DE69526092T2 - Ausbildung einer metallorganischen verbindung für das epitaktische wachstum von metall- und halbleiterschichten - Google Patents
Ausbildung einer metallorganischen verbindung für das epitaktische wachstum von metall- und halbleiterschichtenInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft Halbleitervorrichtungen und ihre Herstellung.
- Während es ein beträchtliches Interesse an InP/InGaAs-Vorrichtungen, die durch chemische Strahlenepitaxie (CBE) wachsen gelassen werden, insbesondere im Bereich des selektiven Wachstums, ist das GaAs/AlGaAs-Materialsystem weniger gut etabliert. Mit Ausnahme der sehr vielversprechenden Daten für bipolare Heteroübergangstransistoren (HBT's) und Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit (HEMTS's), ist bisher im Allgemeinen die Qualität von mit CBE gewachsenen AlGaAs-Legierungen schlechter als diejenige, die mit der metallorganischen Dampfphasenepitaxie (MOVPE) oder Molekülstrahlepitaxie (MBE) gewachsen sind. Die Verschlechterung der Materialqualität resultiert aus nicht beabsichtigten Einheiten aus Metallalkylen der Gruppe III und ebenfalls aus nicht beabsichtigter Sauerstoffaufnahme. Daher sind mehr Anstrengungen hinsichtlich der Entwicklung neuer Vorläufer, in denen die unbeabsichtigte Verunreinigungsaufnahme in epitaxialen AlGaAs-Schichten vermindert ist, gemacht worden.
- Es ist eine direkte Beziehung zwischen Sauerstoffkonzentrationen, die unbeabsichtigt in einer mit CBE gewachsenen AlGaAs enthalten sind und Spurenmengen an Diethylether festgestellt worden, was durch in-situ Massenspektrometrie mit moduliertem Strahl (MBMS) bei metallorganischen Vorläufern der Gruppe III nachgewiesen wurde. Die Spur Ether ist ein Rest aus der Synthese des Metalltrialkyls MR&sub3;, das bei der Alkylierung des Metalltrihalogenids mit einem Grignard-Reagenz RMgX, was in einem Etherlösungsmittel durchgeführt wird, beteiligt ist. Es werden dann aufeinanderfolgend Reinigungsverfahren durchgeführt, um den Sauerstoff, der das Etherlösungsmittel und andere Verunreinigungen enthält, aus dem metallorganischen Vorläufer zu entfernen. Allerdings waren diese Verfahren bisher niemals insgesamt erfolgreich.
- Beispielsweise beschreibt die US-A-4464233 die Bildung von Dimethylmagnesium durch Umsetzen eines Grignard-Reagenz mit einem Metallhalogenid in der Elektrolyse, mit Tetra(n-butyl)- ammoniumpercholat als ionisierbarer Trägerelektrolyt und einem Lösungsmittel, wie einem aliphatischen Ether, einem cyclischen aliphatischen Mono- oder Polyether oder einem nicht cyclischen Ether. In ähnlicher Weise beschreibt die US-A-4604473 ein Verfahren zur Herstellung einer Bialkylgalliumverbindung durch Umsetzen eines Galliumtrihalogenids mit einem Grignard-Reagenz in Gegenwart eines Ethers.
- Trimethylindiumverbindungen mit Stickstoff enthaltenden Lewis- Basen sind ebenfalls unter Verwendung von Lewis-Basen- Lösungsmitteln, wie Diethylether (siehe Journal oft die Chemical Society, Dalton Transactions, Bd. 1, 1998, USA; Foster et al. "Synthesis and thermal properties of trimethylindium with nitrogen-containing Lewis bases") hergestellt worden, und die Wechselwirkung von beispielsweisen Ethern und Aminen mit Trimethylalan-Addukten ist in Inorganic Chemistry Bd. 7, Nr. 6, 3. Juni 1986, USA, Seiten 1047-1051; C.H. Henrickson et. al. diskutiert.
- Alternative Methoden zur Herstellung von metallorganischen Vorläufern für die Verwendung bei der Abscheidung von epitaxialen Schichten sind beispielsweise in US-A-4812286 und EP 0460598 beschrieben worden.
- Eine erste Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Wachsen von Halbleiterschichten zur Verfügung zu stellen, mit dem das oben erwähnte Sauerstoffverunreinigungsproblem beseitigt oder zumindest in der Wirkung reduziert wird.
