JP5555245B2 - プライミングおよび光束によって板状体の層を加熱するための方法および装置 - Google Patents
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Description
本発明は特に、材料特に半導体、具体的にはシリコンの薄膜、ウェハ、板状体または小板の分野での、材料の処理の一般の技術分野に関する。より具体的には本発明は、光束を用いた、部品への熱処理の適用の分野に関する。
従来技術において、熱処理を実現するために光束を使用することが知られており、その方法が存在し、そこでは部品の外面および／または外面の近傍にて光束の吸収が生じ、より深い部分の加熱は、光束を受ける外面および／またはその近傍から、処理すべき部品のより深い領域への熱拡散を通じて生じる。
これらの従来技術の方法の特徴は、用いられる光束は、処理すべき材料が光束に対して本来吸収性であるように、またはたとえば極めて高い出力レベルを用いることによって部品の材料との光束の直接の相互作用によって吸収性になるように選択される。
光束の使用は、１マイクロ秒の数分の１から数十マイクロ秒程度の非常に短い時間、表面層を加熱することができるようにしたいときに特に有用であることがわかっている。
しかしながら一般に加熱される厚さは、部品の外面から時間の平方根として変化するので、部品の深い部分を加熱するのは非常に難しくコスト高であり、必要とする深さが大きくなるほど、より難しくコスト高となる。
さらに、部品内で得られる熱プロファイルは一般的に外面にて最大値を有し、前記外面から材料内へは減少するので、たとえば材料の溶解または蒸発または分解温度など、材料が方法の範囲内を超えてはならない最大温度に表面温度を制限する必要がある。この制限により、中程度の光束強度および長い持続時間、したがって高いコストが課される。
さらに、特許文献１は、表層を通る光束によって吸収性の副層を加熱することを提案している。その後に、副層内に生じた熱は、拡散を通じて、副層内で達した温度より低い温度に表層を加熱する。
特許文献２では加熱方法が述べられており、そこでは層の面の方向に放射される第１のビームは、前記面の温度をその溶解を引き起こす温度まで上昇させることができ、層の反対側の面の方向に放射され、固体状態での材料には吸収されず、液体状態での材料には吸収されるという特性を有する第２のビームは、第１のビームによって溶解された層の部分を液体状態に維持する。
S.M. SZE著 "Physics of Semiconductor Devices", second Edition, N°ISBN 0-07-062735-5, John Wiley and Sons社、20 page 20 - fig. 12, page 26 - fig. 16
本発明の目的は、少なくとも１つの主光束パルスによって少なくとも局所的に加熱すべき少なくとも１つの層を含み、前記加熱すべき層の前表面に比べて深く位置し、前記加熱すべき層の材料とは異なる材料からなる少なくとも１つのプライミング領域を含む板状体を、少なくとも局所的に加熱する方法である。
上記の方法において、前記主光束の波長は、加熱すべき層の材料による前記光束の吸収の係数が、前記加熱すべき層の材料の温度が低温範囲（ＰＢＴ）にある間は低く、この吸収係数は加熱すべき層の材料の温度が前記低温範囲の上の高温範囲（ＰＨＴ）に推移したときは温度と共に急激に増加するように選択され、前記主光束の特性は、それ自体では加熱すべき層の材料を前記低温範囲（ＰＢＴ）内の温度から前記高温範囲（ＰＨＴ）内の温度まで直接加熱することはできない。
本発明の他の目的は、少なくとも１つの主光束パルスによって、到達すべき温度レベルまで、少なくとも局所的に加熱すべき少なくとも１つの層を備え、前記加熱すべき層の前表面に比べて深く位置する少なくとも１つのプライミング領域を含む板状体を、少なくとも局所的に加熱する方法である。
上記の方法において、前記主光束の波長は、加熱すべき層の材料による前記光束の吸収の係数が、前記加熱すべき層の材料の温度が低温範囲（ＰＢＴ）にある間は低く、前記吸収係数は加熱すべき層の材料の温度が、この低温範囲の上の高温範囲（ＰＨＴ）に推移したときに温度と共に急激に増加し、低温範囲（ＰＢＴ）と高温範囲（ＰＨＴ）の間の遷移領域（ＴＴ）は前記到達すべき温度のレベルより低く、前記主光束の特性は、それ自体では加熱すべき層の材料を前記低温範囲（ＰＢＴ）内の温度から前記高温範囲（ＰＨＴ）内の温度まで直接加熱することはできない。
