DE4102380C1 - High temp. superconductor film mfr. - by heating substrate with laser beam - Google Patents

High temp. superconductor film mfr. - by heating substrate with laser beam

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Abstract

High temp. superconductor film is mfd. by laser or pseudo-function ablation, with direction of a laser heating beam on to the substrate and the film growing on it as pulses in the micro-s range. The pulses are coordinated to produce heating when particles ablated by an ablation pulse have just been deposited, pounding energy to form the required crystal structure. The laser is pref. a CO2 laser. ADVANTAGE - Growth and quality of films are improved.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schichtherstellung, insbeson­ dere von Hochtemperatur-Supraleiter-Schichten, mittels gepulster Laser- oder Pseudofunken-Ablation oder anderer Ablationsverfah­ ren. Darüberhinaus betrifft die Erfindung Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren.The invention relates to a method for layer production, in particular of high-temperature superconductor layers, using pulsed Laser or pseudo-spark ablation or other ablation procedure ren. Furthermore, the invention relates to devices for Performing these procedures.

Zur Herstellung von (dünnen) Schichten guter Qualität werden in der Regel in-situ-Prozesse angewendet, da diese Verfahren im allge­ meinen wenig Zeit benötigen und gute Ergebnisse liefern. Bei vielen Substanzen erfordern in-situ-Prozesse auch sehr hohe Sub­ strattemperaturen zur Ausbildung der gewünschten Kristallstruk­ tur.For the production of (thin) layers of good quality, the Usually in-situ processes are used because these processes are generally take little time and deliver good results. At Many substances also require very high sub in situ processes street temperatures to form the desired crystal structure door.

Zudem müssen bei vielen Substanzen die Schichten nach der Abscheidung nachgetempert werden, um die Kristallstruktur vollständig auszu­ bilden oder um eine benötigte Phasenänderung zu bewirken. Oft­ mals muß die Schicht in einer reaktiven Atmosphäre abgeschieden und/oder nachgetempert werden, um eine ausreichende Anzahl be­ stimmter Gasteilchen in der Schicht einzubauen oder um eine ge­ wünschte Schichtzusammensetzung zu erzielen.In addition, with many substances, the layers have to be deposited are post-annealed in order to completely remove the crystal structure form or to bring about a required phase change. Often Sometimes the layer has to be deposited in a reactive atmosphere and / or post-annealed to be a sufficient number to incorporate coherent gas particles in the layer or by a to achieve the desired layer composition.

Beim Hochtemperatur-Supraleiter Y₁Ba₂Cu₃O7- δ erhält man die besten Schichten bezüglich hoher Sprungtemperatur, kritischer Stromdichte und Glattheit der Oberfläche mit folgenden in-situ-Prozessen:
Die Schicht wird mittels eines PVD-Verfahrens (Physical Vapour Deposition) auf einem geeigneten, auf 700-800°C geheiztem Einkristall-Substrat abgeschieden, wobei in der Beschichtungs­ kammer ein möglichst hoher Sauerstoff(partial)druck herrscht. Hierdurch gewinnt man stöchiometrische, c-Achsen-orientierte Y₁Ba₂Cu₃O7- δ-Filme (δ≈0,5), die allerdings noch zu wenig Sauerstoff enthalten und eine tetragonale Kristallstruktur aufweisen, die nicht supraleitend ist. Um diese in sauerstoffreiche (δ≈0,1) Schichten der supraleitenden orthorhombischen Phase mit hoher Sprungtemperatur umzuwandeln, müssen sie einige Zeit bei 400-500°C unter erhöhtem Sauerstoff(partial)druck nachgetempert werden. Als besonders geeignete PVD-Prozesse haben sich Kathoden­ zerstäuben, Verdampfen aus drei Quellen und Laserablation mit gepulsten UV-Lasern herausgestellt. Geeignete Einkristallsub­ strate für Y₁Ba₂Cu₃O7- δ sind insbesondere SrTIO₃, LaAlO₃, LaGaO₃, ZrO₃ und MgO. Mit den oben beschriebenen in-situ-Verfahren erhält man auf diesen Substraten Y₁Ba₂Cu₃O7- δ-Schichten mit hohen Sprung­ temperaturen Tc von 87-91 K, sehr hohen kritischen Stromdichten jc von 1-6 * 10⁶ A/cm², glatten Oberflächen und c-Achsen-Orien­ tierung.
The high-temperature superconductor Y₁Ba₂Cu₃O 7- δ gives the best layers in terms of high transition temperature, critical current density and smoothness of the surface with the following in-situ processes:
The layer is deposited by means of a PVD process (Physical Vapor Deposition) on a suitable single crystal substrate heated to 700-800 ° C, the highest possible (partial) oxygen prevailing in the coating chamber. This gives stoichiometric, c-axis-oriented Y₁Ba₂Cu₃O 7- δ films (δ≈0.5), which still contain too little oxygen and have a tetragonal crystal structure that is not superconducting. In order to convert these into oxygen-rich (δ≈0.1) layers of the superconducting orthorhombic phase with a high transition temperature, they have to be post-annealed at 400-500 ° C under increased oxygen (partial) pressure. Sputtering, evaporation from three sources and laser ablation with pulsed UV lasers have proven to be particularly suitable PVD processes. Suitable single crystal substrates for Y₁Ba₂Cu₃O 7- δ are in particular SrTIO₃, LaAlO₃, LaGaO₃, ZrO₃ and MgO. With the in-situ method described above, Y₁Ba₂Cu₃O 7- δ layers with high transition temperatures T c of 87-91 K, very high critical current densities j c of 1-6 * 10⁶ A / cm², smooth surfaces are obtained on these substrates and c-axis orientation.

Eine Abscheidung bei niedrigeren Temperaturen von 550 -600°C führt zu a-Achsen-orientierten Schichten, die niedrigere kriti­ sche Stromdichten haben und somit für viele Anwendungen aus­ scheiden. Zudem sind diese a-Achsen-orientierte Kristallite nicht parallel, sondern annähernd statistisch auf dem Substrat orientiert, wodurch diese Schichten relativ schnell degradieren. Eine Abscheidung bei noch niedrigeren Temperaturen bewirkt eine mangelhafte Kristallbildung; unter 400°C erhält man eine amor­ phe Schicht. Derartige Schichten müssen bei sehr hohen Tempe­ raturen von ca. 900°C in Sauerstoff nachgetempert werden, um Supraleitung zu erzielen. Sie sind dann polykristallin mit sehr rauhen Oberflächen und niedrigem jc, d. h. für Anwendungen weitge­ hend ungeeignet.A deposition at lower temperatures of 550-600 ° C leads to a-axis-oriented layers that have lower critical current densities and are therefore not suitable for many applications. In addition, these a-axis-oriented crystallites are not oriented in parallel, but rather approximately statistically on the substrate, as a result of which these layers degrade relatively quickly. Deposition at even lower temperatures causes poor crystal formation; an amorphous layer is obtained below 400 ° C. Such layers have to be post-annealed in oxygen at very high temperatures of around 900 ° C. in order to achieve superconductivity. They are then polycrystalline with very rough surfaces and low j c , ie largely unsuitable for applications.

Eine Nachbehandlung zur Erzielung der Supraleitfähigkeit wird auch in dem Verfahren der DE-OS 37 37 142 vorgenommen, bei der eine Schichtherstellung mittels gepulsten Pseudofunken-Material­ abtrags, insbesondere von oxidkeramischen Supraleitertargets, vorgenommen wird und die Schicht zur Realisierung der Supraleit­ fähigkeit mit einem anderen Pseudofunken-Elektronenstrahl nachbehandelt werden kann.An aftertreatment to achieve superconductivity also made in the process of DE-OS 37 37 142, in which a layer production using pulsed pseudo-sparking material removal, especially of oxide ceramic superconductor targets, is made and the layer for realizing superconductivity ability with another pseudo-spark electron beam can be treated.

Bei sämtlichen oben beschriebenen PVD-Verfahren müssen die Schichten nach der Abscheidung noch bei 400-500°C nachgetem­ pert werden, um erstens genügend Sauerstoff einzubauen und zweitens die Phasenumwandlung vom tetragonalen zum orthorhombi­ schen Gitter vollständig zu vollziehen. Die Dauer dieses Nach­ temperns bei 400-500°C unter erhöhtem Sauerstoffdruck hängt neben der Temperatur des Nachtemperns von der Schichtdicke und dem während der Abscheidung erzielten Sauerstoffgehalt der Schicht ab.In all of the PVD processes described above, the Coated layers after deposition at 400-500 ° C pert, firstly to incorporate enough oxygen and second, the phase change from tetragonal to orthorhombi complete grid. The duration of this after annealing at 400-500 ° C under increased oxygen pressure in addition to the temperature of the subsequent annealing, the layer thickness and  the oxygen content of the Layer off.

Insbesondere, wenn es gelingt, während der Abscheidung viel Sauerstoff einzubauen, kann das Nachtempern stark verkürzt werden. Dem Einbau des Sauerstoffes sind allerdings physikali­ sche Grenzen gesetzt, die maßgeblich von der Substrattemperatur und dem während des PVD-Prozesses zulässigen Sauerstoff(par­ tial)druck abhängen. Bei hohen Substrattemperaturen von 700- 800°C kann maximal O6,3 (δ≈0,7) erreicht werden, während bei tieferen Temperaturen mehr Sauerstoff eingebaut werden kann. Allerdings stellt sich dann das Problem der falschen Kristall­ orientierung. Dem kann durch Einsatz von aktiviertem Sauerstoff (Ionen und/oder Radikale) bis zu einem gewissen Grad begegnet werden, da der aktivierte Sauerstoff der Schicht etwas Energie zur Verfügung stellt. Hierdurch gelingt es, für c-Achsen-orien­ tierte Filme mit hohem Tc und jc die Substrattemperatur auf 650- 700°C zu senken. Durch diese Maßnahme wird auch die Dauer des Nachtemperns etwas verkürzt, da bereits bei der Schichtabschei­ dung viel Sauerstoff eingebaut wurde.In particular, if it is possible to incorporate a lot of oxygen during the deposition, the post-annealing can be shortened considerably. However, there are physical limits to the incorporation of oxygen, which depend largely on the substrate temperature and the permissible (partial) pressure during the PVD process. At high substrate temperatures of 700-800 ° C, a maximum of O 6.3 (δ≈0.7) can be achieved, while at lower temperatures more oxygen can be installed. However, the problem of incorrect crystal orientation then arises. To a certain extent, this can be counteracted by using activated oxygen (ions and / or radicals), since the activated oxygen provides the layer with some energy. This makes it possible to lower the substrate temperature to 650-700 ° C for c-axis oriented films with high T c and j c . This measure also shortens the duration of the post-heating, since a lot of oxygen was already installed during the layer deposition.

