DE2723915A1 - Laser-zonenschmelzverfahren und -vorrichtung - Google Patents
Laser-zonenschmelzverfahren und -vorrichtungInfo
- Publication number
- DE2723915A1 DE2723915A1 DE19772723915 DE2723915A DE2723915A1 DE 2723915 A1 DE2723915 A1 DE 2723915A1 DE 19772723915 DE19772723915 DE 19772723915 DE 2723915 A DE2723915 A DE 2723915A DE 2723915 A1 DE2723915 A1 DE 2723915A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- laser
- zone
- zone melting
- laser beam
- thin film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000004857 zone melting Methods 0.000 title claims description 64
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 45
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 71
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 31
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 28
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 28
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical group [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 19
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 15
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 9
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 3
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- 241001459693 Dipterocarpus zeylanicus Species 0.000 description 1
- 241001317416 Lius Species 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- SMZOGRDCAXLAAR-UHFFFAOYSA-N aluminium isopropoxide Chemical group [Al+3].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-] SMZOGRDCAXLAAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- IMBXRZKCLVBLBH-OGYJWPHRSA-N cvp protocol Chemical compound ClCCN(CCCl)P1(=O)NCCCO1.O=C1C=C[C@]2(C)[C@H]3C(=O)C[C@](C)([C@@](CC4)(O)C(=O)CO)[C@@H]4[C@@H]3CCC2=C1.C([C@H](C[C@]1(C(=O)OC)C=2C(=C3C([C@]45[C@H]([C@@]([C@H](OC(C)=O)[C@]6(CC)C=CCN([C@H]56)CC4)(O)C(=O)OC)N3C=O)=CC=2)OC)C[C@@](C2)(O)CC)N2CCC2=C1NC1=CC=CC=C21 IMBXRZKCLVBLBH-OGYJWPHRSA-N 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009828 non-uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
- C30B13/16—Heating of the molten zone
- C30B13/22—Heating of the molten zone by irradiation or electric discharge
- C30B13/24—Heating of the molten zone by irradiation or electric discharge using electromagnetic waves
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/60—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape characterised by shape
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10S117/903—Dendrite or web or cage technique
- Y10S117/904—Laser beam
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/09—Laser anneal
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Lasers (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Zonenschmelzverfahren, bei dem ein
Laser verwendet wird, und insbesondere ein Zonenschmelzverfahren,
bei dem ein hoher Temperaturgradient auf einer Dünnschicht oder einer Halbleiterdünnschicht durch Bestrahlen derselben nut
einem Laserstrahl erzeugt wird, um das Zonenschmelzen durchzuführen.
Darüberhinaus bezieht sich die Erfindung auch auf eine Zonenschmelzvorrichtung zur Durchführung des zuvor gemannten
Zonenschmelzverfahrens.
Es ist allgemein bekannt, dass das Zonenschte]zen durch örtliches
Schmelzen der Halbleiterdünnschicht, beispielsweise von InSb oder einem Substrat mit Laserstrahlen vorgenommen werden
kann. Beispielsweise ist dies in 11R. Traniello Gradasni, ALTA
PREQUENZA, Nr. 7, Band XLIV, 1975, Seiten 350 bis 353" beschrieben.
Mit einem solchen Zonenschmelzverfahren werden die Körnungen bzw. Strukturen der Kristallite normalerweise gross bzw. grob
und dabei werden auch Fremdatome und Verunreinigungen entfernt, so dass man eine InSb-Dünnschicht mit Eigenschaften erhalten
kann, die denen von Einkristallen entsprechen. Wenn dabei Infrarotstrahlen, die von einem CO^-Laser oder einer entsprechenden
Einrichtung ausgesendet werden, in diesem Falle verwendet werden, kann das Zonenschmelzen der InSb-Dünnschicht
sogar unter einem hohen Temperaturgradienten durchgeführt werden, der zwischen den Werten 4-00°C/cm und 2000° C/cm liegt.
Das Zonenschmelzen bei einem hohen Temperaturgradienten dT/dx in der Richtung, in der sich die Schmelzzone bewegt (d. h.
in der x-Richtung), führt zu einer wirkungsvollen Verfeinerung bzw. Reinigung des Kristalliten durch die Segregation der ursprünglich
darin enthaltenen Verunreinigungen und Fremdatome und auch zur Auflösung oder Verhinderung von Blasen, Fehlstellen,
Lunkern, Defekten usw, so dass äusserst reine HaIb-
709848/1205
leiterdünnschichten ohne Kristall fehler auf einfache Weise
erzeugt werden können.
Bei Gaslasern, bei denen Moleküle, beispielsweise C0~, CO,
H^O oder HCN verwendet werden und die normalerweise eine
Versorgungsquelle für eine hohe Spannung erfordern, liegen die Schwankungen der Laser-Ausgangsleistung P in einem Bereich von
1 bis 5 % bei einer Frequenz von mehreren Hertz bis einigen hundert Hertz. Infolgedessen schwankt die Temperatur in der
Schmelzzone während des Zonenschmelzvorgangs in einem Bereich
von etwa 5 bis 25° C bei einer Temperatur von 525° C (dem
Schmelzpunkt des InSb-Kristalls) und in einem Bereich von etwa
14 bis 70° C bei einer Temperatur von 1410° C (dem Schmelzpunkt des Si-Kristalls). Dies wird durch die Tatsache noch verstärkt,
dass die Wärmekapazität und das Volumen, das bei dem Dünnschichthalbleiter geschmolzen werden soll, im Gegensatz zum
Zonenschmelzen von grossen Halbleitern äusserst klein (beispielsweise 100 um χ 10 mm χ 1 mm) ist. Ein solch kleines Volumen
und die damit verbundene geringe Wärmekapazität führt daher unmittelbar zu Temperatur-Schwankungen der Schmelzzone.
Ein erster Nachteil einer herkömmlichen Dünnschicht-Zonenschmelzvorrichtung
mit einem Laser besteht darin, dass Kristallfehler
und nicht-stöchiometrische Uberschussatome in Verbindungshalbleitern
auf Grund der zuvor beschriebenen Schwankungen der Temperatur T und auch auf Grund der unerwünschten Änderung des
Temperaturgradienten dT/dx in der Zonenschmelzrichtung (der x-Richtung) erzeugt werden.
Darüberhinaus weist der Laserstrahl mit einem Querschnitt von 8 mm Breite und 5 mm Länge, der auf die Dünnschichtoberfläche
auffällt, eine höhere Energiedichte in.der Mitte als am Rande
auf. Eine solche ungleichmässige Verteilung der Energiedichte innerhalb des Strahlquerschnitts führt zu einer ungleichmässigen
Temperaturverteilung in der Schmelzzone während des Zonenschmelzvorgangs. Lies verursacht direkt einen unerwünschten
709848/1205
Teinperaturgradienten dT/dy in der senkrecht auf der Zonenschmelzrichtung
(x-Richtung) stehenden Richtung (der y-Richtung). In diesen Fällen hat sich herausgestellt, dass sich während
und nach dem Zonenschmelzen eine DickenSchwankung bzw. Dickenriffelung
mit einer Oberflächenrauhigkeit in der Grosse von 0,1 bis 10/Um auf der Halbleiterdünnschicht bildet.
