JP4741060B2

JP4741060B2 - 基板の析出表面上に反応ガスからの原子又は分子をエピタキシャルに析出させる方法及び装置

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Publication number: JP4741060B2
Application number: JP2000269114A
Authority: JP
Inventors: フライヴィルヘルム; レルマーフランツ; ハイヤースクラウス
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-09-09
Filing date: 2000-09-05
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2020-09-05
Also published as: DE19943064B4; DE19943064A1; US6592664B1; JP2001122691A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の析出表面上に反応ガスからの原子又は分子をエピタキシャルに析出させる方法に関する。
【０００２】
さらに、本発明は、請求項１５の上位概念に相当する、少なくとも析出表面を加熱することにより基板中へエネルギーを供給するための加熱装置と、基板の加熱された表面上へ反応ガスを導くための反応ガス供給装置とを備えた装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
基板の析出表面上に反応ガスからの原子を析出させる、特にエピタキシャルに析出させる方法は公知である。特にこの種の方法は基板上に気相からケイ素又は炭化ケイ素を析出することを意図している。このため、適当な反応ガスが有利に真空室中に配置された基板の加熱された析出表面上へ導かれる。この種の「化学蒸着」（ＣＶＤ）ともいわれる析出法は、工業的に通常の装置において基板の析出表面の最低温度がケイ素の析出に関しては約１０００℃、炭化ケイ素の析出に関しては約１６００℃である。このように、反応ガスが析出表面に衝突した後に熱的に気相から反応ガスの吸着する原子へと活性化するために、基板の析出表面の高い温度が必要である。この種の活性化された原子は高められた固有運動性により特徴付けられ、この場合、活性化された原子は十分な固有運動の際にホスト基板の格子位置に適合する状態に置かれる。このように、基板の析出表面上での所望の単結晶の層の成長が得られる。
【０００４】
この種の析出法において比較的高い運転温度は、単に析出のために熱的に高い安定性の材料からなる基板を使用するという欠点を有する。さらに、特に、炭化ケイ素の析出の場合、この析出装置は有利に析出プロセスに関して中性の石英材料から製造することができない、それというのもこの石英材料はこのように高い運転温度では十分に高い強度を有しないためである。この種の析出装置のための構成材料として高温耐性の黒鉛を使用することは最適ではない、それというのも黒鉛は析出装置の内室を汚染し、この種の障害のある析出プロセスの場合、受け入れられない析出結果を生じてしまうことがあるためである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による方法は、次の工程を特徴とする：
− 少なくとも析出表面の加熱により第１のエネルギー量を供給し、その際、第１のエネルギー量は、析出表面上で反応ガスの原子又は分子がエピタキシャルに析出するために必要なエネルギー量よりも低く、
− イオン化された不活性ガスのイオンの作用によって析出表面上へ第２のエネルギー量を少なくとも一時的に供給するために、イオン化された不活性ガスを少なくとも一時的に析出表面上へ導き、その際、第１のエネルギー量及び第２のエネルギー量は少なくとも一時的に加算されて、析出表面上へ反応ガスの原子又は分子がエピタキシャルに析出するために十分な総エネルギー量になる。
【０００６】