上記の本発明の方法のいずれかによれば、前記板状体の前記プライミング領域は、プライミング二次加熱手段によって少なくとも部分的に加熱することができ、それにより前記プライミング領域は熱拡散を通じて、前記プライミング領域に隣接するまたは近接する加熱すべき層の一部分を前記高温範囲（ＰＨＴ）内の温度まで加熱して、前記部分を前記主光束に対して高度に吸収性にする。
前記主光束は、前記加熱すべき層の前記前表面から、少なくとも局所的に前記板状体に印加することができ、それにより、高度に吸収性となった前記加熱すべき層に隣接するまたは近接する前記部分は、吸収性熱フロントを発生し、その温度は前記高温範囲（ＰＨＴ）内であり、前記吸収性熱フロントは、熱フロントの前面に向かう熱拡散と、前記熱フロントの温度が前記高温範囲（ＰＨＴ）に推移するとすぐに前記熱フロントに到達する前記光束による熱エネルギーの入力との組合せ効果の下で、前記前表面に向かって進行する。
前記主光束の印加の開始は、前記プライミング二次加熱手段の印加の終了にほぼ対応させることができる。
前記主光束の印加の開始は、前記プライミング二次加熱手段の印加の終了の前でもよい。
前記主光束は、前記プライミング領域によって吸収されるように選択することができ、前記プライミング領域の加熱は前記プライミング二次加熱手段と、前記主光束とによって実現される。
前記プライミング二次加熱手段は、前記加熱すべき層の前記前表面から、および／または前記前表面の反対側の前記板状体の１つの表面から印加することができる。
前記プライミング二次加熱手段は、熱源によって発生される熱流とすることができる。
前記プライミング二次加熱手段は粒子の流れとすることができ、前記プライミング領域は、前記プライミング領域内での前記粒子の減速および／または停止の結果生じるエネルギーによって加熱される。
前記プライミング二次加熱手段は放射流とすることができ、前記プライミング領域は前記放射の吸収によって加熱される。
前記プライミング領域は、前記加熱すべき層の一部分によって形成することができる。
前記プライミング領域は、前記加熱すべき層に隣接するまたは近接する副層によって形成することができる。
前記低温範囲（ＰＢＴ）および前記高温範囲（ＰＨＴ）は、温度の関数としての吸収係数の挙動遷移閾値によって分離することができる。
温度の関数としての吸収係数の前記挙動遷移閾値は、ある温度範囲にわたって拡がってもよい。
加熱すべき層は、軽くドープされたシリコンとすることができる。
加熱すべき層は、半導体材料とすることができる。
前記低温範囲（ＰＢＴ）は、ドーピングが真性でない範囲にほぼ対応することができ、前記高温範囲（ＰＨＴ）は、ドーピングが真性となる範囲にほぼ対応することができる。
主光束は、レーザによって発生することができる。
本発明の他の目的は、少なくとも１つの主光束パルスによって少なくとも局所的に加熱すべき少なくとも１つの層を含み、前記加熱すべき層の前表面に比べて深く位置する少なくとも１つのプライミング領域を含む板状体を、少なくとも局所的に加熱するための装置である。
前記装置は、前記加熱すべき層の温度が高温範囲（ＰＨＴ）内にあるときに吸収を通じて前記加熱すべき層を加熱することができる前記主光束を放射する手段と、前記プライミング領域を低温範囲（ＰＢＴ）内の温度から前記高温範囲（ＰＨＴ）内の温度まで加熱することができるプライミング二次加熱手段とを備える。
本発明は、非限定的な実施例として説明され図面によって示される、板状体を熱処理するための方法および装置を考察することによってより良く理解されよう。
図１には板状体１が示され、板状体１は、前表面３を有する、たとえば温度レベルＴｓａｔ（図５）まで加熱すべき層２と、たとえば加熱すべき層２とは異なる材料からなり、層２の裏表面５に向かって配置されたプライミング副層４とを備える。
層２の前表面３に面して、前記前表面３への主光束７のパルスＰｐの主発生器６が据え付けられる。
加熱すべき層２および主光束７は、以下の特性を有するように互いに対して選択される。
主光束７の波長は、層２によるこの光束の吸収の係数が、前記層２の材料の温度Ｔが低温範囲ＰＢＴにある間は低く、前記吸収係数は、層２材料の温度Ｔが前記低温範囲ＰＢＴのほぼ上の高温範囲ＰＨＴに推移したときに温度と共に急激に増加するようになるものである。低温範囲ＰＢＴと高温範囲ＰＨＴは、本来的に遷移領域ＴＴ（図５）を有する。
