DE102005004311A1

DE102005004311A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abscheiden von aus mehreren Komponentenhalbleitern bestehende Schichtenfolgen

Info

Publication number: DE102005004311A1
Application number: DE200510004311
Authority: DE
Inventors: Johannes KÄPPELER; Gerhard Karl Strauch; Rainer Dr. Beccard; Bernd Dr. Schulte
Original assignee: Aixtron SE
Current assignee: Aixtron SE
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2006-08-03
Also published as: WO2006082118A1; TW200628631A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abscheiden von aus mehreren Komponentenhalbleitern bestehende Schichtenfolgen auf einer Vielzahl von Substraten (1) mit einer Beladekammer (2) zum Beladen eines Substratträgers (3) mit ein oder mehreren Substraten (1), mit einer Vielzahl von Prozesskammern (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5), die jeweils einen Gaseinlass (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) zum Einlass von Prozessgasen, einen Gasauslass (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) eine verschließbare Be- und Entladeöffnung (7, 8) zum Be- und Entladen der Prozesskammer (4.1) mit ein oder mehrere Substrate (1) tragenden Substratträgern (3), und eine Prozesskammerheizung (8) aufweisen, und mit einer Entladekammer (9) zum Entladen des Substratträgers (3) mit den ein oder mehreren Substraten (1), mit einem Transportmittel (10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5 und 10.6) um den ein oder mehreren Substrat (1) tragenden Substratträger (3) schrittweise von der Beladekammer (2) in eine der ersten der Prozesskammern (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) und von dort jeweils in eine weitere Prozesskammer (4.2, 4.3, 4.4, 4.5) und von dort zur Entladekammer (9) zu bringen, wobei in jeder Prozesskammer im Wesentlichen nur eine Schicht abgeschieden wird und die Prozesskammern (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) während des Substratträgerwechsels auf Prozesstemperatur (T) gehalten werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von aus mehreren Komponentenhalbleitern, wie GaN, InGaN und Mischkristallen daraus sowie jegliche Art von III-V, II-VI-Halbleiterschichten.

Vorrichtungen zum Abscheiden von Halbleiterschichten sind im Stand der Technik bekannt. Sie besitzen ein Gasmischsystem, in welchem die Prozessgase vorbereitet werden. Bei diesen Prozessgasen kann es sich um Chloride, Hydride oder metallorganische Verbindungen handeln. Die Prozessgase werden über einen Gaseinlass in die Prozesskammer eines Reaktors gebracht. In dem Reaktor befindet sich eine Heizung, um die Prozesskammer auf eine Prozesstemperatur zu bringen. Darüber hinaus gibt es einen Gasauslass, um das Gas aus dem Reaktor abzuführen. Der Gasauslass ist in der Regel mit einer Vakuumpumpe versehen, um den Druck in der Prozesskammer einstellen zu können.

In einem Heißwandreaktor können aus Metallchloriden und Nichtmetallhydriden Komponentenhalbleiterschichten abgeschieden werden, die insbesondere Gallium, Indium, Aluminium und Arsen, Phosphor und Stickstoff enthalten. Mit einem derartigen System können auch Komponentenhalbleiter der zweiten und sechsten Hauptgruppe abgeschieden werden.

Alternative Verfahren verwenden als Ausgangssubstanz für die metallische Kristallkomponente metallorganische Verbindungen. Die nichtmetallische Kristallkomponente wird auch hier vorzugsweise als Hydrid, beispielsweise Arsin, Phosphin oder Ammoniak in die Prozesskammer geleitet. Bei diesem Verfahren wird im Wesentlichen nur der Substrathalter aufgeheizt, da bei diesem Prozess anders als beim Halogen-Prozess, wo Gasphasenreaktionen im Vordergrund stehen, Oberflächenreaktionen prozesslimitierend sind.

