JP6364079B2 - 少なくとも１つの機能層を有する複合体を生産するための方法、または電子もしくは光電子部品をさらに生産するための方法 - Google Patents

少なくとも１つの機能層を有する複合体を生産するための方法、または電子もしくは光電子部品をさらに生産するための方法 Download PDF

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Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の、少なくとも１つの機能レイヤを有する複合体を生産するための方法、または電子もしくは光電子部品を生産するためにさらに使用するための方法に関し、また、請求項９に記載の、電子または光電子部品を生産するためのこのように生産された複合体の使用に関する。
電子または光電子部品を生産するための多種多様な方法が、従来技術で知られている。例として、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ：ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｕｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）の方法が、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザ・ダイオードの生産において広く用いられている。窒化ガリウム（ＧａＮ）に基づく層構造の場合、ＭＯＣＶＤ法の処理温度は典型的には１０００℃より高い。ここで使用される基板は主にサファイアであり、また、シリコンおよび炭化ケイ素である。異種基板上でのＧａＮベースの層の成長（ヘテロエピタキシ（ｈｅｔｅｒｏｅｐｉｔａｘｙ））は、基板が高温で洗浄され、接合または核形成層が続き、その後実際の層構造（ＬＥＤまたはトランジスタ）が続くことを前提とする。これらのステップは、層の質的かつ再現性のある成長のために必須であり、処理の全期間の約２０〜３０％を占める。高温での基板の洗浄中に前工程からの意図しない付随する反応器被覆のガス放出材料により基板が寄生的に被覆されないために、基板がＭＯＣＶＤプラントの処理チャンバ内にロードされる前に必要な純度要件が満たされなければならない。現在の従来技術では、これは、被覆された装置を洗浄された反応器装置で置き換えるか、または反応器装置を洗浄するのに適した温度まで加熱することにより達成される。
一例として、公開明細書ＤＥ１９７１５５７２Ａ１には、単結晶シリコン製の基板上にＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）の構造のＩＩＩ−Ｖ族窒化物化合物半導体のエピタキシャル層を生産するための方法が記載されている。この方法は、領域構造が単結晶シリコン製の基板の表面に作製される方法ステップを備える。シリコン表面は領域内が露出し、領域の縁はマスク材料で囲まれる。シリコン表面上の領域内のみでの窒化物化合物半導体のエピタキシャル成長により局所的な島（ｌｏｃａｌ ｉｓｌａｎｄ）が作製され、その縁において格子不整合により生じる歪み（ｓｔｒａｉｎ）を低下させることができる。最終的に、部品が領域内または領域上に作製される。
欧州特許出願ＥＰ１８１６６７２Ａ１では、半導体材料を無応力かつ無亀裂で堆積させるための基板を生産するための方法が提案されており、この方法では、半導体材料で作られた基板を用意し、第２の半導体材料で作られた層をこの基板に加えて半導体層構造を作製し、軽ガスイオン（ｌｉｇｈｔ ｇａｓ ｉｏｎ）を半導体層構造に注入して半導体層構造内に空洞を含む層を作製し、これらの空洞を特定の種類の異種原子により安定化し、少なくとも１つのエピタキシャル層を半導体層構造に加える。このようにして、１０００℃以上の温度でＭＯＣＶＤなどの関連する高温プロセスによって堆積した層の破裂を回避することができる。
さらに、公開明細書ＤＥ３１３６５１５Ａ１では、マグネトロンにより形成されたプラズマ源により元素を噴射（ａｔｏｍｉｚｉｎｇ）するための方法が開示されており、この方法では、静電場を形成するソースの２つの面の間にプラズマが発生し、プラズマに隣接して取り付けられた発生器アノードがプラズマを、噴射される元素に対して放出する。様々な可能な応用が記載されており、たとえば、異なる電気伝導度の基板の選択的被覆、基板の洗浄、イオンミリング、高価または危険な被覆材料の回収、加熱源での損失が少ない加熱、反応性イオンによる噴射、鋭敏化または電荷中和、および活性ガスのポンピングが記載されている。
したがって、詳細には、本発明の目的は、処理条件および／または処理装置を提供するための複雑性の点での改良された方法を提供することである。
本発明は、少なくとも１つの機能層を有する複合体を生産するための方法、または電子もしくは光電子部品を生産するためにさらに使用するための方法であって、複合体が、層構造の形態であり、
− プレートの形態にあり少なくとも１つの平面基板表面を有する少なくとも１つの基板と、
