DE19920871B4 - Verfahren zum Aktivieren von Ladungsträgern durch strahlungsunterstützte Wärmebehandlung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Aktivieren der Ladungsträger von mit Wasserstoff passivierten Fremdatomen in wenigstens einer Halbleiterschicht, insbesondere in wenigstens einer Schicht aus einem Verbindungshalbleiter, der sich in einem Schichtsystem auf einem Substrat befindet, durch eine strahlungsunterstützte Wärmebehandlung mit folgenden Verfahrensschritten:
a) Erwärmen der Halbleiterschicht in einem ersten Zeitintervall von kleiner als 120 Sekunden auf Temperaturen oberhalb einer ersten Temperatur (T1), bei der der spezifische Schichtwiderstand abnimmt;
b) Erwärmen der Halbleiterschicht in einem zweiten, innerhalb des ersten Zeitintervalls liegenden Zeitintervall mit einer Dauer von kleiner als 60 Sekunden auf Temperaturen oberhalb der Zersetzungstemperatur (TH) der Halbleiterschicht, wobei die Reduzierung der Dauer des zweiten Zeitintervalls gegenüber den 60 Sekunden darüber bestimmt, um wieviel eine zweite Temperatur (T2) in diesem Zeitintervall die Zersetzungstemperatur (TH) überschreiten kann, ohne dass die Halbleiterschicht einen bleibenden Schaden erfährt;
c) Erzeugen von zusätzlichen Ladungsträgern in der Halbleiterschicht während wenigstens einem dritten Zeitintervall durch eine elektromagnetische Strahlung, deren...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung von wenigstens einer Schicht, vorzugsweise bestehend aus Verbindungshalbleitern, zur Aktivierung von in der Schicht durch Wasserstoff passivierten Fremdatomen, bei dem wenigstens eine Schicht auf eine Temperatur höher als eine erste Temperatur, bei der der spezifische Schichtwiderstand abnimmt, für ein erstes Zeitintervall kleiner als 120 Sekunden erwärmt wird.
  • Das beschriebene Verfahren wird zur elektrischen Aktivierung der p-Dotierung von II-VI- und III-V-Halbleitern verwendet, die durch CVD- (Chemical Vapor Deposition), insbesondere durch MOCVD- (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) Prozesse hergestellt wurden. Derartige Halbleiter werden z.B. für die Herstellung optoelektronischer Bauelemente (z.B. lichtemittierender Bauteile wie z.B. blaue Leuchtdioden oder Laserdioden) verwendet. Während der CVD-Prozesse wird neben dem Akzeptor bei der p-Dotierung (z.B. in III-V-Halbleitern Mg, C, Zn, Be, Cd, Ca, Ba, oder in II-VI-Halbleitern N) auch Wasserstoff in die Halbleiterschicht eingebaut. Dieser bildet mit den Akzeptoratomen einen elektrisch inaktiven Komplex, was zu einer Passivierung der Akzeptoratome (z.B. Mg) und damit zu einem hohen Schichtwiderstand führt. Es sind mehrere Verfahren zur Aktivierung der passivierten Akzeptoratome bekannt, bei denen die elektrisch inaktiven Wasserstoff-Akzeptor-Komplexe (oder allgemein Wasserstoff-Fremdatom-Komplex) aufgebrochen werden, und der Wasserstoff durch Diffusion aus der p-dotierten Schicht entfernt wird.
  • Ein Verfahren nach der eingangs beschriebenen Art zur Aktivierung der Wasserstoff-Akzeptor-Komplexe ist in US 5,786,233 beschrieben, wobei gemäß dem Schritt c) des Verfahrens nach dem Patentanspruch 1 während des Verfahrens das Substrat mit kurzwelligem Licht bestrahlt wird, dessen Photonenergie größer als der Bandabstand bei der Verfahrenstemperatur ist.
