Verfahren zur Aufbringung einer Überwuchsschicht auf eine Keimschicht
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbringung einer
Oberwuchsschicht auf eine Keimschicht gemäß Anspruch 1 .
In der Halbleiterindustrie ist die Erzeugung hochreiner, aber vor allem auch defektfreicr Schichten von großer Bedeutung für die Herstellung von Haibleitcrbauelementen. Defekte, insbesondere Kristalldefekte, haben einen entscheidenden Einfluss auf die Funktionalität und
Langlebigkeit von Halbleiterbauelementen. Sehr viele
Halbleiterbauelemente werden direkt auf einkristallinen Substraten gefertigt, die eine extreme hohe Reinheit und relativ geringe
Defektdichte besitzen. Derartige Halbleitersubstrate werden mit speziellen Prozessen, insbesondere dem Czochralski-Verfahren,
hergestellt. Derartige Verfahren erzeugen meistens einen sehr großen Einkristall, der in weiteren Prozessschritten zu den einzelnen Substraten zersägt oder zerschnitten wird.
Sehr oft ist es notwendig, weitere einkristalline Schichten mit
entsprechend geringer Defektstruktur direkt auf bereits vorhandenen Oberflächen zu erzeugen. Diese einkristallinen Schichten können durch unterschiedliche Prozesse erzeugt werden. Um hochreine und vor allem defektfreie Schichten zu erzeugen, bedient man sich sehr oft der lateralen Oberwuchsmethode (engl.: lateral overgrowth method).
Um relativ defektfreie, einkristalline Schichten zu erhalten, wird in einem ersten Prozessschritt auf einer Keimschichtoberfläche eine Maske erzeugt. Die Maske bedeckt den größten Teil der Keimschichtoberfläche. An wohldefinierten Stellen besitzt die Maske Maskenöffnungen Ober die Teile der Oberfleche exponiert werden. Die Maske wird im Stand der Technik vorwiegend mit photolithographischen Methoden hergestellt.
Masken werden meist durch photolithographische Prozesse mit mehreren Prozessschritten hergestellt. In einem ersten Prozessschritt muss ein Fotolack aufgetragen werden. Danach wird der Fotolack belichtet, entwickelt und geätzt. In sehr vielen Fällen können keine einfachen, auf Polymerbasis bestehenden, Fotolacke verwendet werden, da die Masken aus einer Hartstoffschicht bestehen müssen. Dementsprechend
schwieriger, komplizierter und teurer werden die Materialabscheidung und vor allem die Ätzvorgänge.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein effizienteres Verfahren zur Aufbringung einer ÜbcTwuchsschicht auf eine Keimschicht anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche
Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den
Ansprüchen und/oder den Figuren angegebenen Merkmalen. Bei angegebenen Wcrtebcrcichen sollen auch innerhalb der genannten
Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart gelten und in
beliebiger Kombination bcanspruchbar sein.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein Verfahren zur
Aufbringung einer maskierten Überwuchsschicht auf eine Keimschicht zur Herstellung von Halbleiterbauelementen derart weiterzubilden, dass eine Maske zur Maskierung der Oberwuchsschicht auf die Keimschicht geprägt wird.
Die Erfindung betrifft gemäß einem, insbesondere eigenständigen, Aspekt eine Methode zur Erzeugung von Masken, insbesondere
Hartmasken, mit Hilfe einer Imprinttechnoiogie. Die Masken werden zur Herstellung lateraler Oberwuchsstrukturen verwendet.
Erfindungsgemäß können, insbesondere von der erfindungsgemäß geprägten Maske geformte, epitaktische und/oder monokristalline
Nanopunkte (engl.: nano dots) und/oder Nanodrähte (engl.: nano wires) und/oder andere Nanostrukturen hergestellt werden.
Ein Kern der Erfindung besteht insbesondere in der Anwendung einer Imprinttechnoiogie und der Verwendung geeigneter Prägematerialien als Maskenmaterial, die mit Hilfe der Imprinttechnoiogie strukturiert werden und die durch weitere Prozessschritte, insbesondere einer
Wärmebehandlung, in ein Oxid umgewandelt werden können.
Die Verwendung von Imprinttechnologien macht die meisten
Prozessschritte eines typischen Photolithographieprozesses Uberflüssig, wodurch ein erheblicher Zeitgewinn und damit eine effizientere
Herstellung der Halbleiterbauelemente ermöglicht werden.
Die Prägemasse (Maskenmaterial) wird, insbesondere in flüssiger Form, auf die Keimschicht aufgebracht und anschließend durch einen
Imprintprozess strukturiert sowie in einem weiteren Prozessschritt insbesondere in eine Hartstoffschicht umgewandelt.
Die Erfindung beschreibt mit anderen Worten oder allgemeiner, beziehungsweise gemäß einem eigenständigen Aspekt, ein Verfahren, mit dem eine Maske zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mittels Imprintlithographieerzeugt werden kann. Die Maske dient somit der Herstellung einer lateralen Oberwuchsstruktur.
Bei der Überwuchsstruktur handelt es sich vorzugsweise um eine monokristalline und/oder epitaktische Schicht eines
Beschichtungsmaterials (oder Oberwuchsschichtmaterial), die an einer Keimschichtoberfläche anwächst und diese monokristallin und/oder epitaktisch fortsetzt. Unter einer monokristallinen Schicht versteht man erfindungsgemäß insbesondere eine Schicht, die Ober keine Korngrenzen verfügt. Unter einer epitaktischen Schicht versteht man erfindungsgemäß insbesondere eine Schicht, die mindestens eine Kristallorientierung besitzt, die mit der Kristallorientierung der Oberfläche, auf der sie aufwächst (Keimschicht), übereinstimmt.
Die Schicht bzw. die Schichtoberfläche, von der ausgehend die
erfindungsgemäße, monokristalline und/oder epitaktische, Schicht zu wachsen beginnt, wird als Keimschicht bzw. Keimschichtoberfläche bezeichnet.
Substrate
Bei den Substraten handelt es sich mit Vorzug um Wafer. Die Wafer sind genormte Substrate mit wohldefinierten, standardisierten Durchmessern. Die Substrate können allerdings im Allgemeinen jede beliebige Form besitzen. Die Durchmesser der Substrate können im Allgemeinen jede
beliebige Größe annehmen, besitzen aber vorzugsweise eine der genormten Durchmesser von 1 Zoll, 2 Zoll, 3 Zoll, 4 Zoll, 5 Zoll, 6 Zoll, 8 Zoll, 12 Zoll und 18 Zoll sowie 125, 1 50, 200, 300 oder 4S0 mm.
Als Substratmaterialien werden vorzugsweise
• Silizium oder
• Saphir
verwendet.
