DE102007024798A1

DE102007024798A1 - Vorrichtung zum Abscheiden von GaN mittels GaCI mit einem molybdänmaskierten Quarzteil, insbesondere Gaseinlassorgan

Info

Publication number: DE102007024798A1
Application number: DE200710024798
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Brückner; Frank Dipl.-Phys. Lipski; Ferdinand Prof. Dr. Scholz; Rudolf Rösch
Original assignee: Aixtron SE
Current assignee: Aixtron SE
Priority date: 2007-05-25
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2008-11-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von insbesondere Stickstoff und ein Element der III. Hauptgruppe, insbesondere Ga, In oder Al, enthaltenden Halbleiterschichten auf mindestens einem in einer Prozesskammmer (1) auf einem Suszeptor (2) anzuordnenden Substrat (3), wobei in einer ersten Zuleitung (4) ein das Element der III. Hauptgruppe enthaltendes erstes Prozessgas, insbesondere ein Chlorid (GaCl), und in einer zweiten Zuleitung (5) ein ein Element der V. Hauptgruppe, insbesondere Stickstoff, enthaltendes zweites Prozessgas, insbesondere Ammoniak (NH<SUB>3</SUB>), jeweils zusammen mit einem Trägergas in die Prozesskammer bringbar sind, wobei die erste Zuleitung (4) zumindest eine in die Prozesskammer (1) mündende Austrittsöffnung (6) zum Austritt des ersten Prozessgases ausbildet. Zur Verminderung des parasitären Wachstums, insbesondere im Bereich der Austrittsöffnung, wird eine Molybdänmaske (7) vorgeschlagen, mit der insbesondere die Austrittsöffnung (6) prozesskammerseitig umgeben ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von Stickstoff und ein Element der III. Hauptgruppe, insbesondere Ga, In oder Al enthaltenden Halbleiterschichten auf mindestens einem in einer Prozesskammer auf einem Suszeptor anzuordnenden Substrat, wobei in einer ersten Zuleitung ein das Element der III. Hauptgruppe enthaltendes erstes Prozessgas, insbesondere ein Chlorid und in einer zweiten Zuleitung ein Stickstoff enthaltendes zweites Prozessgas, insbesondere Ammoniak jeweils zusammen mit einem Trägergas in die Prozesskammer bringbar sind, wobei die erste Zuleitung zumindest eine in die Prozesskammer mündende Austrittsöffnung zum Austritt des ersten Prozessgases ausbildet.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Abscheiden von Stickstoff und ein Element der III. Hauptgruppe, insbesondere Ga, In oder Al enthaltenden Halbleiterschichten auf mindestens einem in einer Prozesskammer auf einem Suszeptor angeordneten Substrat, wobei in einer ersten Zuleitung ein das Element der III. Hauptgruppe enthaltendes erstes Prozessgas, insbesondere ein Chlorid (GaCl) und in einer zweiten Zuleitung ein Stickstoff enthaltendes zweites Prozessgas, insbesondere Ammoniak (NH₃) jeweils zusammen mit einem Trägergas in die Prozesskammer gebracht werden, wobei die erste Zuleitung zumindest eine in die Prozesskammer mündende Austrittsöffnung zum Austritt des ersten Prozessgases ausbildet, wobei die Austrittsöffnung von einem aus Quarz bestehenden Gaseinlassorgan ausgebildet ist, wobei das Gaseinlassorgan und der Suszeptor eine Temperatur > 900°C aufweist.
Eine Vorrichtung zum Abscheiden von III-V-Halbleiterschichten auf einem III-V-Substrat oder auch auf einem entsprechend kristallorientierten Silicium-Substrat zeigt die DE 102 47 921 A1 . Die dort beschriebene Vorrichtung besitzt eine Quellenzone, in welcher über flüssiges Quellenmaterial, beispielsweise Ga, In oder Al ein Halit, insbesondere in Form von HCl, geleitet wird. Die III-V-Komponente verbindet sich mit dem Halit beispielsweise zu GaCl, welches mit Hilfe eines Trägergases zu einem Gaseinlassorgan aus Quarz transportiert wird. Das Gaseinlassorgan befindet sich in einer heißen Zone des Heißwandreaktors. Innerhalb dieser heißen Zone des Heißwandreaktors befindet sich auch der Suszeptor, auf dem ein Substrat angeordnet ist, welches zu beschichten ist. Der Suszeptor besteht ebenfalls aus Quarz. Der Prozess findet bei Temperaturen zwischen 900°C und 1200°C statt. In die Prozesskammer mündet eine zweite Zuleitung, mit der ebenfalls zusammen mit einem Trägergas ein Hydrid, beispielsweise NH₃ in die Prozesskammer eingeleitet wird. Das Hydrid liefert eine Komponente der V. Hauptgruppe, so dass sich zusammen mit dem Element der III. Hauptgruppe des ersten Trägergases ein III-V-Halbleiter auf dem Substrat abscheiden lässt.
