Procedimiento para la pasivación con hidrógeno de unas capas de semiconductores.
Procedimiento para la pasivación con hidrógeno de capas de semiconductores,
caracterizado por que
la pasivación se efectúa mediante el empleo de una fuente de plasma con un arco eléctrico.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/069921.
Solicitante: EVONIK DEGUSSA GMBH.
Nacionalidad solicitante: Alemania.
Dirección: RELLINGHAUSER STRASSE 1-11 45128 ESSEN ALEMANIA.
Inventor/es: CARIUS,REINHARD, STENNER,PATRIK, WIEBER,STEPHAN, CÖLLE,MICHAEL, PATZ,MATTHIAS, BRONGER,TORSTEN.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- H01L21/30 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctricas en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 21/00 Procedimientos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de dispositivos semiconductores o de dispositivos de estado sólido, o bien de sus partes constitutivas. › Tratamiento de cuerpos semiconductores utilizando procesos o aparatos no cubiertos por los grupos H01L 21/20 - H01L 21/26 (fabricación de electrodos sobre estos cuerpos H01L 21/28).
- H01L31/18 H01L […] › H01L 31/00 Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación infrarroja, a la luz, a la radiación electromagnética de ondas más cortas, o a la radiación corpuscular, y adaptados bien para la conversión de la energía de tales radiaciones en energía eléctrica, o bien para el control de la energía eléctrica por dicha radiación; Procesos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas; Sus detalles (H01L 51/42 tiene prioridad; dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común, diferentes a las combinaciones de componentes sensibles a la radiación con una o varias fuentes de luz eléctrica H01L 27/00). › Procesos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas.
- H05H1/34 H […] › H05 TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR. › H05H TECNICA DEL PLASMA (tubos de haz iónico H01J 27/00; generadores magnetohidrodinámicos H02K 44/08; producción de rayos X utilizando la generación de un plasma H05G 2/00 ); PRODUCCION DE PARTICULAS ACELERADAS ELECTRICAMENTE CARGADAS O DE NEUTRONES (obtención de neutrones a partir de fuentes radiactivas G21, p. ej. G21B, G21C, G21G ); PRODUCCION O ACELERACION DE HACES MOLECULARES O ATOMICOS NEUTROS (relojes atómicos G04F 5/14; dispositivos que utilizan la emisión estimulada H01S; regulación de la frecuencia por comparación con una frecuencia de referencia determinada por los niveles de energía de moléculas, de átomos o de partículas subatómicas H03L 7/26). › H05H 1/00 Producción del plasma; Manipulación del plasma (aplicación de la técnica del plasma a reactores de fusión termonuclear G21B 1/00). › Detalles, p. ej. electrodos, toberas.
- H05H1/48 H05H 1/00 […] › utilizando un arco (H05H 1/26 tiene prioridad).
PDF original: ES-2539975_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Procedimiento para la pasivación con hidrógeno de unas capas de semiconductores
El presente invento se refiere a un procedimiento para la pasivación con hidrógeno de unas capas de semiconductores, a las capas pasivadas de semiconductores que se pueden producir con el procedimiento y a su utilización.
Las capas de semiconductores pueden tener los denominados "enlaces abiertos" (en Inglés: "dangling bonds" = valencias insatisfechas) en la estructura de los semiconductores, en dependencia del procedimiento de producción que se emplee. De esta manera, sin embargo, se pueden empeorar las propiedades de los semiconductores. Por ejemplo, en el caso de unas celdas solares que tienen unas capas de semiconductores con enlaces abiertos, esto puede conducir a una disminución del transporte de cargas eléctricas, que es inducido por la luz. Con el fin de mejorar las propiedades de los semiconductores, o respectivamente con el fin de saturar a los enlaces abiertos con átomos de hidrógeno, se puede incorporar hidrógeno en la capa de semiconductores, en particular después de la producción de la capa. Esta incorporación de hidrógeno es designada como pasivación con hidrógeno.
En la bibliografía se han descrito algunos procedimientos para la pasivación con hidrógeno de capas de semiconductores:
El documento de patente europea EP 419 693 A 1 describe una pasivación con hidrógeno de silicio mediante un tratamiento térmico en una atmósfera que contiene hidrógeno. De manera preferida, en tal caso se emplean unas temperaturas de desde 25 °C hasta 5 °C. Sin embargo, el procedimiento que allí se describe es muy costoso por causa de los aparatos.
