Search Images Maps Play YouTube News Gmail Drive More »
Sign in
Screen reader users: click this link for accessible mode. Accessible mode has the same essential features but works better with your reader.

Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE102009024311 A1
Publication typeApplication
Application numberDE200910024311
Publication date5 Jan 2011
Filing date5 Jun 2009
Priority date5 Jun 2009
Also published asDE112010001934A5, WO2010139546A1
Publication number0910024311, 200910024311, DE 102009024311 A1, DE 102009024311A1, DE 2009/10024311 A1, DE-A1-102009024311, DE0910024311, DE102009024311 A1, DE102009024311A1, DE2009/10024311A1, DE200910024311
InventorsVolker Dr. habil. Cimalla, Vadim Dr. habil. Lebedev
ApplicantFraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung Semiconductor device and process for its preparation translated from German
DE 102009024311 A1
Abstract  translated from German
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes, in welchem ein eindimensionales Elektronengas ausbildbar ist, welches die folgenden Schritte enthält: Bereitstellen eines Substrates mit einer ersten Oberfläche; The invention relates to a method for producing a semiconductor device in which a one-dimensional electron gas can be formed, comprising the steps of: providing a substrate having a first surface; Abscheiden einer Maskierungsschicht mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, wobei die zweite Oberfläche der Maskierungsschicht auf der ersten Oberfläche des Substrates angeordnet ist; Depositing a masking layer having a first surface and a second surface, wherein the second surface of the masking layer is disposed on the first surface of the substrate; Einbringen von mindestens einem Graben in die Maskierungsschicht, welcher bis zur ersten Oberfläche des Substrates reicht; Introducing at least one trench in the masking layer, which extends to the first surface of the substrate; Einbringen eines Halbleitermaterials in den mindestens einen Graben und Entfernen der ersten Maskierungsschicht. Introducing a semiconductor material in the at least one trench and removing the first masking layer. Weiterhin betrifft die Erfindung ein nach diesem Verfahren hergestelltes Halbleiterbauelement. Furthermore, the invention relates to a product manufactured by this process semiconductor device.
Images(4)
Previous page
Next page
Claims(18)  translated from German
  1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes ( A process for producing a semiconductor device ( 10 10 ), in welchem ein eindimensionales Elektronengas ausbildbar ist, welches die folgenden Schritte enthält: – Bereitstellen eines Substrates ( ) In which a one-dimensional electron gas can be formed, comprising the following steps: - providing a substrate ( 11 11 ) mit einer ersten Oberfläche; ) Having a first surface; – Abscheiden einer Maskierungsschicht ( - Depositing a masking layer ( 13 13 ) mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, wobei die zweite Oberfläche der Maskierungsschicht ( ) Having a first surface and a second surface, wherein the second surface of the masking layer ( 13 13 ) auf der ersten Oberfläche des Substrates ( ) On the first surface of the substrate ( 11 11 ) angeordnet ist; ) Is disposed; – Einbringen von mindestens einem Graben ( - Introducing at least one trench ( 14 14 ) in die Maskierungsschicht ( ) In the masking layer ( 13 13 ), welcher bis zur ersten Oberfläche des Substrates ( ), Which up to the first surface of the substrate ( 11 11 ) reicht; ) Is sufficient; – Einbringen eines Halbleitermaterials ( - Inserting a semiconductor material ( 15 15 ) in den mindestens einen Graben ( ) In the at least one trench ( 14 14 ); ); – Entfernen der Maskierungsschicht ( - Remove the masking layer ( 13 13 ). ).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem zusätzlich vor dem Abscheiden der Maskierungsschicht ( The method of claim 1, wherein additionally prior to the deposition of the masking layer ( 13 13 ) eine Isolationsschicht ( ), An insulating layer ( 12 12 ) mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite abgeschieden wird, wobei die zweite Seite der Isolationsschicht ( ) Is deposited with a first side and a second side, said second side of the insulating layer ( 12 12 ) auf der ersten Seite des Substrates ( ) On the first side of the substrate ( 11 11 ) angeordnet ist und die zweite Seite der Maskierungsschicht ( Is arranged) and the second side of the masking layer ( 13 13 ) auf der ersten Seite der Isolationsschicht ( ) On the first side of the insulating layer ( 12 12 ) angeordnet ist. ) Is arranged.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Einbringens mindestens eines Grabens ( Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the step of introducing at least one trench ( 14 14 ) in die Maskierungsschicht ( ) In the masking layer ( 13 13 ) das Aufbringen eines Photolackes auf die erste Seite der Maskierungsschicht ( ) Applying a photoresist on the first side of the masking layer ( 13 13 ) umfasst. ) Includes.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Photolack mittels Elektronenstrahllithographie und/oder UV-Lithographie und/oder einem Nanodruckverfahren strukturiert wird. A method according to claim 3, characterized in that the photoresist is patterned by means of electron beam lithography and / or UV-lithography, and / or a nano printing method.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teilfläche des Photolackes und/oder eine Teilfläche der Maskierungsschicht ( A method according to any one of claims 3-4, characterized in that at least one partial surface of the photoresist and / or a partial surface of the masking layer ( 13 13 ) mittels Gasphasenätzen entfernt wird. ) Is removed by gas phase etching.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen eines Halbleitermaterials ( Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the introduction of a semiconductor material ( 15 15 ) in den mindestens einen Graben ( ) In the at least one trench ( 14 14 ) mittels einer Gasphasenabscheidung erfolgt, Insbesondere mittels CVD, MOCVD oder MOVPE. ) By means of a gas-phase deposition, in particular by means of CVD, MOCVD, or MOVPE.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Graben ( Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one trench ( 14 14 ) eine Breite von etwa 40 nm bis etwa 110 nm aufweist. ) Has a width of about 40 nm to about 110 nm.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entfernen der Maskierungsschicht ( Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that after removing the masking layer ( 13 13 ) eine unterhalb des Halbleitermaterials ( ) One below the semiconductor material ( 15 15 ) liegende Teilfläche ( ) Lying sub-area ( 16 16 ) des Substrates ( ) Of the substrate ( 11 11 ) und/oder der Isolationsschicht ( ) And / or the insulating layer ( 12 12 ) entfernt wird. ) Is removed.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in die Maskierungsschicht ( Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the masking layer ( 13 13 ) mindestens ein erster Graben ( ) At least a first trench ( 14 14 ) und mindestens ein zweiter Graben ( ) And at least a second trench ( 14 14 ) eingebracht wird, welcher mit dem ersten Graben ( ) Is introduced, with which the first trench ( 14 14 ) verbunden ist Is connected)
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Entfernung der Maskierungsschicht ( Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that after removal of the masking layer ( 13 13 ) eine Trennstelle ( ) A separation point ( 17 17 ) in das zusammenhängende Halbleitermaterial ( ) In the continuous semiconductor material ( 15 15 , . 23 23 , . 20 20 ) eingebracht wird. ) Is introduced.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entfernen der Maskierungsschicht ( Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that after removing the masking layer ( 13 13 ) Kontaktelemente ( ) Contact elements ( 18 18 ) und/oder Verbindungselemente aufgebracht werden. ) And / or connecting elements to be applied.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch die weiteren Verfahrensschritte: – Überwachsen von zumindest einer Teilfläche des Halbleiterbauelementes ( Method according to one of claims 1 to 11, characterized by the further method steps: - overgrowth from at least one partial surface of the semiconductor component ( 10 10 ) mit einer weiteren Isolationsschicht, welche eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweist, wobei die zweite Oberfläche der zweiten Isolationsschicht auf der ersten Seite der ersten Isolationsschicht ( ) With a further insulating layer having a first surface and a second surface, wherein the second surface of the second insulation layer on the first side of the first insulating layer ( 12 12 ) und/oder auf der ersten Oberfläche des Substrates ( ) And / or on the first surface of the substrate ( 11 11 ) und/oder auf dem Halbleitermaterial ( ) And / or on the semiconductor material ( 15 15 ) angeordnet ist; ) Is disposed; – Abscheiden einer weiteren Maskierungsschicht () mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, wobei die zweite Oberfläche der weiteren Maskierungsschicht auf der ersten Oberfläche der zweiten Isolationsschicht angeordnet ist; - Depositing a further masking layer () having a first surface and a second surface, wherein the second surface of the further masking layer is disposed on the first surface of the second insulation layer; – Einbringen von mindestens einem Graben in die weitere Maskierungsschicht, welcher bis zur ersten Oberfläche der zweiten Isolationsschicht reicht; - Introducing at least one trench in the further masking layer, which extends to the first surface of the second insulation layer; – Einbringen eines Halbleitermaterials in den mindestens einen Graben; - Inserting a semiconductor material in the at least one trench; – Entfernen der weiteren Maskierungsschicht. - Remove the further masking layer.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte zur Erzeugung einer mehrlagigen Halbleiterstruktur ( A method according to claim 12, characterized in that the process steps for producing a multilayer semiconductor structure ( 10 10 ) mehrfach ausgeführt werden. ) Can be executed multiple times.
