元器件制造方法和真空处理系统技术方案

在制造对其涂覆提出了与在用一外延层进行涂覆时一样的要求的涂覆元器件时，将反应气体通入一处理室（ＰＲ）中并且借助低能等离子放电来激活反应气体。为了提高这种方法的工业实用性，在这里，处理室（ＰＲ）与处于环境中的容器（１）的内壁分隔开（１４）。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及如权利要求1前序部分所述的制造涂覆工件的方法，如权利要求28-35所述的该方法的用途，如权利要求36前序部分所述的执行该方法的设备及其如权利要求51-54所述的用途。
技术介绍
在这里，本专利技术的出发点就是利用CVD法和PECVD法制造薄层时遇到的问题。本专利技术提出的认识可以尤其是套用到半导体层的制造，例如在太阳能电池制造中或调制搀杂的场效应晶体管或异质双极性晶体管中。半导体薄膜或是以单晶形式即外延地沉积到一个或许也是单晶的衬底(基片)上，或是一多晶形式或非晶态形式沉积到多晶或非晶态衬底上如玻璃上。虽然以下主要参照涂有硅和/或锗的衬底的制造来描述本专利技术，但如上所述，本专利技术也可被用于制造涂有其它材料的其它工件。已知的外延半导体膜的沉积是-分子束外延，MBE，-热化学气相沉积，CVD-借助直流放电或高频放电的间接等离子加强的CVD法，RPECVD-微波等离子加强的化学气相沉积和ECRCVD。CVD法是许多化学沉积法的统称，这些沉积法或是以相应设备来区分，或是以其工作方式来区分。因此，例如CVD法可以在正常大气压下进行，或是在低得多的压力，甚至低到超高真空区域的压力下进行。为此，可以参见(1)以及(2)。在外延硅层的工业规模生产中，只使用了CVD。在这里，所用反应气体是含硅气体，例如氯硅烷，SiCl4，Si3HCl，SiH2Cl2和硅烷，例如SiH4或Si2H6。标准CVD法的特征就是1000℃以上的高沉积温度以及通常为20-1000毫巴的压力，即高达正常大气压。因此，根据工作条件，可以获得高达每分钟几微米的涂覆速率，相当于几百/sec，为此又参见(1)。而低压化学气相沉积(LPCVD，与低压气相外延法同一意思)发生在小于1毫巴的压力下并且允许通常达到700℃的更低处理温度。与此相关地，除了参见(1)外，还参见(3)和(6)。关于LPCVD和参照(6)，在650℃沉积温度下得到生长速率GR＝50/min。在硅烷反应气体流量F＝14sccm的情况下，得到了一个与气体效率有关的特征参数，即单位反应气体流量的生长速率GRF＝3.6/(sccm.min)。在5英寸晶片上，相当于表面A5＝123cm2，从用于2英寸晶片的实际表面A2换算出一个沉积量GA＝5.2·1016硅原子/sec。与单位反应气体流量有关地，得到了特征参数“单位反应气体流量的沉积量”，以下称为气体利用系数GRF＝8.4·10-3，相当于千分之8.4。在650℃下出现一外延层。如果沉积温度降到600℃，则出现一多晶层，其参数为GR＝3/min，F＝28sccm硅烷，GRF＝0.11/(sccm.min)，A5上的GA＝3.1·1015硅原子/sec，GAF＝2.5·10-4，相当于千分之0.25。原则上，无缺陷外延生长需要以下条件-在电子透射显微镜中，在制备截面上通过电子衍射和高分辨率确定外延；-在沿衬底截面的典型的10-15微米可透射区内，应该看不到缺陷。在缺陷分析时的典型放大倍数是110000-220000倍。另一个研究方案就是超高真空化学气相沉积(UHV-CVD)，其工作压力为10-4-10-2毫巴，一般为10-3毫巴，为此参见(4)、(5)、(7)。这种方法允许很低的工件温度，但在这里，生长速率或涂覆速率非常低，因此，例如根据(5)，在550℃时，纯硅的生长速率约为3/min。生长速率低的原因是，反应分子如SiH4的吸收分解速率随着氢更多地附在工件表面上而降低。就是说，层生长受到氢气的解吸速率的限制，该解吸速率根据指数关系岁温度递增。为此参见(8)。由于Ge-H键的结合能与Si-H键相比更低，所以硅锗合金表面的氢解吸更强，从而在相同的衬底温度下，出现了比纯硅时更高的生长速率。例如，根据(5)，在10％锗含量情况下，在550℃时高了25倍。