Selbst diese auf 650-700°C abgesenkte Temperatur ist jedoch noch zu hoch, um technologisch wichtige Substrate wie Galliumar­ senid, Silizium oder Saphir (Al₂O₃-Einkristall) verwenden zu können. Aus GaAs dampft ab 400°C Arsen ab, d. h. bei den hohen Substrattemperaturen für Y₁Ba₂Cu₃O7- δ-Schichten zersetzt sich das Substrat. Silizium und Saphir sind ungeeignet, weil bei den hohen Abscheidungstemperaturen Silizium bzw. Aluminium in die Y₁Ba₂Cu₃O7- δ-Schicht eindiffundiert. Die resultierenden Schichten haben deutlich niedrigere Tc- und jc-Werte als Schichten auf SrTiO₃- oder LaAlO₃-Einkristallen. Silizium, Saphir und Gallium­ arsenid können zwar mit Pufferschichten (z. B. Si₃N₄, ZrO₂, SrTiO₃) versehen werden, um die Diffusion bzw. das Abdampfen von Arsen etwas zu unterbinden. Die Pufferschichten haben jedoch den Nachteil, daß sie den Prozeß der Schichtherstellung verlängern und das Aufwachsen von epitaktischen Schichten erschweren, wenn sie selbst nicht epitaktisch auf dem Substrat abgeschieden wurden. Mit Pufferschichten versehene GaAs-, Silizium- oder Saphir-Substrate ermöglichen, etwas bessere Y₁Ba₂Cu₃O7- δ-Schichten als diese Substrate ohne Pufferschichten. Allerdings sind die Tc- und jc-Werte für die meisten Anwendungen immer noch zu gering. Um GaAs, Silizium und Saphir als Substrate (gegebenenfalls mit Pufferschichten) zur Gewinnung qualitativ hochwertiger Hochtem­ peratur-Supraleiter-Schichten einsetzen zu können, muß man ein Verfahren entwickeln, das für c-Achsen-orientierte Schichten mit hohen Tc- und jc-Werten deutlich niedrigere Substrattemperaturen als die herkömmlichen Verfahren ermöglicht.Even this lowered temperature to 650-700 ° C is still too high to use technologically important substrates such as gallium arsenide, silicon or sapphire (Al₂O₃ single crystal). From GaAs arsenic evaporates from 400 ° C, ie at the high substrate temperatures for Y₁Ba₂Cu₃O 7- δ layers the substrate decomposes. Silicon and sapphire are unsuitable because at the high deposition temperatures silicon or aluminum diffuses into the Y₁Ba₂Cu₃O 7- δ layer. The resulting layers have significantly lower T c and j c values than layers on SrTiO₃ or LaAlO₃ single crystals. Silicon, sapphire and gallium arsenide can be provided with buffer layers (e.g. Si₃N₄, ZrO₂, SrTiO₃) to somewhat prevent the diffusion or evaporation of arsenic. However, the buffer layers have the disadvantage that they lengthen the process of layer production and make it difficult to grow epitaxial layers if they themselves have not been epitaxially deposited on the substrate. GaAs, silicon or sapphire substrates provided with buffer layers enable somewhat better Y₁Ba₂Cu₃O 7- δ layers than these substrates without buffer layers. However, the T c and j c values are still too low for most applications. In order to be able to use GaAs, silicon and sapphire as substrates (possibly with buffer layers) to obtain high-quality high-temperature superconductor layers, one has to develop a process that is suitable for c-axis-oriented layers with high T c - and j c - Values significantly lower substrate temperatures than the conventional method allows.

Vorteilhaft wäre zudem ein Verfahren, bei dem mehr Sauerstoff eingebaut wird, als es mit den herkömmlichen Verfahren möglich ist. Insbesondere ist ein Verfahren anzustreben, bei dem der Einbau des Sauerstoffes zugleich genutzt werden kann, um die Substrattemperatur deutlich abzusenken.A method that uses more oxygen would also be advantageous is installed than is possible with the conventional methods is. In particular, a method should be sought in which the Incorporation of the oxygen can be used at the same time Lower the substrate temperature significantly.

Seit einigen Jahren wird zunehmend die Methode der gepulsten Laserablation mit Erfolg für die Herstellung von dünnen Schich­ ten angewandt. Für den Hochtemperatur-Supraleiter Y₁Ba₂Cu₃O7- δ und andere mehrelementige Verbindungen mit stark unterschiedlichen Schmelzpunkten und Dampfabdrücken der Elemente haben sich beson­ ders gepulste Excimer- und frequenzvervielfachte Nd : YAG-Laser mit Pulslängen im ns-Bereich bewährt. Seit kurzem kommt die oben bereits erwähnte preisgünstige Pseudofunken-Ablation hinzu, bei der Elektronenstrahlpulse auf ein Target geschossen werden.For some years now, the method of pulsed laser ablation has been successfully used for the production of thin layers. For the high-temperature superconductor Y₁Ba₂Cu₃O 7- δ and other multi-element compounds with very different melting points and vapor impressions of the elements, especially pulsed excimer and frequency-multiplied Nd: YAG lasers with pulse lengths in the ns range have proven their worth. Recently, the above-mentioned inexpensive pseudo-spark ablation has been added, in which electron beam pulses are shot at a target.

Ein Beispiel für den Einsatz fokussierter YAG- oder Excimer- Laserstrahlung findet sich in der JP-A-3 09 956, Pat. Abstr. JP, C-694, 27. 02. 90, Band 14, Nr. 106. Dort ist ein stabiles, epi­ taktisches Wachstum oxidkeramischer Supraleiterschichten be­ schrieben, bei dem mittels einer solchen fokussierten Strahlung die Ablation bzw. Targetabtragung erfolgt und defokussierte CO₂- Laserstrahlung zum Vorheizen und simultanen Bestrahlen des Substrats während der Schichtabscheidung eingesetzt wird. Dabei werden allerdings Substrattemperaturen von 800 bis 950°C er­ zeugt, die gemäß den obigen Bemerkungen bei etlichen Systemen nicht möglich sind. An example of the use of focused YAG or excimer Laser radiation can be found in JP-A-3 09 956, Pat. Abstr. JP, C-694, Feb. 27, 90, Volume 14, No. 106. There is a stable, epi tactical growth of oxide ceramic superconductor layers wrote, in which by means of such focused radiation the ablation or target ablation occurs and defocused CO₂ Laser radiation for preheating and simultaneous irradiation of the Substrate is used during the layer deposition. Here however, substrate temperatures of 800 to 950 ° C testifies that according to the above remarks on several systems are not possible.  

Sowohl Laser- als auch Pseudofunken-Ablation beinhalten den Nachteil der Tröpfchenbildung. Aufgrund der hohen gepulsten Energiezufuhr auf dem Target werden nicht nur einzelne Atome oder Molekül(fragmente), sondern auch Targetbruchstücke abla­ tiert, die sich als "Tröpfchen" in der Schicht niederschlagen. Aufgrund ihrer Größe von ca. 100 bis 1500 nm können sie den Einsatz der mittels Ablation hergestellten Schichten einschrän­ ken. Insbesondere bei der Mikrostrukturierung bedingen sie einen hohen Ausschuß.Both laser and pseudo-spark ablation include that Disadvantage of droplet formation. Because of the high pulsed Energy supply to the target is not just individual atoms or molecule (fragments), but also target fragments animals that are deposited as "droplets" in the layer. Due to their size of approx. 100 to 1500 nm, they can Limit the use of layers produced by ablation ken. In microstructuring in particular, they require one high committee.

Die Größe und die Anzahl der Tröpfchen hängt sowohl vom Target als auch von den Prozeßparametern ab und kann zum Teil durch folgende Maßnahmen reduziert werden:The size and number of droplets both depend on the target as well as from the process parameters and can partly by the following measures are reduced:

  • 1. Verwendung von Lasern mit kurzen Pulsen und Wellenlängen, insbesondere von Excimerlasern;1. use of lasers with short pulses and wavelengths, especially excimer lasers;
  • 2. Verwendung von hochdichten Targets;2. Use of high density targets;
  • 3. weitgehende Reduzierung der Energiedichte am Target; und3. extensive reduction of the energy density at the target; and
  • 4. Einstellung eines möglichst großen Target-Substrat- Abstandes.4. Setting the largest possible target substrate Distance.

Diese Maßnahmen können jedoch nicht immer verwirklicht werden. Zudem bedeuten die Punkte 3. und 4. eine Reduzierung der Abschei­ dungsrate, die häufig unerwünscht ist. Bei der reaktiven Abla­ tion wird zudem der maximal mögliche Target-Substrat-Abstand vom notwendigen Hintergrunddruck mitbestimmt.However, these measures cannot always be implemented. In addition, points 3 and 4 mean a reduction in the number of separations rate, which is often undesirable. With the reactive discharge tion is also the maximum possible target-substrate distance from necessary background printing.

Aufgabe der Erfindung ist es, verbesserte Laser- oder Pseudofun­ ken-Ablationsverfahren zur Schichtherstellung, insbesondere von Hochtemperatur-Supraleiter-Schichten anzugeben, bei denen das Schichtwachstum und die Qualität der Schichten verbessert sind und/oder bei zumindest gleichbleibender Schichtqualität die Substrattemperatur soweit abgesenkt werden kann, daß auch beim Einsatz temperaturempfindlicher Substrate verwendbare Schichten entstehen.The object of the invention is to improve laser or pseudo-fun ken ablation process for layer production, in particular of Specify high-temperature superconductor layers in which the Layer growth and the quality of the layers improved and / or with at least constant layer quality Substrate temperature can be reduced so far that even when Use of temperature-sensitive substrates usable layers arise.

Das erfindungsgemäße Verfahren nach sämtlichen angegebenen Lösungen ist für alle Substanzen geeignet, die bei hohen Sub­ strattemperaturen abgeschieden werden müssen, um die gewünschte Kristallstruktur auszubilden. Das Verfahren ist insbesondere auch für Substanzen geeignet, die reaktiv abgeschieden werden müssen, wie z. B. der Hochtemperatur-Supraleiter Y₁Ba₂Cu₃O7- δ, wobei auch hier das Schichtwachstum und die Schichtqualität verbessert werden. Darüberhinaus ist gemäß einer weiteren Lösung das Schichtwachstum dadurch verbessert, daß die erwähnte Tröpf­ chenbildung vermeidbar oder zumindest stark reduzierbar ist.The process according to the invention after all the solutions given is suitable for all substances which have to be deposited at high substrate temperatures in order to form the desired crystal structure. The method is particularly suitable for substances that need to be reactively deposited, such as. B. the high temperature superconductor Y₁Ba₂Cu₃O 7- δ , the layer growth and the layer quality are also improved here. In addition, according to another solution, the layer growth is improved in that the droplet formation mentioned can be avoided or at least greatly reduced.

Eine erste erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe (Anspruch 1) ermöglicht insbe­ sondere, das Substrat nur auf eine relativ niedrige Temperatur zu heizen, bei der im Falle von temperaturempfindlichen Substraten der weiter oben erwähnten Art noch keine Substratersetzung oder Diffusion von Substratteilchen in die Schicht einsetzt. Die für die Kristallausbildung noch fehlende Energie wird über Laserpulse im µs-Bereich in den aufwachsenden Film bzw. in die Substratober­ fläche eingekoppelt.A first solution to the problem according to the invention (claim 1) enables in particular special, the substrate only to a relatively low temperature heat in the case of temperature sensitive substrates  of the type mentioned above still no substrate replacement or Diffusion of substrate particles into the layer. The for the Crystal formation still lacking energy is measured by laser pulses in the µs range in the growing film or in the substrate upper surface coupled.

Der Einsatz von Laserpulsen im µs-Bereich beinhaltet die folgen­ den vorteilhaften Wirkungen:The use of laser pulses in the µs range includes the following the beneficial effects:

  • 1. In diesem Zeitbereich erhalten die gerade abgeschiedenen Teil­ chen durch die Erwärmung der Substratoberfläche bzw. der aufwachsenden Schicht bereits ausreichend Energie zur Ausbil­ dung der gewünschten Kristallstruktur und1. In this time range, the parts just deposited get Chen by heating the substrate surface or the growing layer already enough energy for training the desired crystal structure and
  • 2. aufgrund der kurzen Pulse kann sich das Substrat, bzw. die Schicht, schnell wieder annähernd auf die von der Heizung vorge­ gebene Temperatur abkühlen, so daß bei temperaturkritischen Substraten keine Zersetzung oder Diffusion einsetzt.2. Due to the short pulses, the substrate or the Shift, quickly approaching the pre-heating cool given temperature, so that at temperature critical No decomposition or diffusion.

Die Zufuhr von gepulster Energie zur Schichtherstellung ist an sich aus der Halbleitertechnik bekannt. Es werden von Firmen soge­ nannte "Rapid-Annealer" angeboten, die intensive Lichtpulse abgeben, wodurch das Substrat bzw. die Schicht kurzzeitig stark aufgeheizt wird. Nachteil der "Rapid-Annealer" ist ihre relativ lange Pulsdauer im ms- bis s-Bereich. Bei einem temperaturemp­ findlichen Substrat setzt dann oftmals schon Diffusion in die Schicht ein, da es nicht schnell genug abkühlen kann. Aus der Erforschung der Hochtemperatur-Supraleiter ist ferner ein Ver­ fahren bekannt, bei dem der Strahl eines Excimerlasers zu einem Teil auf das Target und zum verbleibenden Teil auf das Substrat gelenkt wird (Otsubo et al., Japanese Journal of Applied Phy­ sics, Band 28, No 11 (November), 1898, Seiten 2211-2218). Bei diesem Verfahren wird das Kristallwachstum allerdings nur unzu­ reichend unterstützt, weil zum einen die ns-Pulse zu kurz sind und zum anderen die Eindringtiefe des UV-Lichtes zu gering ist. Hauptnachteil dieses Verfahrens ist zudem eine fehlende zeitli­ che Koordinierung zwischen dem Ablationspuls und dem Heizpuls. The supply of pulsed energy for layer production is in itself known from semiconductor technology. So-called companies called "Rapid Annealer" that offered intense light pulses give up, whereby the substrate or the layer temporarily strong is heated. The disadvantage of "rapid annealers" is their relative long pulse duration in the ms to s range. With a temp sensitive substrate often sets diffusion in the Layer one as it cannot cool down fast enough. From the Research into high temperature superconductors is also a ver drive known in which the beam of an excimer laser to a Part on the target and the remaining part on the substrate is directed (Otsubo et al., Japanese Journal of Applied Phy sics, volume 28, No 11 (November), 1898, pages 2211-2218). At However, crystal growth is only negligible in this process sufficiently supported because, on the one hand, the ns pulses are too short and on the other hand the penetration depth of the UV light is too small. The main disadvantage of this method is also a lack of time coordination between the ablation pulse and the heating pulse.  

Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind diese Nachteile zum einen durch die µs-langen Laserpulse vermieden. Darüberhinaus kann bei einigen temperaturempfindlichen Substraten, wie GaAs, für die kurze Dauer des µs-Pulses die Substratoberfläche weit über die Zersetzungstemperatur des Substrates erhitzt werden, ohne daß sich das Substrat zersetzt oder die Oberfläche seine Kristall­ ordnung verliert. Die Voraussetzung hierfür, daß sich das Sub­ strat schnell wieder unter die kritische Temperatur abkühlen kann, wird erfindungsgemäß durch die kurze Pulslänge erzielt.In the method according to the invention, these disadvantages are on the one hand avoided by the µs-long laser pulses. In addition, at some temperature sensitive substrates, such as GaAs, for the short duration of the µs pulse over the substrate surface Decomposition temperature of the substrate can be heated without the substrate decomposes or the surface of its crystal loses order. The prerequisite for this that the sub cool down quickly below the critical temperature can be achieved according to the invention by the short pulse length.

Zur Ausbildung der gewünschten Kristallstruktur der Schicht benötigen die gerade abgeschiedenen Teilchen eine Mindestenergie, die bei einfachen Verfahren über eine Heizung stationär vorgegeben wird. Für die Ausbildung der Kristallstruktur entscheidend ist die Oberflächentemperatur beim Auftreffen der abgeschiedenen Teil­ chen und im darauffolgenden Zeitraum, den die Teilchen zur Orientierung benötigen. Durch eine zeitliche Koordinierung der Heizimpulse mit den Ablationspulsen gelingt es beim erfindungsge­ mäßen Verfahrn, die mittlere Substrattemperatur beträchtlich zu senken. Die Heizimpulse sind zeitlich und intensitätsmäßig steuer­ bar, so daß die ablatierten Teilchen auf eine ausreichend heiße Oberfläche deponiert werden, die kurz vor oder auch wäh­ rend der Abscheidung gepulst geheizt wird. Aufgrund der kurzen Pulsdauer des Heizpulses wird nur relativ wenig Energie in die Substratoberfläche bzw. die Schicht eingekoppelt, so daß sich das Substrat anschließend wieder schnell abkühlen kann. Insbesondere können sich hierdurch temperaturempfindliche Substrate schnell unter eine für das Substrat bzw. die Schicht kritische Temperatur abkühlen, so daß Zersetzung und Diffusion vermieden werden. Dies gelingt insbe­ sondere bei einer mit den Ablationspulsen zeitlich koordinierten Abgabe von Heizpulsen, weil dann die ablatierten Teilchen bei der für die Substanz optimalen Oberflächentemperatur auf dem Substrat abgeschieden werden. To form the desired crystal structure of the layer the particles just separated need a minimum energy, the in the case of simple processes via a stationary heater becomes. It is crucial for the formation of the crystal structure the surface temperature when the deposited part hits Chen and in the subsequent period that the particles for Need orientation. By coordinating the timing Heating impulses with the ablation pulses are successful with the invention method, the average substrate temperature increases considerably reduce. The heating impulses are controlled in terms of time and intensity bar, so that the ablated particles are sufficient hot surface to be deposited, which is just before or during is heated pulsed during the deposition. Due to the short pulse duration of the heating pulse relatively little energy is transferred to the substrate surface or the layer is coupled in, so that the substrate subsequently can cool down quickly. In particular, this can temperature sensitive substrates quickly under one for that Cool the substrate or the critical temperature layer so that Decomposition and diffusion can be avoided. This is particularly successful especially in the case of one coordinated in time with the ablation pulses Delivery of heating pulses, because then the ablated particles the optimal surface temperature for the substance on the Substrate are deposited.  

Hauptvorteil der obigen ersten Lösung ist die Absenkung der mittleren Substrattemperatur, die durch die zeitliche Koordinie­ rung der Ablationspulse mit den angegebenen Heizpulsen geeigneter Länge erreicht wird. Insbesondere der Einsatz von temperatur­ empfindlichen Substraten wird hierdurch ermöglicht. Selbst bei Substanzen, die länger als einige µs für die Arrangierung bzw. Orientierung der Teilchen im gewünschsten Kristallgitter benötigen, läßt sich das Verfahren erfolgreich weiterbilden, indem man in diesem Fall zusätzliche Heizpulse auf das Substrat gibt. Der erste dieser weiteren Pulse sollte vorzugsweise kurz nach der Abscheidung der gerade ablatierten Teilchen das Sub­ strat erreichen. Die nachfolgenden Pulse können in der Regel deutlich geringere Intensität aufweisen, da sie maximal die Temperaturdifferenz zwischen aktueller Temperatur und der Maxi­ maltemperatur beim ersten Heizpuls ausgleichen müssen. Wenn der Laser für diese Weiterbildung keine ausreichend hohe Pulsfre­ quenz aufweist, sollten zwei Laser entsprechend zeitlich koordi­ niert werden. Dies gilt insbesondere für Substanzen, bei denen die ersten zwei Heizpulse im Abstand von wenigen µs erfolgen sollten.The main advantage of the first solution above is the lowering of the mean substrate temperature by the time coordinate tion of the ablation pulses with the specified heating pulses Length is reached. In particular the use of temperature this enables sensitive substrates. Self for substances that are longer than a few µs for the arrangement or orientation of the particles in the desired crystal lattice the process can be successfully further developed, in this case by applying additional heating pulses to the substrate gives. The first of these additional pulses should preferably be short after the deposition of the particles just ablated, the sub reach strat. The subsequent pulses can usually have significantly lower intensity since they have a maximum of Temperature difference between the current temperature and the maxi must compensate for the temperature at the first heating pulse. If the Lasers for this training are not sufficiently high pulse frequency two lasers should co-ordinate be kidneyed. This applies in particular to substances where the first two heating pulses occur at intervals of a few µs should.

Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß obiger Lösung eignet sich grundsätzlich für alle Substanzen, die üblicherweise bei hohen Substrattemperaturen abgeschieden werden müssen, um die ge­ wünschte Kristallstruktur zu erhalten. Es ermöglicht insbesondere die Absenkung der mittleren Substrattemperatur, wodurch ansonsten ungeeignete temperaturempfindliche Substrate erfolgreich einge­ setzt werden können, d. h. die Schichtqualität entspricht der von Schichten auf temperaturunempfindlichen Substraten, die mit her­ kömmlichen Verfahren hergestellt wurden. Bei temperaturunemp­ findlichen Substraten ist die Lösung ebenfalls vorteilhaft, da durch das gepulste Heizen die Ausbildung der gewünschten Kri­ stallstruktur und damit das Schichtwachstum beschleunigt werden. Bei vielen Substanzen läßt sich hierdurch bei gleicher Schicht­ qualität die maximale Abscheidungsrate erhöhen. The inventive method according to the above solution is suitable basically for all substances that are usually found at high Substrate temperatures need to be deposited to the ge wanted to get crystal structure. It enables in particular lowering the average substrate temperature, which otherwise unsuitable temperature-sensitive substrates successfully turned on can be set, d. H. the layer quality corresponds to that of Layers on temperature-insensitive substrates conventional methods were produced. With temperature-insensitive sensitive solution, the solution is also advantageous because through the pulsed heating the formation of the desired kri stall structure and thus the layer growth can be accelerated. In the case of many substances, this allows the same layer quality increase the maximum deposition rate.  

Das Schichtwachstum kann weiterhin verbessert werden, wenn man einen Laser verwendet, dessen Licht nicht nur die gewünschten Heizpulse erzeugt, sondern auch die ablatierten Teilchen bzw. die zugegebenen Gasteilchen im Fall der reaktiven Ablation anregt.Layer growth can still be improved if one uses a laser whose light is not just the one you want Generates heating pulses, but also the ablated particles or the added gas particles in the case of reactive ablation stimulates.

Das obige Verfahren eignet sich grundsätzlich für alle einkri­ stallinen, polykristallinen und amorphen Substrate. Bei polykri­ stallinen und amorphen Substraten sind die abgeschiedenen Schichten in der Regel nicht einkristallin, sondern polykristal­ lin. Die Eigenschaften polykristalliner Schichten sind meistens deutlich schlechter als die von einkristallinen Schichten, wobei ihre Qualität maßgeblich von der Größe der Kristallite abhängt. Diese erzielbare Qualität reicht jedoch nicht immer aus. Eine Weiterbildung der obigen Lösung beinhaltet eine Verbesserung der Schichtqualität insbesondere von polykristallinen Filmen auf polykristallinen oder amorphen Substraten. Diese Weiterbildung beinhaltet einen schichtartigen Aufbau der Gesamtschicht in der folgenden Weise:The above procedure is basically suitable for all single cri stallinen, polycrystalline and amorphous substrates. At polykri The stable and amorphous substrates are the deposited ones As a rule, layers are not single-crystal, but polycrystalline lin. The properties of polycrystalline layers are mostly significantly worse than that of single-crystal layers, whereby their quality largely depends on the size of the crystallites. However, this achievable quality is not always sufficient. A Continuing the above solution involves improving Layer quality especially of polycrystalline films polycrystalline or amorphous substrates. This training includes a layered structure of the entire layer in the following Wise:

  • 1. Es wird ein sehr dünner Film von höchstens einigen wenigen nm Dicke unter Anwendung der Heizpulse abgeschieden:1. It becomes a very thin film of at most a few nm Thickness deposited using the heating pulses:
  • 2. die Abscheidung wird unterbrochen, um den Teilchen mehr Zeit zur Ausbildung der Kristallite zu geben; und2. The deposition is interrupted to give the particles more time to give to the formation of crystallites; and
  • 3. die restliche Schicht wird in einem Schritt unter Anwendung von Heizpulsen auf die gewünschte Dicke aufgetragen, oder die Schritte 1. und 2. werden entsprechend oft wiederholt. Wäh­ rend des Schritts 2 können weiterhin Heizpulse auf das Substrat bzw. die Schicht gegeben werden, um diesen Schritt zeitlich zu verkürzen. Bei Substanzen, die zusätzlich Gasteilchen einbauen müssen, sollten während des Schrittes 2 die für den Einbau günstig­ sten Parameter gewählt werden, d. h. in der Regel eine andere Substrattemperatur und ein deutlich erhöhter (Partial)-Druck des einzubauenden Gases. Auch bei diesen Substanzen sind weitere Heizpulse während des Schrittes 2 in der Regel von Vorteil, da sie neben der Ausbildung der Kristallstruktur zusätzlich den Einbau der Gasteilchen beschleunigen. Ob man nach dem Schritt 2 die Schicht direkt auf die gewünschte Dicke abscheiden kann, oder ob man die Schritte 1 und 2 wiederholen muß, hängt maßgeblich davon ab, wie schnell die abzuschei­ dende Substanz die gewünschte Kristallstruktur ausbilden kann, und wie gut die Schicht sein muß.3. The remaining layer is applied in one step using heating pulses to the desired thickness, or steps 1 and 2 are repeated as often as required. During step 2 , heating pulses can continue to be applied to the substrate or the layer in order to shorten this step in time. For substances that also have to incorporate gas particles, the most favorable parameters for the installation should be selected during step 2 , ie generally a different substrate temperature and a significantly increased (partial) pressure of the gas to be installed. With these substances, too, further heating pulses during step 2 are generally advantageous, since in addition to the formation of the crystal structure, they also accelerate the incorporation of the gas particles. Whether you can deposit the layer directly to the desired thickness after step 2 , or whether you have to repeat steps 1 and 2 , depends largely on how quickly the substance to be deposited can form the desired crystal structure and how good the layer will be got to.

