DE4229399A1

DE4229399A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Funktionsstruktur eines Halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE4229399A1
Application number: DE4229399A
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Rer Nat Opower
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1992-09-03
Filing date: 1992-09-03
Publication date: 1994-03-10
Anticipated expiration: 2012-09-04
Also published as: US5736464A; JP2592215B2; US5725914A; JPH06188191A; DE4229399C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Funktionsstruktur eines Halbleiter bauelements, welche auf einem Grundsubstrat angeordnete und die gesamten Funktionen des Halbleiterbauelements de finierende Schichten umfaßt.

Nach der heute üblichen Technologie werden bei der Her stellung von Halbleiterbauelementen eine Vielzahl von Prozeßschritten durchgeführt, die zum Teil unter Vakuumbe dingungen, zum Teil unter normaler Atmosphäre ablaufen und bei welchen chemische Substanzen und Fremdmaterialien Ver wendung finden.

Beispielsweise werden folgende Prozesse durchgeführt: Chemisches Reinigen der Substrate, mehrfaches Strukturie ren und Dotieren von Schichten unter Verwendung von Foto lithografie, welche Belacken, Belichten, Entwickeln und Ätzen des Substrats umfaßt. Darüber hinaus werden noch Metallisierungen durch chemische Abscheidungen von Metall schichten erforderlich.

Die bisherige Technologie ist hinsichtlich der Qualitäts ausbeute der Halbleiterbauelemente äußerst anfällig, da das Substrat mit einer Vielzahl von Fremdstoffen in Berüh rung kommt, so daß dadurch eine Vielzahl von Verunreini gungsmöglichkeiten besteht, welche letztlich die Qualität der Halbleiterbauelemente beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß die Herstellung der Funktionsstruktur der Halbleiterbau elemente möglichst einfach und möglichst wenig anfällig hinsichtlich der Qualität der Halbleiterbauelemente durch führbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs be schriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß alle Schichten lithografiefrei hergestellt und ausschließlich mit physikalischen Schichtauftragverfahren nacheinander auf das Grundsubstrat aufgetragen werden. Die erfindungs gemäße Lösung hat den großen Vorteil, daß sich hinsicht lich der Qualitätsausbeute weit weniger Probleme ergeben, da das Substrat und auch die aufgetragenen Schichten nicht mit Fremdstoffen in Berührung kommen. Darüber hinaus er fordert das erfindungsgemäße Verfahren nicht den Einsatz umweltbelastender Chemikalien.

Schließlich ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren auch noch einen rationelleren und unkomplizierteren Fertigungs ablauf als dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren könnte beispielsweise wie auch bei der bisherigen Prozeßtechnik für Halbleiter bauelemente üblich, mit einem Substrat mit bestimmten Ei genschaften der Prozeß begonnen werden, von welchem Mate rial teilweise abgetragen und danach Schichten aufgetragen werden.

Besonders rationell läßt sich das erfindungsgemäße Verfah ren jedoch dann durchführen, wenn die Schichten auf dem Substrat durch aufeinanderliegendes Auftragen derselben hergestellt werden.

Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn jede Schicht je weils in Form einer obersten Schicht auf einem in voran gehenden Prozessen hergestellten Prozeßsubstrat aufgetra gen wird.

Unter einem Prozeßsubstrat ist dabei ein Substrat zu ver stehen, das als Grundlage für das Auftragen einer Schicht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dient. Dies kann daher ein Grundsubstrat sein, auf welchem noch keine Schicht aufgetragen wurde oder ein Grundsubstrat mit bereits einer oder mehreren Schichten, welche als Träger für eine weite re Schicht dient.

Der Vorteil der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise ist darin zu sehen, daß sich Aufbau und Zusammensetzung der Schichten dann in einfacher Weise steuern und beein flussen lassen, wenn dies jeweils die oberste Schicht des Prozeßsubstrats ist.

Bei dem physikalischen Schichtauftragverfahren kann prin zipiell mit jeder Art von Energiequelle, beispielsweise auch mit einem Elektronenstrahl gearbeitet werden. Beson ders vorteilhaft ist es jedoch, wenn bei dem Auftragen der Schichten mit auf das Schichtmaterial einwirkender Laser strahlung gearbeitet wird, da Laserstrahlung in besonderer Weise einfach fokussierbar und hinsichtlich der Strahlfüh rung einfach handhabbar ist.

Das Schichtmaterial kann dabei in einem Target oder be reits als aufgetragene Schicht vorliegen.

Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn mit gepulster Laserstrahlung gearbeitet wird, da in diesem Fall für die Beschichtungsprozesse hohe Energie in einem Puls konzentriert zur Verfügung steht und sich somit ins besondere lokalisierte Prozesse erzeugen und steuern las sen.

So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des erfin dungsgemäßen Verfahrens vor, daß mindestens eine der Schichten durch Bestrahlen mindestens eines Schichtmate rial aufweisenden Targets mit insbesondere gepulster Laserstrahlung aufgetragen wird.

Insbesondere ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Schicht durch Bildung eines Plasmas beim Target und Wande rung von Schichtmaterialteilchen von dem Target zum Pro zeßsubstrat und Niederschlagen auf einer Oberfläche des Prozeßsubstrats aufgetragen wird.

Eine derartige Herstellung von Schichten ist beispielswei se aus dem deutschen Patent Nr. 40 22 817 bekannt.

Beim Auftragen der Schichten einer Funktionsstruktur ist zwischen unstrukturierten und strukturierten Schichten zu unterscheiden. Unstrukturierte Schichten sind solche Schichten, welche sich durchgehend mit der gewünschten Dicke über das gesamte Substrat ausdehnen und in der Ebene ihrer Erstreckung auf dem Substrat keinerlei Struktur, das heißt Durchbrüche oder Singularitäten oder ähnliches auf weisen. Strukturierte Schichten sind dagegen solche Schichten, welche in der Ebene in der sie sich erstrecken, nicht durchgängig verlaufen, sondern beispielsweise defi nierte Flächenbereiche überdecken oder Bahnen etc. aufwei sen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt vorteilhafter weise das Auftragen einer unstrukturierten Schicht durch Bestrahlen des Targets auf einer dem Prozeßsubstrat zuge wandten Oberfläche, vorzugsweise unter Bildung eines Plas mas auf dieser. Dabei ist in einfacher Weise ein Schicht auftrag möglich, da Teilchen aus dem Schichtmaterial von dem Plasma auf der Oberfläche des Targets in Richtung des Prozeßsubstrats, vorzugsweise in Form einer auf der Ober fläche senkrecht stehenden Keule, wandert und auf dem Pro zeßsubstrat im Bereich des Schnittpunkts der Keule mit dessen Oberfläche niederschlägt.

Dies hat den Vorteil, daß sich durch die Bildung eines Plasmas beim Target auf dem Prozeßsubstrat im wesentlichen clusterfreie Schichten auftragen lassen, so daß die Schichten bezogen auf ihre atomare Struktur dieselbe Qua lität haben, wie beispielsweise bislang bekannte kristalline oder amorphe Halbleiterschichten.

Eine strukturierte Schicht wird zweckmäßigerweise erfin dungsgemäß dadurch hergestellt, daß entsprechend der je weiligen Struktur ein definiertes Bewegen eines fokussier ten Laserstrahls über das Prozeßsubstrat erfolgt.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird dabei die strukturierte Schicht durch Materialabtragung von einer bereits aufgetragenen Schicht des Prozeßsubstrats mittels des Laserstrahls hergestellt, das heißt, daß eine bereits - beispielsweise wie für unstrukturierte Schichten vor stehend beschrieben - Schicht wird dadurch strukturiert, daß Teile derselben nachträglich mittels eines definiert bewegten Laserstrahls wieder abgetragen werden.

Alternativ dazu sieht ein Ausführungsbeispiel vor, daß eine strukturierte Schicht durch Bestrahlen eines Dünn schichttargets auf einer dem Prozeßsubstrat abgewandten Seite hergestellt wird, das heißt, daß von dem Dünn schichttarget, das auf seiner dem Prozeßsubstrat abge wandten Seite bestrahlt wird, Material auf die Oberfläche des Prozeßsubstrats aufgetragen wird, da sich das Schicht material durch die Einwirkung des Laserstrahls auch in Richtung des Substrats ausbreitet, wobei dies vorzugsweise das im Bereich des Fokus des Laserstrahls liegende Schichtmaterial ist.

Besonders vorteilhaft ist es daher, wenn die strukturierte Schicht durch definierte Führung des Laserstrahls auf der dem Prozeßsubstrat abgewandten Seite des Targets herge stellt wird, so daß bereits ein definierter Auftrag des Schichtmaterials auf der Oberfläche des Substrats erfolgt und somit nicht durch nachträglichen Materialabtrag die Strukturierung erfolgen muß.

Dies schließt jedoch nicht aus, daß auch eine derartige, bereits strukturiert aufgetragene Schicht, noch durch einen Schichtabtrag mittels eines Laserstrahls nachstruk turiert oder mit zusätzlichen Strukturen versehen wird.

Das strukturierte Auftragen einer Schicht mittels des Dünnschichttargets ist besonders vorteilhaft dann möglich, wenn das Dünnschichttarget in geringem Abstand von der Oberfläche des Prozeßsubstrats angeordnet wird, so daß lediglich in dem Fokus gegenüberliegenden Bereich ein Auf tragen von Schichtmaterial auf dem Prozeßsubstrat erfolgt.

Vorzugsweise ist das Dünnschichttarget in einem Abstand von weniger einem zehnfachen Fokusdurchmesser, noch besser von weniger als 10 µm von der Oberfläche des Prozeßsub strats angeordnet. Es ist aber auch beispielsweise mög lich, das Dünnschichttarget direkt auf die Oberfläche des Prozeßsubstrats aufzulegen.

Ein erfindungsgemäßes Dünnschichttarget kann in vielfäl tigster Form Anwendung finden. So sieht ein Ausführungs beispiel vor, daß das Dünnschichttarget eine über dem Pro zeßsubstrat und in geringem Abstand von diesem angeordnete Folie ist.

Alternativ dazu ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß das Dünnschichttarget eine auf einem vom Laserstrahl durch strahlbaren Träger angeordneter Film ist.

Ein derartiger Film hat vorzugsweise eine Dicke von weni ger als 100 nm, vorzugsweise im Bereich von ungefähr 5 bis ungefähr 30 nm.

Wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Schichten auf gebaut werden sollen, wurde bislang im einzelnen nicht ausgeführt. So wäre es beispielsweise möglich, die Schich ten in einem Zug jeweils bis zur notwendigen Dicke herzu stellen.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn jede Schicht aus jeweils nacheinander und überlappend aufgetragenen Teil schichten aufgebaut wird. Dies bietet sich insbesondere im Zusammenhang mit dem Einsatz eines Laserstrahls mit Laser pulsen an, da pro Laserpuls ein Auftrag von einer oder wenigen Atomlagen in einem Teilbereich der aufzutragenden Schicht erfolgt. Durch das überlappende und nacheinander erfolgende Auftragen von Teilschichten lädt sich insbeson dere eine sehr homogene Schicht darstellen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn jede Schicht mit funk tionsfertiger Schichtmaterialzusammensetzung aufgetragen wird, so daß im nachhinein keine Veränderung der Schicht mehr erfolgen muß, das heißt also auch beispielsweise kein nachfolgendes Dotieren der aufgetragenen Schicht erforder lich ist.

Besonders rationell läßt sich das erfindungsgemäße Verfah ren dann einsetzen, wenn die funktionsfertige Schichtmate rialzusammensetzung durch den Schichtaufbau aus einzelnen Komponenten erfolgt, das heißt, wenn der Schichtaufbau nicht aus einem Target erfolgt, das sämtliche Komponenten der funktionsfertigen Schichtmaterialzusammensetzung auf weist.

Beispielsweise sieht ein Ausführungsbeispiel eines Verfah rens vor, daß ein Target mehrere Einzeltargets mit Kompo nenten der funktionsfertigen Schichtmaterialzusammenset zung umfaßt, welche von dem Laserstrahl beaufschlagt wer den. Beispielsweise ist dabei vorgesehen, daß der Laser strahl die Einzeltargets mit aufeinanderfolgenden Laser pulsen beaufschlagt. So ist es beispielsweise denkbar, mit einer bestimmten Zahl von Laserpulsen ein Einzeltarget zu beaufschlagen, danach auf das nächste Einzeltarget mit einer weiteren bestimmten Zahl von Laserpulsen zu wechseln und schließlich beispielsweise noch auf ein weiteres Ein zeltarget, das beispielsweise als Material die Dotierung aufweisen kann.

Um einen gleichmäßigen Abtrag des Schichtmaterials vom Target zu erreichen, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß ein Fokus des Laserstrahls relativ zum Target bewegt wird.

Darüber hinaus ist, um eine gleichmäßige Beschichtung auf der Oberfläche des Prozeßsubstrats zu erreichen, vorgese hen, daß das Target relativ zum Prozeßsubstrat bewegt wird.

Bei den bislang bekannten Ausführungsbeispielen wurde nicht näher darauf eingegangen, wie die Schichten der Funktionsstruktur aufgetragen werden sollen. So wäre es beispielsweise denkbar, die Schichten in mehreren Chargen aufzutragen. Besonders vorteilhaft ist jedoch das erfin dungsgemäße Verfahren, wenn die Schichten der Funktions struktur in mehreren aufeinanderfolgenden Stationen aufge tragen werden, so daß dadurch eine größere Effektivität als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erreichbar ist.

Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn die Funktions struktur in einem zusammenhängenden Prozeßdurchlauf herge stellt wird, so daß die Prozeßsubstrate die einzelnen Sta tionen in einem zusammenhängenden Durchlauf durchlaufen und am Ende des Prozeßdurchlaufs die gesamte Funktions struktur vorliegt.

Hinsichtlich der Führung des gesamten Verfahrens und ins besondere des Auftragens der Schichten während des Verfah rens wurden bislang keine detaillierten Angaben gemacht. So ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß für das Auftra gen jeder Schicht eine Beschichtungsstation vorgesehen wird.

Um das erfindungsgemäße Verfahren ökonomisch durchführen zu können, ist vorgesehen, daß das Prozeßsubstrat von Be schichtungsstation zu Beschichtungsstation transportiert wird.

Darüber hinaus ist vorteilhafterweise, insbesondere um die erforderliche Qualität der Halbleiterbauelemente zu errei chen, vorgesehen, daß in jeder Beschichtungsstation unter Hochvakuum gearbeitet wird, das heißt, daß die Beschich tung unter Hoch- oder Ultrahochvakuumbedingungen durchge führt wird.

In all den Fällen, in denen die Strukturierung der Schicht durch Materialabtrag erfolgt, ist vorteilhafterweise vor gesehen, daß zum Strukturieren von Schichten aus einer der Beschichtungsstationen eine Strukturierstation vorgesehen, vorzugsweise der Beschichtungsstation nachgeordnet wird.

Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß in der Strukturier station zur Strukturierung der Schicht mit dem Laserstrahl Material abgetragen wird.

Hinsichtlich der Anordnung der Beschichtungsstationen re lativ zueinander wurden bislang ebenfalls keine weiteren Angaben gemacht. So ist es besonders vorteilhaft, wenn die einzelnen Beschichtungsstationen räumlich voneinander ge trennt sind.

Gleiches gilt für die Strukturierungsstationen, so daß auch vorzugsweise die Strukturierungsstationen räumlich voneinander und von den Beschichtungsstationen getrennt sind.

Zu der Art des Arbeitens in den Strukturierstationen wur den bislang ebenfalls keine weiteren Angaben gemacht. So sieht ein Ausführungsbeispiel vor, daß in der Strukturier station in Hochvakuumatmosphäre gearbeitet wird.

In diesem Fall ist es, um ein Verschmutzen der Abbildungs optik für den Laserstrahl zu vermeiden zweckmäßig, wenn eine Auffangvorrichtung für aus der zu strukturierenden Schicht abgetragene Teilchen vorgesehen wird.

Vorzugsweise ist die Auffangvorrichtung so angeordnet, daß die abgetragenen Teilchen mittels eines elektrischen oder magnetischen Feldes zu dieser geführt sind.

Alternativ dazu ist es denkbar, in der Strukturierstation mit Schutzgasatmosphäre zu arbeiten. In diesem Fall ist vorzugsweise vorgesehen, daß in der Strukturierstation die abgetragenen Schichtmaterialteilchen mittels Schutzgas ab transportiert werden.

Die Ausführungen betreffen den Aufbau und die Herstellung der Schichten betreffen sowohl die Herstellung von Halb leiterschichten als auch von Isolator oder sonstigen Schichten.

Insbesondere betreffen die Ausführungen auch das Aufbrin gen einer Metallschicht als oberste Schicht auf die Funk tionsstruktur, so daß auch die Metallisierung durch Be strahlen eines Targets mittels eines Laserstrahls aufge tragen wird.

Darüber hinaus sieht das erfindungsgemäße Verfahren ergän zend zu dem Auftragen von strukturierten oder unstruktu rierten Schichten für die Funktionsstruktur vor, daß vor dem Auftragen der Schichten das Grundsubstrat mittels eines Laserstrahls photolytisch gereinigt wird.

Vorzugsweise ist auch der Laserstrahl zur photolytischen Reinigung ein gepulster Laserstrahl.

Um eine photolytische Reinigung des Grundsubstrats zu er reichen, ist ebenfalls eine Relativbewegung zwischen Grundsubstrat und Laserstrahl erforderlich, um mit dem Laserstrahl die gesamte Oberfläche des Grundsubstrats ab zufahren. Dies ist entweder dadurch möglich, daß das Grundsubstrat relativ zu dem feststehenden Laserstrahl be wegt wird. Noch vorteilhafter ist es jedoch, wenn der Laserstrahl relativ zum Grundsubstrat bewegt wird, da eine Bewegung des Laserstrahls relativ zum feststehenden Grund substrat besonders einfach und schnell durchführbar ist, um eine möglichst effektive und schnelle photolytische Reinigung des Grundsubstrats zu erhalten.

Hinsichtlich der Art des Laserstrahls wurden bislang keine Ausführungen gemacht.

Für das Auftragen von Schichten ist besonders vorteilhaft, daß der Laserstrahl eine derartige Energie aufweist, daß pro Laserpuls auf dem Prozeßsubstrat ein Auftrag von einer oder wenigen Atomlagen des Schichtmaterials erfolgt. Die Bedingungen hierzu sind beispielsweise in dem deutschen Patent 40 22 817 offenbart, auf welches voll inhaltlich Bezug genommen wird.

Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn der Laserpuls eine Dauer von weniger als ungefähr 100 psek aufweist. Bevor zugt wird eine Pulsdauer im Bereich von ungefähr 1 bis 20 psek.

Darüber hinaus ist es, um eine nennenswerte Effizienz und einen nennenswerten Auftrag von Schichtmaterial auf dem Prozeßsubstrat zu erreichen von Vorteil, wenn die plasma erzeugenden Laserpulse eine Repetitionsrate im Bereich von ungefähr 10 kHz aufweisen.

Hinsichtlich der Wellenlänge der Laserstrahlung wurden ebenfalls keine Angaben gemacht. Besonders zweckmäßig ist es, insbesondere um die vorteilhaften Bedingungen für das Auftrag des Schichtmaterials zu erreichen, wenn die Laser strahlung eine Wellenlänge von weniger als 0,6 µm auf weist.

Vorzugsweise hat der Laserstrahl eine Energiedichte von 0,1 bis 10 WS/cm².

Bei dem bisherigen Ausführungsbeispiel wurde stets davon ausgegangen, daß der Laserpuls ein einziger Laserpuls mit definierter Pulsdauer und Wellenlänge ist, welcher mit der vorstehend genannten Repetitionsrate erzeugt wird.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Plasma mit einem Laserpulsanteil mit einer Wellenlänge kleiner 0,6 µm und einer Pulsdauer im Pikosekundenbereich gebildet und mit einem weiteren Laserpulsanteil im Pikosekundenbereich nachgeheizt wird. Dieser Laserpulsanteil kann dabei eine größere Wellenlänge aufweisen, da bei seinem Auftreffen auf dem Target bereits das Plasma besteht, so daß andere Absorptionsbedingungen vorliegen.

Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß der weitere Laser pulsanteil mit einer Zeitverzögerung im Bereich von eini gen Nanosekunden, vorzugsweise ungefähr 0,5 bis ungefähr 5 ns, folgt, so daß insgesamt das Target nicht mit einem einzigen Laserpuls, sondern mit einem Pulszug aus zwei Laserpulsanteilen bestrahlt wird.

Noch vorteilhafter ist es, wenn das Plasma mit mehreren weiteren Laserpulsanteilen nachgeheizt wird.

Diese weiteren Laserpulsanteile haben vorzugsweise eine Wellenlänge, welche ein ganzzahliges Vielfaches derjenigen des das Plasma erzeugenden Laserpulsanteils beträgt.

Vorzugsweise folgen die weiteren Laserpulsanteile mit längerer Wellenlänge mit einem Abstand im Bereich von Nanosekunden dem das Plasma erzeugenden Laserpulsanteil mit einer Wellenlänge von weniger als 0,6 µm.

Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die eingangs genannte Aufgabe ferner bei einer Vorrichtung zum Herstel len einer Funktionsstruktur eines Halbleiterbauelements, welche auf einem Grundsubstrat angeordnete und die gesam ten Funktionen des Halbleiterbauelements definierende Schichten umfaßt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Beschichtungseinheit vorgesehen ist, in welcher lithogra fiefreie und ausschließlich physikalisch arbeitende Schichtauftragsstationen vorgesehen sind, in welchen die gesamte Funktionsstruktur auf dem Grundsubstrat auftragbar ist.

Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn jeder Beschichtungs station mindestens ein Laser zum Auftragen der Schichten zugeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt ferner eine beson ders einfache und rationelle Herstellung der Funktions struktur dann zu, wenn die Beschichtungseinheit aufeinan derfolgende Stationen aufweist, in welchen die Funktions struktur herstellbar ist.

Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn die einzelnen Sta tionen so angeordnet sind, daß die Funktionsstruktur in einem zusammenhängenden Prozeßdurchlauf herstellbar ist.

Vorzugsweise ist dazu eine durch die Beschichtungseinheit hindurchverlaufende Transporteinrichtung vorgesehen, mit welcher das Prozeßsubstrat von Station zu Station trans portierbar ist.

Darüber hinaus sind vorzugsweise mehrere Beschichtungs stationen in der Beschichtungseinheit aufeinanderfolgend vorgesehen, durch welche das Prozeßsubstrat mittels der Transportvorrichtung sukzessive hindurchtransportierbar ist.

Darüber hinaus ist es noch vorteilhaft, wenn das Struktu rieren von Schichten in einer einer der Beschichtungs stationen nachgeordneten Strukturierstation erfolgt, ins besondere, wenn das Strukturieren durch Abtragen von Schichtmaterial mittels eines Laserstrahls erfolgt.

Die übrigen Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung er geben sich aus der vorstehenden Beschreibung des erfin dungsgemäßen Verfahrens.

Darüber hinaus ist es bei der erfindungsgemäßen Vorrich tung vorteilhaft, wenn der Beschichtungseinheit eine photolytische Reinigungseinheit vorgeschaltet ist, in welcher eine Reinigung und Aktivierung des Grundsubstrats erfolgt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegen stand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichneri schen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele der erfin dungsgemäßen Lösung.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Grobdarstellung einer erfin dungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 eine detaillierte Darstellung einer photolyti schen Reinigungseinheit;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Beschich tungseinheit;

Fig. 4 eine Darstellung einer Beschichtungsstation;

Fig. 5 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Pulszugs;

Fig. 6 eine Darstellung eines ersten Ausführungsbei spiels einer Strukturierstation zum Abtragen von Schichtmaterial;

Fig. 7 eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbei spiels einer Strukturierstation zum Abtragen von Schichtmaterial;

Fig. 8 eine Darstellung eines ersten Ausführungsbei spiels einer Beschichtungsstation zum Auftragen von strukturierten Schichten;

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer strukturier ten Schicht;

Fig. 10 eine vergrößerte ausschnittsweise Darstellung der Verhältnisse im Bereich eines Fokus in Fig. 8;

Fig. 11 eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbei spiels zum Auftragen einer strukturierten Schicht;

Fig. 12 eine schematische Darstellung von Verhältnissen der strukturierten Schicht beim Auftragen gemäß dem Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. 11;

Fig. 13 eine vergrößerte ausschnittsweise Darstellung im Bereich des Fokus einer Variante des zweiten Aus führungsbeispiels gemäß Fig. 11;

Fig. 14 eine schematische Darstellung eines ersten Aus führungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Laser systems;

Fig. 15 eine ausschnittsweise Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lasersystems;

Fig. 16 eine schematische Darstellung eines Pulszuges;

Fig. 17 eine schematische ausschnittsweise Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfin dungsgemäßen Lasersystems;

Fig. 18 eine schematische Darstellung eines Ausführungs beispiels eines Halbleiterbauelements, herge stellt nach einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 19 eine schematische Darstellung eines zweiten Aus führungsbeispiels eines Halbleiterbauelements hergestellt nach einem zweiten Ausführungsbei spiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrich tung zur Herstellung einer Funktionsstruktur eines Halb leiterbauelements, schematisch dargestellt in Fig. 1 um fast eine photolytische Reinigungseinheit 10, in welcher eine Reinigung eines konventionell vorgereinigten, bei spielsweise geätzten Substrat 12 erfolgt, welches in diese Reinigungseinheit 10 einbringbar ist.

Dabei wird mittels eines Laserstrahls 14 von einer mit einer Funktionsstruktur zu versehenden Oberfläche 16 eine ein oder mehrere Angström dicke Schicht von dem Substrat 12 abgetragen und vorzugsweise gleichzeitig dieses Sub strat oberflächig aktiviert. Dabei entsteht ein Grundsub strat 12′.

Nach der Reinigungseinheit 10 ist eine als Ganzes mit 18 bezeichnete Beschichtungseinheit angeordnet, in welche das oberflächlich gereinigte Substrat 12′ beispielsweise durch einen geschlossenen Kanal 20 mit einer Schleuse transpor tierbar ist.

In der Beschichtungseinheit 18 erfolgt auf dem Grundsub strat 12a der Aufbau der Funktionsstruktur in aufeinander folgenden Beschichtungsstationen 22 und Strukturierungs stationen 24, wobei in der schematischen Darstellung in Fig. 1 zwei Beschichtungsstationen 22 und zwei Strukturie rungsstationen 24 dargestellt sind, und wobei jeweils auf eine der Beschichtungsstationen 22 eine der Strukturie rungsstationen 24 folgt. Die Zahl der bei der jeweiligen Beschichtungseinheit 18 vorgesehenen Beschichtungs stationen 22 und Strukturierungsstationen 24 sowie die Reihenfolge und Anordnung derselben relativ zueinander richtet sich jedoch nach der jeweiligen, auf dem Grundsub strat 12a aufzutragenden Funktionsstruktur 26, insbesonde re nach der Zahl der strukturierten und unstrukturierten Schichten.

In jeder der Beschichtungsstationen 22 wird dabei mittels eines Laserstrahls 28 mittels Plasmaerzeugung bei einem Target 30 oder bei mehreren Targets 30 eine oberste Schicht 32 auf einem Prozeßsubstrat 12b aufgetragen.

In jeder der Strukturierungsstationen 24 werden zur Her stellung strukturierter Schichten mittels eines Laser strahls 34 mindestens eine oberste Schicht oder auch darunterliegende Schichten 32 strukturiert, das heißt es erfolgt eine definierte Materialabtragung um die Schicht 32 in definierte Strukturen zu unterteilen.

Die dabei entstandene Funktionsstruktur 26 weist somit definiert aufgebaute und definiert strukturierte Schichten 32 auf, wobei in der Regel zumindest die oberste Schicht eine Metallschicht 42 ist.

Das mit der Funktionsstruktur 26 versehene Substrat 12a wird daher zu einem letzten Beschichtungsprozeß über eine Schleuse 38 einer Metallisierungsstation 40 zugeführt, in welcher auf die bisherigen Prozeßschritte durchlaufene Prozeßsubstrat 12b noch eine Metallisierung 42 als oberste Schicht der Funktionsstruktur 26 mittels eines Laser strahls 44 aufgetragen wird, wobei im Fall einer struktu rierten Beschichtung die Metallisierung 42 durch Beschuß eines Metallfilms mittels des Laserstrahls 44 und Auftrag lokaler Bereiche der Metallfolie auf der Funktionsstruktur 26 durch lokale Plasmaerzeugung mittels des Laserstrahls 44 aufgetragen wird.

Es ist aber auch möglich, die Metallisierung 42 als durch gehende Metallschicht aufzutragen. In diesem Fall wird mittels des Laserstrahls 44 - wie zeichnerisch nicht in Fig. 1 dargestellt - eine durchgehende Metallschicht in gleicher Weise wie in einer vorangehenden Beschichtungs station aufgetragen.

Aufbau und Funktion der einzelnen Einheiten 10 und 18 der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen der Funk tionsstruktur 26 eines Halbleiterbauelements werden im nachfolgenden im einzelnen beschrieben.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Reini gungseinheit 10 umfaßt einen Laser 50, welcher den mittels eines Fokussierelements 15 auf das Substrat fokussierten Laserstrahl 14 erzeugt. Der Laserstrahl hat vorzugsweise eine Wellenlänge von weniger als 400 nm und vorzugsweise wird ferner mit Leistungsdichten von etwa 10⁷ w/cm² oder mehr gearbeitet.

Der vom Laser 50 kommende Laserstrahl 14 wird dabei vor zugsweise durch einen Umlenkspiegel 52, welcher durch einen Umlenkantrieb 54 antreibbar ist, so auf das Substrat 12 reflektiert, daß sich auf diesem ein Brennfleck 56 er gibt, der die Leistungsdichte von etwa 10⁷ w/cm² aufweist.

Dieser Brennfleck 56 wird erfindungsgemäß flächendeckend über die Oberfläche 16 des Substrats 12 bewegt, wobei bei spielsweise der Brennfleck 56 auf parallel zueinander ver laufenden Bahnen 58 bewegt wird. Diese Bewegung auf zuein ander parallelen Bahnen 58 erfolgt durch Ansteuerung des Umlenkspiegels 52 mittels einer Steuerung 60, welche den Antrieb 54 entsprechend steuert.

Eine Positionierung des Substrats 12 erfolgt ferner mit tels eines als Ganzes mit 62 bezeichneten Positionierti sches mit einem vorzugsweise in X- und Y-Richtung ver schiebbaren Substratträger 64, wobei dieser Substratträger auf einer Führung 66 gehalten und mittels eines Verschie beantriebs 68 antreibbar ist.

Die durch die X- und Y-Richtung definierte Ebene der Ver schiebbarkeit des Substratträgers 64 liegt dabei vorzugs weise parallel zur Oberfläche 16 des Substrats 12.

Alternativ zu einer Bewegung des Laserstrahls 14 kann aber auch die Bewegung des Brennflecks 56 auf den zueinander parallelen Bahnen 58 lediglich durch Verschiebung des Sub strats 12 relativ zum Laserstrahl 14 mittels des Positio niertisches 62 erfolgen, so daß keine variable Umlenkung mittels des Umlenkspiegels 62 erforderlich ist.

Vorzugsweise ist der Positioniertisch 62 als aus der Halb leitertechnik üblicher Verschiebetisch ausgebildet, der ebenfalls über die Steuerung 60 ansteuerbar ist, so daß mittels der Steuerung 60 insgesamt die Positionierung des Substrats 12 und das flächendeckende Bewegen des Brenn flecks 56 auf der Oberfläche 16 steuerbar ist.

Wie bereits eingangs erwähnt, erfolgt durch die Einwirkung des Laserstrahls 14 ein Abtrag einer ungefähr Angström bis nm dicken Schicht bei gleichzeitiger Aktivierung der Unterstruktur, das heißt des gereinigten Substrats 12′ durch den Laserstrahl 14.

