DE102015208519A1 - Herstellungsverfahren für ein beschichtetes Substrat und entsprechendes beschichtetes Substrat - Google Patents

Herstellungsverfahren für ein beschichtetes Substrat und entsprechendes beschichtetes Substrat Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein beschichtetes Substrat (16) mit den Schritten: Ausbilden (S1) einer amorphen Siliziumschicht (11) auf einer Oberfläche (10a) eines Substrats (10); Auskristallisieren (S2) der amorphen Siliziumschicht (11) in eine polykristalline Siliziumschicht (12); und Ausbilden (S3) einer Indiumantimonid-Schicht (14) auf der polykristallinen Siliziumschicht (12).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein beschichtetes Substrat und ein entsprechendes beschichtetes Substrat.
  • Stand der Technik
  • In vielen aktiven mikroelektromechanischen Bauteilen ist eine hohe Ladungsträgerbeweglichkeit vorteilhaft. Insbesondere bei schnell reagierenden Schaltelementen oder auch für Magnetfeldsensoren (Hall-Sonden) wird eine hohe Ladungsträgerbeweglichkeit benötigt. Indiumantimonid (InSb) ist hierbei vorzüglich geeignet, da es eine extrem hohe Ladungsträgerbeweglichkeit von etwa 78.000 cm2/(V·s) aufweist.
  • Aus der US 5 668 395 A ist ein Herstellungsverfahren zum Aufbringen einer Indiumantimonid-Schicht auf einem Substrat bekannt.
  • Typischerweise sind die Temperaturen, welche zum Aufbringen der Indiumantimonid-Schicht benötigt werden, weit höher als 200 °C, beispielsweise 500 °C. Dadurch kann eine Indiumantimonid-Schicht auf temperatursensitiven Bauteilen, beispielsweise bei anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), entweder gar nicht oder nur vor dem Aufbringen von temperatursensitiven Strukturen aufgebracht werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung offenbart ein Herstellungsverfahren für ein beschichtetes Substrat mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein beschichtetes Substrat mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.
  • Demgemäß ist ein Herstellungsverfahren für ein beschichtetes Substrat vorgesehen, mit den Schritten: Ausbilden einer amorphen Siliziumschicht auf einer Oberfläche eines Substrats; Auskristallisieren der amorphen Siliziumschicht in eine polykristalline Siliziumschicht; und Ausbilden einer Indiumantimonid-Schicht auf der polykristallinen Siliziumschicht.
  • Weiter ist ein beschichtetes Substrat vorgesehen mit: einer polykristallinen Siliziumschicht, ausgebildet auf einer Oberfläche eines Substrats; und einer Indiumantimonid-Schicht, ausgebildet auf der polykristallinen Siliziumschicht.
  • Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schafft ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer Indiumantimonid-Schicht auf einem Substrat. Die Temperaturen können bei dem Verfahren zumindest auf einer der Oberfläche des Substrats gegenüberliegenden Rückseite des Substrats durchweg in einem niedrigen Bereich, vorzugsweise unterhalb von 200 °C gehalten werden. Dadurch ist ein Aufbringen der Indiumantimonid-Schicht auf temperatursensitiven Bauteilen, beispielsweise ASICs, möglich. Insbesondere lassen sich InSb-Schichten mit einer genügend großen Ladungsträgerbeweglichkeit herstellen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, wird das Ausbilden der amorphen Siliziumschicht durch plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) durchgeführt. Insbesondere wird dadurch das Substrat nicht stark erhitzt. Vorzugsweise wird die Rückseite des Substrats dabei nicht auf Temperaturen über 200 °C erhitzt. Dieser Schritt des Verfahrens ist daher auch zur Anwendung und Verwendung in Kombination mit temperatursensitiven Bauteilen geeignet.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird das Auskristallisieren der amorphen Siliziumschicht durch Laserannealing derart durchgeführt, dass eine Temperatur einer der Oberfläche des Substrats gegenüberliegenden Rückseite des Substrats nicht über 200 °C ansteigt. Dadurch wird auch bei dem Schritt des Auskristallisierens der amorphen Siliziumschicht das Substrat nicht stark erhitzt und somit ist auch dieser Schritt zur Anwendung bei temperatursensitiven Bauteilen geeignet.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird vor dem Laserannealing eine Maskierung oberhalb der amorphen Siliziumschicht ausgebildet. Ein durch Laserannealing auskristallisierter nicht verdeckter Bereich dient dabei als Kristallisationskeim für einen von der Maskierung verdeckten angrenzenden Bereich.