EP3155139A1 - Verfahren zur herstellung einer beschichtung sowie optoelektronisches halbleiterbauteil mit einer beschichtung - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer beschichtung sowie optoelektronisches halbleiterbauteil mit einer beschichtung

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Publication number
EP3155139A1
EP3155139A1 EP15728842.4A EP15728842A EP3155139A1 EP 3155139 A1 EP3155139 A1 EP 3155139A1 EP 15728842 A EP15728842 A EP 15728842A EP 3155139 A1 EP3155139 A1 EP 3155139A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coating
base layer
rotation
substrate holder
material source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP15728842.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin LEMBERGER
Michael Schmal
Julian IKONOMOV
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of EP3155139A1 publication Critical patent/EP3155139A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
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    • H10F77/306—Coatings for devices having potential barriers
    • H10F77/311—Coatings for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/225—Oblique incidence of vaporised material on substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C14/505—Substrate holders for rotation of the substrates
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    • H10H20/80—Constructional details
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    • H10H20/831—Electrodes characterised by their shape
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • An object to be solved is to provide a method for producing a conformally covering coating
  • Another object to be solved is to specify an optoelectronic semiconductor component with a conformally covering coating.
  • the coating may be, for example, a metal layer, a semiconductor layer or an insulating layer of an optoelectronic
  • the coating is preferably a thin one, that is to say, for example
  • the layer consists of the material and has, for example, at most 3%, in particular at most 1% foreign material.
  • the coating is formed with a material that can be provided with a Aufdampfario as a source of material available.
  • first of all a material source having an evaporation surface and a main coating direction is provided.
  • Material source includes, for example, in its interior, the material for the coating. If the coating has several materials or several material components, it is also possible to use a plurality of material sources or a material source with a plurality of materials. From the material source out is the at least one material for the coating, for example by heating or by bombardment with
  • the main emission of the material source is along the main coating direction.
  • a material flow discharged from the material source is maximum along the main coating direction.
  • the material flow can along at least one extension direction of
  • a substrate holder with a cover surface is provided.
  • the top surface is flat. In other words, the course of the top surface deviates from an imaginary one
  • the top surface of the substrate holder faces the material source.
  • An imaginary extension of the top surface includes an angle of less than 90 ° with the main coating direction.
  • the substrate holder can be, for example, a turntable.
  • the substrate holder is formed of a mechanically self-supporting material. In other words, no further supporting element is needed to transport the substrate holder to protect the substrate holder from destruction.
  • the substrate holder may in this case be formed from a plurality of layers, wherein the top surface of the substrate holder with a semiconductor material can be formed.
  • the top surface of the substrate holder comprises silicon.
  • a base layer is arranged on the top surface of the substrate holder.
  • the base layer has a coating surface facing away from the substrate holder.
  • the base layer can therefore be the element to be coated, for example the substrate to be coated.
  • Coating surface faces the material source.
  • a material evaporated from the material source can be applied to the coating surface.
  • the base layer preferably has four side surfaces. The choice of the term "coating surface" is not intended here
  • Coating is provided. Rather, the side surfaces of the base layer are preferably also provided with the coating.
  • the coating surface is
  • the base layer is in the form of a
  • the four side surfaces can hereby the
  • the base layer may be an unfinished one
  • the base layer can therefore comprise layers and / or structures of an optoelectronic semiconductor component.
  • the substrate holder is attached to a rotary arm with a
  • the rotary arm is on a bottom surface facing away from the substrate holder of the
  • the rotary arm is preferably fixedly connected to the bottom surface of the substrate holder.
  • Main extension direction of the rotary arm is vertical to the bottom surface of the substrate.
  • the rotary arm has a length along its main extension direction.
  • the rotary arm is fixed at its end facing away from the substrate holder to a hinge.
  • the attachment can
  • the substrate axis of rotation extends from the top surface to the bottom surface of the substrate.
  • the substrate axis of rotation preferably passes through a center of gravity of the substrate.
  • the center of gravity deviates by up to 15%, preferably by up to 10%, with respect to a diameter of the substrate from the geometrically exact center of gravity.
  • the length of the rotary arm is adjusted.
  • the setting can be
  • the length can be adjusted by moving the hinge in the direction away from the
  • the length of the rotary arm is adjusted such that a
  • Normal angle during the entire process is at least 30 ° and at most 75 °.
  • Normal angle at least 40 ° and at most 60 °.
  • sample vector Includes sample vector.
  • the sample vector is represented by the connection vector from any point on the
  • Evaporating surface of the material source is added to the sample point on the coating surface of the base layer.
  • a point on the evaporation surface of the material source is not an arbitrary point, but a point through which the
  • Main coating direction runs, selected.
  • the normal angle may be an angle including an imaginary extension of the pivot arm toward the material source and a connection vector from the material source to the attachment point of the pivot arm.
  • At least one coating is then applied to the side of the base layer having the coating surface.
  • Coating process takes place during a coating time Coating thickness is in this case and in the following each the smallest distance away from the base layer
  • the coating is vapor-deposited by means of the material source.
  • the coating takes place during a coating time, wherein the coating time is preferably chosen so long that results in a complete coverage of the coating surface and / or the side surfaces of the base layer. Under a "complete
  • Covering "of the base layer is here and hereinafter meant that all of the substrate holder facing away from exposed outer surfaces of the base layer after the
  • Coating are no longer freely accessible and the entire surface is covered by the coating.
  • the coating is therefore in particular a closed layer and does not comprise a plurality of materials which are not interconnected with material of the coating.
  • the substrate holder is rotated during the coating of the at least one coating about the axis of substrate rotation.
  • the rotation is preferably carried out with a constant rotational frequency. In other words, the rotation frequency will be during the
  • the substrate axis of rotation extends along the main extension direction of the rotary arm.
  • the rotary arm is rotated about itself.
  • the self-rotation of the rotary arm can be realized for example with the rotary joint on which the rotary arm is mounted. It should be noted that the normal angle during the coating process due to the rotation of the
  • Substrate holder varies. This is due to the fact that the substrate axis of rotation, along which the rotation takes place, generally does not pass through the base layer. Based on the position of the substrate axis of rotation, the base layer is, for example, at the beginning of the
  • the base layer is located farther away from the substrate at a later time during the coating process with respect to the position of the substrate axis of rotation
  • Material source is due to the rotation around the
  • Substrate rotation axis thus temporally variable. This has one
  • the normal angle throughout the manufacturing process is at least 30 ° and at most 75 °.
  • Cover surface of the material source to the sample point on the coating surface includes, during the entire
  • Method is at least 30 ° and at most 75 °
  • Main extension direction of the rotary arm runs, is rotated.
  • the idea is pursued that by precisely adjusting the length of the rotating arm, such that the normal angle is at least 30 ° and at most 75 °, a uniform overmolding of the base layer can be achieved. This will be a
  • Base layer allows. Furthermore, the production of crack-free and therefore hermetically sealed coatings is made possible.
  • the substrate holder is additionally provided with an overall axis of rotation which, in the context of the manufacturing tolerances along the
  • Main coating direction of the material source runs, rotated.
  • the rotation takes place during the entire coating process.
  • Total axis of rotation can be irregularities in the of the Material source evaporated material flow can be compensated.
  • Coating thickness can be compensated due to the different distance.
  • Material source is located as a second base layer, at a later time farther away from the
  • the rotation around the total rotation also causes a
  • Material source discharged material flow Ideally, the material flow with respect to the main coating direction, and thus with respect to the total axis of rotation, a
  • the rotation about the substrate rotational axis takes place with a first
  • Rotational frequency and the rotation about the total rotational axis with a second rotational frequency is greater than the second rotational frequency.
  • the first rotational frequency is at least four times, in particular 5.25 times, the second rotational frequency.
  • the rotation about the substrate axis of rotation is much faster than the rotation about the entire axis of rotation.
  • the different choice of rotational frequencies takes account of the fact that the unevenness in the coating thickness, which could result from a different orientation of the side surfaces to the material source, are substantially greater than irregularities in the coating thickness due to an inhomogeneity in the material flow of the material source could result.
  • an arbitrary point on the coating surface is selected as the sample point.
  • the normal angle Defining surface normal of the coating surface can run through any point on the coating surface of the base layer. Each normal angle of any surface normal of the coating surface through any sample point on the coating surface with a
  • Normal angle is at least 30 ° and at most 75 °.
  • a multiplicity of base layers are provided, one each
  • Coating surface disposed on the top surface of the substrate holder.
  • Each normal angle of each coating surface of each of the plurality of base layers is at least 30 ° and at most 75 °.
  • the length of the rotary arm is set such that the length is at least 100 mm and at most 700 mm.
  • the choice of the length of the rotary arm is dependent on the size of the coating system and scales with selbiger.
  • the length is at least 200 mm and at most 400 mm and more preferably at least 220 mm and at most 300 mm.
  • a choice of the length of the rotating arm in this area makes it possible to provide both a normal angle which is at least 30 ° and to make available a large number of substrates without touching due to a lack of space and / or a cover surface a substrate holder from the material flow of the
  • the base layer becomes compliant
  • the base coat is after coating the coating on its
  • Base layer here and below is a point at which a side surface strikes the coating surface.
  • One corner of the base layer is here and below one
  • a cuboid base layer has four edges facing away from the substrate holder and four corners facing away from the substrate holder.
  • frusto-conical base layer has, for example
  • edge and / or corner are not to be understood as strictly geometric terms, but rather include - in the context of manufacturing tolerances - for example, rounded edges and / or corners.
  • the substrate holder is disc-shaped.
  • the top surface and / or the bottom surface of the substrate holder then have the shape of a circle.
  • Substrate holder is at least 30 mm and
  • the radius is preferably at least 40 mm and at most 200 mm, particularly preferably at most 120 mm.
  • the substrate axis of rotation in this case passes through a
  • the top surface and / or the bottom surface may have the shape of a nearly circular ellipse, wherein the numerical eccentricity of the ellipse may be at most 10%.
  • the contour of the substrate holder can be approximated in a plan only by the shape of a circle.
  • Substrate holder in a plan view the shape of a cloverleaf, in particular a four-leaf clover, have.
  • the shape of the cloverleaf can then be outlined in a plan with a circle.
  • the substrate holder may have, in a plan view, at least one axis of symmetry, preferably at least two axes of symmetry and particularly preferably at least four axes of symmetry.
