DE3853216T2

DE3853216T2 - Vorrichtung zur zonenschmelzrekristallisierung.

Info

Publication number: DE3853216T2
Application number: DE3853216T
Authority: DE
Inventors: Kevin O'connor; Paul Zavracky
Original assignee: Kopin Corp
Current assignee: Kopin Corp
Priority date: 1987-11-13
Filing date: 1988-11-10
Publication date: 1995-09-28
Anticipated expiration: 2008-11-11
Also published as: ATE119219T1; US5034199A; CA1337169C; WO1989004386A1; JPH03501077A; DE3853216D1; EP0386121B1; EP0386121A1; AU2714188A

Description

Übersetzung der Beschreibung:

Stand der Technik

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf die Umwandlung von amorphen oder polykristallinen Halbleitermaterialien in im wesentlichen Einkristall-Halbleitermaterial durch ein Verfahren, das als Zonenschmelzrekristallisation (ZMR) bekannt ist.
Von Transistoren bis zu VLSI d.h. sehr hochintegrierter komplexer Schaltung auf einem einzigen Chip ist das Gebiet der Festkörperelektronik in weitem Maße auf dem reichlich vorkommenden nichtmetallischen Element Silizium aufgebaut. Einkristall-Kugeln oder Stücke aus Silizium mit großem Durchmesser werden in Wafer zerschnitten, auf die Störstellensubstanzen, Isolatoren und Leiter unter Anwendung einer Vielzahl von Verfahren aufgebracht werden. Während einiger letzter Jahre ist eine starke Anstrengung unternommen worden, um eine neue Technologie auf Siliziumbasis zu entwickeln, die die Herstellung sehr dünner Filme aus reinem Einkristallsilizium in der Größenordnung von einem halben um Dicke im Vergleich zu der Dicke von einem halben Millimeter von typischen Silizium-Wafern beinhaltet. Die neue Technologie wird als Silizium-auf-Isolator (SOI) Technologie beschrieben, da bei ihr ein dünner Siliziumfilm verwendet wird, der auf einem isolierenden Träger oder Substrat getragen wird. Ein wirksames, zuverlässiges und wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von Dünnfilm- Einkristallsilizium wurde von den Forschern noch nicht gefunden.
Im Vergleich zu der Geräteleistung bei Silizium in Masse verspricht SOI signifikante Vorteile:
(1) verbesserte Geschwindigkeitsleistung in diskreten Geräten und Schaltungen, die von reduzierten parasitären Kapazitäten herrühren;
(2) vereinfachte Gerätisolierung und Apparataufbau, was potentiell höhere Packungsdichten liefert; und
(3) strahlungsbeständige Schaltungen für Weltraum- und Nuklearanwendungen.
Zusätzlich können neue SOI-Technologien auch für dreidimensionale Integration von Schaltungen angewendet werden.
Gegenwärtig gibt es eine ausgereifte SOI-Technologie: Silizium-auf-Saphir (SOS). Die kommerzielle Anwendung von SOS war jedoch schwerwiegend eingeschränkt durch seine relativ schlechte kristalline Qualität und die hohen Kosten sowie die Schwierigkeit bei der Handhabung und Verarbeitung im Vergleich zu Si in Masse.
In jüngster Zeit hat eine neue SOI-Technologie, die Zonenschmelzrekristallisation (ZMR) genannt wird und die auf standardmäßigen Silizium-Wafern basiert statt auf Saphir- Kristallen, das Potential zur Verlagerung von SOS und zur Anwendung in einem viel größeren Maßstab durch die Halbleiterindustrie gezeigt. Die Entwicklung von ZMR wurde durch Verarbeitungsprobleme behindert, die sich auf die physikalische Chemie der Zwischenschicht zwischen dem geschmolzenen Silizium und benachbarten Siliziumdioxidschichten beziehen, was Anlaß gibt für das sogenannte Silizium-Bördel- ("beading")-phänomen während der ZMR.
SOI durch die ZMR-Technik wird erzeugt durch Umkristallisierung oder Rekristallisierung eines feinkörnigen Si-Filmes auf einem isolierenden Substrat. Eine typische Probenstruktur besteht aus einem Silizium-Wafer, der mit einer 1um dicken, thermisch gewachsenen SiO&sub2; isolierenden Schicht, einer 1/2 um dicken polykristallinen Silizium-(poly-Si)-Schicht, die durch chemische Niederdruck-Dampfablagerung (LPCVD) gebildet worden ist, überdeckt von einer 2um dicken Schicht aus SiO&sub2;, die auch durch chemische Dampfablagerung gewachsen ist, beschichtet ist. Die letzte Schicht bildet eine Abdeckung, um den Polysiliziumfilm einzukapseln, wobei er eingespannt ist, während der Film rekristallisiert wird.
Die Herstellung von SOI-Strukturen durch die ZMR-Technik ist in einem Artikel beschrieben, der den Titel trägt "Zone Melting Recrystallization of Silicon Film With a Moveable Strip Heater Oven" von Geis et al, J. Electrochem. Soc. Solid State Science and Technology, Vol. 129, Seite 2813, 1982.
