DE3818504A1 - METHOD AND DEVICE FOR THE CRYSTALIZATION OF THIN SEMICONDUCTOR LAYERS ON A SUBSTRATE MATERIAL - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR THE CRYSTALIZATION OF THIN SEMICONDUCTOR LAYERS ON A SUBSTRATE MATERIALInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Kristallisa tion dünner Halbleiterschichten auf einem Substratmaterial, insbesondere für die gezielte Kristallisation von Silizium filmen ohne Keimvorgabe mittels Laserstrahlung in sogenannten SOI-Strukturen (SOI: Silicon-On-Insulator/Silizium-auf-Isola tor), sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfah rens.The invention relates to a method for crystallization tion of thin semiconductor layers on a substrate material, especially for the targeted crystallization of silicon film without germs by means of laser radiation in so-called SOI structures (SOI: Silicon-On-Insulator / Silicon-on-Isola gate), and a device for performing this procedure rens.
SOI-Strukturen sind für eine Reihe von elektronischen Bauelementen, insbesondere in integrierten Schaltungen (im folgenden kurz als "IC" bezeichnet), von technischer Bedeu tung. Ein Querschnitt durch ein Substratmaterial mit einer SOI-Struktur ist schematisch in der anliegenden Fig. 1 darge stellt. Dabei ist auf einer Silizium-Basisschicht (Bulk-Si) eine Isolatorschicht I, hier beispielsweise eine 0,5 µm dicke SiO2-Schicht, und auf dieser Isolatorschicht I eine, hier beispielsweise ebenfalls 0,5 µm dicke, polykristalline Sili zium-Oberflächenschicht S ausgebildet.SOI structures are of technical importance for a number of electronic components, in particular in integrated circuits (hereinafter referred to as "IC"). A cross section through a substrate material with an SOI structure is shown schematically in the accompanying FIG. 1. Here is on a silicon base layer (bulk Si) an insulator layer I, here for example a 0.5 µm thick SiO 2 layer, and on this insulator layer I a, here for example also 0.5 µm thick, polycrystalline silicon surface layer S trained.
Die unter Verwendung von SOI-Substraten hergestellten in tegrierten Schaltungen (SOI-IC) zeigen gegenüber konventio nellen ICs, d. h. auf monokristallinen Si-Substraten herge stellten ICs, wegen geringerer parasitärer Kapazitäten höhere Signalgeschwindigkeiten und eine geringere Strahlungsempfind lichkeit. Bei CMOS-ICs kann bei erhöhter Integrationsdichte der sogenannte Latch-Up-Effekt vermieden werden.The manufactured in using SOI substrates in Integrated circuits (SOI-IC) show conventional bright ICs, d. H. on monocrystalline Si substrates provided ICs, due to lower parasitic capacities higher Signal speeds and a lower radiation sensitivity ease. With CMOS ICs, with increased integration density the so-called latch-up effect can be avoided.
Unter Anwendung der SOI-Technik können insbesondere auch dreidimensionale ICs (3D-ICs) gefertigt werden, wenn als Sub strat für die zu kristallisierende Si-Schicht Wafer mit IC- Strukturen verwendet werden, die mit einer geeigneten Isola torschicht versehen sind. Die Ausbildung von dreidimensionalen IC-Strukturen unter Anwendung der SOI-Technologie ist in den Artikeln von Y. Akasaka et al. "Trends In Three-Dimensional Integration" (Solid State Technology, Februar 1988, S. 81 bis 89) und "Three-Dimensional IC Trends" (Proc. of the IEEE, vol. 74, No. 12, Dez. 86, S. 1703-1714) beschrieben.Using SOI technology in particular can also three-dimensional ICs (3D ICs) are manufactured if as a sub strat for the silicon layer to be crystallized wafers with IC Structures are used with a suitable isola are provided. The formation of three-dimensional IC structures using SOI technology is in the Articles by Y. Akasaka et al. "Trends in three-dimensional Integration "(Solid State Technology, February 1988, pp. 81 to 89) and "Three-Dimensional IC Trends" (Proc. Of the IEEE, vol. 74, No. 12, Dec. 86, pp. 1703-1714).
