WO2004085702A1 - Verfahren zur abscheidung von verbindungen auf einem substrat mittels metallorganischer gasphasendeposition - Google Patents

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Roland Schmidt
Nicoleta Kaluza
Konrad Wirtz
Yuri Makarov
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    • C30B29/406—Gallium nitride

Definitions

  • the invention relates to a method for depositing compounds on a substrate by means of metal-organic gas phase deposition.
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • components e.g. Lasers, high-speed transistors for cell phones or light emitting diodes can be used.
  • these structures do not consist of only one, but of two or more elements. They are therefore also referred to as compound semiconductors.
  • the organometallic gas phase deposition takes place in a so-called MOCVD system.
  • the MOCVD system can be used to deposit nitride layers that consist of two elements, such as GaN, InN or AlN, or of several elements, such as GalnN or AlGaN. These connections are referred to as binary or tern re systems.
  • nitride compounds sapphire (Al 2 0 3 ) or silicon carbide (SiC) or silicon, which have similar crystal properties to the nitrides, are used as substrates.
  • the Group III nitrides through their representatives, span a semiconductor system with a direct band gap of 1.9 eV for the InN up to 6.2 eV for the AlN. These nitride layers are economically very important, since they can emit the blue part of the visible spectrum by electrical excitation and can therefore be used to implement optoelectronic components in the corresponding energy range.
  • An example of this is pn light-emitting diodes based on GaN.
  • Gaseous compounds of gallium, indium or aluminum and NH 3 as a so-called precursor are required for the metal-organic gas phase deposition of nitride layers.
  • an organometallic compound for example trimethylgallium (TMG)
  • TMG trimethylgallium
  • the precursors are introduced into a reaction space of the plant by means of a carrier gas, for example hydrogen.
  • a carrier gas for example hydrogen.
  • the substrate a single-crystal, very thin disk (afer) that is heated.
  • the wafer is rotatably mounted on a so-called susceptor in order to achieve a uniform distribution of temperature and precursor in the gas phase over the substrate.
  • the susceptor and the substrate are heated via infrared radiators or high-frequency heating.
  • the temperature on the substrate ranges up to approx. 1500 ° C, depending on which material system is being deposited. This area is also known as the hot zone.
  • the precursors are implemented for deposition on the substrate. This happens in part in the gas phase due to the heat emanating from the substrate or through collisions with the molecules of the carrier gas.
  • the molecule fragments sit on the substrate Surface.
  • the original precursor compounds decompose and react again depending on the starting materials used, for example to GaN, InN or A1N.
  • a new layer of GaN, InN or AlN grows on the wafer atom by layer.
  • the residues of the starting molecules for example methyl groups from the TMG and hydrogen, combine to form methane. Molecules and molecular fragments that are not separated detach from the surface, are captured by the carrier gas stream like the methane and are flushed out of the MOCVD system into a gas cleaning system, the so-called scrubber.
  • MOCVD systems have two gas inlets and options for dividing the gas flows to be introduced, since immediate mixing within the system is often undesirable because of the formation of acid-base adducts.
  • a divider plate is arranged behind the gas inlets of the system in such a way that the MOCVD system is compartmentalized into an upper and a lower space.
  • Gas collecting pipes are arranged outside the system and lead to the storage containers. The raw materials, ie metal organics on the one hand and Group V or Group VI compounds on the other hand, are stored in these storage containers.
  • the precursors are thus Carrier gases (H 2 , N 2 , argon) each separately introduced into the system.
  • the gas flows are only mixed in the hot zone of the plant.
  • the carrier gas / NH 3 mixture group V compound
  • group V compound is, according to the state of the art, introduced closer to the growth surface on the substrate than viewed locally the carrier gas / metal organic mixture. The consequence of this is that nitrogen is released from ammonia by the hot surface of the substrate and is available for the reaction on the substrate. This procedure is also used for the deposition of other compounds.
  • the nitrides formed quickly deposit as parasitic deposits on the hot walls of the system.
  • the nature and the thickness of the depositions change in the course of the procedure.
  • the depositions change the growth on the substrate by catalytic decomposition of the starting compounds and cause depletion in the gas phase. Since the deposited compounds are colored dark, this affects the gas phase and surface temperatures above the substrate.
  • the nitride layers can therefore not be reproducibly deposited on the substrate.
  • the parasitic deposition also peels off after a short time.