それにより、第２のエネルギー供給及び析出表面上への不活性ガスイオンの作用によって、エピタキシャルな層の析出のために必要な、基板の析出表面の加熱による熱エネルギー供給は、専ら基板の析出表面上で必要な析出温度の達成のための熱エネルギー供給を考慮していた今まで公知の析出法よりも低くすることができるという利点が達成される。このことは、イオン化された不活性ガスのイオンが基板表面上へ作用することにより、そこで気相から反応ガスの吸着されるべき原子にエピタキシャルな析出を促進する付加的活性化エネルギーが提供され、このエネルギーは第１の熱的に供給されたエネルギーと加算され総エネルギー量になる。２つの相互に付加されかつ相互に別個に析出表面上へ供給可能なエネルギー量から形成される、析出表面上へ供給されるこの総エネルギー量は、析出表面上で析出すべき反応ガスの原子の運動性を、この原子はホストとして機能する基板の格子位置に適合することができるように高め、その結果エピタキシー、つまりエピタキシャルな層の成長が生じる。従って、析出表面に供給される総エネルギー量は、活性化エネルギーとして基板の析出表面上での反応ガスの原子のエピタキシャルな析出を保障するために十分であり、その際、有利に基板の析出表面の加熱により達成すべき温度は、この種の公知の析出法と比較してより低くできる。このことは熱的に不安定な基板、例えば多孔性ケイ素又は多孔性炭化ケイ素からなる基板の層析出のために使用することを可能にし、その際、同時に石英からなる析出装置が使用可能であり、この装置は比較的低い、基板の析出表面の加熱後に生じる析出温度でも十分に高い固有安定性を有し、例えば装置材料として高温耐性の黒鉛を使用する場合に生じるような汚染によって析出プロセスに不利に影響しない。
【０００７】
有利な実施態様により、第１のエネルギー量及び第２のエネルギー量は相互に時間的に別個に析出表面に供給される。このように両方のエネルギー量を時間的に別個に供給することにより、簡単でかつ高い信頼性で、析出表面上で反応性ガスの原子が析出するために十分な活性化エネルギーを準備するため析出表面への制御された正確なエネルギー供給が達成される。析出表面にまず熱的エネルギー（第１のエネルギー量）を供給するのが有利である。析出表面で所望の温度が達成された後に初めて第２のエネルギー供給のためにイオン化された不活性ガスを同じ析出表面へ導く。
【０００８】
イオン化された不活性ガスは反応ガスとは別個に析出表面の方向へ導くのが有利である。反応ガスとは別個にイオン化された不活性ガスを析出表面の方向へ供給することにより、イオン化された不活性ガスが反応ガスとが析出表面へ衝突する前に、両方のガスの間で不所望な気相反応が生じる程度に十分に長い時間にわたり両方のガスが混合されることを回避する。さらに、両方のガスを析出表面の方向へ別個に供給することは、反応ガス並びにイオン化された不活性ガスを、調節可能にかつ最適に全析出表面上へできる限り均一に分配して導くことを可能にする。
【０００９】
イオン化された不活性ガスを反応ガスと同時に析出表面上へ導くのが有利である。両方のガスを析出表面上へ同時に供給することにより析出プロセスの全体の時間は有利に短縮される。
【００１０】
もう一つの実施態様によると、イオン化された不活性ガス及び反応ガスは相互に時間的に別個に析出表面上へ導かれ、その際、それぞれの析出サイクル毎にまずイオン化された不活性ガス及び引き続き反応ガスが、又はまず反応ガス及び引き続き不活性ガスが析出表面に供給される。これは被覆のために使用された装置の特にコンパクトな構造を可能にし、単に不活性ガスもしくはイオン化された不活性ガス及び反応ガス用の別個の及び一緒のガス供給装置を備えていなければならないだけであるためであり、この場合、イオン化された不活性ガスを発生するために、共通の供給装置中に不活性ガスの供給の際に運転されかつ反応ガスの供給の際に運転が停止されるイオン化ユニットが設置されていてもよい。さらに、イオン化された不活性ガス（非−イオン化された）反応ガスを時間的に別個に供給することにより、両方のガスの間又は反応ガス内での不所望な気相反応の生成を簡単にかつ高い信頼性で防ぐ。
【００１１】
イオン化された不活性ガス及び反応ガスを相互に時間的に別個に交番する順序で析出表面上へ導くのが有利である。この場合、イオン化された不活性ガス及び反応ガスは相互に交番で個々の短い工程で比較的早い順序で析出表面上へ導くことが可能である。この場合、イオン化ユニットの作動及び停止は反応ガスの供給に関して交互に行うか、不活性ガス供給に関して同調して行われる。このことは、反応ガスが析出表面に供給される場合にイオン化ユニットは停止され、イオン化ユニットの作動時にイオン化された不活性ガスが析出表面上へ供給される場合に析出表面上への反応ガス供給は中断される。このように、イオン化された不活性ガス及び反応ガスは相互に時間的に別個に及び交互に析出表面上へ導くことができ、その際、両方のガスを析出表面上へ供給する順序は比較的簡単に制御及びコントロール可能である。さらに、不活性ガスは連続的に、従って交互ではなく析出表面上へ導かれ、その際、単にイオン化ユニットの運転及び停止及び反応ガスの析出表面上への供給を相互に適当に交互に切り替える。この交番において析出表面上へのイオン化不活性ガス及び反応ガスの時間的に別個でかつ交互の供給が得られる。
【００１２】
