DE102022114717A1 - Method and device for depositing a layer containing an element of main group V in a process chamber and subsequent cleaning of the process chamber - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden von Schichten, die ein Element der V. Hauptgruppe enthalten auf einem Substrat (6) in einem CVD-Reaktor, bei dem das Prozessgas durch ein zentrales Gaseinlassorgan (11) in die Prozesskammer (2) eingespeist wird und die Prozesskammer (2) in radialer Richtung durchströmt. Nach dem Abscheiden der Schicht wird die Prozesskammer (2) gereinigt, wobei die Prozesskammer (2) auf eine erste Reinigungstemperatur (T1) aufgeheizt wird; wobei nach Erreichen der ersten Reinigungstemperatur (T2) in einem ersten Reinigungsschritt (21) ein Halogen oder eine Halogenverbindung in die Prozesskammer (2) eingespeist wird; wobei nach dem ersten Reinigungsschritt (21) die Prozesskammer (2) auf eine zweite Reinigungstemperatur (T2) gebracht wird; wobei nach Erreichen der zweite Reinigungstemperatur (T2) in einem zweiten Reinigungsschritt (22) O2 in die Prozesskammer (2) eingespeist wird; wobei nach dem zweiten Reinigungsschritt (22) die Prozesskammer (2) auf eine dritte Reinigungstemperatur (T3) gebracht wird; wobei nach Erreichen der dritten Reinigungstemperatur (T2) in einem dritten Reinigungsschritt (23) im Wesentlichen nur H2 in die Prozesskammer (2) eingespeist wird; und wobei nach dem dritten Reinigungsschritt (23) die Prozesskammer (2) abgekühlt (24) wird.

Figure DE102022114717A1_0000
The invention relates to a method for depositing layers containing an element of main group V on a substrate (6) in a CVD reactor, in which the process gas is fed into the process chamber (2) through a central gas inlet element (11) and flows through the process chamber (2) in the radial direction. After the layer has been deposited, the process chamber (2) is cleaned, the process chamber (2) being heated to a first cleaning temperature (T 1 ); wherein after the first cleaning temperature (T 2 ) has been reached, a halogen or a halogen compound is fed into the process chamber (2) in a first cleaning step (21); wherein after the first cleaning step (21), the process chamber (2) is brought to a second cleaning temperature (T 2 ); wherein after reaching the second cleaning temperature (T 2 ) in a second cleaning step (22) O 2 is fed into the process chamber (2); wherein after the second cleaning step (22), the process chamber (2) is brought to a third cleaning temperature (T 3 ); wherein after the third cleaning temperature (T 2 ) has been reached, essentially only H 2 is fed into the process chamber (2) in a third cleaning step (23); and wherein after the third cleaning step (23) the process chamber (2) is cooled (24).
Figure DE102022114717A1_0000

Description

Gebiet der Technikfield of technology

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden einer ein Element der V. Hauptgruppe enthaltenen Schicht auf einem Substrat in einem CVD-Reaktor. Der CVD-Reaktor besitzt ein Reaktorgehäuse, in dem ein Graphitteil angeordnet ist. Das Graphitteil kann mit SiC beschichtet sein. Es kann gegen Cl2 resistent beschichtet sein. Das Graphitteil ist so in der Prozesskammer angeordnet, dass es bei der Durchführung eines Beschichtungsverfahrens mit parasitären Beschichtungen beschichtet wird, die aus Zerfallsprodukten des Prozessgases bestehen. Das Verfahren betrifft darüber hi-naus ein dem Verfahrensschritt des Abscheidens der Schicht auf dem Substrat folgendes Reinigungsverfahren, welches aus mehreren Reinigungsschritten besteht, die nacheinander durchgeführt werden, um die parasitären Beschichtungen von dem zumindest einen Graphitteil zu entfernen.The invention relates to a method for depositing a layer containing an element of main group V on a substrate in a CVD reactor. The CVD reactor has a reactor housing in which a graphite part is arranged. The graphite part can be coated with SiC. It can be coated to be resistant to Cl 2 . The graphite part is arranged in the process chamber in such a way that, when a coating process is carried out, it is coated with parasitic coatings that consist of decomposition products of the process gas. The method also relates to a cleaning method which follows the method step of depositing the layer on the substrate and consists of a plurality of cleaning steps which are carried out in succession in order to remove the parasitic coatings from the at least one graphite part.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt eine Steuereinrichtung, die ein Steuerprogramm beinhaltet, welches Steuerbefehle ausführt, mit denen Ventile und Massenfluss-Controller einer Gasversorgungseinrichtung geschaltet bzw. gesteuert werden, so dass das Verfahren in der Vorrichtung durchgeführt wird.The device according to the invention has a control device that contains a control program that executes control commands with which valves and mass flow controllers of a gas supply device are switched or controlled, so that the method is carried out in the device.

Stand der TechnikState of the art

Die US 2020/385861A1 beschreibt ein Verfahren, das nach dem Abscheiden einer Schicht in einem CVD-Reaktor durchgeführt wird und bei dem Cl2 verwendet wird, um parasitäre Beschichtungen von Wänden von Bauteilen innerhalb der Prozesskammer zu entfernen.The U.S. 2020/385861A1 describes a method performed after depositing a layer in a CVD reactor, using Cl 2 to remove parasitic coatings from walls of components within the process chamber.

Die DE 10 2017100 725 A1 beschreibt einen CVD-Reaktor und ein darin durchgeführtes Verfahren, um mit dem Einspeisen von Chlor Beschichtungen von den Wänden zu entfernen.The DE 10 2017100 725 A1 describes a CVD reactor and a method carried out therein to remove coatings from the walls with the injection of chlorine.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch ein Kohlenstoff enthaltenes Gas Bestandteil des Prozessgases sein. Beispielsweise kann das Prozessgas eine metallorganische Verbindung eines Elementes der III. Hauptgruppe enthalten. Dies ist insbesondere der Fall, wenn auf dem Substrat eine III-V-Schicht abgeschieden wird. Bei der Zerlegung dieses Bestandteiles des Prozessgases kann Kohlenstoff entstehen, der sich in Form reinen Kohlenstoffs oder als Bestandteil einer Kohlenstoffverbindung auf einer Oberfläche des Graphitteils abscheidet. Kohlenstoffrückstände können sich insbesondere dann bilden, wenn das Prozessgas NH3 enthält. Die DE 10 2013 104 105 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem solche Kohlenstoffrückstände mit einem Ätzgas entfernt werden können.In a method according to the invention, a carbon-containing gas can also be a component of the process gas. For example, the process gas can be an organometallic compound of an element of III. main group included. This is particularly the case when a III-V layer is deposited on the substrate. When this component of the process gas is broken down, carbon can form, which is deposited on a surface of the graphite part in the form of pure carbon or as a component of a carbon compound. Carbon residues can form in particular when the process gas contains NH 3 . The DE 10 2013 104 105 A1 describes a method in which such carbon residues can be removed with an etching gas.

Die US 4,816,113 beschreibt ein Verfahren, bei dem unter der Verwendung eines Plasmas und Chlor Kohlenstoffrückstände aus einer Prozesskammer entfernt werden.The U.S. 4,816,113 describes a method in which carbon residues are removed from a process chamber using a plasma and chlorine.

Ein Reinigungsverfahren, bei dem Chlor verwendet wird, zeigt auch die US 2013/005118A1 .A cleaning process that uses chlorine is also shown in the US2013/005118A1 .

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abscheiden einer ein Element der V. Hauptgruppe enthaltenen Schicht, dem ein aus mehreren Schritten bestehender Reinigungsprozess der Prozesskammer folgt, zu verbessern und insbesondere den Reinigungsprozess bei einem Abscheideprozess zu verbessern, bei dem das Prozessgas und/oder das Reinigungsgas in das Zentrum einer Prozesskammer eingespeist wird, die Prozesskammer in Radialrichtung durchströmt, wobei ein drehende Substrathalter tragender Suszeptor um das Zentrum der Prozesskammer gedreht wird.The object of the invention is to improve a method for depositing a layer containing an element of main group V, which is followed by a cleaning process of the process chamber consisting of several steps, and in particular to improve the cleaning process in a deposition process in which the process gas and/or or the cleaning gas is fed into the center of a process chamber, flows through the process chamber in a radial direction, wherein a rotating substrate holder supporting susceptor is rotated around the center of the process chamber.

Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen des Hauptanspruchs, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe darstellen.The object is achieved by the invention specified in the claims, with the subclaims not only representing advantageous developments of the main claim, but also independent solutions to the object.

Das erfindungsgemäße Verfahren setzt die Verwendung eines CVD-Reaktors voraus, der ein Reaktorgehäuse aufweist, in dem sich ein Graphitteil befindet. In dem Reaktorgehäuse können sich auch mehrere Graphitteile befinden. Zumindest eines der bevorzugt mehreren Graphitteile ist beschichtet. Es kann mit Siliziumkarbid beschichtet sein. Es kann aber auch mit einer anderen Beschichtung beschichtet sein, die das Graphitteil beständig gegenüber einer Beaufschlagung mit Cl2, O2 oder HCl macht. Die Graphitteile können Teile der Prozesskammer sein oder Teile, die die Prozesskammer begrenzen. Es ist insbesondere vorgesehen, dass ein Suszeptor, der den Boden der Prozesskammer ausbildet, aus Graphit besteht und mit Siliziumkarbid beschichtet ist. Der Suszeptor kann eine von der Prozesskammer weg weisende Rückseite aufweisen, die an eine Heizzone angrenzt. In der Heizzone kann eine Heizeinrichtung angeordnet sein. Die Heizeinrichtung kann eine IR-Heizung oder eine RF-Heizung sein. Das Graphitteil kann aber auch eine Prozesskammerdecke sein, die die Prozesskammer nach oben hin begrenzt. Die Prozesskammer kann als Folge einer vom Suszeptor ausgehenden Wärmestrahlung auf eine erhöhte Temperatur gebracht werden. Der Suszeptor kann während des Abscheidens der Schicht auf Temperaturen bis zu 1000 °C oder darüber hinaus aufgeheizt werden. Im Zentrum der Prozesskammer kann ein Gaseinlassorgan angeordnet sein. Dieses kann grundsätzlich aus Quarz
oder Metall bestehen. Es ist aber auch möglich, das Gaseinlassorgan oder Teile des Gaseinlassorgans aus Graphit zu fertigen. Diese Teile können ebenfalls mit Siliziumkarbid beschichtet werden. In dem Suszeptor können Taschen angeordnet sein. Die Taschen können in einer gleichmäßigen Winkelverteilung um das Zentrum der Prozesskammer angeordnet sein. Sie liegen somit in einem gleichen Abstand von dem Gaseinlassorgan entfernt, so dass aus dem Gaseinlassorgan austretendes Prozessgas in Radialrichtung durch die Prozesskammer und über die Taschen strömt. In jeder Tasche liegt zumindest ein Substrathalter, der das Substrat trägt, so dass der Prozessgasstrom über das Substrat strömt. In die Böden der Taschen können Gaszuleitungen münden, durch die ein Inertgas in die Taschen eingespeist werden kann. Es bildet sich ein Gaspolster aus. Durch eine gerichtete Gasströmung kann über das Gaspolster dem Substrathalter eine Drehung um seine Achse aufgezwungen werden. Die Prozesskammer ist von einem Gasauslassorgan umgeben, welches aus einem keramischen Material oder aus Metall bestehen kann. Es ist aber auch möglich, Teile des Gasauslassorgans oder das gesamte Gasauslassorgan aus Graphit zu fertigen und insbesondere aus SiC-beschichtetem Graphit. Das Gaseinlassorgan kann eine Vielzahl von übereinander angeordneten Gasauslasszonen aufweisen, durch die unterschiedliche Bestandteile des Prozessgases in die Prozesskammer eingespeist werden können. Das Graphit kann auch nur teilweise mit SiC beschichtet sein.
The method according to the invention requires the use of a CVD reactor which has a reactor housing in which a graphite part is located. Several graphite parts can also be located in the reactor housing. At least one of the preferably several graphite parts is coated. It can be coated with silicon carbide. However, it can also be coated with another coating that makes the graphite part resistant to exposure to Cl 2 , O 2 or HCl. The graphite parts can be parts of the process chamber or parts that delimit the process chamber. In particular, it is provided that a susceptor, which forms the bottom of the process chamber, consists of graphite and is coated with silicon carbide. The susceptor may have a back facing away from the process chamber and adjoining a heating zone. A heating device can be arranged in the heating zone. The heater can be an IR heater or an RF heater. However, the graphite part can also be a process chamber cover, which delimits the process chamber at the top. The process chamber can be brought to an elevated temperature as a result of thermal radiation emanating from the susceptor. The susceptor can be heated to temperatures of up to 1000°C or more during the deposition of the layer. In the center of A gas inlet element can be arranged in the process chamber. This can basically be made of quartz
or metal. However, it is also possible to manufacture the gas inlet element or parts of the gas inlet element from graphite. These parts can also be coated with silicon carbide. Pockets can be arranged in the susceptor. The pockets can be arranged in a uniform angular distribution around the center of the process chamber. They are therefore at the same distance from the gas inlet element, so that process gas emerging from the gas inlet element flows in the radial direction through the process chamber and over the pockets. At least one substrate holder that supports the substrate is located in each pocket, so that the process gas stream flows over the substrate. Gas supply lines, through which an inert gas can be fed into the pockets, can open into the bottoms of the pockets. A gas cushion forms. A directed gas flow can force the substrate holder to rotate about its axis via the gas cushion. The process chamber is surrounded by a gas outlet element, which can consist of a ceramic material or metal. However, it is also possible to manufacture parts of the gas outlet element or the entire gas outlet element from graphite and in particular from SiC-coated graphite. The gas inlet element can have a large number of gas outlet zones arranged one above the other, through which different components of the process gas can be fed into the process chamber. The graphite can also be only partially coated with SiC.

In einem ersten Schritt des Verfahrens wird auf ein oder mehrere Substrate, die zuvor in die Prozesskammer gebracht worden sind und die insbesondere auf den Substratträgern angeordnet sind, eine Schicht abgeschieden. Dies erfolgt bevorzugt dadurch, dass ein Bestandteil des Prozessgases in die Prozesskammer eingespeist wird, dass ein Element der V Hauptgruppe aufweist. Bevorzugt enthält das Prozessgas einen weiteren Bestandteil, der ein Element der III. Hauptgruppe aufweist. Das Prozessgas kann somit eine Mischung aus einem Hydrid eines Elementes der V. Hauptgruppe und eine metallorganische Verbindung eines Elementes der III. Hauptgruppe sein. Beispielsweise kann das Prozessgas AsH3, PH3 (oder auch NH3) enthalten. Das Prozessgas kann ferner ein metallorganisches Gas enthalten, welches insbesondere ein Element der III-Hauptgruppe enthält, beispielsweise TMGa, TMIn oder TMA1 oder TEGa. Die zuletzt genannten, reaktiven Gase werden zusammen mit einem Inertgas, beispielsweise H2 in die Prozesskammer eingespeist. Die reaktiven Gase des Prozessgases zerlegen sich aufgrund der erhöhten Temperatur innerhalb der Prozesskammer und insbesondere der erhöhten Temperatur des Substrates, so dass auf der Substratoberfläche einer Schicht abgeschieden wird, die aus den Elementen der III. und V. Hauptgruppe besteht. Einhergehend damit kondensieren die Reaktionsprodukte der reaktiven Gase oder sich bildende parasitäre Verbindungen der Reaktionsprodukte der reaktiven Gase an Oberflächen der Prozesskammer und insbesondere an den Oberflächen der zumindest teilweise beschichteten, insbesondere mit einer CL2/O2 resistenten Beschichtung, wie beispielsweise SiC beschichteten Graphitteile. Nach Beendigung des ersten Schritts, beispielsweise nach dem Abscheiden ein oder mehrerer Schichten auf dem Substrat wird das mindestens eine Substrat aus der Prozesskammer entnommen. In diesem Zwischenschritt der Entnahme der Substrate aus der Prozesskammer werden keine reaktiven Gase oder allenfalls das reaktive Gas der V. Hauptgruppe in die Prozesskammer eingespeist. Ansonsten wird nur ein Inertgas, beispielsweise Wasserstoff in die Prozesskammer eingespeist. Während des Zwischenschrittes der Entnahme der mindestens einen Substrate kann die Prozesskammer auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt werden.In a first step of the method, a layer is deposited on one or more substrates that have previously been brought into the process chamber and that are arranged in particular on the substrate carriers. This is preferably done in that a component of the process gas is fed into the process chamber that has an element of the V main group. The process gas preferably contains another component which is an element of III. has main group. The process gas can thus be a mixture of a hydride of an element of main group V and an organometallic compound of an element of III. be main group. For example, the process gas can contain AsH 3 , PH 3 (or also NH 3 ). The process gas can also contain an organometallic gas which, in particular, contains an element from main group III, for example TMGa, TMIn or TMA1 or TEGa. The reactive gases last mentioned are fed into the process chamber together with an inert gas, for example H 2 . The reactive gases of the process gas decompose due to the increased temperature within the process chamber and in particular the increased temperature of the substrate, so that a layer is deposited on the substrate surface, which consists of the elements of III. and V. main group. As a result, the reaction products of the reactive gases or parasitic compounds of the reaction products of the reactive gases that form condense on surfaces of the process chamber and in particular on the surfaces of the at least partially coated graphite parts, in particular coated with a CL 2 /O 2 resistant coating, such as SiC. After the end of the first step, for example after depositing one or more layers on the substrate, the at least one substrate is removed from the process chamber. In this intermediate step of removing the substrates from the process chamber, no reactive gases or at most the reactive gas of main group V are fed into the process chamber. Otherwise only an inert gas, for example hydrogen, is fed into the process chamber. During the intermediate step of removing the at least one substrate, the process chamber can be cooled to a lower temperature.

