Monolithische integrierte Halbleiterstruktur Monolithic integrated semiconductor structure
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Die Erfindung betrifft eine monolithische integrierte Halbleiterstruktur, welche zur Bildung von integrierten Halbleiterbauelementen auf Basis der Gruppe III/V Elemente auf einem Siliziumsubstrat geeignet sind, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie deren Verwendungen The invention relates to a monolithic integrated semiconductor structure, which are suitable for the formation of integrated semiconductor devices based on the group III / V elements on a silicon substrate, a process for its preparation and their uses
Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik Background of the invention and prior art
Die Erfindung des integrierten Schaltkreises auf der Basis von Silizium und Siliziumdioxid hat in den letzten The invention of the integrated circuit based on silicon and silicon dioxide has in recent years
Jahrzehnten eine enorme Entwicklung in der Mikrochip- Prozessor- Technologie bzw. Mikroelektronik ermöglicht. In einem integrierten Schaltkreis werden u.a. n-Kanal und p- Kanal-Transistoren für die Datenverarbeitung in der sogenannten CMOS-Logik (Englisch: Complementary metal- oxid-semiconductor) verschaltet. Transistoren sind im Wesentlichen Widerstände, die durch eine äußere Gate- Spannung gesteuert werden. In den letzten Jahrzehnten konnte die Leistung der integrierten Schaltkreise durch zunehmende Miniaturisierung der Transistoren und daraus folgend durch die steigende Transistordichte verbessert werden. Mittlerweile sind jedoch die einzelnen Strukturen der Transistor-Bauelemente in den Dimensionen so klein, dass grundlegende physikalische Grenzen auftreten und eine weitere Miniaturisierung zu keiner Verbesserung der Decades of tremendous development in microchip processor technology or microelectronics. In an integrated circuit, i.a. n-channel and p-channel transistors for data processing in the so-called CMOS logic (English: Complementary metal oxide-semiconductor) interconnected. Transistors are essentially resistors that are controlled by an external gate voltage. In recent decades, the performance of integrated circuits has been improved by increasing miniaturization of the transistors and consequent increasing transistor density. Meanwhile, the individual structures of the transistor devices in the dimensions are so small that basic physical limits occur and further miniaturization does not improve the
Schaltkreise führt. Circuits leads.
BESTÄTIGUNGSKOPIE
An dieser Stelle werden neben Silizium und Siliziumdioxid . inzwischen neue Materialien bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen eingesetzt, deren CONFIRMATION COPY At this point, besides silicon and silicon dioxide. Meanwhile, new materials are used in the manufacture of integrated circuits whose
physikalischen Eigenschaften zu einer Verbesserung der Funktionsweise führen.' U.a. wird auch der Einsatz von III/V Halbleitermaterialieri in der CMOS Technologie diskutiert . physical properties lead to an improvement in the functioning. ', The use of III / V in the CMOS Halbleitermaterialieri Ua discussed technology.
Da die Elektronenmobilität von einigen III/V Since the electron mobility of some III / V
Halbleitermaterialien wesentlich höher ist als die von Silizium und die Effizienz bzw. Schaltgeschwindigkeit von n-Kanal -Transistoren u.a. maßgeblich von der Semiconductor materials is substantially higher than that of silicon and the efficiency or switching speed of n-channel transistors u.a. relevant to the
Elektronenmobilität bestimmt wird, könnte der Einsatz von III/V Halbleitermaterialien als n-Kanalschichten zu einer wesentlichen Verbesserung der integrierten Schaltkreise führen. Desweiteren kann die Gate-Spannung durch die As determined by electron mobility, the use of III / V semiconductor materials as n-channel layers could lead to a significant improvement of the integrated circuits. Furthermore, the gate voltage through the
Anwendung von III/V Halbleitermaterialien reduziert werden, was wiederum den Energieverbrauch und folglich die Wärmedi ss ipation in den integrierten Schaltkreisen Application of III / V semiconductor materials can be reduced, which in turn reduces the energy consumption and hence the thermal insulation in the integrated circuits
vermindert. Derzeit werden von verschiedenen Instituten, Universitäten und Firmen die Anwendung von III/V reduced. Currently, various institutes, universities and companies are using III / V
Kanalschichten in der Silizium-Technologie untersucht. Channel layers studied in silicon technology.
Welcher III/V Halbleiter optimal für die Integration auf Silizium ist, wird einerseits durch die grundlegenden Eigenschaften des Halbleitermaterials bestimmt, wie z.B. die Elektronenmobilität und die elektronische Bandlücke. Which III / V semiconductor is optimal for integration on silicon is determined on the one hand by the fundamental properties of the semiconductor material, e.g. the electron mobility and the electronic band gap.
Andererseits muss letztendlich die Kompatibilität zur Massenproduktion in der Silizium-Technologie On the other hand, ultimately, compatibility must be mass production in silicon technology
berücksichtigt werden. Arsen ist ein wesentlicher
Bestandteil vieler III/V Halbleitermischkristalle. be taken into account. Arsenic is essential Component of many III / V semiconductor mixed crystals.
Aufgrund der hohen Toxizität von Arsen erfordert eine mögliche Anwendung arsenhaltiger Materialien in einer groß- industriellen Produktion eine aufwendige Entsorgung der arsenhaltigen Abfallprodukte. Due to the high toxicity of arsenic, a possible use of arsenic-containing materials in large-scale industrial production requires expensive disposal of the arsenic-containing waste products.
Bei der Integration von III/V Halbleitermaterialen auf Silizium basierte Schaltkreise wird üblicherweise mit dem Epitaxieverfahren gearbeitet. In diesem epitaktischen Abscheidungsverfähren spielen die Gitterkonstanten der kristallinen Halbleitermaterialien eine entscheidende Rolle. Das verwendete Siliziumsubstrat bzw. das In the integration of III / V semiconductor materials on silicon-based circuits is usually worked with the epitaxial process. In this epitaxial deposition process, the lattice constants of the crystalline semiconductor materials play a crucial role. The silicon substrate used or the
Trägersubstrat in der Silizium-Chip-Technologie gibt die zugrunde liegende Gitterkonstante vor. Die meisten III/V Halbleitermaterialien mit hoher Elektronenmobilität besitzen jedoch eine andere Gitterkonstante wie Silizium, die üblicherweise größer ist. Dieser Unterschied in den Gitterkonstanten führt bei der epitaktischen Integration von III/V-Kanalschichten auf Siliziumsubstrat zur Carrier substrate in the silicon chip technology specifies the underlying lattice constant. However, most III / V high electron mobility semiconductor materials have a different lattice constant than silicon, which is usually larger. This difference in lattice constants leads to the epitaxial integration of III / V channel layers on silicon substrate
Ausbildung von Fehlversetzungen in der III/V- Halbleiterschicht . Diese Versetzungen sind Formation of dislocations in the III / V semiconductor layer. These transfers are
Kristalldefekte, die maßgeblich die elektronischen Crystal defects that significantly affect the electronic
Eigenschaften der Halbleiterschicht verschlechtern. Um eine optimale Materialqualität der III/V Kanalschichten zu gewährleisten, sind spezielle III/V- Pufferschichten notwendig. Diese Pufferschichten definieren sich durch eine spezielle Abfolgen von unterschiedlichen III/V Properties of the semiconductor layer deteriorate. To ensure optimum material quality of the III / V channel layers, special III / V buffer layers are necessary. These buffer layers are defined by a special sequence of different III / V
Halbleitermaterialien und/oder durch ein spezielles Semiconductor materials and / or by a special
Herstellungsverfahren. Des Weiteren darf diese Production method. Furthermore, this may
Pufferschicht nicht zu dick sein, damit die Kompatibilität in der III/V- Integration auf Silizium zum aktuellen CMOS- Prozess gewährleistet ist.
Verschiedene Pufferschichten bzw. Anpassungsschichten sind beispielsweise aus der Literaturstelle DE 103 55 357 A bekann . Buffer layer should not be too thick, so that the compatibility in the III / V integration on silicon to the current CMOS process is guaranteed. Various buffer layers or adaptation layers are known, for example, from the document DE 103 55 357 A.
Technisches Problem der Erfindung Technical problem of the invention
Der Erfindung liegt das technische Problem zu Grunde, eine integrierte monolithische Halbleiterstruktur anzugeben, welche Gruppe III/V Halbleiter auf Siliziumsubstrate integriert, und zwar unter Erfüllung aller elektronischen Anforderungen, unter Vermeidung oder Reduktion von Arsenhaltigen Abfällen während der Produktion sowie unter optimierter Anpassung unterschiedlicher Gitterkonstanten von Silizium einerseits und Gruppe III/V Halbleitern andererseits. The invention is based on the technical problem of specifying an integrated monolithic semiconductor structure which integrates group III / V semiconductors on silicon substrates, fulfilling all electronic requirements while avoiding or reducing arsenic-containing wastes during production and optimizing adaptation of different lattice constants Silicon on the one hand and Group III / V semiconductors on the other.