- Eine zweite Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, Halbleitervorrichtungen zur Verfügung zu stellen, worin das oben erwähnte Sauerstoffverunreinigungsproblem beseitigt oder mindestens hinsichtlich seiner Wirkung reduziert ist.
- Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Wachsen einer Metallschicht in einer Halbleitervorrichtung durch Abscheidung einer Schicht aus dem Metall auf einem Substrat zur Verfügung gestellt, worin das Metall nach einem Verfahren abgeschieden wird, das die Schritte umfasst: Aufbringen einer metallorganischen Verbindung der Formel MR&sub3; auf das Substrat, wobei M das abzuscheidende Metall ist und R eine Alkylgruppe bedeutet und die metallorganische Verbindung durch Umsetzen eines Grignard-Reagenz mit einem Metallhalogenid hergestellt worden ist und Zersetzen der metallorganischen Verbindung am Substrat unter Bildung der Metallschicht, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Umsetzung des Grignard- Reagenz mit dem Metallhalogenid zur Bildung der metallorganischen Verbindungen in einem Aminlösungsmittel durchgeführt wird.
- Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Wachsen einer Schicht aus einer Halbleiterverbindung auf einem Substrat zur Verfügung gestellt, das die Schritte umfasst: Aufbringen einer metallorganischen Verbindung der Formel MR&sub3; auf das Substrat, worin M eine metallische Verbindung der aufzutragenden Halbleiterschicht ist und R eine Alkylgruppe ist, zusammen mit Vorläufern für die restlichen Bestandteile der Halbleiterschicht, wobei die metallorganische Verbindung durch Umsetzen eines Grignard-Reagenz mit einem Metallhalogenid hergestellt worden ist und Zersetzen der metallorganischen Verbindung am Substrat zur Herstellung des metallischen Bestandteils der Halbleiterschicht, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Umsetzung des Grignard-Reagenz mit dem Metallhalogenid zur Bildung der metallorganischen Verbindung in einem Aminlösungsmittel durchgeführt wird.
- Im Zusammenhang mit dieser Offenbarung bedeutet der Ausdruck "metallorganische Verbindung" auch solche Verbindungen, die Phosphor und Arsen umfassen, worin der Phosphor und das Arsen einen metallischen Charakter zeigen.
- Das Grignard-Reagenz zur Anwendung bei der Herstellung der metallorganischen Verbindung wird bevorzugt in einem Aminlösungsmittel, insbesondere mit dem Amin, das bei der Herstellung der metallorganischen Verbindung verwendet wird, hergestellt.
- Das Amin ist bevorzugt ein tertiäres Amin, wie beispielsweise ein tertiäres Alkylamin oder ein tertiäres heterocyclisches Amin. Amine für die Verwendung bei der Herstellung der metallorganischen Verbindung und/oder des Grignard-Reagenz sind bevorzugt bei Raumtemperatur, typischerweise bei 18-20ºC flüssig. Bevorzugte tertiäre Alkylamine weisen die Formel
- auf, worin R¹, R² und R³ Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten und worin R¹, R² und R³ gleich sein können oder zwei aus R¹, R² und R³ gleich sein können. Bevorzugte Amine für die Verwendung in der Erfindung sind Triethylamin und Dimethylethylamin.
- Geeignete heterocyclische Amine für die Verwendung in der Erfindung können Pyridin, 2H-Pyrrol, Pyrimidin, Pyrazin, Pyridazin, 1,3,5-Triazin und Hexahydrotriazin umfassen.
- Das Verfahren zur Herstellung der metallorganischen Verbindung kann zu einem Aminaddukt führen, das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren anstelle der metallorganischen Verbindung allein verwendet werden kann.
- Geeignete metallorganische Aminaddukte weisen die Formel
- MR&sub3;·A
- auf, worin M ein Metallphosphor oder -arsen bedeutet, R eine Alkylgruppe ist und A ein tertiäres Amin, wie ein tertiäres Alkylamin der Formel
- worin R¹, R² und R³ die oben angegebenen Bedeutungen aufweisen, oder ein tertiäres heterocyclisches Amin bedeutet.
- Das Grignard-Reagenz kann auf jede übliche Weise, typischerweise durch Umsetzen von Magnesium mit einem Alkylhalogenid, worin die Alkylgruppe diejenige ist, die für die metallorganische Verbindung erforderlich ist, hergestellt werden.
