WO2002092876A1

WO2002092876A1 - Verfahren und vorrichtung zum abscheiden schichten

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Publication number: WO2002092876A1
Application number: PCT/EP2002/004407
Authority: WO
Inventors: Michael Heuken
Original assignee: Aixtron Ag
Priority date: 2001-05-17
Filing date: 2002-04-22
Publication date: 2002-11-21
Also published as: EP1390561A1; DE10124609A1; US6964876B2; US20040152219A1; DE10124609B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer in einem Reaktionsgehäuse angeordneten Prozesskammer (2), welche insbesondere durch Wärmezufuhr zu einem Substrathalter (6, 7) heizbar ist, mit einem Gaseinlass (3) zum Einlass gasförmiger Ausgangsstoffe, deren Zerfallsprodukte sich auf einem vom Substrathalter getragenen Substrat zu Ausbildung einer Schicht anlagern, mit mindestens einem in die Prozesskammer hineinwirkenden Sensor zur Ermittlung der Schichteigenschaften und mit einer elektronischen Steuereinheit zur Steuerung der Prozesskammerheizung, von Massenflusscontrollern zur Steuerung des Massenflusses der Ausgangsstoffe und einer Pumpe zur Steuerung des Prozesskammerdrucks, dadurch gekennzeichent, dass die elektronische Steuerung aus beim Wachstum der Kalibrierschicht gewonnenen Abweichungwerten mit Hilfe von abgespeicherten Kalibrierparametern geänderte Prozessparameter bildet und damit die Prozesskammerheizung, die Massenflusscontroller und die Pumpe beim Wachstum der aktiven Schichtfolge ansteuert.

Description

00001 VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM ABSCHEIDEN SCHICHTEN 00002 00003 00004 00005 Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich00006 tung zum Abscheiden insbesondere kristalliner aktiver 00007 Schichten auf insbesondere kristallinen Substraten aus 00008 gasförmigen Ausgangsstoffen, die insbesondere zusammen 00009 mit einem Trägergas in die Prozesskammer eines Reaktors 00010 gebracht werden, wo sie sich abhängig von in Vorversu00011 chen ermittelten Prozessparametern wie insbesondere 00012 Substrattemperatur, Prozesskammerdruck, Massenfluss der 00013 in die Prozesskammer eingebrachten Ausgangsstoffe oder 00014 Gesamtmassenfluss, insbesondere nach einer vorhergehen00015 den pyrolytischen Zerlegung auf dem Substrat anlagern 00016 und eine aktive Schicht bilden, deren Schichteigenschaf- 00017 ten wie insbesondere Stochiometrie, Dotierung, Morpholo00018 gie, Temperatur, Wachstumsrate oder dergleichen mittels 00019 in die Prozesskammer wirkender Sensoren berύhrungεlos 00020 gemessen bzw. aus Oberflächenmessungen ermittelt werden. 00021 00022 Derartige Verfahren werden in einer Vorrichtung durchge00023 führt, die ein Reaktorgehäuse aufweisen, in welchem 00024 eine Prozesskammer angeordnet ist, welche insbesondere 00025 durch Wärmezufuhr zu einem Substrathalter heizbar ist, 00026 mit einem Gaseinlass zum Einlass gasförmiger Ausgangs- 00027 Stoffe, deren Zerfallsprodukte sich auf einem vom Sub00028 strathalter getragenen Substrat zur Ausbildung einer 00029 Schicht anlagern, mit mindestens einem in die Prozess- 00030 kammer hineinwirkenden Sensor zur Ermittlung der 00031 Schichteigenschaften während des Schichtwachstums und 00032 mit einer elektronischen Steuereinheit zur Steuerung 00033 der Prozesskammerheizung, von Massenflusscontrollem 00034 zur Steuerung des Massenflusses der Ausgangsstoffe und 00035 einer Pumpe zur Steuerung des Prozesskammerdrucks. 00036 Gattungsgemäße Vorrichtungen, auf denen das gattungsge-