El documento de patente los EE.UU. US 5.34.59 A divulga que un substrato de silicio puede ser pasivado con hidrógeno mediante el recurso de que el substrato de silicio es tratado en primer lugar por su lado trasero con un chorro de iones de hidrógeno y a continuación (por el lado delantero) es irradiado con una radiación electromagnética. Después del tratamiento con el chorro de iones de hidrógeno, en tal caso los iones de hidrógeno implantados se difunden rápidamente a través del substrato y suprimen entonces, después de la irradiación, los defectos que hayan aparecido. Sin embargo, es desventajoso en este caso el hecho de que el empleo del chorro de iones de hidrógeno (que se ha producido a través de una fuente de Kaufmann) conduce a un deterioro de la superficie del substrato. Por este motivo, el chorro de iones de hidrógeno puede ser usado también solamente por el lado trasero.
El documento US 5.424.13 A describe un procedimiento para la producción de un semiconductor, en el que se emplea una descarga en corona. El empleo de una descarga en arco se manifiesta como desventajoso.
El documento de solicitud de patente europea EP 264 762 A 1 describe un procedimiento para la pasivación, en el que unos iones que son apropiados para la pasivación actúan sobre un material conductor de la electricidad, actuando sobre un plasma de descarga en gas de alta frecuencia una tensión de corriente eléctrica continua superpuesta, que sirve para la aceleración de los iones que son apropiados para la pasivación sobre el material conductor de la electricidad. Son ventajosas en este procedimiento de pasivación ciertamente la posibilidad de un tratamiento del substrato en una gran área de superficie y de un modo independiente de la geometría, y la posibilidad de unos cortos tiempos del proceso, pero es desventajoso el alto gasto en aparatos del procedimiento, que ha de ser atribuido, entre otras cosas, a la producción del plasma a una baja presión (se indica una presión de: 7,6 1"4 Torr para el hidrógeno). Esto conduce a que el procedimiento se tenga que llevar a cabo por regla general en un recinto cerrado, de manera tal que no es posible un uso del procedimiento de pasivación en un proceso continuo.
El documento US 4.343.83 A describe un procedimiento para la pasivación de celdas solares de silicio policristalinas, en el que se emplea un plasma de hidrógeno a alta presión (a una presión preferida de 76 Torr). En comparación con el documento que se describió en el documento EP 264 762 A 1, existe ciertamente la ventaja de que ya no es necesaria una generación del plasma a una baja presión, pero es desventajoso, en el plasma de hidrógeno a alta presión que allí se emplea, el hecho de que también en este caso es muy grande el gasto en aparatos, puesto que para la generación del plasma de hidrógeno a alta presión se tienen que utilizar por regla general unos generadores de radiofrecuencias y unas unidades de impedancias.
El documento US 6.13.397 B1 describe un procedimiento muy costoso en cuanto a los aparatos, que está destinado al tratamiento de unas delgadas capas con un plasma que se genera de un modo acoplado inductivamente. Por lo demás, el procedimiento que allí se describe no es apropiado para una buena pasivación con hidrógeno de capas de semiconductores.
Frente a ello, es ahora la misión del presente invento evitar las desventajas del estado de la técnica. En particular, la misión del presente invento es poner a disposición un procedimiento que sea poco costoso en cuanto a los aparatos para la pasivación con hidrógeno de unas capas de semiconductores, que no conduzca a un deterioro del substrato o respectivamente de las capas de semiconductores que se hayan aplicado sobre él, que se pueda usar en un proceso continuo y que conduzca a una pasivación especialmente buena.
El problema planteado por esta misión es resuelto presentemente mediante el procedimiento conforme al invento para la pasivación con hidrógeno de unas capas de semiconductores, en el que la pasivación se efectúa por empleo de una fuente de plasma con un arco eléctrico.
Junto a la resolución de los problemas planteados por las misiones antes mencionadas, el procedimiento conforme al invento tiene además de esto la ventaja de que el procedimiento se puede usar bajo la presión atmosférica y es muy rentable.
