DE4427715C1 - Komposit-Struktur mit auf einer Diamantschicht und/oder einer diamantähnlichen Schicht angeordneter Halbleiterschicht sowie ein Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Komposit-Struktur mit auf einer Diamantschicht und/oder einer diamantähnlichen Schicht angeordneter Halbleiterschicht sowie ein Verfahren zu deren Herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Komposit-Struktur mit auf einer Diamantschicht angeordneten Halbleiterschicht gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so­ wie ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13, wie beides aus der gattungsbildend zugrundegeleg­ ten US 5 186 785 als bekannt hervorgeht.
Aus der gattungsbildenden US 5 186 785 ist eine Komposit-Struk­ tur bekannt, bei der über nahezu die gesamte Fläche eines Wachstumssubstrats aus Si eine Diamantschicht abgeschieden wird. Bei der Abscheidung der Diamantschicht bleibt der Rand des Wachtumssubstrats aus Silizium unbeschichtet. Oberhalb der Dia­ mantschicht wird eine Siliziumschicht abgeschieden, die außen­ seitig über die Diamantschicht hinausragt, wodurch sie außen­ seitig auch direkt auf dem bislang unbeschichteten Rand des Wachstumssubstrats aus Silizium abgeschieden wird. Nach der Abscheidung der Si-Schicht wird deren Kristallgitter durch eine Rekristallisation mittels einem an sich bekannten Zonenschmelz­ verfahren verbessert, wobei die Kristallinformationen (Gitter­ abstand und dgl.) für die Si-Schicht außenseitig von dem Wachs­ tumssubstrat in die Si-Schicht gelangen. Die derart hergestellte Komposit-Struktur ist zur späteren Applikation von elektro­ nischen Bauteilen und/oder Bauteilgruppen, im folgen­ den vereinfachend Bauteile genannt, auf und/oder in der Diamant­ schicht vorgesehen. Die Bauteile werden nach ihrer Fertig­ stellung je nach Zusammengehörigkeit partiell aus der die appli­ zierten Bauteile aufweisenden Komposit-Struktur insbesondere durch Aussägen entfernt. Dadurch, daß zur Bildung der Halb­ leiterschicht die Kristallinformation ausschließlich über den Rand des Wachstumssubstrats einfließt, ergibt sich oberhalb der Diamantschicht in der Si-Schicht eine hohe Anzahl der Stör­ stellen des Kristallgitters, wie Versetzungen oder dergleichen. Dies wirkt sich nachteilig auf die Qualität der späteren Bau­ teile aus.
Aus der EP 317 124 A2 ist eine Komposit-Struktur für ein elek­ tronisches Bauteil bekannt, die zwischen einem Substrat und ei­ ner Halbleiterschicht eine Diamantschicht aufweist. Da bei der Herstellung dieses Komposit-Substrat auf das Substrat zuerst vollflächig die Diamantschicht und anschließend auf die Diamant­ schicht die Halbleiterschicht aufgetragen wird, weist auch diese Halbleiterschicht dieses Komposit-Substrats eine hohe Störstel­ lendichte auf.
Aus der DE 42 33 085 A1 ist ein Verfahren bekannt, mit dem mit­ tels eines CVD-Verfahrens auf einem Si-Substrat eine Diamant­ schicht heteroepitaktisch abgeschieden wird. Um eine gute Ab­ scheidung zu gewährleisten, wird an das Si-Substrat während der Keimbildungsphase eine negative BIAS-Spannung angelegt. Wird auf einer derartigen Diamantschicht zur Herstellung von mikroelek­ tronischen Bauteilen anschließend eine Halbleiterschicht abge­ schieden, weist eine derartige Halbleiterschicht oberhalb der Diamantschicht ebenfalls eine erhebliche Störstellendichte auf.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die zugrundegelegte Komposit- Struktur dahingehen zu verbessern, daß unter Zuhilfenahme der Komposit-Struktur hergestellte Bauteile eine höhere Qualität aufweisen.