Der zweite Nachteil einer herkömmlichen Dünnschicht-Laserzonenvorrichtung,
bei dem ein Laser verwendet wird, liegt darin, dass rauhe Oberflächen, d. h. Welligkeiten oder Falten von mehr
als 0,1 um nicht vermieden werden können. Die Bildung derartiger Welligkeiten oder Falten auf dcjr Oberfläche von Dünnschichten
im Verlauf des Zonenschmelzvorgangs führt auf Grund der ungleichmässigen Wärmeleitung (beim Aufheizen und beim
Kühlen) zu örtlichen Inhomogenitäten hinsichtlich der Temperatur, so dass dT/dy / 0 wird. Diese Tatsache führt zu nicht-stöchiometrischen
Uberschussatomen der chemischen Bestandteile oder Komponenten, zu Kristallgitter-Versetzungen und -Verschiebungen,
zu Kristall (Punkt)-fehlern und zu Einschlüssen und sonstigen Fehlern innerhalb des Dünnschichtkristalls.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Laser-Zonen
schmelzverfahr en und eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens zu schaffen, das bzw. die die verschiedenen, zuvor erwähnten Nachteile der herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen
nicht aufweist, wobei die Temperaturschwankungen sowie die räumlichen Inhomogenitäten in der Schmelzzone der
Dünnschicht während des Schmelzvorgangs verringert werden und dadurch Dünnschichten oder Halbleiterdünnschichten mit hoher
Qualität und mit guten elektrischen Eigenschaften erzielt werden sollen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch das im Anspruch 1
angegebene Verfahren und die Vorrichtung gemäss Anspruch 7 6e~
löst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Verfahrens
und der erfindungsgemässen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
709848/1205
Mit dem erfindungsgemassen Zonen-Schmelzverfahren wird die
zuvor genannte Aufgabe also dadurch gelöst, dass der Laserstrahl, mit dem die Dünnschicht bestrahlt wird, einerseits mit einer
Frequenz über 1 Hz hin- und herschwingend in der y-Richtung abgelenkt
wird, die im wesentlichen senkrecht auf der Vorschubrichtung (der x-Richtung) der Schmelzzone steht, und dass der
vom Laserstrahl bestrahlte Bereich andererseits in der x-Richtung von einem Ende der Dünnschicht zum anderen Ende derselben bewegt
bzw. verschoben wird.
Bei dem erfindungsgemassen Verfahren kann eine ungleichmässige
Temperaturverteilung in der y-Richtung der Schmelzzone in der Dünnschicht dadurch verhindert werden, dass der Laserstrahl in
der y-Richtung hin- und herschwingend abgelenkt wird, und der
Temperaturgradient dT/dy in der y-Richtung kann auch nahezu zu Null gemacht werden.
Die Laserstrahl-Ausgangsleistung muss möglichst kontinuierlich
sein, vorzugsweise dürfen die Schwankungen der Laserstrahl-Ausgangsleistung nicht mehr als 1 % betragen.
Wenn die Ablenkfrequenz des Laserstrahls in der y-Richtung kleiner als 1 Hz ist, kann eine ungleichmässige Temperaturverteilung
in der y-Richtung auftreten, so dass manchmal unerwünschte teilweise nicht-geschmolzene Bereiche festgestellt werden,
an Stellen, wo die Schmelzzone homogen gehalten werden sollte.
Grundsätzlich gibt es keine obere Grenze für die zuvor erwähnte Ablenkfrequenz, da die Wärmezeitkonstante der Dünnschicht
kleiner wird, wenn die Ablenkfrequenz erhöht wird. Es ist jedoch praktisch nicht möglich, die Frequenz zu erhöhen, ohne dass dadurch
weitere Vorteile auftreten. Tatsächlich kann die Frequenz bis zu einer Grössenordnung von 1000 Hz erhöht werden, jedoch
ist keine besondere Wirkung dabei zu erwarten, wenn die Frequenz über einen bestimmten Wert erhöht wird. Das Ablenkungszentrum liegt natürlich etwa in der Mitte der Dünnschichtbreite
in der y-Richtung.
709848/1205
" y —
Obgleich die Ausgangsleistung des Laserstrahls, die zum Schmelzen des vorliegenden Materials erforderlich ist, je nach dein
Material und den Abmessungen der Dünnschicht, dem Material und den Abmessungen eines Substrats, auf dem die Dünnschicht ausgebildet
ist, und anderen thermischen Unigebungsbedingun^en
unterscheidet, so reicht doch bei einer inSb-Dünnschicht eine auf die Dünnschicht auffalende Leistung von mehr als
Λ V/, vorzugsweise 2 bis 200 W, aus. Dieser Leistungsbereich
gilt auch für Dünnschichten, die aus anderen Materialien hergestellt
sind. Als Laserstrahl wird normalerweise ein Laserstrahl eines CO^-Lasers verwendet, weil der COp-Laser im
Vergleich zu anderen Lasern eine hohe Ausgangsleistung aufweist und zuverlässig und ohne Schwierigkeiten arbeitet. Jedoch
können auch andere Laser verwendet werden.
Als Querschnittsform des Laserstrahls ist eine Rechteckform oder eine Ellipsenform am geeignesten. Jedoch kann auch ein
einen kleinen kreisförmigen Querschnitt aufweisender Laserstrahl verwendet werden, der direkt von einem Laser abgegeben wird.
Zum Ändern der Querschnittsforra des Laserstrahls können beispielsweise
konvexe Zylinderlinsen oder konkave Zylinderspiegel verwendet werden. Es kann aber auch ein konkaver sphärischer
Spiegel und eine herkömmliche Blende bzw. ein herkömmlicher Schlitz gemeinsam verwendet v/erden. Vorzugsweise ist die Länge
des ein-dimensionalen, langgestreckten Querschnitts des Laserstrahls
in der y-Bichtung so gross, dass der Laserstrahl die Länge der dem Zonenschmelzverfahren unterliegenden Dünnschicht
in der y-Richtung in ausreichender Weise überdeckt. Der vom Lager kommende Strahl hat einen kreisförmigen Querschnitt mit
einem Durchmesser von üblicherweise 3 bis 10 mm. Ein Strahlaufweiter,
der aus zwei konvexen sphärischen Linsen oder zwei konvexen sphärischen Spiegeln besteht, kann zur Vergrösserung
des Strahldurchmessers verwendet werden. Nach der Vergrösserung wird die Querschnittsform des Laserstrahls in eine rechteckige
oder Ellipsenform gebracht, wie dies bereits erwähnt wurde. Bei diesen Formänderungen ist die querschnittsmässige Strahl-
-709848/1205
form des Lasers freiwählbar und nicht auf irgendeine Querschnittsform
beschränkt. Darüberhinaus kann als Strahlaufweiter eine Hora-Anordnung, die aus vier jeweils seitlich miteinander
in Verbindung stehenden Spiegeln besteht. Die Strahlbreite in der x-Richtung sollte bei dem in seinem Durchmesser vergrösserten
Laserstrahl etwa zwischen 0,3 mm und etwa 1/5 der Länge des Dünnfilms in der x-Richtung liegen. Die untere Grenze wird durch
die Wellenlänge des Laserstrahls festgelegt und beträgt bei einem CO^-Laser oder einem entsprechenden Laser etwa 0,3 mm.
Es sei jedoch erwähnt, dass der zuvor genannte Wert in der Praxis ein Grenzwert ist. Es ist jedoch nicht vorteilhaft, die
Breite des Laserstrahls grosser als 1/5 der Länge der Dünnschicht
zu machen, weil der Wirkungsgrad bei der Zonenreinigung verringert wird. Es genügt, den vergrösserten Laserstrahl in
der y-Richtung so lang zu machen, dass diese Länge etwa gleich
der Breite des Dünnfilms in der y-Richtung ist, wie dies be reits erwähnt wurde.
Wenn irgendein auf dem Markt erhältliche Lasergerät verwendet wird und der Laserstrahl nicht aufgeweitet wird, besitzt der
Strahl einen Kreisquerschnitt mit beispielsweise einem Durch
messer von 3 bis 8 mm. In diesem Falle kann eine Ablenkfrequenz
in der y-Richtung von mehr als 1 Hz verwendet werden, um die allgemeinen Forderungen zu erfüllen, es ist jedoch vorteilhafter,
Frequenzen über 10 Hz zu verwenden.