  • Vorzugsweise werden die Substrate ähnlich wie im Schritt a) des Verfahrens nach dem Patentanspruch 1 für eine Dauer von zwei bis 30 Minuten auf Temperaturen von ca. 650 °C bis 800 °C erhitzt. Dabei werden die Komplexe aufgebrochen und die zuvor passivierten Akzeptoren (z.B. GaN:Mg) aktiviert, wodurch sich der Schichtwiderstand um bis zu mehreren Größenordnungen verringert bzw. die Löcherkonzentration entsprechend erhöht. Durch das Bestrahlen mit kurzwelligem Licht läßt sich die Aktivierung der Akzeptoren und damit die Löcherkonzentration deutlich erhöhen. Da bei noch höheren Temperaturen die Schicht jedoch thermisch geschädigt wird und die p-Leitfähigkeit mit zunehmender Behandlungsdauer wieder abnimmt, ist nach US 5,786,233 eine längere Wärmebehandlung bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen vorzugsweise anzuwenden.
  • Yoichi Kamiura et al. beschreibt in seinem Artikel "Photo-Enhanced Activation of Hydrogen-Passivated Magnesium in P-Type GaN-Films" In: Jpn. J. Appl. Phys.; Vol 37, Part 2, No 2 (1998), S. L970–L971 den Einfluß von UV-Strahlung auf die Mg-Aktivierung bei GaN-Filmen. Dabei werden die GaN-Filme in einem Ofen für ca. eine Stunde auf einer Temperatur höher als eine Aktivierungstemperatur von ca. 550 °C gehalten. Bei Bestrahlung der Mg-dotierten GaN-Schicht mit UV-Strahlung läßt sich die Aktivierungstemperatur etwa um 100 °C reduzieren, wodurch sich die thermische Belastung der Substrate ebenfalls reduziert.
  • In EP 0723303 A2 wird ein aus Heterostrukturen aufgebautes, lichtemittierendes elektronisches Bauteil und ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben, bei dem bei etwa 600 °C mit Hilfe von UV-Laserstrahlung ein Annealing durchgeführt wird, um die Akzeptoraktivierung in den Schichten zu erhöhen bzw. den Schichtwiderstand zu erniedrigen.
  • In dem Artikel "The activation of Mg in GaN by annealing with minority-carr injection" von Mamoru Miyachi et al. In: Appl. Phys. Lett. 1998, Vol. 72, No. 9, S. 1101–1103 wird die thermische Aktivierung von Mg in GaN mit zusätzlicher Generation von Ladungsträgern beschrieben, die durch Anlegen einer Spannung an die Halbleiterstruktur erzeugt werden. Ebenso wird darauf verwiesen, daß ein p-leitendes Verhalten von Mg enthaltendem GaN auch durch ein Bestrahlen mit niederenergetischen Elektronen erzielt und beeinflußt werden kann.
  • Alle bisher beschriebenen Verfahren dienen zur Aktivierung der durch Wasserstoff passivierten Akzeptoren. Der Nachteil der oben beschriebenen Verfahren ist, daß zur Aktivierung vergleichsweise lange Prozeßzeiten notwendig sind, wobei im allgemeinen die Substrate (z.B. Saphir, SiC, Si, AlN, ZnO oder Al2O3) mit den darauf befindlichen Halbleiterfilmen einer hohen thermischen Belastung ausgesetzt sind, und die Durchsatzzahlen zudem sehr niedrig sind.
    •
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhaft die Prozessdauer zur Aktivierung der durch Wasserstoff passivierten Fremdatome (z.B. Mg) in einer oder mehreren aus Verbindungshalbleitern bestehenden Schichten (z.B. GaN) wesentlich verkürzt, wobei Schichtwiderstand und Löcherkonzentration mit den oben beschriebenen bekannten Verfahren vergleichbar sind. Durch das Erwärmen der Halbleiterschicht nach dem zweiten Zeitintervall auf Temperaturen unterhalb der Zersetzungstemperatur der Halbleiterschicht können gegebenenfalls Fehlstellen ausgeheilt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt in Schnellheiz- oder RTP-(Rapid Thermal Processing) Systemen durchgeführt, da in RTP-Systemen die Halbleiter mit sehr präzisen Temperatur-Zeit-Prozessen und sehr hoher Gleichförmigkeit prozessierbar sind.
  • Die erste Temperatur des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zwischen 350 °C und 900 °C gewählt, wobei z.B. bei Mg enthaltendem GaN (oder allgemein bei Gruppe-III-Nitriden) eine Temperatur zwischen 350 °C und 600 °C bevorzugt wird. Abhängig vom Halbleitertyp kann die erste Temperatur auch von der Wahl des dritten Zeitintervalls und von der Intensität der elektromagnetischen Strahlung und der damit verbundenen Generation an Minoritätsladungsträgern abhängen. Mit zunehmender Länge des dritten Zeitintervalls und mit zunehmender Intensität der elektromagnetischen Strahlung läßt sich je nach Halbleitertyp die erste Temperatur absenken, was vorteilhaft zu einer Reduktion der thermischen Belastung der Schicht führt.