00037 mäße Verfahren ausgeübt wird, sind im Stand der Technik

00038 insbesondere in Form metallorganischer-Gasphasen-Epi-

00039 taxieanlagen bekannt. Derartige Vorrichtungen werden

00040 beispielsweise beschrieben von den DE 35 37 544 Cl,

00041 EP 0 243 416 Bl, US 5,441,703, US 4,991,540, EP 0 324

00042 812 Bl, US 5,348,911, EP 0 428 673 Bl, US 5,162,256,

00043 DE 36 08 783 C2, DE 41 33 497 AI, DE 42 32 504 AI,

00044 US 5,772,759, DE 43 26 697 AI, DE 43 26 696 AI, DE 44

00045 46 992 AI, DE 195 22 574 AI, DE 19540 771 AI, DE 198

00046 13 523 AI. 00047

00048 Die Vorrichtung bzw. das Verfahren betrifft aber auch

00049 solche, die aus der US 5,595,606, US 5,709,757, US

00050 5,453,124, US 6,086,677 oder vom US 4,976,217 her be-

00051 kannt sind. 00052

00053 Die metallorganische Gasphasenepitaxie ist heute eine

00054 weit verbreitete industrielle Methode zur Herstellung

00055 elektronischer und optoelektronischer Bauelemente aus

00056 III/V-Verbindungshalbleitern. Verschieden dotierte

00057 Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung werden mit

00058 großer Gleichmäßigkeit auf mehreren Substraten gleich-

00059 zeitig abgeschieden. Dabei werden die wichtigen Wachs-

00060 tumsparameter wie Temperaturen, Zusammensetzung der

00061 Gasphase und Totaldruck geregelt. Die einzustellenden

00062 Werte für das jeweilige Bauelement werden in Serien von

00063 Vorversuchen ermittelt und dann für ein Bauelement

00064 entsprechend zusammengesetzt. Eine zeitliche Drift der

00065 notwendigen Einstellungen durch z.B. Alterung der

00066 Messgeräte, ein veränderter Zustand der Depositions-

00067 kammer durch Belegung oder geringe Änderungen der Umge-

00068 bungsbedingungen finden keine Berücksichtigung. Das

00069 führt oft zu nicht reproduzierbaren Schichteigenschaf-

00070 ten die nicht den Spezifikationen entsprechen. Da eini- 00071 ge Bauelemente (VCSEL, vertical cavity surface emitting

00072 laser; HEMT, high electron mobility transistors; T.ren

00073 light emitting diodes; edge emitting laser; HBT, hetero

00074 bipolar transistors, detectors, Solarzellen) eine Kon-

00075 trolle der Schichtdicke auf eine Atomlage, eine Kontrol-

00076 le der Zusammensetzung und der Dotierung auf weniger

00077 als ein Prozent erfordern, steigt der Anteil an fehler-

00078 haften Prozessen, die diese Methode ohne Kontrolle und

00079 Rückkopplung einsetzen. Erhöhte Produktionskosten sind

00080 die Folge. Zur Verbesserung dieser Situation stehen

00081 heute Messmethoden zur Verfügung, die während des

00082 Schichtwachstums die wichtigsten Schichteigenschaften

00083 messen. Mit der RAS (Reflektions Anisotropie Spektrosko-

00084 pie) kann die Wachstumsrate, die Dotierung, die Schicht-

00085 Zusammensetzung und Grenzflächeneigenschaften während

00086 des Wachstums in einem Vielzahl-Substrat-Epitaxie-

00087 reaktor bestimmt werden. Ellipsometrie, Reflektion-

00088 smessungen oder Röntgenmessungen im Reaktor können

00089 ähnliche Daten liefern, die zur Verbesserung der akti-

00090 ven Zone in einem Bauelement eingesetzt werden können.

