DE102012109112A1 - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils angegeben. Das Verfahren umfasst dabei folgende Schritte: – Bereitstellen zumindest eines dreidimensionalen Substrat-Körpers (1) mit einer ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche (1a), – Anordnen des dreidimensionalen Substrat-Körpers (1) in einer Kammer, – Überströmen des dreidimensionalen Substrat-Körpers (1) entlang der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche (1a) mit zumindest einem schichtbildenden Ausgangsstoff (3), – Ausbilden einer Schichtenfolge (4) an der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche (1a) des dreidimensionalen Substrat-Körpers (1) mit Material des schichtbildenden Ausgangsstoffs (3), wobei – die sich ausbildende Schichtenfolge (4) zumindest ein Halbleitermaterial umfasst.

Description

  • Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils mit insbesondere einer Schichtenfolge mit einem Halbleitermaterial angegeben, das zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist.
  • Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils anzugeben, das kosteneffizient, materialsparend und zeitsparend ist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils anzugeben, wobei das hergestellte Halbleiterbauteil elektromagnetische Strahlung besonders gleichmäßig in verschiedene Raumrichtungen abstrahlen kann.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des Halbleiterbauteils wird zumindest ein dreidimensionaler Substrat-Körper bereitgestellt. Unter ”dreidimensionaler Substrat-Körper” versteht man im vorliegenden Zusammenhang einen Körper, der zumindest eine geschlossene Substrat-Oberfläche aufweist. Unter einer geschlossenen Substrat-Oberfläche ist dabei eine Oberfläche des dreidimensionalen Substrat-Körpers zu verstehen, welche sich in alle drei Raumrichtungen erstreckt. Überfährt man die geschlossene Substrat-Oberfläche entlang einer vorgegebenen Richtung, so kann man nach einem Umlauf am Ausgangspunkt des Umlaufs enden. Bei der Substrat-Oberfläche handelt es sich also vorzugsweise um eine zusammenhängende, dreidimensionale Fläche.
  • Die Substrat-Oberfläche kann dabei zum Beispiel durch einen Teil einer Mantelfläche des dreidimensionalen Substrat-Körpers gebildet sein. Weist der Substrat-Körper in einer einfachen Ausführungsform beispielsweise die Form eines Zylinders auf, so kann die Substrat-Oberfläche durch die äußere Mantelfläche des Zylinders gebildet sein. Das heißt, der Zylinder ist dann zumindest stellenweise umlaufend mit einer geschlossenen Substrat-Oberfläche beziehungsweise einer Substrat-Außenfläche versehen. Handelt es sich bei dem Substrat-Körper in einer anderen, einfachen Ausführungsform um einen Hohlzylinder, so kann eine erste geschlossene Substrat-Oberfläche durch die Innenfläche des Zylinder-Mantels gebildet sein, wobei die äußere Mantelfläche des Hohlzylinders wiederum eine, zum Beispiel zweite, geschlossene Substrat-Oberfläche ausbilden kann.
  • Bei dem Substrat-Körper handelt es sich vorzugsweise um einen starren Körper, der keine oder kaum Flexibilität aufweist. Mit anderen Worten wird zum Beispiel unter einem als Hohlzylinder ausgebildeter Substrat-Körper ein starres Rohr und nicht ein flexibler Schlauch verstanden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der dreidimensionale Substrat-Körper eine erste geschlossene Substrat-Oberfläche auf. Unter "einer ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche" versteht man im vorliegenden Zusammenhang zum Beispiel diejenige geschlossene Substrat-Oberfläche, die der Rotationsachse des dreidimensionalen Substrat-Körpers am nächsten stehend ausgebildet ist. Das heißt, dass die erste geschlossene Substrat-Oberfläche beispielsweise eines Hohlzylinders beziehungsweise eines Rohrs durch die innere Mantelfläche beschrieben sein kann. Der Substrat-Körper kann dabei zumindest zwei Öffnungen aufweisen, die an einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Substrat-Körpers liegen. Durch die Öffnungen kann Material in den Substrat-Körper hinein zur ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche gelangen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der dreidimensionale Substrat-Körper in einer Kammer angeordnet. Unter "Kammer" versteht man im vorliegenden Zusammenhang, eine Vorrichtung, die zum Aufwachsen, Abscheiden und/oder Beschichten von insbesondere Halbleitermaterialien geeignet sein kann. Insbesondere kann in der Kammer eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD, chemical vapor deposition) mit gegebenenfalls vorteilhaften Varianten wie unter anderem MOCVD (metal organic CVD), PECVD (plasma enhanced CVD), HFCVD (hot filament CVD), LPCVD (low pressure CVD) und APCVD (atmospheric pressure CVD) durchgeführt werden. Weiter kommen insbesondere physikalische Abscheidung (PVD, physical vapor deposition) mit gegebenenfalls vorteilhaften Varianten zum Einsatz. Chemische Gasphasenabscheidung und physikalische Abscheidung sind im vorliegenden Zusammenhang jeweils als Grundprinzipien zum Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge zu verstehen und decken somit weitere Verfahrensvarianten ab, die auf obigen Grundprinzipien beruhen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der dreidimensionale Substrat-Körper entlang der geschlossenen Substrat-Oberfläche mit zumindest einem schichtbildenden Ausgangsstoff überströmt. Der schichtbildende Ausgangsstoff kann dabei durch die Öffnungen in den Substrat-Körper gelangen und wieder austreten. Zum Beispiel tritt der schichtbildende Ausgangsstoff durch eine erste Öffnung in den Substrat-Körper und durch eine zweite Öffnung wieder aus. Der Substrat-Körper kann dabei an seinen jeweiligen Stirnseiten genau zwei Öffnungen umfassen. Der schichtbildende Ausgangsstoff kann dabei durch zumindest eine Einlassöffnung der Kammer in den Substrat-Körper gelangen und durch zumindest eine Auslassöffnung der Kammer zumindest teilweise wieder austreten.