Die Aufgabe wird bei einer zugrundegelegte Komposit-Struktur er­ findungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. bzgl. des Verfahrens mit den kennzeichnenden Verfahrens­ schritten des Anspruchs 13 gelöst. Durch die bewußte Ausbildung und Anbringung von Kanten in der Diamantschicht im Bereich un­ ter- und außerhalb der späteren Bauteile und/oder Bauteilgrup­ pen, im folgenden Bauteilwurzeln genannt, z. B. in Form von Rän­ dern von selektiv auf dem Wachstumssubstrat angeordneten Er­ höhungen oder Vertiefungen sammeln sich an den Kanten bei der Abscheidung der Halbleiterschicht gewachsenen und/oder aus von dem Wachstumssubstrat weitergewachsenen Störstellen, wie Ver­ setzungen oder dgl. Dadurch weist die nach der Diamantschicht angeordnete Halbleiterschicht, die bevorzugt aus einer Si- Schicht gebildet ist, zwischen den Kanten, also im Bereich der Bauteilwurzeln, eine geringere Dichte an Störstellen, wie Ver­ setzungen und dgl., auf. Im den Bereich der Si-Schicht, die eine geringere Anzahl an Störstellen aufweist, d. h. im Bereich der Bauteilwurzeln, können dann die Bauteile angeordnet und an­ schließend die einzelnen Bauteile bzw. Bauteilgruppen ausgesägt werden.
Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprü­ chen entnehmbar. Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 ein Wachstumssubstrat mit darauf abgeschiedener und als vereinzelte Diamantinseln ausgebildeter Diamantschicht,
Fig. 2 ein Wachstumssubstrat mit darauf abgeschiedener und netzartig ausgebildeter Diamantschicht,
Fig. 3 ein Wachstumssubstrat mit darauf abgeschiedenen vereinzelten Diamantinseln, welche sich von einer ge­ schlossenen Diamantschicht abheben,
Fig. 4 ein Komposit-Substrat mit über die Ränder von Diamant­ inseln abgeschiedener Halbleiterschicht,
Fig. 5 ein Komposit-Substrat mit ausschließlich oberhalb von Diamantinseln abgeschiedener Halbleiterschicht und
Fig. 6 einen Apparatur zur Herstellung der Komposit-Struktur.
In Fig. 1 ist eine Wachstumssubstrat 5 mit einer darauf abge­ schiedenen und in der Art vereinzelter Diamantinseln 11 ausge­ bildete Diamantschicht 1 dargestellt. Mit dem Wachstumssubstrat 5 gemäß Fig. 1 kann eine Komposit-Struktur herstellt werden, die günstigerweise späteren Applikation von elektronischen Bau­ teilen und/oder Bauteilgruppen, im folgenden vereinfachend Bau­ teile genannt, vorgesehen ist und die eine zumindest auf den Diamantinseln 11 angeordnete Halbleiterschicht 4 (siehe Fig. 4 und 5) aufweist.
Die zweckmäßigerweise polykristallin und/oder monokristallin ausgebildete Diamantschicht 1 kann hierbei als elektronisch pas­ sives und/oder als elektronisch aktives Material verwandt wer­ den, wobei unter anderem in allen Fällen die hohe Wärme­ leitfähigkeit und bei reinen Diamant zusätzlich noch die gute elektrische Isolation dieser Diamantschicht 1 von Vorteil ist.
Die Halbleiterschicht 4 wird auf die Diamantschicht 1 bevorzugt auf epitaktischem Wege, und zwar zweckmäßigerweise mittels LPE (liquid-phase-epitaxy) und/oder mittels CVD (chemical-vapour­ deposition) abgeschieden (siehe Fig. 4 und 5).
Damit unter Zuhilfenahme der Komposit-Struktur später applizier­ te Bauteile ein hohe Qualität aufweisen, sind die Diamantinseln 11 der Diamantschicht 1 unterhalb der später zu fertigenden Bauteile und/oder Bauteilgruppen - der Bereich unterhalb der Bauteile wird im folgenden Bauteilwurzeln 2 genannt - angeord­ net, wobei die Diamantinseln 11 bzgl. ihrer Fläche vereinzelt, voneinander getrennt und vollständig von einer ihren Rand bil­ denden Kante 3 umschlossen sind. Auf diese Weise sammeln sich an den Kanten 3, die die Ränder der Diamantinseln 11 bilden, Stör­ stellen der Halbleiterschicht 4, die sich insbesondere beim epitaktischen Abscheiden der Halbleiterschicht 4 (siehe Fig. 4 und 5) ausbilden.
Um eine hinreichende und die Qualität der Halbleiterschicht 4 oberhalb der Diamantinseln 11 günstig beeinflussende Sammel­ wirkung der Kanten 3 zu gewährleisten, beträgt die Kantenhöhe einer Kante 3 wenigstens 10% der Schichtdicke der Diamant­ schicht 1 und ändert sich sprungartig. Im vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel gemäß Fig. 1 entspricht die Kantenhöhe sogar der Schichtdicke der Diamantschicht 1 und bildet nahezu eine zur Flachseite des Wachstumssubstrats 5 senkrecht stehende Rand­ fläche der Diamantinsel 11 aus, wobei sich die Schichtdicke der Diamantschicht 1 sich an den Kanten 3 bei sich von der Bauteil­ wurzel 2 entfernender Betrachtungsrichtung verringert.