  • the particles fall from components of the system covered with parasitic deposition onto the substrate or the sample and adversely affect the properties of the layer (s) applied there.
  • the components of the installation which are covered with parasitic deposition and which are connected to the substrate could be exchanged or cleaned as soon as a critical parasitic deposition has been deposited there.
  • the object of the invention is to provide a method for the deposition of compounds on a substrate by means of organometallic gas phase deposition without parasitic deposition occurring.
  • a first mixture of at least one carrier gas and at least one metal organic and a second mixture of at least one carrier gas and at least one Group V or Group VI compound are used in the process, the two mixtures separately in a system for separating the compound on the Substrate are introduced.
  • the method is characterized in that the at least one metal organic between the substrate and the
  • Group V or Group VI connection is initiated.
  • the at least one organometallic is thus seen closer to the substrate than the group V or group VI compound.
  • This advantageously has the effect that the thickness of parasitic deposition is considerably reduced, since the deposition is only carried out where it is desired, namely on the substrate.
  • the deposition rate is increased regularly and the layers are highly pure in comparison to layers which have been deposited according to the prior art.
  • a group II or a group III or a group IV compound or mixtures thereof can be selected as the metal organic.
  • Barium-strontium compounds (group II) or trimethylgallium, trimethylaluminium and trimethylindium (group III) or titanium isopropoxide (group IV) may be mentioned as exemplary organometallics.
  • NH 3 and / or AsH 3 and / or PH 3 can be selected as the group V compound and oxygen or diethytellur can be selected as the group VI compound.
  • the method is not restricted to the choice of such connections. Rather, the method can basically be used to deposit compounds on a substrate by means of organometallic gas phase deposition.
  • Suitable carrier gases for the compounds are hydrogen and / or nitrogen and / or argon.
  • trimethyl gallium can be selected as the group III compound and NH 3 as the group V compound, each with hydrogen as the carrier gas.
  • the metal organic / carrier gas mixture is introduced between the substrate and the NH 3 / carrier gas mixture.
  • a MOCVD system has at least two gas inlets. A first for a first mixture and at least a second for a further mixture.
  • the gases themselves are in storage containers.
  • means, in particular at least two three-way valves, are arranged between the gas inlets of the system and the storage containers for the gases in so-called gas manifolds. Suitable quick-release couplings can also be arranged.
  • the operator of such a system is able to conveniently and flexibly route gases to the parts of the system where they are are needed. This means that the gas inlets for the gas mixtures can be swapped quickly.
  • Figure 1 shows schematically a MOCVD system according to the prior art with two gas inlets 4, 5 for an upper and a lower compartment.
  • the precursors are guided separately from one another by a divider plate 1 to a substrate 2 to be coated.
  • the MOCVD system is compartmentalized by the divider plate 1 into an upper and a lower space behind the gas inlets 4, 5.
  • the substrate 2 can be, for example, a two
  • the substrate 2 is introduced into a susceptor 6, which is designed here as a rotatable plate.
  • the walls of the plant are only hinted at. This means that only one wall 3 was shown in the present case.
  • the front wall and the ceiling, as seen in the viewing direction, are not shown in order to ensure an insight into the system.
  • Fig. 2 is a cross section through the system along an imaginary line between the gas inlets and a cooling 7 in front of the susceptor (not shown).
  • the cooling 7 is only hinted at in FIG. 2.
  • the gas inlet 5 is cum / carrier gas mixture (TMG / H 2 ) and the gas inlet 4 occupied by the NH 3 / carrier gas mixture (NH 3 / H 2 ).
  • TMG / H 2 cum / carrier gas mixture
  • NH 3 / carrier gas mixture NH 3 / H 2
  • the two gas streams initially remain separated from one another by the divider plate 1 until they are mixed behind the divider plate 1 and reach the substrate on the susceptor.
  • the organometallic / carrier gas mixture is passed between the substrate and the NHs / carrier gas mixture.
  • FIG. 3 shows the mixing of the reactants above the indicated cooling 7 shortly before the susceptor 6.
  • the denser ammonia / carrier gas gas mixture diffuses in the direction of the substrate on the susceptor 6, where it mixes with the metal organic / carrier gas mixture.
  • GaN is deposited on and in front of the substrate, which catalytically accelerates the decomposition of the precursors. The total gas mixture does not reach the ceiling of the plant, so that parasitic deposition on GaN is avoided there.