Insbesondere beim Abscheiden von GaN kommt es im Bereich des Gaseinlassorgans und insbesondere dort im Bereich der Gasaustrittsöffnungen zu parasitärem Wachstum von GaN. Das parasitär im Bereich des Gaseinlasses abgeschiedene GaN verursacht aufgrund seiner hohen Haftung auf Quarz eine allmähliche Veränderung des Auslassquerschnitts der als Injektordüsen wirkenden Austrittsöffnungen bis hin zu deren Verschluss. Weiterhin kann es durch die thermisch unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von GaN einerseits und Quarzglas andererseits zu Brüchen beim Abkühlen führen. Diese Brüche können zu einer allmählichen, geometrisch unkontrollierten Veränderung des Gaseinlasses führen. Weiterhin kann es insbesondere beim Abkühlen zum Abbröckeln von parasitärem GaN kommen, welches auf das darunter liegende Substrat fällt. Infolge dessen muss das Gaseinlassorgan regelmäßig gewartet und durch Ätzen oder dergleichen von der parasitären Beschichtung befreit werden.
Die DE 102005056322 beschreibt ebenfalls einen Reaktor, bei dem die Prozesskammer inklusive Suszeptor und Gaseinlassorgan auf eine Prozesstemperatur im Bereich zwischen 900°C und 1200°C geheizt werden. Auch hier besteht das Gaseinlassorgan aus Quarz. Das Gaseinlassorgan besteht aus einem Rohr. Die Austrittsöffnung für das erste Prozessgas ist der Stirnseite des Rohres zugeordnet. Dort erstreckt sich das Reaktorgehäuse in Vertikalrichtung. Die Austrittsöffnungen für das erste und zweite Prozessgas sind koaxial zueinander angeordnet und insbesondere geschachtelt.
Aus der DE 101 63 394 A1 ist ein Reaktor insbesondere zum Abscheiden von III-V-Halbleiterschichten bekannt, bei dem sowohl metallorganische III-Komponenten als auch III-Halite in die Prozesskammer eingeleitet werden können. Auch hier erfolgt die Einleitung der Prozessgase mittels eines Gaseinlassorgans.
Aus der DE 102 11 442 A1 ist eine Vorrichtung zum Abscheiden von III-V-Halbleitern bekannt, bei der das Gaseinlassorgan gekühlt wird. Mit dem Gaseinlassorgan werden metallorganische Komponenten zusammen mit Hydriden in die Prozesskammer eingeleitet. Das Gaseinlassorgan hat hier die Gestalt eines Duschkopfes (Showerhead). Es besitzt eine Gasaustrittsfläche, die sich parallel zur horizontalen Oberfläche des Suszeptors erstreckt. Die Gasaustrittsfläche besitzt eine Vielzahl von Austrittsöffnungen. Unterhalb der Austrittsöffnungen befindet sich eine poröse Platte, mit der ein diffuses Austreten der Gase bewirkt werden soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben, mit denen das parasitäre Wachstum insbesondere im Bereich der Austrittsöffnungen zumindest vermindert werden kann.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei jeder Anspruch eine eigenständige Lösung der Aufgabe darstellt und mit jedem anderen Anspruch kombinierbar ist.
