DE19702311A1 - Wachstumssubstrat mit auf seiner Wachstumsoberfläche angeordneten Wachstumskeimen aus Diamant und/oder diamantähnlichem Kohlenstoff sowie Verfahren zum gleichmäßigen Bekeimen des Wachstumssubstrats - Google Patents
Wachstumssubstrat mit auf seiner Wachstumsoberfläche angeordneten Wachstumskeimen aus Diamant und/oder diamantähnlichem Kohlenstoff sowie Verfahren zum gleichmäßigen Bekeimen des WachstumssubstratsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Wachstumssubstrat mit auf seiner
Wachstumsoberfläche angeordneten Wachstumskeimen aus Diamant
und/oder diamantähnlichem Kohlenstoff sowie ein Verfahren zum
gleichmäßigen Bekeimen des Wachstumssubstrats, wie beides aus
dem gattungsbildend zugrundegelegten Artikel "Nucleation of
high oriented diamond on silicon via an alternating current
substrat bias" von Wolter et al. in Appl. Phys. Lett., Vol. 68,
No. 25, 17 Juni 1996, Seite 3558-3560 als bekannt hervorgeht.
Aus der zugrundegelegten Literaturstelle ist es bekannt, bei
einem Plasma-CVD-Verfahren zum Bekeimen eines in einem evaku
ierten Reaktor angeordneten und vorbehandelten Wachstums
substrats aus Silizium mit Wachstumskeimen aus Diamant und/oder
diamantähnlichem Kohlenstoff eine BIAS-Spannung in Form einer
Wechselspannung anzulegen. Durch diese Maßnahme wird auf dem
Wachstumssubstrat bei ansonst vergleichbaren Bedingungen gegen
über einer gleichstromartigen BIAS-Spannung eine höhere Keim
dichte von hochgenau orientierten Wachtumskeimen erreicht. Un
ter hochgenauer Orientierung sind Wachstumskeime zu verstehen,
deren Orientierung um weniger als 10° von der vom Wachstums
substrat entsprechend der Miller'schen Indizes (h,k,l) vorgege
benen Kristallorientierung abweichen. Trotz der hohen Keimdich
te ist die Bekeimung in hohen Maße inhomogen; d. h. über die ge
samte Wachstumsoberfläche des Wachstumssubstrats treten starke
laterale Schwankungen in der Dichte hochgenau orientierter
Wachtumskeime auf.
Aus der WO 94/08076 ist es bekannt, zur Bekeimung eines
Si-Wachstumssubstrats dieses vorzubehandeln und anschließend in
einem Plasma-CVD-Verfahren aus einer Gasphase zu bekeimen. Zum
Vorbehandeln wird das Wachstumssubstrat in einen Reaktor einge
baut, der Reaktor vorzugsweise auf kleiner 10-9 mbar evakuiert
und das Wachstumssubstrat auf mehr als 950°C erhitzt. Alterna
tiv oder in Ergänzung hierzu kann die Wachstumsoberfläche auch
einer Plasmabehandlung unterzogen werden, das bevorzugt mit ei
nem nahezu 100%-tigen Wasserstoffplasma bei Substrattemperatu
ren zwischen 300°C und 1100°C erfolgt. Hierbei ist es gün
stig, an das Wachstumssubstrat eine BIAS-Spannung zwischen +50
und -300 V, insbesondere von etwa -50 V anzulegen. Nach der
Reinigung wird in bekannter Weise mit der Bekeimung begonnen,
wobei vorteilhafterweise die Bias-Spannung aufrechterhalten
bleibt. Als Prozeßgase können bspw. CO und CH4, C2H5OH, Acety
len und Aceton oder z. B. CF4 und Methan verwendet werden. Eine
bevorzugte Kombination ist Wasserstoff und Methan.
