DE102005038873A1 - Vielkammer-MOCVD-Aufwachsvorrichtung für hohe Geschwindigkeit/ hohen Durchsatz - Google Patents

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Abstract

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Durchführen einer chemischen Vielschritt-Vielkammer-Gasphasenabscheidung, während ein Reaktantspeicher in den jeweiligen Reaktionskammern vermieden wird. Das Verfahren enthält das Abscheiden einer Schicht aus Halbleitermaterial auf einem Substrat unter Verwendung einer Gasphasenabscheidung in einer ersten Abscheidungskammer, gefolgt von der Evakuierung der Wachstumskammer, um die Gasphasenabscheidungsquellengase, die in der ersten Abscheidungskammer verblieben sind, nach dem Abscheidungswachstum und vor dem Öffnen der Kammer zu reduzieren. Das Substrat wird zu einer zweiten Abscheidungskammer transportiert, während die erste Abscheidungskammer von der zweiten Abscheidungskammer isoliert ist, um zu verhindern, dass Reaktante, die in der ersten Abscheidungskammer vorhanden sind, die Abscheidung in der zweiten Kammer beeinflussen, und während eine Umgebung aufrechterhalten wird, die Wachstumsstoppeffekte minimiert oder eliminiert. Nach dem Transportschritt wird eine zusätzliche Schicht aus unterschiedlichem Halbleitermaterial auf der ersten, abgeschiedenen Schicht in der zweiten Kammer unter Verwendung von Gasphasenabscheidung abgeschieden.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gasphasenabscheidungsaufwachsen von Halbleitermaterialien und betrifft zugehörige Vorrichtungen und Verfahren. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung eine Waferverarbeitungsvorrichtung und ein Waferverarbeitungsverfahren zum Reduzieren eines Reaktantspeichers in den relevanten Vorrichtungskammern.
  • Kristallwachstum aus der Gasphase wird in der Halbleitertechnologie insbesondere zum Erzeugen von Epitaxieschichten auf Halbleiterwafern verwendet. Der Ausdruck Epitaxie beschreibt typischerweise das Wachsen von einer monokristallinen Schicht auf einer planaren Grenzoberfläche eines monokristallinen Substrats, im Allgemeinen eines Substratwafers aus einem Halbleitermaterial.
  • Epitaxiewachstum wird oft unter Verwendung der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD = Chemical Vapor Deposition)) in CVD-Reaktoren ausgeführt. In diesen Prozessen wird der Halbleiterwafer zuerst erwärmt und dann einem Gasgemisch ausgesetzt, das als Prozessgas bezeichnet wird. Die Prozessgasmischung besteht typischerweise aus einem Quellengas, einem Trägergas und, wenn erforderlich, einem Dotierungsgas. Das Quellengas (oder die Quellengase) stellen die Elemente bereit, die den gewünschten Halbleiter ausbilden; z.B. Trimethylgallium und Ammoniak, um Galliumnitrid auszubilden. Die Dotierungsgase tragen (typischerweise als Verbindungen) Elemente, die eine Leitfähigkeit vom p-Typ oder eine Leitfähigkeit vom n-Typ der Epitaxieschicht hinzufügen, z.B. Magnesium, um ein Galliumnitrid vom p-Typ zu erhalten. Die Quellengase und die Dotierungs gase reagieren auf oder neben der heißen Substratoberfläche, um die gewünschte Epitaxieschicht auszubilden.
  • In einem typischen CVD-Prozess treten Reaktantgase (oft gelöst in einem Trägergas) bei Raumtemperatur in die Reaktionskammer ein. Das Gasgemisch wird erwärmt, wenn es sich der Abscheidungsoberfläche nähert, strahlungsmäßig erwärmt wird oder auf einem erwärmten Substrat angeordnet wird. In Abhängigkeit von den Prozess- und Betriebsbedingungen können die Reaktantgase homogenen, chemischen Reaktionen in der Gasphase unterzogen werden, bevor sie auf die Oberfläche auftreffen. Nahe an der Oberfläche bilden sich thermische und chemische Konzentrationsgrenzflächen und Bewegungsgröße-Konzentrationsgrenzflächen aus, wenn sich der Gasstrom erwärmt, sich aufgrund eines viskosen Widerstands verlangsamt und sich die chemische Zusammensetzung ändert. Heterogene Reaktionen der Quellengase oder reaktiven Zwischenstoffe (die aus einer homogenen Pyrolyse ausgebildet werden) treten an der Abscheidungsoberfläche auf und bilden das abgeschiedene Material aus. Gasartige Reaktionsnebenprodukte werden dann aus der Reaktionskammer heraustransportiert.
  • Da ein p-n-Übergang ein grundlegendes Element in vielen Halbleitervorrichtungen ist, lässt man Epitaxieschichten vom entgegengesetzten Leitungstyp oft hintereinander folgend auf das Substrat aufwachsen, typischerweise durch Ändern der Zusammensetzung des Dotierungsgases bei einem gewünschten Punkt während des Aufwachsvorgangs. Ähnlich wird die Zusammensetzung der Quellengase geändert, wenn Heterostrukturen unter Verwendung der CVD erzeugt werden.
  • Diese Änderungen der Quellen- und Dotierungsgaszusammensetzung kann zu einem Problem führen, das als "Reaktantspeicher" bzw. Reaktantspeicherung bezeichnet wird. Der Ausdruck "Reaktantspeicher" beschreibt die unerwünschte Kontami nation des Prozessgases mit Quellen- oder Dotierungszusammensetzungen oder -Elementen, die in der Kammer von vorhergehenden Abscheidungsschritten verbleiben. Bei angehobenen Temperaturen können Dotierungs- und Quellenzusammensetzungen an den Reaktorwänden stecken bleiben und möglicherweise während nachfolgender Epitaxieschichtablagerungen wieder verdampfen. Wenn zum Beispiel Dotierungsstoffe wieder verdampfen, besteht die Möglichkeit, dass Dotierungsstoffe in den nachfolgenden epi-Schichten enthalten sind oder aufgenommen werden. In diesen Schichten können die Dotierungsstoffe als Verunreinigungen wirken oder können die elektronischen Eigenschaften der Schichten und der nachfolgenden Vorrichtungen ändern. Dieser Effekt wird öfters für Aluminium und Bor als wie für Stickstoff in der SiC-Epitaxie beschrieben. Der Effekt wird auch für Tellurium und Zink in der Galliumarsenid-Epitaxie und für Magnesium in der GaN-Epitaxie beschrieben.
  • Die Dotierungssteuerung ist in dem epitaxialen Wachstumsvorgang schwierig. Die Hintergrunddotierung kann unter Verwendung von gereinigten Gasen begrenzt werden und durch hochwertige Materialien in den kritischen Teilen des Reaktors begrenzt werden. Speichereffekte bzw. Ablagerungseffekte von früheren Wachstumsschritten sind auch dort problematisch, wo Dotierstoffe mit Absicht eingeführt worden sind.
