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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufbringen einer Aluminiumoxidschicht auf ein Halbleitersubstrat.
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Für eine Vielzahl von Bauelementen ist es wünschenswert, an der Oberfläche eines Halbleitersubstrates eine möglichst geringe Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit zu erzielen. Es sind daher vielfältige Beschichtungen und/oder Dotierungen für Halbleitersubstrate zur elektrischen Passivierung der Oberfläche bekannt, beispielsweise das Aufbringen von Siliziumdioxid- oder Siliziumnitridschichten.
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Eine besonders hohe Qualität hinsichtlich der elektrischen Passivierung, das heißt eine besonders niedrige Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit für Minoritätsladungsträger, kann durch die Beschichtung der Oberfläche eines Halbleitersubstrates mit einer Aluminiumoxidschicht erzielt werden.
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Dies ist für vielfältige elektronische Bauelemente und beispielsweise für fotovoltaische Solarzellen von Interesse. Insbesondere fotovoltaische Solarzellen stellen großflächige elektronische Bauelemente dar, bei denen hohe effektive Minoritätsladungsträger-Lebensdauern und somit niedrige Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeiten gewünscht sind, um hohe Wirkungsgrade zu erzielen.
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Eine Verwendung einer Aluminiumoxidschicht zur Oberflächenpassivierung insbesondere bei fotovoltaischen Solarzellen konnte in der industriellen Fertigung bisher jedoch nicht realisiert werden. Dies ist darin begründet, dass kein Aufbringungsverfahren und keine entsprechende Vorrichtung zur Verfügung stand, welche das Aufbringen einer Aluminiumoxidschicht auf ein Halbleitersubstrat mit einer ausreichenden Homogenität der Schichtdicke und der passivierenden Wirkung der aufgebrachten Schicht und/oder einer ausreichenden Reproduzierbarkeit ermöglicht.
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Es ist bekannt, eine Aluminiumoxidschicht mittels Atomlagendeposition (Atomic Layer Deposition, ALD) durchzuführen. Hierdurch wird eine hohe Qualität der abgeschiedenen Schicht erzielt. Allerdings sind die Herstellungskosten vergleichsweise hoch und ein ausreichender Durchsatz für eine industrielle Anwendung kann nicht erzielt werden.
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Auch die Verwendung neu entwickelter Verfahren wie beispielsweise der „Spatial Atomic Layer Deposition", wie in F. Werner, B. Veith, V. Tiba, P. Poodt, F. Roozeboom, R. Brendel und J. Schmidt, Applied Physics Letters 97, 162103-162103-162103, Sputtern, wie beispielsweise in T. T. Li und A. Cuevas, Phys. Status Solidi RRL 3, 160 (2009) beschrieben, konnte sich in der industriellen Fertigung bisher nicht durchsetzen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Aluminiumoxidschicht auf ein Halbleitersubstrat zur Verfügung zu stellen, welche die vorgenannten Nachteile vermeiden.
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Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 5. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 2–4 und vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung in den Ansprüchen 6–15. Hiermit wird der Wortlaut sämtlicher Ansprüche explizit per Referenz in die Beschreibung einbezogen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise zur Ausführung mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. einer vorteilhaften Ausführungsform hiervon, ausgebildet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer vorzugsweisen Ausführungsform hiervon ausgebildet.
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Die Erfindung ist in der Erkenntnis begründet, dass die Methode der plasmaunterstützten Abscheidung aus der Gasphase (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition PECVD) das Potenzial einer kostengünstigen Schichtabscheidung auf einem Halbleitersubstrat mit einer hohen Durchsatzrate besitzt und grundsätzlich ist das Abscheiden einer Aluminiumoxidschicht mit dieser Methode möglich. Bisher konnten keine solchen Abscheidungen mit den für eine Solarzellenproduktion relevanten Flächengrößen und Durchsatzraten und auch nicht mit der notwendigen Schichtbeständigkeit realisiert werden. Die Untersuchungen des Anmelders ergaben, dass überraschenderweise die räumliche Anordnung eines Gaszuführungsortes, an welchem aluminiumhaltiges Gas zugeführt wird, einer Plasmazone, in welcher ein Plasma ausgebildet wird, und eines Absaugortes, an welchem Gas aus der Prozesskammer abgesaugt werden, entscheidend ist und eine spezielle Anordnung dieser vorgenannten drei Komponenten eine Abscheidung einer qualitativ hochwertigen Aluminiumoxidschicht auf einem Halbleitersubstrat mit einer hohen Durchsatzrate ermöglicht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufbringen einer Aluminiumoxidschicht auf ein Halbleitersubstrat umfasst folgende Verfahrensschritte:
In einem Verfahrensschritt A erfolgt ein Bereitstellen des Halbleitersubstrates. In einem Verfahrensschritt B erfolgt ein Einführen des Halbleitersubstrates in eine Prozesskammer und ein Abscheiden der Aluminiumoxidschicht mittels plasmaunterstützter Gasphasenabscheidung unter Ausbildung eines Plasmas in mindestens einer Plasmazone und Zuführen eines aluminiumhaltigen Gases.
