JP4601954B2 - 被膜された基板を製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、材料処理された基板を製造する方法であって、
ａ）少なくとも１つの基板を排気された真空容器の中へ入れ、
ｂ）基板の処理されるべき表面を、その表面で吸着される反応性ガスに暴露し、
ｃ）反応性ガスへの表面の暴露を終了し、
ｄ）表面に吸着された反応性ガスを反応させる方法に関する。

このような方法は、ＵＳ５９１６３６５から公知となっている。その場合には、周囲に対してプロセス空間を区切るセラミック製の容器壁を備える、排気された真空容器の中に基板を入れる。

被膜されるべき基板表面は、この表面で吸着される第１の反応性ガスに暴露される。引き続いて反応性ガスをポンプで排気することで、反応性ガスへの表面の暴露が終了する。

次いで、第２の反応性ガスが導入され、真空容器の外部に設けられたコイル機構によって、容器内に高周波電磁界が生成される。それにより、導入された第２の反応性ガスの少なくとも一部が活性化されてラジカルになり、表面に吸着されている第１の反応性ガスは、高周波磁界の作用によって生成されるこのラジカルとのみ反応する。

本発明の課題は、被膜されるべき基板表面に原子の単層を蒸着することを前提としながらも、蒸着可能な単層の多様性に関してはるかに広い利用柔軟性を備えている、冒頭に述べた種類の方法を提案することである。

本明細書で材料処理という用語を用いている理由は、前述した単層が、薄膜の意味における閉じた層として蒸着していなくてもよく、蒸着される原子の密度は、閉じた層の形成に必要であるよりもはるかに少なくてよいからである。ただし希望する場合には、閉じた単層が形成されるように材料処理を行うことも十分に可能であり、この場合には薄膜の意味となる。

このことは、本発明によれば次のようにして達成され、すなわち、
ｄ₁）反応性ガスが吸着されている表面を、
０＜Ｅ_IO≦２０ｅＶ
の基板表面におけるイオンエネルギＥ_IOと、
０ｅＶ＜Ｅ_eo≦１００ｅＶ
の電子エネルギＥ_eoとで、低エネルギのプラズマ放電に暴露し、
ｄ₂）吸着されている反応性ガスを、少なくとも、プラズマ生成されたイオンと電子の相互作用のもとで反応させる。

吸着されているガスが、定義上は電気的に中性のラジカルによってのみ反応する前掲のＵＳ５９１６３６５とは異なり、本発明では、表面に吸着されている反応性ガスが、少なくとも、低エネルギのプラズマ放電で生成されたイオンと電子の作用によって穏やかに反応する。それにより、低エネルギの希ガスイオンと電子の「穏やかな」相互作用だけによって、もしくは他の反応性ガスイオンの同様の作用だけによって、他の反応性ガスのラジ
カルが表面で作用しなくても、吸着されているガスを本質的に安定化させることが可能になる。

前掲のＵＳ５９１６３６５には、反応性ガス混合雰囲気の中でのグロー放電を利用して薄層を蒸着することが公知であるがこれは満足のいく成膜にはつながらない旨が記載されているが、本明細書では、吸着されている反応性ガスまたは反応性混合ガスに対するイオンと電子の作用を生成することに加えて、プラズマ放電中で第２の反応性ガスまたは反応性混合ガスを活性化させてラジカルとイオンにし、吸着されている反応性ガスまたは反応性混合ガスを、プラズマ活性化によって生成される、それ自体電気的に中性のラジカルならびに反応性ガスイオンとも追加的に相互作用させるために、本発明で作用されるプラズマ放電をどのように形成しなければならないかについて以下に説明していく。

いずれにせよ電気的に帯電している粒子が吸着されているガスの反応に関与することになるので、反応を制御することができ、特に、電界および／または磁界によって反応の分散を制御することができる。ただし、それによってラジカルの挙動そのものに影響が及ぼされることはない。

有利な実施形態では、基板表面におけるイオンエネルギＥ_Iは、
０ｅＶ＜Ｅ_I≦１５ｅＶ
の範囲までさらに低減される。さらに、吸着されている反応性ガスは、反応性混合ガスであってもまったく構わない。さらにプラズマ放電は、希ガス雰囲気、有利にはアルゴン雰囲気の中で維持されるか、または、他の反応性ガスまたは反応性混合ガスを含む雰囲気の中でプラズマ放電が生成される。この場合、この他の反応性ガスまたは反応性混合ガスは、次のガスのうち少なくとも１つを含んでいるのが好ましい：
水素、窒素、酸素、有利には水素、あるいは水素ガスからなる反応性ガスまたは反応性混合ガス。

本発明による方法の他の有利な実施形態では、真空容器は圧力ｐ_vまで排気され、この圧力については次式が成立する：
１０^-11ｍｂａｒ≦ｐ_v≦１０^-8ｍｂａｒ
それにより、基板が中に入る真空雰囲気に由来する汚染物質が表面に付着して、障害になるということが事実上あり得ないことが保証される。

他の有利な実施形態では、表面に吸着されるべき反応性ガスまたは反応性混合ガスは分圧Ｐ_pまで導入され、この分圧については次式が成立する：
１０^-4ｍｂａｒ≦ｐ_p≦１ｍｂａｒ
表面に吸着される反応性ガスまたは反応性混合ガスの量は、この表面の暴露から暴露終了までの時間によって、ある程度まで制御することができる。この場合、基本的に、飽和の力学について特徴的な時間定数を含む、飽和値に向かって進行する指数関数を前提とすることができる。この時間定数は、必要な場合には、表面の加熱または冷却によって制御することができる。

本発明による方法の他の有利な実施形態では、吸着されるべき反応性ガスまたは反応性混合ガスへの表面の暴露は、反応性ガスまたは反応性混合ガスを含む排気された真空容器から、他の排気された真空容器へと基板を移すことによって終了される。この他の排気された真空容器で、残りの方法ステップが実行される。このことは、第１の真空容器がガス吸着にのみ用いられ、したがって汚染がない状態に保たれるのに対して、他の真空容器は、吸着されたガスのプラズマ放電反応のために用いられるという利点がある。

この方式では、たとえば中央に他の真空容器を設けることが可能であり、この他の中央
の真空室の周囲にグループ化された固有の「吸着」容器の中で、場合により異なる反応性ガスまたは反応性混合ガスが事前に吸着している基板がプラズマ放電でさらに処理される。それにより、場合により異なる多数の原子単層からなる複雑な薄層システムを、層ごとに積み重ねていくことができる。

ここで、多くの場合では、中央のプラズマ反応容器の中で、前述した低エネルギ放電を用いて異なる原子の単層または同一原子の単層を連続的に蒸着するために、同一の第２の反応性ガスまたは反応性混合ガスを使うことができ、すなわち特に、有利には窒素および／または水素および／または酸素、特に有利には水素を使うことができる。また逆に、吸着された反応性ガスまたは反応性混合ガスをプラズマ中で反応させるために、他の真空容器のいくつかを「吸着」容器に割り当てることができ、すなわちこれは、特に、吸着ステップがプラズマ中の反応ステップよりも時間的に短い場合に当てはまる。

本発明による方法の他の有利な実施形態では、吸着されるべき反応性ガスまたは反応性混合ガスへの表面の暴露は、排気された真空容器から、残りの反応性ガスまたは反応性混合ガスをポンプで排気することによって終了する。

この場合、このポンプ排気は、真空容器内の全圧ｐ_v’に達するまで行うのが好ましく、この全圧については次式が成立する：
１０^-11ｍｂａｒ≦ｐ_v’≦１０^-8ｍｂａｒ
換言すると、反応性ガス暴露の終了時には、ガス暴露の前に生じていると同じ圧力状況、すなわち超高真空状況が再び設定される。

前述のように、基板が他の真空容器に移されることによって吸着ステップの終了が具体化される場合、希ガス分圧および／または第２の反応性ガスまたは反応性混合ガスの分圧を除いて、前述した残留ガスの超高真空の圧力状況が同じく設定される。