  • Verschiedene Versuche wurden ausgeführt, um die Probleme zu lösen, die mit der Reaktantspeicherung verbunden sind. Eine solche versuchte Lösung ist die Ortsverdrängungsepitaxie. Die Ortsverdrängungsepitaxie basiert auf einer Verdrängung bzw. einem Wettbewerb zwischen zum Beispiel SiC und Dotierungsquellengasen für die verfügbaren Ersatzgitterorte auf der wachsenden SiC-Kristalloberfläche. In diesem Fall wird eine Dotierungsaufnahme durch das geeignete Einstellen des Si:C-Verhältnisses innerhalb des Wachstumsreaktors gesteuert, um die Menge an Dotierungsatomen zu beeinflussen, die in diesen Plätzen aufgenommen werden, entweder den Kohlenstoffgitterplätzen (C-Plätzen) oder den Siliziumgitterplätzen (Si-Plätzen), die sich auf der aktiven Wachstumsoberfläche des SiC-Kristalls befinden. Diese Technik ist auch für Arsenidwachstum und Phosphidwachstum verwendet worden. Unter Verwendung der Ortsverdrängungsepitaxie kann der Verunreinigungswert der Epitaxieschicht durch Einstellen des C:Si-Verhältnisses gesteuert werden, während der Dotierungsstickstoff vom n-Typ bei einem niedrigen C:Si-Verhältnis erhöht wird. Deshalb muss das C:Si-Verhältnis derart ausgewählt werden, dass es den vorherrschenden Dotierungsstoff begrenzt, um niedrig dotiertes Material wachsen zu lassen, während beabsichtigt dotiertes Material unter dem C:Si-Verhältnis aufwachsen muss, das am geeignetsten für den ausgewählten Dotierungsstoff ist.
  • Frühere Verfahren zum Bekämpfen des Reaktantspeichers haben auch das Reinigen des Reaktors nach jeder Abscheidung, das Ausheizen bzw. Entgasen des Reaktors und das Überdecken des Dotierungsstoffes durch Neubeschichten der Reaktorwände umfasst. Ein weiteres Verfahren zum Steuern des Effekts enthält das Ätzen der Reaktorwände, nachdem jede Dotierungsstoffschicht aufgewachsen ist, zum Beispiel unter Verwendung von Wasserstoff oder einer Chlorwasserstoffsäure. Kombinationen aus einer Ätze und einer aktiven C:Si-Verhältnissteuerung sind auch verwendet worden, um Probleme des Reaktantspeichers zu vermeiden. Diese Lösungen unterliegen jedoch mehreren Nachteilen. Jedes Verfahren ist zeitaufwendig und reduziert den Ausstoß und fügt zusätzliche Verarbeitungsschritte der Technik hinzu. Diese Verfahren können auch Wachstumsstoppeffekte wie zum Beispiel eine geringe Adhäsion zwischen den Schichten ergeben. Zudem können verschiedene, vorgeschlagene Lösungen des Problems des Reaktantspeichers Zusatzkosten für die Produktion der gewünschten Vorrichtungen bedeuten.
  • Eine Defektkontrolle wurde erheblich verbessert, indem die Reinigungsprozedur vor dem Aufwachsen optimiert wird, beide ex-situ vor dem Beschicken und in-situ als Teil der Aufwachssequenz. Der Reaktantspeicher konnte jedoch bislang nicht ausreichend unter Verwendung dieser Techniken reduziert werden, um ein effizientes epitaxiales Wachstum von mehreren Schichten mit niedriger Dotierung in den gleichen Prozessen zu ermöglichen. Es ist deshalb erwünscht, eine verbesserte und effizientere Technik für das epitaxiale Wachstum zu entwickeln, während Effekte vermieden werden, die durch den Reaktantspeicher verursacht werden.
    •
  • ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
  • In einer Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Durchführen einer chemischen Vielschritt-Vielkammer-Gasphasenabscheidung, während ein Reaktantspeicher in den jeweiligen Reaktionskammern vermieden wird. Das Verfahren enthält das Abscheiden einer Schicht aus Halbleitermaterial auf einem Substrat unter Verwendung der Gasphasenabscheidung in einer ersten Abscheidkammer gefolgt von einer Evakuierung der Wachstumskammer, um die Gasphasenabscheidungsquellengase, die in der ersten Abscheidkammer verblieben sind, nach dem Abscheidwachstum und vor dem Öffnen der Kammer zu reduzieren. Das Substrat wird zu einer zweiten Abscheidkammer transportiert, während die erste Abscheidkammer von der zweiten Abscheidkammer isoliert bzw. getrennt wird, um zu verhindern, dass Reaktante, die in der ersten Kammer vorhanden sind, das Abscheiden in der zweiten Kammer beeinträchtigen, und während eine Umgebung aufrechterhalten wird, die Wachstumsstoppeffekte minimiert oder beseitigt. Nach dem Transportschritt wird eine zusätzliche Schicht aus einem unterschiedlichen Halbleitermaterial auf der ersten Abscheidschicht in der zweiten Kammer unter Verwendung der Gasphasenabscheidung abgeschieden.
  • In einer zweiten Ausführungsform ist die Erfindung ein Verfahren zum Durchführen einer chemischen Vielschritt-Vielhalbleiter-Gasphasenabscheidung, während ein Reaktantspeicher in den jeweiligen Reaktionskammern vermieden wird. Das Verfahren enthält das Abscheiden bzw. Ablagern einer Schicht aus einem ersten Halbleitermaterial auf einem Substrat unter Verwendung einer Gasphasenabscheidung in einer ersten Abscheidungskammer gefolgt von einer Evakuierung der Wachstumskammer, um die Gasphasenabscheidungsquellengase, die in der ersten Abscheidungskammer verblieben sind, nachfolgend dem Abscheidungsaufwachsen und vor dem Öffnen der Kammer zu reduzieren. Das Substrat wird zu einer zweiten Abscheidungskammer transportiert, während die erste Abscheidungskammer von der zweiten Abscheidungskammer isoliert ist, um zu verhindern, dass Reaktante, die in der ersten Kammer vorhanden sind, die Abscheidung in der zweiten Kammer beeinträchtigen bzw. beeinflussen, und während eine Umgebung aufrechterhalten wird, die Wachstumsstoppeffekte minimiert oder beseitigt. Nach dem Transportschritt wird eine zweite Schicht aus einem unterschiedlichen Halbleitermaterial auf dem Substrat in der zweiten Kammer unter Verwendung der Gasphasenabscheidung abgeschieden. Nachdem die zweite Schicht abgeschieden worden ist und vor dem Öffnen der zweiten Abscheidungskammer, werden die Gasphasenabscheidungsquellengase aus der zweiten Abscheidungskammer evakuiert, um die Gasphasenabscheidungsquellengase zu reduzieren, die in der zweiten Abscheidungskammer nachfolgend des Abscheidungsaufwachsens verblieben sind, und das Substrat wird zu der ersten Abscheidungskammer transportiert, während die zweite Abscheidungskammer von der ersten Abscheidungskammer isoliert ist, um zu verhindern, dass Reaktante, die in der zweiten Kammer vorhanden sind, die Abscheidung in der ersten Abscheidungskammer beeinflussen, und während eine Umgebung aufrechterhalten wird, die Wachstumsstoppeffekte minimiert oder beseitigt. Nach dem Transportschritt wird eine zusätzliche Schicht aus dem ersten Halbleitermaterial auf der zweiten Abschei dungsschicht in der ersten Kammer unter Verwendung der Gasphasenabscheidung abgeschieden.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die Erfindung eine Vorrichtung zum Reduzieren des Reaktantspeichers während des chemischen Gasphasenabscheidungswachstums der Halbleitermaterialien. Die Vorrichtung enthält zwei Gasphasenabscheidungswachstumsprozesskammern zum Durchführen der chemischen Gasphasenabscheidung von einem Halbleitermaterial auf einem Substrat; und eine Transportkammer zwischen und in Verbindung mit den Abscheidungskammern zum Zuführen eines Substrats zwischen den Abscheidungskammern, ohne dass das Substrat direkt von einer der Kammern zu der anderen bewegt wird. Die Vorrichtung enthält weiterhin zwei Prozessisolationsventile, von denen jedes in Verbindung mit einer der jeweiligen Abscheidungskammern ist und wobei beide in Verbindung mit der Transportkammer zum Isolieren bzw. Trennen der Abscheidungskammern von der Transportkammer während des Gasphasenabscheidungsaufwachsens in den Kammern sind. Die Vorrichtung enthält auch eine Einrichtung zum Zuführen eines Substrats von einer der Abscheidungskammern zu der Transportkammer und danach von der Transportkammer zu der anderen der Abscheidungskammern.
