WO2016131971A1 - Verfahren zur strukturierung einer nitridschicht, strukturierte dielektrikumschicht, optoelektronisches bauelement, ätzverfahren zum ätzen von schichten und umgebungssensor - Google Patents

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Andreas RÜCKERL
Roland Zeisel
Simeon Katz
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
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Definitions

  • a method of converting a nitride layer is a method of converting a nitride layer.
  • Another object to be solved is a structured dielectric layer, as well as a
  • Dielectric layer is used to specify. Furthermore, an environmental sensor using a method for patterning a nitride layer should be specified.
  • a method for structuring a nitride layer is given.
  • the nitride layer is
  • the nitride layer is first provided.
  • the nitride layer is formed with a silicon nitride of a first type or consists of silicon nitride of the first type.
  • Silicon nitride of the first type is characterized here and below by a reduced aging stability. Further referred to “Aging" here and hereafter a change of
  • silicon nitride of the first type changes its aged physical and / or chemical properties faster than silicon nitride of a second type. For example, aging leads to
  • silicon nitride of the first type may differ by the ratio of nitrogen to silicon of silicon nitride of the second type.
  • the N / Si ratio is greater in the case of silicon nitride of the first type than in the case of silicon nitride of the second type
  • Silicon nitride of the first kind has a non-stoichiometric ratio of N / Si. This is especially true for silicon nitride of the second kind. Furthermore, the silicon oxide may be S1O2. Silicon nitride of the first type and silicon nitride of the second type may differ in particular by their optical and / or chemical properties. For example, silicon nitride of the first type may have a higher transmission for ultraviolet radiation and / or for infrared radiation and / or age faster than silicon nitride of the second type. In particular, silicon nitride of the first type and the second type may have different microscopic structures.
  • the nitride layer has a main plane of extension in which it extends in lateral directions. Perpendicular to the lateral direction, in a vertical direction, the nitride layer has a thickness. The thickness of the nitride layer is small compared to the maximum extent of the nitride layer in a lateral direction.
  • regions of the nitride layer to be transformed are defined.
  • the areas to be transformed may be
  • Nitride layer act.
  • the regions to be transformed can completely penetrate the nitride layer in the vertical direction.
  • the areas to be transformed are in a lateral and / or vertical
  • the nitride layer is introduced into a transformation chamber.
  • the transformation chamber is, for example, a tempering furnace.
  • a tempering furnace for example, the temperature and / or the humidity can be adjusted specifically.
  • the introduction takes place for the duration of one
  • the transformation time is selected such that at least 60%, in particular at least 80%, preferably at least 90%, of the regions of the nitride layer to be transformed are transformed into oxide regions.
  • the oxide regions are formed with a silicon oxide or consist of silicon oxide.
  • at least 60%, in particular at least 80% and preferably at least 90%, of the spatial volume and / or the silicon nitride molecules of the regions to be transformed are in
  • Silicon oxide is transformed or oxidized.
  • this comprises the
  • Silicon oxide are formed to be transformed.
  • remaining areas of the nitride layer remain at least 60%
  • the remaining regions may be regions of the nitride layer which were not previously defined as regions to be transformed. In other words, at least 60%, in particular at least 80% and preferably at least 90%, of the spatial volume and / or the
  • Regions of the nitride layer remain as nitride regions
  • the idea is pursued of converting a nitride layer in regions into an oxide, in particular a silicon nitride layer in regions in silicon oxide.
  • the idea is pursued of converting a nitride layer in regions into an oxide, in particular a silicon nitride layer in regions in silicon oxide.
  • Nitrogen of silicon nitride exchanged for oxygen can, for example, by means of
  • the exchange changes the material properties of the nitride layer, such as the refractive index and / or the thickness.
  • the method can provide a structured dielectric layer in which silicon oxide and silicon nitride of the first type are incorporated in
  • lateral directions are arranged side by side and / or in the vertical direction one above the other, wherein no
  • Silicon oxide it is particularly possible that boundary regions between silicon oxide and silicon nitride have a small number of cracks, gaps and / or cavities or overlapping areas and have special optical properties.
  • Boundaries between silicon oxide and silicon nitride of the first type can be significantly improved. Furthermore, it is possible to dispense with elaborate processing methods for the structured deposition of silicon nitride and silicon oxide next to each other and / or one above the other.
  • At least one of the process conditions for the transformation in the transformation chamber during method step C) is selected as follows:
  • Transformation chamber during the process step C) all three process conditions as stated above.
  • a temperature in the range of at least 80 ° C and at most 200 ° C, preferably at least 120 ° C and at most 130 ° C, is particularly suitable for the processing of optical components, which could be destroyed at higher temperatures due to their active optical zone.
  • the pressure in the transformation chamber in the range of at least 1 bar (1 x 10 5 Pa) and at most 15 bar (15 x 10 5 Pa), preferably at least 1.9 bar (1.9 x 10 5 Pa) and at most 2.3 bar (2.3 x 10 5 Pa). The pressure is thus in the range of the ambient pressure at normal conditions at sea level.
  • the pressure in the transformation chamber in the range of at least 1 bar (1 x 10 5 Pa) and at most 15 bar (15 x 10 5 Pa), preferably at least 1.9 bar (1.9 x 10 5 Pa) and at most 2.3 bar (2.3 x 10 5 Pa). The pressure is thus in the range of the ambient pressure at normal conditions at sea level. Furthermore, the
  • Transformation chamber with ambient air having a relative humidity of at least 80%, preferably at least 90% and at most 99%, to be filled. Furthermore, the ambient air, with which the transformation chamber is filled, in particular an oxygen content of about 20%.
  • the nitride layer is applied to a support in step A) by means of plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) in a deposition chamber.
  • PECVD plasma-enhanced chemical vapor deposition
  • the carrier can be formed, for example, with silicon, germanium or sapphire glass or consist of these materials.
  • at least one of the deposition conditions is selected as follows:
  • Silicon nitride begins.
  • a higher total pressure a lower silane flow and / or a lower nitrogen flow than the above
  • Silicon nitride can no longer be guaranteed.
  • the set silane flow and the adjusted ammonia flow are dependent on the set nitrogen flow.
  • Nitrogen flow itself is particular of the
  • Total volume of the deposition craters dependent. For example, for a larger separation chamber, a larger one
  • the silane flow can be (5.25 ⁇ 0.25)% of the nitrogen flow. Further, the ammonia flow may be (15,7510,25)% of the nitrogen flow.
  • silicon nitride of the first type is at a silane flow of (10515) sccm, an ammonia flow of
  • Silicon nitride of the second kind for example in a
  • the silane flow may be 180 sccm, the ammonia flow 450 sccm, and the nitrogen flow 2000 sccm.
  • Silicon nitride of the first kind has compared to
  • Silicon nitride of the second kind a greatly reduced
  • a structured mask layer is applied to a top surface of the nitride layer.
  • transforming regions may be laterally spaced apart from each other and / or laterally separated by non-transforming regions.
  • regions of the nitride layer to be transformed by means of the mask layer By targeted shading of individual, in particular laterally spaced, regions of the nitride layer to be transformed by means of the mask layer, these regions of the nitride layer can be protected during the transformation and the silicon nitride can be retained in these regions.
  • the transformation to silica preferably takes place mainly when the ambient atmosphere with the
  • the mask layer lowers the local pressure of water in the ambient atmosphere, preventing it from reaching the masked area.
  • a boundary region between the nitride region and the Oxide range defined edges result.
  • lateral directions only a few ym, preferably at most 10 ym and more preferably at most 3 ym, arranged in the vertical direction below the mask layer
  • Nitride areas converted into oxide areas. This is a so-called “under-transformation,” similar to undercutting, which occurs in chemical etching processes.
  • This sub-transformation can be laterally in particular in lateral directions from a lateral outer edge of the mask directly below the mask away from the outer edge
  • a hydrophobic material such as a photoresist, a metal and / or a dielectric, such as Al 2 O 3, comes with a
  • the mask layer may be formed with nickel or consist of nickel.
  • the mask layer can be formed with nickel or consist of nickel.
  • the mask layer can be detached after transformation with HNO3.
  • a maximum sub-transformation range is that of the
  • the bottom transformation region extends in lateral directions from the outer edge of the mask layer, a few ym, preferably at most 10 ym and particularly preferably at most 3 ym, in lateral directions below the mask layer.
  • the subtransformation areas may be the ones above mentioned oxide areas that arise due to the sub-transformation act.
  • the regions to be transformed form the entire nitride layer.
  • the nitride layer is thus completely transformed into silicon oxide.
  • the transformation time may be in the range of several hours, for example at least 12 hours and at most 20 hours.
  • the nitride layer can
  • a thickness of at least a few nm for example, a thickness of at least a few nm
  • the structured dielectric layer can be produced by a method described here for structuring a nitride layer. That is, all for the
  • structured dielectric layer has a main plane in which the structured dielectric layer in lateral
  • the main plane may be the main extension plane of the nitride layer.
  • the structured dielectric layer comprises at least one oxide region, which is formed with a silicon oxide or consists of silicon oxide, and at least one nitride region which is formed with a silicon nitride of the first type or consists of silicon nitride of the first type. At least one boundary region is arranged between the oxide region and the nitride region. The border region directly adjoins the oxide region and the nitride region.
  • This is preferably a monotonically increasing or decreasing, continuous function and particularly preferably one
  • Conversion of silicon nitride into silicon oxide for example the manufacturing method described above, can be detected on the finished patterned dielectric layer.