Grundzüge der Erfindung Broad features of the invention
Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung Monolithische integrierte Halbleiterstruktur enthaltend den folgenden Schichtaufbau: A) eine Trägerschicht auf Basis dotiertem oder undotiertem Si, B) optional einer Schicht mit der Zusammensetzung BxAlyGazNtPv, wobei x=0-0,l, y=0-l, z=0-l, t=0-0,l und v=0,9-l C) einer To solve this technical problem, the invention teaches a monolithic integrated semiconductor structure comprising the following layer structure: A) a doped or undoped Si carrier layer, B) optionally a layer having the composition B x Al y Ga z N t P v , where x = 0 -0, l, y = 0-l, z = 0-l, t = 0-0, l and v = 0,9-l C) one
Relaxationsschicht mit der Zusammensetzung BxAlyGazInuPvSbw, wobei x=0-0,l, y=0-l, z=0-l, u=0-l, v=0-l und w=0-l, wobei w und/oder u auf der der Schicht A) oder B) zugewandten Seite kleiner, gleich, oder größer als auf der der Schicht A) oder B) abgewandten Seite ist und innerhalb der
Relaxationsschicht variable oder konstant ist, und wobei v=l-w und/oder l=u+x+y+z, D) optional einer Schicht zur Blockierung von Fehlversetzungen mit der Zusammensetzung BxAlyGazInuPvSbwNt7 wobei x=0-0,l, y=0-l, z= 0-l, u=0-l,. v=0- 1, w=0-l und t=0-0,l, E) optional einer Schicht zum Relaxation layer with the composition B x Al y Ga z In u P v Sb w , where x = 0-0, l, y = 0-l, z = 0-l, u = 0-l, v = 0-l and w = 0-l, wherein w and / or u on the side facing the layer A) or B) is smaller, equal, or larger than on the side facing away from the layer A) or B) and within the Relaxation layer is variable or constant, and where v = lw and / or l = u + x + y + z, D) optionally a layer for blocking dislocations having the composition B x Al y Ga z In u P v Sb w N t7 where x = 0-0, l, y = 0-l, z = 0-l, u = 0-l ,. v = 0-1, w = 0-l and t = 0-0, l, E) optionally a layer for
Hetero-offset mit der Zusammensetzung BxAlyGa2InuPvSbwNtAsr wobei x=0-0,l, y=0-l, z=0-l, u=0-l, v=0-l, w=0-l, t=0-0,l und r=0-l, und F) ein beliebiges Gruppe III/V Hetero-offset of composition B x Al y Ga 2 In u P v Sb w N t As r where x = 0-0, l, y = 0-l, z = 0-l, u = 0-l, v = 0-l, w = 0-l, t = 0-0, l and r = 0-l, and F) any group III / V
Halbleitermaterial oder die Kombination von mehreren beliebigen Halbleitermaterialien, wobei die vorstehenden Indizes für alle Gruppe III Elemente in der Summe stets 1 ergeben und wobei die vorstehenden Indizes für alle Gruppe V Elemente in der Summe ebenfalls stets 1 ergeben. Semiconductor material or the combination of several arbitrary semiconductor materials, wherein the above indices for all group III elements in the sum always 1 and where the above indices for all group V elements in the sum also always 1 result.
Die Grundlage der Erfindung ist eine neuartige Kombination von vorhandenen Halbleitermaterialien und deren The basis of the invention is a novel combination of existing semiconductor materials and their
Weiterentwicklungen, um eine optimale Pufferschicht bzw. Anpassungsschicht für die Integration von III/V Further developments to an optimal buffer layer or adaptation layer for the integration of III / V
Bauelemente und insbesondere Kanalschichten auf Devices and in particular channel layers
Siliziumsubstrat zu realisieren. To realize silicon substrate.
Die Besonderheit der Erfindung liegt in der Realisierung einer Phosphor (P) -basierten und Arsen (As ) -armen oder auch As-freien Pufferschicht, die zugleich durch die The peculiarity of the invention lies in the realization of a phosphorus (P) -based and arsenic (As) -armen or As-free buffer layer, which at the same time by the
Beimischung von Aluminium (Al) auf seitens der Gruppe III im III/V Halbleitermischkristall die Materialeigenschaft einer relativ großen elektronischen Bandlücke besitzt und auf der Pufferoberflache die Gitterkonstante der n- Kanalschicht mit möglichst geringer Addition of aluminum (Al) on the part of group III in the III / V semiconductor mixed crystal has the material property of a relatively large electronic band gap and on the buffer surface, the lattice constant of the n-channel layer with as low as possible
Versetzungsdefektdichte aufweist .
Die Erfindung weist drei entscheidende Vorteile gegenüber bestehender Integrationskonzepte auf: Has dislocation defect density. The invention has three decisive advantages over existing integration concepts:
1 . Die Gitterkonstanten von (AlGa) P und Silizium 1 . The lattice constants of (AlGa) P and silicon
unterschieden sich nur minimal. Dementsprechend können dünne (BAlGa) (NP) -Schichten mit niedriger Bor- oder differed only minimally. Accordingly, thin (BAlGa) (NP) layers with low boron or
St ickstoff-Konzentration ohne die Ausbildung von Nitrogen concentration without the training of
Fehlversetzungen epitaktisch auf (001) Siliziumsubstrat abgeschieden werden. Verfahrenstechnische Missing dislocations are epitaxially deposited on (001) silicon substrate. procedural
Herausforderungen bei der monolithischen Verbindung von III/V Halbleitermischkristallen und Silizium aufgrund der unterschiedlichen Kristalleigenschaften beider Challenges of the monolithic connection of III / V semiconductor mixed crystals and silicon due to the different crystal properties of both
Materialien, wie z.B. atomare Bindungseigenschaften und Gitterbasis, werden bei dem Wachstum dieser ersten dünnen III/V Halbleiterschicht gelöst. Erst im nächsten Schritt wird durch die gezielte Zumischung von Antimon und Indium die Gitterkonstante vergrößert und die Ausbildung von Fehlversetzungen kontrolliert initiiert. Materials such as e.g. atomic bonding properties and lattice basis are solved in the growth of this first thin III / V semiconductor layer. Only in the next step is the targeted addition of antimony and indium increases the lattice constant and initiates the formation of false dislocations in a controlled manner.
Durch die Verwendung eines defektfreien Templates kann somit die Gesamtschichtdicke der III/V-Pufferschicht deutlich reduziert werden, was wiederum entscheidend für die Kompatibilität zum bestehenden CMOS-Prozess ist. Des Weiteren sind dünnere Schichten kostengünstiger in der Produktion. By using a defect-free template, the total layer thickness of the III / V buffer layer can thus be significantly reduced, which in turn is crucial for compatibility with the existing CMOS process. Furthermore, thinner layers are more cost effective in production.
2. Die Bandlücke ist eine charakteristische 2. The band gap is a characteristic
Halbleitermaterialeigenschaft abhängig von der Semiconductor material property depending on the
Materialzusammensetzung des III/V Kristalls und dessen Verspannungszustandes . Da die Bandlücke des III/V Material composition of the III / V crystal and its state of stress. Since the band gap of the III / V
Materials der n-Kanalschicht vorwiegende klein ist, ergibt sich an der Berührungsfläche zwischen der Pufferschicht und der n-Kanalschicht ein großer Hetero-Offset im Material of the n-channel layer is predominantly small, resulting in the interface between the buffer layer and the n-channel layer, a large hetero-offset in
Leitungs- und/oder Valenzband der elektronischen Conduction and / or valence band of electronic
Bandstruktur, wenn die Pufferschicht eine vergleichsweise
große Bandlücke besitzt. Ein großer Offset im Leitungsband ist wiederum sehr vorteilhaft für die Funktionalität eines n-Kanal-Transistor . In dieser Erfindung wird insbesondere ein großer Hetero-Offset zur n-Kanalschicht realisiert. 3. n-Kanal-Materialsysteme mit optimalen Eigenschaften für das Bauelement enthalten häufig Arsen. Diese Band structure, if the buffer layer is a comparatively has large band gap. A large offset in the conduction band is again very advantageous for the functionality of an n-channel transistor. In particular, in this invention, a large hetero-offset to the n-channel layer is realized. 3. N-channel material systems with optimal device properties often contain arsenic. These
Kanalschichten sind jedoch sehr dünn im Vergleich zur Pufferschicht, daher ist es entscheidend insbesondere die Arsen-Konzentration in den dicken Pufferschichten zu vermindern. Die Anwendung eines Phosphor-basierten Puffers ermöglicht erstmals eine deutliche Reduktion von Arsenhaltigen Verbindung in der industriellen Produktion. Damit können die Kosten der aufwendigen Entsorgung von Channel layers, however, are very thin compared to the buffer layer, so it is crucial to reduce especially the arsenic concentration in the thick buffer layers. The application of a phosphorus-based buffer allows for the first time a significant reduction of arsenic-containing compound in industrial production. Thus, the cost of the expensive disposal of
arsenhaltigen Abfallprodukten drastisch gesenkt werden. arsenic waste products are drastically reduced.