Die Spitzen-zu-Spitzen-Amplitude der Ablenkung des Laserstrahls
in der y-Richtung kann auf die Breite der Dünnschicht in der y-Richtung eingestellt werden. In diesem Falle tastet das
Zentrum des Strahls oder der Strahlteil mit hoher Intensität den Dünnfilm in der y-Richtung von einem Ende zum anderen Ende
ab.
Wie bereits erwähnt, ist es bei der vorliegenden Erfindung
wünschenswert, die Leistungsschwankungen des Laserstrahls unter 1 % zu drücken. Wenn die Leistungsschwankungen über 1 % liegen,
709848/1205
treten unerwünschte Temperaturschwankungen dT/dx auf und
führen zu Dickenschwankungen des Films und zu Kristallfchlern, da die Temperatur T in der Schmelzzone der Dünnschicht sich
in der Richtung des Zonenschmelzvorgangs (der x-Richtung)
zeitlich ändert. Dies tritt auch dann auf, wenn die AbIenk-Trequenz
des Laserstrahls in der y-Richtung kleiner als 1 Hz ist.
Diese Forderungen und Vorteile werden mit dem in Anspruch 3 angegebenen,
erfindungsgemässen Laser-Zonenschmelzverfahren erfüllt
bzw. erzielt. Durch die Regelung der Laser-Ausgangsleistung werden also TemperaturSchwankungen in der Schmelzzone der
Dünnschicht vermieden. Zur Temperaturmessung können optische Einrichtungen, beispielsweise ein Iufrarot-Mikrockop oder
eine Infrarot-Fernsehkamera verwendet werden. Darüberhinaus befindet sich zwischen der elektronischen Schaltung in der
Temperaturmesseinrichtung und dem Leistungsregler im Lasergerät ein Trennverstärker, mit dem eine Impedanzanpassung vorgenommen
wird. Dafür können herkömmliche Einrichtungen und Schaltungen verwendet werden.
Das Bestrahlen der Dünnschicht mit dem Laserstrahl in der x-Richtung
vom einen Ende zum anderen Ende kann entweder durch Verschieben des Laserstrahls in der x-Richtung oder durch
Verschieben der Dünnschicht selbst in der x-Richtung vorgenommen werden.
Die hin- und herschwingende Ablenkung des Laserstrahls in der y-Richtung wird mit einem Reflektor erreicht, der im Strahlengang
liegt und der mit einer mechanischen Einrichtung, beispielsweise einer Nocke, einem Mitnehmer oder einer ähnlichen Einrichtung,
oder mittels einer elektromagnetischen Anordnung, zum Schwingen gebracht wird.
Es ist sehr schwierig, eine gleichmässige Schicht herzustellen, wenn die Dünnschichtdicke kleiner als 100 S ist. Wenn die
7098A8/1205
Dünnschichtstärke Jedoch über etwa 100 um hinausgeht, können
Palten und Unebenheiten sowie Kristallfehler nicht vermieden werden, weil sowohl eine heftige, starke Konvektion der Atome
der chemischen Komponenten oder Bestandteile in dem geschmolzenen Bereich in der Dickenrichtung und die Oberflächenspannung,
die durch die geringe Benetzung zwischen der Substratoberfläche und dem geschmolzenen Bereich verursacht wird, die
Tendenz der Agglomerierung der Schicht vergrössert. Bei einer Schicht mit einer Dicke über 100 ixm kann die Schicht manchmal
an bestimmten Stellen bzw. örtlich agglomerieren und dadurch an einigen Stellen, wo die Schicht örtlich nicht vorhanden ist,
brechen oder reissen. Daher ist das erfindungsgemässe Verfahren
für das Zonenschmelzen einer Dünnschicht mit einer Dicke von etwa 100 A bis 100 um vorgesehen.
Wenn die Laser-Ausgangsleistung P kleiner als 1 W ist, kann die vorliegende Dünnschicht in einigen Fällen nicht zum Schmelzen
gebracht werden, weil sie durch das Substrat gekühlt wird. In der Praxis ist in den meisten Fällen eine Leistung von
2 bis 200 W erforderlich. Die erforderliche Leistung muss jedoch in Abhängigkeit von der Substratart gewählt werden, auf
der eine Dünnschicht aufgebracht ist. Um das Schmelzen der Schicht zu beschleunigen, kann das Substrat zusätzlich auch
von unten her erhitzt werden. In einigen Fällen kann das Substrat auch mittels der Substrat-Halterungseinrichtung (einer
Wasserkühlung) gekühlt werden. Im letzteren Falle wird der Temperaturgradient dT/dx an der Schmelzzone auf dem Halbleiter
gross, wodurch ein äusserst reiner Kristall ohne Kristallfehler
leicht erreicht werden könnte. Wenn die Laser-Ausgangsleistung P jedoch zu klein ist, wird die Dünnschicht nicht geschmolzen.
Bei den zuvor beschriebenen Heiz- und Kühlverfahren muss natürlich die entsprechende lagemässige Einheitlichkeit bzw. Gleichförmigkeit
der Heizung und Kühlung vorgesehen werden.
Wie durch die Erläuterungen des zuvor beschriebenen, erfindungsgemässen
Laser-Zonenschmelzverfahrens deutlich wird, ist die erfindungsgemasse Laser-Zonenschmelzvorrichtung ein Gerät,
709848/1205
bei dem das Zonenschmelzen der Dünnschicht durch Verwendung von Einrichtungen zum Bestrahlen der Dünnschicht mit dem Laserstrahl
durchgeführt wird. Die erfindungsgeinässe Vorrichtung besitzt
erste Einrichtungen, mit denen der Laserstrahl mit einer Frequenz von über 1 Hz hin- und herschwingend in der Richtung
abgelenkt wird, die im wesentlichen senkrecht auf der Vorschubrichtung der Schmelzzone liegt. Vorzugsweise besitzt die erfindungsgemässe
Vorrichtung zweite Einrichtungen, die die Schwankungen der Laserstrahl-Ausgangsleistungen über die Zeit auf
einen Wert unter 1 % begrenzen.
Die gestellte Aufgabe löst insbesondere die in Anspruch 7 und 8 angegebenen Laser-Zonenschmelzvorrichtungen.
Es können auch Einrichtungen zur Verbreiterung bzw. Vergrösserung des Laserstrahl-Durchmessers in dor y-Richtung und v/eitere zusätzliche
Einrichtungen vorgesehen werden, wie dies bereits zuvor erwähnt wurde. Die Kammer, in der die dem Zonenschwelζ-verfahren
zu unterziehende Dünnschicht untergebracht ist, muss so ausgebildet sein, dass die Luft in entsprechender Weise wie
bei den herkömmlichen Zonenschmelzgeräten abgesaugt werden kann.
Darüberhinaus sollte die Kammer so ausgebildet sein, dass Gase in die Kammer eingelassen werden können, um das Aufheizen in
der gewünschten Gasatmosphäre zu ermöglichen.
Die mit dem erfindungsgemässen Verfahren und mit der erfindungsgemässen
Vorrichtung hergestellte Dünnschicht weist daher im Vergleich zu der durch herkömmliche Verfahren und Geräte hergestellte
Dünnschichten folgende Vorteile auf:
i) Die Temperaturstabilität und Temperaturgleichförmigkeit in der Schmelzzone der Dünnschicht wird durch Ablenken des Laserstrahls,
der in der y-Richtung hin- und herschwingt, erheblich verbessert. Infolgedessen treten wesentlich weniger nicht-stöchiometrische
Uberschussatome in den chemischen Bestandteilen und wesentlich weniger Kristall fehler in der Dünnschicht auf.