  14. Halbleiterbauelement, erhältlich durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13. A semiconductor device obtainable by a process according to any one of claims 1 to 13.
  15. Halbleiterbauelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zumindest einen optischen Wellenleiter enthält. A semiconductor device according to claim 14, characterized in that this comprises at least one optical waveguide.
  16. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zumindest ein beweglich gelagertes Element ( Semiconductor component according to one of claims 14 or 15, characterized in that this at least one movably supported element ( 24 24 ) enthält. ) Contains.
  17. Halbleiterbauelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des beweglich gelagerten Elementes ( A semiconductor device according to claim 16, characterized in that the position of the movably mounted element ( 24 24 ) im Betrieb des Halbleiterbauelementes ( ) During operation of the semiconductor component ( 10 10 ) beeinflussbar und/oder bestimmbar ist. Is) influenced and / or determined.
  18. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zumindest einen Feldeffekttransistor enthält, dessen Kanal ( Semiconductor component according to one of claims 14 to 17, characterized in that it contains at least one field effect transistor whose channel ( 20 20 ) durch einen ersten Nanodraht gebildet wird und dessen Gateelektrode ( ) Is formed by a first nano-wire and whose gate electrode ( 23 23 ) durch einen beabstandet angeordneten zweiten Nanodraht gebildet wird, wobei das erste und das zweite Halbleitermaterial auf einer Isolationsschicht ( ) Is formed by a spaced-apart second nanowire, wherein the first and the second semiconductor material on an insulating layer ( 12 12 ) oder auf dem Substrat ( ) Or on the substrate ( 11 11 ) angeordnet sind. Are arranged).
Description  translated from German
  • [0001] [0001]
    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes, in welchem ein eindimensionales Elektronengas ausbildbar ist, welches die folgenden Schritte enthält: Bereitstellen eines Substrates mit einer ersten Oberfläche; The invention relates to a method for producing a semiconductor device in which a one-dimensional electron gas can be formed, comprising the steps of: providing a substrate having a first surface; Abscheiden einer Maskierungsschicht mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, wobei die zweite Oberfläche der Maskierungsschicht auf der ersten Oberfläche des Substrates angeordnet ist; Depositing a masking layer having a first surface and a second surface, wherein the second surface of the masking layer is disposed on the first surface of the substrate; Einbringen von mindestens einem Graben in die Maskierungsschicht; Introducing at least one trench in the masking layer; Einbringen eines Halbleitermaterials in den mindestens einen Graben und Entfernen der ersten Maskierungsschicht. Introducing a semiconductor material in the at least one trench and removing the first masking layer. Weiterhin betrifft die Erfindung ein nach diesem Verfahren hergestelltes Halbleiterbauelement. Furthermore, the invention relates to a product manufactured by this process semiconductor device.
  • [0002] [0002]
    Halbleiterbauelemente der eingangs genannten Art können beispielsweise Feldeffekttransistoren, optische Wellenleiter oder nanoelektromechanische Systeme enthalten. Semiconductor devices of the type mentioned, for example, field effect transistors, optical waveguides or nanoelectromechanical systems contain.
  • [0003] [0003]
    Aus V. From V. Lebedev et. Lebedev et. al.: "Fabrication of one-dimensional trenched GaN nanowires and their interconnections", Phys. al .: "Fabrication of one-dimensional trenched GaN nanowires and Their inter-connections", Phys. Stat. Stat. Sol. Sol. (A) 204, No. (A) 204, No. 10, 3387 (2007) ist ein gattungsgemäßes Halbleiterbauelement bekannt. 10, 3387 (2007) describes a generic semiconductor device. Gemäß diesem Stand der Technik wird vorgeschlagen, auf ein Substrat aus Aluminiumnitrit oder Saphir eine Hartmaske aufzubringen und in diese Hartmaske sowie das Substrat durch Ätzen einen Graben einzubringen. According to this prior art it is proposed to apply a hard mask on a substrate of aluminum nitride or sapphire and introduce a trench in this hard mask and the substrate by etching. Die Breite soll dabei 20 nm bis 100 nm betragen. The width is intended to be 20 nm to 100 nm. Durch Einbringen von Galliumnitrit in diesen Graben und nachfolgendes Entfernen der Hartmaske entsteht dann ein teilweise in das Substrat eingebetteter Nanodraht aus GaN, in welchem sich ein eindimensionales Elektronengas ausbilden kann. By introducing gallium nitride in this ditch and then removing the hard mask is then a partially embedded in the substrate nanowire of GaN, in which a one-dimensional electron gas can be formed.
  • [0004] [0004]
    Nachteilig an diesem Stand der Technik ist jedoch, dass das Halbleitermaterial aus einer Vielzahl von Kristalliten mit dazwischen liegenden Korngrenzen zusammengesetzt ist. A disadvantage of this prior art, however, is that the semiconductor material of a variety of crystallites with intermediate grain boundary is composed. Die Korngrenzen bilden dabei unerwünschte Störstellen, welche den Ladungsträgertransport innerhalb des Halbleitermaterials behindern und/oder Zentren für die Rekombination von Nichtgleichgewichtsladungsträgern bilden. The grain boundaries thereby form undesirable impurities, which hinder the charge carrier transport within the semiconductor material and / or form centers for the recombination of nonequilibrium charge carriers. Die Leistungsfähigkeit dieser vorbekannten Halbleiterbauelemente ist daher herabgesetzt. The performance of these prior art semiconductor components is therefore reduced.
  • [0005] [0005]
    Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, niedrigdimensionale Halbleiterstrukturen, insbesondere Nanodrähte, zur Verfügung zu stellen, welche einen geringeren elektrischen Widerstand und/oder eine erhöhte Ladungsträgerbeweglichkeit und/oder eine erhöhte Lebensdauer der Ladungsträger aufweisen. Starting from this prior art, the invention is therefore the object of low dimensional semiconductor structures, particularly nanowires, to provide, which have a lower electrical resistance and / or increased charge carrier mobility and / or increased service life of the charge carriers.
  • [0006] [0006]
    Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, in welchen ein eindimensionales Elektronengas ausbildbar ist, welches die folgenden Schritte enthält: Bereitstellen eines Substrats mit einer ersten Oberfläche; The object is inventively achieved by a method for producing a semiconductor device in which a one-dimensional electron gas can be formed, which includes the steps of: providing a substrate having a first surface; Abscheiden einer Maskierungsschicht mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, wobei die zweite Oberfläche der Maskierungsschicht auf der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet ist; Depositing a masking layer having a first surface and a second surface, wherein the second surface of the masking layer is disposed on the first surface of the substrate; Einbringen von mindestens einem Graben in die Maskierungsschicht, welcher bis zur ersten Oberfläche des Substrats reicht; Introducing at least one trench in the masking layer, which extends to the first surface of the substrate; Einbringen eines Halbleitermaterials in den mindestens einen Graben und Entfernen der ersten Maskierungsschicht. Introducing a semiconductor material in the at least one trench and removing the first masking layer.