Mit dieser Weiterbildung des obigen Verfahrens kann man viele Substanzen auf preisgünstigen polykristallinen oder amorphen Substraten abscheiden, die ansonsten aufgrund mangelnder Schichtqualität nicht verwendet werden können. Auch für die Ab­ scheidung auf einkristallinen Substraten ist diese Weiterbildung von Vorteil, insbesondere, wenn man mit hohen Raten abscheiden möchte. Der Schritt 1 erfolgt dann vorzugsweise bei reduzierter Abscheidungsrate, um einen möglichst guten einkri­ stallinen Film zu erzeugen, auf dem dann mit hoher Abscheidungs­ rate die Schicht weiter epitaktisch aufwachsen kann. Der erste dünne Film dient somit zur Induzierung der richtigen Kristall­ struktur und zum Ausgleich von einer eventuellen Fehlanpassung zwischen den Gitterparametern des Substrates und denjenigen der abzuscheidenden Substanz.With this development of the above method, many substances can be deposited on inexpensive polycrystalline or amorphous substrates, which otherwise cannot be used due to a lack of layer quality. This further development is also advantageous for the deposition on single-crystalline substrates, in particular if one wishes to deposit at high rates. Step 1 is then preferably carried out at a reduced deposition rate in order to produce the best possible single-crystal film on which the layer can then continue to grow epitaxially at a high deposition rate. The first thin film thus serves to induce the correct crystal structure and to compensate for any mismatch between the lattice parameters of the substrate and those of the substance to be deposited.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf gepulster Abscheidung, insbesondere auf gepulster Laser- oder Pseudofunken-Ablation. Bei diesen Verfahren tritt als Problem die Tröpfchenbildung auf. Dies sind vom Target ablatierte Partikel, die sich als "Tröpf­ chen" im Film niederschlagen und den Einsatz der mittels Abla­ tion hergestellten Schichten einschränken. Dies gilt auch für polykri­ stalline Schichten, an die im Gegensatz zu einkristallinen Schichten keine sehr hohen Qualitätsanforderungen gestellt werden. Eine Reduzierung oder gar Vermeidung von Tröpfchen durch Wahl geeig­ neter Prozeßparameter ist nur teilweise möglich. Zur Vermeidung bzw. zumindest weitgehenden Reduzierung der Tröpfchen muß man verhindern, daß diese ablatierten Partikel die Schicht erreichen. The method according to the invention is based on pulsed deposition, especially on pulsed laser or pseudo-spark ablation. The problem with these methods is droplet formation. These are particles ablated from the target, which are known as "droplets chen "in the film and the use of the abla tion layers produced. This also applies to polykri stalline layers, in contrast to single-crystal layers there are no very high quality requirements. A Reduction or even avoidance of droplets by choice Process parameters are only partially possible. To avoid or at least largely reducing the droplets prevent these ablated particles from reaching the layer.  

Hierzu sieht die Erfindung eine zweite Lösung (Anspruch 6) vor, bei der diese Partikel auf dem Weg zum Substrat mit einem Laserstrahl ver­ dampft werden. Der Laserstrahl eines Dauerstrich-Lasers wird durch die Plasmawolke gestrahlt (mit Plasmawolke ist der gesamte Raum gemeint, den die ablatierten Teilchen auf dem Weg zum Substrat durchqueren, d. h die "Ablationswolke"). Dies ist die einfachste Art, diese erfindungsgemäße Lösung zu realisieren, und hat den Vorteil, daß alle Partikel unabhängig von ihrer Geschwindigkeit erfaßt werden. Vorzugsweise wird der Laserstrahl nicht nur einmal, sondern mehrmals (mindestens zweimal) durch die Plasmawolke gestrahlt. Hierzu wird er mittels Spiegel in die Plasmawolke zurück reflektiert, wodurch sich die Wahrscheinlich­ keit, Partikel zu verdampfen, erhöht.For this purpose, the invention provides a second solution (claim 6), in which this Verify particles on the way to the substrate with a laser beam be steamed. The laser beam from a continuous wave laser is blasted through the plasma cloud (with plasma cloud is the whole Space meant by the ablated particles on the way to the Traverse substrate, d. h the "ablation cloud"). this is the simplest way to implement this solution according to the invention, and has the advantage that all particles are independent of their Speed can be detected. The laser beam is preferred not just once, but several times (at least twice) the plasma cloud blasted. To do this, he is mirrored into the Plasma cloud reflected back, making the probable ability to evaporate particles increases.

Bei einer Vielfach-Reflexion kann auch alternativ ein vorzugs­ weise möglichst lang gepulster Laser mit gutem Erfolg eingesetzt werden, da hierbei das abgedeckte Geschwindigkeitsfenster hin­ reichend groß ist. Allerdings benötigt man dann auch eine Syn­ chronisierung von der Ablation und der Partikelverdampfung. Im folgenden werden die Pseudofunkenquelle bzw. der Laser zur Ablation als Ablationslaser bezeichnet sowie der Laser zur Partikelverdampfung als Verdampfungslaser.In the case of multiple reflection, an alternative can also be preferred as long as possible pulsed laser used with good success because the covered speed window is big enough. However, you also need a syn Chronization of ablation and particle evaporation. in the the following are the pseudo-radio source or the laser Ablation referred to as an ablation laser and the laser for Particle evaporation as an evaporation laser.

Die erste Lösung läßt sich in vorteilhafter Weise mit dieser zweiten Lösung kombinieren. Bei einer solchen Kombination ist ein gepulster Laser zum Heizen der Substratoberfläche, bzw. der aufwachsenden Schicht ohnehin vorgesehen (im folgenden als Heiz­ laser bezeichnet), der mit dem Ablationslaser synchronisiert wird. Aufgrund der Pulslänge von einigen µs eignet sich dieser Laser auch gut zur Partikelverdampfung, d. h. der Strahl des Heizlasers kann geteilt und teilweise auf das Substrat sowie teilweise durch die Plasmawolke gestrahlt werden. Im Idealfall erfolgt der (erste) Heizpuls zu einem Zeitpunkt, zu dem die Partikel durch den zuvor abgezweigten Laserstrahl des Heizlasers fliegen. Hierdurch kann eine optische Verzögerung des Verdamp­ fungslaserpulses vermieden werden, die ansonsten zur Synchroni­ sierung mit der Partikelbewegung erforderlich ist.The first solution can be advantageously with this combine second solution. With such a combination a pulsed laser for heating the substrate surface, or the growing layer provided anyway (hereinafter as heating laser), which synchronizes with the ablation laser becomes. This is suitable due to the pulse length of a few µs Lasers also good for particle evaporation, i.e. H. the ray of the Heat lasers can be split and partially onto the substrate as well partially blasted through the plasma cloud. Ideally the (first) heating pulse occurs at a time when the Particles from the previously branched laser beam from the heating laser  to fly. This can result in an optical delay of the evaporator tion laser pulses are avoided, otherwise to synchronize with particle movement is required.

Anstelle des Heizlasers kann auch ein abgezweigter Teil des Laserstrahls vom Ablationslaser zur Partikelverdampfung einge­ setzt werden. Aufgrund der üblichen Pulsdauern im ns-Bereich erfordert dies jedoch eine aufwendigere Vielfachreflexion und optische Verzögerung dieses Teilstrahls. Falls vorhanden, sollte man drei Laser verwenden (Ablations-, Heiz-, Verdampfungs-La­ ser), deren Synchronisierung kaum aufwendiger ist als die Syn­ chronisierung zwischen Ablations- und Heizlaser. Vorteile hier­ von sind die Vermeidung einer meistens notwendigen optischen Verzögerung sowie vor allem die Optimierung jedes Laserstrahles für seinen Zweck. Im Falle eines Dauerstrichlasers zur Parti­ kelverdampfung entfällt bei Kombination mit der ersten Lösung sogar die Synchronisierung.Instead of the heating laser, a branched part of the Laser beam from the ablation laser for particle evaporation be set. Because of the usual pulse durations in the ns range however, this requires a more complex multiple reflection and optical delay of this sub-beam. If available, should one can use three lasers (ablation, heating, evaporation La ser), the synchronization of which is hardly more complex than the syn Chronization between ablation and heating lasers. Advantages here of are avoiding a mostly necessary optical Delay and above all the optimization of each laser beam for its purpose. In the case of a continuous wave laser to the party There is no evaporation when combined with the first solution even synchronization.

Die zweite erfindungsgemäße Lösung läßt sich bei der Herstellung jeglicher Substanz mittels der Laser- oder Pseudofunken-Ablation mit dem Resultat der Schichtverbesserung anwenden. Besonders erfolgreich ist ihr Einsatz bei der Ablation von keramischen Targets, z. B. den Hochtemperatur-Supraleitern, den Ferroelektri­ ka oder den Dielektrika.The second solution according to the invention can be produced any substance using laser or pseudo-spark ablation apply with the result of the layer improvement. Especially their use in the ablation of ceramic has been successful Targets, e.g. B. the high-temperature superconductors, the ferroelectric ka or the dielectrics.

Die zweite erfindungsgemäße Lösung bietet sich insbesondere zur Verbesserung der Qualität und des Wachstums von Schichten an, die gleichzeitig unter Anwendung der ersten erfin­ dungsgemäßen Lösung hergestellt werden. Die zweite Lösung kann aber auch zur Verbesserung von Schichten verwendet werden, die mit üblichen Ablationsmethoden, d. h. ohne gepulstes zeitkoordinier­ tes Aufheizen der Substratoberfläche hergestellt werden.The second solution according to the invention is particularly suitable for Improve the quality and growth of Layers that invent simultaneously using the first Solution according to the invention are prepared. The second solution can but can also be used to improve layers with usual ablation methods, d. H. without pulsed time coordinator heating the substrate surface.

In einem Artikel "Particulates reduction in laser-ablated Y₁Ba₂Cu₃O7- δ thin films by laser-induced plume heating" von G. Koren et. al,. Applied Physics Letters, Band 56(21), 21. Mai 1990, Seiten 2144-2146, ist zwar beschrieben, daß Y₁Ba₂Cu₃O7- δ-Schichten Tröpfchen aufweisen, wenn die von einem gepulsten Nd : YAG-Laser (1,06 µm) erzeugte Plasmawolke mit dem Licht eines gepulsten Excimerlasers (KrF 248 nm) durchstrahlt wird. Jedoch weisen die gewonnenen Schichten im Vergleich zu Schichten, die durch Ablation mit dem KrF-Laser erzeugt wurden, deutlich mehr kleine Tröpfchen und noch erhebliche Unebenheiten auf. Zwar wird darauf hingewiesen, daß durch Optimierung der Laserintensi­ tät, Wellenlänge, Ausrichtung bezüglich der Plasmawolke und Zeitverzögerung gegenüber dem Ablationslaser, Fortschritte möglich sein sollten. Hingegen bringen die erfindungsgemäßen Maßnahmen den entscheidenden Fortschritt, daß möglichst viele Partikel in der Plasmawolke erfaßt werden.In an article "Particulates reduction in laser-ablated Y₁Ba₂Cu₃O 7- δ thin films by laser-induced plume heating" by G. Koren et. al ,. Applied Physics Letters, Vol. 56 (21), May 21, 1990, pages 2144-2146, it is described that Y₁Ba₂Cu₃O 7- δ layers have droplets when that of a pulsed Nd: YAG laser (1.06 µm) generated plasma cloud is irradiated with the light of a pulsed excimer laser (KrF 248 nm). However, the layers obtained have significantly more small droplets and still considerable unevenness compared to layers which have been produced by ablation with the KrF laser. It is pointed out that progress should be possible by optimizing the laser intensity, wavelength, alignment with regard to the plasma cloud and time delay compared to the ablation laser. On the other hand, the measures according to the invention bring the decisive progress that as many particles as possible are recorded in the plasma cloud.