- Die Herstellung der metallorganischen Verbindungen und metallorganischen Aminaddukte erfolgt bevorzugt nach folgenden aufeinanderfolgenden Schritten:
- 1. Synthese von RMgX in einem NR&sub3;-Lösungsmittel;
- 2. Suspension von MCl&sub3; in Pentan;
- 3. Zugabe von RMgX zu dem MCl&sub3; in NR&sub3;/Pentan;
- 4. Entfernen von flüchtigen Bestandteilen und Isolieren von MR&sub3;(NR&sub3;) durch Destillation;
- 5. Entfernen von flüchtigen Verunreinigungen aus dem MR&sub3;(NR&sub3;)
- 6. Isolieren des Addukts oder thermische Dissoziation von MR&sub3;(NR&sub3;) und Entfernen des NR&sub3;-Liganden durch fraktionierte Destillation.
- Metallorganische Verbindungen, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sein können, umfassen Alkylverbindungen von Metallen der Gruppe II, Gruppe III und Gruppe V. Beispiele für diese Verbindungen umfassen Dialkylzink, Dialkylcadmium, Trialkylaluminium, Trialkylgallium, Trialkylindium, Trialkylphosphor, Trialkylarsen und Trialkylantimon.
- Die Bildung eines Amins ermöglicht die Entfernung von flüchtigen metallischen und nicht metallischen Mikroverunreinigungen aus der metallorganischen Verbindung. Die Verunreinigungen können ohne weiteres aus dem Addukt durch Destillation entfernt werden. Das Addukt kann durch Entfernung des Amins, wie durch Erhitzen, abgespalten werden, um die metallorganische Verbindung allein für bestimmte Zwecke, wie als Vorläufer für MOVPE oder CBE herzustellen. Alternativ kann das Addukt selbst als Vorläufer für die Abscheidung von beispielsweise Schichten der Gruppe III-V oder II-VI, wie Galliumarsenid, Aluminiumgalliumarsenid und Zinkselenid, durch MOVPE, CBE und andere Dampfphasenepitaxietechniken verwendet werden.
- Im Allgemeinen kann das erfindungsgemäße Verfahren für das Wachstum von Strukturen für Halbleitervorrichtungen der Gruppe III-V angewendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst im Allgemeinen alle Dampfphasenwachstumstechniken, wie beispielsweise MOVPE, CBE und MOMBE.
- Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen für elektronische Anwendungen, z. B. Transistoren (FET-, HEMT- und HBT-Vorrichtungen), Dioden, Übergitterstromemitter und Mischerdioden angewendet werden. Vorrichtungen unter Verwendung von Photonen können ebenfalls hergestellt werden, z. B. Laser (vertikaler Hohlraum (VCSEL) und planar), lichtemittierende Dioden, Reflektoren und Modulatoren (einschließlich solche, die als Teil von VCSEL, Photodetektoren, Photodioden und Lichtwellenleiter verwendet werden).
- Die Integration eine der obigen selektiven Wachstumstechniken kann dazu verwendet werden, eine seitliche Integration z. B. für Laser und Wellenleiter, zu erreichen.
- Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiterhin dazu verwendet werden, Abscheidungen in Vorrichtungen der Gruppe II-VI für beispielsweise Detektoren und Quellen für langweiliges Infrarot.
- Das erfindungsgemäße Verfahren kann des weiteren angewendet werden, um Metallbeschichtungen, beispielsweise für die Al-, Ga- und In-Abscheidung, herzustellen.
- AlGaAs-Schichten können durch Dampfphasenabscheidung, insbesondere durch chemische Strahlenepitaxie eines Trialkylgalliumaminaddukts, typischerweise aus Triisopropylgallium mit einem A/H-Amin-Addukt und Arsin hergestellt werden.
- Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise bei der organometallischen Dampfphasenepitaxie im Niedrigtemperaturbereich von InSb, bevorzugt unter Verwendung von Triisopropylantimon als Vorläufer, angewendet werden. Typischerweise werden das Triisopropylantimon und das Trimethylindium verwendet, um InSb-Epischichten auf GaAs wachsen zu lassen. In ähnlicher Weise kann GaSb durch MOVPE aus Triisopropylantimon und Trimethylgallium wachsen.