Daher werden im Falle von Halbleiter-Dünnschichten die Elektro-
709848/1205
nenbeweglichkeit uH und der Hall-Koeffizient E„ wesentlich
grosser.
ii) Die entsprechenden, unter i) beschriebenen Effekte und Auswirkungen können durch Begrenzen der Leistungsschwankungen
des Laserstrahls unter 1 % erreicht werden.
iii) Bei Halbleiter-Dünnschichten ist - wie bereits beschrieben die
Elektronenbeweglichkeit uH grosser, so dass das Rauschen bzw. Stromstörungen oder Stromsrauschen in einem Element, bei
dem die Halbleiter-Dünnschicht verwendet wird, erheblich geringer ist.
iv) Eine weitere Verbesserung des Hall-Koeffizienten Rg bei
einer bereits hergestellten Halbleiter-Dünnschicht kann dadurch wirkungsvoll erreicht werden, dass üie Halbleiter-Dünnschicht
bewusst mit einer bestimmten Fremdatomart dotiert wird, weil die ursprüngliche Dünnschicht äusserst rein erhalten wird, wie
dies unter i) bis iii) bereits angegeben wurde.
v) Da der Laserstrahl in der y-Richtung abgelenkt wird, kann der Zonenschmeluvorgang auch für Dünnschichten durchgeführt
werden, die in der y-Richtung relativ breit sind.
vi) Die Oberflächenrauhigkeit ist bei der mit dem erfindungsgemässen
Zonenschmelzverfahren behandelten Dünnschicht kleiner als 0,1 um.
Darüberhinaus ergeben sich mit dem erfindungsgemässen Laser-Zonenschmelzverfahren
ganz allgemein folgende besondere Wirkungen und Vorteile.
vii) Als Wärmequelle für den Schmelzvorgang wird eine Laser-Lichtquelle
verwendet, so dass keine Verunreinigung der Dünnschicht auf Grund der Wärmequelle auftritt.
709848/1205
viii) Da ein Laserstrahl benutzt wird, kann der Zonenschmelzvorgang
in der Dünnschicht mit einem sehr grossen Temperaturgradienten durchgeführt werden.
ix) Während des Zonenschmelzvorgangs kann irgendeine Gasatmosphäre
verwendet werden.
Bei dem erfindungsgemässen Laser-Zonenschmelzverfahren und bei
der Vorrichtung zur Durchführung dos Laser-Zonenschmelzverfahrenc
im Zusammenhang mit einer Dünnschicht, die mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, wird der Laserstrahl mit einer Frequenz über
1 Hz in der Richtung hin- und hergoschwenkt, die im wesentlichen
zur Vorschubrichtung einer Schmelzzone senkrecht steht, und die Schwankungen der Laserstrahl-Ausgangsleistung wird
auf einen Wert unter 1 % geregelt. Die mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten, dem Zonenschmelzverfahren
unterzogenen Dünnschichten weisen wegen der geringen Kristallfehler und Kristallverunreinigungen und wegen der geringen
nicht-stöchiometrischen Uberschussatome in den chemischen Bestandteilen
sehr gute elektrische Eigenschaften auf. Darüberhinaus sind die DickeSchwankungen der erfindungsgemäss erzeugten
Schichten sehr gering, weil zeitliche Temperaturschwankkungen
und zeitliche und räumliche Inhomogenitäten beim ZonenschmelζVorgang
vermieden werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild, welches das Grundkonzept einer erfindungsgemässen Laser-Dünnschicht-Zonenschmelzvorrichtung
wiedergibt,
Fig. 2 eine schematische Darstellung, die der Erläuterung des
Laserstrahl-Verlaufes gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dient, und
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Zonenschmelzkammer für die
Laser-Zonenschmelzvorrichtung bei einer der erfindungsgemässen Ausführungsformen.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm für eine Anordnung der Zonenschmelz vorrichtung.
Als Lasergerät wird ein CC^-Laser verwendet, der eine Hennausgangsleistung
von 40 W besitzt. Der CC^-Laser ist im Hinblick
auf die grosse Ausgangsleistung vorzuziehen, es können jedoch auch andere Laserarten verwendet werden. Das Lasergerät
umfasst ein Laserrohr 2, welches normalerweise als COp-Laser bezeichnet wird, eine Energiequelle 1 für das Lasergerät und
Leistungs-Steuereinrichtung bzw. einen Leistungsregler 7· Das vom COp-Laser 2 abgegebene Licht wird mittels eines Strahlabtasters
3 nach links und rechts hin- und her abgelenkt, der einen Spiegel zum Schwingen bringt, und das Lrfserlicht wird
dann in eine Zonenschmelzkammer 4 eingeführt, in der eine
Dünnschichtprobe angeordnet ist. Die Temperatur in der Schmelzzone der Dünnschichtprobe wird mittels einer Thermometeranordnung
5 gemessen, die beispielsweise optische Einrichtungen, etwa
ein Infrarot-Mikroskop oder eine Infrarot-Fernsehkamera aufweist. Das der Temperaturschwankung entsprechende elektrische Signal
wird über einen Trennverstärker 6 dem Leistungsregler 7 zugeführt, der die Laser-Ausgangsleistung regeln kann. Die Energiequelle
1 wird mit diesem Signal gesteuert bzw. geregelt und das vom COp-Laser 2 abgegebene Licht wird so eingestellt, dass
die Temperaturscnwankung oder Temperaturänderung in der
Schmelzzone der Dünnschichtprobe ausgeglichen bzw. verhindert
wird.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die Zonenschmelzkammer 4, die im wesentlichen aus einer Kammer mit einer Halterungseinrichtung
31 zum Halten des Probenstückes besteht. Die Kammer ist so ausgebildet, dass Luft wie bei dem herkömmlichen Zonenschmelzgerät
abgesaugt werden kann, und die Kammer und das Vakuumpumpensystem 40 stehen bei diesem Ausführungsbeispiel
über ein Faltenbalg bzw. ein elastisches Rohr in Verbindung, weil die Kammer selbst beweglich sein soll. Das Probenstück
kann durch Verschieben der Kammer selbst oder durch Verschieben des Probenstückes in .der Kammer verschoben werden, wie dies
709848/1205
zuvor bereits beschrieben wurde. Die Kammer wird entlang einer Schiene 35 verschoben und langsam mittels eines üblichen
Fein-Antriebssystems 36 bewegt, welches aus einer Welle,
Zahnrädern und einem Motor besteht.
Ein Gasversorgungssystem 32 wii'd dazu verwendet, irgendeine
Gasart während des Zonenschmelzvorgangs in die Kammer einzuleiten. Durch ein Fenster 33 gelangt der Lichtstrahl vom
Strahlabtaster 3 in die Kammer und über ein Fenster 34 wird
die Temperatur innerhalb der Kammer gemessen. Das Fenster 33
besteht beispielsweise aus Ge oder ZnSe, da die Wellenlänge des COp-Lasers 10,6 um beträgt. Das Fenster 34 besteht dagegen
aus Quarz. Bei dieser Ausführungsform befindet sich das Fenster 34 direkt über dem Probenstück und das Fenster 33 ißt am
oberen Teil der Kammer in diagonaler Richtung angeordnet. Die Anordnung der beiden Fenster kann jedoch auch umgekehrt sein
oder beide Fenster können in diagonaler Richtung bzw. in schräger Richtung angeordnet sein. Unter dem Probenhalter befindet
sich eine Heizeinrichtung 37 und ein Kühlrohr 38.