  • Unter "schichtbildendem Ausgangsstoff" versteht man im vorliegenden Zusammenhang insbesondere elementorganische Verbindungen, wie zum Beispiel Metallorganyle oder metallorganische Verbindungen. Neben den elementorganischen Verbindungen werden auch Hydride unter einem schichtbildenden Ausgangsstoff verstanden. Als Hydride bezeichnet man Verbindungen des Wasserstoffs mit anderen Elementen. Hydride können in vier Typen unterteilt werden: kovalente Hydride, salzartige Hydride, metallische Hydride und komplexe Übergangsmetallhydride.
  • Die schichtbildenden Ausgangsstoffe überströmen die erste geschlossene Substrat-Oberfläche des dreidimensionalen Substrat-Körpers derart, dass die schichtbildenden Ausgangsstoffe zumindest stellenweise mit der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche im direkten Kontakt stehen. Durch die erste geschlossene Substrat-Oberfläche bauen sich während des Überströmens entlang der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche mit dem schichtbildenden Ausgangsstoff besonders homogene Druckverhältnisse auf, da innerhalb der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche es zu einem schnelleren Druckaufbau und/oder Druckausgleich als in der Kammer kommt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Schichtenfolge mit Material des schichtbildenden Ausgangsstoffs an der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche des dreidimensionalen Substrat-Körpers ausgebildet, wobei die sich ausbildende Schichtenfolge zumindest ein Halbleitermaterial umfasst. Auf Basis der schichtbildenden Ausgangsstoffe bildet sich auf der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche des dreidimensionalen Substrat-Körpers eine Schichtenfolge aus, die auf einer chemischen Reaktion basiert. Die chemische Reaktion erfolgt unmittelbar auf der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche. Unter "unmittelbar" versteht man im vorliegenden Zusammenhang, dass die chemische Reaktion auf einen direkten Kontakt zwischen zumindest der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche des dreidimensionalen Substrat-Körpers oder einer darauf aufbauenden Schicht und den schichtbildenden Ausgangsstoffen ausgebildet wird. Bei der chemischen Reaktion bildet sich aus den im gasförmigen Zustand befindlichen schichtbildenden Ausgangsstoffen ein Feststoff, der sich auf der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche abscheidet, ausbildet und/oder ablagert.
  • Wie bereits oben beschrieben, reagieren die schichtbildenden Ausgangsstoffe auf Basis einer chemischen Reaktion auf insbesondere zumindest der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche des dreidimensionalen Substrat-Körpers zu einem Feststoff. Die zur Bildung der Schichtenfolge erforderlichen schichtbildenden Ausgangsstoffe werden jeweils durch zumindest eine Einlassöffnung in die Kammer eingeströmt. Der schichtbildende Ausgangsstoff, der nicht der chemischen Reaktion auf zumindest der ersten geschlossen Substrat-Oberfläche des dreidimensionalen Substratkörpers unterliegt, wird zumindest teilweise durch eine Auslassöffnung aus der Kammer abgeleitet. Ein insbesondere ständiges und kontinuierliches Einströmen und Ausströmen der schichtbildenden Ausgangsstoffe erfolgt derart, dass der dreidimensionale Substrat-Körper beispielsweise an zumindest der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche vollkommen mit zumindest einem schichtbildenden Ausgangsstoff überströmt wird. Das ständige und kontinuierliche Einströmen und Ausströmen der schichtbildenden Ausgangsstoffe durch die Kammer kann durch zusätzliche Spülgase begleitet werden. Die Spülgase können beispielsweise Stickstoff oder Wasserstoff umfassen.
  • Besonders vorteilhaft bildet sich im Wesentlichen die Schichtenfolge zeitgleich und homogen auf der gesamten ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche aus, sodass sich zumindest hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung eine homogene zusammenhängende dreidimensionale Schichtenfolge ausbildet.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens weist die Schichtenfolge auf der gesamten ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche eine im Rahmen der Herstellungstoleranz gleiche Schichtdicke auf. Unter "Schichtdicke" versteht man im vorliegenden Zusammenhang die vertikale Ausdehnung der sich bildenden Schichtenfolge senkrecht zur ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche. Insbesondere bilden sich aufgrund des gleichmäßigen Durchströmens oder Überströmens des Substrat-Körpers keine Bereiche aus, in denen die Schichtdicke merklich größer, also zum Beispiel doppelt so groß ist, wie an anderen Stellen der Schichtenfolge.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die sich ausbildende Schichtenfolge zumindest ein Halbleitermaterial. Unter "Halbleitermaterial" versteht man im vorliegenden Zusammenhang insbesondere einen III/V-Halbleiter, II/VI-Halbleiter, Nitridhalbleiter und Phosphidhalbleiter. Die Wahl des Halbleitermaterials ist dabei insbesondere abhängig von Wellenlängen einer zu erzeugenden elektromagnetischen Strahlung, welche die Halbleiterschichtenfolge emittieren soll.
