DE10124609B4

DE10124609B4 - Verfahren zum Abscheiden aktiver Schichten auf Substraten

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Publication number: DE10124609B4
Application number: DE10124609A
Authority: DE
Inventors: Prof. Dr. Heuken Michael
Original assignee: Aixtron SE
Current assignee: Aixtron SE
Priority date: 2001-05-17
Filing date: 2001-05-17
Publication date: 2012-12-27
Anticipated expiration: 2021-05-18
Also published as: US6964876B2; EP1390561A1; WO2002092876A1; DE10124609A1; US20040152219A1

Abstract

Verfahren zum Abscheiden aktiver Schichten auf Substraten aus gasförmigen Ausgangsstoffen, die in die Prozesskammer eines Reaktors gebracht werden, wo sie sich abhängig von in Vorversuchen ermittelten Prozessparametern auf dem Substrat anlagern und eine aktive Schicht bilden, deren Schichteigenschaften mittels in die Prozesskammer wirkender Sensoren berührungslos gemessen bzw. aus Oberflächenmessungen ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in den Vorversuchen zusätzlich zu dem Prozessparametersatz, welcher die Prozessparameter enthält, welche zu den gewünschten Schichteigenschaften führen, auch Kalibrierparameter dadurch ermittelt werden, dass die Abweichungen der Schichteigenschaften bei Variation einzelner Prozessparameter ermittelt werden und die jeweilige Abweichung zu der Prozessparametervariation in Beziehung gesetzt wird, und dass im Produktionslauf vor dem Abscheiden der aktiven Schicht im selben Produktionslauf mindestens eine Kalibrierschicht abgeschieden wird, deren Schichteigenschaften gemessen bzw. ermittelt werden, wobei durch In-Beziehungsetzen dieser Eigenschaften zu den gewünschten Schichteigenschaften Abweichungswerte gebildet werden, und dass abhängig von der Größe der Abweichungswerte ein oder mehrere Prozessparameter entsprechend der Kalibrierparameter zum...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden insbesondere kristalliner aktiver Schichten auf insbesondere kristallinen Substraten aus gasförmigen Ausgangsstoffen, die insbesondere zusammen mit einem Trägergas in die Prozesskammer eines Reaktors gebracht werden, wo sie sich abhängig von in Vorversuchen ermittelten Prozessparametern wie insbesondere Substrattemperatur, Prozesskammerdruck, Massenfluss der in die Prozesskammer eingebrachten Ausgangsstoffe oder Gesamtmassenfluss, insbesondere nach einer vorhergehenden pyrolytischen Zerlegung auf dem Substrat anlagern und eine aktive Schicht bilden, deren Schichteigenschaften wie insbesondere Stöchiometrie, Dotierung, Morphologie, Temperatur, Wachstumsrate oder dergleichen mittels in die Prozesskammer wirkender Sensoren berührungslos gemessen bzw. aus Oberflächenmessungen ermittelt werden.
Derartige Verfahren werden in einer Vorrichtung durchgeführt, die ein Reaktorgehäuse aufweisen, in welchem eine Prozesskammer angeordnet ist, welche insbesondere durch Wärmezufuhr zu einem Substrathalter heizbar ist, mit einem Gaseinlass zum Einlass gasförmiger Ausgangsstoffe, deren Zerfallsprodukte sich auf einem vom Substrathalter getragenen Substrat zur Ausbildung einer Schicht anlagern, mit mindestens einem in die Prozesskammer hineinwirkenden Sensor zur Ermittlung der Schichteigenschaften während des Schichtwachstums und mit einer elektronischen Steuereinheit zur Steuerung der Prozesskammerheizung, von Massenflusscontrollern zur Steuerung des Massenflusses der Ausgangsstoffe und einer Pumpe zur Steuerung des Prozesskammerdrucks.