Die mit diesem Verfahren erreichbare Keimdichte ist hoch, je
doch ist die Bekeimung in hohen Maße inhomogen, da sich hier in
der Mitte des Wachstumssubstrats nur wenige bis nahezu keine
hochgenau orientierten Wachtumskeime bilden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wachstumssubstrat mit
über die Fläche homogenerer Keimdichte als bisher herzustellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Wachstumssubstrats
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsicht
lich des Herstellungsverfahrens mit einem Verfahren mit den
Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Weitere sinnvolle Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen ent
nehmbar. Im übrigen wir die Erfindung anhand von in den Figuren
dargestellten Beispielen nachfolgend näher erläutert. Dabei
zeigt
Fig. 1 eine vollweggleichgerichtete Sinusspannung als
Bias-Spannung,
Fig. 2 eine mit einer BIAS-Spannung gemäß Fig. 1 bekeimte
Wachstumsoberfläche eines Si-Wachstumssubstrats,
Fig. 3 eine Sinusspannung als Bias-Spannung,
Fig. 4 eine mit einer BIAS-Spannung gemäß Fig. 3 bekeimte
Wachstumsoberfläche eines Si-Wachstumssubstrats,
Fig. 5 eine halbweggleichgerichtete Sinusspannung als
Bias-Spannung,
Fig. 6 eine mit einer BIAS-Spannung gemäß Fig. 1 bekeimte
Wachstumsoberfläche eines Si-Wachstumssubstrats,
Fig. 7 das Zentrum einer mit Diamant bekeimten Wachstumsober
fläche (Welcher Nachweis) bei einer halbweggleichge
richteten BIAS-Spannung von 0.5 Hertz,
Fig. 8 die Wachstumsoberfläche des Wachstumssubstrats nach Fig.
7 in einem Abstand von ca. 10 mm vom Zentrum,
Fig. 9 das Zentrum einer mit Diamant bekeimten Wachstumsober
fläche (Welcher Nachweis) bei einer halbweggleichge
richteten BIAS-Spannung von 5 Hertz,
Fig. 10 die Wachstumsoberfläche des Wachstumssubstrats nach Fig.
9 in einem Abstand von ca. 10 mm vom Zentrum,
Fig. 11 das Zentrum einer mit Diamant bekeimten Wachstumsober
fläche (Welcher Nachweis) bei einer halbweggleichge
richteten BIAS-Spannung von 50 Hertz,
Fig. 12 die Wachstumsoberfläche des Wachstumssubstrats nach Fig.
11 in einem Abstand von ca. 10 mm vom Zentrum,
Fig. 13 das Zentrum einer mit Diamant bekeimten Wachstumsober
fläche (Welcher Nachweis) bei einer halbweggleichge
richteten BIAS-Spannung von 500 Hertz,
Fig. 14 die Wachstumsoberfläche des Wachstumssubstrats nach Fig.
13 in einem Abstand von ca. 10 mm vom Zentrum,
Fig. 15 das Zentrum einer mit Diamant bekeimten Wachstumsober
fläche (Welcher Nachweis) bei einer halbweggleichge
richteten BIAS-Spannung von 10 Hertz,
Fig. 16 die Wachstumsoberfläche des Wachstumssubstrats nach Fig.
15 in einem Abstand von ca. 10 mm vom Zentrum,
Fig. 17 der Verlauf der Keimdichte in Abhängigkeit vom Abstand
vom Zentrum bei dem Wachstumssubstrat nach Fig. 7,
Fig. 18 der Verlauf der Keimdichte in Abhängigkeit vom Abstand
vom Zentrum bei dem Wachstumssubstrat nach Fig. 9,
Fig. 19 der Verlauf der Keimdichte in Abhängigkeit vom Abstand
vom Zentrum bei dem Wachstumssubstrat nach Fig. 11,
und
Fig. 20 der Verlauf der Keimdichte in Abhängigkeit vom Abstand
vom Zentrum bei dem Wachstumssubstrat nach Fig. 13
Fig. 21 der Verlauf der Keimdichte in Abhängigkeit vom Abstand
vom Zentrum bei dem Wachstumssubstrat nach Fig. 15.
Die Bekeimung der nachfolgend dargestellten Wachstumssubstrate
erfolgte bei weitgehend gleichen CVD-Prozeßbedingungen in ei
nem evakuierbaren Reaktor. Einziger Unterschied war die Fre
quenz der AC-BIAS-Spannung.
Der prinzipielle Prozeßablauf ist das Plasmaätzen zur Reinigung
der Wachstumsoberfläche. Hierzu wurde der Reaktor der auf etwa
10-8 mbar abgepumpt und das Plasmaätzen in einem H2-Plasma ohne
BIAS-Spannung bei einer Substrattemperatur von 810°C vorgenom
men.
An das Plasmaätzen schließt sich die BIAS-Vorbehandlung an.
Hierbei wird an das Substrat eine periodische Wechselspannung
zwischen 0,5 und 500 Hz mit einer Maximalamplitude eines Be
trags von 230 V angelegt. Als Prozeßgase werden H2, CH4, N2
und O2 verwendet. Das insbesondere aus Silizium gebildete
Wachstumssubstrat wird auf eine Temperatur zwischen 870°C und
890°C erhitzt. Die BIAS-Vorbehandlung ist beendet, wenn auf
der Wachstumsoberfläche des Si-Wachstumssubstrats durch den An
stieg des Betrags des mittleren BIAS-Stroms eine ausreichende
Bekeimung mit Diamant detektiert wird.