In diesem Integrationskonzept wird außerdem ausgenutzt, dass bereits dünne (30-60 nm) Bor-Aluminium-Gallium- Nitrid- Phosphid ( (BAlGa) (NP) ) Schichten defekt-frei und ohne Kristallpolaritäts-Unordnung auf exakt-orientiertes (001) Silizium Substrat abgeschieden werden können. This integration concept also exploits the fact that even thin (30-60 nm) boron-aluminum-gallium-nitride-phosphide ((BAlGa) (NP)) layers are defect-free and without crystal polarity disorder on exactly oriented (001) silicon Substrate can be deposited.
Dadurch kann die notwendige Puf ferschichtd'icke deutlich reduziert werden. Thus, the necessary Puf can be ferschichtd 'icke significantly reduced.
Dieses (BGaAl) (NP) -Si-Template wird somit als Vorlage für die Erfindung verwendet. Im Folgenden ist der Puffer in der Aus führungsform mit zwingend eingerichteten Schichten C) bis E) in drei Sehichtpakete (1-3 bzw. Schichten C) bis E) ) unterteilt: This (BGaAl) (NP) -Si template is thus used as a template for the invention. In the following, the buffer in the embodiment with compulsory layers C) to E) is divided into three visual packets (1-3 or layers C) to E)):
1. Das erst Schichtpaket (Relaxationsschicht C) auf dem Template besteht vorzugsweise aus unterschiedlichen 1. The first layer package (relaxation layer C) on the template preferably consists of different
Einzelschichten, kann jedoch auch aus einer Schicht
bestehen. Die Zusammensetzung dieser (BAlGaln) (SbP) Single layers, but can also be one layer consist. The composition of these (BAlGaln) (SbP)
Einzelschichten wird so variiert, dass sich viele Single layers is varied so that many
Fehlversetzungsdefekte bilden und die Gitterkonstante systematisch vergrößert wird. Des Weiteren können Forming false offset defects and the lattice constant is increased systematically. Furthermore you can
spezielle Ausheizverfahren angewendet werden, um die Ausbildung von Fehlversetzungen zu begünstigen. special annealing methods are used to promote the formation of false dislocations.
Entscheidend ist, dass die realisierte Gitterkonstante an der Oberfläche des ersten Schichtpaketes der It is crucial that the realized lattice constant on the surface of the first layer package of the
Zielgitterkonstante für die Integration der Kanalschicht entspricht. Target grid constant for the integration of the channel layer corresponds.
2. In dem zweiten Schichtpaket (Schicht D) ) wird eine Fehlversetzungs-Blockier-Schicht realisiert. Diese 2. In the second layer packet (layer D)), a mislocation blocking layer is realized. These
Blockier-Schicht kann aus einer oder mehreren Blocking layer may consist of one or more
(BAlGaln) (PSbN) Einzelschichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung bestehen. Diese (BAlGaln) (PSbN) Schichten soll verhindern, das Fehlversetzungen aus dem ersten Schichtpaket in die oberen III/V-Schichten (Schichtpaket 2 und 3 sowie die Kanalschicht) gelangen. Hierbei wird gezielt der Verspannungszustand der Einzelschichten variiert. Es sollen jedoch keine weiteren Fehlversetzungen erzeugt werden, dementsprechend werden diese (BAlGaln) (PSbN) consist of single layers of different composition. These (BAlGaln) (PSbN) layers should prevent mislocation from the first layer packet to the upper III / V layers (layer packet 2 and 3 as well as the channel layer). Here, the stress state of the individual layers is selectively varied. However, it should not be generated further mislocations, accordingly, this
Einzelschichten pseudomorph verspannt abgeschieden. Single layers deposited pseudomorphically strained.
3. Im dritten Schichtpaket (Hetero-offset , Schicht E) ) wird die optimale Bandlücke als auch der optimal Hetero- offset für die Integration der Kanalschicht realisiert. Dieses letzte Schichtpaket kann wiederum aus einer oder mehreren (BAlGaln) (PSbNAs) -Schichten bestehen. Während die ersten beiden Schichtpakete Arsen- frei sind, kann dieses letzte Schichtpaket eine dünne Arsen-haltige Schicht einschließen. Diese Schicht ist jedoch vergleichsweise
dünn (<50nm) , wodurch der deutliche Vorteil dieser 3. In the third layer package (hetero-offset, layer E), the optimal band gap as well as the optimal hetero-offset for the integration of the channel layer is realized. This last layer package can again consist of one or more (BAlGaln) (PSbNAs) layers. While the first two layer packages are arsenic-free, this last layer package may include a thin layer containing arsenic. This layer is however comparatively thin (<50nm), which gives the distinct advantage of this
Erfindung bzgl . der Arsen-armen Produktion immer noch erhalten bleibt. Invention with respect. the arsenic-poor production is still preserved.
Im Einzelnen sind die folgenden Varianten der Erfindung bevorzugt . In particular, the following variants of the invention are preferred.
Die Schichten C) , D) und E) können in. ihren The layers C), D) and E) can in. Their
Zusammensetzungen mit der Maßgabe gewählt sein, dass die Gitterkonstante einer der Schichten D) und/oder E) und/oder der der Schicht A) oder B) abgewandten Seite der Schicht C) im wesentlichen der Gitterkonstanten der Compositions are selected with the proviso that the lattice constant of one of the layers D) and / or E) and / or the side facing away from the layer A) or B) of the layer C) substantially the lattice constants of
Schicht F) entspricht. Layer F) corresponds.
Die Schicht A) ist auf der der Schicht B) oder C) Layer A) is on layer B) or C)
zugewandten Seite vorzugsweise eine Si (001) Oberfläche eines Si Einkristalls. side facing preferably a Si (001) surface of a Si single crystal.
Die einzelnen Schichten weisen vorzugsweise die folgenden Merkmale auf . The individual layers preferably have the following features.
Die Schicht B) kann eine Dicke von 5-100 nm, insbesondere 30-80 nm, beispielsweise 60 nm, und/oder eine p- oder n- Dotierkonzentration von 1*1015-1*1021 cm"3, insbesondere 1*1015-1*1017 cm"3, beispielsweise 3*1015 cm"3, aufweisen. Vorzugsweise weist sie eine der folgenden The layer B) may have a thickness of 5-100 nm, in particular 30-80 nm, for example 60 nm, and / or a p- or n-doping concentration of 1 × 10 15 -1 × 10 21 cm -3 , in particular 1 × 10 15 -1 * 10 17 cm -3 , for example 3 * 10 15 cm -3 , preferably one of the following
Zusammensetzungen auf: z=v=l, x=y=t=0 oder y=v=l, x=z=t=0 oder x=0 , 01-0, 1, y=0,90-0,99, z=t= 0, v=l oder x=0 , 01 - 0 , 1 , z=0,90-0,99, y=t=0, v=l oder t=0, 01-0,1, v=0,90-0,99, y=x=0, z=l. Beispielsweise handelt es sich um GaP. Compositions: z = v = 1, x = y = t = 0 or y = v = 1, x = z = t = 0 or x = 0, 01-0, 1, y = 0.90-0.99 , z = t = 0, v = 1 or x = 0, 01-0, 1, z = 0.90-0.99, y = t = 0, v = 1 or t = 0, 01-0.1 , v = 0.90-0.99, y = x = 0, z = l. For example, it is GaP.
