DD227831A1

DD227831A1 - Verfahren zur herstellung einer schicht mit bereichen unterschiedlicher optischer transmission

Info

Publication number: DD227831A1
Application number: DD26592984A
Authority: DD
Inventors: Rainer Krause; Rainald Mientus; Wolfram Scharff; Kristina Hoeppner; Jens-Wolfram Erben; Michael Heber
Original assignee: Werk Fernsehelektronik Veb
Priority date: 1984-08-02
Filing date: 1984-08-02
Publication date: 1985-09-25
Also published as: DE3525506A1; JPS6184015A

Abstract

Das erfindungsgemaesse Verfahren ist in der Mikroelektronik, Optoelektronik, Sensortechnik und Optik anwendbar. Ziel und Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Herstellungsverfahren fuer eine Schicht mit Bereichen unterschiedlicher optischer Transmission zu finden, wobei auf einer Unterlage eine Schicht mit einem wellenlaengenabhaengigen Transmissionsgrad t1 (p) abgeschieden wird. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe so geloest, dass bei einer Schicht, die durch ein plasmagestuetztes CVD-Verfahren abgeschieden wurde und eine amorphe oder feinpolykristalline Struktur besitzt und aus einem Gemisch aus Silizium oder einem anderen Halbleiter und Wasserstoff oder Halogen und anderen Dotierungselementen, beispielsweise Phosphor, besteht, eine lokale Energiebehandlung durch die Einwirkung eines fokussierten Laser- oder Elektronenstrahls auf die betreffenden Schichtbereiche in einem Zeitintervall von einer Pikosekunde und einer Stunde in einem Temperaturbereich von 350 K bis 3 000 K erfolgt.

Description

Titel der Erfindung

Verfahren zur Herstellung einer Schicht mit Bereichen unterschiedlicher optischer Transmission

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Herstellungsverfahren einer Schicht mit Bereichen unterschiedlicher optischer Transmission ist in der Mikroelektronik, Optoelektronik, Sensortechnik und Optik anwendbar.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Herstellung von Schichten mit einem einheitlichen welteSaohängigen Transmissionsgrad -t (*7v ) ist bekannt (C. Weissmantel, C. Hamann: Grundlagen der Festkörperphysik, VEB Verlag der Wissenschaften, Berlin 1979).

Es sind weiterhin Schichten mit einem well enlängen abhängigen Transmissionsgrad ^ (^) bekannt, bei denen die Transmission, beginnend bei einer bestimmten Wellenlänge steil ansteigt bzw. steil abfällt. Schichten mit solchen Transmissionskanten werden vielfältig als optische FiIterschient en verwendet, da sie nur Licht ab einer bestimmten Wellenlänge oder innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereiches hindurchlassen.

So sind die Herstellung von Poly-Si-Schichten mit einem Farbstoff als Blaufilter (DE-OS 2725147) und die Her-

Stellung von Schichten als Infrarotfilter (DS-OS 2829260) beschrieben·

Yon verschiedenen Autoren (3P-PS 058543) wird die Herstellung von a-Si-Schichten mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften beschrieben, indem die Konzentration des Wasserstoffs, der Halogene oder anderer Elemente durch .änderung der Herstellungsparameter während des Abscheideprozesses variiert werden.

Es sind weiterhin CVD-a-Si-Schicht en mit unterschiedlichen Dotierungselementen bekannt, die als photothermische . Absorberschichten für Solarzellen benutzt werden und die durch das Vorhandensein der Dotierungselemente eine höhere Kristallisationstemperatur besitzen und somit thermisch stabiler sind (D, C. Booth et al', J. of Hon-Cryst. Solids 21 (1980) S. 213 - 218).

Es ist weiterhin bekannt, daß sich der Absorptionskoeffizient und somit der Transmissionsgrad bei der Umwandlung von amorphem Silicium in kristallines Silicium in Abhängigkeit von der Kristaiiitgröße bei großflächig getemperten Schichten verringert (G. Blum, J. of Hon-Cryst. Solids 22, (1976), 29).

Es sind weiterhin amorphe Selenschichten (EP 14848) und anisotrope Kristallschichten (EP 14373) bekannt, die ihren wellenlängenabhängigen Transmissionsgrad in Abhängigkeit vom Druck und der Temperatur ändern.