Die Probe wird auf einen unteren Graphitstreifen gelegt und auf eine Basistemperatur von 1100-1300ºC in einer Argongasumgebung erhitzt. Silizium hat einen Schmelzpunkt von etwa 1410ºC; SiO&sub2; bleibt fest bei der Verarbeitungstemperatur des Systems. Zusätzliche Strahlungsenergie wird typischerweise durch einen beweglichen oberen Graphitstreifenheizer geliefert, der lokales Erhitzen der Probe entlang eines Streifens auf eine Temperatur zwischen den zwei Schmelzpunkten erzeugt. Indem sich der obere Heizer wie ein Taktstock bewegt, überstreicht er den Wafer, um eine sich bewegende Schmelzzone quer über die Probe zu bilden, die einen rekristallisierten SOI-Film unter der festen SiO&sub2;-Kappe hinterläßt. Bestehende Beladungsanordnungen zum Legen des Wafers in den Heizer haben eine Anzahl von Problemen. Der Beladungsarm, der den Wafer in die ZMR- Kammer transportiert, ist übermäßigen Temperaturen ausgesetzt und wird somit schnell zerstört, wenn er den Temperaturen innerhalb der Kammer ausgesetzt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung für Zonenschmelzrekristallisation eines Halbleiter-Wafers geschaffen, die folgendes umfaßt:
eine Arbeitskammer zum Zonenschmelzrekristallisieren eines Halbleiter-Wafers, der in der Kammer positioniert ist;
eine Trägerplatte innerhalb der Kammer, die unter einem Wafer liegt, wenn er in die Kammer eingebracht ist, und wenigstens drei Stifte innerhalb der Kammer, die den Wafer darin tragen können;
eine erste Heizeinrichtung zum Erhitzen des Wafers auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Halbleitermaterials, das rekristallisiert werden soll;
eine zweite Heizeinrichtung zum Erhitzen eines Teils des Wafers über die Schmelztemperatur derart, daß eine verschiebbare Schmelzzone erzeugt wird, um das Material kontinuierlich zu schmelzen und umzukristallisieren;
eine Verschiebungseinrichtung innerhalb der Kammer, die betreibbar ist, um den Wafer vertikal innerhalb der Kammer zu bewegen;
eine Steuereinrichtung innerhalb der Kammer, um die Verschiebungseinrichtung zu betätigen, wobei die Steuereinrichtung von der Außenseite der Kammer steuerbar ist; und
eine Beschickungseinrichtung zum Einbringen des Wafers in die Kammer auf die besagten Stifte.
Die Erfindung liefert auch ein Verfahren zur Zonenschmelzrekristallisierung eines Halbleitermaterials, das folgendes umfaßt
Einbringen des zu kristallisierenden Halbleitermaterials in eine Arbeitskammer;
Halten des Materials mit einer Hebeeinrichtung, die eine Oberfläche des Materials berührt;
Betätigen eines Lagers innerhalb der Kammer, um die Hebeeinrichtung, die an dem Lager befestigt ist, und das auf der Hebeeinrichtung positionierte Material zu verschieben;
Positionieren des Materials auf einer Trägerfläche innerhalb der Kammer angrenzend an ein Heizelement derart, daß das Material durch die Trägerfläche entlang eines peripheren Abschnitts des Materials berührt wird; und
Kristallisieren des Materials mit dem Heizelement.
Die nachfolgend im einzelnen beschriebene Vorrichtung umfaßt eine Auflageeinrichtung mit biegbarem Träger, der dafür verwendet wird, um den Transport des Wafers über der Trägerplatte zu steuern, auf der der Wafer während der Rekristallisation ruht. Diese Transportanordnung senkt und hebt den Wafer relativ zu der Trägerplatte, wenn der Wafer in die Arbeitskammer eingebracht oder aus ihr entnommen wird.
Die Anordnung hebt den Wafer auf eine Beschickungseinrichtung nach der Verarbeitung, wobei die Beschickungseinrichtung während der Rekristallisation aus der Kammer entfernt wird.
Die Transportanordnung besteht aus wenigstens drei Stiften, die den Wafer während des Transports berühren. Diese Stifte sind auf einer beweglichen Platte montiert, deren Bewegung exakt gesteuert werden muß, um Kontakt mit den Heizelementen zu verhindern und Verrutschen des Wafers zu vermeiden. Die Platte wird vorzugsweise durch vier biegbare Tragglieder gehalten, die von ihrem spannungsfreien Zustand durch einen mit Druck beaufschlagbaren Balg verschoben werden, der die Platte und ihre daran befestigten Stifte während des Transports des Wafers nach oben bewegt.