  • an alternative border area which is between a
  • Oxide region both deposited by means of chemical or physical vapor deposition, would be a discrete transition from silica to
  • the alternative border region would be a characteristic trench or characteristic topography between silica and
  • Silicon nitride formed.
  • silicon nitride of the first type has a higher transmission for ultraviolet radiation, a higher one, compared to silicon nitride of a second type
  • the refractive index of silicon nitride of the first type is at least 0.1 and at most 0.8, preferably at least 0.2 and at most 0.6, less than that
  • Refractive index of silicon nitride of the second kind refers to a value at a wavelength of 600 nm.
  • Silicon nitride of the first kind can thus be of
  • Dielectric layer can be detected.
  • the refractive index of silicon nitride of the first kind is at least 1.7 and at most 1.8.
  • the refractive index of silicon nitride of the second type may be at least 1.9 and at most 2.1.
  • silicon nitride of the first type has a higher porosity than silicon nitride of the second type.
  • the oxide region is composed of a
  • Oxigen areas and the nitride areas on the patterned dielectric layer prove.
  • the boundary region has a smaller number of cracks, gaps and / or cavities (so-called voids) than the alternative boundary region between the alternative nitride region formed with silicon nitride of the second type and the alternative oxide region which is chemical or physical
  • Gas phase deposition is applied.
  • the nitride regions and the oxide regions are deposited in temporal succession.
  • cracks, gaps and / or cavities and / or overlapping areas are formed in the alternative boundary regions.
  • grain boundaries and / or defects can form. This formation of cracks, crevices and / or voids can be achieved by using the
  • Transformation of silicon nitride of the first kind can be avoided. Due to the reduced number of cracks columns and / or cavities in the boundary regions of the structured dielectric layer, this has a longer life, since water and / or ambient air can penetrate worse than in the alternative structured dielectric layer. Furthermore, other optical properties, in particular improved optical transitions, can thereby be incorporated into the
  • the at least one oxide region is arranged in the vertical direction on the at least one nitride region.
  • the refractive index of the structured dielectric layer is arranged in the vertical direction on the at least one nitride region.
  • Dielectric layer steadily reduces in a vertical direction from the nitride regions to the oxide region.
  • the reduction of the refractive index takes place here in particular in the boundary region between the nitride region and the
  • this comprises a plurality of
  • Oxide regions and a variety of nitride regions are lateral
  • the oxide regions and the nitride regions form a checkerboard pattern or a striped pattern in a plan view of the patterned dielectric layer from the vertical direction. It is possible that the oxide areas and the
  • the oxide regions and the nitride regions have an uneven thickness.
  • the thickness of the oxide regions is at least 110%, preferably at least 120%, and at most 140%, preferably at most 130%, of the thickness of the nitride regions.
  • the nitride regions may, for example, have a thickness of (600110) nm, while the oxide regions have a thickness of
  • Etching method for etching layers, and an environmental sensor specified Etching method for etching layers, and an environmental sensor specified.
  • Dielectric layer and the method disclosed features are also for the optoelectronic device, the
  • this comprises a structured one
  • the optoelectronic component further comprises an active zone which is in operation of the
  • the dielectric layer can be in vertical
  • the optoelectronic component is a
  • the structured dielectric layer forms an optical grating for the emitted and / or absorbed light.
  • the nitride regions and the oxide regions are then periodic in the patterned dielectric layer
  • a grating pitch of the optical grating is determined by the spacing of the successive nitride areas and
  • Refractive indices of the nitride regions and the oxide regions can be made possible by periodic diffraction and / or interference of the light emitted and / or absorbed by the active zone.
  • Refractive index in the boundary region will experience less loss in an optical grating formed by the patterned dielectric layer than in an alternative patterned dielectric layer.
  • Boundary range is present, this is only conditionally suitable as an optical grid.
  • the optoelectronic component is a distributed feedback (DFB) laser, in which the structured dielectric layer forms a superlattice. Mode coupling within the laser is sometimes achieved when a multiple of the frequency of the generated
  • DFB distributed feedback
  • Laser mode corresponds to the lattice spacing of the optical grating.
  • metals are used for the superlattice in DFB lasers, as these do not present the problems of fractures, gaps and / or cavities present in alternative structured dielectric layers in the alternative embodiments Result in limits.
  • a structured dielectric layer described here has the advantage of improved
  • Dielectric layer a Bragg mirror (English:
  • DBR Distributed Bragg Reflector
  • optical grating formed by the patterned dielectric layer for frequency modulation Furthermore, the optical grating formed by the patterned dielectric layer for frequency modulation,
  • a waveguide structure in a waveguide deposited on a carrier for example, by a waveguide structure in a waveguide deposited on a carrier,
  • structured dielectric layer formed optical grating as an optical phase grating, wherein the phase of the
  • Boundary range can be reduced. This allows in particular an increased efficiency and / or an increased light output of the optoelectronic component.
  • particularly efficient passive optical elements such as, for example, waveguides, phase modulators and / or multiplexers in thin-film technology, can be produced.
  • the structured dielectric layer forms an outcoupling layer for the emitted and / or absorbed light and / or the oxide region forms an antireflection layer for the emitted and / or absorbed light.
  • structured dielectric layer may then be structured, for example, in the vertical direction, with a continuous reduction of the refractive index away from the active zone
  • this can easily be an antireflection layer in an optoelectronic
  • Semiconductor chip for example a solar cell chip
  • a layer sequence is initially produced
  • the layer sequence can
  • etching solution is provided, which is set up to at least partially etch the layer sequence.
  • the layer sequence becomes
  • the etching solution has a higher etch rate for the material of the oxide regions than for the material of the nitride regions or vice versa.
  • the oxide regions and the nitride regions are selectively etchable with the etching solution.
  • the nitride regions or, conversely, the oxide regions then form an etch stop layer in the layer sequence.
  • this comprises a nitride layer, which is formed with silicon nitride of the first type.
  • the environmental sensor comprises a detection unit.
  • the detection unit can in the Environment sensor be integrated directly. However, it is
  • the detection unit is an external detection unit that is mounted outside the environmental sensor.
  • the environmental sensor is configured to control the process conditions for the transformation of silicon nitride of the first type into silicon oxide by at least a partial transformation of the nitride layer into silicon oxide
  • the detection unit configured to detect oxide areas in the nitride layer.
  • the detection unit includes an optical unit by means of which the nitride layer is analyzed optically, for example by means of spectroscopy, and the possible at least partially
  • Transformation of the nitride layer in oxide regions can be detected.
  • An "aging environment” corresponds to an environment in which a partial transformation of the
  • Nitride layer can take place in oxide regions.
  • an “aging environment” prevail the above
  • Figures 1A to 1D show an embodiment of a method for structuring a nitride layer described here, as well as an embodiment a structured dielectric layer described here.
  • FIG. 2 shows FTIR spectra.
  • Figures 3A, 3B, 4A, 4B show a scanning electron microscope
  • FIGS. 5A, 5B and 5C show exemplary embodiments of an optoelectronic component described here.
  • FIGS. 6A and 6B show an exemplary embodiment of an etching method for etching layers described here.
  • a nitride layer 2 applied to a carrier 1 is provided with a cover surface 2 a facing away from the carrier 1.
  • Nitride layer 2 is formed with silicon nitride of the first kind.
  • the carrier 1 is formed for example with silicon or consists of silicon.
  • the nitride layer 2 was applied to the carrier 1 by means of PECVD, wherein the deposition conditions are selected as described above.
  • Process step is applied to the top surface 2a of
  • Nitride layer 2 a mask layer 3 is applied.
  • Mask layer is structured so that the top surface 2a of the nitride layer 2 is partially covered. uncovered
  • Regions of the nitride layer 2 freely accessible on the top surface 2a form the regions 40 to be transformed.
  • the mask layer 3 is formed with a photoresist, a metal such as nickel, and / or a hydrophobic material.
  • the regions 40 of the nitride layer 2 to be transformed are transformed into oxide regions 41. The transformation takes place for example by means of introduction into a
  • Transformation chamber for the duration of a transformation time under the process conditions described above.
  • Transformation time and / or the process conditions are selected such that at least 80% of the regions 40 to be transformed are transformed into oxide regions 41. In the areas covered by the mask layer 21 of the
  • Nitride layer 2 this remains at least 80%
  • the mask layer 3 is removed and there is a structured dielectric layer 5 before.
  • the structured dielectric layer 5 has the oxide regions 41, which have resulted from a transformation of the regions 40 to be transformed of the nitride layer 2, and the untransformed nitride regions 21 on.
  • Nitride portions 21 and the oxide portions 41 are the same
  • Boundary regions 51 arranged. On the basis of the FTIR spectra of Figure 2 is one here
  • a first spectrum 601 represents the
  • a second spectrum 602 shows the transmission T in the case of silicon oxide produced by means of the described transformation.
  • a third spectrum 603 shows the transmission T in the case of silicon nitride of the first type and a fourth spectrum 604 shows the transmission T in the case of silicon nitride of the second type.
  • the silicon oxide produced by means of the silicon nitride transformation of the first type thus does not differ significantly from alternative silicon oxide deposited by means of chemical or physical vapor deposition.
  • FIG. 3A shows an SEM image of a nitride layer 2 applied to a carrier 1 before being converted in a sectional view.
  • Figure 3B shows an EDX analysis of the element distribution in the nitride layer 2 before the conversion.
  • the left column are the chemical elements 701
  • the nitride layer 2 has a nitrogen percentage of 43.8 "6 / ⁇
  • FIG. 4A shows an SEM image of the nitride layer 2 of FIG. 3A after it has been completely integrated into a single one
  • FIG. 4B shows an EDX analysis of the oxide regions 41 of FIG. 4A according to FIG.