Sinnvollerweise weist die Diamantschicht 1 auch in Bereichen zwischen den Bauteilwurzeln 2 vereinzelt Diamantinseln 11′ mit als Sammelkanten 3′ ausgebildeten Kanten auf. Dadurch lagern sich auch an diesen Sammelkanten 3′ Störstellen an, wodurch die Störstellendichte der Halbleiterschicht 4 im Bereich der Bau­ teilwurzeln 2 weiter verringert ist.
Da Wachstumssubstrate 5 aus Silizium großtechnisch einfach, rein und billig hergestellt werden können, ist es günstig, monokri­ stalline Wachstumssubstrate 5 aus Silizium zu verwenden. Hierbei ist allerdings die große Gitterfehlanpassung zwischen Diamant und Silizium von größer 50% problematisch, da sich dadurch auch Störstellen ausbilden können, die später die Qualität der Halbleiterschicht 4 im Bereich der Bauteilwurzeln 2 vermindern.
Als Abhilfe weist das Wachstumssubstrat nach Fig. 1 eine Zwi­ schenschicht 7 auf, mittels der der Einfluß der Gitterfehlanpas­ sung auf die Störstellendichte der Halbleiterschicht 4 oberhalb der Diamantinseln 11 vermindert ist.
Die Zwischenschicht 7 weist vorzugsweise ein dem Diamantgitter ähnliches Gittergefüge (Zinkblende-Struktur u.ä.) auf, in dem die Elemente des Materials der Zwischenschicht 7 zumindest sta­ tistisch verteilt sind.
Die Gitterfehlanpassung zwischen der Diamantschicht 1 und dem Wachstumssubstrat 5 wird nun dadurch verringert, daß die Git­ terkonstante der Zwischenschicht 7 einen Wert aufweist, deren Differenz zu der Gitterkonstanten der Diamantschicht 1 kleiner ist als die Differenz zwischen der Gitterkonstanten des Wachs­ tumssubstrats 5 und gegenüber der Diamantschicht 1. Gute Resul­ tate, insbesondere bei normalen Schichtdicken von Diamantschich­ ten größer 1 µm, werden hierbei bei Gitterfehlanpassungen klei­ ner 20% erreicht.
Bei der Zwischenschicht 7 kann es sich um eine oder mehrere kri­ stalline Schichten, aber auch um eine Legierung mit einem regel­ mäßigen Legierungsgitter, wie bspw. eine Silizium-Kohlenstoff- Legierung, handeln.
Im Falle mehrerer die Zwischenschicht 7 bildender Einzelschich­ ten (nicht dargestellt) wird deren Gitterkonstante langsam dem Wert der Gitterkonstanten der Diamantschicht 1 angenähert, wobei darauf zu achten ist, daß die Gitterfehlanpassung aufeinander­ folgender Einzelschicht gering, insbesondere kleiner 10%, ist.
Im Falle einer Legierung kann über deren Zusammensetzung die Gitterkonstante ihres Legierungsgitters mit zunehmendem Abstand vom Wachstumssubstrat 5 stetig zum Wert der Gitterkonstanten der Diamantschicht 1 hin verändert werden.
In Fig. 2 ist ein Wachstumssubstrat 5 dargestellt, auf dem eine zumindest oberflächenseitig netzartig ausgebildete Diamant­ schicht 21 angeordnet ist, die Knotenpunkte 8 und die Knoten­ punkte 8 verbindende Stege 9 aufweist. Die auf dem Wachstumssub­ strat 5 Erhöhungen ausbildenden Knotenpunkte 8 und/oder die die Knotenpunkte 8 verbindenden Stege 9 sind unterhalb der Bauteil­ wurzeln 2 angeordnet. Durch diese zumindest oberflächennahe Aus­ bildung der Diamantschicht 1 ist nach erfolgtem Abscheiden einer Halbleiterschicht 4 (siehe Fig. 4 und 5) auf der Diamantschicht 1 an den die Ränder der Knotenpunkte 8 und der Stege 9 ausbil­ denden und außerhalb des Wurzelrandes oder am Wurzelrand der Bauteilwurzeln 2 angeordnet Kanten 3, bezogen auf die Fläche der Halbleiterschicht 4 im Bereich der Bauteilwurzel 2, eine höhere Störstellendichte, d. h. eine erhöhte Ansammlung von Störstellen, wie Versetzungen usw., aufzufinden.