Gattungsgemäße Vorrichtungen, auf denen das gattungsgemäße Verfahren ausgeübt wird, sind im Stand der Technik insbesondere in Form metallorganischer Gasphasen-Epitaxieanlagen bekannt. Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise beschrieben von den DE 35 37 544 C1 , EP 0 243 416 B1 , US 5,441,703 , US 4,991,540 , EP 0 324 812 B1 , US 5,348,911 , EP 0 428 673 B1 , US 5,162,256 , DE 36 08 783 C2 , DE 42 32 504 A1 , US 5,772,759 , DE 43 26 697 A1 , DE 43 26 696 A1 , DE 44 46 992 A1 , DE 195 22 574 A1 , DE 195 40 771 A1 , DE 198 13 523 A1 , US 5,652,431 A , US 5,552,327 A , US 5,254,207 A , DE 37 87 542 T2 .
Die Vorrichtung bzw. das Verfahren betrifft aber auch solche, die aus der US 5,595,606 , US 5,709,757 , US 5,453,124 , US 6,086,677 oder vom US 4,976,217 her bekannt sind.
Die metallorganische Gasphasenepitaxie ist heute eine weit verbreitete industrielle Methode zur Herstellung elektronischer und optoelektronischer Bauelemente aus III/V-Verbindungshalbleitern. Verschieden dotierte Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung werden mit großer Gleichmäßigkeit auf mehreren Substraten gleichzeitig abgeschieden. Dabei werden die wichtigen Wachstumsparameter wie Temperaturen, Zusammensetzung der Gasphase und Totaldruck geregelt. Die einzustellenden Werte für das jeweilige Bauelement werden in Serien von Vorversuchen ermittelt und dann für ein Bauelement entsprechend zusammengesetzt. Eine zeitliche Drift der notwendigen Einstellungen durch z. B. Alterung der Messgeräte, ein veränderter Zustand der Depositionskammer durch Belegung oder geringe Änderungen der Umgebungsbedingungen finden keine Berücksichtigung. Das führt oft zu nicht reproduzierbaren Schichteigenschaften die nicht den Spezifikationen entsprechen. Da einige Bauelemente (VCSEL, vertical cavity surface emitting laser; HEMT, high electron mobility transistors; LED light emitting diodes; edge emitting laser; HBT, hetero bipolar transistors, detectors, Solarzellen) eine Kontrolle der Schichtdicke auf eine Atomlage, eine Kontrolle der Zusammensetzung und der Dotierung auf weniger als ein Prozent erfordern, steigt der Anteil an fehlerhaften Prozessen, die diese Methode ohne Kontrolle und Rückkopplung einsetzen. Erhöhte Produktionskosten sind die Folge. Zur Verbesserung dieser Situation stehen heute Messmethoden zur Verfügung, die während des Schichtwachstums die wichtigsten Schichteigenschaften messen. Mit der RAS (Reflektions Anisotropie Spektroskopie) kann die Wachstumsrate, die Dotierung, die Schichtzusammensetzung und Grenzflächeneigenschaften während des Wachstums in einem Vielzahl-Substrat-Epitaxiereaktor bestimmt werden. Ellipsometrie, Reflektionsmessungen oder Röntgenmessungen im Reaktor können ähnliche Daten liefern, die zur Verbesserung der aktiven Zone in einem Bauelement eingesetzt werden können. Ein einfacher Regelkreis zur nachträglichen in situ Bestimmung der Schichteigenschaften ist nicht ausreichend, da die bereits hergestellte Schicht mit den nicht optimalen Eigenschaften das Bauelement bereits dominieren würde.
Zur Kontrolle von Schichteigenschaften und Wafertemperatur in einem Reaktor ist es bekannt, indirekte Eigenschaften an Kalibrierwafern im Prozess und danach zu messen. Die Ergebnisse und Schlussfolgerungen von Testläufen werden dann auf den eigentlichen Produktionslauf übertragen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kontrolle und Regelung von gattungsgemäßen Verfahren für die Herstellung von komplexen Strukturen aus Verbindungshalbleitern für elektronische und optoelektronische Bauelemente zu verbessern.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung.