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens bildet die Maskierung ein Streifenmuster.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird das Ausbilden der Indiumantimonid-Schicht durch Sputtern und/oder durch Gasphasenabscheidung durchgeführt. Auch dieser Schritt ist insbesondere derart durchführbar, dass die Rückseite des Substrats nicht auf Temperaturen über 200 °C erhitzt wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen beschichteten Substrats setzt sich eine Kornstruktur der polykristallinen Siliziumschicht in einer Kornstruktur der Indiumantimonid-Schicht fort. Durch Justieren der Kornstruktur, d.h. der Breite der Einzelkristalle, der polykristallinen Siliziumschicht, etwa durch Anpassen der Lichtstärke des Lasers bei dem Laserannealing, kann dadurch auch eine Kornstruktur der Indiumantimonid-Schicht eingestellt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen:
  • 1 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für ein beschichtetes Substrat;
  • 2, 3 schematische Seitenansichten auf ein beschichtetes Substrat in Zwischenschritten des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens;
  • 4 eine schematische Draufsicht auf ein beschichtetes Substrat in einem Zwischenschritt des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens;
  • 5 eine schematische Seitenansicht auf ein beschichtetes Substrat in einem Zwischenschritt des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens; und
  • 6 eine schematische Seitenansicht auf ein beschichtetes Substrat gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll insbesondere nicht, sofern nichts anderes angegeben ist, eine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • 1 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens für ein beschichtetes Substrat. In einem ersten Schritt S1 wird, wie in 2 illustriert, auf einer Oberfläche 10a eines Substrats 10 eine amorphe Siliziumschicht 11 ausgebildet. Das Substrat kann hierbei insbesondere ein Halbleitersubstrat, beispielsweise ein Siliziumsubstrat umfassen. Das Substrat 10 weist weiter eine Rückseite 10b auf.
  • Das Ausbilden der amorphen Siliziumschicht 11 kann hierbei beispielsweise durch plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (plasma enhanced chemical vapour deposition, PECVD) durchgeführt werden. Dadurch kann die Temperatur des Wafers bei dem Ausbilden der amorphen Siliziumschicht 11 niedrig gehalten werden, beispielsweise unter 300 °C, vorzugsweise unter 200 °C.
  • In einem zweiten Schritt S2 wird die amorphen Siliziumschicht 11 auskristallisiert. Dadurch wird die amorphe Siliziumschicht 11 in eine polykristalline Siliziumschicht 12 umgewandelt, wie 3 illustriert. Die polykristalline Siliziumschicht 12 ist aus Einzelkristallen 13 aufgebaut. Eine durchschnittliche Breite d dieser Einzelkristalle 13 liegt dabei beispielsweise im Bereich von 0,1 Mikrometer bis 100 Mikrometer, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 10 Mikrometer und liefert eine Kornstruktur der polykristallinen Siliziumschicht 12.
  • Das polykristalline Silizium kann insbesondere Continuous Grain Silicon (CGS) umfassen.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann das Auskristallisieren durch Laserannealing durchgeführt werden. Insbesondere kann das Auskristallisieren durch das Verfahren der „Sequential Lateral Solidification“ (SLS) ausgeführt werden. Dazu wird, wie in 4 gezeigt, eine Maskierung 30 oberhalb der amorphen Siliziumschicht 11 angeordnet. Die Maskierung ist hierbei von der amorphen Siliziumschicht 11 beabstandet angeordnet. 4 zeigt hierbei eine Draufsicht auf das Substrat 10, auf welchem die amorphe Siliziumschicht 11 ausgebildet ist.
  • Die Maskierung 30 besteht aus lichtundurchlässigen Streifen 30a. Die Streifen weisen hierbei eine Breite d1 auf, welche beispielsweise im Bereich einiger Mikrometer liegt. Der Abstand d2 der Streifen 30a der Maskierung 30 voneinander kann gleich der Breite d1 der Streifen selbst sein, die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
  • Die Maskierung 30 muss keine Streifenstruktur sondern kann auch eine andere Form aufweisen.
  • 5 zeigt eine Querschnittsansicht des Substrats 10 mit der amorphe Siliziumschicht 11 und der (nicht sichtbaren) Maskierung 30 entlang einer in 4 eingezeichneten Achse I-I.