In der Schicht C) kann w und/oder u von der der Schicht A) oder B) zugewandten Seite zur auf der der Schicht A) oder B) abgewandten Seite monoton steigend oder fallend sein (sofern w und/oder u auf der der Schicht A) oder B)
zugewandten Seite kleiner oder größer als auf der In layer C), w and / or u may be monotonically increasing or decreasing from the side facing layer A) or B) to the side facing away from layer A) or B) (if w and / or u on the layer A or B) facing side smaller or larger than on the
abgewandten Seite ist) . Hierbei meint der Begriff „monoton steigend/fallend" einerseits in mathematischer Strenge „streng monoton steigend/fallend", betrachtet als Funktion von w und/oder u in einer Richtung einer Ortskoordinate, welch orthogonal zur Oberfläche der Schicht A) oder B) verläuft. Beispiele hierfür sind linear, exponentiell oder jede andere beliebige monotone Funktion. Der Begriff kann aber auch Funktionen umfassen, in welchen der Wert von w und/oder u in Abhängigkeit vom Ort teilweise konstant sein kann. Ein Beispiel hierfür ist eine (ansteigende oder abfallende) Stufenfunktion, welche sich dann einstellt, wenn die Schicht C) in Teilschichten hergestellt wird. Grundsätzlich ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass w und/oder u innerhalb der Schicht C) auch in Teilbereichen in einem ortsabhähgigen Konzentrationsverlauf wechselnde Vorzeichen der Steigung aufweist. Insbesondere ist es auch möglich, dass die Funktion w bzw. u in Abhängigkeit von besagter Ortskoordinate Maxima oder Minima durchläuft, deren Maximal- bzw. Minimalwerte auch höher bzw. niedriger als die Werte von w bzw. u an den beiden Seiten der opposite side is). Here, the term "monotonically increasing / decreasing" means in mathematical rigor "strictly monotonically increasing / decreasing", considered as a function of w and / or u in a direction of a location coordinate which is orthogonal to the surface of the layer A) or B). Examples are linear, exponential, or any other monotone function. The term may also include functions in which the value of w and / or u may be partially constant depending on the location. An example of this is a (rising or falling) step function, which occurs when the layer C) is produced in partial layers. In principle, however, it is not excluded that w and / or u within the layer C) also has changing signs of the slope in subregions in a location-dependent concentration course. In particular, it is also possible for the function w or u to pass through maxima or minima as a function of said spatial coordinate whose maximum and minimum values are also higher or lower than the values of w and u on the two sides of the
Schicht C) sein können. Es ist aber auch möglich, dass die Maximal- bzw. Minimalwerte zwischen den Werten von w bzw. u an den beiden Seiten der Schicht C) sein können. Die Schicht C kann jedoch auch aus einer Einzelschicht mit einer konstanten Zusammensetzung bestehen. Layer C) can be. However, it is also possible for the maximum or minimum values to be between the values of w and u on the two sides of the layer C). However, the layer C may also consist of a single layer having a constant composition.
Wie bereits angesprochen, kann die Schicht C) aus einer Mehrzahl von Teilschichten, insbesondere 1-30 As already mentioned, the layer C) may consist of a plurality of partial layers, in particular 1-30
Teilschichten, vorzugsweise 2-10 Teilschichten, Partial layers, preferably 2-10 partial layers,
beispielsweise 6 Teilschichten, gebildet sein, wobei w innerhalb einer Teilschicht wiederum variabel oder For example, 6 sub-layers, be formed, w within a sub-layer in turn variable or
konstant sein (in Richtung orthogonal zur Oberfläche der Schicht A) oder B) ) . Die Schicht C) kann eine Dicke von 1- 500 nm, insbesondere 100-400 nm, beispielsweise 300 nm, aufweisen. Teilschichten können jeweils, gleich oder
verschieden, eine Dicke von 5 bis 500 nm, insbesondere 10 bis 100 nm, beispielsweise 10 bis 60 nm, aufweisen. Die Schicht C) bzw. deren Teilschichten, teilweise oder alle, kann eine p- oder n-Dotierkohzentration von 1015-1021 cm"3 aufweisen, aber auch undotiert sein. Die Schicht C) oder deren Teilschichten■ (gleich oder verschieden) weist vorzugsweise eine der folgenden Zusammensetzungen auf: y=l, x=z=u=0, v=l-w oder x=z=0, y=l-u, v+w=l . Beispiele sind AlPvSbw und AlyInuP oder AlyInuPvSbw. Letztgenannte Schicht empfiehlt sich insbesondere als vorletzte be constant (in the direction orthogonal to the surface of layer A) or B)). The layer C) may have a thickness of 1-500 nm, in particular 100-400 nm, for example 300 nm. Partial layers can each, equal or different, have a thickness of 5 to 500 nm, in particular 10 to 100 nm, for example 10 to 60 nm. The layer C) or their partial layers, partly or all, a p-type or n-Dotierkohzentration of 10 15 -10 21 cm "have 3, but also undoped. The layer C) or their partial layers ■ (same or different) preferably has one of the following compositions: y = 1, x = z = u = 0, v = lw or x = z = 0, y = lu, v + w = 1 Examples are AlP v Sb w and Al y In u P or Al y In u P v Sb w The latter layer is particularly recommended as penultimate
Teilschicht innerhalb einer Teilschichten aus ansonsten AlyInuP aufweisenden Teilschichten, bezogen auf die darüber liegende nächste Schicht.. Diese vorletzte Teilschicht kann beispielsweise w=0,08 und v=0,92 aufweisen. Partial layer within a sub-layers of sub-layers otherwise having Al y In u P, based on the next layer above it. This penultimate sub-layer may, for example, have w = 0.08 and v = 0.92.
Die Schicht D) wird typischerweise eine Dicke von 1-150 nm aufweisen und/oder undotiert und/oder eine p- oder n- Dotierkonzentration von 1015-1021 cm"3 aufweisen. Sie kann aus einer einzelnen Schicht oder einer Mehrzahl von The layer D) will typically have a thickness of 1-150 nm and / or undoped and / or a p- or n-doping concentration of 10 15 -10 21 cm -3 . It may consist of a single layer or a plurality of
(gleichen oder verschiedenen) Teilschichten, insbesondere 1-10 Schichten, vorzugsweise 2-5 Schichten, beispielsweise 2, gebildet sein. Die Schichtdicken von Teilschichten können im Bereich 1 bis 150 nm, beispielsweise 5 bis 100 nm, liegen. Die Schicht D) oder deren Teilschichten (same or different) partial layers, in particular 1-10 layers, preferably 2-5 layers, for example 2, be formed. The layer thicknesses of partial layers can be in the range 1 to 150 nm, for example 5 to 100 nm. The layer D) or its partial layers
(gleich oder verschieden) weisen vorzugsweise eine der folgenden Zusammensetzungen auf: x=0-0,l, y=0,9-l, v=0- 0,7, w=0,3-l, z=u=t=0 oder u=l, w=0-0, 5, v=0,5-l, t=0-0,l, x=y=z=0 oder y=l, v=0-0,7, w=0,3-l, t=0-0,l, x=z=u=0 oder u=0,9-l, x=0-0,l, v=0,5-l, w=0 - 0 , 5 , ' y= z=t= 0. (same or different) preferably have one of the following compositions: x = 0-0, l, y = 0.9-1, v = 0-0.7, w = 0.3-1, z = u = t = 0 or u = 1, w = 0-0, 5, v = 0.5-l, t = 0-0, 1, x = y = z = 0 or y = 1, v = 0-0.7 , w = 0.3-l, t = 0-0, l, x = z = u = 0 or u = 0.9-l, x = 0-0, l, v = 0.5-l, w = 0 - 0, 5, ' y = z = t = 0.
Die Schicht E) oder deren (beispielsweise 2 bis 5) The layer E) or its (for example 2 to 5)
Teilschichten kann eine Dicke von 5-200 nm, insbesondere 10-100nm oder 10 bis 50nm, aufweisen. Es können 1 bis 10, vorzugsweise 2 bis 5, beispielsweise 2, Teilschichten eingerichtet sein, von gleicher oder verschiedener Partial layers may have a thickness of 5-200 nm, in particular 10-100 nm or 10 to 50 nm. It can be 1 to 10, preferably 2 to 5, for example, 2, sublayers set up, of the same or different
Zusammensetzung und/oder Dicke der Teilschichten (Dicke
Teilschichten: 5-200 nm) . Sie oder ihre Tei 1 schichten können undotiert und/oder eine p- oder n- Dotierkönzentration von 1015-1021 cm"3 aufweisen. Die Composition and / or thickness of the sublayers (thickness Partial layers: 5-200 nm). They or their Tei 1 layers may undoped and / or have a p or n-doping concentration of 10 15 -10 21 cm "3. The
Schicht E) bzw. ihre Teilschichten (gleich oder Layer E) or its partial layers (same or
verschieden) können vorzugsweise eine der folgenden different) may preferably be one of the following
Zusammensetzungen aufweisen: y=l, v=0,2-0,5, w=0,5-0,8, x=z=u=t=r=0 oder y=l, w=0,4-0,8, r=0,2-0,6, x=z=u=v=t=0. Compositions have: y = l, v = 0.2-0.5, w = 0.5-0.8, x = z = u = t = r = 0 or y = l, w = 0.4-0 , 8, r = 0.2-0.6, x = z = u = v = t = 0.
