JP2022532055A - ガリウム及びインジウムを含む半導体層システムの堆積方法 - Google Patents
ガリウム及びインジウムを含む半導体層システムの堆積方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022532055A JP2022532055A JP2021564981A JP2021564981A JP2022532055A JP 2022532055 A JP2022532055 A JP 2022532055A JP 2021564981 A JP2021564981 A JP 2021564981A JP 2021564981 A JP2021564981 A JP 2021564981A JP 2022532055 A JP2022532055 A JP 2022532055A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- indium
- gallium
- process chamber
- process step
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 164
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 56
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 55
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 41
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 38
- 238000000151 deposition Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 48
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 10
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000002472 indium compounds Chemical group 0.000 claims description 4
- 150000002259 gallium compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 claims description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- -1 for example Chemical compound 0.000 description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OTRPZROOJRIMKW-UHFFFAOYSA-N triethylindigane Chemical compound CC[In](CC)CC OTRPZROOJRIMKW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/301—AIII BV compounds, where A is Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C23C16/303—Nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45563—Gas nozzles
- C23C16/45572—Cooled nozzles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/16—Controlling or regulating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C30B29/403—AIII-nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02439—Materials
- H01L21/02455—Group 13/15 materials
- H01L21/02458—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02538—Group 13/15 materials
- H01L21/0254—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
