WO2012143257A1 - Vorrichtung und verfahren zum abscheiden von halbleiterschichten mit hcl-zugabe zur unterdrückung parasitären wachstums - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum abscheiden von halbleiterschichten mit hcl-zugabe zur unterdrückung parasitären wachstums Download PDF

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Definitions

  • DE 102007009145 AI describes a device according to the preamble of claim 1.
  • the device described there for performing a MOCVD method has three superimposed gas inlet zones through which different process gases can be introduced into the process chamber. Through a gas inlet zone adjacent to the susceptor, NH3, a gas inlet zone adjacent to the process chamber ceiling, inter alia HCl and through a gas inlet zone located therebetween organometallic component introduced. The introduction of the process gases takes place together with a carrier gas.
  • No. 7,585,769 B2 describes a device or a method for depositing III-V semiconductor layers on a substrate in a reactor housing.
  • the process gases introduced into the process chamber of the reactor housing contain a hydride, for example ammonia, an organometallic component, for example trimethylgallium, and a halogen component, for example hydrogen chloride.
  • the apparatus has a gas inlet member disposed vertically above a susceptor which extends in the vertical direction and carries a substrate which is heated to a process temperature using heaters.
  • the halogen component should either be introduced together with the other process gases or separately into the process chamber and there should prevent or suppress the formation of particles in the gas phase.
  • US 4,961,399 A describes an apparatus for depositing III-V layers on a plurality of substrates arranged around a center of a rotationally symmetrical process chamber.
  • a gas inlet member is arranged in the center of the process chamber and serves to introduce a hydride, for example NH3, A5H3 or PH3.
  • organometallic compounds which may be, for example, TMGa, TMIn or TMA1 are introduced into the process chamber through the gas inlet element.
  • a carrier gas in particular in the form of hydrogen, is introduced into the process chamber.
  • the susceptor is heated from below. This can be done by means of thermal radiation, by means of high-frequency coupling or otherwise.
  • a useful heater which is arranged below the susceptor is described in DE 102 47921 AI. at In such a CVD reactor, the process chamber extends in a horizontal direction, is bounded below by a susceptor and at the top by a ceiling plate.
  • DE 10 163 394 A1, DE 10 2006 018 515 A1 and US 2008/0132040 Al describe the use of HCl for etching the process chamber after a coating process or the use of HCl as a transport gas for gallium or indium in an HVPE process
  • DE 10 2004 009 130 A1 describes a MOCVD reactor with a process chamber arranged symmetrically about a central gas inlet member. Trimethylgallium and ammonia are introduced into the process chamber together with hydrogen.
  • the process gases are introduced into the process chamber at an inlet temperature that is at room temperature or below 100 ° Celsius.
  • the ceiling of the process chamber is kept at a ceiling temperature of less than 500 ° Celsius.
  • the substrate temperature is in the range of about 1000 ° Celsius. Depending on the process gas used or the desired process success, these temperatures vary by 50 ° to 100 ° Celsius.
  • the process gases introduced into the process chamber and the carrier gas are heated. This is done essentially via heat conduction. The heat is introduced via the contact of the carrier gas with the process chamber ceiling or the susceptor in the gas phase.
  • the growth zone adjoining the flow zone is - according to previous knowledge - the area within the process chamber, within which at least the III component is almost completely decomposed, that is essentially only decomposition products or only metal atoms in the gas phase are present. These diffuse from the volumetric flow above the substrates arranged in the growth zone in the direction of the substrate surface, where the decomposition products are completely decomposed and the hydride decomposes stoichiometrically. Growth is described in previous theories of a boundary-layer diffusion model.
  • the offer, ie the partial pressure of the III component is selected such that the decomposition products are pyrolytically deposited on the substrate surface in the form of a crystal.
  • the surface of the substrate is therefore also monocrystalline.
  • DE 10 2004 009 130 A1 shows on the basis of FIG. 2 that the growth rate within the growth zone decreases in the direction of flow.
  • a suitable process management can be a straight line of the decrease of Set growth rate.
  • the reason for the decline in the growth rate is the steady depletion of the gas phase due to the actual growth process. If the substrates are rotated by rotating substrate holders, this depletion effect can be compensated.
  • Homogeneous layer growth on the substrates lying on rotationally driven substrate holders requires a substantially linear course of the depletion curve or the growth rate in the growth zone in which the at least one substrate lies.
  • the process parameters such as gas flows, total gas pressure and temperature must be set so that the maximum of the growth rate in a zone immediately before the growth zone, ie at the downstream end of the flow zone. This has the consequence that in the course of the growth process immediately before the growth zone parasitic layer growth takes place on the susceptor surface.
  • Such layer growth is disadvantageous for at least two reasons.
  • the gas inlet member is cooled by a cooling device to an inlet temperature which is below the decomposition temperature of the process gases.
  • the process gas enters the process chamber through gas inlet zones arranged vertically one above the other.
  • the process gas passes in the horizontal direction a flow zone within which the process gases can mix. Since the hydride and the halogen component are vertically spaced apart at different levels in the process chamber are introduced, meet halogen component and hydride only at a horizontal distance downstream of the inlet zone within the flow zone to each other.
  • the halogen component flows separately from the other prosyst gases directly above the susceptor, ie in the lowermost gas layer into the process chamber, the halogen component concentration in the lowermost gas layer immediately above the susceptor is highest.
  • the halogen component thus develops a somewhat corrosive effect in the flow zone.
  • metal halide components or compounds of the decomposition products of the organometallic component with the halogen component which are volatile, form within the gas phase above the susceptor. As it flows through the flow zone, the hydride and the halogen component diffuse toward one another.
  • the gases have already been heated in such a way that the gas temperature is above a reaction temperature at which the hydride and the halogen component react with one another to form a solid.
  • the location at which the halogen component and the hydride first come into contact with each other is alternatively or even within an adduct formation zone, ie in a region of the process chamber in which the gas temperature lies within an adduct formation temperature range.
  • Such adducts are formed, in particular, between ammonia and decomposition products of TMGa, TMA1 or TMIn.
  • the inlet zone for the V or VI component is located directly below the process chamber ceiling.
  • the process chamber ceiling is thermally insulated from the cooled gas inlet member.
  • the process chamber ceiling can be actively heated, to which the process chamber ceiling is assigned a separate heating device. But it is also possible that the process chamber ceiling is only passively heated.
  • the susceptor is provided with a heater, such as a water-cooled RF coil heats and radiates heat that heats the process chamber ceiling.
  • the gas inlet member may be located in the center of a rotationally symmetrical planetary reactor.
  • the susceptor forms a plurality of circular disk-like substrate holders surrounding the gas inlet member, which support one or more substrates and which are rotated about their axis during growth.
  • the gas inlet element fed from above lies in the center of the process chamber.
  • the precursor zone of the susceptor is coated with decomposition products of the process gases, in particular decomposition products of TMGa, TMA1 or TMIn, this parasitic growth is reduced by targeted introduction of the halogen component in the surface area of the particular ring-shaped precursor zone.
  • the halogen component is preferably a hydrogen halide component and especially HCl. But it can also be a gaseous halogen, for example Cl 2 .
  • the V component is preferably ammonia, arsine or phosphine.
  • the process according to the invention is carried out in the case of such process parameters, ie partial gas pressures of the process gases, such susceptor temperature, total gas flow and total pressure in which, without feed-in Halogen component parasitic growth takes place on a heated surface portion of the flow zone of the process chamber upstream of the substrate and on which the halogen component feed suppresses the parasitic growth.
  • the introduction of the halogen component, in particular of HCl, is greater to suppress the parasitic growth upstream of the substrates than is required to suppress parasitic nucleation processes in the gas phase.
  • the molar rate of the halogen component fed into the process chamber to the III component can be up to 70%.
  • the molar ratio between HCl flow and TMGa flow can be up to 1: 1 or even up to 2: 1.
  • HCl is offered in excess.
  • a high separation gas flow is fed between the V component inlet zone and the halogen component inlet zone.
  • the separation gas inlet zone can also have a greater height, so that the HCl diffusion to the hydride is reduced.
  • Fig. V Schematically a sectional view of a process chamber arranged in a reactor housing, not shown, which is flowed through in the horizontal direction of the process gas together with a gas mixing / supply device, in which only the
  • essential elements 2 the temperature profile in the flow direction at three different positions in the process chamber
  • FIG. 3 shows a solid line schematically the course of the growth rate over the flow direction without HCl feed and as a dashed line with HCl feed
  • FIG. 4 shows a plan view of a susceptor of a horizontal chamber reactor with a centric gas inlet element, wherein the flow zone V is indicated by a dashed line and a zone C by a dot-dash line between the dashed line, in which a parasitic occupancy takes place,
  • Fig. 6 the growth rate on the substrate as a function of the distance to the gas inlet member.
  • the gas mixing / supply device 34 shown in FIG. 1 has a hydride source 30, which in the exemplary embodiment is an ammonia source. It also has a source of an organometallic component 31, which in the exemplary embodiment is trimethylgallium. Furthermore, a halogen component source 32 of a halogen component is provided, which in the exemplary embodiment is HCl. Finally, the gas mixing / supply device 34 also has a carrier gas source 33, wherein the carrier gas is hydrogen.
  • the sources 30, 31, 32, 33 are shown as gas tanks. It may be a gas cylinder or a bubbler. Each gas source 30, 31, 32 is connected to a gas outlet, which can be closed by a valve 26, 27, 28, 29, which valves 26, 27, 28, 29 can be switched by a control device, not shown.
  • mass flow regulators 22, 23, 24, 25, Downstream of the valves 26, 27, 28, 29 are mass flow regulators 22, 23, 24, 25, with which a carrier gas stream or a stream of the hydride, the organometallic component or the halogen component is adjustable.
