EP3966361A1 - Verfahren zum abscheiden eines halbleiter-schichtsystems; welches gallium und indium enthält - Google Patents

Verfahren zum abscheiden eines halbleiter-schichtsystems; welches gallium und indium enthält

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EP3966361A1
EP3966361A1 EP20725451.7A EP20725451A EP3966361A1 EP 3966361 A1 EP3966361 A1 EP 3966361A1 EP 20725451 A EP20725451 A EP 20725451A EP 3966361 A1 EP3966361 A1 EP 3966361A1
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EP
European Patent Office
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indium
layer
gallium
process chamber
process step
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Application number
EP20725451.7A
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English (en)
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Adam Boyd
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Aixtron SE
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Aixtron SE
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    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66446—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET]
    • H01L29/66462—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET] with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT

Definitions

  • the invention relates to a method for depositing a semiconductor layer system on a substrate by feeding reactive gases together with a carrier gas into a process chamber of a CVD reactor, with a first, gallium-containing layer or in a first process step at first process parameters
  • Layer sequence can be deposited by feeding in at least one first reactive gas containing gallium and subsequently in a second process step with second process parameters a second indium-containing layer or layer sequence by feeding in at least one indium-containing second reactive gas.
  • a silicon-doped A1N layer is first deposited on a substrate, in particular a silicon substrate.
  • An AlGaN layer is deposited on the latter. This in turn has an AIN layer.
  • the layer sequence contains further Al-GaN layers and a GaN layer forming a u-GaN channel.
  • An indium-containing layer or layer sequence is then deposited onto this gallium-containing layer or layer sequence, optionally with an intermediate layer of A1N being deposited, it being possible for this layer to have AlInN.
  • parasitic deposits that contain gallium are formed on the walls of the process chamber and in particular on the process chamber ceiling which is opposite a process chamber floor that carries the substrates.
  • this gallium can have a disruptive effect on the layer quality of the indium-containing second layer or layer sequence in that gallium is incorporated into the indium-containing layer.
  • the invention is based on the object of proposing measures with which the undesired incorporation of gallium atoms into the second layer or layer sequence is suppressed.
  • a reactive gas containing indium atoms is fed into the process chamber. Simultaneously with, for example, trimethylgallium, for example, trimethylindium or also triethylindium can be fed into the process chamber.
  • the first process parameters are set in such a way that no indium is incorporated into the gallium-containing layer in the first process step.
  • the surface temperature of the substrates be greater than 1000 ° C. during the first process step.
  • hydrogen as the carrier gas, the use of which does not involve the deposition of indium in the layer to be deposited favored or even suppressed.
  • an intermediate step can be carried out in which an indium-containing reactive gas, for example TMI or TEI, is fed into the process chamber.
  • an indium-containing reactive gas for example TMI or TEI
  • Th is preferably used as the carrier gas.
  • the temperature is preferably above 1000 ° C.
  • the process parameters are chosen so that no indium is deposited on the substrate.
  • an exchange reaction takes place on the process chamber ceiling, which is cooled in particular to temperatures around 100 ° C.
  • the reactive gas containing indium, in particular the organometallic indium compound reacts with gallium which adheres to the process chamber ceiling or another wall of the process chamber. It can be elemental gallium or a gallium compound that has condensed on the process chamber ceiling.
  • the indium compound reacts with the gallium, the organometallic indium compound in particular being able to react with the elemental gallium to form elemental indium and a volatile organometallic gallium compound.
  • Elemental indium can remain on the process chamber ceiling.
  • the exchange reaction can also lead to an indium compound that adheres at least temporarily to the process chamber wall.
  • the process chamber ceiling can also be brought to a temperature above 100 ° C, for example by lowering the gas inlet element or lowering a protective plate made of quartz or graphite arranged under the gas inlet element, so that its surface temperature due to the the greater proximity to the heated susceptor and the greater distance to the cooled gas inlet organ increases.
  • an intermediate step is then carried out in which the gas outlet surface of the gas inlet element or a protective plate has a smaller distance from the heated susceptor than in the first process step.
  • the reactive gas containing indium is in particular used together with a carrier gas, for example hydrogen, fed into the process chamber.