  • Substrate holder may have an extent of at least 30 mm and at most 350 mm in at least one spatial dimension. According to at least one embodiment of the method, at least two substrates and at least two rotating arms are provided. On each of the substrates, a plurality of base layers is preferably arranged in each case. The two
  • Substrates are placed on each pivot arm, with each substrate holder being uniquely associated with a pivot arm.
  • the two rotating arms have a length equal to the manufacturing tolerances.
  • the rotating arms have a different length exhibit. This allows, for example, a
  • the two substrates each rotate around one
  • Main extension direction of the respective rotary arm runs.
  • both substrates rotate at the same first rotational frequency.
  • the at least two substrates and the material source are not arranged on a common spherical surface.
  • Coating method with such a Knudsen- or planetary gear in contrast to the method described herein has the disadvantage that there is no uniform edge coverage of the base layer with the coating, but rather an asymmetry of the over-forming depending on the orientation and the position the base layers on the substrate holder. Furthermore, during the coating with such a Knudsen or planetary gear, gaps and cracks occur in the coating in the region of the edges to be deformed.
  • an optoelectronic semiconductor component is specified.
  • a coating of the optoelectronic component is specified.
  • Semiconductor device is preferably prepared by a method described herein. That is, all disclosed for the method features are also disclosed for the coating of the optoelectronic semiconductor device and
  • this comprises at least one base layer with a coating surface and two
  • the base layer comprises two opposing tangential
  • the base layer is in the form of a cuboid or a
  • the radial side surfaces can then be arranged parallel to one another within the scope of the manufacturing tolerances.
  • the tangential side surfaces may be arranged parallel to one another within the scope of the manufacturing tolerances.
  • the radial side surfaces may in this case be the side surfaces which are facing or facing away from the substrate axis of rotation.
  • the tangential side surfaces may be the side surfaces having at least one surface normal that run along the rotational direction of the first rotational frequency.
  • the base layer further comprises a bottom surface and the bottom surface opposite edges and corners, where the
  • this comprises at least one
  • the coating completely covers the edges and corners of the base layer. In other words, the
  • Coating covers the base layer in conformity.
  • the coating is an insulating layer of the optoelectronic
  • the coating may be a reflective layer and / or an electrically conductive connection layer of the optoelectronic
  • the coating is a semiconductor layer of the optoelectronic semiconductor component.
  • the base layer can be hermetically sealed to the outside and before
  • a conformal coating can be used for the production of highly reflective layers.
  • the material of the coating can be high in purity
  • the proportion of contaminating impurities in the coating is at most 3%, preferably at most 1%, of the atoms of the material
  • Coating the purity of the material of the coating, the production by means of vapor deposition
  • the feature that the coating is made by vapor deposition is therefore also an objective feature that is detectable on the finished component.
  • the optoelectronic semiconductor component comprises at least one base layer with a coating surface, two opposite radial side surfaces, two opposing ones
  • the coating has outer surfaces.
  • the coating thickness at least one radial
  • Side surface of the base layer is at least 25% of the coating thickness at the coating surface of the
  • the coating thickness of the coating is uniform.
  • the coating thickness is at a radial
  • Coating thickness at the coating surface of the normal angle selected during the process increases with increasing normal angle.
  • Uniformity can be achieved already from a normal angle of 30 °.
  • the coating thickness at a tangential side surface of the base layer is at least 30% of the minimum distance of the outer surfaces to
  • the coating is in the region of the radial side surfaces and / or the tangential one
  • FIGS 2, 3 and 4 show schematic sketches for
  • FIG. 5 shows an angle dependence of
  • Coating thickness of a coating to explain a method described here.
  • FIG. 6 shows the coating thickness of a coating as a function of the length of the rotary arm for explaining a method described here.
  • FIGS. 7 and 8 show the temporal variation of FIG.
  • FIGS. 9A and 9B show exemplary embodiments of an optoelectronic semiconductor component described here with reference to schematic sectional representations and FIGS
  • the side view shows a sketched arrangement for producing a coating 22.
  • the arrangement comprises a material source 4 with an evaporation surface 4a.
  • Material source 4 has a main coating direction Z.
  • the main coating direction Z forms a Cartesian coordinate system X, Y, Z with the two directions X, Y spanning the plane of the evaporation surface 4a.
  • the arrangement comprises a rotary holder 51, a
  • the pivot 53 is attached by means of the mounting arm 52 to the rotary holder 51.
  • a rotary arm At the pivot 53 is a rotary arm. 3
  • the rotary arm 3 has a length 3L along its main extension direction. On the rotary arm 3 is a
  • Substrate holder 1 attached.
  • An imaginary extension of the rotary arm 3 through the substrate holder 1 preferably extends through a center of gravity of the substrate holder 1.
  • the structure here is the same as the construction shown on the left side of FIG.
  • the entire assembly of rotary holder 51, mounting arm 52, pivot 53, rotary arm 3 and substrate holder 1 rotates at a second rotational frequency ⁇ 2 about a total axis of rotation, which extends along the main coating direction Z of the material source 4. Furthermore, the rotary arm 3 performs a self-rotation with a first rotational frequency ⁇ about a substrate axis of rotation 11, which runs along the main extension direction of the rotary arm 3.
  • the substrate holder 1 has a cover surface 1a. On the top surface la a base layer 2 is attached. On a coating surface 2a of the base layer 2, a sample point 2p is marked.
  • the sample point 2p is selected such that an imaginary extension of the substrate rotational axis 11 running along the rotary arm 3 extends through the sample point 2p.
  • the sample point 2p can generally be arbitrarily selected on the coating surface 2a of a base layer 2.
  • Evaporation surface 4a of the material source 4 to the sample point 2p forms the sample vector 42.
  • the sample vector 42 includes a surface normal 291 through the sample point 2p
  • the normal angle ⁇ is determined by
  • Normal angle ⁇ is at least 30 ° and at most 75 °.
  • the normal angle ⁇ is here
  • FIG. 2 shows the material source 4 with the evaporation surface 4a and a point 4m on the evaporation surface 4a of the material source 4.
  • Main extension direction is the substrate axis of rotation 11, is arranged.
  • the rotary arm 3 rotates with the first
  • Base layer 2 is arranged.
  • the base layer 2 has a
  • the positive radial side surface 2rl on the side facing the rotary arm 3 and the negative radial side surface 2r2 on the side facing away from the rotary arm 3 of the base layer second
  • the positive tangential side surface 2tl is the negative tangential side surface 2t2 (not shown in Figure 2) in the rotational direction about the substrate axis of rotation 11 upstream.
  • the sample point 2p On the coating surface 2a of the base layer 2 is a sample point 2p.
  • the sample point 2p has a
  • Base layer 2 has a mean distance D to the material source.
  • Base layer 2 includes with the main coating direction Z a material angle ⁇ a. Also closes the
  • the radial vector 292 is perpendicular to the surface normal 291 through the sample point 2p.
  • the radial vector 292 concludes with the sample vector 42 a radial
  • the surface normal 291, the radial vector 292 and a - not shown here - tangential vector 293 form a three-dimensional Cartesian coordinate system that defined by the material source 4
  • Coating process is the negative radial side surface 2r2 oriented towards the material source 4 and thus can be coated directly, while the positive radial side surface 2rl is oriented away from the material source 4 and thus can be poorly or not coated at all.
  • the positive radial side surface 2r2 can thus be better coated with the material of the material source 4.
  • the positive radial side surface 2rl will be oriented toward the material source 4 and the negative radial side surface 2r2 will be oriented away from the material source 4.
  • the rotation about the substrate axis of rotation 11 thus becomes a uniform coating of the radial side surfaces 2rl, 2r2 allows.
  • the zero point is given by a point 4m on the evaporation surface 4a of the material source 4.
  • the first sample point 2 pl is arranged so that it has a large distance 32 to the substrate axis of rotation 11.
  • the second sample point 2p2 is arranged such that it deviates only slightly from the position of the substrate rotation axis 11, that is to say has an infinitesimally small distance 32 from the substrate rotation axis 11.
  • the time-dependent position of the first sample point 2 pl is thus determined both by the rotation about the substrate axis of rotation 11 and by the rotation around the substrate
  • Total axis of rotation influenced.
  • the time-dependent position of the second sample point 2p2 is only influenced by the rotation about the total axis of rotation. This different influence is evident, for example, from the greater temporal variation of the position of the first sample point 2pl in comparison to the time variation of the position of the second sample point 2p2.
  • the first sample point 2pl performs a double rotation around the
  • Sample point 2p2 and includes a larger variation of normal angles ⁇ with the sample vector 42. Furthermore, FIG. 3 shows a sketched three-dimensional representation of the image through the surface normal
  • the tangential vector 293 is parallel to the direction of rotation of the rotation about the substrate axis of rotation 11 with the first rotational frequency ⁇ .
  • the radial vector 292 runs parallel to the coating surface 2a on which the sample point 2pl, 2p2 is located.
  • Sample point 2p is the rotated Cartesian
  • the surface normal 291 includes the normal vector ⁇ with the sample vector 42.
  • the radial vector 292 includes a radial angle with the sample vector 42.
  • the tangential vector 293 concludes with the sample vector 42
  • Coating thicknesses 61, 62 of FIG. 5 is a method for Production of a coating explained in more detail. Shown is the coating thickness
  • FIG. 5 shows the normalized coating thickness 61 at the coating surface 2a and the normalized mean coating thickness 62 at the side surfaces 2rl, 2r2, 2tl, 2t2 of the base layer 2, which are an average of the respective normalized coating thicknesses at the
  • Material angle ⁇ and the average distance D of the base layer 2 from the material source 4 comprises:
  • Coating thickness 61 at the coating surface 2a equal. At the angle 72.4 °, a maximum conformal and homogeneous coverage of the base layer 2 is therefore to be expected. Surprisingly, however, it has turned out in the present case that, starting at a normal angle ⁇ of at least 30 °, a sufficiently homogeneous and conformal covering of the
  • Base layer 2 can be achieved. In addition, is smaller
  • Normal angles ⁇ a larger number of base layers 2 possible because the substrate holder 1 can be arranged further away from the material source 4 and thus a larger number of substrate holder 1 and / or larger
  • Material source 4 can be used.
  • the normalized coating thickness is applied to the respective side surfaces 2rl, 2r2, 2tl, 2t2.
  • the normalized coating thickness 711, 712, 721, 722, 731, 732 is given as a function of the length 3L of the rotary arm 3.
  • Coating surface 2a The normalized coating thicknesses 731, 732 for the tangential side surfaces 2tl, 2t2 are tangential for the positive 2tl and the negative 2t2
  • the filled data points 711, 721 and 731 each show the normalized coating thickness for a substrate holder having a diameter of 150 mm, while the unfilled points 712, 722, 732 each show the calculations of the normalized coating thickness for a substrate holder having a diameter of 50 mm.