- In einem bevorzugten Verfahren der Erfindung wird die metallorganische Verbindung im Hochvakuum auf ein Substrat ohne Trägergas abgeben und auf dem Substrat pyrolisiert. Es kann die metallorganische Verbindung oder ihr Aminaddukt verwendet werden. Das Substrat ist typischerweise ein Einkristall der Gruppe III-V, wie Galliumarsenid. Dieses Verfahren ist insbesondere für die Abscheidung eines Metalls der Gruppe III, insbesondere Gallium und insbesondere Triisopropylgallium geeignet.
- Antimon kann ebenfalls auf einem Substrat in ähnlicher Weise abgeschieden werden, allerdings kann es ebenfalls wie andere Metalle aus metallorganischen Verbindungen oder ihren Aminaddukten unter Anwendung von MOVPE-Techniken abgeschieden werden, wobei ein Trägergas verwendet wird, um den metallorganischen Dampf bei Drücken, die typischerweise in einem Bereich von 2 bis 760 Torr (1 Torr = 133,3 Pa) zu dem Substrat, wie einem Einkristallsubstrat der Gruppe III-V, zu befördern, wo es dann unter Bildung der gewünschten Schicht pyrolisiert wird.
- Typische Halbleitervorrichtungen, die mit der Erfindung hergestellt werden können, umfassen CD-Laser und Hochgeschwindigkeitstransistoren.
- Die Erfindung wird nun weiterhin anhand der folgenden Beispiele beschrieben. Jede unten beschriebene Reaktion wurde in einer Atmosphäre aus trockenem/sauerstofffreien Distickstoff unter Anwendung der Reagenzien, die nach Standardreinigungsverfahren getrocknet und von Sauerstoff befreit worden waren, durchgeführt.
- Dieses Beispiel zeigt die Herstellung von Triisopropylgallium unter Verwendung von Triethylamin als Lösungsmittel.
- Es wurde eine Lösung aus Isopropylmagnesiumbromid, I-PrMgBr, in Triethylamin hergestellt, indem tropfenweise Isopropylbromid, i-PrBr (280 g, 2,3 Mol) in eine gerührte Suspension aus Magnesiummetallspänen (60 g, 2,6 Mol) in Triethylamin, NEt&sub3; (1000 cm³), gegeben wurde. Das führte zu einer heftigen exothermen Reaktion. Es wurde festgestellt, dass diese Reaktion leichter durch die Zugabe eines Jodkristalls initiiert werden konnte. Nach vollständiger Zugabe von i-PrBr wurde das Reaktionsgemisch bei Umgebungstemperatur für 4 Stunden gerührt.
- Eine Lösung aus Galliumtrichlorid, GaCl&sub3; (125 g, 0,7 Mol) in Pentan (500 cm³) wurde dann langsam unter Rühren in die Lösung aus iPrMgBr in NEt&sub3; gegeben. Dieses führte zu einer exothermen Reaktion. Nach vollständiger Zugabe der GaCl&sub3; -Pentanlösung wurde die Reaktionsmischung über 4 Stunden bei Raumtemperatur gerührt, um eine vollständige Umsetzung sicherzustellen.
- Nach Entfernung der flüchtigen Bestandteile durch Destillation im Vakuum wurde das Rohprodukt durch Vakuumdestillation (100ºC) in ein Auffanggefäß, das in flüssigem Stickstoff (ca. -196ºC) gekühlt war, isoliert. Flüchtige Verunreinigungen wurden aus dem Rohprodukt durch Destillation im Vakuum (25-50ºC) entfernt, und das reine flüssige Produkt wurde durch Vakuumdestillation (80ºC) in ein gekühltes Auffanggefäß (ca. -106ºC) erhalten.
- Das metallorganische Produkt wurde in der Protonen-NMR- Spektroskopie als Triethylamin-Addukt von Triisopropylgallium, i-Pr&sub3;Ga(NEt&sub3;)0,6 isoliert.
- Die Protonen-NMR-Daten sind nachfolgend zusammengefasst.
- 0,8 (Triplett, 5,4H) NCH&sub2;CH&sub3;
- 1,0 (Multiplett, 3H) GaCH(CH&sub3;)&sub2;
- 1,4 (Dublett, 18H) GaCH(CH&sub3;)&sub2;
- 2,4 (Quartett, 3,6H) NCH&sub2;CH&sub3;
- Das iPr&sub3;Ga-NEt&sub3;-Addukt wurde weiterhin auf Spuren von Metallverunreinigungen mit der induktiv gekoppelten Plasmaemissionsspektroskopie (ICP-Es) analysiert. Die einzigen nachgewiesenen Verunreinigungen waren Silicium (0,03 ppm w.r.t. Ga) und Zink (0,2 ppm w.r.t. Ga).
