DE3123628A1 - Einrichtung zur umkristallisation duenner oberflaechenschichten oder duenner, auf substraten aufgebrachter schichten mittels eines elektronenmissionssystems - Google Patents

Einrichtung zur umkristallisation duenner oberflaechenschichten oder duenner, auf substraten aufgebrachter schichten mittels eines elektronenmissionssystems

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DE3123628A1 DE19813123628 DE3123628A DE3123628A1 DE 3123628 A1 DE3123628 A1 DE 3123628A1 DE 19813123628 DE19813123628 DE 19813123628 DE 3123628 A DE3123628 A DE 3123628A DE 3123628 A1 DE3123628 A1 DE 3123628A1
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Eberhard Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. 8023 Pullach Krimmel
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Description

  • Einrichtung zur.Umkristallisation dünner Oberflächen-
  • schichten oder dünner auf Substraten aufgebrachter Schichten mittels eines Elektronenemlssionssystems.
  • Die vorliegende atentanmeldung betrifft eine Einrichtung zur Umkristallisation dünner Oberflächenschichten oder dünner, auf Substraten aufgebrachter Schichten mittels eines Elektronenemissionssystems,- wie es beispielsweise bei Elektronenmikroskopen oder elektronischen Schweißanlagen verwendet wird.
  • Eine Möglichkeit, dünne Oberflächenschichten oder dünne, auf Substraten abgeschiedene Schichten umzukristallisieren, ist aus einem Aufsatz von M. Chiba, K. Okuyama, Y. Kumagai aus der japanischen J. Appl. Phys. 20 auf den Seiten 787/788 (1981) bekannt. Dabei wird ein Zonenziehprozeß durchgeführt, wobei über das umzukristallisierende Objekt ein erhitzter Draht geführt wird. Diese Methode erlaubt keine hohen Umkristallisationsgeschwindigkeiten und weist.deshalb nur einen geringen Wirkungsgrad auf.
  • Ein Aufschmelzen dicker Schichten ist hier nicht möglich, weil die Dichte der durch elektromagnetische Strahlung überctragbaren. Energie begrenzt ist.
  • Eine weitere Möglichkeit der Umkristallisation besteht darin,- &iB das Objekt mit Laserlicht abrasternd bestrahlt wird, wobei das Laserlicht durch eine rotationssymmetrische Linse zu einem Punktfokus oder durch eine Zylinderlinse zu einem Strichfokus auf das Objekt fokussiert wird.
  • Eine Einrichtung der eingangs genannten Art ist aus dem Bericht von E. F. Krimmel, H. Lamatsch, H. Runge; Conf.
  • on Laser and Electron Beam Processing of Electronic Materials, ECS, Los Angeles, 14.-19.10.1979, Proc.
  • ECS 80-1, Seiten 161 bis 169 (1980) zu entnehmen. Dabei werden Elektronenstrahlen durch Linsensysteme ~rotations-oder zylindersymmetrisch auf das umzukristallisierende Objekt fokussiert. Diese,nach dem Muster von El.ektronenmikroskopen aufgebaute Vorrichtung ist aber sehr kompliziert und deshalb für Verfahrensschritte in der Halbleiter- und Dünnschichttechnoiogie nicht wirtschaftlich einsetzbar.
  • Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht in der Schaffung einer Umkristallisations-Einrichtung mit optimalem Wirkungsgrad, welche in der Lage ist, auf möglichst einfache Weise eine Umkristallisation in dünnen Oberflächenschichten und auch in Schichten, die auf Substrate aufgebracht sind, zu erzielen. Dabei sollen etwa schon vorhandene Kristallite der Schicht vergrößert werden. Desweiteren soll es möglich sein, die Schicht im Extremfall sogar in den einkristallinen Zustand zu überführen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung der eingangs genannten Art gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß a) die Glühkathode des Elektronenemissionssyst#ems als Strichkathode ausgebildet ist, b) die Kathode in ihrer Länge der Geometrie des.uzzukristallisierenden ,Bereiches angepaßt. ist, c) die Elektronenabzugs- oder Beschleunigungsspannung direkt zwischen Kathode und umzukristallisierenden Objekt angelegt ist, d) eine Wehnelt-Elektrode vorgesehen ist, die zylindersymmetrisch geformt die Strich-Kathode umgibt und e) Mittel vorgesehen sind, wodurch Strichkathode und umzukristallisierendes Objek#t in geringem Abstand relativ zueinander bewegbar sind.
  • Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die Glühkathode als Draht oder als eigentragender Stab ausgebildet ist und eine Länge aufweist, die der Breite des umzukristallisierenden Objektes entspricht. Dabei ist unter einem eigentragenden Stab ein Stab zu verstehen, dessen Durchmesser so groß ist, daß ein Verbiegen durch. Hitze nicht zu befürchten ist.
  • Die Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung liegen darin, daß durch die zur Strichkathode zylindersymmetrisch geformte Wehnelt-Elektrode sowohl eine Fokussierung der Elektronen als auch eine Reflektion der von der Kathode in den nicht nutzbaren Raumwinkel emittierten Wärmestrahlung erfolgt. Das System funktioniert also sowohl über die Wärme-Emission, die durch die normalerweise hohe Reflektion an der Objektoberfläche verhältnismäßig ineffizient ist, als auch hauptsächlich über die Elektronenbestrahlung, wobei praktisch 100 #,o' der Bestrahlungsenergie zum Umkristallisieren umgesetzt werden können.
  • Die Dicke der beeinflußten Schichten wird im wesentlichen durch die Eindringtiefe der Elektronen bestimmt, das heißt, durch deren Energie, welche über di.e angelegte Spannung gesteuert werden kann.
  • Die Einrichtung ist insbesondere einsetzbar bei der Herstellung integrierter Halbleiter- und Dünnschichtschaltungen, sowie bei der Fertigung von Solarzellen.
  • Weitere Einzelheiten über den Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung sind aus der in der Zeichnung abge- bildeten Figur zu entnehmen. Dabei gelten folgende Bezugszeichen: 1 = umzukristallisierendes Objekt, 2 = umkristallisierte Schicht, 3 = freitragender Stab als Glühkathode, 4 = Wehnelt-Zylinder., 5 = Erde 6 = Bewegungsrichtung des Objektes IK = Heizstrom für Kathode UE = Spannung zwischen Kathode (3) und Objekt (1) UW = Wehnelt-Spannung.
  • Die Entfernung zwischen Glühkathode und umzukristallisierendem Objekt soll nur wenige mm oder Bruchteile von mm betragen.
  • Ausfuhrunffsbeispiel : Versuche haben ergeben, daß die- Qualität der umkristallisierten einkristallinen Schicht mit steigender Umkristallisationsgeschwindigkeit zunimmt.
  • Gute Ergebnisse werden erzielt, wenn die#Umkristallisationsgeschwindigkeit v = 103cm s 1 übersteigt#. Als Beispiel sei das Umkristallisieren eines 100 /um dicken 1 m2 großen Si-Schicht (2), die auf einem amorphen SiO2-Substrat (1) geringer thermischer Leitfähigkeit aufgebracht ist, angegeben: Dichte des Si: #Si= 2,33 g cm-³ Spez. Wärme,: ist (RT) ~0,68 Jg-1 K-1 (J = Joule, K = Grad Kelvin) Schmelztemperatur: Ts Si 1698 K Schmelzwärme: Q5 = 1,8 x 103 Jg 1 Der Mindest-Gesamtverbrauch an Energie zum Aufschmelzen der besagten 100 /um dicken Schicht ist Q = 0.18 kWh m-2 = 0,648 MJm '.
  • Charakteristische Apparateparameter sind z. B.: zum Heizen einer Wolframkathode von 2 mm Stabdurchmesser werden Ströme von JK 200 A benötigt, die Wehnelt-Spannung liegt variabel zwischen O fUw >-200 Volt und als Spannung zwischen Kathode (3).und Objekt (1) wird für diese Schichtdicken bevorzugt UE~100 kV gewahrt.
  • Der Elektronenstrom von der Kathode (3) zum Objekt (1) bewegt sich für eine 1 m lange Kathode (3) im-Bereich von einigen Ampere.
  • 4 Patentansprüche 1 Figur Leerseite