  • [0007] [0007]
    Weiterhin besteht die Lösung der Aufgabe in einem Halbleiterbauelement, welches durch die folgenden Schritte erhältlich ist: Bereitstellen eines Substrats mit einer ersten Oberfläche; Furthermore, the solution of the problem consists in a semiconductor device, which is obtainable by the steps of: providing a substrate having a first surface; Abscheiden einer Maskierungsschicht mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, wobei die zweite Oberfläche der Maskierungsschicht auf der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet ist; Depositing a masking layer having a first surface and a second surface, wherein the second surface of the masking layer is disposed on the first surface of the substrate; Einbringen von mindestens einem Graben in die Maskierungsschicht, welcher bis zur ersten Oberfläche des Substrats reicht; Introducing at least one trench in the masking layer, which extends to the first surface of the substrate; Einbringen eines Halbleitermaterials in den mindestens einen Graben und Entfernen der ersten Maskierungsschicht. Introducing a semiconductor material in the at least one trench and removing the first masking layer.
  • [0008] [0008]
    Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Kristallqualität eines niedrigdimensionalen Halbleitermaterials, wie beispielsweise eines Nanodrahtes, gegenüber dem Stand der Technik verbessert werden kann, wenn das Halbleitermaterial im Wesentlichen auf der Oberfläche des Substrats angeordnet und nicht im Substrat vergraben ist. According to the invention it was recognized that the crystal quality of a low-dimensional semiconductor material, such as a nanowire, can be improved over the prior art, when the semiconductor material is disposed substantially on the surface of the substrate and not buried in the substrate. Weiterhin ermöglicht die erfindungsgemäß vorgeschlagene, planare Geometrie des Halbleiterbauelementes die Verwendung üblicher Herstellungsverfahren, um Halbleiterbauelemente mit Nanodrähten zu produzieren. Furthermore, the inventively proposed, planar geometry of the semiconductor device allows the use of standard manufacturing processes to produce semiconductor devices with nanowires. Dadurch erleichtert die planare Geometrie der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halbleiterbauelemente die Kontaktierung der Nanodrähte sowie deren Verbindung untereinander und/oder deren Verbindung mit weiteren, monolithisch auf demselben Substrat integrierten Bauelementen, auch solchen, in welchen sich kein eindimensionales Elektronengas ausbildet. Thereby facilitating the planar geometry of the inventively proposed semiconductor devices, the contacting of the nanowires as well as their connection with each other and / or its connection with other monolithically integrated components on the same substrate, including those in which no one-dimensional electron gas is formed.
  • [0009] [0009]
    Völlig überraschend hat sich gezeigt, dass der räumliche Einschluss des Halbleitermaterials in den Gräben der Maskierungsschicht zu einer Verbesserung der Kristallqualität des Halbleitermaterials führt. Completely surprisingly, it has been found that the spatial confinement of the semiconductor material in the trenches of the masking layer results in an improvement of the crystal quality of the semiconductor material. Das erfindungsgemäß verwendete Substrat kann beispielsweise Silizium, Siliziumkarbid, Saphir, Diamant, Magnesiumoxid oder Zinkoxid enthalten. The substrate used in the invention may, for example, silicon, silicon carbide, sapphire, diamond, magnesium oxide or zinc oxide. Die Maskierungsschicht enthält bevorzugt Si x N y und/oder SiO 2 . The masking layer preferably contains Si x N y and / or SiO 2.
  • [0010] [0010]
    Das erfindungsgemäß verwendete Halbleitermaterial enthält bevorzugt einen III-V-Halbleiter, beispielsweise InN, GaN, AlInGaN oder auch Elementhalbleiter wie beispielsweise Silizium oder Germanium. The semiconductor material used in the invention preferably contains a III-V semiconductor such as InN, GaN, AlInGaN or elemental semiconductors such as silicon or germanium.
  • [0011] [0011]
    Das Einbringen von mindestens einem Graben in die Maskierungsschicht kann in einer Ausführungsform der Erfindung mittels Elektronenstrahllithographie und/oder UV-Lithographie und/oder einem Nanodruckverfahren erfolgen. The introduction of at least one trench in the masking layer can be done in one embodiment of the invention by means of electron beam lithography and / or UV-lithography, and / or a nano printing method. Hierzu kann ein Fotolack verwendet werden, welcher in einem nachfolgenden trocken- oder nasschemischen Ätzschritt Teilflächen der Maskierungsschicht vor dem Angriff des Ätzmittels schützt. For this purpose, a photoresist may be used, which protects in a subsequent dry or wet chemical etching sub-areas of the masking layer from the attack of the etchant.
  • [0012] [0012]
    In einer Weiterbildung der Erfindung kann vor dem Abscheiden der Maskierungsschicht eine Isolationsschicht mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite abgeschieden werden, wobei die zweite Seite der Isolationsschicht auf der ersten Seite des Substrats angeordnet ist und die zweite Seite der Maskierungsschicht auf der ersten Seite der Isolationsschicht angeordnet ist. In a further development of the invention, an insulating layer having a first side and a second side may be deposited prior to the deposition of the masking layer, wherein the second side of the insulating layer is disposed on the first side of the substrate and the second side of the masking layer on the first side of the isolation layer is arranged. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist das Halbleitermaterial bzw. der Nanodraht vom Substrat getrennt, so dass der Einfluss des Substrats auf die Kristallstruktur und/oder die elektrischen Eigenschaften des Halbleitermaterials verringert werden kann. In this embodiment of the invention the semiconductor material or the nanowire is separated from the substrate, so that the influence of the substrate can be reduced to the crystal structure and / or the electrical properties of the semiconductor material. Die Isolationsschicht kann dabei eine Dicke von etwa 100 nm bis etwa 10 μm aufweisen. The insulating layer can have a thickness of about 100 nm to about 10 microns. Die Isolationsschicht kann beispielsweise AlN, AlGaN, AlInN, GaN, Al 2 O 3 , SiC oder Diamant enthalten. The insulating layer may, for example, AlN, AlGaN, AlInN, GaN, Al 2 O 3, SiC or diamond included. Bevorzugt ist die Isolationsschicht nominal undotiert, was jedoch nicht ausschließt, dass Fremdatome in der Schicht nachweisbar sein können, beispielsweise als unvermeidbare Verunreinigungen. Preferably, the insulation layer is nominally undoped, but this does not exclude the possibility that foreign atoms in the layer can be detected, for example, as inevitable impurities. Die Isolationsschicht kann elektrisch isolierend oder semi-isolierend ausgebildet sein. The insulating layer may be formed electrically insulating or semi-insulating. Die Isolationsschicht kann heteroepitaktisch oder homoepitaktisch auf dem Substrat abgeschieden werden. The insulating layer can be deposited homoepitaxially or heteroepitaxially on the substrate. Auf diese Weise kann eine Oberfläche mit gegenüber der Oberfläche des Substrats verbesserter Qualität zur Aufnahme des Halbleitermaterials bereitgestellt werden. In this manner, a surface with respect to the surface of the substrate of improved quality can be provided for receiving the semiconductor material. Auf diese Weise kann die Kristallqualität des Halbleitermaterials weiter gesteigert werden. In this way, the crystal quality of the semiconductor material can be further increased.
  • [0013] [0013]
    In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass nach dem Entfernen der Maskierungsschicht eine unterhalb des Halbleitermaterials liegende Teilfläche des Substrats und/oder der Isolationsschicht entfernt wird. In a further development of the invention it can be provided that after removing the masking layer, a semiconductor material situated below the part surface of the substrate and / or the insulating layer is removed. Auf diese Weise wird das Halbleitermaterial zumindest abschnittsweise freigestellt, so dass der Nanodraht in diesem Abschnitt keinen Kontakt zum Substrat bzw. zur Isolationsschicht mehr aufweist. In this way, the semiconductor material is at least partially released, so that the nanowire in this section has no contact with the substrate or the insulating layer more.