Um den Einfluß von Gitterfehlanpassungen zwischen dem Wachstums­ substrat 5 und der Diamantschicht 1 auszuschließen, ist es auch hier zweckmäßig, die oben bereits erwähnte Zwischenschicht 7 an­ zuordnen.
In Fig. 3 ist ein Wachstumssubstrat 5 dargestellt, auf dem eine Diamantschicht 1 angeordnet ist, die auf ihrer freien Ober­ fläche, die später mit der Halbleiterschicht 4 bedeckt wird, Diamantinseln 11 aufweist, deren Höhe über der Fläche, auf der sie angeordnet sind, geringer ist als die Schichtstärke der ge­ samten Diamantschicht 1. In diesem Fall können die Bauteilwur­ zeln 2 im Bereich der Vertiefungen zwischen den Diamantinseln 11 und auch im Bereich der Diamantinseln 11 angeordnet sein. In beiden Fällen sammeln sich die Störstellen an den die Ränder der Diamantinseln 11 bildenden Kanten 3.
In Fig. 4 ist eine Komposit-Struktur mit einem Wachstumssub­ strat 5 gemäß Fig. 1 dargestellt. Auf den im Bereich der Bau­ teilwurzeln 2 ganz flächig abgeschiedenen Diamantinseln 1- ist eine Halbleiterschicht 4, aus Silizium abgeschie­ den, die über den Rand der Diamantinseln 11 hinausragt und da­ durch randseitig mit der Oberfläche des Wachstumssubstrats 5 - im vorliegenden Fall wird die auf dem aus reinem Si gebildeten Wachstumssubstrat 5 abgeschiedene Zwischenschicht 7 sprachlich zu dem reinen Wachstumssubstrat 5 hinzugezählt - eine direkte Verbindung aufweist. Durch diesen randseitigen Kontakt der Halbleiterschicht 4 mit dem Wachstumssubstrat 5 gelangt bei einer Epitaxie und einer anschließenden Rekristallisation der Halbleiterschicht 4 die Kristallinformation über das Wachstums­ substrat 5 in die Halbleiterschicht 4.
In Fig. 5 ist eine Komposit-Struktur dargestellt, die derjeni­ gen nach Fig. 4 ähnelt. Allerdings weist hier die Halbleiter­ schicht 4 keinerlei direkten Kontakt mit dem Wachstumssubstrat 5 auf, so daß die Kristallinformation von auf den Diamantinseln 11 heteroepitaktisch abgeschiedenen Halbleiterschichten 4 aus den Diamantinseln 11 der Diamantschicht 1 stammt.
In Fig. 6 ist eine in der Art einer CVD-Anlage (chemical­ vapour-deposition) ausgebildeten Apparatur 10 zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Komposit-Struktur dargestellt. Die dar­ gestellte Apparatur 10 weist im wesentlichen einen vorzugsweise evakuierbaren- und mit einem Inertgas zumindest auf einen Druck unterhalb 1013 mbar befüllbaren Reaktor 12, einen Substrathalter mit daran angeordneter Spannungsquelle 13, eine Maskiereinrichtung 14 zur selektiven Abscheidung der Diamantschicht 1, eine Düse 15 zur Ausströmung eines Prozeßgases in Richtung des Wachstumssubstrats 5 und ggf. nach eine Energieeinrichtung (nicht eingezeichnet), bspw. einen Mikrowellengenerator, zur Aktivierung des Prozeßgases auf.
Die Verwendung dieser Apparatur 10 zur Herstellung einer erfin­ dungsgemäßen Komposit-Struktur wird im folgenden anhand einer Komposit-Struk­ tur gemäß Fig. 5 beschrieben. Zur Herstellung der Komposit-Struktur wird das Wachstumssubstrat 5 gereinigt und in dem evakuierbaren Reaktor 12 der CVD-Anlage, wie sie mit ihren wesentlichen Komponenten in Fig. 6 dargestellt ist, angeordnet.
In dem Reaktor 12 wird das Wachstumssubstrat 5 mit einer ab­ scheidenden Gasphase 6 beaufschlagt, welches aus einem Prozeßgas gebildet ist, das ein an sich bekanntes Vormaterial zur Abscheidung von Diamantschichten 1 aufweist.