  • Die zweite Temperatur während des zweiten Zeitintervalls wird vorzugsweise zwischen 700 °C und 1400 °C gewählt. Die Wahl dieser Temperatur hängt wesentlich vom Material des Verbindungshalbleiters ab, wobei z.B. bei Mg enthaltendem GaN vorzugsweise eine zweite Temperatur zwischen 850 °C und 1200 °C gewählt wird. Durch die Wahl einer höheren zweiten Temperatur kann vorteilhaft das zweite Zeitintervall wesentlich verkürzt werden, was ebenfalls wieder zu einer Reduktion der thermischen Belastung der Halbleiterschicht bzw. des Halbleiterschichtsystems führt.
  • Eine Erwärmung des Halbleiters auf eine zweite Temperatur höher als die Zersetzungstemperatur kann für kurze Zeit erfolgen. Wird die Halbleiterschicht an ihrer Oberfläche mit einer Beschichtung (z.B. SiO2) versehen, oder wird die Halbleiterschicht unter Überdruck z.B. in einer wasserstofffreien N2-Atmosphäre erhitzt, so findet eine Zersetzung der Verbindungshalbleiter erst bei höheren Temperaturen statt, wodurch die zweite Temperatur weiter erhöht werden kann. Zeit und Temperatur werden dabei so gewählt, daß z.B. im Falle von Mg dotiertem GaN die durch Stickstoffehlstellen entstandenen Donatorzentren die Zahl der aktiven Mg-Zentren (allgemein aktiven Aktivatorzentren) nicht übersteigt, so daß insbesondere ein p-leitendes Verhalten der Schicht resultiert. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, die Konzentration und Aktivierung von Donator- und Akzeptorzentren in weiten Bereichen einzustellen.
  • Die Dauer des dritten Zeitintervalls, in dem innerhalb der Halbleiterschicht Ladungsträger durch elektromagnetische Strahlung erzeugt werden, kann gleich der Dauer des ersten Zeitintervall sein. Dabei werden während des gesamten Prozessabschnitts des Verfahrens, bei dem die Halbleiterschicht eine Temperatur größer als die erste Temperatur hat, Minoritätsladungsträger generiert.
  • Das dritte Zeitintervall kann aber auch ganz oder teilweise außerhalb des ersten Zeitintervalls liegen. Dann wird die Schicht auch oder nur während der Aufheiz- und/oder Abkühlphase, oder eines anderen, vor oder nach dem ersten Zeitintervall liegenden, beliebigen Temperatur-Zeit-Prozeßschritts bestrahlt, innerhalb der die Schichttemperatur noch unterhalb der ersten Temperatur ist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein Repassivieren aktivierter Fremdatome (z.B. Mg) durch Wasserstoff beim Abkühlen vermieden werden soll, oder wenn, wie oben beschrieben, die erste Temperatur schon früher, d.h. bei einer niedrigeren Temperatur erreicht werden soll.
  • Insgesamt läßt sich durch die Lage und die Länge des zweiten und dritten Zeitintervalls, sowie durch die erste und die zweite Temperatur auch das räumliche Konzentrationsprofil der aktivierten und passivierten Fremdatome einstellen. Liegt die zweite Temperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur, so ist auch die Defektkonzentration und deren räumliche Verteilung ebenso einstellbar. So kann z.B. das dritte Zeitintervall das zweite umfassen, gleich oder innerhalb des zweiten Zeitintervalls sein, vor dem zweiten Zeitintervall liegen, Zeitbereiche vor und aus dem zweiten Zeitintervall oder Zeitbereiche aus dem zweiten und nach dem zweiten Zeitintervall aber auch Zeitbereiche nach dem zweiten Zeitintervall umfassen.
  • Die Schichten können Gruppe III-V und/oder Gruppe II-VI der Verbindungshalbleiterumfassen, insbesondere Gruppe-III-Nitride wie z.B. GaN.