Es ist bekannt, einkristalline SOI-Schichten durch loka les Aufschmelzen von feinkristallinem Silizium-Material herzu stellen. Dieser Schmelzvorgang erfolgt durch geeignete Ener gieeinkopplung, z. B. durch Laserstrahlung (Ar, Nd:YAG), aber auch durch Strahlung inkohärenter Strahlungsquellen (Lampen heizer, Graphitstreifenheizer) sowie durch Elektronenstrahlen. Für die Ausbildung einer einkristallinen Materialschicht muß beim Kristallisationsbeginn ein geeigneter Kristallisations keim vorhanden sein. Weiterhin ist für das einkristalline Schichtwachstum ein entsprechender Temperaturgradient in der Schmelze erforderlich. Um zu verhindern, daß der durch die Strahlung erzeugte dünne schmelzflüssige Film aufgrund seiner Oberflächenspannung von der Unterlage abreißt, wird bei den bekannten Verfahren die feinkristalline Si-Schicht vor der Kristallisation mit einer transparenten dünnen Abdeckschicht, z. B. aus SiO2, versehen.It is known to produce single-crystalline SOI layers by locally melting fine-crystalline silicon material. This melting process takes place by means of suitable energy coupling, e.g. B. by laser radiation (Ar, Nd: YAG), but also by radiation of incoherent radiation sources (lamp heater, graphite strip heater) and by electron beams. For the formation of a single-crystalline material layer, a suitable crystallization seed must be present at the start of crystallization. A corresponding temperature gradient in the melt is also required for the single-crystalline layer growth. In order to prevent the thin molten film produced by the radiation from tearing off the surface due to its surface tension, in the known processes the fine-crystalline Si layer is crystallized with a transparent thin covering layer, e.g. B. made of SiO 2 .
Grundsätzlich sind drei Arten bekannt, den durch die Strahlung zu erzeugenden, für das Schichtwachstum in der Sili ziumschicht einer SOI-Struktur erforderlichen Temperaturgra dienten einzustellen:Basically, three types are known, by the Radiation to be generated for layer growth in the sili layer of temperature of a SOI structure served to set:
- 1) Einstellung einer geeigneten lateralen Intensitäts verteilung bei dem auf das Substrat auftreffenden Photonen- oder Elektronenstrahl ("Beam-Shaping");1) Setting an appropriate lateral intensity distribution of the photon impinging on the substrate or electron beam ("beam shaping");
- 2) Erzeugung eines thermischen Profils, indem die Ener gie-Absorptionscharakteristika des Oberflächenfilms des Sub strats durch strukturierte Antireflexions-Dünnfilme oder Ab sorptionsschichten auf der Polysiliziumschicht verändert wer den; und2) Generation of a thermal profile by the Ener gy absorption characteristics of the surface film of the sub strats through structured anti-reflection thin films or Ab sorption layers on the polysilicon layer who changed the; and
- 3) gezielte Vorgabe der Wärmeableitungscharakteristika zum Substrat.3) Targeted specification of the heat dissipation characteristics to the substrate.
Bei den bisher bekannten Verfahren, bei denen die Erzeu gung einer Schmelze in der Silizium-Schicht einer SOI-Struktur durch Laser- bzw. Elektronenstrahl erfolgt, wird die erforder liche Keimvorgabe zum Kristallisationsbeginn durch Kontakt löcher in der Isolatorschicht erzielt, wenn einkristallines Silizium als Basismaterial verwendet wird. In ähnlicher Weise wie in der Graphoepitaxie kann man bei der Verwendung von in tegrierten Reflektoren dabei eine laterale Keimvorgabe erhal ten. Da jedoch bei diesem Verfahren die Strahlabtastung in Richtung der streifenförmigen Reflektoren erfolgt, ist die Keimvorgabe lokal nicht definiert, und es tritt eine spontane Keimausbildung auf.In the previously known methods in which the ore a melt in the silicon layer of an SOI structure by laser or electron beam, the required germination at the start of crystallization by contact holes in the insulator layer when single crystal Silicon is used as the base material. In a similar way as in graphoepitaxy, you can use in tegrated reflectors receive a lateral germ specification However, since the beam scanning in Direction of the strip-shaped reflectors is the Germ specification not defined locally, and there is a spontaneous Germ formation on.
