DE2364241A1 - Verfahren zum herstellen einkristalliner filme - Google Patents

Verfahren zum herstellen einkristalliner filme

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DE2364241A1
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film
amorphous
substrate
monocrystalline
single crystal
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DE2364241A
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Praveen Chaudhari
Jerome John Cuomo
John Wauchope Matthews
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International Business Machines Corp
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Description

Anmelderin: International Business Machines
Corporation, Armonk, N.Y. 10504
Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung
Aktenzeichen der Anmelderin: YO 971 06 3
Verfahren zum Herstellen einkristalliner Filme
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einkristalliner Filme, bei dem der Film nach dem Aufbringen auf ein Substrat in den einkristallinen Zustand umgewandelt wird.
Einkristalline Filme haben gebenüber polykristallinen und
amorphen Filmen wesentlich bessere elektrische Eigenschaften,
wobei diese Eigenschaften, wiederum anders wie bei polykristallinen und amorphen Filmen, leichter reproduzierbar und über den ganzen Film einheitlich sind. Verfahren zum Herstellen einkristalliner Filme haben deshalb große Bedeutung.
Bei den bekanntesten und üblicher Weise verwendeten Verfahren
zum Herstellen einkristalliner Filme, wird auf ein einkristallines Substrat der gewünschte Film in einkristalliner Form
epitaktisch aufgebracht. Der aufgebrachte Film ist dabei
höchstens so groß, wie die Oberfläche des zur Verfügung stehenden einkristallinen Substrats. Außerdem ist es bei diesem Verfahren notwendig, das Substrat auf die hohe Temperatur zu erhitzen, bei der das epitaktische Aufwachsen erfolgt. Häufig ist es jedoch notwendig, Filme auf Substraten aufzubringen, die
nicht, bzw. nur teileweise einkristallin sind, oder auf solchen Substraten, die nicht hohen Temperaturen und/oder wie es beim Auf-
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bringen aus der Dampfphase häufig vorkommt, korrosiven Atmosphären ausgesetzt werden dürfen. Deshalb begnügt man sich oft mit polykristallinen Filmen, die bei niedrigeren Temperaturen aufgebracht werden können und kein einkristallines Substrat erfordern, obwohl diese Filme wesentlich schlechtere Eigenschaften haben, als einkristalline Filme und die mit diesen polykristallinen Filmen ausgestatteten Bauteile für viele Anwendungen nicht brauchbar sind. Es ist recht schwierig, Filme in bestimmten Mustern einkristallin aufzubringen, weshalb in Fällen, in denen das erwünscht ist, das Muster durch einen Ätzschritt nach dem Aufbringen eines geschlossenen Films erzeugt werden muß.
In der US-Patentschrift 3 336 159 ist ein Verfahren zum Herstellen eines einkristallinen Filmes beschrieben, bei dem zunächst ein polykristalliner Film auf einem amorphen Substrat aufgebracht wird. In diesem Film wird dann mittels der Röntgen^- Beugungs-Analyse ein Kristallit bestimmt, der die kristallographische Orientierung hat, welche der gewünschte einkristalline Film haben soll. In der Umgebung dieses Kristallite wird dann mittels einer ringförmigen Heizquelle, beispielsweise eines Elektronenstrahl, der polykristalline Film aufgeschmolzen, ohne allerdings dabei den selektierten Kristalliten vollständig zu schmelzen. Der Radius der ringförmigen geheizten Zone wird anschließend langsam vergrößert, wodurch allmählich der ganze Film aufgeschmolzen wird, und gleichzeitig der Kristallit, von dem sich ja die Heizquelle wegbewegt, sich vergrößert. Auf diese Weise kann der gesamte polykristalline Film in den einkristallinen Zustand überführt werden. Es ist ohne weiteres : einleuchtend, daß dieses Verfahren außerordentlich kompliziert und aufwendig ist, und zwar auch dann, wenn die Orientierung des entstehenden einkristallinen Films unkritisch ist. Zwar erfolgt das Aufbringen des polykristallinen Films bei relativ niedrigen Temperaturen, jedoch werden bei der Umwandlung in den einkristallinen Zustand, wobei es notwendig ist, den Film zu schmelzen, um so höhere Temperaturen benötigt.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einkristalliner Filme anzugeben, das bei möglichst niedrigen Temperaturen abläuft, mit dem es möglich ist, solche Filme auch auf amorphen und/oder hitzeempfindlichen Substraten zu erzeugen, mit dem Filme aufgewachsen werden können, deren Zusammensetzung sich in Wachstumsrichtung definiert ändert, das bei geringem Aufwand reproduzierbar arbeitet und für eine fabrikmäßige Fertigung geeignet ist.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein amorpher Film auf das Substrat aufgebracht wird und dieser einen Einkristall berührende Film anschließend auf seine Kristallisationstemperatur erhitzt wird.