00091 Ein einfacher Regelkreis zur nachträglichen in situ

00092 Bestimmung der Schichteigenschaften ist nicht ausrei-

00093 chend, da die bereits hergestellte Schicht mit den

00094 nicht optimalen Eigenschaften das Bauelement bereits

00095 dominieren würde. 00096

00097 Zur Kontrolle von Schichteigenschaften und Wafertem-

00098 peratur in einem Reaktor ist es bekannt, indirekte

00099 Eigenschaften an Kalibrierwafern im Prozess und danach

00100 zu messen. Die Ergebnisse und Schlussfolgerungen von

00101 Testläufen werden dann auf den eigentlichen Produktions-

00102 lauf übertragen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrun-

00103 de, die Kontrolle und Regelung von gattungsgemäßen

00104 Verfahren für die Herstellung von komplexen Strukturen 00105 aus Verbindungshalbleitern für elektronische und

00106 optoelektronische Bauelemente zu verbessern. 00107

00108 Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen

00109 angegebene Erfindung. 00110

00111 Das Verfahren wird erfindungsgemäß insbesondere dadurch

00112 weitergebildet, dass in den Vorversuchen zusätzlich zu

00113 dem Prozessparametersatz, welcher die Prozessparameter

00114 enthält, welche zu den gewünschten Schichteigenschaften

00115 führen, auch Kalibrierparameter dadurch ermittelt wer-

00116 den, dass die Abweichungen der Schichteigenschaften bei

00117 Variation einzelner Prozessparameter ermittelt werden

00118 und die jeweilige Abweichung zu der Prozessparameterva-

00119 riation in Beziehung gesetzt wird und dass im Produkti-

00120 onslauf vor dem Abscheiden der aktiven Schicht im sel-

00121 ben Produktionslauf mindestens eine Kalibrierschicht

00122 abgeschieden wird, deren Schichteigenschaften gemessen

00123 bzw. ermittelt werden, wobei durch In-Bezug-setzen

00124 dieser Eigenschaften zu den gewünschten Schichteigen-

00125 schatten Abweichungswerte gebildet werden und dass

00126 abhängig von der Größe der Abweichungswerte ein oder

00127 mehrere Prozessparameter entsprechend der Kalibrierpa-

00128 rameter zum Abscheiden der aktiven Schicht geändert

00129 werden. Die bekannte Vorrichtung wird dahingehend wei-

00130 tergebildet, dass die elektronische Steuerung aus beim

00131 Wachstum der Kalibrierschicht gewonnenen Abweichungswer-

00132 ten mit Hilfe von abgespeicherten Kalibrierparametern

00133 geänderte Prozessparameter bildet und damit die Prozess-

00134 kammerheizung, die Massenflusscontroller und die Pumpe

00135 beim Wachstum der aktiven Schichtfolge ansteuert. Es

00136 werden in einem ersten Schritt, in welchem durch Vorver-

00137 suche der optimale Prozessparametersatz ermittelt wird,

00138 zusätzlich zu diesem Prozessparametern Kalibrierpa-

00139 rameter ermittelt. Diese Kalibrierparameter geben Auf- 00140 schluss darüber, in welcher Richtung sich die Schichtei-

00141 genschaften ändern, wenn ein Prozessparameter geringfü-

00142 gig geändert wird. Aus den Kalibrierparametern ist

00143 beispielsweise erkennbar, wie sich die Stochiometrie,

00144 die Dotierung, die Morphologie, die Temperatur und die

00145 Wachstumsrate der im Moment in der Prozesskammer abge-

00146 schiedenen Schicht ändert, wenn beispielsweise die

00147 Temperatur, der Gesamtmassenfluss oder der Massenfluss

00148 eines gasförmigen Ausgangsstoffes geändert wird. Bei

00149 den Vorversuchen werden diesbezüglich Sekundärversuche

00150 durchgeführt, bei denen jeweils bevorzugt ein, mögli-

00151 cherweise aber auch mehrere Parameter gleichzeitig

00152 geändert werden. Durch in situ Messung innerhalb der

00153 Prozesskammer werden die Schichteigenschaften der im

00154 Moment wachsenden Schicht gemessen. Aus den Oberflächen-

00155 messungen können auch Volumeneigenschaften wie bei-

00156 spielsweise oberflächennahe Zusammensetzung, Zusammen-

00157 setzung der Schicht in der Tiefe oder die Wachstumsrate

00158 ermittelt werden. Diese Schichteigenschaften werden in

00159 Beziehung gesetzt zu den Schichteigenschaften, die mit

00160 dem optimalen Parametersatz gemessen bzw. ermittelt

00161 werden. Daraus werden Abweichungswerte gebildet. Aus

00162 den Abweichungswerten und aus den bekannten Prozesspara-

00163 metervariationen lassen sich dann Kalibrierparameter

00164 rechnerisch ermitteln, die angeben, in welcher Richtung

00165 durch Variation der Prozessparameter gegenzusteuern

00166 ist, wenn die Schichteigenschaften bei eingestelltem

00167 Sollparametersatz von den gewünschten Werten abweichen,

00168 was, wie oben ausgeführt, durch Drift oder Alterung

00169 oder dergleichen erfolgen kann. Erfindungsgemäß werden

00170 auf das Substrat, insbesondere nach zuvorigem Abschei-

00171 den einer PufferSchicht, eine oder mehrere Kalibrier-

00172 schichten abgeschieden. Die Abscheidung der Kalibrier-

00173 schichten erfolgt mit dem in Vorversuchen ermittelten

00174 Sollparametersatz oder mit einem Prozessparametersatz, 00175 von dem aus den Erkenntnissen zuvoriger Produktionsläu-