  • the X-axis shows the local coordinates along a substrate or a wafer.
  • the wafer is indicated by the black bar.
  • the deposition rate after one hour is only about 1.3 microns GaN.
  • the method according to the invention in which the TMG / H 2 mixture according to the invention is passed between the substrate and the NH 3 / carrier gas mixture, that is to say locally closer to the substrate, enables an on average much higher deposition rate of approximately 4 to 5 microns.
  • rometer GaN Due to the rotatable susceptor 6, the deposition takes place uniformly on the wafer (FIG. 4b). The high deposition rates upstream of the wafer enable GaN to be deposited on this wafer with very high purity.
  • the high deposition rate is due to the fact that the gas phase does not become impoverished due to parasitic deposition on the system walls.
  • the gases are therefore available for deposition on the substrate.
  • the deposition of GaN shown in FIGS. 2 to 4 is only an example.
  • the metal organics include e.g. a mixture of barium and strontium diketonates and titanium alkoxides, e.g. Titanium isopropoxide.
  • the mixture of metal organics is introduced into the system between the substrate and oxygen as a Group VI compound.
  • FIG. 5 shows a switching device for the gas inlets of an MOCVD system.
  • the manifold 52 is with a reservoir
  • the manifold 51 is connected to a storage container for a carrier gas / group V or group VI gas mixture and is guided to the pneumatic 3/2-way valve VI.
  • the valves VI and V2 are connected via the lines to the upper compartment and the lower compartment 5 of the gas inlets. In the unpressurized state is ⁇ V2 to the upper compartment 4 and opened to the lower compartment 5 towards VI (s. Fig. 5). The gases are fed into the system as in the prior art.
  • Both valves VI and V2 are switched with only one N 2 pressure line 53 via a manually operated valve V3.
  • the mixture of carrier gas (s) and at least one organometallic substance is then passed under pressure into compartment 5, that is to say between a substrate on a susceptor 6 and a mixture of carrier gas (s) and at least one group V or group VI compound.
  • the latter gas mixture is then passed into compartment 4.
  • the divider plate 1 is only indicated in FIG. 5 and, as shown in FIGS. 1 to 3, leads almost to the susceptor 6.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abscheidung von Verbindungen auf einem Substrat mittels metallorganischer Gasphasendeposition und einem ersten Gemisch aus mindestens einem Trägergas und mindestens einem Metallorganikum sowie einem zweiten Gemisch aus mindestens einem Trägergas und mindestens einer Gruppe V- oder Gruppe VI-Verbindung, wobei beide Gemische separat in eine MOCVD-Anlage geleitet werden. Das erste Gemisch aus mindestens einem Trägergas und mindestens einem Metallorganikum wird erfindungsgemäss zwischen dem Substrat und dem zweite Gemisch aus mindestens einem Trägergas und mindestens einer Gruppe Voder Gruppe VI-Verbindung in die Anlage eingeleitet. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass keine parasitäre Deposition an den Wänden der MOCVD-Anlage entstehen. Die Abscheidungsraten sind daher gegenüber verfahren aus dem bisherigen Stand der Technik erhöht.

Description

B e s c h r e i b u n'g
Verfahren zur Abscheidung von Verbindungen auf einem Substrat mittels metallorganischer Gasphasendeposition
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abscheidung von Verbindungen auf einem Substrat mittels metallorga- nischer Gasphasendeposition.
Die metallorganische Gasphasendeposition (metal organic chemical vapor deposition: MOCVD) ist ein Verfahren zur Herstellung komplex aufgebauter SchichtStrukturen, wie sie in Bauelementen, z.B. Lasern, Hochgeschwindigkeits- transistoren für Handys oder Leuchtdioden verwendet werden. Im Gegensatz zum bekannten Silizium bestehen diese Strukturen nicht nur aus einem, sondern aus zwei oder auch mehr Elementen. Sie werden daher auch als Verbindungshalbleiter bezeichnet. Die metallorganische Gasphasendeposition findet in einer sogenannten MOCVD- Anlage statt .
Mit der MOCVD-Anlage können unter anderem Nitridschichten abgeschieden werden, die aus zwei Elementen, wie z.B. GaN, InN oder AlN oder aus mehreren Elementen, wie z.B. GalnN oder AlGaN bestehen. Diese Verbindungen werden als binäre bzw. tern re Systeme bezeichnet. Für die einkristalline Abscheidung von Nitrid-Verbindungen werden Saphir (Al203) oder Siliziumcarbid (SiC) oder Silizium, die ähnliche Kristalleigenschaften wie die Nitri- de aufweisen, als Substrate verwendet.