An die BIAS-Vorbehandlung kann sich das Wachstum der Diamant
schicht anschließen, wobei der Wachstumsparameter α gemäß der
Formel
mit v100: Wachstumsgeschwindigkeit in <100<-Richtung und
v111: Wachstumsgeschwindigkeit in <111<-Richtung, wobei
<abc< den Miller'schen Indizes in der Kristallographie entspricht,
v111: Wachstumsgeschwindigkeit in <111<-Richtung, wobei
<abc< den Miller'schen Indizes in der Kristallographie entspricht,
auf einen Wert zwischen 2 und 3 eingestellt wird.
In Fig. 1 ist ein zeitlicher Verlauf einer wechselspannungsar
tigen (AC) BIAS-Spannung dargestellt, wie sie während der Be
keimung eines Silizium-Wachstumssubstrats gemäß Fig. 2 ange
legt war. Zur Realisierung dieser BIAS-Spannung wurde eine Si
nus-Spannung einer Frequenz von 50 Hertz (s-1) vollweggleichge
richtet. Die am Wachstumssubstrat anliegende maximale Spannung
betrug 0 Volt und die kleinste Spannung -200 Volt. Der größte
Betrag der elektrischen Spannung war demgemäß 200 Volt.
In Fig. 2 ist ein Ausschnitt der mit einer BIAS-Spannung gemäß
Fig. 1 bekeimten Wachstumsoberfläche in einem Abstand von ca.
15 mm vom Zentrum des Wachstumssubstrat mit einer Vergrößerung
von 10.000 dargestellt.
Die Qualität der Bekeimung ist relativ schlecht, da nur ein ge
ringer Prozentsatz der sich bildenden Wachstumskeime gut - d. h.
mit weniger als 10° gegenüber den vom Wachstumssubstrat vorge
geben Kristallachsen abweichenden Kristallachsen - abweichen.
Die Proben wurden nach der Bekeimung eine Stunde lang unter
Wachstumsbedingungen α=2 . . . 3 beschichtet. Die Keimdichten
wurden anschließend mit Hilfe von Rasterelektronenmikroskop-Auf
nahmen (REM) durch manuelles Auszählen der Keime, welche ein
inplane Fehlorientierung <10% aufweisen ermittelt. Die Anzahl
der orientierten Keime ist <80%. Eine Aussage zur Größe der
Keime erscheint wenig zweckmäßig, da die Größe von der Be
schichtungszeit abhängt.
In Fig. 3 ist ein zeitlicher Verlauf einer wechselspannungsar
tigen (AC) BIAS-Spannung dargestellt, wie sie während der Be
keimung eines Silizium-Wachstumssubstrats gemäß Fig. 4 ange
legt war. Als BIAS-Spannung wurde eine normale Sinus-Spannung
einer Frequenz von 50 Hertz (Hz) verwendet. Die am Wachstums
substrat anliegende jeweilige maximale Spannung betrug 200 Volt
und die kleinste Spannung -200 Volt. Der größte Betrag der
elektrischen Spannung war demgemäß 200 Volt.
In Fig. 4 ist ein Ausschnitt der mit einer BIAS-Spannung gemäß
Fig. 3 bekeimten Wachstumsoberfläche in einem Abstand von ca.
10 mm vom Zentrum des Wachstumssubstrat mit einer Vergrößerung
von 10.000 dargestellt. Die Qualität der Bekeimung ist besser
als die nach dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, da der Pro
zentsatz der sich bildenden und hochorientierten Wachstumskeime
höher ist.
In Fig. 5 ist ein zeitlicher Verlauf einer wechselspannungsar
tigen (AC) BIAS-Spannung dargestellt, wie sie während der Be
keimung eines Silizium-Wachstumssubstrats gemäß Fig. 6 ange
legt war. Zur Realisierung dieser BIAS-Spannung wurde eine Si
nus-Spannung einer Frequenz von 50 Hertz (Hz) halbweggleichge
richtet, so daß nur die negative Halbwelle verwendet wird. Die
am Wachstumssubstrat anliegende maximale Spannung betrug 0 Volt
und die kleinste Spannung - 200 Volt. Der größte Betrag der
elektrischen Spannung war demgemäß 200 Volt.
Insbesondere ist es bei dieser bevorzugten Wellenform der
BIAS-Spannung von Vorteil, die Wellenform so einzustellen, daß deren
negative Spitzenspannung kleiner als - 30 V, insbesondere klei
ner als -50 V ist, daß innerhalb einer Periode die
BIAS-Spannung jeweils für eine vorgebbare Aktivzeit ton mit einem
Wert kleiner - 30 V angelegt wird und daß innerhalb derselben
Periode die BIAS-Spannung für eine bestimmte Pausenzeit toff in
einem Intervall größer -30 V ist.