− 少なくとも１つの化合物半導体、セラミック材料または金属硬質材料を含む少なくとも１つの実質的に多結晶の、または少なくとも１つの実質的に単結晶の層と
を備える、方法に関する。
この文脈において、「機能層」とは、具体的には、電気的または光学的特性のために電気的または光学的用途に関する特定の機能を実施するのに適した層を意味するものと理解されたい。
「電子または光電子部品」という用語は、具体的には、光起電部品、たとえば太陽電池、パワー・エレクトロニクス用の部品、たとえばパワー・トランジスタ（ＩＧＢＴ）、サイリスタなど、高周波技術用の部品、たとえばＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ（ｈｉｇｈ ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ））、発光およびレーザ・ダイオードを意味するものと理解されたい。
この文脈において、「実質的（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」とは、具体的には、５０％より高い割合を意味するものと理解されたい。具体的には、１００％の割合もまた、含まれるべきである。
方法は、
− 平面基板表面の少なくとも一部を少なくとも１００℃、最大で５５０℃の温度まで加熱するステップと、
− 第１の材料源からの水素と、特にそのために生成されたプラズマとを供給することにより基板表面を洗浄するステップと、
− 第１の材料源または第２の材料源からの炭素、窒素または酸素と、特にそのために生成されたプラズマとを加えることで基板表面を終端するステップと、
− 化合物半導体、セラミック材料または金属硬質材料の材料成分を第１の材料源および第２の材料源から少なくとも１つの平面基板表面へ供給することにより、少なくとも１つの層を成長させるステップと
を備える。
この文脈において、「化合物半導体」という用語は、具体的には、
− 元素周期表（ＰＴＥ：ｔｈｅ Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｔａｂｌｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）の第ＩＩ主族元素と第ＶＩ主族元素との化合物、
− 第ＩＩＩ主族元素と第Ｖ主族元素との化合物、
− 第ＩＩＩ主族元素と第ＶＩ主族元素との化合物、
− 第Ｉ主族元素と第ＩＩＩ主族元素および第ＶＩ主族元素との化合物、
− 第ＩＩＩ主族元素と第ＶＩ主族元素との化合物、
− ＰＴＥの異なる第ＩＶ主族元素の化合物
により形成される半導体特性を有する化合物を含むものとする。
この文脈において、「金属硬質材料」とは、具体的には、金属結合の割合が顕著な、１０００ＶＨより高いビッカース硬度および／または９．０より高いモース硬度を有する層を意味するものと理解されたい。そのような金属硬質材料の一例は、窒化チタン（ＴｉＮ）である。
この文脈において、「セラミック材料」という用語は、具体的には、非酸化物セラミック材料を含むものとする。そのようなセラミック材料の例は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）および炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）である。
この文脈において、「基板表面を終端する」とは、具体的には、基板の最上部の、基板表面の最大５単層までの変換を意味するものと理解されたい。
窒素の添加（窒化）による基板表面の終端は、実質的に、アルゴンおよび／またはヘリウムの割合の有無に関わらず窒素を用いて、あるいはアルゴンおよび／またはヘリウムの割合の有無に関わらず窒素化合物を用いて実現することができる。
酸素の添加（酸化）による基板表面の終端は、実質的に、アルゴンおよび／またはヘリウムの割合の有無に関わらず酸素を用いて、あるいはアルゴンおよび／またはヘリウムの割合の有無に関わらず酸素化合物を用いて実現することができる。
炭素の添加（炭化）による基板表面の終端は、実質的に、アルゴンおよび／またはヘリウムの割合の有無に関わらず炭素を用いて、あるいはアルゴンおよび／またはヘリウムの割合の有無に関わらず炭素化合物を用いて実現することができる。
一実施形態では、プレート状の基板は、単結晶形態を有することができ、たとえば、サファイア、シリコン、アルミン酸リチウム、炭化ケイ素、窒化ガリウム、ヒ化ガリウム、ゲルマニウムまたはホウ化ジルコニウムを含むことができる。他の実施形態では、基板は、多結晶または非結晶形態を有することもでき、たとえば、ガラス、ポリシリコン、フィルム、プラスチック、紙、セラミックおよび金属のウェハ、たとえばタングステン−銅を含むことができる。
前記方法では、処理温度は、既知の従来技術に比べて大幅に削減される。結果として、複合体を生産するための処理時間を短縮し、必要なエネルギーおよびコストの支出を削減することができる。さらに、生産中に生じる熱応力は、従来技術に比べて温度が低下した結果、削減することができ、したがって複合体の品質および耐性を増加させることができる。