プラズマ生成されたイオンおよび電子との相互作用の下での、吸着された反応性ガスまたは反応性混合ガスの反応は、前述した種類の低エネルギプラズマの利用に基づき、タイムクリティカルではない。このプロセスも、少なくとも近似的に、同じく漸近値に関して指数関数的に進行する。プラズマ処理が少なくとも所定の最短時間の間維持されれば、その後、この場合には閉じている、生成された原子単層を著しく損なうことなく、この処理を引き続いて維持することができる。このことは、たとえば追加的な表面処理ステップの複雑な手順に組み込まれる本発明の方法の自動化やサイクルにとって、根本的な利点を有している。

本発明による方法を方法ステップｄ₂）の後で中断すると、吸着量（暴露時間制御）および／または吸着に利用される気体原子の量ならびにプラズマ作用（プラズマ処理時間および／またはプラズマ強度）および／または第２の反応性ガスまたは反応性混合ガスの利用（ラジカルとイオンの形成）に応じて、閉じた原子単層にまで至る、異なる密度の原子単層が生じる。閉じた原子単層を希望しない場合には、実質的にイオンプレーティング技術や接種技術の意味で、基板表面またはすでに蒸着されている閉じた原子単層の上に、下層と同じ種類または違う種類または違う材料の「分散した」原子だけを蒸着するという可能性が与えられる。

この方法の他の有利な実施形態では、少なくとも方法ステップｂ）〜ｄ₂）が少なくとも２度実施され、それにより、少なくとも２つの原子単層が相上下して蒸着される。この場合、表面吸着される反応性ガスまたは反応性混合ガスを単層ごとに変えることができ、場合によっては、プラズマ放電雰囲気の中で使用される第２の反応性ガスまたは反応性混合ガスも同様であるので、単層として、的確に異なる層を蒸着することができる。このと
きエピタキシャル層を希望する場合には、ヘテロエピタキシャル層が生じる。すべての層に同じ材料を蒸着すると、エピタキシャル成長の場合、ホモエピタキシが生じる。

しかしながら、他の有利な実施形態において、ステップｄ₂）を少なくとも１回実施した後、すなわちそれが１回目であれ、サイクルｂ）〜ｄ₂）を複数回実施する場合のｎ回目であれ、その結果として生じた表面に、真空技術であれ湿式化学または電気分解であれ何らかの公知の被覆方法で、他の材料を蒸着することが原則として可能である。

本発明による方法の格別に有利な他の実施形態では、前記表面が、吸着されるべき反応性ガスまたは反応性混合ガスに暴露される前に、この表面が、前記表面における次式が成立するイオンエネルギで、低エネルギの希ガスプラズマ、有利にはアルゴンプラズマに暴露される：
０ｅＶ＜Ｅ_I1≦２０ｅＶ
有利には、
０ｅＶ＜Ｅ_I1≦１５ｅＶ
電子エネルギＥ_elは、
０ｅＶ ０＜Ｅ_el≦１００ｅＶ
それにより、再度ガスが吸着する表面に、所定の表面状態がつくり出される。

本発明による方法の他の有利な実施形態では、吸着されるべき反応性ガスまたは反応性混合ガスに前記表面を暴露する前に、この表面を、他の反応性ガスを含んでいる雰囲気の中で低エネルギプラズマ放電に暴露し、このとき、基板表面におけるイオンエネルギについては次式が成立する：
０ｅＶ＜Ｅ_I2≦２０ｅＶ
有利には、
０ｅＶ＜Ｅ_I2≦１５ｅＶ
電子エネルギＥ_e2は、
０ｅＶ＜Ｅ_e2≦１００ｅＶ
この場合にも、一方では、再度ガスが吸着する表面に所定の表面状態がつくり出され、そのうえ前記表面が洗浄される。このことは特に、他の反応性ガスとして、水素、窒素、酸素のうち少なくとも１つの気体を優先して使用する場合に当てはまる。このとき、水素を含む雰囲気、有利には、場合により特にアルゴンのような希ガスに加えて水素からなる雰囲気を採用する格別に好ましい。

次に、ガス吸着および吸着したガスの反応の後で行われる方法ステップについて考察する。

格別に有利な実施形態では、吸着した反応性ガスまたは反応性混合ガスの反応の後、表面における次のイオンエネルギＥ_I3で、低エネルギ希ガスプラズマに、有利にはアルゴンプラズマに、表面を暴露する。

０ｅＶ＜Ｅ_I3≦２０ｅＶ
有利には、
０ｅＶ＜Ｅ_I3≦１５ｅＶ
電子エネルギＥ_e3は、
０ｅＶ＜Ｅ_e3≦１００ｅＶ
本発明による方法の他の有利な実施形態では、吸着された反応性ガスの前記反応の後、他の反応性ガスまたは反応性混合ガスを含んでいる雰囲気中で表面を低エネルギプラズマ放電に暴露し、ここで、基板表面におけるイオンエネルギＥ_I4について次式が成立する：
０ｅＶ＜Ｅ_I4≦２０ｅＶ
有利には、
０ｅＶ＜Ｅ_I4≦１５ｅＶ
電子エネルギＥ_e4については次式が成立する：
０ｅＶ＜Ｅ_e4≦１００ｅＶ
この場合にも、他の反応性ガスとしては水素、窒素、酸素のうちいずれか１つの気体を用いるのが好ましく、特に水素を使用するのが好ましい。

この場合、この他の反応性ガスの反応によって、真空容器の内面も洗浄される。

前述のように、吸着された反応性ガスの反応についても、特に水素、窒素、酸素のうち少なくとも１つの気体を含む反応性ガスまたは反応性混合ガスの中で、格別に有利には少なくとも優位な水素割合で、プラズマ放電が維持されれば、この場合にも真空容器の内面が同時に洗浄され、しかも、ポンプ排気だけによって可能である以上に迅速、清浄、かつ所定の仕方で洗浄される。

特に反応性ガス吸着に先立つプラズマ処理方法の選択によって、再度ガスが吸着する表面の状態に少なくとも一要因として影響が与えられる。それにより、エピタキシャル成層が生じるか、それとも、洗浄されていないアモルファス多結晶の基板表面の場合にはアモルファス成層または多結晶成層が生じるかにも影響が及ぼされる。基板表面温度によっても、この点に関する成長特性に影響を与えることができる。

材料処理された基板を製造する本発明の方法により、格別に有利には、次の材料のうち少なくとも１つによる処理が行われる：
Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ａｌ，Ｎｂ，Ｗの酸化物または窒化物または酸窒化物、および／または次の金属：
Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｗ，Ｔａ，またはこれらの材料の混合物。格別に有利には、この表面処理は次の材料の少なくとも１つで行われる：
酸化ケイ素、酸化タンタル、酸化ジルコン、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステン、（ＴａＳｉ）_xＮ_y。

本発明による方法のさらに有利な他の実施形態では、基板の表面を取り囲むプロセス雰囲気が、ステップｂ）およびｃ）および／またはｄ）〜ｄ₂）で構成される段階の少なくとも１つの間、周囲に位置する真空容器の内壁から分離される。したがってこの分離は、被膜されるべき表面が反応性ガスまたは反応性混合ガスに吸着のため暴露されている間に（この暴露が終了するまで）行われ、および／または、吸着されたガスの反応中に行われる。

ここでの基本的な知見は、周囲圧力に対して必要な真空技術上の圧力状況を保証する構造物と、処理プロセスに直接暴露される構造物との機能的な分離は、高い純度要求の観点から、および／または本発明の方法を自動化された製造フローへ最善に組み込むという観点から、根本的な利点をもたらすということである。

