NL7920170A - Het optisch verhitten van materialen met twee golfleng- ten. - Google Patents

Description

7920170 vo 0308 1 1 .j

Het optisch verhitten van materialen met twee golflengten.

De uitvinding heeft betrekking op het optisch verwarmen van materiaal en meer in het bijzonder op het optisch verhitten van halfgele i de rmat eri aal.

De elektrische eigenschappen van halfgeleidermateriaal 5 worden zodanig dat zij aan bepaalde specifieke elektrische vereisten voldoen, gevormd door middel van het dopen van het zuivere basismateriaal met geschikte bestanddelen welke de geleidingseigenschappen van de halfgeleider veranderen. Dergelijke doopbestanddelen worden in de eerste plaats aan de basishalfgeleider toegevoegd door hetzij diffu-10 sie hetzij door ionenimplantatie. Deze werkwijzen, in het bijzonder de ionenimplantatie, kunnen resulteren in een aanzienlijke beschadiging van de kristalstructuur van de halfgeleider. Een dergelijke beschadiging maakt het resulterende materiaal onwerkzaam als actief element voor de meest elektrische toepassingen.

15 Bij de huidige fabricageprocessen wordt de schade die gedurende het dopen wordt toegebracht, hersteld of "verhit" door het materiaal op een hogere temperatuur te brengen. De vergrotè mobi- 9 liteit en diffusie-eigenschappen bij deze hogere temperaturen' maken het mogelijk, dat zowel de ontvangende bestanddelen als de doopbestandde-20 len zich opnieuw oriënteren, zodat een meer perfecte kristalstructuur met bijbehorende elektrische eigenschappen resulteert, waardoor de inrichtingen elektrisch werkzaam worden. Het verhitten wordt ook in andere situaties toegepast, welke in het hierna volgende beschreven zullen worden en waarbij geen sprake is van beschadigd materiaal. Vroege-25 re verhittingstechnieken maakten onder andere gebruik van een geschikte oven om de temperatuur van het beschadigde materiaal te verhogen.

Sinds korte tijd wordt de laser op doelmatige wijze bij dit verhittingsproces toegepast. Het blootstellen van de beschadigde halfgeleider aan laserstraling resulteert in een vergrote mobiliteit 30 en diffusiesnelheden, welke nodig zijn voor een doelmatig verhitten. Er is echter gebleken, dat er in tegenstelling tot hetgeen optreedt bij het bestaande thermische verhittingsproces, er twee specifieke en duidelijk te onderscheiden typen werkomstandigheden optreden bij het verhitten met behulp van een laser. Onder het eerste soort omstandigheden 7920170 2 wordt de temperatuur van het substraat verhoogd op een wijze, die gelijk is aan die bij het bestaande thermische proces. Evenals bij het bestaande proces behoudt de halfgeleider zijn vaste fase gedurende dit soort ’’vaste fase epitaxiale hergroei"-omstandigheden.

5 Een tweede soort werkomstandigheden bij laserverhitting, waarvoor geen vergelijkbare omstandigheden bij het bestaande verhit-tingsproces zijn, omvat het werken bij parameters, welke resulteren in het smelten van dat gedeelte van het substraat, dat aan de laser wordt blootgesteld. De diffusiesnelheden en mobiliteit.in de gesmolten 10 fase verschillen aanzienlijk van die in de vaste fase en dientengevolge vertoont dit soort verhittingsomstandigheden wezenlijk andere fysische en temporele eigenschappen dan het bestaande proces. Wanneer het substraat niet langer aan laserenergie wordt blootgesteld,, stolt het gesmolten gebied weer tot een kristal, waarbij dat gedeelte van het on-15 derliggende onbeschadigde kristallijne halfgeleidermateriaal dat niet gesmolten is, gebruikt wordt als een vorm of kiem van waaruit het her-groeien plaats kan vinden. Dit proces wordt dientengevolge het "vloeibare fase epitaxiale hergroei’’-verhittingsproces genoemd.

De hoge vermogens welke noodzakelijk zijn.voor het ver-20 hitten met behulp van een laser zijn momenteel het beste beschikbaar bij inrichtingen welke straling uitzenden in het infrarode gebied van het spectrum. De meeste halfgeleiders absorberen echter in dit gebied van het spectrum slechts zwek en derhalve is gebleken,, dat laserverhitting met infrarode stralingsbronnen ondoelmatig is, wanneer het met der-25 gelijke bronnen al mogelijk mocht zijn. Terwijl.gebleken is, dat de meeste halfgeleiders zichtbaar licht effectief absorberen, hebben anderzijds momenteel beschikbare laserbronnen in dit gebied van het spectrum slechts een beperkt vermogen en zijn dientengevolge ondoelmatig voor commerciële laserverhittingstoepassing.