Bei allen bekannten Verfahren zum Abscheiden von Komponentenhalbleitern werden die Schichtenfolgen in ein und derselben Prozesskammer durchgeführt. Dies erfolgt durch einen entsprechenden Gaswechsel, wobei zwischen den Gaswechseln die Substratoberfläche mit Prozessgasen derart konditioniert wird, dass die jeweilige Kristalloberfläche vor Veränderung geschützt ist. Da die Temperatur innerhalb der Prozesskammer in der Regel ein prozessrelevanter Parameter ist, muss auch diese zwischen dem Abscheiden von zwei aufeinanderfolgenden Schichten geändert werden. Nachteilhaft bei diesen bekannten Vorrichtungen bzw. bei den mit den bekannten Vorrichtungen durchgeführten Verfahren ist der geringe Durchsatz, bedingt durch die Systemzeiten Aufheizen und Abkühlen. Insbesondere für die industrielle Fertigung von Schichten zum Herstellen von Leuchtdioden als Massenprodukt für Beleuchtungszwecke sind Verfahren und Vorrichtung verbesserungswürdig, um dem Preisdruck auf die Endprodukte nachzukommen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren anzugeben, mit der bzw. mit dem eine großindustrielle Fertigung von Komponenten-Halbleiterschichten möglich ist.

Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei grundsätzlich jeder Anspruch eine eigenständige Lösung der Aufgabe darstellt, aber gleichzeitig auch mit jedem anderen Anspruch kombinierbar ist.