  • the mass flow controller 24 regulates a halogen component gas stream which is diluted with the carrier gas stream and which is fed through a halogen component feed line 21 to a halogen component inlet zone 10 of a gas inlet element 7.
  • mass flow controller 23 With the mass flow controller 23, the mass flow of an organometallic component, which can be promoted for example with a carrier gas from a bubbler, regulated.
  • this gas stream is diluted and replaced by a MO
  • the MO feed line 20 upstream of the MO inlet zone 9 is provided with valves 27 and mass flow controllers 23 such that it is not possible to introduce a halogen component from the halogen component source 32 or 32 during the feeding of the halogen component through the halogen component inlet zone 10 to pass a hydride from the hydride source 30 through the MO inlet zone 9.
  • the said gas inlet zones 8, 9, 10 are associated with a gas inlet member and, as is generally known from DE 10 2004 009 130 AI, arranged vertically one above the other.
  • the gas inlet member 7 is cooled. It has partitions 12, 13, an upper wall 14 and a lower wall, in which a cooling liquid channel 11 is shown. Preferably, all partitions 12, 13, 14 are liquid-cooled and have this cooling liquid channels.
  • the gas inlet member 7 forms the gas inlet zone E. By means of cooling water, the gas inlet member 7 can be maintained at temperatures in the range below 250 ° C or 300 ° C.
  • the heights of the hydride inlet zone 8, the separation gas inlet zone 9 and the halogen component inlet zone 10 may have the height ratio 1: 2: 1.
  • the height ratio 1: 3: 1 is provided.
  • a feed zone V connects to the inlet zone E.
  • the flow zone V extends over a heated wall portion 15 of the susceptor 2.
  • the heating of the susceptor 2 via an RF heater 18 in the form of a water-cooled induction coil, which is arranged below the susceptor 2.
  • eddy currents are thereby produced, which leads to a heating of the susceptor 2.
  • the growth zone G Downstream of the flow zone V extends the growth zone G, in which one or more substrate holders 3 are arranged.
  • a circular disk-shaped substrate holder 3 is shown, which rests in a recess 5 of the susceptor 2 and which is rotated on a gas cushion during the implementation of the method.
  • a substrate 4 to be coated On the substrate holder 3 there is a substrate 4 to be coated whose substrate temperature T s can be regulated to a value typically between 900 and 1100 ° C.
  • the hot susceptor 2 heats the process chamber 1 to a temperature T c .
  • a gas temperature TB sets in, which is between the process chamber ceiling temperature T c and the substrate temperature T s .
  • the process chamber shown schematically in FIG. 1 has a circular susceptor 2, which concentrically surrounds the likewise gas-symmetrical gas inlet member 7.
  • the vertical spacing of the partitions 12, 13, which defines the height of the MO inlet zone 9, is chosen such that the diffusion boundary layer D shown in dashed lines in FIG. 1 is formed.
  • the diffusion boundary layer D symbolizes the boundary up to which halogen components introduced from the halogen component inlet zone 10 in the upstream zone to the hydrofluid flow and introduced through the hydride inlet zone 8 diffuse downwards in the direction of the halogen component.
  • the hydrides or halogen components thereby diffuse into a separation gas flow which enters the process chamber through the separation gas inlet zone 9.
  • the inlet zone 9 located between the hydride inlet zone 8 and the halogen component inlet zone 10 therefore forms a separating gas inlet zone through which, together with a carrier gas, the organometallic component is also introduced into the process chamber.
  • FIG. 2 schematically shows the profile of the temperature T s of the susceptor, the temperature TB of the gas approximately in the vertical center of the process chamber, and the temperature T c of the process chamber ceiling, in each case along the flow direction of the process gas. It can be seen that in the region of the preliminary zone V, the gas temperature has the lowest values. Thus, a cold finger forms approximately in the middle of the flow zone. At the end of the cold finger, where the halogen component comes into contact with the hydride, adducts are formed in the absence of the halogen component, inter alia, with the use of ammonia and TMGa.
  • the spatially separate inlet of the halogen component of the hydride leads process technology to an injection of the halogen component in an adduct formation volume, which lies in the zone M.
  • This adduct formation volume is doped with the halogen component, it being sufficient if a maximum of 250 ppm of the total amount of gas HCl or the HCl flow in the process chamber is below 10% of the MO gas flow.
  • the temperature T s of the susceptor 2 increases linearly in the region of the flow zone V and then proceeds substantially constantly in the region of the growth zone G and decreases again in the region of the outlet zone.
  • the temperature T c of the radiant-heated reactor ceiling 6 also increases continuously in the region of the flow zone V and runs in the Area of the growth zone G constant, and then drop off again in the region of the outlet zone A.
  • the gas temperature TB has substantially the same course as the temperatures T s and T c . However, it rises more steeply in the flow zone V than the temperature T c of the process chamber ceiling 6. It exceeds only in the zone M the temperature T c of the process chamber ceiling.
  • FIG. 3 qualitatively shows the progression of the growth rate in the direction of flow as a solid line without HCl feed and as a dashed line with HCl feed, the course of the growth rate curve substantially corresponds to the profile of the partial pressure of the metal of the II or III component in the gas phase. It can be seen that without HCl feed, the maximum of the growth rate r is in the feed zone V, immediately upstream of the growth zone G, ie in the gas mixing zone M. Without HCl feed, the growth rate r or the depletion curve of the Metal component in the growth zone G non-linear, so that it comes to inhomogeneous growth on the rotated during the deposition process substrates. The edge regions of the substrates have a higher layer thickness than the center of the substrates.
  • halogen component for example HCl
  • the halogen component can develop there a surface-etching effect, so that in the hot flow zone 15 parasitic growth can be suppressed.
  • the maximum of the growth rate shifts towards the downstream.
  • the depletion curve is linear. The latter can be attributed in particular to the reduced adduct formation due to the HCl feed.
  • the length of the growth zone G in the flow direction may be more than 150 mm. Within this length of the growth zone G, the gas phase depletion decreases in particular III component linearly, so that 4 layers with a homogeneous layer thickness can be deposited by rotating the substrate.
  • gallium nitrite was deposited at a substrate temperature Ts of 1050 ° C and at a process chamber ceiling temperature T c of 900 ° C at a respective same hydrogen carrier gas amount. This was done at residence times of 0.58 seconds, 1.01 seconds and 1.52 seconds. Radial depletion was measured by growth rates on a 4-inch sapphire substrate. Without the addition of HCl, the depletion curve is very inhomogeneous with high residence times and drops below one third even in the middle of the growth zone G. Due to the addition of only 2 sccm HCl, the depletion curves are essentially congruent for all three residence times.
  • U ⁇ H 2 tion of the process chamber is taken to ensure that the index remains constant, where U is the average gas velocity in all three inlet levels at the same pressure, H is the height of the central inlet, R is the radius of the gas inlet member 7 and D is the diffusion coefficient of the process gas in the gas mixture.
  • H the height of the central inlet
  • R the radius of the gas inlet member 7
  • D the diffusion coefficient of the process gas in the gas mixture.
  • halogen component in particular HCl
  • the metal-organic component mixed with the hydride can also be fed into the process chamber through a common gas inlet zone.
  • the ammonia partial pressure 95 mbar, the TMGa Partial pressure 0.073 mbar to 0.76 mbar correspond.
  • the growth rate saturates at a TMGa partial pressure of about 0.255 mbar.
  • the growth rate can be increased to values above 10 ⁇ / h.
  • TMGa were at a TMGa partial pressure of 0.35 mbar 13.8 ⁇ / h and at a TMGa partial pressure of 0.76 mbar 26.5 ⁇ / h achieved as a growth rate.
  • the measured surface temperature on the substrates was 1,065 ° C.
  • the gas inlet ensure a total gas flow of 82 slm (standard liters per minute) initiated. It contained a TMGa flow of about 0.6 mmol / min.
  • the molar ratio between the V component and the III component was 1244.
  • the NH3-FIUSS was 16.6 slm.