Angesichts der bekannten Kristallisationsverfahren liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine gezielte Kristallisation von dünnen Halbleiterschichten, insbesondere von einkristallinen Sili ziumfilmen auf einer SOI-Struktur, erfolgen kann, indem durch Erzeugung einer Schmelze mit einem vorgegebenen Temperatur profil in einer Halbleiter-Oberflächenschicht allein mittels der eingestrahlten Energie reproduzierbar ein Wachstumskeim selektiert und anschließend ein stabiles einkristallines Schichtwachstum erzielt wird. Weiterhin soll auch eine Vor richtung angegeben werden, mit der dieses Verfahren durchge führt werden kann.Given the known crystallization process the object of the present invention is to provide a method specify with which a targeted crystallization of thin Semiconductor layers, in particular single-crystal sili ziumfilmen on a SOI structure, can be done by Generation of a melt with a predetermined temperature profile in a semiconductor surface layer using only the radiated energy reproducibly a growth nucleus selected and then a stable monocrystalline Layer growth is achieved. Furthermore, a pre direction with which this procedure is carried out can be led.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren, wie es im Hauptanspruch angegeben ist. Danach wird die Ober flächenschicht einer Halbleiterstruktur lokal aufgeschmolzen, wobei in der Schmelze ein Temperaturprofil erzeugt wird, das einen symmetrisch zum Zentrum verlaufenden "unterkühlten" Be reich aufweist, der in seinen lateralen Abmessungen die glei che Größenordnung wie die Dicke der Schmelze hat. Als Halb leiter-Substratmaterial findet insbesondere eine SOI-Struktur Anwendung, so daß die Schmelze in der polykristallinen Sili zium-Oberflächenschicht erzeugt wird, aus der dann die Kri stallisation einer einkristallinen Siliziumschicht erfolgt.This problem is solved with a method as stated in the main claim. Then the waiter surface layer of a semiconductor structure locally melted, wherein a temperature profile is generated in the melt, the a "hypothermic" Be running symmetrically to the center has rich, the same in its lateral dimensions order of magnitude such as the thickness of the melt. As a half conductor substrate material in particular finds an SOI structure Application so that the melt in the polycrystalline sili Zium surface layer is generated, from which the Kri A single-crystal silicon layer is installed.
Für die Erzielung des erfindungsgemäß erforderlichen Tem peraturprofils in der Schmelze wird vorzugsweise Energie mit tels eines Lasers auf das Substrat aufgestrahlt, der in einem TEM01- oder TEM01*-Schwingungsmode betrieben wird. Es kön nen zur Erzeugung des erforderlichen Temperaturprofils einem Laser auch TEM00-Moden verwendet werden, die so überlagert werden, daß sich ein dem TEM01-Mode vergleichbares Intensi tätsprofil ergibt. Die Intensitätsprofile eines Laserstrahls im TEM01-Schwingungsmode bzw. bei Überlagerung von zwei TEM00-Moden sind in Fig. 2 dargestellt. Ein wesentliches Merkmal der sich einstellenden Intensitätsverteilung besteht darin, daß synmetrisch zu einem zentralen Intensitätsminimum zwei Intensitätsmaxima auftreten. Durch diese definierten In tensitätsunterschiede ist es möglich, das Temperaturprofil in der Schmelze, das dem Intensitätsprofil des Laserstrahls folgt, gezielt einzustellen, d. h. die lateralen Abmessungen des "unterkühlten" Bereichs der Schmelze in Abhängigkeit vom Abstand a Intensitätsminimum - Intensitätsmaximum vorzugeben.To achieve the temperature profile required according to the invention in the melt, energy is preferably radiated onto the substrate using a laser which is operated in a TEM 01 or TEM 01 * vibration mode. TEM 00 modes can also be used to generate the required temperature profile of a laser, which are superimposed in such a way that an intensity profile comparable to TEM 01 mode results. The intensity profiles of a laser beam in the TEM 01 oscillation mode or when two TEM 00 modes are superimposed are shown in FIG. 2. An essential feature of the intensity distribution that arises is that two intensity maxima occur synmetrically to a central intensity minimum. These defined intensity differences make it possible to set the temperature profile in the melt which follows the intensity profile of the laser beam in a targeted manner, ie to specify the lateral dimensions of the "supercooled" area of the melt as a function of the distance a intensity minimum - intensity maximum.