  • Material angle ⁇ as a function of the rotation time t in seconds.
  • the rotation of the substrate holder by the specification of a first tangential angle ßl, a second
  • Sample vector 42 includes with the tangential vector 293 and with the radial vector 292, the first tangential angle ßl and the first tangential angle al. Furthermore, the sample vector 42 includes the mathematically reversed, that is negative tangential vector 293 or with the mathematically reversed, ie negative radial vector 292 the second tangential angle ß2 and the second tangential angle a2.
  • the time-dependent length of the sample vector 42 in millimeters is plotted in the time-dependent profile of FIG. A rotation about the substrate axis of rotation 11 is completed after 120 seconds.
  • the first rotational frequency ⁇ is therefore 1/120 Hz. Accordingly, the repeated
  • Normal angle ⁇ for example, between 125 ° and 155 °, corresponding to the acute angles of 35 ° and 65 °. According to the time-dependent deposition rate of FIG. 8, a method for producing a method described here is shown
  • the deposition rate here is the rate at which material of the material source 4 on the respective surface 2a, 2rl, 2r2, 2tl, 2t2 of
  • Base layer 2 is deposited. Shown is the
  • FIG. 8 shows the deposition rate 81 at the coating surface 2a, the deposition rate 821 at the
  • the respective deposition rate of the coating changes over time.
  • FIG. 9A shows an optoelectronic one
  • FIG. 9B shows an optoelectronic

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung angegeben, umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellen einer Materialquelle (4) mit einer Deckfläche (4a) und einer Hauptbeschichtungsrichtung (Z), - Bereitstellen eines Substrathalters (1) mit einer Deckfläche (1a), - Bereitstellen zumindest einer Grundschicht (2) mit einer dem Substrathalter (1) abgewandten Beschichtungsfläche (2a) auf der Deckfläche (1a) des Substrats, - Anbringen des Substrathalters (1) an einem Dreharm (3), der entlang einer Haupterstreckungsrichtung des Dreharms (3) eine Länge (3L) aufweist, - Einstellen der Länge (3L) des Dreharms (3) derart, dass ein Normalenwinkel (φ) während des gesamten Verfahrens wenigstens 30° und höchstens 75° beträgt, - Aufbringen zumindest einer Beschichtung (22) an der die Beschichtungsfläche (2a) aufweisenden Seite der Grundschicht (2) mittels der Materialquelle (4), wobei - der Substrathalter (1) während des Beschichtungsvorgangs der Beschichtung (22) um eine Substratdrehachse, die entlang der Haupterstreckungsrichtung des Dreharms (3) verläuft, rotiert wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung sowie
optoelektronisches Halbleiterbauteil mit einer Beschichtung
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer konform überdeckenden Beschichtung
anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil mit einer konform überdeckenden Beschichtung anzugeben.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung angegeben. Bei der Beschichtung kann es sich beispielsweise um eine Metallschicht, eine Halbleiterschicht oder eine isolierende Schicht eines optoelektronischen
Halbleiterbauteils handeln. Bevorzugt handelt es sich bei der Beschichtung um eine dünne, das heißt beispielsweise
höchstens 10 ym dicke, Schicht aus einem bevorzugt wenige Unreinheiten aufweisenden Material. Das heißt, bevorzugt besteht die Schicht aus dem Material und weist beispielsweise höchstens 3 %, insbesondere höchstens 1 % Fremdmaterial auf. Bevorzugt ist die Beschichtung mit einem Material gebildet, das mit einer Aufdampfquelle als Materialquelle zur Verfügung gestellt werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zunächst eine Materialquelle mit einer Abdampffläche und einer Hauptbeschichtungsrichtung bereitgestellt. Die
Materialquelle beinhaltet zum Beispiel in ihrem Inneren das Material für die Beschichtung. Weist die Beschichtung mehrere Materialien oder mehrere Materialkomponenten auf, so können auch mehrere Materialquellen oder eine Materialquelle mit mehreren Materialien verwendet werden. Aus der Materialquelle heraus wird das mindestens eine Material für die Beschichtung beispielsweise durch Erhitzen oder durch Beschuss mit
geladenen Teilchen herausgelöst. Die Hauptabstrahlung der Materialquelle erfolgt entlang der Hauptbeschichtungsrichtung . Mit anderen Worten, ein von der Materialquelle abgegebener Materialstrom ist entlang der Hauptbeschichtungsrichtung maximal. Der Materialstrom kann entlang zumindest einer Erstreckungsrichtung der
Abdampffläche der Materialquelle, also vertikal zu der
Hauptbeschichtungsrichtung, minimal sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Substrathalter mit einer Deckfläche bereitgestellt. Bevorzugt ist die Deckfläche eben ausgebildet. Mit anderen Worten, der Verlauf der Deckfläche weicht von einer gedachten
mathematischen Ebene, die durch die Deckfläche verläuft, um höchstens ± 10 %, bevorzugt höchstens ± 5 %, der Dicke des Drehtellers senkrecht zu besagter Ebene ab.
Die Deckfläche des Substrathalters ist der Materialquelle zugewandt. Eine gedachte Verlängerung der Deckfläche schließt hierbei mit der Hauptbeschichtungsrichtung einen Winkel kleiner als 90° ein. Bei dem Substrathalter kann es sich vorliegend beispielsweise um einen Drehteller handeln.
Allgemein ist es möglich, dass der Substrathalter aus einem mechanisch selbsttragenden Material gebildet ist. Mit anderen Worten, für den Transport des Substrathalters wird kein weiteres stützendes Element benötigt, um den Substrathalter vor einer Zerstörung zu schützen. Der Substrathalter kann hierbei aus mehreren Schichten ausgebildet sein, wobei die Deckfläche des Substrathalters mit einem Halbleitermaterial gebildet sein kann. Beispielsweise umfasst die Deckfläche des Substrathalters Silizium.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Grundschicht auf der Deckfläche des Substrathalters angeordnet. Die Grundschicht weist eine dem Substrathalter abgewandte Beschichtungsfläche auf. Bei der Grundschicht kann es sich also um das zu beschichtende Element, zum Beispiel das zu beschichtende Substrat, handeln. Die
Beschichtungsfläche ist der Materialquelle zugewandt. Damit kann ein von der Materialquelle abgedampftes Material auf die Beschichtungsfläche aufgebracht werden. Ferner weist die Grundschicht bevorzugt vier Seitenflächen auf. Die Wahl der Bezeichnung „Beschichtungsfläche" soll hierbei nicht
bedeuten, dass ausschließlich diese Fläche mit einer
Beschichtung versehen wird. Vielmehr werden bevorzugt auch die Seitenflächen der Grundschicht mit der Beschichtung versehen. Bei der Beschichtungsfläche handelt es sich
vielmehr um eine Hauptbeschichtungsfläche, also diejenige Fläche, an der aufgrund ihrer Position relativ zur
Materialquelle und aufgrund ihrer geometrischen Abmessung mengenmäßig das meiste Material von der Materialquelle abgeschieden wird. Beispielsweise ist die Grundschicht in der Form eines
Quaders, eines Pyramidenstumpfes oder eines Kegelstumpfes ausgebildet. Die vier Seitenflächen können hierbei die
Beschichtungsfläche und eine der Deckfläche des
Substrathalters zugewandte Bodenfläche der Grundschicht miteinander verbinden. Bei der Grundschicht kann es sich beispielsweise um ein noch nicht fertiggestelltes
optoelektronisches Halbleiterbauteil handeln. Die Grundschicht kann also Schichten und/oder Strukturen eines optoelektronischen Halbleiterbauteils umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Substrathalter an einem Dreharm mit einer
Haupterstreckungsrichtung angebracht. Der Dreharm ist an einer dem Substrathalter abgewandten Bodenfläche des
Substrathalters angebracht. Der Dreharm ist bevorzugt mit der Bodenfläche des Substrathalters fest verbunden. Die
Haupterstreckungsrichtung des Dreharms verläuft vertikal zur Bodenfläche des Substrats. Der Dreharm weist entlang seiner Haupterstreckungsrichtung eine Länge auf. Beispielsweise ist der Dreharm an seinem dem Substrathalter abgewandten Ende an einem Drehgelenk befestigt. Die Befestigung kann
beispielsweise mechanisch mittels einer Schraubverbindung erfolgen .
Bevorzugt verläuft eine gedachte Verlängerung einer
Substratdrehachse des Substrathalters entlang der
Haupterstreckungsrichtung des Dreharms. Die Substratdrehachse erstreckt sich hierbei von der Deckfläche zur Bodenfläche des Substrats. Die Substratdrehachse verläuft bevorzugt durch einen Schwerpunkt des Substrats. Die Bezeichnung
„Schwerpunkt" ist hierbei und im Folgenden nicht als ein geometrisch exakter Schwerpunkt, sondern lediglich als ein Schwerpunkt im Rahmen der Herstellungstoleranzen zu
verstehen. Beispielsweise weicht der Schwerpunkt um bis zu 15 %, bevorzugt um bis zu 10 %, in Bezug auf einen Durchmesser des Substrats von dem geometrisch exakten Schwerpunkt ab.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Länge des Dreharms eingestellt. Das Einstellen kann
beispielsweise durch eine Wahl eines Dreharms mit einer entsprechenden Länge erfolgen. Ferner kann die Länge mittels Verschieben des Drehgelenks in Richtung weg von dem
Substrathalter oder durch Verschieben des Befestigungspunktes des Dreharms am Drehgelenk erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Länge des Dreharms derart eingestellt, dass ein
Normalenwinkel während des gesamten Verfahrens wenigstens 30° und höchstens 75° beträgt. Bevorzugt beträgt der
Normalenwinkel wenigstens 40° und höchstens 60°. Der
Normalenwinkel ist hierbei der Winkel, den eine
Flächennormale der Beschichtungsfläche der Grundschicht durch einen Probenpunkt auf der Beschichtungsfläche mit einem
Probenvektor einschließt. Der Probenvektor ist durch den Verbindungsvektor von einem beliebigen Punkt auf der
Abdampffläche der Materialquelle zu dem Probenpunkt auf der Beschichtungsfläche der Grundschicht gegeben. Bevorzugt wird als Punkt auf der Abdampffläche der Materialquelle nicht ein beliebiger Punkt, sondern ein Punkt, durch den die
Hauptbeschichtungsrichtung verläuft, gewählt.