Da der Film in amorpher Form aufgebracht wird, ist eine noch niedrigere Substrattemperatur erforderlich, als wenn der Film in polykristalliner Form aufgebracht wird. Bei der Umwandlung in die einkristalline Form sind einerseits niedrigere Temperaturen notwendig, als wenn der Film epitaktisch aufgebracht wird, oder gar wenn der Film zur Umwandlung geschmolzen werden muß, andererseits, wenn das Substrat auch diese relativ niedrige Temperaturen nicht aushält, ist es ohne weiteres möglich, bei der umwandlung des amorphen Films in die einkristalline Form ausschließlich den Film auf die Kristallisationstemperatur zu erhitzen. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hohe Temperaturen vermieden werden, ist die Diffusion von Bestandteilen des Film im Inneren des Films und an seiner Oberfläche vernachläßigbar gering, so daß die Zusammensetzung des aufgebrachten Films sich anschließend nicht mehr ändert. Da es nur notwendig ist, daß der aufgebrachte Film beim Umwandeln in die einkristalline Form einen Einkristall berührt, ist die Größe des herzustellenden einkristallinen Films nicht abhängig von der Größe eines vorhandenen einkristallinen Substrats. Das Substrat kann zwar einkristallin sein, das Verfahren erlaubt aber auch das Herstellen eines einkristallinen Films auf einem Substrat, das nur in einem kleinen Bereich einkristallin oder das vollständig
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amorph ist. Beim Aufbringen des Films werden konventionelle, eingeführte Verfahren angewandt und zum umwandeln in die einkristalline Form werden entweder öfen, wie sie z.B. in jeder Halbleiterfabrikation benutzt werden, oder die auch bei anderen modernen Verfahren benutzten auf einen Punkt oder eine Linie fokussierbaren und ablenkbaren Heizquellen, wie z.3. Elektronenstrahlgeräte, verwenden. Infolgedessen erfüllt das erfindungsgemäße Verfahren alle an ein Fabrikationsverfahren zu stellenden Forderungen und läßt sich ohne großen zusätzlichen Aufwand durchführen.
In vorteilhafter Weise läßt sich ein einkristalliner Film auf einem amorphen Substrat in der Weise herstellen, daß der amorphe Film in einer Gestalt aufgebracht wird, die mindestens an einer Stelle in eine Spitze ausläuft und daß zunächst ausschließlich eine dieser Spitzen auf die Kristallisationstemperatur erhitzt wird. Die gewünschte Gestalt des aufgebrachten Films, läßt sich beispielsweise unter Verwendung einer Maske aufbringen. Dies ist nur möglich aufgrund der niedrigen Temperatur beim Aufbringen und würde sich z.B. verbieten, wenn der Film direkt in einkristalliner Form epitaktisch aufgebracht würde. Bei Verwendung der Maske wird ein besonderer, bei den bekannten Verfahren notwendiger Ätzschritt zum Herstellen der gewünschten Gestalt des Films entbehrlich. Das selektive Erhitzen einer der Spitzen ist mit einer der heute erhältlichen fokussierbaren und ablenkbaren Heizquellen, wie z.B. einem Elektronenstrahl, ohne weiteres möglich.