Dotierung, sofern eingerichtet, können mit den Elementen Si, Te, S, Zn, Mg, Be und/oder C erfolgen. Doping, if established, can be carried out with the elements Si, Te, S, Zn, Mg, Be and / or C.
Dotierungsreagenzien zum Einsatz in folgend beschriebenen Verfahren sind beispielsweise Diethyltellurium, Doping reagents for use in the methods described below are, for example, diethyltellurium,
Dimethylzink, Diethylzink, Ditertiarybutylsilan, Silan, D tertiarybutylsulphid, Bis -Cyclopentadienyl -Magnesium, oder Tetrabrommethan . Dimethylzinc, diethylzinc, di-tertiarybutylsilane, silane, tertiarybutylsulphide, bis-cyclopentadienylmagnesium, or tetrabromomethane.
Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer monolithischen integrierten The invention further includes a method of making a monolithic integrated
Halbleiterstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei auf eine Schicht A) , optional eine Schicht B) epitaktisch aufgewachsen wird, auf die- Schicht A) oder B) eine Schicht C) epitaktisch aufgewachsen wird, auf die Schicht C) optional eine Schicht D) und/oder E) Semiconductor structure according to one of claims 1 to 15, wherein on a layer A), optionally a layer B) is epitaxially grown on the layer A) or B) a layer C) is epitaxially grown on the layer C) optionally a layer D) and / or E)
epitaktisch aufgewachsen wird; auf die Schicht C) oder D) oder E) die Schicht F) epitaktisch aufgewachsen wird. Eine Schicht oder mehrere der Schichten A) , B) , C) , D) , E) , und/oder F) können p- oder n-dotiert sein aber auch insbesondere undotiert sein. is grown epitaxially; on layer C) or D) or E) the layer F) is epitaxially grown. One or more of the layers A), B), C), D), E), and / or F) may be p- or n-doped, but may also be undoped in particular.
Im Einzelnen kann ein erfindungsgemäßes Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfassen: eine Substrat enthaltend die Schicht A) wird in eine Epitaxie-Apparatur, insbesondere eine Metallorganische-Gasphasen- Epitaxie (MOVPE) -Apparatur , eingebracht, ein Trägergas, vorzugsweise Stickstoff oder Wasserstoff, wird mit Edukten in definierten Konzentrationen nach Maßgabe der
vorgegebenen Zusammensetzung einer Schicht A) , B) , C) , D) , und E) , ggf. auch F) , oder deren Teilschichten beladen, das beladene Trägergas wird über die Oberfläche des auf eine Temperatur im Bereich von 300°C bis 800 °C,. In detail, a method according to the invention may comprise the following method steps: a substrate containing the layer A) is introduced into an epitaxy apparatus, in particular an organometallic-gas-phase epitaxy (MOVPE) apparatus, a carrier gas, preferably nitrogen or hydrogen, is carried along Educts in defined concentrations in accordance with predetermined composition of a layer A), B), C), D), and E), optionally F), or loaded their sub-layers, the loaded carrier gas is over the surface of a temperature in the range of 300 ° C to 800 ° C ,.
insbesondere 400 °C bis 625 °C im Falle der Schichten C) und D) oder deren Teilschichten oder 525 °C bis 725°C im Falle der Schicht E) oder deren Teilschichten, erhitzten Substrates bzw. auf die Oberfläche der obersten Schicht auf dem Substrat für eine definierte Expositionsdauer geleitet, wobei Gesamtkonzentation der Edukte und in particular 400 ° C to 625 ° C in the case of the layers C) and D) or their partial layers or 525 ° C to 725 ° C in the case of the layer E) or their sub-layers, heated substrate or on the surface of the uppermost layer on the Substrate for a defined exposure time, with total concentration of the starting materials and
Expositionsdauer mit der Maßgabe aufeinander abgestimmt sind, dass die Halbleiterschicht mit einer vorgegebenen Schichtdicke auf der Oberfläche des Substrats bzw. der Oberfläche der obersten Schicht auf dem Substrat Exposure duration are coordinated with the proviso that the semiconductor layer having a predetermined layer thickness on the surface of the substrate or the surface of the uppermost layer on the substrate
epitaktisch gebildet wird. is formed epitaxially.
Die Schicht C) kann in Teilschichten aufgewachsen werden und wobei zwischen dem Aufwachsen von zwei Teilschichten und/oder nach dem Aufwachsen der letzten Teilschicht ein Ausheizen des Substrats auf 550 °C bis 750 °C, The layer C) can be grown in sub-layers and wherein between the growth of two sub-layers and / or after the growth of the last sub-layer, a baking of the substrate to 550 ° C to 750 ° C,
insbesondere auf 600 °C bis 725 °C, erfolgen kann. especially at 600 ° C to 725 ° C, can be done.
Als Edukte können eingesetzt werden: C1-C5 As starting materials can be used: C1-C5
Trialkylgallium, insbesondere Triethylgallium (Ga(C2H5)3) ,Trialkylgallium, in particular triethylgallium (Ga (C2H 5 ) 3),
Tritert iarybutylgallium und/oder Trimethylgallium Triters iarybutylgallium and / or trimethylgallium
(Ga(CH3)3) als Ga-Edukt, Diboran (B2H6)oder C1-C5 (Ga (CH 3 ) 3 ) as Ga starting material, diborane (B 2 H 6 ) or C 1 -C 5
Trialkylboran, insbesondere Triethylboran (B ( 021*5 ) 3 ) und Trialkylborane, in particular triethylborane (B (021 * 5) 3) and
Tritertiarybutylboran und/oder Boran-Amin-Addukte wieTritertiarybutylborane and / or borane-amine adducts such as
Dimethylaminoboran als B-Edukt, Alan-Amin-Addukte wie z.B.Dimethylaminoborane as B-Edukt, Alan-amine adducts such.
Dimethylethylaminalan oder C1-C5 Trialkylalluminium, insbesondere Trimethylalluminium (AI ( 013 ) 3 ) und Dimethylethylaminalan or C1-C5 trialkylaluminum, especially trimethylaluminum (AI (013) 3) and
Tritertiarybutylaluminium als Al-Edukt, C1-C5 Tritertiary butylaluminum as Al reactant, C1-C5
Trialkylindium, insbesondere Trimethylindium (In ( 0 3 ) 3 ) als In-Edukt, Phosphin (PH3) und/oder C1-C5 Alkylphosphin, insbesondere Tertiärbutylphosphin (TBP) (t- ( C4 H9 ) -PH2) asTrialkylindium, in particular trimethylindium (In (0 3) 3) as In-Edukt, phosphine (PH 3 ) and / or C1-C5 alkylphosphine, in particular tert-butylphosphine (TBP) (t- (C4 H9) -PH 2 ) as
P-Edukt, Arsin (AsH3) und/oder C1-C5 Alkylarsin, P-Edukt, arsine (AsH 3 ) and / or C1-C5 alkylarsine,
insbesondere Tertiärbutylarsin (TBAs) (t- ( C4 H9 ) -AsH2)
und/oder Trimethylarsin (As(CH3)3) als As-Edukt, C1-C5 Trialkylantimon, insbesondere Triethylant imon (Sb(C2H5)3) und/oder Trimethylantimon (Sb(CH3)3) als Sb-Edukt; in particular tertiarybutylarsine (TBAs) (t- (C 4 H 9) -AsH 2 ) and / or trimethylarsine (As (CH 3 ) 3 ) as As starting material, C 1 -C 5 trialkyl antimony, in particular triethylantimone (Sb (C 2 H 5) 3) and / or trimethyl antimony (Sb (CH 3 ) 3 ) as Sb starting material ;
Ammoniak (NH3) , Mono (Cl -C8 ) alkylhydrazin , insbesondere Tertiärbutylhydrazin (t- (C4H9) NH2) und/oder l,l-Di(Cl-Ammonia (NH 3), mono (C 1 -C 8) alkylhydrazine, in particular tertiarybutylhydrazine (t- (C 4 H 9) NH 2) and / or 1, 1-di (C 1-6)
C5 ) alkylhydrazin, insbesondere 1 , 1 -Dimethylhydrazin C5) alkylhydrazine, in particular 1, 1-dimethylhydrazine
( (CH3) 2-N-NH2) als N-Edukt, wobei C3-C5 Alkylgruppen linear oder verzweigt sein können. ((CH 3 ) 2 -N-NH 2 ) as N-reactant, where C3-C5 alkyl groups can be linear or branched.