Die photolytische Reinigungseinheit 10 umfaßt ferner ein geschlossenes Gehäuse 70 mit einer Einlaßöffnung 72 und einer Auslaßöffnung 74, wobei vorzugsweise bei der Einlaß öffnung 72 eine Schleuse 76 und auch bei der Auslaßöffnung 74 eine Schleuse 78 angeordnet sind, so daß ein Einbringen und ein Ausbringen des Substrats 12 ohne signifikante Ver änderung der Verhältnisse in dem Gehäuse 70 durchführbar ist.

Vorzugsweise ist das Gehäuse 70 auf Hochvakuum mittels einer Hochvakuumpumpe 82 evakuiert, so daß die erforderli chen Reinheitsbedingungen für die Erzeugung des photoly tisch gereinigten Substrats 12′ gegeben sind.

Die als Ganzes mit 18 bezeichnete Funktionsstruk turaufbaueinheit umfaßt vorzugsweise ein gemeinsames Ge häuse 100, in welchem die Beschichtungsstationen 22 und die Strukturierstationen 24 und die Metallisierungsstation 40 angeordnet sind.

Die aus der Reinigungseinheit 10 kommenden oberflächlich photolytisch gereinigten Substrate 12a sind ihrerseits auf Positioniertischen 102 gehalten, deren Substrathalter 104 in einer XZ-Ebene bewegbar sind, wobei die XZ-Ebene bei spielsweise eine senkrecht verlaufende Ebene ist. Die Po sitioniertische 102 sind ferner ihrerseits mit Basisein heiten 106 versehen, die einerseits den Substrathalter 104 in der ZX-Ebene führen und andererseits einen Antrieb für die Positionierung des Substrathalters 104 in der XZ-Ebene aufweisen.

Die Basiseinheiten 106 sind ihrerseits wiederum auf Füh rungsbahnen 108 in dem Gehäuse 100 verschiebbar, so daß jede Basiseinheit 106 von einer Beschichtungsstation 22 zur nächst folgenden Strukturierstation 24 und dann wieder zur nächst folgenden Beschichtungsstation 22 verschiebbar und in der jeweiligen Station definiert positionierbar ist. Hierzu ist ebenfalls ein zeichnerisch nicht darge stellter Antrieb mit einer Positionierungseinheit vorge sehen.

An einem Anfang 110 und einem Ende 112 des Gehäuses sind ferner Schleusen 114 bzw. 116 vorgesehen, die dazu dienen, die in der Reinigungseinheit gereinigten Substrate 12a in das Gehäuse 100 einzuführen und die mit der Funktions struktur 26 versehenen Substrate 12′ aus dem Gehäuse 100 herauszutransportieren, ohne die Umgebungsbedingungen innerhalb des Gehäuses 100 in den Beschichtungsstationen 22 und den Strukturierstationen 24 zu verändern.

Vorzugsweise sind die Beschichtungsstationen 22 und die Strukturierstationen räumlich voneinander durch Abschir mung getrennt, noch vorteilhafter ist es jedoch, wenn zwischen diesen Schleusen angeordnet sind.

Jeder der Beschichtungsstationen 24 ist, wie in Fig. 4 dargestellt, ein Laser 120 zugeordnet, welcher den Laser strahl 28 erzeugt, welcher von einem über einen Antrieb 122 ansteuerbaren Umlenkspiegel 124 auf das Target 30 re flektiert wird.

Dieses Target 30 ist beispielsweise, wie in Fig. 4 darge stellt, aus drei auf einem Targetträger 126 sitzenden Einzeltargets 130a, 130b und 130c aufgebaut, wobei je weils beispielsweise zu jedem Zeitpunkt eines derselben durch den Laserstrahl 28 bestrahlbar ist.

Wird, wie in Fig. 4 dargestellt, das Einzeltarget 130b im Bereich eines Bestrahlungsflecks 132 bestrahlt, so findet eine Ausbreitung des Targetmaterials vorzugsweise in Rich tung einer Senkrechten 134 zu einer Targetoberfläche 136 in Form einer zu dieser Senkrechten 134 symmetrischen Keule 138 statt, wobei die Keule beispielsweise einen Öff nungswinkel α von ungefähr 60° aufweist. Diese Keule schneidet eine Oberfläche 140 des Prozeßsubstrats 12b oder der jeweils obersten Schicht desselben mit einem Beschich tungsfleck 142, im Bereich von welchem durch die Keule 138 ein Auftrag des Targetmaterials auf der Oberfläche 140 er folgt.

Um nun mit dem Laserstrahl 28 einen gleichmäßigen Abtrag von Targetmaterial beispielsweise von dem Einzeltarget 130b zu erreichen, ist der Bestrahlungsfleck 132 auf der Targetoberfläche 136 beispielsweise längs einer Linie 144 und vorzugsweise auch noch quer zu dieser bewegbar. Dies ist dadurch erreichbar, daß der Umlenkspiegel 124 den Laserstrahl 28 so umlenkt, daß der Bestrahlungsfleck 132 relativ zum Targetträger 126 längs der Linie 144 und gege benenfalls quer zu dieser wandert.

Damit wandert in geringem Maße auch die Keule 138 und so mit der Beschichtungsfleck 142 auf der Oberfläche 140, die Strecke ist allerdings in der Regel nicht ausreichend um eine vollflächige Beschichtung der Oberfläche 140 zu er reichen.

Aus diesem Grund ist vorzugsweise noch zusätzlich der Sub strathalter 104 relativ zur Basiseinheit 106 in der XZ-Ebene bewegbar, so daß der Beschichtungsfleck 142 über die gesamte Oberfläche 140 wandert.

Alternativ dazu ist es aber auch möglich, den Targetträger 126 so mittels einer Verschiebe- und Positioniereinheit zu bewegen, daß die Keule 128 und der Beschichtungsfleck 142 bei feststehendem Substrat 12′ oder feststehender Ober fläche 140 über die gesamte Oberfläche 140 wandern, bei entsprechender Nachführung des Laserstrahls 28 mittels des Umlenkspiegels 124, wobei bei der Nachführung noch zusätz lich die Relativbewegung des Bestrahlungsflecks 132 auf der Targetoberfläche 136 relativ zum Einzeltarget 130b zu berücksichtigen ist.

Als Laser kommt vorzugsweise ein Laser in Betracht, wel cher eine Wellenlänge von weniger als 0,6 µm aufweist und Pulsdauern Tp in der Größenordnung von 1 bis 100 psek.

Die Leistungsdichte im Bestrahlungsfleck 132 liegt vor zugsweise bei 10⁹ bis 10¹² w/cm².

Die einzelnen Pulse P haben eine Pulsfolge, die ungefähr im 10 kHz Bereich liegt, wobei erfindungsgemäß pro einzel nem Puls P im Beschichtungsfleck 142 ungefähr eine oder wenige Atomlagen des jeweiligen Targetmaterials aufgetra gen werden.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 5, folgen dem Puls P₀ mit der Wellenlänge von weniger als 500 nm weitere Folgepulse P₁ und P₂ in zeitlichen Ab ständen von ungefähr 0,5 bis ungefähr 5 Nanosekunden, wo bei diese Pulse ebenfalls eine Pulsdauer Tp aufweisen, welche im Bereich von 1 bis 100 psek liegt.

Vorzugsweise sind diese Pulse P₁ und P₂ Pulse mit anderen Wellenlängen, beispielsweise bei der doppelten und der vierfachen Wellenlänge des Pulses T.

Mit diesen Pulsen P₁ und P₂ mit einer längeren Wellenlänge erfolgt eine Nachbeschleunigung des bereits auf der Targetoberfläche 136 durch ein Plasma erzeugten Partikel stroms, insbesondere eine Homogenisierung der Teilchen energie durch Nachheizen der rückwärtigen dem Target zuge wandten langsameren Bereiche des Partikelstroms, so daß dieser Partikelstrom sich gleichmäßiger und effektiver in Richtung des Beschichtungsflecks 142 auf der Oberfläche 140 des Substrats 12′ ausbreitet.

Als Targetmaterialien kommen vorzugsweise die unterschied lichsten Materialien in Betracht. So ist es beispielsweise beim Aufbringen einer Halbleiterschicht auf der Oberfläche 140 denkbar, als Target 30 ein Target aus diesem Halblei termaterial zu verwenden. Bei Verwendung jedoch eines Ver bindungshalbleiters ist es denkbar, die Einzeltargets, beispielsweise die Einzeltargets 130a, 130b und 130c zu verwenden und diese aus den einzelnen Elementen des Ver bindungshalbleiters zu wählen und beispielsweise ein wei teres Einzeltarget mit einer Dotierung.

Soll beispielsweise eine Schicht aus GaAlAs auf der Ober fläche 140 aufgetragen werden, so wäre es beispielsweise möglich, als Target 130a Ga, als Target 130b Al und als Target 130c As zu verwenden, wobei zum Erreichen von stöchiometrischen Verhältnissen der Laserstrahl 28 mit seinem Bestrahlungsfleck 132 nach jedem einzelnen Puls P oder nach einer Serie von Pulsen P von dem Einzeltarget 130a zum Einzeltarget 130b und wiederum vom Einzeltarget 130c wechselt. Alternativ dazu wäre es aber auch möglich, ein Einzeltarget 130a in Form von GaAs und ein Einzel target 130b in Form von AlAs zu verwenden und ebenfalls mit dem Bestrahlungsfleck 132 vom Einzeltarget 130a nach jedem einzelnen Puls oder nach einer Folge einzelner Pulse zum Einzeltarget 130b zu wechseln, wobei die Bestrahlung entsprechend den stöchiometrischen Verhältnissen erfolgt. Als Einzeltarget 130c könnte dabei noch ein entsprechend geeignetes Dotiermaterial Verwendung finden, wobei inte gral die Zahl der Pulse P, die auf das Dotiermaterial trifft, geringer ist als die zum Auftragen des Halbleiter materials.

Das Auftragen von Schichten bestehend aus Verbindungshalb leitermaterialien unter Verwendung von Einzeltargets mit entweder einzelnen Elementen der Verbindungshalbleiter oder wiederum einzelnen Verbindungen der Verbindungshalb leiter, die in jedem Fall letztlich den Verbindungshalb leiter im stöchiometrischen Verhältnis aufweisen, ist des halb möglich, da pro Laserpuls P maximal eine Atomlage und somit eine Teilschicht 146 im Beschichtungsfleck 142 auf getragen wird, so daß die Herstellung beliebiger stöchio metrischer Verhältnisse durch Übereinanderlegen von Teil schichten 146 möglich ist und sich direkt im Beschich tungsfleck 142 bei entsprechendem Wechsel zwischen den Einzeltargets 130a, 130b und 130c oder weiteren Einzel targets die stöchiometrischen Verhältnisse in der sich aufbauenden Schicht einstellen.

Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, daß die aufzutra genden Halbleiterschichten insgesamt in der Größenordnung von einigen 100 nm liegen, was wiederum zur Folge hat, daß bereits beim Auftrag einer 100 nm dicken Schicht im sich nicht bewegenden Beschichtungsfleck 142 größenordnungs mäßig 1000 Pulse P und somit eine entsprechende Zahl von Teilschichten 146 erforderlich sind. Wenn man darüber hinaus berücksichtigt, daß der Beschichtungsfleck 142 le diglich einen Bruchteil der Oberfläche 140 beträgt, auf welcher ein Auftrag einer Halbleiterschicht erfolgen soll, so ergibt sich daraus, daß mehr als größenordnungsmäßig 10 000 Pulse P zum Auftrag dieser Schicht erforderlich sind, so daß sich dadurch in einfacher Weise auch homogene stöchiometrische Mischungen in dieser Halbleiterschicht erreichen lassen.

Daraus folgt ferner, daß die Dicke der auf der Oberfläche 140 aufzutragenden Schicht einerseits in einfacher Weise homogen durch die Relativbewegung zwischen der Keule 138 und dem Substrat 12′ von Puls P zu Puls P erzielbar ist und daß außerdem die Schichtdicke durch die Zahl der Pulse P und somit die Dauer des Beschichtungsvorgangs festlegbar ist.

In der als Ganzes in Fig. 6 exemplarisch dargestellten Strukturierstation 24 sitzt das mit einer Halbleiter schicht 150 versehene Substrat 12b ebenfalls auf dem Sub strathalter 104, der seinerseits auf der Basiseinheit 106 des Positioniertisches 102 in X- und Z-Richtung verschieb lich gehalten ist.

Zur Nachstrukturierung der Schicht 150, beispielsweise zum Abtragen des Materials derselben längs eines Streifens 152, wird der von einem Laser 154 erzeugte Laserstrahl 34 über eine Abbildungsoptik 156 auf den Streifen 152 fokussiert und zwar so, daß ein Fokus 158 genau im Streifen 152 liegt und somit in diesem das Material der Schicht 150 abträgt.

Vorzugsweise ist der Laser 154 so angeordnet, daß ein aus diesem austretender Laserstrahl 34a mit seiner Längsrich tung 160 parallel zur Z-Richtung sich ausbreitet und von einem Umlenkspiegel 162 in der Abbildungsoptik in Y-Rich tung, das heißt senkrecht zur X- und Z-Richtung, umgelenkt wird und dabei noch durch eine Linse 164 der Abbildungs optik 156 hindurchtritt, welche diesen als Laserstrahl 34b auf den Fokus 158 fokussiert. Dabei erstreckt sich die Schicht 150 vorzugsweise in einer zur XZ-Richtung paralle len Ebene.

Um eine Relativbewegung des Fokus 158 zur Schicht 150 durchzuführen, damit beispielsweise in dem Streifen 152 Material der Schicht 150 abgetragen werden kann, ist der Substrathalter 104 in bekannter Weise relativ zur Basis einheit 106 bewegbar und in der XZ-Richtung positionier bar.

Darüber hinaus ist vorteilhafterweise auch die Abbildungs optik 156 in Z-Richtung bewegbar und zwar dabei an einer Längsführung 166, welche vorzugsweise als Portalführung ausgebildet ist, mit einem Führungselement 168 geführt, so daß unabhängig von der Stellung der Abbildungsoptik 156 relativ zum Laser 154 stets eine Fokussierung in den Fokus 158 auf der Schicht 150 erfolgt.

Darüber hinaus ist die Abbildungsoptik 156 quer zur Z-Richtung, das heißt in X-Richtung relativ zum Führungs element 168 mittels eines weiteren Führungselements 170 bewegbar, wobei das Führungselement 170 eine Längsführung der Abbildungsoptik 156 in X-Richtung darstellt.

Somit besteht die Möglichkeit, die Relativbewegung zwi schen dem Laserstrahl 34 und der Schicht 150 durch Bewegen der Abbildungsoptik 156 in der Z-Richtung und so mit Bewe gen des Fokus 158 in gleiche Richtung ohne Verschiebung des Substrathalters 104 zu erzeugen, was insbesondere bei dem Materialabtrag über grobe Strecken mit nicht ganz so grober Präzision vorteilhaft ist. Sobald jedoch eine Fein strukturierung erforderlich ist, wird vorzugsweise die Ab bildungsoptik 156 konstant gehalten und eine Relativbewe gung mittels des Substrathalters 104 relativ zur Basisein heit 106 durchgeführt, die in der Regel mit geringeren Verfahrgeschwindigkeiten möglich ist.

Die Strukturierstation 24 arbeitet zweckmäßigerweise im Hochvakuum. Um dabei zu verhindern, daß das abgetragene Material der Schicht 150 sich auf der Linse 164 als Ver schmutzung niederschlägt, ist vorzugsweise um die Abbil dungsoptik herum ein Teilchenauffangschild 172 vorgesehen, von welchem ausgehend sich ein elektrisches Feld 174 bis zur Schicht 150 erstreckt, wobei das elektrische Feld dazu dient, ein im Fokus 158 erzeugtes Plasma in Richtung des Teilchenauffangschilds 172 abzulenken und somit zu verhin dern, daß sich dieses in Richtung der Linse 164 ausbrei tet. In diesem Fall wird die Strukturierung so erfolgen, daß im Fokus 158 stets ein Plasma mit geladenen Teilchen entsteht.

Als Laser kommt vorzugsweise ein Laser mit Pulsdauern zwischen 1 und 100 psek. und Wellenlängen von 0,2 bis 0,5 µm.

Die Lichtdichte im Fokus 158 beträgt vorzugsweise 10⁸ bis 10¹⁰ w/cm².

Bei einer alternativen Lösung zu dem in Fig. 6 dargestell ten und vorstehend beschriebenem Ausführungsbeispiel, dar gestellt in Fig. 7, erfolgt die Strukturierung nicht im Hochvakuum, sondern in einer Schutzgasatmosphäre, wobei mittels eines Gaseinlasses 176 ein Gasstrom 178 erzeugt wird, welcher quer zum Laserstrahl 34b diesen durchsetzt und somit die im Fokus 158 abgetragenen Partikel zu einem Schutzgaseinlaß 180 transportiert, in welchem eine Ab scheidung der Partikel erfolgt. Mit diesem Schutzgasstrom ist somit ebenfalls die Möglichkeit gegeben, die Abbil dungsoptik 156 gegen Verunreinigung durch das von der Schicht 150 abgetragene Material zu schützen.

Wird in der Metallisierungsstation 40 die Metallisierung 42 in Form einer durchgehenden Schicht aufgetragen, so erfolgt dies mit einer Vorrichtung entsprechend der im Zusammenhang mit der Beschichtungsstation in Fig. 4 be schriebenen Vorrichtung, wobei das Target 30 als Material das Beschichtungsmaterial, das heißt das entsprechende Metall aufweist. Im übrigen ist diese Vorrichtung iden tisch mit der in Fig. 4 dargestellten.

Erfolgt dagegen eine strukturierende Metallisierung in Form von einzelnen Metallbahnen in der Metallisierungs station 40, so ist eine wie folgt aufgebaute Beschich tungsvorrichtung 210 für strukturierte Schichten vorgese hen. Eine derartige Vorrichtung ist auch für eine der Be schichtungsstationen 22 geeignet, wenn eine strukturierte Schicht aufgetragen werden soll, so daß die nachgeordnete Strukturierstation 24 entfallen kann.

Wie in Fig. 8 dargestellt, ist das Prozeßsubstrat 12b mit den aufgetragenen Schichten auf einem Substratträger 216 gehalten, welcher seinerseits auf einer Grundeinheit 218 in einer X- und einer Z-Richtung verschiebbar ist, wobei eine Oberfläche 220 der Funktionsstruktur 26 parallel zu der XZ-Ebene verläuft. Vorzugsweise sind der Substratträ ger 216 und die Grundeinheit 218 mit dem Substrathalter 104 und der Basiseinheit 106 identisch.

Die Grundeinheit 218 weist hierzu einen Antrieb 222 auf, mit welchem das Prozeßsubstrat 12b mitsamt seiner Funk tionsstruktur exakt in der XZ-Ebene positionierbar ist.

Auf die Oberfläche 220 ist eine einen Materialfilm bilden de Metallfolie 224 auflegbar, deren Material strukturiert, das heißt beispielsweise streifenförmig oder mäanderförmig auf die Oberfläche 220 aufmetallisierbar sein soll.

Diese Metallfolie 224 hat vorzugsweise eine Dicke von weniger als 5 Mikrometern.

Ferner ist diese Folie 224 beispielsweise an einem Außen rand 226 eines Halterings 228 fixiert und frei zwischen dem rings umlaufenden Außenrand 226 mit einem freien Be reich 230 gespannt. Dieser freie Bereich ist-auf die Ober fläche 220 auflegbar. Ferner ist der Haltering 228 mit einer Stelleinrichtung 232 auf die Oberfläche 220 zu- oder von dieser wegbewegbar, so daß die gesamte Folie 224 nach Positionieren des Prozeßsubstrats 12b durch Bewegen des Halterings 228 mittels der Stelleinrichtung 232 auf die Oberfläche 220 zu, beispielsweise mit einem geringen Ab stand von wenigen um von der Oberfläche 220 positionierbar oder unmittelbar mit ihrer Vorderseite 234 auf dieser auf legbar ist.

Ist die Folie 224 mit ihrer Vorderseite 234 wie dargelegt relativ zur Oberfläche 220 der Funktionsstruktur 226 posi tioniert, so erfolgt die Metallisierung von beispielsweise einem in Fig. 9 dargestellten Streifen 236 auf der Ober fläche 220 durch Bestrahlen einer Rückseite 238 der Folie 224 mittels des Laserstrahls 44, wobei der Laserstrahl 44 mit einem Abschnitt 44b auf einen Fokus 240 auf der Rück seite 238 der Folie 224 fokussiert ist. Hierzu ist eine Abbildungsoptik 242 vorgesehen, die ihrerseits ebenfalls in einer XZ-Ebene mittels eines Doppelschlittensystems 244 positionierbar ist. Diese Abbildungsoptik 242 umfaßt einen Umlenkspiegel 246 für einen parallel zur XY-Ebene ankom menden Abschnitt 44a des Laserstrahls 44 sowie eine danach angeordnete Linse 248, welche den Abschnitt 44b des Laser strahls 44 auf den Fokus 240 fokussiert. Der Laserstrahl 44 wird vorzugsweise erzeugt durch einen schematisch dar gestellten Laser 250.