In den Fällen, in welchen das Substrat nur in einem Bereich einkristallin bzw. vollständig amorph ist und/oder hitzeempfindlich ist, ist es vorteilhaft, wenn der amorphe Film ausgehend von dem Bereich, der den Einkristall berührt, ,mittels einer durch den Film hindurchwandernden Heizzone erhitzt wird. Bei dieser Durchführung des Verfahrens kann man erreichen, daß- nur eine lokale Erwärmung des Films nicht aber des Substrats eintritt. Bei den angewandten Temperaturen ist es zwar nicht wahrscheinlich, aber insbesondere bei großen Filmflachen, die nicht mit
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dem Einkristall in Berührung stehen, nicht ganz auszuschließen, daß irgendwo eine spontane Kristallisation eintritt, die verhindern würde, daß ein vollständig einkristalliner Film gebildet wird. Wird wie beschrieben mit einer wandernden Heizzone erhitzt, so wird eine solche spontane Kristallisation mit Sicherheit ausgeschlossen.
Wird beispielsweise ein Film benötigt, der sich in Richtung des Aufwachsens in seiner Zusammensetzung ändert, so ist es vorteilhaft, wenn ein aus mehreren, unterschiedlich zusammengesetzten Schichten bestehender, amorpher Film aufgebracht wird. Trotz der unterschiedlich zusammengesetzten Schichten wird bei den angewandten Temperaturen die Diffusion im Inneren des Films und übrigens auch an seiner Oberfläche, so gering sein, daß der einkristalline Film sich praktisch nicht in seiner Zusammensetzung von dem amorph aufgebrachten Film unterscheiden wird. Soll ein Film mit einer in Aufwachsrichtung sich in Stufen ändernden Zusammensetzung erzeugt werden und ist es absolut notwendig, daß durch keine, auch nicht die geringsten Materialverschiebungen die Zusammensetzung des Films geändert wird, so läßt sich ein mehrschichtiger einkristalliner Film in vorteilhafter Weise so bilden, daß eine amorphe Schicht aufgebracht und diese mit einem Einkristall in Verbindung stehende Schicht auf ihre Kristallisationstemperatur erhitzt wird und daß diese Verfahrensschritte so oft wiederholt werden, bis die gewünschte Anzahl von Schichten aufgebracht und erhitzt worden ist.
Es ist vorteilhaft, wenn der Einkristall in bezug auf seine Kristallstruktur und seine Gitterkonstante passend zum Filmmaterial ausgewählt wird.
Das Verfahren läßt sich vorteilhaft anwenden, wenn ein aus einem ferritischen, mindestens eine seltene Erde enthaltenden Granat bestehender amorpher Film aufgebracht wird. Soll dieser Film auf einem einkristallinen Substrat, bzw. auf einem Substrat aufgebracht werden, das einen einkristallinen Bereich enthält, so ist
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es vorteilhaft, wenn als Material für das Substrat bzw. den einkristallinen Bereit
reitgestellt wird.
kristallinen Bereich des Substrats Gd3Ga5O12 oder Sm3Ga5O12 be-
Die Erfindung wird anhand von durch Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 im Querschnitt einen auf einem kristallinen
Substrat aufgebrachten amorphen Film, in dem sich durch Erhitzen epitaxiale Körner gebildet haben,
Fig. 2 im Querschnitt die Bildung eines einkristallinen Films aus einem amorphen Film, der auf einem einkristallinen Substrat aufgebracht ist, indem man eine heiße Zone durch den amorphen Film hindurchwandern läßt,
Fig. 3 im Querschnitt die Umwandlung eines amorphen
Films in einen einkristallinen Film mittels einer wandernden heißen Zone, wobei aber der amorphe Film auf ein im wesentlichen inertes oder amorphes Substrat aufgebracht worden ist, das jedoch einen mit dem amorphen Film in Berührung stehenden einkristallinen Bereich hat,
Fign. 4A-4B ein Verfahren zum Umwandeln eines amorphen
Films in einen einkristallinen Film, wobei der amorphe Film auf ein vollständig amorphes oder inertes Substrat aufgebracht worden ist,
Fig. 5 ein Verfahren zur Bildung eines einkristallinen
Musters, aus einem amorphen Muster, das auf ein amorphes oder inertes Substrat aufgebracht , worden ist.