  • a carrier gas for example hydrogen
  • an indium-containing layer or layer sequence is deposited on the first gallium-containing layer or layer sequence. This is preferably done at temperatures below 1000 ° C and preferably with nitrogen as the carrier gas.
  • as many indium atoms are preferably fed into the process chamber as there are gallium atoms on the process chamber ceiling.
  • the molar ratio of indium to gallium is at least one third.
  • the molar ratio can be lower, for example at least one tenth.
  • the parasitic deposition of gallium on the walls of the process chamber is reduced during the deposition of a layer containing gallium, for example a gallium nitride layer or an aluminum-gallium nitride layer.
  • the total pressures can be below 100 mbar or below 200 mbar.
  • an indium-containing layer is then deposited, but which does not contain any gallium.
  • Fig. 1 schematically shows a layer system select separated with the method according to the invention
  • 2 shows a device for performing the method in a first operating position
  • FIG. 3 shows the device according to FIG. 2 in a second operating position.
  • the device shown in FIGS. 2 and 3 is a MOCVD
  • Reactor with a reactor housing 1 which can be evacuated. Inside the housing 1 there is a gas inlet element 5 in the form of a showerhead with a cooled gas outlet plate 6. For this purpose, there are cooling channels in the gas outlet plate through which a coolant can flow. A plurality of gas outlet openings evenly distributed over the gas outlet plate 6 run through the gas outlet plate 6, from which a process gas, which is fed into the gas inlet element 5 from the outside, can flow into a process chamber 2.
  • the exemplary embodiment there is a protective plate 10 with passage openings 9 below the gas outlet plate 6, which is aligned with the gas outlet openings 7 in an operating position according to FIG. 2 in which the protective plate 10 is arranged directly below the gas outlet plate 6.
  • the gas outlet plate 6 can consist of quartz or graphite.
  • the gas inlet element 5 and the gas outlet plate 6 can be made of metal, in particular stainless steel.
  • the bottom of the process chamber 2 forms a susceptor 3, which can consist of a coated graphite body.
  • the susceptor 3 carries one or more substrates 4 which are coated in the process chamber 2 with a semiconductor layer or a semiconductor layer sequence.
  • the susceptor 3 can be driven to rotate about an axis of rotation.
  • the susceptor 3 is brought from below with a heating device 8 to a process temperature which can be measured with temperature measuring devices (not shown) on the substrates 4 or on the broad side of the susceptor 3 facing the process chamber 2.
  • FIG. 1 shows a sequence of layers which can be deposited in the device shown in FIGS. 2 and 3 using the method according to the invention.
  • a layer sequence is deposited in a first process step sequence 11, which may contain gallium, aluminum and nitrogen.
  • This sequence of layers does not contain any indium.
  • process gases in the form of ammonia and organometallic compounds of aluminum and gallium are introduced into the process chamber 2 through the gas inlet element 5.
  • the process chamber 2 is heated to a temperature that is above 1000 ° C. The temperature is measured on the substrate 4 or on the top of the susceptor 3 facing the process chamber 2.
  • deposits containing gallium can occur on the surfaces that adjoin the process chamber 2, that is to say in particular on the underside of the protective plate 10.
  • a reactive gas containing an indium is added to the Process chamber 2 initiated. It can be TMI or TEI or another organometallic indium compound.
  • the Process parameters are selected here so that no indium is built into the layer deposited during these process steps. For this purpose, the temperatures of the susceptor surface are kept at over 1000 ° C.
  • inorganic metal compounds such as chlorides
  • an indium-containing layer 12, 13 is deposited on the layer system. This is done by feeding a reactive gas containing indium into the process chamber 2.
  • the first layer sequence 11 is deposited without an indium-containing reactive gas.
  • a reactive gas containing indium can then be fed into the process chamber at an elevated temperature.
  • the temperature is selected so high that no indium is deposited on the substrates 4.
  • it can - as FIG. 3 shows - be lowered in the direction of the heated susceptor 3.
  • hydrogen is used as the carrier gas.
  • nitrogen can be used as the carrier gas.
  • the second layer sequence which has layers which contain at least indium, also contain aluminum and nitrogen.
  • a reactive gas containing aluminum in particular an organometallic aluminum compound
  • a carrier gas which can be nitrogen
  • ammonia is fed into the process chamber, which supplies the nitrogen component of the layer.