化合物半導体を含む少なくとも１つの層が実質的に多結晶である場合は、平面基板表面の一部を少なくとも１００℃、最大で３００℃の温度まで加熱すると特に有利である。対照的に、化合物半導体を含む少なくとも１つの層が実質的に単結晶である場合は、平面基板表面の一部を少なくとも１００℃、最大で５５０℃の温度まで加熱すると有利である。
方法の１つの有利な構成では、化合物半導体、セラミック材料または金属硬質材料の成分が、スパッタリング、プラズマ化学気相堆積ＰＥＣＶＤを用いて、または少なくとも１つのイオン銃を用いて供給される。結果として、少なくとも１つの化合物半導体を含む少なくとも１つの層を、信頼性および再現性のある方法で作製することができる。この文脈において、「イオン銃（ｉｏｎ ｃａｎｎｏｎ）」とは、具体的には、材料がイオン化され、加速電圧によって指向されて加速される装置を意味するものと理解されたい。
材料源から供給される材料は固体として、実質的に純粋な形態で、有機金属の形態で、または合金として存在することができ、これはキャリアガスを介して蒸発、スパッタまたは加熱された形態で導入することができる。また、材料はガスまたはガス化合物として存在することができ、これはキャリアガスを介して加熱された形態で導入することができる。さらに、材料は液体化合物として、有機金属の形態で、または合金として存在することができ、これはキャリアガスを介して蒸発、スパッタまたは加熱された形態で導入される。
化合物半導体、セラミック材料または金属硬質材料の成分が、ストリップ源を用いて供給されると特に有利である。たとえば、ストリップ源は、
− ストリップ要素からなり、これを介して化合物半導体、セラミック材料または金属硬質材料の成分を供給するために必要な全ての原料が共に導かれるか、
− 複数のストリップ要素を含み、これらを介して全ての必要な原料が個別に導かれるかまたは比較的小さいグループに組み合わせられるか、
− ストリップ・マグネトロン源の形態であるか、
− 管状マグネトロン源の形態であるか、
− ストリップ蒸発機の形態であるか、
− ストリップを共に形成する複数の蒸発機ステーションを含むか、
− ストリップを共に形成する複数のイオン銃を含むか、
− ストリップ・イオン銃の形態であるか、
− 必要な原料がそれを通して出てくる１つまたは複数のスロットを備えるストリップマスクを有するか、
− 必要な原料がそれを通して出てくるスクリーン・インレット（ｓｃｒｅｅｎ ｉｎｌｅｔ）を備えるストリップマスクを有する
ことができる。
ストリップ源の使用により、少なくとも１つの化合物半導体を含む少なくとも１つの層を、非常に短い処理時間で、非常に均一な方法で作製できるようになる。
さらに、化合物半導体、セラミック材料または金属硬質材料の成分が、少なくとも２つの異なるストリップ源を用いて供給され、その少なくとも一方のストリップ源がイオン銃を備えることが提案される。結果として、少なくとも１つの化合物半導体を含む少なくとも１つの層を、動作条件の観点で非常に柔軟な方法で作製することができる。
方法のさらなる有利な構成では、少なくとも終端および成長のステップが実行される場合に、基板が、材料源の少なくとも１つに対して移動される。結果として、少なくとも１つの化合物半導体を含む少なくとも１つの層の非常に均一な層厚を実現することができる。
方法のステップが、少なくとも２つの異なる真空対応反応器において行われ、反応器が真空ロックにより互いに接続される場合、有利なことに、複合体の生産中に非常に高いスループット・レートを実現することができる。この文脈において、「真空対応」反応器とは、具体的には、適切なポンプ装置を用いて０．１Ｐａおよび１０−５Ｐａ（１Ｐａ＝１Ｎ／ｍ２）の間の範囲のガス圧を有する真空を実現可能なチャンバ（ｃｈａｍｂｅｒ）を意味するものと理解されたい。この場合、反応器の動作中の動作圧力は、０．１Ｐａより高くてもよく、たとえば０．１Ｐａおよび１０Ｐａの間とすることもできる。
本発明のさらなる態様は、複数の半導体含有層を複合体に加えることで電子または光電子部品を生産するための方法であり、これは上述の方法またはその組み合わせの一実施形態に従って生産される。この場合、方法は、短縮された処理時間、削減されたエネルギーおよびコストの支出、および削減された生産中に生じる熱応力の観点で、複合体を生産するための方法と同じ利点を有する。
ここで、生産された後、少なくとも１つの化合物半導体を含む少なくとも１つの層を有する複合体は、電子または光電子部品を生産するための方法を直接施すことができる。しかしながら、生産された後、複合体は、異なる生産プラント、具体的にはＭＯＣＶＤプラントに輸送して、電子または光電子部品を生産するようにすることもできる。
方法の有利な、さらに開発された実施形態では、複合体が、複数の半導体含有層と共に、複合体内の機械的応力を低減させる役割を果たす中間層を備える。この場合、中間層を、たとえば、当業者に知られているように、２つの異なる半導体を含む層の間の勾配層として、２つの異なる半導体を含む層よりも薄い構成を有するかまたは各場合において２つの異なる半導体の一方を交互に含む層として、あるいは異なる処理温度で作製された層として構成することができる。