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Fig. 6 ein Einschrittverfahren, zum Umwandeln eines
mehrschichtigen amorphen Films in einen einkristallinen Film,
Fign. 7A-7D ein Verfahren zum Umwandeln eines mehrschichtigen amorphen Films in einen einkristallinen Film in mehreren Verfahrensschritten, und
Fign. 8A—8B ein Verfahren zum Umwandeln eines mehrschichtigen amorphen Films, der auf ein einkristallines Substrat aufgebracht worden ist, in einen einkristallinen Film durch Erhitzen der ganzen Struktur.
Wir haben festgestellt, daß es zur Bildung von einkristallinen Filmen nicht notwendig ist, wie bisher angenommen worden war, den Film bei hohen Temperaturen aufzubringen, damit sofort die Kristallisation erfolgt. In Wirklichkeit kann ein einkristalliner Film erzeugt werden, auch wenn er zuerst in amorpher Form aufgebracht wird. Das Aufbringen in amorpher Form hat mehrere wesentliche Vorteile. Das Aufbringen des Materials in amorpher Form kann bei tiefen Temperaturen erfolgen. Das ist besonders wichtig beim reaktiven Aufwachsen aus der Gasphase, bei dem der Einsatz von halogenierten Verbindungen eine bei hohen Temperaturen hochkorrosive Atmosphäre schafft, in der Substrate, deren chemische Resistenz bei höheren Temperaturen gering ist, nicht verwendet werden können.
Znsbesondere einkristalline Halbleiterfilme können in dieser Weise aufgewachsen werden. Es wurde festgestellt, daß aufgebrachte amorphe Filme aus dotierten Halbleitermaterialien in den einkristallinen Zustand umgewandelt werden können, ohne daß sich die chemische Zusammensetzung wesentlich ändert, was möglich ist, weil bei der Umwandlungstemperatur nur eine geringe Diffusion an der Oberfläche des Film und in seinem Inneren stattfindet.
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Auf diese Weise ist es möglich, die notwendige Dotierungskonzentration schon in den amorphen Film einzubringen, weil sich die Dotierung bei der Strukturumwandlung nicht mehr wesentlich ändert.
Nachdem der amorphe Film aufgebracht worden ist, ist es mit verschiedenen Ausgestaltungen des beschriebenen Verfahrens möglich, die Umwandlung in den einkristallinen Zustand vorzunehmen, wobei das spezielle Verfahren oft von dem Substrat abhängt, das benutzt wird. Wird ein hochtemperaturbeständiges, einkristallines Substrat benutzt, ist es ausreichend, den amorphen Film mitsamt dem einkristallinen Substrat einfach zu erhitzen. Es wurde festgestellt, daß beim Erhitzen sich in der amorphen Schicht epitaxiale Keimkörner bilden, die sich größer werdend durch den ganzen amorphen Film ausbreiten» Die Ausbreitung der kristallinen Begrenzung geht bei einer Temperatur vor sich, die wesentlich unter der Schmelztemperatur des aufgebrachten -Materials liegt. Die Umwandlungstemperatur liegt bei Germanium bei etwa 340 0C und bei einer Verbindung der Zusammensetzung Y-Ga, ,Fe, Q0 - bei etwa 85Q 0C. Da bei der tiefen Temperatur, bei der die Umwandlung stattfindet, die Diffusion an der Oberfläche wnd innerhalb des Materials gering ist, eignet sich das eben beschriebene spezielle Verfahren, wie weiter unter beschrieben ist, star ünwandlraig von vielssaichtigan, amorphen Filmen in den ©inkristallinen
FIg0 1 seigt einen amorphen Film β, der auf einem einkristall linen Substrat 2 aufgebracht-worden.ist und gleichförmig erhitzt wird, s© daß sich epitaxial© Keimfcörner 4 bilden, die sich dann durch den Film aesforeiten, wo&rash schließlich ein " einkristalliner, dünner Film erhalten wird«
Eine andere In FIg0 '2 gezeigt® Mathöö® kann angewandt werden, wenn das einkristalline Siabstrat. 2 dtarca Erhitzen beschädigt wird. In diesem Fall kann die Uxnwandliang dadurch ©rsielt werden, daß man ein heiße Zone, die Z0B0 durch ein® Elektronenstrahl erzeugt werden kann, durch den amorphen Film β wandern läßt, ΪΟ 971 06 3 ΑΩ38?8/1Ω1@
wobei dann die amorph-kristalline Grenzfläche 7 durch den Film hindurchwandert, die einen einkristallinen Film 8 hinter sich läßt. Bei dieser Durchführung des Verfahrens wird das darunterliegende Substrat nur geringfügig erhitzt.