  • a growth rate of 2 ⁇ / h a layer was deposited on the substrate over a total time of two hours. The experiments were carried out without HCl feed and with different levels of HCl feeds.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Abscheiden von II-VI- oder III-V-Halbleiterschichten auf einem oder mehreren Substraten (4), mit einem Reaktorgehäuse aufweisend eine im Reaktorgehäuse angeordnete Prozesskammer (1), einen in der Prozesskammer (1) angeordneten Suszeptor (2) zur Aufnahme des Substrates (4), eine Heizeinrichtung (18) zum Aufheizen des Suszeptors (2), ein Gaseinlassorgan (7) mit einer Gasmisch-/ Versorgungseinrichtung (34) aufweisend eine Quelle (31) für die metallorganische Komponente, eine Quelle (30) für ein Hydrid, und eine Quelle (32) für die Halogenkomponente, wobei die Quellen (30, 31, 32), mit dem Gaseinlassorgan (7) verbunden sind, um die Gase in voneinander getrennten Gasflüssen in die aufgeheizte Prozesskammer (1) zu bringen. Zur Verminderung einer parasitären Belegung des Suszeptors stromaufwärts des Substrates, wird vorgeschlagen, dass das Gaseinlassorgan (7) mehrere voneinander getrennte Gaseinlasszonen (8, 9, 10) aufweist, wobei eine Halogenkomponenteneinlasszone (10), die mit der Halogenkomponentenquelle (32) verbunden ist, stromaufwärts unmittelbar vor einem beheizten Oberflächenabschnitt (15) der Prozesskammer und ihm am nächsten liegend angeordnet ist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Abscheiden von Halbleiterschichten mit HCl-Zugabe zur Unterdrückung parasitären Wachstums
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von II-VI oder III-V Halbleiterschichten auf einem oder mehreren Substraten, mit einem Reaktorgehäuse aufweisend eine im Reaktorgehäuse angeordnete Prozesskammer, einen in der Prozesskammer angeordneten Suszeptor zur Aufnahme des Substrates, eine Heizeinrichtung zum Aufheizen des Suszeptors auf eine Suszeptortempe- ratur, ein Gaseinlassorgan, das der Prozesskammer zugeordnet ist, um ggf. zu- sammen mit jeweils in einem Trägergas Prozessgase in Form einer V- oder VI- Komponente, insbesondere eines Hydrids, einer metallorganischen II- oder III- Komponente und einer Halogenkomponente in die Prozesskammer einzuleiten, und eine Gasauslasseinrichtung zum Austritt von Reaktionsprodukten und ggf. des Trägergases aus der Prozesskammer, mit einer Gasmisch/ -Versorgungs- einrichtung aufweisend eine Quelle für die metallorganische Komponente, eine Quelle für die V- oder VI-Komponente, insbesondere das Hydrid und eine Quelle für das Halogenkomponente, wobei die Quellen über Förderleitungen, und von einer Steuereinrichtung ansteuerbare Ventile und Massenflussregler aufweisen, mit dem Gaseinlassorgan verbunden sind, um die metallorganische Komponente, die V- oder VI-Komponente, insbesondere das Hydrid und das Halogenkomponente in voneinander getrennten Gasflüssen ggf. jeweils zusammen mit dem Trägergas in die aufgeheizte Prozesskammer zu bringen, wobei in nacheinander abfolgenden Prozessschritten mittels der die Ventile und die Massenflussregler ansteuernden Steuereinrichtung Prozessgase in vonein- ander abweichender Zusammensetzung in die Prozesskammer eingespeist werden. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Abscheiden von II-VI oder III-V-Schichten auf einem oder mehreren Substraten, wobei Prozessgase in Form einer metallorganischen II- oder III-Komponente, einer V- oder VI- Komponente, insbesondere eines Hydrids und einer Halogenkomponente in einer Gasmisch/ -Versorgungseinrichtung bereitgestellt werden, das mindestens eine Substrat auf einen Suszeptor in einer Prozesskammer aufgebracht wird, der Suszeptor und zumindest eine Prozesskammerwand auf eine Suszep- tortemperatur bzw. Wandtemperatur aufgeheizt werden, die Prozessgase ggf. zusammen mit einem Trägergas in voneinander getrennten Gasflüssen mittels eines Gaseinlassorganes in die Prozesskammer eingebracht werden, wo die metallorganische Komponente und die V- oder VI-Komponente, insbesondere das Hydrid pyrolytisch an der Substratoberfläche miteinander reagieren, so dass auf dem Substrat eine Schicht abgeschieden wird, und die Halogenkomponente eine parasitäre Partikelbildung in der Gasphase vermindert bzw. unterdrückt und das Trägergas zusammen mit Reaktionsprodukten durch eine Gasauslasseinrichtung die Prozesskammer verläset, wobei in nacheinander abfolgenden Prozessschritten mittels einer die Ventile und die Massenflussregler ansteuernden Steuereinrichtung Prozessgase in voneinander abweichender Zusammensetzung in die Prozesskammer eingespeist werden.
Die DE 102007009145 AI beschreibt eine Vorrichtung gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1. Die dort beschriebene Vorrichtung zur Durchführung eines MOCVD-Verfahrens besitzt drei übereinander angeordnete Gaseinlasszonen, durch die voneinander verschiedene Prozessgase in die Prozesskammer einge- leitet werden können. Durch eine dem Suszeptor benachbarte Gaseinlasszone wird NH3, durch eine der Prozesskammerdecke benachbarte Gaseinlasszone unter anderem HCl und durch eine dazwischen liegende Gaseinlasszone eine metallorganische Komponente eingeleitet. Die Einleitung der Prozessgase erfolgt jeweils zusammen mit einem Trägergas.
Die US 7,585,769 B2 beschreibt eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zum Ab- scheiden von III-V Halbleiterschichten auf einem Substrat in einem Reaktorgehäuse. Die in die Prozesskammer des Reaktorgehäuses eingeleiteten Prozessgase enthalten ein Hydrid, beispielsweise Ammoniak, eine metallorganische Komponente, beispielsweise Trimethylgallium, und eine Halogenkomponente, beispielsweise Chlorwasserstoff. Die Vorrichtung besitzt ein Gaseinlassorgan, welches vertikal oberhalb eines Suszeptors angeordnet ist, welcher sich in Vertikalrichtung erstreckt und ein Substrat trägt, welches unter Verwendung von Heizungen auf eine Prozesstemperatur gebracht wird. Die Halogenkomponente soll entweder zusammen mit den übrigen Prozessgasen oder separat in die Prozesskammer eingeleitet werden und soll dort die Bildung von Partikeln in der Gasphase verhindern bzw. unterdrücken.
Die US 4,961,399 A beschreibt eine Vorrichtung zum Abscheiden von III-V- Schichten auf einer Vielzahl um ein Zentrum einer rotationssymmetrischen Prozesskammer angeordneten Substraten. Ein Gaseinlassorgan ist im Zentrum der Prozesskammer angeordnet und dient zum Einleiten eines Hydrides beispielsweise NH3, A5H3 oder PH3. Durch das Gaseinlassorgan werden darüber hinaus auch metallorganische Verbindungen, bei denen es sich beispielsweise um TMGa, TMIn oder TMA1 handeln kann, in die Prozesskammer eingeleitet. Zusammen mit diesen Prozessgasen wird auch ein Trägergas, insbesondere in Form von Wasserstoff, in die Prozesskammer eingeleitet. Der Suszeptor wird von unten geheizt. Dies kann mittels Wärmestrahlung, mittels Hochfrequenzkopplung oder anderweitig erfolgen. Eine brauchbare Heizung, die unterhalb des Suszeptors angeordnet ist, wird in der DE 102 47921 AI beschrieben. Bei einem solchen CVD-Reaktor erstreckt sich die Prozesskammer in horizontaler Richtung, wird unten von einem Suszeptor und oben von einer Deckenplatte begrenzt. Die DE 10 163 394 AI, DE 10 2006 018 515 AI und die US 2008/0132040 AI beschreiben die Verwendung von HCl zum Ätzen der Prozesskammer nach einem Beschichtungsprozess bzw. die Verwendung von HCl als Transportgas für Gallium bzw. Indium in einem HVPE-Prozess. Die DE 10 2004 009 130 AI beschreibt einen MOCVD-Reaktor mit einer symmetrisch um ein zentrales Gaseinlassorgan angeordneten Prozesskammer. In die Prozesskammer wird zusammen mit Wasserstoff Trimethylgallium und Ammoniak eingeleitet. In dieser Schrift werden auch theoretische Überlegungen zum Wachstumsprozess angestellt. Die Prozessgase werden bei einer Ein- lasstemperatur, die bei Raumtemperatur bzw. unterhalb von 100° Celsius liegt, in die Prozesskammer eingeleitet. Die Decke der Prozesskammer wird auf einer Deckentemperatur von unter 500° Celsius gehalten. Die Substrattemperatur liegt im Bereich von etwa 1000° Celsius. Je nach verwendetem Prozessgas bzw. gewünschtem Prozesserfolg variieren diese Temperaturen um 50° bis 100° Cel- sius. In einer Vorlaufzone, die sich unmittelbar an das Gaseinlassorgan anschließt, werden die in die Prozesskammer eingeleiteten Prozessgase und das Trägergas aufgeheizt. Dies erfolgt im wesentlichen über Wärmeleitung. Die Wärme wird über den Kontakt des Trägergases mit der Prozesskammerdecke oder dem Suszeptor in die Gasphase eingeleitet. Da die Suszeptortemperatur höher ist als die Deckentemperatur, bildet sich ein in Strömungsrichtung in die Prozesskammer hineinragender sogenannter kalter Finger aus, also eine räumliche Zone innerhalb der Prozesskammer, innerhalb der das Trägergas und insbesondere die Prozessgase aufgeheizt werden. Als Prozessgase werden solche verwendet, die sich bei Erwärmung in Zerlegungsprodukte zerlegen; so zerfallen beispielsweise die metallorganischen Verbindungen schrittweise über Zwischenprodukte in elementare Metalle, beispielsweise zerfällt TMGa über DMGa und MMGa in Ga. Die Hydride zerfallen in weitaus geringerem Maße und werden deshalb bei der Prozessführung im Überschuss angeboten. Die Wachstumsrate von in diesem Beispiel GaN auf der Substratoberfläche wird somit durch das Angebot von TMGa bestimmt.
Die sich an die Vorlaufzone anschließende Wachstumszone ist - nach bisheriger Kenntnis - der Bereich innerhalb der Prozesskammer, innerhalb welchem zumindest die III-Komponente nahezu vollständig zerlegt ist, das heißt im wesentlichen nur noch Zerlegungsprodukte bzw. nur noch Metallatome in der Gasphase vorhanden sind. Diese diffundieren aus dem Volumenstrom oberhalb der in der Wachstumszone angeordneten Substrate in Richtung auf die Sub- stratoberfläche, wo die Zerlegungsprodukte vollständig zerlegt werden und sich das Hydrid stöchiometrisch zerlegt. Das Wachstum wird in den bisherigen Theorien über ein Grenzschicht-Diffusions-Modell beschrieben. Das Angebot, also der Partialdruck der III-Komponente ist dabei so gewählt, dass die Zerlegungsprodukte sich kristallbildend auf der Substratoberfläche pyrolytisch ab- scheiden. Die Oberfläche des Substrates ist deshalb auch einkristallin.