  • a method which is characterized in that during the intermediate step the surface temperature of the process chamber ceiling is different and in particular a higher temperature than during the first and / or second process step and / or that during the intermediate step the process chamber height is decreased.
  • a method which is characterized in that, in the first process step or in the intermediate step, the process chamber height is reduced by lowering a gas inlet element 5 forming the process chamber ceiling or a protective plate 10 arranged below the gas inlet element 5.
  • a method which is characterized in that during the first and the second process step on the same substrate 4, which has a diameter of at least 300 mm, layers for manufacturing a HEMT are deposited, the process chamber height being 9 to 25 mm - wearing.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden eines Halbleiter-Schichtsystems, bei dem eine erste Schichtenfolge Gallium enthaltende Schichten aufweist und eine zweite Schichtenfolge Indium enthaltende Schichten. Um zu vermeiden, dass beim Abscheiden der Indium enthaltenden Schichten Gallium aus Rückständen in der Prozesskammer in die Indium enthaltende Schicht eingebaut wird, wird vorgeschlagen, dass im ersten Prozessschritt zusätzlich ein Indium enthaltendes reaktives Gas in die Prozesskammer (2) eingespeist wird und die ersten Prozessparameter (2) so eingestellt werden, dass die erste Schicht oder Schichtenfolge (11) kein Indium enthält oder dass in einem Z wischenschritt zwischen dem ersten und dem zweiten Prozessschritt ein Indium enthaltendes reaktives Gas in die Prozesskammer (2) eingespeist wird und dabei die Prozessparameter so eingestellt werden, dass kein Indium auf dem Substrat (4) abgeschieden wird, und im zweiten Prozessschritt die zweiten Prozessparameter so eingestellt werden, dass die zweite Schicht kein Gallium enthält.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Abscheiden eines Halbleiter-Schichtsystems, welches
Gallium und Indium enthält
Gebiet der Technik
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden eines Halbleiter- Schichtsystems auf einem Substrat durch Einspeisen reaktiver Gase zusammen mit einem Trägergas in eine Prozesskammer eines CVD-Reaktors, wobei in ei nem ersten Prozessschritt bei ersten Prozessparametern eine erste, Gallium ent haltende Schicht oder Schichtenfolge durch Einspeisen zumindest eines Galli um enthaltenden ersten reaktiven Gases und nachfolgend in einem zweiten Prozessschritt bei zweiten Prozessparameter eine zweite, Indium enthaltende Schicht oder Schichtenfolge durch Einspeisen zumindest eines Indium enthal tenden zweiten reaktiven Gases abgeschieden werden.
Stand der Technik
[0002] Mit einem derartigen Verfahren, welches insbesondere in einem
MOCVD-Reaktor durchgeführt wird, werden Halbleiter-Mehrschichtstrukturen insbesondere für die Fertigung von HEMTs hergestellt. Auf einem Substrat, insbesondere einem Siliziumsubstrat, wird zunächst eine Silizium-dotierte A1N- Schicht abgeschieden. Auf Letztere wird eine AlGaN-Schicht abgeschieden. Diese wiederum trägt eine AIN-Schicht. Die Schichtenfolge enthält weitere Al- GaN-Schichten und eine einen u-GaN-Channel bildende GaN-Schicht. Auf die se Gallium enthaltende Schicht oder Schichtenfolge wird dann gegebenenfalls unter Zwischenabscheiden einer Zwischenschicht aus A1N eine Indium enthal tende Schicht oder Schichtenfolge abgeschieden, wobei diese Schicht AlInN aufweisen kann. [0003] Während des Abscheidens der Gallium enthaltenden ersten Schichten folge bilden sich an Wänden der Prozesskammer und insbesondere an der Pro zesskammerdecke, die einem Prozesskammerboden, der die Substrate trägt, gegenüberliegt, parasitäre Abscheidungen, die Gallium enthalten. In dem spä- teren, zweiten Prozessschritt kann sich dieses Gallium störend auf die Schicht qualität der Indium enthaltenden zweiten Schicht oder Schichtenfolge auswir ken, indem Gallium in die Indium enthaltende Schicht eingebaut wird.