Edukte für die Dotierung sind: Diethyltellurium (DETe) , Dimethylzink (DMZn) ., Diethylzink (DEZn) , Educts for the doping are: diethyltellurium (DETe), dimethylzinc (DMZn) . , Diethylzinc (DEC),
Ditertiarybutylsilan (DitButSi) , Silan, Di-tertiarybutylsilane (DitButSi), silane,
Ditertiarybutylsulphid, Bis-Cyclopentadienyl -Magnesium, Tetrabrommethan. Di-tertiarybutyl sulphide, bis-cyclopentadienyl magnesium, tetrabromomethane.
Der Gesamtdruck von Trägergas und Edukten kann im Bereich von 10 bis 1000 hPa, insbesondere 50 bis 500 hPa, The total pressure of carrier gas and educts can be in the range of 10 to 1000 hPa, in particular 50 to 500 hPa,
eingestellt sein, wobei das Verhältnis der Summe der Partialdrucke der Edukte zum Partialdruck des Trägergases zwischen l*10E-6 bis 0,5 liegt, und wobei die be set, wherein the ratio of the sum of the partial pressures of the educts to the partial pressure of the carrier gas is between l * 10E-6 to 0.5, and wherein the
Abscheiderate 0,01 bis 10 μΓη/h, insbesondere 0,05 bis 5 μηη/h, beträgt. Separation rate 0.01 to 10 μηη / h, in particular 0.05 to 5 μηη / h, is.
Die Erfindung umfasst also auch ein neues The invention thus also includes a new one
Epitaxieverfahren, bei dem der Einsatz von Epitaxy method in which the use of
metallorganischen Gruppe-V-Ausgangssubstanzen die organometallic group-V starting substances the
Anwendung von extrem niedrigen Abscheide-Temperaturen erlaubt. Niedrige Kristallwachstumstemperaturen sind besonders wichtig, um die Gitterfehlanpassung in einer sehr dünnen Pufferschicht realisieren zu können. Da diese metallorganischen Gruppe-V- Precursoren wie TBAs und TBP bei Raumtemperatur flüssig sind, ist die Handhabung in der Produktion wesentlich sicherer als die Verwendung der üblichen gasförmigen und hoch-giftigen Ausgangsubstanzen
Arsin und Phosphin . Außerdem können die Wartungszeiten von Epitaxie-Maschinen reduziert werden, da parasitäre Application of extremely low deposition temperatures allowed. Low crystal growth temperatures are particularly important in order to realize the lattice mismatch in a very thin buffer layer. Since these organometallic group V precursors such as TBAs and TBP are liquid at room temperature, the handling in the production is much safer than the use of the usual gaseous and highly toxic starting substances Arsine and phosphine. In addition, the maintenance times of epitaxy machines can be reduced because parasitic
Ablagerungen im Abgas-Rohsystem deutlich reduziert werden. Insgesamt bietet dieses neuartige Epitaxieverfahren damit deutliche wirtschaftliche Vorteile in der Deposits in the raw exhaust system are significantly reduced. Overall, this novel epitaxy process thus offers significant economic benefits in the
Massenproduktion . Mass production.
Schließlich betrifft die Erfindung die Verwendung einer erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur zur Herstellung eines III/V Halbleiterbauelementes wie z.B. ein III/V Kanal Transistor auf einem Siliziumsubstrat, wobei der III/V Kanal des Transistors vorzugsweise die Schicht F) bildet und epitaktisch aufgewachsen wird, sowie eine Finally, the invention relates to the use of a semiconductor structure according to the invention for the production of a III / V semiconductor device, such as a semiconductor device. a III / V channel transistor on a silicon substrate, wherein the III / V channel of the transistor preferably forms the layer F) and is epitaxially grown, as well as a
Halbleiterstruktur erhältlich mit einem erfindungsgemäßen Verfahren nach einem der Ansprüche. Semiconductor structure obtainable by a method according to the invention according to one of the claims.
Die Ausführungen zur erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur sind analog auch auf das Verfahren und umgekehrt The comments on the semiconductor structure according to the invention are analogous to the method and vice versa
anwendbar . applicable.
Von selbstständiger Bedeutung ist auch eine Kombination der Schichten C) , D) und E) gemäß der Ansprüche Of independent importance is also a combination of the layers C), D) and E) according to the claims
miteinander als Pufferschicht, und zwar unabhängig von den Merkmalen der weiteren Schichten gemäß der Ansprüche. together as a buffer layer, regardless of the characteristics of the other layers according to the claims.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von nicht In the following, the invention is based on not
beschränkenden Ausführungsbeispielen näher erläutert. limiting embodiments explained in more detail.
Beispiel 1.1: Schicht C) , erste Variante
In diesem Beispiel und in allen folgenden wird ein CCS (close couple showerhead) -Crius-MOVPE Anlage der Firma Aixtron verwendet. Example 1.1: Layer C), first variant In this example and in all following, a CCS (close-couple showerhead) Cry-MOVPE plant from Aixtron is used.
Das zu verwendende Template besteht aus einer 60nm dicken GaP auf einem (001) exakt-orientierten Siliziumsubstrat. Im ersten Schritt wird das Template bei 675°C für 5 min unter Tertiärbutylphosphine (TBP) Stabilisierung The template to be used consists of a 60nm thick GaP on a (001) exactly oriented silicon substrate. In the first step, the template is stabilized at 675 ° C for 5 min under tertiary butyl phosphine (TBP)
ausgeheizt. Der Reaktordruck beträgt 100 mbar, der baked. The reactor pressure is 100 mbar, the
Gesamtfluss 48 1/min und der TBP-Fluss ist 1E-3 mol/min. Reaktordruck und Gesamtfluss werden im gesamten Prozess konstant gehalten. Total flow 48 1 / min and the TBP flow is 1E-3 mol / min. Reactor pressure and total flow are kept constant throughout the process.
Im folgenden Schritt wird die Wafertemperatur für das Wachstum der Relaxationsschicht (Schicht C) ) auf 500°C erniedrigt und die Mol -Flüsse von AI, P und Sb für die A scheidung von AlPSb im eingestellt., Der Wachstumsmodus kann kontinuierlich sein, vorzugsweise mittels Fluss- Modulations-Epitaxie (Flow rate modulation epitaxy (FME) ) oder mittels atomare Schichtabscheidung (atomic layer deposition (ALD) ) . Entsprechend wird der In the following step, the wafer temperature for the growth of the relaxation layer (layer C)) is lowered to 500 ° C and the molar fluxes of Al, P and Sb are set for the separation of AlPSb im., The growth mode can be continuous, preferably by means of Flow modulation modulation epitaxy (FME) or atomic layer deposition (ALD). Accordingly, the
Trimethylaluminium (TMAl) -Mol-Fluss so eingestellt, dass in einer Sekunde eine Monolage AI die Substratoberfläche belegt. Das (TESb+TBP) /TMAl- erhältnis (TESb = Trimethylaluminum (TMAl) -Mol flow adjusted so that in a second, a monolayer AI occupies the substrate surface. The (TESb + TBP) / TMAl (TESb =
Triethylantimon) beträgt 20 während das TESb/ (TBP+TESb) - Verhältnis so angepasst wird, das in jeder Schicht die gewünschte Zusammensetzung der Gruppe V Elemente Triethyl antimony) is 20 while the TESb / (TBP + TESb) ratio is adjusted so that in each layer the desired composition of the group V elements
realisiert wird. is realized.
Insgesamt setzt sich das erste Schichtpaket Overall, the first layer package sets
(Relaxationsschicht) aus 6 Einzelschichten zusammen. Die Einzelschichtdicke ist jeweils 50nm. Jede Schicht wird im FME-Modus abgeschieden und danach ein Ausheizschritt
durchgeführt. Nach dem Ausheizen wird die Waf ertemperatur wieder auf 500°C erniedrigt und die Mol-Flüsse für die nächste Abscheidung verfahren. Das Ausheizen findet unter einer TBP-Stabilisierung statt, während der Precursor TESb nur für die Abscheidung in den Reaktor geschaltet wird. Das Ausheizen wird bei einer Temperatur von 675°C für 1min durchgeführt. (Relaxation layer) composed of 6 individual layers. The single layer thickness is 50nm each. Each layer is deposited in FME mode and then a bake step carried out. After heating, the wafer temperature is lowered again to 500 ° C and the mol flows for the next deposition process. The annealing takes place under a TBP stabilization, while the precursor TESb is switched only for deposition in the reactor. The annealing is carried out at a temperature of 675 ° C for 1min.