Erfindungsgemäß wird die Intensitätsverteilung des La serstrahls so gewählt, daß der sich symmetrisch zur Strahl- Abtastrichtung ausbildende unterkühlte Bereich der Schmelze in seinen lateralen Abmessungen vergleichbar mit der Dicke der Schmelze ist. Dadurch erfolgt eine "automatische" Keimse lektion mit einem anschließenden stabilen einkristallinen Schichtwachstum. Ist die Oberflächenschicht des Halbleiter substrats aus Silizium, zeigt die kristallisierte Schicht eine (100)-Orientierung, wobei das Schichtwachstum in einer <100<- Richtung erfolgt, die mit der Abtast- bzw. Scanrichtung iden tisch ist.According to the intensity distribution of the La selected so that it is symmetrical to the beam Supercooled region of the melt forming in the scanning direction its lateral dimensions are comparable to the thickness of the Melt is. This results in an "automatic" germination lesson followed by a stable single crystal Layer growth. Is the surface layer of the semiconductor silicon substrate, the crystallized layer shows a (100) orientation, with layer growth in a <100 <- Direction is the same as the scanning direction is table.
Bei der Kristallisation einer Silizium-Oberflächenschicht sollte die laterale Ausdehnung des Bereichs der kritischen Un terkühlung in der Schmelze das Drei- bis Fünffache der Schichtdicke betragen.During the crystallization of a silicon surface layer the lateral extent of the critical Un cooling in the melt three to five times that Layer thickness.
Die Scangeschwindigkeit des intensitätsmodulierten Laser strahls beträgt vorzugsweise 10 bis 500 mm/sek, der Strahl durchmesser (bei 1/e-Intensität) auf der Substratoberfläche 5 bis 20 µm.The scanning speed of the intensity-modulated laser beam is preferably 10 to 500 mm / sec, the beam diameter (at 1 / e intensity) on the substrate surface 5 to 20 µm.
Die Kristallisation kann erfindungsgemäß in einer mit Do tiergas gefüllten Kammer erfolgen, so daß die kristallisierte Schicht während des Aufwachsvorgangs gezielt dotiert werden kann. Bei der Dotierung von Silizium wird vorzugsweise Phos phin (PH3) oder Arsin (AsH3) zur Herstellung n-leitender Schichten, Diboran (B2H6) oder Bortrichlorid (BCl3) zur Herstellung p-leitender Schichten verwendet.According to the invention, the crystallization can take place in a chamber filled with animal gas, so that the crystallized layer can be doped specifically during the growth process. When doping silicon, preference is given to using phosphine (PH 3 ) or arsine (AsH 3 ) to produce n-type layers, diborane (B 2 H 6 ) or boron trichloride (BCl 3 ) to produce p-type layers.
Damit können nach vorliegender Erfindung einkristalline Halbleiterschichten auf einem Substratmaterial entsprechend den jeweiligen Erfordernissen des elektronischen Bauelements bzw. der elektronischen Schaltung (Layout) gezielt - auch rechnergesteuert - ohne Keimvorgabe in beliebiger Richtung kristallisiert und in definierter Weise dotiert werden, ohne eine zusätzliche Abdeckungsschicht zur Stabilisierung der schmelzflüssigen Oberfläche vorzusehen. Das ist insbesondere aus Wirtschaftlichkeitsgründen interessant, wenn man berück sichtigt, daß nur ein geringer Teil der Oberfläche eines IC- Chip (etwa 15%) mit aktiven Bauelementen belegt ist und daher einkristallin sein muß.Thus, according to the present invention, single-crystal ones Semiconductor layers on a substrate material accordingly the respective requirements of the electronic component or the electronic circuit (layout) targeted - too computer-controlled - in any direction without any germs crystallized and doped in a defined manner without an additional cover layer to stabilize the provide molten surface. That is special interesting from an economic point of view if you consider recognizes that only a small part of the surface of an IC Chip (about 15%) is occupied with active components and therefore must be single crystal.
