CN114008239A - 用于沉积包含镓和铟的半导体层系统的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于沉积半导体层系统的方法，在所述方法中，第一层序列具有包含镓的层并且第二层序列具有包含铟的层。为了避免在沉积包含铟的层时来自处理室中的残余物中的镓嵌入包含铟的层中建议，在第一过程步骤中附加地将包含铟的反应气体馈入处理室(2)中并且这样设置第一过程参数(2)，使得第一层或者层序列(11)不包含铟，或者在第一和第二过程步骤之间的中间步骤中将包含铟的反应气体馈入处理室(2)中，并且在此这样设置过程参数，使得没有铟沉积到基体(4)上，并且在第二过程步骤中这样设置第二过程参数，使得第二层不包含镓。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于通过将反应气体与载气共同馈入CVD反应器的过程室中在基体上沉积半导体层系统的方法，其中，在第一过程步骤中，在第一过程参数中通过馈入至少一个包含镓的第一反应气体沉积包含镓的第一层或者层序列，并且接着在第二过程步骤中，在第二过程参数中通过馈入至少一个包含铟的第二反应气体沉积包含铟的第二层或者层序列。
背景技术
通过这种尤其是在MOCVD反应器中进行的方法制造半导体多层结构，该半导体多层结构尤其是用于高电子迁移率晶体管(HEMT)的制造。在基体、尤其是硅基体上首先沉积掺杂硅的AlN层。在所述掺杂硅的AlN层上沉积AlGaN层。该AlGaN层又承载AlN层。该层序列包含其它的Al-GaN层和构成u-GaN通道的GaN层。在该包含镓的层或者层序列上随即在必要时在中间沉积由AlN构成的中间层的情况下沉积包含铟的层或者层序列，其中，该层可以具有AlInN。
在沉积包含镓的第一层序列期间，在处理室的壁上并且尤其是在与承载基体的处理室底部对置的处理室顶部形成包含镓的寄生沉积物。在之后的第二过程步骤中，这些镓由于嵌入包含铟的层中而对包含铟的第二层或者层序列的层质量造成干扰性的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，建议下述措施，通过该措施抑制镓原子不期望地嵌入第二层或者层序列中。
所述技术问题通过在权利要求中给出的发明解决，其中，从属权利要求不仅是权利要求1给出的发明的有利的扩展设计，而且是所述技术问题的独立解决方案。
首先主要建议，在第一过程步骤中除了包含镓原子的反应气体之外将包含铟原子的反应气体馈入处理室中。例如三甲基铟或者三乙基铟可以同时与例如三甲基镓馈入处理室中。然而第一过程参数设置为，使得在第一过程步骤中没有铟嵌入包含镓的层中。为此尤其建议，基体的表面温度在第一过程步骤期间大于1000℃。此外建议，使用氢气作为载气，氢气的使用不会促进或者甚至抑制了铟沉积到在待沉积的层中。备选地可以在第一过程步骤之后进行中间步骤，在所述中间步骤中，将包含铟的反应气体、例如TMI或者TEI馈入处理室中。在此也优选使用H2作为载气。温度优选高于1000℃。过程参数选择为，使得在基体上不会沉积铟。在第一过程步骤或者中间步骤中，在尤其冷却至约100℃的温度中的处理室顶部上发生置换反应。包含铟的反应气体、即尤其是金属有机铟化合物与附着在处理室顶部或者处理室的其它壁上的镓反应。所述镓在此可以是凝结在处理室顶部上的元素镓或者镓化合物。在反应中，铟化合物与镓反应，其中，尤其是金属有机的铟化合物与元素镓反应成元素铟和易失性或者挥发性的金属有机镓化合物。元素铟可以留在处理室顶部上。置换反应也可以产生至少暂时地附着在处理室壁上的铟化合物。然而在所述方法的一种变型方案中，处理室顶部也可以由此达到大于100°的温度，即例如由于进气元件降低或者布置在进气元件下方的由石英或者石墨构成的保护板降低，从而使处理室顶部的表面温度由于更靠近被加热的基座并且与被冷却的进气元件距离更远而升高。