Beispielsweise kann es sich bei dem Normalenwinkel um einen Winkel handeln, den eine gedachte Verlängerung des Dreharms in Richtung der Materialquelle und ein Verbindungsvektor von der Materialquelle zu dem Befestigungspunkt des Dreharms einschließen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird nun zumindest eine Beschichtung an der die Beschichtungsfläche aufweisenden Seite der Grundschicht aufgebracht. Dieses
Aufbringen wird im Folgenden auch als „Beschichtungsvorgang" bezeichnet und erfolgt während einer Beschichtungszeit . Die Beschichtung weist eine Beschichtungsdicke auf. Als Beschichtungsdicke ist hierbei und im Folgenden jeweils der geringste Abstand einer der Grundschicht abgewandten
Außenfläche der Beschichtung zu der Deckfläche oder zu einer der Seitenflächen der unter der Beschichtung liegenden
Grundschicht zu verstehen.
Das Aufbringen der Beschichtung erfolgt mittels der
Materialquelle. Beispielsweise wird die Beschichtung mittels der Materialquelle aufgedampft. Das Beschichten erfolgt während einer Beschichtungszeit, wobei die Beschichtungszeit bevorzugt so lange gewählt wird, dass sich eine vollständige Bedeckung der Beschichtungsfläche und/oder der Seitenflächen der Grundschicht ergibt. Unter einer „vollständigen
Bedeckung" der Grundschicht ist hierbei und im Folgenden gemeint, dass sämtliche dem Substrathalter abgewandten freiliegenden Außenflächen der Grundschicht nach dem
Beschichten nicht mehr frei zugänglich sind und die gesamte Fläche von der Beschichtung bedeckt ist. Die Beschichtung ist also insbesondere eine geschlossene Schicht und umfasst nicht mehrere Materialien, die nicht mit Material der Beschichtung untereinander verbunden sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Substrathalter während des Beschichtens der zumindest einen Beschichtung um die Substratdrehachse rotiert. Die Rotation erfolgt bevorzugt mit einer konstanten Drehfrequenz. Mit anderen Worten, die Drehfrequenz wird während der
Beschichtungszeit beziehungsweise des Beschichtungsvorgangs nicht verändert. Die Substratdrehachse verläuft entlang der Haupterstreckungsrichtung des Dreharms. Bevorzugt wird hierbei der Dreharm um sich selbst rotiert. Die Eigenrotation des Dreharms kann beispielsweise mit dem Drehgelenk, an dem der Dreharm angebracht ist, realisiert werden. Hierbei ist zu beachten, dass der Normalenwinkel während des Beschichtungsvorgangs aufgrund der Rotation des
Substrathalters variiert. Dies ist darin begründet, dass die Substratdrehachse, entlang derer die Drehung stattfindet, im Allgemeinen nicht durch die Grundschicht verläuft. Bezogen auf die Position der Substratdrehachse befindet sich die Grundschicht beispielsweise zum Beginn des
Herstellungsverfahrens näher an der Materialquelle. Aufgrund der Rotation befindet sich die Grundschicht zu einem späteren Zeitpunkt während des Beschichtungsvorgangs bezogen auf die Position der Substratdrehachse entfernter von der
Materialquelle. Der Abstand der Grundschicht zur
Materialquelle ist aufgrund der Rotation um die
Substratdrehachse somit zeitlich variabel. Dies hat eine
Veränderung des Probenvektors und damit eine Veränderung des Normalenwinkels zur Folge. Trotz der Variabilität beträgt der Normalenwinkel während des gesamten Herstellungsverfahrens wenigstens 30° und höchstens 75°.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Beschichtung erfolgt dieses mit den
folgenden Schritten:
- Bereitstellen einer Materialquelle mit einer Deckfläche und einer Hauptbeschichtungsrichtung,
- Bereitstellen eines Substrathalters mit einer Deckfläche,
- Bereitstellen zumindest einer Grundschicht mit einer dem Substrathalter abgewandten Beschichtungsfläche auf der
Deckfläche des Substrats,
- Anbringen des Substrathalters an einem Dreharm, der entlang einer Haupterstreckungsrichtung des Dreharmes eine Länge aufweist, - Einstellen der Länge des Dreharms derart, dass ein
Normalenwinkel, den die Flächennormale der
Beschichtungsfläche der Grundschicht durch einen Probenpunkt auf der Beschichtungsfläche mit einem Probenvektor, gegeben durch den Verbindungsvektor von einem Punkt auf der
Deckfläche der Materialquelle zu dem Probenpunkt auf der Beschichtungsfläche, einschließt, während des gesamten
Verfahrens wenigstens 30°und höchstens 75°beträgt,
- Beschichten zumindest einer Beschichtung an der die
Beschichtungsfläche aufweisenden Seite der Grundschicht mittels der Materialquelle, wobei
- der Substrathalter während des Beschichtens der
Beschichtung um eine Substratdrehachse, die entlang der
Haupterstreckungsrichtung des Dreharms verläuft, rotiert wird.
Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird insbesondere die Idee verfolgt, dass durch ein genaues Einstellen der Länge des Dreharms, derart dass der Normalenwinkel wenigstens 30° und höchstens 75° beträgt, eine gleichmäßige Überformung der Grundschicht erzielt werden kann. Hierdurch wird eine
konforme Überdeckung von Ecken und/oder Kanten der
Grundschicht ermöglicht. Ferner wird die Herstellung von rissfreien und damit hermetisch dichten Beschichtungen ermöglicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Substrathalter zusätzlich um eine Gesamtdrehachse, die im Rahmen der Herstellungstoleranzen entlang der
Hauptbeschichtungsrichtung der Materialquelle verläuft, rotiert. Bevorzugt erfolgt die Rotation während des gesamten Beschichtungsvorgangs . Mittels der Rotation um die
Gesamtdrehachse können Unregelmäßigkeiten in dem von der Materialquelle abgedampften Materialstrom ausgeglichen werden .
Durch die gleichzeitige Rotation um die Substratdrehachse und die Gesamtdrehachse wird vorliegend eine gleichmäßige
konforme Beschichtung erzielt. Durch die Rotation um die Substratdrehachse ist insbesondere die Möglichkeit gegeben, die Seitenflächen der Grundschicht gleichmäßig zu
beschichten. Wie bereits im Zusammenhang mit der
rotationsbedingten Veränderung des Normalenwinkels erläutert, verändert sich während der Rotation um die Substratdrehachse der Abstand der Grundschicht von der Materialquelle. Bei der Beschichtung von beispielsweise zwei Grundschichten, die anfangs einen unterschiedlichen Abstand zur Materialquelle aufweisen, können somit Unregelmäßigkeiten in der
Beschichtungsdicke aufgrund des unterschiedlichen Abstands ausgeglichen werden.
Solche Unregelmäßigkeiten in der Beschichtungsdicke wären dadurch bedingt, dass der durch die Materialquelle abgegebene Materialstrom mit zunehmendem Abstand zur Materialquelle quadratisch sinkt (sogenannte Abstandsquadrat-Regel) . So ist eine erste Grundschicht, die sich anfangs näher an der
Materialquelle als eine zweite Grundschicht befindet, zu einem späteren Zeitpunkt weiter entfernt von der
Materialquelle als die zweite Grundschicht. Ferner ist es aufgrund der Rotation möglich, dass die Seitenflächen der Grundschicht gleichmäßig beschichtet werden, da während der Rotation um die Substratdrehachse jeweils eine andere
Seitenfläche der Materialquelle zugewandt ist. Die jeweilige Orientierung jeder der Seitenflächen zur Materialquelle, insbesondere zur Hauptbeschichtungsrichtung der Materialquelle, wird also durch die Drehung um die Substratdrehachse während des Beschichtungsvorgangs variiert.