Der Anspruch 1 sieht zunächst und im Wesentlichen eine Vorrichtung vor, die eine Beladekammer zum Beladen eines Substratträgers mit ein oder mehreren Substraten aufweist. Die Vorrichtung besitzt darüber hinaus eine Vielzahl von Prozesskammern. jede Prozesskammer ist mit einem Gaseinlass zum Einlass von Prozessgasen und mit einem Gasauslass ausgestattet. Jede Prozesskammer kann für ein anderes Verfahren zur Optimierung der Schichteigenschaften oder der Erweiterung der Struktur des Bauelements ausgelegt sein, z.B. Plasma Reinigung Ätzen, MOCVD, PECVD, HVPE, MBE, MOMBE, VTE, OVPD, ALD, AVD, Metall Bedampfen, E-Beam, RTP, Sputtern, I^2, u.a. Die Prozesskammer besitzt darüber hinaus eine verschließbare Be- und Entladeöffnung zum Be- und Entladen der Prozesskammer mit ein oder mehreren ein oder mehrere Substrate tragenden Substratträgern. Jede Prozesskammer besitzt darüber hinaus eine Prozesskammerheizung, um die Prozesskammer bzw. einen darin angewendeten Substrathalter oder dergleichen auf Prozesskammertemperatur zu bringen. Die Vorrichtung weist weiter eine Entladekammer zum Entladen des Substrates mit den ein oder mehreren Substraten auf. Zwischen der Beladekammer und der ersten Prozesskammer sowie zwischen den einzelnen Prozesskammern untereinander sowie zwischen der letzten Prozesskammer und der Entladekammer sind Transportmittel vorgesehen, um die die Substrate tragenden Substratträger schrittweise von der Beladekammer in eine erste der Prozesskammern und von dort jeweils in eine weitere Prozesskammer und von der letzten Prozesskammer zur Entladekammer im gleichbleibenden Takt zu bringen, wobei in jeder Prozesskammer im Wesentlichen nur eine Schicht abgeschieden wird und die Prozesskammern während des Substratträgerwechsels auf Prozesstemperatur gehalten werden. Die Substratträger werden zufolge dieser Ausgestaltung in der Beladekammer zunächst mit einem Substrat beladen. Zusammen mit dem Substrat werden diese Substratträger dann schrittweise zu sämtlichen Prozesskammern gebracht, wo individuell eine Schicht abgeschieden wird. Dies erfolgt getaktet im Wege einer starren Kopplung der einzelnen Prozesseinheiten. Es ist aber auch eine flexible Kopplung der einzelnen Prozesseinheiten vorgesehen, wenn es prozesstechnisch erlaubt ist, die die Substrate tragenden Substratträger zwischenzuspeichern. Zufolge dieser Ausgestaltung ist eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren gegeben, mit dem eine großindustrielle Fertigung von Komponentenhalbleiterschichten dadurch möglich ist, dass der Durchsatz von Substraten erhöht ist. Die einzelnen Prozesskammern können sich auf einem Gestell oder in einem abgesaugten ge schlossenen Gehäuse befinden. Es ist aber auch vorgesehen, dass dieses Gehäuse ständig evakuiert ist. Der Zugang von außen erfolgt über die Beladekammer. Über die Entladekammer werden die prozessierten Substrate zusammen mit den Substratträgern entnommen. Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn die Substrate ständig auf den ihnen zugeordneten Substratträgern bleiben, so dass die Substratträger von Prozesskammer zu Prozesskammer gebracht werden können. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gasauslässe der einzelnen Prozesskammern in eine gemeinsame Abgassammelleitung münden. Die Abgassammelleitung kann zu einer Wiederaufbereitungsanlage führen, wo die sich im Abgas befindlichen metallischen Komponenten dem Abgas entnommen werden. Auch die Komponenten Phosphor und Arsen können dem Abgas derartig entnommen werden, dass sie wie auch die metallischen Komponenten wiederverwendbar sind. Dies kann durch geeignete Zerlegungs- bzw. Trennschritte erfolgen. Beispielsweise können die Metalle bei geeigneten Temperaturen ausgefroren werden. In den einzelnen Prozesskammern herrschen auch während des Substratträgerwechsels Prozessbedingungen. Vorzugsweise wird weder der Totaldruck noch die Prozesstemperatur geändert. Die Beladung einer jeden Prozesskammer erfolgt deshalb vorzugsweise über eine Belade- Entladeschleuse. Lediglich die die Deposition bestimmenden Prozessgase werden während des Substratwechsels abgeschaltet. Die Substratträger werden, nachdem sie von der Entladekammer von ihren Substraten befreit sind, gereinigt, um dem Prozess wieder zugeführt zu werden. Dies kann durch geeignete Ätzmethoden erfolgen. Auch die Rückführung der Substratträger kann in dem oben genannten Gehäuse erfolgen. Die Substratträger durchlaufen somit einen Kreislauf. Die Prozessgase können in einer gemeinsamen Gasmischeinrichtung vorbereitet werden. Auch die Steuerung der einzelnen Prozessschritte in den einzelnen Prozesskammern kann von einer gemeinschaftlichen Steuereinrichtung vorgenommen werden. Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, dass die Transportmittel Gasphasensteuerungselemente beinhalten, so dass die Substrate während des Transportes von einer Prozess kammer zu einer folgenden Prozesskammer einer kontrollierten Gasphase ausgesetzt sind, so dass die Kristalloberfläche vor Desorbtion, Dekomposition und vor inkongruentem Verdampfen geschützt ist. In den einzelnen Prozesskammern kann nicht nur ein Abscheidungsprozess, sondern auch ein Reinigungsprozess oder ein anderweitiger Prozess an einem Substrat durchgeführt werden, so kann das Substrat beispielsweise durch Plasma geätzt werden. Ferner können die Schritte folgende Prozesse beinhalten: MOCVD, PECVD, HVPE, MBE, MOMBE, VTE, OVPD, ALD, AVD, Metall Bedampfen, E-Beam, RTP, Sputtern, I², und Laser-Lift-Off. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Taktzeit pro Substrat kleiner ist als beim eingangs genannten Stand der Technik. Die Prozesskammern für die jeweilige Einzelschicht bzw. den jeweiligen Einzelschritt optimiert. Die Prozesskammern können demzufolge auch unterschiedlich gestaltet sein. Sie sind insbesondere nicht baugleich. Bevorzugt sind die Transferzeiten zwischen den Prozesskammern wesentlich kleiner als die Prozesszeiten in den Prozesskammern. Die einzelnen Prozesskammern werden auf konstante, für die Einzelschicht optimierte Prozessparameter eingestellt. In den Prozesskammern können die Substrate auf Substrathaltern aufliegend oder an der Decke hängend prozessiert werden. Die Transfermittel, mit denen die Substrate bzw. die Substratträger von einer Prozesskammer zur nächsten transportiert werden, besitzen Temperaturregelungen, so dass die Temperatur voreingestellt geregelt werden kann. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Substratträger nur einen Teil der Gesamtheit der Prozesskammern durchlaufen. So kann es insbesondere erforderlich sein, dass die Substrate während des Prozesses auf andere Substratträger umgelagert werden müssen, wenn Materialunverträglichkeiten zu befürchten sind.

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

1 ein schematisches Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

2 den Temperatur- bzw. Totaldruckverlauf des Prozesses, der nacheinander in den verschiedenen Prozesskammern durchgeführt wird, wobei das Substrat beim Wechsel der Prozesskammern auch auf seinem Transportwege auf Temperatur gehalten sein kann,

3 den schematischen Aufbau exemplarisch einer Prozesskammer.