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Wesentlich ist, dass in Verfahrensschritt B während der Gasphasenabscheidung ein Absaugen von Gasen aus der Prozesskammer erfolgt, wobei die Plasmazone zwischen dem Ort der Zuführung des aluminiumhaltigen Gases und dem Ort des Absaugens von Gasen erzeugt wird. Wesentlich ist somit, dass ein Gasfluss ausgehend von dem Gaszuführungsort, an welchem das aluminiumhaltige Gas zugeführt wird, über die Plasmazone zu dem Absaugeort erfolgt.
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Das Halbleitersubstrat wird hierbei typischerweise im Bereich der Plasmazone angeordnet.
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Entsprechend umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufbringen einer Aluminiumoxidschicht auf ein Halbleitersubstrat eine Reaktorkammer mit mindestens einer Gaszuführung zum Zuführen eines aluminiumhaltigen Gases und mindestens eine Antenne zur Ausbildung einer Plasmazone. Wesentlich ist, dass die Vorrichtung weiterhin mindestens eine Gasabführung zum Absaugen von Gasen aus der Reaktorkammer aufweist, wobei die mittels der Antenne erzeugbare erste Plasmazone hinsichtlich des Gasflusses des aluminiumhaltigen Gases zwischen Gaszuführung und Gasabführung angeordnet ist. Der Begriff Antenne bezeichnet hierbei und im Folgenden den Ort, von dem die elektromagnetische Anregung der Prozessgase ausgeht. Eine Antenne kann realisiert sein durch einen oder mehrere lineare metallische Stäbe oder zwei oder mehrere metallische Platten.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit derart ausgebildet, dass ein Gasfluss des aluminiumhaltigen Gases ausgehend von der ersten Gasführung über die Plasmazone zu der Gasabführung erfolgt. Vorzugsweise ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass das Halbleitersubstrat im Bereich der Plasmazone anordenbar ist.
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Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, plasmaunterstützte Gasphasenabscheidung in industriellen Herstellungsverfahren beispielsweise zur Abscheidung von Siliziumnitridschichten auf Silizium-Halbleitersubstraten zu verwenden. Eine Anordnung etwaiger Gaszuführungen, der Plasmazone und Gasabführungen gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde hierbei bisher nicht realisiert. Insbesondere ergaben die vielfältigen vorgenommenen Optimierungen der bekannten Prozesskammern zur Abscheidung von Siliziumnitridschichten keinen Anlass, dass die räumliche Anordnung zwischen Gaszuführung, Plasmazone und Gasabführung einen entscheidenden Einfluss auf die Homogenität und Qualität der aufgebrachten Schicht aufweist.
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Ein insbesondere überraschendes Ergebnis der Untersuchungen des Anmelders ist, dass vorzugsweise zwischen Plasmazone und dem Gasabsaugeort keine Gaszuführung eines aluminiumhaltigen Gases erfolgen darf. Es ist anhand der bisher bekannten Mechanismen der plasmaunterstützten Gasphasenabscheidung nicht ersichtlich, weshalb beispielsweise eine Gaszuführung eines aluminiumhaltigen Gases zwischen Plasmazone und Gasabsaugeort einen derart negativen Einfluss auf die Homogenität und Passivierungsqualität der aufgebrachten Aluminiumoxidschicht aufweist.
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Vorzugsweise erfolgt daher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zwischen dem Absaugeort zum Absaugen von Gas und der Plasmazone keine Zuführung von aluminiumhaltigen Gasen.
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Weiterhin weist nach Erkenntnissen des Anmelders das Verhältnis von in Verfahrensschritt B zugeführtem Sauerstoff zu den Aluminiumatomen in der Prozesskammer einen entscheidenden Einfluss auf die abgeschiedene Aluminiumoxidschicht auf, Vorzugsweise wird daher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in Verfahrensschritt B zusätzlich Sauerstoff zugeführt, derart, dass in der Prozesskammer das Verhältnis zwischen Sauerstoffatomen zu Aluminiumatomen größer 12:1 ist.