Die Platte liefert die Kraft, die notwendig ist, um den Balg zusammenzudrücken und die Stifte zu senken, wenn der Druck innerhalb des Balgs entspannt wird. Die Durchbiegungen sind so ausgelegt, daß sie die Verschiebung der Stifte in einer linearen Richtung beschränken und radialen oder Rotationskräften widerstehen, die auf die Verschiebungsanordnung ausgeübt werden.
Eine reflektierende Platte ist über dem oberen streifenförmigen Heizer angeordnet, um Strahlung von dem streifenförmigen Heizer auf die Oberfläche des umzukristallisierenden Materials zu reflektieren. Alternativ dazu kann die Platte aus einem wärmeabsorbierenden Material bestehen, das die Energie absorbiert und in Richtung auf den Wafer zurückstrahlt, um die Wärmeenergie effektiver zu fokussieren, die während der Rekristallisation angewendet wird. Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine reflektierende Beschichtung verwendet, die eine oder mehrere innere Oberflächen der Arbeitskammer auskleidet.
Ein Prallblech-System wird angewendet, um die Beschickungsanordnung thermisch gegen die Kammer zu isolieren, in der die Rekristallisation vorgenommen wird. Eine bevorzugte Ausführungsform verwendet einen drehbaren Zylinder, der zwischen der Kammer und der Beschickungseinrichtung derart positioniert ist, daß ein Schlitz, der sich durch den Zylinder erstreckt, Zugang zu der Kammer schafft. Der Zylinder wird zu einer offenen Stellung gedreht, die das Einbringen des Beschickungsarmes und des von dem Arm getragenen Wafers durch den Schlitz in die Kammer gestattet. Wenn der Arm zurückgezogen ist, kann der Zylinder zu einer geschlossenen Stellung gedreht werden, wodurch verhindert wird, daß der Schlitz Wärme in den Raum der Beschickungsanordnung durchläßt.
Die Erfindung wird nun in näheren Einzelheiten als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Figur 1 eine schematische Darstellung der Zonenschmelzrekristallisation und der Beschickungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist;
Figur 2 eine Querschnittsansicht der Doppelzylinder-Beschickungsöffnung der Erfindung ist;
Figur 3 eine Querschnittsansicht der Trägerplatte, der Verschiebungseinrichtung und der Balgeinrichtung ist;
Figur 4 eine perspektivische Ansicht der biegbaren Trägerauslegung ist, die zur Steuerung der Bewegung der Stiftverschiebungsanordnung verwendet wird;
Figur 5 eine auseinandergezogene perspektivische teilweise geschnittene Ansicht der Trägerplattenanordnung ist;
Figur 5A eine vergrößerte Querschnittsansicht der Trägerplatten-Heizanordnung ist;
Figur 6 eine perspektivische teilweise geschnittene Ansicht der Zonenschmelzrekristallisationsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist;
Figur 7 eine Seitenansicht des oberen streifenförmigen Heizers und der Energierichtplatte ist;
Figur 8 eine perspektiVische teilweise geschnittene Ansicht einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Trägerplattenanordnung ist;
Figur 9 eine perspektivische Ansicht noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Trägerplattenanordnung ist, bei der Laschen zum Tragen des Wafers verwendet werden;
Figur 10 eine perspektivische Ansicht noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Trägerplatten- und Verschiebeanordnung ist, bei der Drähte, die sich durch parallele Nuten auf gegenüberliegenden Seiten der Trägerplatte erstrecken, über die Trägerplatte erhoben werden können, um den Wafer anzuheben und zu senken;
Figur 11 eine Ansicht von oben noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Trägerplatten- und Verschiebeanordnung ist, bei der um die Peripherie der Trägerplatte positionierte Laschen verwendet werden, um den Wafer über die Trägerplatte zu erheben;
Figur 12 eine Ansicht von oben einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Trägerplatten- und Verschiebeanordnung ist, bei der Abschnitte der Trägerplatte hochgehoben werden können, um zu gestatten, daß die Beschickungseinrichtung unter den Wafer geschoben wird und dieser von der Arbeitskammer entnommen wird;
Figur 13 eine Querschnittsansicht einer radialen Heizanordnung für die Zonenschmelzrekristallisationsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist; und
Figur 14 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Heizeranordnung für die Zonenschmelzrekristallisationsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist.