これ以前にもこれ以後にも、基板の処理されるべき表面という表現を使っている場合には、すでに処理または被膜されている基板の表面も意味している。本発明の方法が格別に適している次の例を挙げておく：
誘電性の、特にＳｉＯ₂層で基板を被膜すると想定する。ここでは詳しい関心の対象外であるエッチングステップにより、たとえば１：１０の深さ・幅の比率をもつ通路、たとえば幅が５０ｎｍの通路を、前述の誘電材料からなる層に刻設する。この通路は、導電性材料、特に銅とともにいわゆる「インターコネクト」を形成するために、たとえば電気分解で充填するためのものである。付着に至らない誘電性表面への特に銅の蒸着は、極めて
問題が大きい。そこで本発明では、通路を含めた誘電性層の表面に、誘電性材料と導電性材料をつなぐ付着仲介層として、原子単層を少しだけ含んでいるライナーを蒸着する。この層は極めて密度が低いので、前記インターコネクト通路の導体断面積を無視することができる。このような付着仲介層は、ライナー層または「シード層」として知られている。

本発明による方法の他の有利な実施形態では、基板表面（場合により基板被膜表面を含む）が、反応性ガスまたは反応性ガスの吸着ステップおよび／または反応の前に、プラズマ支援による洗浄ステップを適用することによって洗浄され、この洗浄ステップでは、洗浄プロセス空間に導入された（有利には水素を少なくとも含む）反応性ガスまたは反応性混合ガスが、基板表面における次のイオンエネルギＥ_rで低エネルギプラズマ放電により活性化される。

０ｅＶ＜Ｅ_r≦２０ｅＶ
有利には、
０ｅＶ＜Ｅ_r≦１５ｅＶ
電子エネルギＥ_erは、
０ｅＶ＜Ｅ_er≦１００ｅＶ
この少なくとも１つの洗浄ステップを含む、本発明による方法の有利な実施形態では、洗浄ステップの間洗浄プロセス雰囲気が金属のカプセル封止によって、周囲に位置する洗浄真空容器の内壁から分離され、もしくは（この方が有利であるが）このプロセス雰囲気が、周囲に位置する洗浄真空容器の内壁を直接仕切っている。

後述するように、本発明に基づいて採用されるステップｂ）およびｃ）および／またはｄ）〜ｄ₂）の方法段階が、周囲圧力が印加される通常の金属壁から誘電性材料によって分離されたプロセス雰囲気の中で実施されるのが好ましいことを考慮するならば、上述の手順により、前記洗浄ステップによってさらなる低コストな解決法が採用されることは明らかである。この場合、特に、吸着されるべき反応性ガスまたは反応性混合ガスに基板表面を初めて暴露する前の洗浄ステップは、かなりの容器壁部の汚染につながる可能性があることに注意すべきである。

既述のように、有利な実施形態では、ステップａ）〜ｄ₂）のただ１回の手順進行によって、場合により的確に調整された密度から、閉じた層に至るまで、ただ１つの原子単層が表面に蒸着される。他の有利な実施形態では、ステップｂ）〜ｄ₂）を反復することで、多層のたとえばエピタキシャル層を成長させる。この場合、そのつど同一の吸着されるべき反応性ガスまたは反応性混合ガスを使うと、このことは（単結晶の洗浄された表面では）エピタキシャル成長の場合にはホモエピタキシャル層につながり、吸着されるべき反応性ガスを、所定数の単層が蒸着されるごとに変更すると、このことは、極めて薄いヘテロエピタキシャル層につながる。

本発明による方法の他の有利な実施形態では、特に複数の基板で連続的にステップｂ）〜ｄ₂）までの手順を所定回数だけ実施した後、真空容器のプロセス空間に、プラズマ支援によるプロセス空間洗浄ステップを、基板を中に入れることなく施し、もしくは場合により基板の原寸模型を真空容器に入れて施し、このプロセス空間洗浄ステップは最初にエッチングステップを含んでいるのが好ましく、その後に、有利には水素でのプラズマ、希ガス、あるいはこれらの混合気の中での洗浄ステップを含む。

本発明による方法の他の有利な実施形態では、ステップａ）の前および／またはステップｄ₂）の後に、前記真空容器から場所的に切り離して基板洗浄ステップを実施し、このとき、前記真空容器と洗浄容器の間の基板の搬送を真空中で行う。

この場合、この搬送は少なくとも区間的に直線状に具体化されるのが好ましく、あるいは（この方が格別に有利であるが）円軌道に沿って前記容器まで直線状の供給運動で具体化され、有利には、円軌道に関して半径方向の運動成分で具体化される。

本発明による方法の他の有利な実施形態では、ステップｂ）およびｃ）および／またはｄ）〜ｄ₂）を含む段階の間、プロセス雰囲気が、周囲に位置する真空容器の内壁から分離され、すなわち、吸着されるべき反応性ガスまたは反応性混合ガスに対して、および／またはプラズマ活性化される第２の反応性ガスまたは反応性混合ガスに対して、新品状態のときに化学的に不活性な表面によって分離され、有利には誘電性の表面またはグラファイトの表面によって分離される。

このとき他の有利な実施形態では、不活性の表面は、大半の面区域に沿って真空容器の内壁から間隔を置いている、分離壁の表面として設計される。分離のための表面は、新品状態のとき、次の材料のうち少なくとも１つで具体化されるのが好ましい：
石英、グラファイト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ジルコン、またはこれらの材料の積層された組み合わせ。この場合にはダイアモンドに類似する炭素またはダイアモンドを含んでよい。

本発明による方法の極めて有利な他の実施形態では、プラズマ放電が、５０ｅＶ以上の電子エネルギをもつ電子ソースによって具体化され、この場合、有利にはＤＣ放電によって具体化される。

さらに、これは熱陰極によって実現されるのが好ましく、有利には直接的に加熱される熱陰極によって実現される。

前記プラズマ放電のための真空容器のプロセス空間に、有利には少なくとも２つの場所的にオフセットされた、有利にはそれぞれ加熱される陽極を、有利にはそれぞれ別個に電気的に操作可能な状態で設け、それぞれこれに印加される電位および／または陽極温度を制御または調節することによって、プラズマ密度分布が表面に沿って静的または動的に調整または制御される。このとき、他の有利な実施形態では、プラズマ放電のための陰極から陽極までの区間が実質的に垂直に、かつ有利には前記表面に対して中心に配置される。

本発明による方法の他の有利な実施形態では、プラズマ放電が生成されている間プロセス空間に磁界が生成され、この磁界によって、プラズマ密度分布が表面に沿って定常的および／または動的に調整または制御される。このとき、プラズマ密度分布は少なくとも場所的に揺れ動くのが好ましく、プラズマ中で定置に保たれる基板が放電に対して運動する場合のような効果が生まれる。

さらに、少なくとも吸着されるべき反応性ガスまたは反応性混合ガスは、有利には基板表面と実質的に平行な流入方向で、さらに有利には基板表面から等間隔な吹込み個所から、プロセス空間中に分散された状態で導入されるのが好ましい。この方法の格別に有利な実施形態では、基板は、シリコン層に通路が刻設された酸化ケイ素被覆基板によって構成され、この場合、ステップｄ₂）をｎ回実施した後に通路に銅を蒸着する。このとき、ｎは少なくとも１よりも大きい。

次に、図面を参照しながら本発明について説明する。

図１には、本発明の方法を実施するのに有利な型式Ｉのプロセスモジュールが模式的に図示されている。真空容器３の室壁１が、プロセス空間ＰＲを取り囲んでいる。プロセス
空間ＰＲには基板支持体５が設けられている。プロセス空間ＰＲは、ポンプ接続部１１を介して、真空ポンプ１３で模式的に図示しているように、本発明による製造方法を実施するために要求される次の圧力ｐ_vになるように排気される。

１０^-11ｍｂａｒ≦ｐ_v≦１０^-8ｍｂａｒ
この容器の構造は、ＵＨＶ条件（たとえば金属で密閉された真空ボイラ、加熱可能）を満たしている。通常はステンレス鋼またはＩｎｏｘからなる室壁１の、プロセス空間ＰＲのほうを向いている表面の、ほぼ大部分の表面領域は、後述するように、不活性材料で製作されている。そのために、図１に示す型式Ｉのプロセスモジュールの実施形態では、室壁１は前記不活性材料で内面被覆されており、あるいは室壁１の内部に、少なくとも前記不活性材料からなる内側表面を備える壁材が取り付けられる。このような被覆、またはこのような不活性材料表面は、図１には符号１５が付されている。