  • the strong reduction of the nitrogen content and the strong increase in the oxygen content is the
  • connection carrier 81 Optoelectronic device explained in more detail.
  • connection carrier 81 one is applied to a connection carrier 81
  • the structured dielectric layer 5 is in the vertical direction
  • Dielectric layer 5 then acts as a coupling-out layer or as an antireflection layer of the optoelectronic component.
  • Dielectric layer 5 is structured in the lateral direction and comprises a plurality of alternately arranged oxide regions 41 and nitride regions 21.
  • Dielectric layer 5 has the structured
  • Dielectric layer 5 in the embodiment of Figure 5B the function of an optical grating.
  • the device comprises a structured dielectric layer 5 and two oxide layers 41 '.
  • the oxide layers 41 ' are formed with silicon oxide or consist of silicon oxide.
  • the nitride region 21 of the structured dielectric layer 5 is therefore of two
  • the nitride region 21 of the structured dielectric layer 5 functions in the present embodiment as
  • Waveguide for the light emitted and / or absorbed by the active zone 83 Waveguide for the light emitted and / or absorbed by the active zone 83.
  • a layer sequence 9 which contains a structured dielectric layer 5 is provided.
  • the structuring may be carried out prior to the introduction of the structured dielectric layer 5 in the
  • Layer sequence 9 done.
  • a nitride layer 2 which is formed with silicon nitride of the first type, is introduced into the layer sequence 9 and the structuring then takes place by means of the transformation into silicon oxide.
  • the layer sequence 9 also includes another
  • Nitride layer 2 ' which may be formed with silicon nitride of the first or the second type.
  • Nitride layer 2 ' is partially covered by a mask layer 3' formed, for example, with a photoresist.
  • the further nitride layer 2 ' was partially removed with an etching solution and the mask layer 3' is removed.
  • the areas not previously covered by the mask layer 3 ' are removed, so that a trench 91 is created.
  • an undercut 91d is present under the mask layer 3 '.
  • the etching solution for the material of the oxide region 41 has a lower etch rate than for the material of the nitride regions 21 and / or the material of the further nitride layer 2 '.
  • the oxide region 41 then serves as etch stop layer.
  • Oxide region 41 is not etched by the etching solution and the etching ends at the oxide region 41. This allows the depth the etching, in particular the depth of the trench 91, are selectively controlled.
  • the invention is not limited by the description based on the embodiments of these. Rather, the invention includes any novel feature, as well as any combination of features, which in particular includes any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly in the

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Strukturierung einer Nitridschicht (2) angegeben, umfassend die folgenden Schritte: A) Bereitstellen der Nitridschicht (2), die mit Siliziumnitrid einer ersten Art gebildet ist, B) Definieren von zu transformierenden Bereichen (40) der Nitridschicht (2), C) Einbringen der Nitridschicht (2) in eine Transformationskammer für die Dauer einer Transformationszeit, wobei die Transformationszeit derart gewählt ist, dass - wenigstens 80 % der zu transformierenden Bereiche (40) der Nitridschicht (2) in Oxidbereiche (41), die mit Siliziumoxid gebildet sind, transformiert werden und - übrige Bereiche (21) der Nitridschicht (2) zu wenigstens 80 % untransformiert bleiben.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Strukturierung einer Nitridschicht,
strukturierte Dielektrikumschicht, optoelektronisches
Bauelement, Ätzverfahren zum Ätzen von Schichten und
Umgebungssensor
Die Druckschrift DE 10 2004 054 818 B4 beschreibt ein
Verfahren zum Umwandeln einer Nitridschicht.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein verbessertes
Verfahren zur Strukturierung einer Nitridschicht anzugeben, mit dem eine strukturierte Dielektrikumschicht erzeugt werden kann. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, eine strukturierte Dielektrikumschicht, sowie ein
optoelektronisches Bauelement und ein Ätzverfahren zum Ätzen von Schichten, bei denen jeweils eine strukturierte
Dielektrikumschicht Verwendung findet, anzugeben. Ferner soll ein Umgebungssensor, bei dem ein Verfahren zur Strukturierung einer Nitridschicht Verwendung findet, angegeben werden.
Es wird ein Verfahren zur Strukturierung einer Nitridschicht angegeben. Bei der Nitridschicht handelt es sich
beispielsweise um eine einteilig ausgebildete, in einer
Aufsicht einfach zusammenhängend ausgebildete, durchgängige Schicht, die mit einem Nitrid gebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zunächst die Nitridschicht bereitgestellt. Die Nitridschicht ist mit einem Siliziumnitrid einer ersten Art gebildet oder besteht aus Siliziumnitrid der ersten Art. Siliziumnitrid der ersten Art zeichnet sich hierbei und im Folgenden durch eine reduzierte Alterungsstabilität aus. Ferner bezeichnet "Alterung" hierbei und im Folgenden eine Änderung von
physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften eines
Stoffes mit der Zeit. Mit anderen Worten, unter gleichen Umgebungsbedingungen verändert Siliziumnitrid der ersten Art seine der Alterung unterworfenen physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften schneller als Siliziumnitrid einer zweiten Art. Beispielsweise führt eine Alterung von
Siliziumnitrid zur Oxidation von Siliziumnitrid zu
Siliziumoxid.
Dabei kann sich Siliziumnitrid der ersten Art durch das Verhältnis von Stickstoff zu Silizium von Siliziumnitrid der zweiten Art unterscheiden. Vorzugsweise ist das N/Si- Verhältnis bei Siliziumnitrid der ersten Art größer als bei Siliziumnitrid der zweiten Art. Insbesondere weist das
Siliziumnitrid der ersten Art ein nicht-stöchiometrisches Verhältnis von N/Si auf. Dies gilt insbesondere auch für Siliziumnitrid der zweiten Art. Ferner kann es sich bei dem Siliziumoxid um S1O2 handeln. Siliziumnitrid der ersten Art und Siliziumnitrid der zweiten Art können sich insbesondere durch ihre optischen und/oder chemischen Eigenschaften unterscheiden. Beispielsweise kann Siliziumnitrid der ersten Art eine höhere Transmission für Ultraviolett-Strahlung und/oder für Infrarot-Strahlung aufweisen und/oder schneller altern als Siliziumnitrid der zweiten Art. Insbesondere können Siliziumnitrid der ersten Art und der zweiten Art unterschiedliche mikroskopische Strukturen aufweisen.
Die Nitridschicht weist eine Haupterstreckungsebene auf, in der sie sich in lateralen Richtungen erstreckt. Senkrecht zu der lateralen Richtung, in einer vertikalen Richtung, weist die Nitridschicht eine Dicke auf. Die Dicke der Nitridschicht ist klein gegenüber der maximalen Erstreckung der Nitridschicht in einer lateralen Richtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden zu transformierende Bereiche der Nitridschicht definiert. Bei den zu transformierenden Bereichen kann es sich um
Teilbereiche der Nitridschicht oder um die gesamte
Nitridschicht handeln. Die zu transformierenden Bereiche können die Nitridschicht in vertikaler Richtung vollständig durchdringen. Beispielsweise sind die zu transformierenden Bereiche in einer lateralen und/oder einer vertikalen
Richtung beabstandet voneinander angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Nitridschicht in eine Transformationskammer eingebracht. Bei der Transformationskammer handelt es sich beispielsweise um einen Temperofen. In einem Temperofen kann beispielsweise die Temperatur und/oder die Luftfeuchtigkeit gezielt eingestellt werden. Das Einbringen erfolgt für die Dauer einer
Transformationszeit. Die Transformationszeit ist derart gewählt, dass wenigstens 60 %, insbesondere wenigstens 80 %, bevorzugt wenigstens 90 %, der zu transformierenden Bereiche der Nitridschicht in Oxidbereiche transformiert werden. Die Oxidbereiche sind mit einem Siliziumoxid gebildet oder bestehen aus Siliziumoxid. Mit anderen Worten, wenigstens 60 %, insbesondere wenigstens 80 % und bevorzugt wenigstens 90 %, des räumlichen Volumens und/oder der Siliziumnitrid- Moleküle der zu transformierenden Bereiche werden in
Siliziumoxid transformiert beziehungsweise oxidiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Strukturierung einer Nitridschicht umfasst dieses die
folgenden Schritte: A) Bereitstellen der Nitridschicht, die mit einem Siliziumnitrid einer ersten Art gebildet ist,
B) Definieren von zu transformierenden Bereichen der
Nitridschicht,
C) Einbringen der Nitridschicht in eine Transformationskammer für die Dauer einer Transformationszeit, die derart gewählt ist, dass wenigstens 80 % der zu transformierenden Bereiche der Nitridschicht in die Oxidbereiche, die mit einem
Siliziumoxid gebildet sind, transformiert werden.
Die Verfahrensschritte werden bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens bleiben übrige Bereiche der Nitridschicht zu wenigstens 60 %,
bevorzugt wenigstens 80 %, und besonders bevorzugt wenigstens 90 %, untransformiert . Bei den übrigen Bereichen kann es sich um zuvor nicht als zu transformierende Bereiche definierte Bereiche der Nitridschicht handeln. Mit anderen Worten, wenigstens 60 %, insbesondere wenigstens 80 % und bevorzugt wenigstens 90 %, des räumlichen Volumens und/oder der
Siliziumnitrid-Moleküle der nicht zu transformierenden
Bereiche der Nitridschicht bleiben als Nitridbereiche
bestehen .
Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird insbesondere die Idee verfolgt, eine Nitridschicht bereichsweise in ein Oxid, insbesondere eine Siliziumnitrid-Schicht bereichsweise in Siliziumoxid, umzuwandeln. Bei diesem Prozess wird der
Stickstoff des Siliziumnitrids gegen Sauerstoff ausgetauscht. Dieser Austausch kann beispielsweise mittels
energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX-Analyse, energy dispersive X-ray spectroscopy) und/oder mittels Fourier- Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) nachgewiesen werden. Durch den Austausch ändern sich Materialeigenschaften der Nitridschicht wie beispielsweise der Brechungsindex und/oder die Dicke. Insbesondere kann mit dem Verfahren eine strukturierte Dielektrikumschicht bereitgestellt werden, in der Siliziumoxid und Siliziumnitrid der ersten Art in
lateralen Richtungen nebeneinander und/oder in der vertikalen Richtung übereinander angeordnet sind, wobei keine
nennenswerten Grenzflächen zwischen dem Siliziumoxid und dem Siliziumnitrid der ersten Art entstehen. Aufgrund der
Transformation des Siliziumnitrids der ersten Art zu
Siliziumoxid ist es insbesondere möglich, dass Grenzbereiche zwischen Siliziumoxid und Siliziumnitrid eine geringe Anzahl an Rissen, Spalten und/oder Hohlräumen oder Überlappbereichen aufweisen und besondere optische Eigenschaften aufweisen. Insbesondere können die optischen Eigenschaften in
Grenzbereichen zwischen Siliziumoxid und Siliziumnitrid der ersten Art entscheidend verbessert werden. Ferner ist es möglich, auf aufwändige Prozessierungsmethoden für das strukturierte Abscheiden von Siliziumnitrid und Siliziumoxid nebeneinander und/oder übereinander zu verzichten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist zumindest eine der Prozessbedingungen für die Transformation in der Transformationskammer während des Verfahrensschritts C) wie folgt gewählt:
- Temperatur von wenigstens 80 °C und höchstens 200 °C,
- Druck von wenigstens 1 bar und höchstens 15 bar und/oder
- relative Luftfeuchtigkeit von wenigstens 80 % und höchstens 99 %. Insbesondere werden bei der Transformation in der
Transformationskammer während des Verfahrensschritts C) alle drei Prozessbedingungen wie oben angegeben eingehalten. Eine Temperatur im Bereich von wenigstens 80 °C und höchstens 200 °C, bevorzugt wenigstens 120 °C und höchstens 130 °C, eignet sich insbesondere zur Prozessierung von optischen Bauteilen, die aufgrund ihrer aktiven optischen Zone bei höheren Temperaturen zerstört werden könnten. Alternativ oder zusätzlich kann der Druck in der Transformationskammer im Bereich von wenigstens 1 bar (1 x 105 Pa) und höchstens 15 bar (15 x 105 Pa) , bevorzugt wenigstens 1,9 bar (1,9 x 105 Pa) und höchstens 2,3 bar (2,3 x 105 Pa) , eingestellt werden. Der Druck liegt damit im Bereich des Umgebungsdrucks bei Normalbedingungen auf Meereshöhe. Ferner kann die
Transformationskammer mit Umgebungsluft, die eine relative Luftfeuchtigkeit von wenigstens 80 %, bevorzugt wenigstens 90 % und höchstens 99 % aufweist, befüllt sein. Weiterhin weist die Umgebungsluft, mit der die Transformationskammer befüllt wird, insbesondere einen Sauerstoffanteil von etwa 20 % auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Nitridschicht in Schritt A) mittels plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD, plasma-enhanced chemical vapour deposition) in einer Abscheidekämmer auf einen Träger aufgebracht. Der Träger kann beispielsweise mit Silizium, Germanium oder Saphirglas gebildet sein oder aus diesen Materialien bestehen. Hierbei wird zumindest eine der Abscheidebedingungen wie folgt gewählt:
- Silan ( S1H4 ) -Fluss von wenigstens 4,5 % und höchstens 5,5 % des Stickstoff (N2 ) -Flusses ,
- Ammoniak (NH3 ) -Fluss von wenigstens 14,5 % und höchstens 16,5 % des Stickstoff (N2) -Flusses,
- Gesamtdruck von wenigstens 4800 mTorr (640 Pa) und
höchstens 5200 mTorr (693 Pa) , bevorzugt wenigstens 4950 mTorr (660 Pa) und höchstens 5050 mTorr (673 Pa) , - Abscheidetemperatur von wenigstens 280 °C und höchstens 320 °C, und/oder
- Plasmaleistung von wenigstens 580 W und höchstens 620 W. Die Abscheidebedingungen für das Aufbringen der Nitridschicht werden am äußersten Rand gefahren. "Am äußersten Rand" bedeutet hierbei und im Folgenden, dass bei den gewählten Abscheidebedingungen gerade noch die Bildung von
Siliziumnitrid einsetzt. Insbesondere bei der Wahl eines höheren Gesamtdrucks, eines geringeren Silan-Flusses und/oder eines geringeren Stickstoff-Flusses als bei den oben
angegebenen Abscheidebedingungen kann eine Bildung von
Siliziumnitrid nicht mehr garantiert werden. Der eingestellte Silan-Fluss und der eingestellte Ammoniak-Fluss sind hierbei von dem eingestellten Stickstoff-Fluss abhängig. Der
Stickstoff-Fluss selbst ist insbesondere von dem
Gesamtvolumen der Abscheidekämmer abhängig. Beispielsweise wird für eine größere Abscheidekämmer ein größerer
Stickstoff-Fluss benötigt. Der Silan-Fluss kann (5,25±0,25)% des Stickstoff-Flusses betragen. Ferner kann der Ammoniak- Fluss (15,7510,25)% des Stickstoff-Flusses betragen.
Beispielsweise wird Siliziumnitrid der ersten Art bei einem Silan-Fluss von (10515) sccm, einem Ammoniak-Fluss von
(31515) sccm und einem Stickstoff-Fluss von (2000+20) sccm abgeschieden. Ferner ist es möglich, dass in der
Abscheidekämmer eine Temperatur von (300+5) °C, ein Druck von (5000+50) mTorr und/oder eine Plasmaleistung von (600+10) W eingestellt werden. Unter den obigen Abscheidebedingungen bildet sich
Siliziumnitrid der ersten Art. Im Gegensatz hierzu wird
Siliziumnitrid der zweiten Art beispielsweise bei einem
Silan-Fluss θΠ 9 "6 des Stickstoff-Flusses und einem Ammoniak-Fluss von 22,5 % des Stickstoff-Flusses abgeschieden. Der Silan-Fluss kann beispielsweise 180 sccm, der Ammoniak-Fluss 450 sccm, und der Stickstoff-Fluss 2000 sccm betragen. Ferner kann in der Abscheidekämmer eine
Temperatur von 300 °C, ein Druck von 1200 mTorr und eine Plasmaleistung von 540 W eingestellt werden. Das
Siliziumnitrid der ersten Art weist im Vergleich zu
Siliziumnitrid der zweiten Art eine stark reduzierte
Stabilität gegenüber Alterung in feuchtigkeitshaltigen
Umgebungen aus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird für das Definieren der zu transformierenden Bereiche in Schritt B) eine strukturierte Maskenschicht auf eine Deckfläche der Nitridschicht aufgebracht. Hierbei bilden von der
Maskenschicht unbedeckte Bereiche der Nitridschicht die zu transformierenden Bereiche der Nitridschicht. Die zu
transformierenden Bereiche können insbesondere lateral voneinander beabstandet sein und/oder lateral durch nicht zu transformierende Bereiche getrennt sein.
Durch die gezielte Abschattung einzelner, insbesondere lateral beabstandeter, zu transformierender Bereiche der Nitridschicht mittels der Maskenschicht können diese Bereiche der Nitridschicht bei der Transformation geschützt werden und das Siliziumnitrid in diesen Bereichen erhalten bleiben. Die Transformation zu Siliziumoxid findet bevorzugt hauptsächlich dann statt, wenn die Umgebungsatmosphäre mit den zu
transformierenden Bereichen in direkten Kontakt treten kann. Die Maskenschicht senkt den lokalen Druck von Wasser in der Umgebungsatmosphäre ab und verhindert damit, dass dieses an den maskierten Bereich gelangen kann. Hierbei können sich in einem Grenzbereich zwischen dem Nitridbereich und dem Oxidbereich definierte Kanten ergeben. Beispielsweise werden in lateralen Richtungen nur wenige ym, bevorzugt höchstens 10 ym und besonders bevorzugt höchstens 3 ym, der in vertikaler Richtung unterhalb der Maskenschicht angeordneten
Nitridbereiche, in Oxidbereiche umgewandelt. Hierbei handelt es sich um eine sogenannte "Unter-Transformation", ähnlich einer Unterätzung, die bei chemischen Ätzverfahren auftritt. Diese Unter-Transformation kann insbesondere in lateralen Richtungen von einer lateralen Außenkante der Maske direkt unterhalb der Maske von der Außenkante weg lateral in
Richtung des Zentrums der Maske verlaufen.
Beispielsweise kommt als Material für die Maskenschicht ein hydrophobes Material, wie ein Fotolack, ein Metall und/oder ein Dielektrikum, wie beispielsweise AI2O3, mit einer
geringen Durchlässigkeit für Feuchtigkeit in Frage.