Zunächst und im Wesentlichen ist vorgesehen, dass die Austrittsöffnung prozesskammerseitig von einer Molybdänmaske umgeben ist. Diese Molybdänmaske kann im einfachsten Fall aus einem Blech bestehen, welches eine oder mehrere Durchtrittsöffnungen aufweist. In die Durchtrittsöffnung des Molybdänblechs können eine oder mehrere Austrittsöffnungen für das erste Prozessgas münden. Es kann aber auch jeder Austrittsöffnung eine gesonderte Durchtrittsöffnung zugeordnet sein. Die Molybdänmaske muss nicht notwendigerweise ein separates Teil, insbesondere ein dünnes, insbesondere 0,5 mm starkes Blech sein. Die Molybdänmaske kann auch von einer Beschichtung der Außenoberfläche eines Gaseinlassorgans ausgebildet sein. Es hat sich überraschend herausgestellt, dass eine derartige Molybdänumgebung das parasitäre Wachstum von insbesondere GaN im Bereich der Austrittsöffnung wirksam vermeidet. Zufolge dieser Ausgestaltung müssen die das Gaseinlassorgan bildenden Quarzteile weniger häufig gewartet werden. Besteht die Molybdänmaske aus einer Beschichtung eines aus Quarz bestehenden Gaseinlassorgans mit Molybdän, so wird von Zeit zu Zeit das gesamte Gaseinlassorgan ausgewechselt. Handelt es sich bei der Molybdänmaske um ein Blech, welches der Kontur des Gaseinlassorgans angepasst ist, so kann es ausreichen, dass von Zeit zu Zeit lediglich dieses Blech gewechselt wird. Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass trotz der hohen Prozesstemperaturen keine Molybdänatome von der Molybdänmaske hin zum Substrat transportiert und dort in die Schicht eingebaut werden. Zumindest liegt die Mo-Konzentration innerhalb der abgeschiedenen Schichten unterhalb der Nachweisgrenze von 1 × 10¹⁵ cm^–3. Konstruktiv ist die Maske dem Gaseinlassorgan derart zugeordnet, dass eine Vielzahl einander benachbarter Austrittsöffnungen des Gaseinlassorgans in Strömungsrichtung des ersten Prozessgases rückwärtig zu dazu kongruenten Durchtritts öffnungen der Molybdänmaske liegen. In einer Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Gaseinlassorgan von mindestens einem Rohr gebildet ist. Die eine oder mehreren Austrittsöffnungen sind der Mantelwand des Rohres zugeordnet. Die Molybdänmaske kann bei dieser Variante eine das Rohr zumindest teilweise umgebende Manschette sein. Die Molybdänmaske kann mittelst Halteklammern am Gaseinlassorgan befestigt sein. Die Vorrichtung kann eine Ausgestaltung besitzen, wie sie grundsätzlich auch in der DE 102005056322 beschrieben ist, weshalb der Offenbarungsgehalt letzterer mit in den Offenbarungsgehalt dieser einen Anmeldung einbezogen wird. Dort besteht der Reaktor aus einem vertikalen Rohr. Die ersten und zweiten Prozessgase strömen in Vertikalrichtung von unten nach oben in die Prozesskammer. Die Austrittsöffnung wird von der Stirnseite eines Rohres ausgebildet. Die Molybdänmaske ist in diesem Falle eine Stirnseitenabdeckung dieses Rohres. Die von der Stirnseite dieses Rohres gebildete Austrittsöffnung für das erste Prozessgas kann geschachtelt zu einer Austrittsöffnung für das zweite Prozessgas angeordnet sein, wie es in dieser DE 102005056322 beschrieben ist. Das Gaseinlassorgan kann aber auch eine parallel zum Suszeptor angeordnete, insbesondere aus Quarz bestehende Gasaustrittsfläche aufweisen, wie es die DE 102 47 921 A1 beschreibt, weshalb auch der Inhalt dieser Druckschrift vollinhaltlich in diese Anmeldung mit einbezogen wird. Die Gasaustrittsfläche besitzt eine Vielzahl von Austrittsöffnungen. Die Molybdänmaske besteht aus einem Blech, welches an der Gasaustrittsfläche prozesskammerseitig anliegt. Zu jeder Austrittsöffnung korrespondiert eine Durchtrittsöffnung des Molydänblechs. Auch hier können mehrere Austrittsöffnungen einer Durchtrittsöffnung des Blechs zugeordnet sein. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei Prozesstemperaturen von mindestens 900°C durchgeführt. Die Prozesstemperaturen können 1000°C bzw. 1200°C erreichen. Während des Prozesses wird das Gaseinlassorgan auf die Prozesstemperatur, also auf eine Temperatur zwischen 900°C und 1200°C aufgeheizt. Als III-Komponente kommen GaCl, InCl oder AlCl in Betracht. Als Hydride kommen insbesondere AsH₃, PH₃ und NH₃ in Betracht. Zusätzlich können SiH₃ bzw. GeH₃ in die Prozesskammer eingeleitet werden.