  • Die Energie der elektromagnetischen Strahlung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird größer als der Bandabstand wenigstens einer Schicht gewählt. Dadurch werden durch die elektromagnetische Strahlung Minoritätsträger innerhalb der Schicht produziert, wodurch die Aktivierung der durch Wasserstoff passivierten Fremdatome erleichtert, eine Repassivierung der Fremdatome vermieden und die Diffusion des Wasserstoffs unterstützt wird.
  • Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren, wie oben erwähnt, mittels eines Schnellheizsystems (RTP-Systems) durchgeführt, da mittels des RTP-Systems definiert sehr kurze Heizprozesse im Bereich von einer Sekunde bis hin zu 30 Minuten durchgeführt werden können. Die Temperatur-Zeit-Kurven der Substrate lassen sich in einem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis ca. 1400 °C sekundengenau einstellen, wobei das Substrat sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Temperaturen extrem gleichmäßig beheizt wird. Ebenso lassen sich in RTP-Systemen auch unterschiedliche Prozessgase, die das Substrat umgeben, verwenden, wobei der Prozessgasdruck von Vakuum- bis hin zu Überdruckbedingungen einstellbar ist.
    •
  • Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 schematisch den Schichtwiderstand als Funktion der Temperatur und den Einfluß elektromagnetischer Strahlung auf diesen,
  • 2a bis 2c verschiedene schematisch dargestellte Temperatur-Zeit-Kurven für eine in einem RTP-System behandelte Halbleiterschicht.
  • In 1 zeigt Kurve a schematisch einen typischen Verlauf eines Schichtwiderstands eines Verbindungshalbleiters, z.B. eines mit Mg versetzten GaN-Films, als Funktion der Temperatur. Bei niedrigen Temperaturen (z.B. GaN bei unter ca. 550 °C) weist der Halbleiterfilm aufgrund der Passivierung der Fremdatome (z.B. Mg) durch Wasserstoff einen hohen elektrischen Widerstand R auf. Mit zunehmender Temperatur verringert sich dieser, da immer mehr Wasserstoff-Akzeptor-(Fremdatom-) Komplexe aufbrechen und die Akzeptoren somit elektrisch aktiv werden. Sind alle Komplexe aufgebrochen und alle Akzeptoren aktiviert, so bleibt der Schichtwiderstand bei steigender Temperatur ab einem unteren Temperaturwert TL bis zu einem oberen Temperaturwert TH annähernd konstant. Ab dem oberen Temperaturwert TH steigt der Schichtwiderstand R mit zunehmender Temperatur wieder deutlich an, da ab dieser Temperatur TH eine Zersetzung der Halbleiterschicht auftritt. Bei Mg dotiertem GaN ist unter Atmosphärendruck TL etwa 550 °C und TH etwa 1050 °C.
  • Durch Erzeugung von Minoritätsladungsträgern kann die Temperatur TL verringert werden. Die Ladungsträger können dabei z.B. durch Bestrahlung mit UV-Licht erzeugt werden, wobei die eingestrahlte Photonenenergie größer als der Bandabstand der Halbleiterschicht bei der entsprechenden Schichttemperatur ist. Die Ladungsträger können aber auch z.B. durch Anlegen eines Potentials oder einer Spannung an eine Halbleiterschicht bzw. an ein Halbleiterschichtsystem, oder durch Kombination von UV-Bestrahlung und einem Anlegen eines Potentials oder einer Spannung an die Schicht bzw. das Schichtsystem erzeugt werden. Die Verringerung des unteren Temperaturwertes TL hängt von der Zahl der erzeugten Ladungsträger ab. Der untere Temperaturwert läßt sich mittels UV-Bestrahlung, z.B. im Falle von GaN mit einer Wellenlänge kleiner als etwa 360 nm, um ca. 100 °C absenken, wie es in 1 mittels Kurve b dargestellt ist.