Die Gruppe III-Nitride, spannen durch ihre Vertreter ein Halbleitersystem mit direkter Bandlücke von 1,9 eV für das InN bis 6,2 eV für das AlN auf. Diese Nitridschichten sind wirtschaftlich sehr bedeutsam, da sie durch elektrische Anregung den blauen Teil des sichtbaren Spektrums entsenden können und daher zur Realisierung optoelektronischer Bauelemente in dem entsprechenden Energiebereich nutzbar gemacht werden. Als ein Beispiel hierfür seien pn-Leuchtdioden auf Basis von GaN genannt .
Zur metallorganischen Gasphasendeposition von Nitrid- schichten benötigt man gasförmige Verbindungen von Gallium, Indium oder Aluminium sowie NH3 als sogenannte Precursor. Im Falle von Gallium wird eine metallorganische Verbindung, z.B. Trimethylgallium (TMG) , verwendet. Mittels eines Trägergases, z.B. Wasserstoff, wer- den die Precursor in einen Reaktionsraum der Anlage eingebracht. Dort befindet sich das Substrat, eine einkristalline, sehr dünne Scheibe ( afer) , die erhitzt wird. Der Wafer ist auf einem sogenannten Suszeptor drehbar gelagert, um eine gleichmäßige Verteilung von Temperatur und Precursor in der Gasphase über dem Substrat zu erzielen. Über Infrarotstrahler oder eine Hochfrequenzheizung werden der Suszeptor und das Substrat geheizt. Die Temperatur am Substrat reicht bis ca. 1500°C, je nachdem, welches Materialsystem abge- schieden wird. Dieser Bereich wird auch als heiße Zone bezeichnet .
Zur Abscheidung auf dem Substrat, werden die Precursor umgesetzt. Dies geschieht zum Teil schon in der Gasphase durch die Hitze, die vom Substrat ausgeht, oder durch Zusammenstöße mit den Molekülen des Trägergases. Die Molekül-Bruchstücke setzen sich auf der Substrat- Oberfläche ab. Infolge der hohen Temperatur zersetzen sich die ursprünglichen Precursorverbindungen und reagieren je nach eingesetzten Edukten neu, z.B. zu GaN, InN oder A1N. Auf diese Weise wächst auf dem Wafer Atomlage für Atomlage eine neue Schicht aus GaN, InN oder AlN auf. Die Reste der Ausgangsmoleküle, beispielsweise Methylgruppen vom TMG und Wasserstoff, verbinden sich teilweise miteinander zu Methan. Nicht abgeschiedene Moleküle und Molekülbruchstücke lösen sich von der Oberfläche, werden wie das Methan vom Trägergasstrom erfaßt und aus der MOCVD-Anlage in ein Gasreinigungssystem, den sogenannten Scrubber gespült .
MOCVD-Anlagen weisen hierzu zwei Gaseinlässe und Möglichkeiten zur Teilung der einzuleitenden Gasströme auf, da eine sofortige Mischung innerhalb der Anlage wegen der Bildung von Säure-Base-Addukten häufig unerwünscht ist. Hierzu ist eine Teilerplatte hinter den Gaseinlässen der Anlage derartig angeordnet, daß die MOCVD-Anlage in einen oberen und einen unteren Raum kompartimentiert wird. Außerhalb der Anlage sind Gassammelleitungen angeordnet, die zu den Vorratsbehältern führen. In diesen Vorratsbehältern werden die Ausgangsstoffe, also einerseits Metallorganika und andererseits Gruppe V- oder Gruppe VI-Verbindungen, aufbewahrt.
Nachteilig ist es bisher nicht möglich, Gase flexibel auf die Kompartimente innerhalb der Anlage zu verteilen.