  • Die Bezeichnung "elektromagnetische Strahlung" kann hier und im Folgenden eine elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer Wellenlänge beziehungsweise einer spektralen Komponente in einem infraroten bis ultravioletten Wellenlängenbereich bedeuten. Insbesondere kann dabei infrarote, sichtbare und/oder ultraviolette elektromagnetische Strahlung bezeichnet sein, die sich beispielsweise besonders für den Einsatz zur allgemeinen Raumbeleuchtung eignen.
  • Die sich ausbildende Schichtenfolge, die ein Halbleitermaterial umfasst, bildet insbesondere zumindest eine aktive Zone aus. Im fertig gestellten Halbeiterbauteil, das zumindest ein Teil der Schichtenfolge umfasst, kann in der aktiven Zone die elektromagnetische Strahlung erzeugt werden. Das heißt, in der aktiven Zone kann eine Primärstrahlung erzeugt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauteils wird zumindest ein dreidimensionaler Substrat-Körper mit einer ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche bereitgestellt. Der dreidimensionale Substrat-Körper wird in einer Kammer angeordnet und der dreidimensionale Substrat-Körper wird entlang der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche mit zumindest einem schichtbildenden Ausgangsstoff überströmt. An der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche des dreidimensionalen Substrat-Körpers bildet sich dabei eine Schichtenfolge mit Material des schichtbildenden Ausgangsstoffs aus, wobei die sich ausbildende Schichtenfolge zumindest ein Halbleitermaterial umfasst.
  • Um ein Verfahren anzugeben, bei dem sich die Schichtenfolge besonders homogen ausbildet, macht das hier beschriebene Verfahren unter anderem von der Idee Gebrauch, die erste geschlossene Substrat-Oberfläche des dreidimensionalen Substrat-Körpers zu verwenden. Die Schichtenfolge umfasst zumindest ein Halbleitermaterial. Die Schichtenfolge kann insbesondere zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet sein. Durch das Überströmen der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche des dreidimensionalen Substrat-Körpers mit dem schichtbildenden Ausgangsstoff können insbesondere homogene Abscheidungs-, Ablagerungs- und/oder Aufwachsbedingungen geschaffen werden, die das Ausbilden insbesondere chemisch homogener Schichtenfolge mit gleichmäßiger Schichtdicke fördert. Durch den Einsatz der dreidimensionalen Substrat-Körper mit der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche können auch Substratspannungen während beziehungsweise nach der Ausbildung der Schichtenfolge, wie sie bei planaren Substraten zu beobachten sind, vermieden werden. Insbesondere Substratwölbungen, die typischerweise bei planaren Substraten nachweisbar sind, bilden sich beim Einsatz der dreidimensionalen Substrat-Körper nicht aus. Die Substratspannungen übertragen sich auf die abgeschiedene Schichtenfolge, sodass die Schichtenfolge elektromagnetische Strahlung mit inhomogener Wellenlänge erzeugt, die auf das Herstellungsverfahren – insbesondere das Verwenden planarer Substrate – zurückzuführen ist. Des Weiteren können planare Substrate aufgrund von Randeffekten nicht homogen erwärmt werden. Dies führt insbesondere zu Verwölbungen und inhomogener Abscheidung der Schichtenfolge. Durch das Ausbilden der Halbleiterschichtenfolge auf der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche kann also Primärstrahlung homogener Wellenlänge erzeugt werden.
  • Ferner können durch die homogene Ausbildung der Schichtenfolge, die zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung homogener Wellenlänge geeignet ist, Substrat-Oberflächen besonders effizient genutzt werden. Folglich ist ein weiterer Vorteil des hier beschriebenen Verfahrens, dass unter anderem Substratkosten durch einen besonders effizienten Einsatz von dreidimensionalen Substrat-Körpern eingespart werden können. Weiter ermöglicht das Verfahren insbesondere eine besonders hohe Ausbeute von Halbleiterschichtenfolgen, die Primärstrahlung homogener Wellenlänge erzeugen. Insbesondere auf optionale Lift-Off-Prozesse oder Substratbondprozesse kann in zumindest einer Ausführungsform des hier beschriebenen Verfahrens verzichtet werden, die insbesondere weitere Kosten während der Produktion verursachen.