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Typischerweise wird als aluminiumhaltiges Gas Trimethylaluminium (TMAl) verwendet. Vorzugsweise ist daher das Verhältnis zwischen Sauerstoffatomen zu Molekülen TMAl größer 12:1.
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Eine besonders hohe Qualität der aufgebrachten Aluminiumoxidschicht wird erzielt, wenn in einer vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine vorgegebene zu erzeugende Dicke der Aluminiumoxidschicht das Halbleitersubstrat mindestens für 0,5 Sekunden pro Nanometer Schichtdicke in die Plasmazone gebracht wird.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung, in Verfahrensschritt B die Abscheidung stationär vorzunehmen, das heißt bei unbewegtem Halbleitersubstrat relativ zur Plasmazone. Eine kostengünstige Ausgestaltung ergibt sich in einer vorzugsweisen Ausführungsform, in welcher das Halbleitersubstrat in an sich bekannter Weise in Verfahrensschritt B während des Abscheidens durch die Plasmazone bewegt wird.
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Untersuchungen des Anmelders haben weiterhin ergeben, dass für eine homogene Aluminiumoxidschicht vorzugsweise bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Gaszuführung zum Zuführen des aluminiumhaltigen Gases in einem Abstand im Bereich 5 cm bis 20 cm, bevorzugt 5 cm bis 15 cm, weiter bevorzugt etwa 10 cm zu der Antenne angeordnet ist.
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Weiterhin ist insbesondere eine homogene Zuführung des aluminiumhaltigen Gases in die Prozesskammer vorteilhaft. Vorzugsweise weist die Gaszuführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung daher eine Mehrzahl von Öffnungen zum Zuführen von aluminiumhaltigem Gas in die Reaktorkammer auf. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass jeweils zwei benachbarte Öffnungen in einem Abstand kleiner oder gleich 4 cm angeordnet sind und/oder dass die Öffnungen in Reihen, vorzugsweise in einer Reihe angeordnet sind. Bei Bewegen des Halbleitersubstrates während der Gasphasenabscheidung ist die vorgenannte Reihe vorzugsweise senkrecht zur Bewegungsrichtung des Halbleitersubstrates angeordnet.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Öffnungen der Zuführung des aluminiumhaltigen Gases einen Durchmesser kleiner oder gleich 1 mm aufweisen und/oder dass die Gaszuführung derart ausgebildet ist, dass aus den Öffnungen der Gaszuführung aluminiumhaltiges Gas mit jeweils gleichem Volumenstrom in die Reaktorkammer eintritt. Hierdurch wird eine hohe Homogenität der abgeschiedenen Aluminiumoxidschicht erzielt.
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Ein vorteilhafter Gasfluss in der Reaktorkammer, welcher die Qualität der abgeschiedenen Aluminiumoxidschicht erhöht, wird weiterhin begünstigt, indem die Gasabführung eine Mehrzahl von Öffnungen zum Abführen von Gas auf der Reaktorkammer aufweist. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Öffnungen in Reihen, vorzugsweise in einer Reihe angeordnet sind. Auch hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn bei Bewegen des Halbleitersubstrates während der Gasphasenabscheidung die vorgenannte Reihe senkrecht zur Bewegungsrichtung des Halbleitersubstrates angeordnet ist.
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Die Öffnungen der Gasabführung weisen vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von 5 cm bis 20 cm. auf und/oder die Gasabführung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass aus den Öffnungen Gas mit gleichem Volumenstrom aus der Reaktorkammer austritt.
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Zur Verringerung der Kosten und/oder zum Erhöhen der Durchsatzrate ist es vorteilhaft, dass die Vorrichtung mindestens eine zweite Antenne zur Ausbildung einer zweiten Plasmazone aufweist, wobei die erste Gaszuführung zum Zuführen des aluminiumhaltigen Gases vor der ersten und die zweite Gaszuführung des aluminiumhaltigen Gases zwischen der ersten und der zweiten Plasmazone angeordnet ist.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Vorrichtung mehrerer Antennen zur Ausbildung von Plasmazonen und/oder mehrere Gasauslässe aufweist, wobei zwischen jeder Gasabführung und der jeweils nächstliegenden Plasmazone kein Gaseinlass für aluminiumhaltiges Gas angeordnet ist. Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung werden somit mehrere Bereiche zum Aufbringen der Aluminiumoxidschicht hintereinandergeschaltet. Wesentlich ist jedoch, dass erfindungsgemäß zwischen Gasabführung und der hierzu nächstliegenden Plasmazone kein Gaseinlass für aluminiumhaltiges Gas angeordnet ist.