Zusammenfassung der Erfindung
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen vorzuschla gen, mit denen der unerwünschte Einbau von Galliumatomen in die zweite Schicht oder Schichtenfolge unterdrückt wird.
[0005] Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Er findung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe darstellen. [0006] Zunächst und im Wesentlichen wird vorgeschlagen, dass im ersten
Prozessschritt zusätzlich zu dem Galliumatome enthaltenden reaktiven Gas ein Indiumatome enthaltendes reaktives Gas in die Prozesskammer eingespeist wird. Gleichzeitig mit beispielsweise Trimethylgallium kann beispielsweise Trimethylindium oder auch Triethylindium in die Prozesskammer eingespeist werden. Die ersten Prozessparameter sind jedoch derart eingestellt, dass im ersten Prozessschritt kein Indium in die Gallium enthaltende Schicht eingebaut wird. Hierzu wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Oberflächentempera tur der Substrate während des ersten Prozessschrittes größer ist als 1000°C. Ferner wird vorgeschlagen, als Trägergas Wasserstoff zu verwenden, dessen Verwendung das Abscheiden von Indium in die abzuscheidende Schicht nicht begünstigt beziehungsweise sogar unterdrückt. Alternativ dazu kann nach dem ersten Prozessschritt ein Zwischenschritt durchgeführt werden, bei dem ein Indium enthaltendes reaktives Gas, beispielsweise TMI oder TEI in die Prozess kammer eingespeist wird. Auch hier wird als Trägergas bevorzugt Th verwen- det. Die Temperatur liegt bevorzugt über 1000°C. Die Prozessparameter sind so gewählt, dass auf dem Substrat kein Indium abgeschieden wird. Während des ersten Prozessschrittes beziehungsweise des Zwischenschrittes findet an der Prozesskammerdecke, die insbesondere auf Temperaturen um die 100°C ge kühlt ist, eine Austauschreaktion statt. Das Indium enthaltende reaktive Gas, also insbesondere die metallorganische Indium-Verbindung, reagiert mit Galli um, welches an der Prozesskammerdecke oder einer anderen Wand der Pro zesskammer haftet. Es kann sich dabei um elementares Gallium oder eine Gal lium-Verbindung handeln, welche(s) auf der Prozesskammerdecke kondensiert ist. Bei der Reaktion reagiert die Indium-Verbindung mit dem Gallium, wobei insbesondere die metallorganische Indium-Verbindung mit dem elementaren Gallium zu elementarem Indium und einer flüchtigen metallorganischen Galli um-Verbindung reagieren kann. Elementares Indium kann auf der Prozess kammerdecke verbleiben. Die Austauschreaktion kann auch zu einer Indium- Verbindung führen, die an der Prozesskammerwand zumindest temporär an- haftet. In einer Variante des Verfahrens kann die Prozesskammerdecke aber auch auf eine Temperatur über 100°C gebracht werden, beispielsweise dadurch, dass das Gaseinlassorgan abgesenkt wird beziehungsweise eine unter dem Ga seinlassorgan angeordnete Schutzplatte aus Quarz oder aus Graphit abgesenkt wird, so dass ihre Oberflächentemperatur aufgrund der größeren Nähe zum beheizten Suszeptor und des größeren Abstandes zum gekühlten Gaseinlassor gan ansteigt. Unter diesen Bedingungen wird dann ein Zwischenschritt durch geführt, bei dem die Gasaustrittsfläche des Gaseinlassorgans oder eine Schutz platte einen geringeren Abstand zum beheizten Suszeptor besitzt, als im ersten Prozessschritt. In diesem Zwischenschritt wird das Indium enthaltende reaktive Gas insbesondere zusammen mit einem Trägergas, beispielsweise Wasserstoff, in die Prozesskammer eingespeist. Nach dem Zwischenschritt wird auf die ers te, Gallium enthaltende Schicht oder Schichtenfolge eine Indium enthaltende Schicht oder Schichtenfolge abgeschieden. Dies erfolgt bevorzugt bei Tempera turen