Die Vorrichtung besitzt ein nicht dargestelltes Gehäuse, das eine Beladekammer 2 aufweist. In dieser Beladekammer kann ein Substratträger 3 mit ein oder mehreren Substraten bestückt werden. Beim Ausführungsbeispiel ist der Substratträger 3 mit einem Substrat 1 bestückt. Der Substratträger 3 wird, mit einem Substrat bestückt, zunächst über ein Transportmittel 10.1 einer ersten Prozesskammer 4.1 zugeführt. Auf dem Transportweg 10.1 kann der Substrathalter mit dem darauf liegenden Substrat 1 der Prozesskammer vorverlagert, aufgeheizt oder abgekühlt werden. Dies ermöglicht die konstanten Prozessbedingungen je Prozesskammer stabil beizubehalten. Des Weiteren ist die Transportvorrichtung so ausgelegt, dass eine die jeweilige Kristalloberfläche schützende Gasphasen-Zusammensetzung eingestellt werden kann.

In der ersten Prozesskammer 4.1 wird im Ausführungsbeispiel eine Nukleationsschicht auf das beispielsweise aus GaAs, InP, SiC, Saphir oder anderen geeigneten Materialien bestehende Substrat 1 abgeschieden. Das Substrat liegt dabei auf dem Substratträger. Der Substratträger liegt auf einem Substrathalter 19 auf. Der Substrathalter 19 wird wie in der 2 dargestellt ist, von unten her mit einer Heizung 8 beheizt. Dadurch erhält die Prozesskammer 4 eine entsprechende Temperatur. Das Prozessgas wird über einen Gaseinlass 5 in die Prozesskammer geleitet, die von einem Reaktorgehäuse 18 umgeben ist.

Bei dem in 3 dargestellten exemplarischen Beispiel eines Reaktorgehäuses 18 ist mit der Bezugsziffer 12 eine Schleusenkammer und mit der Bezugsziffer 13 ein Schleusentor bezeichnet. Die Beladeöffnung 7 der Prozesskammer 4 ist ebenso wie das Schleusentor 13 verschließbar. Durch die Schleuse 12, 13 und die Beladeöffnung 7 kann die Prozesskammer 4 mit einem Substrat 1 tragenden Substratträger be- und entladen werden, ohne dass sich die Prozesstemperatur T bzw. der Totaldruck P innerhalb der Prozesskammer 4 ändern muss.

Die Prozessgase, die durch die einzelnen Gaseinlässe 5.1, 5.2, 5.4 und 5.5 in die einzelnen Prozesskammern 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 und 4.5 geleitet werden, werden in einem Gasmischsystem 16 vorbereitet, welches an geeignete Gasquellen angeschlossen ist. Das Gasmischsystem 16 beinhaltet geeignete Flussmess- und – Kontrollgeräte sowie Ventile. Die Steuerung erfolgt über eine zentrale Steuereinheit 17.

Über das oben genannte Gaseinlasssystem 5.1 der ersten Prozesskammer 4.1 wird im Ausführungsbeispiel TMGa und NH₃ sowie H₂ als Trägergas in die Prozesskammer 4.1 geleitet. Dort wird bei 200mBar und Prozesstemperatur von 500°C die besagte Nukleationsschicht aufgebracht. Das nicht verbrauchte Gas bzw. nicht verwertbare Prozessprodukte werden über den Gasauslass 6.1 abgeleitet.

Nach Beendigung des ersten Prozessschrittes wird der Substratträger 3 mit dem auf ihm aufliegenden Substrat 1 über ein Transportmittel 10.2 einer zweiten Prozesskammer 4.2 zugeführt. Auch hier kann der Substrattträger 3 während seines Transportes 10.2 aufgeheizt oder abgekühlt und mit einer Gasphasen-Zusammensetzung die jeweilige Kristalloberfläche geschützt werden. Etwa zeitgleich mit dem Transport dieses Substratträgers 3 über das Transportmittel 10.2 wird die erste Prozesskammer 4.1 erneut mit einem Substratträger 3, auf dem ein weiteres Substrat 1 liegt, beladen, so dass im Wesentlichen zeitgleich mit dem der Prozesskammer 4.2 stattfindenden zweiten Prozessschritt auf ein anderes Substrat 1 in der ersten Prozesskammer 4.1 eine Nukleationsschicht aufgebracht wird. Der zweite Prozessschritt, der in der Prozesskammer 4.2 durchgeführt wird, beinhaltet die Abscheidung der Nitritschicht. Hierzu wird über den Gaseinlass 5.2 TMG, Silan (als Dotierstoff) NH₃ und H₂ als Trägergas in die Prozesskammer 4.2 eingeleitet. Der Prozess findet hier bei einem Totaldruck von 400mBar und einer Prozesstemperatur von 1100°C statt.