In einem dem ersten Schritt folgenden weiteren Verfahren wird die Prozesskammer gereinigt. Es werden die parasitären Beschichtungen an den Wänden der Prozesskammer und insbesondere an den Wänden der Graphitteile entfernt. Dies erfolgt durch Einspeisen von Reinigungsgasen, die nacheinander verschiedene flüchtige Verbindungen mit den Molekülen der Beschichtung eingehen, die dann durch das Gasauslassorgan abtransportiert werden. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass nach der Entnahme des zumindest einen Substrats die Prozesskammer auf eine erste Reinigungstemperatur aufgeheizt wird. Die erste Reinigungstemperatur kann in einem Bereich von 500 °C bis 1000 °C liegen oder in einem Bereich zwischen 800°C und 900°C. Bei der ersten Reinigungstemperatur wird ein erster Reinigungsschritt durchgeführt, bei dem ein Halogen oder eine Halogenverbindung in die Prozesskammer eingespeist wird. Bevorzugt wird HCl oder Cl2 in die Prozesskammer eingespeist. Das Halogen bzw. Cl2 wird zusammen mit Stickstoff in die Prozesskammer eingespeist. Der Totaldruck in der Prozesskammer kann im Bereich zwischen 50 mbar und 200 mbar liegen. Es ist ferner vorgesehen, dass während des ersten Reinigungsschritts etwa 11 slm N2 in die Prozesskammer eingespeist wird. Das zum Reinigen verwendete erste Reinigungsgas und weitere, weiter unten noch erwähnte Reinigungsgase werden jeweils in Form von Gasquellen bereitgehalten. Das Halogen, beispielsweise Cl2 kann in einem beliebigen Mischungsverhältnis mit Stickstoff bereitgehalten werden. Bevorzugt wird eine 5 %-ige Mischung. Dieses Reinigungsgas wird mit einem Massenfluss von 2 bis 40 slm in die Prozesskammer eingespeist, wenn die Temperatur der Prozesskammer die erste Reinigungstemperatur erreicht hat. Im ersten Reinigungsschritt werden im Wesentlichen metallische Bestandteile der parasitären Beschichtung und Bestandteile, die der V. Hauptgruppe angehören, in flüchtige Verbindungen gewandelt, die dann zusammen mit dem Inertgas aus der Prozesskammer entfernt werden. Es werden Ätzraten von 80 ± 20 µm/h insbesondere bei Cl2 erreicht.In a further method following the first step, the process chamber is cleaned. The parasitic coatings on the walls of the process chamber and in particular on the walls of the graphite parts are removed. This is done by feeding in cleaning gases, which successively form various volatile compounds with the molecules of the coating, which are then transported away through the gas outlet element. It is provided according to the invention that after the removal of the at least one substrate, the process chamber is heated to a first cleaning temperature. The first cleaning temperature can be in a range from 500°C to 1000°C or in a range between 800°C and 900°C. At the first cleaning temperature, a first cleaning step is performed in which a halogen or a halogen compound is fed into the process chamber. HCl or Cl 2 is preferably fed into the process chamber. The halogen or Cl 2 is fed into the process chamber together with nitrogen. The total pressure in the process chamber can be in the range between 50 mbar and 200 mbar. It is also provided that approximately 11 slm N 2 is fed into the process chamber during the first cleaning step. The first cleaning gas used for cleaning and further cleaning gases mentioned further below are each kept ready in the form of gas sources. The halogen, for example Cl 2 can be kept ready in any mixing ratio with nitrogen. A 5% mixture is preferred. This cleaning gas is fed into the process chamber with a mass flow of 2 to 40 slm when the temperature of the process chamber is the first cleaning temperature has been reached. In the first cleaning step, essentially metallic components of the parasitic coating and components belonging to main group V are converted into volatile compounds, which are then removed from the process chamber together with the inert gas. Etching rates of 80±20 μm/h are achieved, particularly with Cl 2 .

Der Zwischenschritt des Aufheizens der Prozesskammer von beispielsweise 300 °C auf eine erste Reinigungstemperatur von beispielsweise 900 °C dauert etwa 10 Minuten. Während dieses Zwischenschrittes kann das Inertgas von Wasserstoff auf Stickstoff umgeschaltet werden. Während des Zwischenschrittes kann auch der Totaldruck innerhalb der Prozesskammer auf den oben genannten Druck geändert und insbesondere abgesenkt werden.The intermediate step of heating the process chamber from, for example, 300° C. to a first cleaning temperature of, for example, 900° C. takes about 10 minutes. During this intermediate step, the inert gas can be switched from hydrogen to nitrogen. During the intermediate step, the total pressure within the process chamber can also be changed to the above-mentioned pressure and, in particular, lowered.

Der erste Reinigungsschritt wird bei gleichbleibender Temperatur von beispielsweise 900 °C für etwa 20 - 30 Minuten durchgeführt. Danach wird der Zufluss des ersten Reinigungsgases abgeschaltet. In einem darauf folgenden Zwischenschritt wird die Temperatur der Prozesskammer verändert und insbesondere erhöht auf eine zweite Reinigungstemperatur. Während dieses Zwischenschrittes kann darüber hinaus auch der Totaldruck innerhalb der Prozesskammer geändert werden.The first cleaning step is carried out at a constant temperature of, for example, 900 °C for around 20 - 30 minutes. Thereafter, the inflow of the first cleaning gas is shut off. In a subsequent intermediate step, the temperature of the process chamber is changed and in particular increased to a second cleaning temperature. In addition, the total pressure within the process chamber can also be changed during this intermediate step.