Diese Verfahren besitzen aber alle den Nachteil, daß die Schicht einen einheitlichen Transmissionsgrad und somit auch eine einheitliche Transmissionskante besitzt. Sollen in der Schicht mikroskopisch genau positionierte Bereiche mit unterschiedlichen Transmissionskanten erzeugt werden, so müßten mehrere Schichten mit jeweils unterschiedlichen Transmissionskanten übereinander abgeschieden und photo-

lithographisch strukturiert werden (ΞΡ 40984). Das ist aber technologisch sehr aufwendig und aufgrund der unterschiedlichen Substanzen der verwendeten Schichten nur sehr schwer realisierbar.

Ziel· der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Herstellungsverfahren einer Schicht mit Bereichen unterschiedlicher optischer Transmission bereitzustellen, das mittels vorhandener mit der Mikroelektronik kompatibler Technologien durchführbar ist und sich mit geringem Aufwand realisieren läßt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren einer Schicht mit Bereichen unterschiedlicher optischer Transmission zu finden, die an genau vorgegebenen Stellen positioniert sind und eine bestimmte, irjährend des Herstellungsprozesses genau einstellbare Transmissionskante besitzen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem auf einer Unterlage eine Schicht mit einem wellenlängenabhängigen Transmissionsgrad ^i (^-) abgeschieden wird. So kann sie durch ein plasmagestütztes CTD-"Verfahren bei Temperaturen unter 350 ⁰C abgeschieden werden und eine amorphe oder feinpolykristalline Struktur besitzen. Entsprechend ihres Transmissionsgrades ^ (71) hat die Schicht eine oder mehrere Transmissionskanten bei 7\^ bzw. TV^ . Der einheitliche Transmissionsgrad und die Transmissionskanten hängen von den Substanzen, aus denen die Schicht besteht, von der Kristallstruktur, den chemischen Bindungen in der Schicht und anderen physikalischen und chemischen Größen ab. Diese Schicht kann beispielsweise ein Gemisch aus Silicium und Wasserstoff, Silicium und Halogen oder ein Gemisch aus einem anderen Halbleiter und Wasserstoff bzw.

Halogen sein und 'andere Dotierungselemente besitzen.

In der Schicht werden durch eine definierte, lokale Energiebehandlung Schichtbereiche mit jeweils unterschiedlichen wellenlängenabhängigen Transmissionsgraden ^V (^ ) erzeugt. Über dieser Schicht können Isolator- oder Antireflexionsschichten abgeschieden werden, beispielsweise SiO₂ oder Si-N.· Die Unterlage, auf der die Schicht mit dem wellenlängenabhängigen Transmissionskoeffizienten V_A (Λ ) abgeschieden ist, kann beispielsweise ein Quarzglassubstrat, die Oberfläche eines optischen oder optoelektronischen Bauelementes oder eine Folie sein.

Um in genau vorgegebenen Bereichen der Schicht einen jeweils gewünschten Transmissionsgrad und somit entsprechende Transmissionskanten einmalig einzustellen, werden diese vorgegebenen Bereiche einer definierten lokalen Energiebehandlung unterzogen. Diese Energiebehandlung kann beispielsweise mit einem Laserimpuls, einem fokussierten, sich bewegenden cw-Laser oder einem Elektronenstrahl durchgeführt werden. Dabei werden die Schichtbereiche innerhalb eines ZeitIntervalls von T Pikosekunde bis 1 Stunde auf eine Temperatur zwischen 350 K und 3000 K aufgeheizt. Die sich dabei in dem jeweiligen Schichtbereich neu einstellenden Transmissionskanten (aufgrund der Änderung des Transmissionsgrades ti (A )) hängen von der · Art der Energiedeponierung vom Betrag und der Bauer der Energieeinwirkung und somit vom im Schichtbereich erzeugten Temperatur-Zeitverlauf ab und können reproduzierbar eingestellt werden. .