もう一つの実施態様によると、イオン化された不活性ガス及び反応ガスは相互に空間的に別個に析出表面の方向へ導かれる。析出表面の方向へ両方のガスを空間的に別個に供給することにより、予め一方の不活性ガスもしくはイオン化された不活性ガスと他方の反応ガスとの間に不所望な気相反応を引き起こさずに、イオン化された不活性ガスと反応ガスとを同時に析出表面の方向へ導くことができる。それぞれのガス供給装置を適切に構成させることにより、両方のガスが析出表面へ衝突する前に著しい及び／又は比較的長時間にわたり行われ、不所望な気相反応を生じる混合を回避するか又は少なくとも減少させるように、イオン化された不活性ガスと反応ガスとは相互に別個に析出表面上へ導く。
【００１３】
不活性ガスのイオン化は反応ガスとは別個に行うのが有利である。不活性ガスを別個にイオン化する際に、反応ガスの遮断下でこの両方のガス間での不所望な気相反応が排除される。この種の析出法の場合、イオン化された不活性ガスと析出表面との表面反応もしくは反応ガスと析出表面との表面反応が望ましい。しかしながら、一方の不活性ガスもしくはイオン化された不活性ガスと他方の反応ガスとの間の気相反応は不活性ガスのイオン化の前、その間及びその後で避けなければならない、それというのもこのような気相反応はこの種の層析出に不利に影響を及ぼすためである。反応ガスだけが関与する気相反応も、正確な層の成長を不可能にする。不活性ガスのイオン化、及びそれに応じてイオン化された不活性ガスを析出表面方向へ供給することも、従って、反応ガスに関して有利に別個に行い、その際、両方のガスの混合は、つまりイオン化された不活性ガスと反応ガスとの間の混合は有利にできるだけ短く、特に両方のガスが析出表面上へ衝突する直前に行われるべきである。空間的な分離を、付加的に反応ガス供給と不活性ガスのイオン化との時間的分離によって支援することができ、その際反応ガス供給及び不活性ガスのイオン化は例えば相互に交互に行うことができる。
【００１４】
有利な実施態様に応じて、不活性ガスはマイクロ波−プラズマ源を用いてイオン化される。マイクロ波−プラズマ源を用いて不活性ガスは低いエネルギーのイオンと電子を有する高密度プラズマにされる。このように、イオン化された不活性ガスによる大きすぎるエネルギー供給に基づく析出表面の損傷は回避される。基板の析出表面のこの種の損傷は「イオンダメージ」と呼ばれる。マイクロ波プラズマ源の適用により、析出表面上の基板材料中の熱的に誘導される欠陥密度はできる限り少なく維持される。さらに、マイクロ波プラズマとして生成されたイオン化された不活性ガスは、プラズマ発生のためにプラズマの付近で高電圧を必要としないという根本的な利点を有し、この高電圧はプラズマ中での静電結合に基づき析出プロセスに関して害となる副次的効果を引き起こす。プラズマ付近での高電圧がイオン化された不活性ガスの電子及びイオンの相応する加速を引き起こすため、基板の析出表面の損傷及び／又は層の成長及び層の品質に不利な障害を生じさせる。析出プロセスに関するこの種の不利な影響は、不活性ガスのイオン化のためにマイクロ波−プラズマ源を使用することにより回避される。有利にマイクロ波−プラズマ源を用いて、低いイオン／電子エネルギー、高い密度及び低いプラズマポテンシャルを有する大容量の均質なマイクロ波プラズマを発生できる。マイクロ波プラズマの発生のために電極なしで行うのが有利であり、その結果、運び去られた電極材料による不所望な汚染は生じない。
【００１５】
もう一つの実施態様によると、不活性ガスはスルファトロン源（Surfatronquelle）を用いてイオン化される。スルファトロン源の場合、プラズマを生じさせるマイクロ波フィールドは石英スルファトロンに沿ってプラズマと石英壁材料との間の境界層中で生じ、その結果、比較的著しく拡大された、プラズマ放射を形成するプラズマを発生させることができる。スルファトロン源を用いても、低いイオン−／電子エネルギー、高密度及び低いプラズマポテンシャルを有する大容量の、均質なマイクロ波プラズマを発生できる。スルファトロンは電極を有していないプラズマ源でもあり、その結果、析出の間に運び去られた電極材料による不所望な汚染は生じない。
【００１６】
さらにもう一つの実施態様において、不活性ガスは高周波励起装置、特に誘導プラズマ源を用いてイオン化される。高周波励起装置の場合に生じるプラズマに接する高電圧は、十分な析出結果を達成するためにこの種の電気的に影響されたプラズマを相応して遮蔽する必要がある。
【００１７】
基板として多孔性ケイ素、エピタキシャルに析出する材料としてケイ素、反応ガスとしてシラン又はシラン混合物及び不活性ガスとしてヘリウム及び／又はアルゴンを使用するのが有利であり、その際、有利に加熱により達成される基板の析出表面の温度は約６００℃である。この場合、特に有利に、基板（多孔性ケイ素）の不利な損傷を引き起こさずに比較的低い温度の６００℃で多孔性ケイ素上の析出表面上にイオンアシストしてケイ素を析出させることができる。