Insbesondere kann die Maskenschicht mit Nickel gebildet sein oder aus Nickel bestehen. Die Maskenschicht kann
beispielsweise in vertikaler Richtung eine Dicke von
wenigstens 130 nm und höchstens 170 nm aufweisen.
Beispielsweise kann die Maskenschicht nach der Transformation mit HNO3 abgelöst werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein maximaler Untertransformationsbereich der von der
Maskenschicht bedeckten Bereiche der Nitridschicht in
Oxidbereiche transformiert wird. Beispielsweise erstreckt sich der Untertransformationsbereich in lateralen Richtungen von der Außenkante der Maskenschicht ausgehend wenige ym, bevorzugt höchstens 10 ym und besonders bevorzugt höchstens 3 ym, in lateralen Richtungen unterhalb der Maskenschicht. Bei den Untertransformationsbereichen kann es sich um die oben erwähnten Oxidbereiche, die aufgrund der Unter-Transformation entstehen, handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens bilden die zu transformierenden Bereiche die gesamte Nitridschicht. Die Nitridschicht wird also vollständig in Siliziumoxid transformiert. Die Transformationszeit kann im Bereich von mehreren Stunden, beispielsweise wenigstens 12 Stunden und höchstens 20 Stunden, liegen. Die Nitridschicht kann
beispielsweise eine Dicke von wenigstens einigen nm,
bevorzugt wenigstens 100 nm und besonders bevorzugt
wenigstens 200 nm, und höchstens einigen wenigen ym,
bevorzugt höchstens 5 ym und besonders bevorzugt höchstens 2 ym, aufweisen.
Es wird ferner eine strukturierte Dielektrikumschicht
angegeben. Die strukturierte Dielektrikumschicht ist mit einem hier beschriebenen Verfahren zur Strukturierung einer Nitridschicht herstellbar. Das heißt, sämtliche für das
Verfahren offenbarten Merkmale sind auch für die
strukturierte Dielektrikumschicht offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
strukturierte Dielektrikumschicht eine Hauptebene, in der sich die strukturierte Dielektrikumschicht in lateralen
Richtungen erstreckt. Bei der Hauptebene kann es sich um die Haupterstreckungsebene der Nitridschicht handeln. Ferner umfasst die strukturierte Dielektrikumschicht zumindest einen Oxidbereich, der mit einem Siliziumoxid gebildet ist oder aus Siliziumoxid besteht, und zumindest einen Nitridbereich, der mit einem Siliziumnitrid der ersten Art gebildet ist oder aus Siliziumnitrid der ersten Art besteht. Zwischen dem Oxidbereich und dem Nitridbereich ist zumindest ein Grenzbereich angeordnet. Der Grenzbereich grenzt direkt an den Oxidbereich und an den Nitridbereich an. Die
Konzentration des Siliziumoxids in dem Grenzbereich reduziert sich von dem Oxidbereich weg zu dem Nitridbereich hin stetig und/oder die Konzentration des Siliziumnitrids der ersten Art erhöht sich in dem Grenzbereich von dem Oxidbereich weg zu dem Nitridbereich hin stetig. Mit anderen Worten, in dem Grenzbereich kann ein stetiger Übergang von Siliziumnitrid der ersten Art in Siliziumoxid beobachtet werden. "Stetig" entspricht hierbei und im Folgenden dem Verlauf einer
mathematischen stetigen Funktion. Bevorzugt handelt es sich hierbei um eine monoton steigende bzw. fallende, stetige Funktion und besonders bevorzugt um einen
quasikontinuierliche, monoton steigende bzw. fallende, stetige Funktion. Eine quasikontinuierliche Funktion
berücksichtigt insbesondere den Aufbau der Oxidbereiche und Nitridbereiche aus Atomen beziehungsweise den
quantenmechanischen Aufbau der strukturierten
Dielektrikumschicht.
Anhand des stetigen Übergangs kann ein Verfahren zur
Umwandlung von Siliziumnitrid in Siliziumoxid, zum Beispiel das oben beschriebene Herstellungsverfahren, an der fertigen strukturierten Dielektrikumschicht nachgewiesen werden. Bei einem alternativen Grenzbereich, der zwischen einem
alternativen Nitridbereich und einem alternativen
Oxidbereich, die beide mittels chemischer oder physikalischer Gasphasenabscheidung aufgebracht wurden, angeordnet ist, würde sich ein diskreter Übergang von Siliziumoxid zu
Siliziumnitrid einstellen. Insbesondere wäre der alternative Grenzbereich als charakteristischer Graben bzw. als charakteristische Topographie zwischen Siliziumoxid und
Siliziumnitrid ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der strukturierten Dielektrikumschicht weist Siliziumnitrid der ersten Art im Vergleich zu Siliziumnitrid einer zweiten Art eine höhere Transmission für Ultraviolett-Strahlung, eine höhere
Energiebandlücke, eine höhere Transmission für Infrarot- Strahlung und/oder einen geringeren Brechungsindex auf.
Beispielsweise ist der Brechungsindex von Siliziumnitrid der ersten Art um wenigstens 0,1 und höchstens 0,8, bevorzugt wenigstens 0,2 und höchstens 0,6, geringer als der
Brechungsindex von Siliziumnitrid der zweiten Art. Hierbei und im Folgenden bezieht sich die Angabe des Brechungsindex jeweils auf einen Wert bei einer Wellenlänge von 600 nm.
Siliziumnitrid der ersten Art kann sich somit von
Siliziumnitrid der zweiten Art durch seine optischen
Eigenschaften unterscheiden. Diese können beispielsweise mittels Spektroskopie, wie FTIR und/oder bevorzugt UV/VIS- Spektroskopie, experimentell an der strukturierten
Dielektrikumschicht nachgewiesen werden.
Beispielsweise beträgt der Brechungsindex von Siliziumnitrid der ersten Art wenigstens 1,7 und höchstens 1,8. Im Vergleich hierzu kann der Brechungsindex von Siliziumnitrid der zweiten Art wenigstens 1,9 und höchstens 2,1 betragen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Dielektrikumschicht weist Siliziumnitrid der ersten Art eine höhere Porosität als Siliziumnitrid der zweiten Art auf. Die Porosität eines
Materials stellt das Verhältnis von Hohlraumvolumen, das beispielsweise mit Luft gefüllt ist, zu Gesamtvolumen dar. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der strukturierten Dielektrikumschicht ist der Oxidbereich aus einer
Transformation von Bereichen einer Nitridschicht, die mit Siliziumnitrid der ersten Art gebildet ist, hervorgegangen. Diese Transformation kann beispielsweise anhand der
physikalischen, chemischen und/oder optischen Eigenschaften der Nitridbereiche an der strukturierten Dielektrikumschicht nachgewiesen werden. Ferner ist es möglich, die
Transformation anhand der physikalischen, chemischen und/oder optischen Eigenschaften der Grenzbereiche zwischen den
Oxibereichen und den Nitridbereichen an der strukturierten Dielektrikumschicht nachzuweisen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der strukturierten Dielektrikumschicht weist der Grenzbereich eine geringere Anzahl an Rissen, Spalten und/oder Hohlräume (sogenannte "Lunker") auf als der alternative Grenzbereich zwischen dem alternativen Nitridbereich, der mit Siliziumnitrid der zweiten Art gebildet ist, und dem alternativen Oxidbereich, der mittels chemischer oder physikalischer
Gasphasenabscheidung aufgebracht ist. Bei der Herstellung einer alternativen strukturierten Dielektrikumschicht, die die alternativen Grenzbereiche umfasst, mittels Abscheidung werden die Nitridbereiche und die Oxidbereiche zeitlich aufeinanderfolgend aufgebracht. Hierdurch bilden sich in den alternativen Grenzbereichen Risse, Spalten und/oder Hohlräume und/oder Überlappbereiche aus. Ferner können sich Korngrenzen und/oder Defekte ausbilden. Diese Bildung von Rissen, Spalten und/oder Hohlräumen kann durch die Verwendung der
Transformation von Siliziumnitrid der ersten Art vermieden werden. Aufgrund der reduzierten Anzahl von Rissen Spalten und/oder Hohlräumen in den Grenzbereichen der strukturierten Dielektrikumschicht weist diese eine längere Lebensdauer auf, da Wasser und/oder Umgebungsluft schlechter eindringen kann als bei der alternativen strukturierten Dielektrikumschicht. Ferner können sich hierdurch andere optische Eigenschaften, insbesondere verbesserte optische Übergänge, in den
Grenzbereichen ergeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der strukturierten Dielektrikumschicht ist der zumindest eine Oxidbereich in vertikaler Richtung auf dem zumindest einen Nitridbereich angeordnet. Der Brechungsindex der strukturierten
Dielektrikumschicht reduziert sich in vertikaler Richtung stetig von den Nitridbereichen hin zu dem Oxidbereich. Die Reduktion des Brechungsindex erfolgt hierbei insbesondere in dem Grenzbereich zwischen dem Nitridbereich und dem
Oxidbereich. Es treten somit keine Sprünge in den
Brechungsindices auf, wodurch ein guter optischer Übergang in dem Grenzbereich ermöglicht wird und Lichtverluste reduziert werden . Gemäß zumindest einer Ausführungsform der strukturierten Dielektrikumschicht umfasst diese eine Vielzahl von
Oxidbereichen und eine Vielzahl von Nitridbereichen. Die Oxidbereiche und die Nitridbereiche sind in lateraler
Richtung alternierend angeordnet und jeweils durch einen Grenzbereich voneinander getrennt. Beispielsweise bilden die Oxidbereiche und die Nitridbereiche in einer Aufsicht auf die strukturierte Dielektrikumschicht aus der vertikalen Richtung ein Schachbrettmuster oder ein Streifenmuster. Es ist möglich, dass sich die Oxidbereiche und die
Nitridbereiche in vertikaler Richtung überragen bzw.
unterragen. Mit anderen Worten, die Oxidbereiche und die Nitridbereiche weisen eine ungleiche Dicke auf. Beispielsweise beträgt die Dicke der Oxidbereiche wenigstens 110 %, bevorzugt wenigstens 120 %, und höchstens 140 %, bevorzugt höchstens 130 %, der Dicke der Nitridbereiche. Die Nitridbereiche können beispielsweise eine Dicke von (600110) nm aufweisen, während die Oxidbereiche eine Dicke von
(750110) nm aufweisen.