  • In einer unterschiedlichen Ausführungsform wird eine Vorrichtung zum Reduzieren des Reaktantspeichers während des chemischen Gasphasenabscheidungswachstums der Halbleitermaterialien bereitgestellt. Die Vorrichtung enthält mindestens eine Gasphasenabscheidungsprozesskammer zum Durchführen der chemischen Gasphasenabscheidung von Epitaxieschichten vom n-Typ auf einem Substrat oder auf einer zuvor abgeschiedenen Schicht und mindestens eine Gasphasenabscheidungsprozesskammer zum Durchführen der chemischen Gasphasenabscheidung der Epitaxieschichten vom n-Typ auf einem Substrat oder auf einer zuvor abgeschiedenen Schicht. Die Vorrichtung enthält auch mindestens eine Transportkammer zum Transportieren eines Substrats zwischen den Gasphasenabscheidungsprozesskammern und mindestens zwei Prozessisolationsventile, von denen jedes in Verbindung mit jeweils einer der jeweiligen Abscheidungskammern ist und von denen beide in Verbindung mit der Transportkammer zum Isolieren der Abscheidungskammern von der Transportkammer während des Abscheidungswachsens in den Kammern sind. Die Vorrichtung enthält auch eine Einrichtung zum Transportieren eines Substrats von einer der Abscheidungskammern zu der Transportkammer und danach von der Transportkammer zu der anderen der Abscheidungskammern.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus der detaillierten Beschreibung, die nachfolgend gegeben wird, und aus den beiliegenden Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verständlich. Die Zeichnungen sind jedoch nicht dafür vorgesehen, eine Beschränkung der Erfindung auf eine spezielle Ausführungsform zu erzeugen, sondern sie sind nur für die Erläuterung und das Verständnis vorgesehen.
  • 1 ist eine schematische Zeichnung eines bearbeiteten Wafers, der in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird.
  • 2A und 2B sind schematische Zeichnungen einer zweikammerigen Vorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung und einem Verwendungsverfahren.
  • 3 ist eine schematische Zeichnung eines verarbeiteten Wafers, der in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird.
  • 4A–4C sind schematische Zeichnungen einer dreikammerigen Vorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung und einem Verwendungsverfahren.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERLÄUTERNDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die folgende Erfindung wird nachfolgend vollständiger mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Die Erfindung kann jedoch in vielen unterschiedlichen Formen ausgeführt sein und sollte nicht als beschränkt durch die Ausführungsformen, die hier erläutert werden, betrachtet werden; vielmehr werden diese Ausführungsformen derart bereitgestellt, dass die Offenbarung sorgfältig und vollständig ist und den Bereich der Erfindung Fachleuten vollständig zuführt. In den Zeichnungen sind die Dicken der Schichten und Bereiche zum Zwecke der Klarheit vergrößert. Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn ein Element wie zum Beispiel eine Schicht, ein Bereich oder ein Substrat als "auf" einem weiteren Element seiend bezeichnet wird, es direkt auf dem weiteren Element sein kann oder dass dazwischen liegende Elemente auch vorhanden sein können. Im Unterschied hierzu sind, wenn ein Element als "direkt auf" einem weiteren Element seiend bezeichnet wird, keine dazwischen liegenden Elemente vorhanden. Es wird auch darauf hingewiesen, dass die Bezugnahmen auf einen "Wafer" einen Wafer und auch vielfache Wafer enthalten und dass Waferträger optional in allen Bezugnahmen auf Wafern enthalten sein können. Zudem können die Wafer zu verschiedenen Waferträgern während der gesamten Prozessschritte transportiert werden.
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  • Die Erfindung beschreibt hier eine Waferverarbeitungsvorrichtung und ein Waferverarbeitungsverfahren zum Reduzieren des Reaktantspeichers in den jeweiligen Vorrichtungskammern. 1 zeigt einen beispielhaft verarbeiteten Wafer, zum Bei spiel einen Halbleitervorrichtungsvorläufer 10, der in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt wird. Wie in 1 gezeigt ist, ist eine n-GaN-Schicht 12 auf einem SiC-Substrat 14 angeordnet. Eine p-GaN-Schicht 16 befindet sich auf der n-GaN-Schicht 12. Der gezeigte Aufbau ist nur beispielhaft für einen Aufbau, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung aufwachsen kann, und es ist nicht beabsichtigt, die sich ergebenden Strukturen in irgendeiner Art und Weise zu beschränken. Genauer ist der sich ergebende Aufbau nicht auf ein SiC-Substrat beschränkt, sondern kann auch ein GaN-Substrat oder ein Saphirsubstrat oder ein anderes Substrat enthalten, das im Stand der Technik bekannt ist. Ähnlich können die Schichten, die auf das Substrat aufwachsen, unterschiedlich zu den dargestellten sein. Geeignete Schichten enthalten Gruppe-III-V-Schichten und auch weitere im Stand der Technik bekannte Schichten und sind nicht auf dotierte Schichten beschränkt. Wie hier verwendet bezieht sich der Ausdruck "Substrat" auf ein Substrat und auch auf ein Substrat, das ein oder mehrere abgeschiedene Schichten aus einem Material oder aus mehreren unterschiedlichen Materialien auf sich aufweist. Die Ausdrücke "Substrat" und "Wafer" werden hier durchweg als austauschbar verwendet.
  • Obwohl Aufbauten bzw. Strukturen, die zwei oder drei Schichten (n- und p-Typ) aus Galliumnitrid enthalten, gezeigt sind, erkennen Fachleute, dass die Vorrichtung ein oder mehrere Quantenwannen oder Supergitterstrukturen oder beides enthalten kann und dass die aktive Schicht oder die aktiven Schichten einen größeren Bereich der Gruppe-III-V-Verbindungen als Galliumnitrid alleine enthalten können. Diese Variationen müssen jedoch hier nicht im Detail ausgearbeitet werden, um die Erfindung klar zu verstehen, und somit werden sie hier nicht im Detail erläutert. Die relevanten Abschnitte von erzeugten Vorrichtungen können somit auch als "aktive Schichten", "Diodenabschnitte", "Diodenbereiche", oder "Diodenstruk turen" bezeichnet werden, ohne dass vom Bereich der Erfindung abgewichen wird.
  • Aus vielzähligen Gründen ist oft eine Pufferschicht als Teil der Struktur zwischen dem Siliziumcarbidsubstrat und der ersten Galliumnitridschicht (oder einer anderen Gruppe-III-V-Schicht) enthalten. In vielen Fällen kann die Pufferschicht Aluminiumnitrid (AIN), eine feste Verbindung aus AlGaN oder eine abgestufte Schicht aus Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) aufweisen, die sich von einer höheren Aluminiumkonzentration neben dem Siliziumcarbidsubstrat zu einer höheren Galliumnitridkonzentration an ihrer Schnittfläche mit der Epitaxieschicht aus Galliumnitrid fortsetzt. Geeignete Pufferschichten sind auch in den allgemein bekannten US-Patent-Nummern 6,373,077 und 6,630,690 offenbart. Weitere strukturelle Abschnitte, die in Vorrichtungen dieses Typs eingebaut werden können und für die die Erfindung besonders geeignet ist, enthalten Supergitterstrukturen zum Erhöhen der Gesamtkristallstabilität der Vorrichtung, Quantenwannen bzw. Potentialtöpfe zum Erhöhen des Lichtausgangs oder zum Abstimmen auf eine bestimmte Frequenz oder vielfache Quantenwannen zum Erhöhen der Helligkeit der Vorrichtung durch Bereitstellen der zusätzlichen Anzahl von aktiven Schichten und der Beziehungen zwischen ihnen. Zudem kann es erwünscht sein, die freiliegenden Oberflächen der Epitaxieschichten der Vorrichtung für einen Umgebungsschutz zu passivieren.