Der Zwischenschritt ist beendet, wenn die zweite Reinigungstemperatur erreicht ist. Die zweite Reinigungstemperatur kann zwischen 500 °C und 1100 °C liegen. Sie kann beispielsweise zwischen 950°C und 1000°C liegen. Sobald die zweite Reinigungstemperatur erreicht ist, wird ein zweites Reinigungsgas in die Prozesskammer eingespeist. Bei diesem Reinigungsgas kann es sich um „Dry Air“, O3, O2, oder aber auch um NH3 handeln. Das Reinigungsgas kann als eine Mischung in Stickstoff bereitgehalten werden. Bevorzugt werden 9 slm dieser Mischung in die Prozesskammer eingespeist. Zusammen mit diesem zweiten Reinigungsgas wird N2 in die Prozesskammer eingespeist. Bevorzugt mit einem Massenfluss von 11 slm. Der Totaldruck während des zweiten Reinigungsschritts beträgt 100 mbar bis 800 mbar, insbesondere aber auch 600 mbar bis 800 mbar. Während des zweiten Reinigungsschritts werden im Wesentlichen kohlenstoffhaltige Bestandteile der parasitären Beschichtung entfernt. Hierzu reagiert der Kohlenstoff oder reagieren kohlenstoffhaltige Verbindungen mit dem eingespeisten Sauerstoff zu Oxiden des Kohlenstoffs. Der zweite Reinigungsschritt kann für eine Dauer von 7 - 15 Minuten durchgeführt werden. Es ist bevorzugt, dass die Dauer des zweiten Reinigungsschritts kürzer ist als die Dauer des ersten Reinigungsschritts. Die Dauer kann aber auch abhängig von der zu entfernenden Schichtdicke sein. Das Entfernen einer dickeren Schicht erfordert eine längere Zeit als das Entfernen einer dünneren Schicht.The intermediate step ends when the second cleaning temperature is reached. The second cleaning temperature can be between 500°C and 1100°C. It can be between 950°C and 1000°C, for example. As soon as the second cleaning temperature is reached, a second cleaning gas is fed into the process chamber. This cleaning gas can be dry air, O 3 , O 2 , or NH 3 . The cleaning gas can be provided as a mixture in nitrogen. 9 slm of this mixture are preferably fed into the process chamber. Together with this second cleaning gas, N 2 is fed into the process chamber. Preferably with a mass flow of 11 slm. The total pressure during the second cleaning step is 100 mbar to 800 mbar, but in particular also 600 mbar to 800 mbar. During the second cleaning step, essentially carbonaceous components of the parasitic coating are removed. For this purpose, the carbon reacts or carbon-containing compounds react with the oxygen fed in to form oxides of the carbon. The second cleaning step can be carried out for a period of 7 - 15 minutes. It is preferable that the duration of the second cleaning step is shorter than the duration of the first cleaning step. However, the duration can also depend on the layer thickness to be removed. Removing a thicker layer takes longer than removing a thinner layer.

In einem weiteren Zwischenschritt nach dem zweiten Reinigungsschritt, in dem kein Reinigungsgas, sondern nur ein Inertgas in die Prozesskammer eingespeist wird, wird die Temperatur der Prozesskammer geändert und insbesondere abgesenkt auf eine dritte Reinigungstemperatur, die zwischen 500 °C und 1100 °C liegen kann. Sie kann aber auch zwischen 800°C und 1000°C liegen. Einhergehend damit kann auch der Totaldruck in der Prozesskammer geändert werden. Bevorzugt wird der Totaldruck auf einen Druck zwischen 50 mbar und 200 mbar abgesenkt. Bei diesem Totaldruck wird nachfolgend ein dritter Reinigungsschritt durchgeführt. Während des Zwischenschrittes kann auch das Inertgas gewechselt werden, so dass nach dem Zwischenschritt Wasserstoff in die Prozesskammer eingespeist wird.In a further intermediate step after the second cleaning step, in which no cleaning gas but only an inert gas is fed into the process chamber, the temperature of the process chamber is changed and in particular lowered to a third cleaning temperature, which can be between 500 °C and 1100 °C. However, it can also be between 800°C and 1000°C. Along with this, the total pressure in the process chamber can also be changed. The total pressure is preferably lowered to a pressure of between 50 mbar and 200 mbar. A third cleaning step is then carried out at this total pressure. The inert gas can also be changed during the intermediate step, so that hydrogen is fed into the process chamber after the intermediate step.

Der dritte Reinigungsschritt ist ein „H2-bake“ oder ein „N2-bake", bei dem die Prozesskammer im Wesentlichen nur in der Anwesenheit von H2 aufgeheizt wird. Dies erfolgt bei der oben genannten dritten Reinigungstemperatur für eine Zeit zwischen 15 Minuten und 30 Minuten. Der dritte Reinigungsschritt kann länger sein als der erste. Reinigungsschritt. Während des dritten Reinigungsschrittes wird ausschließlich Wasserstoff in die Prozesskammer eingespeist und zwar bevorzugt mit einem Massenfluss von 26 slm.The third cleaning step is an "H2-bake" or an "N 2 -bake", in which the process chamber is essentially only heated in the presence of H 2. This occurs at the third cleaning temperature mentioned above for a time between 15 minutes and 30 minutes The third cleaning step can be longer than the first cleaning step During the third cleaning step, only hydrogen is fed into the process chamber, preferably with a mass flow of 26 slm.

An den dritten Reinigungsschritt können sich weitere optionale Schritte anschließen, in denen die Prozesskammer abwechselnd mit einem Inertgas, welches Wasserstoff oder Stickstoff sein kann, geflutet wird und evakuiert wird. Dies erfolgt mit einer Vakuumpumpe, die an das Gasauslassorgan angeschlossen ist.The third cleaning step can be followed by further optional steps in which the process chamber is alternately flooded with an inert gas, which can be hydrogen or nitrogen, and evacuated. This is done with a vacuum pump that is connected to the gas outlet element.

Figurenlistecharacter list

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

  • 1 schematisch im Querschnitt einen CVD-Reaktor, eine Gasversorgungseinrichtung mit Gasquellen 25 und schematisch eine elektronische Steuereinrichtung;
  • 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in 1;
  • 3 ein Ablaufdiagramm der Reinigungsschritte, die sich an einen Prozessschritt anschließen, indem eine Schicht auf einem Substrat abgeschieden wird;
  • 4 eine Tabelle der wesentlichen Prozessparameter und
  • 5 ein Zeit-Temperaturdiagramm des in der 3 dargestellten Reinigungsverfahrens.
An embodiment of the invention is explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1 schematically in cross section a CVD reactor, a gas supply device with gas sources 25 and schematically an electronic control device;
  • 2 a cut according to the line II-II in 1 ;
  • 3 a flowchart of the cleaning steps that follow a process step in which a layer is deposited on a substrate;
  • 4 a table of the essential process parameters and
  • 5 a time-temperature diagram of in the 3 illustrated cleaning process.

Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einer Vorrichtung durchgeführt, wie sie in der 1 dargestellt ist. Ein CVD-Reaktor besitzt ein gasdichtes, beispielsweise aus Edelstahl bestehendes Gehäuse 1, in dem sich eine Prozesskammer 2 befindet. Der Boden der Prozesskammer 2 wird von einem Suszeptor 3 ausgebildet, der aus Graphit bestehen kann und der mit SiC beschichtet ist. Der Suszeptor 3 besitzt eine Kreisscheibenform und eine nach unten weisende Rückseite, die zu einer Heizeinrichtung 31 weist. Bei der Heizeinrichtung 31 kann es sich um eine Spule handeln, die ein RF-Feld erzeugt, das in dem Suszeptor 3 Wirbelströme induziert, die den Suszeptor 3 auf eine Prozesstemperatur aufheizen.The inventive method is carried out in a device as in the 1 is shown. A CVD reactor has a gas-tight housing 1, for example made of stainless steel, in which a process chamber 2 is located. The bottom of the process chamber 2 is formed by a susceptor 3, which can be made of graphite and is coated with SiC. The susceptor 3 has a circular disc shape and a rear side facing downwards, which faces a heating device 31 . The heating device 31 can be a coil that generates an RF field that induces eddy currents in the susceptor 3 that heat the susceptor 3 to a process temperature.

Mit einem Schaft 9 und einem nicht dargestellten Drehantrieb kann der Suszeptor 3 um eine Drehachse 8 drehangetrieben werden. Nicht dargestellt sind des Weiteren Zuleitungen, die durch den Schaft 9 hindurch laufen, um ein Inertgas in nicht dargestellte Gaskanäle des Suszeptors 3 einzuspeisen. Diese Gaskanäle münden in Böden von Taschen 4, die in der nach oben weisenden Breitseitenfläche des Suszeptors 3 angeordnet sind. In diesen Taschen 3 liegt jeweils ein aus Graphit gefertigter Substrathalter 5 ein. Der Substrathalter 5 kann ebenfalls mit SiC beschichtet sein. Auf dem Substrathalter 5 kann ein Substrat 6 aufgelegt werden. Es kann sich um ein Substrat aus Si, um GaAs oder um ein Substrat aus Saphir oder einem anderen geeigneten Material handeln.The susceptor 3 can be driven in rotation about an axis of rotation 8 with a shaft 9 and a rotary drive (not shown). Also not shown are feed lines that run through the shaft 9 in order to feed an inert gas into gas channels (not shown) of the susceptor 3 . These gas channels open into the bottoms of pockets 4 which are arranged in the broad side surface of the susceptor 3 which faces upwards. A substrate holder 5 made of graphite is located in each of these pockets 3 . The substrate holder 5 can also be coated with SiC. A substrate 6 can be placed on the substrate holder 5 . It can be a substrate made of Si, GaAs, or a substrate made of sapphire or another suitable material.