  • Der dreidimensionale Substrat-Körper kann insbesondere aus einem anderen Material als Saphir gebildet sein. Der mögliche Verzicht auf teuere Substratmaterialien ist somit ein weiterer Vorteil des hier beschriebenen Verfahrens. Beispielswiese kann der dreidimensionale Substrat-Körper aus wesentlich kostengünstigerem Quarzglas ausgebildet sein. Quarzglas eignet sich besonders gut zur Herstellung komplexer dreidimensionaler Substrat-Körper.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der dreidimensionale Substrat-Körper hinsichtlich der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche parallel zur Gravitationsrichtung in der Kammer angeordnet. Unter "parallel zur Gravitationsrichtung angeordnet" versteht man im vorliegenden Zusammenhang, dass im Rahmen der Herstellungstoleranz und Justagetoleranz die erste geschlossene Substrat-Oberfläche des dreidimensionalen Substrat-Körpers parallel zur Gravitationsrichtung verläuft.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der dreidimensionale Substrat-Körper hinsichtlich der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche senkrecht zur Gravitationsrichtung in der Kammer angeordnet. Unter "senkrecht zur Gravitationsrichtung angeordnet" versteht man im vorliegenden Zusammenhang, dass im Rahmen der Herstellungstoleranz und Justagetoleranz die erste geschlossene Substrat-Oberfläche des dreidimensionalen Substrat-Körpers senkrecht zur Gravitationsrichtung verläuft.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist der dreidimensionale Substrat-Körper eine zweite geschlossene Substrat-Oberfläche auf, die der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche gegenüberliegt. Die zweite geschlossene Substrat-Oberfläche kann von dem schichtbildenden Ausgangsstoff derart überströmt werden, dass an der zweiten geschlossenen Substrat-Oberfläche des dreidimensionalen Substrat-Körpers eine weitere Schichtenfolge ausgebildet wird. Die sich dabei auf der zweiten geschlossenen Substrat-Oberfläche ausbildende weitere Schichtenfolge ist analog zur bereits beschriebenen ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche ausgebildet. Das heißt, die beiden Schichtenfolgen können zum Beispiel, jeweils ausgehend von der zugeordneten Substrat-Oberfläche auf der sie angeordnet sind, den gleichen Schichtaufbau aufweisen. Ist der dreidimensionale Körper beispielsweise als Hohlkörper ausgebildet, so dass eine erste und zweite geschlossene Substrat-Oberfläche vorliegen – beispielsweise ein Rohr – so kann entweder nur die erste geschlossene Oberfläche oder nur die zweite geschlossene Oberfläche mit dem schichtbildenden Ausgangstoff überströmt werden. Wird das Ausbilden der Schichtenfolge nur auf der zweiten geschlossenen Substrat-Oberfläche angestrebt, so wird der Substrat-Körper entsprechend an seinen Öffnungen abgedeckt. Ferner kann statt eines Rohres eine Stange zur Ausbildung der Schichtenfolge verwendet werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zumindest ein Heizelement in der Kammer bereitgestellt. Das Heizelement weist eine erste Hauptheizfläche und eine der ersten Hauptheizfläche gegenüberliegende zweite Hauptheizfläche auf. Das Heizelement wird hinsichtlich der ersten oder zweiten Hauptheizfläche parallel zu einer der geschlossenen Substrat-Oberflächen des dreidimensionalen Substrat-Körpers angeordnet. Das heißt zum Beispiel, dass die Heizelemente hinsichtlich ihrer Hauptheizflächen parallel zur Gravitationsrichtung angeordnet sind. Die erste und/oder zweite Hauptheizfläche des Heizelements erhitzt je nach Substrat-Körper zu Heizelement Anordnung die erste und/oder die zweite geschlossene Substrat-Oberfläche des dreidimensionalen Substrat-Körpers. Das Erhitzen der ersten und/oder zweiten geschlossenen Substrat-Oberfläche durch das Heizelement erfolgt derart, dass die geschlossenen Substrat-Oberflächen des dreidimensionalen Substrat-Körpers homogen erhitzt werden. Eine direkte Zuordnung einer Hauptheizfläche zu einer geschlossenen Substrat-Oberfläche des dreidimensionalen Substrat-Körpers ist für ein homogenes Erhitzen nicht erforderlich. Das heißt, dass das Heizelement durchaus nur mit einer seiner Hauptheizflächen die erste und zweite geschlossene Substrat-Oberfläche zumindest eines Substrat-Körpers homogen und vollständig erhitzen kann.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens kann das Heizelement auch durch beispielsweise eine Lampenheizung und /oder RF-Heizung gebildet sein.
  • Vorteilhaft für eine homogene Ausbildung der Schichtenfolge ist eine homogene Temperaturverteilung an der zu beschichtenden geschlossenen Substrat-Oberfläche des dreidimensionalen Substrat-Körpers. Zu diesem Zweck können die Heizelemente hinsichtlich ihrer größten lateralen Ausdehnung größer als die dreidimensionalen Substrat-Körper ausgebildet sein. Ferner kann das Heizelement derart ausgebildet sein, dass der dreidimensionale Substrat-Körper durch das Heizelement umschlossen wird. Beispielsweise kann das Heizelement als Rohr ausgebildet sein, in dessen Inneren der Substrat-Körper angeordnet ist.