Im weiteren Verlauf der Palentschrift wird allgemein von Substraten gesprochen. Insbesondere beziehen sich die erfindungsgemäßen
Ausführungsformen allerdings vorwiegend auf Wafer.
Prägestempel
Für den erfindungsgemäßen Prozess können unterschiedliche
Prägestempel verwendet werden. Der Prägestempel kann ein Hartstempel, ein Weichstempel oder ein Folienstempel sein.
Unter einem Hartstempel versteht man einen Stempel, der aus einem Werkstoff mit hohem Elastizitätsmodul (E-Modul) gefertigt wurde. Der E-Modul des Hartstempeis liegt insbesondere zwischen 1 GPa und
1000 GPa, bevorzugt zwischen 10 GPa und 1000 GPa, mit größerem Vorzug zwischen 25 GPa und 1000 GPa, mit größtem Vorzug zwischen 50 GPa und 1000 GPa, am bevorzugtesten zwischen 100 GPa und
1000 GPa. Der E-Modul von einigen Stahlsorten liegt beispielsweise bei um die 200 GPa. Bevorzugte Materialien für Hartstempel sind:
• Metalle, insbesondere
o Metalllegierungen, insbesondere Stähle,
o Reinmetalle, insbesondere Ni, Cu, Co, Fe, AI und/oder W,
• Keramiken, insbesondere Gläser, vorzugsweise
o Metallische Gläser oder
o Nichtmetallische Gläser, insbesondere
■ Organische nichtmetallische Gläser oder
■ Anorganische nichtmetallische Gläser, insbesondere
• Nichtoxidische Gläser, insbesondere
Halogenidgläser oder Chalkogenidgläser, oder
• Oxidische Gläser, insbesondere phosphatische Gläser oder silikatischc Gläser, insbesondere Alumosilikatgläser oder Bleisilikatgläser oder Alkali-Silikatgläscr, vorzugsweise Alkali- Erdalkalisilikatgläser, oder Borosilikatgläser oder Boratgläser, vorzugsweise Alkaliboratgläser, oder
• Legierungen
Unter einem Weichstcmpcl versteht man einen Stempel, der aus einem Werkstoff mit niedrigem E-Modul gefertigt wurde. Der E-Modul liegt insbesondere zwischen 1 GPa und 1000 GPa, bevorzugt zwischen 1 GPa und 500 GPa, mit größerem Vorzug zwischen 1 GPa und 100 GPa, mit größtem Vorzug zwischen 1 GPa und 10 GPa, mit allergrößtem Vorzug zwischen 1 GPa und 5 GPa. Der E-Modul von Polyamiden liegt beispielsweise zwischen 3 GPa und 6 GPa. Bevorzugte Materialien för Weichstempel sind:
• PFPE
• Silikate, insbesondere
o Acryl- und/oder cpoxyhältige Silikate und/oder
o PDMS und/oder
o SSQ, insbesondere POSS.
Unter einem Folienstempel versteht man einen Stempel, der aus einer Folie besteht, die durch eine weitere Beaufschlagungseinrichtung, insbesondere eine Rolle, in die Prägemasse (Maskenmaterial) gedrückt wird. Ein Folienstempel wird in der Druckschrift WO2014/037044A1
offenbart, worauf Bezug genommen wird. Im Sinne der Definition eines Weichstempels kann der Folienstempel auch als Weichstempel angesehen werden. Auf Grund seines geringeren Biegewiderstands, insbesondere bedingt durch eine geringe Dicke der Folie, kann der Folienstempel als eigene Stempelart oder als vorteilhafte Ausführung eines Weichstempcls betrachtet werden.
Keimschicht
Bei der Keimschicht handelt es sich entweder um eine auf ein Substrat aufgebrachte Schicht oder das Substrat stellt die Keimschicht selbst dar. Die Keimschicht ist vorzugsweise monokristallin und/oder epitaktisch.
Die Kcimschichtobcrflächc besitzt insbesondere eine sehr geringe
Rauheit. Die Rauheit wird entweder als mittlere Rauheit, quadratische Rauheit oder als gemittelte Rauhtiefe angegeben. Die ermittelten Werte für die mittlere Rauheit, die quadratische Rauheit und die gemittelte Rauhtiefe unterscheiden sich insbesondere für dieselbe Messstrecke bzw. Messflüche, liegen aber vorzugsweise im gleichen
Größenordnungsbereich. Daher sind die folgenden Zahlenwertcbereichc für die Rauheit entweder als Werte für die mittlere Rauheit, die quadratische Rauheit oder für die gemittelte Rauhtiefe zu verstehen. Da es sich bei den Keimschichtoberflächen vorzugsweise um
monokristalline und/oder epitaktische Schichten handelt, kann der klassische Begriff der Rauheit hier möglicherweise nicht angewandt werden. Unter den angegebenen Rauheitswerten ist insbesondere die Höhendifferenz zwischen der tiefsten, mindestens an einem Punkt freiliegenden und der obersten kristallographischen Ebene der
Keimschichtoberfläche zu verstehen.
Die Rauheit der Keimschichtobcrfläche ist insbesondere kleiner als 1 μηι, vorzugsweise kleiner als 100 nm, noch bevorzugter kleiner als 10 nm, am bevorzugtesten kleiner als 1 nm, am allerbevorzugtesten kleiner als 0.1 nm.
Die bevorzugten kristallographischen Orientierungen der Keimschicht sind, insbesondere für Werkstoffe mit kubischem Kristallgitter, die { 100}- und die { I 1 1 }-Orientierung. Weitere denkbare und bevorzugte kristallographischen Orientierungen sind { 1 10} -, {21 1 }-, {221 }- und {31 1 }-Orientierungen.
Bevorzugte Keimschichtmaterialien sind
Erfindungsgemäß besonders bevorzugte Keimschichtmaterialien sind: Si, Saphir.
Pr&gematerial/Maskenrnaterial
Als Prägematerial/Maskenmaterial zur Ausbildung der Maske kann grunds&tzlich jede Art von Material dienen, das
• auf einer Oberfläche abgeschieden werden kann, insbesondere nasschemisch, und/oder
• mittels Lithographie, insbesondere Imprintlithographie,
vorzugsweise Nanoimprintlithographie, strukturierbar ist, insbesondere, eine entsprechend hohe Auflösung der Strukturen, insbesondere Mikro und/oder Nanostrukturen, zulässt und/oder im Falle einer vorhandenen Restschicht ätzbar ist und/oder
• die Beschichtungstemperaturen des Beschichtungsmaterials erträgt, ohne sich zu zersetzen und/oder zu verformen und/oder mit dem Beschichtungsmateriai übermäßig zu reagieren, und/oder
. vorzugsweise in der erzeugten epitaktischen Schicht eingebaut bleiben kann, ohne deren Eigenschaften nachteilig zu beeinflussen.