Como un procedimiento para la pasivación con hidrógeno de capas de semiconductores en el sentido del presente invento, ha de entenderse en este contexto un procedimiento para la saturación o satisfacción de los enlaces abiertos ya mencionados, que se encuentran situados en los sitios de los defectos, en cuyo caso se genera hidrógeno atómico y éste se transporta al respectivo sitio del defecto junto a la superficie y en el interior de la capa de semiconductores, saturando entonces el hidrógeno atómico al (o a los) respectivo(s) enlace(s) abierto(s). Una pasivación con hidrógeno ya efectuada, por ejemplo para celdas solares, se puede medir mediante una elevación del transporte de cargas eléctricas que se ha inducido por la luz, en relación con el momento antes de que se haya efectuado la pasivación. Por lo general, la pasivación con hidrógeno se puede comprobar mediante una espectroscopia de rayos infrarrojos (IR) mediante la modificación de las bandas del respectivo semiconductor (para unas capas de silicio: mediante la modificación de la banda característica a 2. cm'1).
Por el concepto de una "capa de semiconductores" ha de entenderse en este caso una capa que comprende por lo menos un semiconductor del tipo de un elemento, que se ha escogido de manera preferida entre el conjunto que se compone de Si, Ge, a-Sn, C, B, Se, Te y unas mezclas de estos elementos, y/o por lo menos un semiconductor del tipo de un compuesto, que se ha escogido en particular entre el conjunto que se compone de unos semiconductores del tipo IV-IV, tales como los de SiGe, SiC, de unos semiconductores del tipo lll-V, tales como los de GaAs, GaSb, GaP, InAs, InSb, InP, InN, GaN, AIN, AlGaAs, InGaN, de unos semiconductores de tipo oxídico, tales como InSnO, InO, ZnO, de unos semiconductores del tipo Il-VI, tales como los de ZnS, ZnSe, ZnTe, de unos semiconductores del tipo MI-VI, tales como los de GaS, GaSe, GaTe, InS, InSe, InTe, de unos semiconductores del tipo l-lll-VI tales como CulnSe2, CulnGaSe2, CulnS2, CulnGaS2; y de unas mezclas de éstos, o se compone de ellos.
De manera preferida, puesto que esto conduce a una pasivación con hidrógeno especialmente buena del semiconductor, en el caso de la capa de semiconductores que se ha de pasivar se trata sin embargo de una capa que contiene silicio, es decir una capa de silicio semiconductora esencialmente pura, una capa de semiconductores del tipo de compuestos, que contiene, entre otros elementos, silicio, o una capa que se basa en silicio y además contiene unas sustancias Jopantes.
De manera muy especialmente preferida, puesto que para unas correspondientes capas se pueden conseguir con el procedimiento conforme al invento una pasivación especialmente alta y por consiguiente unas propiedades... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Procedimiento para la pasivación con hidrógeno de capas de semiconductores, caracterizado por que
la pasivación se efectúa mediante el empleo de una fuente de plasma con un arco eléctrico.
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que
la capa de semiconductores es una capa que contiene silicio.
3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que
la fuente de plasma con un arco eléctrico genera el plasma mediante una descarga en gas a alta presión con unas intensidades de corriente eléctrica de < 45 A.
4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que
la descarga en gas a alta presión se efectúa con unas intensidades de corriente eléctrica de ,1 - 44 A, de manera preferida de 1,5 - 3 A de corriente continua.
5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que
la fuente de plasma con un arco eléctrico es un generador indirecto de plasma.
6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que
la tobera de la fuente de plasma con un arco eléctrico, desde la que sale el plasma, está dispuesta alejada a una distancia de 5 pm a 5 mm, de manera preferida de 1 a 3 mm, de la capa de semiconductores que se ha de pasivar.
7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el chorro de plasma que sale desde la tobera es desviado en un ángulo de 5 a 9°, de manera preferida de 8 a 9°, de manera especialmente preferida de 85 a 9°, sobre la capa de semiconductores que se encuentra situada sobre el substrato.
8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la fuente de plasma con un arco eléctrico emplea una mezcla gaseosa que contiene ,1-5 % en volumen de H2 y 99,9 - 95 % en volumen de un gas inerte, de manera preferida de ,5 - 2 % en volumen de H2 y 99,5 - 99 % en volumen de un gas inerte.
9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la capa de semiconductores es calentada en el caso del empleo de la fuente de plasma con un arco eléctrico.
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