Die Rotation um die Gesamtdrehachse bewirkt zudem einen
Ausgleich von Unregelmäßigkeiten in dem von der
Materialquelle abgegebenen Materialstrom. Idealerweise würde der Materialstrom bezüglich der Hauptbeschichtungsrichtung, und damit bezüglich der Gesamtdrehachse, eine
Rotationssymmetrie aufweisen. Materialströme realer
Materialquellen weichen jedoch von der Rotationssymmetrie ab. Diese Abweichung wird durch die Rotation um die
Gesamtdrehachse ausgeglichen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Rotation um die Substratdrehachse mit einer ersten
Drehfrequenz und die Rotation um die Gesamtdrehachse mit einer zweiten Drehfrequenz. Die erste Drehfrequenz ist hierbei größer als die zweite Drehfrequenz. Beispielsweise beträgt die erste Drehfrequenz wenigstens das Vierfache, insbesondere das 5,25-Fache, der zweiten Drehfrequenz. Mit anderen Worten, die Drehung um die Substratdrehachse ist wesentlich schneller als die Drehung um die Gesamtdrehachse. Die unterschiedliche Wahl der Drehfrequenzen trägt hierbei der Tatsache Rechnung, dass die Ungleichmäßigkeiten in der Beschichtungsdicke, die sich aufgrund einer unterschiedlichen Orientierung der Seitenflächen zur Materialquelle ergeben könnten, wesentlich größer sind als Unregelmäßigkeiten in der Beschichtungsdicke, die sich aufgrund einer Inhomogenität in des Materialstroms der Materialquelle ergeben könnten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird als Probenpunkt ein beliebiger Punkt auf der Beschichtungsfläche gewählt. Mit anderen Worten, die den Normalenwinkel definierende Flächennormale der Beschichtungsfläche kann durch einen beliebigen Punkt auf der Beschichtungsfläche der Grundschicht verlaufen. Jeder Normalenwinkel einer beliebigen Flächennormale der Beschichtungsfläche durch einen beliebigen Probenpunkt auf der Beschichtungsfläche mit einem
Probenvektor genügt dann während der gesamten
Beschichtungszeit der obigen Bedingung, dass der
Normalenwinkel wenigstens 30°und höchstens 75°beträgt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Vielzahl von Grundschichten mit jeweils einer
Beschichtungsfläche auf der Deckfläche des Substrathalters angeordnet. Jeder Normalenwinkel jeder Beschichtungsfläche jeder der Vielzahl von Grundschichten beträgt wenigstens 30° und höchstens 75°.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Länge des Dreharmes derart eingestellt, dass die Länge wenigstens 100 mm und höchstens 700 mm beträgt. Die Wahl der Länge des Dreharms ist hierbei abhängig von der Größe der Beschichtungsanlage und skaliert mit selbiger. Bevorzugt beträgt die Länge wenigstens 200 mm und höchstens 400 mm und besonders bevorzugt wenigstens 220 mm und höchstens 300 mm. Eine Wahl der Länge des Dreharms in diesem Bereich ermöglicht es vorliegend, sowohl einen Normalenwinkel, der wenigstens 30° beträgt, bereitzustellen, als auch eine große Anzahl an Substraten zur Verfügung zu stellen, ohne dass diese sich aufgrund eines Platzmangels berühren und/oder eine Deckfläche eines Substrathalters von dem Materialstrom aus der
Materialquelle abgeschattet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens
überdeckt die Beschichtung alle dem Substrathalter abgewandten Kanten und Ecken der Grundschicht vollständig. Mit anderen Worten, die Grundschicht wird konform und
spaltfrei von der Beschichtung überdeckt. Die Grundschicht ist nach dem Beschichten der Beschichtung an ihrem dem
Substrathalter abgewandten Außenflächen, also vorliegend an ihrer Beschichtungsfläche und an allen Seitenflächen, nicht mehr frei zugänglich. Ebenfalls sind die Kanten und Ecken der Grundschicht vollständig überdeckt. Eine Kante der
Grundschicht ist hierbei und im Folgenden eine Stelle, an der eine Seitenfläche auf die Beschichtungsfläche trifft. Eine Ecke der Grundschicht ist hierbei und im Folgenden eine
Stelle, an der zwei Seitenflächen und die Beschichtungsfläche zusammentreffen. Beispielsweise weist eine quaderförmige Grundschicht vier dem Substrathalter abgewandte Kanten und vier dem Substrathalter abgewandte Ecken auf. Eine
kegelstumpfförmige Grundschicht weist beispielsweise
lediglich eine dem Substrathalter abgewandte Kante auf, an der die Mantelfläche auf die Deckfläche des Kegelstumpfes auftrifft. Die Begriffe „Kante" und/oder „Ecke" sind hierbei nicht als streng geometrische Begriffe zu verstehen, sondern umfassen vielmehr - im Rahmen der Herstellungstoleranzen - zum Beispiel auch abgerundete Kanten und/oder Ecken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist der Substrathalter scheibenförmig ausgebildet. Die Deckfläche und/oder die Bodenfläche des Substrathalters weisen dann die Form eines Kreises auf. Der Radius der kreisförmigen
Deckfläche und/oder der kreisförmigen Bodenfläche des
Substrathalters beträgt hierbei wenigstens 30 mm und
höchstens 350 mm. Bevorzugt beträgt der Radius wenigstens 40 mm und höchstens 200 mm, besonders bevorzugt höchstens 120 mm. Die Substratdrehachse verläuft hierbei durch einen
Mittelpunkt der kreisförmigen Deckfläche und/oder der kreisförmigen Bodenfläche. Die Begriffe „Kreis", „kreisförmig", „Scheibe", „scheibenförmig", „Radius" und „Mittelpunkt" sind hierbei nicht als exakte geometrische Begriffe, sondern vielmehr als Angaben, die im Rahmen der Herstellungstoleranzen zu interpretieren sind, zu sehen.
Beispielsweise kann die Deckfläche und/oder die Bodenfläche die Form einer nahezu kreisförmigen Ellipse aufweisen, wobei die numerische Exzentrizität der Ellipse höchstens 10 % betragen kann.
Es ist hierbei möglich, dass die Kontur des Substrathalters in einer Aufsicht lediglich durch die Form eines Kreises angenähert werden kann. Beispielsweise kann der
Substrathalter in einer Aufsicht die Form eines Kleeblatts, insbesondere eines vierblättrigen Kleeblatts, aufweisen. Die Form des Kleeblatts kann dann in einer Aufsicht mit einem Kreis umrandet werden. Der Substrathalter kann hierbei in einer Aufsicht wenigstens eine Symmetrieachse, bevorzugt wenigstens zwei Symmetrieachsen und besonders bevorzugt wenigstens vier Symmetrieachsen, aufweisen. Der
Substrathalter kann in zumindest einer räumlichen Dimension eine Ausdehnung von wenigstens 30 mm und höchstens 350 mm aufweisen . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden wenigstens zwei Substrate und wenigstens zwei Dreharme bereitgestellt. Auf jedem der Substrate ist bevorzugt jeweils eine Vielzahl von Grundschichten angeordnet. Die beiden
Substrate werden an jeweils einem Dreharm angeordnet, wobei jeder Substrathalter einem Dreharm eineindeutig zugeordnet ist. Bevorzugt weisen die beiden Dreharme eine im Rahmen der Herstellungstoleranzen gleiche Länge auf. Es ist jedoch auch möglich, dass die Dreharme eine unterschiedliche Länge aufweisen. Dies ermöglicht beispielsweise eine
unterschiedliche Beschichtung von auf den beiden Substraten angeordneten Grundschichten. Die beiden Substrate rotieren jeweils um eine
Substratdrehachse, durch die jeweils die
Haupterstreckungsrichtung des jeweiligen Dreharms verläuft. Bevorzugt rotieren beide Substrate mit der gleichen ersten Drehfrequenz. Es ist jedoch auch möglich, dass sich die
Drehfrequenzen der beiden Substrate unterscheiden. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn strukturell
unterschiedliche Beschichtungen auf den Grundschichten der beiden Substrate aufgebracht werden sollen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens sind die wenigstens zwei Substrate und die Materialquelle nicht auf einer gemeinsamen Kugeloberfläche angeordnet. Beispielsweise können die zwei Substrate auf einer gemeinsamen
Kugeloberfläche angeordnet sein, wobei die Materialquelle nicht auf dieser gemeinsamen Kugeloberfläche angeordnet ist. Es ist somit nicht möglich, eine Kugel im Raum zu definieren, auf deren Oberfläche sowohl die zwei Substrate, als auch die Materialquelle zumindest stellenweise angeordnet sind. Im Gegensatz hierzu sind die Substrate und die Materialquelle eines sogenannten Knudsen- beziehungsweise Planetengetriebes auf einer gemeinsamen Kugeloberfläche angeordnet. Ein
Beschichtungsverfahren mit einem solchen Knudsen- beziehungsweise Planetengetriebe weist im Gegensatz zu dem hier beschriebenen Verfahren den Nachteil auf, dass sich keine gleichförmige Kantenbedeckung der Grundschicht mit der Beschichtung ergibt, sondern vielmehr eine Asymmetrie der Überformung in Abhängigkeit der Orientierung und der Position der Grundschichten auf dem Substrathalter. Ferner entstehen bei dem Beschichten mit einem solchen Knudsen- beziehungsweise Planetengetriebe Spalte und Risse in der Beschichtung im Bereich der zu überformenden Kanten.
Es wird ferner ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Eine Beschichtung des optoelektronischen
Halbleiterbauteils ist bevorzugt mit einem hier beschriebenen Verfahren hergestellt. Das heißt, sämtliche für das Verfahren offenbarten Merkmale sind auch für die Beschichtung des optoelektronischen Halbleiterbauteils offenbart und
umgekehrt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst dieses zumindest eine Grundschicht mit einer Beschichtungsfläche und zwei sich
gegenüberliegenden radialen Seitenflächen. Ferner umfasst die Grundschicht zwei sich gegenüberliegende tangentiale
Seitenflächen, die im Rahmen der Herstellungstoleranzen quer oder senkrecht zu den radialen Seitenflächen verlaufen.
Bevorzugt grenzen jeweils zwei radiale Seitenflächen an eine tangentiale Seitenfläche und umgekehrt. Beispielsweise ist die Grundschicht in Form eines Quaders oder eines
Pyramidenstumpfes ausgebildet. Die radialen Seitenflächen können dann im Rahmen der Herstellungstoleranzen parallel zueinander angeordnet sein. Ebenso können die tangentialen Seitenflächen im Rahmen der Herstellungstoleranzen parallel zueinander angeordnet sein. Die radialen Seitenflächen können hierbei die Seitenflächen sein, welche der Substratdrehachse zugewandt beziehungsweise abgewandt sind. Die tangentialen Seitenflächen können die Seitenflächen sein, die zumindest eine Flächennormale aufweisen, die entlang der Drehrichtung der ersten Drehfrequenz verlaufen. Die Grundschicht umfasst ferner eine Bodenfläche und der Bodenfläche abgewandte Kanten und Ecken, an denen die
tangentialen beziehungsweise die radialen Seitenflächen auf die Beschichtungsfläche treffen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst dieses zumindest eine
Beschichtung. Die Beschichtung überdeckt die Kanten und Ecken der Grundschicht vollständig. Mit anderen Worten, die
Beschichtung überdeckt die Grundschicht konform.
Beispielsweise handelt es sich bei der Beschichtung um eine isolierende Schicht des optoelektronischen
Halbleiterbauteils. Ferner kann es sich bei der Beschichtung um eine reflektierende Schicht und/oder eine elektrisch leitende Anschlussschicht des optoelektronischen
Halbleiterbauteils handeln. Es ist zudem möglich, dass es sich bei der Beschichtung um eine Halbleiterschicht des optoelektronischen Halbleiterbauteils handelt. Mittels einer konformen Beschichtung kann beispielsweise die Grundschicht nach außen hermetisch abgedichtet werden und vor dem
Eindringen von Luft und/oder Flüssigkeiten geschützt werden. Ferner kann eine konforme Beschichtung für die Herstellung von hochreflektierenden Schichten verwendet werden.
Das Material der Beschichtung kann eine hohe Reinheit
aufweisen. Beispielsweise beträgt der Mengenanteil von verunreinigenden Fremdatomen in der Beschichtung höchstens 3 %, bevorzugt höchstens 1 %, der Atome des Materials der
Beschichtung. Unter anderem an der Reinheit des Materials der Beschichtung kann die Herstellung mittels Aufdampfen
nachgewiesen werden. Bei dem Merkmal, wonach die Beschichtung durch Aufdampfen hergestellt ist, handelt es sich daher auch um ein gegenständliches Merkmal, das am fertigen Bauteil nachweisbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst dieses zumindest eine Grundschicht mit einer Beschichtungsfläche, zwei sich gegenüberliegenden radialen Seitenflächen, zwei sich gegenüberliegenden
tangentialen Seitenflächen, die im Rahmen der
Herstellungstoleranzen quer oder senkrecht zu den radialen Seitenflächen verlaufen, einer Bodenfläche und der
Bodenfläche abgewandten Kanten und Ecken, und zumindest eine Beschichtung, wobei die Beschichtung die Kanten und Ecken der Grundschicht vollständig überdeckt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist die Beschichtung Außenflächen auf. Die Beschichtungsdicke an zumindest einer radialen
Seitenfläche der Grundschicht beträgt hierbei wenigstens 25 % der Beschichtungsdicke an der Beschichtungsfläche der
Grundschicht. Mit anderen Worten, die Beschichtungsdicke der Beschichtung ist gleichmäßig ausgebildet. Hierbei und im Folgenden ist die Beschichtungsdicke an einer radialen
Seitenfläche und/oder an einer tangentialen und/oder an der Beschichtungsfläche der Grundschicht der minimale Abstand zumindest einer der Außenflächen der Beschichtung zu der radialen Seitenfläche und/oder der Beschichtungsfläche .