本発明は、半導体層システムの堆積方法に関し、第１の層シーケンスがガリウムを含む層を有しかつ第２の層シーケンスがインジウムを含む層を有する。インジウムを含む層の堆積時にインジウムを含む層内にプロセスチャンバ内の残留物からのガリウムが取り込まれることを防ぐために、第１のプロセスステップにてインジウムを含む反応ガスが追加でプロセスチャンバ２に供給されかつ第１の層又は層シーケンス１１がインジウムを含まないように第１のプロセスパラメータが設定され、又は、第１と第２のプロセスステップとの間の中間ステップにてインジウムを含む反応ガスがプロセスチャンバ２に供給されかつその際に基板４上にインジウムを堆積させないようにそのプロセスパラメータが設定され、そして第２のプロセスステップにて、第２の層がガリウムを含まないように第２のプロセスパラメータを設定する。
Description
本発明は、ＣＶＤリアクタのプロセスチャンバに搬送ガスと共に反応ガスを供給することにより基板上に半導体層システムを堆積するための方法に関し、その場合、第１のプロセスステップにおいて第１のプロセスパラメータを用いて、ガリウムを含む少なくとも１つの第１の反応ガスを供給することによってガリウムを含む第１の層又は層シーケンスを堆積させ、そして続いて第２のプロセスステップにおいて第２のプロセスパラメータを用いて、インジウムを含む少なくとも１つの第２の反応ガスを供給することによってインジウムを含む第２の層又は層シーケンスを堆積させる。
特にＭＯＣＶＤリアクタ内で行われるこのような方法により、特にＨＥＭＴの製造のために半導体多層構造が作製される。基板上、特にシリコン基板上に、先ず、シリコンをドープしたＡｌＮ層を堆積させる。その上にＡｌＧａＮ層を堆積させる。今度はこれがＡＩＮ層を担持する。その層シーケンスは、さらなるＡｌＧａＮ層と、ｕ－ＧａＮチャネルを形成するＧａＮ層とを含む。その後、このガリウムを含む層又は層シーケンスの上に、必要に応じてＡｌＮからなる中間層の中間堆積を行い、インジウムを含む層又は層シーケンスを堆積させる。その場合、この層は、ＡｌＩｎＮを有することができる。
ガリウムを含む第１の層シーケンスの堆積中、プロセスチャンバの壁に、及び特に基板を担持するプロセスチャンバ床に対向するプロセスチャンバ天井に、ガリウムを含む寄生堆積物が形成される。その後の第２のプロセスステップにおいて、インジウムを含有する層にガリウムが取り込まれることで、このガリウムが、インジウムを含む第２の層又は層シーケンスの層品質を阻害する悪影響を及ぼす可能性がある。
本発明は、ガリウム原子が第２の層又は層シーケンスに望ましくなく組み込まれることを抑制する手段を提供することを目的とする。
この課題は、特許請求の範囲に記載された発明によって解決され、その場合、従属項は、請求項１に記載された発明の有利なさらなる発展を示すだけでなく、課題に対する独立した解決手段をも示すものである。
最初にかつ本質的に、第１のプロセスステップにおいて、ガリウム原子を含む反応ガスに対してインジウム原子を含む反応ガスが追加でプロセスチャンバに供給されることが提案される。例えばトリメチルガリウムと共に同時に、例えばトリメチルインジウムを、又はトリエチルインジウムも、プロセスチャンバに供給することができる。ただし、第１のプロセスパラメータは、第１のプロセスステップにおいてガリウム含有層内にインジウムが取り込まれないように設定されている。このために、第１のプロセスステップ中の基板の表面温度が１０００℃より高いことが特に提案される。さらに、搬送ガスとして水素が用いられることが提案され、水素を使用することは、堆積させる層へのインジウムの堆積を促進せず、むしろ抑制する。
これに替えて、第１のプロセスステップ後、中間ステップを行うことができる。その中間ステップでは、インジウムを含む反応ガス、例えばＴＭＩ又はＴＥＩがプロセスチャンバに供給される。ここでも、搬送ガスとしてＨ２を用いることが好ましい。温度は、好ましくは１０００℃より高いことが好ましい。プロセスパラメータは、基板上にインジウムが堆積しないように選択される。第１のプロセスステップ又は中間ステップ中、特に約１００℃の温度に冷却されるプロセスチャンバ天井では置換反応が生じる。インジウムを含む反応ガスは、特に有機金属インジウム化合物も、プロセスチャンバ天井又はプロセスチャンバの別の壁に付着しているガリウムと反応する。プロセスチャンバ天井には凝縮した元素ガリウム又はガリウム化合物が存在し得る。反応においては、インジウム化合物がガリウムと反応し、その場合特に、有機金属インジウム化合物が元素ガリウムと反応して、元素インジウムと揮発性の有機金属ガリウム化合物を形成することができる。元素インジウムは、プロセスチャンバ天井上に残留することができる。置換反応は、プロセスチャンバ壁に少なくとも一時的に付着するインジウム化合物を生じることもできる。
しかしながら、本方法の変形形態では、例えばガス入口部材を降下させたりガス入口部材の下に配置された石英又はグラファイトからなる保護プレートを降下させたりすることにより、プロセスチャンバ天井を１００℃を超える温度とすることもでき、加熱されたサセプタに近づくほど、また、冷却されたガス入口部材からの距離が大きくなるほど、プロセスチャンバ天井の表面温度は上昇する。その後、この条件下で中間ステップが実行され、中間ステップでは、ガス入口部材又は保護プレートのガス出口面から加熱されたサセプタまでの距離が、第１のプロセスステップにおける距離よりも小さい。この中間ステップにおいて、インジウムを含む反応ガスが、特に例えば水素である搬送ガスと共にプロセスチャンバに供給される。中間ステップ後、ガリウムを含む第１の層又は層シーケンス上にインジウムを含む層又は層シーケンスを堆積させる。これは、１０００℃未満の温度で行われることが好ましく、かつ、搬送ガスとして窒素を用いることが好ましい。