In Fig. 6 ist ein Ausschnitt der mit einer BIAS-Spannung gemäß
Fig. 5 bekeimten Wachstumsoberfläche in einem Abstand von ca.
10 mm vom Zentrum des Wachstumssubstrat mit einer Vergrößerung
von 10.000 dargestellt. Die Qualität der Bekeimung ist die Be
ste, die bislang erreicht wurde. Der Prozentsatz der sich bil
denden Wachstumskeime ist am höchsten.
Im folgenden sind fünf Ausführungsbeispiele (Probe 1 bis Probe
5) dargestellt, die bei gleichartigen Wellenformen der
BIAS-Spannung, jedoch unterschiedlichen Frequenzen bekeimt wurden.
Bei Probe 1 war die Frequenz 0.5 Hz, bei Probe 2 war die Fre
quenz 5 Hz, bei Probe 3 war die Frequenz 50 Hz und bei Probe 4
war die Frequenz 500 Hz. Die Spannung der BIAS-Spannung betrug
bei allen Proben 1 bis 4 zwischen 0 V und - 200 V, wobei während
der Pausenzeit toff die Spannung 0 V betrug. Gleichzeitig wurde
die Wellenform der BIAS-Spannung so eingestellt, daß die Pau
senzeit toff in etwa der Zeitdauer der Aktivzeit ton entsprach.
In den Fig. 7 und 8 ist jeweils ein Ausschnitt der Wachstums
oberfläche in unterschiedlichen Abständen vom Zentrum der
Wachstumsoberfläche der Probe 1 dargestellt. Zur Bekeimung wur
de an die Probe 1 eine BIAS-Spannung von 0.5 Hz angelegt, die
ferner den eben genannten Kriterien genügt und in der Art in
etwa der nach Fig. 5 entspricht. Die Fig. 7 und 8 weisen
eine Vergrößerung von 10.000 auf.
Die Bedingungen bei der Bekeimung der Probe 1 mittels
Plasma-CVD werden nachfolgend aufgeführt.
Die Bekeimung im Bereich des Zentrums der Wachstumsoberfläche
der Probe 1 ist - wie in Fig. 7 dargestellt - auf kleine In
seln beschränkt. Die Bekeimung der Wachstumsoberfläche in einem
Abstand von 10 mm vom Zentrum ist in Fig. 8 dargestellt und
gegenüber der Bekeimung im Zentrum verbessert.
In Fig. 17 ist die Keimdichte orientierter Keime auf der
Wachstumsoberfläche der Probe 1 in Abhängigkeit vom Abstand vom
Zentrum dargestellt, wobei die Keimdichte in 108 Keime pro cm2
und der Abstand vom Zentrum des Wachstumsoberfläche des Wachstums
substrat der Probe 1 in mm aufgetragen ist.
Aus dem Diagramm nach Fig. 17 ist zu ersehen, daß sich die
Keimdichte der Probe 1 mit zunehmendem Abstand vom Zentrum
stetig verbessert und bei einem Abstand von ca. 14-15 mm vom
Zentrum einen Hochpunkt mit einer Keimdichte von etwa 2.2.108
Keimen pro cm2 aufweist. Anschließend nimmt die Keimdichte wie
der ab und weist bei einem Abstand von ca. 20 mm aber immer
noch eine Keimdichte von etwa 1.1.108 Keimen pro cm2 auf. Die
Keimdichte im Zentrum der Probe 1 ist in der vorgegebenen Ein
heit nicht erwähnenswert.
Insgesamt ist zu sagen, daß die Homogenität der Keimdichte über
die Wachstumsoberfläche der Probe 1 nur in einem Abstand zwi
schen 10 und 20 mm vom Zentrum einen guten Wert aufweist und im
Bereich vom Zentrum bis zu einem Abstand von 10 mm schlecht
ist.
Zur Erstellung des Diagramms nach Fig. 17 und ebenso nach den
Fig. 18 bis 21 wurde die Keimdichte durch die Auswertung von
REM-Aufnahmen ermittelt. Dazu wurden manuell all diejenigen
Kristalle als orientiert gekennzeichnet, deren azimutale Orien
tierung um weniger als 10° gegen das Wachstumssubstrat verkippt
bzw. verdreht waren.