Im Zentralbereich des Suszeptors 3 befindet sich eine Vertiefung 18, in die ein unterer Abschnitt eines Gaseinlassorganes 11 eintauchen kann. Das Gaseinlassorgan 11 ist ortsfest am Gehäuse 1 befestigt und besitzt drei vertikal übereinander angeordnete Gasaustrittszonen 13, 15, 17. Zu jeder der drei Gasaustrittszonen 13, 15, 17 führt eine Gaszuleitung 12, 14, 16. Durch die Gaszuleitung 12, 14, 16 können reaktive Gase und Inertgase in die Prozesskammer 2 eingespeist werden, die sich zwischen einer Prozesskammerdecke 10 und dem Suszeptor 3 erstreckt. Das Prozessgas, das durch die Gasaustrittszonen 13, 15, 17 in die Prozesskammer 2 eintritt, durchströmt die Prozesskammer 2 in einer radialen Richtung und überströmt dabei die Substrate 6.In the central area of the susceptor 3 there is a recess 18 into which a lower section of a gas inlet element 11 can dip. The gas inlet element 11 is fixed in place on the housing 1 and has three gas outlet zones 13, 15, 17 arranged vertically one above the other reactive gases and inert gases are fed into the process chamber 2, which extends between a process chamber ceiling 10 and the susceptor 3. The process gas, which enters the process chamber 2 through the gas outlet zones 13, 15, 17, flows through the process chamber 2 in a radial direction and flows over the substrates 6.

Die Prozesskammerdecke 2 kann aus Graphit bestehen und mit SiC beschichtet sein.The process chamber cover 2 can be made of graphite and coated with SiC.

Die Prozesskammer 2 ist von einem ringförmigen Gasauslassorgan 19 umgeben, dass eine nicht dargestellte Gasaustrittsöffnung aufweist, an die eine Saugleitung einer nicht dargestellten Vakuumpumpe angeschlossen ist, um die Prozesskammer 2 zu evakuieren bzw. in der Prozesskammer 2 einen vorgegebenen Totaldruck einstellen zu können.The process chamber 2 is surrounded by an annular gas outlet element 19 that has a gas outlet opening, not shown, to which a suction line of a vacuum pump, not shown, is connected in order to evacuate the process chamber 2 or to be able to set a predetermined total pressure in the process chamber 2.

Die 1 zeigt darüber hinaus schematisch eine Gasversorgungseinrichtung mit einer Vielzahl von Gasquellen 25. Die Gasversorgungseinrichtung kann beispielsweise die folgenden Gase bereitstellen: AsH3, PH3 als Bestandteil eines reaktiven Gases eines Prozessgases, TMGa, TMIn ebenfalls als Bestandteil des reaktiven Gases des Prozessgases zum Abscheiden einer III-V-Schicht auf den gemäß 2 ringförmig um das Gaseinlassorgan 11 angeordneten Substraten 6. Die Gasversorgungseinrichtung kann darüber hinaus Inertgase bereitstellen, beispielsweise H2 und N2. Ferner kann die Gasversorgungseinrichtung Reinigungsgase Cl2 und O2 bereitstellen. Die beiden Reinigungsgase werden bevorzugt als 5 %-ige Mischung in N2 bereitgestellt.The 1 also shows a gas supply device with a plurality of gas sources 25. The gas supply device can provide the following gases, for example: AsH 3 , PH 3 as a component of a reactive gas of a process gas, TMGa, TMIn also as a component of the reactive gas of the process gas for separating a III -V layer on the according 2 substrates 6 arranged annularly around the gas inlet element 11. The gas supply device can also provide inert gases, for example H 2 and N 2 . Furthermore, the gas supply device can provide cleaning gases Cl 2 and O 2 . The two cleaning gases are preferably provided as a 5% mixture in N 2 .

Eine programmierbare elektronische Steuereinrichtung 32 kann Ventile 27 und Massenfluss-Controller 26 steuern, um vorbestimmte Massenflüsse der zuvor genannten Gase durch die Zuleitungen 12, 14, 16 in die Prozesskammer 2 einzuspeisen.A programmable electronic controller 32 can control valves 27 and mass flow controllers 26 in order to feed predetermined mass flows of the aforementioned gases through the supply lines 12, 14, 16 into the process chamber 2.

Die zuvor beschriebene Vorrichtung wird verwendet, um auf den zuvor beschriebenen Substraten 6 Schichten aus Elementen der III. und V. Hauptgruppe abzuscheiden. Es kann sich dabei um GaInAsP-Schichten handeln oder aus Schichten, die zumindest zwei der zuvor genannten Elemente aufweisen. Hierzu werden zunächst die Substrate in die Prozesskammer 2 gebracht und nachfolgend, nachdem die Prozesskammer 2 auf eine Prozesstemperatur aufgeheizt worden ist, die zuvor beschriebenen reaktiven Gase in die Prozesskammer 2 eingespeist. Nach dem Abscheiden der ein oder mehreren Schichten wird die Prozesskammer 2 auf beispielsweise 300 °C abgekühlt und die Substrate entnommen. Während des zuvor beschriebenen Abscheidungsprozesses bilden sich an einigen SiC-Oberflächen Beschichtungen aus den bei den Reaktionen der reaktiven Gase entstandenen festen chemischen Verbindungen.The device described above is used to deposit 6 layers of elements of the III. and V. main group to separate. These can be GaInAsP layers or layers that have at least two of the elements mentioned above. For this purpose, the substrates are first brought into the process chamber 2 and subsequently, after the process chamber 2 has been heated to a process temperature, the reactive gases described above are fed into the process chamber 2 . After the one or more layers have been deposited, the process chamber 2 is cooled to, for example, 300° C. and the substrates are removed. During the deposition process described above, coatings are formed on some SiC surfaces from the solid chemical compounds formed during the reactions of the reactive gases.

Nach der Entnahme der Substrate wird in einem Aufheizschritt 20 von einer Zeit t1 bis zu einer Zeit t2 die Temperatur innerhalb der Prozesskammer 2 auf eine erste Reinigungstemperatur T1 aufgeheizt, die 900 °C betragen kann. In der Prozesskammer wird ein Totaldruck zwischen 50 mbar und 100 mbar eingestellt.After the substrates have been removed, the temperature inside the process chamber 2 is heated to a first cleaning temperature T 1 , which can be 900° C., in a heating step 20 from a time t 1 to a time t 2 . A total pressure of between 50 mbar and 100 mbar is set in the process chamber.

Nach dem Erreichen der ersten Reinigungstemperatur T1 wird in einem ersten Reinigungsschritt 21 von der Zeit t2 bis zur Zeit t3, Cl2 zusammen mit N2 in die Prozesskammer eingespeist. In der Prozesskammer 2 findet eine Reaktion der sich an den SiC-Oberflächen abgeschiedenen chemischen Verbindungen mit Cl2 statt. Es bilden sich flüchtige Reaktionsprodukte, die mit dem N2 aus der Prozesskammer 2 entfernt werden.After reaching the first cleaning temperature T 1 , in a first cleaning step 21 from time t 2 to time t 3 , Cl 2 together with N 2 fed into the process chamber. A reaction of the chemical compounds deposited on the SiC surfaces with Cl 2 takes place in the process chamber 2 . Volatile reaction products form, which are removed from the process chamber 2 with the N 2 .