Ferner kann mittels eines Vergleichs der Beschichtungsdicke an zumindest einer radialen Seitenfläche mit der
Beschichtungsdicke an der Beschichtungsfläche der während des Verfahrens gewählte Normalenwinkel nachgewiesen werden. So steigt die Beschichtungsdicke an den radialen Seitenflächen mit zunehmendem Normalenwinkel. Bei einem Normalenwinkel von 75°± 5° kann die Beschichtungsdicke an der zumindest einen radialen Seitenfläche der Beschichtungsdicke an der
Beschichtungsflache entsprechen. Bei diesem Winkel kann sich also eine optimale gleichmäßige Beschichtung ergeben.
Vorliegend hat sich jedoch gezeigt, dass unter
Berücksichtigung weiterer Faktoren, wie beispielsweise Anzahl der auf dem Substrathalter angebrachten Grundschichten und/oder Größe des Substrathalters, ein Optimum der
Gleichmäßigkeit bereits ab einem Normalenwinkel von 30° erzielt werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils beträgt die Beschichtungsdicke an einer tangentialen Seitenfläche der Grundschicht wenigstens 30 % des minimalen Abstands der Außenflächen zur
Beschichtungsfläche der Grundschicht. Die tangentialen
Seitenflächen können also gleichmäßiger als die radialen Seitenflächen beschichtet sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist die Beschichtung im Bereich der radialen Seitenflächen und/oder der tangentialen
Seitenflächen der Grundschicht frei von Rissen, die die
Schicht vollständig durchdringen. Mit anderen Worten, durch das Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung, wie es hier angegeben ist, können rissfreie und/oder hermetisch dichte Beschichtungen hergestellt werden.
Im Folgenden werden das hier beschriebene Verfahren zur
Herstellung einer Beschichtung sowie das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteil mit einer mit einem
Verfahren hergestellten Beschichtung anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert .
Die Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur
Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens anhand einer schematischen Seitenansicht.
Die Figuren 2, 3 und 4 zeigen schematische Skizzen zur
näheren Erläuterung eines hier beschriebenen
Verfahrens.
Die Figur 5 zeigt eine Winkelabhängigkeit der
Beschichtungsdicke einer Beschichtung zur Erläuterung eines hier beschriebenen Verfahrens.
Die Figur 6 zeigt die Beschichtungsdicke einer Beschichtung als Funktion der Länge des Dreharms zur Erläuterung eines hier beschriebenen Verfahrens. Die Figuren 7 und 8 zeigen die zeitliche Veränderung von
geometrischen Beziehungen sowie der
Beschichtungsdicke zur Erläuterung eines hier beschriebenen Verfahrens. Die Figuren 9A und 9B zeigen Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils anhand schematischer Schnittdarstellungen und
Rasterelektronenmikroskop- (REM- ) Aufnahmen . Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. Anhand der schematischen Seitenansicht der Figur 1 ist ein
Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung näher erläutert. Die Seitendarstellung zeigt eine skizzierte Anordnung zur Herstellung einer Beschichtung 22. Die Anordnung umfasst eine Materialquelle 4 mit einer Abdampffläche 4a. Die
Materialquelle 4 weist eine Hauptbeschichtungsrichtung Z auf. Die Hauptbeschichtungsrichtung Z bildet mit den zwei die Ebene der Abdampffläche 4a aufspannenden Richtungen X, Y ein kartesisches Koordinatensystem X, Y, Z.
Ferner umfasst die Anordnung einen Drehhalter 51, einen
Befestigungsarm 52 und ein Drehgelenk 53. Das Drehgelenk 53 ist mittels des Befestigungsarmes 52 an dem Drehhalter 51 angebracht. An dem Drehgelenk 53 ist ein Dreharm 3
angebracht. Der Dreharm 3 weist eine Länge 3L entlang seiner Haupterstreckungsrichtung auf. An dem Dreharm 3 ist ein
Substrathalter 1 angebracht. Eine gedachte Verlängerung des Dreharms 3 durch den Substrathalter 1 hindurch verläuft hierbei bevorzugt durch einen Schwerpunkt des Substrathalters 1. Auf der rechten Seite der Figur 1 ist ein zweiter
Substrathalter 1 an einem zweiten Dreharm 3 dargestellt. Der Aufbau ist hierbei der gleiche wie der auf der linken Seite der Figur 1 gezeigte Aufbau.
Die gesamte Anordnung aus Drehhalter 51, Befestigungsarm 52, Drehgelenk 53, Dreharm 3 und Substrathalter 1 rotiert mit einer zweiten Drehfrequenz ω2 um eine Gesamtdrehachse, welche entlang der Hauptbeschichtungsrichtung Z der Materialquelle 4 verläuft. Ferner vollzieht der Dreharm 3 eine Eigenrotation mit einer ersten Drehfrequenz ωι um eine Substratdrehachse 11, die entlang der Haupterstreckungsrichtung des Dreharms 3 verläuft . Der Substrathalter 1 weist eine Deckfläche la auf. Auf der Deckfläche la ist eine Grundschicht 2 angebracht. Auf einer Beschichtungsfläche 2a der Grundschicht 2 ist ein Probenpunkt 2p markiert. Vorliegend ist der Probenpunkt 2p so gewählt, dass eine gedachte Verlängerung der entlang dem Dreharm 3 verlaufenden Substratdrehachse 11 durch den Probenpunkt 2p verläuft. Der Probenpunkt 2p kann jedoch generell beliebig auf der Beschichtungsfläche 2a einer Grundschicht 2 gewählt werden . Der Verbindungsvektor von einem Punkt 4m auf der
Abdampffläche 4a der Materialquelle 4 zum Probenpunkt 2p bildet den Probenvektor 42. Der Probenvektor 42 schließt mit einer Flächennormale 291 durch den Probenpunkt 2p einen
Normalenwinkel φ ein. Der Normalenwinkel φ wird mittels
Variation der Länge 3L des Dreharms 3 eingestellt. Der
Normalenwinkel φ beträgt hierbei wenigstens 30°und höchstens 75°. Bevorzugt beträgt der Normalenwinkel φ hierbei
wenigstens 40°und höchstens 60°. Gemäß der schematischen Skizze der Figur 2 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung näher erläutert. Die Figur 2 zeigt die Materialquelle 4 mit der Abdampffläche 4a und einem Punkt 4m auf der Abdampffläche 4a der Materialquelle 4. Die Hauptbeschichtungsrichtung Z der Materialquelle 4
verläuft vorliegend durch den Punkt 4m auf der Abdampffläche 4a. Ebenfalls skizziert dargestellt ist der Substrathalter 1, der an dem Dreharm 3, entlang dessen
Haupterstreckungsrichtung die Substratdrehachse 11 verläuft, angeordnet ist. Der Dreharm 3 rotiert mit der ersten
Winkelgeschwindigkeit ωι um die Substratdrehachse 11.
Auf der Deckfläche la des Substrathalters 1 ist die
Grundschicht 2 angeordnet. Die Grundschicht 2 weist eine
Beschichtungsfläche 2a sowie radiale Seitenflächen 2rl, 2r2 und tangentiale Seitenflächen 2tl, 2t2 auf. Hierbei ist die positive radiale Seitenfläche 2rl an der dem Dreharm 3 zugewandten und die negative radiale Seitenfläche 2r2 an der dem Dreharm 3 abgewandten Seite der Grundschicht 2
vorzufinden. Die positive tangentiale Seitenfläche 2tl ist der negativen tangentialen Seitenfläche 2t2 (in der Figur 2 nicht gezeigt) in Drehrichtung um die Substratdrehachse 11 vorgeordnet. Mit anderen Worten, zumindest eine
Flächennormale der positiven tangentialen Seitenfläche 2tl verläuft parallel zur Drehrichtung und zumindest eine
Flächennormale der negativen tangentialen Seitenfläche 2t2 verläuft antiparallel zur Drehrichtung. Die radialen
Seitenflächen 2rl, 2r2 liegen sich gegenüber. Ebenfalls liegen sich die tangentialen Seitenflächen 2tl, 2t2 gegenüber (in der Figur 2 nicht gezeigt) . Die tangentialen
Seitenflächen 2tl, 2t2 verlaufen im Rahmen der
Herstellungstoleranzen senkrecht zu den radialen
Seitenflächen 2rl, 2r2.
Auf der Beschichtungsfläche 2a der Grundschicht 2 befindet sich ein Probenpunkt 2p. Der Probenpunkt 2p weist einen
Abstand 32 von dem Dreharm 3 auf. Ferner weist die
Grundschicht 2 einen mittleren Abstand D zur Materialquelle auf.
Der Probenvektor 42, gegeben durch den Verbindungsvektor von dem Punkt 4m auf der Abdampffläche 4a der Materialquelle 4 zu dem Probenpunkt 2p auf der Beschichtungsflache 2a der
Grundschicht 2, schließt mit der Hauptbeschichtungsrichtung Z einen Materialwinkel Θ ein. Ebenfalls schließt der
Probenvektor 42 mit der Flächennormalen 291 durch den
Probenpunkt 2p einen Normalenwinkel φ ein.