光束７の特性、特にその持続時間とその強度としてはさらに、それ自体では前記主光束７は、加熱すべき層２を低温範囲ＰＢＴ内の温度から高温範囲ＰＨＴ内の温度まで直接加熱することはできないようになるものである。
それに加えて、低温範囲（ＰＢＴ）と高温範囲（ＰＨＴ）の間の遷移領域（ＴＴ）は、前記到達すべき温度レベルＴｓａｔより低くすることができる。
一方の側にプライミング副層４に面して、この副層４へのプライミング二次光束９のプライミングパルスＰｓの二次発生器８が据え付けられる。
プライミング副層４と、プライミング二次光束９は、以下の特性を有するように互いに対して選択される。
プライミング二次光束９、およびプライミング副層４による前記二次光束９の吸収の係数は、プライミング二次光束９によってプライミング副層４の少なくとも１つの部分が加熱されるように互いに対して選択される。それによって加熱され、プライミング副層４は熱拡散を通じて、プライミング副層４に隣接する加熱すべき層２の一部分１０を、高温範囲ＰＨＴ内の温度まで加熱して、前記部分を高度に吸収性にすることができ、前記温度は、前記到達すべき温度レベルより低くなるようにすることができる。
たとえばプライミング副層４、およびプライミング二次光束９は、プライミング副層４の吸収係数が、高温範囲ＰＨＴと同じく低温範囲ＰＢＴで高くなるように互いに対して選択することができる。
図２に示される変形形態によれば、主光束７は、プライミング二次光束９にちょうど続いて印加することができる。
図３に示される変形形態によれば、主光束７は、プライミング二次光束９に続き、それらの間に時間経過を有して印加することができる。
図４に示される変形形態によれば、主光束７は、その印加の開始がプライミング二次光束９の印加の終了より前であり、その終了後に継続するように印加することができる。この場合はプライミング副層４は主光束７を吸収するこができ、それにより主光束７がプライミング副層４の所望の加熱に関与することが有利となり得る。
上記の変形形態により、プライミング二次光束９と主光束７とを印加することによって生じる機構は以下のようになり、前記機構は、図１に対応して図５に概略的に示される。
プライミング二次光束９による（図２または３）、または前記プライミング二次光束９および主光束７の第１の部分による（図４）副層４のその厚さの少なくとも一部分での高温範囲ＰＨＴ内の温度Ｔｓまでの加熱は、熱拡散を通じて、副層４に隣接する加熱すべき層２の部分１０の高温範囲ＰＨＴ内の温度までの加熱を発生する。
それによって高温範囲ＰＨＴ内の温度Ｔｃまで加熱すべき層２の部分１０は、高度に吸収性となり、吸収性熱フロント１１のプライミングを深く発生する。
加熱すべき層２の前表面３によって印加された主光束７は、加熱すべき層２に浸透し、前記吸収性熱フロント１１に到達する。
次いで前記吸収性熱フロント１１は、吸収性熱フロント１１の前面に向かう熱拡散と、前記高度に吸収性ではないがそれでも主光束７が横断することができる加熱すべき層２の残りの部分を通って前記熱フロントに到達する主光束７による熱エネルギーの入力との、組合せ効果の下で前表面３に向かって進行する。
熱フロントが進行する間では、熱フロントの最大温度は、ＴｓおよびＴｃより高いほぼ一定の到達すべき値Ｔｓａｔに次第に安定化する傾向がある。熱フロント１１が進行する間は、所与の時点で、加熱すべき層２内の温度プロファイルは、熱フロント１１に対応する急な部分と、すでに熱フロント１１によってカバーされた加熱すべき層の厚さにわたるＴｓａｔに対応するほぼ平坦な部分１１ａとから構成される。
例として層２が結晶シリコンであり主光束７がＣＯ2レーザ光束である場合は、Ｔｓａｔは２から５Ｅ６Ｗ／ｃｍ2の光束を用いて１５００Ｋ程度であり、Ｔｓａｔは１．５から３Ｅ７Ｗ／ｃｍ2程度の光束の場合は、シリコンが完全に溶解する１６８７Ｋの溶解温度に等しくすることができる。
温度Ｔｓａｔは主光束７に依存するが、プライミング光束９およびプライミング機構にも依存する。Ｔｓａｔのより正確な値を求めるためには、標準の市販のソフトウェアを用いて、当業者には知られている有限差分法によって１次元の熱方程式を解く必要がある。
主光束７が停止したときは、この伝播のモードによれば、熱フロント１１の進行は、それが前表面３に到達していなければほとんど直ちに層２内で停止する。そのときは熱フロント１０の進展は、熱拡散の効果のみによって一意に決定される。