【００１８】
もう一つの実施態様によると、基板として多孔性炭化ケイ素、エピタキシャルに析出する材料として炭化ケイ素、反応ガスとしてＳｉキャリアガス、特にシランと炭化水素キャリアガス、特にメタンとからなる混合物、及び不活性ガスとしてヘリウム及び／又はアルゴンが使用され、その際、加熱により達成される基板の析出表面の温度は約８００〜９００℃である。このように炭化ケイ素はイオンアシストされて、多孔性炭化ケイ素基板の９００℃より上の収縮温度を下回る基板表面の比較的低い温度で析出することができる。さらに、多孔性ケイ素（多孔性炭化ケイ素の代わり）上の炭化ケイ素のエピタキシャル成長は、比較的安価な炭化ケイ素−薄層析出を可能にすることが有利である。多孔性ケイ素中間層の設置により、ケイ素−ホスト格子（基板）と炭化ケイ素−格子（析出された材料）との間の異なる格子間隔が補償されるため、ケイ素からなる比較的安価な基板上に、良好な結晶性及びわずかな欠陥密度を有する品質の高い炭化ケイ素層成長が可能となる。さらに、多孔性炭化ケイ素からなる基板上に炭化ケイ素を析出させる際に、薄層−複製プロセス（"Smart-Dicing"）を用いて炭化ケイ素−薄層を他の比較的安価な基板に転用すること、及び比較的高価な炭化ケイ素−出発基板を炭化ケイ素−薄層の被覆のために数回使用することも可能であり、その結果、ウェハーとして用いた炭化ケイ素からなる出発基板が各析出プロセスの後に再度得られ、従って同じ出発基板を用いて複数の析出プロセスを行えることが有利である。ケイ素又は炭化ケイ素を多孔性ケイ素基板上面又は炭化ケイ素基板表面上に析出させることは、従って比較的安価に実現できる。この場合、いわゆるＳＯＩ−基板又はＳｉＣＯＩ−基板を安価に得るために、析出したケイ素層の下に存在する多孔性ケイ素を後になって酸化させる方法を適用するか又は熱的に酸化した対応するウェハー上での薄層−複製プロセス（"Smart-Dicing"）を配慮することができる。
【００１９】
もう一つの実施態様によると、基板として多孔性ケイ素、エピタキシャルに析出する材料としてＳｉ−Ｇｅ（ケイ素−ゲルマニウム）、反応ガスとしてＳｉキャリアガス、特にシランとＧｅキャリアガスとの混合物、及び不活性ガスとしてヘリウム及び／又はアルゴンを使用し、その際、加熱により達成された基板の析出表面の温度は約８００℃〜９００℃である。従って、エピタキシャルに析出する材料はケイ素もしくは炭化ケイ素に制限されず、例えばケイ素−ゲルマニウムに拡げることができる。
【００２０】
本発明により装置に関しては、
反応ガスに関して別個に不活性ガスをイオン化するためのイオン化ユニット；イオン化された不活性ガスを基板の析出表面上へ導くための不活性ガス供給装置を特徴とする装置である。
【００２１】
この種の構造の装置は、基板の析出表面上に反応性ガスからの原子又は分子を有効にかつ高い信頼性でエピタキシャルに析出させることを可能にする。
【００２２】
不活性ガスのイオン化ユニットは、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）の原理により運転されるマイクロ波−プラズマ源として構成されているのが有利である。それにより、低エネルギーを有するイオン及び電子からなる高密度プラズマの発生が可能となり、それによりイオン衝撃による析出表面の損傷が少なく、析出後に生じた層はわずかな欠陥密度を有する。この場合、マイクロ波プラズマがその周囲で、プラズマ中で静電結合による障害となる副次的作用を引き起こしかねない高い電圧を必要としないことが特に有利である。
【００２３】
もう一つの実施態様において、不活性ガスのイオン化ユニットがスルファトロン源から構成されており、このスルファトロン源はプラズマ発生するマイクロ波フィールドを引き起こす石英スルファトロン（Quarzsurfatron）を有する。この場合、著しく拡大されたプラズマが広範囲なプラズマ放射の形で生じることが特に有利である。マイクロ波−プラズマ源を用た場合と同様に、スルファトロン源を用いても、低いイオンエネルギー／電子エネルギー、高密度及び低いプラズマポテンシャルを有する大容量でかつ均質なマイクロ波プラズマが発生する。
【００２４】
さらにもう一つの実施態様によると、不活性ガスのイオン化ユニットが誘導プラズマ源として構成されている。この場合に生じる、プラズマに接する高電圧の発生下での不活性ガスの高周波励起は、少ない欠陥密度を有する満足できるエピタキシャルな析出結果を達成するために、この種の電気的に影響されたプラズマを適当に遮断する必要がある。
【００２５】