Es wird ferner ein optoelektronisches Bauelement, ein
Ätzverfahren zum Ätzen von Schichten, und ein Umgebungssensor angegeben. In dem optoelektronischen Bauelement und dem
Ätzverfahren zum Ätzen von Schichten findet eine hier
beschriebene strukturierte Dielektrikumschicht Verwendung. Ferner findet in dem Umgebungssensor ein hier beschriebenes Verfahren zur Strukturierung einer Nitridschicht Verwendung. Das heißt, sämtliche für die strukturierte
Dielektrikumschicht und das Verfahren offenbarten Merkmale sind auch für das optoelektronische Bauelement, den
Umgebungssensor und das Ätzverfahren zum Ätzen von Schichten offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst dieses eine strukturierte
Dielektrikumschicht. Das optoelektronische Bauelement umfasst ferner eine aktive Zone, die im Betrieb des
optoelektronischen Bauelements Licht emittiert und/oder absorbiert. Die Dielektrikumschicht kann in vertikaler
Richtung und/oder in lateraler Richtung beabstandet zur aktiven Zone angeordnet sein. Beispielsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen Bauelement um einen
Leuchtdiodenchip, einen Laserdiodenchip, einen Fotodiodenchip und/oder einen Solarzellenchip. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements bildet die strukturierte Dielektrikumschicht ein optisches Gitter für das emittierte und/oder absorbierte Licht. Die Nitridbereiche und die Oxidbereiche sind dann periodisch in der strukturierten Dielektrikumschicht
verteilt. Ein Gitterabstand des optischen Gitters ist durch den Abstand der aufeinanderfolgenden Nitridbereiche und
Oxidbereiche gegeben. Durch die Abwechslung der
Brechungsindices der Nitridbereiche und der Oxidbereiche kann eine periodische Beugung und/oder eine Interferenz des von der aktiven Zone emittierten und/oder absorbierten Lichts ermöglicht werden. Durch die stetige Veränderung des
Brechungsindex in dem Grenzbereich treten in einem durch die strukturierte Dielektrikumschicht gebildeten optischen Gitter weniger Verluste als bei einer alternativen strukturierten Dielektrikumschicht auf. Da bei der alternativen
strukturierten Dielektrikumschicht kein stetiger, sondern vielmehr ein diskreter, stufenartiger, Übergang des
Brechungsindex erfolgt und zudem eine erhöhte Anzahl an
Rissen, Spalten und/oder Hohlräumen in dem alternativen
Grenzbereich vorhanden ist, eignet sich diese nur bedingt als optisches Gitter.
Beispielsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen Bauelement um einen Distributed Feedback (DFB) Laser, bei dem die strukturierte Dielektrikumschicht ein Übergitter bildet. Eine Modenkopplung innerhalb des Lasers wird mitunter dann erzielt, wenn ein Vielfaches der Frequenz der erzeugten
Lasermode dem Gitterabstand des optischen Gitters entspricht. Üblicherweise finden für das Übergitter in DFB-Lasern Metalle Anwendung, da sich bei diesen nicht die bei alternativen strukturierten Dielektrikumschichten vorhandenen Probleme der Risse, Spalten und/oder Hohlräume in den alternativen Grenzbereichen ergeben. Eine hier beschriebene strukturierte Dielektrikumschicht birgt den Vorteil der verbesserten
Grenzbereiche und der Verwendung von Dielektrika. Alternativ oder zusätzlich kann die strukturierte
Dielektrikumschicht einen Bragg-Spiegel (englisch:
Distributed Bragg Reflector, DBR) bilden. Zudem ist es möglich, dass die strukturierte Dielektrikumschicht einen Wellenleiter für das vom dem Bauelement emittierte und/oder absorbierten Lichts bildet.
Ferner kann das durch die strukturierte Dielektrikumschicht gebildete optische Gitter zur Frequenzmodulation,
beispielsweise durch eine Wellenleiterstrukturierung bei einem auf einem Träger abgeschiedenen Wellenleiter,
eingesetzt werden. Zudem eignet sich das durch die
strukturierte Dielektrikumschicht gebildete optische Gitter als optisches Phasengitter, bei dem die Phase der
durchlaufenden Lichtwelle beeinflusst wird.
Allgemein kann durch die Reduktion von Rissen, Spalten und/oder Hohlräumen in den Grenzbereich zwischen dem
Nitridbereich und dem Oxidbereich die Absorption des Lichts im Vergleich zu dem oben beschriebenen alternativen
Grenzbereich reduziert werden. Dies ermöglicht insbesondere eine erhöhte Effizienz und/oder eine erhöhte Lichtausbeute des optoelektronischen Bauelements. Insbesondere können mittels der strukturierten Dielektrikumschicht besonders effiziente passive optische Elemente, wie beispielsweise Wellenleiter, Phasenmodulatoren und/oder Multiplexer in Dünnschichttechnologie, erzeugt werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements bildet die strukturierte Dielektrikumschicht eine Auskoppelschicht für das emittierte und/oder absorbierte Licht und/oder der Oxidbereich bildet eine Antireflexschicht für das emittierte und/oder absorbierte Licht. Die
strukturierte Dielektrikumschicht kann dann beispielsweise in vertikaler Richtung strukturiert sein, wobei eine stetige Reduktion des Brechungsindex weg von der aktiven Zone
vorliegt. Beispielsweise kann hierdurch auf einfache Weise eine Antireflexschicht in einem optoelektronischen
Halbleiterchip, zum Beispiel einem Solarzellenchip,
bereitgestellt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Ätzverfahrens zum Ätzen von Schichten wird zunächst eine Schichtenfolge
bereitgestellt, die eine hier beschriebene strukturierte Dielektrikumschicht umfasst. Die Schichtenfolge kann
beispielsweise Halbleiterschichten, Metallschichten und/oder dielektrische Schichten enthalten. Ferner wird eine Ätzlösung bereitgestellt, die dazu eingerichtet ist, die Schichtenfolge zumindest teilweise zu ätzen. Die Schichtenfolge wird
anschließend zumindest teilweise mit der Ätzlösung entfernt. Die Ätzlösung weist für das Material der Oxidbereiche eine höhere Ätzrate auf als für das Material der Nitridbereiche oder umgekehrt. Mit anderen Worten, die Oxidbereiche und die Nitridbereiche sind mit der Ätzlösung selektiv ätzbar. Die Nitridbereiche beziehungsweise umgekehrt die Oxidbereiche bilden dann eine Ätzstoppschicht in der Schichtenfolge. Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Umgebungssensors umfasst dieser eine Nitridschicht, die mit Siliziumnitrid der ersten Art gebildet ist. Ferner umfasst der Umgebungssensor eine Detektionseinheit . Die Detektionseinheit kann in den Umgebungssensor direkt integriert sein. Es ist jedoch
alternativ möglich, dass es sich bei der Detektionseinheit um eine externe Detektionseinheit handelt, die außerhalb des Umgebungssensors angebracht ist. Der Umgebungssensor ist dazu eingerichtet, die Prozessbedingungen für die Transformation von Siliziumnitrid der ersten Art in Siliziumoxid durch eine zumindest teilweise Transformation der Nitridschicht in
Oxidbereiche nachzuweisen. Insbesondere ist hierzu die
Detektionseinheit dazu eingerichtet, Oxidbereiche in der Nitridschicht nachzuweisen. Beispielsweise beinhaltet die Detektionseinheit eine optische Einheit, mittels derer die Nitridschicht optisch, beispielsweise mittels Spektroskopie, analysiert und die eventuelle zumindest teilweise
Transformation der Nitridschicht in Oxidbereiche nachgewiesen werden kann. Mit dem Umgebungssensor kann somit auf
irreversible Weise eine alternde Umgebung nachgewiesen werden. Eine "alternde Umgebung" entspricht hierbei einer Umgebung, in welcher eine teilweise Transformation der
Nitridschicht in Oxidbereiche stattfinden kann. Insbesondere herrschen in einer "alternden Umgebung" die oben
beschriebenen Prozessbedingungen für die Transformation vor.
Im Folgenden werden das hier beschriebene Verfahren, die hier beschriebene strukturierte Dielektrikumschicht, das hier beschriebene optoelektronische Bauelement, das hier
beschriebene Ätzverfahren zum Ätzen von Schichten, sowie der hier beschriebene Umgebungssensor anhand von
Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert .
Die Figuren 1A bis 1D zeigen ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens zur Strukturierung einer Nitridschicht, sowie ein Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen strukturierten Dielektrikumschicht .
Die Figur 2 zeigt FTIR-Spektren .
Die Figuren 3A, 3B, 4A, 4B zeigen Rasterelektronenmikroskop
(REM) -Aufnahmen und EDX-Analysen .