第１のプロセスステップ又は中間ステップ中、プロセスチャンバ天井に存在するガリウム原子と同じ量のインジウム原子がプロセスチャンバ内に供給されることが好ましい。このために特に、１００℃未満のプロセスチャンバ天井温度においてインジウムのガリウムに対するモル比が少なくとも１／３であることが提案される。プロセスチャンバ天井温度が高いほど、モル比はより小さく、例えば、少なくとも１／１０にすることができる。
本発明による方法によれば、ガリウムを含む層、例えば窒化ガリウム又は窒化アルミニウムガリウム層の堆積中に、プロセスチャンバの壁上のガリウムの寄生堆積物が低減される。さらに、トリメチルインジウム又はトリエチルインジウムの同時供給によって、既に付着した寄生ガリウム含有コーティングを除去し、又は、それをインジウム含有層で置換することが可能である。全圧は、１００ｍｂａｒ未満又は２００ｍｂａｒ未満とすることができる。
より低い温度で行われる第２のプロセスステップ中、ガリウムを含まずインジウムを含む層を堆積させる。
以下、実施形態を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
図２及び図３に示された装置は、真空引き可能なリアクタハウジング１を有するＭＣＶＤリアクタである。ハウジング１の内部には、冷却されたガス出口プレート６を具備するシャワーヘッド形態のガス入口部材５がある。このために、ガス出口プレート内に冷却チャネルがあり、それを通って冷却媒体が流れることができる。ガス出口プレート６上に均一に分布配置された多数のガス出口孔がガス出口プレート６を通って延在しており、外部からガス入口部材５に供給されたプロセスガスが、それらのガス出口孔からプロセスチャンバ２内に流入することができる。
図２及び図３に示された装置は、真空引き可能なリアクタハウジング１を有するＭＣＶＤリアクタである。ハウジング１の内部には、冷却されたガス出口プレート６を具備するシャワーヘッド形態のガス入口部材５がある。このために、ガス出口プレート内に冷却チャネルがあり、それを通って冷却媒体が流れることができる。ガス出口プレート６上に均一に分布配置された多数のガス出口孔がガス出口プレート６を通って延在しており、外部からガス入口部材５に供給されたプロセスガスが、それらのガス出口孔からプロセスチャンバ２内に流入することができる。
例示的実施形態では、ガス出口プレート６の下方に、通過孔９を具備する保護プレート１０があり、それらの通過孔９は、保護プレート１０がガス出口プレート６の真下に配置される図２に示す動作位置において、ガス出口孔７と整列する。ガス出口プレート６は、石英又はグラファイト製とすることができる。ガス入口部材５及びガス出口プレート６は、金属製、特にステンレス鋼製とすることができる。
プロセスチャンバ２の床は、サセプタ３を形成し、それはコーティングされたグラファイト本体からなることができる。サセプタ３は、１又は複数の基板４を担持し、それらの基板４は、プロセスチャンバ２内で半導体層又は層シーケンスでコーティングされる。
サセプタ３は、回転軸の周りで回転駆動することができる。サセプタ３は、下方から加熱装置によりプロセス温度とされ、そのプロセス温度は、図示しない基板４上の温度計又はプロセスチャンバ２に向いたサセプタ３の主面上の温度計により計測することができる。
図１は、図２及び図３に示した装置において本発明による方法により堆積することができる層シーケンスを示している。
コーティングプロセスの第１フェーズでは、第１のプロセスステップシーケンスにおいて層シーケンス１１を堆積させ、それはガリウム、アルミニウム、及び窒素を含むことができる。この層シーケンスは、インジウムを含まない。このために、アンモニアとアルミニウム及びガリウムの有機金属化合物とによる形態のプロセスガスがガス入口部材５によりプロセスチャンバ２に導入される。このとき、プロセスチャンバ２は、１０００℃を超える温度に加熱されている。その際、この温度は、基板４上又はプロセスチャンバ２に向いたサセプタ３の表面上で計測される。
第１の層シーケンス１１の堆積中、プロセスチャンバ２に隣接する表面に、特に保護プレート１０の下面に、ガリウムを含む堆積物を生じ得る。その堆積物を除去するために、又は、堆積物のガリウムを除去するために、第１のプロセス層１１において、そして特にプロセス層１１の最後の１層において、有機金属ガリウム組成物すなわち例えばＴＭＧに加えて、インジウムを含む反応ガスがプロセスチャンバ２に導入される。それは、ＴＭＩ又はＴＥＩ又は別の有機金属インジウム化合物とすることができる。ここでプロセスパラメータは、これらのプロセスステップで堆積させる層にインジウムが取り込まれないように選択されている。このために、サセプタ表面の温度が１０００℃より高く維持される。