Das Verfahren wird erfindungsgemäß insbesondere dadurch weitergebildet, dass in den Vorversuchen zusätzlich zu dem Prozessparametersatz, welcher die Prozessparameter enthält, welche zu den gewünschten Schichteigenschaften führen, auch Kalibrierparameter dadurch ermittelt werden, dass die Abweichungen der Schichteigenschaften bei Variation einzelner Prozessparameter ermittelt werden und die jeweilige Abweichung zu der Prozessparametervariation in Beziehung gesetzt wird und dass im Produktionslauf vor dem Abscheiden der aktiven Schicht im selben Produktionslauf mindestens eine Kalibrierschicht abgeschieden wird, deren Schichteigenschaften gemessen bzw. ermittelt werden, wobei durch In-Bezug-setzen dieser Eigenschaften zu den gewünschten Schichteigenschaften Abweichungswerte gebildet werden und dass abhängig von der Größe der Abweichungswerte ein oder mehrere Prozessparameter entsprechend der Kalibrierparameter zum Abscheiden der aktiven Schicht geändert werden. Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die elektronische Steuerung aus beim Wachstum der Kalibrierschicht gewonnenen Abweichungswerten mit Hilfe von abgespeicherten Kalibrierparametern geänderte Prozessparameter bildet und damit die Prozesskammerheizung, die Massenflusscontroller und die Pumpe beim Wachstum der aktiven Schichtfolge ansteuert. Es werden in einem ersten Schritt, in welchem durch Vorversuche der optimale Prozessparametersatz ermittelt wird, zusätzlich zu diesem Prozessparametern Kalibrierparameter ermittelt. Diese Kalibrierparameter geben Aufschluss darüber, in welcher Richtung sich die Schichteigenschaften ändern, wenn ein Prozessparameter geringfügig geändert wird. Aus den Kalibrierparametern ist beispielsweise erkennbar, wie sich die Stöchiometrie, die Dotierung, die Morphologie, die Temperatur und die Wachstumsrate der im Moment in der Prozesskammer abgeschiedenen Schicht ändert, wenn beispielsweise die Temperatur, der Gesamtmassenfluss oder der Massenfluss eines gasförmigen Ausgangsstoffes geändert wird. Bei den Vorversuchen werden diesbezüglich Sekundärversuche durchgeführt, bei denen jeweils bevorzugt ein, möglicherweise aber auch mehrere Parameter gleichzeitig geändert werden. Durch in situ Messung innerhalb der Prozesskammer werden die Schichteigenschaften der im Moment wachsenden Schicht gemessen. Aus den Oberflächenmessungen können auch Volumeneigenschaften wie beispielsweise oberflächennahe Zusammensetzung, Zusammensetzung der Schicht in der Tiefe oder die Wachstumsrate ermittelt werden. Diese Schichteigenschaften werden in Beziehung gesetzt zu den Schichteigenschaften die mit dem optimalen Parametersatz gemessen bzw. ermittelt werden. Daraus werden Abweichungswerte gebildet. Aus den Abweichungswerten und aus den bekannten Prozessparametervariationen lassen sich dann Kalibrierparameter rechnerisch ermitteln, die angeben, in welcher Richtung durch Variation der Prozessparameter gegenzusteuern ist, wenn die Schichteigenschaften bei eingestelltem Sollparametersatz von den gewünschten Werten abweichen, was, wie oben ausgeführt, durch Drift oder Alterung oder dergleichen erfolgen kann. Erfindungsgemäß werden auf das Substrat, insbesondere nach zuvorigem Abscheiden einer Pufferschicht, eine oder mehrere Kalibrierschichten abgeschieden. Die Abscheidung der Kalibrierschichten erfolgt mit dem in Vorversuchen ermittelten Sollparametersatz oder mit einem Prozessparametersatz, von dem aus den Erkenntnissen zuvoriger Produktionsläufe die gewünschten Schichteigenschaften erzielbar sein können. Während des Wachstums der Kalibrierschicht werden die Schichteigenschaften wie bei den Vorversuchen und beim Wachstum der aktiven Schicht gemessen bzw. ermittelt. Ergibt sich eine Abweichung