  • [0014] [0014]
    In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass nach der Entfernung der Maskierungsschicht eine Trennstelle in das zusammenhängende Halbleitermaterial des Nanodrahtes eingebracht wird. In another embodiment of the invention it can be provided that after removal of the masking layer, a separation point is introduced into the continuous semiconductor material of the nanowire. Die Trennstelle kann beispielsweise durch Materialabtrag mit einem fokussierten Ionenstrahl eingebracht werden. The cuts can be introduced, for example by removing material with a focused ion beam. Insbesondere kann die Trennstelle eine Breite von 10 nm bis etwa 100 nm aufweisen. In particular, the point of separation may have a width of 10 nm to about 100 nm. Die Trennstelle kann beispielsweise dazu verwendet werden, einen isolierenden Bereich zwischen zwei Halbleitermaterialien vorzusehen. The separation point can be used, for example, provide an insulating region between two semiconductor materials. Hierzu kann die Trennstelle mit einem dielektrischen Festkörper oder einem dielektrischen Gas aufgefüllt sein. Purpose it can be filled with a solid dielectric or a dielectric gas, the separation point.
  • [0015] [0015]
    Sofern zumindest eine Teilfläche des Substrats und/oder der Isolationsschicht unterhalb des Nanodrahtes entfernt und eine Trennstelle in das Halbleitermaterial eingebracht wurde, kann in einer Ausführungsform der Erfindung zumindest ein Teilabschnitt des Nanodrahtes mechanisch bewegbar ausgeführt sein. Provided that at least one partial surface of the substrate and / or the insulating layer is removed below the nanowire and a release site was introduced into the semiconductor material, at least some portion of the nanowire can be embodied mechanically movable in an embodiment of the invention. In einer Weiterbildung der Erfindung kann die aktuelle Position eines solchen Nanodrahtes bestimmt und/oder beeinflusst werden. In one embodiment of the invention, the current position of such a nanowire determined and / or influenced. Dies kann beispielsweise durch eine kapazitive Anregung und/oder eine kapazitive Abstandsmessung erfolgen. This can be done for example by a capacitive stimulation and / or a capacitive distance measurement. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement eine Nanowaage und/oder ein mechanisch bewegbares Schaltelement enthalten. In this way, the semiconductor device according to the invention may include a nano-scale and / or a mechanically movable switching element.
  • [0016] [0016]
    Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, nach dem Aufbringen zumindest eines Nanodrahtes in einer ersten Strukturierungsebene weitere Nanodrähte in weiteren Strukturierungsebenen aufzubringen, wobei die einzelnen Strukturierungsebenen durch Isolationsschichten voneinander getrennt sein können. A further development of the invention can provide to apply after applying at least one nanowire in a first level structuring more nanowires in further structuring levels, the individual structuring levels can be separated by insulating layers. Auf diese Weise können dreidimensionale Strukturen erzeugt werden, wie beispielsweise photonische Kristalle, mehrlagige nanoelektromechanische Systeme oder dreidimensional strukturierte elektronische Bauelemente. In this way, three-dimensional structures can be produced, such as photonic crystals, multi-layered nano-electromechanical systems or three-dimensionally structured electronic components.
  • [0017] [0017]
    Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. The invention with reference to figures without limiting the general inventive concept will be explained. Dabei zeigen die They show the
  • [0018] [0018]
    1 1 bis to 3 3 Ansichten eines Ausschnittes eines Halbleitersubstrats, nachdem einige Verfahrensschritte des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Herstellungsverfahrens durchgeführt wurden. Views of a section of a semiconductor substrate after a few steps of the method according to the invention proposed manufacturing process were performed.
  • [0019] [0019]
    4 4 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen Halbleiterbauelements. shows a cross section through part of a proposed inventive semiconductor device.
  • [0020] [0020]
    5 5 und and 6 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements, welches einen beweglichen Nanodraht aufweist. shows an embodiment of a semiconductor device having a movable nanowire.
  • [0021] [0021]
    7 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements, welches einen planaren Feldeffekttransistor enthält. shows an embodiment of a semiconductor device according to the invention, which includes a planar field effect transistor.
  • [0022] [0022]
    1 1 zeigt eine Ansicht eines Halbleiterbauelementes shows a view of a semiconductor device 10 10 mit einem Halleitersubstrats with a Hall pus substrate 11 11 . , Das Substrat The substrate 11 11 kann beispielsweise Silizium, Siliziumkarbid, Saphir, Diamant, Magnesiumoxid oder Zinkoxid enthalten. for example, silicon, silicon carbide, sapphire, diamond, magnesium oxide or zinc oxide. Das Substrat The substrate 11 11 kann ein einkristallines Substrat sein. may be a single crystal substrate. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Substrat In other embodiments of the invention, the substrate 11 11 jedoch auch amorph oder polykristallin sein. but also be amorphous or polycrystalline. Das Substrat The substrate 11 11 weist bevorzugt eine Dicke von etwa 100 μm bis etwa 1 mm auf. preferably has a thickness of about 100 microns to about 1 mm. Das Substrat The substrate 11 11 kann weitere chemische Elemente enthalten, insbesondere Dotierstoffe zum Einstellen einer vorgebbaren elektrischen Leitfähigkeit. may contain other chemical elements, in particular dopants for setting a predetermined electrical conductivity. Insbesondere kann als Dotierstoff Bor, Aluminium, Gallium, Stickstoff, Phosphor oder Arsen verwendet werden. In particular, as a dopant boron, aluminum, gallium, nitrogen, phosphorus or arsenic can be used. Weiterhin kann das Material des Substrats Further, the material of the substrate 11 11 unvermeidbare Verunreinigungen enthalten, welche beim Herstellungsprozess, beim Polieren oder bei der Lagerung des Substrats contain inevitable impurities, which in the manufacturing process, during polishing, or during storage of the substrate 11 11 in dieses oder auf dessen Oberfläche eingebracht werden. be incorporated into this or on its surface. Die Verunreinigungen können insbesondere Sauerstoff, Wasserstoff, Kohlenstoff, Kohlenwasserstoffe oder Wasser umfassen. The contaminants may include, in particular oxygen, hydrogen, carbon, hydrocarbons or water.
  • [0023] [0023]
    In der dargestellten Ausführungsform wird auf die Oberfläche des Substrats In the illustrated embodiment, is on the surface of the substrate 11 11 eine optionale Isolationsschicht an optional insulating layer 12 12 aufgebracht. applied. Die Isolationsschicht kann beispielsweise aus einer aktivierten Gasphase abgeschieden werden, beispielsweise mittels chemical vapour deposition. The insulating layer may be deposited for example from an activated gas phase, for example by chemical vapor deposition. In einer anderen Ausführungsform kann die Isolationsschicht In another embodiment, the insulating layer 12 12 auch mittels eines Sputterverfahrens auf die Oberfläche des Substrats also by a sputtering method on the surface of the substrate 11 11 aufgebracht werden. be applied. In wiederum einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Isolationsschicht In yet another embodiment of the invention, the insulating layer 12 12 auch entfallen. also be omitted.