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Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Mehrzahl von Gaseinlässen für aluminiumhaltiges Gas, Antennen und Gasauslässen auf, die in einer sich wiederholenden Abfolge Gaseinlass-Antenne-Gasabführung angeordnet sind. Hierdurch kann durch sequenzielles Hintereinanderschalten eine höhere Durchsatzrate erzielt werden. Alternativ kann eine Abfolge Gaseinlass-Antenne-Gaseinlass-Antenne usw. ausgeführt werden, wobei abschließend immer eine Gasabführung vorhanden sein muss, zum Beispiel: Gaseinlass-Antenne-Gaseinlass-Antenne-Gaseinlass-Antenne-Gasabführung.
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Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, sequentiell hintereinander geschaltete mehrere Abfolgen Al-Gaseinlass-Antenne-Gasabführung vorzusehen, um schnellere Durchlaufzeiten zu ermöglichen.
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Vorzugsweise weist die Vorrichtung mindestens eine zweite Antenne zur Ausbildung einer zweiten Plasmazone auf, welche zweite Antenne derart benachbart zu der ersten Antenne angeordnet ist, dass die erste und zweite Plasmazone eine gemeinsame, gegenüber der ersten Plasmazone vergrößerte gemeinsame Plasmazone ausbilden.
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Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Zuführen von sauerstoffhaltigem Gas eine Gaszuführung für sauerstoffhaltiges Gas. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass während des Abscheidevorgangs die Plasmazone zwischen Gaszuführung für sauerstoffhaltiges Gas und Halbleitersubstrat angeordnet ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass sich Halbleitersubstrat und Gaszuführung für sauerstoffhaltiges Gas auf gegenüberliegenden Seiten der Plasmazone befinden.
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Hinsichtlich der Gasflusswege bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird bevorzugt die Plasmazone im Wesentlichen mit dem sauerstoffhaltigen Gas und das Halbleitersubstrat im Wesentlichen mit dem aluminiumhaltigen Gas beaufschlagt. Erfindungsgemäß sind die Anlagenteile zum Ausbilden solcher Gasflüsse angeordnet, insbesondere sind bevorzugt die Gaszuführungen, die Antenne und der Ort des Gasabsaugens entsprechend angeordnet und zusammenwirkend ausgebildet.
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Weitere vorzugsweisen Merkmale und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren beschrieben. Dabei zeigt:
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1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 die Vorrichtung gemäß 1 in Draufsicht von oben;
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3 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
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4 die Vorrichtung gemäß 3 in Draufsicht von oben.
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Die 1–4 zeigen jeweils schematische, vereinfachte Darstellungen. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
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Das in 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aufbringen einer Aluminiumoxidschicht auf ein Halbleitersubstrat umfasst eine Reaktorkammer 1 mit einer als Förderband ausgebildeten Fördervorrichtung 2, mittels welcher Fördervorrichtung ein Halbleitersubstrat 3 waagrecht und geradlinig durch die Reaktorkammer 1 befördert wird. Ebenso kann die Fördervorrichtung in einem weiteren Ausführungsbeispiel senkrecht zu der Fördervorrichtung 2 angeordnet sein.
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An dem rechten und linken Ende der Reaktorkammer 1 ist jeweils eine (nicht dargestellte) Schleuse vorgesehen, um ein Beladen der Fördervorrichtung 2 mit Halbleitersubstraten (am linken Ende) und eine Entnahme der Halbleitersubstrate von der Fördervorrichtung 2 (am rechten Ende) zu ermöglichen.
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Die Fördervorrichtung 2 ist ausgebildet, um das Halbleitersubstrat 3 kontinuierlich linear in 3 von links nach rechts gemäß dem angegebenen Pfeil A zu bewegen.
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Die Reaktorkammer 1 weist eine erste Gaszuführung 4 auf, zum Zuführen von aluminiumhaltigen Gasen in die Reaktorkammer.
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Weiterhin ist in der Reaktorkammer eine Antenne 5 zum Erzeugen eines Plasmas angeordnet und die Antenne 5 ist in etwa geradlinig ausgebildet und steht in 1 mit ihrer linearen Erstreckung senkrecht zur Zeichenebene.