Die US 2008/0050889 befasst sich mit Simulationsrechnungen zur Ermittlung geeigneter Prozessparameter, um eine parasitäre Partikelbildung in einem Showerhead-Reaktor zu unterdrücken.
Die DE 10 2004 009 130 AI zeigt anhand der dortigen Figur 2, dass die Wachstumsrate innerhalb der Wachstumszone in Stromrichtung abnimmt. Durch eine geeignete Prozessführung lässt sich ein gradliniger Verlauf der Abnahme der Wachstumsrate einstellen. Ursache für das Absinken der Wachstumsrate ist die stetige Verarmung der Gasphase zufolge des eigentlichen Wachstumsprozesses. Werden die Substrate von drehenden Substrathaltern gedreht, so kann dieser Verarmungseffekt kompensiert werden.
Ein homogenes Schichtwachstum auf den auf drehangetriebenen Substrathaltern liegenden Substraten setzt einen im Wesentlichen linearen Verlauf der Verarmungskurve bzw. der Wachstumsrate in der Wachstumszone voraus, in der das mindestens eine Substrat liegt. Um eine derartige Verarmungskurve zu erreichen müssen die Prozessparameter wie Gasflüsse, Totalgasdruck und Temperatur so eingestellt werden, dass das Maximum der Wachstumsrate in einer Zone unmittelbar vor der Wachstumszone, also am stromabwärtigen Ende der Vorlaufzone, liegt. Dies hat zur Folge, dass im Zuge des Wachstumsprozesses unmittelbar vor der Wachstumszone parasitäres Schichtwachstum auf der Suszeptoroberfläche stattfindet. Ein derartiges Schichtwachstum ist zumindest aus zwei Gründen nachteilhaft. Zum einen führt es zu einer Verarmung der Gasphase, da die im stromabwärtigen Bereich der Vorlaufzone auf der Suszeptoroberfläche aufwachsenden Zerlegungsprodukte für das eigentliche Schichtwachstum nicht zur Verfügung stehen. Zum anderen führen die parasi- tären Abscheidungen zu unerwünschten Freisetzungen vorher abgeschiedenen Materials damit zu ungewünschten Transienten. Dies ist insbesondere dann nachteilhaft, wenn mehrere Schichten mit jeweils unterschiedlichen Schichtzusammensetzung und insbesondere unterschiedlich dotierte Schichten übereinander abgeschieden werden. Nachteilhaft ist darüber hinaus eine Partikelbil- dung in der Gasphase innerhalb der Wachstumszone, da derartige Partikel über den Gasstrom aus der Prozesskammer herausgefördert werden, ohne das die zum Wachstum der Schicht beitragen. In„High growth rate process in a SiC horizontal CVD reactor using HCl", Mic- roelectronic Engineering 83 (2006) 48 - 50 beschreiben die Autoren die Wirkung von HCl hinsichtlich einer Unterdrückung einer Silicium Nukleation. In„Effect of HCl addition on gas-phase and surface reactions during homoepi- taxial growth of SiC at low temperatures", Journal of applied physics 104, 053517 (2008) beschreiben die Autoren ebenfalls die Wirkung eines zusätzlichen HCl-Flusses beim Abscheiden von Silicium enthaltenden Schichten. In„Prevention of In droplets formation by HCl addition during metal organic vapor phase epitaxy of InN", Applied physics letters 90, 161126 (2007)" beschreiben die Autoren die Wirkung von Cl, insbesondere in Form HCl in einem Kristallabscheidungsprozess, in dem als Prozessgase NH3 und TMIn verwendet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben, mit der eine parasitäre Belegung des Suszeptors stromaufwärts des Substrates vermindert wird. Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei zunächst und im Wesentlichen darauf abgestellt wird, dass das Gasein- lassorgen zumindest zwei voneinander getrennte Einlasszonen aufweist, wobei eine Halogenkomponenteneinlasszone, die mit der Halogenkomponentequelle verbunden ist, derart benachbart und stromaufwärts vor einem beheizten Ober- flächenabschnitt der Prozesskammer angeordnet ist, dass dort, wo ohne Einleiten einer Halogenkomponente parasitäres Wachstum stattfindet, dieses Wachstum zumindest vermindert, bevorzugt zumindest auf einem Teilbereich des Oberflächenabschnitts vollständig unterdrückt wird. Gegebenenfalls kann das Einlassorgan eine Kühleinrichtung und zumindest zwei, bevorzugt drei voneinander getrennte Gaseinlasszonen aufweisen, wobei zwischen einer mit der Quelle der V- oder VI-Komponente, bevorzugt der Hydridquelle verbundenen V- oder VI-Einlasszone und einer mit der Halogenkomponentenquelle verbun- denen Halogenkomponenteneinlasszone zusätzlich eine Trenngaseinlasszone angeordnet ist, die weder mit der Quelle der V- oder VI-Komponente, bevorzugt der Hydridquelle noch mit der Halogenkomponentenquelle verbunden ist bzw. mit einer dieser Quellen während einer Halogenkomponenteneinspeisung in die Prozesskammer verbindbar ist. Es ist ferner vorgesehen, dass die Trenn- gaseinlasszonen mit der Quelle der metallorganischen Komponente verbunden bzw. verbindbar ist. Die Vorrichtung besitzt dann insgesamt mindestens drei voneinander getrennte Gaseinlasszonen, wobei durch jede der drei Einlasszonen nur eine der drei Gaskomponenten ggf. zusammen mit einem Trägergas in die Prozesskammer eingebracht wird. Die Halogenkomponente kann aber auch an einer anderen Stelle in die Prozesskammer eingeleitet werden, beispielsweise können in Aussparungen des Suszeptors Substrathalter einhegen, die auf einem Gaspolster getragen von einem Gasstrom drehangetrieben werden. Diesem Gasstrom kann die Halogenkomponente beigemischt werden. Der Suszep- tor kann auch eine Bodenplatte tragen, die in Stromrichtung vor den Substrat- haltern angeordnet ist und in der Öffnungen angeordnet sind, aus denen ein HCl aufweisendes Gas austreten kann. Das Gaseinlassorgan wird mit einer Kühleinrichtung auf eine Einlasstemperatur gekühlt, die unter der Zerlegungstemperatur der Prozessgase liegt. In einer Vorrichtung, die bevorzugt in Horizontalrichtung durchströmt wird, tritt das Prozessgas durch vertikal überein- ander angeordnete Gaseinlasszonen in die Prozesskammer ein. Das Prozessgas durchläuft dabei in Horizontalrichtung eine Vorlaufzone, innerhalb derer sich die Prozessgase mischen können. Da das Hydrid und die Halogenkomponente vertikal voneinander beabstandet in verschiedenen Ebenen in die Prozesskam- mer eingebracht werden, treffen Halogenkomponente und Hydrid erst in einem horizontalen Abstand stromabwärts der Einlasszone innerhalb der Vorlaufzone aufeinander. Da die Halogenkomponente getrennt von den übrigen Proszess- gasen unmittelbar oberhalb des Suszeptors, also in der untersten Gasschicht in die Prozesskammer strömt, ist die Halogenkomponentenkonzentration in der untersten Gasschicht unmittelbar oberhalb des Suszeptors am höchsten. Die Halogenkomponente entwickelt somit in der Vorlaufzone eine gewissermaßen ätzende Wirkung. Vorstellbar ist auch, dass sich innerhalb der Gasphase oberhalb des Suszeptors Metallhalogenkomponenten bzw. Verbindungen der Zer- legungsprodukte der metallorganischen Komponente mit der Halogenkomponente bilden, die flüchtig sind. Beim Durchströmen der Vorlaufzone diffundieren das Hydrid und die Halogenkomponente aufeinander zu. Am Ort des Zusammentreffens haben sich die Gase bereits derart aufgeheizt, dass die Gastemperatur oberhalb einer Reaktionstemperatur liegt, bei der das Hydrid und die Halogenkomponente unter Bildung eines Feststoffes miteinander reagieren. Der Ort, an dem die Halogenkomponente und das Hydrid erstmalig in Kontakt miteinander treten liegt alternativ oder auch innerhalb einer Adduktbildungs- zone, also in einem Bereich der Prozesskammer, in der die Gastemperatur innerhalb eines Adduktbildungstemperaturbereichs liegt. Derartige Addukte bil- den sich insbesondere zwischen Ammoniak und Zerlegungsprodukten von TMGa, TMA1 oder TMIn. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung befindet sich die Einlasszone für die V- oder VI-Komponente unmittelbar unterhalb der Prozesskammerdecke. Die Prozesskammerdecke ist ebenso wie der Suszeptor thermisch gegenüber dem gekühlten Gaseinlassorgan isoliert. Die Prozesskammerdecke kann aktiv beheizt werden, wozu der Prozesskammerdecke eine gesonderte Heizeinrichtung zugeordnet ist. Es ist aber auch möglich, dass die Prozesskammerdecke lediglich passiv beheizt wird. Der Suszeptor wird mit einer Heizeinrichtung, beispielsweise einer wassergekühlten RF-Spule beheizt und strahlt dabei Wärme ab, die die Prozesskammerdecke aufheizt. Das Gaseinlassorgan kann im Zentrum eines rotationssymmetrisch aufgebauten Planetenreaktor liegen. Der Suszeptor bildet eine Vielzahl von planetenartig das Gaseinlassorgan umgebende kreisscheibenförmige Substrathalter aus, die ein oder mehrere Substrate tragen und die während des Wachstums um ihre Achse gedreht werden. Das von oben gespeiste Gaseinlassorgan liegt dabei im Zentrum der Prozesskammer. Es ist ringförmig vom Suszeptor umgeben, der auch drehangetrieben werden kann. Der Suszeptor besitzt eine Vielzahl von Vertiefungen, wobei in jeder Vertiefung ein Substrathalter einliegt, der auf ei- nem Gaspolster aufliegend gedreht wird. Der Drehantrieb wird von einem gerichteten Gasstrom aus gebildet. Auf dem Substrathalter können ein oder mehrere Substrate aufliegen. Beim Schichtwachstum tritt das Prozessgas aus dem Gaseinlassorgan in Radialrichtung in die Vorlaufzone ein, wobei das Halogenkomponente in der zu unterst liegenden Ebene in die Prozesskammer eingelei- tet wird, so dass die unmittelbar stromabwärts der Halogenkomponenteein- lasszone liegende beheizte Suszeptoroberfläche mit einer relativ großen Halogenkomponenten-Konzentration beaufschlagt wird. Während in Abwesenheit der Halogenkomponente die Vorlaufzone des Suszeptor mit Zerlegungsprodukten der Prozessgase belegt wird, insbesondere mit Zerlegungsprodukten von TMGa, TMA1 oder TMIn , wird dieses parasitäre Wachstum durch gezieltes Einleiten der Halogenkomponente in den oberflächennahne Bereich der insbe- sonder ringförmigen Vorlaufzone vermindert. Die Halogenkomponente ist bevorzugt eine Wasserstoffhalogenkomponente und insbesondere HCl. Es kann aber auch eine gasförmiges Halogen, bspw Cl2 sein. Bei der V-Komponente handelt es sich bevorzugt um Ammoniak, Arsin oder Phosphin. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei solchen Prozessparameter, also solchen Parti- algasdrucken der Prozessgase, solcher Suszeptortemperatur, solchem Totalgas- fluss und solchem Totaldruck durchgeführt, bei denen ohne Einspeisung einer Halogenkomponente parasitäres Wachstum auf einem beheizten Oberflächenabschnitt der Vorlaufzone der Prozesskammer stromaufwärts des Substrates stattfindet und auf dem die Halogenkomponenteneinspeisung das parasitäre Wachstum unterdrückt. Die Einspeisung der Halogenkomponente, insbesonde- re von HCl ist zur Unterdrückung des parasitären Wachstums stromaufwärts der Substrate größer, als es zur Unterdrückung parasitärer Nukleationsprozesse in der Gasphase erforderlich ist. So kann beispielsweise die Molrate der in die Prozesskammer eingespeisten Halogenkomponente zur III-Komponente bis zu 70% betragen. Auch höhere Molflussverhältnisse sind möglich, so kann bei- spielsweise das Molverhältnis zwischen HCl-Fluss und TMGa-Fluss bis zu 1:1 bzw. sogar bis zu 2:1 betragen. Bei letzteren Parametersätzen wird HCl im Überschuss angeboten. Um eine unerwünschte Wechselwirkung der Halogenkomponente mit der V-Komponente zu unterdrücken wird ein hoher Trenngas- fluss zwischen der V-Komponenteneinlasszone und der Halogenkomponenten- einlasszone eingespeist. Alternativ dazu oder in Kombination kann aber auch die Trenngaseinlasszone eine größere Höhe besitzen, sodass die HCl-Diffusion zum Hydrid reduziert ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. V. Schematisch eine Schnittdarstellung einer in einem nicht dargestellten Reaktorgehäuse angeordneten Prozesskammer, die in Horizontalrichtung vom Prozessgas durchströmt wird zusammen mit einer Gasmisch/ -Versorgungseinrichtung, in der nur die zur
Erläuterung der Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt sind, Fig. 2: Das Temperaturprofil in Strömungsrichtung an drei verschiedenen Positionen in der Prozesskammer,
Fig. 3: als durchgezogene Linie schematisch den Verlauf der Wachstumsrate über die Strömungsrichtung ohne HCl-Einspeisung und als gestrichelte Linie mit HCl-Einspeisung,
Fig. 4: eine Draufsicht auf einen Suszeptor eines Horizontalkammerreaktors mit zentrischem Gaseinlassorgan, wobei mit einer gestrichelten Linie die Vorlaufzone V und mit einer strichpunktierten Linie zwischen der gestrichelten Linie eine Zone C angedeutet ist, in der eine parasitäre Belegung stattfindet,
Fig. 5: den Einfluss der HCl-Einspeisung bzw. des Molflussverhältnisses zum TMGa-Fluss auf die Verminderung der Größe der Zone, in der eine parasitäre Belegung stattfindet und
Fig. 6: die Wachstumsrate auf dem Substrat als Funktion des Abstandes zum Gaseinlassorgan.
Die in der Figur 1 dargestellte Gasmisch/ -Versorgungseinrichtung 34 besitzt eine Hydridquelle 30, bei der es sich im Ausführungsbeispiel um eine Ammoniakquelle handelt. Sie besitzt ferner eine Quelle für eine metallorganische Komponente 31, bei der es sich im Ausführungsbeispiel um Trimethylgallium handelt. Ferner ist eine Halogenkomponentenquelle 32 einer Halogenkomponente vorgesehen, bei dem es sich im Ausführungsbeispiel um HCl handelt. Schließlich besitzt die Gasmisch/ -Versorgungseinrichtung 34 auch eine Trägergasquelle 33, wobei es sich beim Trägergas um Wasserstoff handelt. Die Quellen 30, 31, 32, 33 sind als Gastanks dargestellt. Es kann sich hierbei um eine Gasflasche bzw. um einen Bubbler handeln. Jede Gasquelle 30, 31, 32 ist mit einer Gasableitung verbunden, die über ein Ventil 26, 27, 28, 29 verschließ- bar ist, welche Ventile 26, 27, 28, 29 von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung schaltbar sind. Stromabwärts der Ventile 26, 27, 28, 29 befinden Mas- senflussregeler 22, 23, 24, 25, mit denen ein Trägergasstrom bzw. ein Strom des Hydrids, der metallorganischen Komponente oder die Halogenkomponente einstellbar ist. Mit dem Massenflussregler 24 wird ein Halogenkomponenten- gasstrom geregelt, der mit dem Trägergasstrom verdünnt wird und der durch eine Halogenkomponentezuleitung 21 einer Halogenkomponenteeinlasszone 10 eines Gaseinlassorganes 7 zugeleitet wird. Mit dem Massenflussregler 23 wird der Massenfluss einer metallorganischen Komponente, die beispielsweise mit einem Trägergas aus einem Bubbler gefördert werden kann, geregelt. Mit einem Massenflussregler 25 wird dieser Gasstrom verdünnt und durch eine MO-
Zuleitung 20 zu einer MO-Einlasszone 9 geleitet. Die MO-Einlasszone 9 bildet eine Trenngaseinlasszone aus.
Mit dem Massenflussregler 22 wird der Massenfluss des Hydrids geregelt, der ebenfalls mit einem Trägergasfluss verdünnt werden kann und der durch die Hydridzuleitung 19 einer Hydrideinlasszone 8 zugeleitet wird.
Die der MO-Einlasszone 9 in Strömungsrichtung vorgeordnete MO-Zuleitung 20 ist derart mit Ventilen 27 bzw. Massenflussreglern 23 versehen, dass es wäh- rend des Einspeisens der Halogenkomponente durch die Halogenkomponen- teneinlasszone 10 nicht möglich ist, eine Halogenkomponente aus der Halogenkomponentenquelle 32 oder ein Hydrid aus der Hydridquelle 30 durch die MO- Einlasszone 9 hindurchzuleiten. Die der Hydrideinlasszone 8 und die Halogen- komponenteneinlasszone 10 vorgeordneten Hydridzuleitung 19 und Halogenkomponentenzuleitung 21 sind so ausgebildet, dass weder das der Quelle 30 entstammende Hydrid noch die der Quelle 32 entstammende Halogenkomponente in die Trenngaseinlasszone 9 eintreten kann, so dass durch die Trenngas- einlasszone 9 ausschließlich ein Trenngas fließen kann, bei dem es sich um ein Inertgas, nämlich um das Trägergas und um die MO-Komponente handelt.
Die besagten Gaseinlasszonen 8, 9, 10 sind einem Gaseinlassorgan zugeordnet und sind, wie es grundsätzlich aus der DE 10 2004 009 130 AI bekannt ist, ver- tikal übereinander angeordnet. Das Gaseinlassorgan 7 ist gekühlt. Es besitzt Trennwände 12, 13, eine obere Wand 14 und eine untere Wand, bei der ein Kühlflüssigkeitskanal 11 dargestellt ist. Bevorzugt sind sämtliche Trennwände 12, 13, 14 flüssigkeitsgekühlt und haben hierzu Kühlflüssigkeitskanäle. Das Gaseinlassorgan 7 bildet die Gaseinlasszone E aus. Mittels Kühlwasser kann das Gaseinlassorgan 7 auf Temperaturen im Bereich unterhalb von 250°C bzw. 300°C gehalten werden.