  • [0024] [0024]
    Die Isolationsschicht The insulating layer 12 12 kann beispielsweise undotiertes Aluminiumnitrit, Aluminiumgalliumnitrit, Aluminiumindiumnitrit, Galliumnitrit, Saphir oder Diamant enthalten. may include, for example, undoped aluminum nitride, Aluminiumgalliumnitrit, Aluminiumindiumnitrit, gallium nitride, sapphire or diamond. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Isolationsschicht In other embodiments of the invention, the insulating layer 12 12 auch semi-isolierendes Siliziumkarbid enthalten. also semi-insulating silicon carbide included. Die Isolationsschicht The insulating layer 12 12 kann homoepitaktisch oder heteroepitaktisch auf das Substrat can homoepitaxially or heteroepitaxially on the substrate 11 11 aufgebracht werden. be applied. Die Isolationsschicht The insulating layer 12 12 kann weitere chemische Elemente enthalten, insbesondere Dotierstoffe zum Einstellen einer vorgebbaren elektrischen Leitfähigkeit. may contain other chemical elements, in particular dopants for setting a predetermined electrical conductivity. Insbesondere kann als Dotierstoff Bor, Aluminium, Gallium, Stickstoff, Phosphor oder Arsen verwendet werden. In particular, as a dopant boron, aluminum, gallium, nitrogen, phosphorus or arsenic can be used. Weiterhin kann das Material der Isolationsschicht Further, the material of the insulating layer 12 12 unvermeidbare Verunreinigungen enthalten, welche beim Herstellungsprozess, beim Polieren oder bei der Lagerung des Substrats contain inevitable impurities, which in the manufacturing process, during polishing, or during storage of the substrate 11 11 in die Isolationsschicht in the isolation layer 12 12 oder auf deren Oberfläche eingebracht werden. or are introduced on the surface thereof. Die Verunreinigungen können insbesondere Sauerstoff, Wasserstoff, Kohlenstoff, Kohlenwasserstoffe oder Wasser umfassen. The contaminants may include, in particular oxygen, hydrogen, carbon, hydrocarbons or water.
  • [0025] [0025]
    Die Isolationsschicht The insulating layer 12 12 kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung eine Dicke von etwa 100 nm bis etwa 1 μm aufweisen. may comprise, in some embodiments of the invention, a thickness of about 100 nm to about 1 micron. Die Kristallorientierung der Oberfläche der Isolationsschicht The crystal orientation of the surface of the insulating layer 12 12 kann dergestalt gewählt sein, dass die Kristallisation eines Halbleitermaterials auf der dem Substrat can be chosen such that the crystallization of a semiconductor material on the substrate 11 11 abgewandten Oberfläche surface remote from 25 25 der Isolationsschicht the insulation layer 12 12 beeinflusst wird. is affected. Bevorzugt, aber nicht zwingend, ist die Kristallstruktur der Isolationsschicht Preferably, but not necessarily, is the crystal structure of the insulating layer 12 12 zumindest bereichsweise einkristallin. at least partially monocrystalline.
  • [0026] [0026]
    Im dargestellten Ausführungsbeispiel sollen auf der Oberfläche der Isolationsschicht In the illustrated embodiment are on the surface of insulating layer 12 12 zwei Nanodrähte erzeugt werden. two nanowires are produced. Unter einem Nanodraht im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ein Halbleitermaterial verstanden, dessen geometrische Ausdehnung dergestalt gewählt ist, dass die Wellenfunktionen der Elektronen in zwei Raumrichtungen quantisiert sind. Under a nanowire according to the present invention, a semiconductor material is to be understood, whose geometrical extension is selected such that the wave functions of the electrons are quantized in two spatial directions. In der dritten Raumrichtung sind die Elektronen beweglich, so dass sich ein eindimensionales Elektronengas ausbilden kann. In the third spatial direction the electrons are mobile, so that a one-dimensional electron gas can be formed.
  • [0027] [0027]
    Zur Erzeugung der Nanodrähte wird eine Maskierungsschicht To generate the nanowires is a masking layer 13 13 auf die Oberfläche der Isolationsschicht on the surface of the insulating layer 12 12 aufgebracht. applied. Die Maskierungsschicht The masking layer 13 13 kann beispielsweise im Wesentlichen aus Siliziumnitrit, Siliziumoxid oder Siliziumoxinitrit bestehen. may, for example essentially of silicon nitride, silicon oxide or silicon oxynitride. Auch die Maskierungsschicht kann daneben weitere Elemente zur Dotierung und/oder Verunreinigungen enthalten. The masking layer may in addition contain other elements for doping and / or impurities. Die Maskierungsschicht The masking layer 13 13 kann beispielsweise durch Sputtern abgeschieden werden. can be deposited for example by sputtering. In weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann die Maskierungsschicht durch Abscheiden einer Siliziumschicht und nachfolgendes Tempern in einer sauerstoff- und/oder stickstoffhaltigen Atmosphäre erzeugt werden. In further embodiments of the invention, the masking layer may be formed by depositing a silicon layer and subsequent annealing in an oxygen and / or nitrogen-containing atmosphere. Die Maskierungsschicht The masking layer 13 13 kann dieselbe Dicke aufweisen, welche auch der herzustellende Nanodraht aufweisen soll. may have the same thickness, which is intended to also comprise the manufactured nanowire. Insbesondere kann die Maskierungsschicht In particular, the masking layer 13 13 daher eine Dicke von 20 nm bis 110 nm aufweisen. therefore have a thickness of 20 nm to 110 nm.
  • [0028] [0028]
    In die Maskierungsschicht In the mask layer 13 13 sind zwei Gräben Two trenches 14a 14a und and 14b 14b eingebracht. introduced. Die Gräben The trenches 14a 14a und and 14b 14b befinden sich dabei in denjenigen Oberflächenbereichen der Isolationsschicht are doing in those surface areas of the insulation layer 12 12 , in welchen ein Nanodraht erzeugt werden soll. In which a nanowire to be formed. Es ist darauf hinzuweisen, dass die parallele Ausrichtung der zwei Gräben It should be noted that the parallel alignment of the two trenches 14a 14a und and 14b 14b lediglich beispielhaft gewählt ist. is chosen merely exemplary. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Gräben In other embodiments of the invention, the trenches can 14 14 eine andere Geometrie aufweisen. have a different geometry. Insbesondere können die Gräben In particular, the trenches 14 14 sich auch schneiden oder ein beliebiges anderes, regelmäßiges oder unregelmäßiges Muster auf der Oberfläche des Substrates Also cut or any other, regular or irregular pattern on the surface of the substrate 11 11 bzw. der Oberfläche der Isolationsschicht or the surface of the insulating layer 12 12 bilden. make up.
  • [0029] [0029]
    Die Gräben The trenches 14 14 weisen eine Breite von etwa 20 nm bis etwa 110 nm, insbesondere eine Breite von 40 nm bis etwa 100 nm auf. have a width of about 20 nm to about 110 nm, in particular a width of 40 nm to about 100 nm. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der in den Gräben In this way it is ensured that the trenches in the 14 14 erzeugte Nanodraht dazu geeignet ist, die elektronische Wellenfunktion entlang seiner Breite zu quantisieren. nanowire produced is adapted to quantize the electronic wave function along its width.
  • [0030] [0030]
    Das Einbringen von mindestens einem Graben The introduction of at least one trench 14 14 in die Maskierungsschicht in the masking layer 13 13 erfolgt bevorzugt durch nass- oder trockenchemisches Ätzen der Maskierungsschicht is preferably carried out by wet or dry chemical etching of the masking layer 13 13 . , Hierzu werden diejenigen Flächenbereiche der Maskierungsschicht To this end, those areas of the masking layer 13 13 , welche vor dem Angriff des Ätzmaterials geschützt werden sollen, mit einem Photolack geschützt. Which are to be protected from the attack of the etching material protected with photoresist. Der Photolack kann beispielsweise mittels eines Spin-Coating-Verfahrens auf die vom Substrat The photoresist may be for example by means of a spin coating method on the substrate from 11 11 abgewandte Seite der Maskierungsschicht Rear facing the masking layer 13 13 aufgebracht werden. be applied. Im Anschluss daran wird der Photolack in denjenigen Flächenbereichen, in welchen ein Graben Subsequently, the photoresist in those surface regions in which a trench is 14a 14a oder or 14b 14b eingebracht werden soll, entfernt. is to be introduced, removed. Die kann beispielsweise mittels Elektronenstrahllithographie, UV-Lithographie, einem Nanodruckverfahren oder einem anderen, aus der planaren Halbleitertechnologie bekannten Strukturierungsverfahren erfolgen. This can for example be done by means of electron beam lithography, UV lithography, a nano-imprinting method or another, known from the planar semiconductor technology structuring process.