  • 2A und 2B zeigen eine Darstellung einer Vorrichtung 20 gemäß der vorliegenden Erfindung zum Ausbilden von Vielschichtvorrichtungen und ein Verfahren für ihre Verwendung. Die Vorrichtung enthält eine Transportkammer 22 in Verbindung mit zwei Kammern 24, 26 für chemische Gasphasenabscheidung. Die Vorrichtung 20 enthält auch zwei Isolationsventile 28, 30, die jeweils in Verbindung mit einer CVD-Kammer 24, 26 und der Transportkammer 22 sind, ein Ladeventil 32 in Verbindung mit der Transportkammer 22 und eine Ladeschleusenkammer 33. Die Ladeschleusenkammer 33 kann ein Schutzkasten mit eingebauten Handschuhen sein, die mit trockenem Gas (z.B. Argon, N2) gespült bzw. gesäubert wird, oder eine Vakuumkammer, die vor dem Öffnen des Ladeventils 32 gespült wird oder sie kann eine Kombination von diesen beiden sein. Ein Eingangsventil 35 in Verbindung mit der Ladeschleusenkammer 33 ist enthalten und auch eine Transporteinrichtung 34 und mindestens ein Gaseinlass 36. Die Isolationsventile 28, 30, das Ladeventil 32 und das Eingangsventil 35 können selektiv geöffnet und geschlossen werden, was ermöglicht, dass die Kammern voneinander getrennt bzw. isoliert werden können und auch von der Außenatmosphäre. Die Vorrichtung 20, die in 2A und 2B gezeigt ist, enthält drei Gaseinlässe 36, 38, 40. Jeder Gaseinlass 36, 38, 40 enthält bevorzugt ein Ventil 46, 48, 50, um den Einlass wie gewünscht öffnen oder schließen zu können. Die Gaseinlässe enthalten, sind aber nicht darauf beschränkt, einen Transportkammereinlass 36 und Reaktionskammereinlässe 38, 40. Die Vorrichtung enthält bevorzugt einen Transportkammerauslass 42 und Reaktionskammerauslässe 43, 44. Jeder Auslass 42, 43, 44 enthält bevorzugt ein Ventil 52, 53, 54, um den Auslass 42, 43, 44 wie gewünscht öffnen oder schließen zu können. Es wird darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung auch zusätzliche Kammern enthalten kann, zum Beispiel Abscheidungskammern, Kühlkammern oder weitere Kammern, die im Stand der Technik bekannt sind. Zudem kann die Vorrichtung auch weniger Einlässe und Auslässe enthalten, als in 2A und 2B dargestellt sind. Ähnlich kann die Vorrichtung mehr Einlässe und Auslässe als gezeigt enthalten.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Wafer 56, z.B. ein SiC-Wafer, in einer Ladeschleusenkammer 33 via einem Eingangsventil 35 angeordnet, während das Ladeventil 32 in einer geschlossenen Position verbleibt. Der Wafer 56 kann optional auf einem Waferträger angeordnet sein.
  • Nachdem der Wafer 56 in der Ladeschleusenkammer 33 angeordnet worden ist, wird das Eingangsventil 35 geschlossen und wird die Ladeschleusenkammer 33 evakuiert oder mit zum Beispiel N2 gespült, um O2 und Feuchtigkeit zusammen mit vielen anderen Verunreinigungen wenn möglich aus der Ladeschleusenkammer 33 zu entfernen. Der Wafer 56 wird dann in einer Transportkammer 22 via einem Ladeventil 32 angeordnet, während die Isolationsventile 28, 30 geschlossen sind. Mehr als ein Wafer können zu dieser Zeit transportiert werden. Wie in 2A gezeigt ist, wird eine zweite Kammer 26 von der Transportkammer 22 isoliert, indem das Isolationsventil 30 geschlossen wird, und der Wafer 56 wird zu der ersten Kammer 24 transportiert, während eine geeignete Umgebung, wie hier erläutert wird, aufrechterhalten wird. Eine Einrichtung zum Transportieren des Wafers enthält einen Arm. Nachdem der Wafer 56 zu der ersten Kammer 24 transportiert worden ist, wird das Isolationsventil 28 zwischen der ersten Kammer 24 und der Transportkammer 22 bevorzugt während der Verarbeitung geschlossen. Eine Epitaxieschicht, zum Beispiel eine Epitaxieschicht vom n-Typ, wird dann auf dem Wafer 56 durch chemische Gasphasenabscheidung in der ersten Kammer 24 abgeschieden.
  • Nach dem Abscheiden wird die erste Kammer 24 gespült, um Gasphasenabscheidungsquellengase und Dotierungsstoffe, die in der Kammer 24 nach dem Abscheiden verbleiben, zu reduzieren und das verarbeitete Substrat 58 wird zu der Transportkammer 22 durch das Isolationsventil 28 transportiert, während Wachstumsstoppeffekte minimiert werden. Wie hier verwendet enthält der Ausdruck "gespült" den Schritt des Evakuierens der Kammer und auch den Schritt des Ersetzens eines Gases durch ein anderes. Wachstumsstoppeffekte werden minimiert, indem geeignete Umgebungen verwendet werden, zum Beispiel H2, N2, Edelgase oder Gruppe-V-Gase. Drücke, die für die Gasphasenabscheidungswachstumstechnik geeignet sind, können auch verwendet werden. Während des Transports bleibt das Trennventil 30 zwischen der Transportkammer 22 und der Transportkammer 26 geschlossen, um zu verhindern, dass relevante Dotierungsgase, die in der ersten Kammer 24 vorhanden sind, in die zweite Kammer 26 eintreten können und eine spätere Abscheidung in der zweiten Kammer 26 beeinträchtigen können. Die Minimierung der Wachstumsstoppeffekte tritt auf, indem das Substrat in einer Umgebung aufrechterhalten wird, die Wachstumsstoppeffekte minimiert. Die Wachstumsstoppeffekte werden bevorzugt durch Aufrechterhalten eines positiven Flusses von Reaktantgasen durch die gesamte Vorrichtung minimiert.
  • Die Abscheidung einer zweiten Epitaxieschicht wird in 2B dargestellt. Wie in der Figur gezeigt ist, ist das Isolationsventil 28 zwischen der ersten Kammer 24 und der Transportkammer 22 geschlossen und das Isolationsventil 30 zwischen der Transportkammer 22 und der zweiten Kammer 26 ist geöffnet. Der Wafer 58 wird dann über die Transporteinrichtung 34 in die zweite Kammer 26 transportiert. Nachdem der Wafer 58 in die zweite Kammer 26 transportiert worden ist, wird das Isolationsventil 30 zwischen der zweiten Kammer 26 und der Transportkammer 30 bevorzugt während des Epitaxiewachstums geschlossen. Eine Epitaxieschicht, zum Beispiel eine Epitaxieschicht vom p-Typ, wird dann auf der ersten Epitaxieschicht durch chemische Gasphasenabscheidung in der zweiten Kammer 26 abgeschieden.