Nachfolgend soll der Lichtweg des Laserstrahls einschliesslich des Strahlabtasters des Zonenschmelzgerätes anhand von Fig.
im einzelnen erläutert werden. Der vom COp-Leser 21 abgegebene Lichtstrahl besitzt einen Durchmesser von 8 mm und wird mit
einer Spiegelkombination aus konkaven sphärischen Spiegeln und 23 auf einen Durchmesser von 32 mm vergrössert. Der in
seinem Durchmesser vergrösserte Strahl fällt auf den konkaven, zylinderförmigen Spiegel 24 auf und sein kreisförmiger Querschnitt
wird in einen elliptischen Querschnitt umgesetzt. Kurz gesagt, ist der vom konkaven Zylinderspiegel 24 ausgehende
Lichtstrahl ein in seinem Durchmesser langgestreckter Lichtstrahl etwa in einer Rechteckform mit Seitenlangen von 2 χ 30 mn.
In Fig. 2 ist der Querschnitt des Laserstrahls - gesehen von einer Ebene senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung - durch
die mit den Bezugszeichen 27» 28 und 29 versehenen Querschnitten dargestellt. Ein Pfeil 50 deutet die Verschiebungsrichtung des
Probenstückes an, welches dem Zonenschmelζverfahren unterworfen
wird. 709848/1205
Normalerweise ist es vorteilhaft, einen in seinem Querschnitt langgestreckten Strahl von 1 bis 2 mm χ 20 bis 30 mm zu verwenden.
Der in seinem Querschnitt langgestreckte Strahl wird bei dieser Ausführungsform mit einem konkaven Zylinderspiegel
24 erzeugt. Diese Strahlform kann auch mit einer kombinierten Anordnung eines konkaven sphärischen Spiegels und eines
Schlitzes bzw. eines Spaltes geschaffen werden, der durch zwei wassergekühlte Lichtblendenplatten gebildet wird. Der Aufbau
des Strahlabtasters ist nicht auf die hier beschriebene und dargestellte Ausbildung beschränkt. Anstelle des konkaven
Zylinderspiegels und des konkaven sphärischen Spiegels können beispielsweise auch konvexe Zylinderlinsen verwendet werden.
Der in seinem Querschnitt langgestreckte Strahl 25 ist für
das Zonenschmelzen einer Halbleiter-Dünnschicht mit einer
Breite von weniger als 30 mm geeignet. Die Lichtenergiedichte
ist jedoch in der Mitte hoch und am Rande gering. Venn der
im Durchmesser langgestreckte Lichtstrahl so wie er ist verwendet wird, ergeben sich nach dem ZonenschmelzVorgang auf
der Oberfläche der Dünnschicht Falten und Unebenheiten. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird der konkave zylindrische
Spiegel 24 auf mechanische Weise in der durch den Pfeil 51
in Fig. 2 angedeuteten Richtung in Schwingungen gesetzt und wirkt als Strahlabtaster. Die Schwingungsfrequenz des Spiegels
kann bis zu 3 bis 10 Hz betragen. Bei der vorliegenden Ausführungsform
wird diese Schwingung durch eine Kombination 52 aus einem Motor und einer Nocke bzw. einem Exzenter oder einem Mitnehmer
in herkömmlicher Weise hervorgerufen. Es können Jedoch auch elektromagnetische Einrichtungen hierfür verwendet werden.
Die Lichtstrahlablenkung auf Grund der Spiegelschwingung wird
so durchgeführt, dass die hohe Energie bzw. Intensität in der Mitte des Lichtstrahls in ausreichender Weise die gesamte
Breite des Probenstückes überstreicht. Oder anders ausgedrückt, die Spitze-zu-Spitze-Amplitude des Lichtstrahles, der über die
Probenoberfläche streicht, ist auf fast dieselbe Breite wie das Probenstück eingestellt. Durch den in der zuvor beechrie-
709848/1205
benen Weise aufgebauten Strahlabtaster konnte eine gleichförmige
Temperaturverteilung in der Strahlablenkrichtung (d. h. in der
zur Zonenschmelzrichtung senkrechten Richtung) an dem geschmolzenen Teil der Dünnschicht auf dem Substrat 26 erhalten werden,
Der Zonenschmelzvorgang der Halbleiter-Dünnschicht wird durch
Verschieben des Substrates 26 durchgeführt, wobei die Halbleiter-Dünnschicht mit konstanter Geschwindigkeit in Richtung
senkrecht zur Strahlabtastung bewegt wird. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Kammer selbst verschoben und die
Verschiebegeschwindigkeit des Substrats ist in einem Geschwindigkeitsbereich von 0,1 bis 200 iam/Sek. einstellbar.
Die Temperaturmessung und die Rückkopplung zum Leistungsregler wird mit dem nachfolgend beschriebenen Verfahren durchgeführt.
Die höchste Temperatur in der Schmclzzone wird zunächst beispielsweise
mit einer Infrarot-Fernsehkamera 4-1 festgestellt, wobei die höchste Temperatur der höchsten Ausgangsspannung des
Fernseh-Videosignals entspricht. Die dem Temperaturpegel entsprechende
Spannung wird zunächst in der elektronischen Schaltung gespeichert und dann mit einer vorgegebenen Bezugsspannung
verglichen, um die Abweichung bzw. die Differenz zu erhalten, die dann zum Leistungsregler im Lasergerät rückgekoppelt wird.
Der Trennverstärker 6 in Fig. 1 ist dazu vorgesehen, um das Lasergerät und die elektronische Schaltung für die Temperaturmessung
impedanz massig anzupassen und als Trennverstärker kann
irgendein herkömmlicher Trennverstärker verwendet werden. Die Einregelzeit bzw. Einsprechzeit des elektrischen Schaltungssystems zwischen der die Temperatur feststellenden Infrarotkamera
41 und dem Leistungsregler 7 ist veränderlich, jedoch
so ausgebildet, dass sie mit einer hohen Frequenz, die im Hinblick auf die thermische bzw. Wärme-Zeitkonstante (etwa 0,1 Sek.)
der Schmelze über 10 Hz liegt.
Mit dem erfindungsgemässen Laser-Dünnschicht-Zonenschnelzgerät
lassen sich folgende Vorteile erzielen:
709848/1205
i) Die relativen Teraperaturschv/ankungen im Schmelzbereich der Dünnschicht können auf Grund der Rückkopplung der elektrischen
Signale, die der Temperaturschwankung entsprechen, besser als
1 % ausgeregelt werden.
ii) Die relativen Teraperaturschv/ankungen in der Schmelzzone, die etwa 30 mm in Richtung der Strahlablenkung lang ist, können
auf Grund der mit hoher Geschwindigkeit vorgenommenen Schwingungsablenkung des im Querschnitt langgestreckten Lichtstrahls.im
Strahl abtaster besser als 1 % ausgeregelt werden, und dadurch lässt sich in der Schmelzzone eine gleichförmige Temperaturverteilung
erzielen.
Nachfolgend sollen die Ergebnisse eines Zonenschmelzverfahrens bei einem Compound-Halbleiter InSb beschrieben werden, wenn
die erfindungtßemässe Vorrichtung verwendet wird.