最初にも説明したように、本発明による製造プロセスは、それ自体必ずしも同一の真空容器で実施しなくてもよい２つの段階を含んでおり、すなわち次の各段階を含んでいる。・段階１、Ｐｈ₁：吸着されるべき反応性ガスまたは反応性混合ガスに、暴露の終了まで基板表面を暴露する。
・段階２、Ｐｈ₂：低エネルギプラズマ放電に基板表面を暴露し、それによって、吸着されている反応性ガスを反応させる。

このとき、Ｐｈ₂でのプラズマ放電が、最初に特定したようなイオンエネルギＥをもつ低エネルギプラズマ放電として構成されている場合、プラズマ放電が内部で維持される雰囲気は、第２の反応性ガスまたは反応性混合ガスを含み、特に、有利には水素および／または窒素および／または酸素を含む。

図１に示す型式Ｉのプロセスモジュールは、段階Ｐｈ₁および／またはＰ₂を実施するのにとりわけ適している。図１では、（模式的に図示しているように）ガス供給部７が真空容器３のプロセス空間ＰＲに通じている。選択スイッチＳ_aで模式的に示すように、供給配管７は容器３で段階Ｐｈ₁だけを実施するために、基板表面によって吸着されるべき反応性ガスまたは反応性混合ガスＲ₁を含むガスタンク機構９_Ph1と接続されている。

それに対して、段階Ｐｈ₂を実施するためにだけ真空容器３を利用するときは、供給配管７は、一方では希ガス、特にアルゴンＡｒを含んでおり、および／または（破線で図示するように）第２の反応性ガスＲ₂、有利には水素、酸素、および／または窒素を含んでいるガスタンク機構９_Ph2と接続される。

真空容器３で段階Ｐｈ₁と段階Ｐｈ₂を両方とも実施するときは、図１に時間制御ユニット１０および切換器１２で図示するように、ガスタンク９_Ph1および９_Ph2がいずれも所定の時間的順序で供給配管７につながれる。

さらに真空容器３には、ブロック１０_Ph2に図示するように、Ｐｈ₂が単独で、もしくはＰｈ₁と組み合わされて真空容器３で実施される場合、プラズマ放電ギャップＰＬ、すなわち低エネルギのプラズマ放電ギャップが設けられている。図１の図面を参照するとわかるように、ブロック１０_ph2への二重矢印は、プラズマ放電ギャップが容器３に組み込まれていることを意味しており、二重線で図するブロックＳ_aは、型式Ｉのプロセスモジュールを具体化するときに、このブロックが代替になることを模式的に表している。

段階Ｐｈ₁では、基板が基板支持体５の上に設置された後、供給配管７を介して反応性ガスまたは反応性混合ガスＲ₁が導入され、基板の表面で吸着される。次いで、同一の容器３であれ相応に構成された他の容器３でであれ、基板を段階Ｐｈ₂に供給する。いずれ
の場合でも吸着工程を終了するためには、両方の段階について使用される容器３を前述の超高真空条件まで再びポンプで排気するか、または、このような超高真空までポンプで排気されている、もしくはガスが吸着された基板を中に入れる前に排気される、他の容器に移す。次いで希ガス、有利にはアルゴンＡｒを導入し、および／または他の反応性ガスおよび低エネルギプラズマ放電、特に有利にはＤＣ放電を設定する。ＤＣ放電の場合、有利には熱陰極を備える、有利には直接加熱される熱陰極を備える、非持続放電を採用するのがさらに好ましい。

段階Ｐｈ₁で基板を反応性ガスＲ₁もしくは反応性混合ガスに暴露する時間、および／またはその表面性質、および／または供給される反応性ガスもしくは反応性混合ガスの量を的確に制御することで、基板の表面が吸着された気体原子もしくは気体分子で覆われる度合いを的確に制御することができる。

この段階Ｐｈ₁では、反応性ガスもしくは反応性混合ガスは分圧ｐ_pで導入されるのが好ましく、この分圧については次式が成立する：
１０^-4ｍｂａｒ≦ｐ_p≦１ｍｂａｒ
さらに吸着速度、すなわち基板表面が反応性ガスまたは反応性混合ガスの原子または分子で所定のパーセンテージまで飽和するのに必要な時間を、基板支持体５を相応に加熱および／または冷却することで基板を加熱および／または冷却することによって、制御することができる（図示せず）。

すでに最初に説明したように、段階Ｐｈ₂では、基板の表面に吸着されたガスが、少なくとも気体イオンと電子の相互作用の下で、場合によりプラズマ放電で生成される第２の反応性ガスまたは反応性混合ガスＲ₂のラジカルによって反応する。ガスが吸着された基板表面をプラズマ放電に暴露する時間、および、気体イオンと電子のエネルギを相応に設定し、それにより、放電ならびに場合により意図されるラジカルの量とその活性を相応に設定することによって、この段階Ｐｈ₂でも、事前に吸着された「安定化された」気体原子または気体分子の量を制御することができ、それに伴って、最終的に表面が原子または分子で被覆される度合いを制御することができる。多くのケースでは、連続する単分子または単原子の単層を基板表面に生じさせることが希望され、すなわち、原子が１つずつ並び、または分子が１つずつ並ぶ１００パーセントの飽和が希望される。

図１でプロセス空間ＰＲのほうを向いている表面１５の材料としては、誘電性材料を用いるのが好ましい。この材料は、真空容器３をどの方法段階に利用するかに応じて、反応性ガスまたは反応性混合ガスＲ₁に対して、および場合により段階Ｐｈ₂で用いられるプラズマ活性化された第２の反応性ガスまたは反応性混合ガスＲ₂に対して、不活性でなければならない。

この表面１５については、以下のグループＧに掲げる材料のうち少なくとも１つを用いるのが好ましい：
石英、グラファイト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ジルコン、ダイアモンドに類似する炭素またはダイアモンド。最後に挙げた材料は、積層された材料としての表面材料。

図２には、図１に示す本発明の型式Ｉのプロセスモジュールの有利な実施形態が、図１の図面に準ずる図面として、引き続き模式的に示されている。プロセスの実施、意図される気体備蓄、ならびに場合により設けられるプラズマ放電ギャップなどに関しては、図１との関連で行った説明が同じように当てはまる。方法の実施に関しても同様である。図２では、すでに図１で説明した部品には同一の符号が使われている。図１の実施形態とは異なり、図２の実施形態ではプロセス空間ＰＲは、同じく有利にはステンレス鋼またはＩｎ
ｏｘからなる室壁１の大部分の区域に沿って離間した、プロセス空間壁１４で仕切られている。このプロセス空間壁の、少なくともプロセス空間ＰＲのほうを向いている表面１５ａは、すでに図１との関連で説明した不活性材料で製作されており、前述したように、有利には誘電性の不活性材料で製作されており、同じく特に有利にはグループＧの材料のうち少なくとも１つで製作されている。

本来は壁部１を備える真空室の内部でプロセス空間外装を形成する壁部１４は、表面１５ａを形成する材料でできていてよく、あるいは、表面１５ａを形成する不活性材料が、壁部１のほうを向いている支持壁（図示せず）の上に構成され、たとえば積層される。この支持壁は、プロセス空間ＰＲに暴露されないので、たとえばステンレス鋼またはＩｎｏｘからなる。ポンプ接続部１１またはポンプ１３により、プロセス空間ＰＲは、図１との関連で説明した残留気体分圧になるまでポンプで排気され、それに対して、たとえば（図２に示すように）真空室壁１と外装１４との間の中間スペースは、別個のポンプ接続部１１ａを介して、同一の真空ポンプもしくは他の真空ポンプによって排気される。