Bei den Reaktoren des Standes der Technik, wie er in der Einleitung erörtert worden ist, besteht nicht nur das Gaseinlassorgan und insbesondere eine oder mehrere Austrittsöffnungen aus Quarz. Die Prozesskammer kann auch von einer Quarzwand ummantelt sein. Die Prozesskammerwandung kann bspw. von der Innenwandung eines Quarzrohres begrenzt sein. In der Regel wird die Prozesskammer aber von der Innenwandung eines im Reaktorgehäuse angeordneten Liner-Rohres aus Quarz begrenzt. Es handelt sich dabei in der Regel um ein austauschbares Liner-Rohr, welches von Run-zu-Run gewechselt werden muss. Auch der Suszeptor, der auf seiner zur Prozesskammer hinweisenden Oberfläche ein oder mehrere Substrate trägt, besteht aus Quarz. An diesen zuvor erörterten wesentlichen Teilen einer Prozesskammer wird ebenfalls ein störendes parasitäres Wachstum beobachtet. Auch hier lässt sich das parasitäre Wachsturn mittels einer Molybdänmaskierung der exponierten Zonen der Quarzteile des Suszeptors vermindern. So ist insbesondere vorgesehen, dass das aus Quarz bestehende Liner-Rohr eine Molybdänmaskierung aufweist oder als Molybdänrohr ausgebildet ist und als solches die Quarzwand des Reaktorgehäuses maskiert. Es reicht aus, wenn die Innenwandung des Liner-Rohrs im Bereich der Prozesskammer mit Molybdän beschichtet ist. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Suszeptor eine Molybdänbeschichtung oder eine Molybdänplatte trägt, und in dieser Form maskiert ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Substrate unmittelbar auf der Quarzoberfläche des Suszeptors aufliegen. Hierzu bildet die den Suszeptor auf seiner zur Prozesskammer hinweisenden Oberseite in abdeckender Molybdänmaskierung Fenster aus. In diesen Fenstern liegen die Substrate. Die Größe und die Form der Fenster ist dabei der Größe und der Form der Substrate angepasst, so dass zwischen dem Rand der im Wesentlichen kreisförmigen Substrate nur ein minimaler Spalt zum Rand des Fensters der Molybdänmaske verbleibt. Die Fenster der Molyb dänmaske bilden somit eine Vertiefung aus, in die die Substrate eingelegt werden können. Die Molybdänmaske bietet nicht nur den Vorteil der Verminderung des parasitären Wachstums auf der Suszeptoroberfläche. Die Fenster der Maskierung bilden darüber hinaus auch Positionierhilfen für das eine oder die Mehrzahl von Substraten auf dem Suszeptor. Dadurch ist sichergestellt, dass die Substrate immer an denselben Stellen angeordnet sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 schematisch eine Längsschnittdarstellung einer Prozesskammer etwa gemäß der Schnittlinie I-I in 2,
2 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie II-II in 1,
3 eine perspektivische Ansicht des Gaseinlassorgans gemäß des Pfeiles III in 1,
4 ein zweites Ausführungsbeispiel ähnlich dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel,
5 eine perspektivische Ansicht gemäß Pfeil V in 4,
6 einen Bereich eines Querschnitts eines dritten Ausführungsbeispiels gemäß 4 der DE 102 47 921 A1 und
7 einen Querschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels gemäß der 2 der DE 102005056322 .
Der Reaktor besteht aus einer Reaktorwandung 14, die aus Quarz besteht und die eine rohrförmige Gestalt besitzt. Außerhalb der Reaktorwandung 14 befindet sich eine Heizung, bei der es sich um eine Induktionsheizung oder bevorzugt um eine Widerstandsheizung 15 handeln kann. Mit dieser Heizung 15 wird die innerhalb des Reaktorgehäuses 14 angeordnete Prozesskammer 1 auf eine Prozesstemperatur im Bereich von 900°C bis 1200°C aufgeheizt.