00176 fe die gewünschten Schichteigenschaften erzielbar sein

00177 können. Während des Wachstums der Kalibrierschicht

00178 werden die Schichteigenschaften wie bei den Vorversu-

00179 chen und beim Wachstum der aktiven Schicht gemessen

00180 bzw. ermittelt. Ergibt sich eine Abweichung zu den

00181 gewünschten Schichteigenschaften, so wird unter Beizie-

00182 hung der zuvor ermittelten Kalibrierparameter derart

00183 gegengesteuert, dass die Prozessparameter entsprechend

00184 der Kalibrierparameter abhängig von der Größe der Abwei-

00185 chungswerte geändert werden. Mit diesen geänderten

00186 Prozessparametern erfolgt das Abscheiden der aktiven

00187 Schicht . Die Ermittlung der geänderten Prozessparame-

00188 tern erfolgt bevorzugt mit der elektronischen Steuerein-

00189 heit der Vorrichtung. Es können ein oder mehrere Kali-

00190 brierschichten abgeschieden werden. Die Anzahl der

00191 abzuscheidenden Kalibrierschichten hängt von der Komple-

00192 xität der aktiven Schicht ab, die aus einer Vielzahl

00193 von Einzelschichten bestehen kann. Die Messung erfolgt

00194 bevorzugt kontaktlos und beeinflusst somit den Prozess-

00195 ablauf nicht. Bevorzugt ist das Verfahren ein MOCVD-Ver-

00196 fahren. Bei diesem Verfahren liegen die metallorgani-

00197 sehen Komponenten der Gruppe III bevorzugt in flüssiger

00198 Form vor und werden in Bädern auf einer bestimmten

00199 Temperatur gehalten. Diese Quellentemperaturen können

00200 auch von der Prozesskontrolle mit umfasst werden. Es

00201 werden dann auch hierzu Kalibrierparameter ermittelt.

00202 Die Massenflüsse der Ausgangsstoffe, denen auch Träger-

00203 gase beigemischt sein können, werden mit Massenfluss-

00204 Controllern gemessen und geregelt. Die Ausgangsstoffe

00205 können einen oder mehrere Dotierstoffe mit umfassen.

00206 Der Massenfluss der Dotierstoffe kann ebenso wie die

00207 Badtemperatur der Dotierstoffquelle ein Prozessparae-

00208 ter sein, der mit in die Prozesskontrolle einbezogen

00209 ist. Dann werden als Schichteigenschaft auch die Dotier- 00210 Stoffkonzentrationen optisch oder anderweitig während

00211 des Prozesses innerhalb der Prozesskammer bestimmt.

00212 Darüber hinaus ist es möglich, die Verspannung der

00213 Schicht als Schichteigenschaft zu bestimmen, um sie

00214 durch geeignete Änderung der Prozessparameter in ge-

00215 wünschten Grenzen zu halten. Der Sensor kann ein Ref-

00216 lektions-Anisotropie-Spektroskop (RAS) sein. Die

00217 Schichteigenschaften können aber auch mittels Ellipso-

00218 metrie oder mit anderen Methoden, z.B. mit Thermoele-

00219 mentmessungen bestimmt werden. Auch Röntgebeugung kann

00220 zur Schichteigenschaftbestimmung beigezogen werden. Die

00221 in situ ermittelten Daten können mit anderen, an unter-

00222 schiedlichen Stellen im Reaktor ermittelten Daten

00223 korreliert werden. Die Ermittlung der Kalibrierpara-

00224 meter bzw. der Abweichungswerte erfolgt ohne Beeinträch-

00225 tigung der aktiven Schicht. Diese wird bei entsprechend

00226 großen Abweichungswerten mit geänderten Parametern

00227 abgeschieden. Die Parametervariation zur Ermittlung der

00228 Kalibrierparameter durch in Beziehung setzen der Abwei-

00229 chungen der Schichteigenschaften zu den gewünschten

00230 Schichteigenschaften ist nur sehr gering, so dass die

00231 geänderten Prozessparameter beim Abscheiden der aktiven

00232 Schicht aus einer linearen Beziehung zwischen den Abwei-

00233 chungswerten und der Kalibrierparameter erfolgen kann.