Vor der epitaktischen Abscheidung der Diamantschicht ist es zur besseren Gitteranpassung des Wachstumssubstrats 5 und der Dia­ mantschicht 1 sinnvoll, das Wachstumssubstrat 5 mit einer Zwi­ schenschicht 7 aus einer Si-C-Legierung zu versehen, die ein regelmäßiges Legierungsgitter mit statistisch darin angeordneten Legierungselementen aufweist. Die Zwischenschicht 7 wird hierbei mit einer sich mit zunehmender Schichtdicke ändernden Zusam­ mensetzung aufgebracht, so daß zu Beginn die Gitterkonstante der Zwischenschicht 7 in etwa der des Wachstumssubstrats 5 und zu Ende, also zur Diamantschicht 1 hin, derjenigen der Diamant­ schicht 1 entspricht.
Nach erfolgter Abscheidung der Zwischenschicht 7 wird mittels der Maskiereinrichtung 14 das Wachstumssubstrat 5 mit einer Maske 16 bedeckt, so daß bei der sich anschließenden epitakti­ schen Abscheidung der Diamantschicht 1 diese unterhalb der später benötigten Bauteilwurzeln 2 aufgewachsen und außerhalb der Bauteilwurzeln 2 mit Kanten 3 versehen wird. Bei der Ab­ scheidung der Diamantschicht 1 ist es zweckmäßig, daß zumindest zu Beginn der Abscheidung das Wachstumssubstrat 5 auf ein ge­ genüber der jeweils abscheidenden Gasphase 6 unterschiedliches Potential gelegt wird, wobei die gegenüber der abscheidenden Gasphase 6 gemessene Substratspannung sinnvollerweise zwischen -50 V und -800 V beträgt.
Da im vorliegenden Ausführungsbeispiel die zumindest polykri­ stalline, insbesondere weitgehend monokristalline und innerhalb von etwa 10° orientierte Diamantschicht 1 ausschließlich durch die unterbrochenen, voneinander getrennten und von der Fläche des Wachstumssubstrat 5 nach oben turmartig hervorstehenden Dia­ mantinseln 11 gebildet wird, weisen die Kanten 3 eine Kantenhöhe auf, die der Schichtstärke der Diamantschicht 1 entspricht. An diesen Kanten 3 sammeln sich beim späteren Aufwachsen und Rekri­ stallisieren der Halbleiterschicht 4 die Störstellen, weshalb die Halbleiterschicht 4 oberhalb der Diamantinseln 11 eine ge­ ringere Störstellendichte aufweist.
Außer dem selektiver Abscheiden der Diamantinseln 11 aufweisen­ den Diamantschicht 1 unter Zuhilfenahme der Maske 16 kann auch das Wachstumssubstrat 5 derart vorbehandelt werden, daß die Diamantschicht 1 auf dem Wachstumssubstrat 5 oder auf einer zuvor abgeschiedenen, geschlossenen und das Wachstumssubstrat 5 zumindest weitgehend bedeckenden Diamantschicht nur selektiv angeordnet werden kann. So kann die Diamantschicht zuerst bis zu einer Schichtdicke abgeschieden werden, die der Bodenhöhe der Vertiefungen über dem Silizium des Wachstumssubstrats 5 entspricht. Danach erfolgt unter Zuhilfenahme einer Maske außer­ halb der Bereich der späteren Diamantinseln 11 eine selektive Abscheidung von Siliziumoxid (SiO₂), an die sich eine weitere Abscheidung von Diamant bis auf die Höhe des SiO₂ anschließt. Zuletzt erfolgte durch einen Ätzprozeß die Entfernung des SiO₂.
Neben einer selektiven Abscheidung der Diamantinseln 11 aufwei­ senden Diamantschicht 1 besteht auch die Möglichkeit, das Wachstumssubstrat 5 zuerst mit einer geschlossenen und das Wachstumssubstrat 5 zumindest weitgehend bedeckenden Diamant­ schicht 1 zu versehen, welche dann selektiv abgetragen wird. Dabei kann je nach Anwendungsfall die Diamantschicht 1 außerhalb der Diamantinseln 11 vollständig oder auch nur teilweise abgetragen werden.
Die selektive Entfernung dieser geschlossenen und eine etwa gleichmäßige Schichtdicke aufweisenden Diamantschicht kann ins­ besondere durch selektives Ätzen und/oder mittels Laser-Ablation vorgenommen werden.
Die Halbleiterschicht 4 kann auf dem mit der Diamantschicht 1 versehenen Wachstumssubstrat 5 mittels eines an sich bekannten CVD-Verfahrens aus einem ein ebenfalls an sich bekannten Vor­ material für einen Halbleiter aufweisenden Gas abgeschieden werden.