しかしながら、ガリウム、アルミニウム、及びインジウムの有機金属化合物に替えて、例えば塩化物である無機金属化合物も反応ガスとして用いることができる。
次に続くステップにおいて、インジウム含有層１２、１３を、層システム上に堆積させる。これは、反応性のインジウム含有ガスをプロセスチャンバ２に供給することにより行われる。
本発明の一変形形態では、第１の層シーケンス１１を、インジウムを含む反応ガス無しで堆積させるように設けられ得る。その後中間ステップにおいて、インジウムを含む反応ガスを、温度を高くしたプロセスチャンバ内に供給することができる。ここで、その温度は、インジウムが基板４上に堆積しないように十分高く選択される。プロセスチャンバ２に向いた保護プレート１０の表面の温度を高くするために、図３に示すように、加熱されたサセプタ３の方に保護プレート１０を降下させることができる。第１の層シーケンス１１の堆積中及び／又は中間ステップ中、搬送ガスとして水素が用いられる。それに続く、より低いプロセス温度で行われるインジウム含有層の堆積中は、搬送ガスとして窒素を用いることができる。
特に、少なくともインジウムを含む層を有する第２の層シーケンスが、アルミニウム及び窒素も含むように設けられる。このために、アルミニウム含有反応ガス、特に有機金属アルミニウム化合物が、第２の層又は層シーケンスの堆積中にプロセスチャンバに追加で供給される。窒素とすることができる搬送ガスと共に、アンモニアがプロセスチャンバに供給され、それは層の窒素成分を付与する。
以上の説明は、本願が対象とする発明を全体として説明するためのものであり、少なくとも以下の特徴の組み合わせによって先行技術をさらに発展させたものであり、これらの特徴の組み合わせのうち２つ、いくつか、又はすべてを組み合わせることもできる。
第１のプロセスステップにおいて、インジウムを含む反応ガスをプロセスチャンバ２に追加で供給すると共に、第１の層又は層シーケンス１１がインジウムを含まないように第１のプロセスパラメータを設定するか、又は、第１のプロセスステップと第２のプロセスステップとの間の中間ステップにおいてインジウムを含む反応ガスをプロセスチャンバ２に供給するように設定しかつその場合に基板４上にインジウムを堆積させないようにそのプロセスパラメータを設定しており、かつ、第２のプロセスステップにおいて第２の層がガリウムを含まないように第２のプロセスパラメータを設定することを特徴とする方法。
第１のプロセスステップ又は中間ステップにおける基板温度が１０００℃より高く、かつ、第２のプロセスステップにおける基板温度が１０００℃より低いことを特徴とする方法。
搬送ガスが、第１のプロセスステップ又は中間ステップでは水素であり、かつ、第２のプロセスステップでは窒素であることを特徴とする方法。
中間ステップ中のプロセスチャンバ天井の温度が、第１及び／又は第２のプロセスステップ中における温度と異なりかつ特に高い温度であり、かつ／又は、中間ステップ中にプロセスチャンバの高さが低減されることを特徴とする方法。
第１のプロセスステップ又は中間ステップにて、プロセスチャンバ天井を形成するガス入口部材５又はガス入口部材５の下に配置された保護プレート１０を降下させることによってプロセスチャンバの高さが低減されることを特徴とする方法。
ガス入口部材５が、ガス出口面上に均一に配置されたガス出口孔７を具備するシャワーヘッドであり、その場合、ガス出口面が積極的に冷却されることを特徴とする方法。
第１及び第２のプロセスステップ中、少なくとも３００ｍｍの直径を有する同じ基板４上にＨＥＭＴを製造するための層を堆積させ、そのプロセスチャンバの高さが９～２５ｍｍであることを特徴とする方法。
第１の層又は層シーケンス１１が、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、又はＧａＡｓを含み、かつ／又は、第２の層１２が、ＡｌＩｎＮを含み、かつ／又は、第１の層又は層シーケンスと第２の層又は層シーケンスとの間にＡｌＮからなる中間層１３を堆積させることを特徴とする方法。
第１のプロセスステップ又は中間ステップ中、プロセスチャンバ天井の温度が１００℃未満に維持され、特に、第１のプロセスステップにて、インジウムのガリウムに対するモル比が少なくとも１／３であり、又は、プロセスチャンバ天井温度が１００℃より高くかつインジウムのガリウムに対するモル比が１／１０より大きいことを特徴とする方法。
開示された全ての特徴は、（それ自体のために、また互いに組み合わされて）本発明に不可欠である。ここでの出願の開示は、関連する／追加された優先権書類（先の出願の写し）の開示内容をその内容全体に含み、それはこれらの書類の特徴を本願の請求項に組み込む目的でもある。従属請求項は、特にこれらの請求項に基づいて分割出願を行うために、引用される請求項の特徴がなくても、先行技術の独立した発明性のあるさらなる発展を特徴とする。各請求項で特定された発明は、前述の説明で特定された、特に参照符号が付与された、及び／又は符号の説明で特定された、１つ以上の機能を追加で有することができる。本発明はまた、特に、それらがそれぞれの使用目的に明らかに不要であるか、または技術的に同じ効果を有する他の手段で置き換えることができる限り、前述の説明で述べた特徴の個々のものが実装されない設計形態に関する。