一定の光束７の特定の条件下では、層２の加熱は厚さにわたって、熱流の持続時間とほぼ直線的な関係にて生じる。
上述の諸段階の順序付けは、上記の諸段階の部分的な一時的な重なりを除外するものではない。
図６に示される変形の実施形態では、たとえば板状体１はさらに、二次光束９が横断することができない裏層１２を有することができ、発生器６および８は面３の一方の側に配置され、プライミング二次光束９は加熱すべき層２の全体にわたって前面から副層４に印加され、加熱すべき層２はプライミング二次光束９の吸収によって加熱することはできない。副層４および加熱すべき層２の加熱の機構は上述のように生じる。
図７に示される変形の実施形態では、副層４は加熱すべき層２の裏側プライミング部分４’によって形成することができ、前記裏側部分はプライミング二次光束９の吸収によって加熱することができ、それにより上述のような加熱機構が生じる。この場合はプライミング領域は、加熱すべき層２の部分４’として定義され、その温度はプライミング光束９によるプライミング光束の終了時に高温範囲ＰＨＴ内にもたらされることになる。
いま述べた変形形態では、副層４は全体としてプライミング領域を構成する。しかしながら、前記領域は分割することもできる。
図８に示されるようにプライミング領域は、このような副層の１つまたは複数の部分４ａによって一意に形成することもでき、前記部分４ａは、プライミング二次光束９の吸収を通じて加熱することができる。図９に示されるようにプライミング領域は、加熱すべき層２の１つまたは複数の裏側プライミング部分４ａによって一意に形成することができ、前記部分４ａはプライミング二次光束９の吸収を通じて加熱することができる。これらの実施例では加熱すべき層２は、副層４の部分４ａの上に位置する層２の部分２ａにおいて一意に加熱することができる。
＜実施例＞
加熱すべき層２を構成する透明な材料は、１．Ｅ１５／ｃｍ3から５．Ｅ１５／ｃｍ3程度のレベルにドープされたシリコンとすることができ、最初に周囲温度に置かれる。
＜実施例＞
加熱すべき層２を構成する透明な材料は、１．Ｅ１５／ｃｍ3から５．Ｅ１５／ｃｍ3程度のレベルにドープされたシリコンとすることができ、最初に周囲温度に置かれる。
主光束７は、３．７５×１．Ｅ６Ｗ／ｃｍ2の光束で６マイクロ秒の持続時間のＣＯ2レーザパルスとすることができる。
シリコン中のＣＯ２レーザ光束の吸収は、本質的に電気的キャリア密度によって決定される。本明細書で述べられる条件下では、シリコンの吸収係数は数ｃｍ-1程度であり、低く、シリコンの温度が２７０℃に到達していない間はほぼ一定のままとなる。およそこの温度から、キャリアの真性濃度は１×Ｅ１５ｃｍ-2より大きくなり（たとえば、非特許文献１参照）、温度と共に急激に増加する。
低温範囲ＰＢＴは、したがって約２７０℃に等しい低温限界ＬＩＴより大幅に低い温度範囲であり、一方、高温範囲ＰＨＴは、２７０℃より大幅に高い範囲である。上記の文書によれば、低温範囲ＰＢＴはキャリアの飽和および／またはゲルの非真性領域内であり、高温範囲ＰＨＴは真性領域内となる。
プライミング副層を構成する材料は、軽くドープされたシリコンとすることができ、プライミング二次光束９は、たとえば５０から１００Ａ／ｃｍ2程度の電流密度を有する５０ｋｅｖの電子流、約３６０ｎｍの波長でのエキシマレーザ光束、２逓倍（波長が約５０３ｎｍ）、または３逓倍（波長が約３５３ｎｍ）のＹＡＧレーザ光束とすることができる。
別の実施形態では副層４を構成する材料は、３．Ｅ１９／ｃｍ3程度のレベルにドープされたシリコンとすることができ、したがって選択された加熱すべき層２の材料とは異なり、最初に周囲温度に置かれ、プライミング光束はＣＯ２レーザ光束とすることができ、これらの条件下では、副層４でのプライミング光束の吸収係数は、１０００ｃｍ−１程度となる。副層４の厚さは、約１０μｍとすることができる。
板状体１を得る第１の実施例によれば、１×Ｅ１５ｃｍ-3の率でドープされ、厚さが１００μｍに等しいシリコン基板が、標準のシリコンウェハを薄くすることによって形成される。表面の１つを通してホウ素イオンの注入が、２００ｋｅＶのエネルギーにて約３×Ｅ１６／ｃｍ2の照射量にて実行され、約１０ミクロンのドーピング深さを達成して副層４を得るように、２時間の間、約１０００℃から１１００℃の温度にてアニールが行われ、残りの厚さ９０μｍは加熱すべき層２を構成し、したがって層２および層４は異なる材料からなる。次いで注入のために用いられない表面は、それを通して主光束７、および適切であれば二次光束９が印加されることになる表面３を構成する。