  • Nach dem Abscheiden wird die zweite Kammer 26 gespült bzw. gesäubert, um das Vorhandensein von Gasphasenabscheidungsgasen und Dotierungsstoffen, die in der zweiten Kammer 26 nach der Abscheidung verbleiben, zu reduzieren und die resultierende Vorrichtung 60 wird zu der Transportkammer 22 durch das Isolationsventil 30 transportiert, während Wachstumsstoppeffekte minimiert werden. Wachstumsstoppeffekte werden minimiert, indem geeignete Umgebungen verwendet werden, z.B. H2, N2, Edelgase oder Gruppe-V-Gase. Drücke, die für die Gasphasen abscheidungswachstumstechniken geeignet sind, können auch verwendet werden. Während des Transports bleibt das Isolationsventil 28 zwischen der Transportkammer 22 und der ersten Kammer geschlossen, um zu verhindern, dass relevante Dotierungsgase, die in der zweiten Kammer 26 vorhanden sind, in die erste Kammer 24 eintreten können und eine spätere Abscheidung in der ersten Kammer 24 beeinträchtigen bzw. beeinflussen können.
  • Wenn die gewünschte Anzahl der Wachstumsschritte vervollständigt ist, wird der verarbeitete Wafer von der Transportkammer 22 zu der Ladeschleusenkammer 33 über das Ladeventil 32 transportiert und das Ladeventil 32 wird geschlossen. Das Eingangsventil 35 bleibt während dieses Transports geschlossen. Nachdem die Ladeschleusenkammer 33 in die geeignete Atmosphäre zurückversetzt worden ist, wird das Eingangsventil 35 geöffnet und der verarbeitete Wafer wird aus der Ladeschleusenkammer 33 entfernt.
  • 3 zeigt eine beispielhafte Vielschichtstruktur 62, z.B. einen Halbleitervorrichtungsvorläufer, der in Übereinstimmung mit einer zusätzlichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gewachsen ist. Wie 1 ist auch 3 nur beispielhaft für eine Struktur gezeigt, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wachsen kann, und sie ist nicht dafür vorgesehen, resultierende Vorrichtungen in irgendeiner Art und Weise zu beschränken. Genauer ist die resultierende Struktur nicht auf ein SiC-Substrat beschränkt, sondern kann ein GaN-Substrat oder ein Saphirsubstrat oder ein anderes bekanntes Substrat enthalten. Ähnlich können auch die Schichten, die auf das Substrat aufwachsen, zu den gezeigten Schichten unterschiedlich sein. Geeignete Schichten enthalten Gruppe-III-V-Schichten und auch andere im Stand der Technik bekannte Schichten und sind nicht auf dotierte Schichten beschränkt. Wie in 3 gezeigt ist, ist eine n-GaN-Schicht 64 auf einem SiC-Substrat 66 angeordnet. Eine p-GaN-Schicht 68 ist auf der n-GaN-Schicht 64 angeordnet und eine zusätzliche n-GaN-Schicht 70 ist auf der p-GaN-Schicht 68 angeordnet.
  • In einer Ausführungsform kann die zusätzliche n-GaN-Schicht 70, die in 3 gezeigt ist, in der Vorrichtung von 2A und 2B ausgebildet werden, indem das verarbeitete Substrat 60 von der Transportkammer 22 durch das Isolationsventil 28 in die erste Kammer 24 transportiert wird, während die zweite Kammer 26 von der Transportkammer 22 isoliert ist. Nach dem Transport kann ein Abscheidungsschritt in der ersten Kammer 24 durchgeführt werden, um die gewünschte Schicht auf den verarbeiteten Wafer 60 aufwachsen zu lassen.
  • Nach der Abscheidung wird die erste Kammer 24 gespült, um das Vorhandensein von Gasphasenabscheidungsgasen und Dotierungsstoffen, die in der Kammer 24 nach der Abscheidung verbleiben, zu reduzieren und das Substrat wird zu der Transportkammer 22 durch das Isolationsventil 28 transportiert, während Wachstumsstoppeffekte minimiert werden. Wachstumsstoppeffekte werden minimiert, indem geeignete Umgebungen verwendet werden, z.B. H2, N2, Edelgase oder Gruppe-V-Gase. Drücke, die für Gasphasenabscheidungswachstumstechniken geeignet sind, können verwendet werden. Während des Transports bleibt das Isolationsventil 30 zwischen der Transportkammer 22 und der zweiten Kammer 26 geschlossen, um zu vermeiden, dass wichtige Dotierungsgase, die in der Kammer 24 vorhanden sind, in die zweite Kammer 26 eintreten können und eine spätere Abscheidung in der zweiten Kammer 26 beeinflussen oder beeinträchtigen können.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird die zusätzliche n-GaN-Schicht 70, die in 3 gezeigt ist, in einer dritten Abscheidungskammer abgeschieden. 4A-4C sind schematische Zeichnungen einer Vorrichtung 72 gemäß der vorliegenden Erfindung zum Ausbilden von Vielschichtvorrichtungen und eines Ver fahrens ihrer Verwendung. Die Vorrichtung 72 enthält eine Transportkammer 74 in Verbindung mit jeder der drei Kammern 76, 78, 80 für chemische Gasphasenabscheidung. Die Vorrichtung 72 enthält auch drei Isolationsventile 82, 84, 86, jedes in Verbindung mit einer der CVD-Kammern 76, 78, 80 und der Transportkammer 74, ein Ladeventil 88 in Verbindung mit der Transportkammer 74 und eine Ladeschleusenkammer 89. Die Ladeschleusenkammer 89 kann eine Handschuhkammer sein, die mit trockenem Gas (d.h. N2, Ar) gespült wird, oder eine Vakuumkammer, die vor dem Öffnen des Ladeventils 88 gespült werden kann. Ein Eingangsventil 91 in Verbindung mit der Ladeschleusenkammer 89 ist enthalten und auch eine Transporteinrichtung 84 und mindestens ein Gaseinlass 90. Die Isolationsventile 82, 84, 86, das Ladeventil 88 und das Eingangsventil 91 können selektiv geöffnet und geschlossen werden, was den Kammern 74, 76, 78, 80 ermöglicht, dass sie jeweils einzeln von den anderen isoliert werden können. Die Vorrichtung 72, die in 4A-4C gezeigt ist, enthält vier Gaseinlässe 90, 92, 94, 96. Jeder Gaseinlass 90, 92, 94, 96 enthält bevorzugt ein Ventil 102, 104, 106, 108 zum Öffnen oder Schließen des Einlasses 90, 92, 94, 96 wie gewünscht. Die Gaseinlässe enthalten, sind aber nicht darauf beschränkt, einen Transportkammereinlass 90 und Reaktionskammereinlässe 92, 94, 96. Die Vorrichtung enthält auch bevorzugt einen Transportkammerauslass 98 und Reaktionskammerauslässe 99, 100, 101. Jeder Auslass 98, 99, 100, 101 enthält bevorzugt ein Ventil 109, 110, 111, 112, um den Auslass 98, 99, 100, 101, wie gewünscht, zu öffnen oder zu schließen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung 72 auch zusätzliche Kammern enthalten kann, zum Beispiel Abscheidungskammern, Kühlkammern oder weitere Kammern, die im Stand der Technik bekannt sind, und auch zusätzliche oder weniger Einlässe und Auslässe.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Wafer 114, zum Beispiel ein SiC-Wafer, in einer Lade schleusenkammer 89 über ein Eingangsventil 91 angeordnet, während das Ladeventil 88 in einer geschlossenen Position verbleibt. Der Wafer 114 kann optional auf einem Waferträger angeordnet sein. Nachdem der Wafer 114 in der Ladeschleusenkammer 89 angeordnet worden ist, wird das Eingangsventil 91 geschlossen und die Ladeschleusenammer 89 wird gespült, zum Beispiel mit N2, um O2 und Feuchtigkeit zusammen mit irgendwelchen weiteren Verunreinigungen aus der Ladeschleusenkammer 89 zu entfernen. Der Wafer 114 wird dann in der Transportkammer 74 via einem Ladeventil 88 angeordnet, während die Isolationsventile 82, 84, 86 geschlossen werden. Mehr als ein Wafer können zu dieser Zeit transportiert werden. Wie in 4A gezeigt ist, werden die zweite Kammer 78 und die dritte Kammer 80 von der Transportkammer 74 isoliert, indem die Isolationsventile 84, 86 geschlossen werden, und der Wafer 114 wird zu der ersten Kammer 76 transportiert, während eine geeignete Umgebung, wie hier erläutert wird, aufrechterhalten wird. Nachdem der Wafer 114 zu der ersten Kammer 76 transportiert worden ist, wird das Isolationsventil 82 zwischen der ersten Kammer 76 und der Transportkammer 74 während der Verarbeitung bevorzugt geschlossen. Eine Epitaxieschicht, z.B. eine Epitaxieschicht vom n-Typ, wird dann auf dem Wafer 116 durch eine chemische Gasphasenabscheidung in der ersten Kammer 76 abgeschieden.