30 De uitvinding beschrijft een verbeterde techniek voor het door straling verhitten van materialen, zoals, halfgeleiders. Deze techniek omvat het blootstellen van het materiaal aan een eerste.puls, ' gewoonlijk met een relatief lage stralingsintensiteit, welke door het materiaal sterk geabsorbeerd wordt. Deze eerste bestraling resulteert 35 in het smelten van. ten minste een dun oppervlaktelaagje van het materiaal. Deze gesmolten laag wordt daarna blootgesteld.aan straling, die 7920170 3 normaliter niet sterk genoeg door het materiaal geabsorbeerd zou worden wanneer dit in de vaste fase zou zijn, maar die door het materiaal in de gesmolten fase sterk wordt geabsorbeerd. Met behulp van de uitvinding kan de vakman doelmatig gebruik maken van die stralingsener-5 giebronnen, welke straling uitzenden, welke relatief ondoelmatig is voor het verhitten van het materiaal wanneer dit in de vaste fase is. Tegelijkertijd is er slechts een minimale energie nodig van die stralings-energiebronnen, waarvan de straling door het vaste materiaal sterk geabsorbeerd wordt. De uitvinding maakt optimaal gebruik van deze ver-10 schillende bronnen bij die specifieke omstandigheden, waar zij zeer werkzaam en ook uitsluitend werkzaam zijn. In een specifieke uitvoeringsvorm wordt een laser met een enkele golflengte gebruikt samen met een inrichting voor het veranderen van de frequentie, zoals een fre-quentie-verdubbelingsinrichting, om twee gedeelten met een verschillen-15 de golflengte voort te brengen.

Figuur 1 toont een schematische weergave van een inrichting welke gebruikt kan worden bij het toepassen van de uitvinding.

De figuren 2. - k geven schematisch reflect ie gegevens weer, welke de bijzondere efficiëntie van het laserverhittingsproces 20 met twee golflengten tonen.

De figuren 5-6 zijn grafieken die de smelteigenschappen van verschillende halfgeleiders tonen als functie van de energie van het invallende licht voor verschillende golflengten.

De figuren 7 en 8 zijn schematische weergaven van speci-25 fieke uitvoeringsvormen van de uitvinding.

De uitvinding omvat een verbeterde techniek voor het met behulp van straling verhitten van materialen, voor b.v. het verhitten van halfgeleidermaterialen. De uitvinding berust gedeeltelijk op het feit, dat men zich. realiseerde, dat de stralingsabsorptiekarakteris-30 tiek van materialen belangrijk afhangt van het feit of het materiaal in de gesmolten of vaste fase ervan is. Beschikbare, een hoog vermogen leverende infraroodbronnen worden b.v. in het algemeen niet effectief geabsorbeerd door b.v. halfgeleidermaterialen in de vaste fase. Anderzijds. worden bronnen, die een laag vermogen leveren van een zichtbare 35 golflengte doelmatig geabsorbeerd in de vaste fase van halfgeleider.

De uitvinding.omvat het gebruikmaken van een stralingsenergiepuls, 7920170 k welke sterk geabsorbeerd wordt door de materialen om ten minste het oppervlak van het materiaal in gesmolten toestand te brengen. Een andere stralingsenergiepuls, in een gebied van het spectrum, dat niet sterk door het materiaal in de vaste fase wordt geabsorbeerd, maar 5 dat in de gesmolten fase sterk wordt geabsorbeerd, wordt daarna gebruikt om een effectieve verhitting te verkrijgen.

De vereiste dikte van het gesmolten gebied dat gevormd wordt door het blootstellen aan de eerste puls, wordt bepaald door de absorptieverschijnselen, welke optreden gedurende het blootstellen aan 10 de tweede puls. De fysische eigenschappen van de absorptie in gesmolten fase zijn zo, dat het gesmolten gebied, dat door de eerste puls gevormd is, gewoonlijk een dikte zal hebben die ongeveer gelijk is aan de optische huiddiepte van het materiaal bij de golflengte van de tweede puls. Bij veel toepassingen zullen de werkomstandigheden in deze ge-15 smolten toestand eigenschappen vertonen, die in het algemeen "metalliek" genoemd worden. De uitvinding heeft echter in de eerste plaats betrekking op de optische absorptie-eigenschappen in de gesmolten toestand en heeft minder betrekking op bepaalde andere eigenschappen, welke samenhangen met metallieke materialen.

