DE102012203421A1

DE102012203421A1 - Semiconductor device having an oriented layer and methods of making the same

Info

Publication number: DE102012203421A1
Application number: DE102012203421A
Authority: DE
Inventors: Lutz KIRSTE; Volker Cimalla; Rolf Aidam
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2012-03-05
Filing date: 2012-03-05
Publication date: 2013-09-05
Also published as: DE112013001279B4; WO2013131804A1; DE112013001279A5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (50) zur Herstellung einer orientierten Schicht (12) auf einem Substrat (10), wobei die Schicht (12) zumindest einen Verbindungshalbleiter mit Wurtzit-Struktur enthält oder daraus besteht, wobei auf dem Substrat (10) in einem ersten Verfahrensschritt (52) eine Nukleationsschicht (11) mittels MBE und/oder MOCVD und/oder MOVPE abgeschieden wird und in einem nachfolgenden zweiten Verfahrensschritt (55) die orientierte Schicht (12) mittels eines PVD-Verfahrens abgeschieden wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Halbleiterbauelement mit einem Substrat (10) und einer orientierten Schicht (12), welche zumindest einen Verbindungshalbleiter mit Wurtzit-Struktur enthält oder daraus besteht, wobei zwischen dem Substrat (10) und der orientierten Schicht (12) eine Nukleationsschicht (11) angeordnet ist, welche eine Dicke von etwa 5 nm bis etwa 20 nm aufweist.The invention relates to a method (50) for producing an oriented layer (12) on a substrate (10), wherein the layer (12) contains or consists of at least one wurtzite-type compound semiconductor, wherein on the substrate (10) in one In the first method step (52), a nucleation layer (11) is deposited by means of MBE and / or MOCVD and / or MOVPE, and in a subsequent second method step (55) the oriented layer (12) is deposited by means of a PVD method. The invention further relates to a semiconductor component having a substrate (10) and an oriented layer (12) which contains or consists of at least one wurtzite-type compound semiconductor, wherein a nucleation layer (12) is provided between the substrate (10) and the oriented layer (12). 11) having a thickness of about 5 nm to about 20 nm.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer orientierten Schicht auf einem Substrat, wobei die Schicht zumindest einen Verbindungshalbleiter mit Wurtzit-Struktur enthält oder daraus besteht. Schichten der eingangs genannten Art können als Teil einer halbleitenden Bauelementstruktur verwendet werden. The invention relates to a method for producing an oriented layer on a substrate, wherein the layer contains or consists of at least one compound semiconductor with wurtzite structure. Layers of the type mentioned above can be used as part of a semiconducting component structure.

Aus der Praxis ist bekannt, halbleitende elektronische Bauelementstrukturen aus binären, ternären und/oder quaternären Verbindungen herzustellen, welche in Wurtzit-Struktur kristallisieren. Diese Verbindungen werden nachfolgend zusammenfassend als Verbindungshalbleiter mit Wurtzit-Struktur bezeichnet. Solche halbleitenden Bauelemente benötigen zumindest während einiger Herstellungsschritte ein unterliegendes Substrat, welches die mechanische Stabilität der halbleitenden Bauelementstruktur sicherstellt. Beispielsweise kann als Substrat Saphir, Silicium oder Siliciumcarbid verwendet werden. Insbesondere die Verwendung von Silicium ist vorteilhaft, da dieses großflächig kostengünstig erhältlich und weit verbreitet ist. Weiterhin kann ein solches Siliciumsubstrat seinerseits wieder halbleitende Bauelementstrukturen enthalten, beispielsweise in Form von CMOS-Bauelementen. Auf diese Weise kann ein monolithisch integrierter Schaltkreis sowohl Bauelemente auf der Basis von Silicium als auch Bauelemente auf der Basis von Verbindungshalbleitern mit Wurtzit-Struktur enthalten. It is known from practice to produce semiconducting electronic component structures from binary, ternary and / or quaternary compounds which crystallize in wurtzite structure. These compounds are collectively referred to below as wurtzite structure compound semiconductors. Such semiconductive devices require at least during some manufacturing steps an underlying substrate, which ensures the mechanical stability of the semiconductive component structure. For example, sapphire, silicon or silicon carbide may be used as the substrate. In particular, the use of silicon is advantageous because it is available over a large area at low cost and is widely used. Furthermore, such a silicon substrate in turn may again contain semiconducting component structures, for example in the form of CMOS components. In this way, a monolithic integrated circuit may include both silicon-based devices and wurtzite-based compound semiconductor devices.

Um die unterschiedlichen Gitterkonstanten des Substrates einerseits und der Verbindungshalbleiter mit Wurtzit-Struktur andererseits auszugleichen, ist bekannt, eine Pufferschicht aus Aluminiumnitrid oder Galliumnitrid auf dem Substrat abzuscheiden und die halbleitenden Bauelementstrukturen auf dieser Pufferschicht anzuordnen. Allerdings weist das Substrat und die Pufferschicht unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten auf, so dass eine heteroepitaktisch abgeschiedene Schicht eines Verbindungshalbleiters mit Wurtzit-Struktur auf einem Substrat zu großen mechanischen Spannungen führt. Diese können zur Bildung von Rissen und Defekten oder zu einer temperaturabhängigen Krümmung des Substrates führen, so dass das Substrat keine plane Oberfläche aufweist. Hierdurch kann die nachfolgende Bearbeitung und/oder die Funktion der halbleitenden Bauelemente erschwert oder verhindert werden. To compensate for the different lattice constants of the substrate on the one hand and the compound semiconductor with wurtzite structure on the other hand, it is known to deposit a buffer layer of aluminum nitride or gallium nitride on the substrate and to arrange the semiconductive component structures on this buffer layer. However, the substrate and the buffer layer have different thermal expansion coefficients, so that a heteroepitactically deposited layer of a compound semiconductor with wurtzite structure on a substrate leads to high mechanical stresses. These can lead to the formation of cracks and defects or to a temperature-dependent curvature of the substrate, so that the substrate has no planar surface. As a result, the subsequent processing and / or the function of the semiconducting components can be hindered or prevented.