Die Filme, die mittels des beschriebenen Verfahrens erzeugt werden können, können aus jedem Material bestehen, das in einer stabilen amorphen Form aufgebracht werden und durch Erhitzen auf die Kristallisationstemperatur in einen stabileren, kristallinen Zustand überführt werden kann. Materialien, die bereits bei Zimmertemperatur beginnen zu kristallisieren, nachdem sie in amorpher Form aufgebracht worden sind, sollten unterhalb Zimmertemperatur gehalten werden, damit die Kristallisation nicht unkontrolliert einsetzt.
Noch bedeutungsvoller, ist die Anwendung des beschriebenen Verfahrens auf die Bildung von epitaxialen einkristallinen, dünnen Filmen auf im wesentlichen amorphen oder inerten Substraten. In der Fig. 3 ist ein einkristalliner Bereich 12 eines Substrats in Verbindung mit einem aufgebrachten amorphen Film 14 gezeigt, wobei der einkristalline Bereich 12 aber eine wesentlich kleinere Fläche wie der aufgebrachte Film hat, der im wesentlichen auf dem amorphen bzw. inerten Bereich 10 des Substrats aufliegt. Es ist möglich den amorphen Film 14 in einen einkristallinen Film 16 überzuführen, der nicht auf die Fläche beschränkt ist, die über dem einkristallinen Bereich des Substrat liegt. Indem man anfänglich den Bereich des amorphen Films, der auf dem einkristallinen Bereich des Substrats aufliegt, erhitzt werden Kristallkeime für die Bildung kristalliner Gebiete in dem amorphen Film erzeugt. Wird nun eine heiße Zone mit der richtigen Geschwindigkeit und bei der.richtigen Temperatur durch den Film bewegt, so schreitet die amorph-kristalline Grenzfläche 13 durch den ganzen Film fort und wandelt diesen einschließlich des Bereichs, der auf dem amorphen Teil des Substrats aufliegt, in den einkristallinen Zustand um. Da der amorphe Film auch bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens nur lokal erhitzt wird, ist es nicht notwendig, daß
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das Substrat besonders temperaturbeständig ist. Infolgedessen ist es ohne weiteres möglich, flexible Substrate aus Kunststoff, die später abgelöst werden können, bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens zu verwenden.
Wie die Fig. 4 A veranschaulicht, kann ein Einkristall auch auf einem vollständig inerten Substrat 18 gebildet werden, das aus einem vollständig amorphen Material besteht. Dies kann so erreicht werden, daß ein amorpher Film 20 in einer solchen Gestalt, die irgendwo am Rand in eine Spitze ausläuft, aufgebracht wird. Indem zunächst diese Spitze des amorphen Films auf ihre Kristallisationstemperatur erhitzt wird, wird ein Keimkristall 22 erzeugt. Läßt man dann die heiße Zone ausgehend von dem Keimkristall durch den Film hindurchwandern, breitet sich die kristalline Phase durch den Film aus und bildet, wie die Fig. 4B zeigt einen einkristallinen Film 24.