00234 Zur Temperaturmessung des Substrathalters kann ein

00235 Thermoelement verwendet werden. Die Schichten der Kali-

00236 brierschichtfolgekönnen verschiedene Bandabstände besit-

00237 zen. Die Kalibrierschichten können auch verschiedene

00238 Wachstumsraten besitzen. 00239

00240 Die Erfindung betrifft ferner eine Halbleiterschichtfol-

00241 ge, die ein oder mehrere Kalibrierschichten umfasst,

00242 welcher nach einer Pufferschicht die aktive Schicht

00243 folgt . 00244 00245 Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungs- 00246 beispielen weiter erläutert. Es zeigen: 00247 00248 Fig. 1 den schematischen Aufbau einer MOCVD-Epitaxie- 00249 Vorrichtung, 00250 00251 Fig. 2 das Flussdiagramm des Prozessablaufs und 00252 00253 Fig. 3 den Aufbau einer Halbleiterschicht. 00254 00255 Der in Fig. 1 grob schematisch dargestellte Reaktor 1 00256 besitzt eine Prozesskammer 2. Durch den Gaseinlass 3 00257 gelangen die Ausgangsstoffe, beispielsweise Trime- 00258 thylgallium, Trimethylindium, Arsin, Phosphin, Wasser00259 stoff oder Stickstoff in die Prozesskammer 2. Der Zu- 00260 fluss der Gase durch den Gaseinlass 3 in die Prozesskam- 00261 mer 2 erfolgt durch Steuerung des Globalparametermassen- 00262 flusses. Zusätzlich wird der Dampfdruck der flüssigen 00263 oder festen MO-Quellen gesteuert. 00264 00265 In der Prozesskammer 2 befindet sich ein Substrathalter00266 träger 6, welcher von unten mittels einer Heizung 11 00267 beheizt wird. Auf dem Substrathalterträger, welcher um 00268 die Drehachse 8 während des Produktionslaufs gedreht 00269 wird, befinden sich ein oder mehrere Substrathalter 7, 00270 welche ebenfalls um ihre eigene Achse drehangetrieben 00271 werden. Auf den Substrathaltern 7 befinden sich die 00272 Substrate 9, bei denen es sich um Galliumarsenit- oder 00273 Indiumphosphit- oder Galliumπitrit-Einkristallscheiben 00274 handeln kann. Als Substratmaterial kommen auch Scheiben 00275 aus Magnesiumoxid, Saphir, Silicium oder Siliciumcarbit 00276 in Betracht. Oberhalb des Substrathalterträgers 7 befin00277 det sich die Prozesskammerdecke 4. Umgeben ist die 00278 Prozesskammer 2 von den Prozesskammerwänden 5. Die 00279 Prozesskammerdecke 4 und die Prozesskammerwand 5 können 00280 selbst geheizt werden. Sie können aber auch gekühlt

00281 werden. Sie werden in aller Regel vom Substrathalterträ-

00282 ger 6 strahlungsbeheizt . 00283

00284 Der Totaldruck innerhalb der Prozesskammer 2 wird mit-

00285 tels einer nicht dargestellten Pumpe geregelt, die das

00286 Gas aus der Prozesskammer heraus pumpt. 00287

00288 Die Temperatur des Substrathalterträgers 6 kann mittels

00289 eines Thermoelementes oder pyrometrisch 12 gemessen

00290 werden. Zusätzlich sind mit der Bezugsziffer 10 angedeu-

00291 tete Sensoren vorgesehen, mittels welche ellipsome-

00292 trisch oder spektroskopisch die Schichteigenschaften

00293 gemessen werden. Insbesondere werden mittels der Senso-

00294 ren während des Schichtwachstums die Oberflächenrekon-

00295 struktion, die Oberflächenstöchiometrie, die oberflä-

00296 chennahe Dotierung, die Oberflächenmorphologie, die

00297 Oberflächentemperatur und die oberflächennahe Zusammen-

00298 setzung gemessen. Aus diesen Messwerten lässt sich die

00299 Wachstumsrate oder die Zusammensetzung in der Tiefe der

00300 Schicht ermitteln. 00301

00302 Diese Schichteigenschaften werden mit den Prozessparame-

00303 tern, zu denen auch die Drehzahl des Substrathalterträ-

00304 gers und der Substrathalter gehören, in Beziehung ge-

00305 bracht. In Vorversuchen werden die optimalen Prozesspa-

00306 rameter ermittelt. Sind diese gefunden, so werden ergän-

00307 zende Vorversuche gemacht, bei denen einzelne Prozesspa-

00308 rameter geringfügig verändert werden. Diese Veränderun-

00309 gen führen zu Veränderungen der Schichteigenschaften.

00310 Die Abweichungen der Schichteigenschaften werden derar-

00311 tig mit der jeweiligen Abweichung des Prozessparameters

00312 in Bezug gesetzt, dass Kalibrierparameter bildbar sind.

00313 Dies erfolgt auf rechnerischem Wege. Die Kalibrierpara-

00314 meter geben an, in welcher Weise die Prozessparameter 00315 zu ändern sind, wenn man eine oder mehrere Schichteigen-