Entlang der Beschichtungsfläche 2a verläuft der radiale
Vektor 292. Der radiale Vektor 292 steht senkrecht auf der Flächennormalen 291 durch den Probenpunkt 2p. Der radiale Vektor 292 schließt mit dem Probenvektor 42 einen radialen
Winkel ein. Die Flächennormale 291, der radiale Vektor 292 und ein - hier nicht dargestellter - tangentialer Vektor 293 bilden ein dreidimensionales kartesisches Koordinatensystem, das zu dem durch die Materialquelle 4 definierten
dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystem X, Y, Z rotiert ist. Der tangentiale Vektor 293 verläuft hierbei senkrecht zu der Flächennormalen 291 und dem radialen Vektor 292 und aus der Bildebene der Figur 2 heraus. Zu dem in der Figur 2 gezeigten Zeitpunkt während des
Beschichtungsvorgangs ist die negative radiale Seitenfläche 2r2 zur Materialquelle 4 hin orientiert und kann somit direkt beschichtet werden, während die positive radiale Seitenfläche 2rl von der Materialquelle 4 weg orientiert wird und somit nur schlecht oder gar nicht beschichtet werden kann. Die positive radiale Seitenfläche 2r2 kann somit besser mit dem Material der Materialquelle 4 beschichtet werden. Zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise nach einer halben Drehung des Substrathalters 1 um die Substratdrehachse 11, wird die positive radiale Seitenfläche 2rl zur Materialquelle 4 hin orientiert sein und die negative radiale Seitenfläche 2r2 wird von der Materialquelle 4 weg orientiert sein. Durch die Rotation um die Substratdrehachse 11 wird somit eine gleichmäßige Beschichtung der radialen Seitenflächen 2rl, 2r2 ermöglicht .
Gemäß der schematischen Darstellung der Figur 3 ist ein hier beschriebenes Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung 22 näher erläutert. Dargestellt sind berechnete zeitabhängige Positionen von Probenpunkten 2pl, 2p2 auf der
Beschichtungsfläche 2a der Grundschicht 2 in dem durch die Materialquelle 4 definierten Koordinatensystem X, Y, Z. Der Nullpunkt ist durch einen Punkt 4m auf der Abdampffläche 4a der Materialquelle 4 gegeben.
Der erste Probenpunkt 2pl ist derart angeordnet, dass er einen großen Abstand 32 zur Substratdrehachse 11 aufweist. Der zweite Probenpunkt 2p2 ist derart angeordnet, dass er nur geringfügig von der Position der Substratdrehachse 11 abweicht, also einen infinitesimal kleinen Abstand 32 zur Substratdrehachse 11 aufweist. Die zeitabhängige Position des ersten Probenpunkts 2pl ist somit sowohl von der Rotation um die Substratdrehachse 11 als auch von der Rotation um die
Gesamtdrehachse beeinflusst. Die zeitabhängige Position des zweiten Probenpunkts 2p2 ist lediglich von der Rotation um die Gesamtdrehachse beeinflusst. Diese unterschiedliche Beeinflussung ist beispielsweise an der größeren zeitlichen Variation der Position des ersten Probenpunktes 2pl im Vergleich zur zeitlichen Variation der Position des zweiten Probenpunktes 2p2 ersichtlich. Der erste Probenpunkt 2pl vollzieht eine doppelte Rotation um die
Materialquelle 4. Der erste Probenpunkt 2pl weist
dementsprechend eine komplexere Bewegung als der zweite
Probenpunkt 2p2 auf und schließt eine größere Variation von Normalenwinkeln φ mit dem Probenvektor 42 ein. Ferner zeigt die Figur 3 zur Erläuterung eine skizzierte dreidimensionale Darstellung des durch die Flächennormale
291, den radialen Vektor 292 und den tangentialen Vektor 293 aufgespannten rotierten kartesischen Koordinatensystems 291,
292, 293. Der tangentiale Vektor 293 verläuft parallel zur Drehrichtung der Drehung um die Substratdrehachse 11 mit der ersten Drehfrequenz ωι . Der radiale Vektor 292 verläuft parallel zur Beschichtungsfläche 2a, auf welcher sich der Probenpunkt 2pl, 2p2 befindet.
Gemäß der Skizze der Figur 4 ist ein Verfahren zur
Herstellung einer Beschichtung näher erläutert. In der Skizze ist ein Probenpunkt 2p zu einem beliebigen Zeitpunkt während des Beschichtungsvorgangs dargestellt. Ferner ist der Dreharm 3 und die mit dem Dreharm 3 zusammenfallende
Substratdrehachse 11 dargestellt. An der Position des
Probenpunkts 2p ist das rotierte kartesische
Koordinatensystem 291, 292, 293 eingezeichnet.
Die Flächennormale 291 schließt mit dem Probenvektor 42 den Normalenwinkel φ ein. Der radiale Vektor 292 schließt mit dem Probenvektor 42 einen radialen Winkel ein. Der tangentiale Vektor 293 schließt mit dem Probenvektor 42 einen
tangentialen Winkel ß ein.
Aufgrund der Drehung um die Substratdrehachse und/oder die Gesamtdrehachse variieren der radiale Winkel , der
tangentiale Winkel ß und der Normalenwinkel φ während der Rotation des Substrathalters 1.
Gemäß der berechneten Winkelabhängigkeit der normierten
Beschichtungsdicken 61, 62 der Figur 5 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung näher erläutert. Dargestellt ist die auf die Beschichtungsdicke an der Beschichtungsfläche 2a normierte Beschichtungsdicke |d| als Funktion des
Normalenwinkels φ in Grad. Die Figur 5 zeigt die normierte Beschichtungsdicke 61 an der Beschichtungsfläche 2a und die normierte mittlere Beschichtungsdicke 62 an den Seitenflächen 2rl, 2r2, 2tl, 2t2 der Grundschicht 2, die einen Mittelwert der jeweiligen normierten Beschichtungsdicken an den
jeweiligen Seitenflächen 2rl, 2r2, 2tl, 2t2 darstellt.
Für die Berechnung der Beschichtungsdicke wurde angenommen, dass der von der Materialquelle 4 abgegebene Materialstrom I die folgende proportionale Abhängigkeit von dem
Materialwinkel Θ und dem mittleren Abstand D der Grundschicht 2 von der Materialquelle 4 aufweist:
I (Θ, D) -cos (θ) n * D-2, wobei der Materialparameter n von dem Material der
Materialquelle 4 abhängt. Beispielsweise gilt n=3 im Fall von Gold. Für den Materialstrom 4 wird also eine
rotationssymmetrische Kosinus-Abhängigkeit in Verbindung mit der Abstandsquadrat-Regel angenommen. Die normierte mittlere Beschichtungsdicke 62 an den
Seitenflächen 2rl, 2r2, 2tl, 2t2 wächst mit steigendem
Normalenwinkel φ. Eine maximal gleichmäßige Beschichtung ergibt sich bei einem Normalenwinkel φ von etwa 72,4°. Bei diesem Winkel sind die normierte mittlere Beschichtung 62 an den Seitenflächen 2rl, 2r2, 2tl, 2t2 und die normierte
Beschichtungsdicke 61 an der Beschichtungsfläche 2a gleich groß. Bei dem Winkel 72,4° ist somit eine maximal konforme und homogene Überdeckung der Grundschicht 2 zu erwarten. Überraschend hat sich jedoch vorliegend herausgestellt, dass bereits ab einem Normalenwinkel φ von wenigstens 30° eine ausreichend homogene und konforme Überdeckung der
Grundschicht 2 erzielbar ist. Zudem ist bei kleineren
Normalenwinkeln φ eine größere Anzahl an Grundschichten 2 möglich, da die Substrathalter 1 weiter entfernt von der Materialquelle 4 angeordnet sein können und somit eine größere Anzahl Substrathalter 1 und/oder größere
Substrathalter 1 in Verbindung mit einer einzigen
Materialquelle 4 verwendet werden können.
Gemäß der errechneten normierten Beschichtungsdicken 711, 712, 721, 722, 731, 732 der Figur 6 ist ein hier
beschriebenes Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung näher erläutert. Im Gegensatz zu der Figur 5 ist in der Figur 6 jeweils die normierte Beschichtungsdicke an den jeweiligen Seitenflächen 2rl, 2r2, 2tl, 2t2 aufgetragen. Die normierte Beschichtungsdicke 711, 712, 721, 722, 731, 732 ist als Funktion der Länge 3L des Dreharms 3 angegeben.
Die Punkte stellen jeweils wie folgt dar: die normierte
Beschichtungsdicke 711, 712 an der positiven radialen
Seitenfläche 2rl, die normierte Beschichtungsdicke 721, 722 an der negativen radialen Seitenfläche 2rl, die normierte
Beschichtungsdicke 731, 732 an den tangentialen Seitenflächen 2tl, 2t2 und die normierte Beschichtungsdicke 61 an der
Beschichtungsfläche 2a. Die normierten Beschichtungsdicken 731, 732 für die tangentialen Seitenflächen 2tl, 2t2 sind für die positive 2tl und die negative 2t2 tangentiale
Seitenfläche nicht getrennt dargestellt, da die normierten Beschichtungsdicken der beiden tangentialen Seitenflächen 2tl, 2t2 gleich sind. Die ausgefüllten Datenpunkte 711, 721 und 731 zeigen jeweils die normierte Beschichtungsdicke für einen Substrathalter mit einem Durchmesser von 150 mm, während die nicht ausgefüllten Punkte 712, 722, 732 jeweils die Berechnungen der normierten Beschichtungsdicke für einen Substrathalter mit einem Durchmesser von 50 mm zeigen.
Mit steigender Länge 3L steigt der Normalenwinkel φ und damit die normierte Beschichtungsdicke an den Seitenflächen 2rl, 2r2, 2tl, 2t2 und folglich die Gleichmäßigkeit der
Beschichtungsdicke. Insbesondere die tangentialen
Seitenflächen 2tl, 2t2 können homogen und konform beschichtet werden. Bei einer Länge 3L von etwa 460 mm ist der optimale Normalenwinkel φ von etwa 72,4° erreicht. Gemäß dem in der Figur 7 dargestellten zeitabhängigen Verlauf ist ein hier beschriebenes Verfahren näher erläutert. Gezeigt sind Berechnungen des Normalenwinkels φ, des tangentialen Winkels ßl, ß2, des radialen Winkels l, 2 sowie des
Materialwinkels Θ als Funktion der Drehzeit t in Sekunden. Hierbei ist die Drehung des Substrathalters durch die Angabe eines ersten tangentialen Winkels ßl, eines zweiten
tangentialen Winkels ß2, eines ersten radialen Winkels al und eines zweiten radialen Winkels a2 berücksichtigt. Der
Probenvektor 42 schließt mit dem tangentialen Vektor 293 bzw. mit dem radialen Vektor 292 den ersten tangentialen Winkel ßl bzw. den ersten tangentialen Winkel al ein. Ferner schließt der Probenvektor 42 mit dem mathematisch umgekehrten, also negativen tangentialen Vektor 293 bzw. mit dem mathematisch umgekehrten, also negativen radialen Vektor 292 den zweiten tangentialen Winkel ß2 bzw. den zweiten tangentialen Winkel a2 ein. Zudem ist in dem zeitabhängigen Verlauf der Figur 7 die zeitabhängige Länge des Probenvektors 42 in Millimetern aufgetragen. Eine Drehung um die Substratdrehachse 11 ist nach 120 Sekunden beendet. Die erste Drehfrequenz ωι beträgt also 1/120 Hz. Dementsprechend wiederholt sich der
zeitabhängige Verlauf nach 120 Sekunden.