反応ガス供給装置は、基板の加熱された析出表面に向かう不活性ガス供給装置の出口と基板との間に配置されているガス拡散リングを有するのが有利である。これにより、特に有利に、なおイオン化されていない不活性ガスと反応ガスとの別個の供給及び基板の加熱された析出表面のすぐ上方でイオン化された不活性ガスと反応ガスとの一緒の供給が可能である。反応ガスはプラズマ源として作用するイオン化ユニットを通して不活性ガスと一緒には導かれないことが重要である、それというのもそこではかなりの程度で両方のガス間での気相反応が生じ、層の析出に不利に影響を及ぼしかねないためである。析出表面上での層の成長のために気相反応は必要ではなく、むしろ表面反応が必要であり、従って析出表面上へ不活性ガスと反応ガスとを別々に供給しなければならず、その際、不活性ガスの供給はプラズマ源によって行い、及び反応ガス供給は有利にプラズマ源の下方で行い、その結果、両方のガスの相互の励起は行われないか、又は極端にわずかに行われるにすぎない。
【００２６】
ガス拡散リングが基板の加熱した析出表面に関して間隔を置いてかつ平行な平面上に配置されており、かつ不活性ガス供給装置の出口から出て析出表面の方向へ向かって流動するイオン化された不活性ガスの周囲を取り囲む場合が特に有利である。ガス拡散リングのこのような位置及び構成により、析出プロセスに関して、イオン化された不活性ガス及び反応ガスが基板の加熱された析出表面の方向へまず第１に別個に最適に供給することができ、その際、両方のガスは析出表面上へ衝突する直前に相互に自由に混ざることができる。
【００２７】
基板は有利に基板電極上に横方向に配置されており、その基板電極内部に加熱装置が配置されており、その加熱装置を用いて基板電極とは反対側の基板の析出表面が加熱可能である。基板のこの種の配置及び基板電極のこの種の構成は、装置のコンパクトな構築を可能にし、かつ確実で比較的簡単に所望の温度に基板の析出表面を加熱することが可能である。
【００２８】
もう一つの実施態様によると、加熱装置が基板電極付近に配置された放熱する放射装置を有することができる。基板電極とは無関係に構成配置された放射装置は、析出装置の内室のそれぞれの態様に関して加熱装置を基板の析出表面の加熱プロセスを最適化するように適合することができる。有利に放射装置は基板電極の下方に配置される。
【００２９】
この装置は圧力調整装置を有する真空ポンプを有するのが有利であり、この圧力調整装置により析出を行う真空室中で圧力は０．１〜１００μｂａｒの範囲内の圧力を生じさせることができる。それにより、多様な析出法のために必要な、有利に著しく低いプロセス圧力が自由に調節可能であり、有利に１μｂａｒの圧力が調節可能である。
【００３０】
もう一つの有利な実施態様において、この装置は、基板の加熱された析出表面上に電場を発生するための装置を有する。この電場はイオン化された不活性ガスの熱的に励起されたイオンを必要な場合になおいっそう加速することができ、それにより析出プロセスは、イオンエネルギーの選択による良好に制御可能な付加的エネルギーの投入によりさらに最適化することができる。基板の析出表面上へ入射される不活性ガスイオンを所定の値に加速させるバイアス電圧は、直流電圧源又は高周波の交流電圧からなることができる。後者の場合、このバイアス電圧は基板電極での自己バイアスにより生じる。この電場はイオンの加速のために用いられ、ひいては基板方向への相応するエネルギー供給の影響のために用いられる。イオンの加速により基板への所望のエネルギー供給を制御することができる。
【００３１】
【実施例】
本発明の更なる利点、特徴及び適用の可能性は実施例に記載する。
【００３２】
本発明を次に図面に関して実施例で詳説する。
【００３３】
図１は一般に、基板４の析出表面５上へ反応ガス９から原子又は分子をエピタキシャルに析出させるための符号１で表す装置を示す。装置１は真空室２を有し、前記真空室２中に基板４が基板電極６上に横方向に配置されている。基板４は少なくとも基板の析出表面５の側が多孔性ケイ素又は多孔性炭化ケイ素からなっている。ガス拡散リング７が真空室２内の基板４の上方に配置されている。このガス拡散リング７は真空室２に関して外側にあるガス搬入開口部８を有し、かつ真空室２内へ導き、ガス拡散リング７の周囲にわたり均一に分配しかつ基板４の析出表面上へ向かうガス搬出開口部１７を有する。ガス拡散リング７は、反応ガス９をガス搬入開口部８及びガス搬出開口部１７を通して外側へ制御しながら真空室２内へ基板４の析出表面５の方向へ導くために用いられ、その際、反応ガス９はできる限り均一に基板４の析出表面５と接触させるべきである。反応ガス９は例えばケイ素−エピタキシーについてはシラン（ＳｉＨ₄）又は炭化ケイ素−エピタキシーについてはシラン（ＳｉＨ₄）とメタン（ＣＨ₄）とからの混合物を意味する。