In horizontaler Erstreckung schließt sich an die vertikal etagenartig übereinander liegenden Gaseinlasszonen 8, 9, 10 die Prozesskammer 1 an, deren Boden von einem Suszeptor 2 gebildet ist und deren Decke 6 parallel zum Suszeptor 2 verläuft. Die drei übereinander angeordneten Gaseinlasszonen 8, 9, 10 erstrecken sich dabei über die gesamte Höhe der Prozesskammer 1, wobei die Halo- genkomponenteeinlasszone 10 sich unmittelbar an den Boden der Prozesskammer und die Hydrideinlasszone 8 sich unmittelbar an die Decke 6 der Pro- zesskammer 1 anschließt und die Trenngaseinlasszone 9 dazwischen liegt. Die einzelnen übereinander liegenden Gaseinlasszonen 8, 9, 10 können identische Höhen besitzen. Es ist aber auch vorgesehen, dass die Gaseinlasszonen 8, 9, 10 unterschiedliche Höhen besitzen. Bei einer Prozesskammerhöhe von etwa 20 mm können die Höhen der Hydrideinlasszone 8, der Trenngaseinlasszone 9 und der Halogenkomponenteneinlasszone 10 das Höhenverhältnis 1:2:1 besitzen. In einer Variante ist das Höhenverhältnis 1:3:1 vorgesehen. In Stromrichtung schließt sich an die Einlasszone E eine Vorlaufzone V an. Die Vorlaufzone V erstreckt sich über einen beheizten Wandungsabschnitt 15 des Suszeptors 2. Die Beheizung des Suszeptors 2 erfolgt über eine RF-Heizung 18 in Form einer wassergekühlten Induktionsspule, die unterhalb des Suszeptors 2 angeordnet ist. In dem aus Grafit oder einem anderen leitenden Material gefer- tigten Suszeptor 2 werden dadurch Wirbelströme erzeugt, die zu einer Aufheizung des Suszeptors 2 führt. Der Suszeptor 2 wird je nach Prozessschritt auf unterschiedliche Temperaturen aufgeheizt, bspw. zum Abscheiden einer Keimschicht GaN/AlN auf 550°C, einer n-GaN-Schicht auf 1050°C und AlGaN- Schichten, einer p-GaN-Schicht auf 900°C, einer InGaN-Schicht auf 750°C einer AlGaN-Schicht auf 1050°C und Schichten für optoelektronische Anwendungen auf bis zu 1400°C. Die dem Suszeptor 2 gegenüberliegende Deckenwand 6 hat eine um ca. 200°C niedrigere Temperatur.
Stromabwärts der Vorlaufzone V erstreckt sich die Wachstumszone G, in der ein oder mehrere Substrathalter 3 angeordnet sind. In der Schnittdarstellung gemäß Figur 1 ist nur ein kreisscheibenförmiger Substrathalter 3 dargestellt, der in einer Ausnehmung 5 des Suszeptors 2 einliegt und der auf einem Gaspolster aufliegend während der Durchführung des Verfahrens gedreht wird. Auf dem Substrathalter 3 liegt ein zu beschichtendes Substrat 4 auf, dessen Substrattem- peratur Ts auf Wert typischerweise zwischen 900 bis 1100° C geregelt werden kann. Der heiße Suszeptor 2 erwärmt die Prozesskammer 1 auf eine Temperatur Tc. In der Mitte der Prozesskammer 1 stellt sich eine Gastemperatur TB ein, die zwischen der Prozesskammerdeckentemperatur Tc und der Substrattemperatur Ts liegt.
An die Wachstumszone G schließt sich eine Auslasszone A an, in der eine Gas- auslasseinrichtung 16 angeordnet ist, die mit einer Vakuumpumpe 17 verbunden ist, so dass der Totalgasdruck innerhalb der Prozesskammer auf Werte zwischen wenigen Millibar und Atmosphärendruck einstellbar ist.
Die in der Figur 1 schematisch dargestellte Prozesskammer besitzt einen kreis- förmigen Suszeptor 2, der konzentrisch das ebenfalls kreissymmetrisch aufgebaute Gaseinlassorgan 7 umgibt.
Der vertikale Abstand der Trennwände 12, 13, der die Höhe der MO-Einlass- zone 9 definiert ist so gewählt, dass sich die in der Figur 1 gestrichelt dargestell- te Diffusionsgrenzschicht D ausbildet. Die Diffusionsgrenzschicht D symbolisiert die Grenze, bis zu der innerhalb der Vorlaufzone V Halogenkomponenten aus der Halogenkomponenteneinlasszone 10 in Richtung nach oben zum Hyd- ridfluss und durch die Hydrideinlasszone 8 eingeleitete Hydride nach unten in Richtung auf die Halogenkomponente diffundieren. Die Hydride bzw. Halo- genkomponenten diffundieren dabei in einen Trenngasfluss, der durch Trenn- gaseinlasszone 9 in die Prozesskammer eintritt. Die zwischen der Hydrideinlasszone 8 und der Halogenkomponenteeinlasszone 10 gelegene Einlasszone 9 bildet deshalb eine Trenngaseinlasszone, durch welche zusammen mit einem Trägergas auch die metallorganische Komponente in die Prozesskammer einge- leitet wird.
Die lediglich qualitative dargestellten oberen und unteren Diffusionsgrenzschichten D treffen sich zu Beginn eines Bereichs M der Vorlaufzone V, in dem die Gastemperatur TB bei Atmosphärendruck einen Wert oberhalb von 338°C erreicht hat, bei dem NH3 und HCl nicht mehr zu einem Amoniumchloridpul- ver reagieren. Bei reduziertem Totaldruck in der Prozesskammer sinkt diese Gastemperatur auf bspw. 220°C bei 10 mbar.
Die Figur 2 zeigt schematisch den Verlauf der Temperatur Ts des Suszeptors, der Temperatur TB des Gases etwa in der vertikalen Mitte der Prozesskammer und die Temperatur Tc der Prozesskammerdecke jeweils entlang der Strömungsrichtung des Prozessgases. Es ist erkennbar, dass im Bereich der Vor- laufzone V die Gastemperatur die niedrigsten Werte aufweist. Es bildet sich somit etwa in der Mitte der Vorlaufzone ein kalter Finger aus. Am Ende des kalten Fingers, dort wo das Halogenkomponente mit dem Hydrid in Kontakt tritt, bilden sich in Abwesenheit der Halogenkomponente u.a. bei der Verwendung von Ammoniak und TMGa Addukte. Diese bilden die Nukleationskeime für Partikel, die bei Abwesenheit der Halogenkomponente eine große Anzahl der ΠΙ-Metall- Atome bindet, die so dem Schichtwachstum entzogen werden. Der räumlich getrennte Einlass der Halogenkomponente vom Hydrid führt prozesstechnisch zu einer Injektion der Halogenkomponente in ein Adduktbil- dungsvolumen, welches in der Zone M liegt. Dieses Adduktbildungsvolumen wird mit der Halogenkomponente dotiert, wobei es ausreicht, wenn maximal 250 ppm der Gesamtgasmenge HCl ist bzw. der HCl-Fluss in die Prozesskammer unterhalb 10% des MO-Gasflusses liegt.
Der Figur 2 ist zu entnehmen, dass die Temperatur Ts des Suszeptors 2 im Be- reich der Vorlaufzone V linear ansteigt und dann im Bereich der Wachstumszone G im Wesentlichen konstant verläuft und im Bereich der Auslasszone wieder absinkt. Die Temperatur Tc der strahlungserwärmten Reaktordecke 6 steigt ebenfalls im Bereich der Vorlaufzone V kontinuierlich an und verläuft im Bereich der Wachstumszone G konstant, um dann im Bereich der Auslasszone A wieder abzufallen. Die Gastemperatur TB hat im Wesentlichen qualitativ den selben Verlauf wie die Temperaturen Ts und Tc. Sie steigt jedoch in der Vorlaufzone V steiler an als die Temperatur Tc der Prozesskammerdecke 6. Sie ü- berschreitet erst in der Zone M die Temperatur Tc der Prozesskammerdecke.
Der Figur 3 ist qualitativ der Verlauf der Wachstumsrate in Stromrichtung als durchgezogene Linie ohne HCl-Einspeisung und als gestrichelte Linie mit HCl- Einspeisung zu entnehmen, der Verlauf der Wachstumsratenkurve entspricht im Wesentlichen auch dem Verlauf des Partialdrucks des Metalls der II- oder III-Komponente in der Gasphase. Es ist zu erkennen, dass ohne HCl-Einspeisung das Maximum der Wachstumsrate r in der Vorlaufzone V liegt, und zwar unmittelbar stromaufwärts der Wachstumszone G, also in der Gasmischzone M. Ohne HCl-Einspeisung verläuft die Wachstumsrate r bzw. die Verarmungs- kurve der Metallkomponente in der Wachstumszone G nicht linear, so dass es zu inhomogenen Wachstum auf den beim Abscheideprozess gedrehten Substraten kommt. Die Randbereiche der Substrate besitzen eine höhere Schichtdicke als das Zentrum der Substrate. Als Folge der Halogenkomponenteneinspeisung unmittelbar oberhalb des heißen Wandungsabschnittes 15 des Suszeptors 2 herrscht dort an der Oberfläche eine relativ hohe Halogenkomponenten-Konzentration. Die Halogenkomponente, beispielsweise HCl, kann dort eine oberflächenätzende Wirkung entfalten, so dass in der heißen Vorlaufzone 15 parasitäres Wachstum unterdrückt werden kann. Das Maximum der Wachstumsrate verschiebt sich in Richtung stromabwärts. Gleichzeitig erhält die Verarmungskurve einen linearen Verlauf. Letzteres ist insbesondere auch auf die durch die HCl-Einspeisung verminderte Adduktbildung zurückzuführen. Durch das Einleiten von geringen Mengen einer Halogenkomponente, beispielsweise HCl in die Adduktbildungszone kann der Reaktor mit verhältnismäßig geringen Gasflüssen betrieben werden, so dass die mittlere Verweilzeit des Prozessgases innerhalb der Prozesskammer 1 größer als 1,5 Sekunden liegt. Gleichwohl kann die Länge der Wachstumszone G in Stromrichtung mehr als 150 mm betragen. Innerhalb dieser Länge der Wachstumszone G sinkt die Gasphasenverarmung insbesondere III-Komponente linear ab, so dass durch Drehen des Substrates 4 Schichten mit homogener Schichtdicke abscheidbar sind.