Bei der verfahrenstechnischen Herstellung von z.B. Gruppe-III-Nitridschichten mittels Gasphasendeposition in MOCVD-Anlagen werden die Precursor somit mittels ih- rer Trägergase (H2, N2, Argon) jeweils separat in die Anlage eingeleitet . Die Gasströme werden erst in der heißen Zone der Anlage gemischt. Um die Stabilisierung der Nitrid-Oberfläche zu gewährleisten, an der bevor- zugt bei Wachstumstemperatur der Stickstoff inkongruent verdampft, wird das Trägergas/NH3-Gemisch (Gruppe V- Verbindung) gemäß Stand der Technik örtlich gesehen näher zur Wachstumsoberfläche auf dem Substrat eingebracht als das Trägergas/Metallorganikum-Gemisch. Dies hat zur Folge, dass durch die heiße Oberfläche des Substrats Stickstoff aus Ammoniak freigesetzt wird und für die Reaktion auf dem Substrat zur Verfügung steht. Diese Vorgehensweise wird auch für Abscheidungen anderer Verbindungen gewählt.
Nachteilig lagern sich im genannten Fall die gebildeten Nitride aber als parasitäre Depositionen auch an den heißen Wänden der Anlage rasch ab. Die Beschaffenheit und die Dicke der Depositionen ändern sich im Laufe des Verfahrens . Die Depositionen verändern das Wachstum auf dem Substrat durch katalytische Zerlegung der Ausgangsverbindungen und verursachen eine Verarmung in der Gas- phase. Da die abgeschiedenen Verbindungen dunkel gefärbt sind, beeinflußt dies die Gasphasen- und die Oberflächentemperatur über dem Substrat. Die Nitrid- schichten können daher nicht reproduzierbar auf dem Substrat abgeschieden werden.
Die parasitäre Deposition blättert zudem nach kurzer Zeit ab. Die Partikel fallen von mit parasitärer Deposition belegten Bauteilen der Anlage auf das Substrat bzw. die Probe und beeinflussen nachteilig die Eigenschaften der dort aufgebrachten Schicht (en) . Als Lösung dieser Probleme könnten die mit parasitärer Deposition belegten Bauteile der Anlage, die mit dem Substrat in Verbindung stehen, ausgetauscht oder gereinigt werden, sobald sich dort eine kritische parasitäre Deposition abgelagert hat.
Dies ist aber nachteilig teuer, da die Anlage in der Zwischenzeit nicht benutzt werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Abscheidung von Verbindungen auf einem Substrat mittels metallorganischer Gasphasendeposition bereit zu stellen, ohne dass parasitäre Deposition auftritt.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und durch eine MOCVD-Anlage mit den Merkmalen von Patentanspruch 15 gelöst. Vorteilhaf- te Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweils darauf rückbezogenen Patentansprüchen.
Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren ein erstes Gemisch aus mindestens einem Trägergas und mindestens einem Metallorganikum sowie ein zweites Gemisch aus mindestens einem Trägergas und mindestens einer Gruppe V- oder Gruppe VI-Verbindung verwendet, wobei beide Gemische separat in eine Anlage zur Abscheidung der Verbindung auf dem Substrat eingeleitet werden. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Metallorganikum zwischen das Substrat und der
Gruppe V- oder Gruppe VI-Verbindung eingeleitet wird. Das mindestens eine Metallorganikum wird also örtlich gesehen näher an das Substrat geleitet, als die Gruppe V- oder Gruppe VI-Verbindung. Vorteilhaft wird dadurch bewirkt, daß die Dicke an parasitärer Deposition erheblich vermindert wird, da die Abscheidung nur dort vollzogen wird, wo sie erwünscht ist, nämlich auf dem Substrat. Die Abscheidungsrate wird regelmäßig erhöht und die Schichten sind hochrein im Vergleich zu Schichten, die gemäß Stand der Technik abgeschieden wurden.
Die Partikelbildung an den Wänden und an der Decke der Anlage wird auf ein Minimum reduziert. Es können repro- duzierbar viele Schichten abgeschieden werden, ohne dass mit parasitärer Deposition belegte Teile der Anlage aufwendig gewechselt werden müssen und ohne dass abgeschiedene Schichten durch abblätternde Deposition verunreinigt werden.
Als Metallorganikum kann eine Gruppe II- oder eine Gruppe III- oder eine Gruppe IV-Verbindung oder Mischungen hieraus gewählt werden. Nur beispielhaft seien Barium-Strontium-Verbindungen (Gruppe II) oder Tri- methylgallium, Trimethylaluminium und Trimethylindium (Gruppe III) oder Titanisopropoxid (Gruppe IV) als Metallorganika genannnt .