Die Fähigkeit eine Spitze des amorphen Films in einen Keimkristall umzuwandeln und dann mittels einer wandernden heißen Zone den Keimkristall zu vergrößern, kann ausgenutzt werden, bei der Herstellung von Mustern aus einkristallinem Material. Die Fig. 5 zeigt ein Muster mit scharfen Ecken. Dieses Muster wurde zunächst in amorpher Form aufgebracht φ Wird eine heiße Zone 30 über das Muster in der Weise bewegt, daß jeweils eine Kante des Musters zuerst erhitzt wird, wobei ein Keimkristall erzeugt wird, so kann das amorphe Material 26 vollständig in das einkristalline Material 28 umgewandelt werden«, Solche Muster können für Leiterzüge oder für magnetisches Material„ wie z.Bo magnetische Blasen-Domänen henutst werden» Es ist auch leicht möglich, dotiertes Halbleitermaterial mittels ©in©r Maske ia einem-gewünschten Muster aufzubringen, wobei nwc so niedrige Temperaturen angewandt werden,müssen, wie sie zum Aufbringen des amorphen "Materials gebraucht werdeno Ein. direktes epitaktisches Aufwachsen eines, einkristallinen Musters durch eine Mask® wäre wegen der dabei notwendigen hohen Temperaturen schwierig. Infolgedessen ist es bei den bekannten Verfahren im allgemeinen üblich, zu-·
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nächst einen epitaxialen Film aufzubringen, und aus diesem dann das gewünschte Muster herausζuätzen. Wird wie in Fig. 5 gezeigt das Muster in amorpher Form aufgebracht und dann in den einkristallinen Zustand umgewandelt, wird das Ätzen eingespart.
Da, wie oben diskutiert, bei der Umwandlung des amorphen Films in einen einkristallinen Film im Vergleich zum direkten epitaktischen Aufwachsen relativ niedrige Temperaturen notwendig sind, ist das beschriebene Verfahren besonders für die Herstellung von mehrschichtigen Filmen geeignet. Bei der ümwandlungstemperatur ist die Diffusion an der Oberfläche und innerhalb"des Materials unbedeutend. So ist es möglich, Schichten von amorphen Filmen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, wie z.B. einem amorphen Film mit mehreren Schichten unterschiedlicher Dotierung, aus dem amorphen in den einkristallinen Zustand überzuführen, ohne daß ©ine ins Gewicht fallende Diffusion zwischen den Schichten stattfindet. Die Fig. 6 zeigt amorphe Schichten 36, 40 und 44, die sich in ihrer Zusammensetzung unterscheiden und die auf einem Substrat aufeinander aufgebracht sind, das aus einem amorphen Bereich 32 und einem einkristallinen Bereich 34 besteht. Läßt man nun eine heiße Zone durch den mehrschichtigen Film hindurchwandern, so schiebt sich eine amorph-kristalline Grenzfläche 50 durch den mehrschichtigen Film hindurch, wobei allmählich die amorphen Schichten 36, 40 und 44 in die einkristallinen Schichten 38, 42 bzw. 46 umgewandelt werden. Die chemische Zusammensetzung jeder Schicht wird dabei nicht wesentlich durch Materialverschiebungen an den Schichtgrenzen geändert.
In Fällen, wo absolut keine Diffusion oder Materialverschiebung zwischen den Schichten toleriert werden kann, können mehrschichtige kristalline Filme auch in einem Verfahren erzeugt werden, das mehrere Verfahrensschritte einschließt. Wie die Fig. 7A zeigt wird dabei ein erster amorpher Film 36 auf einem Substrat 32 aufgebracht f wobei dieses Substrat entweder vollständig amorph ist, wobei es dann notwendig ist, daß der aufgebrachte Film irgendwo in eine Spitze ausläuft - diese Ausgestaltung des Verfahrens
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wurde im Zusammenhang mit Fig. 4 bereits diskutiert -, oder - entsprechend der in Fig. 3 gezeigten Struktur - einen einkristallinen Bereich 34 hat, der von einem Teil des amorphen Films bedeckt wird. Läßt man nun, wie die Fig. 7A, zeigt eine heiße Zone durch den amorphen Film hindurchwandern, so wird, wie die Fig. 7B zeigt ein einkristalliner, dünner Film 38 erzeugt.