  • Bedeckt die Hauptheizfläche die geschlossene Substrat-Oberfläche des dreidimensionalen Substrat-Körpers nicht und ist hinsichtlich zumindest einer geschlossenen Substrat-Oberfläche des dreidimensionalen Substrat-Körpers lokal oder einseitig ausgebildet, wird insbesondere durch Rotation des dreidimensionalen Substrat-Körpers um seine Rotationsachse eine homogene Temperaturverteilung auf zumindest einer der geschlossenen Substrat-Oberflächen des dreidimensionalen Substrat-Körpers erzielt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden Heizelemente und dreidimensionale Substratkörper in einer alternierenden Mehrfachanordnung zueinander angeordnet. Das heißt, dass nach einem Heizelement ein dreidimensionaler Substrat-Körper angeordnet ist und dem dreidimensionalen Substrat-Körper wiederum ein Heizelement nachgeordnet. Diese Anordnung kann sich innerhalb der oben beschriebenen Kammer insbesondere alternierend wiederholen, so dass in der Kammer wenigstens zwei – insbesondere gleichartig ausgebildete – Substrat-Körper angeordnet sind.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird am dreidimensionalen Substrat-Körper nach der Ausbildung der Schichtenfolge zumindest stellenweise ein Kontaktelement zur elektrischen Kontaktierung ausgebildet, wobei das Kontaktelement zumindest stellenweise mit der Schichtenfolge im direkten Kontakt steht. Bei dem Kontaktelement kann es sich insbesondere um einen metallischen Vollkörper oder ein Hohlstift, zum Beispiel einen Metallstift mit oder ohne Hohlraum handeln, der mit der ausgebildeten Schichtenfolge im direkten Kontakt gebracht wird und insbesondere die im Betrieb erzeugte Primärstrahlung reflektieren kann. Der metallische Vollkörper oder Hohlstift ist hinsichtlich seiner geometrischen Abmessungen derart ausgebildet, dass er an der Schichtenfolge angrenzt und mechanisch in den dreidimensionalen Körper hineingeschoben und justiert werden kann. Um insbesondere Ausdehnungen der Schichtenfolge während des Betriebs zu kompensieren und somit ein Entstehen von Spannungen zwischen der sich ausbildenden Grenzfläche zwischen Kontaktelement und Schichtenfolge entgegen zu wirken, kann bevorzugt ein Gel-artiges, mit elektrisch leitenden Füllstoffen versehenes Element zur elektrischen Kontaktierung eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein Gel-artiges Element mit elektrisch leitenden Füllstoffen als Silikongel mit entsprechenden elektrisch leitenden Füllstoffen ausgebildet sein, wobei das Silikongel als Kontaktelement vorgesehen sein kann. Ferner kann das Gel-artige Element insbesondere Leuchtstoffe zur Konversion der im Betrieb erzeugten Strahlung umfassen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der dreidimensionale Substrat-Körper nach Ausbildung der Schichtenfolge und Ausbildung des Kontaktelements entfernt. Mit anderen Worten bildet das Kontaktelement mit der Schichtenfolge eine Einheit aus, welche selbsttragend ausgebildet sein kann. Die Schichtenfolge kann durch das Kontaktelement mechanisch stabilisiert werden. Das Kontaktelement ist zur elektrischen Kontaktierung der Schichtenfolge vorgesehen. In dieser Ausführungsform wird der dreidimensionale Substrat-Körper nach Ausbildung der Schichtenfolge auf der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche durch ein chemisches und/oder physikalisches Verfahren entfernt. Die zur Entfernung des dreidimensionalen Substrates eingesetzte Methode schädigt die ausgebildete Schichtenfolge zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung nicht und legt diese lediglich frei. Mit anderen Worten bildet die Schichtenfolge nach Entfernen des dreidimensionalen Substrat-Körpers selbst einen dreidimensionalen Körper aus. Wurde beispielsweise die Schichtenfolge auf der inneren Mantelfläche eines Rohres ausgebildet, so bildet die Schichtenfolge selbst ein Rohr beziehungsweise einen Hohlzylinder mit geschlossenen dreidimensionalen Oberfläche aus, wobei zur elektrischen Kontaktierung wiederum ein Kontaktelement, beispielsweise ein metallischer Vollkörper oder Hohlstift, wie bereits oben beschrieben, eingesetzt werden kann, wobei das Kontaktelement an die innere Mantelfläche der Schichtenfolge grenzt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird auf der dem Kontaktelement abgewandten Seite der Schichtenfolge eine zumindest stellenweise transparente Kontaktschicht ausgebildet. Das heißt, dass sich auf der Außenfläche der Schichtenfolge eine Kontaktschicht ausbildet. Die transparente Kontaktschicht kann insbesondere zur weiteren elektrischen Kontaktierung ausgebildet sein. Die in der Schichtenfolge im Betrieb erzeugte Primärstrahlung wird durch die transparente, transluzente und/oder klarsichtige Kontaktschicht vorzugsweise hindurch emittiert. Die transparente Kontaktschicht ist zum Beispiel mit einem TCO-Material gebildet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann zwischen der Schichtenfolge und dem Kontaktelement eine reflektierende Schicht ausgebildet sein, die die im Betrieb erzeugte Primärstrahlung in Richtung der transparenten Kontaktschicht reflektiert. Die reflektierende Schicht kann als metallische Spiegelschicht ausgebildet sein, wobei die im Betrieb erzeugte Primärstrahlung der Schichtenfolge in Richtung der transparenten Kontaktschicht reflektiert, gestreut und/oder transmittiert werden kann. Mit anderen Worten leitet insbesondere die reflektierende Schicht die im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung in seine Umgebung. Unter "Umgebung" kann im vorliegenden Zusammenhang ein dreidimensionaler Raum nach Art eines Ausstellungsraumes verstanden werden, wobei die sich in dem Ausstellungsraum