- Ausbeute i-Pr&sub3;Ga(NEt&sub3;)0,6 = 49,4 g.
- Es hat sich herausgestellt, dass der Dampfdruck des iPr&sub3;Ga- Addukts 0,9 mbar bei 13ºC betrug.
- Das auf obige Weise hergestellte Triisopropylgallium wurde verwendet, um eine AlGaAs-Schicht auf einem Galliumarsenidsubstrat durch chemische Strahlenepitaxie unter den folgenden Bedingungen wachsen zu lassen:
- Substrattemperatur 540ºC
- AlGaAs-Wachstumsrate 1/h
- Vorläufer der Gruppe V thermisch gespaltenes Arsen
- Vorläufer der Gruppe III Triisopropylgalliumtriethylamin-Addukt plus AlH&sub3;-NMe&sub2;Et
- Eine auf diese Weise gewachsene AlGaAs-Schicht (Aluminiumzusammensetzung: 18%) zeigte Sauerstoffwerte von weniger von 4 · 10¹&sup6; cm&supmin;³ (gemessen mit senkundärer Ionenmassenspektrometrie, SIMS). Diese Schicht ist sehr viel besser als eine AlGaAs- Schicht (Aluminiumzusammensetzung: 25%), die mit auf herkömmliche Weise synthetisiertem Triisopropylgallium wachsen gelassen wurde) (das heißt, unter Anwendung eines Etherlösungsmittels) und AlH&sub3;(NMe&sub2;Et), worin sehr viel höhere Sauerstoffgehalte von 9 · 10¹&sup6; cm&supmin;³ durch SIMS nachgewiesen worden sind. Die mit dem Triisopropylgalliumtriethylamin-Addukt gewachsene Al- GaAs-Schicht war im Hinblick auf den Sauerstoffgehalt (< 4 · 10¹&sup6; cm&supmin;³) mit den besten Schichten, die bisher mit Triethylgallium und AlH&sub3;(NMe&sub2;Et) unter identischen CBE-Wachstumbedingungen erhalten worden sind, vergleichbar.
- Die Fig. 1 bzw. 2 der beiliegenden Zeichnungen zeigen den Vergleich von Dampfdrücken und Wachstumsraten des in diesem Beispiel hergestellten Triisopropylgallium-Addukts und des auf herkömmliche Weise hergestellten Triisopropylgallium. Es kann erkannt werden, dass das Addukt sowohl höhere Dampfdrücke als auch Wachstumsraten aufweist, was für chemische Dampfabscheidungsprozesse vorteilhaft ist.
- Dieses zeigt die Herstellung von Triisopropylgallium unter Verwendung von Dimethylethylamin als Lösungsmittel.
- Es wurde eine Lösung aus Isopropylmagnesiumbromid, i-PrMgBr, in Dimethylethylamin hergestellt, indem tropfenweise Isopropylbromid, i-PrBr (166 g, 1,4 Mol) in eine gerührte Suspension aus Mg-Metallspänen (48 g, 2,0 Mol) in Dimethylethylamin, NMe&sub2;Et (500 cm³) gegeben wurde. Das führte zu einer heftigen exothermen Reaktion, die noch leichter durch Zugabe einer kleinen Jodmenge initiiert werden konnte. Nach vollständiger Zugabe von i-PrBr wurde das Reaktionsgemisch bei Raumtemperatur über 4 Stunden gerührt.
- Eine Lösung aus GaCl&sub3; (69 g, 0,4 Mol) in Pentan (260 cm³) wurde dann langsam unter Rühren in die Lösung aus i-PrMgBr in NMe&sub2;Et gegeben. Das führte zu einer heftigen exothermen Reaktion. Nach vollständiger Zugabe der GaCl&sub3;-Pentanlösung wurde das Reaktionsgemisch über 4 Stunden bei Raumtemperatur gerührt, um die Vervollständigung der Umsetzung sicherzustellen.