  • Nach der Abscheidung wird die erste Kammer 76 gespült, um Gasphasenabscheidungsquellengase und Dotierungsstoffe, die in der Kammer 76 nach der Abscheidung verbleiben, zu reduzieren und das verarbeitete Substrat 116 wird zu der Transportkammer 74 durch das Isolationsventil 82 transportiert, während Wachstumsstoppeffekte minimiert werden. Wachstumsstoppeffekte werden minimiert, indem geeignete Umgebungen verwendet werden, zum Beispiel H2, N2, Edelgase oder Gruppe-V-Gase. Drücke, die für die Gasphasenabscheidungswachstumstechniken geeignet sind, können auch verwendet werden. Während des Transports verbleiben die Isolationsventile 84, 86 zwischen der Transportkammer 74 und der zweiten und dritten Kammer 78, 80 geschlossen, um zu verhindern, dass wichtige Dotierungsgase, die in der ersten Kammer 76 vorhanden sind, in die zweite Kammer 78 und die dritte Kammer 80 eintreten und eine spätere Abscheidung in der zweiten Kammer 78 und der dritten Kammer 80 beeinflussen können.
  • Die Abscheidung einer zweiten Epitaxieschicht wird in 4B gezeigt. Wie in der Figur gezeigt ist, sind die Isolationsventile 82, 86 zwischen der Transportkammer 74 und der ersten Kammer 76 und der dritten Kammer 80 geschlossen und das Isolationsventil 84 zwischen der Transportkammer 74 und der zweiten Kammer 78 ist geöffnet. Der Wafer 116 wird dann über eine Transporteinrichtung 118 in die zweite Kammer 78 transportiert. Nachdem der Wafer 116 in die zweite Kammer 78 transportiert worden ist, wird das Isolationsventil 84 zwischen der zweiten Kammer 78 und der Transportkammer 74 bevorzugt während der Verarbeitung geschlossen. Eine Epitaxieschicht, zum Beispiel eine Epitaxieschicht vom p-Typ, wird dann auf der ersten Epitaxieschicht durch chemische Gasphasenabscheidung in der zweiten Kammer 78 abgeschieden.
  • Nach der Abscheidung wird die zweite Kammer 78 gespült, um das Vorhandensein von Gasphasenabscheidungsgasen und Dotierungsstoffen, die in der Kammer 78 nach der Abscheidung verbleiben, zu reduzieren und die resultierende Vorrichtung 120 wird zu der Transportkammer 74 durch das Isolationsventil 84 transportiert, während Wachstumsstoppeffekte minimiert werden. Wachstumsstoppeffekte werden minimiert, indem geeignete Umgebungen verwendet werden, z.B. H2, N2, Edelgase oder Gruppe-V-Gase. Drücke, die für die Gasphasenabscheidungswachstumstechniken geeignet sind, können auch verwendet werden. Während des Transports bleiben das Isolationsventil 82, 86 zwischen der Transportkammer 74 und der ersten Kammer 76 und der dritten Kammer 80 geschlossen, um zu verhindern, dass relevante Dotierungsgase, die in der zweiten Kammer 78 vorhanden sind, in die erste Kammer 76 und die zweite Kammer 80 eintreten können und eine spätere Abscheidung beeinflussen können.
  • Die Abscheidung einer dritten Epitaxieschicht wird in 4C gezeigt. Wie in der Figur gezeigt ist, sind die Isolationsventile 82, 84 zwischen der Transportkammer 74 und der ersten Kammer 76 und der zweiten Kammer 78 geschlossen und das Isolationsventil 86 zwischen der Transportkammer 74 und der dritten Kammer 80 ist geöffnet. Der Wafer 120 wird dann über eine Transporteinrichtung 122 in die dritte Kammer 80 transportiert. Nachdem der Wafer 120 in die dritten Kammer 80 transportiert worden ist, wird das Isolationsventil 86 zwischen der dritten Kammer 80 und der Transportkammer 74 bevorzugt während der Verarbeitung geschlossen. Eine Epitaxieschicht, zum Beispiel eine Epitaxieschicht vom n-Typ, wird dann auf der ersten Epitaxieschicht durch chemische Gasphasenabscheidung in der dritten Kammer 80 abgeschieden.
  • Nach der Abscheidung wird die dritte Kammer 80 gespült, um das Vorhandensein eines Gasphasenabscheidungsgases und von Dotierungsstoffen, die in der Kammer 80 nach der Abscheidung verbleiben, zu reduzieren, und die resultierende Vorrichtung 124 wird in die Transportkammer 74 durch das Isolationsventil 86 transportiert, während Wachstumsstoppeffekte minimiert werden. Wachstumsstoppeffekte können minimiert werden, indem geeignete Umgebungen verwendet werden, z.B. H2, N2, Edelgase oder Gruppe-V-Gase, wenn zusätzliche Abscheidungsschritte durchgeführt werden. Drücke, die für die Gasphasenabscheidungswachstumstechniken geeignet sind, können auch verwendet werden. Während des Transports bleiben die Isolationsventile 82, 84 zwischen der Transportkammer 74 und der ersten Kammer 76 und der zweiten Kammer 78 geschlossen, um zu verhindern, dass wichtige Dotierungsgase in der dritten Kammer 80 in die erste Kammer 76 und die zweite Kammer 78 eintreten können und eine spätere Abscheidung beeinflussen können.