Detaillierte Beschreibung

Eine schematische Ansicht der Zonenschmelzrekristallisations- und Beschickungseinrichtung der vorliegenden Erfindung ist in Figur 1 gezeigt. Die Beschickungseinrichtung 12 besteht aus einem Paar Armen 16, das einen Silizium-Wafer 14 von einem Speicherbehälter entnimmt und den Wafer 14 durch die Öffnung 18 in die Kammer 10 einführt, wo er auf ein Heizelement gelegt wird.
Figur 2 ist eine Querschnittsansicht des Öffnungs-Systems 20. Die Öffnung kann geöffnet werden, um das Einführen und die Entnahme des Wafers zu gestatten, und kann während der Rekristallisation so geschlossen werden, daß die Beschickungseinrichtung von der Öffnungsvorrichtung thermisch isoliert ist. Das Öffnungs-System 20 besteht aus einem äußeren Gehäuse 26 und einem inneren Zylinder 22, wobei der letztere so ausgelegt ist, daß er in das vorgenannte Gehäuse paßt. Der innere Zylinder 22 dreht sich, um das Schließen der Öffnung zu gestatten. Der innere Zylinder 22 hat einen Schlitz 25, der sich durch ihn derart hindurch erstreckt, daß dann, wenn der Schlitz 25 mit dem Schlitz 23 ausgerichtet ist, ein Wafer auf den Beschickungsarmen durch die ausgerichteten Schlitze und in die Kammer hindurchgesteckt werden kann.
Die Öffnungsvorrichtung 20 kann an ein Kühlsystem angeschlossen werden, wobei ein Kühlmittel 24 wie zirkulierendes Wasser zwischen dem inneren und dem äußeren Zylinder hindurchströmt. Dies gewährleistet die Wärmeisolierung der Beschickungseinrichtung 12 gegen die Kammer 10.
Figur 3 ist eine Querschnittsansicht des Balg- und biegbaren Trägersystems, das innerhalb der Kammer angeordnet ist und das dazu verwendet wird, um den Wafer 14 relativ zu der Trägerplattenanordnung 38 während des Beschickens und der Entnahme des Wafers von der Kammer 10 zu senken oder anzuheben. Der Balg 42 wird mit einem unter Druck stehenden Gas durch ein Ventil 44 versorgt, das außerhalb der Kammer 10 gelegen ist, um die Stifte 46 anzuheben, die durch das (nicht gezeigte) Heizsystem und die Plattenanordnung 38 hindurchreichen, um mit dem Wafer 14 in Eingriff zu kommen und ihn von der Trägerplatte so abzuheben, daß die Beschickungsarme 16 den Wafer 14 aus der Kammer 10 heraustransportieren können.
Diese Ausführungsform verwendet auch ein reflektierendes Material 72, das auf der inneren Wand oder Oberfläche 70 der Arbeitskammer angebracht ist. Die Oberfläche 70 ist in einer Ausführungsform ein Fenster, das die Beobachtung des Rekristallisationsprozesses gestattet, die ohne eine reflektierende Beschichtung eine wesentliche Wärmesenke des Systems ist.
Es gibt vier biegsame Auflageeinrichtungen 34 für die Balganordnung, von denen eine in näheren Einzelheiten in Figur 4 gezeigt ist. Jede Biegungseinrichtung wird dazu verwendet, jede Ecke der Platte zu unterstützen und zu stabilisieren, an der die unteren Enden der Stifte 46 befestigt sind. Jeder biegbare Träger 34 besteht aus zwei Paaren biegbarer Arme. Jedes Paar hat zwei biegbare Arme 52 und 54, die an beiden Enden durch Distanzstücke 62 und 64 verbunden sind. Jedes Paar ist dann an einem entfernten Ende durch ein Distanzstück 56 verbunden. Das entfernte Ende des biegsamen Trägers liegt dem Ende gegenüber, an dem der Träger auf der Balgeinrichtung durch obere und untere Verbindungsstifte 58 und 60 montiert ist.
Diese Stifthebeanordnung 30 muß bei hohen Temperaturen stabil sein, da sie niemals die ZMR-Kammer 10 verläßt. Die Stifte 46 dürfen das Temperaturprofil des Wafers 14 nicht stören, so daß die Rekristallisation gleichmäßig über den Wafer bei einem Minimum an Fehlern durchgeführt wird. Die Stifte 46 müssen sich durch den unteren Heizer bewegen, ohne das Heizelement zu berühren. Diese Stifte 46 können vorzugsweise aus Quarzstäben mit kleinem Durchmesser bestehen. Die Stifte sind auf einer Platte 32 montiert, die aus Tantal oder einem ähnlichen thermisch stabilen Material bestehen kann.