Unter allen möglichen Materialklassen sind besonders die Silsesquioxane (SSQ), insbesondere polyhedrale oligomerische Silsesquioxane (POSS), erfindungsgemäß geeignet, da sie
• nasschemisch auf einer Oberfläche abgeschieden werden können,
• leicht durch Imprintprozesse strukturierbar sind,
• thermisch und/oder elektromagnetisch aushärtbar sind und/oder
• In Glas umgewandelt werden können, welches chemisch und
physikalisch sehr inert ist.
Der Erfindung liegt weiter der, insbesondere eigenständige, Gedanke zu Grunde, eine Prägemasse aus einer speziellen Mischung herzustellen. Die Mischung besteht aus mindestens einer Hauptkomponente und
mindestens einer Nebenkomponente. Bei der Hauptkomponente handelt es sich mit Vorzug um ein Silsesquioxan. Erfindungsgemäß denkbar wären des Weiteren folgende Materialien:
Polyhedrales oligomerisches Silsesquioxan (POSS)
Polydiraethylsiloxan (PDMS)
Tetraethylorthosilicat (TEOS)
• Poly(organo)siloxane (Silikon)
Perfluoropolyether (PFPE)
Die Nebenkomponenten können aus jeder beliebigen organischen und/oder anorganischen Verbindung bestehen. Diese Nebenkomponenten können einen beliebig komplizierten» mit Vorzug organischen, Aufbau besitzen. Entsprechend können sich Verbindungen aus einer Kombination der Elemente der folgenden Liste zusammensetzen. Alle in der Liste vorkommenden chemischen Verbindungen können natürlich als Monomer oder Polymer vorkommen. Bei mindestens einer der Nebenkomponenten handelt es sich mit Vorzug um eine organische, insbesondere eine der folgenden Verbindungen: at
• Alkohol.
In einer ganz besonderen Ausführungsform kann die Nebenkomponente der gleichen funktionalen Gruppe angehören wie die organischen, funktionellen Gruppen der Hauptkomponente. In einer weiteren besonderen Ausführungsform kann die Nebenkomponente bereits mit der Hauptkomponente durch eine chemische Reaktion verbunden worden sein, insbesondere durch eine Additions- und/oder Kondensationsund/oder Substitutionsreaktion.
Lösungsmittel werden immer verwendet, um die Hauptkomponente, die Initiatoren und die erfindungsgemäße organische Komponente, mit deren Hilfe die Einstellung und/oder Beeinflussung der Hydrophilität bzw. Hydrophobizität erfolgt, zu lösen. Mit Vorzug werden die Lösungsmittel im Laufe des Herstellprozesses der eigentlichen Struktur aus der erfindungsgemäßen Prägemassc entfernt bzw. entweichen von selbst. Mit Vorzug wird eines der folgenden Lösungsmittel verwendet:
Die Hauptkomponenten und die Nebenkomponenten werden zusammen mit Initiatoren, welche die Kettenreaktion starten, in einem
entsprechenden stöchiometrisch korrekten Verhältnis gemischt. Durch das Mischen der Haupt- mit der Nebenkomponente und dem Initiator kommt es bei Aktivierung des Initiators zu einer Polymerisation, besonders oder zumindest überwiegend zwischen organischen Teilen der Hauptkomponenten. Es kann sein, dass die Nebenkomponenten teilweise an der Polymerisation teilnehmen. Insbesondere polymerisieren nur die Hauptkomponenten untereinander. Bei der Polymerisation entstehen
langkettige Moleküle und/oder ganze 2D- und/oder 3D-Netzwerke, mit Vorzug mit einer speziell einstellbaren Anzahl von Monomeren. Die Anzahl der Monomere ist dabei größer als 1 , mit Vorzug größer als 10, mit größerem Vorzug größer als 100, mit größtem Vorzug größer als 1000, mit allergrößtem Vorzug polymerisiercn die Monomere zu einem vollständigen 2D- und/oder 3D-Netzwerk.
Im Folgenden werden die Wörter PrSgematerial und Maskenmaterial als Synonyme verwendet.
Beschichtungsmaterial (auch Oberwuchsschichtmaterial)
Beim Beschichtungsmaterial handelt es sich insbesondere um
Halbleitcrmaterialien. Das Beschichtungsmaterial ist vorzugsweise identisch mit dem Keimschichtmaterial, sodass die Keimschicht durch den erfindungsgemäßen Prozess, vorzugsweise nahtlos, durch Oberwuchs der Maskenöffnungen in die zu erzeugende Oberwuchsschicht übergeht. Keimschichtmaterial und Beschichtungsmaterial können aber auch unterschiedlich sein.
Als Beschichtungsmaterialien und/oder Keimschichtmaterialien kommen insbesondere folgende Materialien in Frage:
•
Erfindungsgemäß bevorzugte Materialien sind: Si, GaAs, GaN, InP, InxGa
( j -X)N, InSb, InAs.
Prozess
In einem erfindungsgemäß bevorzugten, insbesondere ersten,
Prozessschritt erfolgt die Bereitstellung eines Substrats mit einer Keimschichtoberfläche. Bei der Kcimschichtoberfläche kann es sich entweder um die Oberfläche einer auf dem Substrat abgeschiedenen Keimschicht handeln oder die, insbesondere aus dem Substratmaterial bestehende, Substratoberfläche selbst dient als Kcimschichtoberfläche. Die Keimschichtoberfläche dient bei der Aufbringung der
Überwuchsschicht insbesondere als Nukleationspunkt für die zu erzeugende, insbesondere monokristalline und/oder epitaktische,
Überwuchsschicht. Vorzugsweise besteht die Keimschicht aus demselben Matertal wie das Beschichtungsmaterial, aus dem die Überwuchsschicht erzeugt wird. Erfindungsgemäß denkbar ist allerdings auch die
Verwendung unterschiedlicher Materialien. Wichtig ist vor allem, dass die Keimschicht die Nukleation der Überwuchsschicht gewährleistet und erfindungsgemäß ein Zugang zur Keimschichtoberfläche insbesondere in Bereichen besteht, an welchen die Überwuchsschicht anwachsen soll.
In speziellen erfindungsgemäß bevorzugten AusfQhrungsformen kann die Keimschicht somit nur an definierten Stellen einer Substratoberflächc aufgebracht, daher nicht vollflächig, sein.