befindlichen Objekte durch die elektromagnetische Strahlung beleuchtet und/oder angestrahlt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird auf der der Schichtenfolge abgewandten Seite der transparenten Kontaktschicht zumindest stellenweise ein Konverterelement ausgebildet. Das Konverterelement konvertiert die Primärstrahlung zumindest teilweise in Sekundärstrahlung. Das Halbleiterbauelement kann beispielsweise weißes Mischlicht erzeugen. Das Konverterelement kann insbesondere durch Sprühen, Überziehen beziehungsweise Tauchen auf die der Schichtenfolge abgewandten Seite der transparenten Kontaktschicht aufgebracht werden. Somit kann besonders schonend das Konverterelement auf die transparente Kontaktschicht ausgebildet werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens enthält oder besteht der bereitgestellte dreidimensionale Substrat-Körper aus einem dieser Materialien: ein Silizium, SiC, Saphir, Keramik, Quarz, GaAs, GaN und/oder Glas. Das hier beschriebene Verfahren erlaubt den Einsatz weiterer Substratmaterialien, die wesentlich kostengünstiger als Saphir sind. Insbesondere erlauben die Werkstoffe Keramik, Quarz und/oder Glas das Herstellen von dreidimensionalen Substrat-Körpern, die insbesondere neben herkömmlichen Geometrien komplexe Formen aufweisen können.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist der bereitgestellte dreidimensionale Substrat-Körper zumindest stellenweise nach Art eines der folgenden geometrischen Körper gebildet: hexagonales Rohr, ovales Rohr, rechteckiges Rohr, viereckiges Rohr und/oder rundes Rohr. Der dreidimensionale Substrat-Körper muss dabei nicht exakten geometrischen Formen einer dieser Körper folgen, insbesondere in einzelnen Bereichen können diese Körper von der beschriebenen geometrischen Grundform abweichen. Der dreidimensionale Substrat-Körper kann somit auch durch Mischformen der beschriebenen Körper ausgebildet sein, beispielsweise rechteckiges Rohr mit runden Rohrsegmenten. Obige Grundformen sind also nicht auf sich alleine beschränkt, sondern können auch als Kombination zu einem dreidimensionalen Substrat-Körper ausgebildet sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Vielzahl aktiver Bereiche beabstandet zueinander entlang der ersten und/oder zweiten geschlossenen Substrat-Oberfläche angeordnet, wobei jeder aktive Bereich einen Kernbereich aufweist, der zumindest ein Material des dreidimensionalen Substrat-Körpers umfasst. Auf dem aktiven Bereich wird die Schichtenfolge ausgebildet, so dass der Kernbereich zumindest in Gravitationsrichtung und quer zur Gravitationsrichtung die Schichtenfolge aufweist. Insbesondere umfasst die erste und/oder die zweite geschlossene Oberfläche eine Vielzahl aktiver Bereiche, die derart zueinander beabstandet sind, dass nach Ausbildung der Schichtenfolge während des Betriebs des Halbleiterbauteils Primärstrahlung erzeugt werden kann. Mit anderen Worten wird insbesondere durch die Ausbildung der aktiven Bereiche auf der ersten und/oder zweiten geschlossenen Substrat-Oberfläche eine Oberflächenvergrößerung für die sich ausbildende Schichtenfolge erzielt, die insbesondere zu einer erhöhten Lichtleistung des Halbleiterbauteils führen kann.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Schichtenfolge epitaktisch auf der ersten und/oder zweiten geschlossenen Substrat-Oberfläche des dreidimensionalen Substrat-Körpers aufgewachsen, wobei die Schichtenfolge eine Vielzahl von Nanokristallen umfasst und die Nanokristalle zumindest ein Halbleitermaterial umfassen. Das Ausbilden, Aufwachsen und/oder Abscheiden der Schichtenfolge kann nach gewähltem Wachstumsmodus neben der oben beschriebenen zusammenhängenden beziehungsweise geschlossenen dreidimensionalen Schichtenfolge auch eine Schichtenfolge aus einzelnen Nanokristallen, sogenannten Nanorods und/oder Nanowire, umfassen. Hierzu wird auf die Druckschriften OptoBild vom 12/2011, Seite 9 und Compound Semiconductor (Ausgabe 11/12 2011, insbesondere Seiten 62 und 63) verwiesen, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Halbleiterbauteil zumindest an einer quer zu seiner lateralen Haupterstreckungsrichtung verlaufenden Linie vereinzelt. Bevorzugt kann das Vereinzeln des Halbleiterbauteils auch senkrecht zu der lateralen Haupterstreckungsrichtung des Halbleiterbauteils erfolgen. Das Vereinzeln kann beispielsweise mittels Sägen, Schneiden, Fräsen oder Herstellen einer Bruchkante und anschließendes Brechen erfolgen. Die durch das Vereinzeln entstehenden Flächen der einzelnen Halbleiterbauteile weisen bevorzugt Spuren eines Materialabtrags auf.
  • Im Folgenden wird das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils anhand von Ausführungsbeispielen mit zugehörigen Figuren erläutert.
  • Anhand der schematischen Darstellungen der 1A bis 1D und 2 sind Ausführungsbeispiele des hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert.
  • Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
  • Die Ausführungsbeispiele der 1A bis 1D zeigen einzelne Verfahrensschritte zur Herstellung eines Halbleiterbauteils 100. 1A zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung einen dreidimensionalen Substrat-Körper 1. Der dreidimensionale Substrat-Körper 1 der 1A kann beispielsweise als Hohlzylinder beziehungsweise Rohr ausgebildet sein. Der dreidimensionale Substrat-Körper 1 kann dabei zumindest zwei Öffnungen 2 aufweisen, die an einander gegenüberliegenden Stirnseiten des dreidimensionalen Substrat-Körpers 1 liegen. Durch die Öffnungen 2 kann insbesondere ein schichtbildender Ausgangsstoff 3 in den Substrat-Körper hinein zur ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche gelangen.