  • 2 a zeigt ein Beispiel einer Temperatur-Zeit-Kurve des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Halbleiterschicht oder allgemein das Halbleiterschichtsystem wird. von Raumtemperatur (Punkt A) möglichst schnell auf die Temperatur T1 bei der der Schichtwiderstand des Halbleiters oder der Schichtwiderstand wenigstens einer Schicht des Halbleitersystems abnimmt (Punkt B), aufgeheizt. Nun wird für ein erstes Zeitintervall kleiner als 120 Sekunden (Zeitdifferenz BE zwischen B und E) die Temperatur der Schicht (oder allgemein wenigstens einer Schicht des Schichtsystems) über der Temperatur T1 gehalten. Innerhalb dieses ersten Zeitintervalls wird die Schicht für die Dauer eines zweiten Zeitintervalls (Zeitdifferenz CD zwischen Punkt D und C) auf eine zweite Temperatur T2 erhitzt, wobei das zweite Zeitintervall kleiner 60 Sekunden ist. Die Temperatur-Zeit-Kurve kann innerhalb dieses zweiten Zeitintervalls im allgemeinen einen beliebigen Kurvenverlauf mit Schwankungen um bis zu 200 °C um die zweite Temperatur T2 aufweisen. 2a zeigt für GaN ein T1 von etwa 550 °C und ein T2 größer als die Zersetzungstemperatur von ca. 1050 °C, weshalb das zweite Zeitintervall CD kleiner als 60 Sekunden, vorzugsweise kleiner als 30 Sekunden gewählt wird. Der untere Grenzwert für das zweite Zeitintervall ist im allgemeinen durch die Regelgeschwindigkeit bestimmt, mit der der aufsteigende Teil der Temperaturzeitkurve (ramp up) in den abfallenden Teil (ramp down) übergeführt werden kann. Für moderne RTP-Systeme beträgt diese Zeit etwa 1 Sekunde. Mit zukünftigen Verbesserungen der RTP-Systeme kann dieser Wert unter Umständen unterschritten werden. Die Dauer des zweiten Zeitintervalls CD (in 2a) bestimmt entscheidend, um wieviel die zweite Temperatur T2 die Zersetzungstemperatur TH überschreiten kann, ohne daß die Halbleiterschicht oder das Schichtsystem einen bleibenden Schaden erfährt. Je kürzer das zweite Zeitintervall CD ist, desto höher kann die zweite Temperatur T2 sein, da dann die insgesamte thermische Belastung der Schicht im Zeitintervall CD einen kritischen Wert nicht übersteigt. Liegt die thermische Belastung unterhalb dieses kritischen Wertes, so können abhängig vom Halbleitertyp die gebildeten Fehlstellen und Defekte durch eine anschließende Wärmebehandlung bei einer Temperatur kleiner als TH größtenteils oder wenigstens zum Teil wieder beseitigt werden. Der kritische Wert der thermischen Belastung der Schicht oder des Schichtsystems ist experimentell zu ermitteln. Damit bei vorgegebener kritischer thermischer Belastung eine möglichst hohe zweite Temperatur T2 erzielbar ist, ist es wichtig, daß das RTP-System ein schnelles Aufheizen- bzw. Abkühlen des Halbleiters ermöglicht. Typische maximale Aufheizgeschwindigkeiten liegen anlagenabhängig zwischen 75 °C/s und 500 °C/s. Während des in 2a dargestellten Prozesses werden für die Dauer von zumindest einem dritten Zeitintervall durch elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise durch UV-Strahlung, innerhalb der Schicht Ladungsträger erzeugt. Dabei kann das dritte gleich dem ersten Zeitintervall BE sein, wodurch die freien Ladungsträger erst erzeugt werden, wenn die Mg- (oder allgemein Fremdatom-) WasserstoffKomplexe thermisch bereits nahezu aufgebrochen sind. Durch die (photo)generierten freien Elektronen ist dann das Diffusionsverhalten des aufgebrochenen Wasserstoffs innerhalb der Halbleiterschicht zu beeinflussen. Alternativ kann das dritte Zeitintervall auch das zweite BE oder den gesamten Prozeß AF umfassen. Allgemein kann das dritte Zeitintervall beliebig innerhalb des Prozesses AF liegen, wobei seine Dauer bis zur gesamten Prozeßzeit AF betragen kann. Die untere Grenze des dritten Zeitintervalls wird durch die technischen Möglichkeiten, eine ausreichende UV-Lichtleistung bereitzustellen, begrenzt. Sie liegt derzeit bei etwa 10–9s für gepulste Laser und bei etwa 10–6s für Blitzlampen. Bevorzugt werden jedoch Zeitintervalle von 1 bis 120 Sekunden. Insbesondere ist es vorteilhaft, das dritte Zeitintervall während der Abkühlphase so zu legen, daß während des Abkühlens der Schicht eine Repassivierung der Fremdatome (z.B. des Mg in GaN) weitgehend verhindert wird. Ferner ist es auch vorteilhaft, während der Aufheizphase, z.B. im Bereich AB oder AC, durch UV-Einstrahlung Ladungsträger zu erzeugen, wodurch wie in 1 dargestellt, die erste Temperatur T1 und somit auch die thermische Belastung des Halbleiters reduziert werden kann. Ferner können innerhalb des Prozesses AF in mehreren (dritten) Zeitintervallen Ladungsträger durch UV-Strahlung erzeugt werden. Beispielsweise lassen sich die oben genannten Vorteile kombinieren, indem man zwischen AB oder AC im ramp up und im ramp down Ladungsträger erzeugt.