Zur Lösung dieses Problems schlägt die US 6,692,568 B2 vor, eine Pufferschicht aus einem Gruppe-III-Nitrid mittels reaktivem Ionensputtern bei einer Substrattemperatur bis 1200°C abzuscheiden. To solve this problem proposes the US 6,692,568 B2 to deposit a buffer layer of a group III nitride by means of reactive ion sputtering at a substrate temperature up to 1200 ° C.

Das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, dass die Kristallqualität solcher Schichten geringer ist als die Qualität orientierter Schichten, welche mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie, Molekularstrahlepitaxie oder metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung bei höherer Substrattemperatur erzielt werden kann. However, the method known from the prior art has the disadvantage that the crystal quality of such layers is lower than the quality-oriented layers, which can be achieved by metalorganic vapor phase epitaxy, molecular beam epitaxy or organometallic chemical vapor deposition at higher substrate temperature.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer orientierten Schicht anzugeben, welche zumindest einen Verbindungshalbleiter mit Wurtzit-Struktur enthält und welche eine gute Kristallqualität aufweist. Weiterhin soll das Verfahren ein planes Substrat mit der darauf abgeschiedenen Schicht bereitstellen. The invention is therefore based on the object to provide a method for producing an oriented layer, which contains at least one compound semiconductor with wurtzite structure and which has a good crystal quality. Furthermore, the method is intended to provide a planar substrate with the layer deposited thereon.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie ein Bauelement gemäß Anspruch 11 gelöst. The object is achieved by a method according to claim 1 and a device according to claim 11.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, ein Substrat zu verwenden, welches Saphir, Siliciumcarbid oder Silicium enthält. Daneben können die genannten Substrate Dotierstoffe aufwiesen, um eine vorgebbare elektrische Leitfähigkeit oder Gitterkonstante aufzuweisen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Substrate daneben unvermeidbare Verunreinigungen aufweisen, beispielsweise Wasserstoff, Kohlenstoff oder Sauerstoff. Ein Substrat, welches Silicium enthält oder daraus besteht, kann darüber hinaus eine laterale Strukturierung und/oder eine Tiefenstrukturierung aufweisen, so dass auf dem Substrat zumindest auf einer Teilfläche elektronische Bauelemente realisiert sind. Diese Bauelemente können beispielsweise Bipolartransistoren, Feldeffekttransistoren, Widerstände, Kapazitäten oder Leiterbahnen oder daraus zusammengesetzte komplexere elektronische Schaltungen aufweisen. Die Strukturierung des Substrates kann durch Metallisierungen und/oder dotierte Raumbereiche bzw. Flächenbereiche erzielt werden, welche in an sich bekannter Weise durch Maskieren, Ätzen und Bearbeiten des Substrates erhältlich sind, beispielsweise in einem CMOS-Prozess. According to the invention, it is proposed to use a substrate containing sapphire, silicon carbide or silicon. In addition, the substrates mentioned can have dopants in order to have a predeterminable electrical conductivity or lattice constant. In some embodiments of the invention, the substrates may additionally have unavoidable impurities, for example, hydrogen, carbon or oxygen. A substrate which contains or consists of silicon may moreover have a lateral structuring and / or a deep structuring, so that electronic components are realized on the substrate at least on a partial surface. These components may comprise, for example, bipolar transistors, field-effect transistors, resistors, capacitors or printed conductors or complex electronic circuits composed thereof. The structuring of the substrate can be achieved by metallizations and / or doped spatial regions or surface regions, which are obtainable in a manner known per se by masking, etching and processing of the substrate, for example in a CMOS process.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Substrat ein einkristallines Substrat sein, d.h. das Substrat weist zumindest eine, meist aber eine Mehrzahl monokristalliner Domänen oder Bereiche auf, welche durch Korngrenzen voneinander getrennt sind. Einzelne Domänen oder Bereiche können zueinander orientiert sein. In some embodiments of the invention, the substrate may be a monocrystalline substrate, ie the substrate has at least one, but mostly a plurality of monocrystalline domains or regions, which are separated by grain boundaries. Individual domains or regions may be oriented to each other.

Die abzuscheidende Schicht enthält zumindest einen Verbindungshalbleiter mit Wurtzit-Struktur. Der Verbindungshalbleiter mit Wurtzit-Struktur kann dabei der Kristallklasse dihexagonal-pyramidal angehören und ein hexagonales Kristallsystem aufweisen. Die abzuscheidende Schicht soll bezüglich der Substratoberfläche eine Orientierung aufweisen, d.h. die Kristallrichtung des Substrates und die wesentliche Kristallrichtung der orientierten Schicht weisen eine feste Winkelbeziehung zueinander auf. Die Schicht kann als Ausgangsmaterial zur Herstellung elektronischer Bauelemente durch Strukturieren der Schicht dienen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Schicht eine Pufferschicht sein, welche zur Anpassung der Gitterkonstanten und/oder zur elektrischen Isolation zwischen dem Substrat und den elektronischen Bauelementen dient. The layer to be deposited contains at least one compound semiconductor with wurtzite structure. The compound semiconductor with wurtzite structure may belong to the crystal class dihexagonal-pyramidal and have a hexagonal crystal system. The layer to be deposited should have an orientation with respect to the substrate surface, i. the crystal direction of the substrate and the essential crystal direction of the oriented layer have a fixed angular relationship to each other. The layer may serve as a raw material for fabricating electronic devices by patterning the layer. In other embodiments of the invention, the layer may be a buffer layer which serves to match the lattice constants and / or electrical insulation between the substrate and the electronic components.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Verbindungshalbleiter eine Verbindung aus zumindest einem Element der ersten Hauptgruppe des Periodensystems und zumindest einem Element der siebten Hauptgruppe des Periodensystems enthalten oder daraus bestehen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Verbindungshalbleiter AgI enthalten oder daraus bestehen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Verbindungshalbleiter eine Verbindung aus zumindest einem Element der zweiten Hauptgruppe des Periodensystems und zumindest einem Element der sechsten Hauptgruppe des Periodensystems enthalten oder daraus bestehen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Verbindungshalbleiter ZnO und/oder CdSe und/oder CdS enthalten oder daraus bestehen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Verbindungshalbleiter eine Verbindung aus zumindest einem Element der dritten Hauptgruppe des Periodensystems und zumindest einem Element der fünften Hauptgruppe des Periodensystems enthalten oder daraus bestehen. In some embodiments of the invention, the compound semiconductor may include or consist of a compound of at least one element of the first main group of the periodic table and at least one element of the seventh main group of the periodic table. In some embodiments of the invention, the compound semiconductor may include or consist of AgI. In some embodiments of the invention, the compound semiconductor may contain or consist of at least one element of the second main group of the periodic table and at least one element of the sixth main group of the periodic table. In some embodiments of the invention, the compound semiconductor may include or consist of ZnO and / or CdSe and / or CdS. In some embodiments of the invention, the compound semiconductor may contain or consist of a compound of at least one element of the third main group of the periodic table and at least one element of the fifth main group of the periodic table.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Verbindungshalbleiter zumindest ein Element der III. Hauptgruppe des Periodensystems und Stickstoff enthalten. Somit kann es sich bei der abzuscheidenden Schicht um eine binäre, ternäre oder quaternäre Nitridverbindung handeln. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Schicht Aluminiumnitrid, Galliumnitrid oder Aluminiumgalliumnitrid enthalten oder daraus bestehen. In some embodiments of the invention, the compound semiconductor may comprise at least one element of III. Main group of the periodic table and contain nitrogen. Thus, the layer to be deposited may be a binary, ternary or quaternary nitride compound. In some embodiments of the invention, the layer may contain or consist of aluminum nitride, gallium nitride or aluminum gallium nitride.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die orientierte Schicht einkristalline Domänen bzw. Bereiche aufweisen, welche durch Korngrenzen voneinander getrennt sind. Von einer Orientierung im Sinne der vorliegenden Erfindung soll auch dann ausgegangen werden, wenn die Winkelbeziehung der Kristallrichtungen nicht über die gesamte Fläche des Substrates konstant ist, sondern um einen vorgebbaren Betrag abweicht. Beispielsweise können die Kristallrichtungen um einen Wert von +/–2°, +/–1° oder +/–0,5° schwanken. In some embodiments of the invention, the oriented layer may have single crystalline domains separated by grain boundaries. Orientation in the sense of the present invention should also be assumed if the angular relationship of the crystal directions is not constant over the entire surface of the substrate but deviates by a predeterminable amount. For example, the crystal directions can vary by a value of +/- 2 °, +/- 1 ° or +/- 0.5 °.