当業者であれば容易にわかるように、両方の空間すなわちプロセス空間ＰＲと中間空間ＺＷを排気するのに同一のポンプ１３を用いた場合でも、付属のポンプ接続管１１または１１ａに制御可能な相応の絞り機構を組み込むことができる。本発明による方法の段階Ｐｈ₂を実施するために図２のモデルでも用いられる低エネルギプラズマに関しては、すでに図１との関連で行った説明が当てはまる。図２の実施形態で設けられる、壁部１４によって形成されるプロセス空間外装は、容器３ａで交換可能なように構成されるのが好ましい。

続いて説明する図３および図４に示す型式ＩＩのプロセスモジュールは、本発明による製造方法の枠内では、洗浄モジュールとして利用するのが好ましい。最初に述べたように、基板表面をガス吸着部へ供給する前にコンディショニングまたは洗浄するのが極めて好ましい。この作業は、プラズマ活性化された反応性ガスまたは反応性混合ガス、有利にはプラズマ活性化された水素で行うのが好ましい。この場合にも、上に掲げた範囲内の、基板表面におけるイオンエネルギＥ_rをもつ低エネルギプラズマが用いられる。このときのプラズマ放電としてはＤＣ放電を採用するのが好ましく、格別に有利には非持続放電を採用する。この場合に有利な実施形態としては、同じく熱陰極による放電、特に有利には直接加熱される熱陰極による放電を利用する。

このような種類の基板表面コンディショニングステップまたは基板表面洗浄ステップを、特に初回のガス吸着段階Ｐｈ₁の前に設けることに加えて、このような表面処理ステップを、本発明による上に定義した段階Ｐｈ₂の終了後に行うことが示されていてもよい。上述したように、そのために図３または図４に示す、以下に説明する型式ＩＩのプロセスモジュールを採用するのが好ましい。

図３に示すモジュールが図２に示すモジュールと異なっているのは、プロセス空間ＰＲを取り囲む表面１５ｂが、壁部１４ａがたとえば壁部１と同じくステンレス鋼またはＩｎｏｘまたはその他の金属で製作されることによって、図２のプロセスモジュールとの関連で説明した不活性の要求を満たしていないという点だけである。このときガスタンク機構９_Rは、特に洗浄目的に用いられる反応性ガスまたは反応性混合ガスＲ_rを含んでおり、容器３ａには、前記要求事項を満たす低エネルギプラズマ放電ギャップ（図示せず）が設けられている。

金属の壁部１４ａは交換可能であるのが好ましく、それにより、図３に示す実施形態の型式ＩＩのプロセスモジュールを、図２に示す型式Ｉのプロセスモジュールへ、およびこの逆へ容易に変更することができる。

図４には、引き続き図１〜図３に準ずる図面で、型式ＩＩのモジュールのさらに簡素化した実施形態が示されている。図３を参照して説明したのとは異なり、ここではプロセス空間ＰＲが、たとえばステンレス鋼やＩｎｏｘからなる表面をもつ室壁１で直接区切られている。

容易に明らかなように、図１または図２に示す型式Ｉのモジュール、および図３または図４に示す型式ＩＩのモジュールは、プロセス空間外装１４，１４ａを適宜取り外したり嵌め込むことによって、相互に変更することができる。

図５には、図２に示す型式Ｉのプロセスモジュールの有利な実施形態が示されている。図２のモジュールを前提として図５のモジュールで追加的に固有かつ有利に用いられるすべての方策は、図２に示す原理的なモジュールでも、単独で、もしくは任意の部分的組み合せで具体化できることを指摘しておく。図５のプロセスモジュールは、本発明による製造方法の両方の段階Ｐｈ₁およびＰｈ₂を実施するために設計されている。

それに応じてサイクルの進行状況も時間制御され、ガスの供給も段階依存的に制御される。

有利にはステンレス鋼またはＩｎｏｘからなる図５のプロセスモジュールの容器壁１０１は、中央に、有利にはその上側の端面プレート１０３で、本発明の製造方法の段階Ｐｈ₂でプロセス空間ＰＲにプラズマ放電を生成するための電子源１０５を支持している。段階Ｐｈ₂での第２の反応性ガスまたは反応性混合ガスにも利用される、本発明の枠内で要求される基板領域の低いイオンエネルギでは、場合により、以下に説明するのとは異なるプラズマ、たとえばマイクロ波プラズマなどを適用することもできる。

高くとも１００ｅＶ、有利には高くとも５０ｅＶの電子エネルギをもつ電子を放出する、電子源１０５のような電子源を用いるのが好ましい。このとき有利な実施形態では、電子源による非持続放電がＤＣ放電として具体化される。図５の電子源１０５は、容器壁１０１，１０３から電気的に絶縁された陰極室壁をもつ陰極室１０９に組み込まれた熱陰極、有利には直接的に加熱される熱陰極１０７によって構成されるのが好ましい。陰極室は、絞り１１１を介して、プロセス空間ＰＲと連通している。段階Ｐｈ₂で用いられる希ガス、有利にはアルゴンは、さらに有利には陰極室１０９の中へ導入され（図示せず）、これは特に、場合により段階Ｐｈ₂でも用いられる第２の反応性ガスまたは反応性混合ガスの影響から熱陰極１０７を守り、さらに高い電子エミッション率を可能にするためである。

容器壁１０１，１０３から離間して、これらの容器壁とともに中間スペースＺＷを規定するように、プロセス空間ＰＲを取り囲むプロセス空間外装１１３が、図２に準じて有利には交換可能なように取り付けられている。外装１１３ならびに中間スペースＺＷの内部にあるプロセス空間ＰＲは、ここでは同一のポンプ接続部１１５を介して排気される。このとき、場合によっては。この接続部１１５から一方の中間スペースＺＷおよび他方のプロセス空間ＰＲへ、異なるポンプ断面が通じていてもよい。

プロセス空間ＰＲの内部では、方法段階Ｐｈ₂のために陽極構造部が作用する。この陽極構造部は、絞り軸Ａと同心的に配置された２つまたはそれ以上の陽極１１７ａまたは１１７ｂで構成されるのが好ましい。これらの陽極は、それぞれ互いに独立してアース電位やそれぞれの電気的な陽極電位に切換可能であり（図示せず）、さらに有利には互いに独立して調整することができる。金属の容器壁１０１，１０３は、基準電位、有利にはアース電位に設定されるのがさらに好ましい。絞り軸Ａに沿ってオフセットされている陽極１
１７ａ，１１７ｂは、互いに独立して電気的に作動可能であるのに加えて、互いに独立して加熱可能または冷却可能でもあるのが好ましい（図示せず）。このことは、これらの陽極に温度調節媒体配管が通じていることによって、および／または加熱コイルが組み込まれることによって具体化される。

図５には、有利に用いられるプラズマ生成機構によって生起されるプラズマ放射ＰＬが鎖線で示されており、絞り軸Ａに対して同軸に、プラズマ密度分布が純粋にヒューリスティックに符号Ｖで図示されている。段階Ｐｈ₂では、反応性ガスが吸着されている基板表面が、プラズマ放電ＰＬに直接暴露される。陽極１１７ａおよび１１７ｂに陽極電位を相応に印加することで、または、これらの陽極の制御された温度調節によって、プラズマ密度分布Ｖを的確に調整することができ、特に、基板表面全体にわたって少なくとも近似的に一定に分布した状態に調整することができる。

プロセス空間ＰＲには基板ホルダ１１９が組み付けられており、または、後述するように、プロセス空間ＰＲに制御下で供給可能である。円板状の基板１２０の有利な取扱性のために、基板ホルダ１１９が支持面１１９ａを規定するように、かつ、この支持面１１９ａを絞り軸Ａに対して平行に、または絞り軸に関して斜角で、または図５のように絞り軸に関して垂直に、ただし偏心的に配置することも十分に可能ではあるが、はるかに有利な実施形態では、基板ホルダ１１９はその支持面１１９ａが絞り１１１の軸Ａに対して同心的に、かつ実質的に垂直に配置される。