１ ＣＶＤリアクタ
２ プロセスチャンバ
３ サセプタ
４ 基板
５ ガス入口部材
６ ガス出口プレート
７ ガス出口孔
８ 加熱装置
９ ガス通過孔
１０ 保護プレート
１１ 第１の層シーケンス
１２ 第２の層シーケンス
１３ 中間層
２ プロセスチャンバ
３ サセプタ
４ 基板
５ ガス入口部材
６ ガス出口プレート
７ ガス出口孔
８ 加熱装置
９ ガス通過孔
１０ 保護プレート
１１ 第１の層シーケンス
１２ 第２の層シーケンス
１３ 中間層
Claims (12)
- ＣＶＤリアクタのプロセスチャンバ（２）内に搬送ガスと共に反応ガスを供給することにより基板（４）上に半導体層システムを堆積させるための方法であって、第１のプロセスステップにて第１のプロセスパラメータを用いて、ガリウムを含む少なくとも１つの第１の反応ガスを供給することによって、ガリウムを含むがインジウムを含まない第１の層又は層シーケンス（１１）を堆積させた後、第２のプロセスステップにて第２のプロセスパラメータを用いて、インジウムを含む少なくとも１つの第２の反応ガスを供給することによって、インジウムを含む第２の層又は層シーケンス（１２、１３）を堆積させる、前記方法において、
第１のプロセスステップにて、インジウムを含む反応ガスを追加して前記基板（４）上にはインジウムが無いように堆積させるか、又は、前記第１と第２のプロセスステップの間の中間ステップにて、インジウムを含む反応ガスを前記基板（４）上にはインジウムが無いように堆積させると共に、第２のプロセスステップにて、ガリウムを前記基板（４）上に堆積させないことを特徴とする方法。 - 前記第１の層又は層シーケンス（１１）がインジウムを含まないように前記第１のプロセスパラメータを設定し、かつ、前記第２の層がガリウムを含まないように前記第２のプロセスパラメータを設定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記第１のプロセスステップは、インジウムが堆積しないように高い基板温度で行われ、かつ、第２のプロセスステップの基板温度は、前記第１のプロセスステップの基板温度よりも低いことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
- 前記第１のプロセスステップ又は前記中間ステップ中、プロセスチャンバ天井上で、前記プロセスチャンバ天井に凝縮したガリウムと前記インジウムを含む反応ガスとの間の化学置換反応が行われ、かつ／又は、その際に、プロセスチャンバ天井に付着したガリウム又はプロセスチャンバ天井に付着したガリウム化合物が、少なくとも部分的にインジウム又はインジウム化合物に置換されることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の方法。
- 前記基板温度が、第１のプロセスステップ又は中間ステップでは１０００℃より高く、かつ、前記基板温度が、第２のプロセスステップでは１０００℃より低いことを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の方法。
- 前記搬送ガスが、第１のプロセスステップ又は中間ステップではＨ２であり、かつ、第２のプロセスステップではＮ２であることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の方法。
- 前記中間ステップ中の前記プロセスチャンバ天井の表面温度が、前記第１及び／又は第２のプロセスステップ中の温度と異なりかつそれよりも高い温度であり、かつ／又は、前記中間ステップ中に前記プロセスチャンバの高さが低減されることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の方法。
- 第１のプロセスステップ又は中間ステップ中、前記プロセスチャンバ天井を形成するガス入口部材（５）又は前記ガス入口部材（５）の下に配置された保護プレート（１０９）を降下させることによって前記プロセスチャンバの高さが低減されることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の方法。
- 前記ガス入口部材（５）が、ガス出口面に均一に配置されたガス出口孔（７）を具備するシャワーヘッドであり、前記ガス出口面は積極的に冷却されることを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の方法。
- 前記第１及び第２のプロセスステップ中、少なくとも３００ｎｍの直径を有する同じ基板（４）上にＨＥＭＴを製造するための層を堆積させ、その場合、前記プロセスチャンバの高さは９～２５ｍｍであることを特徴とする請求項１～９のいずれかに記載の方法。
- 前記第１の層又は層シーケンス（１１）が、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、又はＧａＡｓを含有すること、及び／又は、前記第２の層（１２）がＡｌＩｎＮを含有すること、及び／又は、第１の層又は層シーケンスと第２の層又は層シーケンスとの間に、ＡｌＮからなる中間層（１３）を堆積させることを特徴とする請求項１～１０のいずれかに記載の方法。