Weiterhin soll das erfindungsgemäß hergestellte Substrat im Wesentlichen eben sein. Für die Zwecke der Erfindung bedeutet dies, dass die Krümmung weniger als 20 km^–1, weniger als 30 km^–1 oder weniger als 50 km^–1 beträgt. Hierdurch wird die Weiterverarbeitung erleichtert oder erst ermöglicht. Furthermore, the substrate produced according to the invention should be substantially planar. For the purposes of the invention, this means that the curvature is less than 20 km ^-1 , less than 30 km ^-1 or less than 50 km ^-1 . As a result, further processing is easier or only possible.

Die erfindungsgemäß hergestellte orientierte Schicht kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung eine Dicke von mehr als 1 µm, mehr als 2 µm oder mehr als 5 µm aufweisen. In some embodiments of the invention, the oriented layer produced according to the invention may have a thickness of more than 1 μm, more than 2 μm or more than 5 μm.

Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, zur Abscheidung der orientierten Schicht, welche als Ausgangsmaterial für die Herstellung elektronischer Bauelemente auf der Basis von Gruppe-III-Nitriden oder als Pufferschicht dienen kann, zunächst in einem ersten Verfahrensschritt eine Nukleationsschicht mittels MBE und/oder MOCVD und/oder MOVPE abzuscheiden. In einem nachfolgenden zweiten Verfahrensschritt kann dann die orientierte Schicht auf der Nukleationsschicht mittels eines PVD-Verfahrens abgeschieden werden. Das vorgeschlagene Verfahren vereint die Vorteile der PVD-Verfahren, nämliche geringe Wachstumstemperaturen, rasches Schichtwachstum und einfache Verfahrensführung ohne Ultrahochvakuum-System mit den Vorteilen der Epitaxieverfahren, welche eine qualitativ hochwertige, epitaktische bzw. heteroepitaktische Schicht bereitstellen können. According to the invention, it is now proposed for the deposition of the oriented layer, which can serve as starting material for the production of electronic components based on group III nitrides or as a buffer layer, first in a first process step, a nucleation layer by means of MBE and / or MOCVD and / or To separate MOVPE. In a subsequent second method step, the oriented layer can then be deposited on the nucleation layer by means of a PVD method. The proposed method combines the advantages of the PVD processes, namely low growth temperatures, rapid layer growth and simple process control without ultra-high vacuum system with the advantages of epitaxy processes, which can provide a high-quality epitaxial or heteroepitaxial layer.

Die vorgeschlagene Nukleationsschicht kann in einigen Ausführungsformen eine Dicke von etwa 3 nm bis etwa 50 nm oder eine Dicke von etwa 5 nm bis etwa 20 nm aufweisen. Die Nukleationsschicht wird in an sich bekannter Weise mittels Molekularstrahlepitaxie, metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung oder metallorganischer Gasphasenepitaxie erzeugt. Beim Abkühlen des Substrates von der Wachstumstemperatur der Nukleationsschicht auf Raumtemperatur werden jedoch keine oder nur geringe mechanische Spannungen in das Substrat induziert, da die Nukleationsschicht nur eine geringe Dicke aufweist. In einigen Ausführungsformen der Erfindung muss die Nukleationsschicht nicht vollflächig aufgebracht sein, sondern kann in Form einzelner Inseln auf der Substratoberfläche haften. Die genannten Epitaxieverfahren erlauben es, eine Nukleationsschicht bereitzustellen, deren Kristallstruktur sich an die Kristallstruktur des darunter liegenden Substrates anlehnt. Dadurch wird eine feste Winkelbeziehung zwischen der Kristallrichtung des einkristallinen Substrates und der Kristallrichtung der heteroepitaktischen Schicht ermöglicht. The proposed nucleation layer, in some embodiments, may have a thickness of about 3 nm to about 50 nm or a thickness of about 5 nm to about 20 nm. The nucleation layer is produced in a manner known per se by means of molecular beam epitaxy, organometallic chemical vapor deposition or organometallic vapor phase epitaxy. When the substrate is cooled from the growth temperature of the nucleation layer to room temperature, however, no or only low mechanical stresses are induced in the substrate, since the nucleation layer has only a small thickness. In some embodiments of the invention, the nucleation layer does not have to be applied over the entire surface but can be in shape individual islands adhere to the substrate surface. The said epitaxy methods make it possible to provide a nucleation layer whose crystal structure is based on the crystal structure of the underlying substrate. Thereby, a fixed angular relationship between the crystal direction of the single crystalline substrate and the crystal direction of the heteroepitaxial layer is made possible.