別法として、この第１の実施例の範囲内において、１×Ｅ１５ｃｍ-3の率でドープされ厚さが９０μｍに等しいシリコン基板が、標準のシリコンウェハを薄くすることによって形成される。１つの表面上に約５×Ｅ１９／ｃｍ3のレベルにドープされ、１０ミクロンの厚さのシリコンのエピタキシが実行される。次いでこのエピタキシによる層は副層４を構成し、したがって加熱すべき層２の材料とは異なる材料からなる。
板状体１を得る第２の実施例によれば、標準のシリコン基板上に、副層４を構成するように２×Ｅ１９／ｃｍ3の率にてアンチモンでドープされ、厚さが１０ミクロンのシリコンのエピタキシが実行される。次いで１０ミクロンのエピタキシの上に、１×Ｅ１５／ｃｍ3の率でドープされ、厚さが９０ミクロンのシリコンのエピタキシが実行されて、層２を構成する。
相補的な実施例として、副層４を構成する吸収性材料はまた、ＣＯ２レーザが用いられる場合は、非晶質シリコン層、イオン注入によって全体的にまたは部分的に非晶質化された層、または酸化シリコンＳｉＯ２の層でもよく、それにより加熱すべき層２の選択された材料とは異なる。
副層４なしで、全く層２だけから構成された部品を想定し、上記で定義された光束が印加された場合は、材料の温度は３０℃未満だけ増加することに留意されたい。この結果は、従来技術の一部をなす方法である有限差分法として知られている方法によって熱方程式を解くことにより、シミュレーションの結果として得ることができる。
この結果はまた、以下の簡単な定式化を適用することによっても得られる。
−低温範囲ＰＢＴでの吸収係数の最大値Ａｌｐｈａｍａｘを指定する。
−その場合、到達する最大温度Ｔｍａｘの大きさの程度は、公式Ｔｍａｘ＝Ｐｈｉ×ｔａｕ×ａｌｐｈａｍａｘ／Ｃｐによって得ることができ、
ここでＣｐは熱容量、Ｐｈｉは光束、ｔａｕは光束の持続時間、およびＣｐは体積熱容量であり、
Ｐｈｉは３．７５×１，Ｅ６Ｗ／ｃｍ2に等しく、ｔａｕは６×１，Ｅ−６Ｓに等しく、ａｌｐｈａｍａｘは２ｃｍ-1に等しく、およびＣｐは１．４Ｊ／ｃｍ3に等しい。
−低温範囲ＰＢＴでの吸収係数の最大値Ａｌｐｈａｍａｘを指定する。
−その場合、到達する最大温度Ｔｍａｘの大きさの程度は、公式Ｔｍａｘ＝Ｐｈｉ×ｔａｕ×ａｌｐｈａｍａｘ／Ｃｐによって得ることができ、
ここでＣｐは熱容量、Ｐｈｉは光束、ｔａｕは光束の持続時間、およびＣｐは体積熱容量であり、
Ｐｈｉは３．７５×１，Ｅ６Ｗ／ｃｍ2に等しく、ｔａｕは６×１，Ｅ−６Ｓに等しく、ａｌｐｈａｍａｘは２ｃｍ-1に等しく、およびＣｐは１．４Ｊ／ｃｍ3に等しい。
その場合、一意の層２が到達する最大温度Ｔｍａｘの大きさの程度は、３２℃に等しいことが分かる。
実際、一般的にこれらの条件下では、加熱すべき層２の温度は、高温範囲ＰＨＴに到達せずに、非常に低く、低温範囲ＰＢＴ内に留まることが分かる。
一方、副層４がある場合は、加熱すべき層２を構成する透明な材料の大きな厚さを、たとえば６０μｍ程度の厚さにわたって、１６５０Ｋ程度の温度まで加熱することが可能である。
＜応用の例＞
＜実施例１＞
金属シリコンのウェハ支持体（裏層１２）から開始し、このウェハの表面上にＣＶＤ堆積技術により、５×１．Ｅ１９／ｃｍ3の率にてドープされ、厚さが６０ミクロンのドープされない多結晶シリコンの厚い層２の上に、厚さが２ミクロンの層４が堆積され、したがって層２と層４は異なる材料からなる。その結果として周囲温度ではＣＯ2レーザによって発生される光束に対して、前記加熱すべき層２はほぼ透明であり、副層４はこのような光束に対して吸収性となる。
＜実施例１＞
金属シリコンのウェハ支持体（裏層１２）から開始し、このウェハの表面上にＣＶＤ堆積技術により、５×１．Ｅ１９／ｃｍ3の率にてドープされ、厚さが６０ミクロンのドープされない多結晶シリコンの厚い層２の上に、厚さが２ミクロンの層４が堆積され、したがって層２と層４は異なる材料からなる。その結果として周囲温度ではＣＯ2レーザによって発生される光束に対して、前記加熱すべき層２はほぼ透明であり、副層４はこのような光束に対して吸収性となる。
金属シリコンウェハ支持体１２が存在することにより、プライミング光束９を送るのに裏表面を用いることが妨げられる。したがって図６を参照して上述したように、プライミング光束９は、主光束７と共に前表面３から送られる。