Nach Beendigung dieses zweiten Prozessschrittes wird der Substratträger 3 mit dem auf ihm aufliegenden Substrat 1 über eine oben bereits erwähnte Schleuse 12, 13 aus der Prozesskammer 4.2 entnommen und über ein weiteres Transportmittel 10.3 einer dritten Prozesskammer 4.3 zugeleitet. In dieser Prozesskammer findet in analoger Weise ein dritter Prozessschritt statt. Bei diesem Prozessschritt werden keine metallorganischen Ausgangsstoffe verwendet, sondern Ga, C, Silan und NH₃. Als Trägergas wird hier auch wieder H₂ verwendet. Die Zuleitung der Prozessgase erfolgt über ein Gaseinlasssystem 5.3, das aber abweichend von dem in 2 dargestellten gestaltet ist. Auch die Prozesskammer 4.3, in der im HVPE-Verfahren eine Pufferschicht abgeschieden wird, weicht von der in 2 dargestellten Prozesskammer ab, da hier ein Heißwandprozess durchgeführt wird. Der Gasauslass 6.3 dieser Prozesskammer 4.3 mündet aber wie auch die übrigen Gasauslässe 6.1, 6.2, 6.4 und 6.5 in eine gemeinsame Abgassammelleitung 11.

Nach Beendigung des vierten Prozessschrittes wird der Substratträger dem auf ihm aufliegenden Substrat 1 über ein weiteres Transportmittel 10.4, welches auch wieder beheizbar und mit einer die jeweilige Kristalloberfläche schützenden Gasphasen-Zusammensetzung ausgerüstet ist, in eine vierte Prozesskammer 4.4 transportiert. Auch die vierte Prozesskammer 4.4 ist mit einem individuellen Gaseinlasssystem 5.4 und einem individuellen Gasauslass 6.4 versehen.

In dieser Prozesskammer 4.4 wird eine InGaN/GaN- Schicht abgeschieden. Dies erfolgt unter Verwendung von TMIn, TEGa, NH₃ und H₂ sowie gegebenenfalls auch N₂. Der Prozess wird bei 400 mBar und bei einer Temperatur im Bereich zwischen 760°C und 850°C durchgeführt.

Nach Beendigung des vierten Prozessschrittes wird der Substratträger 3 aus der vierten Prozesskammer 4.4 heraustransportiert, um über ein weiteres Transportmittel 10.5 einer vierten Prozesskammer 4.5 zugeführt zu werden, in die aus einem Gaseinlass 5.5 TMGA, DP2MG, NH₃ und H₂ eingeleitet wird. Hier wird eine GaN-Deckschicht eingebracht, die P-dotiert sein kann. Der Prozess wird hier bei 200mBar und 1100°C durchgeführt.

Nach Beendigung dieses Prozessschrittes wird der Substratträger während des Transportes mit dem Transportmittel 10.6 zu einer Entladekammer 9 abgekühlt. In der Entladekammer 9 wird das Substrat 1 dem Substratträger 3 entnommen und über eine Schleuse aus dem nicht dargestellten Gehäuse entnommen.

Der Substratträger 3 wird in einer Vorrichtung 14 gereinigt. Dies erfolgt durch Ätzen. Sodann wird der Substratträger 3 über eine Rückführung 20 wieder zur Beladekammer 2 zurückgeführt.