Mit diesem Kristallisationsverfahren können neue techni sche Bauelemente auf dem Gebiet der Displaytechnik realisiert werden. Von Bedeutung ist dieses Verfahren weiterhin in der Optoelektronik, in der integrierten Optik sowie bei der Her stellung von integrierten Solarzellen.With this crystallization process new techni cal components in the field of display technology realized will. This procedure is still of importance in the Optoelectronics, in integrated optics and in the manufacture provision of integrated solar cells.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. In den Zeichnungen zeigenPreferred embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings in detail explained. Show in the drawings
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine SOI- Struktur (Silicon-On-Insulator); Fig. 1 shows a schematic cross section through an SOI structure (silicon on insulator);
Fig. 2 Intensitätsprofile eines Laserstrahls im TEM01-Schwingungsmode und bei Überlagerung von zwei TEM00- Schwingungsmoden; Fig. 2 intensity profile of a laser beam in the TEM 01 -Schwingungsmode and superposition of two TEM 00 - oscillation modes;
Fig. 3 den schematischen Aufbau einer Vorrichtung mit einem Ar-Laser zur selektiven Kristallisation nach dem erfin dungsgemäßen Verfahren; und Figure 3 shows the schematic structure of a device with an Ar laser for selective crystallization according to the inventive method. and
Fig. 4a und 4b Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen von rekristallisierten Polysilizium-Bereichen auf einer SOI- Struktur, die mit Laserstrahlen im TEM01-Schwingungsmode (a) bzw. im TEM01*-Schwingungsmode (b) erzielt wurden. FIGS. 4a and 4b scanning electron micrographs of recrystallized polysilicon regions on a SOI structure with laser beams in the TEM 01 -Schwingungsmode (a) or in the TEM 01 * -Schwingungsmode (b) were obtained.
Der Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens ist schematisch in Fig. 3 darge stellt. Entsprechend dieser Anordnung sind im Strahlengang ei nes Laserstrahls hintereinander ein Prisma 1, eine Laserröhre 2 zur Erzeugung des Laserstrahls (hier ein Ar-Laser), eine verstellbare Aperturblende 3, ein Auskoppelspiegel 4, eine elektro-optische Modulationseinrichtung mit einem ADP-Kristall 5 und einem dielektrischen Polarisator 6, ein λ/4-Plättchen 7, ein Objektiv 8 sowie der zu bestrahlende Wafer 9 angeordnet.The structure of a device for performing the inventive method is shown schematically in Fig. 3 Darge. According to this arrangement, a prism 1 , a laser tube 2 for generating the laser beam (here an Ar laser), an adjustable aperture diaphragm 3 , a coupling mirror 4 , an electro-optical modulation device with an ADP crystal 5 and 5 are in the beam path of a laser beam a dielectric polarizer 6 , a λ / 4 plate 7 , an objective 8 and the wafer 9 to be irradiated.
Durch Verstellen der - gewöhnlich innerhalb des Laser- Resonators angeordneten - Aperturblende 3 werden die erfin dungsgemäß gewünschten TEM01- oder TEM01*-Schwingungs moden bzw. die TEM00-Schwingungsmoden des Lasers stabil ein gestellt. Bei Auswahl von TEM00-Schwingungsmoden werden die se so überlagert, daß sich ein dem TEM01-Mode vergleichbares Intensitätsprofil des Laserstrahls ergibt.By adjusting the - usually arranged within the laser resonator - aperture 3 , the TEM 01 - or TEM 01 * vibration modes or the TEM 00 vibration modes of the laser desired according to the invention are set in a stable manner. When TEM 00 vibration modes are selected, they are superimposed in such a way that an intensity profile of the laser beam comparable to the TEM 01 mode results.