In den Fig. 9 und 10 ist jeweils ein Ausschnitt der Wachstums
oberfläche in unterschiedlichen Abständen vom Zentrum der
Wachstumsoberfläche der Probe 2 dargestellt. Im Gegensatz zu
der Probe 1 wurde hier die Bekeimung bei einer Frequenz der
BIAS-Spannung von 5 Hz durchgeführt. Die Fig. 9 und 10 weisen
auch hier eine Vergrößerung von 10.000 auf.
Die Bedingungen bei der Bekeimung der Probe 2 mittels
Plasma-CVD werden nachfolgend aufgeführt.
Die Bekeimung im Bereich des Zentrums der Wachstumsoberfläche
der Probe 2 ist - wie in Fig. 9 dargestellt - gut. Die Bekei
mung der Wachstumsoberfläche in einem Abstand von 10 mm vom
Zentrum ist in Fig. 8 dargestellt und gegenüber der Bekeimung
im Zentrum noch verbessert.
In Fig. 18 ist die Keimdichte orientierter Keime auf der
Wachstumsoberfläche der Probe 2 in Abhängigkeit vom Abstand vom
Zentrum dargestellt, wobei die Keimdichte in 108 Keime pro cm2
und der Abstand vom Zentrum des Wachstumsoberfläche des Wachstums
substrat der Probe 2 in mm aufgetragen ist.
Wie aus dem Diagramm nach Fig. 18 zu ersehen ist, weist die
Keimdichte der Probe 2 im Zentrum einen Wert von ca. 3.6.108
Keimen pro cm2 auf. Auch hier nimmt die Keimdichte mit zuneh
mendem Abstand vom Zentrum stetig zu und weist bei einem Ab
stand von ca. 14-15 mm vom Zentrum einen Hochpunkt mit einer
Keimdichte von etwa 4.8.108 Keimen pro cm2 auf. Anschließend
nimmt die Keimdichte rapid ab und weist bei einem Abstand von
ca. 20 mm nur noch eine Keimdichte von etwa 0.2.108 Keimen
pro cm2 auf. Die Differenz der Keimdichte im Zentrum und der
maximalen Keimdichte beträgt bei der Probe 2 etwa 1.2.108
Keime pro cm2, als etwa 25%. Insgesamt ist zu sagen, daß die
Homogenität der Keimdichte über die Wachstumsoberfläche der
Probe 2 das beste Resultat der Proben 1-4 aufweist.
In den Fig. 11 und 12 ist jeweils ein Ausschnitt der Wachstums
oberfläche in unterschiedlichen Abständen vom Zentrum der
Wachstumsoberfläche der Probe 3 dargestellt. Im Gegensatz zu
der Probe 1 und 2 wurde die Bekeimung der Probe 3 bei einer
Frequenz der BIAS-Spannung von 50 Hz durchgeführt. Die Fig. 11
und 12 weisen auch hier eine Vergrößerung von 10.000 auf.
Die Bedingungen bei der Bekeimung der Probe 3 mittels
Plasma-CVD werden nachfolgend aufgeführt.
Die Bekeimung im Bereich des Zentrums der Wachstumsoberfläche
der Probe 3 ist - wie in Fig. 11 dargestellt - besser als bei
Probe 1 aber schlechter als bei Probe 2. Die Bekeimung der
Wachstumsoberfläche in einem Abstand von 10 mm vom Zentrum ist
in Fig. 12 dargestellt und gegenüber der Bekeimung im Zentrum
verbessert.
In Fig. 19 ist die Keimdichte orientierter Keime auf der
Wachstumsoberfläche der Probe 3 in Abhängigkeit vom Abstand vom
Zentrum dargestellt, wobei die Keimdichte in 10 Keime pro cm2
und der Abstand vom Zentrum des Wachstumsoberfläche des
Wachstumssubstrat der Probe 3 in mm aufgetragen ist.
Wie aus dem Diagramm nach Fig. 19 zu ersehen ist, weist die
Keimdichte der Probe 3 im Zentrum einen Wert von ca. 1.108
Keimen pro cm2 auf. Die Keimdichte nimmt mit zunehmendem Ab
stand vom Zentrum stetig und stark zu und weist bei einem Ab
stand von ca. 14-15 mm vom Zentrum einen Hochpunkt mit einer
Keimdichte von etwa 4.4.108 Keimen pro cm2 auf. Anschließend
nimmt die Keimdichte auch hier rapid ab und weist bei einem Ab
stand von ca. 20 mm noch eine Keimdichte von etwa 2.2.108
Keimen pro cm2 auf. Der Abfall der Keimdichte nach dem Maximum
ist als geringer wie bei derjenige bei Probe 2. Insgesamt ist
zu sagen, daß die Homogenität der Keimdichte zwar schlechter
ist als bei Probe 2, aber insbesondere in einem Abstandbereich
zwischen etwa 0.5 mm und 20 mm vom Zentrum dennoch als gut an
gesehen werden kann.