Es wurde Helium (He) mit einer Strömungsmenge von 2,0 l/Min,
in die Kammer eingeleitet und die Laser-Ausgangsleistung war
so eingestellt, dass die Schmelzzone in der Dünnschicht durch den auffallenden Laserstrahl auf eine Temperatur von 710 C
maximal aufgeheizt wurde. Es wurde eine InSb-Dünnschicht verwendet,
die dadurch hergestellt wurde, dass InSb in einer Dicke von 0,2 um auf das Saphir- bzw. Blauquarzsubstrat von
30 mm χ 30 mm aufgebracht wurde und die InSb-Schicht mit dem
CVD (chemical vapor deposition^Verfahren bzw. durch chemische Gasphasenabscheidung auf Grund der thermischen Zersetzung von
Aluminiumisopropoxid mit einer 0,8 um dicken A^O^-Glasschicht
beschichtet wurde. In entsprechender Weise wurde eine Dünnschicht verwendet, die dadurch hergestellt wurde, dass in einer
Dicke von 6/um InSb auf die Blauquarz- bzw. Saphitplatte von
30 mm χ 30 mm und dann darauf eine 0,1 um dicke InoO^-Schicht
aufgebracht wurde. Beim Zonenschmelzvorgang betrug die Verschiebegeschwindigkeit
des Probenstücks 5 um/Sek., die Zonenbreite 0,8 mm und die Ablenkfrequenz des Laserstrahls 10 Hz.
Darüberhinaus wurde der Zonenschmelzvorgang mit Ablenkfrequenzen von 1,5 und 30 Hz durchgeführt, es ergaben sich jedoch praktisch
709848/1205
dieselben Ergebnisse. Nach dem Zonenschmelzvorgang konnte festgestellt
werden, dass keine Falten oder Unebenheiten und Anlagerungen bzw. Agglomerationen auf der auf dem Substrat befindlichen
InSb-Schicht auftraten, und dass die Inßb-Schicht ebener als 0,1 um/30 mm war. Für die elektrische Mssung wurden
InSb-Schichten einer Hall-Element-Form durch Entfernen der
A12°3~oder In2°3"Scllicllt auf der InSb-Schicht durch Atzen oder
durch mechanisches Schleifen und nachfolgendes Photoätzen der
InSb-Schicht ausgebildet. Die Ergebnisse der HaIl-Effektinesr.Lius
zeigten, dass Hall-Koeffizienten RTt und die Elektronenbeweglicnkeit/uH
bei Zimmertemperatur 350 cnr/C bzw. 5500 cm /V Sek.
für eine 0,2 um dicke InSb-Schicht und 330 cmVC bzw.
69 300 cm /V Sek. für eine 6 um dicke InSb-Schicht betrug. D. h., es wurde ein Dünnschicht-Kristall mit hoher Qualität erhalten,
weil der zuvor angegebene Wert für die Elektronenbeweglichkeit für die InSb-Dünnschicht äusserst gross ist. Nebenbei sei bemerkt,
dass die Elektronenbeweglichkeit für einen InSb-Einkristall 78000 cm2/V Sek. beträgt und der Wert 69 300 cm2/V Sek.
ist mit diesem Wert beinahe identisch. In der einschlägigen Literatur wurde angegeben, dass der Wert für die Elektronenbeweglichkeit
uH bei einer Dicke von 0,2 um zwischen 1/10 bis mehreren Zehntel des Wertes des Einkristalles liegt, so dass der Wert
von 5500 cm /V Sek. zeigt, dass die mit der vorliegenden Erfindung erhaltenen Kristalle sehr gut sind. Wenn der Lichtstrahl
bei dem zuvor beschriebenen Laser-Dünnschicht-Zonenschmelzgerät
nicht oszillatorisch abgelenkt wird, war die Unebenheit bzw. das sogenannte Rolling der InSb-Schicht-Oberfläche bei einer
6 lim dicken InSb-Schicht unterhalb der In^O^-Schicht bis zu
+1,5/un gross. Die Messungen ergaben für R™ den Wert 330 cnr/C
und für iiH den Wert 62 500 cm /V Sek., und die Schichtgüte war
etwas schlechter als im zuvor beschriebenen Falle. Zum Vorgleich betrug die Elektronenbeweglichkeit uH der 6 um dicken InSb-Schicht,
die mit einem Zonenschmelzgerät, bei dem das herkömmliche
Heizdrahtverfahren angewandt wird, hergestellt wurde, etwa 57 000 bis 61 000 cm2/V Sek.
709848/1205
Die vorliegende Erfindung wurde beispielsweise anhand des InSb-Dünnschicht-Kristalls beschrieben. Die vorliegende Erfindung
ist jedoch auch im Zusammenhang mit Si und Ga In,. Sb
verwendbar, die bessere elektrische Eigenschaften besitzen. Darüberhinaus muss der Laserstrahl-Querschnitt nicht notwendigerweise
ellipsenförmig sein. Vielmehr kann er je nach der Substratform
beliebig so gewählt werden, solange nur die Dünnschicht auf dem Substrat ausreichend homogen geschmolzen
werden kann.
709848/ 1205
Leerseite
Claims (12)
1. Laser-Zonenschmelzverfahren, bei dem das Zonenschmelzen
einer Dünnschicht durch Bestrahlen der Dünnschicht mit einem Laserstrahl durchgeführt wird, dadurch
gekennzeichnet , dass die IXinnschicht mit dem Laserstrahl bestrahlt wird, während der Laserstrahl
in einer Richtung hin- und herschwingend abgelenkt v/ird, die im wesentlichen senkrecht auf der Vorschubrichtung
der Schmelzzone steht, und dass der mit dem Laserstrahl zu bestrahlende Bereich von einem Ende zum anderen Ende
der Dünnschicht bewegt wird.
2. Laser-Zonenschmelzverfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Ablenkfrequenz des Laserstrahls grosser als 1 Hz ist.
7 0 9 8 /, 0 / 1 2 ü 5
3· Laser-Zonenschraelzverfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schwankungen der Laserstrahlleistung dadurch auf unter 1 % gedrückt werden.
dass die Temperatur der Schmelzzone in der Dünnschicht gemessen wird, eine der Temperatur entsprechende Spannung
in einer elektronischen Schaltung gespeichert wird, diese Spannung mit einer vorgegebenen Bezugsspannung verglichen
wird und die Spannungsdifferenz zur Regelung der Laser-Versorgungnquellc
dem Leistungsregler eines Lasergenerators rückgeführt wird.
4. Laser-Zonenschmelzverfahren nach einem der Ansprüche 1
bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Dünnschicht ein
Halbleiter ist.
t>. Lasor-Zonenschmelzverfahren nach einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiter InSb oder Gav In,, Sb ist.
6. Laser-Zonenschmelzverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dünnschicht 100 Ä
bis 100 um dick ist.
7· Laser-Zonenschmelzvorrichtung, gekennzeichnet durch eine
als geschlossener Behälter verwendete Kammer (4) mit Halterungseinrichtungen (31) zum Haltern einer dem Zonenschmelzverfahren
zu unterziehenden Dünnschicht (26, 30), eine Laser-Lichtquelle (2, 21), die einen Laserstrahl
erzeugt, mit dem die Dünnschicht (26, 30) bestrahlt wird, eine Laser-Versorgungsquelle (1) zum Betreiben der Laser-Lichtquelle
(2, 21), einen die Laser-Versorgungsquelle (1) steuernden Leistungsregler (7)» einen optischen Weg, über
den der Lichtstrahl von der Laser-Lichtquelle (2, 21) zur Dünnschicht (26, 30) gelenkt wird, eine Einrichtung (24, 52),
die den Laserstrahl mit einer über 1 Hz liegenden Frequenz in einer Richtung (51) hin- und herschwenkend ablenkt, die
im wesentlichen senkrecht auf der Vorschubrichtung (50)
7Q98A8/1205
der Schmelzzone der Dünnschicht (26, 30) steht, eine
Vorschubeinrichtung (36)» die die Dünnschicht (26, 30) oder
den Laserstrahl in der Richtung ($0) verschiebt, die im wesentlichen senkrecht auf der Ablenkrichtung (5Ό des
Laserstrahls steht, sowie Einrichtungen (5i 41; 6), die
die Schwankungen der Ausgangsleistung der Laser-Lichtquolle
(2, 21) unter 1 % drückt.