Das gesammelte Abgas wird aufbereitet. Hierzu mündet die Abgassammelleitung 11 in eine Wiederaufbereitungsanlage 15, in der insbesondere die metallischen Bestandteile des Abgases, Ga, In und Al aus dem Abgas entzogen werden. Dies kann durch eine thermische Behandlung bzw. durch anschließendes Ausfrieren der Metalle erfolgen. Eine ähnliche Behandlung kann auch zur Wiedergewinnung von Arsen oder Phosphor erfolgen.

Die Substratträger 3 durchlaufen einen Kreislauf und können schrittweise den einzelnen Prozesskammern 4.1 bis 4.5 zugeführt werden. Wesentlich ist, dass gleichzeitig auf verschiedenen Substraten 1 in unterschiedlichen Prozesskammern 4.1 bis 4.5, in denen ggf. unterschiedliche Prozessverfahren wie Plasma Reinigung/Ätzen, MOCVD, PECVD, HVPE, MBE, MOMBE, VTE, OVPD, AVD, Metall Bedampfen, E-Beam, RTP, Sputtern, I^2, u.a. kontrolliert werden, verschiedene Schichten abgeschieden werden und die Substrate 1 tragenden Substratträger nacheinander alle Prozesskammern 4.1 bis 4.5 durchlaufen. Ferner ist wesentlich, dass die die Prozesskammern verbindenden Transportmittel Vorrichtungen zum Beheizen und Abkühlen des Substratträgers mit darauf liegenden Substraten und die jeweilige Kristalloberfläche schützende Gasphasen-Zusammensetzung beinhalten. Zufolge der oben geschilderten Schleusen 12, 13 innerhalb des nicht dargestellten Gehäuses vor den einzelnen Prozesskammern 4.1 bis 4.5 ist sichergestellt, dass während des Substratträgerwechsels in den einzelnen Prozesskammern 4 lediglich die das Wachstum bestimmenden Prozessgase ausgeschaltet werden müssen. Die Prozesstemperaturen T und der Prozessdruck P wird dagegen konstant gehalten. Ferner ist eine Temperierung der Substratträger 3 auf ihren Transporten 10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5 und 10.6 vorgesehen. Hierzu können diese Transporte 10.1 bis 10.6 auch in mit Inertgas gespülten Transportkanälen stattfinden, die sich innerhalb des nicht dargestellten Gehäuses befindet. Während der Temperierung können die Transportkanäle auch mit einem Schutzgas, beispielsweise As4₃, PH₃ oder NH₃ versehen werden.

Während des Transportes 10.1 bis 10.6 können die auf dem Substrathalter 3 aufliegenden Substrate gekühlt und insbesondere erhitzt werden. Die Transportkanäle können hierzu die geeigneten Heizungen aufweisen. Der in der 2 dargestellte Temperaturverlauf soll nicht nur die Temperaturen innerhalb der Prozesskammern 4.1 bis 4.5, sondern auch den Temperaturverlauf während der Transport 10.1 bis 10.6 verdeutlichen. Hierzu dienen die strichpunktierten Linien, die entsprechende Bereiche der 1 und 2 miteinander verbinden.

Bei dem zuvor beschriebenen Prozess bzw. der zugehörigen Vorrichtung handelt es sich um ein Ausführungsbeispiel. Der Prozess kann erheblich umfangreicher und die zugehörige Vorrichtung erheblich mehr Prozesskammern bzw. Einlassorgane und Transportkanäle aufweisen, so ist z.B. vorgesehen, dass die Oberflächen der Substrate vor dem Aufbringen einer Nukleation konditioniert werden. Dies kann in einem Plasma erfolgen, indem die Substratoberfläche von risidualen Fremdstoffen befreit werden. Es können Zwischenschritte vorgesehen sein zur thermischen Aktivierung von Dotierstoffen. Diese thermische Aktivierung ist insbesondere unmittelbar nach einem Epitaxieschritt vorgesehen, indem eine dotierte Schicht oder Schichtfolge aufgebracht wird. Des Weiteren kann die Systemkette erweitert werden durch eine Laser-Lift-Off-Einheit für Dünn-Film-Bauelemente.

Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) 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.