Erfindungsgemäß wurde nun erkannt, dass diese einmal erzielte Orientierung der Nukleationsschicht auch beim Abscheiden der orientierten Schicht mit nominell gleicher chemischer Zusammensetzung mittels eines PVD-Verfahrens erhalten bleibt. Obgleich ein PVD-Verfahren bei niedrigerer Temperatur abläuft, welches eine geringere Mobilität der abgeschiedenen Atome auf der Oberfläche zur Folge hat und die kinetische Energie der auf die Oberfläche auftreffenden Ionen bzw. Atome erheblich größer ist, führt ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes PVD-Verfahren völlig überraschend nicht zu einer Durchmischung des Materials der orientierten Schicht mit dem Substratmaterial und auch nicht zu einer Zerstörung der Nukleationsschicht. Vielmehr wurde erstmals erkannt, dass die epitaktische Nukleationsschicht als Keim für ein orientiertes Wachstum einer PVD-Schicht dienen kann. According to the invention, it has now been recognized that this once achieved orientation of the nucleation layer is also retained during the deposition of the oriented layer with nominally the same chemical composition by means of a PVD process. Although a PVD process proceeds at a lower temperature, which results in less mobility of the deposited atoms on the surface and the kinetic energy of the ions or atoms impinging on the surface is considerably larger, a PVD process proposed according to the invention does not result in complete surprise to a mixing of the material of the oriented layer with the substrate material and also not to a destruction of the nucleation layer. Rather, it was first recognized that the epitaxial nucleation layer can serve as a seed for an oriented growth of a PVD layer.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das PVD-Verfahren ausgewählt sein aus reaktivem Magnetronsputtern und/oder Laserdeposition und/oder thermischen Verdampfen. Beim Magnetronsputtern kann zumindest ein Element der III. Hauptgruppe als Festkörper bereitgestellt werden, welcher durch auftreffende Inert- und/oder Aktivgasionen zerstäubt wird. Stickstoff kann in diesem Fall aus der Gasphase zugeführt werden, so dass sich die gewünschte Schicht aus zumindest einem Element der III. Hauptgruppe des Periodensystems an Stickstoff ergibt. In some embodiments of the invention, the PVD method may be selected from reactive magnetron sputtering and / or laser deposition and / or thermal evaporation. In magnetron sputtering, at least one element of the III. Main group are provided as a solid, which is atomized by impinging inert and / or active gas ions. Nitrogen can be supplied in this case from the gas phase, so that the desired layer of at least one element of III. Main group of the Periodic Table of nitrogen.

Zur Laserdeposition kann ein Targetmaterial durch hochenergetische, meist gepulste Laserstrahlung verdampft werden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann ein Metall oder eine Legierung durch Widerstandsheizung oder Elektronenstoßheizung soweit erhitzt werden, dass das Material verdampft. In jedem Fall wird das Substrat mit der darauf angeordneten Nukleationsschicht so angeordnet, dass die abdampfenden Atome, Ionen oder Cluster auf der Oberfläche des Substrates abgeschieden werden und dort die gewünschte Schicht bereitstellen. Die genannten PVD-Verfahren weisen dabei den Vorteil auf, dass die Substrattemperatur erheblich geringer gewählt sein kann als bei den im ersten Verfahrensschritt verwendeten Epitaxieverfahren. Weiterhin kann die Wachstumsgeschwindigkeit erhöht sein, so dass die orientierte Schicht in kürzerer Zeit abgeschieden werden kann. Aufgrund der geringeren Temperatur werden die durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten induzierten mechanischen Spannungen reduziert, so dass eine Wölbung des Substrates verringert werden kann. For laser deposition, a target material can be vaporized by high-energy, usually pulsed laser radiation. In other embodiments of the invention, a metal or alloy may be heated by resistance heating or electron impact heating to the extent that the material evaporates. In any case, the substrate with the nucleation layer arranged thereon is arranged so that the evaporating atoms, ions or clusters are deposited on the surface of the substrate and provide there the desired layer. The PVD methods mentioned here have the advantage that the substrate temperature can be chosen considerably lower than in the case of the epitaxial method used in the first method step. Furthermore, the growth rate can be increased so that the oriented layer can be deposited in a shorter time. Due to the lower temperature, the induced by different thermal expansion coefficients mechanical stresses are reduced, so that a curvature of the substrate can be reduced.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Temperatur des Substrates im zweiten Verfahrensschritt kleiner als 400°C, kleiner als 300°C, kleiner als 100°C oder kleiner als 50°C sein. Im genannten Temperaturbereich ist einerseits das Wachstum einer orientierten Schicht mit guter Kristallqualität möglich. Andererseits ist die Temperatur so gering gewählt, dass mechanische Spannungen beim Abkühlen des Substrates am Ende des Wachstumsschrittes weitgehend vermieden werden oder kontrollierbar bleiben. In some embodiments of the invention, the temperature of the substrate in the second process step may be less than 400 ° C, less than 300 ° C, less than 100 ° C, or less than 50 ° C. In the stated temperature range, on the one hand, the growth of an oriented layer with good crystal quality is possible. On the other hand, the temperature is chosen so low that mechanical stresses on cooling of the substrate at the end of the growth step are largely avoided or remain controllable.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Temperatur des Substrates im ersten Verfahrensschritt größer als 600°C, größer als 800°C oder größer als 900°C sein. Im genannten Temperaturbereich ist die Beweglichkeit der an der Oberfläche des Substrates adsorbierten Atome hinreichend groß, so dass diese durch Hopping-Prozesse in der gewünschten Kristallstruktur kondensieren. Beispielsweise kann dies eine hexagonale Kristallstruktur sein. In some embodiments of the invention, the temperature of the substrate in the first process step may be greater than 600 ° C, greater than 800 ° C, or greater than 900 ° C. In the temperature range mentioned, the mobility of the atoms adsorbed on the surface of the substrate is sufficiently high that they condense by hopping processes in the desired crystal structure. For example, this may be a hexagonal crystal structure.