Die Prozesskammer 1 besitzt ein Gaseinlassorgan 8. Bei den in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen besteht das Gaseinlassorgan 8 aus einem Quarzrohr, welches mittels einer Zuleitung 4 mit GaCl und einem Trägergas, bei welchem es sich um Wasserstoff oder Stickstoff oder ein Edelgas handeln kann, gespeist wird. Das Gaseinlassorgan 8 besitzt Gasaustrittsöffnungen 6, die der Mantelwandung des Rohres zugeordnet sind. Die Austrittsöffnungen 6 weisen auf einen Suszeptor 2 hin, der zumindest ein Substrat 3 trägt. Der Suszeptor 2 kann ebenso wie das Gaseinlassorgan 8 aus Quarz bestehen.
Es ist eine zweite Austrittsöffnung 12 für ein Hydrid, insbesondere NH₃ vorgesehen, welche von einer zweiten Zuleitung 5 gespeist wird. Das Hydrid tritt getrennt vom Halit durch die Austrittsöffnung 12 in die Prozesskammer ein.
Das Chlorid tritt durch die oberhalb des Substrates 3 angeordneten Austrittsöffnungen 6 in die Prozesskammer ein. Die Austrittsöffnungen 6 liegen in den beiden Ausführungsbeispielen, die die 1 bis 5 zeigen, in einer Linie bzw. in mehreren Linien nebeneinander.
Das Gaseinlassorgan 8 ist von einer Molybdänmanschette 7 umgeben. Diese Molybdänmanschette 7 bildet eine Maske aus, die die Umgebung der Austrittsöffnungen 6 maskiert, so dass die Quarzoberfläche des Gaseinlassorgans 8, welche der Prozesskammer exponiert ist, minimiert ist. Zum Durchtritt des ersten Prozessgases bildet das die Molybdänmanschette ausbildende Molybdänblech 7 in dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel einzelne Durchtrittsöffnungen 9 aus, die kongruent zu den Austrittsöffnungen 6 angeordnet sind. Das Prozessgas durchströmt somit die Austrittsöffnungen 6 und anschließend die Durchtrittsöffnungen 9.
Bei dem in den 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Molybdänmaske 7 lediglich eine die Form eines Längsschlitzes aufweisende Durchtrittsöffnung 9, in die eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 6 des Gaseinlassorgans 8 mündet.
In beiden Fällen besitzt die Molybdänmaske 7 eine im Wesentlichen zylinderförmige Gestalt und liegt in Flächenanlage an der Außenwandungsfläche des Gaseinlassorgans 8 an. Die Molybdänmaske 7 kann aus einem oder aus mehreren Blechen bestehen. Im Ausführungsbeispiel wird sie von einer Halteklammer 10 an dem Gaseinlassorgan 8 gehalten.
Die 6 zeigt die Ertüchtigung einer Vorrichtung gemäß DE 102 47 921 A1 mit einer Molybdänmaske 7. Diese Vorrichtung besitzt ebenfalls eine Prozesskammer 1, die wie in den beiden zuvor erörterten Ausführungsbeispielen in Horizontalrichtung durchströmt wird. Die Prozesskammer besitzt einen rotationssymmetrischen Aufbau um die Achse 21. Sie besitzt einen Suszeptor 2, der von einem Drehteller ausgebildet wird, der in einer Aussparung liegt. Mittels einer Gaszuleitung 19 wird in diese Aussparung ein Trägergas geleitet, so dass der Drehteller 2 auf einem Gaspolster aufliegend drehangetrieben wird.
In das Zentrum der Prozesskammer 1 mündet eine Zuleitung 5 für ein Hydrid, insbesondere NH₃. Dort mündet auch eine Zuleitung 17 für ein Spülgas. Diese beiden Gase durchströmen die Prozesskammer in Radialrichtung nach außen.
Die Prozesskammerdecke wird von einem Gaseinlassorgan 8 ausgebildet. Letzteres bildet eine untere Quarzwand 13 aus, die eine Gasaustrittsfläche bildet. Die Quarzwand 13 besitzt hierzu eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 6, durch die das durch eine Zuleitung 4 in das Gaseinlassorgan 8 transportierte Prozessgas, welches das Chlorid beinhaltet, in die Prozesskammer 1 eintreten kann.