In einem auf den ersten Reinigungsschritt 21 folgenden Zwischenschritt von einer Zeit t3 bis zu einer Zeit t4 wird in einer N2 Atmosphäre die Temperatur der Prozesskammer 2 auf eine zweite Reinigungstemperatur T2 von 1000 °C aufgeheizt. Der Totaldruck innerhalb der Prozesskammer wird auf 600 mbar bis 800 mbar geändert. Nach Erreichen der zweiten Reinigungstemperatur T2 wird während der Zeit von t4 bis t5 O2 zusammen mit N2 in die Prozesskammer eingespeist. Während dieses zweiten Reinigungsschritts 22 werden Kohlenstoffverbindungen von den SiC-Oberflächen durch eine chemische Reaktion der Kohlenstoffverbindungen mit Sauerstoff entfernt. Es bilden sich flüchtige Oxide, die mit dem N2 aus der Prozesskammer 2 entfernt werden.In an intermediate step following the first cleaning step 21 from a time t 3 to a time t 4 , the temperature of the process chamber 2 is heated to a second cleaning temperature T 2 of 1000° C. in an N 2 atmosphere. The total pressure inside the process chamber is changed to 600 mbar to 800 mbar. After the second cleaning temperature T 2 has been reached, O 2 is fed into the process chamber together with N 2 during the time from t 4 to t 5 . During this second cleaning step 22, carbon compounds are removed from the SiC surfaces by a chemical reaction of the carbon compounds with oxygen. Volatile oxides form, which are removed from the process chamber 2 with the N 2 .

Nach dem Erreichen der Zeit t5 wird die Temperatur der Prozesskammer auf eine dritte Reinigungstemperatur T3, die 900° betragen kann, abgesenkt. Einhergehend damit kann der Totaldruck auf einen Wert zwischen 50 mbar und 100 mbar eingestellt werden. Nach Erreichen der dritten Reinigungstemperatur T3 wird während der Zeit t6 - t7 nur H2 in die Prozesskammer eingespeist. Während dieses dritten Reinigungsschritts 23 werden noch verbliebene Oxide von den Oberflächen entfernt. Zudem kann eine Konditionierung des CVD-Reaktors durchgeführt werden.After the time t 5 has been reached, the temperature of the process chamber is lowered to a third cleaning temperature T 3 , which can be 900°. Along with this, the total pressure can be set to a value between 50 mbar and 100 mbar. After the third cleaning temperature T 3 has been reached, only H 2 is fed into the process chamber during the time t 6 -t 7 . During this third cleaning step 23, remaining oxides are removed from the surfaces. In addition, the CVD reactor can be conditioned.

Nach Erreichen der Zeit t7 wird in einer Abkühlphase 24 die Temperatur der Prozesskammer 2 auf beispielsweise 300 °C abgesenkt. Zum Zeitpunkt t8, zu dem die Prozesstemperatur 2 den Wert 300 °C erreicht hat, sind gegenüber dem Beginn des Reinigungsprozesses bei der Zeit t1 etwa 70 Minuten vergangen.After time t 7 has been reached, the temperature of the process chamber 2 is lowered to 300° C., for example, in a cooling phase 24 . At time t8, at which the process temperature 2 has reached the value 300° C., approximately 70 minutes have elapsed compared to the start of the cleaning process at time t1 .

Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem auf einen Aufheizschritt 20 ein Cl2-Ätzschritt 21 folgt und zwischen einem darauf folgenden O2-Ätzschritt 22 ein Spülschritt 21' durchgeführt wird. An den O2-Ätzschritt 22 schließt sich ein Aufheizschritt 23 an, welchem wiederum ein Abkühlschritt 24 folgt.The 3 shows an exemplary embodiment in which a heating step 20 is followed by a Cl 2 etching step 21 and a rinsing step 21′ is carried out between a subsequent O 2 etching step 22. The O 2 etching step 22 is followed by a heating step 23, which in turn is followed by a cooling step 24.

Während des Spülschrittes 21' können die beim Cl2-Ätzschritt 21 verwendeten Ätzgase und insbesondere Cl2 vollständig aus dem Reaktorgehäuse entfernt werden, so dass in einem nachfolgenden O2-Ätzschritt 22 kein Cl2 mehr in der Prozesskammer vorhanden ist. Das Spülen kann mit Stickstoff erfolgen.During the rinsing step 21', the etching gases used in the Cl 2 etching step 21 and in particular Cl 2 can be completely removed from the reactor housing, so that in a subsequent O 2 etching step 22 there is no longer any Cl 2 in the process chamber. Flushing can be done with nitrogen.

Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zumindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenständig weiterbilden, wobei zwei, mehrere oder alle dieser Merkmalskombinationen auch kombiniert sein können, nämlich:The above statements serve to explain the inventions covered by the application as a whole, which also independently develop the state of the art at least through the following combinations of features, whereby two, several or all of these combinations of features can also be combined, namely:

Ein Verfahren zum Abscheiden einer ein Element der V. Hauptgruppe enthaltenen Schicht auf einem Substrat (6) in einem CVD-Reaktor, wobei der CVD-Reaktor ein Reaktorgehäuse (1) aufweist, in dem zumindest ein mit SiC beschichtetes Graphitteil (3, 5,10,11,19) angeordnet ist, welches beim Abscheiden mit in einer Prozesskammer (2) des CVD-Reaktors eingespeistem Prozessgases derart in Berührung kommt, dass sich ein Zerlegungsprodukt des Prozessgases auf der Oberfläche des Graphitteils (3, 5, 10, 11, 19) eine parasitäre Beschichtung bildend abscheidet, wobei ein Prozessgas bereitgestellt wird, das ein Element der V. Hauptgruppe enthaltende Moleküle aufweist; wobei zumindest ein Substrat (6) in die Prozesskammer (2) gebracht wird; wobei das Prozessgas in die Prozesskammer (2) eingespeist wird, sich das Prozessgas in der auf eine Prozesstemperatur aufgeheizten Prozesskammer (2) zerlegt und das Element der V. Hauptgruppe als Bestandteil der Schicht auf dem Substrat abgeschieden wird; wobei das Substrat (6) aus der Prozesskammer (2) entnommen wird; wobei die Prozesskammer (2) auf eine erste Reinigungstemperatur (T1) aufgeheizt wird; wobei nach Erreichen der ersten Reinigungstemperatur (T2) in einem ersten Reinigungsschritt (21) ein Halogen oder eine Halogenverbindung in die Prozesskammer (2) eingespeist wird; wobei nach dem ersten Reinigungsschritt (21) die Prozesskammer (2) auf eine zweite Reinigungstemperatur (T2) gebracht wird; wobei nach Erreichen der zweite Reinigungstemperatur (T2) in einem zweiten Reinigungsschritt (22) O2 in die Prozesskammer (2) eingespeist wird; wobei nach dem zweiten Reinigungsschritt (22) die Prozesskammer (2) auf eine dritte Reinigungstemperatur (T3) gebracht wird; wobei nach Erreichen der dritten Reinigungstemperatur (T2) in einem dritten Reinigungsschritt (23) im Wesentlichen nur H2 in die Prozesskammer (2) eingespeist wird; und wobei nach dem dritten Reinigungsschritt (23) die Prozesskammer (2) abgekühlt (24) wird.A method for depositing a layer containing an element of main group V on a substrate (6) in a CVD reactor, the CVD reactor having a reactor housing (1) in which at least one SiC-coated graphite part (3, 5, 10,11,19) which during deposition comes into contact with the process gas fed into a process chamber (2) of the CVD reactor in such a way that a decomposition product of the process gas is deposited on the surface of the graphite part (3, 5, 10, 11, 19) depositing a parasitic coating to form, providing a process gas comprising molecules containing an element of Group V; wherein at least one substrate (6) is brought into the process chamber (2); wherein the process gas is fed into the process chamber (2), the process gas decomposes in the process chamber (2) heated to a process temperature and the element of main group V is deposited as a component of the layer on the substrate; wherein the substrate (6) is removed from the process chamber (2); wherein the process chamber (2) is heated to a first cleaning temperature (T 1 ); wherein after the first cleaning temperature (T 2 ) has been reached, a halogen or a halogen compound is fed into the process chamber (2) in a first cleaning step (21); wherein after the first cleaning step (21), the process chamber (2) is brought to a second cleaning temperature (T 2 ); wherein after reaching the second cleaning temperature (T 2 ) in a second cleaning step (22) O 2 is fed into the process chamber (2); wherein after the second cleaning step (22), the process chamber (2) is brought to a third cleaning temperature (T 3 ); wherein after the third cleaning temperature (T 2 ) has been reached, essentially only H 2 is fed into the process chamber (2) in a third cleaning step (23); and wherein after the third cleaning step (23) the process chamber (2) is cooled (24).

Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Prozessgas AsH3, PH3 oder NH3 enthält und/oder dass das Prozessgas zusätzlich ein Gas enthält, dessen Moleküle ein Element der III. Hauptgruppe aufweisen und/oder dass das Prozessgas zusätzlich TMGa, TMIn oder TMA1 enthält.A process which is characterized in that the process gas contains AsH 3 , PH 3 or NH 3 and/or that the process gas additionally contains a gas whose molecules contain an element of III. Have main group and / or that the process gas also contains TMGa, TMIn or TMA1.

Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass während des Aufheizens (20) ein Inertgas und/oder ein Edelgas und/oder N2 oder H2 in die Prozesskammer (2) eingespeist wird und/oder ausschließlich ein Inertgas in die Prozesskammer (2) eingespeist wird.A method, which is characterized in that during the heating (20) an inert gas and / or a noble gas and / or N 2 or H 2 in the Pro process chamber (2) is fed and/or only an inert gas is fed into the process chamber (2).

Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass während des ersten Reinigungsschritts (21) nur das Halogen oder die Halogenverbindung und N2 in die Prozesskammer (2) eingespeist wird und/oder nur Cl2 zusammen mit N2 in die Prozesskammer (2) eingespeist wird.A method characterized in that during the first purification step (21) only the halogen or halogen compound and N 2 is fed into the process chamber (2) and/or only Cl 2 together with N 2 is fed into the process chamber (2). becomes.

Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass während des zweiten Reinigungsschritts (22) nur O2 zusammen mit N2 in die Prozesskammer (2) eingespeist wird.A method characterized in that during the second cleaning step (22) only O 2 is fed into the process chamber (2) together with N 2 .

Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass während des Abkühlens (23) nur H2 in die Prozesskammer (2) eingespeist wird.A method which is characterized in that only H 2 is fed into the process chamber (2) during the cooling (23).

Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Graphitteil ein die Prozesskammer (2) begrenzender Suszeptor (3) ist und/oder dass das Graphitteil eine die Prozesskammer (2) begrenzende Prozesskammerdecke (10) ist und/oder dass das Graphitteil ein Gaseinlassorgan (11) ist und/oder dass das Graphitteil ein Gasauslassorgan (19) ist und/oder dass das Graphitteil ein Substrathalter (5) ist, der in einer Tasche (4) des Suszeptors (3) gelagert ist, wobei durch eine Gaszuleitung ein Inertgas derart in die Tasche (4) einspeisbar ist, dass sich dort ein den Substrathalter (5) in eine Drehung um eine Achse (7) versetzendes des Gaspolster ausbildet.A method characterized in that the graphite part is a susceptor (3) delimiting the process chamber (2) and/or that the graphite part is a process chamber cover (10) delimiting the process chamber (2) and/or that the graphite part is a gas inlet element ( 11) and/or that the graphite part is a gas outlet element (19) and/or that the graphite part is a substrate holder (5) which is mounted in a pocket (4) of the susceptor (3), with an inert gas being introduced through a gas supply line in such a can be fed into the pocket (4) so that a gas cushion is formed there which causes the substrate holder (5) to rotate about an axis (7).

Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Suszeptor (3) zumindest während des Abscheidens der Schicht um eine Drehachse (8) drehangetrieben wird und/oder dass der Suszeptor (3) während des Abscheidens der Schicht und während des Aufheizens (20), und/oder während der drei Reinigungsschritte (21, 22, 23) von einer Heizeinrichtung (31) beheizt wird.A method which is characterized in that the susceptor (3) is driven in rotation about an axis of rotation (8) at least during the deposition of the layer and/or that the susceptor (3) during the deposition of the layer and during the heating (20), and/or is heated by a heating device (31) during the three cleaning steps (21, 22, 23).

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem CVD-Reaktor, der ein Reaktorgehäuse (1) aufweist, in dem zumindest ein Graphitteil (3, 5, 10, 11, 19) angeordnet ist, mit einer Gasversorgungseinrichtung die Gasquellen (25) aufweist, mit denen ein Prozessgas, dessen Moleküle ein Element der III. Hauptgruppe aufweist, ein Halogen oder eine Halogenverbindung, O2, H2 und N2 bereitgestellt wird, und mit einer Steuereinrichtung (32) zur Steuerung von Ventilen (27) und Massenfluss-Controllern (26) derart, dass in einer Prozesskammer (2) des Reaktorgehäuses (1) ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-8 durchgeführt wird.A device for carrying out the method with a CVD reactor which has a reactor housing (1) in which at least one graphite part (3, 5, 10, 11, 19) is arranged, with a gas supply device which has gas sources (25). which a process gas whose molecules contain an element of III. Has main group, a halogen or a halogen compound, O2, H2 and N2 is provided, and with a control device (32) for controlling valves (27) and mass flow controllers (26) such that in a process chamber (2) of the reactor housing ( 1) a method according to any one of claims 1-8 is carried out.

Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren, auch ohne die Merkmale eines in Bezug genommenen Anspruchs, mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen. Die in jedem Anspruch angegebene Erfindung kann zusätzlich ein oder mehrere der in der vorstehenden Beschreibung, insbesondere mit Bezugsziffern versehene und/ oder in der Bezugsziffernliste angegebene Merkmale aufweisen. Die Erfindung betrifft auch Gestaltungsformen, bei denen einzelne der in der vorstehenden Beschreibung genannten Merkmale nicht verwirklicht sind, insbesondere soweit sie erkennbar für den jeweiligen Verwendungszweck entbehrlich sind oder durch andere technisch gleichwirkende Mittel ersetzt werden können.All disclosed features are essential to the invention (by themselves, but also in combination with one another). The disclosure of the application also includes the disclosure content of the associated/attached priority documents (copy of the previous application) in full, also for the purpose of including features of these documents in claims of the present application. The subclaims, even without the features of a referenced claim, characterize with their features independent inventive developments of the prior art, in particular for making divisional applications on the basis of these claims. The invention specified in each claim can additionally have one or more of the features specified in the above description, in particular with reference numbers and/or specified in the list of reference numbers. The invention also relates to designs in which some of the features mentioned in the above description are not implemented, in particular if they are clearly superfluous for the respective application or can be replaced by other technically equivalent means.

BezugszeichenlisteReference List

11
Reaktorgehäusereactor housing
22
Prozesskammerprocess chamber
33
Suszeptorsusceptor
44
TascheBag
55
Substrathaltersubstrate holder
66
Substratsubstrate
77
Drehachse SubstrathalterAxis of rotation substrate holder
88th
Drehachse SuszeptorAxis of rotation susceptor
99
Schaftshaft
1010
Prozesskammerdeckeprocess chamber ceiling
1111
Gaseinlassorgangas inlet element
1212
Zuleitungsupply line
1313
Gasaustrittszonegas exit zone
1414
Zuleitungsupply line
1515
Gasaustrittszonegas exit zone
1616
Zuleitungsupply line
1717
Gasaustrittszonegas exit zone
1818
Vertiefungdeepening
1919
Gasauslassorgan gas outlet organ
2020
AufheizenWarm up
2121
Reinigen mit ChlorCleaning with chlorine
21'21'
SpülenWash
2222
Reinigen mit SauerstoffCleaning with oxygen
2323
Ausheizen mit WasserstoffBake out with hydrogen
2424
Abkühlen cooling down
2525
Gasquellegas source
2626
Massenfluss-ControllerMass Flow Controller
2727
VentilValve
2828
Zuleitungsupply line
2929
Zuleitungsupply line
3030
Zuleitungsupply line
3131
Heizeinrichtungheating device
3232
Steuereinrichtungcontrol device

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Claims (10)