In einem weiteren erfindungsgemäß bevorzugten, insbesondere zweiten Prozessschritt erfolgt die Abscheidung des Maskenmaterials auf die Kcimschichtoberfläche. Die Auftragung kann insbesondere durch nachfolgend aufgeführte Verfahren erfolgen:
• Physikalische Abscheideverfahren, insbesondere PVD, und/oder
• Chemische Abscheideverfahren, insbesondere CVD, vorzugsweise PE-CVD, und/oder
• Nasschemische Abscheideverfahren, und/oder
• Belackung, insbesondere Schleuderbelackung oder
Sprühbelackung.
In einem weiteren erfindungsgemäß bevorzugten, insbesondere dritten Prozessschritt erfolgt die Positionierung eines Pragestempels Uber dem abgeschiedenen Maskenmaterial. In besonderen Ausfuhrungsformen wird eine Ausrichtung des Prägestempels relativ zum Substrat und/oder zur Keimschichtoberfläche durchgeführt. Insbesondere erfolgt die
Ausrichtung anhand von Ausrichtungsmarken.
In einem weiteren erfindungsgemäß bevorzugten, insbesondere vierten Prozessschritt erfolgt die Strukturierung des Maskenmaterials. Die Strukturierung erfolgt erfindungsgemäß bevorzugt durch eine
Imprintlithogaphiemethode, am bevorzugtesten durch eine
Nanoimprintlithographiemethode. Ziel der Imprintlithogaphiemethode ist die Strukturierung des Maskenmaterials. Das Maskenmaterial soll so strukturiert werden, dass in einer minimalen Anzahl von
Strukturierungsschritten, eine Schicht mit einer definierten Anzahl von Maskendurchgängen/Maskenöffnungen pro Einheitsfläche, entsteht. Die Anzahl der Strukturierungsschrittc ist insbesondere kleiner als 10, vorzugsweise kleiner als 5, noch bevorzugter kleiner als 3, am
bevorzugtesten kleiner als 3. Die Anzahl der
Maskendurchgänge/Maskenöffnungen ist insbesondere größer als 1 pro m2, vorzugsweise größer als 1 03 pro m2, noch bevorzugter größer als 107 pro m2, am bevorzugtesten größer als 10" pro m2, am
allerbevorzugtesten größer als 1013 pro m2.
In einer bevorzugten Ausführungsform verdrängen die erhabenen
Strukturen des Prägestempels das Maskenmaterial bis zum Anschlag der Strukturen an der Keimschichtoberflache. Hierdurch wird die Bildung einer Restschicht (engl.: residual layer) verhindert und die gewünschte Maskenstruktur direkt geprägt. Auf einen nachfolgenden Ätzschritt zum Freilegen der mit dem Überwuchsschichtmaterial zu beschichtenden Bereiche der Keimschichtoberfläche kann dann verzichtet werden.
In einem weiteren erfindungsgemäß bevorzugten, insbesondere fünften, Prozessschritt erfolgt die Aushärtung des Maskenmaterials.
Gemäß einer ersten, weniger bevorzugten, Ausführungsform des
Aushärtens wird das Maskenmaterial thermisch gehärtet. Die thermische Härtung erfolgt durch Wärmezufuhr. Die Temperatur am Maskenmaterial beträgt insbesondere mehr als 50°C, vorzugsweise mehr als L00°C, noch bevorzugter mehr als 250°C, noch bevorzugter mehr als 500°C, noch bevorzugter mehr als 750°C. Eine bevorzugte Temperatur liegt zwischen 500°C bis 600°C. Durch die Wahl spezieller thermischer Initiatoren kann man den Temperaturbereich drastisch senken. Eine noch bevorzugtere Temperatur liegt in diesem Fall zwischen 50°C und 200°C. Im Falle einer thermischen Härtung kann die Wärme über das Substrat und/oder den Stempel eingebracht werden. Wird die Wärme Uber den Stempel eingebracht, sollte der Stempel eine möglichst hohe thermische
Leitfähigkeit, eine möglichst geringe Wärmekapazität und/oder einen möglichst geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen.
In einer zweiten und bevorzugten, Ausführungsform des Aushärtens erfolgt die Aushärtung durch elektromagnetische Strahlung. In diesem Fall sind das Substrat und/oder der Stempel zumindest teilweise,
vorzugsweise überwiegend, transparent für den jeweiligen Wellenlängenbereich. Mit besonderem Vorzug weist der Prägestempel die obige Transparenz auf, damit beliebige Substrate verwendet werden können. Erfolgt die Aushärtung durch ultraviolettes Licht (UV Licht, bevorzugt), so besitzt die elektromagnetische Strahlung insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwisch1e0nnm und 2000nm, mit Vorzug zwischen l 0nm und 1500nm, mit größerem Vorzug zwisch1e0nnm und 1000nm, mit allergrößtem Vorzug zwischen 10nm und 500nm, mit allergrößtem Vorzug zwischen 10nm und 400nm.
Eine Aushärtung geht meistens mit der Produktion von Gasen einher. Diese Gase werden vor einem Oberwachsen der Maske bevorzugt ausgetrieben, um eine Blasenbildung zu vermeiden. In einer besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt das Aushärten der Maske in der ßeschichtungskammer, insbesondere gleichzeitig mit der Beschichtung. Dadurch wird es möglich, einen zusätzlichen
Prozessschritt einzusparen. Das Aushärten der Maske in der
ßeschichtungskammer wird vorzugsweise durchgeführt, wenn
(i) die Bcschichtungstcmpcratur über der Aushärtetemperatur,
insbesondere der Temperatur die ein vollständiges Ausgasen der Maske erlaubt, liegt und/oder
(ii) der Ausgasprozess vor dem Oberwuchs beendet wird.
Sollte mindestens einer dieser Punkte nicht erfüllbar sein, so wird die Maske vor der Beschichtung in einem eigenen, separaten
Wärmebehandlungsschritt ausgehärtet.
Obwohl bei einer Aushärtung durch elektromagnetische Strahlung bevorzugt keine thermische Strahlungswärme in das System eingebracht wird, kann indirekt eine Aufheizung des Prägestempels durch
Wechselwirkung mit der elektromagnetischen Strahlung entstehen. Daher
gelten vorzugsweise die folgenden Parametersätze för den Prägestempel unabhängig von der Art der Aushärtung.
Die thermische Leitfähigkeit des Prägestempels sollte möglichst hoch sein, um einen möglichst raschen Wärmetransport zu gewährleisten. Die Wärmeleitfähigkeit liegt insbesondere zwischen 0. 1 W/(m*K) und 5000 W/(m*K), vorzugsweise zwischen 1 W/(m*K) und 5000 W/(m*K), noch bevorzugter zwischen 100 W/(m*K) und 5000 W/(m ), am
bevorzugtesten zwischen 400 W/(m*K) und 5000 W/(m*K).