Claims

Vorrichtung zum Abscheiden von aus mehreren Komponentenhalbleitern bestehende Schichtenfolgen auf einer Vielzahl von Substraten (1) mit einer Beladekammer (2) zum Beladen eines Substratträgers (3) mit ein oder mehreren Substraten (1), mit einer Vielzahl von Prozesskammern (4.1, 4.2, 4.3 4.4, 4.5), die jeweils einen Gaseinlass (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) zum Einlass von Prozessgasen, einen Gasauslass (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) eine verschließbare Be- und Entladeöffnung (7, 8) zum Be- und Entladen der Prozesskammer (4.1) mit ein oder mehrere Substrate (1) tragenden Substratträgern (3), und eine Prozesskammerheizung (8) aufweisen, und mit einer Entladekammer (9) zum Entladen des Substratträgers (3) mit den ein oder mehreren Substraten (1), mit einem Transportmittel (10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5. und 10.6) um den ein oder mehreren Substrat (1) tragenden Substratträger (3) schrittweise von der Beladekammer (2) in eine der ersten der Prozesskammern (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) und von dort jeweils in eine weitere Prozesskammer (4.2, 4.3, 4.4, 4.5) und von dort zur Entladekammer (9) zu bringen, wobei in jeder Prozesskammer im Wesentlichen nur eine Schicht abgeschieden wird und die Prozesskammern (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) während des Substratträgerwechsels auf Prozesstemperatur (T) gehalten werden.
Vorrichtung zum Abscheiden von aus mehreren Komponentenhalbleitern bestehende Schichtenfolgen auf einer Vielzahl von Substraten (1) mit einer Beladekammer (2) zum Beladen eines Substratträgers (3) mit ein oder mehreren Substraten (1), mit einer Vielzahl von Prozesskammern (4.1, 4.2, 4.3 4.4, 4.5), die jeweils einen Gaseinlass (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) zum Einlass von Prozessgasen, einen Gasauslass (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) eine verschließbare Be- und Entladeöffnung (7, 8) zum Be- und Entladen der Prozesskammer (4.1) mit ein oder mehrere Substrate (1) tragenden Substratträ gern (3), und eine Prozesskammerheizung (8) aufweisen, und mit einer Entladekammer (9) zum Entladen des Substratträgers (3) mit den ein oder mehreren Substraten (1), mit einem Transportmittel (10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5. und 10.6) um den ein oder mehreren Substrat (1) tragenden Substratträger (3) schrittweise von der Beladekammer (2) in eine der ersten der Prozesskammern (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) und von dort jeweils in eine weitere Prozesskammer (4.2, 4.3, 4.4, 4.5) und von dort zur Entladekammer (9) zu bringen, wobei den Transportmitteln (10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5 und 10.6) Gasphasenkontrollelemente zugeordnet sind, um während des Transportes der Substratträger (3) auf ihnen aufliegenden Substrate durch eine definierte Gasphasenzusammensetzung zu schützen.
Vorrichtung zum Abscheiden von aus mehreren Komponentenhalbleitern bestehende Schichtenfolgen auf einer Vielzahl von Substraten (1) mit einer Beladekammer (2) zum Beladen eines Substratträgers (3) mit ein oder mehreren Substraten (1), mit einer Vielzahl von Prozesskammern (4.1, 4.2, 4.3 4.4, 4.5), die jeweils einen Gaseinlass (5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5) zum Einlass von Prozessgasen, einen Gasauslass (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) eine verschließbare Be- und Entladeöffnung (7, 8) zum Be- und Entladen der Prozesskammer (4.1) mit ein oder mehrere Substrate (1) tragenden Substratträgern (3), und eine Prozesskammerheizung (8) aufweisen, und mit einer Entladekammer (9) zum Entladen des Substratträgers (3) mit den ein oder mehreren Substraten (1), mit einem Transportmittel (10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5. und 10.6) um den ein oder mehreren Substrat (1) tragenden Substratträger (3) schrittweise von der Beladekammer (2) in eine der ersten der Prozesskammern (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) und von dort jeweils in eine weitere Prozesskammer (4.2, 4.3, 4.4, 4.5) und von dort zur Entladekammer (9) zu bringen, wobei in jeder Prozesskammer im Wesentlichen nur ein einzelner ner Prozessschritt durchgeführt wird.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch eine gemeinsame Abgassammelleitung (11), in welche alle Gasauslässe (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5) der Prozesskammern (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) münden.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder in insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Prozesskammern (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) durchgeführten Prozesse bei unterschiedlichen Totaldrucken (P) durchgeführt werden, wobei der Totaldruck (P) innerhalb jeder Prozesskammer (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) auch beim Substratträgerwechsel beibehalten wird.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch eine jeder Be- und Entladeöffnung (7) zugeordneten Schleuse (12, 13).