In einigen Fällen ist es auch sinnvoll, die Halbleiterschicht 4 mittels Flüssigphasenepitaxie LPE (liquid-phase-epitaxy) auf der Diamantschicht 1 des Wachstumssubstrats 5 abzuscheiden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß es das älteste Verfahren mit einer der einfachsten Apparaturen für eine Epitaxie ist, wodurch u. a. sehr viele Parameter zur Abscheidung unterschiedlichster Halbleiterschichten 4 bereits bekannt sind.
Prinzipiell kann die Diamantschicht 1, wie in Fig. 5 darge­ stellt, heteroepitaktisch ausschließlich oberhalb der Fläche der Diamantinseln 11 abgeschieden werden.
Komposit-Strukturen mit Diamantinseln 11, die exakt unterhalb der Bauteilwurzel 2 angeordnet sind und bei denen zusätzlich noch deren Kantenhöhe in etwa der Schichtdicke der Diamant­ schicht 1 entspricht, weisen nach der Abscheidung der Halblei­ terschicht 4 und der Applikation der elektronischen Bauteile insbesondere den Vorteil auf, daß die bislang beim Entfernen der Bauteile bestehende Gefahr eines Abplatzens der Diamantschicht 1 vom Wachstumssubstrat 5 zumindest verringert ist.
Es besteht aber auch die eine einfachere Abscheidung ermögli­ chende Möglichkeit, die Halbleiterschicht 4 über die gesamte Fläche des Wachstumssubstrats 5, also über die Ränder der Diamantinseln hinausragend abzuscheiden.
Derartige Komposit-Strukturen, bei denen zusätzlich noch die Fläche der Diamantinseln 11 größer als die Fläche der Bauteil­ wurzeln 2 ist, sind daher besonders günstig, da in diesem Fall sich die Störstellen an den außerhalb der Bauteilwurzel 2 lie­ genden und die Ränder der Diamantinseln 11 bildenden Kanten 3 sammeln, so daß die Bauteile auch randseitig ihrer Bauteil­ wurzeln 2 allenfalls in geringem Maße Störstellen aufweisen.
Zur Verbesserung der Qualität der Halbleiterschicht 4 wird der abgeschieden Halbleiterschicht 4 Energie zugeführt, wodurch die Energie des Kristallgitters der Halbleiterschicht 4 erhöht wird. Durch diese die Temperatur der Halbleiterschicht 4 bis im den Bereich der Schmelztemperatur erhöhende Zunahme der Gitterenergie können sich die Bausteine des Kristallgitters um- bzw. idealer anordnen, wobei durch die Umordnung die Halbleiterschicht 4 hin zu einem idealeren Kristallgitter rekristallisiert wird.
Je nach Ausbildung der Halbleiterschicht 4 - entweder he­ teroepitaktisch ausschließlich oberhalb der Diamantinseln 11 bzw. Bauteilwurzeln 2 oder überlappend über die Diamantinseln 11 - gelangt wie bei der Abscheidung der Halbleiterschicht 4 auch bei der Rekristallisation der Halbleiterschicht 4 die Kristall­ information für die Halbleiterschicht 4 von der Diamantschicht 1 oder von dem Wachstumssubstrat 5 in die Halbleiterschicht 4.
Zur Rekristallisation wird die abgeschiedene Halbleiterschicht 4 auf eine Temperatur im Bereich der Schmelztemperatur, insbe­ sondere einige Grad Celsius unterhalb der Schmelztemperatur der Halbleiterschicht 4 erhitzt. Diese Erwärmung kann mittels eines Ofens, mittels eines Heizdrahtes 17, der die Fläche der Komposit-Struktur hinwegbewegt wird, mittels eines Plasmas, das oberhalb und/oder im Bereich der Halbleiterschicht 4 angeordnet wird, oder mittels eines Lasers erfolgen.
Von besonderem Vorteil hat sich zur Rekristallisation ein Zonen­ schmelzverfahren herausgestellt, bei dem ein Heizdraht 17 über die Fläche der Halbleiterschicht hinwegbewegt wird. Bei der Bewegung des Heizdrahtes 17 über die Fläche der Halbleiterschicht 4 hinweg werden die Störstellen von den Dia­ mantinseln 11 bzw. den Bauteilwurzeln 2 in Richtung der Kanten 3 getrieben, wo sie sich ansammeln, so daß die Fläche im Innern der Diamantinseln 11 bzw. im Bereich der Bauteilwurzeln nahezu frei von Störstellen sind.