プライミング光束９は、持続時間が５０ｎＳで、強度が２×１．Ｅ７Ｗ／ｃｍ2のＣＯ２レーザパルスとすることができる。これはたとえば、横方向励起を用いたＣＯ2レーザによって発生することができる。
たとえば図４に同時に示されるように、主光束７はＣＯ2レーザ、たとえば縦方向励起を用いた非常に高出力のレーザから、たとえば局所的に１つまたは複数の領域上に、加熱すべき層２の前表面３から印加することができる。主光束７の持続時間は、たとえば３．Ｅ７Ｗ／ｃｍ2の強度で、２マイクロ秒である。
図４の変形形態として、プライミング光束９は、この実施例では主光束７の出力が蓄積する時間の間に生じることができ、これは１００ｎＳ程度であり、一方、プライミング光束９の蓄積時間はずっと短く、数ｎＳ程度である。
それにより、プライミング光束９による副層４の加熱と、主光束６による副層４の加熱との協調効果の下で加熱され、プライミング副層４は温度が非常に急速に上昇し、プライミング副層４に隣接する加熱すべき層２の部分１０を、熱拡散を通じて高温範囲ＰＨＴ内の温度まで加熱して、前記部分を高度に吸収性にすることができる。
先に述べた機構により、主光束６の印加の領域にほぼ対応する領域にわたって層２を加熱することにより液化を生じることができ、前記液化領域は層２の領域１０において始まり、そこから熱フロント１１は、たとえば前面３に到達するまで、前面に向かって進行する。
この実施例では、プライミング光束９と主光束７の協調効果によってプライミング層を非常に急速に加熱することが可能となり、それにより部分１０の熱拡散による加熱をより急速にし、したがって温度プロファイルが飽和温度Ｔｓａｔに向かって、より急速に収束することを可能にする。
主光束７の印加の終了後には、液化した材料の再固化は適切であれば、選択的な結晶学的方位を有する、より大きな粒子の形成となる。
この方法では、金属シリコンウェハ支持体１２は非常にわずかだけ加熱され、したがってウェハから加熱すべき層２への寄生不純物のマイグレーションのリスクは限定される。
走査することによって、層２全体を処理することもできる。
このようにして液化そして固化によって処理されたこのような領域は、より良い電気的特性を有することができ、光電池の作成に有利となり得る。
＜実施例２＞
１Ｅ１５／ｃｍ2のレベルにドープされ、厚さが１００ミクロンの、層４を構成する単結晶シリコンのウェハについて考察する。
１Ｅ１５／ｃｍ2のレベルにドープされ、厚さが１００ミクロンの、層４を構成する単結晶シリコンのウェハについて考察する。
図１０に示されるように、２逓倍ＹＡＧレーザ（プライミング光束９）からの光束は、マスク１３を通してウェハの裏表面上に送られ、マスク１３は研磨されたシリカの薄い板状体から構成され、その上には耐熱性で反射性の金属の堆積が形成され、不透明領域１３ａと、前記不透明領域１３ａの間の透明領域のパターンを形成するようにエッチングされている。
典型的にはプライミング光束９は、持続時間が５０ｎＳで、０．６Ｊ／ｃｍ2程度のエネルギー密度を輸送するパルスの形とすることができ、これは１．２×Ｅ７Ｗ／ｃｍ2の光束強度に相当する。このようにしてウェハ（層４）内にプライミング領域４ａが生成され、図９の実施例によればその幾何形状はマスクのパターンのイメージとなる。
主光束７は、１．５５ミクロンの波長のファイバレーザ光束とすることができる。光束はプライミング光束９の終了から１００ｎＳ後に始まり、１．８マイクロ秒程度の持続時間で、５×Ｅ６Ｗ／ｃｍ2程度の強度の光束を有する。
プライミング光束９および主光束７の時間的関係は、図３に示されるものに対応する。
プライミング光束９の印加の終了では、得られる最大温度は１７００Ｋ程度となり得る。
その場合は、主光束７の印加の開始に対応する時点である、プライミングパルスの終了の１００ナノ秒後では、最大温度は約１４００Ｋとなり得る。
この実施例で挙げられるプライミング光束の終了と主光束の開始の間の１００ｎＳの遅延は、プライミング領域の温度の上昇をできる限り利用するように、短縮することが有利となり得ることが指摘されるべきである。この実施例では、重要な１００ｎＳの遅延は、２つの光束７および９の起こり得る不完全な同期を考慮に入れるために導入されている。
得られる温度Ｔｓａｔは、１６８０Ｋ程度となり得る。
主光束７はプライミング領域４ａ内のウェハ（層４）を加熱し、一方、プライミング領域４ａに対応しない領域では加熱は生じない。