他の有利な実施形態では、基板ホルダ１１９が外部の駆動装置１２１によって、二重矢印Ｆで図示するように、プロセス空間外装１１３で規定される内のりの収容空間１２３に向かうように、またはこれから離れるように往復運動可能である。基板ホルダ１１９が駆動装置１２１によって、プロセス空間ＰＲに向かって完全に上方へ移動すると、その縁部分１２５はプロセス空間外装１１３の内のりの開口部１２３を閉止し、少なくとも、段階Ｐｈ₂では電荷担体がプロセス空間ＰＲから出ることが防止されるようにし、また方法段階Ｐｈ₁では、吸着されるべき反応性ガスまたは反応性混合ガスが中間スペースＺＷへ出ることが持続的に防止されるようにする。

前述したように有利には平坦または円板状の基板１２０は、スリット弁１２９を通して定置の受容支柱１２６の上に載せられ、その間、基板ホルダ１１９は降下している。次いで基板ホルダ１１９が持ち上げられ、その支持面１１９ａで基板１２０を下から支え、これを定置の支柱１２６から持ち上げる。基板１２０は上方へ移動してプロセス空間ＰＲに入り、加工位置に達すると、基板ホルダ１１９がその縁部分１２５でプロセス空間を上述の程度まで閉じる。

支柱１２６は、温度調節媒体の供給・排出配管１２８を介して温度調節媒体の作用をうける基板温度調節装置１２７に取り付けられている。前述したように、特に段階Ｐｈ₁で基板表面温度を適宜制御することで、ガス吸着率を制御することができる。

図５では、加工位置にある基板ホルダ１１９が鎖線で図示されている。

容器壁部１０１およびその端面側の閉止プレート１０３または１３１も、特に本発明による製造方法の段階Ｐｈ₂で温度調節され、有利には冷却される。そのために、外装を形成する壁部１０１は、温度媒体系統が間に組み込まれた二重壁として構成されている。同様に、端面プレート１０３または１３１にも温度調節媒体の配管系が組み込まれている。

真空容器の外部には、ヘルムホルツコイル１３３と、分散された偏向コイル１３５とが取り付けられている。ヘルムホルツコイル１３３により、特に本発明による製造方法の段
階Ｐｈ₂で、軸Ａと実質的に平行に、この軸に関して左右対称な磁界パターンがプロセス空間ＰＲの内部で生成される。偏向コイル１３５により、図６に模式的に示すように、この磁界パターンを軸Ａに対して垂直な平面Ｅで変位させることができる。このような磁界強度分布Ｈ_Aの「変位」によって、基板１２０に沿ったプラズマ密度分布Ｖの「変位」が生じる。それにより、あたかもプラズマ密度分布が時間的に一定なプラズマＰＬに対して基板を変位させた場合と同じように、プラズマ密度分布Ｖと、処理されるべき基板表面との間の「相対運動」が実現される。したがってこのような磁界分布制御により、あたかもプラズマＰＬに対して基板を機械的に動かした場合と同様の効果が基板で得られるが、機械的な基板運動が行われることはない。

本発明による方法の段階Ｐｈ₁を具体化するために、吸着されるべき反応性ガスまたは反応性混合ガスが、有利には事前に洗浄された基板１２０が加工位置に移動した後、反応性ガス入口１３７を介してプロセス空間ＰＲに導入される。このとき、図示しているように、有利には軸Ａと同軸な反応性ガス入口は、加工位置にある基板１２０または基板支持体１１９のすぐ近くの領域に配置されており、入口の開口部は、処理されるべき基板面と実質的に平行である。前述したように、有利にはステンレス鋼で製作される真空容器１０１，１０３は、特に段階Ｐｈ₂で集中的に冷却されるのが好ましい。この真空容器はＵＨＶ条件を満たしている。段階Ｐｈ₂での集中的な冷却は、特に段階Ｐｈ₂の間、鋼材の加熱や、これと結びついた鋼材からの炭素含有ガスの遊離を防止する。

プロセス空間外装１１３の材料、特にプロセスに暴露される表面の材料に関しては、すでに図１を参照して説明したことが当てはまる。すなわち、前述したように有利には材料グループＧから選択される、有利には誘電性の不活性材料は、プロセス温度よりはるかに高い温度のときでも、使用される吸着されるべき反応性ガスＲ₁（図１）に関して、および場合により段階Ｐｈ₂でプラズマ放電雰囲気に供給される第２の反応性ガス（Ｒ₂）に関して安定であり、特に水素、シラン、ゲルマン、ジボラン、塩素、ＮＦ₃，ＨＣｌ，ＳｉＨ₃ＣＨ₃，ＧｅＨ₃ＣＨ₃，Ｎ₂，ＣｌＦ₃，ＰＨ₃，ＡｓＨ₄等に関して安定である。それにより、基板１２０が汚染されないことが実現される。プロセス空間外套１１３の内側表面の余分な被膜は、分圧の生成という観点からクリティカルであるにすぎない。ガス吸着およびこれに続くプラズマ処理による薄い余分な被膜は、事実上、プロセス内在的な物質によってのみ取り囲まれることになるプロセスの、さらなる優れた純粋性を保証するために好ましい場合さえある。

型式Ｉのプロセスモジュールでは、真空室壁は、反応性ガスやプラズマに対してプロセス空間外装１１３で守られているうえに、図５に示す集中的な冷却が気相からの析出をそこで追加的に強力に低減させるので、ステンレス鋼で被覆されないのが普通である。プロセス空間外装１１３の内側表面に関して該当することは、基板ホルダ１１９の、プロセスに暴露される表面についても当てはまる。

プロセス空間外装１１３は、機構１１７ａ，１１７ｂを解体することなく取り外したり、交換することができるように、多部分で構成されるのが好ましい（図示せず）。

図５に示すプロセス空間外装１１３を取り外すことにより、型式ＩＩのプロセスモジュールの有利な実施形態が具体化され、または、プロセス空間外装１１３を同様に成形された金属製の外装と取り替えることにより、図３に示す型式ＩＩのプロセスモジュールが具体化される。

繰り返しておくと、有利には図５に示すように構成される型式Ｉのプロセスモジュールでは、本発明による製造方法の段階Ｐｈ₁および／または段階Ｐｈ₂が実施されるのに対して、型式ＩＩのモジュールでは、段階Ｐｈ₁の前および／または段階Ｐｈ₂の後に行われる
表面コンディショニングステップまたは表面洗浄ステップが、有利には低エネルギ水素プラズマの中で実施されるのが好ましい。

図７および図８には、本発明による製造方法の２通りの可能な実施形態が、フローチャートの形で示されている。図７では、たとえばヘテロエピタキシャル成長した層を製作するために、複数の異なる原子単層が相上下して蒸着されるものと想定している。基板は、まず、有利には型式ＩＩのモジュールに従って構成された洗浄モジュールＲに供給され、そこで、さらに有利には上に定義したように、低エネルギ水素プラズマの中で表面洗浄が行われる。前記基板は洗浄Ｒの後、型式Ｉのプロセスモジュールに供給され、そこで、第１の反応性ガスの吸着を含む方法段階Ｐｈ₁₁が行われる。次いで基板は、段階Ｐｈ₂を具体化するために、前述したようにガス供給（希ガスおよび／または反応性ガス）と低エネルギプラズマ放電とを含む、有利には型式Ｉのプロセスモジュールに供給される。段階Ｐｈ₂の実施後、基板は型式Ｉのさらに他のプロセスモジュールへ供給され、そこで、吸着されるべき他の反応性ガスまたは反応性混合ガス（Ｐｈ₁₂）で処理される。次いで、やはり型式Ｉの中央のプロセスモジュールで方法段階Ｐｈ₂が基板に施され、次いで、場合により型式Ｉの他のプロセスモジュールに供給され、そこで基板に、吸着されるべき他の反応性混合ガスまたは反応性ガスが施される（Ｐｈ₁₃等）。