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Die sich ausbildende Plasmazone ist daher näherungsweise zylindrisch ausgebildet und erstreckt sich in etwa konzentrisch um die Antenne 5, zumindest bis zu der Fördervorrichtung 2, sodass sich bei der Darstellung gemäß 1 das Halbleitersubstrat 3 in der Plasmazone befindet.
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Die Vorrichtung weist weiterhin eine Gasabführung 6 zum Absaugen von Gasen aus der Reaktorkammer auf.
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Weiterhin weist die Reaktorkammer eine Sauerstoff-Gaszuführung 7 zum Zuführen eines oxidierenden Gases auf.
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Wesentlich ist, dass die mittels der Antenne 5 erzeugte Plasmazone zwischen der ersten Gaszuführung 4 und der Gasabführung 6 angeordnet ist. Das durch die erste Gaszuführung 4 zugeführte aluminiumhaltige Gas weist somit einen Flussweg ausgehend von der ersten Gaszuführung 4 über die Plasmazone und gegebenenfalls in Kontakt mit dem Halbleitersubstrat 3 zu der Gasabführung 6 auf. Weiterhin ist wesentlich, dass zwischen der Antenne 5 erzeugten Plasmazone und der Gasabführung 6 keine Gaszuführung für aluminiumhaltiges Gas erfolgt.
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Die erste Gaszuführung 4 ist entsprechend mit – nicht dargestellten – Mitteln zum Zuführen eines aluminiumhaltigen Gases, insbesondere zum Zuführen von TMAl fluidleitend verbunden. Entsprechend ist die Sauerstoff-Gaszuführung 7 mit – nicht dargestellten – Mitteln zum Zuführen von Sauerstoffgas verbunden. Die Antenne 5 ist elektrisch mit einer an sich bekannten Energieversorgung zum Erzeugen eines Plasmas verbunden und die Gasabführung 6 ist mit einer oder mehreren Pumpen zum Abführen von Gasen fluidleitend verbunden. Energieversorgung und Pumpen sind ebenfalls nicht dargestellt.
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Die Antenne 5 und die Gaszuführungen 4 und 7 sind jeweils in etwa geradlinig ausgebildet, wobei die lineare Erstreckung jeweils in etwa senkrecht zur Förderrichtung A des Halbleitersubstrates 3 durch die Fördervorrichtung 2 stehen.
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Weiterhin erstrecken sich die Gaszuführungen 4 und 7 sowie die Antenne 5 in etwa parallel zu dem auf der Fördervorrichtung 2 aufliegendem Halbleitersubstrat 3.
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Die Gaszuführungen 4 und 7 weisen jeweils entlang ihrer linearen Erstreckung eine Vielzahl benachbarter Gasaustrittsöffnungen auf. Die Gasaustrittsöffnungen sind in den 2 und 4 jeweils als kreisförmige Verdickungen dargestellt und in 2 sind beispielhaft drei Gasaustrittsöffnungen 4a der ersten Gaszuführung 4 gekennzeichnet.
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Die Gasaustrittsöffnungen weisen einen Abstand von etwa 3 cm zueinander und einen Durchmesser von etwa 1 mm auf.
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Wie in den 2 und 4 ersichtlich, weist die Gasabführung 6 ebenfalls mehrere reihenartig angeordnete Öffnungen auf, welche entlang einer senkrecht zur Förderrichtung A stehenden Reihe angeordnet sind. In den 2 und 4 sind beispielhaft jeweils zwei Öffnungen der Gasabführung 6 mit Bezugszeichen 6a gekennzeichnet.
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Wie in 1 ersichtlich, ist die Sauerstoff-Gaszuführung 7 über der Antenne 5 angeordnet, sodass sich die Antenne 5 und entsprechend die mittels der Antenne erzeugte Plasmazone zwischen dem Halbleitersubstrat 3 an seiner zu der Antenne 5 zunächst liegenden Position und der Sauerstoff-Gaszuführung 7 befindet.
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Mit einer Vorrichtung gemäß des in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels ist beispielsweise auf einem Siliziumwafer als Halbleitersubstrat großflächig eine homogene Aluminiumoxidschicht (Al2O3) herstellbar. Der Herstellungsprozess ist hierbei dem an sich bekannter Herstellungsprozess, beispielsweise zum Abscheiden einer Siliziumnitridschicht mittels plasmaunterstützter Gasphasenabscheidung ähnlich.