このような方法の目的はたとえば、たとえば金属性の不純物を、加熱されない領域から不純物が拡がることなく、加熱される領域２ａに拡散させることを対象とすることができる。
この第２の実施例では、主光束７の特性および特に強度と、プライミング光束９の特性とは、主光束７が、主光束７の開始に対応する時点での熱プロファイルの温度の損失に対して光束を補償できるように選択することができる。
実際、この時点で存在する温度プロファイルの結果として生じる主光束７の吸収は、熱拡散により温度プロファイルが広がり、弱まる傾向を補償できることが重要となり得る。そうでない場合は、温度プロファイルの低下が続き、進行する熱フロント１１は持続または存在できなくなる。
これらの特性の思慮深い選択は、従来技術の一部をなす方法であり、そのための標準のソフトウェアが存在する、１次元幾何形状での有限差分として知られている方法によって熱プロファイルの進展をシミュレーションすることによって行うことができる。
一変形形態では、プライミング層または領域４の加熱は、レンズによって焦点が合わされた非常に高出力アークランプからの放射によって得ることもできる。
Claims (14)
- 少なくとも１つの主光束パルスによって少なくとも局所的に加熱すべき少なくとも１つの層（２）を含み、前記加熱すべき層の前表面に比べて深く位置し、前記加熱すべき層の材料とは異なる材料からなる少なくとも１つのプライミング領域（４）を含む板状体（１）を、少なくとも局所的に加熱する方法であって、
前記主光束（７）の波長は、前記加熱すべき層（２）の材料による前記光束の吸収の係数が、前記加熱すべき層の材料の温度が低温範囲（ＰＢＴ）にある間は低く、この吸収係数は前記加熱すべき層の材料の温度が前記低温範囲のほぼ上の高温範囲（ＰＨＴ）に推移したときは温度と共に急激に増加するように選択され、主光束（７）の特性は、それ自体では前記加熱すべき層の材料を前記低温範囲（ＰＢＴ）内の温度から前記高温範囲（ＰＨＴ）内の温度まで直接加熱することができず、
前記方法は以下のステップ、すなわち、
前記板状体の前記プライミング領域（４）を、プライミング二次加熱手段（９）によって少なくとも部分的に加熱するステップであって、それにより前記プライミング領域（４）は熱拡散を通じて前記プライミング領域（４）に隣接するまたは近接する前記加熱すべき層（２）の一部分（１０）を前記高温範囲（ＰＨＴ）内の第１の温度（Ｔｓ）まで加熱して、この部分を前記主光束（７）に対して高度に吸収性にする、ステップと、
前記主光束（７）を、前記加熱すべき層（２）の前記前表面（３）から、少なくとも局所的に前記板状体（１）に印加するステップであって、それにより、高度に吸収性となった前記加熱すべき層（２）に隣接するまたは近い前記部分（１０）は、吸収性熱フロント（１１）を発生し、第２の温度（Ｔｓａｔ）は前記高温範囲（ＰＨＴ）内であり、前記吸収性熱フロント（１１）は、前記熱フロント（１１）の前面に向かう熱拡散と、前記熱フロントの温度が前記高温範囲（ＰＨＴ）に推移するとすぐに前記熱フロントに到達する前記主光束（７）による熱エネルギーの入力との組合せ効果の下で、前記前表面（３）に向かって進行する、ステップと
を含み、前記第１の温度は前記第２の温度より低いことを特徴とする方法。 - 少なくとも１つの主光束パルスによって、到達すべき温度レベルまで少なくとも局所的に加熱すべき少なくとも１つの層（２）を含み、前記加熱すべき層の前表面に比べて深く位置する少なくとも１つのプライミング領域（４）を備える板状体（１）を、少なくとも局所的に加熱する方法であって、
前記主光束（７）の波長は、前記加熱すべき層（２）の材料によるこの光束の吸収の係数が、この加熱すべき層の材料の温度が低温範囲（ＰＢＴ）にある間は低く、この吸収係数は前記加熱すべき層の材料の温度が前記低温範囲のほぼ上の高温範囲（ＰＨＴ）に推移したときは温度と共に急激に増加するように選択され、前記低温範囲（ＰＢＴ）と前記高温範囲（ＰＨＴ）の間の遷移領域（ＴＴ）は前記到達すべき温度レベル（Ｔｓａｔ）より低く、主光束（７）の特性は、それ自体では加熱すべき層の材料を前記低温範囲（ＰＢＴ）内の温度から前記高温範囲（ＰＨＴ）内の温度まで直接加熱することができず、
前記方法は以下のステップ、すなわち、