Claims (4)

  1. Patentansprüche.
    Einrichtung zur Umkristallisation dünner Oberflächenschichten oder dünner, auf Substrate aufgebrachter Schichten mittels eines Elektronenemissionssystems, wie es beispielsweise bei Elektronenmikroskopen oder elektronischen Schweißanlagen verwendet wird, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t , daß a) die Glühkathode (3.) des Elektronenemissionssystems als Strichkathode ausgebildet ist b) die Kathode (3) in ihrer Länge der Geometrie des umzukristallisierenden Bereiches (1, 2) angepaßt ist, c) die Elektronenabzugs- o der Beschleunigungsspannung direkt zwischen Kathode (3) und umzukristallisierenden Objekt (1) angelegt ist, d) eine Wehnelt-Elektrode (4) vorgesehen ist, die zylindersymmetrisch geformt die Strichkathode (3) umgibt und e) Mittel (6) vorgesehen sind, wodurch Strichkathode (3) und umzukristallisierendes Objekt (1,2) im geringen Abstand relativ zueinander bewegbar sind.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, d.a du r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Glühkathode (3) als Draht ausgebildet ist und eine Länge aufweist,die der Breite des umzukristallisierenden Objektes (1, 2) entspricht..
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k k e n n z e i c h n e t , daß die Glühkathode (3) als eigentragender Stab ausgebildet ist und eine Länge aufweist, die der Breite des umzukristallisierenden Objektes (1,.2) entspricht.
  4. 4. Einrichtung.nach.Anspruch 1 bis 3, d a'd u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Abstand Strichkathode (3) : umzukristallisierendes Objekt (1, 2) auf kleiner 5 mm eingestellt ist.
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