Die Metallisierung der Oberfläche 220 erfolgt nun dadurch, daß im Fokus 240 aus dem Material der Folie 224 ein Plasma erzeugt wird, dessen Plasmateilchen sich einerseits längs der Pfeile 252 in Richtung auf die Abbildungsoptik 242 be wegen (Fig. 10), wobei dies vorzugsweise Teilchen aus auf der Rückseite 238 liegendem Material der Folie 224 sind.

Dies führt zwangsläufig dazu, daß auf der Vorderseite 234 der Folie 224 liegendes Material oder liegende Teilchen durch einen bei der Plasmaerzeugung entstehenden Druckstoß in Richtung von Pfeilen 254 beschleunigt werden, dabei auf der Oberfläche 220 des Prozeßsubstrats auftreffen und auf dieser fixiert werden.

Durch Bewegen des Fokus 240 relativ zur Folie 244 lassen sich somit beliebige Streifen 236 oder auch runde metalli sierte Bereiche 256 auf der Oberfläche 220 erzeugen, wobei auch die Erzeugung komplizierterer Strukturen, beispiels weise komplizierter Leiterbahnstrukturen, auf der Ober fläche 220 möglich ist.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsge mäßen Beschichtungsvorrichtung 210, dargestellt in Fig. 11, tritt an die Stelle der Folie 224 eine transparente Platte 260, auf deren Vorderseite, das heißt der der Oberfläche 220 zugewandten Seite, als Materialfilm ein Metallfilm 264 aufgetragen, das heißt beispielsweise aufgedampft, ist, welcher eine Dicke in der Größenordnung eines Absorptions tiefe der Laserstrahlung in diesem Metallfilm 264 auf weist. Diese Dicke beträgt insbesondere weniger als 0,12 µm, vorzugsweise 20 nm oder weniger.

Die transparente Platte 260 ist in gleicher Weise von dem Haltering 228 getragen und mittels der Stelleinrichtung 232 in gleicher Weise wie die Folie 224 relativ zu der Oberfläche 220 bewegbar. Der Laserstrahl 44b wird dabei auf eine Rückseite 266 des Metallfilms 264, das heißt die auf der transparente Platte 260 aufliegende Seite, fokus siert und erzeugt beim Auftreffen auf derselben ein Plasma aus dem Material des Metallfilms 264, so daß ebenfalls Teile des Materials des Metallfilms 264, insbesondere auf einer Vorderseite 268 desselben in Richtung des Pfeils 270 auf die Oberfläche 220 beschleunigt werden, auf dieser auftreffen und dadurch fixiert werden.

Der Vorteil dieses Ausführungsbeispiels liegt darin, daß dieses die Möglichkeit schafft, den Metallfilm dünner als die Folie 224 auszuführen, beispielsweise so dünn, daß sich das Plasma durch die Dicke des Metallfilms 264 hin durch erstreckt, so daß sich Teilchen aus dem Plasma auf der Oberfläche 220 niederschlagen und eine Teilschicht bilden, die im Bereich weniger nm liegt, so daß zum Aufbau einer größeren Schichtdicke mehrere Teilschichten aufein ander zu legen sind.

Darüber hinaus ist insbesondere zum Aufbringen dicker Metallisierungen vorgesehen, mehrere Metallisierungs schichten übereinander aufzutragen, das heißt beispiels weise eine erste Teilschicht aufzutragen, dann die trans parente Platte 260 mit dem Metallfilm 264 soweit zu ver schieben, daß eine zweite und gegebenenfalls eine dritte Teilschicht aufgetragen werden kann.

Um für die Metallisierung die gesamte Fläche der Folie 224 oder des Metallfilms 264 auszunützen, ist der Laserstrahl 44b durch Verfahren der Abbildungsoptik 242 im wesentli chen über den gesamten inneren Bereich des Halterings 228 verfahrbar. Darüber hinaus ist zusätzlich noch das Prozeß substrat 12b mit der Funktionsstruktur 26 ebenfalls ver fahrbar, so daß sukzessive zunehmende Bereiche der Folie 224 oder des Metallfilms 264 zur Metallisierung der Ober fläche 220 herangezogen werden können, wobei eine mög lichst effektive Ausnützung des freien Bereichs 230 der Folie 224 oder des Metallfilms 264 erfolgt.

Hierzu ist eine Steuerung 272 vorgesehen, welche sowohl die Bewegung des Laserstrahls 44b als auch die Relativbe wegung des Substrats 12b mit der Funktionsstruktur 26 steuert und insbesondere abspeichert, welche Bereiche der Folie 224 oder des Metallfilms 264 bereits durch Plasmaer zeugung verdampft sind und somit nicht für die weitere strukturierte Metallisierung zur Verfügung stehen, so daß ein möglichst effektiver Verbrauch des Materials der Folie 244 oder des Metallfilms 264 erfolgt.

Vorzugsweise hat - wie in Fig. 11 dargestellt - der Fokus einen Durchmesser D, welcher kleiner ist als eine Breite B einer zu metallisierenden Struktur, beispielsweise des Streifens 236, so daß die auf zubringende Struktur durch Mehrfachauftragung der Metallisierung jeweils mit dem Durchmesser D des Fokus 240 erfolgt.

Bei einer Variante des zweiten Ausführungsbeispiels, dar gestellt in Fig. 13, ist auf der transparenten Platte 216 ein zusätzliches Fokussierelement 274 angeordnet, welches eine erste fokussierende Linse 276 und eine zweite fokus sierende Linse 278 aufweist, wobei die zweite fokussieren de Linse mit einer flachen Unterseite 280 auf einer dem Metallfilm 264 abgewandten Rückseite 282 der transparenten Platte 260 aufliegt, wobei zwischen der Unterseite 280 und der Rückseite 282 eine Immersionsflüssigkeit 284 angeord net ist. Die erste Linse 276 bündelt bereits den Laser strahl 44b und bildet diesen auf die zweite Linse 278 ab, wobei dadurch, daß der Laserstrahl auf die zweite Linse folgend stets in Material mit einer Brechzahl größer 1 verläuft, eine weitere Fokussierung auf einen Fokus 240′ erfolgt, welcher kleiner als die Wellenlänge des Laser strahls sein kann. Somit können besonders kleine Struktu ren erzeugt werden.

Das Fokussierelement 274 ist dabei seinerseits in einem Gehäuse 286 gehalten und mit dem Laserstrahl 44b, das heißt mit dem Schlittensystem 244 ebenfalls mitbewegt, wobei die zweite Linse 278 sozusagen auf der Immersions flüssigkeit 284 bei der Relativbewegung des Laserstrahls 44b zur transparenten Platte 260 schwimmt.

Als Laser kommt vorzugsweise ebenfalls ein Laser mit einer Pulsdauer von 1 bis 100 Pikosekunden zum Einsatz, wobei die Wellenlänge zwischen ungefähr 0,2 und 1,2 µm liegt und eine Lichtdichte von größer 10⁸ w/cm², vorzugsweise 10⁹ bis maximal 10¹⁰ w/cm² im Bereich des Fokus 240 beim zwei ten und dritten Ausführungsbeispiel und beim ersten Aus führungsbeispiel vorzugsweise mehr als 10¹⁰ w/cm².

Die Metallisierung wird bei allen Ausführungsbeispielen vorzugsweise im Hochvakuum durchgeführt, so daß die gesam te vorstehend beschriebene Anordnung in einem Gehäuse 275 angeordnet ist, das über Schleusen zugänglich ist.

In diesem Fall müssen beim ersten Ausführungsbeispiel zur Verhinderung einer Verschmutzung der Abbildungsoptik 242 durch die Folie 224 Maßnahmen getroffen sein. Beispiels weise ist die Abbildungsoptik 242 ebenfalls mit einem um den Laserstrahl 44b herumverlaufenden Teilchenauffang schild 258 versehen, zwischen welchem und der Folie 224 sich ein elektrisches Feld 259 ausbildet, längs welchem bei Erzeugung eines Plasmas sich die Teilchen bewegen, so daß eine Verschmutzung insbesondere der Linse 248 verhin dert wird (Fig. 8).

Alternativ dazu ist es denkbar, in gleicher Weise wie im Zusammenhang mit der Strukturierstation beschrieben, einen den Laserstrahl 44b durchsetzenden Schutzgasstrom vorzu sehen.

Diese Maßnahmen erübrigen sich bei dem zweiten, in Fig. 11 beschriebenen Ausführungsbeispiel, da durch die transpa rente Platte zwangsläufig ein Schutz der Abbildungsoptik 242 gewährleistet ist.

Ein Ausführungsbeispiel eines in Fig. 14 als Ganzes mit 310 bezeichneten erfindungsgemäß eingesetzten Lasersystems umfaßt einen Laserresonator 312, welcher endseitig durch zwei vollreflektierende Endspiegel 314 und 316 abgeschlos sen ist. Eine Resonatorachse 318 legt dabei das sich zwi schen den Endspiegeln 314 und 316 ausbildende Resonator strahlungsfeld 320 fest.

Zwischen den Endspiegeln ist ferner ein Oszillatorkristall 322 angeordnet, welcher das laseraktive Medium darstellt. Dieser Oszillatorkristall 322 wird durch Diodenreihen 24 gepumpt, welche längs der Pfeile 326 und zwar quer zur Resonatorachse 318 den Oszillatorkristall mit Pumplicht beaufschlagen. Bei diesen Diodenreihen 324 handelt es sich um Halbleiterdioden, beispielsweise aus GaAlAs oder InGaAlAs.

Vor dem Endspiegel 316 sind ferner zwei Modulatoren 326 und 328 angeordnet, welche zur Modenkopplung (Modelocking) im Resonatorstrahlungsfeld dienen, wobei deren Transmis sion mit der Frequenz der Umlaufzeit (round trip time) des Laserresonators 312 moduliert ist. Ferner sitzt zwischen den Modulatoren 326 und 328 noch eine Pockelszelle 330, welche zur Güteschaltung im Laserresonator dient, um den Aufbau des Resonatorstrahlungsfeldes 320 mit einem Puls mit einer Halbwertsbreite im Pikosekundenbereich zu steuern.

Die bislang beschriebenen Komponenten des erfindungsge mäßen Lasersystems 310 stellen die Komponenten eines aus dem Stand der Technik bekannten Lasersystems zur Erzeugung von Laserpulsen im Pikosekundenbereich mittels Modenkopp lung dar.

Zwischen dem Oszillatorkristall 322 und dem Endspiegel 314 ist ferner eine weitere Pockelszelle 332 vorgesehen und zwischen der Pockelszelle 332 und dem Endspiegel 314 ein polarisationsabhängiger Transmissions- und Reflexionsspie gel 334, welcher so steht, daß er eine Polarisations richtung zum Endspiegel 314 passieren läßt, während die andere, senkrecht dazu stehende Polarisationsrichtung re flektiert wird.