本発明のさらなる態様は、複数の半導体含有層を複合体に加えることで電子または光電子部品を生産するための上述の方法またはその組み合わせの一実施形態に従って生産される複合体の使用である。
これが特に有利となるのは、電子または光電子部品を生産するための生産プラントが、これは具体的にはＭＯＣＶＤプラントの形態、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）プラントの形態、またはハイドライド気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）プラントの形態であり得るが、著しくさらに複雑な構成を有し、したがって複合体を生産するための生産プラントよりも取得の観点および動作コストの観点の両方でより高価である場合である。基板表面を終端しこれを開始層で被覆することにより、真空条件なしで複合体を輸送し、電子または光電子部品をそれ用の生産プラントにおいて予備洗浄または開始層の添加なしで生産できるようになるので、複合体を在庫品として生産することもでき、電子または光電子部品を生産するための生産プラントに輸送することができる。
電子または光電子部品を生産するための上述の方法またはその組み合わせの一実施形態に従って生産された複合体のさらに開発された使用は、複数の層が、複合体内の機械的応力を低減させる役割を果たす中間層を備える場合に、特に有利である。中間層は、当業者に知られている上述の方法で構成することができる。
上述の処理またはその組み合わせの一実施形態により生産された複合体は、複数の半導体含有層が、有機金属化学気相堆積ＭＯＣＶＤ、分子線エピタキシＭＢＥまたはハイドライド気相エピタキシＨＶＰＥからなるグループから選択された方法により加えられる場合に、電子または光電子部品を生産するために使用できると特に有利である。
図面についての以下の説明から、さらなる利点が明らかとなる。図面に、本発明の一例示的実施形態が示されている。図面、説明および特許請求の範囲は、多数の機能を組み合わせて含む。当業者は、便宜的にこれらの機能を個別に検討し、また、これらを組み合わせて好都合なさらなる組み合わせを形成するであろう。
本発明による方法により生産可能な複合体の概略斜視図である。 本発明による方法により生産可能な複合体を用いて製造可能な電子および光電子部品の概略図である。 本発明による方法により生産可能な複合体を用いて製造可能な電子および光電子部品の概略図である。 本発明による方法により生産可能な複合体を用いて製造可能な電子および光電子部品の概略図である。 （ａ）から（ｄ）は中間層の複数の実施形態の図である。 図１に示された複合体を生産するための本発明による方法を実行するための全システムの概略図である。 図１に示された複合体を生産するための本発明による方法を実行するための全システムの一代替的実施形態の図である。 本発明による方法を実行するための図４および図５に示された全システムの反応器の概略図である。
図４に、層構造の形態の複合体３６（図１）を生産するための本発明による方法を実行するための全システム１０の概略図を示す。全システム１０は、ロードおよびアンロード・チャンバ１２、搬送チャンバ１４、および反応器１８を有する。多数のウェハ・プレート３２、この特定の例示的実施形態では１６枚のウェハ・プレート３２を、ロードおよびアンロード・チャンバ１２内で垂直方向に離間して取り付けることができ、その中で通常の大気圧がロードおよびアンロード中に広がり、前記ウェハ・プレートは各々、プレート状の、平面基板表面を有する少なくとも１つの基板３４を備える。搬送チャンバ１４は、その端面の一方を介してロードおよびアンロード・チャンバ１２へ接続され、他方の端面を介して反応器１８へ接続される。その２つの端面の各々において、搬送チャンバ１４は通路開口を有し、これは、ウェハ・プレート３２の通過用に大きさが構成されており、各側面に真空ロック１６１、１６２を備えている。
原則的には、全システム１０は、特に交差汚染の恐れが無い場合に、搬送チャンバ１４なしで設計することもできる。
ロードおよびアンロード・チャンバ１２および反応器１８も同様に、搬送チャンバ１４に面した側面においてウェハ・プレート３２の通過用に大きさが構成された通路開口を有する。搬送チャンバ１４は輸送システム（図示せず）を備え、これは、複合体３６を生産するために、ウェハ・プレート３２の１つを、ロードおよびアンロード・チャンバ１２に面した通路開口を経由し、搬送チャンバ１４を経由して、反応器１８に面した通路開口へ輸送し、前記ウェハ・プレートを反応器１８の輸送システムに搬送するように設けられる。さらに、搬送チャンバ１４の輸送システムは、反応器１８における複合体３６の生産の後に、反応器１８に面した通路開口においてウェハ・プレート３２を受け入れ、前記ウェハ・プレートを搬送チャンバ１４を経由してロードおよびアンロード・チャンバ１２に面した通路開口に輸送し、前記ウェハ・プレートをロードおよびアンロード・チャンバ１２に置くように設けられる。