Die Wärmekapizität des Prägestempels ist möglichst klein, um ein Speichern der Wärme zu verhindern. Bei den meisten Festkörpern unterscheidet sich, bei moderaten Temperaturen und Drücken, die Wärmekapazität bei konstantem Volumen nur marginal von der
Wärmekapazität bei konstantem Druck. Im weiteren Verlauf der
Patentschrift wird daher nicht zwischen den beiden Wärmekapazitäten unterschieden. Des Weiteren werden spezifische Wärmekapazitäten angegeben. Die spezifische Wärmekapazität des Prägestempels ist insbesondere kleiner als , vorzugsweise kleiner als 10
noch bevorzugter kleiner als 1 , am bevorzugtesten
kleiner als 0.5 kJ/(kg*K), am allerbevorzugtesten kleiner als 0.1
Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Prägestempels sollte möglichst klein sein, um eine Verzerrung des Prägestempels durch die hohen Temperaturdifferenzen zu minimieren. Der thermische
Ausdehnungskoeffizient ist insbesondere kleiner als
vorzugsweise kleiner als
noch bevorzugter kleiner als 1
am bevorzugtesten kleiner als
am bevorzugtesten kleiner als
am allerbevorzugtesten kleiner a
In einem weiteren erfindungsgemäß bevorzugten, insbesondere sechsten, Prozessschritt erfolgt die Entformung des Prägestempels vom
Maskenmaterial beziehungsweise von der ausgehärteten Maske. Die Entformung des Prägestempels erfolgt vorzugsweise ohne eine
Zerstörung der geprägten Strukturen des Prägematerials. Hartstempel können bei der Entformung zu einer Zerstörung der geprägten Strukturen führen. Bevorzugt werden daher Weichstempel für die Prägung und somit auch Entformung verwendet. Noch bevorzugter werden Folienstempel verwendet, Diese werden vorzugsweise abgezogen und erlauben daher eine noch effizientere Trennung von Prägestempel und Maske.
In einem weiteren erfindungsgemäß bevorzugten, insbesondere siebten, Prozessschritt erfolgt das Ätzen der Restschicht, sofern eine derartige Restschicht vorhanden ist. Bevorzugt wird diese Restschicht möglichst dünn ausgebildet. Je dünner die Restschicht, desto schneller kann der Ätzvorgang durchgeführt werden. Die Restschichtdicke ist insbesondere kleiner als 1 μηι, vorzugsweise kleiner als 100 nm, noch bevorzugter kleiner als 10 nm, am bevorzugtesten kleiner als 1 nm. Als
Ätzchemikalien eignen sich insbesondere eine oder mehrere der
folgenden:
Anorganische Säuren, insbesondere HF, HCl, H2SO4, HNO3 und/oder H3PO4,
• Organische Säuren, insbesondere Ameisensäure und/oder
Zitronensäure.
In einem erfindungsgemäß bevorzugten, insbesondere achten,
Prozessschritt erfolgt die Beschichtung der zugänglichen Bereiche der Keimschichtoberfläche. Die Beschichtung erfolgt insbesondere durch
Abscheidung von Komponenten (Oberwuchsschichtmaterial), insbesondere Atomen, auf die Keimschichtoberflächen, die durch die Maskenöffnungen zugänglich sind. Dabei werden insbesondere auch Komponenten auf der Maskenoberfläche abgeschieden. Daher werden Komponenten mit extrem hoher Mobilität gewählt. Diese diffundieren von der Maskenoberfläche in die Maskenöffnungen und werden dann vorzugsweise auf der Keimschichtoberfläche abgeschieden, sodass eine kontinuierliche Auffüllung der Maskenöffnungen an der in die
Maskenöffnungen hinein und vorzugsweise nach oben wachsenden Keimschicht erfolgt, während die Maskenoberflächen weitgehend, vorzugsweise vollständig, frei von dem Beschichtungsmaterial bleiben.
Der Beschichtungsprozess findet vorzugsweise bei hohen Temperaturen statt. Die Beschichtungstemperatur ist insbesondere größer als 50°C, vorzugsweise größer als 200°C, noch bevorzugter größer als 500°C, noch bevorzugter größer als 1000°C, noch bevorzugter größer als 1500°C.
Das Wachstum der Überwuchsschicht erfolgt insbesondere in
unterschiedlichen Stadien. Diese lassen sich in nachfolgende Intervalle mit nachfolgend beschriebenen Zeitpunkten näher beschreiben.
Die Wachstumsvorgänge finden vorzugsweise nach einer der nachfolgend aufgeführten Schichtwachstumsarten statt:
• Volmer-Weber-Wachstum und/oder
• Frank-van-der-Merve-Wachstum und/oder
• Stranski-Krastanow-Wachstum
Zu einem ersten Beschichtungszeitpunkt (beziehungsweise -intervall) erfolgt eine Nukleation der Komponenten an der ursprünglichen
Keimschichtoberfläche der Keimschicht, welche die erste Keimebene
repräsentiert. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt auf Grund der extrem hohen Beschichtungstemperaturen, insbesondere parallel zum Schichtwachstum, eine Ausgasung des Maskenmaterials. Das Ausgasen sollte vor dem Schichtwachstum vollständig abgeschlossen sein, da sonst die Qualität der Schicht darunter leidet. Die Ausgasung ist insbesondere, vor allem bei SSQ-Materialien, auf das Entweichen anorganischer und/oder organischer Komponenten zurückzuführen. Durch die Ausgasung und Verbrennung der organischen Komponenten, insbesondere im SSQ- Material, wird dieses kontinuierlich in ein Hartmaterial umgewandelt, insbesondere ein reines Siliziumdioxid-Material. Dieser
Ausgasungsprozess sollte daher durch einen eigenen separaten
Prozessschritt vor der Beschichtung (achter Prozessschritt) durchgeführt werden. In einer weiteren denkbaren, aber weniger bevorzugten
Ausführungsform, finden aber Beschichtung und Ausgasung gleichzeitig statt, da die Beschichtung ohnehin bei hohen Temperaturen erfolgt und durch die Zusammenlegung der Prozess beschleunigt wird und weniger Energie verbraucht wird.
Zu einem zweiten Beschichtungszeitpunkt (beziehungsweise -intervalt) wächst die Oberwuchsschicht innerhalb der Maskenöffnung in Richtung der Maskenoberfläche. Vorzugsweise erfolgt dieses Wachstum derart, dass eine Abnahme der Fehlerdichte, insbesondere der
Versetzungsdichte, mit zunehmendem Abstand zur
Keimschichtoberfläche feststellbar ist. Die Versetzungsdichte ist insbesondere kleiner als 101 7 cm-2, vorzugsweise kleiner als 1 01 S cm-2, noch bevorzugter kleiner als 1 013 cm-2, noch bevorzugter kleiner als 10" cm"2, am bevorzugter kleiner als 1 09 cm-2, am allerbevorzugtesten kleiner als 107 cm"2. Gleichzeitig schreitet die Ausgasung bzw. die Verbrennung der organischen Komponenten des Maskenmaterials voran. Die
Ausgasung bzw. Verbrennung wird vorzugsweise vor dem Anwachsen der
Überwuchsschicht bis zur Maskenoberfläche abgeschlossen, um ein Einschließen von Gasen in der Oberwuchssschicht zu minimieren oder möglichst vollständig zu verhindern.