Die Erfindung sieht eine auf die obigen Lösungen anwendbare Weiterbildung vor, die insbesondere bei reaktiver Ablation das Schichtwachstum und die Schichtqualität verbessert. Bei dieser Weiterbildung wird das in die Schicht einzubauende Reaktivgas mittels Gaspulsen angeboten. Diese Gaspulse ermöglichen lokal am Substrat bzw. der aufwachsenden Schicht für die kurze Dauer des Gaspulses einen deutlich höheren Gasdruck, als es bei einer kontinuierlichen Gaszufuhr möglich ist. Der Vorteil der Gaspulse kommt insbesondere bei einer zeitlichen Koordinierung mit den Ablationspulsen zum Tragen. Besonders vorteilhaft ist der Ein­ satz von Gaspulsen, wenn das Reaktivgas zumindest teilweise in aktivierter Form z. B. als Ionen oder Radikale angeboten wird. Details über den Einsatz zur Verbesserung der Schichtqualität und des Schichtwachstumes sind in einer nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung der Anmelderin (P 40 35 073.8) ge­ schildert.The invention sees one applicable to the above solutions Continuing education, especially in the case of reactive ablation Layer growth and layer quality improved. At this The reactive gas to be built into the layer is further developed offered by means of gas pulses. These gas pulses allow local on Substrate or the growing layer for the short duration of Gaspulses a significantly higher gas pressure than it does with a continuous gas supply is possible. The advantage of gas pulses comes especially with a time coordination with the Ablation pulses to wear. The one is particularly advantageous set of gas pulses when the reactive gas is at least partially in activated form z. B. is offered as ions or radicals. Details about the use to improve the layer quality and layer growth are in a not pre-published German patent application by the applicant (P 40 35 073.8) ge describes.

In vorteilhafter Weise werden die Gaspulse mit der ersten Lö­ sung, dem gepulsten Aufheizen kombiniert. Der große Vorteil dieser Weiterbildung gegenüber der ausschließlichen Verwendung von Gas- oder Heizpulsen besteht in der Möglichkeit einer nochma­ ligen deutlichen Reduzierung der Substrattemperatur. Diese zusätzliche Reduzierung der maximalen Substratoberflächentempe­ ratur bzw. Schichttemperatur wird durch die Kombination der tempe­ ratursenkenden Maßnahmen Heizpulse und Gaspulse mit (aktivier­ tem) Reaktivgas erreicht, die zeitkoordiniert mit den Ablations­ pulsen erfolgen. Hierdurch können noch temperaturempfindlichere Substrate verwendet werden als bei der Anwendung der ersten Lösung bzw. kann man häufig auf ansonsten notwendige Puffer­ schichten verzichten.Advantageously, the gas pulses with the first Lö solution combined with pulsed heating. the big advantage this training compared to the exclusive use of gas or heating pulses is possible significant reduction in substrate temperature. These  additional reduction of the maximum substrate surface temperature temperature or layer temperature is determined by the combination of the tempe measures to reduce heating and gas pulses (activate tem) reactive gas is reached, which is time-coordinated with the ablation pulse. This can make even more temperature sensitive Substrates are used as when applying the first Solution or you can often on otherwise necessary buffers do without layers.

Aber auch bei Abscheidung von Substanzen bei hoher Temperatur auf temperaturunkritische Substrate ist die obige Weiterbildung von besonderem Vorteil, wenn das Reaktivgas bei einer niedrige­ ren Temperatur stöchiometrisch eingebaut wird als bei der, bei welcher die Substanz die richtige Kristallstruktur einnimmt (i. a. die maximale Abscheidungstemperatur). Bei vielen Substan­ zen, wie z. B. dem Hochtemperatur-Supraleiter Y₁Ba₂Cu₃O7- δ, wird das Reaktivgas erst weit unterhalb der üblichen Abscheidungstempera­ tur von 700-800°C bei ca. 400-500°C stöchiometrisch rich­ tig eingebaut. Durch das gepulste Aufheizen kann die mittlere Substratoberflächentemperatur in diesem niedrigen Temperaturbe­ reich liegen. Gibt man in diesem Temperaturbereich Sauerstoff­ pulse auf das Substrat, so werden die Gasteilchen gut einge­ baut, insbesondere, wenn sie aktiviert sind. Beim nachfolgenden Ablationspuls wird die Schicht durch entsprechend gesteuerte Heiz­ pulse auf eine höhere Temperatur gebracht, so daß die soeben abgeschiedenen Teilchen genügend Energie erhalten, um sich im gewünschten Kristallgitter anzuordnen. Hierdurch gelingt es, das Schichtwachstum und die Schichtqualität bei deutlich herabge­ setzter mittlerer Substrattemperatur zu verbessern, so daß zum einen temperaturempfindliche Substrate wie Silizium erfolgreich ohne Pufferschichten verwendet werden können, und zum anderen die Schichten direkt in der supraleitenden orthorhombischen Phase kristallisieren können. Mit anderen Worten, es wird die Zwillings­ bildung der Schichten stark reduziert. But even when depositing substances at high temperature on non-temperature-critical substrates, the above development is particularly advantageous if the reactive gas is installed stoichiometrically at a lower temperature than that at which the substance adopts the correct crystal structure (generally the maximum deposition temperature). With many substances, such as. B. the high-temperature superconductor Y₁Ba₂Cu₃O 7- δ , the reactive gas is only far below the usual deposition temperature of 700-800 ° C at about 400-500 ° C stoichiometrically properly installed. Due to the pulsed heating, the average substrate surface temperature can be in this low temperature range. If you give oxygen pulses to the substrate in this temperature range, the gas particles are well built in, especially if they are activated. In the subsequent ablation pulse, the layer is brought to a higher temperature by appropriately controlled heating pulses, so that the particles which have just been deposited receive enough energy to arrange themselves in the desired crystal lattice. This makes it possible to improve the layer growth and the layer quality with a significantly reduced average substrate temperature, so that on the one hand temperature-sensitive substrates such as silicon can be used successfully without buffer layers, and on the other hand the layers can crystallize directly in the superconducting orthorhombic phase. In other words, the twin formation of the layers is greatly reduced.

Die Erfindung sieht auch die Kombination der Gaspulse mit der Partikelverdampfung für solche Substanzen vor, bei denen es nicht auf eine Temperaturabsenkung ankommt, sondern auf mög­ lichst guten Einbau von Gasteilchen und Tröpfchenfreiheit der Filme. Eine mögliche Ausbildung dieser Lösung wird im folgenden nicht beschrieben. Sie kann aus dem oben geschilderten durch Kombination einfach abgeleitet werden.The invention also sees the combination of the gas pulses with the Particle evaporation for those substances where it it is not a question of a drop in temperature, but of possible best possible installation of gas particles and freedom from droplets Films. A possible formation of this solution is as follows not described. You can by from the above Combination can be easily derived.

Ebenfalls nicht im Detail wird eine Weiterbildung beschrieben, die eine Kombination der Heizpulse und Gaspulse mit der Tröpf­ chenverdampfung darstellt. Diese Weiterbildung findet ihren bevorzugten Einsatz überall dort, wo Schichten, die unter Anwendung von Heiz- und Gaspulsen hergestellt werden, zuviele Tröpfchen z. B. für die Mikrostrukturierung aufweisen. Es gelingt hiermit, tröpfchenfreie Schichten bei abgesenkter Substrattemperatur und besonders gutem Einbau von Reaktivgasteilchen abzuscheiden.Further training is also not described in detail, which is a combination of the heating pulse and gas pulse with the droplet represents vaporization. This training takes place preferred use wherever layers using of heating and gas pulses are produced, too many droplets e.g. B. for microstructuring. Hereby it succeeds droplet-free layers with reduced substrate temperature and separating particularly good installation of reactive gas particles.

Die Weiterbildung der ersten Lösung mit der vorteilhaften schichtweisen Abscheidung zur Verbesserung der Schichtqualität und des Schichtwachstums insbesondere auf polykristallinen oder amorphen Substraten läßt sich mit Erfolg auch bei den anderen erfindungsgemäßen Lösungen und Weiterbildungen anwenden.The further development of the first solution with the advantageous one layer-by-layer deposition to improve the layer quality and layer growth, in particular on polycrystalline or amorphous substrates can also be used successfully with the others Apply solutions and developments according to the invention.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Möglichkeit, großflä­ chige Substrate bei tiefen Substrattemperaturen gleichmäßig zu beschichten. Insbesondere bei der reaktiven Ablation wird dies durch den Einsatz der Gaspulse gefördert.Another advantage of the invention is the possibility of large areas substrates even at low substrate temperatures coat. This is particularly the case with reactive ablation promoted by the use of gas pulses.

Werden für den Heizpulslaser, den Verdampfungslaser und/oder den Ablationslaser Wellenlängen verwendet, die die ablatierten Teilchen und/oder die Gaspulsteilchen anregen, so läßt sich das Schichtwachstum weiter verbessern.Are for the heating pulse laser, the evaporation laser and / or the Ablation laser used wavelengths that ablated Excite particles and / or the gas pulse particles, so that can Further improve layer growth.

Für sich genommen, verbessert jede Lösung bzw. Weiterbildung das Schichtwachstum und die Schichtqualität, wobei die erste Lösung bevorzugt zur Absenkung der Substrattemperatur bei der nichtre­ aktiven Ablation (insbesondere im Hochvakuum) geeignet ist, die zweite Lösung der Vermeidung von Tröpfchen dient, die Weiterbil­ dung der ersten Lösung mit den Gaspulsen bei der reaktiven Ablation zur Absenkung der Substrattemperatur und dem verbesser­ ten Einbau der Gasteilchen eingesetzt wird, die Weiterbildung der zweiten Lösung mit den Gaspulsen besonders zur Herstellung tröpfchenfreier Schichten mit verbessertem Einbau der Gasteilchen geeignet ist; und die alle Lösungen kombinierende Weiterbildung zur Herstellung tröpfchenfreier Schichten bei herabgesetzter Sub­ strattemperatur und verbessertem Einbau von Gasteilchen einge­ setzt wird.In itself, every solution or further education improves that Layer growth and layer quality, the first solution preferred to lower the substrate temperature at the non  active ablation (especially in high vacuum) is suitable, the The second solution is to avoid droplets, the further development of the first solution with the gas pulses in the reactive Ablation to lower the substrate temperature and improve it The installation of the gas particles is used, the training the second solution with the gas pulses especially for manufacturing droplet-free layers with improved incorporation of the gas particles suitable is; and advanced training that combines all solutions for the production of droplet-free layers with reduced sub street temperature and improved incorporation of gas particles is set.

Die Erfindung ist besonders geeignet bei der Schichtherstellung von Hochtemperatur-Supraleitern, Ferroelektrika oder Dielektrika sowie auch Metallegierungen. Zu nennen sind beispielsweise folgende Substanzen: ReBa₂Cu₃O7-x (Re=Selten-Erdelement oder Yttrium, Bleizirkonat, PZT, PZT mit Lanthan (PLZT), Bleitita­ nat, ZrO₂, SrTiO₃, LaAlO₃, NdGaO₃.The invention is particularly suitable for the layer production of high-temperature superconductors, ferroelectrics or dielectrics and also metal alloys. Examples include the following substances: ReBa₂Cu₃O 7-x (Re = rare earth element or yttrium, lead zirconate, PZT, PZT with lanthanum (PLZT), Bleitita nat, ZrO₂, SrTiO₃, LaAlO₃, NdGaO₃.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich ferner nicht nur zum verbesserten Wachstum von dünnen Schichten und zur Steige­ rung der Schichteigenschaften, insbesondere bei abgesenkter Sub­ strattemperatur, sondern auch zur Strukturierung der Schichten während des Wachstums. Es sind in-situ-Strukturierungen bekannt, bei denen während der Abscheidung die Schicht dadurch strukturiert wird, daß Licht zur örtlichen Aufheizung der Schicht beiträgt und dadurch eine andere Kristallstruktur im bestrahlten Teil der Schicht verursacht wird als im unbestrahlten Teil. Bei der älte­ ren deutschen Anmeldung P 39 25 085.7 der Anmelderin fällt das Licht eines Dauerstrich-Heizlasers durch eine Maske auf das Substrat bzw. die aufwachsende Schicht. Die zur Kristallausbildung notwendige Temperatur wird nur dort erreicht, wo das Laserlicht auf das Substrat fällt, so daß sich die gewünschte Struktur in einer planaren Schicht ausbildet. Die so hergestellte Schicht besteht z. B. aus Bereichen mit der gewünschten, supraleitenden Kristall­ struktur und anderen Bereichen nicht supraleitender Kristall­ struktur. Desweiteren ist das Laserausheilen allgemein bekannt, bei dem die Kristallstruktur eines Filmes mittels Laserbestrah­ lung verändert wird. Durch Abbilden einer Maske oder durch Schreiben mit dem Laser läßt sich so die gewünschte Struktur gegebenenfalls auch schon während der Abscheidung erzielen.The method according to the invention is also not only suitable for improved growth of thin layers and climb layer properties, especially when the sub is lowered street temperature, but also for structuring the layers during growth. In-situ structuring is known in which the layer is structured during the deposition is that light contributes to local heating of the layer and thereby a different crystal structure in the irradiated part of the Layer is caused as in the unirradiated part. With the elder ren German application P 39 25 085.7 of the applicant Light from a continuous wave heating laser through a mask onto that Substrate or the growing layer. The crystal formation necessary temperature is only reached where the laser light falls on the substrate, so that the desired structure in a planar layer. The layer produced in this way exists e.g. B. from areas with the desired superconducting crystal structure and other areas of non-superconducting crystal  structure. Furthermore, laser healing is generally known in which the crystal structure of a film is laser-irradiated lung is changed. By imaging a mask or by Writing with the laser can be the desired structure if necessary, also achieve during the deposition.

