Die metallorganische Gasphasenepitaxie (MOVPE) dient u. a. zur
Herstellung von einkristallinen Schichten und Schicht folgen
für verschiedenste Anwendungen. Dabei kommen beispielsweise
für III-V-Halbleiter metallorganische Ausgangsverbindungen
und Hydride zum Einsatz, die bei Normal- oder Niedrigdruck
(z. B. 20-200 mbar) meistens mittels pyrolytischer Zerset
zung bei Temperaturen zwischen 450°C und 800°C abgeschieden
werden. Die Abscheidung erfolgt auf Substraten, z. B. einkri
stallinem InP-Wafer, in der gewünschten Festkörperzusammen
setzung gemäß dem in der Gasphase vorgegebenen Mischungsver
hältnis.The organometallic gas phase epitaxy (MOVPE) serves u. a. to
Production of single crystalline layers and layer follow
for various applications. Here come for example
for III-V semiconductors organometallic starting compounds
and hydrides used at normal or low pressure
(e.g. 20-200 mbar) mostly using pyrolytic decomposition
deposit at temperatures between 450 ° C and 800 ° C
will. The deposition takes place on substrates, e.g. B. einkri
in an InP wafer, in the desired solid state
settlement according to the mixture ratio specified in the gas phase
ratio.
Der sich in dem für die Epitaxie verwendeten Reaktor befind
liche Substratträger, ein aus hochreinem Graphit gepreßter
Block, beschichtet mit Siliziumcarbid (zur Vermeidung von
Ausdampfeffekten), wird z. B. durch Hochfrequenzankopplung auf
die gewünschte Abscheidungstemperatur aufgeheizt. Ein solches
Verfahren ist in der DE 38 37 584 A1 beschrieben. Die auf der
Oberseite des Substratträgers liegenden Substrate werden dann
beschichtet. Dabei bleibt z. B. bei einer Abscheidung von
Schichten im Materialsystem von GaInAsP nach jeder
Abscheidung auf dem Substratträger eine ca. 3 µm dicke
Schicht aus den abgeschiedenen Materialien zurück, die vor
den nächsten Abscheidungen nicht entfernt wird.Which is in the reactor used for the epitaxy
Liche substrate carrier, a pressed from high-purity graphite
Block coated with silicon carbide (to avoid
Evaporation effects), z. B. by high frequency coupling
the desired deposition temperature is heated. Such one
The method is described in DE 38 37 584 A1. The one on the
Substrates lying on top of the substrate carrier are then
coated. It remains z. B. with a deposition of
Layers in the GaInAsP material system after each
Deposition on the substrate carrier approximately 3 µm thick
Layer of the deposited materials back that before
the next deposits are not removed.
Im aluminiumfreien System GaInAsP ist es notwendig, vor der
eigentlichen Epitaxie den Substratträger zu beschichten. Es
kann dabei z. B. typischerweise 0,5 µm GaInAs und 0,5 µm InP
abgeschieden werden. Wenn diese sog. Vorbeschichtung nicht
gemacht wird, stimmen die Zusammensetzungen und demzufolge
die Gitteranpassungen und die Energiebandlücke der aufgewachsenen
Schichten nicht. Die Spezifikation der Bauelemente erlaubt
nur geringe Abweichungen, die unbedingt eingehalten werden
müssen. Deshalb ist eine große Genauigkeit und insbesondere
eine gute Reproduzierbarkeit beim Abscheiden der Schichten
auf die Substrate sehr wichtig.In the aluminum-free GaInAsP system, it is necessary
actual epitaxy to coat the substrate carrier. It
can z. B. typically 0.5 µm GaInAs and 0.5 µm InP
be deposited. If this so-called pre-coating is not
is made, the compositions are correct and consequently
the lattice adjustments and the energy band gap of the grown up
Layers don't. The specification of the components allows
only minor deviations, which must be observed
have to. That is why great accuracy and particular
good reproducibility when depositing the layers
very important to the substrates.
Bei der konventionellen Vorbehandlung der Substratträger ist
es nach etwa jeder fünften Abscheidung erforderlich, den
Substratträger zu wechseln. Die gebrauchten Substratträger
können durch Ausheizen (Ätzung mit einer chlorhaltigen Ver
bindung) wieder schichtfrei gemacht werden und nach neuerli
cher Vorbeschichtung wieder eingesetzt werden. Die Reprodu
zierbarkeit der physikalischen und elektrischen Eigenschaften
der Schichten wird nach dieser Reinigungsprozedur immer
schlechter, und deshalb werden in der Regel immer neue
Substratträger eingesetzt. Ein umweltfreundlicheres Ätzver
fahren, wie z. B. das naßchemische Ätzen mit NH₄OH : H₂O₂ :
H₂O ist nicht anwendbar, da auch hier die Reproduzierbarkeit
nicht gut genug ist.In the conventional pretreatment the substrate carrier is
after approximately every fifth deposition
To change substrate carrier. The used substrate carriers
can be heated (etching with a chlorine-containing Ver
bond) are made shift-free again and again
cher pre-coating can be used again. The reproductions
decorability of the physical and electrical properties
of layers is always after this cleaning procedure
worse, and therefore usually new ones
Substrate carrier used. A more environmentally friendly etch
drive such. B. wet chemical etching with NH₄OH: H₂O₂:
H₂O is not applicable because here too the reproducibility
is not good enough.