Als Gruppe V-Verbindung kann NH3 und / oder AsH3 und / oder PH3 und als Gruppe VI-Verbindungen Sauerstoff oder Diethytellur gewählt werden.
Selbstverständlich ist das Verfahren aber nicht auf die Wahl derartiger Verbindungen eingeschränkt . Vielmehr kann das Verfahren grundsätzlich zur Abscheidung von Verbindungen auf einem Substrat mittels metallorganischer Gasphasendeposition verwendet werden. Als Trägergas für die Verbindungen kommt Wasserstoff und / oder Stickstoff und / oder Argon in Betracht.
Zur Abscheidung von z.B. GaN kann Trimethylgallium als Gruppe III-Verbindung und NH3 als Gruppe-V-Verbindung mit jeweils Wasserstoff als Trägergas gewählt werden.
Dabei wird das Metallorganikum/Trägergas-Ge isch zwischen dem Substrat und dem NH3/Trägergas-Gemisch eingeleitet. Es ist aber ohne Einschränkung der Erfindung möglich, das erfindungsgemäße Verfahren auf andere Ver- bindungen zu übertragen, um parasitäre Deposition zu vermeiden.
Eine MOCVD-Anlage weist mindestens zwei Gaseinlässe auf. Einen ersten für ein erstes Gemisch und mindestens einen zweiten für ein weiteres Gemisch. Die Gase selbst befinden sich in Vorratsbehältern. Zwischen den Gasein- lässen der Anlage und den Vorratsbehältern für die Gase sind erfindungsgemäß Mittel, insbesondere mindestens zwei Drei-Wege-Ventile in sogenannten Gassammelleitungen angeordnet. Es können aber auch geeignete Schnell- Verschlusskupplungen angeordnet sein.
Dies bewirkt vorteilhaft, daß die Anlage an die Vorratsbehälter angeschlossen werden kann und die Gase je nach Bedürfnissen flexibel in verschiedene Kompartimen- te der MOCVD-Anlage eingeleitet werden können, ohne dass die Anlage umständlich von den Vorratsbehältern getrennt und neu verbunden werden muß.
Mit anderen Worten, der Betreiber einer solchen Anlage ist in der Lage, Gase nach seinen Vorstellungen bequem und flexibel in die Teile der Anlage zu leiten, wo sie benötigt werden. Dadurch können die Gaseinlässe für die Gasgemische schnell miteinander vertauscht werden.
Es ist aber auch denkbar, zu diesem Zweck andere bauliche Veränderungen an der Anlage vorzunehmen.
Im weiteren wird die Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele und der beigefügten 5 Figuren näher beschrieben.
Figur 1 zeigt schematisch eine MOCVD-Anlage gemäß Stand der Technik mit zwei Gaseinlässen 4, 5 für ein oberes und ein unteres Kompartiment . Die Precursor werden durch eine Teilerplatte 1 voneinander getrennt an ein zu beschichtendes Substrat 2 geführt. Die MOCVD-Anlage ist durch die Teilerplatte 1 in einen oberen und einen unteren Raum hinter den Gaseinlässen 4, 5 kompartimen- tiert. Das Substrat 2 kann beispielsweise ein zwei
Zoll-Wafer sein. Selbstverständlich ist das Verfahren aber nicht auf etwaige Größen oder Formen des Substrats eingeschränkt. Das Substrat 2 ist in einem Suszeptor 6 eingebracht, der hier als drehbarer Teller ausgeführt ist. Die Wände der Anlage sind nur angedeutet. Das heißt, dass im vorliegenden Fall nur eine Wand 3 dargestellt wurde. Die in Blickrichtung gesehen vordere Wand sowie die Decke sind nicht dargestellt, um einen Einblick in die Anlage zu gewährleisten.
Fig. 2 ist ein Querschnitt durch die Anlage entlang einer gedachten Linie zwischen den Gaseinlässen und einer Kühlung 7 vor dem Suszeptor (nicht dargestellt) . Die Kühlung 7 ist in Fig. 2 nur angedeutet. Im vorliegenden Fall wird der Gaseinlass 5 durch das Metallorgani- kum/Trägergas-Gemisch (TMG/H2) und der Gaseinlaß 4 durch das NH3/Trägergasgemisch (NH3/H2) belegt. Nach dem Eintritt der Gase in die Anlage bleiben die beiden Gasströme zunächst durch die Teilerplatte 1 voneinander getrennt, bis sie hinter der Teilerplatte 1 vermischt werden und an das Substrat auf dem Suszeptor gelangen. Das Metallorganikum/Trägergas-Gemisch wird erfindungsgemäß zwischen das Substrat und das NHs/Trägergasgemisch geleitet.