  • Eine erste geschlossene Substrat-Oberfläche 1a kann somit beispielsweise durch die innere Mantelfläche des Rohres beschrieben werden. Der dreidimensionale Substrat-Körper 1 mit der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche 1a ist in einer Kammer angeordnet, die dazu geeignet ist, Halbleitermaterialien auf der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche 1a des dreidimensionalen Körpers 1 aufzuwachsen, abzuscheiden und/oder zu beschichten. Hierzu ist der dreidimensionale Substrat-Körper 1 in der 1A hinsichtlich der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche 1a parallel zur Gravitationsrichtung Z in einer Kammer angeordnet. Ferner kann der dreidimensionale Substrat-Körper 1 hinsichtlich der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche 1a senkrecht zur Gravitationsrichtung Z in einer Kammer angeordnet sein, wobei dieses Ausführungsbeispiel hier nicht schematisch dargestellt ist. Die Kammer weist insbesondere Einlassöffnungen 8 und Auslassöffnungen 9 auf, durch welche der schichtbildende Ausgangsstoff 3 beziehungsweise ein Spülgas 13 in die Kammer eingeleitet beziehungsweise abgeleitet werden kann.
  • Die erste geschlossene Substrat-Oberfläche 1a wird dabei derart von dem schichtbildenden Ausgangsstoff 3 überströmt, sodass sich an der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche 1a eine Schichtenfolge mit Material des schichtbildenden Ausgangsstoffs 3 ausbildet, wobei die sich ausbildende Schichtenfolge 4 zumindest ein Halbleitermaterial umfasst. Bei dem hier gezeigten dreidimensionalen Substrat-Körper 1 handelt es sich um einen dreidimensionalen Substrat-Körper 1, welcher eines der folgenden Materialien enthält oder aus einem dieser Materialien besteht: Silizium, SiC, Saphir, Keramik, Quarz, GaAs, GaN und/oder Glas.
  • In der 1B ist der in der 1A beschriebene Verfahrensschritt zur Herstellung des Halbleiterbauteils 100 um ein Kontaktelement 5 ergänzt. Das Kontaktelement 5 kann zur elektrischen Kontaktierung der Schichtenfolge 4 verwendet werden. Das Kontaktelement 5 ist an der der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche 1a abgewandten Seite der Schichtenfolge 4 derart angeordnet, dass das Kontaktelement 5 zumindest stellenweise mit der Schichtenfolge 4 im direkten Kontakt steht. Beispielsweise handelt es sich bei dem Kontaktelement 5 um einen Metallstift, der hinsichtlich seinem Außendurchmesser dem Innendurchmesser des durch die Schichtenfolge 4 ausgebildeten Hohlzylinders entsprechen kann. Des Weiteren kann das Kontaktelement 5 gel-artig ausgebildet sein und elektrisch leitende Füllstoffe enthalten. Vorteilhaft bei der Ausführungsform eines gel-artigen Kontaktelements ist, dass während des Betriebs mögliche Ausdehnungen der Schichtenfolge kompensiert beziehungsweise ausgeglichen werden können und mechanische Spannungen zwischen dem Kontaktelement 5 und der Schichtenfolge 4 nicht ausgebildet werden können.
  • In der 1C ist der in der 1B beschriebene Verfahrensschritt schematisch dargestellt, wobei in der 1C der dreidimensionale Substrat-Körper 1 nicht mehr vorhanden ist. Durch das Anbringen des Kontaktelements 5 an der Schichtenfolge 4 ist diese insbesondere mechanisch stabilisiert und kann selbsttragend ausgebildet sein. Des Weiteren behindert der dreidimensionale Substrat-Körper 1 die im Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung beziehungsweise Primärstrahlung an ihrem insbesondere radialen Austritt in die Umgebung. Der dreidimensionale Substrat-Körper 1 kann insbesondere durch chemisches Ätzen, zum Beispiel Silizium, mit KOH entfernt werden. Ferner sind mechanische Abtragungs- und Fräsmethoden denkbar, welche jedoch die Halbleiterschichtenfolge nicht beschädigen. Das Kontaktelement 5 kann ferner reflektierend für die im Betrieb erzeugte Primärstrahlung ausgebildet sein.
  • In der 1D ist das in der 1C beschriebene Halbleiterbauteil 100 durch eine transparente Kontaktschicht 6 und ein auf der transparenten Kontaktschicht 6 nachgeordnetes Konverterelement 7 gezeigt. Die transparente Kontaktschicht 6 ist dabei auf der dem Kontaktelement 5 abgewandten Seite der Schichtenfolge 4 angrenzend ausgebildet und steht mit der transparenten Kontaktschicht 6 im direkten Kontakt. Die transparente Kontaktschicht 6 ist zur weiteren elektrischen Kontaktierung der Schichtenfolge 4 geeignet. Das heißt, das Kontaktelement 5 und die transparente Kontaktschicht 6 sind zum elektrischen Kontaktieren der Schichtenfolge 4 vorgesehen, die im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt. Das Konverterelement 7 konvertiert insbesondere die im Betrieb erzeugte Primärstrahlung aus der Schichtenfolge 4 in Sekundärstrahlung und kann insbesondere weißes Mischlicht erzeugen.