Die Figuren 5A, 5B und 5C zeigen Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements.
Die Figuren 6A und 6B zeigen ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Ätzverfahrens zum Ätzen von Schichten .
Gleiche, gleichartige und gleichwirkende 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 Schnittdarstellungen der Figuren 1A bis 1D ist ein hier beschriebenes Verfahren zur
Strukturierung einer Nitridschicht 2 näher erläutert. Bei dem in der Figur 1A gezeigten ersten Verfahrensschritt wird eine auf einem Träger 1 aufgebrachte Nitridschicht 2 mit einer dem Träger 1 abgewandten Deckfläche 2a bereitgestellt. Die
Nitridschicht 2 ist mit Siliziumnitrid der ersten Art gebildet. Der Träger 1 ist beispielsweise mit Silizium gebildet oder besteht aus Silizium. Beispielsweise wurde die Nitridschicht 2 mittels PECVD auf den Träger 1 aufgebracht, wobei die Abscheidebedingungen wie oben beschrieben gewählt sind .
In dem in der Figur 1B dargestellten zweiten
Verfahrensschritt wird auf die Deckfläche 2a der
Nitridschicht 2 eine Maskenschicht 3 aufgebracht. Die
Maskenschicht ist strukturiert, so dass die Deckfläche 2a der Nitridschicht 2 bereichsweise bedeckt ist. Unbedeckte
Bereiche der Nitridschicht 2, die an der Deckfläche 2a frei zugänglich sind, bilden die zu transformierenden Bereiche 40. Beispielsweise ist die Maskenschicht 3 mit einem Fotolack, einem Metall, wie beispielsweise Nickel, und/oder einem hydrophoben Material gebildet. In dem in der Figur IC dargestellten Verfahrensschritt werden die zu transformierenden Bereiche 40 der Nitridschicht 2 in Oxidbereiche 41 transformiert. Die Transformation erfolgt beispielsweise mittels Einbringen in eine
Transformationskammer für die Dauer einer Transformationszeit unter den oben beschriebenen Prozessbedingungen. Die
Transformationszeit und/oder die Prozessbedingungen sind derart gewählt, dass wenigstens 80 % der zu transformierenden Bereiche 40 in Oxidbereiche 41 transformiert werden. In den von der Maskenschicht überdeckten Bereichen 21 der
Nitridschicht 2 bleibt diese zu wenigstens 80 %
untransformiert .
In dem in der Figur 1D dargestellten letzten
Verfahrensschritt wird die Maskenschicht 3 entfernt und es liegt eine strukturierte Dielektrikumschicht 5 vor. Die strukturierte Dielektrikumschicht 5 weist die Oxidbereiche 41, die aus einer Transformation der zu transformierenden Bereiche 40 der Nitridschicht 2 hervorgegangen sind, und die untransformierten Nitridbereiche 21 auf. Zwischen den
Nitridbereichen 21 und den Oxidbereichen 41 sind die
Grenzbereiche 51 angeordnet. Anhand der FTIR-Spektren der Figur 2 ist eine hier
beschriebene strukturierte Dielektrikumschicht 5 und
Siliziumnitrid der ersten Art näher erläutert. Die Spektren zeigen jeweils die prozentuale Transmission T als Funktion der Wellenzahl l/λ. Ein erstes Spektrum 601 stellt die
Transmission T im Fall von Siliziumoxid, das mittels der beschriebenen Transformation erzeugt wurde, dar. Ein zweites Spektrum 602 zeigt die Transmission T im Fall von
alternativem Siliziumoxid, das abgeschieden wurde. Ein drittes Spektrum 603 zeigt die Transmission T im Fall von Siliziumnitrid der ersten Art und ein viertes Spektrum 604 zeigt die Transmission T im Fall von Siliziumnitrid der zweiten Art.
Im Rahmen der üblichen Messungenauigkeiten ist kein
wesentlicher Unterschied in der Transmission T zwischen dem ersten Spektrum 601 und dem zweiten Spektrum 602 erkennbar. Das mittels der Transformation aus Siliziumnitrid der ersten Art erzeugte Siliziumoxid unterscheidet sich somit von alternativem Siliziumoxid, das mittels chemischer oder physikalischer Gasphasenabscheidung abgeschieden wurde, nicht signifikant .
Die Figur 3A zeigt eine REM-Aufnahme einer auf einem Träger 1 aufgebrachten Nitridschicht 2 vor einer Umwandlung in einer Schnittdarstellung. Die Figur 3B zeigt eine EDX-Analyse der Elementverteilung in der Nitridschicht 2 vor der Umwandlung. In der linken Spalte sind die chemischen Elemente 701
aufgetragen und in der rechten Spalte der prozentuale Atomanteil 702. Vor der Umwandlung weist die Nitridschicht 2 einen prozentualen Stickstoff-Anteil von 43,8 "6 / θϊΠθΠ
prozentualen Sauerstoff-Anteil von 1, 46 ~6 , sowie einen prozentualen Silizium-Anteil von I ,11 % auf.
Die Figur 4A zeigt eine REM-Aufnahme der Nitridschicht 2 der Figur 3A, nachdem diese vollständig in einen einzigen
Oxidbereich 41 transformiert wurde. Die Figur 4B zeigt eine EDX-Analyse der Oxidbereiche 41 der Figur 4A nach der
Transformation. Der prozentuale Stickstoff-Anteil hat sich im Vergleich zu dem prozentualen Stickstoff-Anteil der Figur 3B auf 1,3 % reduziert. Der prozentuale Sauerstoff-Anteil hat sich auf 55,22 % erhöht und der prozentuale Silizium-Anteil ist mit 36,39 % im Wesentlichen gleich geblieben.
Insbesondere an der starken Reduktion des Stickstoff-Anteils und der starken Erhöhung des Sauerstoff-Anteils ist die
Umwandlung des Siliziumnitrids der ersten Art in Siliziumoxid erkennbar . Anhand der schematischen Schnittdarstellung der Figur 5A ist ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen
optoelektronischen Bauelements näher erläutert. In der Figur 5A ist eine auf einem Anschlussträger 81 aufgebrachte
Schichtenfolge 82, 83, 84 mit der aktiven Zone 83
aufgetragen. Auf der dem Anschlussträger 81 abgewandten Seite der zweiten Halbleiterschicht 84 ist die strukturierte
Dielektrikumschicht 5 mit einem Nitridbereich 21 und einem Oxidbereich 41 auf einer Lichtdurchtrittsfläche 80a der
Schichtenfolge 82, 83, 84 aufgebracht. Die strukturierte Dielektrikumschicht 5 ist in vertikaler Richtung
strukturiert. Die Auskopplung beziehungsweise Einkopplung des durch die aktive Zone 83 emittierten beziehungsweise
absorbierten Lichts erfolgt somit über die strukturierte Dielektrikumschicht 5 und insbesondere über den Oxidbereich 41 und den Nitridbereich 21. Die strukturierte
Dielektrikumschicht 5 fungiert dann als Auskoppelschicht beziehungsweise als Antireflexschicht des optoelektronischen Bauelements.
Anhand der schematischen Schnittdarstellung der Figur 5B ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements näher erläutert. Der Aufbau ähnelt dem der Figur 5A, jedoch ist nun die strukturierte
Dielektrikumschicht 5 in lateraler Richtung strukturiert und umfasst mehrere alternierend angeordnete Oxidbereiche 41 und Nitridbereiche 21. Beispielsweise hat die strukturierte
Dielektrikumschicht 5 bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 5B die Funktion eines optischen Gitters.
Anhand der schematischen Schnittdarstellung der Figur 5C ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements näher erläutert. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die aktive Zone 83 des Bauelements nicht dargestellt. Das Bauelement umfasst eine strukturierte Dielektrikumschicht 5 und zwei Oxidschichten 41'. Die Oxidschichten 41' sind mit Siliziumoxid gebildet oder bestehen aus Siliziumoxid. Der Nitridbereich 21 der strukturierten Dielektrikumschicht 5 ist somit von zwei
Oxidbereichen 41 und zwei Oxidschichten 41' umschlossen. Der Nitridbereich 21 der strukturierten Dielektrikumschicht 5 fungiert in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als
Wellenleiter für das von der aktiven Zone 83 emittierte und/oder absorbierte Licht.
Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der Figur 6A und 6B ist ein hier beschriebenes Ätzverfahren zum Ätzen von Schichten näher erläutert. In dem in der Figur 6A dargestellten Verfahrensschritt wird eine Schichtenfolge 9, die eine strukturierte Dielektrikumschicht 5 enthält, bereitgestellt. Die Strukturierung kann vor dem Einbringen der strukturierten Dielektrikumschicht 5 in die
Schichtenfolge 9 erfolgen. Alternativ ist es möglich, dass zunächst eine Nitridschicht 2, die mit Siliziumnitrid der ersten Art gebildet ist, in die Schichtenfolge 9 eingebracht wird und die Strukturierung mittels der Transformation in Siliziumoxid anschließend erfolgt.
Die Schichtenfolge 9 umfasst ferner eine weitere
Nitridschicht 2', die mit Siliziumnitrid der ersten oder der zweiten Art gebildet sein kann. Die der strukturierten
Dielektrikumschicht 5 abgewandten Seite der weiteren
Nitridschicht 2' ist teilweise von einer Maskenschicht 3', die beispielsweise mit einem Fotolack gebildet ist, bedeckt.