Fig. 3 zeigt die Vermischung der Reaktanden oberhalb der angedeuteten Kühlung 7 kurz vor dem Suszeptor 6. Das dichtere Ammoniak/Trägergas-Gasgemisch diffundiert in Richtung des Substrats auf dem Suszeptor 6, wo es sich mit dem Metallorganikum/Trägergasgemisch ver- mischt. Auf und vor dem Substrat, das die Zerlegung der Precursor katalytisch beschleunigt, kommt es zur Abscheidung von GaN. Die Gesamtgasmischung erreicht nicht die Decke der Anlage, so dass dort die parasitäre Deposition an GaN vermieden wird.
Fig. 4a stellt den Verlauf der Abscheidungen von GaN dar, wie sie im Stand der Technik auftritt. Die X-Achse zeigt die lokalen Koordinaten entlang eines Substrates bzw. eines Wafers . Der Wafer ist durch den schwarzen Balken angedeutet . Die Abscheidungsrate beträgt nach einer Stunde nur ca. 1,3 Mikrometer GaN.
Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem das TMG/H2- Gemisch erfindungsgemäß zwischen das Substrat und das NH3/Trägergasgemisch, also örtlich gesehen näher an das Substrat geleitet wird, ermöglicht eine durchschnitt- lieh viel höhere Abscheidungsrate von ca. 4 bis 5 Mik- rometer GaN. Auf Grund des drehbaren Suszeptors 6 vollzieht sich die Abscheidung gleichmäßig auf dem Wafer (Fig. 4b) . Die hohen Abscheidungsraten vor dem Wafer ermöglichen eine Abscheidung von GaN mit sehr hoher Reinheit auf diesem Wafer.
Die hohe Abscheidungsrate kommt im letzteren Fall dadurch zustande, dass die Gasphase nicht durch parasitäre Deposition an den Anlagenwänden verarmt. Die Gase stehen also der Abscheidung auf dem Substrat zur Verfü- g ng .
Die in den Figuren 2 bis 4 dargestellte Abscheidung von GaN ist nur beispielhaft.
Als ein weiteres Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren sei die Abscheidung von Zinktellurid genannt . Dabei wird zwischen Substrat und der Gruppe VI-
Verbindung Diethyltellur die Gruppe II-Verbindung Dirne- thylzink in die Anlage eingeleitet.
Es ist auch möglich, zur Abscheidung für das Dielektrikum (Ba, Sr) -Titanat ein Gemisch aus zwei oder drei Me- tallorganika zwischen Sauerstoff und dem Substrat in die Anlage einzuleiten. Die Metallorganika umfassen z.B. ein Gemisch aus Diketonaten des Barium und Strontium sowie Alkoxiden des Titan, z.B. Titanisopropoxid. Dabei wird zwischen Substrat und Sauerstoff als Gruppe VI-Verbindung das Gemisch aus Metallorganika in die Anlage eingeleitet .
Es ist darüber hinaus möglich zur Herstellung der jeweiligen Schichtverbindungen jeweils geeignete Kombina- tionen von Metallorganika und Gruppe V- bzw. Gruppe VI- Verbindungen, wie in Tab. 1 angegeben, auszuwählen.
Fig. 5 zeigt eine Umschaltvorrichtung für die Gaseinlässe einer MOCVD-Anlage.
Die Sammelleitung 52 ist mit einem Vorratsbehälter
(nicht dargestellt) für ein Trägergas/Metallorganikum- Gasgemisch verbunden und wird auf das pneumatische 3/2- Wege-Ventil V2 geführt. Die Sammelleitung 51 ist mit einem Vorratsbehälter für ein Trägergas/Gruppe V- oder Gruppe VI-Gasgemisch verbunden und wird auf das pneumatische 3/2-Wege-Ventil VI geführt. Die Ventile VI und V2 sind über die Leitungen mit dem oberen Kompartiment und dem unteren Kompartiment 5 der Gaseinlässe verbunden. Im drucklosen Zustand ist V2 zum oberen Kompar- timent 4λ und VI zum unteren Kompartiment 5 hin geöffnet (s. Fig. 5) . Die Gase werden wie im Stand der Technik in die Anlage geleitet .