在这种条件下则进行中间步骤，在所述中间步骤中，与在第一过程步骤中相比，进气元件的排气面或者保护板与被加热的基座具有更小的距离。在该中间步骤中，包含铟的反应气体尤其与载气、例如氢气共同被馈入处理室中。在中间步骤之后，将包含铟的层或者层序列沉积到包含镓的第一层或者层序列上。这优选在低于1000℃的温度中并且优选以氮气作为载气进行。在第一过程步骤或者中间步骤期间，优选将与存在于处理室顶部上的镓原子一样多的铟原子馈入处理室中。为此尤其建议，在处理室顶部温度小于100℃时，铟相对于镓的摩尔比为至少三分之一。在处理室顶部温度更高时，所述摩尔比可以更小并且例如至少为十分之一。通过按照本发明的方法在沉积包含镓的层、例如亚硝酸镓层或者铝-亚硝酸镓层时减少镓在处理室的壁上寄生性地沉积。也可以规定，通过同时馈入三甲基铟或者三乙基铟将已经存在的、寄生的包含镓的覆层去除或者由包含铟的层置换。总压力在此可以低于100mbar或者低于200mbar。在在更低的温度中进行的第二过程步骤期间沉积包含铟、然而不包含镓的层。
附图说明
以下根据附图详细阐述本发明的实施例。在附图中：
图1示意性地示出了通过按照本发明的方法沉积的层系统，
图2示出了在第一运行位置中用于执行所述方法的装置，并且
图3示出了处于第二运行位置中的按照图2的装置。
具体实施方式
图2和图3所示的装置为具有反应器壳体1的MOCVD反应器，所述反应器壳体能够进行抽真空。具有冷却的排气板6的形式为莲蓬头的进气元件5位于所述壳体1内。为此在排气板中存在冷却通道，冷却剂能够流过所述冷却通道。多个均匀分布地布置在排气板6上的排气开口延伸通过排气板6，从外部馈入进气元件5中的工艺气体能够通过所述排气开口流入处理室2中。
在所述实施例中，在排气板6下方存在具有通孔9的保护板10，所述通孔在按照图2的运行位置、即保护板10直接布置在排气板6下方的运行位置中与排气开口7对准。排气板6可以由石英或者石墨构成。进气元件5和排气板6可以由金属、尤其是精炼钢构成。
基座3构成处理室2的底部，所述基体可以由涂层的石墨体构成。基座3承载一个或者多个基体4，所述基体在处理室2中被半导体层或者半导体层序列涂覆。
基座3可以围绕旋转轴线旋转驱动。通过加热装置8从下方将基座3加热到过程温度，所述过程温度能够通过位于基体4或者位于基座3的朝向处理室2指向的宽侧面上的未示出的温度测量设备进行测量。
图1示出了层序列，该层序列能够在图2和图3所示的装置中通过按照本发明的方法进行沉积。
在涂覆过程的第一阶段，在第一过程步骤序列11中沉积可以包含镓、铝和氮的层序列。该层序列不包含铟。为此通过进气元件5将形式为氨和铝和镓的金属有机化合物的工艺气体导入处理室2中。处理室2在此被加热到大于1000℃的温度中。所述温度在此在基体4上或者在基座3的朝向处理室2指向的上侧上被测量。
在第一层序列11沉积期间，在与处理室2邻接的表面上、即尤其是保护板10的下侧上产生包含镓的覆层。为了去除该覆层或者去除该覆层的镓，在第一过程步骤11的其中一个步骤并且尤其是在过程步骤11的最后一个步骤中除了金属有机的镓成分、即例如TMG之外还将包含铟的反应气体导入处理室2中。所述包含铟的反应气体在此可以是TMI或者TEI或者其它金属有机的铟化合物。过程参数在此选择为，使得没有铟会嵌入在这些过程步骤中沉积的层中。为此将基座表面的温度保持在高于1000℃。
取代镓、铝和铟的金属有机化合物也可以使用无机的金属化合物、例如氯化物作为反应气体。
在后续的步骤中，将包含铟的层12、13沉积到层系统上。这通过将反应性的、包含铟的气体馈入处理室2中实现。