Die sechs AlSbP-Einzelschichten besitzen folgende Sb- Konzentration : The six AlSbP monolayers have the following Sb concentration:
1) 15% 1) 15%
2) 30% 2) 30%
3) 45% 3) 45%
4) 60% 4) 60%
5) 68% 5) 68%
6) . -60% 6). -60%
Mit dem letzten Ausheizschritt ist die Abscheidung der Relaxationsschicht abgeschlossen. Die Verfahrensparameter sind im Einzelnen wie folgt: With the last annealing step, the deposition of the relaxation layer is completed. The process parameters are as follows:
Gesamtgasf luss 481/min, Reaktordruck 100 rabar, Total gas flow 481 / min, reactor pressure 100 rabar,
Wafertemperatur 500 °C, Ausheiz temperatur 675°C, Wafer temperature 500 ° C, annealing temperature 675 ° C,
Ausheizdauer 1min. Bakeout time 1min.
Beispiel 1.2:' Schicht C) , zweite Variante Example 1.2: ' Layer C), second variant
In diesem Beispiel und in allen folgenden wird ein CCS- Crius-MOVPE Anlage der Firma Aixtron verwendet. In this example and in all following, a CCS-Crius-MOVPE system from Aixtron is used.
Das zu verwende Template besteht aus einer 60nm dicken GaP auf einem (001) exakt -orientierten Siliziumsubstrat. Im ersten Schritt wird das Template bei 675°C für 5 min unter Tertiärbutylphoshine (TBP) Stabilisierung ausgeheizt. Der Reaktordruck beträgt 100 mbar, der Gesamtfluss 48 1/min
und der TBP-Fluss ist 1E-3 mol/min. Reaktordruck und Gesamtfluss werden im gesamten Prozess konstant gehalten. The template to be used consists of a 60 nm thick GaP on a (001) exactly-oriented silicon substrate. In the first step, the template is annealed at 675 ° C for 5 min under tertiary butyl phoshine (TBP) stabilization. The reactor pressure is 100 mbar, the total flow 48 1 / min and the TBP flux is 1E-3 mol / min. Reactor pressure and total flow are kept constant throughout the process.
Im folgenden Schritt wird die Wafertemperatur für das Wachstum der Relaxationsschicht (Schicht C) ) auf 500°C erniedrigt und die Mol-Flüsse von AI, P und Sb für die Abscheidung von AlPSb im eingestellt. Der Wachstumsmodus kann kontinuierlich sein, vorzugsweise mittels Fluss- Modulations-Epitaxie (Flow rate modulation epitaxy (FME) ) oder mittels atomare Schichtabscheidung (atomic layer deposition (ALD) ) . Entsprechend wird der In the following step, the wafer temperature for the growth of the relaxation layer (layer C)) is lowered to 500 ° C and the molar flows of Al, P and Sb for the deposition of AlPSb in set. The growth mode may be continuous, preferably by flow rate modulation epitaxy (FME) or atomic layer deposition (ALD). Accordingly, the
Trimethylaluminium (TMA1) -Mol-Fluss so eingestellt, dass in einer Sekunde eine Monolage AI die Substratoberfläche belegt. Das (TESb+TBP) /TMA1-Verhältnis (TESb = Trimethylaluminium (TMA1) mol flow adjusted so that in a second, a monolayer AI occupies the substrate surface. The (TESb + TBP) / TMA1 ratio (TESb =
Triethylantimon) beträgt 20 während das TESb/ (TBP+TESb) - Verhältnis so angepasst wird, das in jeder Schicht die gewünschte Zusammensetzung der Gruppe V Elemente Triethyl antimony) is 20 while the TESb / (TBP + TESb) ratio is adjusted so that in each layer the desired composition of the group V elements
realisiert wird. is realized.
Insgesamt setzt sich das erste Schichtpaket Overall, the first layer package sets
(Relaxationsschicht) aus 5 Einzelschichten zusammen. Alle ternären Einzelschichtdicken sind 50nm dicke, nur die binäre Einzelschicht AlSb wird in der Dicke so gewählt, dass das Ausheizen eine Teilrelaxation bis zur gewünschten Gitterkonstante des Halbleitermaterials der n-Kanal- Schicht bewirkt. Das bedeutet in diesem Beispiel, dass die AlSb-Schicht nicht komplett relaxiert ist und immer noch eine Gitterkonstant kleiner als AlSb, aber identisch mit der n-Kanal-Schicht aufweist. Jede Schicht wird im FME- Modus abgeschieden und danach ein Ausheizschritt (Relaxation layer) composed of 5 individual layers. All ternary single layer thicknesses are 50nm thick, only the binary single layer AlSb is chosen in thickness so that the annealing causes a partial relaxation to the desired lattice constant of the semiconductor material of the n-channel layer. This means in this example that the AlSb layer is not completely relaxed and still has a lattice constant smaller than AlSb but identical to the n-channel layer. Each layer is deposited in FME mode and then a bake step
durchgeführt. Nach dem Ausheizen wird die Wafertemperatur wieder auf 500°C erniedrigt und die Mol-Flüsse für die nächste Abscheidung verfahren. Das Ausheizen findet unter
einer TBP-Stabilisierung statt, während der Precursor TESb nur für die Abscheidung in den Reaktor geschaltet wird. Das Ausheizen wird bei einer Temperatur von 675 °C für 1min durchgeführt . carried out. After annealing, the wafer temperature is lowered again to 500 ° C and the mol flows for the next deposition process. The heating takes place a TBP stabilization, while the precursor TESb is switched only for the deposition in the reactor. The annealing is carried out at a temperature of 675 ° C for 1min.
Die sechs AlSbP-Einzelschichten werden in folgender The six AlSbP monolayers are described below
Sequenz abgeschieden und besitzen folgende Sb- Konzentration: Sequence deposited and have the following Sb concentration:
1) 25% 1) 25%
2) 50% 2) 50%
3) 75% 3) 75%
4) 100% 4) 100%
5) 60% 5) 60%
Mit dem letzten Ausheizschritt ist die Abscheidung der Relaxationsschicht abgeschlossen. Die Verfahrensparameter sind im Einzelnen wie folgt: With the last annealing step, the deposition of the relaxation layer is completed. The process parameters are as follows:
Gesamtgasf luss 481/min, Reaktordruck 100 mbar, Total gas flow 481 / min, reactor pressure 100 mbar,
Wafertemperatur 500 °C, Ausheiztemperatur 675°C, Wafer temperature 500 ° C, annealing temperature 675 ° C,
Ausheizdauer 1min. Bakeout time 1min.
Beispiel 1.3: Schicht C) , dritte Variante Example 1.3: Layer C), third variant
In diesem Beispiel und in allen folgenden wird ein CCS- Crius-Reaktor der Firma Aixtron verwendet. In this example and in all following, a CCS Crius reactor from Aixtron is used.
Das zu verwende Template besteht aus einer 60nm dicken GaP auf einem (001) exakt-orientierten Siliziumsubstrat. Im ersten Schritt wird das Template bei 675°C für 5 min unter Tertiärbutyl (TBP) Stabilisierung ausgeheizt. Der The template to be used consists of a 60nm thick GaP on a (001) exactly oriented silicon substrate. In the first step, the template is baked at 675 ° C for 5 min under tertiary butyl (TBP) stabilization. Of the
Reaktordruck beträgt 100 mbar, der Gesamtfluss 48 1/min und der TBP-Fluss ist 1E-3 mol/min. Reaktordruck und Reactor pressure is 100 mbar, the total flow 48 1 / min and the TBP flow is 1E-3 mol / min. Reactor pressure and
Gesamtfluss werden im gesamten Prozess konstant gehalten.