In einigen Ausführungsformen kann die orientierte Schicht eine Dicke von etwa 100 nm bis etwa 10 µm oder von etwa 300 nm bis etwa 5 µm aufweisen. Orientierte Schichten dieser Dicke weisen einerseits gute elektrische Isolationswerte auf, um eine Entkopplung der elektronischen Bauelemente vom Substrat zu gewährleisten. Weiterhin kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung nach der Herstellung der orientierten Schicht das Substrat entfernt werden, beispielsweise durch Ätzen. Weiterhin kann bei diesen Schichtdicken ein negativer Einfluss der Kristallstruktur des Substrates auf die Struktur einer auf der orientierten Schicht abgeschiedenen Bauelementstruktur vermieden werden. In some embodiments, the oriented layer may have a thickness of about 100 nm to about 10 μm, or from about 300 nm to about 5 μm. Oriented layers of this thickness on the one hand have good electrical insulation values in order to ensure a decoupling of the electronic components from the substrate. Furthermore, in some embodiments of the invention, after the formation of the oriented layer, the substrate may be removed, for example, by etching. Furthermore, with these layer thicknesses, a negative influence of the crystal structure of the substrate on the structure of a component structure deposited on the oriented layer can be avoided.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung weist das Verfahren den zusätzlichen Schritt auf, das Substrat in einer oxidierenden Atmosphäre zu tempern. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Temperatur dabei mehr als 500°C oder mehr als 700°C betragen. Auf diese Weise kann ein abgeschiedenes Gruppe-III-Nitrid zu einem Oxinitrid oxidiert werden. Ein solches Oxinitrid kann verbesserte elektrische oder elektronische Eigenschaften aufweisen, eine veränderte Kristallstruktur aufweisen oder verbesserte Isolationswerte oder Dielektrizitätszahlen ermöglichen. In some embodiments of the invention, the method includes the additional step of annealing the substrate in an oxidizing atmosphere. In some embodiments of the invention, the temperature may be more than 500 ° C or more than 700 ° C. In this way, a deposited Group III nitride can be oxidized to an oxynitride. Such an oxynitride may have improved electrical or electronic properties, have a different crystal structure or allow for improved isolation or dielectric numbers.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der erste Verfahrensschritt in einer ersten Vakuumkammer und der zweite Verfahrensschritt in einer zweiten Vakuumkammer durchgeführt werden. Eine solche Verfahrensführung erlaubt vorteilhaft die Verwendung an sich bekannter und meist vorhandener Geräte zur Gasphasenepitaxie bzw. zur PVD-Beschichtung. Somit kann das vorgeschlagene Verfahren in besonders einfacher Weise mit vorhandener Ausrüstung umgesetzt werden, ohne dass es der Beschaffung neuer und aufwändiger Geräte bedarf. In some embodiments of the invention, the first method step may be performed in a first vacuum chamber and the second method step in a second vacuum chamber. Such a procedure advantageously allows the use of per se known and mostly existing devices for gas phase epitaxy or for PVD coating. Thus, the proposed method can be implemented in a particularly simple manner with existing equipment, without the need to procure new and expensive equipment.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Transfer des Substrates von der ersten Vakuumkammer in die zweite Vakuumkammer an Luft erfolgen. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Oberflächen hierdurch nicht beeinträchtigt werden bzw. bestehende Beeinträchtigungen durch einen einfachen Reinigungsschritt in der zweiten Vakuumkammer wieder entfernt werden können. Hierdurch wird das vorgeschlagene Verfahren weiter vereinfacht. In some embodiments of the invention, the transfer of the substrate from the first vacuum chamber to the second vacuum chamber may be in air. According to the invention, it has been recognized that the surfaces are not impaired by this or existing impairments can be removed again by a simple cleaning step in the second vacuum chamber. This further simplifies the proposed method.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt: The invention will be explained in more detail with reference to figures without limiting the general inventive concept. Showing:

1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Substrat mit der darauf angeordneten orientierten Schicht. 1 a section through a substrate according to the invention with the oriented layer arranged thereon.

2 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens. 2 shows a flow chart of the proposed method according to the invention.

3 zeigt Daten einer Röntgenstrukturanalyse einer erfindungsgemäß hergestellten orientierten Schicht. 3 shows data from an X-ray structure analysis of an oriented layer produced according to the invention.

4 zeigt eine Polfigur der Nukleationsschicht. 4 shows a pole figure of the nucleation layer.

5 zeigt eine Polfigur der orientierten Schicht. 5 shows a pole piece of the oriented layer.

6 zeigt eine Messeinrichtung, mit welcher die Daten gemäß 3 bis 5 erhalten werden können. 6 shows a measuring device with which the data according to 3 to 5 can be obtained.

1 zeigt einen Schnitt durch ein Substrat 10 mit einer darauf angeordneten orientierten Schicht 12. Das Substrat kann beispielsweise Silicium enthalten oder daraus bestehen. Daneben kann das Substrat 10 einen Dotierstoff enthalten, um eine vorgebbare elektrische Leitfähigkeit einzustellen. Das Substrat 10 kann ein Einkristall sein, beispielsweise ein üblicher, in der Mikroelektronik verwendeter Wafer. Das Substrat 10 kann eine Dicke von 50 µm bis 1 mm aufweisen. Der Durchmesser des Substrates kann etwa 10 cm bis etwa 30 cm betragen. 1 shows a section through a substrate 10 with an oriented layer disposed thereon 12 , The substrate may, for example, contain or consist of silicon. In addition, the substrate can 10 Contain a dopant to adjust a predetermined electrical conductivity. The substrate 10 may be a single crystal, for example a conventional wafer used in microelectronics. The substrate 10 may have a thickness of 50 microns to 1 mm. The diameter of the substrate may be about 10 cm to about 30 cm.