  • In 2b ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dargestellt. Im Unterschied zu den vorherigen Beispielen wird die Halbleiterschicht im Temperaturbereich zwischen T1 und TH für ein Zeitintervall CD kleiner als 120 s getempert. Während dieser Zeit erfolgt die Aktivierung der Fremdatome durch Aufbruch des Wasserstoff-Fremdatomkomplexes und der Wasserstoff bzw. das Wasserstoffion diffundiert in Richtung Halbleiteroberfläche. Durch die weitere Temperaturerhöhung DEF wird die Wasserstoffdiffusion erhöht. Dabei übersteigt die Temperatur die Zersetzungstemperatur TH. Auch hier kann durch Lage und Dauer des dritten Zeitintervalls durch Bestrahlung mittels UV-Licht Einfluß auf den Aktivierungs- bzw. Repassivierungsgrad (bzw. deren räumlichen Verteilungen) genommen werden. Das zweite Zeitintervall bzw. die zweite Temperatur T2 ist das Zeitintervall EF mit der zugehörigen (mittleren) Temperatur. Bedingt durch den Diffusions- und Aktivierungsmechanismus wird das Zeitintervall EF der höheren Temperatur wesentlich kürzer gewählt als das Zeitintervall CD. Zusammen sind die Intervalle kürzer als 120 s, welches die maximal zulässige Zeit für das erste Zeitintervall BG ist.
  • Ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 2c dargestellt. Hier folgt im Unterschied zu 2b einem hohen Temperaturschritt EF, dem ein niedrigerer Temperaturschritt CD (etwa wie in 2b) vorausgeht, ein weiterer Temperaturschritt im Intervall GH. Dieser Schritt GH ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn durch einen hohen Temperaturschritt EF, der über der Zersetzungstemperatur liegt, merkliche Defektbildung (z.B. N-Fehlstellen in GaN) auftritt. Diese Defekte können dann je nach Halbleitermaterial im Schritt GH weitgehend oder wenigstens teilweise ausgeheilt werden. Das Zeitintervall EF ist wiederum das zweite Zeitintervall, wobei die Intervallänge kleiner als 60 s ist. Die Summe der Intervalle CD, EF und GH ist ebenfalls kürzer als 120 s, welches die maximal zulässige Zeit für das erste Zeitintervall Bl ist. Bezüglich der Lage und Dauer des dritten Zeitintervalls, innerhalb dessen durch elektromagnetische Strahlung (z.B. UV-Licht) in der Halbleiterschicht Ladungsträger erzeugt werden, gilt analog zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, daß durch Bestrahlung mittels UV-Licht Einfluß auf den Aktivierungs- bzw. Repassivierungsgrad (bzw. deren Verteilungen) genommen wird. Hierzu wir die Lage und die Dauer des dritten Zeitintervalls innerhalb des Prozesses AK geeignet gewählt, wobei wie oben beschrieben, vorzugsweise im Bereich des Hochheizens, also z.B. im Bereich AB oder AC und im Bereichen des Abkühlens, also z.B. in den Bereichen FG und/oder Hl die Halbleiterschicht mit UV-Licht bestrahlt wird.