00316 Schäften ändern will. Dies ist immer dann erforderlich,

00317 wenn durch Drift, Alterung oder dergleichen mit den in

00318 den Vorversuchen ermittelten Prozessparametern keine

00319 Schicht mit den gewünschten Schichteigenschaften abge-

00320 schieden werden kann, sondern sich ein oder mehrere

00321 Schichteigenschaften verändert haben. Dann wird unter

00322 Verwendung der Kalibrierparameter und der ermittelten

00323 Größe der Abweichungswerte der Schichteigenschaften

00324 neue Prozessparameter gebildet, mit denen die aktive

00325 Schicht abschieden wird. 00326

00327 Zur Ermittlung der Größe der Kalibrierparameter werden

00328 vor dem Abscheiden der aktiven Schicht ein oder mehrere

00329 Kalibrierschichten auf das Substrat oder auf eine auf

00330 das Substrat aufgebrachte Pufferschicht abschieden. 00331

00332 Die Zusammensetzung oder die Folge der Kalibrierschich-

00333 ten ist von der Art der aktiven Schicht oder des akti-

00334 ven Schichtsystems abhängig. Beispielsweise ist es von

00335 Vorteil, eine Kalibrierschichtfolge mit unterschiedli-

00336 chem Bandabstand abzuscheiden, wenn die aktive Schicht

00337 PotentialtopfStrukturen aufweisen soll. Auch bei diesem

00338 Abscheiden der Kalibrierschichten wird die Zusammenset-

00339 zung, die Wachstumsrate und die Art der Grenzfläche

00340 während des Wachstums bestimmt. 00341

00342 Soll eine VCSEL-Struktur abgeschieden werden, so be-

00343 steht die Kalibrierschichtfolge aus Schichten zur Be-

00344 Stimmung der Zusammensetzung der jeweiligen Wachstumsra-

00345 ten und der jeweils mindestens erforderlichen Dotierung. 00346

00347 Zur Herstellung von Laserstrukturen besteht die Kali-

00348 brierschichtfolge bevorzugt aus Schichten, bei denen 00349 nicht nur die Dotierung, sondern auch die Verspannung 00350 der Struktur ermittelbar ist. 00351 00352 Bei der Herstellung von pseudomorphen HeteroStruktur- 00353 Feldeffekttransistoren wird beim Abscheiden der Kali00354 brierschichtfolge die Eigenschaften der aktiven Grenz00355 fläche zum leitenden Kanal, der Verspannungszustand des 00356 Kanals und die jeweils mindestens erforderliche Dotie00357 rung bestimmt. 00358 00359 Auch bei der Herstellung von Heterostruktur-Bipolar- 00360 Transistoren werden mehrere Kalibrierschichten abge00361 schieden. 00362 00363 Das Verfahren eignet sich auch zur Herstellung von 00364 niederdimensionalen Strukturen, beispielsweise Quanten00365 punkte oder Quantendrähten, die nur aus nicht zusammen00366 hängenden lateralen Atomansammlungen bestehen. 00367 00368 Mit dem Verfahren kann auch pyrometrisch oder anders 00369 optisch die Temperaturmessung innerhalb des Reaktors 00370 mittels Thermoelemente kalibriert werden. Dabei besteht 00371 die Kalibrierschichtfolge aus Schichten bestimmter 00372 Zusammensetzung, unterschiedlicher Wachstumsraten und 00373 Grenzflächen. 00374 00375 Das Verfahren eignet sich auch zur vorteilhaften Benut00376 zung von Substraten mit unterschiedlichen Oberflächenei00377 genschaften, dazu gehören z.B. die vorteilhafte Desorp- 00378 tion der Oxidschicht vor dem Wachstumsstart oder die 00379 Kontrolle des Einflusses von Surfaktanten. 00380 00381 Das Verfahren eignet sich zur Herstellung binärer, 00382 ternärer oder quaternärer Schichten mit sich ändernden 00383 Zusammensetzungen. 00384 Der Prozess folgt den in der Fig. 2 dargestellten 00385 Schritten, wobei der eigentliche Produktionslauf an dem 00386 Punkt "Start" beginnt. 00387 00388 Die Figur 3 zeigt den Schichtaufbau. Auf das nicht dar00389 gestellte Substrat wird zunächst eine Pufferschicht 14 00390 abgeschieden. Auf diese Pufferschicht 14 werden dann 00391 Kalibrierschichten 15, 16 abgeschieden. Danach erfolgt 00392 die Abscheidung einer weiteren Pufferschicht 17, auf 00393 welche dann die aktive Schicht 18 abgeschieden wird. 00394 Auf die aktive Schicht 18, die auch eine Schichtenfolge 00395 sein kann, wird eine Deckschicht 19 abgeschieden. 00396 00397 Bevorzugt kann die Verfahrenssteuerung so eingestellt 00398 werden, dass bei Nichterreichen der gewünschten Schicht- 00399 eigenschaften beim Wachsen der aktiven Schicht der 00400 Prozesslauf abgebrochen wird. Vor Abschluss des Prozess- 00401 laufes wird auf die bereits begonnene aktive Schicht 00402 eine Schlussschicht abgeschieden, so dass das Substrat 00403 erneut verwendet werden kann. 00404 00405 Wenn beim Abscheiden der Kalibrierschichten Abweichun00406 gen der aktuell erforderlichen Wachstumsparameter er00407 kannt werden, kann nach einer bekannten Gesetzmäßigkeit 00408 eine Anpassung der Wachstumsparameter vorgenommen wer00409 den. Im Einzelnen: 00410 00411 Eine Abweichung in Wachstumsrate kann durch Nachführen 00412 des Partialdrucks Elemente der III-Gruppe erfolgen. Das 00413 wiederum kann durch eine Änderung der Menge des Träger00414 gases durch die Quelle durch die Verdünnung des Gasstro00415 mes oder durch den Druck in Quelle oder durch die Tempe00416 ratur des Bades der Quelle erfolgen. 00417 00418 Eine Abweichung der Substrattemperatur kann durch die