In einem dritten Beschichlungszeitpunkt (beziehungsweise -Intervall) erreicht die Keimschicht die Maskenoberfläche und beginnt mit der lateralen Ausdehnung und der Ausbildung der verbleibenden
Überwuchsschicht, die Ober die Maskenoberfläche hinausgeht und insbesondere einen geschlossene, nicht maskierten Bereich der
Überwuchsschicht bildet. Vorzugsweise erreicht die Fehlerdichte, insbesondere die Versetzungsdichte, ab diesem Zeitpunkt ein Minimum. Die Versetzungsdichtc ist insbesondere kleiner als 10" cm'3,
vorzugsweise kleiner als 109 cm-2, noch bevorzugter kleiner als 107 cm-2, noch bevorzugter kleiner als 10* cm-2, am bevorzugter kleiner als 103 cm*2, am allerbevorzugtesten kleiner als 101 cm*2.
In einem weiteren erfindungsgemäß bevorzugten, insbesondere neunten, Prozessschritt wird die Überwuchsschicht auf die gewünschte Höhe wachsen gelassen (durch weitere Beaufschlagung mit
Überwuchsschichtmaterial), um das erwünschte und erfindungsgemäße Endprodukt mit einer definierten Dicke beziehungsweise einem
definierten Schichtenverlauf zu erhalten. Das erfindungsgemäße
Endprodukt setzt sich zumindest aus einer Maske zusammen, die
• durch Imprinttechnologie strukturiert wurde und
• von einer Überwuchsschicht, insbesondere vollumfänglich,
umgeben ist.
In einem weiteren, optionalen, insbesondere zehnten, Prozessschritt kann die neu geschaffene Oberfläche der Überwuchsschicht, insbesondere
nach einer erfolgten Prozessierung, an ein (gegebenenfalls weiteres) Trägersubstrat gebondet werden.
In einem weiteren, optionalen, insbesondere elften, Prozessschritt kann das erste Trägersubstrat entfernt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Rückseite (also die Seite der Keimschicht) gedünnt werden. Beim Rückdünnen ist eine vollständige Entfernung der Maske durch den Schleifprozess möglich. Die vollständige Entfernung der Maske erfolgt nur dann, wenn die zwischen ihr gewachsenen Strukturen nicht als Nanodot und/oder Nanowirestruktur verwendet werden. In diesem speziellen Fall würde man eine, insbesondere fehlstellenarme,
monokristalline und/oder epitaktische Schicht durch einen
Schichttransferprozess auf die Oberfläche eines zweiten Substrats transferiert haben.
Weitere Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie der nachfolgenden Figurenbeschreibung zur Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in:
Figur l a eine nicht maßstabsgetreue, schematische,
Querschnittsdarstellung eines ersten Prozessschritts einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur l b eine nicht maßstabsgetreue, schematische,
Querschnittsdarstellung eines zweiten Prozessschritts der Ausführungsform gemäß Figur l a,
Figur 1 c eine nicht maßstabsgetreue, schematische,
Querschnittsdarstellung eines dritten Prozessschritts der Ausführungsform gemäß Figur l a,
Figur l d eine nicht maßstabsgetreue, schematische,
Querschnittsdarstellung eines vierten Prozessschritts der
Ausfuhrungsform gemäß Figur l a,
Figur l e eine nicht maßstabsgetreue, schematische,
Querschnittsdarstellung eines fünften Prozessschritts der
Ausführungsform gemäß Figur l a,
Figur l f eine nicht maßstabsgetreue, schematische,
Querschnittsdarstellung eines sechsten Prozessschritts der
Ausführungsform gemäß Figur l a,
Figur l g eine nicht maßstabsgetreue, schematische,
Querschnittsdarstellung eines siebten Prozessschritts der
Ausführungsform gemäß Figur la,
Figur l h eine nicht maßstabsgetreue, schematische,
Querschnittsdarstellung eines achten Prozessschritts der
Ausführungsform gemäß Figur la,
Figur I i eine nicht maßstabsgetreue, schematische, vergrößerte
Querschnittsdarstcliung aus Figur l h,
Figur lj eine nicht maßstabsgetreue, schematische, vergrößerte
Querschnittsdarstellung aus Figur l h,
Figur l k eine nicht maßstabsgetreue, schematischc, vergrößerte
Querschnittsdarstellung aus Figur l h,
Figur 11 eine nicht maßstabsgetreue, schematische,
Querschnittsdarstellung eines neunten Prozessschritts der
Ausführungsform gemäß Figur l a,
Figur Im eine nicht maßstabsgetreue, schematische,
Querschnittsdarstellung eines optionalen zehnten
Prozessschritts der Ausfuhrungsform gemäß Figur l a, Figur I n eine nicht maßstabsgetreue, schematische,
Querschnittsdarstcliung eines optionalen elften
Prozessschritts der Ausführungsform gemäß Figur l a und
Figur 2 eine nicht maßstabsgetreue, schematische,
Querschnittsdarstellung einer spezifischen,
erfindungsgemäßen Ausföhrungsform.
In den Figuren sind gleiche Bauteile oder Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Alle gezeigten Figuren stellen ausschließlich schematische und nicht maßstabsgetreue Darstellungen erfindungsgemäß denkbarer
Prozessschritte dar. Insbesondere liegt die Größenordnung der
Strukturen einer Maske 6 zur Maskierung einer Keimschicht 2 im Mikro- und/oder Nanometerbereich. Auf die Maske 6 und die Keimschicht 2 wird eine Überwuchsschicht 14 aufgebracht.
Die Figur la zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Substrats 1 mit einer Substratoberflache l o, auf der die Keimschicht 2 in einem ersten Prozessschritt mit einer Keimschichtoberfläche 2o abgeschieden wird/wurde. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das
Substrat 1 selbst die Keimschicht 2 sein. Die Keimschicht 2 ist
vorzugsweise einkristallin, noch bevorzugter einkristallin und
epitaktisch. Durch das Abscheideverfahren kann insbesondere Einfluss auf die Kristallorientierung der Keimschicht 2 genommen werden.
Bevorzugt sind eine ( 100) und/oder eine ( 1 1 1 )-Kristallorientierung.