Das λ/4-Plättchen 7 ist im Strahlengang angeordnet, um eine zeitlich konstante, d. h. nicht oszillierende Absorption der Laserstrahlung in der geschmolzenen bzw. zu schmelzenden Materialschicht zu erzielen. Der von der Oberfläche des Wafers 9 reflektierte Strahlanteil wird durch das λ/4-Plättchen 7 un terdrückt, da dieser reflektierte, zirkular polarisierte Strahlanteil beim Durchlaufen des λ/4-Plättchens 7 wieder linear polarisiert wird, wobei jedoch die Polarisationsrich tung senkrecht zur Polarisationsrichtung des einfallenden Laserstrahls ist. Der reflektierte Strahlanteil kann somit den dielektrischen Polarisator 6 nicht passieren und gelangt daher nicht zurück in den Laser-Resonator.The λ / 4 plate 7 is arranged in the beam path in order to achieve a temporally constant, ie non-oscillating absorption of the laser radiation in the melted or to be melted material layer. The portion of the beam reflected from the surface of the wafer 9 is suppressed by the λ / 4 plate 7 , since this reflected, circularly polarized portion of the beam is linearly polarized again as it passes through the λ / 4 plate 7 , but the direction of polarization is perpendicular to the direction of polarization of the incident laser beam. The reflected beam portion can therefore not pass the dielectric polarizer 6 and therefore does not get back into the laser resonator.
Der gewünschte Strahldurchmesser auf der Oberfläche des Wafers 9 wird über die Brennweite des Objektivs 8 eingestellt. In der in Fig. 3 dargestellten Anordnung findet beispiels weise ein Objektiv mit einer Brennweite f=25 mm Anwendung, mit dem ein Strahldurchmesser von 10 µm auf der Wafer-Ober fläche eingestellt wird.The desired beam diameter on the surface of the wafer 9 is set via the focal length of the lens 8 . In the arrangement shown in FIG. 3, for example, a lens with a focal length f = 25 mm is used, with which a beam diameter of 10 μm is set on the surface of the wafer.
Die Strahlbewegung auf dem Substrat 9 kann beispielsweise durch mechanisch bewegte Spiegel bzw. elektro-optische Ab lenkelemente oder auch durch die mechanische Verstellung eines x-y-Tisches erfolgen, auf dem der Wafer 9 angeordnet ist. Die se Elemente für die Ablenkung des Strahls auf der Substrat oberfläche sind in Fig. 3 nicht dargestellt. Die Steuerung der Strahlbewegung bzw. die Ansteuerung des x-y-Tisches sowie die Modulation der Lichtintensität erfolgt über einen Rechner.The beam movement on the substrate 9 can take place, for example, by mechanically moving mirrors or electro-optical deflection elements or also by the mechanical adjustment of an xy table on which the wafer 9 is arranged. These elements for deflecting the beam on the substrate surface are not shown in FIG. 3. The control of the beam movement or the control of the xy table as well as the modulation of the light intensity is carried out via a computer.
In Fig. 4 ist eine selektiv kristallisierte Si-Schicht nach erfolgter Strukturätzung gezeigt, wie sie nach dem er findungsgemäßen Verfahren mit der oben unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläuterten Vorrichtung erzielt wurde. Bei der Struk tur nach Fig. 4a wurde die Substratoberfläche von oben nach unten mit einem Laserstrahl mit einem TEM01-Profil, bei der Struktur nach Fig. 4b von unten nach oben mit einem Laser strahl mit einem TEM01*-Profil abgetastet. Der 1/e-Durch messer im Laser-Fokus betrug 10 µm bei einer Laserleistung von 2 Watt und einer Lichtwellenlänge von 488 nm. Kristallisiert wurde eine 0,5 µm dicke polykristalline Si-Schicht, die mit tels chemischer Schichtabscheidung (CVD) auf einem amorphen SiO2-Substrat hergestellt worden war. FIG. 4 shows a selectively crystallized Si layer after structural etching has taken place, as has been achieved by the method according to the invention with the device explained above with reference to FIG. 3. In the structural structure of FIG. 4a, the substrate surface from top to bottom was scanned with a laser beam having a TEM 01 -profile, in the structure according to Fig. 4b from bottom to top with a laser beam with a TEM 01 * profile. The 1 / e diameter in the laser focus was 10 µm with a laser power of 2 watts and a light wavelength of 488 nm. A 0.5 µm thick polycrystalline Si layer was crystallized using chemical layer deposition (CVD) on a amorphous SiO 2 substrate had been produced.