zu den gewünschten Schichteigenschaften, so wird unter Beiziehung der zuvor ermittelten Kalibrierparameter derart gegengesteuert, dass die Prozessparameter entsprechend der Kalibrierparameter abhängig von der Größe der Abweichungswerte geändert werden. Mit diesen geänderten Prozessparametern erfolgt das Abscheiden der aktiven Schicht. Die Ermittlung der geänderten Prozessparametern erfolgt bevorzugt mit der elektronischen Steuereinheit der Vorrichtung. Es können ein oder mehrere Kalibrierschichten abgeschieden werden. Die Anzahl der abzuscheidenden Kalibrierschichten hängt von der Komplexität der aktiven Schicht ab, die aus einer Vielzahl von Einzelschichten bestehen kann. Die Messung erfolgt bevorzugt kontaktlos und beeinflusst somit den Prozessablauf nicht. Bevorzugt ist das Verfahren ein MOCVD-Verfahren. Bei diesem Verfahren liegen die metallorganischen Komponenten der Gruppe III bevorzugt in flüssiger Form vor und werden in Bädern auf einer bestimmten Temperatur gehalten. Diese Quellentemperaturen können auch von der Prozesskontrolle mit umfasst werden. Es werden dann auch hierzu Kalibrierparameter ermittelt. Die Massenflüsse der Ausgangsstoffe, denen auch Trägergase beigemischt sein können, werden mit Massenflusscontrollern gemessen und geregelt. Die Ausgangsstoffe können einen oder mehrere Dotierstoffe mit umfassen. Der Massenfluss der Dotierstoffe kann ebenso wie die Badtemperatur der Dotierstoffquelle ein Prozessparameter sein, der mit in die Prozesskontrolle einbezogen ist. Dann werden als Schichteigenschaft auch die Dotierstoffkonzentrationen optisch oder anderweitig während des Prozesses innerhalb der Prozesskammer bestimmt. Darüber hinaus ist es möglich, die Verspannung der Schicht als Schichteigenschaft zu bestimmen, um sie durch geeignete Änderung der Prozessparameter in gewünschten Grenzen zu halten. Der Sensor kann ein Reflektions-Anisotropie-Spektroskop (RAS) sein. Die Schichteigenschaften können aber auch mittels Ellipsometrie oder mit anderen Methoden, z. B. mit Thermoelementmessungen bestimmt werden. Auch Röntgenbeugung kann zur Schichteigenschaftbestimmung beigezogen werden. Die in situ ermittelten Daten können mit anderen, an unterschiedlichen Stellen im Reaktor ermittelten Daten korreliert werden. Die Ermittlung der Kalibrierparameter bzw. der Abweichungswerte erfolgt ohne Beeinträchtigung der aktiven Schicht. Diese wird bei entsprechend großen Abweichungswerten mit geänderten Parametern abgeschieden. Die Parametervariation zur Ermittlung der Kalibrierparameter durch in Beziehung setzen der Abweichungen der Schichteigenschaften zu den gewünschten Schichteigenschaften ist nur sehr gering, so dass die geänderten Prozessparameter beim Abscheiden der aktiven Schicht aus einer linearen Beziehung zwischen den Abweichungswerten und der Kalibrierparameter erfolgen kann. Zur Temperaturmessung des Substrathalters kann ein Thermoelement verwendet werden. Die Schichten der Kalibrierschichtfolge können verschiedene Bandabstände besitzen. Die Kalibrierschichten können auch verschiedene Wachstumsraten besitzen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Es zeigen:
1 den schematischen Aufbau einer MOCVD-Epitaxie-Vorrichtung,
2 das Flussdiagramm des Prozessablaufs und
3 den Aufbau einer Halbleiterschicht.
Der in 1 grob schematisch dargestellte Reaktor 1 besitzt eine Prozesskammer 2. Durch den Gaseinlass 3 gelangen die Ausgangsstoffe beispielsweise Trimethylgallium, Trimethylindium, Arsin, Phosphin, Wasserstoff oder Stickstoff in die Prozesskammer 2. Der Zufluss der Gase durch den Gaseinlass 3 in die Prozesskammer 2 erfolgt durch Steuerung des Globalparametermassenflusses. Zusätzlich wird der Dampfdruck der flüssigen oder festen MO-Quellen gesteuert.
