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 Wachstumssubstrats

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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,
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.
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