In beiden Fig. 4a und 4b sind deutlich drei Phasen von verschiedenen Kristallstrukturen zu unterscheiden, die auf un terschiedliche Temperaturbereiche in der Schmelze bei der Kri stallisation zurückzuführen sind. Im Hintergrund erkennt man die typische feinkörnige Struktur des unmodifizierten CVD- Polysiliziums. In diesen Bereichen wurde beim Kristallisa tionsvorgang die Schmelztemperatur nicht erreicht. In den äu ßeren Bereichen der Schmelzspur nimmt die Korngröße zu, und es entsteht eine scharfe Abgrenzung zum CVD-Polysilizium. Die geometrische Form dieser Grenzflächenlinien zeigt exakt die Temperaturverteilung auf der Oberfläche im Bereich der abfal lenden Flanke des profilierten Laserstrahls. Der Innenbereich der Schmelzspur hat eine einkristalline Struktur und ist von Außenbereichen mit langen filigranen Kristalliten eingeschlos sen, die dem Temperaturgradienten in der Schmelze von der Au ßenseite zur Innenseite folgen.In both FIGS. 4a and 4b, three phases of different crystal structures can be clearly distinguished, which are due to different temperature ranges in the melt during crystallization. The typical fine-grained structure of the unmodified CVD polysilicon can be seen in the background. In these areas, the melting temperature was not reached during the crystallization process. The grain size increases in the outer areas of the melting trace and there is a sharp demarcation from CVD polysilicon. The geometric shape of these interface lines shows exactly the temperature distribution on the surface in the area of the falling flank of the profiled laser beam. The inside of the melting trace has a single-crystalline structure and is enclosed by outside areas with long filigree crystallites, which follow the temperature gradient in the melt from the outside to the inside.
Claims (12)
daß als Substratmaterial eine SOI (Silicon-On-Insulator)- Struktur verwendet wird, und
daß die Schmelze in der polykristallinen Silizium-Ober flächenschicht der SOI-Struktur erzeugt, und daraus eine ein kristalline Siliziumschicht kristallisiert wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that
that an SOI (Silicon-On-Insulator) structure is used as substrate material, and
that the melt is generated in the polycrystalline silicon surface layer of the SOI structure, and a crystalline silicon layer is crystallized therefrom.
eine einstellbare Aperturblende (3),
eine Modulationsein richtung mit einem ADP-Kristall (5) und einem dielektrischen Polarisator (6),
ein λ/4-Plättchen (7) und ein Objektiv (8),
wobei durch das Objektiv (8) der Laserstrahl mit einem vorgegebenen Strahldurchmesser auf die Oberfläche des Sub stratmaterials (9) fokussiert wird, und durch das λ/4-Plätt chen der vom Substratmaterial (9) reflektierte Strahlanteil senkrecht zur Polarisationsrichtung des dielektrischen Pola risators (6) linear polarisiert wird.10. Device for the crystallization of thin semiconductor layers on a substrate material, characterized by the following elements which are arranged one behind the other in the beam path of a beam generated by a laser radiation source ( 2 ):
an adjustable aperture diaphragm ( 3 ),
a modulation device with an ADP crystal ( 5 ) and a dielectric polarizer ( 6 ),
a λ / 4 plate ( 7 ) and a lens ( 8 ),
whereby through the lens ( 8 ) the laser beam with a given beam diameter is focused on the surface of the substrate material ( 9 ), and through the λ / 4 plates the beam portion reflected by the substrate material ( 9 ) perpendicular to the polarization direction of the dielectric polarizer ( 6 ) is linearly polarized.
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