搬送チャンバ１４およびその真空ロック１６１、１６２、さらに反応器１８ならびにロードおよびアンロード・チャンバ１２は真空対応であり、適切なポンプ装置（図示せず）によって０．１Ｐａおよび１０−５Ｐａの間の範囲のガス圧まで排気することができ、反応器１８の動作状態における動作圧力が０．１Ｐａより高い、たとえば１０Ｐａまでになることも可能である。
図４に示された全システム１０は、１つまたは複数のさらなるユニット４６’（破線で図示）を追加することで改良することができ、これは搬送チャンバ１４’および上述のように搬送チャンバ１４’に接続された反応器１８’を備え、生産方法のステップが少なくとも２つの異なる真空対応反応器１８、１８’において実施できるようになり、反応器１８、１８’が真空ロック１６３、１６４により互いに接続される。
全システムの一代替的構成が図５に示されている。この構成を図４に示された全システム１０と区別するために、数字の２が、この実施形態の全ての参照符号の前に置かれている。このタイプの実施形態では、全システム２１０は、追加の搬送チャンバ２１４’を介して反応器２１８’に接続された第２のロードおよびアンロード・チャンバ２１２’を備えることが特に有利であり、一例として、第１のロードおよびアンロード・チャンバ２１２がロード・チャンバとしてのみ機能し、第２のロードおよびアンロード・チャンバ２１２’がアンロード・チャンバとしてのみ機能し、説明された輸送システムの１つが追加の搬送チャンバ２１４’に同様に設置される。このように、全システム２１０を経由した、ウェハ・プレート２３２により形成される非常に効率的な材料フローを実現でき、材料フローの方向が適切な措置の結果として反対方向でも可能であることは当業者にとって容易に明らかとなろう。図４に示された例示的実施形態のように、全システム２１０の搬送チャンバ２１４、２１４’は、交差汚染のリスクが低い場合は任意選択である。
図４に示された全システム１０は、１つまたは複数のさらなるユニット４６’（破線で図示）を追加することで改良することができ、これは搬送チャンバ１４’および上述のように搬送チャンバ１４’に接続された反応器１８’を備え、生産方法のステップが少なくとも２つの異なる真空対応反応器１８、１８’において実施できるようになり、反応器１８、１８’が真空ロック１６３、１６４により互いに接続される。
図６に、全システム１０の反応器１８の概略図を示す。第１の材料源２０および第２の材料源２２は、反応器１８内の上方の領域に隣同士で配置されている。原理的には、反応器１８はさらなる材料源を備えることもできる。このタイプのさらなる材料源２０’は、図６に破線で示されている。
第１の材料源２０は、ストリップの第１の延在方向を有する第１のストリップ源としてストリップ・イオン銃の形態である。ガス（アルゴンガスおよび／または酸素ガスおよび／または窒素ガスおよび／または水素ガスおよび／またはメタンガスなど）を、第１のガスライン２４を介して第１の材料源２０に供給することができる。化合物半導体の第１の成分が、生産動作中に第１のストリップ源を用いてストリップ・イオン銃を作動させることで供給される。
第２の材料源２２は、ストリップの第２の延在方向を有する第２のストリップ源として管状マグネトロンまたはストリップ・マグネトロンの形態である。ガス（アルゴンガスおよび／または酸素ガスおよび／または窒素ガスおよび／または水素ガスおよび／またはメタンガスなど）を、第２のガスライン２６を介して第２の材料源２２に供給することができる。化合物半導体の第２の成分を含む金属ターゲット（図示せず）は、管状マグネトロン内に配置される。化合物半導体の第２の成分が、生産動作中に第２のストリップ源を用いて、管状マグネトロンを作動させることでスパッタリングにより供給される。
したがって、化合物半導体の成分は少なくとも２つの異なるストリップ源によって供給され、その一方のストリップ源がイオン銃を備える。
図６に示された反応器１８の実施形態では、材料源２０、２０’、２２およびウェハ・プレート３２は、化合物半導体の成分が上から下へ実質的に垂直方向に供給されるように配置される。しかしながら、他の用途では、化合物半導体の成分が実質的に水平方向に、または下から上へ実質的に垂直方向に供給される配置を選択すると好都合なことがあり、その場合は材料源２０、２０’、２２およびウェハ・プレート３２の配置がそれに応じて構成される。
第１の材料源２０および第２の材料源２２は、第１の延在方向および第２の延在方向が実質的に互いに平行であり、共通線上で配向されるように配置される。共通線は、ウェハ・プレート３２の表面のすぐ近く（１０ｍｍ未満の距離）に配置することができる。一代替的構成では、材料源は、共通線がウェハ・プレート３２から一定距離（２０ｍｍより長い距離）にあるように配向させることもできる。
反応器１８の下方の領域に輸送システム（図示せず）が設けられ、これは第１の材料源２０および第２の材料源２２に対してウェハ・プレート３２を移動させるために設けられる。ここで、この移動は実質的に並進的に、低い偏心度（ｅｃｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙ）で行われ、並進運動は、第１の延在方向および第２の延在方向に対して垂直および平行の両方で行うことができる。