unter 1000°C und bevorzugt mit Stickstoff als Trägergas. Während des ersten Prozessschrittes oder des Zwischenschrittes werden bevorzugt so viele Indiumatome in die Prozesskammer eingespeist, wie Galliumatome auf der Prozesskammerdecke vorhanden sind. Hierzu wird insbesondere vorgeschla gen, dass bei Prozesskammer-Deckentemperaturen von kleiner als 100°C das Moleverhältnis von Indium zu Gallium bei mindestens einem Drittel liegt. Bei höheren Prozesskammer-Deckentemperaturen kann das Moleverhältnis gerin ger sein und beispielsweise mindestens ein Zehntel betragen. Mit dem erfin dungsgemäßen Verfahren wird während des Abscheidens einer Gallium ent haltenden Schicht, beispielsweise einer Galliumnitritschicht oder einer Alumi- nium-Galliumnitiitschicht das parasitäre Abscheiden von Gallium an Wänden der Prozesskammer vermindert. Es kann auch vorgesehen sein, dass sich durch das gleichzeitige Einspeisen von Trimethylindium oder Triethylindium eine bereits vorhandene parasitäre, Gallium enthaltende Beschichtung entfernt be ziehungsweise durch eine Indium enthaltende Schicht ausgetauscht wird. Die Totaldrücke können dabei unter 100 mbar oder unter 200 mbar liegen. Während des zweiten Prozessschrittes, der bei niedrigeren Temperaturen stattfindet, wird dann eine Indium enthaltende Schicht abgeschieden, die aber kein Galli um enthält.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0007] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren abge schiedenes Schichtensystem, Fig. 2 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in einer ersten Betriebsstellung und
Fig. 3 die Vorrichtung gemäß Figur 2 in einer zweiten Betriebsstel lung.
Beschreibung der Ausführungsformen [0008] Die in den Figuren 2 und 3 dargestellte Vorrichtung ist ein MOCVD-
Reaktor mit einem Reaktorgehäuse 1, welches evakuierbar ist. Innerhalb des Gehäuses 1 befindet sich ein Gaseinlassorgan 5 in Form eines Showerheads mit einer gekühlten Gasaustrittsplatte 6. Hierzu befinden sich in der Gasaustritts platte Kühlkanäle, durch die ein Kühlmittel hindurchfließen kann. Durch die Gasaustrittsplatte 6 verlaufen eine Vielzahl von gleichmäßig über die Gasaus trittsplatte 6 verteilt angeordnete Gasaustrittsöffnungen, aus denen ein Pro zessgas, welches von außen in das Gaseinlassorgan 5 eingespeist wird, in eine Prozesskammer 2 einströmen kann.
[0009] Beim Ausführungsbeispiel befindet sich unterhalb der Gasaustrittsplat- te 6 eine Schutzplatte 10 mit Durchtrittsöffnungen 9, die mit einer Betriebsstel lung gemäß Figur 2, in der die Schutzplatte 10 unmittelbar unterhalb der Gasaustrittsplatte 6 angeordnet ist, mit den Gasaustrittsöffnungen 7 fluchtet. Die Gasaustrittsplatte 6 kann aus Quarz oder Graphit bestehen. Das Gasein lassorgan 5 und die Gasaustrittsplatte 6 können aus Metall, insbesondere Edel- stahl, bestehen.
[0010] Den Boden der Prozesskammer 2 bildet ein Suszeptor 3 aus, der aus einem beschichteten Graphitkörper bestehen kann. Der Suszeptor 3 trägt ein oder mehrere Substrate 4, die in der Prozesskammer 2 mit einer Halbleiter schicht beziehungsweise einer Halbleiterschichtenfolge beschichtet werden. [0011] Der Suszeptor 3 kann um eine Drehachse drehangetrieben werden. Der Suszeptor 3 wird von unten mit einer Heizeinrichtung 8 auf eine Prozesstempe ratur gebracht, die mit nicht dargestellten Temperaturmessgeräten auf den Substraten 4 beziehungsweise auf der zur Prozesskammer 2 weisenden Breitsei tenfläche des Suszeptors 3 gemessen werden kann.
[0012] Die Figur 1 zeigt eine Schichtenfolge, die in der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Vorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren abgeschie den werden kann.