Verfahren zum Abscheiden einer ein Element der V. Hauptgruppe enthaltenen Schicht auf einem Substrat (6) in einem CVD-Reaktor, wobei der CVD-Reaktor ein Reaktorgehäuse (1) aufweist, in dem zumindest ein mit SiC beschichtetes Graphitteil (3, 5,10,11,19) angeordnet ist, welches beim Abscheiden mit in einer Prozesskammer (2) des CVD-Reaktors eingespeistem Prozessgases derart in Berührung kommt, dass sich ein Zerlegungsprodukt des Prozessgases auf der Oberfläche des Graphitteils (3, 5, 10, 11, 19) eine parasitäre Beschichtung bildend abscheidet, wobei ein Prozessgas bereitgestellt wird, das ein Element der V. Hauptgruppe enthaltende Moleküle aufweist; wobei zumindest ein Substrat (6) in die Prozesskammer (2) gebracht wird; wobei das Prozessgas in die Prozesskammer (2) eingespeist wird, sich das Prozessgas in der auf eine Prozesstemperatur aufgeheizten Prozesskammer (2) zerlegt und das Element der V. Hauptgruppe als Bestandteil der Schicht auf dem Substrat abgeschieden wird; wobei das Substrat (6) aus der Prozesskammer (2) entnommen wird; wobei die Prozesskammer (2) auf eine erste Reinigungstemperatur (T1) aufgeheizt wird; wobei nach Erreichen der ersten Reinigungstemperatur (T2) in einem ersten Reinigungsschritt (21) ein Halogen oder eine Halogenverbindung in die Prozesskammer (2) eingespeist wird; wobei nach dem ersten Reinigungsschritt (21) die Prozesskammer (2) auf eine zweite Reinigungstemperatur (T2) gebracht wird; wobei nach Erreichen der zweiten Reinigungstemperatur (T2) in einem zweiten Reinigungsschritt (22) O2 in die Prozesskammer (2) eingespeist wird; wobei nach dem zweiten Reinigungsschritt (22) die Prozesskammer (2) auf eine dritte Reinigungstemperatur (T3) gebracht wird; wobei nach Erreichen der dritten Reinigungstemperatur (T2) in einem dritten Reinigungsschritt (23) im Wesentlichen nur H2 in die Prozesskammer (2) eingespeist wird; und wobei nach dem dritten Reinigungsschritt (23) die Prozesskammer (2) abgekühlt (24) wird.Process for depositing a layer containing an element of main group V on a substrate (6) in a CVD reactor, the CVD reactor having a reactor housing (1) in which at least one SiC-coated graphite part (3, 5, 10 ,11,19) which during deposition comes into contact with the process gas fed into a process chamber (2) of the CVD reactor in such a way that a decomposition product of the process gas is deposited on the surface of the graphite part (3, 5, 10, 11, 19 ) deposits a parasitic coating to form, wherein a process gas is provided which has molecules containing an element of main group V; wherein at least one substrate (6) is brought into the process chamber (2); wherein the process gas is fed into the process chamber (2), the process gas decomposes in the process chamber (2) heated to a process temperature and the element of main group V is deposited as a component of the layer on the substrate; wherein the substrate (6) is removed from the process chamber (2); wherein the process chamber (2) is heated to a first cleaning temperature (T 1 ); wherein after the first cleaning temperature (T 2 ) has been reached, a halogen or a halogen compound is fed into the process chamber (2) in a first cleaning step (21); wherein after the first cleaning step (21), the process chamber (2) is brought to a second cleaning temperature (T 2 ); wherein after reaching the second cleaning temperature (T 2 ) in a second cleaning step (22) O 2 is fed into the process chamber (2); wherein after the second cleaning step (22), the process chamber (2) is brought to a third cleaning temperature (T 3 ); wherein after the third cleaning temperature (T 2 ) has been reached, essentially only H 2 is fed into the process chamber (2) in a third cleaning step (23); and wherein after the third cleaning step (23) the process chamber (2) is cooled (24). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas AsH3, PH3 oder NH3 enthält und/oder dass das Prozessgas zusätzlich ein Gas enthält, dessen Moleküle ein Element der III. Hauptgruppe aufweisen und/oder dass das Prozessgas zusätzlich TMGa, TMIn oder TMA1 enthält.procedure after claim 1 , characterized in that the process gas contains AsH3, PH 3 or NH 3 and/or that the process gas additionally contains a gas whose molecules contain an element of III. Have main group and / or that the process gas also contains TMGa, TMIn or TMA1. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Aufheizens (20) ein Inertgas und/oder ein Edelgas und/oder N2 oder H2 in die Prozesskammer (2) eingespeist wird und/oder ausschließlich ein Inertgas in die Prozesskammer (2) eingespeist wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that during the heating (20) an inert gas and/or a noble gas and/or N 2 or H 2 is fed into the process chamber (2) and/or only an inert gas is fed into the process chamber ( 2) is fed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des ersten Reinigungsschritts (21) nur das Halogen oder die Halogenverbindung und N2 in die Prozesskammer (2) eingespeist wird und/ oder nur Cl2 zusammen mit N2 in die Prozesskammer (2) eingespeist wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that during the first cleaning step (21) only the halogen or the halogen compound and N 2 is fed into the process chamber (2) and/or only Cl 2 together with N 2 is fed into the process chamber (2 ) is fed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des zweiten Reinigungsschritts (22) nur O2 zusammen mit N2 in die Prozesskammer (2) eingespeist wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that during the second cleaning step (22) only O 2 is fed into the process chamber (2) together with N 2 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Abkühlens (23) nur H2 in die Prozesskammer (2) eingespeist wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that only H 2 is fed into the process chamber (2) during the cooling (23). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Graphitteil ein die Prozesskammer (2) begrenzender Suszeptor (3) ist und/oder dass das Graphitteil eine die Prozesskammer (2) begrenzende Prozesskammerdecke (10) ist und/oder dass das Graphitteil ein Gaseinlassorgan (11) ist und/oder dass das Graphitteil ein Gasauslassorgan (19) ist und/ oder dass das Graphitteil ein Substrathalter (5) ist, der in einer Tasche (4) des Suszeptors (3) gelagert ist, wobei durch eine Gaszuleitung ein Inertgas derart in die Tasche (4) einspeisbar ist, dass sich dort ein den Substrathalter (5) in eine Drehung um eine Achse (7) versetzendes des Gaspolster ausbildet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the graphite part is a susceptor (3) delimiting the process chamber (2) and/or that the graphite part is a process chamber cover (10) delimiting the process chamber (2) and/or that the graphite part is a gas inlet element (11) and/or that the graphite part is a gas outlet element (19) and/or that the graphite part is a substrate holder (5) which is stored in a pocket (4) of the susceptor (3), with a gas supply line Inert gas can be fed into the pocket (4) in such a way that a gas cushion is formed there which causes the substrate holder (5) to rotate about an axis (7). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Suszeptor (3) zumindest während des Abscheidens der Schicht um eine Drehachse (8) drehangetrieben wird und/oder dass der Suszeptor (3) während des Abscheidens der Schicht und während des Aufheizens (20), und/oder während der drei Reinigungsschritte (21, 22, 23) von einer Heizeinrichtung (31) beheizt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the susceptor (3) is driven in rotation about an axis of rotation (8) at least during the deposition of the layer and/or that the susceptor (3) during the deposition of the layer and during the heating (20 ), and/or is heated by a heating device (31) during the three cleaning steps (21, 22, 23). Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem CVD-Reaktor, der ein Reaktorgehäuse (1) aufweist, in dem zumindest ein Graphitteil (3, 5, 10, 11, 19) angeordnet ist, mit einer Gasversorgungseinrichtung die Gasquellen (25) aufweist, mit denen ein Prozessgas, dessen Moleküle ein Element der III. Hauptgruppe aufweist, ein Halogen oder eine Halogenverbindung, O2, H2 und N2 bereitgestellt wird, und mit einer Steuereinrichtung (32) zur Steuerung von Ventilen (27) und Massenfluss-Controllern (26) derart, dass in einer Prozesskammer (2) des Reaktorgehäuses (1) ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-8 durchgeführt wird.Device for carrying out the method with a CVD reactor which has a reactor housing (1) in which at least one graphite part (3, 5, 10, 11, 19) is arranged, with a gas supply device which has the gas sources (25) with which a process gas whose molecules contain an element of III. Has main group, a halogen or a halogen compound, O 2 , H 2 and N 2 is provided, and with a control device (32) for controlling valves (27) and mass flow controllers (26) such that in a process chamber (2) of the reaction gate housing (1) a method according to any one of Claims 1 - 8th is carried out. Verfahren oder Vorrichtung, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.Method or device, characterized by one or more of the characterizing features of one of the preceding claims.
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