Wie die Fig. 7 C zeigt, wird ein zweiter amorpher Film 40 auf den ersten einkristallinen, dünnen Film 38 aufgebracht. Läßt man nun die heiße Zone durch den Film 40 hindurchwandern, so überträgt sich der kristalline Zustand von dem Film 38 auf den amorphen Film 40, der sich dabei in den einkristallinen Film 42 umwandelt. Um die gewünschte Zahl von Schichten aufzubauen, können diese Schritte einmal oder mehrmal wiederholt werden. So zeigt z.B. die Fig. 7D die Umwandlung des amorphen Films 44 in den einkristallinen Film 46,
In den Fign. 8A und 8B ist eine weitere Variante des Verfahrens beschrieben. Dabei werden auf einem einkristallinen Substrat 2 amorphe Schichten 36, 40 und 44 aufgebracht. Diese amorphen Schichten werden in den einkristallinen Zustand übergeführt, indem die ganze Struktur auf die notwendige Kristallisationstemperatur erhitzt wird. Auch hier trifft zu, daß, da die normalerweise beim direkten epitaxialen Aufwachsen notwendigen Temperaturen nicht benötigt werden, die Diffusion an der Oberfläche und im Inneren des Materials gering ist, so daß sich die chemische Zusammensetzung der einkristallinen Schichten 38, 42 und 46 von der chemischen Zusammensetzung der amorphen Schichten 36, 40 bzw. 44 praktisch nicht unterscheidet. Wie die Fig. 8B zeigt, entstehen die kristallinen Schichten 38, 42 und 46 dadurch, daß sich ausgehend von dem einkristallinen Substrat 2 epitaxiale Keime in der amorphen Schicht 36 bilden, die sich beim weiteren Erhitzen durch die ganzen amorphen Schichten ausbreiten, indem die immer größer werdenden Kristallkeime die amorph-kristalline Grenzfläche 52 vor sich herschieben.
Die folgenden Beispiele sollen das beschriebene Verfahren und
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seine verschiedenen Ausgestaltungen noch mehr verdeutlichen.
Beispiel 1
Eine amorphe Schicht aus Y3Ga. -,Fe3 g0 „ wird mittels Kathodenzerstäubung auf einem Substrat aufgebracht, dessen Oberfläche
einen Gd3Ga5O 2~Einkristall enthält und im übrigen aus einer
Schicht von amorphen Siliziumdioxyd besteht. Nun läßt man einen Elektronenstrahl über den amorphen Film hinwegwandern, wobei
mit dem Gebiet des Films begonnen wird, der über dem Gd3Ga5O _- Einkristall liegt. Die Wanderungsgeschwindigkeit wird so eingestellt, daß der amorphe Film auf etwa 850 0C erhitzt wird, über dem Gd3Ga5O-2~Einkristall bildet sich zunächst eine kristalline Phase in dem YoGa1 ,Fe_ Q0.„, die sich mit dem Fortschreiten des Elektronenstrahls durch den ganzen amorphen Film, und zwar auch durch den Bereich, der über der SiO2-Schicht liegt, ausbreitet. Am Schluß ist der gesamte amorphe Film in einen einkristallinen Film der Zusammensetzung Y-Ga ,Fe- Q01o umgewandelt.
Beispiel 2
Eine amorphe Schicht aus Y-Fe1-O 2 wird auf einein Substrat aufgebracht, das einen Einkristall aus Sm3Ga5O 2 enthält. Die Schicht wird dann wie im Beispiel 1 beschrieben behandelt, so daß ein
einkristalliner Film von Y3Fe5O1, gebildet wird.
Beispiel 3
Eine amorphe Schicht von Y-(GaFe)1-O o wird auf einem Substrat
Q " D JL&3
aufgebracht,, welches einen Einkristall von G^-3Ga5Oi2 βηΐ:η^^·
Die Schicht "wird wie im Beispiel I beschrieben behandelt, so daß sich ein einkristalliner Film von Y-(GaFe)^O « bildete
Eine -amorphe Schicht von (GdY) , (GaFe) „O „ wird auf einem Substrat YO 971 06 3 /ftoö^a; 1 fi :3 θ
aufgebracht, welches einen Einkristall von Gd3Ga5O _ enthält. Diese Schicht wird wie im Beispiel 1 beschrieben behandelt, so daß sich ein einkristalliner Film von (GdY)3(GaFe)5O _ bildet.