Wegen der Vermindung der Partikelbildung wird gleichzeitig auch die Wachstumsrate stromabwärts der Vorlaufzone V erhöht. Die erfindungsgemäße Wirkung von HCl tritt bereits bei sehr niedrigen Partialdrucken der Halogenkomponente auf, also bei Prozessparametersätzen, bei denen die Halogenkompo- nente keinen Einfluss auf die Adduktbildung besitzt. Bei derart niedrigen HC1- Partialdrucken hat die HCl-Einspeisung keinen Einfluss auf den Verlauf der Verarmungskurve in der Wachstumszone.
Bei ersten Versuchen wurde Galliumnitrit bei einer Substrattemperatur Ts von 1050° C und bei einer Prozesskammerdeckentemperatur Tc von 900° C bei einer jeweils gleicher Wasserstoffträgergasmenge abgeschieden. Dies erfolgte bei Verweilzeiten von 0,58 Sekunden, 1,01 Sekunden und 1,52 Sekunden. Die radiale Verarmung wurde über Wachstumsraten auf einem 4-Zoll-Saphir-Substrat gemessen. Ohne die Zugabe von HCl verläuft die Verarmungskurve bei hohen Verweilzeiten stark inhomogen und sinkt bereits in der Mitte der Wachstumszone G auf unter ein Drittel ab. Durch die Zugabe von nur 2 sccm HCl liegen die Verarmungskurven bei allen drei Verweilzeiten im Wesentlichen deckungsgleich übereinander. Es hat sich herausgestellt, dass an Molverhältnis von 2% HCl/TMGa ausreicht, um die Verarmungskurve zu Linearisieren. Optimale Ergebnisse werden erzielt, wenn das Molverhältnis zwischen HCl und TMGa etwa im Bereich von 5% bis 7% liegt. In zweiten Versuchen wurde Aluminiumnitrit anstelle von Galliumnitrit abgeschieden. Als III-Komponente wurde TMAl verwendet. TMAl ist weit reaktiver zu NH3 als TMGa. Zudem gelten die Addukte als sehr stabil. Aluminiumnitrit wurde auch hier auf 4-Zoll-Saphir-Substraten abgeschieden, allerdings bei einer Substrattemperatur von 1200° C bei einer Prozesskammerdeckentemperatur von etwa 1100° C und jeweils gleicher Wasserstoffträgergasmenge. Die Verweilzeiten der Prozessgase innerhalb der Prozesskammer lagen bei 0,08 Sekunden bzw. 0,33 Sekunden. Auch hier wurde ohne die Zugabe von HCl ein deutlicher Einbruch der Verarmungskurve bei der großen Verweildauer beobachtet. Die Zugabe von HCl führte auch hier zu einer Linearisierung der Verarmungs- kurve bei längeren Wachstumszeiten.
In einer Variante, bei der die Höhe der Hydrideinlasszone 5 mm, der Trenngas- einlasszone 9 10 mm und der Halogenkomponenteneinlasszone 10 5 mm beträgt, werden durch die obere Gaseinlasszone 8 16,6 slm NH3, durch die mittle- re Gaseinlasszone 9 31 slm H2 + 6 slm N2 und durch die untere Gaseinlasszone 10 16,8 slm H2 eingespeist. Die Gasflussaufteilung orientiert sich dabei aus Gründen der Flussstabilität grob an die Höhenaufteilung der Gaseinlasszonen 8, 9, 10 so dass die Gasgeschwindigkeit von Einlassebene zu Einlassebene ungefähr gleich bleibt. Das maximale Missverhältnis der Gasgeschwindigkeiten, der Impulsstromdichten (rho*v) oder der Reynoldszahlen (rho*v*H/ μ) kann zum Beispiel 1:1,5 oder 1:2 oder 1:3 betragen. Durch die untere Gaseinlasszone 10 wird zusätzlich HCl eingespeist, wobei der HCl-Fluss etwa maximal einem Zehntel des Flusses der reinen metallorganischen Komponente entspricht, die zusätzlich durch die mittlere Einlasszone 9 eingespeist wird. Bei einer Skalie-
U■ H2 rung der Prozesskammer wird darauf geachtet, dass die Kennzahl konstant bleibt, wobei U die mittlere Gasgeschwindigkeit in allen drei Einlassebenen bei gleichem Druck, H die Höhe des mittleren Einlasses, R der Radius des Gaseinlassorganes 7 ist und D der Diffusionskoeffizient des Prozessgases im Gasgemisch ist. Hieraus ergeben sich folgende Anwendungsbeispiele: wird die Höhe H des mittleren Einlasses verdoppelt, dann können die Gasgeschwindigkeiten geviertelt werden. Wird der Durchmesser des Gas-einlassorganes 7 verdoppelt, muss die Höhe H des mittleren Einlasses um den Faktor 1,4 vergrößert werden. Alternativ dazu können auch die Flussraten vervierfacht werden.
Es ist auch vorgesehen, die Halogenkomponente, insbesondere HCl zusammen mit der metallorganischen Komponente durch eine gemeinsame Gaseinlasszone in die Prozesskammer einzuspeisen. Des weiteren kann auch die metallor- ganische Komponente mit dem Hydrid gemischt durch eine gemeinsame Gaseinlasszone in die Prozesskammer eingespeist werden.
Die Prozesskammer kann einen Durchmesser von 365 mm und eine Höhe von 20 mm aufweisen. Die Höhe der Einlasszonen 8, 9, 10 beträgt im Mittel 10 mm bzw. gehorcht der obigen Skalierungsregel. Die Einlasszone E verläuft bis zu einem Radius von etwa 22 mm. Die Vorlaufzone verläuft in einem Radialbereich zwischen 22 mm und 75 mm. Die Wachstumszone G verläuft in einem Radialbereich zwischen 75 und 175 mm. Radial außerhalb der Wachstumszone G befindet sich die Auslasszone A. Der Totalgasfluss durch die Prozesskammer liegt zwischen 70 und 90 slm. Die Wachstumsprozesse werden in einem Druckbereich zwischen 50 und 900 mbar durchgeführt. Bei einem Totaldruck von bspw. 400 mbar kann der Ammoniak-Partialdruck 95 mbar, der TMGa- Partialdruck 0,073 mbar bis 0,76 mbar entsprechen. Ohne die Zugabe von HCl erreicht die Wachstumsrate bei einem TMGa-Partialdruck von etwa 0,255 mbar ihre Sättigung. Mit Zugabe von HCl lässt sich die Wachstumsrate auf Werte oberhalb von 10 μιη/h anheben. Mit einem 5% molaren Verhältnis HCl : TMGa wurden bei einem TMGa-Partialdruck von 0,35 mbar 13,8 μιη/h und bei einem TMGa-Partialdruck von 0,76 mbar 26,5 μιη/h als Wachstumsrate erzielt.
Unter anderem führen folgende Parametersätze gegenüber dem Stand der Technik bei einer 10 x 2 Konfiguration zu verbesserten Ergebnissen:
Totaldruck = 600 mbar, p(NH3)=142,5 mbar, TMGa Partialdrücke von 0,04 mbar bis 0,82 mbar (entsprechend 2,13E-4 bis 4,3E-3 mol/ min).
Totaldruck = 800 bar, p(NH3)=190 mbar, TMGa Partialdrücke von 0,054 mbar bis 1,09 mbar (entsprechend 2,13E-4 bis 4,3E-3 mol/ min).
Totaldruck = 900 mbar, p(NH3)=214 mbar, TMGa Partialdrücke von 0,06 mbar bis 1,23 mbar (entsprechend 2,13E-4 bis 4,3E-3 mol/ min). Die Figur 4 zeigt die Draufsicht auf den Suszeptor, bei dem um ein im Zentrum angeordnetes Gaseinlassorgan 7 in einem Abstand V eine Vielzahl von Substrathalter 3 in gleichem Radialabstand angeordnet sind, auf denen jeweils ein Substrat liegt. Mit C ist eine Belegungszone bezeichnet, die eine von der Menge des eingespeisten HCls abhängige radiale Breite aufweist. Bei Experimenten, bei denen Galliumnitrit abgeschieden worden ist, wurde der Suszeptor auf 1.080° C und die Prozesskammerdecke auf 830° C aufgeheizt. Die gemessene Oberflächentemperatur auf den Substraten betrug 1.065° C. Bei einem Totaldruck innerhalb der Prozesskammer von 400 mbar wurde durch das Gaseinlas- sorgen ein totaler Gasfluss von 82 slm (Standartlitern pro Minute) eingeleitet. Darin enthalten war ein TMGa-Fluss von etwa 0,6 mmol/ Min. Das Molverhält- niss zwischen der V-Komponente und der III-Komponente betrug 1244 Demzufolge lag der NH3-FIUSS bei 16,6 slm. Bei einer Wachstumsrate von 2 μιη/h wurde über eine Gesamtzeit von zwei Stunden eine Schicht auf dem Substrat abgeschieden. Die Experimente wurden ohne HCl-Einspeisung und mit verschieden hohen HCl-Einspeisungen durchgeführt. Je höher die Menge des eingespeisten HCls war, desto geringer war die Breite der in der Figur 4 mit C bezeichneten Zone in der parasitäres Wachstum auf der Oberfläche des Suszep- tors 2 stattfindet. Bei einer Breite der Vorlaufzone V von 7,5 cm lag die Breite der Zone C ohne HCl-Einspeisung bei etwa 50 mm. Bei der Einspeisung von 1 sccm (Standartkubikzentimeter pro Minute) HCl reduzierte sich die Zonenbreite C auf 4,5 cm, bei 3 sccm auf 3 cm und bei 9 sccm auf 1 cm. Bezogen auf die Darstellung gemäß Figur 4 nähert sich die strichpunktierte Linie mit zuneh- menden HCl-Fluss der gestrichelten Linie an.