- 前記第１のプロセスステップ又は前記中間ステップ中、前記プロセスチャンバ天井の温度が１００℃未満に維持されること、及び／又は、第１のプロセスステップにて、インジウムのガリウムに対するモル比が少なくとも１／３であるか又は前記プロセスチャンバ天井の温度が１００℃より高くかつインジウムのガリウムに対するモル比が１／１０よりも大きいことを特徴とする請求項１～１１のいずれかに記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102019111598.1 | 2019-05-06 | ||
| DE102019111598.1A DE102019111598A1 (de) | 2019-05-06 | 2019-05-06 | Verfahren zum Abscheiden eines Halbleiter-Schichtsystems, welches Gallium und Indium enthält |
| PCT/EP2020/062356 WO2020225228A1 (de) | 2019-05-06 | 2020-05-05 | Verfahren zum abscheiden eines halbleiter-schichtsystems; welches gallium und indium enthält |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022532055A true JP2022532055A (ja) | 2022-07-13 |
Family
ID=70681788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021564981A Pending JP2022532055A (ja) | 2019-05-06 | 2020-05-05 | ガリウム及びインジウムを含む半導体層システムの堆積方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220205086A1 (ja) |
| EP (1) | EP3966361A1 (ja) |
| JP (1) | JP2022532055A (ja) |
| KR (1) | KR20220003542A (ja) |
| DE (1) | DE102019111598A1 (ja) |
| TW (1) | TW202106911A (ja) |
| WO (1) | WO2020225228A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114141918B (zh) * | 2021-11-30 | 2023-07-18 | 江苏第三代半导体研究院有限公司 | 适用于大电流条件工作的发光二极管外延结构及制备方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008263023A (ja) * | 2007-04-11 | 2008-10-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の製造方法、ショットキーバリアダイオード、発光ダイオード、レーザダイオード、およびそれらの製造方法 |
| US20110244663A1 (en) * | 2010-04-01 | 2011-10-06 | Applied Materials, Inc. | Forming a compound-nitride structure that includes a nucleation layer |
| DE102014104218A1 (de) * | 2014-03-26 | 2015-10-01 | Aixtron Se | CVD-Reaktor mit Vorlaufzonen-Temperaturregelung |
| DE102014106871A1 (de) * | 2014-05-15 | 2015-11-19 | Aixtron Se | Verfahren und Vorrichtung zum Abscheiden dünner Schichten auf einem Substrat und einer höhenverstellbaren Prozesskammer |
| US9917156B1 (en) * | 2016-09-02 | 2018-03-13 | IQE, plc | Nucleation layer for growth of III-nitride structures |
-
2019
- 2019-05-06 DE DE102019111598.1A patent/DE102019111598A1/de active Pending
-
2020