Bei nicht angesteuerter Pockelszelle 332 lädt der Trans missions- und Reflexionsspiegel 334 das Resonatorstrah lungsfeld 320 zum Endspiegel 314 hindurchtreten, bei ange steuerter Pockelszelle 332 erfolgt eine Drehung der Pola risationsebene derart, daß der Transmissions- und Refle xionsspiegel 334 die Laserstrahlung auf einen Umlenkspie gel 336 aus dem Laserresonator 312 herausreflektiert und somit den Laserpuls P auskoppelt. Hierzu ist eine Steue rung 338 vorgesehen, welche einerseits die Pockelszelle 330 ansteuert, so daß sich in dem Resonator 312 ein Laser puls P durch Hin- und Herreflexion zwischen den Endspie geln 314 aufbauen kann. Nach einer bestimmten Zeit erfolgt dann eine Ansteuerung der Pockelszelle 332, welche die Po larisationsebene des Laserpulses P so dreht, daß dieser durch den Transmissions- und Reflexionsspiegel 334 aus dem Laserresonator 312 heraus auf den Umlenkspiegel 336 re flektiert wird.

Alternativ dazu ist es ebenfalls denkbar, beispielsweise hinter dem Endspiegel 316 einen Detektor 340 vorzusehen, welcher bei geringfügig transmittierendem Endspiegel 316 in der Lage ist, die Intensität des sich im Laserresonator 312 aufbauenden Laserpulses P zu messen. Durch Abfrage dieses Detektors 340 kann über die Steuerung 338 dann die Pockelszelle 332 angesteuert werden, so daß stets bei Überschreiten einer Schwellintensität des Laserpulses P eine Auskopplung desselben durch Reflexion auf den Umlenk spiegel 336 erfolgt.

Der Umlenkspiegel 336 lenkt den austretenden Laserstrahl 342 weiter um und zwar durch einen Verstärkerkristall 344, der gleich wie der Oszillatorkristall 322 aufgebaut und durch Diodenreihen 346 optisch gepumpt ist. Nach Verstär ken des Laserpulses P in dem Verstärkerkristall 344 er folgt eine Frequenzverdopplung in einem Verdopplerkristall 348 auf die von der Frequenz w₁ auf die Frequenz 2×w₁ und eine weitere Frequenzverdopplung durch einen Verdopp lerkristall 350 von der Frequenz 2×w₁ auf die Frequenz 4×w₁.

Eine derartige Frequenzverdopplung ist dann erforderlich, wenn man - was üblicherweise der Fall sein wird - einen Neodymkristall als Oszillatorkristall verwendet, bei spielsweise Nd-YAP oder Nd-YLF. Nach zweifacher Frequenz verdopplung erhält man damit Wellenlängen im UV-Bereich.

Im einfachsten Fall wird bei dem erfindungsgemäßen Laser system mit dem Teil des Laserpulses P mit der Frequenz 4×w₁ gearbeitet und die anderen Frequenzanteile werden nicht eingesetzt.

Besonders vorteilhaft ist jedoch ein zweites Ausführungs beispiel des erfindungsgemäßen Lasersystems, dargestellt in Fig. 15, bei welchem nach dem ersten Verdopplerkristall 348 mittels eines wellenlängenselektiven Reflexionsele ments 352 ein Ausblenden des Teils Tw₁ des Laserpulses mit der Frequenz w₁ erfolgt, während der Teil T2w₁ des Laser pulses mit der Frequenz 2×w₁ in den zweiten Verdoppler kristall 350 eintritt und dort teilweise auf die Frequenz 4×w₁ verdoppelt wird. Der Anteil 2×w₁ wird ebenfalls durch ein weiteres wellenlängenselektives Reflexionsele ment 354 nach dem zweiten Verdopplerkristall 350 ausge koppelt, so daß der Laserpuls in seine einzelnen Laser pulsanteile mit den unterschiedlichen Frequenzen aufge teilt ist. Der Laserpulsanteil P₀ mit der Frequenz 4×w₁ wird mittels einer Linse 356 direkt in einen Fokus 358 fokussiert, der Laserpulsanteil P₁ des Laserpulses P mit der Frequenz 2×w₁ wird durch ein weiteres Umlenkelement 360 umgelenkt und ebenfalls mittels einer Linse 362 auf den Fokus 358 fokussiert, allerdings mit durch Verlänge rung der optischen Weglänge bedingter Zeitverzögerung, so daß zunächst im Fokus der Laserpulsanteil P₀ ankommt und mit zeitlicher Verzögerung der Laserpulsanteil P₁ mit der Frequenz 2×w₁ des Laserpulses.

Der Laserpulsanteil P₂ mit der Frequenz w₁ wird ebenfalls durch ein Umlenkelement 364 umgelenkt und mittels einer Linse 366 auf den Fokus 358 fokussiert, wobei eine weitere Verlängerung der optischen Weglänge gegenüber dem Laser pulsanteil P₁ erzeugt wird, so daß der Laserpulsanteil P₂ wiederum mit zeitlicher Verzögerung gegenüber dem Puls P₁ am Fokus 358 ankommt (Fig. 16).

Im übrigen ist das zweite Ausführungsbeispiel gleich kon zipiert wie das erste Ausführungsbeispiel, so daß auf die ses vollinhaltlich Bezug genommen wird.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel eines erfindungsge mäßen Lasersystems, dargestellt in Fig. 17, erfolgt eben falls ein Auskoppeln der Frequenzanteile w₁ nach dem ersten Verdopplerkristall 348 und der Frequenzanteile mit 2×w₁ nach dem zweiten Verdopplerkristall 350 mittels der wellenlängenselektiven Reflexionselemente 352 und 354.

Gleichzeitig erfolgt eine Verzögerung des Laserpulsanteils P₁ gegenüber dem Laserpulsanteil P₀ und des Laserpulsan teils P₂ gegenüber dem Laserpulsanteil P₁ ebenfalls durch entsprechende Verlängerung der optischen Weglänge.

Dagegen werden alle Laserpulsanteile wiederum mittels eines Prismas 370 in einer Richtung 372 vereinigt und mittels einer gemeinsamen Linse 374 auf den Fokus fokus siert, so daß die Pulse P₀, P₁ und P₂ kolinear zueinander verlaufen und auf dem Fokus 358 auftreffen.

Im übrigen ist das dritte Ausführungsbeispiel gleich kon zipiert wie das erste Ausführungsbeispiel, so daß auf die ses vollinhaltlich Bezug genommen wird.

Ein derartiges Lasersystem ist bei allen erfindungsgemäßen Beschichtungsstationen und Strukturierstationen einsetzbar.

Die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens soll vereinfacht an zwei Ausführungsbeispielen erläutert wer den.

Das erste Ausführungsbeispiel sieht die Herstellung eines Halbleiterlasers aus III-V Material vor.

Wie in Fig. 18 dargestellt, umfaßt ein Halbleiterdio denlaser ein Substrat 410, welches zunächst mechanisch gereinigt wird und dann als Substrat 12 der photolytischen Reinigungseinheit 10 zugeführt wird. In dieser photoly tischen Reinigungseinheit erfolgt daraufhin die Abtragung einer ein oder mehrere Angström dicken Schicht und die Aktivierung des Substrats 12, welches beispielsweise aus einer Scheibe aus GaAs besteht.

Das gereinigte Substrat 12a wird nun unter den Kanal 20 in die Beschichtungseinheit 18 eingebracht.

Als erstes wird in der Beschichtungsstation 22 auf das Substrat 410 eine Schichtenfolge 412 von dotiertem Halb leitermaterial abwechselnd durch Wechsel zwischen zwei Einzeltargets 130a und 130b aufgetragen, wobei beispiels weise das Einzeltarget 130a GaAs: Si und das Einzeltarget 130b GaAlAs: Si aufweist.

Es ist aber auch denkbar, das Einzeltarget 130a aus GaAs, das Einzeltarget 130b aus GaAlAs und das Einzeltarget 130c aus Si herzustellen und somit zur Dotierung des jeweiligen Materials mit Si von dem jeweiligen Einzeltargets 130a oder 130b auf das Einzeltarget 130c mit Si zu wechseln.

Jede einzelne Schicht der Schichtenfolge 412 hat dabei eine Dicke in der Größenordnung von einigen 10 nm.

Auf diese Schichtenfolge 412 folgt eine Rekombinationszone 414, welche aus GaAlAs: Si und darauffolgend GaAlAs ohne Dotierung aufgebaut ist.

Auch diese Schichten werden noch in der Beschichtungs station 22 aufgetragen.

Daraufhin erfolgt das Auftragen einer P-dotierten Schich tenfolge 416 aus GaAlAs dotiert mit z. B. Mg.

Um mehrere nebeneinander sitzende Halbleiterlaser vonein ander zu trennen, erfolgt, wie in Fig. 18 dargestellt, in der Strukturierstation 24 eine Abtragung der Schichten 416, 414 und 412 in Form von parallel zueinander verlau fenden Streifen 418. Zwischen jedem Streifen 418 liegt somit eine Reihe 417 von Halbleiterlasern 419 neben einander.

Anschließend erfolgt das Auftragen einer Isolatorschicht 420 auf die oberste Schicht der Schichtenfolge 414 in einer weiteren Beschichtungsstation 22, wobei als Target material ein einziges Einzeltarget mit einem geeigneten Isolatormaterial in Frage kommt.

Daraufhin erfolgt in einer weiteren Strukturierstation 24 ein streifenförmiges Abtragen des Isoliermaterials in einem Kontaktierstreifen 422, wobei zu jedem einzelnen Laser ein derartiger Kontaktierstreifen gehört, so daß zwischen den Streifen 418 eine Vielzahl von Kontaktier streifen 422 nebeneinander und im Abstand sowie parallel zueinander verläuft.

Schließlich erfolgt das Auftragen einer Metallschicht 424 als oberste Schicht, welche einerseits neben den Streifen 422 auf dem Isolatormaterial 420 aufliegt und somit in diesem Bereich gegenüber der P-dotierten Schichtenfolge isoliert ist, während die Metallschicht 424 im Bereich der Kontaktierstreifen 422 auf der P-Schichtenfolge 416 direkt aufliegt und somit eine Stromzufuhr zu dieser in diesem Bereich erlaubt.

Das Auftragen der Metallschicht 424 erfolgt vorzugsweise ebenfalls durch eine Beschichtungsvorrichtung ähnlich Fig. 4 in der Metallisierstation 40. Damit ist durch die direk te Kontaktierung der P-Schichtenfolge in dem Kontaktier streifen 422 jeweils unterhalb diesem Kontaktierstreifen 422 eine Lasertätigkeit in der Rekombinationsschichten folge 414 möglich.