- Nach Entfernen der flüchtigen Bestandteile durch Destillation bei Atmosphärendruck (60ºC) wurde das Rohprodukt durch Vakuumdestillation (100ºC) in ein gekühltes Auffanggefäß (ca. -196ºC) isoliert. Die flüchtigen Verunreinigungen wurden aus den Rohprodukten im Vakuum entfernt, und das reine flüssige Produkt erhielt man durch Destillation bei vermindertem Druck (70ºC) in ein Auffanggefäß. Das metallorganische Produkt wurde mit der Protonen-NMR-Spektroskopie als Dimethylethylamin-Addukt von Triisopropylgallium, i-Pr&sub3;Ga(NMe&sub2;Et) identifiziert. Die Daten des Protonen-NMR sind nachfolgend zusammengefasst:
- 0,6 (Triplett, 3H) NCH&sub2;CH&sub3;
- 0,9 (Multiplett, 3H) GaCH(CH&sub3;)&sub2;
- 1,4 (Dublett, 18H) GaCH(CH&sub3;)&sub2;
- 1,9 (Singulett, 6H) NCH&sub3;
- 2,4 (Quartett, 2H) NCH&sub2;CH&sub3;
- Das i-Pr&sub3;Ga-NMe&sub2;Et-Addukt wurde weiterhin auf Verunreinigungen durch Spuren von Metallen mit ICP-Es analysiert. Die einzigen nachgewiesenen Verunreinigungen waren Silicium (0,2 ppm) w.r.t Ga) und Zink (4,6 ppm w.r.t Ga).
- Ausbeute i-Pr&sub3;Ga(NMe&sub2;Et) = 58,5 g.
- Dieses Beispiel zeigt die Herstellung von Triisopropylindium mit Triethylamin als Lösungsmittel.
- Es wurde eine Lösung aus i-PrMgBr in NEt&sub3; durch tropfenweise Zugabe von i-PrBr (72 g, 0,6 Mol) in NEt&sub3; (200 cm³) hergestellt. Dieses führte zu einer heftigen exothermen Reaktion. Nach vollständiger Zugabe von i-PrBr wurde das Reaktionsgemisch bei Raumtemperatur für vier Stunden gerührt.
- Die Lösung aus i-PrMgBr in NEt&sub3; wurde unter Rühren tropfenweise in eine Suspension aus Indiumtrichlorid, InCl&sub3; (35 g, 0,2 Mol) in NEt&sub3; (200 cm³) gegeben. Dieses führte zu einer exothermen Reaktion. Nach vollständiger Zugabe der i-PrMgBr/NEt&sub3;-Lösung wurde das Reaktionsgemisch unter Rückfluss während zwei Stunden gekocht.
- Nach Entfernung der flüchtigen Bestandteile durch Destillation im Vakuum, erhielt man das Rohprodukt durch Vakuumdestillation (100ºC) in ein gekühltes Auffanggefäß (ca. -196ºC). Es wurden die flüchtigen Verunreinigungen vom Rohprodukt durch Destillation im Vakuum entfernt, und man erhielt das reine flüssige Produkt durch Vakuumdestillation (70ºC) in ein gekühltes Auffanggefäß (ca. -196ºC).
- Das metallorganische Produkt wurde mit der Protonen-NMR- Spektroskopie als Triethylamin-Addukt aus Triisopropylindium, i-Pr&sub3;In(NEt&sub3;) identifiziert. Die Daten aus der Protonen-NMR sind nachfolgend zusammengefasst:
- 0,8 (Triplett, 9H) NCH&sub2;CH&sub3;
- 1,1 (Multiplett, 3H) InCH(CH&sub3;)&sub2;
- 1,6 (Doublett, 18H) InCH(CH&sub3;)&sub2;
- 2,4 (Quartett, 6H) NCH&sub2;CH&sub3;
- Das i-Pr&sub3;In-NEt&sub3;-Addukt wurde weiterhin auf Verunreinigungen durch Spuren von Metall mit ICP-Es analysiert. Die einzigen nachgewiesenen Verunreinigungen waren Silicium (0,04 ppm) w.r.t In) und Zink (3,8 ppm, w.r.t In).
- Ausbeute i-Pr&sub3;In(Net&sub3;) = 8 g.
- Dieses Beispiel zeigt die Herstellung von Triisopropylindium mit Dimethylethylamin als Lösungsmittel.
- Es wurde eine Lösung aus i-PrMgBr in NMe&sub2;Et durch tropfenweise Zugabe von i-PrBr (192 g, 1,6 Mol) in eine gerührte Lösung aus Mg-Metallspänen (56 g, 2,3 Mol) in NMe&sub2;Et (400 cm³) hergestellt.
- Dieses führte zu einer heftigen exothermen Reaktion. Nach vollständiger Zugabe von i-PrBr wurde das Reaktionsgemisch für 4 Stunden bei Raumtemperatur gerührt.