Auf der Oberfläche 101 des Substrates 10 wird zunächst eine Nukleationsschicht 11 abgeschieden. Die Nukleationsschicht 11 kann eine Dicke von etwa 3 nm bis etwa 50 nm oder von etwa 5 nm bis etwa 20 nm aufweisen. Die Nukleationsschicht 11 kann ein Gruppe-III-Nitrid enthalten oder daraus bestehen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Nukleationsschicht 11 Aluminiumnitrid, Galliumnitrid oder Aluminiumgalliumnitrid enthalten. Die Nukleationsschicht 11 kann wie in 1 dargestellt, vollflächig aufgebracht sein oder in Form einzelner Inseln mit dazwischen liegenden Unterbrechungen auf der Oberfläche 101 ausgebildet sein. On the surface 101 of the substrate 10 becomes a nucleation layer first 11 deposited. The nucleation layer 11 may have a thickness of about 3 nm to about 50 nm, or from about 5 nm to about 20 nm. The nucleation layer 11 may contain or consist of a Group III nitride. In some embodiments of the invention, the nucleation layer 11 Aluminum nitride, gallium nitride or aluminum gallium nitride. The nucleation layer 11 can be like in 1 represented, be applied over the entire surface or in the form of individual islands with intervening interruptions on the surface 101 be educated.

Die Nukleationsschicht 11 wird durch ein an sich bekanntes Epitaxieverfahren erhalten, beispielsweise MBE, MOVPE oder MOCVD. Die Nukleationsschicht kann bei einer Temperatur von mehr als 800°C oder mehr als 900°C abgeschieden werden. The nucleation layer 11 is obtained by a per se known epitaxy method, for example MBE, MOVPE or MOCVD. The nucleation layer may be deposited at a temperature greater than 800 ° C or greater than 900 ° C.

Auf die Nukleationsschicht 11 wird die orientierte Schicht 12 mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) abgeschieden. Beispielsweise kann die orientierte Schicht 12 durch Sputtern, thermisches Verdampfen oder Laserdeposition abgeschieden werden. Die orientierte Schicht 12 enthält meist dasselbe Material wie die Nukleationsschicht 11. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann jedoch auch ein unterschiedliches Materialsystem eingesetzt werden. On the nucleation layer 11 becomes the oriented layer 12 deposited by physical vapor deposition (PVD). For example, the oriented layer 12 be deposited by sputtering, thermal evaporation or laser deposition. The oriented layer 12 usually contains the same material as the nucleation layer 11 , However, in some embodiments of the invention, a different material system may be used.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Orientierung der Nukleationsschicht 11, welche aufgrund des verwendeten Epitaxieverfahrens orientiert auf der Oberfläche 101 des Substrates 10 aufwächst, auch beim Abscheiden mittels eines PVD-Verfahrens erhalten bleibt. Auf diese Weise kann mit einer Sputtertechnik eine orientierte Schicht hoher Kristallqualität abgeschieden werden, obgleich solche Techniken üblicherweise nur für Anwendungen eingesetzt werden, welche keine großen Anforderungen an die Kristallqualität stellen. Beispielhaft sei die Beschichtung von Architekturglas mit einer Wärmedämmschicht genannt. Solche Schichten weisen typischerweise keine Orientierung auf, d.h. die Schicht ist entweder polykristallin oder weist einkristalline Bereiche auf, welche jedoch relativ zu benachbarten Bereichen und relativ zum Substrat verkippt bzw. verdreht sind. Diese Schichten sind für mikroelektronische Anwendungen daher nicht brauchbar. Umso überraschender ist, dass die durch die Nukleationsschicht vorgegebene Orientierung auch beim Abscheiden einer Gruppe-III-Nitridschicht mittels eines PVD-Verfahrens erhalten bleibt. According to the invention, it was recognized that the orientation of the nucleation layer 11 which are oriented on the surface due to the epitaxial process used 101 of the substrate 10 grows, even when deposited by means of a PVD process is maintained. In this way, with a sputtering technique, an oriented layer of high crystal quality can be deposited, although such techniques are usually only be used for applications that do not place great demands on the crystal quality. By way of example, the coating of architectural glass with a thermal barrier coating is mentioned. Such layers are typically unoriented, ie, the layer is either polycrystalline or has monocrystalline regions which, however, are tilted relative to adjacent regions and relative to the substrate. These layers are therefore not useful for microelectronic applications. It is all the more surprising that the orientation predetermined by the nucleation layer is also retained during the deposition of a group III nitride layer by means of a PVD process.

Anhand von 2 wird das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren nochmals erläutert. Im ersten Verfahrensschritt 51 wird das Substrat 10 in das Vakuum einer Epitaxieanlage eingeschleust. Zuvor kann die Oberfläche grob gereinigt werden, beispielsweise in einem Ultraschallbad und/oder durch Spülen mit verschiedenen Lösemitteln und/oder deionisiertem Wasser. Innerhalb des Vakuums der Epitaxieanlage kann das Substrat 10 noch einer weiteren Reinigung unterzogen werden, beispielsweise durch Ionenätzen oder sputtern. Based on 2 the method proposed according to the invention will be explained again. In the first process step 51 becomes the substrate 10 introduced into the vacuum of an epitaxy system. Previously, the surface can be roughly cleaned, for example, in an ultrasonic bath and / or by rinsing with various solvents and / or deionized water. Within the vacuum of the epitaxial system, the substrate can 10 be subjected to a further purification, for example by ion etching or sputtering.

Im Anschluss daran folgt der erste Verfahrensschritt 52. Im Verfahrensschritt 52 wird mittels MBE und/oder MOCVD und/oder MOVPE oder einer anderen, an sich bekannten Epitaxietechnik eine Nukleationsschicht auf der Oberfläche 101 abgeschieden. Die Nukleationsschicht kann einkristallin sein. Zumindest ist die Nukleationsschicht orientiert auf der Oberfläche 101 abgeschieden, so dass die Kristallrichtung der Nukleationsschicht in einer festen Winkelbeziehung zur Kristallorientierung des Substrates 10 steht. This is followed by the first process step 52 , In the process step 52 becomes a nucleation layer on the surface by means of MBE and / or MOCVD and / or MOVPE or another epitaxy technique known per se 101 deposited. The nucleation layer may be monocrystalline. At least the nucleation layer is oriented on the surface 101 deposited so that the crystal direction of the nucleation layer in a fixed angular relationship to the crystal orientation of the substrate 10 stands.