In den Fig. 13 und 14 ist jeweils ein Ausschnitt der Wachstums
oberfläche in unterschiedlichen Abständen vom Zentrum der
Wachstumsoberfläche der Probe 4 dargestellt. Im Gegensatz zu
der bislang behandelten Proben 1 bis 3 wurde die Bekeimung der
Probe 4 bei einer Frequenz der BIAS-Spannung von 500 Hz durch
geführt. Die Fig. 13 und 14 weisen auch hier eine Vergrößerung
von 10.000 auf.
Die Bedingungen bei der Bekeimung der Probe 4 mittels
Plasma-CVD werden nachfolgend aufgeführt.
Die Bekeimung im Bereich des Zentrums der Wachstumsoberfläche
der Probe 4 ist - wie in Fig. 13 dargestellt - auf einzelne
Inseln beschränkt, die randseitig teilweise miteinander ver
bunden sind. Im Prinzip sieht die Bekeimung aus wie diejenige
der Probe 1 (siehe Fig. 7), ist aber dennoch besser, da hier
eine größere Keimdichte vorliegt. Die Bekeimung der Wachstums
oberfläche in einem Abstand von 10 mm vom Zentrum ist in
Fig. 14 dargestellt und gegenüber der Bekeimung im Zentrum
verbessert.
In Fig. 20 ist die Keimdichte orientierter Keime auf der
Wachstumsoberfläche der Probe 4 in Abhängigkeit vom Abstand vom
Zentrum dargestellt, wobei die Keimdichte in 108 Keime pro cm2
und der Abstand vom Zentrum des Wachstumsoberfläche des Wachstums
substrat der Probe 4 in mm aufgetragen ist.
Wie aus dem Diagramm nach Fig. 20 zu ersehen ist, weist die
Keimdichte der Probe 4 im Zentrum einen Wert auf, der in der
aufgetragenen Einheit von 1.108 Keimen pro cm2 nicht erwäh
nenswert ist. Die Keimdichte nimmt mit zunehmendem Abstand vom
Zentrum stetig und sehr stark zu und weist bei einem Abstand
von ca. 14-15 mm vom Zentrum einen Hochpunkt mit einer Keim
dichte von etwa 3.4.108 Keimen pro cm2 auf. Anschließend
nimmt die Keimdichte auch hier rapid ab und weist bei einem Ab
stand von ca. 20 mm noch eine Keimdichte von etwa 0.8.108
Keimen pro cm2 auf. Insgesamt ist zu sagen, daß die Homogenität
der Keimdichte zwar schlechter ist als bei Proben 1 und 2,
aber in einem Abstandbereich zwischen etwa 0.5 mm und 20 mm vom
Zentrum dennoch als akzeptabel angesehen werden kann. Generell
ist die Homogenität der Keimdichte dieser Probe 4 besser als
diejenige der Probe 1.
In den Fig. 15 und 16 ist jeweils ein Ausschnitt der Wachstums
oberfläche in unterschiedlichen Abständen vom Zentrum der
Wachstumsoberfläche der Probe 5 dargestellt. Die Bekeimung bei
einer Frequenz der BIAS-Spannung von 10 Hz durchgeführt. Die
Fig. 15 und 16 weisen auch hier eine Vergrößerung von 10.000
auf.
Die Bedingungen bei der Bekeimung der Probe 5 mittels
Plasma-CVD werden nachfolgend aufgeführt.
Wie anhand der obigen Tabelle ersichtlich ist, sind deren
Ergebnisse der Probe 5 nicht direkt mit den Ergebnissen der Proben 1
bis 4 vergleichbar, da eine etwas andere Plasmageometrie vorlag
und die Probe auch anschließend, d. h. nach der eigentlichen Be
keimung, für 5 Stunden beschichtet wurde.
Dennoch ist, wie aus Fig. 21 ersichtlich, auch hier eine sehr
gute radiale Homogenität der Keimdichte orientierter Keime sehr
deutlich zu erkennen. Die Absolutwerte der Keimdichten sind,
verglichen mit den vorherigen Proben, zu etwas kleineren Werten
verschoben, was auf die großen Schichtdicken zurückzuführen
ist.
Die Bekeimung im Bereich des Zentrums der Wachstumsoberfläche
der Probe 5 ist - wie in Fig. 15 dargestellt - gut. Die Bekei
mung der Wachstumsoberfläche in einem Abstand von 10 mm vom
Zentrum ist in Fig. 21 dargestellt gleichfalls gut.