ウェハ・プレート３２の下で、反応器１８は加熱装置２８を備え、これは作動された場合にウェハ・プレート３２を最大で５５０℃の温度まで加熱することができる。原理的には、一代替的実施形態では、加熱装置２８はウェハ・プレート３２の上方に配置することもでき（図示せず）、または加熱装置２８をウェハ・プレート３２の上下に設けることができる。
反応器１８は、噴射された粒子を加速および／または励起するための装置３０をさらに備える（ＤＣバイアスまたはＲＦバイアス）。
以下の文章では、複合体３６を生産するための方法のステップを説明する。この場合、第１の材料源２０および第２の材料源２２ならびにこれらに関連する第１のガスライン２４および第２のガスライン２６が動作状態にあり、反応器１８内のガス圧は説明された動作圧力範囲内で変化し、ウェハ・プレート３２は反応器１８の輸送システム内に保持されることが仮定される。
方法の最初のステップでは、ウェハ・プレート３２は加熱装置２８により少なくとも１００℃、最大で５５０℃の温度まで加熱される。
方法の次のステップでは、基板表面は、第１の材料源２０の第１のガスライン２４からの水素ガスと、特にそのために生成されたプラズマとを供給することで洗浄される。
後続のステップでは、基板表面は、第２の材料源２２からの炭素、窒素または酸素と、特にそのために生成されたプラズマとを加えることで終端される。
続くステップでは、少なくとも１つの化合物半導体、セラミック材料または金属硬質材料を含む少なくとも１つの層が、第１の材料源２０および第２の材料源２２から少なくとも１つの平面基板表面へ少なくとも１つの化合物半導体、セラミック材料または金属硬質材料の材料成分を供給することにより成長する。
終端および成長のステップが実行される場合に、プレート状の基板３４を備える選択されたウェハ・プレート３２は、反応器１８の輸送システムにより第１の材料源２０および第２の材料源２２に対して移動され、その結果、少なくとも１つの化合物半導体を備える実質的に多結晶または実質的に単結晶の層の非常に均一な層厚および品質を実現することができる。
図１に、層構造の形態にあり、実施形態が上記で説明された本発明による方法により生産された複合体３６の概念図を示す。複合体３６は、プレート状の、平面基板表面を有する基板３４を備える。さらに、複合体３６は、終端層５２と、少なくとも１つの実質的に多結晶または少なくとも１つの実質的に単結晶の層３８とを備え、これは少なくとも１つの化合物半導体、セラミック材料または金属硬質材料を含む。
以下の文章では、少なくとも１つの機能層を有するか、または電子もしくは光電子部品４０、４２、４４を生産するためにさらに使用するために提供される、複合体３６の例が説明される。
例示的実施形態１：
基板３４は、非晶形形態を有し、窓ガラス（ｗｉｎｄｏｗ ｇｌａｓｓ ｐａｎｅ）からなる。機能層は、多結晶形態を有し、化合物半導体を含み、これは酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ：ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）からなり、窓ガラスに対する統合された熱保護として、または透明導電層として機能する。
この例示的実施形態では、平面基板表面は、１００℃の温度まで加熱される。基板表面は、第１の材料源２０から窒素を加え（「窒化」）、また、特にそのために生成されたプラズマを加えることで終端される。
例示的実施形態２：
他の用途のために、多結晶機能層は、他の化合物半導体、たとえばインジウム・ガリウム亜鉛酸化物、銅インジウム・ガリウム・ジセレニドまたは窒化ガリウムを含むことができ、また、別の基板３４上に配置することができ、その場合、複合体３６の基板３４は、その使用に適合され、非結晶または多結晶材料、たとえばポリシリコン、プラスチック・フィルム、紙、セラミックおよび金属ウェハ、たとえばタングステン−銅により形成することができる。
例示的実施形態３：
層構造の形態の複合体３６の図１に示された構造は、電子または光電子部品４０、４２、４４を生産するためにさらに使用するための複合体３６の構造に実質的に対応し、その場合、複合体３６の基板３４はこの使用に適合される。この例示的実施形態では、複合体３６の基板３４は、単結晶形態を有し、サファイアからなる。
この例示的実施形態では、平面基板表面は５００℃の温度まで加熱される。
基板表面が洗浄された後、第１の材料源２０から窒素を加え（「窒化」）、また、特にそのために生成されたプラズマを加えることで、基板表面が終端される。化合物半導体窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む少なくとも１つの層３８は、第１の材料源２０から化合物半導体の第１の材料成分として窒素を供給し、同時に、第２の材料源２２から基板表面へ化合物半導体の第２の材料成分として固体スパッタリング・ターゲットからアルミニウムを供給することで成長する。
例示的実施形態４：