8. Laser-Zonenschmelzvorrichtung nach Anspruch 7·>
dadurch gekennzeichnet, dass die die Schwankungen der Ausgangsleistung der Laser-Lichtquelle (2, 21) unter 1 % drückenden
Einrichtungen (5i 41; 6) eine Temperatur-Messeinrichtunf:·:
(5i 4-1), die die Temperatur der Schmolzzone in der Dünnschicht
(26, 30) misst, eine Einrichtung, die eine der Temperatur entsprechende Spannung speichert, diese Spannung
mit einer vorgegebenen Bezugsspannung vergleicht und
die sich dabei ergebende Spannungsdifferenz bereitstellt, sowie eine Einrichtung (6) aufweist, die die Spannungsdifferenz
zur Unterdrückung der Schwankungen der Strahlleistung dem Leistungsregler (7) rückführt.
9· Laser-Zonenschmelzvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die Laser-Lichtquelle (2, 21) ein COo-Laser ist.
10. Laser-Zonenschmelzvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9» gekennzeichnet durch Einrichtungen, die den Laserstrahl
in der Ablenkrichtung zu einer rechteckigen oder ellipsenförmigen Querschnittsforra vergrössern (Fig. 2).
11. Laser-Zonenschmelzvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im optischem Weg
eine konvexe zylinderförmige Linse oder ein konkaver Zylinderspiegel (24) angeordnet ist (Fig. 2).
709848/ 1205
12. Laser-Zonenschmelzvorrichtung nach einem der Ansprüche 7
bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die den Strahl vergrössernden
Einrichtungen einen konkaven sphärischen
Spiegel und eine Lichtblendenplatte aufweisen.
Spiegel und eine Lichtblendenplatte aufweisen.
13· Laser-Zonenschmelzvorrichtung nach einem der Ansprüche 7
bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im optischen Weg
zwei konvexe sphärische Linsen oder zwei konkave sphärische Spiegel (22, 23) zur Vergrösserung des Strahldurchmessers angeordnet sind (Fig. 2).
zwei konvexe sphärische Linsen oder zwei konkave sphärische Spiegel (22, 23) zur Vergrösserung des Strahldurchmessers angeordnet sind (Fig. 2).
709848/1205
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6001276A JPS52143755A (en) | 1976-05-26 | 1976-05-26 | Laser, zone melting device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2723915A1 true DE2723915A1 (de) | 1977-12-01 |
DE2723915B2 DE2723915B2 (de) | 1979-01-25 |
Family
ID=13129720
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2723915A Withdrawn DE2723915B2 (de) | 1976-05-26 | 1977-05-26 | Verfahren und Vorrichtung zum Zonenschmelzen einer Dünnschicht |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4177372A (de) |
JP (1) | JPS52143755A (de) |
DE (1) | DE2723915B2 (de) |
GB (1) | GB1575440A (de) |
NL (1) | NL7705780A (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2604190A1 (fr) * | 1986-09-19 | 1988-03-25 | Carre Remy | Machine de recristallisation d'une couche mince par zone fondue |
FR2610450A1 (fr) * | 1987-01-29 | 1988-08-05 | France Etat | Dispositif de traitement thermique de plaquettes semi-conductrices |
EP0382648A1 (de) * | 1989-02-09 | 1990-08-16 | Fujitsu Limited | Verfahren und Vorrichtung für die Rekristallisation von Halbleiterschichten |
US5322589A (en) * | 1989-02-09 | 1994-06-21 | Fujitsu Limited | Process and apparatus for recrystallization of semiconductor layer |
Families Citing this family (43)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
USRE32056E (en) * | 1977-10-19 | 1985-12-24 | Baxter Travenol Laboratories, Inc. | Method of forming a connection between two sealed conduits using radiant energy |
JPS55100295A (en) * | 1979-01-24 | 1980-07-31 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Production of single crystal thin film |
JPS56108231A (en) * | 1980-02-01 | 1981-08-27 | Ushio Inc | Annealing method of semiconductor wafer |
US5217564A (en) * | 1980-04-10 | 1993-06-08 | Massachusetts Institute Of Technology | Method of producing sheets of crystalline material and devices made therefrom |
LU82690A1 (fr) * | 1980-08-05 | 1982-05-10 | Lucien D Laude | Procede de preparation de films polycristallins semiconducteurs composes ou elementaires et films ainsi obtenus |
US4374678A (en) * | 1981-06-01 | 1983-02-22 | Texas Instruments Incorporated | Process for forming HgCoTe alloys selectively by IR illumination |
JPS5839012A (ja) * | 1981-08-31 | 1983-03-07 | Fujitsu Ltd | 非単結晶半導体層の単結晶化方法 |
JPS58176929A (ja) * | 1982-04-09 | 1983-10-17 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
US4468279A (en) * | 1982-08-16 | 1984-08-28 | Avco Everett Research Laboratory, Inc. | Method for laser melting of silicon |
US4853076A (en) * | 1983-12-29 | 1989-08-01 | Massachusetts Institute Of Technology | Semiconductor thin films |
US4725709A (en) * | 1984-09-25 | 1988-02-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Apparatus having a sweep arrangement for non-contacting modification of an article |
JPS61131524A (ja) * | 1984-11-30 | 1986-06-19 | Yokogawa Electric Corp | 半導体基板 |
JPS61136985A (ja) * | 1984-12-05 | 1986-06-24 | Nec Corp | レ−ザアニ−ル法 |
DE3445613C1 (de) * | 1984-12-14 | 1985-07-11 | Jürgen 6074 Rödermark Wisotzki | Verfahren und Vorrichtung zur spanlosen Herstellung schmaler,laenglicher Werkstuecke aus Metall mittels Laserstrahls |
AU6563986A (en) * | 1985-12-06 | 1987-06-11 | Hughes Technology Pty. Ltd. | Laser sawmill |
US4874438A (en) * | 1986-04-01 | 1989-10-17 | Toyo Communication Equipment Co., Ltd. | Intermetallic compound semiconductor thin film and method of manufacturing same |
JP3213338B2 (ja) * | 1991-05-15 | 2001-10-02 | 株式会社リコー | 薄膜半導体装置の製法 |
US6975296B1 (en) * | 1991-06-14 | 2005-12-13 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Electro-optical device and method of driving the same |
US5424244A (en) * | 1992-03-26 | 1995-06-13 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Process for laser processing and apparatus for use in the same |
US5359172A (en) * | 1992-12-30 | 1994-10-25 | Westinghouse Electric Corporation | Direct tube repair by laser welding |
US5789720A (en) * | 1992-12-30 | 1998-08-04 | Westinghouse Electric Corporation | Method of repairing a discontinuity on a tube by welding |
US5664497A (en) * | 1994-02-18 | 1997-09-09 | Texas Instruments Incorporated | Laser symbolization on copper heat slugs |
US6242289B1 (en) | 1995-09-08 | 2001-06-05 | Semiconductor Energy Laboratories Co., Ltd. | Method for producing semiconductor device |
US5712191A (en) * | 1994-09-16 | 1998-01-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for producing semiconductor device |
US6902616B1 (en) * | 1995-07-19 | 2005-06-07 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method and apparatus for producing semiconductor device |
JP3841866B2 (ja) * | 1996-03-04 | 2006-11-08 | 三菱電機株式会社 | 再結晶化材料の製法、その製造装置および加熱方法 |
JP2001185503A (ja) * | 1999-12-24 | 2001-07-06 | Nec Corp | 半導体薄膜改質装置 |
US6567541B1 (en) * | 2000-02-25 | 2003-05-20 | Ahbee 1, L.P. | Method and apparatus for adhesion testing of thin film materials |
US6531681B1 (en) * | 2000-03-27 | 2003-03-11 | Ultratech Stepper, Inc. | Apparatus having line source of radiant energy for exposing a substrate |