Wenn man beim erfindungsgemäßen Verfahren das Licht des Heizla­ sers durch eine Maske auf die Schicht fallen läßt, erhält man eine schärfere Struktur als bei dem Verfahren nach der obigen Anmel­ dung. Ursache hierfür ist die nur starke lokale Erwärmung in so kurzer Zeit, daß die Wärmeleitung vernachlässigbar ist. Dadurch wird eine hohe Temperatur mit wenig Energie erzielt und ein steiler Temperaturgradient am Rand der bestrahlten Bereiche geschaffen. Die Übergangszone von einer bestimmten (z. B. supra­ leitenden) Kristallstruktur zu einer anderen (z. B. normalleiten­ den) Kristallstruktur ist sehr klein. Hierdurch wird nicht nur die Struktur scharf, sondern kann auch insgesamt klein sein. Die Kristallausbildung ist vor dem Wirksamwerden der Wärmeleitung abgeschlossen. Die Wärmeleitung bewirkt eine Verflechtung des Temperaturprofils. Im wesentlichen wird in der bestrahlten Zone die Hochtemperaturmodifikation eingefroren, während eine Struk­ turänderung im unbestrahlten Bereich wegen des geringen Tempera­ turanstieges ausbleibt. Auch bei dieser Strukturierung erhält man eine planare Schicht, was oft von Vorteil ist. Für Fälle, bei denen nur die Struktur auf dem Substrat stehen bleiben soll, sieht die Erfindung folgende Weiterbildung vor:
Die Intensität der Heizpulse wird so eingestellt, daß sie aus­ reicht, die gerade abgeschiedenen Teilchen wieder vom Substrat zu ablatieren. Überall dort, wo die Schicht aufwachsen soll, wird die Intensität der Heizpulse mittels einer teildurchlässigen Maske soweit reduziert, daß die Energie ausreicht, um die gewünschte Kristallstruktur zu erzielen (analog der ersten erfindungsgemä­ ßen Lösung). D. h., das Licht des Heizlasers fällt durch eine spezielle Maske, die das Licht dort teilweise durchläßt, wo die gewünschte Schichtstruktur auf dem Substrat stehen bleiben soll. An den Stellen, wo keine Schicht aufwachsen soll, wird das Licht des Heizlasers vollständig durchgelassen.
If you let the light of the Heizla sers fall through a mask onto the layer in the process according to the invention, a sharper structure is obtained than in the process according to the above application. The reason for this is the only strong local warming in such a short time that the heat conduction is negligible. This achieves a high temperature with little energy and creates a steep temperature gradient at the edge of the irradiated areas. The transition zone from a certain (e.g. superconducting) crystal structure to another (e.g. normally conducting) crystal structure is very small. This not only makes the structure sharp, but can also be small overall. The crystal formation is completed before the heat conduction takes effect. The heat conduction interweaves the temperature profile. Essentially, the high-temperature modification is frozen in the irradiated zone, while there is no structural change in the unirradiated area because of the low temperature increase. This structuring also produces a planar layer, which is often an advantage. For cases in which only the structure is to remain on the substrate, the invention provides the following development:
The intensity of the heating pulses is set so that it is sufficient to ablate the particles that have just been deposited again from the substrate. Wherever the layer is to be grown, the intensity of the heating pulses is reduced to such an extent by means of a partially permeable mask that the energy is sufficient to achieve the desired crystal structure (analogous to the first solution according to the invention). In other words, the light from the heating laser passes through a special mask that partially lets the light through where the desired layer structure is to remain on the substrate. The light from the heating laser is completely let through where no layer should grow.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispiel­ haft erläutert. Im einzelnen zeigtIn the following the invention with reference to the drawings explained. In detail shows

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchfüh­ rung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der ersten Lösung; Figure 1 shows an embodiment of an apparatus for performing the inventive method according to the first solution.

Fig. 2 ein möglicher zeitlicher Temperaturverlauf der Substrat­ oberfläche gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1; FIG. 2 shows a possible temporal temperature profile of the substrate surface according to the exemplary embodiment from FIG. 1;

Fig. 3 ein alternativer zeitlicher Temperaturverlauf der Sub­ stratoberfläche; FIG. 3 shows an alternative temporal temperature profile of the sub stratoberfläche;

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchfüh­ rung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der zweiten Lösung oder gemäß einer Kombination von erster und zweiter Lösung; Figure 4 shows an embodiment of an apparatus for performing the inventive method according to the second solution or according to a combination of the first and second solution.

Fig. 5 ein modifiziertes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung aus Fig. 4; FIG. 5 shows a modified exemplary embodiment of the device from FIG. 4;

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß einer Weiterbildung der ersten Lösung; Fig. 6 shows an embodiment of a device according to a further development of the first solution;

Fig. 7 mögliche zeitliche Temperatur- und Gasdruckverläufe an der Substratoberfläche gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6; FIG. 7 possible temporal temperature and gas pressure profiles on the substrate surface according to the exemplary embodiment from FIG. 6;

Fig. 8 alternativ zeitliche Temperatur- und Gasdruckverläufe an der Substratoberfläche; und Fig. 8 is an alternative temporal temperature and gas pressure characteristics at the substrate surface; and

Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß einer Weiterbildung der ersten und zweiten Lösung. Fig. 9 shows an embodiment of a device according to a development of the first and second solution.

In den Fig. 1, 4-6 und 9, die sämtlich jeweils eine Beschich­ tungskammer 1 zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren zeigen, ist ein gepulster Laserstrahl für die Ablation z. B. von einem Excimerlaser stets mit 2 angedeutet. Dieser Laserstrahl wird stets auf das Target 3 gerichtet (fokussiert), worauf sich eine Plasmawolke 4 aus den ablatierten Teilchen ausbildet. Dem Target gegenüberliegend ist ein zu beschichtendes Substrat 5 angeordnet, das mittels einer Heizeinrichtung 6 beheizbar ist. Diese Vorrichtung dient zur Durchführung des allgemein bekannten Verfahrens der Laserablation. Anstelle des Laserstrah­ les 2 kann z. B. auch ein Pseudofunkenstrahl oder irgendein anderer gepulster Ablationsstrahl zur Ablation verwendet wer­ den. (Diese Ausführungsformen sind nicht gezeichnet.)In Figs. 1, 4-6 and 9, all of which in each case 1 show a Beschich processing chamber for carrying out the method according to the invention, a pulsed laser beam is, for ablation. B. from an excimer laser always indicated with 2 . This laser beam is always directed (focused) onto the target 3 , whereupon a plasma cloud 4 is formed from the ablated particles. A substrate 5 to be coated is arranged opposite the target and can be heated by means of a heating device 6 . This device is used to carry out the generally known method of laser ablation. Instead of the laser beam 2 , z. B. also uses a pseudo-spark beam or any other pulsed ablation beam for ablation. (These embodiments are not drawn.)

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der ersten Lösung gezeigt. Zusätzlich zur bekannten Ablation wird die Substrat­ oberfläche bzw. die aufwachsende Schicht mittels kurzer Heizpulse kurzzeitig über eine relativ niedrige mittlere Temperatur aufge­ heizt, die von der Heizung vorgegeben wird. Die ca. 1-10 µs langen Heizpulse werden mit einem TEA-CO₂-Laserstrahl 7 erzeugt. Diese Heizpulse sind zeitlich mit den Ablationspulse koordi­ niert. Mittels einer Maske 8 kann die Schicht während der Deposition in situ strukturiert werden. Aufgrund der Maske entstehen unterschiedliche Kristallstrukturen in der planaren Schicht, z. B. supraleitende neben normalleitenden.In Fig. 1, an embodiment is shown according to the first solution. In addition to the known ablation, the substrate surface or the growing layer is briefly heated by means of short heating pulses above a relatively low mean temperature, which is predetermined by the heating. The approx. 1-10 µs long heating pulses are generated with a TEA-CO₂ laser beam 7 . These heating pulses are coordinated with the ablation pulses. Using a mask 8 , the layer can be structured in situ during the deposition. Due to the mask, different crystal structures arise in the planar layer, e.g. B. superconducting in addition to normal conducting.

In Fig. 2 ist eine mögliche zeitliche Koordination zwischen Heizpuls und Ablationspuls dargestellt, die für die meisten Substanzen ideal ist. Im oberen Diagramm von Fig. 2 ist die Intensität Is der ablatierten Teilchen am Substrat gegen die Zeit, im unteren Diagramm die Substratoberflächentemperatur Ts gegen die Zeit aufgetragen. Der Heizpuls erfolgt derart, daß die maximale Substratoberflächentemperatur etwa bei der maxima­ len Intensität der ablatierten Teilchen am Substrat erreicht wird. Der Heizpuls ist länger als der Puls der ablatierten Teilchen am Substrat, so daß die Teilchen ein kurzzeitig erhitz­ tes Substrat erreichen. Aufgrund der kurzen Pulse fällt die Substratoberflächentemperatur wegen der Wärmeabgabe schnell wieder auf die mittlere (unkritische) Temperatur Tn zurück.In Fig. 2 shows a possible time coordination between heating pulse and Ablationspuls is shown, which is ideal for most substances. In the upper diagram of FIG. 2, the intensity I s of the ablated particles on the substrate is plotted against time, in the lower diagram the substrate surface temperature T s is plotted against time. The heating pulse takes place in such a way that the maximum substrate surface temperature is reached approximately at the maximum intensity of the ablated particles on the substrate. The heating pulse is longer than the pulse of the ablated particles on the substrate, so that the particles reach a briefly heated substrate. Due to the short pulses, the substrate surface temperature quickly falls back to the average (uncritical) temperature T n due to the heat emission.

In Fig. 3 ist eine modifizierte zeitliche Koordination zwischen Ablations- und Heizpulsen gezeigt, bei der ein Heizpuls etwa gleichzeitig mit und ein weiterer Heizpuls kurz nach dem Errei­ chen der ablatierten Teilchen am Substrat dieses maximal erwär­ men. Dieses Ausführungsbeispiel der ersten Lösung ist besonders dann von Vorteil, wenn die abzuscheidenden Teilchen vorzugsweise auf eine stark erhitzte, d. h. thermisch angeregte Oberfläche auftreffen müssen und gleichzeitig noch zusätzlich relativ viel Zeit zum Arrangieren benötigen. Während dieser Zeit erfolgt der zweite Puls, so daß die Teilchen genügend Energie zum Anordnen haben.In Fig. 3, a modified time coordination between ablation and heating pulses is shown, in which a heating pulse approximately at the same time with and another heating pulse shortly after reaching the ablated particles on the substrate to heat this to a maximum. This exemplary embodiment of the first solution is particularly advantageous when the particles to be separated preferably have to strike a strongly heated, ie thermally excited surface and at the same time additionally require a relatively long time to arrange. The second pulse occurs during this time, so that the particles have enough energy to arrange them.

Weitere, nicht gezeigte Ausführungen sehen zusätzliche Heizpulse zwischen den Ablationspulsen vor.Other designs, not shown, see additional heating pulses between the ablation pulses.