In dem in der Figur 6B dargestellten Verfahrensschritt wurde die weitere Nitridschicht 2' mit einer Ätzlösung teilweise entfernt und die Maskenschicht 3' ist entfernt. Die zuvor nicht von der Maskenschicht 3' bedeckten Bereiche sind entfernt, sodass ein Graben 91 entstehen. Ferner ist unter der Maskenschicht 3' eine Unterätzung 91d vorhanden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Ätzlösung für das Material des Oxidbereichs 41 eine geringere Ätzrate auf als für das Material der Nitridbereiche 21 und/oder das Material der weiteren Nitridschicht 2'. Der Oxidbereich 41 dient dann als Ätzstoppschicht. Mit anderen Worten, der
Oxidbereich 41 wird durch die Ätzlösung nicht geätzt und das Ätzen endet an dem Oxidbereich 41. Hierdurch kann die Tiefe der Ätzung, insbesondere die Tiefe des Grabens 91, gezielt gesteuert werden.
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.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102015102454.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1 Träger
2,2' Nitridschicht
2a Deckfläche
21 Nitridbereiche
3,3 ' Maskenschicht
40 zu transformierende Bereiche
41 Oxidbereiche
41 ' Oxidschicht
5 strukturierte Dielektrikumschicht
51 Grenzbereiche
601 erstes Spektrum
602 zweites Spektrum
603 drittes Spektrum
604 viertes Spektrum
701 Chemisches Element
702 prozentualer Atomanteil
80a Lichtdurchtrittsfläche
81 Anschlussträger
82 erste Halbleiterschicht
83 aktive Zone
84 zweite Halbleiterschicht
9 Schichtenfolge
T Transmission
1/λ Wellenzahl

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Strukturierung einer Nitridschicht (2) mit den folgenden Schritten:
A) Bereitstellen der Nitridschicht (2), die mit einem
Siliziumnitrid einer ersten Art gebildet ist,
B) Definieren von zu transformierenden Bereichen (40) der Nitridschicht (2),
C) Einbringen der Nitridschicht (2) in eine
Transformationskammer für die Dauer einer
Transformationszeit, wobei die Transformationszeit derart gewählt ist, dass wenigstens 80 % der zu
transformierenden Bereiche (40) der Nitridschicht (2) in Oxidbereiche (41), die mit einem Siliziumoxid gebildet sind, transformiert werden.
2. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
wobei übrige Bereiche (21) der Nitridschicht (2) zu wenigstens 60 %, bevorzugt zu wenigstens 80 %,
untransformiert bleiben.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Prozessbedingungen für die Transformation in der Transformationskammer während des Verfahrensschritts C) wie folgt gewählt sind:
- Temperatur von wenigstens 80 °C und höchstens 200 °C,
- Druck von wenigstens 1 bar und höchstens 15 bar, und/oder
- relative Luftfeuchtigkeit von wenigstens 80 % und höchstens 99 %. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Nitridschicht (2) in Schritt A) mittels plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD) in einer Abscheidekämmer auf einen Träger (1) aufgebracht wird, wobei zumindest eine der
Abscheidebedingungen in der Abscheidekämmer wie folgt gewählt ist:
- S1H4-FIUSS von wenigstens 4,5 % und höchstens 5,5 % des Stickstoff ( 2 ) -Flusses ,
- NH3-FIUSS von wenigstens 14,5 % und höchstens 16,5 % des Stickstoff ( 2 ) -Flusses ,
- Gesamtdruck von wenigstens 4800mTorr und höchstens 5200 mTorr,
- Abscheidetemperatur von wenigstens 280 °C und
höchstens 320 °C, und/oder
- Plasmaleistung von wenigstens 580 W und höchstens 620 W.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei für das Definieren in Schritt B) eine
strukturierte Maskenschicht (3) auf eine Deckfläche (2a der Nitridschicht (2) aufgebracht wird, wobei von der Maskenschicht (3) unbedeckte Bereiche der Nitridschicht (2) die zu transformierenden Bereiche (40) bilden.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
wobei ein maximaler Untertransformationsbereich der von der Maskenschicht (3) bedeckten Bereiche der
Nitridschicht (2) in Oxidbereiche (40) transformiert wird . Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die zu transformierenden Bereiche (40) die gesamte
Nitridschicht (2) bilden.
Strukturierte Dielektrikumschicht (5) umfassend
- eine Hauptebene, in der sich die strukturierte
Dielektrikumschicht (5) in lateralen Richtungen
erstreckt,
- zumindest einen Oxidbereich (41), der mit Siliziumoxid gebildet ist,
- zumindest einen Nitridbereich (21), der mit
Siliziumnitrid der ersten Art gebildet ist und
- zumindest einen Grenzbereich (51), der zwischen dem Oxidbereich (41) und dem Nitridbereich (21) angeordnet ist und direkt an den Oxidbereich (41) und an den
Nitridbereich (21) angrenzt, wobei
- sich die Konzentration des Siliziumoxids in dem
Grenzbereich (51) von dem Oxidbereich (41) weg zu dem Nitridbereich (21) hin stetig reduziert und/oder sich die Konzentration Siliziumnitrids der ersten Art in dem Grenzbereich (51) von dem Oxidbereich (41) weg zu dem Nitridbereich (41) hin stetig erhöht. 9. Strukturierte Dielektrikumschicht (5) nach dem
vorherigen Anspruch,
wobei Siliziumnitrid der ersten Art im Vergleich zu Siliziumnitrid einer zweiten Art eine höhere
Transmission für UV-Strahlung, eine höhere
Energiebandlücke, eine höhere Transmission für IR-
Strahlung und/oder einen geringeren Brechungsindex aufweist .
10. Strukturierte Dielektrikumschicht (5) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Verhältnis von
Stickstoff zu Silizium bei Siliziumnitrid der ersten Art größer ist als bei Siliziumnitrid einer zweiten Art.
11. Strukturierte Dielektrikumschicht (5) nach einem der
vorherigen Ansprüche,
wobei Siliziumnitrid der ersten Art eine höhere
Porosität als Siliziumnitrid der zweiten Art aufweist.
12. Strukturierte Dielektrikumschicht (5) nach einem der
vorherigen Ansprüche,
wobei der Oxidbereich (41) aus einer Transformation von Bereichen einer Nitridschicht (2), die mit
Siliziumnitrid der ersten Art gebildet ist,
hervorgegangen ist.
13. Strukturierte Dielektrikumschicht (5) nach einem der
vorherigen Ansprüche,
bei der der Grenzbereich (51) eine geringere Anzahl an
Rissen, Spalten und/oder Hohlräumen oder Überlappungen aufweist als ein alternativer Grenzbereich zwischen einem alternativen Nitridbereich, der mit Siliziumnitrid der zweiten Art gebildet ist, und einem alternativen Oxidbereich, der mittels chemischer oder physikalischer
Gasphasenabscheidung aufgebracht ist.
14. Strukturierte Dielektrikumschicht (5) nach einem der
vorherigen Ansprüche,
wobei der Oxidbereich (41) in vertikaler Richtung auf dem Nitridbereich (21) angeordnet ist und sich der
Brechungsindex der strukturierten Dielektrikumschicht (5) von dem Nitridbereich (21) hin zu dem Oxidbereich (41) stetig reduziert.
Strukturierte Dielektrikumschicht (5) nach einem der vorherigen Ansprüche,
umfassend eine Vielzahl von Oxidbereichen (41) und eine Vielzahl von Nitridbereichen (21), wobei
- die Oxidbereiche (41) und die Nitridbereiche (21) in lateraler Richtung alternierend angeordnet sind und jeweils durch einen Grenzbereich (51) voneinander getrennt sind.
Optoelektronisches Bauelement umfassend
- eine strukturierte Dielektrikumschicht (5) nach einem der vorherigen Ansprüche und
- eine aktive Zone (83), die im Betrieb des
optoelektronischen Bauelements Licht emittiert und/oder absorbiert .
Optoelektronisches Bauelement nach dem vorherigen
Anspruch,
wobei die strukturierte Dielektrikumschicht (5) ein optisches Gitter für das emittierte und/oder absorbierte Licht bildet.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die strukturierte Dielektrikumschicht (5) eine Auskoppelschicht für die emittierte Strahlung bildet und/oder der Oxidbereich (41) eine Antireflexschicht für das emittierte und/oder absorbierte Licht bildet.
19. Ätzverfahren zum Ätzen von Schichten, mit den folgenden Schritten :
- Bereitstellen einer Schichtenfolge (9) umfassend eine strukturierte Dielektrikumschicht (5) nach einem der vorherigen Ansprüche und einer Ätzlösung,
- teilweises Entfernen der Schichtenfolge (9) mittels der Ätzlösung, wobei
- die Ätzlösung für das Material der Oxidbereiche (41) eine höhere Ätzrate aufweist als für das Material der Nitridbereiche (21) und die Nitridbereiche (21) eine Ätzstoppschicht bilden oder die Ätzlösung für das
Material der Nitridbereiche (21) eine höhere Ätzrate aufweist als für das Material der Oxidbereiche (41) und die Oxidbereiche (41) eine Ätzstoppschicht bilden.
20. Umgebungssensor umfassend
- eine Nitridschicht (2), die mit Siliziumnitrid der ersten Art gebildet ist, und
- eine Detektionseinheit , die dazu eingerichtet ist, Oxidbereiche (41) in der Nitridschicht (2) nachzuweisen.
PCT/EP2016/053586 2015-02-20 2016-02-19 Verfahren zur strukturierung einer nitridschicht, strukturierte dielektrikumschicht, optoelektronisches bauelement, ätzverfahren zum ätzen von schichten und umgebungssensor WO2016131971A1 (de)

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