In der Prozesskammer 2 befindet sich ein Substrathalterträger 6, welcher von unten mittels einer Heizung 11 beheizt wird. Auf dem Substrathalterträger, welcher um die Drehachse 8 während des Produktionslaufs gedreht wird, befinden sich ein oder mehrere Substrathalter 7, welche ebenfalls um ihre eigene Achse drehangetrieben werden. Auf den Substrathaltern 7 befinden sich die Substrate 9, bei denen es sich um Galliumarsenit- oder Indiumphosphit- oder Galliumnitrit-Einkristallscheiben handeln kann. Als Substratmaterial kommen auch Scheiben aus Magnesiumoxid, Saphir, Silicium oder Siliciumcarbit in Betracht. Oberhalb des Substrathalterträgers 7 befindet sich die Prozesskammerdecke 4. Umgeben ist die Prozesskammer 2 von den Prozesskammerwänden 5. Die Prozesskammerdecke 4 und die Prozesskammerwand 5 können selbst geheizt werden. Sie können aber auch gekühlt werden. Sie werden in aller Regel vom Substrathalterträger 6 strahlungsbeheizt.
Der Totaldruck innerhalb der Prozesskammer 2 wird mittels einer nicht dargestellten Pumpe geregelt, die das Gas aus der Prozesskammer heraus pumpt.
Die Temperatur des Substrathalterträgers 6 kann mittels eines Thermoelementes oder pyrometrisch 12 gemessen werden. Zusätzlich sind mit der Bezugsziffer 10 angedeutete Sensoren vorgesehen, mittels welche ellipsometrisch oder spektroskopisch die Schichteigenschaften gemessen werden. Insbesondere werden mittels der Sensoren während des Schichtwachstums die Oberflächenrekonstruktion, die Oberflächenstöchiometrie, die oberflächennahe Dotierung, die Oberflächenmorphologie, die Oberflächentemperatur und die oberflächennahe Zusammensetzung gemessen. Aus diesen Messwerten lässt sich die Wachstumsrate oder die Zusammensetzung in der Tiefe der Schicht ermitteln.
Diese Schichteigenschaften werden mit den Prozessparametern, zu denen auch die Drehzahl des Substrathalterträgers und der Substrathalter gehören, in Beziehung gebracht. In Vorversuchen werden die optimalen Prozessparameter ermittelt. Sind diese gefunden, so werden ergänzende Vorversuche gemacht, bei denen einzelne Prozessparameter geringfügig verändert werden. Diese Veränderungen führen zu Veränderungen der Schichteigenschaften. Die Abweichungen der Schichteigenschaften werden derartig mit der jeweiligen Abweichung des Prozessparameters in Bezug gesetzt, dass Kalibrierparameter bildbar sind. Dies erfolgt auf rechnerischem Wege. Die Kalibrierparameter geben an, in welcher Weise die Prozessparameter zu ändern sind, wenn man eine oder mehrere Schichteigenschaften ändern will. Dies ist immer dann erforderlich, wenn durch Drift, Alterung oder dergleichen mit den in den Vorversuchen ermittelten Prozessparametern keine Schicht mit den gewünschten Schichteigenschaften abgeschieden werden kann, sondern sich ein oder mehrere Schichteigenschaften verändert haben. Dann wird unter Verwendung der Kalibrierparameter und der ermittelten Größe der Abweichungswerte der Schichteigenschaften neue Prozessparameter gebildet, mit denen die aktive Schicht abgeschieden wird.
Zur Ermittlung der Größe der Kalibrierparameter werden vor dem Abscheiden der aktiven Schicht ein oder mehrere Kalibrierschichten auf das Substrat oder auf eine auf das Substrat aufgebrachte Pufferschicht abgeschieden.
Die Zusammensetzung oder die Folge der Kalibrierschichten ist von der Art der aktiven Schicht oder des aktiven Schichtsystems abhängig. Beispielsweise ist es von Vorteil, eine Kalibrierschichtfolge mit unterschiedlichem Bandabstand abzuscheiden, wenn die aktive Schicht Potentialtopfstrukturen aufweisen soll. Auch bei diesem Abscheiden der Kalibrierschichten wird die Zusammensetzung, die Wachstumsrate und die Art der Grenzfläche während des Wachstums bestimmt.
Soll eine VCSEL-Struktur abgeschieden werden, so besteht die Kalibrierschichtfolge aus Schichten zur Bestimmung der Zusammensetzung der jeweiligen Wachstumsraten und der jeweils mindestens erforderlichen Dotierung.