00419 Regelung der Heizleistung oder der Substratrotationsge-

00420 schwindigkeit nachgeführt werden. 00421

00422 Eine Abweichung der Zusammensetzung kann durch das

00423 Nachführen von Partialdrucken der Reaktanten oder durch

00424 Nachführen der Wachstumstemperatur auf dem Substrat

00425 eingestellt werden. 00426

00427 Das Nachführen der Partialdrucke erfolgt bevorzugt

00428 durch Änderung des Massenflusses im zugehörigen Massen-

00429 flussregler. 00430

00431 Den Abweichungen kann auch durch Einfügen zusätzlicher

00432 Monolagen oder durch Variation der Wachstumspausen

00433 zwischen dem Abscheiden einzelner Teilschichten oder

00434 Strukturen oder durch Variation der Prozessparameter in

00435 den Wachstumspausen entgegengewirkt werden. 00436

00437 Die Prozessparameter bilden als Wertegruppe mathema-

00438 tisch gesehen einen Vector oder eine Matrix. Selbiges

00439 gilt für die variierten Prozessparameter. Auch die zu

00440 den jeweiligen Prozessparametersätzen bzw. variierten

00441 Prozessparametersätzen zugehörigen Schichteigenschaften

00442 bzw. Abweichungen bilden eine Wertgruppe, die als

00443 Vector oder Matrix mathematisch darstellbar ist. Beide

00444 Vectoren bzw. Matrizen können über funktionale Zusammen-

00445 hänge aufeinander abgebildet werden. Der Abbildungsfunk-

00446 tionensatz, der die Prozessparameter auf die Schichtei-

00447 genschaften abbildet, wird bei den Vorversuchen ermit-

00448 telt. Je nach Anzahl der Parametervariationen kann es

00449 sich dabei um lineare Funktionen oder um Funktionen

00450 höherer Ordnung handeln. Durch Bildung der zu diesem

00451 Funktionensatz zugehörigen Umkehrfunktionen bzw. Umkehr-

00452 funktionensatz, lassen sich nummerisch die Kalibrierpa- 00453 rameter ermitteln, die in einfachstem Falle durch Kons-

00454 tanten, Vectoren oder Matrizen mathematisch darstellbar

00455 sind. 00456

00457 Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswe-

00458 sentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit

00459 auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten

00460 Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) voll-

00461 inhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale

00462 dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung

00463 mit aufzunehmen. 00464

Claims

00465 Ansprüche 00466

00467 1. Verfahren zum Abscheiden insbesondere kristalliner

00468 aktiver Schichten auf insbesondere kristallinen Substra-

00469 ten aus gasförmigen Ausgangsstoffen, die insbesondere

00470 zusammen mit einem Trägergas in die Prozesskammer eines

00471 Reaktors gebracht werden, wo sie sich abhängig von in

00472 Vorversuchen ermittelten Prozessparametern wie insbeson-

00473 dere Substrattemperatur, Prozesskammerdruck, Massen-

00474 fluss der in die Prozesskammer eingebrachten Ausgangs-

00475 Stoffe und Gesamtmassenfluss insbesondere nach einer

00476 vorhergehenden pyrolytischen Zerlegung auf dem Substrat

00477 anlagern und eine aktive Schicht bilden, deren Schicht-

00478 eigenschaften, wie insbesondere Stochiometrie, Dotie-

00479 rung, Morphologie, Temperatur, Wachstumsrate oder der-

00480 gleichen mittels in die Prozesskammer wirkender Senso-

00481 ren berührungslos gemessen bzw. aus Oberflächenmessun-

00482 gen ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in

00483 den Vorversuchen zusätzlich zu dem Prozessparameter-

00484 satz, welcher die Prozessparameter enthält, welche zu

00485 den gewünschten Schichteigenschaften führen, auch Kali-

00486 brierparameter dadurch ermittelt werden, dass die Abwei-

00487 chungen der Schichteigenschaften bei Variation einzel-

00488 ner Prozessparameter ermittelt werden und die jeweilige

00489 Abweichung zu der Prozessparametervariation in Bezie-

00490 hung gesetzt wird, und dass im Produktionslauf vor dem

00491 Abscheiden der aktiven Schicht im selben Produktions-

00492 lauf mindestens eine Kalibrierschicht abgeschieden

00493 wird, deren Schichteigenschaften gemessen bzw. ermit-

00494 telt werden, wobei durch In-Beziehung-setzen dieser

00495 Eigenschaften zu den gewünschten Schichteigenschaften

00496 Abweichungswerte gebildet werden, und dass abhängig von

00497 der Größe der Abweichungswerte ein oder mehrere Prozess-

00498 parameter entsprechend der Kalibrierparameter zum Ab-

00499 scheiden der aktiven Schicht geändert werden.