In Fig. 21 ist die Keimdichte auf der Wachstumsoberfläche der
Probe 5 in Abhängigkeit vom Abstand vom Zentrum dargestellt,
wobei die Keimdichte in 108 Keime pro cm2 und der Abstand vom
Zentrum des Wachstumsoberfläche des Wachstumssubstrat der Probe
5 in mm aufgetragen ist. Ebenfalls wurde in diesem Diagramm die
totale Keimdichte (mit Punkten) und auch die Keimdichte am
hochorientierten Keimen (quadratische Punkte) dargestellt.
Wie aus dem Diagramm nach Fig. 21 zu ersehen ist, weist die
Keimdichte von orientierten Keimen der Probe 5 im Zentrum ei
nen Wert von ca. 2.4.108 Keimen pro cm2 auf, während die to
tale Keimdichte ca. 3.4.108 Keimen pro cm2 beträgt. Im Gegen
satz zu den vorherigen Proben 1 bis 4 bildet sich hier kein Ma
ximum der Keimdichte aus. Vielmehr nimmt die Keimdichte nach
außen hin zu. So beträgt die orientierte Keimdichte bei einem
Abstand von 20 mm vom Zentrum etwa 3.8.108 Keime pro cm2 und
die Totale Keimdichte etwa 5.8.108 Keime pro cm2. Insgesamt
ist zu sagen, daß die Homogenität der Keimdichte über die
Wachstumsoberfläche der Probe 5 gut ist, wobei beginnend ab ei
nem Abstand zwischen 10 und 15 mm vom Zentrum entfernt die to
tale Keimdichte stärker als die orientierte Keimdichte zunimmt.
Zu den Proben 1 bis 5 kann zusammenfassend gesagt werden, daß
die Homogenität der Keimdichte eine Funktion der Frequenz ist,
mit zunehmender Frequenz bis ca. 500 Hz sich eine Verbesserung
anzeichnet und in einem Frequenzbereich um 5 Hz herum die be
sten Resultate aufweist.
Anstelle eines Wachstumssubstrat aus kristallinem Si kann auch
ein Wachstumssubstrats aus kristallinem β-Siliziumkarbid
(β-SiC) gewählt werden.
Claims (17)
1. Wachstumssubstrat mit auf seiner Wachstumsoberfläche ange
ordneten Wachstumskeimen aus Diamant und/oder diamantähnlichem
Kohlenstoff, wobei die Orientierung von über 50% der Wachstums
keime um weniger als 10° von der vom Wachstumssubstrat ent
sprechend der Miller'schen Indizes (h, k, l) vorgegebenen Kri
stallorientierung abweichen,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Keimdichte zwischen der Mitte des Wachstums
substrats und einer Entfernung von maximal 15 mm von der Mitte
um maximal 80% ändert.
2. Wachstumssubstrat nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Keimdichte zwischen der Mitte des Wachstums
substrats und einer Entfernung von maximal 15 mm von der Mitte
um maximal 50% ändert.
3. Wachstumssubstrat nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Keimdichte zwischen der Mitte des Wachstums
substrats und einer Entfernung von maximal 15 mm von der Mitte
um maximal 30% ändert.
4. Wachstumssubstrat nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Keimdichte zwischen der Mitte des Wachstums
substrats und einer Entfernung von maximal 15 mm von der Mitte
um maximal 20% ändert.
5. Wachstumssubstrat nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Keimdichte in der Mitte des Wachstumssubstrats wenig
stens 1.108 pro cm2 beträgt.
6. Wachstumssubstrat nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Keimdichte in der Mitte des Wachstumssubstrats wenig
stens 3.108 pro cm2 beträgt.
7. Wachstumssubstrat nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Keimdichte zwischen der Mitte des Wachstumssubstrats
und einer Entfernung von maximal 15 mm von der Mitte zwischen
1.108 pro cm2 5.108 pro cm2 und beträgt
8. Wachstumssubstrat nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Keimdichte zwischen der Mitte des Wachstumssubstrats
und einer Entfernung von maximal 15 mm von der Mitte zwischen
3,5.108 pro cm2 5.108 pro cm2 und beträgt.