Unterhalb der Gasaustrittsfläche 13 befindet sich eine ebene Molybdänplatte 7, die eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen 9 aufweist, wobei die Durchtrittsöffnungen 9 mit den Austrittsöffnungen 6 korrespondieren.
Das Gaseinlassorgan 8 besitzt eine zweite, obere Quarzwand 20, die parallel zur Gasaustrittswand 13 verläuft. Mit den Bezugsziffern 15 und 16 sind Heizungen angedeutet, mit denen die Prozesskammer auf Prozesstemperatur gebracht werden kann.
Die 7 zeigt die Ertüchtigung eines Reaktors, wie er von der DE 102005056322 beschrieben wird. Es handelt sich hier um einen Vertikalreaktor mit einer aus einem Quarzrohr bestehenden Reaktorwand 14, die außenseitig von einer Heizwendel 15 umgeben ist. Innerhalb der Reaktorwandung 14 befindet sich zunächst ein Liner-Rohr 22. Innerhalb dieses Liner-Rohres 22 befindet sich die Prozesskammer 1. Die Prozesskammer 1 wird von unten nach oben von den Prozessgasen und Trägergasen durchströmt. Durch eine zentrale Zuleitung 4 strömt insbesondere GaCl in die Prozesskammer ein. Das Gaseinlassorgan 8 wird dort von einem Rohr 11 ausgebildet. Die Austrittsöffnung 6 von der Stirnöffnung des Rohres 11. Zur Vermeidung parasitären Wachstums im Bereich der Austrittsöffnung 6 ist die Stirnseite des Rohres 11, also die Austrittsöffnung 6 mit einer Molybdänabdeckung 7 versehen. Diese Molybdänmaske 7 besitzt eine Topfform mit einer dem Topfboden zugeordneten Durchtrittsöffnung 9 für das Prozessgas.
In der horizontalen Umgebung der Zuleitung 4 befinden sich eine oder mehrere weitere Zuleitungen 5 für das zweite Prozessgas. Die Austrittsöffnungen 12 für das Hydrid, insbesondere NH₃, befinden sich in derselben Horizontalebene, wie die Austrittsöffnung 6. Die Austrittsöffnungen 6, 12 können geschachtelt sein.
Oberhalb des Gaseinlassorgans 8 befindet sich ein Suszeptor 2. Dieser kann aus Graphit oder ebenso wie die das Gaseinlassorgan 8 ausbildenden Rohre aus Quarz bestehen. Auf der Unterseite des Suszeptors 2 befindet sich das Substrat, welches dort mittelst geeigneter Haltemitteln gehalten ist.
Bei dem Beschichtungsverfahren, welches in den zuvor beschriebenen Prozesskammern durchgeführt wird, wird in einer beheizten Quelle, in der sich ein Metall der III. Hauptgruppe befindet, ein Chlorid gebildet, welches durch Einleiten beispielsweise von HCl oder dergleichen erzeugt wird. Dieses Chlorid, beispielsweise GaCl, wird mit Hilfe eines Trägergases, beispielsweise Wasserstoff, Stickstoff oder einem Edelgas durch die Zuleitung 4 hin zur Austrittsöffnung 6 geleitet, durch welche es in die Prozesskammer 1 eintritt. Dabei tritt es auch durch die Durchtrittsöffnung 9 der Molybdänmaske 7.
Die weitere Prozesskomponente besteht aus einem Hydrid, beispielsweise NH₃, AsH₃ oder PH₃. Das Hydrid wird ebenfalls zusammen mit einem Trägergas durch eine gesonderte Zuleitung 5 in die Prozesskammer 1 eingeleitet. Es tritt dabei durch die dem Hydrid zugeordnete Austrittsöffnung 12 in die Prozesskammer ein.
Die Prozesskammer befindet sich auf einer Temperatur zwischen 900°C und 1200°C. Die Prozesse können aber auch bei niedrigen Temperaturen, also bei Temperaturen unter 700°C durchgeführt werden. Gleichwohl ist es auch möglich, die Prozesse bei Temperaturen oberhalb von 1200°C durchzuführen. Bei den Prozesstemperaturen reagieren die Komponenten, also insbesondere das Hydrid und das Chlorid, auf der Oberfläche des Substrates 3 miteinander derart, dass die III-Komponente und die V-Komponente dort in Form eines Kristalls abgeschieden werden.