【００３４】
もう一つの実施態様によると、エピタキシャルに析出する材料ととしてＳｉ−Ｇｅ（ケイ素−ゲルマニウム）、反応ガス９としてＳｉキャリアガス、特にシラン、及びＧｅキャリアガスからなる混合物、及び不活性ガス１０としてヘリウム及び／又はアルゴンを、多孔性ケイ素からなる基板４と共に使用することができる。
【００３５】
真空室２はガス拡散リング７に関して上方に配置された不活性ガス供給装置１８と接続されており、この不活性ガス供給装置１８は不活性ガスを真空室２の内部の基板４の析出表面５上へ導くために用いられる。符号１０で示した未処理の不活性ガスはガス搬入部１５を通って不活性ガス供給装置１８内へ搬入され、流動方向に向かって放射状に広がる石英ドーム１２に導かれる。石英ドーム１２中で今まで未処理の不活性ガス１０は一般に符号３で表されるイオン化ユニットを用いてイオン化された不活性ガス１１に変換される。イオン化ユニット３は導波路として構成されたマイクロ波共振器１６を有し、この共振器はマグネトロン１３によってマイクロ波エネルギーが供給される。調整部材１４を用いてマイクロ波共振器１６の空洞周波数を共鳴するように調整し、かつプラズマとして作用するイオン化不活性ガス１１を析出プロセスに関して最適に適合するように調整することができる。石英ドーム１２はマグネトロン１３と調整部材１４との間のマイクロ波共振器１６の領域中にあるため、石英ドーム１２中に存在しなお未処理の不活性ガスはマイクロ波共振器１６の電磁波にさらされる。石英ドーム１２に導入された不活性ガス１０は、従ってマイクロ波共振器１６の電磁場からエネルギーを吸収し、イオン化された不活性ガス１１に変換される。
【００３６】
不活性ガス１０として原子状で存在するヘリウム及び／又はアルゴンを使用することができる。形成されたイオン及び電子、特にヘリウムイオン及び／又はアルゴンイオンは、イオン化された不活性ガス１１の相応する電子と一緒に、拡張されたプラズマ放射の形で基板４の析出表面５上へ導かれる。基板４の析出表面５の中心に向かうプラズマ放射はトーラスとして構成されるガス拡散リング７により半径方向で取り囲まれる。トーラス状のガス拡散リング７は微細な孔のガス搬出開口部１７を備えた壁部を有し、この開口部は一定の角度又は相互に異なる角度で析出表面５に向いている。ガス搬出開口部１７を通過して流動する反応ガス９，特にケイ素−エピタキシーについてはシラン及び炭化ケイ素−エピタキシーについてはメタンと組み合わせたシランは、ガス拡散リング７の中央に導かれるイオン化された不活性ガス１１と同時に基板４の析出表面５と接触する。
【００３７】
反応ガス９に関して別個に、イオン化ユニットを用いて不活性ガスをイオン化することにより、両方のガス９，１０の不所望な気相反応を回避することが保障される。反応ガス９を不活性ガス１０と同時にイオン化ユニットへ導通させた場合、エピタキシャルな層の析出に不利に影響するこの種の気相反応が生じかねない。反応ガス９と不活性ガス１０もしくはイオン化された不活性ガス１１のガス供給を空間的及び構成的に分離することにより、この種の不所望な気相反応は避けられる。この分離は、一方で、反応ガスを相互に交互に交番して供給する形で、他方で、イオン化ユニットの活性化もしくはイオン化された不活性ガス１１の供給の形で両方のガス９，１１の供給を適当に時間的に分離することにより支持される。
【００３８】
基板４の析出表面５は反応ガス９及びイオン化された不活性ガスの供給の前に最大で１０００℃までの所望の温度に加熱される。この加熱は、図面の場合直接加熱として基板電極６の内部に構築されている加熱装置２０により行う。しかしながら、基板４の析出表面５の加熱のために、図示されていない有利に基板４に関して下側から作用する熱放射する放射加熱装置を使用することもできる。
【００３９】
反応ガス９の原子又は分子及びイオン化された不活性ガス１１のイオンが基板４の析出表面５に衝突した場合、衝突イオン化により生じるが、化学的作用を有するイオンが基板４の析出表面上へ作用することにより、その箇所で気相から吸着された反応ガス９の原子及び分子に活性化エネルギーが準備され、この活性化エネルギーは従って加熱された基板の熱的活性化によって提供する必要がない。この場合、イオン及び電子の高い粒子密度によって、析出表面５上に吸着されかつ析出すべき原子／分子にとって全体で十分な励起エネルギーが準備されることが重要であり、その際、同時に個々のイオン及び電子のエネルギーは、イオン衝撃による基板４の析出表面５の損傷又は成長する層内での結晶欠陥が生じる程度に大きくてはならない。
【００４０】