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In einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem Verfahrensschritt A das Halbleitersubstrat 3 bereitgestellt. In einem Verfahrensschritt B erfolgt ein Einführen des Halbleitersubstrates 3 in die Prozesskammer 1, wobei mittels der Fördervorrichtung 2 das Halbleitersubstrat 3 an die in 1 dargestellte Position unterhalb der Antenne 5 gefördert wird. Mittels der Antenne 5 wird eine Plasmazone erzeugt. Weiterhin wird über die erste Gaszuführung 4 TMAl und über die Sauerstoff-Gaszuführung 7 Sauerstoffgas zugeführt. Ebenso wird während des Abscheideprozesses über die Gasabführung 6 Gas aus der Reaktorkammer 1 abgeführt. Hierdurch wird eine homogene Aluminiumoxidschicht auf dem Halbleitersubstrat 3 abgeschieden.
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Untersuchungen des Anmelders haben ergeben, dass durch die in 1 dargestellte Anordnung Aluminiumoxidschichten mit einer hohen Passivierungswirkung großflächig hergestellt werden können. Messungen ergaben, dass über einen großen Flächenbereich Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeiten der Minoritätsladungsträger < 200 cm/s erzielt werden.
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In den 3 und 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird nachfolgend lediglich auf die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 eingegangen:
Das zweite Ausführungsbeispiel stellt eine Weiterentwicklung des ersten Ausführungsbeispiels dar, bei welchem sequenziell drei Tripel bestehend aus erster Gaszuführung, Antenne und Sauerstoff-Gaszuführung, hintereinandergeschaltet sind. Das erste Tripel umfasst somit eine erste Gaszuführung 4, eine Antenne 5 und eine Sauerstoff-Gaszuführung 7. Das zweite Tripel umfasst eine erste Gaszuführung 4', eine Antenne 5' und eine Sauerstoff-Gaszuführung 7' und das dritte Tripel umfasst eine erste Gaszuführung 4'', eine Antenne 5'' und eine Sauerstoff-Gaszuführung 7''.
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Jedes Tripel ist hinsichtlich seiner räumlichen Anordnung und der nicht dargestellten Anschlüsse mit externen Komponenten analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet.
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Die Reaktorkammer 1 weist jedoch lediglich eine Gasabführung 6 auf, die ebenfalls gleich der Gasabführung 6 des ersten Ausführungsbeispiels ausgebildet ist. Wesentlich ist, dass zwischen der Gasabführung 6 und der nächstliegenden Plasmazone, das heißt der nächstliegenden Antenne – vorliegend die Antenne 5'' gemäß der 3 und 4 –, keine Gaszuführung für aluminiumhaltiges Gas angeordnet ist. Weiterhin ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wesentlich, dass bei Durchführung des Abscheideprozesses mittels der Sauerstoff-Gaszuführungen 7, 7' und 7'' eine ausreichende Menge an Sauerstoff zur Verfügung gestellt wird, sodass in der mittels Antenne 5 erzeugten Plasmazone sämtliches durch die erste Gaszuführung 4 eingeleitetes aluminiumhaltiges Gas oxidiert wird, weiterhin in der mittels der Antenne 5' ausgebildeten Plasmazone sämtliches mittels der zweiten Gaszuführung 4' zugeleitetes aluminiumhaltiges Gas oxidiert wird und entsprechend in der mittels der Antenne 5'' ausgebildeten Plasmazone sämtliches mittels der Gaszuführung 4'' zugeleitetes aluminiumhaltiges Gas oxidiert wird.
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Die Gasflussraten bei der Zuführung des aluminiumhaltigen Gases und des Sauerstoffgases sind derart gewählt, dass jeweils in den Plasmazonen das Verhältnis von Sauerstoffatomen zu Aluminiumatomen (vorliegend zu TMAl-Molekülen) größer ist als 12:1. Hierdurch wird die vollständige Oxidation wie vorbeschrieben gewährleistet.
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Aufgrund der vollständigen Oxidation in der jeweiligen Plasmazone kann bei dem zweiten Ausführungsbeispiel lediglich eine Gasabführung verwendet werden, sodass sich ein kostengünstiger Aufbau ergibt.
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Die Hintereinanderschaltung von drei Tripeln wie vorbeschrieben ermöglicht bei einer vorgegebenen Schichtdicke einer abzuscheidenden Aluminiumoxidschicht einen höheren Durchsatz.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Spatial Atomic Layer Deposition”, wie in F. Werner, B. Veith, V. Tiba, P. Poodt, F. Roozeboom, R. Brendel und J. Schmidt, Applied Physics Letters 97, 162103-162103-162103 [0007]
- T. T. Li und A. Cuevas, Phys. Status Solidi RRL 3, 160 (2009) [0007]