- 2020-04-30 TW TW109114429A patent/TW202106911A/zh unknown
- 2020-05-05 JP JP2021564981A patent/JP2022532055A/ja active Pending
- 2020-05-05 KR KR1020217037090A patent/KR20220003542A/ko unknown
- 2020-05-05 US US17/594,996 patent/US20220205086A1/en active Pending
- 2020-05-05 WO PCT/EP2020/062356 patent/WO2020225228A1/de unknown
- 2020-05-05 EP EP20725451.7A patent/EP3966361A1/de active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20220003542A (ko) | 2022-01-10 |
| DE102019111598A1 (de) | 2020-11-12 |
| WO2020225228A1 (de) | 2020-11-12 |
| EP3966361A1 (de) | 2022-03-16 |
| US20220205086A1 (en) | 2022-06-30 |
| TW202106911A (zh) | 2021-02-16 |
| CN114008239A (zh) | 2022-02-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9932670B2 (en) | Method of decontamination of process chamber after in-situ chamber clean | |
| JP5923553B2 (ja) | 三塩化ガリウムを製造するための大容量送達方法 | |
| JP6117169B2 (ja) | 三塩化ガリウムの噴射方式 | |
| JP5575483B2 (ja) | Ｉｉｉ−ｖ族半導体材料の大量製造装置 | |
| JP5575482B2 (ja) | 単結晶ｉｉｉ−ｖ族半導体材料のエピタキシャル堆積法、及び堆積システム | |
| US20160115590A1 (en) | Method and system for treatment of deposition reactor | |
| US20080050889A1 (en) | Hotwall reactor and method for reducing particle formation in GaN MOCVD | |
| US20100273291A1 (en) | Decontamination of mocvd chamber using nh3 purge after in-situ cleaning | |
| US20130244410A1 (en) | Methods of forming bulk iii-nitride materials on metal-nitride growth template layers, and structures formed by such methods | |
| JP2010251705A (ja) | 成膜装置および成膜方法 | |
| JP2022532055A (ja) | ガリウム及びインジウムを含む半導体層システムの堆積方法 | |
| WO2010129289A2 (en) | Decontamination of mocvd chamber using nh3 purge after in-situ cleaning | |
| JP5333156B2 (ja) | 気相成長装置 | |
| CN114008239B (zh) | 用于沉积包含镓和铟的半导体层系统的方法 | |
| US20120052657A1 (en) | Method of forming film and substrate processing apparatus | |
| CN111560601B (zh) | 基板处理方法和基板处理装置 | |
| JP4816079B2 (ja) | Ｇａ含有窒化物半導体の製造方法 | |
| KR100447855B1 (ko) | 3-5족 질화물막의 제조 방법 및 제조 장치 | |
| JP5360136B2 (ja) | Ｇａ含有窒化物半導体の製造方法 | |
| KR20120139521A (ko) | 화학 기상 증착 장치 | |
| KR101205425B1 (ko) | 질화갈륨계 엘이디 박막성장을 위한 화학기상증착장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230508 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240321 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240328 |