- Die Lösung aus i-PrMgBr in NMe&sub2;Et wurde unter Rühren tropfenweise in eine Suspension aus InCl&sub3; (72 g, 0,3 Mol) in Pentan gegeben. Das führte zu einer exothermen Reaktion. Nach vollständiger Zugabe der i-PrMgBr/NMe&sub2;Et-Lösung wurde das Reaktionsgemisch unter Rückfluss während zwei Stunden gekocht.
- Nach Entfernen der flüchtigen Bestandteile durch Destillation bei Atmosphärendruck (60ºC), erhielt man das Rohprodukt durch Destillation bei verminderten Druck (85-90ºC) in ein Auffanggefäß. Es wurden die flüchtigen Verunreinigungen aus dem Rohprodukt durch Vakuumdestillation (25ºC) entfernt.
- Man erhielt das reine flüssige Produkt durch Vakuumdestillation (85-90ºC) in ein Auffanggefäß, das auf etwa -196ºC gekühlt war.
- Die strohgelbe Flüssigkeit wurde mit der Protonen-NMR- Spektroskopie als Dimethylethylaminaddukt von Triisopropylindium, iPr&sub3;In(NMe&sub2;Et), identifiziert. Die Daten aus dem Protonen-NMR sind nachfolgend zusammengefasst:
- 0,8 (Triplett, 3H) NCH&sub2; CH&sub3;
- 1,0 (Multiplett, 3H) InCH(CH&sub3;)&sub2;
- 1,5 (Doublett, 18H) InCH(CH&sub3;)&sub2;
- 2,0 (Singlett, 6H) NCH&sub3;
- 2,3 (Quartett, 2H) NCH&sub2;CH&sub3;
- Das i-Pr&sub3;In-NMe&sub2;Et-Addukt wurde weiterhin auf Verunreinigungen durch Spuren von Metall mit ICP-EAS analysiert. Die einzigen nachgewiesenen Verunreinigungen waren Silicium (< 1 ppm w.r.t In) und Zn (0,12 w.r.t In).
- Ausbeute i-Pr&sub3;In(NMe&sub2;Et) = 81,7 g.0
Claims (26)
1. Verfahren zum Wachsenlassen einer Metallschicht in einer
Halbleitervorrichtung durch Abscheidung einer Schicht aus
dem Metall auf einem Substrat, wobei das Metall nach
einem Verfahren abgeschieden wird, das die Schritte
aufweist:
(i) Abgabe einer metallorganischen Verbindung der Formel
MR&sub3; an das Substrat, worin M das abzuscheidende
Metall ist und R eine Alkylgruppe bedeutet, und die
metallorganische Verbindung durch Umsetzen eines
Grignard-reagens mit einem Metallhalogenid
hergestellt wird und
(ii) Zersetzen der metallorganischen Verbindung am
Substrat unter Bildung der Metallschicht,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Umsetzung des Grignardreagens mit dem
Metallhalogenid zur Bildung der metallorganischen Verbindungen in
einem Aminlösungsmittel durchgeführt wird.