In der Technologie der Vorbeschichtung herrschen bei den ver
schiedenen Herstellern der Anlagen unterschiedliche Auffas
sungen vor. Einige beschichten nur mit InP, andere beschich
ten mit GaInAs bzw. mit GaInAsP und wieder andere beschich
ten, wie oben angegeben, mit kombinierter Schichtenfolge.
Diesbezügliche Angaben befinden sich in der DE 44 04 110 A1
in Spalte 2 in den Zeilen 21 bis 36. Alle derartigen Anlagen,
die Substratträger aus Kohle haben, scheinen eine Vorbeschichtung
zu benötigen.In the technology of pre-coating, the ver
Different manufacturers of the systems have different views
sang. Some only coat with InP, others coat
Coating with GaInAs or with GaInAsP and others
ten, as stated above, with a combined layer sequence.
Relevant information can be found in DE 44 04 110 A1
in column 2 in lines 21 to 36. All such systems,
the carbon substrate supports appear to be pre-coated
to need.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur
Vorbehandlung von Substratträgern aus Graphit für Gasphasen
epitaxie im GaInAsP-System anzugeben, das zu einer Rationa
lisierung des Beschichtungsprozesses führt und bessere Be
schichtungsergebnisse liefert.
The object of the present invention is to provide a method for
Pretreatment of graphite substrate substrates for gas phases
specify epitaxy in the GaInAsP system that leads to a rationa
lization of the coating process and better loading
provides stratification results.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren mit den Merkmalen des
Anspruches 1 gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus
den abhängigen Ansprüchen.This task is accomplished with the method with the characteristics of
Claim 1 solved. Further training results from
the dependent claims.
Der Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Vorbehand
lung der Substratträger, bei dem eine Vorbelegung der
Substratträger mit einer Schicht aus AlGaAs, vorzugsweise
(AlxGa1-x)0.48As0.52, einer Dicke von 0,5 µm bis 2 µm, typischer
weise etwa 1 µm erfolgt. Das AlGaAs bewirkt eine Versiegelung
der Substratträgeroberfläche, die auf Grund ihrer Beschaffen
heit extrem groß ist. Diese Oberfläche der Substratträger be
steht nämlich wie auch eingangs erwähnt aus amorphem SiC, das
auf das Graphit, das den hauptsächlichen Anteil des Substrat
trägers ausmacht, aufgebracht ist und eine Rauhigheit
(Maximum der Abstände je zweier Ebenen, in denen ein Punkt
der Oberfläche des Substratträgers liegt und die koplanar
sind zu einer Ebene, die näherungsweise die Oberseite des
Substratträgers bildet) von mehr als Spin aufweist. Das AlGaAs
ist außerdem ein exzellenter Sauerstoff- und Feuchtig
keitsadsorber. Den praktischen Erfahrungen zufolge bewirkt
eine so versiegelte Oberfläche während der Abscheidung auf
die Substrate auch eine günstigere Zersetzungskinetik; denn
die Oberfläche hat eine deutlich geringere Aufnahmekapazität
der Reaktanten.The object of the invention is a method for pretreatment of the substrate carrier, in which a pre-coating of the substrate carrier with a layer of AlGaAs, preferably (Al x Ga 1-x ) 0.48 As 0.52 , a thickness of 0.5 μm to 2 μm, more typically about 1 µm. The AlGaAs seals the substrate carrier surface, which is extremely large due to its nature. This surface of the substrate carrier is namely, as also mentioned at the outset, from amorphous SiC, which is applied to the graphite, which makes up the main part of the substrate carrier, and a roughness (maximum of the distances between two planes, in which a point on the surface of the substrate carrier lies and which are coplanar to a plane that approximately forms the top of the substrate carrier) of more than spin. The AlGaAs is also an excellent oxygen and moisture adsorber. According to practical experience, such a sealed surface also results in more favorable decomposition kinetics during the deposition on the substrates; because the surface has a significantly lower absorption capacity of the reactants.
Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine erhebliche
Verringerung der Zeiten, in denen der Beschichtungsprozeß zum
Wechseln der Substratträger unterbrochen werden muß, und eine
erhebliche Verbesserung der Reproduzierbarkeit der Substrat
beschichtungen erreicht. Es werden nun etwa 15 Abscheidungen
mit einem Substratträger erzielt (d. i. eine Verbesserung um
den Faktor 3), ohne eine Abätzung darauf abgeschiedener, aus
dem Beschichtungsprozeß stammender Materialien vornehmen zu
müssen. Auch nach der Abätzung mit chlorhaltigen Verbindungen
werden hier wesentlich bessere Ergebnisse erzielt als mit der
konventionellen Methode. Eine umweltfreundlichere naßchemi
sche Behandlung (wie oben erwähnt) ist ebenfalls durchführbar
mit vergleichbar guten Resultaten.With this method according to the invention, a significant
Reduction in the times in which the coating process for
Changing the substrate carrier must be interrupted, and one
considerable improvement in the reproducibility of the substrate
coatings achieved. There are now about 15 deposits
achieved with a substrate support (i.e. an improvement by
the factor 3), without an etching on it
to make materials originating from the coating process
have to. Even after etching with chlorine-containing compounds
much better results are achieved here than with the
conventional method. A more environmentally friendly wet chemistry
treatment (as mentioned above) is also feasible
with comparable good results.
Ein weiteres Problem, das durch das erfindungsgemäße Verfah
ren beseitigt wird, ist die auftretende Beschichtung der
Rückseite eines beschichteten Substrates während der Epita
xie. Bei der konventionellen Vorbelegung der Substratträger
und anschließender Epitaxie ist eine solche Abscheidung auf
die Rückseiten der Substrate nicht zu vermeiden, da die epi
taktisch abgeschiedenen Materialien zwischen die Rückseite
des Substrates und die Auflagefläche des Substratträgers
kriechen (bekannt als Kurzweg-Transport-Abscheidung). Bei
sich anschließenden Prozeßschritten, die Ätzungen umfassen,
verursachen diese auf die Rückseiten der Substrate abge
schiedenen Materialien Schwierigkeiten, da sie während der
Ätzung auf die Vorderseiten der Substrate gelangen und dort
Ablagerungen bilden, die nicht mehr zu entfernen sind. Au
ßerdem treten Probleme bei der Belichtungstechnik (Fotolitho
grafie) auf wegen der durch diese Abscheidungen bedingten Un
ebenheiten in der Auflagefläche der Substrate auf dem
Substratträger, ferner bei Trockenätzprozessen, bei denen die
Substrate schlecht auf dem Substratträger haften. Daher muß
in beiden Fällen eine zusätzliche Behandlung der Rückseiten
der Substrate durchgeführt werden, wodurch das Verfahren
erheblich aufwendiger wird. Bei der Vorbelegung der Substrat
träger entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren und an
schließender Epitaxie findet die Abscheidung auf die
Rückseiten praktisch nicht mehr statt. Der Grund ist die Un
terbindung von Kurzweg-Transport-Abscheidungen. Die für den
Materialtransport verantwortlichen Spuren von Sauerstoff -
bedingt z. B. durch sauerstoffhaltige Beschichtung der Wafer -
werden durch die erfindungsgemäße Art der Vorbelegung ver
mieden (durch die extrem hohe Affinität von Sauerstoff zum
Aluminium).Another problem that the inventive method
is eliminated, the coating that occurs is the
Back of a coated substrate during the epita
xie. With conventional pre-loading of the substrate carrier
and subsequent epitaxy is such a deposition
the backs of the substrates cannot be avoided, since the epi
tactically separated materials between the back
of the substrate and the contact surface of the substrate carrier
crawl (known as short-distance transport separation). At
subsequent process steps, which include etching,
cause these abge on the backs of the substrates
Difficulties with various materials, as they occur during the
Etching get to the front of the substrates and there
Form deposits that can no longer be removed. Au
There are also problems with the exposure technology (photolitho
grafie) due to the Un caused by these deposits
Flatness in the contact surface of the substrates on the
Substrate carrier, also in dry etching processes in which the
Substrates adhere poorly to the substrate carrier. Therefore
in both cases additional treatment of the back
of the substrates are performed, making the process
becomes considerably more complex. When pre-loading the substrate
carrier according to the inventive method and
closing epitaxy takes place on the
Backs practically no longer take place. The reason is the Un
Connection of short-distance transport separations. The one for the
Material transport responsible traces of oxygen -
conditionally z. B. by coating the wafer with oxygen -
are ver by the type of pre-assignment according to the invention
avoided (due to the extremely high affinity of oxygen for
Aluminum).