TWI291729B (en) | 2001-11-22 | 2007-12-21 | Semiconductor Energy Lab | A semiconductor fabricating apparatus |
TWI267145B (en) | 2001-11-30 | 2006-11-21 | Semiconductor Energy Lab | Manufacturing method for a semiconductor device |
US7133737B2 (en) * | 2001-11-30 | 2006-11-07 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Program for controlling laser apparatus and recording medium for recording program for controlling laser apparatus and capable of being read out by computer |
US7214573B2 (en) * | 2001-12-11 | 2007-05-08 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing a semiconductor device that includes patterning sub-islands |
JP3992976B2 (ja) | 2001-12-21 | 2007-10-17 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
JP4030758B2 (ja) * | 2001-12-28 | 2008-01-09 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
JP2005522342A (ja) * | 2002-04-15 | 2005-07-28 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 単結晶構造の製造方法 |
US6932865B2 (en) * | 2003-04-11 | 2005-08-23 | Lockheed Martin Corporation | System and method of making single-crystal structures through free-form fabrication techniques |
US7301149B2 (en) * | 2004-05-06 | 2007-11-27 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Apparatus and method for determining a thickness of a deposited material |
ES2294919B1 (es) * | 2006-03-07 | 2009-02-16 | Consejo Superior Investig. Cientificas | Horno continuo con laser acoplado para el tratamiento superficial de materiales. |
JP4549996B2 (ja) | 2006-03-30 | 2010-09-22 | 株式会社日本製鋼所 | レーザ照射装置 |
TW201001624A (en) * | 2008-01-24 | 2010-01-01 | Soligie Inc | Silicon thin film transistors, systems, and methods of making same |
US20090191348A1 (en) * | 2008-01-25 | 2009-07-30 | Henry Hieslmair | Zone melt recrystallization for inorganic films |
ES2683219T3 (es) | 2013-09-06 | 2018-09-25 | Ormco Corporation | Aparatos ortodóncicos y métodos de hacerlos |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB963843A (en) * | 1960-08-22 | 1964-07-15 | Ass Elect Ind | Improvements relating to zone melting by electron beam furnaces |
US3699649A (en) * | 1969-11-05 | 1972-10-24 | Donald A Mcwilliams | Method of and apparatus for regulating the resistance of film resistors |
US3848104A (en) * | 1973-04-09 | 1974-11-12 | Avco Everett Res Lab Inc | Apparatus for heat treating a surface |
JPS50110272A (de) * | 1974-02-06 | 1975-08-30 | ||
US3986391A (en) * | 1975-09-22 | 1976-10-19 | Western Electric Company, Inc. | Method and apparatus for the real-time monitoring of a continuous weld using stress-wave emission techniques |
JPS5296864A (en) * | 1976-02-09 | 1977-08-15 | Motorola Inc | Method of transforming slice of polycrystal semiconductor into slice of huge crystal semiconductor |
-
1976
- 1976-05-26 JP JP6001276A patent/JPS52143755A/ja active Granted
-
1977
- 1977-05-24 US US05/799,928 patent/US4177372A/en not_active Expired - Lifetime
- 1977-05-25 NL NL7705780A patent/NL7705780A/xx not_active Application Discontinuation
- 1977-05-25 GB GB22047/77A patent/GB1575440A/en not_active Expired
- 1977-05-26 DE DE2723915A patent/DE2723915B2/de not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2604190A1 (fr) * | 1986-09-19 | 1988-03-25 | Carre Remy | Machine de recristallisation d'une couche mince par zone fondue |
FR2610450A1 (fr) * | 1987-01-29 | 1988-08-05 | France Etat | Dispositif de traitement thermique de plaquettes semi-conductrices |
EP0382648A1 (de) * | 1989-02-09 | 1990-08-16 | Fujitsu Limited | Verfahren und Vorrichtung für die Rekristallisation von Halbleiterschichten |
US5322589A (en) * | 1989-02-09 | 1994-06-21 | Fujitsu Limited | Process and apparatus for recrystallization of semiconductor layer |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US4177372A (en) | 1979-12-04 |
DE2723915B2 (de) | 1979-01-25 |
JPS52143755A (en) | 1977-11-30 |
NL7705780A (nl) | 1977-11-29 |
JPS541613B2 (de) | 1979-01-26 |
GB1575440A (en) | 1980-09-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2723915A1 (de) | Laser-zonenschmelzverfahren und -vorrichtung | |
DE60027820T2 (de) | Vorrichtung mit einem optischen System zur Laserwärmebehandlung und ein diese Vorrichtung verwendendes Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen | |
DE69232896T2 (de) | Verfahren für anodische Bindung mit Lichtstrahlung | |
DE69731701T2 (de) | Optische Wellenleitervorrichtungen, optische Wanderwellen-Modulatoren und Verfahren zur Herstellung optischer Wellenleitervorrichtungen | |
DE69131528T2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung eines sehr kleinen Bereichs einer Probe | |
DE102008047611A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung für das Laserglühen | |
DE69534972T2 (de) | Mehrfachwellenlängen-laseroptiksystem für eine prüfstation und laserschneiden | |
DE60030517T2 (de) | Verfahren zur wärmebehandlung durch laserstrahlen, und halbleiteranordnung | |
DE68924563T2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächenanalyse. | |
DE69406739T2 (de) | Elektronenstrahlgerät | |
DE3732426A1 (de) | In ein elektronenmikroskop eingebautes rastertunnelmikroskop | |
DE10339237A1 (de) | Verfahren zur In-Situ-Überwachung des Kristallisationszustands | |
DE102004036220A1 (de) | Laserdotierung von Festkörpern mit einem linienfokussierten Laserstrahl und darauf basierende Herstellung von Solarzellen-Emittern | |
DE69628504T2 (de) | Verfahren zur Oberflächenaktivierung sowie Gerät und Lampe zum Ausführen dieses Verfahrens | |
DE102004031441B4 (de) | Verfahren zum Herstellen einer Schicht aus kristallinem Silicium, Verfahren zum Herstellen einer aktiven Schicht aus einer solchen Schicht, Verfahren zum Herstellen eines Schaltelements aus einer solchen aktiven Schicht sowie Schaltelement mit einer Schicht aus kristallinem Silicium | |
DE102016006960B4 (de) | Optisches System zum Beseitigen von Inhomogenitäten in der Intensitätsverteilung von Laserstrahlung, Anlage zur Bearbeitung von Dünnfilmschichten mit einem optischen System und optisches Verfahren | |
EP1722449B1 (de) | Verwendung eines Scheibenlasers zur Kristallisation von Siliziumschichten | |
DE2021621A1 (de) | Akustooptische Vorrichtungen | |
DE3733823A1 (de) | Verfahren zur kompensation des einflusses von umweltparametern auf die abbildungseigenschaften eines optischen systems | |
DE3620300A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur herstellung einkristalliner duennfilme | |
WO2008148377A2 (de) | Verfahren zur selektiven thermischen oberflächenbehandlung eines flächensubstrates | |
WO2011054454A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum kristallisieren einer amorphen halbleiterschicht mit einem laserstrahl | |
EP1664934B1 (de) | Immersions-lithographie-verfahren und vorrichtung zum belichten eines substrats | |
DE3818504C2 (de) | ||
DE112022002455T5 (de) | Verfahren und vorrichtung zum lasertempern |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OD | Request for examination | ||
BHN | Withdrawal |