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder in insbesondere danach, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Substratträgern (3), die in der Beladekammer (2) jeweils nacheinander mit ein oder mehreren Substraten (1) bestückt werden und dann schrittweise zu den einzelnen Prozesskammern (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) weiter transportiert werden, wo jeweils auf den auf ihnen aufliegenden Substraten (4) eine Schicht abgeschieden wird.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder in insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass in der Entladekammer (9) entladenen Substratträger (3) gereinigt werden und zur Beladekammer (2) zurückgebracht werden.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder in insbesondere danach, gekennzeichnet durch eine Ätzvorrichtung (14) zum Ätzen der aus der Entladekammer (9) entnommenen Substratträger (3).
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (15), um die im Abgas enthaltenen metallischen Komponenten dem Abgas zu entziehen und getrennt wieder aufzuarbeiten.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch eine gemeinsame Steuereinrichtung (17) zur Steuerung der Gasflüsse in die Prozesskammern (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5).
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch ein gemeinsames Gasmischsystem (16) zur Vorbereitung der Träger- und Prozessgase, die in die einzelnen Prozesskammern (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) eingeleitet werden.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Vorrichtung III-V- oder II-VI-Halbleiterschichten abgeschieden werden.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer der Prozesskammern (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) ein Reinigungsschritt für ein Substrat durchgeführt wird.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Prozesskammer (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) ein Plasma-Reinigungsschritt ein Ätzreinigungsschritt, ein MOCVD-Schritt, ein PECVD-Schritt, ein AVD-Schritt, ein HVPE-Schritt, ein MBE-Schritt, ein MOMBE-Schritt, ein VTE-Schritt, ein OVPD-Schritt, ein ALD-Schritt, ein AVD-Schritt, eine Metallbedampfung, eine Elektronenstrahlbehandlung, ein RTP-Schritt, ein Sputter-Schritt, ein I²-Schritt oder ein Laser-Lift-Off-Schritt durchgeführt wird.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch untereinander nicht baugleichen Prozesskammern.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Transferzeit zwischen den einzelnen Prozesskammern wesentlich kleiner ist, als die Prozesszeiten in den Prozesskammern.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Prozesskammer auf konstante für die Einzelschicht optimierte Prozessparameter einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate derart in den Prozesskammern angeordnet sind, dass ihre Oberflächen nach unten oder oben gerichtet sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch t4emperaturgeregelte Transportmittel zwischen den einzelnen Prozesskammern.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratträger nur einem Teil der Gesamtheit der Prozesskammern durchlaufen.
Verfahren zum Abscheiden von aus mehreren Komponentenhalbleitern bestehende Schichtenfolgen auf einer Vielzahl von Substraten (1), wobei in einer Beladekammer (2) schrittweise hintereinander Substratträger (3) mit ein oder mehreren Substraten (1) beladen werden und jeweils ein oder mehrere dieser Substratträger mit einem Transportmittel (10.1) zu einer ersten Prozesskammer (4.1) transportiert werden, in welcher eine erste Schicht auf das mindestens eine Substrat abgeschieden wird, wobei der mindestens eine Substratträger (3) zusammen mit dem Substrat danach schrittweise in mindestens eine weitere Prozesskammer (4.2, 4.3, 4.4, 4.5) weiter transportiert wird, in welchen jeweils im Wesentlichen nur eine Schicht auf das mindestens eine Substrat (1) abgeschieden wird, wobei anschließend der mindestens eine Substratträger (3) mit einem Transportmittel (10.6) zu einer Entladekammer (9) transportiert wird, wo das mindestens eine Substrat (1) dem mindestens einen Substratträger (3) entnommen wird, wobei die Prozesstemperaturen (T) in den einzelnen Prozesskammern (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) während des Substratträgerwechsels im Wesentlichen beibehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Substratträger (3) von der Entladekammer (9) zu einer Ätzvorrichtung (14) transportiert wird, dort gereinigt wird und anschließend zur Beladekammer (2) zurückgeführt wird, um erneut mit mindestens einem Substrat (1) beladen zu werden.