Mit der gezeigten Anordnung ist auch das oben erwähnte weiterge­ bildete Verfahren mit anfänglicher Ausbildung eines sehr dünnen Films und darauffolgender Unterbrechung der Abscheidung durch­ führbar. Hierbei kann der Heizlaser zusätzlich zu den Phasen, in denen die Schichten aufgetragen werden, auch während der dazwi­ schenliegenden Unterbrechungsphase der Ausbildung der Kristall­ struktur angesteuert werden, um die Ausbildung der Kristall­ struktur zu beschleunigen. Durch Variation der Heizpulsparameter Intensität und Frequenz läßt sich hierbei die Substrattemperatur auf einen zur Ausbildung der Kristallstruktur optimalen Wert verändern, i. a. absenken.With the arrangement shown, the above-mentioned is further formed process with initial formation of a very thin one Film and subsequent interruption of the deposition feasible. In this case, the heating laser can be used in addition to the phases in to which the layers are applied, even during the Interrupted phase of formation of the crystal structure can be controlled to the formation of the crystal accelerate structure. By varying the heating pulse parameters Intensity and frequency can be the substrate temperature to an optimum value for the formation of the crystal structure change, i. a. lower.

Fig. 4 zeigt eine weitere Lösung zur Verbesserung der Schicht­ qualitäten und des Schichtwachstums. Bei dieser zweiten Lösung wird zusätzlich zur bekannten Ablation der Laserstrahl 9 eines Dauerstrichlasers durch die Plasmawolke gestrahlt. Durch diese Maßnahme werden ablatierte Partikel verdampft, wodurch die Tröpfchenbildung verhindert bzw. zumindest stark vermindert wird. Dieser zweiten Lösung allein vorzuziehen ist in vielen Fällen die Kombination aus erster und zweiter Lösung, bei der zusätzlich zur Partikelverdampfung Heizpulse auf das Substrat gegeben werden. (Bei der zweiten Lösung ohne Kombination entfal­ len der Laserstrahl 7 und die gegebenenfalls vorhandene Maske 8). Fig. 4 shows a further solution to improve the layer qualities and layer growth. In this second solution, in addition to the known ablation, the laser beam 9 of a continuous wave laser is radiated through the plasma cloud. By this measure, ablated particles are evaporated, whereby the formation of droplets is prevented or at least greatly reduced. In many cases, this second solution alone is preferable to the combination of the first and second solution, in which heating pulses are added to the substrate in addition to the particle evaporation. (In the second solution without a combination, the laser beam 7 and the mask 8 which may be present are omitted).

Fig. 5 zeigt ein modifiziertes Ausführungsbeispiel von Fig. 4, bei der der Laserstrahl 9 zur Partikelverdampfung mehrmals durch die Plasmawolke reflektiert wird. Die hierzu benötigten Spiegel 10 können auch durch Wölbspiegel ersetzt oder außerhalb der Beschichtungskammer angeordnet sein. Anstelle des Laserstrahls von einem Dauerstrichlaser kann bei dieser Ausführung auch der Strahl eines gepulsten Lasers verwendet werden, dessen Pulslänge möglichst groß sein sollte, um ein großes Geschwindigkeitsfen­ ster bezüglich der ablatierten Partikel abzudecken. Die Laser­ strahlen zur Partikelverdampfung und zum Heizen des Substrats können von einem geteilten Laserstrahl stammen. Dies bedingt jedoch i. a. eine etwas aufwendige optische Verzögerung eines Teilstrahles. Bei Verwendung eines Verdampfungslasers geeig­ neter Wellenlänge ist es darüber hinaus möglich, die ablatierten Teilchen in der Plasmawolke anzuregen. FIG. 5 shows a modified exemplary embodiment from FIG. 4, in which the laser beam 9 for particle evaporation is reflected several times by the plasma cloud. The mirrors 10 required for this can also be replaced by curved mirrors or arranged outside the coating chamber. Instead of the laser beam from a continuous wave laser, the beam of a pulsed laser can also be used in this embodiment, the pulse length of which should be as large as possible in order to cover a large speed window with regard to the ablated particles. The lasers for particle evaporation and for heating the substrate can originate from a split laser beam. However, this generally requires a somewhat complex optical delay of a partial beam. When using an evaporation laser suitable wavelength, it is also possible to excite the ablated particles in the plasma cloud.

Fig. 6 zeigt eine bevorzugte Weiterbildung der ersten Lösung für Substanzen, die reaktiv abgeschieden werden (müssen). Zusätzlich zum Verfahren nach der ersten Lösung wird bei dieser Weiterbil­ dung das einzubauende Reaktivgas mittels Gaspulsen auf das Substrat gegeben. Diese Gaspulse sind zeitlich mit den Ablations- und den Heizpulsen derart koordiniert, daß der Einbau der Gasteilchen optimal unterstützt und die Temperatur der Substrat­ oberfläche weiter abgesenkt werden können. Die Gaspulse 12 werden über eine Düse 11 auf das Substrat gegeben. Vorzugsweise wird das Gas zuvor aktiviert, d. h. es hat einen hohen Anteil an aktivierten Teilchen (Ionen und/oder Radikale). Anstelle von einzubauendem Reaktivgas kann bei bestimmten Substanzen auch ein Gas verwendet werden, das einzubauende Gasteilchen abspaltet, bzw. sich in solche zersetzt. FIG. 6 shows a preferred development of the first solution for substances which (must) be deposited reactively. In addition to the process according to the first solution, the reactive gas to be installed is applied to the substrate by means of gas pulses. These gas pulses are coordinated with the ablation and heating pulses in such a way that the installation of the gas particles is optimally supported and the temperature of the substrate surface can be further reduced. The gas pulses 12 are applied to the substrate via a nozzle 11 . The gas is preferably activated beforehand, ie it has a high proportion of activated particles (ions and / or radicals). Instead of the reactive gas to be incorporated, a gas can also be used with certain substances which splits off or breaks down into gas particles to be incorporated.

Fig. 7 zeigt eine mögliche zeitliche Koordination zwischen Ablations-, Heiz- und Gaspulsen am Substrat. Im oberen Dia­ gramm sind die Intensität Is der ablatierten Teilchen am Sub­ strat, im mittleren Diagramm die Temperatur Ts der Substratober­ fläche und im unteren Diagramm der Gasdruck Ps am Substrat je­ weils gegen die Zeit aufgetragen. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt der Heizpuls etwa gleichzeitig mit dem Erreichen der ablatierten Teilchen am Substrat und der Gaspuls danach. Die zeitliche Koordinierung erfolgt derart, daß die ablatierten Teilchen auf einer erhitzten Oberfläche deponiert werden, von der sie genügend Energie erhalten, um sich im richtigen Kri­ stallgitter anzuordnen. Der Gaspuls erfolgt kurz darauf zu einem Zeitpunkt, zu dem die Temperatur schon so weit abgeklungen ist, daß ein größerer Anteil von Gasteilchen eingebaut werden kann als bei der Maximaltemperatur. Zum anderen bringen insbesondere aktivierte Gasteilchen selbst Energie mit, die zum Arrangieren der Teilchen dient. Hierdurch kann die mittlere Temperatur Tm niedriger sein als bei dem Verfahren nach der ersten Lösung ohne diese Kombination. Die Gaspulse können kurzzeitig einen viel höheren Druck am Substrat erzeugen, als es im stationären Fall (Pm) möglich wäre. Der Hintergrunddruck Ph kann wiederum viel niedriger als bei der herkömmlichen reaktiven Ablation sein, so daß auch großflächigere Substrate beschichtet werden können. Fig. 7 shows a possible time coordination between ablation, heating and gas pulses to the substrate. In the upper diagram the intensity I s of the ablated particles on the substrate, in the middle diagram the temperature T s of the substrate surface and in the lower diagram the gas pressure P s on the substrate are plotted against time. In this embodiment, the heating pulse occurs approximately simultaneously with the reaching of the ablated particles on the substrate and the gas pulse thereafter. The timing is coordinated in such a way that the ablated particles are deposited on a heated surface from which they receive enough energy to arrange themselves in the correct crystal lattice. The gas pulse occurs shortly afterwards at a point in time at which the temperature has already decayed to such an extent that a larger proportion of gas particles can be incorporated than at the maximum temperature. On the other hand, activated gas particles in particular bring their own energy, which is used to arrange the particles. As a result, the average temperature T m can be lower than in the method according to the first solution without this combination. The gas pulses can briefly generate a much higher pressure on the substrate than would be possible in the stationary case (P m ). The background pressure P h can in turn be much lower than in conventional reactive ablation, so that even larger substrates can be coated.

In Fig. 8 ist eine modifizierte zeitliche Koordination zwischen den Ablations-, Heiz- und Gaspulsen gezeigt, die sich besonders für Substanzen eignet, die relativ viel Zeut benötigen, um die richtige Kristallstruktur einzunehmen und viele Teilchen des Reaktivgases bei einer niedrigen Temperatur einbauen. Die zeit­ liche Koordinierung zwischen den Pulsen erfolgt derart, daß zuerst ein Heizpuls das Substrat bzw. die schon gebildete Schicht stark erwärmt, wobei die ablatierten Teilchen etwa gleichzeitig auf der heißen Oberfläche abgeschieden werden. Kurz nach der Abscheidung der ablatierten Teilchen erreicht ein Gaspuls die Schicht. Um die ablatierten Teilchen und die Gasteilchen richtig in das gewünschte Kristallgitter einzubauen, erfolgt ein zweiter Heiz­ puls derart, daß das Temperaturmaximum gleichzeitig mit dem Intensitätsmaximum des Gaspulses erreicht wird. Durch diese Kombination von Heiz- und Gaspulsen, die zeitlich mit den Abla­ tionspulsen koordiniert sind, kann die mittlere Substrattempera­ tur Tm wiederum niedriger sein als bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 oder der Ablation mit Gaspulsen allein. Insbesondere, wenn die Gasteilchen aktiviert worden sind, läßt sich Tm deutlich absenken. Bei vielen Substanzen wird das Reaktivgas erst bei einer Temperatur stöchiometrisch richtig eingebaut, die viel niedriger ist als die zur Kristallbildung benötigte Tempe­ ratur. Die Weiterbildung nach Fig. 8 berücksichtigt dies, indem weitere Gaspulse zwischen den Ablationspulsen auf das Substrat gegeben werden, wenn die Substratoberflächentemperatur bzw. die Schichttemperatur zumindest annähernd auf die niedrige mittlere Temperatur Tm abgesunken ist. In Fig. 8 ist nur ein weiterer Gaspuls gezeigt. Selbstverständlich können zwischen den Ablations­ pulsen viele Gaspulse auch mit unterschiedlicher Intensität das Substrat erreichen. Ebenso sind weitere Heizpulse mit i. a. geringerer Energie zwischen den Gaspulsen denkbar, die derart erfolgen, daß die Gasteilchen beschleunigt eingebaut werden.In Fig. 8 a modified temporal coordination between the ablation, heating and gas pulses is shown which is particularly suitable for substances that require a relatively large amount Zeut to the correct crystal structure take and install many particles of the reactive gas at a low temperature. The temporal co-ordination between the pulses takes place in such a way that first a heating pulse heats the substrate or the layer already formed strongly, the ablated particles being deposited on the hot surface at about the same time. Shortly after the ablated particles are separated, a gas pulse reaches the layer. In order to properly install the ablated particles and the gas particles in the desired crystal lattice, a second heating pulse is carried out in such a way that the temperature maximum is reached simultaneously with the intensity maximum of the gas pulse. This combination of heating and gas pulses, which are coordinated in time with the abla tion pulses, the mean substrate temperature T m can in turn be lower than in the exemplary embodiment according to FIG. 1 or the ablation with gas pulses alone. Especially when the gas particles have been activated, T m can be significantly reduced. For many substances, the reactive gas is only properly installed stoichiometrically at a temperature that is much lower than the temperature required for crystal formation. The development according to FIG. 8 takes this into account by adding further gas pulses between the ablation pulses to the substrate when the substrate surface temperature or the layer temperature has dropped at least approximately to the low mean temperature T m . Only one further gas pulse is shown in FIG. 8. Of course, between the ablation pulses, many gas pulses can reach the substrate with different intensities. Likewise, further heating pulses with generally lower energy between the gas pulses are conceivable, which take place in such a way that the gas particles are installed at an accelerated rate.