それにより、エピタキシャル層を成長させたい場合には、ヘテロエピタキシャル層が蒸着される。破線で図示しているように、プロセス段階Ｐｈ₂と、たとえばプロセス段階Ｐｈ₁₁との間で基板を往復運動させれば、エピタキシャル成長の場合、ホモエピタキシャル層が成長する。

図７に示す本発明の方法の実施とは異なり、図８の実施方法では、原子単層の蒸着に応じて、基板表面の洗浄ステップを行うのが好ましい。この洗浄ステップＲは、第１の方法段階Ｐｈ₁₁に基づいて基板表面に最初の吸着ステップが施される前に基板表面で行われる洗浄ステップと常に同じように構成されるのが好ましい。つまり原子単層の蒸着後にも、低エネルギプラズマの中で、有利には低エネルギ水素プラズマの中で、基板の表面洗浄が実施される。引き続き前述の基板を取り上げて説明する。プロセスＲでの洗浄後、この基板は型式Ｉの第１のプロセスモジュールに供給され、そこで、第１の反応性ガスまたは反応性混合ガスが吸着される（Ｐｈ₁₁）。次いで、型式Ｉの他のプロセスモジュールに基板が供給され、ここで、方法段階Ｐｈ₂すなわちプラズマ処理が、場合によりプラズマ活性化された第２反応性ガス、特に有利には水素および／または窒素および／または酸素のイオンとラジカルを添加したうえで実施される。

この方法段階Ｐｈ₂の終了後、有利には型式ＩＩのモジュールで、基板は再び洗浄プロセスＲに供給され、その後、型式Ｉの他のモジュールに供給されて、そこでさらに他の反応性ガスまたは反応性混合ガスが段階Ｐｈ₁₂で吸着される。次いで、やはり方法段階Ｐｈ₂を介して基板が洗浄ステップＲに供給され、以下は同様である。ここで明らかなように、プロセス段階Ｐｈ_1xを実施するモジュールの出力側では、段階Ｐｈ₂を実施するモジュールを介して洗浄モジュールへの搬送が行われ、そこを起点として、それぞれの段階Ｐｈ_1xを実施するプロセスモジュールに、実際には中央で基板が供給される。

このような、またはこれと同種の比較的複雑なプロセス手順は、中央の搬送モジュールが内部でそのつどのプロセスモジュールおよびコンディショニングモジュールまたは洗浄モジュールを装填する、有利には自由にプログラミング可能な真空処理設備でフレキシブルに実施するのが好ましい。

このような設備が図９に模式的に、かつ純粋に一例として示されており、この設備は型式ＩＩの２つの洗浄モジュールＲと、方法段階Ｐｈ₂を実施するための型式Ｉの２つのモ
ジュールと、方法段階Ｐｈ₁₂およびＰｈ₁₁を実施するための型式Ｉの２つのモジュールとを備えている。

本発明の方法、特にその段階ｐｈ₁および／またはｐｈ₂を実施するためのプロセスモジュールの第１実施形態を示す模式図である。 図１のプロセスモジュールの有利な実施形態を示す、図１の図面に準ずる図である。 本発明の方法で洗浄ステップを実施するための他のプロセスモジュール型式を示す図１または図２に準ずる図である。 図３の変形例となるプロセスモジュールを示す、図１〜図３に準ずる図である。 図３または図４のプロセスモジュールに変更可能な図２のプロセスモジュールの有利な実施形態を示す簡略図である。 制御によって引き起こされる、軸Ａと平行な磁界成分に対する場所的および時間的な変調を、絞り軸Ａと垂直な平面Ｅを横軸として示す、図５のプロセスモジュールの絞り軸Ａを援用した図である。 多層を具体化するための本発明の方法を一例として示す模式図である。 多層を具体化する場合における本発明の方法を示す他の実施形態である。 本発明の方法を実施するために、図１〜図５のプロセスモジュールの１つの循環設備またはクラスタ設備に組み合わせた様子を簡素化して示す平面図である。

Claims (54)