2. Verfahren zum Wachsenlassen einer
Halbleiterverbundschicht auf einem Substrat, das die Schritte aufweist:
(i) Abgabe einer metallorganischen Verbindung der Formel
MR&sub3; an das Substrat, worin M ein Metallelement der
abzuscheidenden Halbleiterschicht oder Phosphor oder
Arsen bedeutet und R eine Alkylgruppe zusammen mit
Zwischenstoffen für die restlichen Bestandteile der
Halbleiterschicht ist, wobei die metallorganische
Verbindung durch Umsetzen eines Grignardreagens mit
einem Metallhalogenid hergestellt wird und
(ii) Zersetzen der metallorganischen Verbindung am
Substrat, um den Metallbestandteil der
Halbleiterschicht für die Umsetzung mit den restlichen
Bestandteilen zur Ausbildung der Halbleiterschicht zur
Verfügung zu stellen,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Umsetzung des Grignardreagens mit dem
Metallhalogenid zur Bildung der metallorganischen Verbindung in
einem Aminlösungsmittel durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Aminaddukt MR&sub3;·A der metallorganischen Verbindung
verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Grignardreagens in einem Aminlösungsmittel
hergestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das bei der Herstellung des Grignardreagens
verwendete Aminlösungsmittel das gleiche wie dasjenige ist, das
für die Umsetzung mit dem Metallhalogenid verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Amin, in dem die metallorganische Verbindung
gebildet wird, und/oder das Amin, in dem das
Grignardreagens gebildet wird, ein tertiäres Amin ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Amin, in dem die metallorganische Verbindung
gebildet wird, und/oder das Amin, in dem das
Grignardreagens gebildet wird, aus tertiären Alkylaminen und
tertiären heterocyclischen Aminen gewählt ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Amin, in dem die metallorganische Verbindung
gebildet wird, und/oder das Amin, in dem das
Grignardreagens gebildet wird, bei Raumtemperatur flüssig ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Amin, in dem die metallorganische Verbindung
gebildet wird, und/oder das Amin, in dem das
Grignardreagens gebildet wird, folgende allgemeine Formel aufweist:
worin R¹, R²
und R³ Alkylgruppen mit 1 bis 4
Kohlenstoffatomen bedeuten und worin R¹, R² und R³ gleich
sind oder zwei von R¹, R² und R³ gleich sind.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Amin, in dem die metallorganische Verbindung
gebildet wird, und/oder das Amin, in dem das
Grignardreagens gebildet wird, aus Triethylamin und
Dimethylethylamin gewählt ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Amin, in dem die metallorganische Verbindung
gebildet wird, und/oder das Amin, in dem das
Grignardreagens gebildet wird, aus Pyridin, 2H-Pyrrol, Pyrimidin,
Pyrazin, Pyridazin, 1,3,5-Triazin und Hexahydrotriazin
gewählt ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Grignardreagens durch Umsetzung von Magnesium
mit einem Alkylhalogenid hergestellt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die metallorganische Verbindung eine Alkylverbindung
eines Metalls ist, das aus Metallen der Gruppe II, Gruppe
III und Gruppe V gewählt ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die metallorganische Verbindung aus Dialkylzink,
Dialkylcadmium, Trialkylaluminium, Trialkylgallium,
Trialkylindium, Trialkylphosphor, Trialkylarsen und
Trialkylantimon gewählt ist.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Alkylgruppen Isopropylgruppen sind.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass das metallorganische Aminaddukt die Formel MR&sub3;·A
aufweist, worin M ein Metall bedeutet oder, wenn keine
Abhängigkeit von Anspruch 1 besteht, Phosphor oder Arsen
bedeutet, R eine Alkylgruppe bedeutet und A ein tertiäres
Alkylamin der Formel:
worin R¹, R² und R³ Alkylgruppen mit 1 bis 4
Kohlenstoffatomen sind und worin R¹, R² und R³ gleich sind oder zwei
von R¹, R² und R³ gleich sind oder ein tertiäres
heterocyclisches Amin sind.
17. Verfahren nach Anspruch 16, worin die Alkylgruppe von MR&sub3;
eine geradkettige oder verzweigte C&sub1;&submin;&sub5;-Alkylgruppe ist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, worin die Alkylgruppe eine
Isopropylgruppe ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass die metallorganische Verbindung oder ihr Aminaddukt
als Dampf an das Substrat abgegeben wird und darauf
pyrolysiert wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Substrat ein Einkristall der Gruppe III-V ist.
21. Verfahren nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Substrat Galliumarsenid ist.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21,
dadurch gekennzeichnet,
dass die metallorganische Verbindung Trialkylgallium ist.
23. Verfahren nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet,
dass die metallorganische Verbindung Triisopropylgallium
ist.
24. Verfahren nach Anspruch 23, wenn weder direkt noch
indirekt durch die vorangegangenen abhängigen Ansprüche eine
Abhängigkeit von Anspruch 1 besteht,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Triisopropylgallium mit einem Zwischenstoff der
Gruppe V zur Bildung einer III-V-Schicht abgegeben wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, wenn weder direkt noch
indirekt durch die vorangegangenen abhängigen Ansprüche eine
Abhängigkeit von Anspruch 1 besteht,
dadurch gekennzeichnet,
dass ebenfalls ein zweiter Zwischenstoff der Gruppe III
an das Substrat abgegeben wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25, wenn weder direkt noch
indirekt durch die vorangegangenen abhängigen Ansprüche eine
Abhängigkeit von Anspruch 1 besteht, bei dem der
Zwischenstoff der Gruppe V Arsen und der zweite
Zwischenstoff der Gruppe III ein AlH&sub3;-Aminaddukt ist.
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