Die Weiterbildung nach Fig. 8 eignet sich prinzipiell besonders für Substanzen wie den Hochtemperatur-Supraleiter Y₁Ba₂Cu₃O7- δ. Bei dieser Substanz liegt die Temperatur zur Ausbildung der ge­ wünschten Kristallstruktur sehr hoch (650-800°C), der stö­ chiometrisch richtige Einbau von Sauerstoff erfolgt dagegen erst unterhalb von 500°C. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die mittlere Substrattemperatur auf Werte unter 500°C, vorzugs­ weise unter 400°C eingestellt werden. Die Heizpulse erhitzen das Substrat kurzzeitig auf Werte von 650-800°C (je nach Aktivierungsgrad des Sauerstoffes und Temperaturempfindlichkeit des Substrates). Da zunehmend die Gaspulse kurzzeitig sehr hohe Drucke am Substrat erzeugen, ist es somit möglich, Y₁Ba₂Cu₃O7- δ direkt in der supraleitenden orthorhombischen Phase aufwachsen zu lassen. D. h. die ansonsten notwendige Phasenände­ rung tetragonal-orthorhombisch kann entfallen, wodurch die Zwillingsbildung zurückgeht. Zudem eignet sich dieses Verfahren besonders für die Abscheidung von Y₁Ba₂Cu₃O7- δ auf temperaturemp­ findlichen Substraten wie Saphir, Silizium und Galliumarsenid.The development according to FIG. 8 is in principle suitable especially for materials such as high-temperature superconductors Y₁Ba₂Cu₃O 7- δ. With this substance, the temperature for the formation of the desired crystal structure is very high (650-800 ° C), the stoichiometrically correct incorporation of oxygen, however, only takes place below 500 ° C. By means of the method according to the invention, the average substrate temperature can be set to values below 500 ° C., preferably below 400 ° C. The heating pulses briefly heat the substrate to values of 650-800 ° C (depending on the degree of activation of oxygen and the temperature sensitivity of the substrate). Since the gas pulses increasingly generate very high pressures on the substrate for a short time, it is thus possible to grow Y₁Ba₂Cu₃O 7- δ directly in the superconducting orthorhombic phase. That is, the otherwise necessary tetragonal-orthorhombic phase change can be omitted, which reduces the formation of twins. In addition, this method is particularly suitable for the deposition of Y₁Ba₂Cu₃O 7- δ on temperature-sensitive substrates such as sapphire, silicon and gallium arsenide.

Fig. 9 zeigt eine bevorzugte Weiterbildung der ersten und zwei­ ten Lösung, bei der zusätzlich zu den mit den Ablationspulsen zeitlich koordinierten Heiz- und Gaspulsen mit einem weiteren Laserstrahl Partikel verdampft werden. In diesem Ausführungs­ beispiel wird der Strahl 9 eines Dauerstrichlasers verwendet. Die zeitliche Koordinierung zwischen den Pulsen kann z. B. wie in Fig. 7 oder Fig. 8 erfolgen. Diese Weiterbildung ist besonders für keramische Substanzen geeignet, z. B. bei den Hochtemperatur- Supraleitern, bei denen die Tröpfchenbildung störend auftritt. Fig. 9 shows a preferred development of the first and two th solution, in which particles are vaporized with a further laser beam in addition to the heating and gas pulses coordinated in time with the ablation pulses. In this embodiment example, the beam 9 of a continuous wave laser is used. The time coordination between the pulses can e.g. B. as in Fig. 7 or Fig. 8. This training is particularly suitable for ceramic substances, for. B. in the high temperature superconductors, where the droplet formation occurs interfering.

Claims (20)

1. Verfahren zur Schichtherstellung, insbesondere von Hochtempe­ ratur-Supraleiter-Schichten mittels gepulster Ablation, ins­ besondere Laser- oder Pseudofunken-Ablation, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Substratoberfläche bzw. die dort aufwachsende Schicht in an sich bekannter Weise eine Laserheizstrahlung gerichtet wird, die jedoch aus Laser-Heizpulsen einer Puls­ länge im µs-Bereich besteht, die zeitlich derart bezüglich der Ablationspulse abgestimmt werden, daß sie eine vorüber­ gehende Erwärmung der Substratoberfläche bzw. der aufwachsenden Schicht bewirken, wenn die durch einen Ablationspuls abla­ tierten Teilchen gerade dort abgeschieden sind, denen aus dieser vorübergehenden Erwärmung Energie zur Ausbildung einer gewünschten Kristallstruktur verliehen wird.1. A process for the production of layers, in particular of high-temperature superconductor layers by means of pulsed ablation, in particular laser or pseudo-spark ablation, characterized in that laser heating radiation is directed onto the substrate surface or the layer growing there in a manner known per se, which, however, consists of laser heating pulses of a pulse length in the microsecond range, which are timed in relation to the ablation pulses in such a way that they cause temporary heating of the substrate surface or the growing layer when the particles abla tated by an ablation pulse are deposited there are given energy from this temporary heating to form a desired crystal structure. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Heizpulse als gepulster CO₂-Laser ver­ wendet wird.2. The method according to claim 1, characterized, that ver to generate the heating pulses as a pulsed CO₂ laser is applied. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere bei Substanzen, bei denen die Zeit zur Ausbildung der Kristallstruktur relativ lange dauert, ein oder mehrere zusätzliche Heizpulse nach der Abscheidung der Teilchen auf das Substrat gerichtet werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that especially for substances where the time is Formation of the crystal structure takes a relatively long time or several additional heating pulses after the deposition of the Particles are directed onto the substrate. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) zunächst ein sehr dünner Film von maximal wenigen nm abgeschieden wird,
  • b) die Abscheidung für eine vorbestimmte Zeit unterbro­ chen wird, während der sich die jeweilige Kristall­ struktur in gewünschtem Maße ausbildet und
  • c) die herzustellende Schicht bis zur gewünschten Ge­ samtdicke entweder in einem Abscheidungsschritt oder unter entsprechender Wiederholung der Schritte a) und b) aufgebracht wird.
4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that
  • a) first a very thin film of a maximum of a few nm is deposited,
  • b) the deposition is interrupted for a predetermined time during which the respective crystal structure forms to the desired extent and
  • c) the layer to be produced is applied to the desired total thickness either in a deposition step or by repeating steps a) and b) accordingly.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch während des Verfahrensschritts b) Heizpulse auf den dünnen Film gerichtet werden.5. The method according to claim 4, characterized, that even during process step b) heating pulses on the thin film. 6. Verfahren zur Schichtherstellung, insbesondere von Hochtempe­ ratur-Supraleiter-Schichten mittels gepulster Ablation, ins­ besondere Laser- oder Pseudofunken-Ablation, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht eines Dauerstrichlasers oder eines gepulsten Lasers durch die infolge der Ablation entstehende Plasmawolke gestrahlt wird, wobei das Licht des gepulsten Lasers in jedem Fall und das des Dauerstrichlasers vorzugsweise mehrmals durch die Plasmawolke reflektiert wird.6. Process for the production of layers, in particular of high temperature ratur superconductor layers by means of pulsed ablation, ins special laser or pseudo-spark ablation, characterized, that the light of a continuous wave laser or a pulsed one Lasers through the plasma cloud resulting from the ablation is blasted with the light of the pulsed laser in each Case and that of the continuous wave laser preferably several times is reflected by the plasma cloud. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht des gepulsten Lasers für die Durchstrahlung der Plasmawolke durch Teilung und Umlenkung des gepulsten Laser­ strahls für die Ablation erzeugt wird.7. The method according to claim 6, characterized, that the light of the pulsed laser for the irradiation of the Plasma cloud by dividing and redirecting the pulsed laser is generated for ablation. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexion so erfolgt, daß die Plasmawolke möglichst vollständig vom Laserstrahl durchstrahlt wird. 8. The method according to any one of claims 6 or 7, characterized, that the reflection takes place so that the plasma cloud as possible is completely irradiated by the laser beam.   9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl und/oder die reflektierten Laserstrahlen nahe der Targetoberfläche durch die Plasmawolke gestrahlt wird/werden.9. The method according to any one of claims 6 to 8, characterized, that the laser beam and / or the reflected laser beams radiated through the plasma cloud near the target surface will be. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl und/oder die reflektierten Laserstrahlen parallel oder nahezu parallel zur Targetoberfläche durch das Plasma gestrahlt wird/werden.10. The method according to any one of claims 6 to 9, characterized, that the laser beam and / or the reflected laser beams parallel or almost parallel to the target surface by the Plasma is being blasted. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Laser-Wellenlänge zum Durchstrahlen der Plasmawolke verwendet wird, mit der ablatierte Teilchen und/oder Gas­ teilchen angeregt werden.11. The method according to any one of claims 6 to 10, characterized, that a laser wavelength for irradiating the plasma cloud is used with the ablated particles and / or gas particles are excited. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Richtung der Heizpulse auf das Substrat eine Durchstrahlung der Plasmawolke nach einem der Ansprüche 6 bis 11 durchgeführt wird.12. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized, that in addition to the direction of the heating pulses on the substrate radiation of the plasma cloud according to one of the claims 6 to 11 is carried out. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Heizpulse auf dem Substrat und zur Durchstrahlung der Plasmawolke ein gepulster Laser verwendet wird, dessen Strahl geteilt und entsprechend umgelenkt wird.13. The method according to claim 12, characterized, that to generate the heating pulses on the substrate and A pulsed laser is used to irradiate the plasma cloud whose beam is divided and deflected accordingly. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Gaspulse zeitlich so gesteuert auf das Substrat gerichtet werden, daß sie dieses kurz vor und/oder nach den ablatierten Teilchen erreichen. 14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized, that one or more gas pulses are timed to the Substrate are directed that they this shortly before and / or after reaching the ablated particles.   15. Verfahren nach Anspruch 14 bei dessen Rückbeziehung auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Verfahrensschritt b) weitere Gaspulse auf das Sub­ strat gerichtet werden.15. The method according to claim 14 when it is related back to Claim 4 characterized, that in process step b) further gas pulses on the sub to be judged. 16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß Gaspulse erzeugt werden, die aus Teilchen bestehen, welche in der herzustellenden Schicht einzubauen sind oder dort einzubauende Atome oder Moleküle abspalten bzw. sich in solche zersetzen.16. The method according to claim 14 or 15, characterized, that gas pulses are generated that consist of particles, which are to be installed in the layer to be produced or split off atoms or molecules to be installed there or in decompose such. 17. Verfahren nach Anspruch 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaspulse mit einem hohen Anteil an aktivierten Teil­ chen in Form von angeregten Atomen oder Molekülen, Ionen und/oder Radikalen erzeugt werden.17. The method according to claim 14 to 16, characterized, that the gas pulses with a high proportion of activated part chen in the form of excited atoms or molecules, ions and / or radicals are generated. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Laserwellenlänge für den gepulsten Laser zur Erzeu­ gung der Heizpulse verwendet wird, die die ablatierten und/oder die Teilchen der Gaspulse anregt.18. The method according to any one of claims 14 to 17, characterized, that generate a laser wavelength for the pulsed laser The heating pulses used to ablate and / or excites the particles of the gas pulses. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des gepulsten Lasers zur Erzeugung der Heizpulse eine der gewünschten Struktur der jeweiligen Schicht entsprechende Maske angeordnet wird. 19. The method according to any one of claims 1 to 5 and 12 to 18, characterized, that in the beam path of the pulsed laser to generate the Heating pulses one of the desired structure of each Layer corresponding mask is arranged.   20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Maske verwendet wird, die für die Wellenlänge des Lasers zur Erzeugung der Heizpulse teil- und volldurchlässi­ ge Bereiche aufweist, und
daß die Intensität der Heizpulse so eingestellt wird, daß die abgeschiedenen Teilchen unter den volldurchlässigen Be­ reichen der Maske vom Substrat ablatiert werden und die ab­ geschiedenen Teilchen unter den teildurchlässigen Masken­ bereichen ausreichende Energie zur Kristallstrukturbildung aufnehmen.
20. The method according to claim 19, characterized in
that a mask is used which has partial and fully permeable areas for the wavelength of the laser for generating the heating pulses, and
that the intensity of the heating pulses is set so that the deposited particles under the fully permeable areas of the mask are ablated from the substrate and the areas separated from the partially permeable masks absorb sufficient energy for crystal structure formation.
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