Zur Herstellung von Laserstrukturen besteht die Kalibrierschichtfolge bevorzugt aus Schichten, bei denen nicht nur die Dotierung, sondern auch die Verspannung der Struktur ermittelbar ist.
Bei der Herstellung von pseudomorphen Heterostruktur-Feldeffekttransistoren wird beim Abscheiden der Kalibrierschichtfolge die Eigenschaften der aktiven Grenzfläche zum leitenden Kanal, der Verspannungszustand des Kanals und die jeweils mindestens erforderliche Dotierung bestimmt.
Auch bei der Herstellung von Heterostruktur-Bipolar-Transistoren werden mehrere Kalibrierschichten abgeschieden.
Das Verfahren eignet sich auch zur Herstellung von niederdimensionalen Strukturen, beispielsweise Quantenpunkte oder Quantendrähten, die nur aus nicht zusammenhängenden lateralen Atomansammlungen bestehen.
Mit dem Verfahren kann auch pyrometrisch oder anders optisch die Temperaturmessung innerhalb des Reaktors mittels Thermoelemente kalibriert werden. Dabei besteht die Kalibrierschichtfolge aus Schichten bestimmter Zusammensetzung, unterschiedlicher Wachstumsraten und Grenzflächen.
Das Verfahren eignet sich auch zur vorteilhaften Benutzung von Substraten mit unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften, dazu gehören z. B. die vorteilhafte Desorption der Oxidschicht vor dem Wachstumsstart oder die Kontrolle des Einflusses von Surfaktanten.
Das Verfahren eignet sich zur Herstellung binärer, ternärer oder quaternärer Schichten mit sich ändernden Zusammensetzungen.
Der Prozess folgt den in der 2 dargestellten Schritten, wobei der eigentliche Produktionslauf an dem Punkt „Start” beginnt.
Die 3 zeigt den Schichtaufbau. Auf das nicht dargestellte Substrat wird zunächst eine Pufferschicht 14 abgeschieden. Auf diese Pufferschicht 14 werden dann Kalibrierschichten 15, 16 abgeschieden. Danach erfolgt die Abscheidung einer weiteren Pufferschicht 17, auf welche dann die aktive Schicht 18 abgeschieden wird. Auf die aktive Schicht 18, die auch eine Schichtenfolge sein kann, wird eine Deckschicht 19 abgeschieden.
Bevorzugt kann die Verfahrenssteuerung so eingestellt werden, dass bei Nichterreichen der gewünschten Schichteigenschaften beim Wachsen der aktiven Schicht der Prozesslauf abgebrochen wird. Vor Abschluss des Prozesslaufes wird auf die bereits begonnene aktive Schicht eine Schlussschicht abgeschieden, so dass das Substrat erneut verwendet werden kann.
Wenn beim Abscheiden der Kalibrierschichten Abweichungen der aktuell erforderlichen Wachstumsparameter erkannt werden, kann nach einer bekannten Gesetzmäßigkeit eine Anpassung der Wachstumsparameter vorgenommen werden. Im Einzelnen:
Eine Abweichung in Wachstumsrate kann durch Nachführen des Partialdrucks Elemente der III-Gruppe erfolgen. Das wiederum kann durch eine Änderung der Menge des Trägergases durch die Quelle durch die Verdünnung des Gasstromes oder durch den Druck in Quelle oder durch die Temperatur des Bades der Quelle erfolgen.
Eine Abweichung der Substrattemperatur kann durch die Regelung der Heizleistung oder der Substratrotationsgeschwindigkeit nachgeführt werden.
Eine Abweichung der Zusammensetzung kann durch das Nachführen von Partialdrucken der Reaktanten oder durch Nachführen der Wachstumstemperatur auf dem Substrat eingestellt werden.
Das Nachführen der Partialdrucke erfolgt bevorzugt durch Änderung des Massenflusses im zugehörigen Massenflussregler.
Den Abweichungen kann auch durch Einfügen zusätzlicher Monolagen oder durch Variation der Wachstumspausen zwischen dem Abscheiden einzelner Teilschichten oder Strukturen oder durch Variation der Prozessparameter in den Wachstumspausen entgegengewirkt werden.