Die Nukleationsschicht kann eine Dicke von etwa 3 nm bis etwa 50 nm aufweisen. Typischerweise wird die Nukleationsschicht bei einer Temperatur von mehr als 600°C, mehr als 800°C oder mehr als 900°C abgeschieden. In einem Ausführungsbeispiel enthält die Nukleationsschicht AlN und wird aus zwei Molekularstrahlen abgeschieden, welche Aluminium und Stickstoff enthalten oder daraus bestehen. The nucleation layer may have a thickness of about 3 nm to about 50 nm. Typically, the nucleation layer is deposited at a temperature greater than 600 ° C, greater than 800 ° C, or greater than 900 ° C. In one embodiment, the nucleation layer contains AlN and is deposited from two molecular beams containing or consisting of aluminum and nitrogen.

Im Verfahrensschritt 53 wird das Substrat 10 auf Raumtemperatur abgekühlt und aus dem Ultrahochvakuum der Epitaxieanlage entfernt. Nun erfolgt ein Transfer zu einer Sputteranlage, in welcher die PVD-Beschichtung durchgeführt wird. Der Transfer kann unter Schutzgas oder im Vakuum erfolgen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Transfer auch ohne besondere Schutzvorkehrungen durchgeführt werden. In the process step 53 becomes the substrate 10 cooled to room temperature and removed from the ultrahigh vacuum of the epitaxy. Now there is a transfer to a sputtering system in which the PVD coating is performed. The transfer can be carried out under protective gas or in a vacuum. In some embodiments of the invention, the transfer may also be performed without special precautions.

Im Verfahrensschritt 54 wird das Substrat in das Vakuum einer Sputteranlage eingeschleust. Im Anschluss daran kann das Substrat durch thermische Desorption oder eine Plasmareinigung von anhaftenden Adsorbaten gereinigt werden, um anhaftende Kontaminationen vom vorhergehenden Verfahrensschritt zu entfernen. In the process step 54 The substrate is introduced into the vacuum of a sputtering system. Thereafter, the substrate can be cleaned by thermal desorption or plasma cleaning of adherent adsorbates to remove adherent contaminants from the previous process step.

Im Anschluss daran erfolgt der zweite Verfahrensschritt 55. Im Verfahrensschritt 55 wird in einem Aktivgas-Sputter-Prozess die orientierte Schicht abgeschieden. Für die in 3 bis 5 gezeigten Messungen wurde eine orientierte This is followed by the second process step 55 , In the process step 55 In an active gas sputtering process, the oriented layer is deposited. For the in 3 to 5 The measurements shown were an oriented one

Schicht verwendet, welche mit den nachfolgenden Parametern abgeschieden wurde: Arbeitsdruck: 4,5 × 10^–4 Torr Target: Al, 99.999 % Hochfrequenzleistung: 1340 Watt Argonreinheit: 99,999 % Argonfluss: 70 sccm Stickstoffreinheit: 99,999 % Stickstofffluss: 40 sccm Abstand Substrat-Target: 90 mm Substrat-Biasspannung: –100 Volt Layer which was deposited with the following parameters: Working pressure: 4.5 × 10 ^-4 Torr target: Al, 99.999% RF power: 1340 watts Argon purity: 99.999% Argon flow: 70 sccm Nitrogen purity: 99.999% Nitrogen flow: 40 sccm Distance substrate target: 90 mm Substrate bias voltage: -100 volts

Auf diese Weise konnte bei niedriger Temperatur eine Aluminiumnitridschicht abgeschieden werden, welche die Orientierung der darunter liegenden Nukleationsschicht beibehalten hat. In this way, an aluminum nitride layer could be deposited at low temperature, maintaining the orientation of the underlying nucleation layer.

Die Schichteigenschaften werden nachfolgend anhand der 3 bis 5 näher erläutert. Die Messungen erfolgten mittels einer Röntgenbeugungsanlage, welche schematisch in 6 dargestellt ist. Wie aus 6 ersichtlich ist, umfasst die Messvorrichtung eine Röntgenquelle 60. Die Röntgenquelle 60 erzeugt durch Abbremsen eines Elektronenstrahles auf einem Kupfertarget charakteristische Röntgenstrahlung und Röntgen-Bremsstrahlung. Der aus der Röntgenquelle 60 austretende Röntgenstrahl 61 wird mittels eines optionalen Monochromators 62 monochromatisiert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde die CuK_α-Linie der charakteristischen Röntgenstrahlung zur Analyse verwendet. The layer properties are described below with reference to 3 to 5 explained in more detail. The measurements were carried out by means of an X-ray diffraction system, which is schematically shown in FIG 6 is shown. How out 6 it can be seen, the measuring device comprises an X-ray source 60 , The X-ray source 60 produced by Decelerating an electron beam on a copper target characteristic X-ray and X-ray Bremsstrahlung. The from the X-ray source 60 exiting X-ray 61 is by means of an optional monochromator 62 monochromatized. In the present embodiment, the CuK _α -line of the characteristic X-ray was used for analysis.

Die monochromatisierte Röntgenstrahlung trifft auf die Probe 65, im vorliegenden Beispiel das Substrat 10 mit der darauf angeordneten Nukleationsschicht 11 und/oder der orientierten Schicht 12. The monochromatized X-radiation hits the sample 65 , In the present example, the substrate 10 with the nucleation layer disposed thereon 11 and / or the oriented layer 12 ,

Die Probe 65 kann über ein Goniometer um drei Achsen geschwenkt werden. Senkrecht zur Zeichenebene befindet sich dabei die Drehachse des Winkels ω. In der Zeichenebene liegen die Rotationswinkel ϕ und χ. Die von der Probe 65 reflektierte Röntenstrahlung wird im Detektor 62 nachgewiesen. Als Detektor kann ein Halbleiterzähler, beispielsweise ein Germaniumdetektor, oder ein Zählrohr verwendet werden. The sample 65 can be pivoted about a goniometer about three axes. Perpendicular to the plane of the drawing is the axis of rotation of the angle ω. In the drawing plane are the rotation angles φ and χ. The one from the sample 65 reflected x-ray radiation is in the detector 62 demonstrated. As a detector, a semiconductor counter, such as a germanium detector, or a counter tube can be used.