  • [0031] [0031]
    Das Ätzen der Maskierungsschicht The etching of the masking layer 13 13 wird so gesteuert, dass ein Angriff auf die Isolationsschicht is controlled such that an attack on the insulating layer 12 12 bzw. die Oberfläche des Substrates or the surface of the substrate 11 11 weitgehend unterbleibt. largely suppressed. Dies schließt nicht aus, dass einzelne Atomlagen der Isolationsschicht This does not exclude that individual atomic layers of insulation layer 12 12 beim Ätzschritt mit entfernt werden. the etching step with be removed. Jedoch bleibt der Graben However, the trench remains 14 14 im Wesentlichen auf die Maskierungsschicht mainly due to the masking layer 13 13 beschränkt. limited. Bei Ausführungsformen, welche auf die Isolationsschicht In embodiments which on the insulating layer 12 12 verzichten und die Maskierungsschicht dispense and the masking layer 13 13 unmittelbar auf die Oberfläche des Substrats directly to the surface of the substrate 11 11 aufbringen, gilt dies mutatis mutandis für die Oberfläche des Substrats apply, mutatis mutandis, this applies to the surface of the substrate 11 11 . ,
  • [0032] [0032]
    2 2 zeigt das Halbleiterbauelement shows the semiconductor device 10 10 gemäß according to 1 1 , nach dem in die Gräben After which in the trenches 14a 14a und and 14b 14b jeweils ein Halbleitermaterial in each case a semiconductor material 15a 15a und and 15b 15b eingebracht wurde. was introduced. Das Halbleitermaterial enthält dabei bevorzugt einen III-V-Halbleiter, beispielsweise InN, GaN, AlInGaN oder einen Elementhalbleiter, insbesondere Silizium oder Germanium. The semiconductor material preferably contains a III-V semiconductor such as InN, GaN, AlInGaN or elemental semiconductors, in particular silicon or germanium. Das Halbleitermaterial kann dotiert sein, um eine vorgebbare Leitfähigkeit einzustellen oder unvermeidbare Verunreinigungen aufweisen. The semiconductor material may be doped in order to adjust a predeterminable conductivity or have unavoidable impurities. Die Erfindung lehrt nicht die Verwendung eines bestimmten Halbleitermaterials als Lösungsprinzip. The invention does not teach the use of a particular semiconductor material as a solution principle.
  • [0033] [0033]
    Das Halbleitermaterial wird bevorzugt mittels einer Gasphasenabscheidung in die Gräben The semiconductor material is preferably by means of a chemical vapor deposition in the trenches 14 14 eingebracht. introduced. Insbesondere eignet sich zur Abscheidung des Halbleitermaterials ein CVD-, ein MOCVD- oder ein MOVPE-Verfahren. In particular suitable for the deposition of the semiconductor material, a CVD, MOCVD or a MOVPE method.
  • [0034] [0034]
    Das Halbleitermaterial The semiconductor material 15 15 kann den Graben can the ditch 14 14 vollständig oder teilweise ausfüllen oder zum Ende des Abscheideprozesses über die Oberfläche complete in full or in part, or at the end of the deposition on the surface 27 27 der Maskierungsschicht the mask layer 13 13 hinausragen. protrude. In diesem Fall kann fallweise ein weiterer Polier- und/oder Ätzschritt erfolgen, um die Oberfläche des Halbleitermaterials In this case, occasionally, a further polishing and / or etching step carried out to the surface of the semiconductor material 15a 15a und and 15b 15b mit der Oberfläche with the surface 25 25 der Maskierungsschicht the mask layer 13 13 bündig zu schleifen. flush to grind.
  • [0035] [0035]
    Im Anschluss an diesen Verfahrensschritt kann die Maskierungsschicht Following this process step, the masking layer 13 13 von der Oberfläche from the surface 25 25 der Isolationsschicht the insulation layer 12 12 entfernt werden. be removed. Dies kann beispielsweise mittels eines nasschemischen oder eines trockenchemischen Ätzschrittes erfolgen. This can for example be done by means of a wet chemical or dry chemical etching step. Insbesondere eignet sich zur Entfernung der Maskierungsschicht Particularly suitable for the removal of the masking layer 13 13 reaktives Ionenätzen, beispielsweise unter dem Einsatz von Argon-Ionen. reactive ion etching, for example by the use of argon ions.
  • [0036] [0036]
    Nach dem Entfernen der Maskierungsschicht After removal of the masking layer 13 13 erhält das Halbleiterbauelement receives the semiconductor device 10 10 das in in the 3 3 dargestellte Aussehen. illustrated look. Das Halbleitermaterial bildet dann jeweils einen Nanodraht The semiconductor material then forms each one nanowire 15a 15a bzw. and 15b 15b , in welchem sich aufgrund des räumlichen Einschlusses der Ladungsträger in zwei Raumrichtungen ein eindimensionales Elektronengas ausbilden kann. In which can form a one-dimensional electron gas due to the spatial confinement of the carriers in two directions. Die Nanodrähte The nanowires 15a 15a und and 15b 15b sind exponiert auf der Oberfläche are exposed on the surface 25 25 der Isolationsschicht the insulation layer 12 12 angeordnet. arranged. Auf diese Weise können die Nanodrähte In this way, the nanowires can 15a 15a und and 15b 15b in einfacher Weise kontaktiert und mit weiteren, an sich bekannten Bauelementen monolithisch auf demselben Halbleitersubstrat contacted in a simple manner and with further known devices monolithically on the same semiconductor substrate 11 11 integriert werden. be integrated. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt in besonders einfacher Weise die Herstellung von Nanodrähten mit üblichen Prozesstechniken, so dass das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren mit geringem Aufwand in eine bestehende Halbleiterfertigung integriert werden kann. The inventive method permits in a particularly simple manner the production of nanowires with conventional processing techniques, so that the method proposed by the invention with little effort can be integrated into an existing semiconductor manufacturing.
  • [0037] [0037]
    4 4 zeigt einen Ausschnitt des Halbleiterbauelements shows a detail of the semiconductor component 10 10 im Querschnitt. in cross section. In In 4 4 ist das Substrat is the substrate 11 11 mit der darauf angeordneten Isolationsschicht with the insulating layer disposed thereon 12 12 dargestellt. shown. In der Darstellung gemäß In the representation of 4 4 wurde die Maskierungsschicht was the masking layer 13 13 bereits entfernt, so dass der Nanodraht already been removed, so that the nanowire 15 15 freistehend auf der Oberfläche free standing on the surface 25 25 der Isolationsschicht the insulation layer 12 12 angeordnet ist. is arranged. Da das Ätzen der Gräben Since the etching of trenches 14 14 in der Maskierungsschicht in the masking layer 13 13 bei Erreichen der Oberfläche when reaching the surface 25 25 gestoppt wurde, ist der Nanodraht was stopped, the nanowire 15 15 nicht bzw. nicht wesentlich in die Isolationsschicht not or not substantially in the insulating layer 12 12 eingebettet. embedded. Auf diese Weise kann die Kristallqualität des Halbleitermaterials des Nanodrahtes In this way, the crystal quality of the semiconductor material of the nanowire 15 15 wunschgemäß erhöht werden. be increased as desired.