Die biegsamen Träger 34 wirken als eine reibungsfreie Lagerung und Führung für die Bewegung der Platte 32 und der befestigten Stifte 46. Die oberen und unteren Paare aus biegsamen Armen um das zentrale Distanzstück 56 liefern einen geringen Widerstand gegen die Bewegung der Stifte 46 nach oben und unten. Die biegsamen Träger 34 liefern auch einen sehr steifen Widerstand gegen Bewegung in der Ebene der Platte 32. Auf diese Weise sind die biegsamen Träger so ausgelegt, daß sie Translation oder Rotation der Stifte 46 in der Ebene rechtwinklig zu ihrer Bewegung nach oben und unten verhindern.
Eine bevorzugte Ausführungsform verwendet ein Paar biegsamer Träger, die auf dem gleichen Satz Verbindungsstifte unter einem Winkel von 90º montiert sind. Diese Ausführungsform arbeitet, um noch wirksamer Rotation der Platte 32 zu verhindern.
Figur 5 zeigt die Bauteile einer bevorzugten Ausführungsform der Trägerplattenanordnung. Im Unterschied zu der Plattenanordnung, die in Figur 3 gezeigt ist, hat diese Ausführungsform keine Löcher für die Stifte 46, sondern exponiert fast die ganze untere Oberfläche des Wafers 14 zu dem unteren Heizer hin. Ein äußeres Trägerplattenglied 100 hat eine innere zylindrische Wand 106 mit einer ringförmigen Nut 104 entlang der oberen Kante der Wand 106. Eine Seite des Trägerplattengliedes 100 hat eine Öffnung 102, durch die die Kontaktstäbe 113 des Plattenheizelements 112 hindurchreichen. Ein kreisförmiger Ring 108 ist zwischen dem Heizelement 112 und dem Trägerplattenglied 100 positioniert, um eine thermische Unterbrechung zwischen diesen zwei Bauteilen zu liefern. Eine äußere ringförmige Oberfläche 109 des Ringes 108 ruht auf der Nut 104 des Trägerplattengliedes 100. Das Heizelement 112 ruht auf einer inneren Umfangsoberfläche 110 des Ringes 108. Eine Öffnung 111 erstreckt sich durch einen Teil des Ringes, die mit der Öffnung 102 ausgerichtet ist, um elektrische Kontakte für das Heizelement 112 zu liefern. Ein innerer Tragring 114 ist zwischen dem Wafer 14 und dem Heizelement 112 positioniert. Eine Nut 116 in der Außenwand des Trägerrings 114 paßt lose über das Heizelement 112.
Figur 5A zeigt eine detailliertere Querschnittsansicht, aus der ersichtlich ist, wie die Bauteile der Ausführungsform von Figur 5 relativ zueinander gelegen sind. Das Heizelement 112 ruht auf der Oberfläche 105. Eine thermische Unterbrechung oder ein Raum 103 ist zwischen dem Tragring 114 und dem ringförmigen Ring 108 vorgesehen.
Figur 6 zeigt in einer teilweise abgeschnittenen perspektivischen Ansicht die Konfiguration der drei Heizelemente und der Verschiebungsanordnung relativ zu der Trägerplatte 100 und dem Wafer 14, der auf ihr getragen wird.
Ein unterer Heizer 160, der vorzugsweise aus einem einzigen Graphitelement besteht, ist über der Platte 32 positioniert, die von den biegsamen Trägern 34 getragen wird. Die biegsamen Träger 34 werden von einer Grundplatte 162 getragen. Eine (nicht gezeigte) Wärmeabschirmung kann zwischen der Platte 32 und dem Heizelement 160 positioniert werden, um den Balg und die biegsamen Trägersysteme thermisch zu isolieren. Löcher 170 innerhalb des Heizelementes 160 gestatten das Hindurchtreten der Stifte 46 so, daß sie angehoben werden können, um den Wafer 14 nach dem Bearbeiten zu kontaktieren und anzuheben. Die streifenförmige Heizeinrichtung 164 ist an einem Rahmen 166 so eingeklemmt, daß das Heizelement 164 relativ zu dem Wafer 14 verschoben werden kann. Die äußere Umfangskante des Wafers ruht auf dem Tragring 114, der durch das Element 112 erhitzt wird.
Figur 7 zeigt eine Seitenansicht der streifenförmigen Heizeinrichtung 164, die sich über dem Wafer 14 erstreckt, in der eine Platte 170 verwendet wird, um die Wärmestrahlung 172, die von einem Heizelement 164 von dem Wafer 14 weggerichtet ausgeht, auf den Wafer zurück zu richten, um dadurch etwas die Schmelzzone auf dem Wafer 14 zu verbreitern.