Erfindungsgemäß ist die eine oder sind die mehreren Austrittsöffnungen 6 für die III-Komponente mit einer Molybdänmaske 7 derart maskiert, dass im Bereich des Gasaustritts so gut wie keine Quarzoberfläche zur Prozesskammer 1 weist. Es hat sich herausgestellt, dass Molybdän passivierend wirkt. Anders als auf einer Quarzoberfläche findet dort kein parasitäres Wachstum von insbesondere GaN statt.
In den oben erläuterten Ausführungsbeispielen besitzt die Molybdänmaske 7 diskrete Durchtrittsöffnungen 9. Die Molybdänmaske kann alternativ dazu aber auch aus einem porösen Molybdänkörper gebildet sein, beispielsweise einem schaumartigen Metallkörper mit offenporiger Zellstruktur. Ebenso ist es möglich, die Maskierung der Austrittsöffnungen mit einem Gewirk aus Molybdänfäden bzw. einer vliesartigen Molybdänstruktur zu maskieren.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10247921 A1 [0003, 0010, 0018, 0027]
- DE 102005056322 [0005, 0010, 0010, 0019, 0032]
- DE 10163394 A1 [0006]
- DE 10211442 A1 [0007]

Claims

Vorrichtung zum Abscheiden von insbesondere Stickstoff und ein Element der III. Hauptgruppe, insbesondere Ga, In oder Al enthaltenden Halbleiterschichten auf mindestens einem in einer Prozesskammer (1) auf einem Suszeptor (2) anzuordnenden Substrat (3), wobei in einer ersten Zuleitung (4) ein das Element der III. Hauptgruppe enthaltendes erstes Prozessgas, insbesondere ein Chlorid (GaCl) und in einer zweiten Zuleitung (5) ein ein Element der V. Hauptgruppe, insbesondere Stickstoff enthaltendes zweites Prozessgas, insbesondere Ammoniak (NH₃) jeweils zusammen mit einem Trägergas in die Prozesskammer bringbar sind, wobei die erste Zuleitung (4) zumindest eine in die Prozesskammer (1) mündende Austrittsöffnung (6) zum Austritt des ersten Prozessgases ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (6) prozesskammerseitig von einer Molybdänmaske (7) umgeben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Molybdänmaske (7) von einem prozesskammerseitig an einem aus Quarz bestehenden, die Austrittsöffnung (6) ausbildendes Gaseinlassorgan (8) liegenden Blech gebildet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch eine Vielzahl einander benachbarter Austrittsöffnungen (6), die in Strömungsrichtung des ersten Prozessgases rückwärtig zu einer oder mehreren im Wesentlichen dazu kongruenten Durchtrittsöffnungen (9) der Molybdänmaske (7) liegen.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaseinlassorgan (8) von mindestens einem Rohr gebildet ist, dem die eine oder meh reren Austrittsöffnungen (6) der Mantelwand des Rohres zugeordnet sind und die Molybdänmaske (7) eine das Rohr zumindest teilweise umgebende Manschette ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Molybdänmaske (7) mittels Halteklammern (10) am Gaseinlassorgan (8) befestigt ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaseinlassorgan (8) von zumindest einem Rohr (11) gebildet ist, wobei die Stirnseite des Rohres (11) eine oder mehrere Austrittsöffnungen (6) ausbildet und die Molybdänmaske (7) eine Stirnseitenabdeckung ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die von einer Stirnseite eines Rohres (11) gebildete Austrittsöffnung (6) für das erste Prozessgas geschachtelt zu einer Austrittsöffnung (12) für das zweite Prozessgas angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaseinlassorgan (8) eine parallel zum Suszeptor (2) angeordnete, insbesondere aus Quarz bestehende Gasaustrittsfläche (13) mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungen (6) aufweist und die Molydänmaske (7) ein an der Gasaustrittsfläche (13) anliegendes Blech ist, welches Durchtrittsöffnungen (9) aufweist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch eine Heizung zum Auf heizen des Suszeptors (2) und des Gaseinlassorgans (8) auf eine Prozesstemperatur, die mindestens 900°C, vorzugsweise mindestens 1000°C beträgt, und besonders bevorzugt 1200°C erreichen kann.