[0013] In einer ersten Phase des Beschichtungsprozesses wird in einer ersten Prozessschrittfolge 11 eine Schichtenfolge abgeschieden, die Gallium, Alumini um und Stickstoff enthalten kann. Diese Schichtenfolge enthält kein Indium. Hierzu werden durch das Gaseinlassorgan 5 Prozessgase in Form von Ammo niak und metallorganischen Verbindungen von Aluminium und Gallium in die Prozesskammer 2 eingeleitet. Die Prozesskammer 2 wird dabei auf eine Tempe ratur aufgeheizt, die über 1000°C liegt. Die Temperatur wird dabei auf dem Substrat 4 beziehungsweise auf der zur Prozesskammer 2 weisenden Oberseite des Suszeptors 3 gemessen.
[0014] Während des Abscheidens der ersten Schichtenfolge 11 kann es an den Oberflächen, die an die Prozesskammer 2 angrenzen, also insbesondere an der Unterseite der Schutzplatte 10 zu Gallium enthaltenden Belegungen kommen. Um die Belegungen zu entfernen beziehungsweise das Gallium der Belegungen zu entfernen, wird in einem der ersten Prozessschritte 11 und insbesondere in einem letzten der Prozessschritte 11 zusätzlich zu der metallorganischen Galli um-Komponente, also beispielsweise TMG ein, ein Indium enthaltendes reakti ves Gas in die Prozesskammer 2 eingeleitet. Es kann sich dabei um TMI oder um TEI oder eine andere metallorganische Indiumverbindung handeln. Die Prozessparameter sind hier so gewählt, dass kein Indium in die bei diesen Pro zessschritten abgeschiedene Schicht eingebaut wird. Hierzu werden die Tempe raturen der Suszeptoroberfläche auf über 1000°C gehalten.
[0015] Anstelle von metallorganischen Verbindungen des Galliums, des Alu miniums und des Indiums können aber auch anorganische Metallverbindun gen, beispielsweise Chloride als reaktive Gase verwendet werden.
[0016] In einem nachfolgenden Schritt wird eine Indium enthaltende Schicht 12, 13 auf das Schichtensystem abgeschieden. Dies erfolgt durch Einspeisen ei nes reaktiven, Indium enthaltenden Gases in die Prozesskammer 2.
[0017] In einer Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Schichtenfolge 11 ohne ein Indium enthaltendes reaktives Gas abgeschieden wird. In einem Zwischenschritt, kann sodann bei erhöhter Temperatur ein In dium enthaltendes reaktives Gas in die Prozesskammer eingespeist werden. Hier ist die Temperatur so hoch gewählt, dass kein Indium auf den Substraten 4 abgeschieden wird. Um die Temperatur der zur Prozesskammer 2 weisenden Oberfläche der Schutzplatte 10 zu erhöhen, kann diese - wie die Figur 3 zeigt - in Richtung auf den beheizten Suszeptor 3 abgesenkt werden. Während des Abscheidens der ersten Schichtenfolge 11 und/ oder des Zwischenschrittes wird Wasserstoff als Trägergas verwendet. Beim anschließenden Abscheiden der Indium enthaltenden Schichten, welcher Prozessschritt bei niedrigeren Prozess temperaturen durchgeführt wird, kann als Trägergas Stickstoff verwendet wer den.
[0018] Es ist insbesondere vorgesehen, dass die zweite Schichtenfolge, die Schichten aufweist, die zumindest Indium enthalten, auch Aluminium und Stickstoff enthalten. Hierzu wird beim Abscheiden der zweiten Schicht oder Schichtenfolge zusätzlich ein Aluminium enthaltendes reaktives Gas, insbeson dere eine metallorganische Aluminium-Verbindung, in die Prozesskammer eingespeist. Zusammen mit einem Trägergas, welches Stickstoff sein kann, wird Ammoniak in die Prozesskammer eingespeist, das die Stickstoffkomponente der Schicht liefert.
[0019] Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zu mindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenstän dig weiterbilden, wobei zwei, mehrere oder alle dieser Merkmalskombinatio- nen auch kombiniert sein können, nämlich:
[0020] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass im ersten Prozess schritt zusätzlich ein Indium enthaltendes reaktives Gas in die Prozesskammer 2 eingespeist wird und die ersten Prozessparameter 2 so eingestellt werden, dass die erste Schicht oder Schichtenfolge 11 kein Indium enthält oder dass in einem Zwischenschritt zwischen dem ersten und dem zweiten Prozessschritt ein Indium enthaltendes reaktives Gas in die Prozesskammer 2 eingespeist wird und dabei die Prozessparameter so eingestellt werden, dass kein Indium auf dem Substrat 4 abgeschieden wird, und im zweiten Prozessschritt die zweiten Prozessparameter so eingestellt werden, dass die zweite Schicht kein Gallium enthält.