In gleicher Weise erfolgt ein Auftragen einer Metall schicht 426 auf einer Unterseite des Grundsubstrat 12a.

Damit ist die Funktionsstruktur des Halbleiterlasers her gestellt.

Die Kontaktierung der Metallschichten 424 und 426 erfolgt einmal durch Anlöten eines Drahtes und ein andermal durch Auflöten der gesamten Halbleiterlaserreihe auf einen Kupferblock, beispielsweise mit der Metallschicht 426.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsge mäßen Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbau elements, in diesem Fall eines Elektrolumineszenzelements, dargestellt in Fig. 19, erfolgt die Herstellung einer Elektrolumineszenzschicht, beispielsweise für flache An zeigenelemente oder Flachbildschirme.

Hierbei wird ebenfalls ein Substrat 430, welches ein Glas substrat darstellt, zunächst konventionell gereinigt und dann in der photolytischen Reinigungseinheit 10 mit dem Laserstrahl 14 eine 1 oder 2 Angström dicke Schicht abge tragen zur Aktivierung des Glases.

Daraufhin erfolgt ein Transport des Substrats 12a in die Beschichtungseinheit 18 zu der ersten Beschichtungsstation 22. In der ersten Beschichtungsstation 22 erfolgt auf das Prozeßsubstrat 12b der Auftrag einer transparenten und elektrisch leitenden Schicht 432, welche beispielsweise eine Dicke von 150 nm aufweist.

In einer zweiten Beschichtungsstation wird auf das Prozeß substrat 12b eine Isolatorschicht 434 aufgetragen.

Darauf folgt in einer weiteren Beschichtungsstation das Auftragen einer Lumineszenzschicht 436 mit Dotierung und schließlich folgt wiederum auf diese Lumineszenzschicht 436 das Auftragen einer Isolationsschicht 438 in einer weiteren Beschichtungsstation oder ein Rücktransport zu der für das Aufbringen der Isolatorschicht 434 vorgesehe nen Beschichtungsstation.

Schließlich wird als oberste Schicht, und zwar als struk turierte Schicht ein Auftragen von einzelnen Schichtberei chen 440 durchgeführt, welche wie beispielhaft in Fig. 19 dargestellt, eine Linienform aufweisen. Diese Schichtbe reiche 440 sind als Metallschichten ausgeführt und stellen somit Kontaktelemente zur Ansteuerung des Elektrolumines zenzelements dar.

Die Schichtbereiche 440 sind bei anderen Realisierungs formen eines Elektrolumineszenzelements aber auch als matrixförmige Kontaktstreifen, die die Ansteuerstruktur des Elektrolumineszenzelements festlegen, ausgebildet.

Damit ist die Funktionsstruktur eines Elektrolumines zenzelements ebenfalls hergestellt, so daß lediglich noch eine äußere Kontaktierung erfolgen muß.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Funktionsstruktur eines Halbleiterbauelement, welche auf einem Grund substrat angeordnete und die gesamten Funktionen des Halbleiterbauelements definierende Schichten umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schichten lithografiefrei hergestellt und ausschließlich mit physikalischen Schichtauftrag verfahren nacheinander auf das Grundsubstrat aufge tragen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten auf dem Substrat aufeinanderliegend aufgetragen werden.

3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Auftragen der Schichten mit auf das Schichtmaterial einwirkender Laserstrahlung gearbeitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit gepulster Laserstrahlung gearbeitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, daß mindestens eine der Schichten durch Bestrahlen mindestens eines Schichtmaterial aufwei senden Targets mit der Laserstrahlung aufgetragen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht durch Bildung eines Plasmas beim Target und Wanderung von Schichtmaterialteilchen von dem Target zum Prozeßsubstrat und Niederschlagen auf einer Oberfläche des Prozeßsubstrats aufgetragen wird.

7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine unstrukturierte Schicht durch Bestrahlen des Targets auf seiner dem Prozeßsubstrat zugewandten Oberfläche aufgetragen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Target ein Dickschichttarget verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Laserstrahlung auf der Oberfläche des Dickschichttargets ein Plasma erzeugt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Teilchen aus dem Schichtmaterial in Form einer Teilchenkeule vom Dickschichttarget zur Oberfläche des Prozeßsubstrats wandern.

11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine strukturierte Schicht durch entsprechend der jeweiligen Struktur definiertes Bewegen eines gepulsten Laserstrahls über das Prozeßsubstrat hergestellt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierte Schicht durch Materialabtragung mittels des Laserstrahls von einer bereits aufgetra genen Schicht des Prozeßsubstrats hergestellt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierte Schicht durch Bestrahlen eines Dünnschichttargets auf seiner dem Prozeßsubstrat ab gewandten Seite hergestellt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Struktur der strukturierten Schicht durch definierte Führung des Laserstrahls auf der dem Pro zeßsubstrat abgewandten Seite des Targets hergestellt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn zeichnet, daß das Dünnschichttarget in geringem Ab stand von der Oberfläche des Prozeßsubstrats angeord net wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Dünnschichttarget in einem Abstand von weni ger als dem Zehnfachen eines Fokusdurchmessers von der Oberfläche des Prozeßsubstrats angeordnet wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Dünnschichttarget eine über dem Prozeßsubstrat und in geringem Abstand von diesem angeordnete Folie verwendet wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Dünnschichttarget ein auf einem Laserstrahl durchstrahlbaren Träger angeordne ter Film verwendet wird.

19. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schicht aus jeweils nacheinander und überlappend aufgetragenen Teil schichten aufgebaut wird.

20. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schicht mit funk tionsfertiger Schichtmaterialzusammensetzung aufge tragen wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die funktionsfertige Schichtmaterialzusammen setzung durch den Schichtaufbau aus einzelnen Kompo nenten des Schichtmaterials erfolgt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß als Target mehrere Einzeltargets mit Komponenten der funktionsfertigen Schichtmaterialzusammensetzung verwendet wird, welche von dem Laserstrahl beauf schlagt werden.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fokus des Laserstrahls rela tiv zum Target bewegt wird.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Target relativ zum Prozeßsub strat bewegt wird.

25. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten der Funk tionsstruktur in mehreren aufeinanderfolgenden Sta tionen aufgetragen werden.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsstruktur in einem zusammenhängenden Prozeßdurchlauf hergestellt wird.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 oder 26, da durch gekennzeichnet, daß für das Auftragen jeder Schicht eine Beschichtungsstation vorgesehen wird.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßsubstrat von Beschichtungsstation zu Beschichtungsstation transportiert wird.

29. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekenn zeichnet, daß in jeder Beschichtungsstation unter Hochvakuum gearbeitet wird.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß zum Strukturieren von Schichten aus einer der Beschichtungsstationen eine Struktu rierstation vorgesehen wird.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß in der Strukturierstation zur Strukturierung der Schicht mit dem Laserstrahl Material abgetragen wird.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Beschichtungs stationen räumlich voneinander getrennt sind.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturierungsstationen räumlich voneinander und von den Beschichtungs stationen getrennt sind.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 oder 31, da durch gekennzeichnet, daß in der Strukturierstation in Hochvakuumatmosphäre gearbeitet wird.

35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auffangvorrichtung für aus der zu struktu rierenden Schicht abgetragene Teilchen vorgesehen wird.

36. Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekenn zeichnet, daß in der Strukturierstation mit Schutz gasatmosphäre gearbeitet wird.

37. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Auftragen der Schichten das Grundsubstrat mittels eines Laser strahls photolytisch gereinigt wird.

38. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß als Laserstrahl zur photolytischen Reinigung ein gepulster Laserstrahl verwendet wird.

39. Verfahren nach Anspruch 37 oder 38, dadurch gekenn zeichnet, daß das Grundsubstrat relativ zum Laser strahl bewegt wird.

40. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für das Auftragen der Schichten der Laserstrahl eine derartige Energie aufweist, daß pro Laserpuls auf dem Prozeßsubstrat ein Auftrag von maximal einer Atomlage des Schicht materials erfolgt.

41. Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserpuls eine Dauer von weniger als ungefähr 100 psek aufweist.

42. Verfahren nach Anspruch 40 oder 41, dadurch gekenn zeichnet, daß als Laserstrahl ein solcher mit einer Wellenlänge von weniger als 0,6 µm verwendet wird.

43. Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma mit einem Laserpulsan teil mit einer Wellenlänge von kleiner 0,6 µm und einer Pulsdauer im Pikosekundenbereich gebildet und mit einem weiteren Laserpulsanteil im Pikosekundenbe reich nachgeheizt wird.

44. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Laserpulsanteil mit einer Zeitverzö gerung im Bereich von einer Nanosekunde folgt.

45. Verfahren nach Anspruch 43 oder 44, dadurch gekenn zeichnet, daß als weiterer Laserpulsanteil ein sol cher mit einer Wellenlänge verwendet wird, welche ein ganzzahliges Vielfaches derjenigen des das Plasma er zeugenden Laserpulsanteils beträgt.

46. Vorrichtung zum Herstellen einer Funktionsstruktur eines Halbleiterbauelements, welche auf einem Grund substrat angeordnete und die gesamte Funktion des Halbleiterbauelements definierende Schichten umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beschichtungseinheit (18) vorgesehen ist, in welcher lithografiefreie und ausschließlich physika lisch arbeitende Schichtauftragsstationen (22, 40) vorgesehen sind, in welchen die gesamte Funktions struktur auf dem Grundsubstrat (12a) herstellbar ist.

47. Vorrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Beschichtungsstationen (22, 40) minde stens ein Laser zum Auftragen der Schichten zugeord net ist.

48. Vorrichtung nach Anspruch 46 oder 47, dadurch gekenn zeichnet, daß die Beschichtungseinheit (18) aufeinan derfolgende Stationen (22, 24, 40) aufweist, in welchen die Funktionsstruktur (26) herstellbar ist.

49. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 46 bis 48, da durch gekennzeichnet, daß die Funktionsstruktur (26) in einem zusammenhängenden Prozeßdurchlauf herstell bar ist.

50. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 46 bis 49, da durch gekennzeichnet, daß eine durch die Beschich tungseinheit (18) hindurchverlaufende Transportein richtung (102, 108) für das Prozeßsubstrat (12b) vor gesehen ist.

51. Vorrichtung nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Beschichtungsstationen (22, 40) in der Be schichtungseinheit (18) aufeinanderfolgend vorgesehen sind.

52. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 46 bis 51, da durch gekennzeichnet, daß das Strukturieren von Schichten in einer einer der Beschichtungsstationen (22) nachgeordneten Strukturierstation (24) erfolgt.

53. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 46 bis 52, da durch gekennzeichnet, daß der Beschichtungseinheit (18) eine photolytische Reinigungseinheit (10) vor geschaltet ist.