Die Änderung des Wertes für den Transmissionsgrad 'fc'-j ('TV ) durch die Energieeinwirkung wird unter anderem durch die Änderung der kristallinen Struktur der Schicht, der Anzahl und der Art der chemischen Bindungen und durch eine Änderung der Elementekonzentration hervorgerufen. Wird zum Beispiel ein amorphes Silicium-Wasserstoff-Gemisch ver-

v/endet (H-Anteil 22 %), so erhöht sich die Transmissionskante von z. B. %i = 560 nm der unbehandelten Schicht stetig bis auf 640 nm nach einer geringen Wärmebehandlung und verringert sich dann bei einer weiteren, intensiveren 'Wärmebehandlung je nach Temperatur und Dauer stetig bis auf 420 nm. Die Erhöhung des Wertes der Transmissionskante wird u. a. durch die Aktivierung des Wasserstoffs hervorgerufen. Die Verringerung bei der nachfolgenden intensiveren.. Wärmebehandlung ist auf das Heraustreiben des Wasserstoffs und die Kristallisation bzw. die Veränderung der Korngröße im Silicium zurückzuführen. Die vorgegebenen Bereiche der Schicht mit dem jeweiligen eingestellten Transmissions-

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.grad können eine Größe von 100 nm bis. zu 100 cm besitzen.

Die so behandelte Schicht kann als optischer PiIter benutzt werden.

Ausführungsbeispiel

Ein Quarzglasplättchen wird mit 200 nm GVD-SiO₂, 600 nm amorphen GVD-Si und 400 nm CVD-SiOp mittels pläsmainduzierten Verfahren beschichtet.

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Das amorphe Silicium enthält 25 % Wasserstoff und besitzt einen über die gesamte Schicht einheitlichen wellenlängenabhängigen Transmissionsgrad ⁴V (71) mit einer Transmissionskante bei *Κ_Λ = 560 nm (d. h., bei dieser Wellenlänge steigt die Transparenz der Schicht steil an). Danach wird die Si-Schicht mit einem fokussierten Ar-Iaserstrahl (Linienbreite. 80 /um; V = 10 mm/s; Abstand zv/ischen den linien 20 ^um) abgerastert. Die leistung des lasers beträgt bei der ersten Linie 0,1 W und wird bei jeder Linie um jeweils 0,05 W erhöht, bis 1,5 W erreicht sind.

Die abgerasterten Si-Streifen besitzten jeweils unterschiedliche wellenlängenabhängige Transmissionsgrade *+-i, (Ά,) und somit auch verschiedene Transmissionskanten, die zwischen 400 und 650 nm liegen, d. h., jeweils be-

ginnend mit dieser Wellenlänge sind sie transparent. Die so behandelte Äbsorptionsschicht kann als optischer Mikrofilter verwendet werden*

Claims

Er f indungs ansp ruch

1. Verfahren zur Herstellung einer Schicht mit Bereichen unterschiedlicher optischer Transmission, bei dem auf einer Unterlage eine Schicht mit einem wellenlängenabhängigen Transmissionsgrad *2^j (^) abgeschieden ?d.rd, gekennzeichnet dadurch, daß in der Schicht durch eine definierte, lokale Energiebehandlung Schichtbereiche mit jeweils unterschiedlichen wellenlängenabhängigen Transmissionsgrad "2^ (^) erzeugt werden.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß in die Schicht mit dem wellenlängenabhängigen Transmissionsgrad Έ^ (71) aus einem Gemisch aus Silicium oder einem anderen Halbleiter und Wasserstoff oder aus Silicium oder einem anderen Halbleiter und Halogen und anderen Dotierelementen, beispielsweise Phosphor bis zu 5 % Volumenanteil eingebaut wird.
3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß über und/oder unter der Schicht mit dem wellenlängenabhängigen Transmissionsgrad ^-f (^t) Isolator- oder Antireflexionsschicht en abgeschieden werden.
4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die definierte, lokale Energiebehandlung durch die Einwirkung eines fokussierten Laser- oder Elektronenstrahles erfolgt und dabei die Schichtbereiche innerhalb eines Zeit Intervalls von 1 Pikosekunde bis 1 Stunde auf eine Temperatur zwischen 350 K und 3000 K aufgeheizt werden.
5. Verfahren nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Schichtbereiehe mit den jeweils unterschiedlichen wellenlängenabhängigen Transmissionsgraden ?<l (^-) eine Größe von iOO*tm² bis 100 cm² besitzen.