[0021] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Substrattempe ratur im ersten Prozessschritt oder im Zwischenschritt größer 1000°C ist und dass die Substrattemperatur im zweiten Prozessschritt kleiner als 1000°C ist. [0022] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Trägergas im ersten Prozessschritt oder im Zwischenschritt Eh ist und im zweiten Prozess schritt N2 ist.
[0023] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass während des Zwi- schenschrittes die Oberflächentemperatur der Prozesskammerdecke eine ande re und insbesondere eine größere Temperatur ist, als während des ersten und/ oder zweiten Prozessschritts und/ oder dass während des Zwischenschrit tes die Prozesskammerhöhe vermindert ist.
[0024] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass im ersten Prozess- schritt oder im Zwischenschritt die Prozesskammerhöhe dadurch vermindert wird, dass ein die Prozesskammerdecke bildendes Gaseinlassorgan 5 oder eine unterhalb des Gaseinlassorganes 5 angeordnete Schutzplatte 10 abgesenkt wird.
[0025] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gaseinlassor gan 5 ein Showerhead mit gleichmäßig auf einer Gasaustrittsfläche angeordne- ten Gasaustrittsöffnungen 7 ist, wobei die Gasaustrittsfläche aktiv gekühlt wird.
[0026] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass während des ers ten und des zweiten Prozessschrittes auf demselben Substrat 4, welches einen Durchmesser von mindestens 300 mm aufweist, Schichten zur Fertigung eines HEMT abgeschieden werden, wobei die Prozesskammerhöhe 9 bis 25 mm be- trägt.
[0027] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die erste Schicht oder Schichtenfolge 11 GaN, AlGaN oder Ga As enthält und/ oder dass die zweite Schicht 12 AlInN enthält und/ oder dass zwischen erster Schicht oder Schichtenfolge und zweiter Schicht oder Schichtenfolge eine Zwischenschicht 13 aus A1N abgeschieden wird.
[0028] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass während des ers ten Prozessschrittes oder des Zwischenschrittes die Temperatur der Prozess kammerdecke auf Temperaturen unterhalb 100°C gehalten wird, wobei insbe sondere vorgesehen ist, dass im ersten Prozessschritt das Mole-Verhältnis von Indium zu Gallium zumindest 1/3 beträgt oder dass die Prozesskammer- Deckentemperatur größer 100°C ist und das Mole-Verhältnis von Indium zu Gallium größer 1/10 ist.
[0029] Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/ beigefügten Prioritäts unterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender An meldung mit aufzunehmen. Die Unter ansprüche charakterisieren, auch ohne die Merkmale eines in Bezug genommenen Anspruchs, mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbe sondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen. Die in jedem Anspruch angegebene Erfindung kann zusätzlich ein oder mehrere der in der vorstehenden Beschreibung, insbesondere mit Bezugsziffern versehene und/ oder in der Bezugsziffernliste angegebene Merkmale aufweisen. Die Er findung betrifft auch Gestaltungsformen, bei denen einzelne der in der vorste henden Beschreibung genannten Merkmale nicht verwirklicht sind, insbeson dere soweit sie erkennbar für den jeweiligen Verwendungszweck entbehrlich sind oder durch andere technisch gleichwirkende Mittel ersetzt werden kön nen. Liste der Bezugszeichen
1 CVD-Reaktor
2 Prozesskammer
3 Suszeptor
4 Substrat
5 Gaseinlassorgan
6 Gasaustrittsplatte
7 Gasaustrittsöffnung
8 Heizeinrichtung
9 Gasdurchtrittsöffnung
10 Schutzplatte
11 erste Schichtenfolge
12 zweite Schichtenfolge
13 Zwischenschicht