  • Nach Einbringen der Maskierung 30 oberhalb der amorphen Siliziumschicht 11 wird die amorphe Siliziumschicht 11 mit der davor befindlichen Maskierung 30 durch einen Laser 20 mit einem Lichtstrahl 21 bestrahlt. Vorzugsweise wird hierzu als Laser 20 ein Excimer-Laser verwendet, welcher in einem Abstand von einigen Nanosekunden die amorphe Siliziumschicht 11 mit der Maskierung 30 bestrahlt. Der von dem Laser 20 ausgesendete Lichtstrahl 21 weist hierbei eine Breite D im Bereich von beispielsweise 100 Mikrometern bis 300 Mikrometern auf.
  • Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, insbesondere kann der Laser 20 ein Festkörperlaser im sichtbaren Spektrum sein.
  • Der von dem Laser 20 bestrahlte Teil der amorphen Siliziumschicht 11 wird in die polykristalline Siliziumschicht 12 umgewandelt. Der Laser wird hierbei entlang einer Achse X geführt, wobei die Achse X parallel zur Achse I-I der 4 steht. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Insbesondere kann der Laser entlang einer Achse senkrecht zu den Streifen 30a der Maskierung 30, d.h. einer Achse, welche senkrecht auf der Achse I-I der 4 steht, oder entlang einer beliebigen Kurve, geführt werden.
  • Der Laser kann kontinuierlich oder abschnittsweise bewegt werden. Insbesondere kann die Bewegung des Lasers 20 so eingestellt werden, dass jeder Bereich der amorphen Siliziumschicht 11 genau einmal von einem Lichtstrahl 21 getroffen wird. Die Bewegung des Lasers 20 wird hierbei auf eine Frequenz des Lasers 20 eingestellt.
  • Durch die Bestrahlung mit dem Laser 20 wird ein nicht durch die Maskierung 30 verdeckter Teil der amorphen Siliziumschicht 11 in die polykristalline Siliziumschicht 12 umgewandelt. Die polykristalline Siliziumschicht 12 dient als Kristallisationskeim für den durch die Maskierung 30 verdeckten Teil der amorphen Siliziumschicht 11, so dass auch dieser Teil in eine polykristalline Siliziumschicht 12 umgewandelt wird, so dass die in 3 gezeigte Struktur entsteht. Die gesamte amorphe Siliziumschicht 11 wird dadurch in die polykristalline Siliziumschicht 12 umgewandelt.
  • Die Siliziumschicht 11 kann auch mehr als einmal von dem Lichtstrahl 21 getroffen werden. Insbesondere kann eine Korngröße der polykristallinen Siliziumschicht 12 durch die Anzahl der Belichtungen der Siliziumschicht 11 von dem Lichtstrahl 21 verändert werden.
  • Vorzugsweise wird durch Einstellen einer Lichtintensität und einer Frequenz der Bestrahlung der amorphen Siliziumschicht 11 mit dem Laser 20 erreicht, dass eine Temperatur der Rückseite 10b des Substrates kleiner bleibt als ein vorgegebener Wert, beispielsweise 300 °C, vorzugsweise 200 °C. Die Erfindung ist nicht hierauf beschränkt. Insbesondere kann das Auskristallisieren der amorphen Siliziumschicht 11 durch andere Belichtungstechniken, beispielsweise durch Verwendung eines Scanners erfolgen.
  • In einem weiteren Schritt S3 wird auf der polykristallinen Siliziumschicht 12 eine Indiumantimonid(InSb)-Schicht 14 ausgebildet, wodurch ein in 6 gezeigtes beschichtetes Substrat 16 entsteht. Beispielsweise wird das Ausbilden der Indiumantimonid-Schicht 14 durch eine Gasphasenabscheidung durchgeführt. Insbesondere wird die Indiumantimonid-Schicht 14 durch plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) durchgeführt. Das Ausbilden der Indiumantimonid-Schicht 14 kann jedoch auch durch Sputtern durchgeführt werden.
  • Die Einzelkristalle 13 der polykristallinen Siliziumschicht 12 dienen als Kristallisationskeime der Indiumantimonid-Schicht 14. Die Einzelkristalle 15 der Indiumantimonid-Schicht 14 entsprechen also den Einzelkristallen 13 der polykristallinen Siliziumschicht 12. Insbesondere ist eine Breite d3 eines Einzelkristalls 15 der Indiumantimonid-Schicht 14 vergleichbar mit einer Breite d eines entsprechenden Einzelkristalls 13 der polykristallinen Siliziumschicht 12.