可在低衬底温度下获得有外延质量的高沉积速率的另一可能性在于，在(9)中，反应气体借助微波等离子分解(ECRCVD)。通过使用基于电子回旋加速共振原理的等离子源，可以避免高能离子落到衬底上。这样的源一般在10-3-10-4毫巴压力下工作，但这导致了比在电容耦合输入高频等离子时更大的自由波长。这可能又造成不希望的对衬底的离子轰击并进而如(10)所述地造成缺陷的形成。可是，轰击衬底的离子的能量可通过外部控制衬底电位受到限制，由此一来，尽可能地避免了离子危害。在ECRCVD方法中，在小于等于600℃的低沉积温度下，纯硅的生长速率一般只有几十/min。总之，迄今为止，在以也适用于设置外延层的质量沉积的层能够按照以下方式来沉积*通过UHV-CVD，生长速率GR约为3/min，或者*通过ECRCVD，其生长速率GR约高了1个数量级(30/min)。其等离子通过直流放电产生的PECVD法可以被用于制造有外延质量即空穴密度较低(见上)的层，既不用于构成外延层，也不用于构成非晶态层或多晶层，至少没有确保用于工业生产的生长速率GR、可靠度和有效性或效率。另一方面，很早就注意到通过使用电容耦合输入的并用于产生PECVD法用的高频等离子的高频场，参见(11)。这种方法的难点就是，在高频等离子中，不仅分解了反应气体，同时，衬底表面遇到高能离子的强烈轰击，就象在反应雾化或高频蚀刻中遇到的那样的。这一方面有利于氢解吸，但同时导致生长层中的缺陷。一种源于此的方法RPCVD(间接等离子化学气相沉积)没有直接暴露在高频等离子下，这导致更高的结果(12)。但是，所获得的生长速率低，即绝大部分为纳米/分钟，到最高达几纳米/分钟，根据(13)。
技术实现思路
本专利技术的任务是，提供一种可用于工业规模制造的方法，它允许具有外延质量的层以明显高于目前已知的速度的生长速度来生长。通过上述类型的方法来完成该任务，该方法的特征如权利要求1特征部分所述，或者通过其特征如权利要求36的特征部分所述的设备来完成该任务。在权利要求2-27中规定了该方法的优选实施例，在权利要求37-50中规定了优选的实施例。本专利技术的方法特别适用于制造半导体涂覆衬底，它具有外延、非晶态或多晶层，在这里，尤其是硅层、锗层或硅锗层以及镓层或镓化合物层。在这里，尤其是也可以沉积搀杂的半导体层。含有硅和/或锗的层，最好搀杂有至少一种选择元素周期表的III族或V族的元素，或者具有元素周期表的II、III、IV或V族中的至少一种元素如镁或硅的含镓层。从以上讨论的用于制造外延层的涂覆技术中，可以总结出以下特点 -CVD法且尤其是UHV-CVD法导致了出色的层质量，即使衬底温度低于500℃。这些方法也适用于制造外延层，在这里，对层质量提出了极其严格的要求。但是例如硅的生长速率在这些方法中非常低，如上所述，在550℃下为3/min数量级。-微波等离子加强方法ECRCVD的优点是，反应分子的分解可以在没有高热能的情况下发生。对衬底的离子轰击导致更高的氢解吸。这两种效应可以导致生长速率明显提高。但在温度低时，观察到不可接受的高缺陷密度，这是由于离子轰击引起的。尽管借助衬底偏电压的控制提高了层质量，但在较低速度下未改变。因此，看起来本身有这样的矛盾，即衬底的离子轰击一方面导致生长速度因氢解吸加强而提高，但同时导致缺陷密度增大。按照(2)，为在大气压下工作的热CVD法，得到了以本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过使用至少一个等离子加强的处理步骤来制造呈电子元器件、光电元器件、光学元器件或微观机械元件或其中间产品形式的元器件的方法，在该处理步骤中，被通入一个处理室（ＰＲ）的反应气体或混合反应气体借助低能等离子放电而以在安置于该等离子放电中的元器件的表面的电离能Ｅ被激活，其中０ｅＶ＜Ｅ≤１５ｅＶ，其特征在于，所述处理气氛（ＰＲ）在该处理步骤中与一个处于环境中的真空容器（１）的内壁分隔开（１５；１５ａ；１４；１５ｂ）。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：R瓦纳，S维尔特舍，J拉姆，
申请(专利权)人：尤纳克西斯巴尔策斯公司，
类型：发明
国别省市：LI[列支敦士登]