在本发明的一种变型方案中可以规定，在没有包含铟的反应气体的情况下沉积第一层序列11。随即可以在中间步骤中在温度升高时将包含铟的反应气体馈入处理室中。所述温度在此选择得这样高，使得没有铟沉积到基体4上。为了提高保护板10的朝向处理室2指向的表面的温度，该保护板可以如图3所示的那样朝向被加热的基座3的方向降低。在沉积第一层序列11期间和/或在中间步骤期间使用氢气作为载气。在接下来沉积包含铟的层时可以使用氮气作为载气，沉积包含铟的层的过程步骤在更低的过程温度中进行。
尤其规定，第二层序列具有至少包含铟的层，第二层序列也包含铝和氮。为此在沉积第二层或者层序列时附加地将包含铝的反应气体、尤其是金属有机的铝化合物馈入处理室中。氨气与可以是氮气的载气共同馈入处理室中，所述氨气提供层的氮成分。
前述实施方案用于阐述本申请在总体上包含的发明，所述发明至少通过以下特征组合分别独立地对现有技术进行扩展设计，其中，两个、更多或者所有这些特征组合也能够相结合，即：
一种方法，其特征在于，在第一过程步骤中附加地将包含铟的反应气体馈入处理室2中并且这样设置第一过程参数2，使得第一层或者层序列11不包含铟，或者在第一和第二过程步骤之间的中间步骤中将包含铟的反应气体馈入处理室2中，并且在此这样设置过程参数，使得没有铟沉积到基体4上，并且在第二过程步骤中这样设置第二过程参数，使得第二层不包含镓。
一种方法，其特征在于，基体温度在第一过程步骤或者中间步骤中大于1000℃并且基体温度在第二过程步骤中小于1000℃。
一种方法，其特征在于，载气在第一过程步骤或者中间步骤中是H2并且在第二过程步骤中是N2。
一种方法，其特征在于，在中间步骤期间，处理室顶部的表面温度是与在第一和/或第二过程步骤期间不同的温度并且尤其是比在第一和/或第二过程步骤期间更高的温度，和/或在中间步骤期间处理室高度降低。
一种方法，其特征在于，在第一过程步骤或者中间步骤中，通过降低构成处理室顶部的进气元件5或者布置在所述进气元件5下方的保护板10降低处理室高度。
一种方法，其特征在于，所述进气元件5为具有均匀地布置在排气面上的排气开口7的莲蓬头，其中，所述排气面被主动地冷却。
一种方法，其特征在于，在第一和第二过程步骤期间在具有至少300mm的直径的同一基体4上沉积层以制造HEMT，其中，处理室高度为9至25mm。
一种方法，其特征在于，所述第一层或者层序列11包含GaN、AlGaN或者GaAs和/或第二层12包含AlInN和/或在第一层或者层序列和第二层或者层序列之间沉积由AlN构成的中间层13。
一种方法，其特征在于，在第一过程步骤或者中间步骤期间，处理室顶部的温度保持在小于100℃的温度中，其中，尤其规定，在第一过程步骤中，铟相对于镓的摩尔比至少为1/3或者处理室顶部温度大于100℃并且铟相对于镓的摩尔比大于1/10。
所有公开的特征(作为单个特征或特征组合)都为发明本质所在。因此，本申请的公开内容也包含相关/所附的优先权文件(在先申请副本)公开的全部内容，为此，优先权文件的特征也一并纳入本申请的权利要求中。从属权利要求即使在不具有所引用的权利要求的特征的情况下也以它们的特征表明对现有技术的独立的有创造性的扩展设计，尤其可以这些从属权利要求为基础提出分案申请。每项权利要求中所给出的发明可以另外具有在前述说明中尤其设有附图标记和/或在附图标记列表中给出的一个或多个特征。本发明还涉及多种设计方式，其中，在上述说明中提到的某些特征并未实施，尤其在其被认为对于相应的使用目的无关紧要或能够被其它技术作用相同的手段替换时。
附图标记列表
1 CVD反应器
2 处理室
3 基座
4 基体
5 进气元件
6 排气板
7 排气开口
8 加热装置
9 排气开口
10 保护板
11 第一层序列
12 第二层序列
13 中间层
Claims (13)