Dabei ist unter einer (hkl) Orientierung eine Kristallorientierung zu verstehen, bei der die hkl-Ebenen parallel zur Oberfläche l o des
Substrats 1 liegen. Die hkl-Indizes sind die Miller-Indizes.
Die Figur lb zeigt einen zweiten Prozessschritt, bei dem ein
Maskenmaterial 3 auf der Oberfläche der Keimschicht 2 abgeschieden wird. Die Abscheidung kann durch alle bekannten Abscheideverfahren
erfolgen. Da das Maskenmaterial 3 vorzugsweise flüssig, insbesondere als Sol-Gel, abgeschieden wird, ist das Maskenmaterial 3 der
Anschaulichkeit halber mit einer (übertrieben dargestellten) konvex gekrümmten Oberflächenkrümmung dargestellt.
In einem weiteren Prozessschritt gemäß Figur 1 c erfolgt eine
Positionierung eines Prägestempels 4 oberhalb des Maskenmaterials 3. Oer Prägestempel 4 kann insbesondere relativ zum Substrat 1 und/oder relativ zur Keimschicht 2 orientiert und ausgerichtet werden. Eine Ausrichtung erfolgt vorzugsweise an Hand von Ausrichtungsmarken (nicht eingezeichnet), sofern diese vorhanden sind. Bei unstrukturierten Substraten wird allerdings vorzugsweise eine rein mechanische
Ausrichtung durchgeführt.
In einem weiteren Prozessschritt gemäß Figur l d wird das
Maskenmaterial 3 durch den Prägestempel 4 so strukturiert, dass
Maskendurchgänge 1 1 , vorzugsweise bis zur Keimschicht 2 reichende Maskenöffnungen ausgebildet werden. Der Durchmesser d der
Maskendurchgänge 1 1 ist insbesondere kleiner als 10 mm, vorzugsweise kleiner als 1 mm, noch bevorzugter kleiner als 100 μπι, am
bevorzugtesten kleiner als 1 0 μπι, am allerbevorzugtesten kleiner als 1 μηι. Die Tiefe t der Maskendurchgänge 1 1 ist insbesondere kleiner als 100 μιτι, vorzugsweise kleiner als 1 0 μιτι, noch bevorzugter kleiner als 1 μιη, am bevorzugtesten kleiner als 100 nm, am allerbevorzugtesten kleiner als 10 nm. Insbesondere entspricht die Tiefe t der
Maskendurchgänge 1 1 damit der Schichtdicke der Maske 6. Insbesondere ist das Verhältnis zwischen dem Durchmesser d und der Tiefe t größer als 1 , vorzugsweise größer als 10, noch bevorzugter größer als 100, am bevorzugtesten größer als 200, am allerbevorzugtesten größer als 300.
Die Maskenöffnung besitzt daher vorzugsweise einen Durchmesser d der größer oder gleich groß der Tiefe t ist.
In Figur l e wird eine Aushärtung des Maskenmaterials 3 dargestellt. Die Aushärtung kann thermisch und/oder chemisch und/oder
elektromagnetisch erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Aushärtung elektromagnetisch, noch bevorzugter mittels UV-Licht. Der Vorteil einer Aushärtung mittels elektromagnetischer Strahlung besteht in der verschwindend geringen beziehungsweise praktisch vernachlässigbaren Ausdehnung des Maskenmaterials 3, während eine thermische
Aushärtung eine nicht zu vernachlässigende thermische Dehnung verursachen kann, welche die Strukturen beschädigen und/oder
verschieben könnte.
Die Figur l f stellt einen Entformungsschritt dar. Nach der Entformung bleibt die Maske 6 auf der Keimschicht 2 zurück. Sollten die
Maskendurchgänge 1 1 der Maske 6 nach der Entformung des
Prägestempels 4 nicht bis zur Keimschicht 2 reichen, also eine
Restschicht 12 vorhanden sein, wird ein zusätzlicher Ätzschritt (siehe Figur l g) ausgeführt. Durch diesen Ätzschritt wird die Restschicht 12 insbesondere im Bereich der Maskendurchgänge 1 1 entfernt, um die Keimschicht 2 im Bereich der Maskendurchgänge 1 1 freizulegen.
Vorzugsweise wird die Erzeugung der Restschicht 12 beim Prägeschritt vermieden, indem der Prägestempel 4 bis an die Keimschicht 4
heranfährt und das Maskenmaterial 3 im Bereich der Maskendurchgänge 1 1 verdrängt.
In einem weiteren Prozessschritt gemäß Figur l h erfolgt die
Beschichtung durch ein Beschichtungssystem 7, insbesondere bei einer hohen Temperatur. Vor der Beschichtung wird daher eine Prozesskammer
(nicht dargestellt) aufgehetzt, in der die Beschichtung stattfindet. Bei der Beschichtung gelangt ein Beschichtungsmateria! 8m, das
vorzugsweise identisch mit dem Keimschichtmaterial der Keimschicht 2 ist, über einen Materialstrom 8 durch die Maskendurchgänge 1 1 an die Keimschichtoberfläche 2o der Keimschicht 2. Das Beschichtungsmaterial 8m kristallisiert an der Keimschichtoberfläche 2o aus.
Bedingt durch die hohe Temperatur beim Beschichten treten aus dem Maskenmaterial 3 Gase 1 3 aus, die zu einer Härtung des
Maskenmaterials 3 führen. Es ist denkbar, dass die
Beschichtungstemperaturen nicht ausreichen, um die Gase 13 aus dem Maskenmaterial 3 auszutreiben. In einem solchen Fall wird das
Maskenmaterial 3 vor dem erfindungsgemäßen Überwuchs solange thermisch behandelt, bis sämtliche Gase 13 aus dem Maskenmaterial 3 ausgetrieben sind.
Die Figur I i zeigt eine nicht maßstabsgetreue Vergrößerung eines
Bereichs A (Figur l h) eines der Maskendurchgänge 1 1 zu einem ersten Zeitpunkt t l . Der Maskendurchgang 1 1 besitzt die Strukturgröße d. Im Falle eines radialsymmetrischen Maskendurchgangs 1 1 wäre d der
Durchmesser des Maskendurchgangs 1 1 parallel zur Substratoberfläche l o. Das Beschichtungsmaterial 8m ist durch die Strukturgröße d in Bezug auf seine Keimbildung auf einen Teil der Kcimschichtobcrfläche 2o beschränkt. Die Materialabscheidung des Beschichtungsmaterials 8m erfolgt vorzugsweise epitaktisch. Das bedeutet, dass das
Beschichtungsmaterial 8m die kristallographische Orientierung (hkl) der Keimmaterialoberfläche 2o während seines Wachstums beibehält. Zu diesem Zeitpunkt beginnt das Wachstum des Beschichtungsmaterials 8m in einer Keimebene Kl , die mit der Keimoberfläche 2o der Keimschicht 2 zusammenfällt.