従って、装置１は基板４ひいては析出表面５の加熱により第１のエネルギー量を供給し、その際、第１のエネルギー量は反応ガス９の原子又は分子が析出表面５上で析出するのに必要なエネルギー量よりも少ない。反応ガス９の原子又は分子の析出にとって不足する（場合により十分な）エネルギー量は少なくとも一時的にイオン化された不活性ガス１１を析出表面５上へ供給することにより得られる。この場合、少なくとも一時的に第２のエネルギー量が供給され、この第２のエネルギー量はイオン化された不活性ガス１１が析出表面５上へ作用することにより得られる。第１のエネルギー量及び第２のエネルギー量は、従って加算されて、反応ガス９からの原子又は分子が析出及び再編成するために及びこれらが所定の結晶構造に従って新規に編成されるために十分な全体のエネルギーになる。
【００４１】
上記の装置１の場合、マイクロ波プラズマ源として有利に電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）の原理により駆動するマイクロ波プラズマ源が用いられ、この場合、外部磁場中でマイクロ波周波数を有する電子共鳴が生じ、これが１μｂａｒより低い著しい低圧でも特に有効なイオン化を生じさせる。また、マイクロ波プラズマ源としてスルファトロン源を使用することもでき、この場合、プラズマを生じさせるマイクロ波フィールドはプラズマと石英へ基部との間の境界層中に導かれ、その結果、著しく拡張されたプラズマをプラズマ放射の形で生じさせることができる。いずれの場合でも、両方の種類のプラズマ源は大容量で均質なマイクロ波プラズマを発生でき、このプラズマのイオン及び電子は高いエネルギーを有しておらず、その際、高い電子密度及びイオン密度が低いプラズマポテンシャルで存在する。すでに述べたように、このように析出表面５上で吸着すべき分子もしくは原子にとって全体で十分な活性化エネルギーが、イオン衝撃による基板４の析出表面５の損傷を引き起こさずに準備される。
【００４２】
図示されていない、もう一つの実施態様によると、誘導結合プラズマ源を使用することができ、このプラズマ源は上記の実施態様とは反対にマイクロ波励起によるのではなく、巻き線コイルを用いた高周波励起によって運転され、このコイルはリング状に構成されておりかつコイル軸に沿って不活性ガスが流通する。析出表面５の大量の損傷及びそこに析出する層の品質への悪影響を引き起こしかねない高電圧が、不活性ガス１１中に含まれる電子及びイオンの相応する加速を生じさせるため、この種のプラズマ源を使用する場合、生じる電場の相応する遮蔽を考慮しなければならない。相応する遮蔽を考慮すれば、従ってイオンアシスト化学蒸着（ＣＶＤ）のためのイオンの発生のために誘導プラズマ源を使用することもできる。
【００４３】
図２は薄層−複製プロセスのための本発明による方法の可能な適用を示し、その際、薄層２３を比較的高価な出発基板４上にエピタキシャルに析出させた後、このエピタキシャルに析出し薄層２３を安価な基板上に転写し、それにより高価な出発基板４は薄層の新たなエピタキシャル成長のために提供される。高価な出発基板４は従って数回のプロセス進行のために使用される。
【００４４】
工程１は出発ウェハとして利用する全体で比較的高価な基板４が製造され、この基板はほぼそれ自体比較的廉価なケイ素２１からなるか又は比較的高価な炭化ケイ素２１からなり少なくともその表面に多孔性ケイ素又は多孔性炭化ケイ素からなる層２２を有し、この層は非結晶性表面層である。工程２において本発明による低温エピタキシーのための方法を使用しながら、多孔性ケイ素もしくは多孔性炭化ケイ素からなる層２２上にケイ素又は炭化ケイ素からなるエピタキシャルな層２３を析出させ、その際、このエピタキシャルな層２３は結晶性ケイ素層又は炭化ケイ素層である。工程３において、工程２で析出されたエピタキシャルな層２３（薄層）を、熱的に酸化された対象ウェハ２４（又はガラスウェハ）に付着させた後に出発ウェハとして使用した基板４から剥がす。対象ウェハ２４も比較的廉価な基板材料から製造されている。基板４からなる出発ウェハは、エピタキシャル層２３（薄層）のそれぞれの引き剥がし及び複製の後に再び露出する。工程４において、引き続きエピタキシャルな薄層２３に付着する層２２の多孔性ケイ素もしくは多孔性炭化ケイ素が除去され、それにより価値の高い、廉価なＳＯＩ−／ＳｉＣＯＩ−ウェハ２５が得られる。このウェハは比較的安価な基板材料からなる対象ウェハ２４と、その対象ウェハに付着する高価値の、結晶性、エピタキシャル層２３（薄層）とからなり、この層は比較的高価な基板４（出発ウェハ）から上記した複製プロセスにより基板２４上に転写される。多孔性層２２中に破断予定箇所２６を設定することにより、この場合意図的な構造化を設定することができる。特に、二次元に延びる破断予定線（図示されていない）によって相応する２次元の構造体がエピタキシャル層２３上に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の有利な実施例の断面図