この例示的実施形態では、複合体３６は、電子または光電子部品４０、４２、４４を生産するためにさらに使用するために同様に提供される。複合体３６の基板３４は、単結晶形態を有し、シリコンからなり、これは様々な配向（（１１１）、（１１０）、（１００））を有することができ、オンまたはオフ配向とすることができる。
この例示的実施形態では、平面基板表面は５５０℃の温度まで加熱することができる。
基板表面が洗浄された後、メタンガスが第１のガスライン２４のうちの１つを介して供給される第１の材料源２０から炭素を加え（「炭化」）、また、特にそのために生成されたプラズマを加えることで、基板表面が終端される。化合物半導体窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む少なくとも１つの層３８は、第１の材料源２０から化合物半導体の第１の材料成分として窒素を供給し、同時に、第２の材料源２２から基板表面へ化合物半導体の第２の材料成分として窒化ガリウムからなる固体スパッタリング・ターゲットからガリウムを供給することで成長する。
例示的実施形態５：
この例示的実施形態では、複合体３６は、電子または光電子部品４０、４２、４４を生産するためにさらに使用するために同様に提供される。複合体３６の基板３４は、単結晶形態を有し、シリコンからなる。
この例示的実施形態では、平面基板表面は４５０℃の温度まで加熱することができる。
基板表面が洗浄された後、メタンガスが第１のガスライン２４のうちの１つを介して供給される第１の材料源２０から炭素を加え（「炭化」）、また、特にそのために生成されたプラズマを加えることで、基板表面が終端される。化合物半導体窒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＧａＮ）を含む少なくとも１つの層３８は、第１の材料源２０から化合物半導体の第１の材料成分として窒素を供給し、同時に、第２の材料源２２から基板表面へ化合物半導体の第２および第３の材料成分として固体ＡｌＧａＮスパッタリング・ターゲットからアルミニウムおよびガリウムを供給することで成長する。
記載の方法は、複数の半導体含有層３９を複合体３６に加えることで電子または光電子部品４０、４２、４４を生産するために利用することもでき、対応する材料成分を有する少なくとも１つの化合物半導体を含む層３８を成長させるステップが、生産された複合体３６を用いて数回反復される。
記載の方法により生産された複合体３６は、代替的には、全システム１０から除去し、他の生産プラントに輸送して電子および光電子部品４０、４２、４４を生産することができ、その場合、複合体３６は輸送中に通常の外気にさらされることがある。生産プラントは、この場合、たとえば、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）またはハイドライド気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）からなるグループから選択された方法を含むことができる。
図２ａ〜図２ｃに、非常に概略的に、本発明による方法により生産可能な複合体３６を用いて製造可能な電子および光電子部品４０、４２、４４を概略図で示す。電子および光電子部品４０、４２、４４は、太陽電池４０（図２ａ）、ＨＥＭＴ４２（「高電子移動度トランジスタ」、図２ｂ）、およびＬＥＤ４４（「発光ダイオード」、図２ｃ）として構成される。
図２ａ〜図２ｃでは、複数の半導体含有層３９の各々の層の特性が示されている。括弧の間に置かれた化合物半導体の成分は、任意選択のものと理解されたい。化合物半導体のドーピングに関する指示は、従来の合意（ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ａｇｒｅｅｍｅｎｔ）に従う。「ＭＱＷ」（多重量子井戸（ｍｕｌｔｉ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ））は、従来技術から知られており、ＭＯＣＶＤ法を用いて従来生産される多重量子井戸を指す。
図２ａおよび図２ｃに示された複数の半導体含有層３９の系列に、中間層４８、４８’、４８”をさらに形成し、これらは複合体３６内の機械的応力を低減する役割を果たし、複数の半導体含有層３９の間に配置され、従来技術から知られている。
中間層の例示的構成４８、５０が図３（ａ）〜（ｄ）に示されている。図３（ａ）に、化合物半導体窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製の個別層からなる中間層４８’を示す。
図３（ｂ）に、超格子構造の形態の中間層５０を示し、その中では、アルミニウム、インジウムおよびガリウムの成分の濃度が異なる化合物半導体ＡｌＩｎＧａＮからなる２つの層の系列が反復される。２つの層の反復回数は、典型的には５回および４０回の間である。
図３（ｃ）に、化合物半導体窒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＧａＮ）の勾配構造の形態である中間層５０’を示す。