Figur 8 zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform der Trägerplattenanordnung, bei der der Tragring 40 eine Öffnung 152 mit genügend großen Abmessungen aufweist, um zu gestatten, daß der Beschickungsarm 150 durch die Öffnung 152 und unter den Wafer 14 so geschoben wird, daß der Wafer nicht von dem Ring 40 durch eine getrennte Verschiebungsanordnung aufgehoben werden muß.
Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der sich drei oder mehr Laschen 154, die sich vom Ring 40 nach innen erstrekken, verwendet werden, um den Wafer 14 zu haltern. Dieser Aufbau exponiert den größten Teil des Wafers 14 zu dem unteren Heizer hin und minimalisiert dadurch Wärmegradienten an dem Rand des Wafers.
Figur 10 zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform der Verschiebungsanordnung, bei der parallele Drähte 122 und 124 durch Nuten 126 und 128 in der oberen Oberfläche des Tragrings 120 verlaufen. Diese Drähte sind so beabstandet, daß sie den Wafer 14 senken und anheben können, um zu gestatten, daß die Beschickungseinrichtung den Wafer in die Kammer 10 einführt oder ihn aus dieser entfernt.
Figur 11 zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform der Trägerplatten- und Verschiebeanordnungen, bei der eine Anzahl von Laschen 80 vorgesehen ist, die durch Stifte 82 betätigt werden, die sich unter den Rand 86 des Wafers 14 erstrecken. Die Stifte können relativ zu der Platte 84 angehoben und gesenkt werden, so daß der Wafer von der Kammer entfernt werden kann.
Figur 12 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Trägerplatten- und Verschiebeanordnungen, bei denen zwei stationäre Abschnitte der Trägerplatte 90 durch bewegliche Abschnitte 92 und 94 getrennt sind, die relativ zu den stationären Elementen 90 durch Stifte 96 angehoben und gesenkt werden können, um den Wafer 14 anzuheben und zu senken.
Die Ausführungsformen der Platte, die in den Figuren 8 bis 12 gezeigt sind, führen zu Systemen zum Beschicken von Wafern in die Kammer, ohne daß eine Notwendigkeit für Stifte 46 existiert, die sich durch die untere Heizeinrichtung hindurch erstrecken. Ohne die Löcher 170 in dem unteren Heizer 160, die direkt unter dem Wafer positioniert sind- ist eine gleichmäßigere Wärmeverteilung möglich.
Selbst mit der gleichmäßigeren Wärmeverteilung, die bei den Ausführungsformen der Figuren 8 bis 12 entsteht, besteht auch eine radiale Ungleichheit in der Wärmeverteilung, die durch den unteren Heizer erzeugt wird, der nur teilweise durch die kreisförmige Plattenheizeinrichtung 112 verschoben ist.
Figur 13 zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform, bei der ein oder mehrere kreisförmige Heizelemente 142 und 144 konzentrisch innerhalb der Trägerplattenheizeinrichtung 36 positioniert sind. Diese kreisförmige Anordnung von Heizelementen arbeitet, um gegebenenfalls vorhandene ungleichmäßige radiale Verteilung der Wärme über den Wafer zu korrigieren.
Figur 14 zeigt noch eine andere bevorzugte Ausführungsform, bei der das einzige Element der unteren Graphitheizeinrichtung 160 von Figur 6 durch eine Anordnung aus mehreren Elementen ersetzt worden ist, die aus einem Gitter 180 aus Graphitbändern oder Drähten 184 besteht. Diese Anordnung bildet ein x-y-Gitter, in dem jedes Heizelement einzeln an Kontaktpunkten 182 gesteuert werden kann. Mit dieser Anordnung könnten Ungleichmäßigkeiten in der Temperaturverteilung über den Wafer kompensiert werden, indem unterschiedliche Energie-Niveaus für die einzelnen Heizelemente vorgesehen werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Zonenschmelzrekristallisierung eines Halbleiter-Wafers, die folgendes umfaßt:

eine Arbeitskammer (10) zum Zonenschmelzrekristallisieren eines Halbleiter-Wafers (14), der in der Kammer positioniert ist;

eine Trägerplatte innerhalb der Kammer (10), die unter einem Wafer (14) liegt, wenn er in die Kammer eingebracht ist, und wenigstens drei Stifte (46, 82, 96) innerhalb der Kammer, die den Wafer darin tragen können;

eine erste Heizeinrichtung (36, 112, 160, 180) zum Erhitzen des Wafers (14) auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Halbleitermaterials, das rekristallisiert werden soll;

eine zweite Heizeinrichtung (164) zum Erhitzen eines Teils des Wafers (14) über die Schmelztemperatur derart, daß eine verschiebbare Schmelzzone erzeugt wird, um das Material kontinuierlich zu schmelzen und zu rekristallisieren;

eine Verschiebungseinrichtung innerhalb der Kammer (10), die betreibbar ist, um den Wafer vertikal innerhalb der Kammer (10) zu bewegen;

eine Steuereinrichtung (42) innerhalb der Kammer, um die Verschiebungseinrichtung zu betätigen, wobei die Steuereinrichtung von der Außenseite der Kammer (10) steuerbar ist; und

eine Beschickungseinrichtung (12) zum Einbringen des Wafers (14) in die Kammer auf die besagten Stifte (46).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste Heizeinrichtung ein Gitter (180) aus einzeln gesteuerten Heizelementen (184) umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin eine Platte (70, 72) umfaßt, die auf einer Seite des Wafers (14) gelegen ist, um von der zweiten Heizeinrichtung (164) abgestrahlte Wärmeenergie in Richtung auf den Wafer zu reflektieren oder zurückzustrahlen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Platte (70, 72) ein wärmeabsorbierendes Material umfaßt, das Strahlungsenergie von der zweiten Heizeinrichtung (164) absorbiert und in Richtung auf den Wafer (14) zurückreflektiert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Verschiebungseinrichtung eine vertikal bewegliche Platte (32) umfaßt, auf der die besagten Stifte (46) angebracht sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Steuereinrichtung der Verschiebungseinrichtung (32) einen Balg (42) umfaßt und die Vorrichtung weiterhin eine Auflageeinrichtung mit biegsamem Träger (34) für linear gerichtete Verschiebung der Stifte einschließt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Stifte (46) durch die Verschiebungseinrichtung bewegbar sind zum Anheben des Wafers (14) von der Trägerplatte (38) oder zum Senken desselben auf die Trägerplatte (38) und die Vorrichtung weiterhin Biegungsträger-Auflageeinrichtungen (34) umfaßt, um die Bewegung der Stifte (46) auf die vertikale Richtung zu beschränken.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Stifte (46) Quarzstifte sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Verschiebungseinrichtung eine Tantalplatte (32) umfaßt, auf der die Stifte (46) montiert sind.