Verwendung eines Molybdänblechs bei einer Vorrichtung zum Abscheiden von Stickstoff und ein Element der III. Hauptgruppe, insbesondere Ga, In oder Al enthaltenden Halbleiterschichten auf mindestens einem in einer Prozesskammer (1) auf einem Suszeptor angeordneten Substrat (3), wobei in einer ersten Zuleitung (7) ein das Element der III. Hauptgruppe enthaltendes erstes Prozessgas, insbesondere ein Chlorid (GaCl) in einer zweiten Zuleitung (5) ein ein Element der V. Hauptgruppe, insbesondere Stickstoff enthaltendes zweites Prozessgas, insbesondere Ammoniak (NH₃) jeweils zusammen mit einem Trägergas in die Prozesskammer (1) bringbar sind, wobei die erste Zuleitung (4) zumindest eine in die Prozesskammer (1) mündende Austrittsöffnung (6) zum Austritt des ersten Prozessgases ausbildet und der Prozess in einem Temperaturbereich zwischen 900°C und 1200°C durchgeführt wird, in Form einer die Austrittsöffnung (6) prozesskammerseitig umgebenden Maske (7).
Vorrichtung zum Abscheiden von insbesondere Stickstoff und ein Element der III. Hauptgruppe, insbesondere Ga, In oder Al enthaltenden Halbleiterschichten auf mindestens einem in einer Prozesskammer (1) auf einem Suszeptor (2) anzuordnenden Substrat (3), wobei in einer ersten Zuleitung (4) ein das Element der III. Hauptgruppe enthaltendes erstes Prozessgas, insbesondere ein Chlorid (GaCl) und in einer zweiten Zuleitung (5) ein ein Element der V. Hauptgruppe, insbesondere Stickstoff enthaltendes zweites Prozessgas, insbesondere Ammoniak (NH₃) jeweils zusammen mit einem Trägergas in die Prozesskammer bringbar sind, wobei die erste Zuleitung (4) zumindest eine in die Prozesskammer (1) mündende Austrittsöffnung (6) zum Austritt des ersten Prozessgases ausbildet und wesentliche Teile der Prozesskammer (1), insbesondere ein die Zuleitung (4) ausbildendes Gaseinlassorgan (8) und/oder der Suszeptor (2) aus Quarz bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die wesentliche Teile der Prozesskammer (1) prozesskammerseitig von einer Molybdänmaske (7) umgeben sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet dass der Suzeptor (2) eine ein Fenster zum einlegen eines Substrates aufweisende Molybdänmaske trägt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesskammerwandung zumindest bereichsweise von einer Molybdänmaske ausgebildet ist.
Verfahren zum Abscheiden von insbesondere Stickstoff und ein Element der III. Hauptgruppe, insbesondere Ga, In oder Al enthaltenden Halbleiterschichten auf mindestens einem in einer Prozesskammer (1) auf einem Suszeptor (2) angeordneten Substrat (3), wobei in einer ersten Zuleitung (4) ein das Element der III. Hauptgruppe enthaltendes erstes Prozessgas, insbesondere ein Chlorid (GaCl) und in einer zweiten Zuleitung (5) ein ein Element der V. Hauptgruppe, insbesondere Stickstoff enthaltendes zweites Prozessgas, insbesondere Ammoniak (NH₃) jeweils zusammen mit einem Trägergas in die Prozesskammer (1) gebracht werden, wobei die erste Zuleitung (4) zumindest eine in die Prozesskammer (1) mündende Austrittsöffnung (6) zum Austritt des ersten Prozessgases ausbildet, wobei die Austrittsöffnung (6) von einem Gaseinlassorgan (8) ausgebildet ist, wobei das Gaseinlassorgan (8) und der Suszeptor eine Temperatur > 900°C aufweist und wesentliche Teile der Prozesskammer (1), insbesondere das Gaseinlassorgan (8) und/oder der Suszeptor (2) aus Quarz bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die wesentlichen Teile der Prozesskammer (1), insbesondere das Gaseinlassorgan (8) und/oder der Suszeptor (2) eine Molybdänmaske (7) aufweisen.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (6) prozesskammerseitig von einer Molybdänmaske (7) umgeben ist, die zumindest eine Durchtrittsöffnung (9) aufweist, durch die das erste Prozessgas in die Prozesskammer (1) eintritt.