00500 2. Verfahren nach Anspruch 1 oder insbesondere danach,

00501 dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ein MOCVD-

00502 Verfahren ist. 00503

00504 3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen-

00505 den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn-

00506 zeichnet, dass die Prozessparameter auch die Quellentem-

00507 peratur der flüssigen MO-Quellen umfasst. 00508

00509 4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen-

00510 den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn-

00511 zeichnet, dass die Massenflüsse mit Massenflusscontrol-

00512 lern gemessen und geregelt werden. 00513

00514 5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen-

00515 den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn-

00516 zeichnet, dass die AusgangsStoffe auch ein oder mehrere

00517 Dotierstoffe umfassen und als Schichteigenschaft auch

00518 die Dotierstoffkonzentration bestimmt wird. 00519

00520 6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen-

00521 den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn-

00522 zeichnet, dass als Schichteigenschaft auch die Verspan-

00523 nung der Schicht bestimmt wird. 00524

00525 7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen-

00526 den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn-

00527 zeichnet, dass der Sensor ein Reflexanisotropiespektro-

00528 skop (RAS) oder ein Eilipsometer ist. 00529

00530 8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen-

00531 den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn-

00532 zeichnet, dass der Sensor zur Temperaturmessung ein

00533 Thermoelement oder ein optischer Sensor bspw. Pyrometer

00534 ist.

00535 9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen00536 den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn00537 zeichnet, dass die in situ Messung mit Röntgenbeugung, 00538 Elektronenbeugung (REED) oder IR-Reflektiometrie er00539 folgt. 00540 00541 10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen00542 den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn00543 zeichnet, dass die Kalibrierschichten eine Mehrschicht00544 struktur umfassen. 00545 00546 11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen00547 den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn00548 zeichnet, dass die Schichten der Kalibrierschichtfolge 00549 verschiedene Bandabstände haben. 00550 00551 12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen00552 den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn00553 zeichnet, dass die Kalibrierschichten verschiedene 00554 Wachstumsraten besitzen. 00555 00556 13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehen00557 den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn00558 zeichnet, dass der Produktionslauf bei Nichteinhalten 00559 der gewünschten Schichteigenschaften abbricht und/oder 00560 auf der Schicht eine Deckschicht abscheidet . 00561 00562 14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß 00563 einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen, mit 00564 einer in einem Reaktionsgehäuse angeordneten Prozesskam00565 mer (2) welche insbesondere durch Wärmezufuhr zu einem 00566 Substrathalter (6, 7) heizbar ist, mit einem Gaseinlass 00567 (3) zum Einlass gasförmiger Ausgangsstoffe, deren Zer00568 fallsprodukte sich auf einem vom Substrathalter getrage00569 nen Substrat zur Ausbildung einer Schicht anlagern, mit 00570 mindestens einem in die Prozesskammer hineinwirkenden

00571 Sensor zur Ermittlung der Schichteigenschaften und mit

00572 einer elektronischen Steuereinheit zur Steuerung der

00573 Prozesskammerheizung, von Massenflusscontrollem zur

00574 Steuerung des Massenflusses der Ausgangsstoffe und

00575 einer Pumpe zur Steuerung des Prozesskammerdrucks,

00576 dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steue-

00577 rung aus beim Wachstum der Kalibrierschicht gewonnenen

00578 Abweichungswerten mit Hilfe von abgespeicherten Kali-

00579 brierparametern geänderte Prozessparameter bildet und

00580 damit die Prozesskammerheizung, die Massenflusscontrol-

00581 1er und die Pumpe beim Wachstum der aktiven Schichtfol-

00582 ge ansteuert. 00583

00584 15. Schichtfolge einer Halbleiterschicht, welche nach

00585 dem Verfahren eines oder mehrerer der vorhergehenden

00586 Ansprüche einem Substrat abgeschieden wurde, gekenn-

00587 zeichnet durch ein oder mehrere Kalibrierschichten,

00588 welchen nach einer Pufferschicht die aktive Schicht

00589 folgt.