  • [0038] [0038]
    Weiterhin ist im Querschnitt ein Kontaktelement Furthermore, in cross section, a contact element 18 18 sichtbar. visible. Das Kontaktelement The contact element 18 18 ist dazu eingerichtet, an der Oberfläche is adapted to the surface 26 26 des Nanodrahtes of the nanowire 15 15 einen elektrischen Stromfluss zwischen dem Nanodraht an electric current flow between the nanowire 15 15 und dem Kontaktelement and the contact element 18 18 zu ermöglichen. to allow. Insbesondere bildet das Kontaktelement In particular, the contact element forms 18 18 an der Oberfläche on the surface 26 26 einen ohmschen Kontakt bzw. einen pseudoohmschen Kontakt aus. an ohmic contact or a contact from pseudoohmschen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Kontaktelement In other embodiments of the invention, the contact element 18 18 einen Schottky-Kontakt bilden. a Schottky contact form. Das Material des Kontaktelementes The material of the contact element 18 18 wird dabei in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit des für den Nanodraht is in a known per se in dependence of the nanowire 15 15 verwendeten Halbleitermaterials so gewählt, dass sich das gewünschte Verhalten des Kontaktelementes selected semiconductor material used so that the desired behavior of the contact element 18 18 einstellt. is established. Beispielsweise kann das Kontaktelement For example, the contact element 18 18 Titan oder Aluminium oder Gold oder eine Legierung dieser Metalle enthalten, wenn der Nanodraht Contain titanium, aluminum or gold or an alloy of these metals, if the nanowire 15 15 GaN enthält. GaN contains.
  • [0039] [0039]
    5 5 zeigt das Halbleiterbauelement shows the semiconductor device 10 10 aus from 3 3 , nachdem weitere Verfahrensschritte des vorgeschlagenen Herstellungsverfahrens ausgeführt wurden. After further process steps of the proposed manufacturing process was carried out. Insbesondere wurde eine Teilfläche In particular, a sub-plot was 16 16 der Isolationsschicht the insulation layer 12 12 entfernt. away. Dies kann beispielsweise durch nasschemisches oder trockenchemisches Ätzen erfolgen, nachdem eine zur Teilfläche This can be done for example by wet or dry chemical etching after a part of the surface 16 16 komplementäre Fläche durch eine nicht dargestellte Maskierungsschicht vor dem Angriff des Ätzmaterials geschützt wurde. complementary surface was protected by an unshown masking layer from the attack of caustic material. Durch das Entfernen der Isolationsschicht By removing the insulating layer 12 12 ergibt sich im Bereich der Teilfläche results in the area of the patch 16 16 eine Freistellung des Nanodrahtes a waiver of the nanowire 15a 15a . , Der Nanodraht The nanowire 15b 15b liegt hingegen noch über seine gesamte Länge auf der Oberfläche on the other hand is even over its entire length on the surface 25 25 der Isolationsschicht the insulation layer 12 12 auf. on.
  • [0040] [0040]
    Ein solchermaßen freigestellter Nanodraht One thus exempted nanowire 24 24 kann durch Einbringen einer Trennstelle can by introducing a separation point 17 17 zu einem frei beweglichen Element ausgebildet werden. be formed into a floating element. Die Trennstelle The separation point 17 17 kann beispielsweise mittels eines fokussierten Ionenstrahls erzeugt werden, welcher das Material des Nanodrahtes can be generated for example by means of a focused ion beam, wherein the material of the nanowire 15a 15a im Bereich der Trennstelle in the region of the separating point 17 17 abträgt. erodes. Alternativ kann die Trennstelle Alternatively, the separating point 17 17 auch durch einen Maskierungs- und Ätzschritt erzeugt werden. be generated by a masking and etching step.
  • [0041] [0041]
    Die Bewegung des beweglichen Nanodrahtes The movement of the movable nanowire 24 24 kann beispielsweise durch kapazitive Kopplung bestimmt und/oder kontrolliert werden. can be determined for example by capacitive coupling and / or controlled. Hierzu können im Bereich der Aussparung For this purpose, in the region of the recess 16 16 auf dem Substrat elektrisch leitfähige Elektroden angeordnet sein. be disposed on the substrate electrically conductive electrodes. Auf diese Weise kann der Nanodraht In this way, the nanowire 24 24 beispielsweise als Nanowaage für anhaftende Moleküle verwendet werden. example, be used as a nano scale for adhesive molecules. Durch Aufbringen von Linker-Molekülen auf die Oberfläche des Nanodrahtes By application of linker molecules on the surface of the nanowire 24 24 kann dabei ein selektiver Nachweis vorgebbarer Moleküle erfolgen. can be carried out a selective detection specifiable molecules. Aufgrund des erfindungsgemäß verkleinerten Verhältnisses von Volumen zu Oberfläche kann die Sensitivität beim Nachweis von Molekülen gegenüber dem Stand der Technik erhöht sein. Due to the present invention reduced the ratio of volume to surface area, the sensitivity in the detection of molecules in relation to the prior art can be increased.
  • [0042] [0042]
    In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Nanodraht In a further embodiment of the invention, the nanowire 24 24 als Wellenleiter ausgebildet sein, welcher ein optisches Signal in den feststehenden Abschnitt be designed as a waveguide, an optical signal in which the fixed section 15c 15c einkoppelt. couples. Durch Auslenken des beweglichen Nanodrahtes By displacement of the movable nanowire 24 24 , beispielsweise mittels eines elektrischen Feldes, kann die Intensität des in den feststehenden Abschnitt , For example by means of an electric field, the intensity of the fixed portion in the 15c 15c eingekoppelten Lichtes verringert werden. injected light can be reduced. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäß vorgeschlagene Halbleiterbauelement In this way, the semiconductor device according to the invention proposed 10 10 einen Schalter bzw. eine Weiche für optische Signale enthalten. a switch or a switch for optical signals contain.
  • [0043] [0043]
    6 6 zeigt nochmals das Halbleiterbauelement again shows the semiconductor device 10 10 gemäß according to 5 5 , nachdem eine Mehrzahl von Kontaktelementen After a plurality of contact elements 18a 18a , . 18b 18b und and 18c 18c aufgebracht wurden. were applied. Die Kontaktelemente The contact elements 18a 18a , . 18b 18b und and 18c 18c dienen der elektrischen Kontaktierung des Nanodrahtes serve the electrical contact of the nanowire 15b 15b bzw. and 24 24 . , Hierzu wird für die Kontaktelemente To this end for the contact elements 18a 18a , . 18b 18b und and 18c 18c ein Metall bzw. eine Legierung gewählt, welche einen ohmschen Kontakt zum Halbleitermaterial der Nanodrähte elected a metal or an alloy containing an ohmic contact to the semiconductor material of the nanowires 24 24 bzw. and 15b 15b ausbildet. forms.
  • [0044] [0044]
    Die zur Aufnahme von Kontaktelementen The for receiving contact elements 18 18 vorgesehenen Flächenbereiche werden mittels einer Maskierungsschicht abgedeckt. provided surface areas are covered by a masking layer. Hierfür kann beispielsweise eine Hartmaske oder ein Photolack verwendet werden. For this example, a hard mask or a photoresist can be used. Die Kontaktelemente The contact elements 18 18 werden dann in an sich bekannter Weise durch Sputtern, Aufdampfen oder galvanische Abscheidung auf die Oberfläche are then in known manner by sputtering, vapor deposition or electro-deposition onto the surface 25 25 der Isolationsschicht the insulation layer 12 12 aufgebracht. applied. Die Kontaktierung der Nanodrähte kann somit mit bekannten Verfahren erfolgen, welche bei der Herstellung konventioneller Halbleiterbauelemente ebenso Verwendung finden. The contacting of the nanowires can thus be carried out with known methods, which will also find use in the manufacture of conventional semiconductor devices.
  • [0045] [0045]
    7 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß hergestellten Halbleiterbauelementes shows a further embodiment of a semiconductor device according to the invention 10 10 . , Auch das Halbleiterbauelement gemäß Also, the semiconductor device according to 7 7 ist auf einem Substrat is on a substrate 11 11 aufgebaut. established. Auf dem Substrat On the substrate 11 11 befindet sich wiederum eine Isolationsschicht there is again an insulation layer 12 12 , wie in Zusammenhang mit Such as in connection with 1 1 beschrieben. described. Mittels einer nicht dargestellten Maskierungsschicht wurden zwei Nanodrähte Using a masking layer, not shown, two nanowires 20 20 und and 23 23 aufgebracht, welche in etwa rechtwinklig zueinander verlaufen. applied, which run approximately perpendicular to each other.