Beide Ventile VI und V2 werden mit nur einer N2-Druckleitung 53 über ein handbetriebenes Ventil V3 umge- schaltet. Das Gemisch aus Trägergas (en) und mindestens einem Metallorganikum wird dann unter Druck in Kompartiment 5 geleitet, also zwischen einem Substrat auf einem Suszeptor 6 und einem Gemisch aus Trägergas (en) und mindestens einer Gruppe V oder Gruppe Vl-Verbin- düng. Letztgenanntes Gasgemisch wird dann in Kompartiment 4 geleitet. Die Teilerplatte 1 ist in Fig. 5 nur angedeutet und führt wie in den Figuren 1 bis 3 gezeigt fast bis zum Suszeptor 6.
Somit ist gewährleistet, dass niemals die unterschied- liehen Gasgemische gleichzeitig auf ein und dasselbe Kompartiment 4 5 gegeben werden können. Eine derartige Verbesserung erlaubt eine sichere und zugleich flexible Zuleitung der Gasgemische in das obere und untere Kompartiment 4λ, 5 der Anlage.
Teileliste :
• 3/2-Wegeventile (VI, V2) : 1/4 Zoll VCR-FFF
• 3/2-Wegeventil (V3) handbetätigt, Schalttafel- Einbauventil (Bosch) 0820 402 024 3/2 WV NG4 (1/8 Zoll)
• Edelstahlrohr 1/8 Zoll elektropoliert
• Pneumatikschlauch 1/8 Zoll
Tabelle 1
Figure imgf000015_0001
Fortsetzung von Tabelle 1
Figure imgf000016_0001
Fortsetzung von Tabelle 1
Figure imgf000017_0001

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Abscheidung von Verbindungen auf einem Substrat mittels metallorganischer Gasphasendeposition und einem ersten Gemisch aus mindestens einem Trägergas und mindestens einem Metallorgani- kum sowie einem zweiten Gemisch aus mindestens einem Trägergas und mindestens einer Gruppe V- oder Gruppe VI-Verbindung, wobei beide Gemische separat in eine MOCVD-Anlage geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gemisch aus mindestens einem Trägergas und mindestens einem Metallorganikum zwischen das Substrat und das zweite Gemisch aus mindestens einem Trägergas und mindestens einer Gruppe V- oder Gruppe VI-Verbindung in die Anlage geleitet wird.
2. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass für das erste Gemisch mindestens eine Gruppe II- Verbindung als Metallorganikum gewählt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
Dimethylzink als Metallorganikum.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
(Ba, Sr) -Verbindungen als Metallorganika.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das erste Gemisch mindestens eine Gruppe III- Verbindung als Metallorganikum gewählt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
Trimethylgallium und / oder Trimetylaluminium und / oder Trimethylindium als Metallorganika.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das erste Gemisch mindestens eine Gruppe IV- Verbindung als Metallorganikum gewählt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
Titanisopropoxid als Metallorganikum.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
AsH3 und /oder PH3 und /oder NH3 als Gruppe V- Verbindung gewählt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
Sauerstoff oder Diethyltellur als Gruppe VI- Verbindung gewählt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
Ill/V-Verbindungen und / oder II/VT -Verbindungen abgeschieden werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
GaN, AlN oder InN oder Legierungen dieser Verbindungen abgeschieden werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Oxide, insbesondere (Ba, Sr) -Titanat abgeschieden werden.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägergas Wasserstoff und / oder Stickstoff und
/ oder Argon verwendet wird.
15. MOCVD-Anlage für die Gasphasendeposition mit mindestens zwei Gaseinlässen (4, 5), gekennzeichnet durch Mittel zur flexiblen Einleitung von Gasen in die
Anlage .
16. MOCVD-Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Gaseinlässen (4, 5) und den Vorratsbe- hältern für in die Anlage einzuleitenden Gase Gassammelleitungen (51, 52, 53) mindestens zwei Ventile (VI, V2 , V3) angeordnet sind.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass SiC, Saphir, Silizium, InP (Indiumphosphid) , InAs
(Indiumarsenid) , GaAs (Galliumarsenid) , GaN (Galliumnitrid) , AlN (Aluminiumnitrid) , GaSb (Galliuman- timonid) und / oder GaP (Galliumphosphid) als Substrate gewählt werden.
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