前記板状体の前記プライミング領域（４）を、プライミング二次加熱手段（９）によって少なくとも部分的に加熱するステップであって、それにより前記プライミング領域（４）は熱拡散を通じて前記プライミング領域（４）に隣接するまたは近接する前記加熱すべき層（２）の一部分（１０）を前記高温範囲（ＰＨＴ）内の第１の温度（Ｔｓ）まで加熱して、この部分を前記主光束（７）に対して高度に吸収性にする、ステップと、
前記主光束（７）を、前記加熱すべき層（２）の前記前表面（３）から、少なくとも局所的に前記板状体（１）に印加するステップであって、それにより、高度に吸収性となった前記加熱すべき層（２）に隣接するまたは近接する前記部分（１０）は、吸収性熱フロント（１１）を発生し、第２の温度（Ｔｓａｔ）は前記高温範囲（ＰＨＴ）内であり、前記吸収性熱フロント（１１）は、前記熱フロント（１１）の前面に向かう熱拡散と、前記熱フロントの温度が前記高温範囲（ＰＨＴ）に推移するとすぐに前記熱フロントに到達する前記主光束（７）による熱エネルギーの入力との組合せ効果の下で、前記前表面（３）に向かって進行する、ステップと
を含み、前記第１の温度は前記第２の温度より低いことを特徴とする方法。 - 前記主光束（７）の印加の開始が、前記プライミング二次加熱手段（９）の印加の終了にほぼ対応することを特徴とする請求項１および２のいずれか一項に記載の方法。
- 前記主光束（７）の印加の開始が、前記プライミング二次加熱手段（９）の印加の終了の前であることを特徴とする請求項１および２のいずれか一項に記載の方法。
- 前記主光束（７）は、前記プライミング領域（４）によって吸収されるように選択され、前記プライミング領域の加熱は前記プライミング二次加熱手段（９）と、前記主光束（７）とによって実現されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
- 前記プライミング二次加熱手段（９）は、前記加熱すべき層（２）の前記前表面（３）から、および／または前記前表面の反対側の前記板状体の１つの表面から印加されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
- 前記プライミング二次加熱手段が、熱源によって発生される熱流であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
- 前記プライミング二次加熱手段は粒子の流れであり、前記プライミング領域は、前記プライミング領域内での前記粒子の減速および／または停止の結果生じるエネルギーによって加熱されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
- 前記プライミング二次加熱手段は放射流であり、前記プライミング領域（４）は前記放射の吸収によって加熱されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
- 前記プライミング領域（４）は、前記加熱すべき層に隣接するまたは近くの副層によって形成されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。
- 前記加熱すべき層（２）は、わずかにドープされたシリコンであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法。
- 前記加熱すべき層（２）は、半導体材料であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法。
- 前記主光束（７）は、レーザによって発生されることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の方法。
- 少なくとも１つの主光束パルスによって少なくとも局所的に到達すべき温度レベルまで加熱すべき少なくとも１つの層（２）を含み、前記加熱すべき層の前表面に比べて深く位置する少なくとも１つのプライミング領域（４）を含む板状体（１）を、少なくとも局所的に加熱する装置であって、前記加熱すべき層（２）の温度が高温範囲（ＰＨＴ）にあるときに吸収を通じて前記加熱すべき層を加熱することができる前記主光束（７）を放射する手段（６）と、前記プライミング領域（４）を低温範囲（ＰＢＴ）内の温度から前記高温範囲（ＰＨＴ）内の第１の温度まで加熱することができるプライミング二次加熱手段（９）とを備え、前記第１の温度は前記到達すべき温度レベルより低いことを特徴とする装置。
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