  • [0046] [0046]
    Zwischen der Stirnseite des ersten Nanodrahtes Between the end face of the first nanowire 23 23 und der Längserstreckung des zweiten Nanodrahtes and the longitudinal extension of the second nanowire 20 20 befindet sich eine Trennstelle There is a separation point 17 17 . , Die Trennstelle The separation point 17 17 kann entweder dadurch erzeugt werden, dass die zu den Nanodrähten korrespondierenden Gräben in der Maskierungsschicht can be generated by either that the corresponding to the nanowires trenches in the masking layer 13 13 bis auf einen dünnen Steg ausgearbeitet werden, welcher die Größe der späteren Trennstelle be drawn up on a thin web, where the size of the later separation point 17 17 vorgibt. pretends. Auf diese Weise entsteht die Trennstelle In this way, the separating point is formed 17 17 in einem Arbeitsgang bei der Entfernung der Maskierungsschicht. in one working step in the removal of the masking layer. Alternativ können die Gräben auch ineinander übergehen, so dass nach der Entfernung der Maskierungsschicht die Nanodrähte Alternatively, the trenches may also merge into one another, so that after removal of the masking layer the nanowires 23 23 und and 20 20 eine Verbindung miteinander eingehen. a connection go together. In diesem Fall kann die Trennstelle In this case, the separation point 17 17 durch nachträgliches Entfernen eines Teilstücks des Nanodrahtes by subsequent removal of a portion of the nanowire 23 23 erzeugt werden. are generated. Hierzu eignet sich insbesondere der Abtrag des Halbleitermaterials des Nanodrahtes You should create it in particular the removal of the semiconductor material of the nanowire 23 23 mittels eines fokussierten Ionenstrahls. by means of a focused ion beam.
  • [0047] [0047]
    Im nachfolgenden Verfahrensschritt wird der Nanodraht In the subsequent step of the nanowire 23 23 mittels eines Kontaktelements by means of a contact element 18 18 kontaktiert. contacted. Weiterhin wird der Nanodraht Furthermore, the nanowire 20 20 mittels zweier Kontaktelemente by means of two contact elements 21 21 und and 22 22 kontaktiert. contacted. Auf diese Weise wird auf der Oberfläche der Isolationsschicht In this way, on the surface of insulating layer 12 12 ein planarer Feldeffekttransistor ausgebildet. a planar field effect transistor is formed. Dabei bilden die Kontakte In this form the contacts 21 21 und and 22 22 die Source- bzw. Drainkontakte des Transistors. the source and drain contacts of the transistor. Der Nanodraht The nanowire 20 20 bildet den Kanal des Transistors, wobei sich aufgrund der Geometrie des Nanodrahtes forming the channel of the transistor, whereby, due to the geometry of the nanowire 20 20 im Kanal ein eindimensionales Elektronengas ausbildet. in the channel forms a one-dimensional electron gas. Der Nanodraht The nanowire 23 23 bildet die Gate-Elektrode, welche durch die Trennstelle forming the gate electrode through the separation point 17 17 vom Kanal getrennt ist. is separated from the channel.
  • [0048] [0048]
    Ein solcher Feldeffekttransistor kann beispielsweise als Sensor verwendet werden, wenn die elektrischen Eigenschaften des Kanals Such a field effect transistor can for example be used as a sensor when the electrical characteristics of the channel 20 20 durch Moleküle verändert werden, welche an der Oberfläche des Nanodrahtes be modified by molecules which on the surface of the nanowire 20 20 chemisorbiert oder physisorbiert werden. chemisorbed or physisorbed. Durch das Aufbringen von Linker-Molekülen auf die Oberfläche des Kanals By the application of linker molecules on the surface of the channel 20 20 kann ein selektiver Nachweis vorgebbarer Moleküle erzielt werden. , a selective detection specifiable molecules can be achieved. Gegenüber bekannten Sensoren kann auf diese Weise die Sensitivität und/oder die räumliche Auflösung erhöht sein. Compared with known sensors can be increased in this way, the sensitivity and / or spatial resolution.
  • [0049] [0049]
    In gleicher Weise wie vorstehend beschrieben können weitere Isolationsschichten mit weiteren, darauf aufgebrachten Nanodrähten erzeugt werden, um auf diese Weise eine Vielzahl von elektrischen und/oder mechanischen und/oder optischen Bauelementen übereinander herzustellen. In the same way, can be produced with further applied thereon nanowires as described above further insulating layers to thereby produce a plurality of electrical and / or mechanical and / or optical components over each other.
  • [0050] [0050]
    Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Of course, the invention is not limited to the illustrated embodiments. Vielmehr können mit dem offenbarten Verfahren zur Herstellung von Nanodrähten eine Vielzahl unterschiedlicher elektromechanischer und/oder elektronischer Bauelemente oder Sensoren hergestellt werden, welche zumindest einen solchen Nanodraht enthalten. Rather, be prepared which contain at least one such nanowire with the disclosed method for producing nanowires a variety of electro-mechanical and / or electronic devices and sensors. Daneben können die Bauelemente selbstverständlich weitere, an sich bekannte Strukturen enthalten. In addition, the devices may of course contain other structures known per se. Die nachfolgenden Ansprüche sind daher so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. The following claims are therefore to be understood that a named feature is present in at least one embodiment of the invention. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. This includes the presence of other features not. Sofern die Ansprüche „erste” und „zweite” Merkmale definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen. If the claims are "first" and define "second" features, the description of the distinction of two similar features without specifying a ranking serves.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
  • [0051] [0051]
    Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. This list of references cited by the applicant is generated automatically and is included solely to inform the reader. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. The list is not part of the German patent or utility model application. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen. The DPMA shall not be liable for any errors or omissions.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur Cited non-patent literature
  • [0052] [0052]
    • - V. Lebedev et. - V. Lebedev et. al.: ”Fabrication of one-dimensional trenched GaN nanowires and their interconnections”, Phys. al .: "Fabrication of one-dimensional trenched GaN nanowires and Their inter-connections", Phys. Stat. Stat. Sol. Sol. (A) 204, No. (A) 204, No. 10, 3387 (2007) [0003] 10, 3387 (2007) [0003]
Patent Citations
Cited PatentFiling datePublication dateApplicantTitle
DE19504117A1 *8 Feb 199510 Aug 1995Mitsubishi Electric CorpProdn. of quantum wire for semiconductor lasers
US6100104 *21 Sep 19988 Aug 2000Siemens AktiengesellschaftMethod for fabricating a plurality of semiconductor bodies
US20080318003 *31 Aug 200425 Dec 2008Agency For Science, Technology And ResearchNanostructures and Method of Making the Same
WO2007120493A1 *3 Apr 200725 Oct 2007Micron Technology, Inc.Nanofin tunneling transistors
Non-Patent Citations
Reference
1V. Lebedev et. al.: "Fabrication of one-dimensional trenched GaN nanowires and their interconnections", Phys. Stat. Sol. (A) 204, No. 10, 3387 (2007)
Classifications
International ClassificationH01L25/16, H01L21/8232, H01L21/74, H01L21/76
Cooperative ClassificationH01L29/0665, H01L29/2003, H01L29/0673, H01L21/0254, H01L21/02639, H01L29/068, H01L21/0237, H01L29/66439, H01L21/02664, B82Y10/00, H01L21/02488, H01L21/02532
European ClassificationH01L29/06C6, B82Y10/00, H01L29/06C6W6, H01L29/06C6W2, H01L29/66M6T6D
Legal Events
DateCodeEventDescription
5 Jan 2011OP8Request for examination as to paragraph 44 patent law
11 Apr 2013R119Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
Effective date: 20130101