9. Verfahren zum gleichmäßigen Bekeimen eines Wachstums
substrats mit Diamant und/oder diamantähnlichem Kohlenstoff aus
einer Gasphase, insbesondere mittels eines Plasma-CVD-Verfahrens,
bei welchem Verfahren zur Ausbildung von Wachstums
keimen an das in einem evakuierten Reaktor angeordnete und vor
behandelte Wachstumssubstrat eine BIAS-Spannung in Form einer
Wechselspannung angelegt wird, und der Wachstumsoberfläche des
Wachstumssubstrats die üblichen Prozeßgase zugeführt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Frequenz für die BIAS-Spannung eine Frequenz zwischen
0,5 und 500 Hz, eingestellt wird und deren negative Spitzen
spannung kleiner als - 30 V, insbesondere kleiner als - 50 V
gewählt wird und daß innerhalb einer Periode die BIAS-Spannung
jeweils für eine vorgebbare Aktivzeit (ton) mit einem Wert
kleiner - 30 V angelegt wird und daß innerhalb derselben Peri
ode die BIAS-Spannung für eine bestimmte Pausenzeit (toff) in
einem Intervall größer - 30 V.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die BIAS-Spannung in der Pausenzeit (toff) in einem Inter
vall innerhalb ±30 V angelegt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Frequenz zwischen 1 und 100 Hz gewählt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Frequenz zwischen 1 und 10 Hz, insbesondere etwa 5 Hz
gewählt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß innerhalb einer Periode die BIAS-Spannung jeweils für eine
bestimmte Aktivzeit (ton) mit einem Wert kleiner - 30 V ange
legt wird und innerhalb derselben Periode die BIAS-Spannung für
eine bestimmte Pausenzeit (toff) in einem Intervall innerhalb
±30 V angelegt wird und daß die Aktivzeit (ton) ungefähr
gleichlang wie die Pausenzeit (toff) eingestellt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß innerhalb einer Periode die BIAS-Spannung jeweils für eine
bestimmte Aktivzeit (ton) mit einem Wert kleiner - 30 V ange
legt wird und innerhalb derselben Periode die BIAS-Spannung für
eine bestimmte Pausenzeit (toff) in einem Intervall innerhalb
±30 V angelegt wird und daß als Periodendauer dieser Periode die
Summe aus Aktiv- und Pausenzeit gewählt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die BIAS-Spannung innerhalb einer Periode jeweils für eine
bestimmte Zeit (ton) anliegt und für eine bestimmte
(Pausen-)Zeit (toff) abgeschaltet ist.
16. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Wachstumssubstrat aus Silizium gewählt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Wachstumssubstrat aus β-Siliziumcarbid (β-SiC) gewählt
wird.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19702311A DE19702311A1 (de) | 1997-01-23 | 1997-01-23 | Wachstumssubstrat mit auf seiner Wachstumsoberfläche angeordneten Wachstumskeimen aus Diamant und/oder diamantähnlichem Kohlenstoff sowie Verfahren zum gleichmäßigen Bekeimen des Wachstumssubstrats |
JP10042760A JP3008092B2 (ja) | 1997-01-23 | 1998-01-21 | ダイヤモンド又はダイヤモンドに類似の炭素から成り成長表面上に設けられる成長核を持つ成長基板及び成長基板の均一な核生成方法 |
US09/012,554 US6037240A (en) | 1997-01-23 | 1998-01-23 | Growth substrate having growth nuclei made of diamonds and/or diamond-like carbon arranged on its growth surface as well as process for a uniform nucleation on the growth substrate |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19702311A DE19702311A1 (de) | 1997-01-23 | 1997-01-23 | Wachstumssubstrat mit auf seiner Wachstumsoberfläche angeordneten Wachstumskeimen aus Diamant und/oder diamantähnlichem Kohlenstoff sowie Verfahren zum gleichmäßigen Bekeimen des Wachstumssubstrats |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE19702311A1 true DE19702311A1 (de) | 1998-07-30 |
Family
ID=7818149
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19702311A Withdrawn DE19702311A1 (de) | 1997-01-23 | 1997-01-23 | Wachstumssubstrat mit auf seiner Wachstumsoberfläche angeordneten Wachstumskeimen aus Diamant und/oder diamantähnlichem Kohlenstoff sowie Verfahren zum gleichmäßigen Bekeimen des Wachstumssubstrats |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3008092B2 (de) |
DE (1) | DE19702311A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102017205417A1 (de) | 2017-03-30 | 2018-10-04 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur Ausbildung einer mit poly- oder einkristallinem Diamant gebildeten Schicht |
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- 1997-01-23 DE DE19702311A patent/DE19702311A1/de not_active Withdrawn
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- 1998-01-21 JP JP10042760A patent/JP3008092B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Wolter et al: The nucleation of highly oriented diamond on silicon via alternating current sub- strate bias. In: Appl. Phys. Letters 68, H.25, 1996, S.3558-3560 * |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10231193A (ja) | 1998-09-02 |
JP3008092B2 (ja) | 2000-02-14 |
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