Claims (36)

1. Komposit-Struktur mit einer auf einer Diamantschicht und/oder einer diamantähnlichen Schicht, im folgenden vereinfachend Diamantschicht genannt, angeordneten Halbleiterschicht zur spä­ teren Applikation von elektronischen Bauteilen und/oder Bauteilgruppen, im folgenden vereinfachend Bauteile genannt, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantschicht (1) zumindest um jeden Bereich unterhalb der später zu fertigenden Bauteile und/oder Bauteilgruppen - der Bereich unterhalb der Bauteile wird im folgenden Bauteilwur­ zeln (2) genannt - Kanten (3) im Verlauf der Diamantschicht (1) aufweist, an denen sich die Schichtdicke um mindestens 10% der Schichtdicke der Diamantschicht (1) sprungartig verändert.
2. Komposit-Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der Diamantschicht (1) sich an den Kanten um mindestens 50% der Schichtdicke der Diamantschicht (1) verändert.
3. Komposit-Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der Diamantschicht (1) sich an den Kanten (3) bei sich von der Bauteilwurzel (2) entfernender Betrach­ tungsrichtung verringert.
4. Komposit-Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantschicht bzgl. ihrer Fläche vereinzelte und voneinander getrennte Diamantinseln (11) aufweist, daß die Dia­ mantinseln (11) vollständig von einer ihren Rand bildenden Kante (3) umschlossen sind und daß die Diamantinseln (11) zumindest im Bereich unterhalb der Bauteilwurzeln (2) angeordnet sind.
5. Komposit-Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantschicht (21) netzartig ausgebildet ist und daß die Diamantschicht (21) zwischen einer/den eine Bauteilwurzel (2) zumindest bereichsweise umschließende(n) Kante(n) (3) Erhöhungen oder Vertiefungen aufweist.
6. Komposit-Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (3) eine Kantenhöhe aufweisen, die in etwa der Schichtdicke der Diamantschicht (1) entspricht.
7. Komposit-Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantschicht (1) polykristallin und/oder monokristal­ lin ist.
8. Komposit-Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht (4) zumindest bereichsweise über eine etwa am Rand einer Bauteilwurzel (2) angeordnete Kante (3) hin­ ausragt.
9. Komposit-Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komposit-Struktur auch in Bereichen zwischen den Bau­ teilwurzeln (2) vereinzelt Kanten (3′) aufweist.
10. Komposit-Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantschicht (1) auf einem Wachstumssubstrat (5) aus Silizium (Si) abgeschieden ist.
11. Komposit-Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantschicht (1) auf einem Wachstumssubstrat (5) aus kristallinem Silizium (Si) abgeschieden ist.
12. Komposit-Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht (4) ausschließlich auf der Diamant­ schicht (1) und nur oberhalb der Bauteilwurzeln (2), insbe­ sondere heteroepitaktisch angeordnet ist.
13. Verfahren zur Herstellung einer Komposit-Struktur mit einer auf einer Diamantschicht und/oder einer diamantähnlichen Schicht angeordneten Halbleiterschicht zur späteren Applikation von elektronischen Bauteilen und/oder Bauteilgruppen, im folgenden vereinfachend Bauteile genannt, bei welchem Verfahren ein kri­ stallines. Wachstumssubstrat mit einer Diamantschicht und/oder einer diamantähnlichen Schicht, im folgenden vereinfachend Diamantschicht genannt, versehen wird und bei welchem Verfahren auf das die Diamantschicht aufweisende Wachstumssubstrat, im folgenden Ausgangs-Substrat genannt, eine Halbleiterschicht ab­ geschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantschicht (1) zumindest unterhalb der später zu fertigenden Bauteile und/oder Bauteilgruppen - der Bereich un­ terhalb der Bauteile wird im folgenden Bauteilwurzeln (2) ge­ nannt - angeordnet und außerhalb der Bauteilwurzeln (2) mit Kanten (3) versehen wird, welche Kanten (3) eine Kantenhöhe auf­ weisen, die mindestens 10% der Schichtdicke der Diamantschicht (1) beträgt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (3) mit einer Kantenhöhe eingebracht werden, die mindestens 50% der Schichtdicke der Diamantschicht (1) beträgt.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangs-Substrat in einem vorzugsweise evakuierbaren Reaktor mit einem ein Vormaterial für einen Halbleiter aufweisenden Gas, im folgenden Precursorgas genannt, beaufschlagt wird und daß aus dem Prescursorgas auf der Diamantschicht die Halbleiterschicht abgeschieden wird.
16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantschicht (1) mit außerhalb der Bauteilwurzeln (2) angeordneten Kanten (3) versehen wird und daß die Diamantschicht (1) zwischen den die Bauteilwurzeln (2) zumindest bereichsweise umschließenden Kanten (3) mit Erhöhungen aus Diamant und/oder diamantähnlichem Material oder mit Vertiefungen versehen wird.