  • Bevorzugte Träger oder Fluss)-Gase enthalten Edelgase, Stickstoff, Argon und Wasserstoff. Bevorzugte Gruppe-III-Quellengase für die Ausbildung von Gruppe-III-V-Epitaxieschichten sind Trimethylgallium, Triethylgallium, Galliumhalide, Diethylgalliumhalid, Trimethylaluminium, Triethylaluminium, Aluminiumhalide, Diethylaluminiumhalid, Trimethylindium, Triethylindium, Indiumhalide, Diethylindiumhalid, Trimethylaminalan und Mischungen davon. Weitere Gruppe-III-Quellengase, die im Stand der Technik bekannt sind, werden auch als geeignet für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung berücksichtigt. Bevorzugte Gruppe-V-Quellengase für die Ausbildung von Gruppe-III-V-Epitaxieschichten werden aus der Gruppe ausgewählt, die aus Ammoniak, Arsen, Phosphin, symmetrischem Dimethylhydrazin, unsymmetrischem Dimethylhydrazin, t-Butylhydrazin, Arsen und phosphorigen Äquivalenten davon und Mischungen davon besteht. Weitere Gruppe-V-Quellengase, die im Stand der Technik bekannt sind, werden als geeignet zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung berücksichtigt. Wenn Trimethylgallium und Ammoniak als die Reaktantgase ausgewählt werden, sind die resultierenden Epitaxieschichten GaN-Schichten. Während die Erfindung mit Bezug auf Gruppe-III-V-Epitaxieschichten beschrieben worden ist, werden auch andere Epitaxieschichten, die im Stand der Technik bekannt sind, als geeignet zur Verwendung in den Vorrichtungen betrachtet, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ausgebildet werden.
  • Die Epitaxieschichten können selektiv dotiert oder nicht dotiert werden. Jede Kammer für chemische Gasphasenabscheidung ist bevorzugt der Verwendung mit einem einzigen Dotierungsstoffgas oder einer Kombination von Dotierungsstoffgasen zugeordnet, zum Beispiel, wenn die Kammer für die Abschei dung von co-dotierten Schichten (z.B. GaN-dotiert mit sowohl Si als auch Zn) verwendet wird. Indem jede Kammer für chemische Gasphasenabscheidung einem einzigen Dotierungsstoff zugeordnet wird, wird der Reaktantspeicher bzw. die Reaktantanhäufung in den resultierenden Vorrichtungen vermindert. Dotierungsstoffe werden aufgrund ihrer Akzeptor- oder Donator-Fähigkeiten ausgewählt. Donatordotierungsstoffe sind jene mit einer Leitfähigkeit vom n-Typ und Akzeptordotierungsstoffe sind jene mit einer Leitfähigkeit vom p-Typ. Mit Bezug auf die Gruppe-III-V-Epitaxieschichten werden geeignete Dotierungsstoffe vom p-Typ aus der Gruppe (aber nicht notwendigerweise darauf beschränkt) ausgewählt, die aus Be, Mg, Zn, Ca, Mn, Sr, C und Mischungen daraus bestehen. Auch mit Bezug auf Gruppe-III-V-Epitaxieschichten werden geeignete Dotierungsstoffe vom n-Typ aus der Gruppe ausgewählt, die aus Si, Ge, Sn, S, Se und Te und Mischungen davon bestehen. Die Dotierungsstoffe werden dem System über die Verwendung der Dotierungsstoffgasquellen zugeführt, die die gewünschten Dotierungsatome enthalten. Natürlich werden, wenn Epitaxieschichten implementiert werden, die andere als die Gruppe-III-V-Schichten sind, geeignete Dotierungsstoffe vom p-Typ und n-Typ für diese Schichten auch in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung beachtet.
  • Die Epitaxieschichten, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung abgeschieden werden, können jeweils unabhängig aus den gleichen oder unterschiedlichen Gruppe-III-V-Verbindungen ausgebildet werden. Wenn die unterschiedlichen Schichten aus der gleichen Gruppe-III-V-Verbindung ausgebildet werden, können sie unterschiedlich dotiert sein. Obwohl jede Abscheidungskammer bevorzugt einem einzelnen Dotierungsstoffatom gewidmet ist, können die Gruppe III und die Gruppe V Reaktantgase in den einzelnen Abscheidungskammern während der Abscheidung variiert werden. Die Gruppe-III- und Gruppe-V-Reaktantgase können auch innerhalb einer bestimmten Kammer während unterschiedlicher Abscheidungsverarbeitungsschritte geändert werden.
  • Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung enthält ein einzelnes Gassystem, das gleiche Gassystem, ähnliche Gassysteme oder separate Gassysteme. Separate Gassysteme zum Maximieren des Durchsatzes werden besonders bevorzugt. Zudem ermöglicht die Verwendung einer Transportkammer Transporte zwischen unterschiedlichen Umgebungen, einschließlich Vakuum, N2/H2, Edelgas und Gruppe-V-Überdruck.
  • Wie vorstehend erläutert wurde, ist die vorliegende Vorrichtung nicht auf drei CVD-Verarbeitungskammern beschränkt. Die Vorrichtung kann so viele Verarbeitungskammern enthalten, wie durch Kosten, Raum und Notwendigkeitsbeschränkungen zugelassen werden.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann, wenn mehrere Dotierungsstoffe erforderlich sind als es zugewiesene Verarbeitungskammern gibt, ein Ausheizschritt in einer Kammer durchgeführt werden, während eine Abscheidung in einer anderen Abscheidungskammer auftritt. Alternative Schritte zum Entfernen von Speichereffekten in einer Wachstumsabscheidungskammer enthalten Beschichten, Ätzen und/oder Spülen der jeweiligen Kammer, während eine Abscheidung in einer anderen Kammer auftritt. Die Verarbeitung ermöglicht die Abscheidung, um ohne Wachstumsstoppeffekte und einem Verlust an Verarbeitungszeit während der Ausheizprozedur fortfahren zu können. Zudem können zusätzliche Dotierungsstoffe in unterschiedliche Schichten der Vorrichtung, wie gewünscht, eingeführt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform können vielfache Abscheidungswachstumsschritte gleichzeitig in unterschiedlichen Wachstumskammern auftreten. Zum Beispiel könnte, während eine Schicht vom n-Typ auf einem Substrat in einer ersten Abschei dungskammer 24 abgeschieden wird, eine Schicht vom p-Typ auf einem unterschiedlichen Substrat in einer zweiten Abscheidungskammer 26 abgeschieden werden. Unterschiedliche Abscheidungsschritte könnten in jeder der Abscheidungskammern gleichzeitig ausgeführt werden. Zudem können die Start- und Stoppzeiten der Abscheidungsschritte die gleichen oder unterschiedlich für jede Abscheidungskammer sein. Zusätzlich kann mehr als ein Wafer in irgendeiner beliebigen Abscheidungskammer während des Epitaxiewachstums oder in der Transportkammer vorhanden sein.
  • In den Zeichnungen und Spezifikationen wurden typische Ausführungsformen der Erfindung offenbart und, obwohl spezifische Ausdrücke verwendet worden sind, sind sie nur in einem allgemeinen und beschreibenden Sinne und nicht zum Zweck der Beschränkung verwendet worden und der Bereich der Erfindung wird in den nachfolgenden Ansprüchen angegeben.

Claims (20)

  1. Verfahren zum Durchführen einer chemischen Gasphasenabscheidung mit mehreren Schritten und mehreren Kammern, während ein Reaktantspeicher in den jeweiligen Reaktionskammern vermieden wird, wobei das Verfahren aufweist: Abscheiden einer Schicht aus Halbleitermaterial auf einem Substrat unter Verwendung einer Gasphasenabscheidung in einer ersten Abscheidungskammer; Spülen der ersten Abscheidungskammer, um die Gasphasenabscheidungsquellengase, die in der ersten Abscheidungskammer verblieben sind, nachfolgend dem Abscheidungswachstum und vor dem Öffnen der Kammer zu reduzieren; Transportieren des Substrats zu einer zweiten Abscheidungskammer, während die erste Abscheidungskammer von der zweiten Abscheidungskammer isoliert ist, um dadurch zu verhindern, dass Reaktante, die in der ersten Kammer vorhanden sind, die Abscheidung in der zweiten Kammer beeinflussen, und während das Substrat in einer Umgebung aufrechterhalten wird, die die Wachstumsstoppeffekte minimiert und beseitigt; und danach Abscheiden einer zusätzlichen Schicht aus unterschiedlichem Halbleitermaterial auf der ersten abgeschiedenen Schicht in der zweiten Kammer unter Verwendung von Gasphasenabscheidung.