  • In der 2 ist der in 1A beschriebene Verfahrensschritt gezeigt, wobei die in der Kammer angeordneten Heizelemente 10 eine erste Hauptheizfläche 11 und eine der ersten Hauptheizfläche 11 gegenüberliegende zweite Hauptheizfläche 12 aufweisen. In der 2 ist jeweils die erste Hauptheizfläche 11 des Heizelements 10 einer Außenfläche des dreidimensionalen Substrat-Körpers 1 zugeordnet, also der der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche 1a gegenüberliegende zweite geschlossene Substratfläche 1b. Das Heizelement 10 der 2 ist in der Lage, mit einer seiner Hauptheizflächen 11, 12 den dreidimensionalen Substrat-Körper 1 an seinen geschlossenen Substrat-Oberflächen homogen zu erhitzen, sodass die Ausbildung der Schichtenfolge, welche auf den schichtbildenden Ausgangsstoff 3 basiert, gleichmäßig beziehungsweise homogen erfolgen kann. Die in der 2 schematisch dargestellte Anordnung, Heizelement 10 zu dreidimensionalen Substrat-Körper 1, kann ferner in einer Mehrfachanordnung ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann eine alternierende Anordnung des dreidimensionalen Substrat-Körpers 1 zu den Heizelementen 10 in der Kammer ausgebildet werden, so dass zeitgleich mehrere dreidimensionale Substrat-Körper 1, bevorzugt an der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche 1a, prozessiert werden können.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • OptoBild vom 12/2011, Seite 9 und Compound Semiconductor (Ausgabe 11/12 2011, insbesondere Seiten 62 und 63) [0038]

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils (100) umfassend folgende Schritte: – Bereitstellen zumindest eines dreidimensionalen Substrat-Körpers (1) mit einer ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche (1a), – Anordnen des dreidimensionalen Substrat-Körpers (1) in einer Kammer, – Überströmen des dreidimensionalen Substrat-Körpers (1) entlang der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche (1a) mit zumindest einem schichtbildenden Ausgangsstoff (3), – Ausbilden einer Schichtenfolge (4) an der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche (1a) des dreidimensionalen Substrat-Körpers (1) mit Material des schichtbildenden Ausgangsstoffs (3), wobei – die sich ausbildende Schichtenfolge (4) zumindest ein Halbleitermaterial umfasst.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der dreidimensionale Substrat-Körper (1) hinsichtlich der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche (1a) parallel zur Gravitationsrichtung (Z) in der Kammer angeordnet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der dreidimensionale Substrat-Körper (1) hinsichtlich der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche (1a) senkrecht zur Gravitationsrichtung (Z) in der Kammer angeordnet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – der dreidimensionale Substrat-Körper (1) eine zweite geschlossene Substrat-Oberfläche (1b) aufweist, die der ersten geschlossenen Substrat-Oberfläche (1a) gegenüberliegt, und – die zweite geschlossene Substrat-Oberfläche (1b) von dem schichtbildenden Ausgangsstoff (3) derart überströmt wird, dass an der zweiten geschlossenen Substrat-Oberfläche (1b) des dreidimensionalen Substrat-Körpers (1) die Schichtenfolge (4) ausgebildet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – zumindest ein Heizelement (10) in der Kammer bereitgestellt wird, das eine erste Hauptheizfläche (11) und eine der ersten Hauptheizfläche (11) gegenüberliegende zweite Hauptheizfläche (12) aufweist, und – das Heizelement (10) hinsichtlich der ersten oder zweiten Hauptheizfläche (11, 12) parallel zu einer der geschlossenen Substrat-Oberflächen (1a, 1b) des dreidimensionalen Substrat-Körpers (1) angeordnet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem – am dreidimensionalen Substrat-Körper (1) nach der Ausbildung der Schichtenfolge (4) zumindest stellenweise ein Kontaktelement (5) zur elektrischen Kontaktierung ausgebildet wird, wobei – das Kontaktelement (5) zumindest stellenweise mit der der Schichtenfolge (4) im direkten Kontakt steht.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der dreidimensionale Substrat-Körper (1) nach Ausbildung der Schichtenfolge (4) und Ausbildung des Kontaktelements (5) entfernt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem auf der dem Kontaktelement (5) abgewandten Seite der Schichtenfolge (4) eine zumindest stellweise transparente Kontaktschicht (6) ausgebildet wird.
  9. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem auf der der Schichtenfolge(4) abgewandten Seite der transparenten Kontaktschicht (6) zumindest stellenweise ein Konverterelement (7) ausgebildet wird.
  10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der bereitgestellte dreidimensionale Substrat-Körper (1) ein Silizium, SiC, Saphir, Keramik, Quarz, GaAs, GaN und/oder Glas enthält oder aus einem dieser Materialien besteht.
  11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der bereitgestellte dreidimensionale Substrat-Körper (1) zumindest stellenweise nach Art eines der folgenden geometrischen Körper gebildet ist: hexagonales Rohr, ovales Rohr, rechteckiges Rohr, viereckiges Rohr und/oder rundes Rohr.
  12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem eine Vielzahl aktiver Bereiche beabstandet zueinander entlang der ersten und/oder zweiten geschlossenen Substrat-Oberfläche (1a, 1b) angeordnet werden, wobei jeder aktive Bereich einen Kernbereich aufweist, der zumindest ein Material des dreidimensionalen Substrat-Körpers (1) umfasst, und auf dem aktiven Bereich die Schichtenfolge (4) ausgebildet wird, so dass der Kernbereich zumindest in Gravitationsrichtung (Z) und quer zur Gravitationsrichtung (Z) die Schichtenfolge (4) aufweist.
  13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Schichtenfolge (4) epitaktisch auf der ersten und/oder zweiten geschlossenen Substrat-Oberfläche (1a, 1b) des dreidimensionalen Substrat-Körpers (1) aufgewachsen wird, wobei die Schichtenfolge (4) eine Vielzahl von Nanokristallen umfasst und diese zumindest ein Halbleitermaterial umfassen.
  14. Anspruch nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Halbeiterbauteil zumindest an einer quer zu seiner lateralen Haupterstreckungsrichtung verlaufenden Linie vereinzelt wird.
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