  • Vorzugsweise wird die Indiumantimonid-Schicht 14 derart ausgebildet, dass eine Temperatur der Rückseite 10b des Substrates kleiner bleibt als ein vorgegebener Wert, beispielsweise 300 °C, vorzugsweise 200 °C.
  • Die Erfindung betrifft weiter ein in 6 gezeigtes beschichtetes Substrat 16. Das beschichtete Substrat 16 besteht aus einem Substrat 10, vorzugsweise einem Halbleitersubstrat, etwa einem Siliziumsubstrat. Auf einer Oberfläche 10a des Substrats 10 ist eine polykristalline Siliziumschicht 12 mit Einzelkristallen 13 ausgebildet. Auf der polykristallinen Siliziumschicht 12 ist weiter eine Indiumantimonid-Schicht 14 mit Einzelkristallen 15 ausgebildet.
  • Gemäß einer Ausführungsform setzt sich eine Kornstruktur der polykristallinen Siliziumschicht 12 in einer Kornstruktur der Indiumantimonid-Schicht 14 fort. Dies bedeutet, dass die Einzelkristalle 15 der Indiumantimonid-Schicht 14, d.h. insbesondere deren Breite, den Einzelkristallen 14 der polykristallinen Siliziumschicht 12 entsprechen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist beispielsweise für die Verwendung in einem LCD-Bildschirm geeignet.
  • Weiterhin ist das Herstellungsverfahren bzw. die Vorrichtung auch zum Einsatz von Magnetsensoren, insbesondere Hall-Sensoren geeignet. Hierbei kann die Indiumantimonid-Schicht 14 als Ganzes oder in Teilen sowohl für die Funktion eines Magnetsensors aber auch zur Ansteuerung des Magnetsensors und/oder Verarbeitung der Magnetsensorgrößen verwendet werden. Denkbar ist auch, dass eine derartige Schicht bzw. ein derartiger Aufbau für einen Kompass verwendet wird.
  • Des Weiteren ist die Vorrichtung zur Verwendung in Hall-Sonden geeignet.
  • 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 Patentliteratur
    • US 5668395 A [0003]

Claims (9)

  1. Herstellungsverfahren für ein beschichtetes Substrat (16) mit den Schritten: Ausbilden (S1) einer amorphen Siliziumschicht (11) auf einer Oberfläche (10a) eines Substrats (10); Auskristallisieren (S2) der amorphen Siliziumschicht (11) in eine polykristalline Siliziumschicht (12); und Ausbilden (S3) einer Indiumantimonid-Schicht (14) auf der polykristallinen Siliziumschicht (12).
  2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausbilden (S1) der amorphen Siliziumschicht (11) durch plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung durchgeführt wird.
  3. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Auskristallisieren (S2) der amorphen Siliziumschicht (11) durch Laserannealing derart durchgeführt wird, dass eine Temperatur einer der Oberfläche (11a) des Substrats (11) gegenüberliegenden Rückseite (11b) des Substrats (11) nicht über 200 °C ansteigt.
  4. Herstellungsverfahren nach Anspruch 3, wobei vor dem Laserannealing eine Maskierung (30) oberhalb der amorphen Siliziumschicht (11) ausgebildet wird.
  5. Herstellungsverfahren nach Anspruch 4, wobei die Maskierung (30) ein Streifenmuster bildet.
  6. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Ausbilden (S3) der Indiumantimonid-Schicht (14) durch Sputtern und/oder durch Gasphasenabscheidung durchgeführt wird.
  7. Beschichtetes Substrat (16) mit: einer polykristallinen Siliziumschicht (12), ausgebildet auf einer Oberfläche eines Substrats (10); und einer Indiumantimonid-Schicht (14), ausgebildet auf der polykristallinen Siliziumschicht (12).
  8. Beschichtetes Substrat (16) nach Anspruch 7, wobei eine Kornstruktur der polykristallinen Siliziumschicht (12) sich in einer Kornstruktur der Indiumantimonid-Schicht (14) fortsetzt.
  9. Magnetfeldsensorelement mit einem beschichteten Substrat (16) nach einem der Ansprüche 7 oder 8.
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