1.一种用于通过将反应气体与载气共同馈入CVD反应器(1)的过程室(2)中在基体(4)上沉积半导体层系统的方法，其中，在第一过程步骤中，在第一过程参数中通过馈入至少一个包含镓的第一反应气体沉积包含镓、然而不包含铟的第一层或者层序列(11)，并且接着在第二过程步骤中，在第二过程参数中通过馈入至少一个包含铟的第二反应气体沉积包含铟的第二层(12、13)或者层序列，其特征在于，在第一过程步骤中附加地将包含铟的反应气体或者在第一和第二过程步骤之间的中间步骤中将包含铟的反应气体在没有铟沉积到所述基体(4)上的情况下沉积，并且在第二过程步骤中没有镓沉积在所述基体(4)上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一过程参数(2)设置为，使得第一层或者层序列(11)不包含铟并且所述第二过程参数设置为，使得所述第二层不包含镓。
3.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述第一过程步骤在下述基体温度中进行，所述基体温度这样高，使得没有铟沉积并且基体温度在第二过程步骤中比第一过程步骤的基体温度低。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述第一过程步骤或者中间步骤期间，在处理室顶部上进行凝结在所述处理室顶部上的镓和包含铟的反应气体之间的化学置换反应和/或其中附着在所述处理室顶部上附着的镓或者附着在所述处理室顶部上的镓化合物至少部分地被铟或者铟化合物置换。
5.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，基体温度在第一过程步骤或者中间步骤中大于1000℃并且基体温度在第二过程步骤中小于1000℃。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述载气在第一过程步骤或者中间步骤中为H2并且在第二过程步骤中为N2。
7.一种根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述中间步骤期间，所述处理室顶部的表面温度是与在所述第一和/或所述第二过程步骤期间不同的温度并且尤其是比在所述第一和/或所述第二过程步骤期间更高的温度，和/或在所述中间步骤期间处理室高度降低。
8.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述第一过程步骤或者所述中间步骤中，通过降低构成所述处理室顶部的进气元件(5)或者布置在所述进气元件(5)下方的保护板(10)降低处理室高度。
9.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述进气元件(5)为具有均匀地布置在排气面上的排气开口(7)的莲蓬头，其中，所述排气面被主动地冷却。
10.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在第一和第二过程步骤期间在具有至少300mm的直径的同一基体(4)上沉积层以制造HEMT，其中，处理室高度为9至25mm。
11.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述第一层或者层序列(11)包含GaN、AlGaN或者GaAs和/或所述第二层(12)包含AlInN，和/或在所述第一层或者层序列和第二层或者层序列之间沉积由AlN构成的中间层(13)。
12.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述第一过程步骤或者所述中间步骤期间，处理室顶部的温度保持在低于100℃的温度中，和/或在所述第一过程步骤中，铟相对于镓的摩尔比至少为1/3或者处理室顶部温度大于100℃并且铟相对于镓的摩尔比大于1/10。
13.一种方法，其特征在于，具有前述权利要求中任一项的特征中的一个或多个特征。
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