  • Durch Anlegen eines elektrischen Feldes an die Halbleiterschicht kann der Diffusionsprozeß des bei der Aktivierung entstehenden Wasserstoffs ebenfalls beeinflußt, d.h. die Diffusion durch die Halbleiterschicht beschleunigt werden. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, daß das Substrat mit der Halbleiterschicht bzw. dem Halbleiterschichtsystem gegenüber dem Prozessgas, bzw. gegenüber einer über der Schicht beabstandet angeordneten Elektrode auf ein positives Potential gelegt wird. Eine derartige Anordnung oder ein derartiges Verfahren kann für sich oder in Kombination mit den oben dargestellten Verfahren angewandt werden. Allgemein kann im dritten Zeitintervall zusätzlich zu der elektromagnetischen Strahlung ein Potential in der beschriebenen Art und Weise eingesetzt werden, oder es kann während des dritten Zeitintervalls für alle oben beschriebenen Fälle nur ein Potential zur Anwendung kommen, d.h., daß auf eine UV-Bestrahlung verzichtet wird. Wird während des dritten Zeitintervalls nur ein Potential oder ein Feld an die Schicht gelegt, so werden durch dieses nicht notwendigerweise Ladungsträger in der Schicht erzeugt. Alleine die Änderung des elektrochemischen Potentials ändert das Diffusionsverhalten des Wasserstoffs in der Schicht.

Claims (17)

  1. Verfahren zum Aktivieren der Ladungsträger von mit Wasserstoff passivierten Fremdatomen in wenigstens einer Halbleiterschicht, insbesondere in wenigstens einer Schicht aus einem Verbindungshalbleiter, der sich in einem Schichtsystem auf einem Substrat befindet, durch eine strahlungsunterstützte Wärmebehandlung mit folgenden Verfahrensschritten: a) Erwärmen der Halbleiterschicht in einem ersten Zeitintervall von kleiner als 120 Sekunden auf Temperaturen oberhalb einer ersten Temperatur (T1), bei der der spezifische Schichtwiderstand abnimmt; b) Erwärmen der Halbleiterschicht in einem zweiten, innerhalb des ersten Zeitintervalls liegenden Zeitintervall mit einer Dauer von kleiner als 60 Sekunden auf Temperaturen oberhalb der Zersetzungstemperatur (TH) der Halbleiterschicht, wobei die Reduzierung der Dauer des zweiten Zeitintervalls gegenüber den 60 Sekunden darüber bestimmt, um wieviel eine zweite Temperatur (T2) in diesem Zeitintervall die Zersetzungstemperatur (TH) überschreiten kann, ohne dass die Halbleiterschicht einen bleibenden Schaden erfährt; c) Erzeugen von zusätzlichen Ladungsträgern in der Halbleiterschicht während wenigstens einem dritten Zeitintervall durch eine elektromagnetische Strahlung, deren Photonenenergie größer ist als der Bandabschnitt der Halbleiterschicht; d) Erwärmen der Halbleiterschicht nach dem zweiten Zeitintervall auf Temperaturen unterhalb der Zersetzungstemperatur (TH) der Halbleiterschicht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperatur (T1) zwischen 300 °C und 1200 °C und unterhalb der Zersetzungstemperatur (TH) der Halbleiterschicht liegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Zeitintervall teilweise außerhalb des ersten Zeitintervalls liegt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Zeitintervall gleich dem ersten ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Zeitintervall außerhalb des ersten Zeitintervalls liegt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Zeitintervall das zweite Zeitintervall umfasst.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsträger zeitlich vor dem zweiten Zeitintervall erzeugt werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsträger zeitlich vor und während des zweiten Zeitintervalls erzeugt werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsträger während und nach dem zweiten Zeitintervall erzeugt werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsträger nach dem zweiten Zeitintervall erzeugt werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsträger nur vor und nach dem zweiten Zeitintervall erzeugt werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsträger innerhalb des zweiten Zeitintervalls erzeugt werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht aus einem Verbindungshalbleiter besteht, der sich aus Elementen der Gruppen III und V des Periodensystems zusammensetzt.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht aus einem Verbindungshalbleiter (Gruppe III-Nitrid) besteht, der sich aus einem Element oder mehreren Elementen der Gruppe III des Periodensystems und Stickstoff zusammensetzt.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht aus einem Verbindungshalbleiter besteht, der sich aus Elementen der Gruppen II und VI des Periodensystems zusammensetzt.
  16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung der Halbleiterschicht innerhalb des RTP-Systems erfolgt.
  17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Zeitintervall kleiner als 30 Sekunden ist.
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