1. 材料処理された基板を製造する方法であって、
   ａ）少なくとも１つの基板を排気された真空容器の中へ入れ、
   ｂ）基板の処理されるべき表面を、その表面で吸着される反応性ガスに暴露し、
   ｃ）反応性ガスへの表面の暴露を終了し、
   ｄ）表面に吸着された反応性ガスを反応させる方法において、
   ｄ₁）反応性ガスが吸着されている表面を、
   ０ｅＶ＜Ｅ_Io≦２０ｅＶ
   の基板表面におけるイオンエネルギＥ_IOと、
   ０ｅＶ＜Ｅ_eo≦１００ｅＶ
   の電子エネルギＥ_eoとを有するＤＣ低エネルギのプラズマ放電に暴露し、
   イオンおよび電子の分布は、電界および／または磁界によって制御され、
   ｄ₂）吸着されている反応性ガスを、少なくとも、プラズマ生成されたイオンと電子の相互作用のもとで反応させることを特徴とする方法。
2. プラズマ放電が、
   ０ｅＶ＜Ｅ_Io≦１５ｅＶ
   の基板表面におけるイオンエネルギＥ_Ioで実現されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 吸着される反応性ガスが反応性混合ガスであることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. プラズマ放電が希ガス雰囲気の中で維持されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. プラズマ放電がアルゴン雰囲気の中で維持されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. プラズマ放電が、他の反応性ガスまたは反応性混合ガスを含む雰囲気の中で生成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 前記他の反応性ガスまたは反応性混合ガスが、水素、窒素、酸素のうち少なくとも１つの気体を含むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記他の反応性ガスまたは反応性混合ガスが水素を含むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
9. 前記他の反応性ガスまたは反応性混合ガスが水素であることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 真空容器を、
    １０^-11ｍｂａｒ≦ｐ_v≦１０^-8ｍｂａｒ
    が成立する圧力（ｐv）まで排気することを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 吸着されるべき反応性ガスを、
    １０^-4ｍｂａｒ≦ｐ_p≦１ｍｂａｒ
    が成立する分圧ｐpまで導入することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
12. 表面でのガス吸着率が、表面の加熱および／または冷却によって制御されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
13. 吸着される反応性ガスの残りを、排気された真空容器からポンプで排出することによって表面の暴露を終了することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 反応性ガスを、
    １０^-11ｍｂａｒ≦ｐ_v’≦１０^-8ｍｂａｒ
    が成立する圧力ｐv’に達するまでポンプで排出することを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. 少なくとも所定の最低時間の間基板をプラズマ処理に暴露することを特徴とする、請求項１〜１４に記載の方法。
16. 少なくともステップｂ）〜ｄ₂）を少なくとも２回実施することを特徴とする、請求項
    １〜１５のいずれかに記載の方法。
17. ステップｄ₂）を少なくとも１回実施した後、他の材料を表面に塗布することを特徴と
    する、請求項１〜１６のいずれかに記載の方法。
18. 前記他の材料を真空蒸着、湿式化学式、または電気分解式に塗布することを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. 蒸着されるべき反応性ガスに表面を暴露する前に、
    ０ｅＶ＜Ｅ_I1≦２０ｅＶ
    の表面におけるイオンエネルギＥ_I1と、
    ０ｅＶ＜Ｅ_el≦１００ｅＶ
    の電子エネルギＥ_elとを有する低エネルギの希ガスプラズマに表面を暴露することを特徴とする、請求項１〜１８までのいずれかに記載の方法。
20. 吸着されるべき反応性ガスに表面を暴露する前に、他の反応性ガスを含む雰囲気の中で基板を低エネルギのプラズマ放電に暴露し、ここで、基板表面におけるイオンエネルギＥI2については、
    ０ｅＶ＜Ｅ_I2≦２０ｅＶ
    が成り立ち、電子エネルギＥ_e2は、
    ０ｅＶ＜Ｅ_e2≦１００ｅＶ
    であることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれかに記載の方法。
21. 前記他の反応性ガスが、水素、窒素、酸素のうちの少なくとも１つの気体であることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
22. 前記他の反応性ガスが水素を含むことを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
23. 前記他の反応性ガスが水素であることを特徴する、請求項２２に記載の方法。
24. 前記プラズマ放電は、さらなる反応性ガスまたは反応性ガス混合物を含む雰囲気で操作され、吸着された前記反応性ガスの反応後に、
    ０ｅＶ＜Ｅ_I3≦２０ｅＶ
    の電子エネルギＥ_I3と、
    ０ｅＶ＜Ｅ_e3≦１００ｅＶ
    の電子エネルギＥe₃で、基板の表面を低エネルギの希ガスプラズマに暴露することを特徴とする、請求項１〜２１のいずれかに記載の方法。
25. 吸着された反応性ガスの反応後に、表面を、他の反応性ガスを含む雰囲気の中で低エネルギのプラズマ放電に暴露し、ここで、基板表面におけるイオンエネルギＥ_I4については
    ０ｅＶ＜Ｅ_I4≦２０ｅＶ
    が成り立ち、電子エネルギＥ_e4は、
    ０ｅＶ＜Ｅ_e4≦１００ｅＶ
    であることを特徴とする、請求項１〜２４のいずれかに記載の方法。
26. 前記他の反応性ガスが、水素、窒素、酸素のうちの少なくとも１つの気体であることを特徴とする、請求項２５に記載の方法。
27. 前記他の反応性ガスが水素を含むことを特徴とする、請求項２６に記載の方法。
28. 前記他の反応性ガスが水素であることを特徴とする、請求項２７に記載の方法。
29. 表面処理が次の材料、すなわち、
    Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ａｌ，Ｎｂ，Ｗの酸化物または窒化物または酸窒化物、および／または次の金属
    Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｗ，Ｔａ
    の少なくとも１つによって行われることを特徴とする、請求項１〜２８のいずれかに記載の方法。
30. 表面処理が次の材料、すなわち、
    酸化ケイ素、酸化タンタル、酸化ジルコン、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステン、（ＴａＳｉ）_xＮｙ
    の少なくとも１つによって行われることを特徴とする、請求項２９に記載の方法。
31. すべての方法ステップが１つの真空容器の中で実施されることを特徴とする、請求項１〜２８のいずれかに記載の方法。
32. 方法ステップが少なくとも２つの真空容器の中で実施されることを特徴とする、請求項１〜２８のいずれかに記載の方法。
33. 排気された真空容器から他の排気された真空容器の中へ基板を移すことによって暴露を終了することを特徴とする、請求項１〜１２、１５〜３０のいずれかに記載の方法。
34. 基板の表面を取り囲むプロセス雰囲気が、ステップｂ）およびｃ）で構成される段階およびｄ）〜ｄ₂）で構成される段階の少なくとも１つの間、周囲に位置する真空容器の内
    壁から分離されることを特徴とする、請求項１〜３３のいずれかに記載の方法。
35. 処理されるべき表面が、すでに処理または被膜された基板の表面を含むことを特徴とする、請求項１〜３４のいずれかに記載の方法。
36. 吸着ステップの前、および／または吸着された反応性ガスまたは反応性混合ガスの反応後に、プラズマ支援による洗浄ステップが表面に施され、ここで、プロセス空間に導入された反応性ガスまたは反応性混合ガスは、低エネルギのプラズマ放電により、
    ０ｅＶ＜Ｅ_r≦２０ｅＶ
    の基板表面におけるイオンエネルギＥrで活性化され、電子エネルギＥ_erは、
    ０ｅＶ＜Ｅ_er≦１００ｅＶ
    であることを特徴とする、請求項１〜３５のいずれかに記載の方法。
37. 少なくとも１つの洗浄ステップの間、洗浄プロセス雰囲気が金属のカプセル封止によって周囲に位置する洗浄真空容器の内壁から分離されることを特徴とする、請求項３６に記載の方法。
38. ステップａ）〜ｄ₂）のただ１回の連続によって原子単層を表面に塗布することを特徴
    とする、請求項１〜３７のいずれかに記載の方法。
39. ステップｂ）〜ｄ₂）の反復によってエピタキシャル層を成長させ、反応性ガスを交換
    すればヘテロエピタキシャル層、反応性ガスを交換しなければホモエピタキシャル層を成長させることを特徴とする、請求項１〜３８のいずれかに記載の方法。
40. ステップｂ）〜ｄ₂）の手順を複数の基板でシーケンシャルに所定回数だけ実施した後、基板を中へ入れずに、もしくは基板の原寸模型を入れて、真空容器のプロセス空間にプラズマ支援によるプロセス空間洗浄ステップを施すことを特徴とする、請求項１〜３９のいずれかに記載の方法。
41. 前記プロセス空間洗浄ステップはエッチングステップを含むことを特徴とする、請求項４０に記載の方法。
42. ステップａ）の前および／またはステップｄ₂）の後に、真空容器から場所的に切り離
    して基板に基板洗浄ステップを施し、その間の基板の搬送は真空中で行うことを特徴とする、請求項１〜４１のいずれかに記載の方法。
43. 真空中での前記搬送が少なくとも区域的に直線状に行われることを特徴とする、請求項４２に記載の方法。
44. 円軌道の供給運動および円軌道の半径方向の直線状の供給運動で前記容器までの前記搬送が行なわれる、請求項４３に記載の方法。
45. ステップｂ）〜ｄ₂）の間、表面が暴露されているプロセス雰囲気を、吸着されるべき
    反応性ガスまたは反応性混合ガスに対して、および／または第２のプラズマ活性化される反応性ガスまたは反応性混合ガスに対して不活性な表面によって、周囲に位置する真空容器の内壁から分離することを特徴とする、請求項１〜４４のいずれかに記載の方法。
46. 不活性の前記表面が、大部分の面区域に沿って真空容器の内壁から間隔をおいている分離壁の表面であることを特徴とする、請求項４５に記載の方法。
47. 分離のための前記表面が、新品状態のときに次の材料：
    石英、グラファイト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ジルコン、またはこれらの材料の積層された組み合わせであって、この場合にはダイアモンドに類似する炭素またはダイアモンドを含んでよい、
    のうちの少なくとも１つで具体化されることを特徴とする、請求項４５または４６に記載の方法。
48. ＤＣ放電によってプラズマ放電を実現することを特徴とする、請求項１〜４７のいずれかに記載の方法。
49. 熱陰極によってプラズマ放電を実現することを特徴とする、請求項１〜４８のいずれかに記載の方法。
50. プラズマ放電のための真空容器のプロセス空間に、それぞれ別個に電気式に操作可能に、場所的にオフセットされていて、それぞれ加熱可能な少なくとも２つの陽極を設け、これに印加される電位および／またはその温度の制御によって、プラズマ放電を表面に沿って動的または静的に調整もしくは制御することを特徴とする、請求項１〜４９のいずれかに記載の方法。
51. プロセス空間でのステップｄ）の間に磁界を生成し、この磁界によって、プラズマ密度分布を表面に沿って、定常的および／または動的に調整もしくは制御することを特徴とする、請求項１〜５０のいずれかに記載の方法。
52. 少なくとも吸着されるべき反応性ガスまたは反応性混合ガスが、表面に対して実質的に平行な流入方向で、表面から等間隔な吹込み個所から、分散された状態でプロセス雰囲気の中へ導入されることを特徴とする、請求項１〜５１のいずれかに記載の方法。
53. 基板が、酸化ケイ素層に溝が刻まれている酸化ケイ素被覆された基板であり、ステップｄ₂）の少なくとも１つをｎ回実施した後に溝へ銅が蒸着され、このときｎ≧１であることを特徴とする、請求項１〜５２のいずれかに記載の方法。
54. 請求項１〜５３のいずれかに記載の方法の利用法において、歪緩和バッファを製造するための利用法。

Images