10. Die Vorrichtung nach Anspruch 9 und in Abhängigkeit von einem der Ansprüche 6 oder 7, bei der die Biegungsträger-Auflageeinrichtung (34) aus einem Paar Armen besteht, die an einem Ende durch ein Distanzstück (56) befestigt sind, und wobei ein Arm an dem entgegengesetzten Ende an der Platte befestigt ist und wobei der andere Arm mit einer unteren festen Trägerfläche verbunden ist.

11. Die Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der

(a) die Biegungsträger-Auflageeinrichtung als ein Auflager wirkt, bei dem sich berührende Bauteile im wesentlichen keine Bewegung relativ zu einander durchführen; oder

(b) das besagte Paar Arme mit einem zweiten Paar Arme, die in einem Winkel von 90º gegen das erste Paar Arme ausgelegt sind, montiert sind; oder

(c) jeder Arm aus einem Paar biegsamer Glieder (52, 54) besteht, die an beiden Enden durch ein Distanzstück (62 oder 64) verbunden sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin eine Öffnungseinrichtung zwischen der Kammer (10) und der Beschickungseinrichtung (12) umfaßt, wobei die Öffnungseinrichtung geöffnet werden kann, um zu gestatten, daß die Beschickungseinrichtung einen Wafer (14) in die Kammer (10) einschiebt oder einen solchen aus ihr entnimmt, und während der Rekristallisierung schließbar ist, um die Beschickungseinrichtung gegen innerhalb der Kammer erzeugte Wärme thermisch zu isolieren.

13. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin einen drehbaren langgestreckten äußeren Zylinder (26) mit einem Schlitz (23), der sich derart durch ihn hindurch erstreckt, daß die Beschickungseinrichtung mit einem von der Beschickungseinrichtung getragenen Wafer in die Kammer (10) durch den Schlitz eingeschoben werden kann, wenn der Zylinder (26) in eine offene Stellung gedreht wird, und derart, daß durch die Kammer (10) erzeugte Wärme gegen die Beschickungseinrichtung (12) isoliert wird, wenn der Zylinder in eine geschlossene Stellung gedreht wird, umfaßt.

14. Ein Verfahren zur Zonenschmelzrekristallisierung eines Halbleitermaterials, das folgendes umfaßt:

Einbringen des zu kristallisierenden Halbleitermaterials in eine Arbeitskammer;

Halten des Materials mit einer Hebeeinrichtung, die eine Oberfläche des Materials berührt;

Betätigen eines Lagers innerhalb der Kammer, um die Hebeeinrichtung, die an dem Lager befestigt ist, und das auf der Hebeeinrichtung positionierte Material zu verschieben;

Positionieren des Materials auf einer Trägerfläche innerhalb der Kammer angrenzend an ein Heizelement derart, daß das Material durch die Trägerfläche entlang eines peripheren Abschnitts des Materials berührt wird; und

Kristallisieren des Materials mit dem Heizelement.

15. Das Verfahren nach Anspruch 14,

(a) das weiterhin das Verschieben des Materials mit der Hebeeinrichtung von der Trägerfläche und das Entfernen des kristallisierten Materials aus der Kammer umfaßt; oder

(b) bei dem die Hebeeinrichtung eine Vielzahl von Stiften umfaßt; oder

(c) bei dem das Lager eine Vielzahl von Biegungsträgern umfaßt, die an einer Platte befestigt sind, auf der die Hebeeinrichtung angebracht ist.