【図２】本発明により可能な有利なエピタキシャルな析出の適用の略図
【符号の説明】
３イオン化ユニット、４基板、５析出表面、９反応ガス、１１イオン化された不活性ガス

Claims

基板の析出表面上に反応ガスからの原子又は分子をエピタキシャルに析出させる方法において、次の工程：
少なくとも析出表面（５）を加熱することにより第１のエネルギー量を供給し、その際、第１のエネルギー量は析出表面（５）上に反応ガス（９）の原子又は分子をエピタキシャルに析出するために必要なエネルギー量よりも低く：
イオン化された不活性ガス（１１）のイオンの作用によって析出表面（５）上へ第２のエネルギー量を少なくとも一時的に供給するために、イオン化された不活性ガス（１１）を少なくとも一時的に析出表面（５）上へ導き、その際、第１のエネルギー量及び第２のエネルギー量は少なくとも一時的に加算されて、析出表面（５）上へ反応ガス（９）の原子又は分子がエピタキシャルに析出するために十分な総エネルギー量になる、
その際、第１のエネルギー量及び第２のエネルギー量を相互に時間的に別個に析出表面（５）に供給する、並びに／または
その際、イオン化された不活性ガス（１１）及び反応ガス（９）を相互に時間的に別個に析出表面（５）上へ導き、かつ、それぞれ析出サイクル毎にまずイオン化された不活性ガス（１１）及び引き続き反応ガス（９）、若しくはまず反応ガス（９）及び引き続きイオン化された不活性ガス（１１）を析出表面（５）に供給する、
ことを特徴とする、基板の析出表面上に反応ガスからの原子又は分子をエピタキシャルに析出させる方法。
第１のエネルギー量及び第２のエネルギー量のみを相互に時間的に別個に析出表面（５）に供給する場合、イオン化された不活性ガス（１１）を反応ガス（９）と同時に析出表面（５）上へ導く、請求項１記載の方法。
イオン化された不活性ガス（１１）および反応ガス（９）を相互に時間的に別個に交番する順序で析出表面（５）上へ導く、請求項１記載の方法。
イオン化された不活性ガス（１１）及び反応ガス（９）を相互に空間的に別個に析出表面（５）の方向に導く、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
不活性ガス（１０）のイオン化を反応ガス（９）とは別個に行う、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
不活性ガス（１０）をマイクロ波−プラズマ源（３）を用いてイオン化する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
不活性ガス（１０）をスルファトロン源を用いてイオン化する、請求項６記載の方法。
不活性ガス（１０）を高周波励起を用いてイオン化する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
基板（４）として多孔性ケイ素、エピタキシャルに析出すべき材料としてケイ素、反応ガス（９）としてシラン又はシラン混合物及び不活性ガス（１０）としてヘリウム及び／又はアルゴンを使用し、加熱により達成された基板の析出表面の温度が約６００℃である、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
基板（４）として多孔性炭化ケイ素、エピタキシャルに析出すべき材料として炭化ケイ素、反応ガス（９）としてＳｉキャリアガスと炭化水素キャリアガスからなる混合物、及び不活性ガス（１０）としてヘリウム及び／又はアルゴンを使用し、加熱により達成された基板の析出表面の温度が約８００℃〜９００℃である、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
基板（４）として多孔性ケイ素、エピタキシャルに析出すべき材料としてＳｉ−Ｇｅ、反応ガス（９）としてＳｉキャリアガスとＧｅキャリアガスとからなる混合物、及び不活性ガス（１０）としてヘリウム及び／又はアルゴンを使用し、加熱により達成された基板の析出表面の温度が約８００℃〜９００℃である、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
不活性ガス（１０）を誘導プラズマ源を用いてイオン化する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
Ｓｉキャリアガスがシランである、請求項１０または１１記載の方法。
炭化水素キャリアガスがメタンである、請求項１０記載の方法。