3 zeigt die gemessene Intensität der Röntgenstrahlung im Detektor 62 auf der Ordinate und den Winkel 2θ (der Drehachse ω) auf der Abszisse. Die Messungen wurden bei konstanten Winkeln ϕ und χ durchgeführt. 3 shows the measured intensity of the X-radiation in the detector 62 on the ordinate and the angle 2θ (the rotation axis ω) on the abscissa. The measurements were carried out at constant angles φ and χ.

Wie 3 zeigt, können drei Streuwinkel des Silicium-Substrates mit [111]-Orientierung nachgewiesen werden. Weiterhin zeigt 3 drei Messsignale, welche drei der sechs Orientierungen des hexagonal kristallisierenden Aluminiumnitrids zugewiesen werden können. As 3 shows three scattering angles of the silicon substrate with [111] orientation can be detected. Further shows 3 three measurement signals, which can be assigned to three of the six orientations of the hexagonal crystallizing aluminum nitride.

4 zeigt eine Polfigur der Nukleationsschicht. Dies bedeutet, die Probe 65 enthält lediglich das Substrat 10 und die darauf abgeschiedene Nukleationsschicht 11. Die Polfigur entsteht durch Variation der Winkel ϕ und χ. Der Winkel ϕ variiert von 0 bis 90°, wobei unterschiedliche Winkel χ als konzentrische Kreise aufgetragen sind. Die Intensität der im Detektor 62 nachgewiesenen Röntgenstrahlung ist in Form unterschiedlicher Graustufen codiert. Deutlich erkennbar ist die hexagonale Struktur der epitaktisch abgeschiedenen Nukleationsschicht aus Aluminiumnitrid, welche zu sechs deutlichen Signalen bei unterschiedlichem Winkel ϕ und konstantem χ in der Polfigur führt. 4 shows a pole figure of the nucleation layer. This means the sample 65 contains only the substrate 10 and the nucleation layer deposited thereon 11 , The pole figure is created by varying the angles φ and χ. The angle φ varies from 0 to 90 °, with different angles χ being plotted as concentric circles. The intensity of the detector 62 Detected X-radiation is coded in the form of different gray levels. Clearly recognizable is the hexagonal structure of the epitaxially deposited nucleation layer of aluminum nitride, which leads to six distinct signals at different angles φ and constant χ in the pole figure.

5 zeigt schließlich dieselbe Messung wie 4, wobei die Probe 65 das erfindungsgemäß vorgeschlagene Schichtsystem umfasst, nämlich das Substrat 10 mit der Nukleationsschicht 11 und der gesputterten orientierten Schicht 12. Völlig überraschend wurde erkannt, dass die hexagonale Struktur der Nukleationsschicht 11 auch in der gesputterten Schicht 12 erhalten bleibt. Hätte die gesputterte Schicht 12 die an sich bekannte, polykristalline bzw. faserige Struktur, so würde in der Polfigur gemäß 5 statt der sechs diskreten Maxima ein ringförmiges Signal mit kontinuierlicher Verteilung des Winkel ϕ erkennbar sein. Offenkundig gelingt es jedoch, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Schichten hoher Qualität abzuscheiden, welche als Basismaterial für mikroelektronische Bautelemente geeignet ist. 5 finally shows the same measurement as 4 , where the sample 65 the layer system proposed according to the invention comprises, namely the substrate 10 with the nucleation layer 11 and the sputtered oriented layer 12 , Quite surprisingly, it was recognized that the hexagonal structure of the nucleation layer 11 also in the sputtered layer 12 preserved. Had the sputtered layer 12 the per se known, polycrystalline or fibrous structure, so would in the pole figure according to 5 instead of the six discrete maxima an annular signal with continuous distribution of the angle φ can be seen. Obviously, however, it is possible with the method according to the invention to deposit layers of high quality, which is suitable as a base material for microelectronic building elements.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Of course, the invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The above description is therefore not to be considered as limiting, but as illustrative. The following claims are to be understood as meaning that a named feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of further features.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 6692568 B2 [0004]

Claims

Procedure ( 50 ) for producing an oriented layer ( 12 ) on a substrate ( 10 ), the layer ( 12 ) contains or consists of at least one compound semiconductor with wurtzite structure, characterized in that on the substrate ( 10 ) in a first process step ( 52 ) a nucleation layer ( 11 ) is deposited by MBE and / or MOCVD and / or MOVPE and in a subsequent second process step ( 55 ) the oriented layer ( 12 ) is deposited by means of a PVD process.

A method according to claim 1, characterized in that the PVD method is selected from reactive magnetron sputtering and / or laser deposition and / or thermal evaporation.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the layer ( 12 ) at least one element of III. Main group of the Periodic Table and contains nitrogen.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the nucleation layer ( 11 ) has a thickness of from about 3 nm to about 50 nm or from about 5 nm to about 20 nm.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the temperature of the substrate ( 10 ) in the second process step is less than 400 ° C, less than 300 ° C, less than 100 ° C or less than 50 ° C.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the temperature of the substrate ( 10 ) in the first process step ( 52 ) is greater than 600 ° C, greater than 800 ° C or greater than 900 ° C.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the oriented layer ( 12 ) has a thickness of from about 100 nm to about 10 μm, or from about 300 nm to about 5 μm.

Method according to one of claims 1 to 7, further comprising the following step: annealing the substrate ( 10 ) in an oxidizing atmosphere.

A method according to claim 8, characterized in that the temperature is more than 500 ° C or more than 700 ° C.

Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the first step ( 52 ) is performed in a first vacuum chamber and the second process step in a second vacuum chamber.

Semiconductor device with a substrate ( 10 ) and an oriented layer ( 12 ) which contains or consists of at least one compound semiconductor with wurtzite structure, wherein between the substrate ( 10 ) and the oriented layer ( 12 ) a nucleation layer ( 11 ), characterized in that the nucleation layer ( 11 ) has a thickness of about 5 nm to about 20 nm.

Semiconductor device ( 1 ) according to claim 11, characterized in that the nucleation layer ( 11 ) is obtainable by MBE and / or the oriented layer ( 12 ) is obtainable by a PVD method.