Beispiel 5
Eine amorphe Siliziumdioxydschicht wird auf einem Quarzsubstrat aufgebracht, das hohe Temperaturen aushalten kann. Ein amorpher Siliziumfilm, der mit etwa 10 Boratomen pro cm dotiert ist, wird auf der SiO -Schicht in einem Muster aufgebracht, das an einem Ende in eine Spitze ausläuft. Ein Elektronenstrahl wird dann auf die Spitze fokussiert? die dabei auf eine Temperatur von etwa 800 C erhitzt wird, um den amorphen Film an der Spitze in einen Keimkristall umzuwandeln., Dan Elektronenstrahl läßt man dann ausgehend von der Spitze über den amorphen Film wandern, wo-.bei sich die einkristalline Phase im Keimkristall über den ganzen amorphen Film ausbreitet« Das Ergebnis des Verfahrens ist ein vollständig einkristalliner Film«, Eine zweite Schicht von HaIb-
18
leitermaterial, wie z.B. Silizium, das mit etwa 10 Phosphoratoman pro cm dotiert ist, kann nun in amorpher Form ~auf der ersten Halbleiterschicht aufgebracht werden» Läßt man nun eine heiße Zone durch den amorphen Film hindurchwandern, so bildet sich ein einkristalliner Film aus phosphordotiertem Silizium, mit derselben Kristallorientierung, wie die zuvor aufgebrachte und in den einkristallinen Sustand übergeführte Schicht aus bordotiertem Silizium,, Da die Temperaturen, bei denen die Strukturumwandlung stattfindet, relativ niedrig sind,? ist die Diffusion zwischen den Schichten auf ein. Minimum reduzierte so daß zwei einkristalline -Films hergestellt werden können^ die unterschiedlichen Leifcfähigkeitstypen angehören»
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Claims (15)

PATENTA N SP RÜCHE
1. Verfahren zum Herstellen eines einkristallinen Films, bei dem der Film nach dem Aufbringen auf ein Substrat in den einkristallinen Zustand umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein amorpher Film auf das Substrat aufgebracht wird und dieser einen Einkristall berührende Film anschließend auf seine Krxstallisationstemperatur erhitzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einkristallines Substrat (2) verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen amorphes, jedoch in einem Bereich (12, 34) einkristallines Substrat verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß ein amorphes Substrat (18) verwendet wird und der amorphe Film (20) in einer Gestalt aufgebracht wird, die mindestens an einer Stelle in eine Spitze (22) ausläuft und daß zunächst ausschließlich eine dieser Spitzen (22) auf die Kristallisationstemperatur erhitzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgebrachte Film (6) und das Substrat (2) erhitzt werden.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der amorphe Film (6, 14, 20) ausgehend von dem Bereich, der den Einkristall berührt, mittels einer durch den Film hindurchwandernden Heizzone erhitzt wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus mehreren, unterschiedlich zusammengesetzten Schichten (36, 40, 44) be-
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stehender amorpher Film aufgebracht wird«,
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrschichtiger, einkristalliner Film gebildet wird, indem eine amorphe Schicht (36) aufgebracht und diese mit einem Einkristall (34) in Verbindung stehende Schicht auf ihre Kristallisationstemperatur erhitzt wird und indem diese Verfahrensschritte so oft wiederholt werden, bis die gewünschte Anzahl von Schichten aufgebracht und erhitzt worden ist.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der amorphe Film mittels einer Maske in einem gewünschten Muster (26) aufgebracht wird.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkristall in bezug auf seine Kristallstruktur und seine Gitterkonstante passend zum Filmmaterial ausgewählt wird.
11«, Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einem dotierten Material bestehender amorpher Film aufgebracht wird.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einem ferritischen, mindestens eine seltene Erde enthaltenden Granat bestehender amorpher Film aufgebracht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der ferritische, mindestens eine seltene Erde enthaltende Granat aus der Gruppe Y3Ga. ,Fe3 9022' Y3Fe5Oi2' Y3(GaFe)5O12 und (GdY)3(GaFe)5O12 ausgewählt wird.
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14. Verfahren nach den Ansprüchen 2, 3 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein einkristalliner Bereich aus Gd3Ga5O oder Sm3Ga5O 2 bereitgestellt wird.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Temperatur von etwa 850 c erhitzt wird.
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