Die Winkel φ, ΐ, 2, ßl, ß2, Θ und die Länge des
Probenvektors 42 ändern sich während der Drehung. Der
Normalenwinkel φ beträgt während der gesamten Drehung
wenigstens 30°und höchstens 75°. So variiert der
Normalenwinkel φ beispielsweise zwischen 125° und 155°, entsprechend den spitzen Winkeln von 35° und 65°. Gemäß der zeitabhängigen Abscheiderate der Figur 8 ist ein hier beschriebenes Verfahren zur Herstellung einer
Beschichtung 22 näher erläutert. Die Abscheiderate ist hierbei die Rate, mit welcher Material der Materialquelle 4 auf der jeweiligen Fläche 2a, 2rl, 2r2, 2tl, 2t2 der
Grundschicht 2 abgelagert wird. Dargestellt ist die
zeitabhängige Abscheiderate auf der Grundschicht 2 in
willkürlichen Einheiten (a.u.) als Funktion der Drehzeit t in Sekunden. Die Figur 8 zeigt die Abscheiderate 81 an der Beschichtungsfläche 2a, die Abscheiderate 821 an der
positiven radialen Seitenfläche 2rl, die Abscheiderate 822 an der negativen radialen Seitenfläche 2r2, die Abscheiderate 831 an der positiven tangentialen Seitenfläche 2tl und die Abscheiderate 832 an der negativen tangentialen Seitenfläche 2t2.
Die jeweilige Abscheiderate der Beschichtung ändert sich im zeitlichen Verlauf. So sind anfangs die Abscheiderate 81 auf der Beschichtungsfläche 2a und die Abscheiderate 821 auf der positiven radialen Seitenfläche 2r2 maximal. Mit der Drehung um die Substratdrehachse 11 wird die Orientierung der
Seitenflächen 2rl, 2r2, 2tl, 2t2 zur Materialquelle 4
verändert. Dementsprechend steigt beispielsweise die
Abscheiderate 832 an der negativen tangentialen Seitenfläche 2t2, während die Abscheiderate 81 auf der Beschichtungsfläche 2a sinkt. Nach einer halben Drehung, zum Zeitpunkt t=60s, ist die Abscheiderate 822 an der negativen radialen Seitenfläche 2r2 maximal. Ab einem Zeitpunkt von etwa t=80s wächst die Abscheiderate 831 auf der positiven tangentialen Seitenfläche 2t2 und die Abscheiderate 81 auf der Beschichtungsfläche 2a. Vor Beendigung der Drehung, ab einem Zeitpunkt von etwa t=100s, wächst erneut die Abscheiderate 811 auf der positiven radialen Seitenfläche 2rl an. Ein Integral über die
jeweiligen Kurven ergibt dann die Beschichtungsdicken gemäß der Figuren 5 und 6.
Gemäß der REM-Aufnahmen der Figuren 9A und 9B sind
Ausführungsbeispiele vom hier beschriebenen
optoelektronischen Halbleiterbauteil näher erläutert. Die Figur 9A zeigt hierbei ein optoelektronisches
Halbleiterbauteil mit einer Beschichtung 22, die nicht mittels eines hier beschriebenen Verfahrens hergestellt wurde. Die Figur 9B zeigt ein optoelektronisches
Halbleiterbauteil mit einer Beschichtung 22, welche mittels eines hier beschriebenen Verfahrens hergestellt wurde.
In dem optoelektronischen Halbleiterbauteil der Figur 9A sind Risse 221 an den zu überdeckenden Kanten der Grundschicht 2 zu erkennen. Diese Risse in der Beschichtung 22 sind in dem optoelektronischen Halbleiterbauteil der Figur 9B nicht vorhanden. Zudem ist in der Figur 9B klar erkennbar, dass das optoelektronische Halbleiterbauteil, beziehungsweise die Beschichtung 22, mit einem hier beschriebenen Verfahren hergestellt wurde. So ist die Beschichtungsdicke 223 der Beschichtung 22 an deren Seitenflächen 2rl, 2r2 in etwa halb so groß wie die Beschichtungsdicke 224 an der
Beschichtungsfläche 2a der Grundschicht 2. Dies lässt auf die Verwendung eines Normalenwinkels φ von etwa 45° schließen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Anmeldung DE 10 2014 108 348.2, deren
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung mit den Schritten :
- Bereitstellen einer Materialquelle (4) mit einer Deckfläche (4a) und einer Hauptbeschichtungsrichtung (Z) ,
- Bereitstellen eines Substrathalters (1) mit einer
Deckfläche (la),
- Bereitstellen zumindest einer Grundschicht (2) mit einer dem Substrathalter (1) abgewandten Beschichtungsfläche (2a) auf der Deckfläche (la) des Substrats,
- Anbringen des Substrathalters (1) an einem Dreharm (3), der entlang einer Haupterstreckungsrichtung des Dreharms (3) eine Länge (3L) aufweist,
- Einstellen der Länge (3L) des Dreharms (3) derart, dass ein Normalenwinkel (φ) , den die Flächennormale der
Beschichtungsfläche (2a) der Grundschicht (2) durch einen Probenpunkt (2p) auf der Beschichtungsfläche (2a) mit einem Probenvektor, gegeben durch den Verbindungsvektor (42) von einem Punkt (4m) auf der Deckfläche (4a) der Materialquelle
(4) zu dem Probenpunkt (2p) auf der Beschichtungsfläche (2a), einschließt, während des gesamten Verfahrens wenigstens
30°und höchstens 75°beträgt,
- Aufbringen zumindest einer Beschichtung (22) an der die Beschichtungsfläche (2a) aufweisenden Seite der Grundschicht (2) mittels der Materialquelle (4),
wobei
- der Substrathalter (1) während des Beschichtungsvorgangs der Beschichtung (22) um eine Substratdrehachse, die entlang der Haupterstreckungsrichtung des Dreharms (3) verläuft, rotiert wird.
2. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
wobei
- der Substrathalter (1) zusätzlich um eine Gesamtdrehachse, die im Rahmen der Herstellungstoleranzen entlang der
Hauptbeschichtungsrichtung (Z) der Materialquelle verläuft, rotiert wird,
- die Rotation um die Substratdrehachse mit einer ersten Drehfrequenz (ωι) erfolgt und die Rotation um die
Gesamtdrehachse mit einer zweiten Drehfrequenz (0)2) erfolgt, wobei die erste Drehfrequenz (ωι) größer als die zweite
Drehfrequenz (ω2) ist,
- wenigstens zwei Substrate (1) bereitgestellt werden und
- die wenigstens zwei Substrate (1) und die Materialquelle (4) nicht auf einer gemeinsamen Kugeloberfläche angeordnet sind .
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei der Substrathalter (1) zusätzlich um eine
Gesamtdrehachse, die im Rahmen der Herstellungstoleranzen entlang der Hauptbeschichtungsrichtung (Z) der Materialquelle verläuft, rotiert wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Rotation um die Substratdrehachse mit einer ersten Drehfrequenz (ωι) erfolgt und die Rotation um die
Gesamtdrehachse mit einer zweiten Drehfrequenz (0)2) erfolgt, wobei die erste Drehfrequenz (ωι) größer als die zweite
Drehfrequenz (ω2) ist.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein beliebiger Punkt auf der Beschichtungsflache (2a) als der Probenpunkt (2p) auf der Beschichtungsflache (2a) ausgewählt wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei eine Vielzahl von Grundschichten (2) mit einer Vielzahl von Beschichtungsflachen (2a) auf der Deckfläche (la) des Substrathalters (1) angeordnet wird.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Länge (3L) des Dreharms (3) wenigstens 100 mm und höchstens 700 mm beträgt.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Länge (3L) des Dreharms (3) wenigstens 200 mm und höchstens 400 mm beträgt.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Beschichtung (22) alle dem Substrathalter (1) abgewandten Kanten und Ecken der Grundschicht (2) vollständig überdeckt .
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei der Substrathalter (1) scheibenförmig ausgebildet ist, wobei der Radius der kreisförmigen Grundfläche der Scheibe wenigstens 30 mm und höchstens 350 mm beträgt.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei der Substrathalter (1) in zumindest einer Dimension eine Ausdehnung von wenigstens 30 mm und höchstens 350 mm aufweist .
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei wenigstens zwei Substrate (1) bereitgestellt werden.
13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die wenigstens zwei Substrate (1) und die
Materialquelle (4) nicht auf einer gemeinsamen
Kugeloberfläche angeordnet sind.
14. Optoelektronisches Halbleiterbauteil, aufweisend
- zumindest eine Grundschicht (2) mit
- einer Beschichtungsfläche (2a) ,
- zwei sich gegenüberliegenden radialen Seitenflächen (2rl, 2r2),
- zwei sich gegenüberliegenden tangentialen Seitenflächen (2tl, 2t2), die im Rahmen der Herstellungstoleranzen quer oder senkrecht zu den radialen Seitenflächen (2rl, 2r2) verlaufen,
- einer Bodenfläche (2c) und
- der Bodenfläche (2c) abgewandte Kanten und Ecken, und
- zumindest eine Beschichtung (22), wobei
- die Beschichtung (22) die Kanten und Ecken der Grundschicht (2) vollständig überdeckt.
15. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Beschichtung (22) Außenflächen aufweist, wobei der minimale Abstand der Außenflächen zu zumindest einer radialen Seitenfläche (2rl, 2r2) der Grundschicht (2) wenigstens 25 % des minimalen Abstands der Außenflächen zur
Beschichtungsfläche (2a) der Grundschicht (2) beträgt.
16. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der minimale Abstand der Außenflächen zu zumindest einer tangentialen Seitenfläche (2tl, 2t2) der
Grundschicht (2 ) wenigstens 25 % des minimalen Abstands der Außenflächen zur Beschichtungsfläche (2a) der Grundschicht (2) beträgt.
17. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Beschichtung (22) im Bereich der radialen
Seitenflächen (2rl, 2r2) und/oder tangentialen Seitenflächen (2tl, 2t2) der Grundschicht (2) frei von Rissen (221), die die Beschichtung (22) vollständig durchdringen, ist.
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