17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantschicht (1) mit netzartigen Erhöhungen oder Ver­ tiefungen versehen wird, die im Bereich unterhalb der Bauteil­ wurzeln (2) angeordnet werden.
18. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Wachstumssubstrat (5) mit einer in vereinzelte und von­ einander getrennte Diamantinseln (11) unterteilte Diamantschicht (1) versehen wird.
19. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantschicht (1) und/oder zwischen den Bauteilwurzeln (2) zumindest bereichsweise umschließenden Kanten (3) angeord­ nete Erhöhungen und/oder die Halbleiterschicht (4) mittels CVD auf dem Wachstumssubstrat (5) abge­ schieden werden.
20. Verfahren nach Anspruchs 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht (4) mittels Flüssigphasenepitaxie auf der Diamantschicht (1) abgeschieden wird.
21. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Wachstumssubstrat (5) zuerst mit einer das Wachstums­ substrat (5) weitgehend bedeckenden Diamantschicht (1) versehen wird und daß anschließend die Kanten (3) in die abgeschiedene Diamantschicht (1) eingebracht werden.
22. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Wachstumssubstrat (5) zuerst mit einer das Wachstums­ substrat (5) weitgehend bedeckenden Diamantschicht (1) versehen wird und daß die Diamantschicht (1) Kanten (3) ausbildend teil­ weise abgetragen wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß Kanten (3) in die Diamantschicht (1) selektiv eingeätzt und/oder mittels Laser-Ablation eingebracht werden.
24. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Wachstumssubstrat (5) derart vorbehandelt wird, daß die Diamantschicht (1) auf dem Wachstumssubstrat (5) nur selektiv angeordnet werden kann.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein Material auf dem mit einer Diamantschicht (1) zu versehendem Wachstumssub­ strat (5) außerhalb der Kanten (3) und der Bauteilwurzeln (2) mit einer etwa der Kantenhöhe entsprechenden Schichtstärke ange­ ordnet wird, daß danach die verbleibenden Bereiche mit der Diamantschicht (1) versehen werden und daß anschließend das au­ ßerhalb der Kanten (3) und der Bauteilwurzeln (2) angeordnete Material entfernt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Wachstumssubstrat (3) zuerst mit einer es weitgehend be­ deckenden Diamantschicht (1) versehen wird und daß diese Diamantschicht (1) zwischen den Kanten (3) und unterhalb der Bauteilwurzeln (2) mit Erhöhungen aus Diamant und/oder aus einem diamantähnlichem Material versehen wird.
27. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantschicht (1) polykristallin und/oder monokri­ stallin aufgebracht wird.
28. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der abgeschieden Halbleiterschicht (4) zur Verbesserung ih­ res Kristallgitters Energie zugeführt wird und daß die Halb­ leiterschicht (4) rekristallisiert wird.
29. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht (4) über zumindest einen Rand einer Bauteilwurzel bildende Kante (3) ragend abgeschieden wird.
30. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschiedene Halbleiterschicht (4) auf eine unterhalb der Schmelztemperatur der Halbleiterschicht (4) liegende Tempe­ ratur erhitzt und rekristallisiert wird und daß die Kristall­ information für die Halbleiterschicht (4) von dem Wachstumssubstrat (5) übernommen wird.
31. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschiedene Halbleiterschicht (4) unterhalb der Schmelztemperatur der Halbleiterschicht (4) erhitzt und rekri­ stallisiert wird und daß die Kristallinformation für die Halbleiterschicht (4) von der Diamantschicht (1) übernommen wird.
32. Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht (4) mittels eines Laserstrahls erhitzt wird.
33. Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht (4) durch ein Zonenschmelzverfahren rekristallisiert wird.
34. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zu Beginn der Abscheidung der Diamantschicht (1, 11, 21) und/oder der Halbleiterschicht (4) das Wachstumssubstrat (5) auf ein gegenüber der jeweils abscheidenden Gasphase (6) un­ terschiedliches Potential gelegt wird.
35. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zu Beginn der Abscheidung der Diamantschicht (1, 11, 21) und/oder der Halbleiterschicht (4) das Wachstumssubstrat (5) auf ein gegenüber der jeweils abscheidenden Gasphase (6) ne­ gatives Potential gelegt wird.
36. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zu Beginn der Abscheidung der Diamantschicht (1, 11, 21) und/oder der Halbleiterschicht (4) das Wachstumssubstrat (5) auf ein gegenüber der jeweils abscheidenden Gasphase (6) ne­ gatives Potential gelegt wird und daß als Substratspannung eine Spannung zwischen -60 V und -300 V gewählt wird.
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