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Abscheiden eines Halbleiter-Schichtsystems auf einem Substrat (4) durch Einspeisen reaktiver Gase zusammen mit einem Trä gergas in eine Prozesskammer (2) eines CVD-Reaktors (1), wobei in einem ersten Prozessschritt bei ersten Prozessparametern eine erste, Gallium aber kein Indium enthaltende Schicht oder Schichtenfolge (11) durch Ein speisen zumindest eines Gallium enthaltenden ersten reaktiven Gases und nachfolgend in einem zweiten Prozessschritt bei zweiten Prozessparame tern eine zweite, Indium enthaltende Schicht (12, 13) oder Schichtenfolge durch Einspeisen zumindest eines Indium enthaltenden zweiten reaktiven Gases abgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Pro zessschritt zusätzlich ein Indium enthaltendes reaktives Gas oder in einem Zwischenschritt zwischen dem ersten und dem zweiten Prozessschritt ein Indium enthaltendes reaktives Gas ohne Indium auf dem Substrat (4) ab zuscheiden und im zweiten Prozessschritt kein Gallium auf dem Substrat (4) abgeschieden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Pro zessparameter (2) so eingestellt werden, dass die erste Schicht oder Schich tenfolge (11) kein Indium enthält und dass die zweiten Prozessparameter so eingestellt werden, dass die zweite Schicht kein Gallium enthält.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der erste Prozessschritt bei einer Substrattemperatur durch geführt wird, die derart hoch ist, dass kein Indium abgeschieden wird und die Substrattemperatur im zweiten Prozessschritt geringer ist, als die Sub- strattemperatur des ersten Prozessschrittes.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass während des ersten Prozessschrittes oder des Zwischen schrittes an einer Prozesskammerdecke eine chemische Austauschreaktion zwischen an der Prozesskammerdecke kondensiertem Gallium und des Indium enthaltenden reaktiven Gases durchgeführt wird und/ oder bei der an der Prozesskammerdecke anhaftendes Gallium oder eine an der Prozesskammerdecke anhaftende Gallium Verbindung zumindest teilweise gegen Indium oder eine Indium Verbindung ausgetauscht wird.
5. Verfahren nach der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrattemperatur im ersten Prozessschritt oder im Zwischen schritt größer 1000°C ist und dass die Substrattemperatur im zweiten Pro zessschritt kleiner als 1000°C ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Trägergas im ersten Prozessschritt oder im Zwischen- schritt Th ist und im zweiten Prozessschritt N2 ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass während des Zwischenschrittes die Oberflächentemperatur der Prozesskammerdecke eine andere und insbesondere eine größere Temperatur ist, als während des ersten und/ oder zweiten Prozessschritts und/ oder dass während des Zwischenschrittes die Prozesskammerhöhe vermindert ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass im ersten Prozessschritt oder im Zwischenschritt die Pro zesskammerhöhe dadurch vermindert wird, dass ein die Prozesskammer- decke bildendes Gaseinlassorgan (5) oder eine unterhalb des Gaseinlass organes (5) angeordnete Schutzplatte (10) abgesenkt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Gaseinlassorgan (5) ein Showerhead mit gleichmäßig auf einer Gasaustrittsfläche angeordneten Gasaustrittsöffnungen (7) ist, wobei die Gasaustrittsfläche aktiv gekühlt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass während des ersten und des zweiten Prozessschrittes auf demselben Substrat (4), welches einen Durchmesser von mindestens 300 mm aufweist, Schichten zur Fertigung eines HEMT abgeschieden werden, wobei die Prozesskammerhöhe 9 bis 25 mm beträgt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die erste Schicht oder Schichtenfolge (11) GaN, AlGaN oder Ga As enthält und/ oder dass die zweite Schicht (12) AlInN enthält und/ oder dass zwischen erster Schicht oder Schichtenfolge und zweiter
Schicht oder Schichtenfolge eine Zwischenschicht (13) aus A1N abgeschie den wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass während des ersten Prozessschrittes oder des Zwischen- Schrittes die Temperatur der Prozesskammerdecke auf Temperaturen un terhalb 100°C gehalten wird, und/ oder dass im ersten Prozessschritt das Mole-Verhältnis von Indium zu Gallium zumindest 1/3 beträgt oder dass die Prozesskammer-Deckentemperatur größer 100°C ist und das Mole- Verhältnis von Indium zu Gallium größer 1/10 ist.
13. Verfahren, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnen den Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.
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