Die Prozessparameter bilden als Wertegruppe mathematisch gesehen einen Vektor oder eine Matrix. Selbiges gilt für die variierten Prozessparameter. Auch die zu den jeweiligen Prozessparametersätzen bzw. variierten Prozessparametersätzen zugehörigen Schichteigenschaften bzw. Abweichungen bilden eine Wertgruppe, die als Vector oder Matrix mathematisch darstellbar ist. Beide Vectoren bzw. Matrizen können über funktionale Zusammenhänge aufeinander abgebildet werden. Der Abbildungsfunktionensatz, der die Prozessparameter auf die Schichteigenschaften abbildet, wird bei den Vorversuchen ermittelt. Je nach Anzahl der Parametervariationen kann es sich dabei um lineare Funktionen oder um Funktionen höherer Ordnung handeln. Durch Bildung der zu diesem Funktionssatz zugehörigen Umkehrfunktionen bzw. Umkehrfunktionensatz, lassen sich numerisch die Kalibrierparameter ermitteln, die in einfachstem Falle durch Konstanten, Vectoren oder Matrizen mathematisch darstellbar sind.

Claims

Verfahren zum Abscheiden aktiver Schichten auf Substraten aus gasförmigen Ausgangsstoffen, die in die Prozesskammer eines Reaktors gebracht werden, wo sie sich abhängig von in Vorversuchen ermittelten Prozessparametern auf dem Substrat anlagern und eine aktive Schicht bilden, deren Schichteigenschaften mittels in die Prozesskammer wirkender Sensoren berührungslos gemessen bzw. aus Oberflächenmessungen ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in den Vorversuchen zusätzlich zu dem Prozessparametersatz, welcher die Prozessparameter enthält, welche zu den gewünschten Schichteigenschaften führen, auch Kalibrierparameter dadurch ermittelt werden, dass die Abweichungen der Schichteigenschaften bei Variation einzelner Prozessparameter ermittelt werden und die jeweilige Abweichung zu der Prozessparametervariation in Beziehung gesetzt wird, und dass im Produktionslauf vor dem Abscheiden der aktiven Schicht im selben Produktionslauf mindestens eine Kalibrierschicht abgeschieden wird, deren Schichteigenschaften gemessen bzw. ermittelt werden, wobei durch In-Beziehungsetzen dieser Eigenschaften zu den gewünschten Schichteigenschaften Abweichungswerte gebildet werden, und dass abhängig von der Größe der Abweichungswerte ein oder mehrere Prozessparameter entsprechend der Kalibrierparameter zum Abscheiden der aktiven Schicht geändert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ein MOCVD-Verfahren ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessparameter zumindest die Substrattemperatur, den Prozesskammerdruck, den Massenfluss der in die Prozesskammer eingebrachten Ausgangsstoffe oder den Gesamtmassenfluss umfassen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessparameter auch die Quellentemperatur der flüssigen MO-Quellen umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenflüsse mit Massenflusscontrollern gemessen und geregelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsstoffe auch ein oder mehrere Dotierstoffe umfassen und als Schichteigenschaft auch die Dotierstoffkonzentration bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichteigenschaften zumindest die Stöchiometrie, die Dotierung, die Morphologie, deren Temperatur oder Wachstumsrate sind.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Schichteigenschaft auch die Verspannung der Schicht bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Reflexanisotropiespektroskop (RAS) oder ein Ellipsometer ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor zur Temperaturmessung ein Thermoelement oder ein optischer Sensor bspw. Pyrometer ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in-situ-Messung mit Röntgenbeugung, Elektronenbeugung (REED) oder IR-Reflektiometrie erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierschichten eine Mehrschichtstruktur umfassen.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten der Kalibrierschichtfolge verschiedene Bandabstände haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierschichten verschiedene Wachstumsraten besitzen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Produktionslauf bei Nichteinhalten der gewünschten Schichteigenschaften abbricht oder auf der Schicht eine Deckschicht abscheidet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Schicht kristallin ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein kristallines Substrat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ausgangsstoffe nach einer vorhergehenden pyrolytischen Zerlegung auf dem Substrat anlagern.