  2. Abscheidungsverfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Abscheidens eines unterschiedlichen Halbleitermaterials das Abscheiden des gleichen Halbleitermaterials mit einem unterschiedlichen Dotierungsstoff aufweist.
  3. Abscheidungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin der Schritt des Transportierens des Substrats, während die Kammern isoliert sind, aufweist: Transportieren des Substrats von der ersten Abscheidungskammer zu einer Transportkammer, während die zweite Abscheidungskammer von der Transportkammer isoliert ist; und danach Transportieren des Substrats von der Transportkammer zu der zweiten Abscheidungskammer, während die erste Abscheidungskammer von der Transportkammer isoliert ist.
  4. Abscheidungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die weiterhin aufweist: Transportieren des Substrats zu einer dritten Abscheidungskammer, während die erste Abscheidungskammer und die zweite Abscheidungskammer von der dritten Abscheidungskammer isoliert sind, um dadurch zu verhindern, dass Reaktante, die in der ersten Abscheidungskammer und der zweiten Kammer vorhanden sind, die Abscheidung in der dritten Kammer beeinflussen, und während das Substrat in einer Umgebung aufrechterhalten wird, die Wachstumsstoppeffekte minimiert oder eliminiert; und danach Abscheiden einer zusätzlichen Schicht aus Halbleitermaterial auf dem Substrat in der dritten Kammer unter Verwendung von Gasphasenabscheidung.
  5. Abscheidungsverfahren nach Anspruch 4, worin der Schritt des Abscheidens einer zusätzlichen Schicht auf einem Halbleitermaterial das Abscheiden eines Halbleitermaterials aufweist, das unterschiedlich von nur einem der vorher abgeschiedenen Materialien ist.
  6. Abscheidungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das das Zuführen von Gas zu den Abscheidungskammern unter Verwendung eines Einzelgassystems aufweist, wodurch eine konstante Atmosphäre in jeder der Abscheidungskammern und in der Transportkammer bereitgestellt wird, um schnellere Transportzeiten zu ermöglichen.
  7. Abscheidungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das das Zuführen von Gas zu den Abscheidungskammern von unterschiedlichen Gassystemen aufweist, wodurch unterschiedliche Atmosphären in jeder der Abscheidungskammern bereitgestellt werden.
  8. Abscheidungsverfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, das aufweist das Einführen: von Gruppe-V-Quellengasen, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die besteht aus Ammoniak, Arsin, Phosphin, symmetrischem Dimethylhydrazin, unsymmetrischem Dimethylhydrazin, t-Butylhydrazin, Arsen und phosphorigen Äquivalenten davon und Mischungen davon und Abscheiden eines Gruppe-III-V-Nitridhalbleitermaterials; und von Gruppe-III-Quellengasen, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die besteht aus Trimethylgallium, Triethylgallium, Galliumhaliden, Diethylgalliumhalid, Trimethylaluminium, Triethylaluminium, Aluminiumhaliden, Diethylaluminiumhalid, Trimethylindium, Triethylindium, Indiumhaliden, Diethylindiumhalid, Trimethylaminalan und Mischungen davon; und Abscheiden eines Gruppe-III-V-Halbleitermaterials.
  9. Abscheidungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin der Schritt des Abscheidens einer Schicht aus Halbleitermaterial auf einem Substrat unter Verwendung der Gasphasenabscheidung in einer ersten, zweiten oder dritten Abscheidungskammer das Einführen eines Quellengases und eines Dotierungsstoffgases vom n-Typ, das Atome enthält, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus Si, Ge, Sn, S, Se, Te und Mischungen davon, oder eines Dotierungsstoffgases vom p-Typ, das Atome enthält, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die besteht aus Be, Mg, Zn, Ca, Mn, Sr, C und Mischungen davon, in die erste, zweite oder dritte Abscheidungskammer aufweist.
  10. Abscheidungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Substrat auf einem Waferträger angeordnet wird.
  11. Abscheidungsverfahren nach Anspruch 10, worin mehr als ein Substrat auf dem Waferträger angeordnet wird.
  12. Abscheidungsverfahren nach Anspruch 10, worin das Substrat zu einem zweiten Waferträger transportiert wird.
  13. Abscheidungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, worin mehr als ein Substrat verarbeitet wird.
  14. Abscheidungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, worin mindestens ein Substrat in einer unterschiedlichen Verarbeitungsstufe als mindestens ein anderes Substrat ist.
  15. Abscheidungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin aufweist: Transportieren des Substrats zu der ersten Abscheidungskammer, während die zweite Abscheidungskammer von der ersten Abscheidungskammer isoliert ist, um dadurch zu verhindern, dass Reaktante, die in der zweiten Kammer vorhanden sind, die Abscheidung in der ersten Kammer beeinflussen, und während das Substrat in einer Umgebung aufrechterhalten wird, die die Wachstumsstoppeffekte minimiert oder eliminiert; und danach Abscheiden einer zusätzlichen Schicht aus dem ersten Halbleitermaterial auf der zweiten, abgeschiedenen Schicht in der ersten Kammer unter Verwendung von Gasphasenabscheidung.
  16. Vorrichtung zum Reduzieren von Reaktantspeicher während des Gasphasenabscheidungswachstums von Halbleitermaterialien, wobei die Vorrichtung aufweist: mindestens eine Gasphasenabscheidungsverarbeitungskammer zum Durchführen der chemischen Gasphasenabscheidung von Epitaxie schichten vom n-Typ auf einem Substrat oder einer vorher abgeschiedenen Schicht, mindestens eine Gasphasenabscheidungsverarbeitungskammer zum Durchführen der chemischen Gasphasenabscheidung von Epitaxieschichten vom p-Typ auf einem Substrat oder einer zuvor abgeschiedenen Schicht, mindestens eine Transportkammer zum Transportieren eines Substrats zwischen den Gasphasenabscheidungsverarbeitungskammern, mindestens zwei Prozessisolationsventile, von denen jedes in Verbindung mit einer der jeweiligen Abscheidungskammern ist und die beide in Verbindung mit der Transportkammer zum Isolieren der Abscheidungskammer von der Transportkammer während des Gasphasenabscheidungswachstums in den Kammern sind, eine Einrichtung zum Transportieren eines Substrats von einer der Abscheidungskammern zu der Transportkammer und danach von der Transportkammer zu der anderen der Abscheidungskammern.
  17. Gasphasenabscheidungsvorrichtung nach Anspruch 16, die weiterhin mindestens eine dritte Gasphasenabscheidungswachstumsverarbeitungskammer zum Durchführen einer chemischen Gasphasenabscheidung und ein drittes Prozessisolationsventil in Verbindung mit der dritten Gasphasenabscheidungswachstumsverarbeitungskammer und in Verbindung mit der Transportkammer zum Isolieren der dritten Abscheidungskammer von der Transportkammer während des Gasphasenabscheidungswachstums in der dritten Abscheidungskammer aufweist.
  18. Gasphasenabscheidungsvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, die weiterhin mindestens eine Vakuumpumpe zum Evakuieren der Abscheidungskammern aufweist.
  19. Gasphasenabscheidungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 16, 17 oder 18, die weiterhin eine Ladeschleusenkammer in Verbindung mit der Transportkammer aufweist.
  20. Gasphasenabscheidungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 16, 17, 18 oder 19, die einen gemeinsamen Quellengaseinlass für jede der Abscheidungskammern aufweist.
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