図３（ｄ）に示された中間層５０”の実施形態は、化合物半導体窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の２つの層の系列を含み、その中では最下層が、最上層（ＨＴ：高温（ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ））に比べてウェハ・プレート３２のより低い温度（ＬＴ：低温（ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ））で生産されている。
１０ 全システム
１２ ロードおよびアンロード・チャンバ
１４ 搬送チャンバ
１６ 真空ロック
１８ 反応器
２０ 第１の材料源
２２ 第２の材料源
２４ 第１のガスライン
２６ 第２のガスライン
２８ 加熱装置
３０ 容量結合型ＲＦ放電
３２ ウェハ・プレート
３４ 基板
３６ 複合体
３８ （化合物半導体）層
３９ 複数の半導体含有層
４０ 電子または光電子部品
４２ 電子または光電子部品
４４ 電子または光電子部品
４６ ユニット
４８ 中間層
５０ 中間層
５２ 終端層

Claims (8)

  1. 少なくとも１つの機能層を有する複合体（３６）を生産するための方法、または電子もしくは光電子部品（４０、４２、４４）を生産するためにさらに使用するための方法であって、
    前記複合体（３６）が、
    層構造の形態であり、プレートの形態にあり少なくとも１つの平面基板表面を有する、少なくとも１つの基板（３４）と、
    少なくとも１つの化合物半導体、セラミック材料または金属硬質材料を含む少なくとも１つの実質的に多結晶の、または少なくとも１つの実質的に単結晶の層（３８）と
    を備える、下記（Ｉ）〜（ＩＶ）のステップが、（Ｉ）〜（ＩＶ）の順に行われることを特徴とする方法で、
    （Ｉ）前記平面基板表面の少なくとも一部を少なくとも１００℃、最大で５５０℃の温度まで加熱するステップ、
    （ＩＩ）第１の材料源（２０）からの水素と、特にそのために生成されたプラズマとを供給することにより前記基板表面を洗浄するステップ、
    （ＩＩＩ）前記第１の材料源（２０）または第２の材料源（２２）からの炭素、窒素または酸素と、特にそのために生成されたプラズマとを加えることで前記基板表面を終端するステップ、
    （ＩＶ）前記化合物半導体、前記セラミック材料または前記金属硬質材料の材料成分を前記第１の材料源（２０）および前記第２の材料源（２２）から前記少なくとも１つの平面基板表面へ供給する、ここで、前記化合物半導体、前記セラミック材料または前記金属硬質材料の少なくとも一つの前記材料成分の前記少なくとも１つの平面基板表面への供給は、前記第１の材料源（２０）または第２の材料源（２２）の少なくともいずれか一方に備えられたイオン銃によって行われる、ことにより、前記少なくとも１つの層（３８）を成長させるステップ、
    とからなる。
  2. 前記化合物半導体、前記セラミック材料または前記金属硬質材料の前記成分が、スパッタリングまたはプラズマ化学気相堆積ＰＥＣＶＤを用いて供給されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 前記化合物半導体、前記セラミック材料または前記金属硬質材料の前記成分が、少なくとも２つの異なる材料源を用いて供給され、その少なくとも一方の材料源がイオン銃を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
  4. 少なくとも前記終端および前記成長のステップ（III）および（ＩＶ）が実行される場合に、前記基板（３４）が、前記材料源（２０、２２）の少なくとも１つに対して移動されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記ステップ（I）〜（ＩＶ）が、少なくとも２つの異なる真空対応反応器（１８）において行われ、前記反応器（１８）が真空ロック（１６）により互いに接続されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法を用いて複数の半導体含有層（３９）を複合体（３６）に加えることを特徴とする電子または光電子部品（４０、４２、４４）を生産する方法。
  7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法を用いて複数の半導体含有層（３９）および機械的応力を低減させる役割を果たす中間層（４８、５０）を前記複合体（３６）に加えることを特徴とする電子または光電子部品（４０、４２、４４）を生産する方法。
  8. 前記複数の半導体含有層（３９）を複合体（３６）に加えることが、有機金属化学気相堆積ＭＯＣＶＤ、分子線エピタキシＭＢＥまたはハイドライド気相エピタキシＨＶＰＥからなるグループから選択された手段に代替されることを特徴とする、請求項６または７に記載の電子または光電子部品（４０、４２、４４）を生産する方法。
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