Die Figur lj zeigt eine nicht maßstabsgetreue Vergrößerung des Bereichs A eines Maskendurchgangs 1 1 zu einem zweiten Zeitpunkt t2. Zu diesem Zeitpunkt ist das Beschichtungsraaterial 8m bereits bis zu einer Höhe h l angewachsen. Eine neue (höhere) Keimebene K.2 ist mit Abstand zur ursprünglichen Keimoberfläche 2o entstanden. Ein charakteristisches Merkmal besteht darin, dass die Fehlerdichte, insbesondere die
Versetzungsdichte der Versetzungen 10, mit zunehmendem Abstand zur ursprünglichen Keimoberfläche 2o abnimmt. Die nach oben wachsende, insbesondere einkristalline und/oder epitaktische, Schicht, wird also mit zunehmendem Abstand zur ursprünglichen Keimoberfläche 2o immer perfekter.
Die Figur 1 k zeigt den Zustand eines Oberwuchses der Überwuchsschicht 14 Über die Maske 6 zu einem dritten Zeitpunkt t3, bei dem eine
Keimebene K3 über der Maskenoberfläche 6o liegt. Das
Beschichtungsmaterial 8m hat sich über alle Maskenöffnungen 1 1 , insbesondere gleichmäßig, verteilt. Die Fehlstellendichte, insbesondere die Versetzungsdichte der Versetzungen 10, erreicht ein Minimum und ist vorzugsweise vernachlässigbar klein. Durch den erfindungsgemäßen Prozess wurde somit eine vollflächige, einkristalline, insbesondere epitaktische und fehlerfreie, Schicht 14 erzeugt.
Die Figur 11 zeigt ein erfindungsgemäßes Endprodukt 15, bestehend aus einem Substrat 1 und einer neuen, insbesondere monokristallinen und/oder epitaktischen, vorzugsweise an einer Oberseite 14o fehlerfreien Überwuchsschicht 14. Das Endprodukt I S kann als Ausgangspunkt für weitere Prozessierungen verwendet werden. Keimschicht 2 und
Oberwuchsschicht 14 können insbesondere durch die Fehlstellendichte beziehungsweise Versetzungsdichte voneinander unterschieden werden.
Die Überwuchsschicht 14 hat die Maske 6 vorzugsweise vollumfänglich, vorzugsweise vollständig, eingeschlossen. Mit dem erfindungsgemäßen Prozess kann man nicht nur eine über die Maske 6 hinauswachsende, vorwiegend fehlerfreie, monokristalline und/oder epitaktische Schicht erzeugen, sondern auch eine Schicht mit eingeschlossenen Strukturen, insbesondere Punkten (engl. : dots). Befindet sich die Größenordnung dieser Strukturen im Nanometerbrcich, spricht man von Nanodots.
Derartige Nanostrukturen sind notwendig, um Halbleiterbauelemente mit sehr spezifischen, insbesondere auf quantenmechanischen Effekten beruhende, Eigenschaften zu erzeugen. Bei den Nanodots handelt es sich daher um die, von der erfindungsgemäß geprägten Maske umgebenen, Punkte aus der monokristallinen und/oder epitaktischen Schicht. Einen Spezialfall stellen Nanodrähte (engl. : nanowires) dar. Diese können sich unter entsprechenden Bedingungen durch einen Weiterwuchs der monokristailinen und/oder epitaktischen Schicht aus der Apertur in die Höhe bilden. Die monokristalline und/oder epitaktische Schicht vereinigt sich daher beim Erreichen der Maskenoberfläche nicht lateral zu einer Schicht, sondern setzt ihr Wachstum normal zur Maskenoberfläche ungehindert fort.
Denkbar ist auch die ausschließliche Verwendung der gezüchteten, monokristallinen und/oder epitaktischen, insbesondere defektfreien Oberwuchsschicht 14 ohne die eingeschlossene Maske 6. Um die Maske 6 aus der Oberwuchsschicht 14 zu entfernen, wird vorzugsweise die Seite mit der weniger perfekten Keimschicht 2 entfernt.
Vorstellbar ist eine Prozessierung der Oberwuchsschicht 14, gefolgt von einem anschl ießendem Bondschritt eines zweiten Substrats 1 ' an der Oberwuchsschichtoberfläche 14o gemäß Figur I m.
Nach dem erfolgtem Bondschritt ist eine Entfernung des ersten Substrats 1 , gefolgt von einem Ätz- und/oder Polier und/oder Rückschleifprozess mittels eines Schleifgeräts 16 zumindest von Teilen der Keimschicht 2 und/oder Teilen der Überwuchsschicht 14 denkbar. Dabei kann
insbesondere die vollständige Maske 6 entfernt werden. Die Entfernung des Substrats 1 wird vor allem dadurch erleichtert, indem die
Keimschicht 2 eine niedrige Adhäsion zum Substrat 1 aufweist.
Besonders bevorzugt wäre ein Prozessfluss, bei dem zuerst ein
Rückschleifen und/oder Polieren der erfindungsgemäß erzeugten
Oberwuchsschicht 14, gefolgt von einem Ätzprozess, erfolgt. Der abschließende Ätzprozess dient einerseits dem Spannungsabbau und andererseits der Entfernung einer durch den Schlcifprozcss erzeugten Defektschicht.
Die Figur 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße, nicht maßstabsgetreue Seitenansicht einer Ausführungsform eines Endprodukts, bestehend aus mehreren Nanodrähten 1 7, die aus den Maskendurchgängen 1 1 wachsen. Im Gegensatz zu anderen erfindungsgemäßen Ausfuhrungsformen vereinen sich die Nanodrähte 1 7 nicht lateral zu einer Oberwuchsschicht, sondern wachsen, insbesondere ausschließlich, in die Höhe.
Verfahren zur Aufbringung einer Überwuchsschicht auf eine Keimschicht B EZ U G S Z E I C H E N L I S TE
1, r Substrat
lo Substratoberfläche
2 Keimschicht
2o Keimschichtoberfläche
3 Maskenmaterial
4 (Präge-)Stempel
5 Stempelstruktur
5o Stempelstrukturoberfläche
6 Maske
7 Beschichtungssystem
8 Materialstrom
8m Beschichtungsmaterial
9 kristallographische Ebene (hkl)
10 Gitterbaufehler, insbesondere Versetzung
11 Maskendurchgänge
12 Restschicht
13, 134 Gase
14 Überwuchsschicht
14o Übcrwuchsschichtoberfläche
15 Endprodukt
16 Schleifgerät
17 Nanodraht
Kl, K2, K3 Keimebene
hl, h2 Höhe
t Tiefe