Im folgenden Schritt wird die Wafertemperatur für das Wachstum der Relaxationsschicht (Schicht C) ) auf 500°C erniedrigt und die Mol-Flüsse von AI, In, P (bzw. Sb) für die Abscheidung von AllnPSb eingestellt. Der Total flow is kept constant throughout the process. In the following step, the wafer temperature for the growth of the relaxation layer (layer C)) is lowered to 500 ° C, and the molar flows of Al, In, P (or Sb) for the deposition of AllnPSb are adjusted. Of the
Wachstumsmodus kann kontinuierlich sein, vorzugsweise mittels Fluss-Modulations-Epitaxie (Flow rate modulation epitaxy (FME) ) oder mittels atomare Schichtabscheidung (atomic layer deposition (ALD) ) . Entsprechend wird die Summe der Gruppe III Mol -Flüsse, hier TMA1 und Growth mode may be continuous, preferably by flow rate modulation epitaxy (FME) or atomic layer deposition (ALD). Accordingly, the sum of the group III mol flows, here TMA1 and
Trimethylindium (TMIn) , so eingestellt, dass in einer Sekunde eine Monolage Gruppe III Elemente die Trimethylindium (TMIn), adjusted so that in one second a monolayer group III elements the
Substratoberfläche belegt. Das TMAl/ (TMAl+TMIn) Verhältnis sowie das TESb/ (TBP+TESb) - Verhältnis wird so angepasst, das in jeder Schicht die gewünschte Zusammensetzung der Gruppe III und Gruppe V Elemente realisiert wird. Substrate surface occupied. The TMAl / (TMAl + TMIn) ratio as well as the TESb / (TBP + TESb) ratio is adjusted to realize the desired composition of the Group III and Group V elements in each layer.
Insgesamt setzt sich das erste Schichtpaket Overall, the first layer package sets
(Relaxationsschicht) aus 6 Einzelschichten zusammen. Die Einzelschichtdicke ist jeweils 50nm. Jede Schicht wird im FME-Modus abgeschieden und danach ein Ausheizschritt durchgeführt. Nach dem Ausheizen wird die Wafertemperatur wieder auf 500°C erniedrigt und die Mol-Flüsse für die nächste Abscheidung verfahren. Das Ausheizen findet unter einer TBP-Stabilisierung statt, während der Precursor TESb nur für die Abscheidung in den Reaktor geschaltet wird. Das Ausheizen wird bei einer Temperatur von 650°C für 1min durchgeführt . (Relaxation layer) composed of 6 individual layers. The single layer thickness is 50nm each. Each layer is deposited in FME mode and then a bake step is performed. After annealing, the wafer temperature is lowered again to 500 ° C and the mol flows for the next deposition process. The annealing takes place under a TBP stabilization, while the precursor TESb is switched only for deposition in the reactor. The annealing is carried out at a temperature of 650 ° C for 1min.
Die sechs AlInP-Einzelschichten besitzen folgende InKonzentration: The six AlInP single layers have the following InKonzentration:
25% 25%
50%
3) 75% 50% 3) 75%
4) 100% 4) 100%
5) 100%, wobei in dieser Schicht auch Sb eingebaut wird (w=0,08, v=0,92) 5) 100%, wherein in this layer also Sb is incorporated (w = 0.08, v = 0.92)
6) 100% 6) 100%
Mit dem letzten Ausheizschritt ist die Abscheidung der Relaxationsschicht abgeschlossen. Die Verfahrensparameter sind im Einzelnen wie folgt: With the last annealing step, the deposition of the relaxation layer is completed. The process parameters are as follows:
Gesamtgasfluss 481/min, Reaktordruck 100 mbar, Total gas flow 481 / min, reactor pressure 100 mbar,
Wafertemperatur 500 °C, Ausheiztemperatur 675 °C, Wafer temperature 500 ° C, annealing temperature 675 ° C,
Ausheizdauer 1min. Bakeout time 1min.
Beispiel 2.1: Schicht D, erste Variante Example 2.1: Layer D, first variant
Für das Wachstum der Fehlversetzungs -Blockier-Schicht wird die Wafertemperatur auf 575°C eingestellt. Der TMAl-Mol- Fluss wird für eirien kontinuierlichen Wachstumsmodus (normale Abscheidung) von 2 m/h bei 575°C angepasst. For the growth of the mislocation blocking layer, the wafer temperature is set at 575 ° C. The TMAl mole flow is adjusted for a continuous growth mode (normal deposition) of 2 m / h at 575 ° C.
Außerdem wird der TEB-Fluss so eingestellt, dass 2% Bor eingebaut werden. In addition, the TEB flow is adjusted to incorporate 2% boron.
Die Fehlversetzungs-Blockier-Schicht setzt sich aus 2 Schichten zusammen, die ohne Wachstumsunterbrechung oder einem Ausheizschritt nacheinander abgeschieden werden. Die Zusammensetzung (Prozente jeweils bezogen auf 100% Gruppe III oder Gruppe V Elemente) und Schichtdicke ist wie folgend : The false-displacement blocking layer is composed of 2 layers sequentially deposited without growth interruption or a baking step. The composition (percentages in each case based on 100% group III or group V elements) and layer thickness is as follows:
1) 50nm, B2% Al98% P40% Sb60% 1) 50nm, B2% Al98% P40% Sb60%
2) 50nm, B2% Al98% P34.1% Sb65.9%
Wachstumsrate 2μπι/η (normaler Modus) , Gesamtgasf luss 481/min, Reaktordruck 100 mbar, Wafertemperatur 575 °C. Schicht 1) ist der Schicht C) zugewandt. 2) 50nm, B2% Al98% P34.1% Sb65.9% Growth rate 2μπι / η (normal mode), total gas flow 481 / min, reactor pressure 100 mbar, wafer temperature 575 ° C. Layer 1) faces the layer C).
Beispiel 2.2: Schicht D, zweite Variante Example 2.2: Layer D, second variant
Es wird in 2.2 zum Beispiel -2.1 analoger Weise It becomes in 2.2 for example -2.1 analogous way
vorgegangen. Die Fehlversetzungs-Blockier-Schicht setzt sich aus 2 Schichten zusammen, die ohne proceed. The false offset blocking layer is composed of 2 layers, which without
Wachstumsunterbrechung oder einem. Ausheizschritt Growth interruption or one . baking step
nacheinander abgeschieden werden. Die Gruppe III Atome bestehen in diesem Beispiel nur aus Indium. Anstelle von TEB wird der 1 , 1 -Dimethylhydrazinf luss (UDMHy) so be deposited one after the other. The group III atoms consist in this example only of indium. Instead of TEB, the 1, 1 -Dimethylhydrazinf flow (UDMHy) so
eingestellt, dass 2% Stickstoff auf seitens von Gruppe V eingebaut werden. adjusted that 2% of nitrogen are incorporated on the part of Group V.
Die Zusammensetzung und Schichtdicke ist wie folgend: The composition and layer thickness is as follows:
1) 50nm, N2% P98% Inl00% 1) 50nm, N2% P98% In100%
2) 50nm, N2% Sb5,9% P92, 1% lnl00% 2) 50nm, N2% Sb5.9% P92, 1% lnl00%
Schicht 1) ist der Schicht C) zugewandt. Layer 1) faces the layer C).
Beispiel 3.1: Schicht E) , erste Variante Example 3.1: Layer E), first variant
Das letzte Schichtpaket (der Pufferschicht) besteht aus einer ternären AlPSb- Schicht .mit einer Dicke von 50nm. Die Wachstums-Temperatur und Reaktordruck und The last layer package (the buffer layer) consists of a ternary AlPSb layer. With a thickness of 50nm. The growth temperature and reactor pressure and
Flusseinstellungen sind identisch mit den Parametern für die Abscheidung der Fehlversetzungs-Blockier-Schicht . Die Zusammensetzung von 100% AI, 40% P und 60% Sb ergeben die gezielte Gitterkonst-ante für die Integration der n- Kanalschicht . Einstellungen, wie in Beispiel 2.1, jedoch Wachstumsrate 1 μπι/h.
Beispiel 3.2: Schicht E) , zweite Variante Flow settings are identical to the parameters for the misplacement blocking layer deposition. The composition of 100% Al, 40% P and 60% Sb results in the targeted lattice constancy for the integration of the n-channel layer. Settings, as in Example 2.1, but growth rate 1 μπι / h. Example 3.2: Layer E), second variant
Das letzte Schichtpaket (der Pufferschicht) besteht hier aus einer ternären AlPSb-Schicht gemäß Beispiel 3.1 mit einer Dicke von lOnm als der Schicht D) zugewandte The last layer package (the buffer layer) here consists of a ternary AlPSb layer according to Example 3.1 with a thickness of lOnm as the layer D) facing
Teilschicht und einer, 40nm dicken Teilschicht der Partial layer and a, 40nm thick sublayer of
Zusammensetzung AlAs0,56Sb0,44. Die Wachstums -Temperaturen und Reaktordruck und Flusseinstellungen sind identisch mit den Parametern für die Abscheidung der Fehlversetzungs - Blockier-Schicht , jedoch ist die Wachstumsrate 1 μπι/h
Composition AlAs 0 , 56Sb 0 , 44. The growth temperatures and reactor pressure and flow settings are identical to the parameters for the deposition of the misplacement blocking layer, but the growth rate is 1 μπι / h