Die Figur 5 zeigt die Wirkung der HCl-Einspeisung auf die radiale Breite des Abschnitts der Vorlaufzone, die während des Abscheideprozesses mit parasitären Wachstum belegt wird. Die ohne HCl-Einspeisung etwa 75 mm breite Zone wird mit zunehmender HCl-Einspeisung schmaler. Ihre Breite wird um mehr als die Hälfte vermindert.
Die Figur 6 zeigt die geometral über ein Substrat gemessene Schichtdicke, welches sich bei der Abscheidung nicht gedreht hat. Als Folge einer Gasphasenver- armung fällt die Wachstumsrate mit zunehmenden Abstand vom Gaseinlassorgan ab. Bei allen vier Experimenten verläuft der Abfall der Wachstumsraten linear. Er kann somit durch eine Rotation des Substrathalters kompensiert werden. Lediglich die Kurve d, die zu dem Experiment mit der höchsten HCl-Ein- Speisung korrespondiert, zeigt eine wachstumsvermindernde Wirkung des HCl.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren in ihrer fakultativ nebengeordneten Fassung eigenständige erfinderische Weiterbildung des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen
Bezugszeichenliste
1 Prozesskammer 27 Ventil - MO
2 Suszeptor 28 Ventil - Halogenkomponente
3 Substrathalter 29 Ventil - Trägergas
4 Substrat 30 Quelle - Hydrid
5 Ausnehmung 31 Quelle - MO
6 Prozesskammerdecke 32 Quelle - Halogenkomponente
7 Gaseinlassorgan 33 Quelle - Trägergas
8 Hydrideinlasszone 34 Gasmisch/ - Versorgungs¬
9 Trenngaseinlasszone (MO) einrichtung
10 Halogenkomponenteneinlasszone E Einlasszone
11 Kühlflüssigkeitskanal V Vorlaufzone
12 Trennwand G Wachstumszone
13 Trennwand A Auslasszone
14 obere Wand D Diffusionsgrenzschicht
15 Wandungsabschnitt M Mischzone
16 Auslasseinrichtung
17 Vakuumpumpe
18 RF-Heizung
19 Hydridzuleitung
20 MO-Zuleitung
21 Halogenkomponentenzuleitung
22 MFC-Hydrid
23 MFC-MO
24 MFC-Halogenkomponente
25 MFC-Trägergas
26 Ventil - Hydrid

Claims

ANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zum Abscheiden von II-VI- oder III-V-Halbleiterschichten auf einem oder mehreren Substraten (4), mit einem Reaktorgehäuse aufweisend eine im Reaktorgehäuse angeordnete Prozesskammer (1), einen in der Prozesskammer (1) angeordneten, sich in Horizontalrichtung erstreckenden Suszeptor (2) zur Aufnahme des Substrates (4), eine Heizeinrichtung (18) zum Aufheizen des Suszeptors (2) auf eine Suszeptortemperatur (Ts), ein Gaseinlassorgan (7), das der Prozesskammer (1) zugeordnet ist, um ggf. zusammen mit jeweils ei- nem Trägergas Prozessgase in Form einer V- oder VI-Komponente, insbesondere eines Hydrids, einer metallorganischen II- oder III-Komponente und einer Halogenkomponente in die Prozesskammer (1) einzuleiten, und eine Gasauslasseinrichtung (16) zum Austritt von Reaktionsprodukten und ggf. des Trägergases aus der Prozesskammer (1), mit einer Gasmisch/ -Versorgungseinrichtung (34) aufweisend eine Quelle (31) für die metallorganische Komponente, eine Quelle (30) für die V- oder VI-Komponen-te, insbesondere für das Hydrid, und eine Quelle (32) für die Halogenkomponente, wobei die Quellen (30, 31, 32) ü- ber Förderleitungen (19, 20, 21), die von einer Steuereinrichtung gesteuerte Ventile (26, 27, 28) und Massenflussregler (22, 23, 24) aufweisen, mit dem Gasein- lassorgan (7) verbunden sind, um die metallorganische Komponente, die V- oder VI-Komponente, insbesondere das Hydrid und die Halogenkomponente in voneinander getrennten Gasflüssen ggf. jeweils zusammen mit dem Trägergas in die aufgeheizte Prozesskammer (1) zu bringen, wobei das Gaseinlassorgan (7) mehrere voneinander getrennte Gaseinlasszonen (8, 9, 10) aufweist, wo- bei eine Halogenkomponenteneinlasszone (10), die mit der Halogenkomponentenquelle (32) verbunden ist, stromaufwärts unmittelbar vor einem Oberflächenabschnitt (15) der Prozesskammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Halogenkomponenteneinlasszone (10) die einem in der Vorlaufzone (V) liegenden Oberflächenabschnitt (15) des Suszeptors (2) am nächsten liegende Gaseinlasszone ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Gaseinlasszonen (8, 9, 10) vertikal übereinander angeordnet sind, wobei die zu unterst liegende Halogenkomponenteneinlasszone (10) dem Suszeptor (2) am nächsten liegt.
3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Quelle
(31) der metallorganischen Komponente leitungsverbundene MO-Einlasszone (9) oberhalb der Halogenkomponenteneinlasszone (10) liegt und eine mit der Quelle (30) der V- oder VI-Komponente verbundene V-Einlasszone (8) der Prozesskammerdecke (6) am nächsten liegt.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaseinlassorgan (7) eine Kühleinrichtung (11) aufweist, mit der es auf eine Einlasstemperatur kühlbar ist, die unter der Zerlegungstemperatur der Prozessgase liegt.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine parallel zum Suszeptor (2) sich erstreckenden Prozesskammerdecke.
6. Verfahren zum Abscheiden von II-VI- oder III-V-Schichten auf einem oder mehreren Substraten (4) insbesondere in einer Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Prozessgase in Form einer metallorganischen II- oder III-Komponente, einer V- oder VI-Komponente, insbesondere eines Hydrids und einer Halogenkomponente in einer Gasmisch/ -Versorgungseinrichtung (34) bereitgestellt werden, das mindestens eine Substrat (4) auf einen Suszeptor (2) in einer Prozesskammer (1) aufgebracht wird, der Sus- zeptor (2) und zumindest eine Prozesskammerwand (6) auf eine Suszeptortem- peratur (Ts) bzw. Wandtemperatur (Tc) aufgeheizt werden, die Prozessgase ggf. zusammen mit einem Trägergas in voneinander getrennten Gasflüssen mittels eines Gaseinlassorganes (9) in die Prozesskammer (1) eingebracht werden, wo die metallorganische Komponente und die V- oder VI-Komponente, insbesondere das Hydrid pyrolytisch an der Substratoberfläche miteinander reagieren, so dass auf dem Substrat (4) eine Schicht abgeschieden wird, und das Halogenkomponente eine parasitäre Partikelbildung in der Gasphase vermindert bzw. unterdrückt und Reaktionsprodukte ggf. zusammen mit dem Trägergas durch eine Gasauslasseinrichtung (16) die Prozesskammer verlassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessgase durch zumindest zwei räumliche vonein- ander getrennten Gaseinlasszonen (8, 9, 10) in die Prozesskammer eingeleitet werden, von denen eine eine Halogenkomponenteneinlasszone (10) ist, durch die stromaufwärts unmittelbar vor einem beheizten Oberflächenabschnitt (15) des Suszeptors (2) die Halogenkomponente in die Prozesskammer (1) eingeleitet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren wird bei solchen Prozessparameter, also solchen Partialgasdrucken der V- oder VI-Komponente und der II- oder III- Komponente, solcher Suszeptortemperatur (Ts), solchem Totalgasfluss und sol- chem Totaldruck durchgeführt, bei denen ohne Einspeisung einer Halogenkomponente parasitäres Wachstum auf dem beheizten Oberflächenabschnitt (15) der Vorlaufzone (V) der Prozesskammer (1) stromaufwärts des Substrates (4) stattfindet und durch die Einspeisung der Halogenkomponente das parasitärere Wachstum vermindert oder unterdrückt wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 oder 7 oder ins- besondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Halogenkomponente, welches vorzugsweise Wasserstoffchlorid ist, unmittelbar oberhalb des sich in Horizontalrichtung erstreckendes Suszeptors (2) in die Prozesskammer (1) eingeleitet wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die das parasitäre Wachstum vermindernde oder unterdrückende Wirkung der Halogenkomponente im Wesentlichen auf eine stromaufwärts der Wachstumszone (G), in welcher das Substrat (4) angeordnet ist, liegenden Vorlaufzonen (V) beschränkt ist.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Halogenkomponente derart räumlich getrennt vom Hydrid in die Prozesskammer (1) eingeleitet wird, dass die Halogenkomponente erst in einem Strömungsabschnitt in Kontakt mit dem Hydrid tritt, in dem die Wachstumsrate bzw. die Zerlegungsrate der metallorganischen Komponente ihr Maximum besitzt.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei solchen Pro- zessparameter, also solchen Partialgasdrucken der V- oder VI-Komponente und der II- oder III-Komponente, solcher Suszeptortemperatur (Ts), solchem Total- gasfluss und solchem Totaldruck durchgeführt wird, bei denen ohne Einspeisung einer Halogenkomponente parasitäres Wachstum auf dem beheizten Oberflächenabschnitt (15) der Vorlaufzone (V) der Prozesskammer (1) stromaufwärts des Substrates (4) stattfindet.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 11 oder insbe- sondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Molfluss der Halogenkomponente in die Prozesskammer zum Molfluss der II- oder III Komponente in die Prozesskammer bis zu 1:2, bis zu 7:10, bis zu 1:1 oder bis zu 2:1 beträgt.
PCT/EP2012/056418 2011-04-18 2012-04-10 Vorrichtung und verfahren zum abscheiden von halbleiterschichten mit hcl-zugabe zur unterdrückung parasitären wachstums Ceased WO2012143257A1 (de)

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