20 Figuur 1 toont schematisch een inrichting welke ge bruikt, kan worden bij het toepassen van de uitvinding. In de figuur wordt een lichtbundel 11 door een bron 10 uitgestraald, naar een substraat 12. De lichtbron 10 brengt twee lichtgolflengten voort, die nodig zijn voor het toepassen van de uitvinding en richt deze in een ge-25 schikt tijdsverband naar het substraat 12. De bron 10 kan eenvoudigweg bestaan uit twee standaardlichtbronnen met een voldoende vermogen en mogelijk met geschikte filters, of twee lasers met geschikte golflengten. In een specifieke uitvoeringsvorm is de bron een enkele laser met een geschikt frequent ieverdubbelingskristal.

30 De verschillende parameters die van belang zijn bij het verhitten met een laser kunnen doelmatig gecontroleerd worden door gebruik te maken van een bekende reflectietechniek. Bij deze techniek wordt de gesmolten fase gecontroleerd door het beschouwen van de lichtreflectie van het substraatoppervlak in reactie op het toevoeren van 35 een puls, laserenergie. De techniek hangt samen met de vergrote reflectie van de halfgeleider, wanneer deze in de gesmolten fase is in verge- 7920170 5 lijking met de reflectie ervan in de vaste fase, De gegevens in de figuren 2 t/m U werden verkregen door gebruik te maken van deze techniek. De figuur toont de resultaten van een experiment, dat omvatte het met een laser verhitten van een siliciumsubstraat, waarin arsenicumatomen 5 geïmplanteerd waren. Het geïmplanteerde gebied van het substraat was daarbij dus beschadigd door het implantatieproces.

Figuur 2 toont het reflectievermogen van een substraat, 2 dat blootgesteld is aan een straling van 3,5 joules/cm met een golflengte van 1060 nanometer.. In de figuur geeft de verticale as het re-10 flectievermogen van het halfgeleideroppervlak aan, dat blootgesteld is aan het laserlicht. De horizontale as geeft de tijd weer. Uit figuur 2 blijkt,, dat bij silicium het licht van 1060 nanometer niet sterk geabsorbeerd wordt. Het gebrek aan door het substraat gereflecteerd licht, zoals aangegeven is door de in wezen horizontale lijn, toont dat er 15 geen smelten van de halfgeleider plaatsvond. In figuur 3 werd een op gelijke wijze voorbereid substraat blootgesteld aan een lichtpuls van 530 nanometer bij een energiedichtheid van 300 millijoules/cm . Uit deze figuur blijkt, dat het substraatoppervlak gesmolten is, zoals wordt getoond door het vergrote reflectievermogen van het substraat-20 oppervlak. Alhoewel de absorptie-eigenschappen van- het substraat van 1060 - 530 nanometer wezenlijk toenemen, waardoor de waargenomen gesmolten fase verkregen wordt, was in dit geval de uit de bron beschikbare energie van 530 nanometer niet voldoende om het substraat tot een voldoende diepte te doen smelten (zoals aangegeven door de lengte van de 25 tijd gedurende welke het substraatoppervlak gesmolten is) om zo het onderliggende êên-kristalmateriaal te bereiken. Dientengevolge is het behandelde materiaal geen ëën-kristalmateriaal en is het niet voldoende verhit. Figuur U toont de resultaten, wanneer een gelijksoortig substraat blootgesteld wordt aan een puls van 106o nanometer licht en 530 30 nanometer licht met energieën, zoals aangegeven.in de figuren 2 en 3.

Bij dit voorbeeld wordt de halfgeleider niet alleen gesmolten, maar blijft gedurende een veel langere periode dan volgens figuur 3 gesmolten. Dit synergetische effect komt tot stand, omdat het materiaal, dat door het 530 nanometer licht gesmolten wordt, .het 106o nanometer licht 35 met een hoog vermogen zeer sterk kan absorberen, voor welk licht het aanvankelijk in hoofdzaak doorlatend was. In.wezen wordt het volle ver- 7920170 6 mogen van het 1θ6θ nanometer licht geabsorbeerd door.het gesmolten gebied, waardoor de diepte van dit gebied zich verder uitstrekt, zodat een gedeelte van het onbeschadigde êên-kristalmateriaal dat onder de beschadigde laag gelegen is, ook smelt. Wanneer de laser wordt uitge-5 schakeld en het gesmolten materiaal opnieuw kristalliseert, dient het onderliggende enkele kristalgebied als een kiem of .vorm van waaruit het gesmolten gebied in een êên-kristal-vorm kan hergroeien.

Uit de bovenstaande beschrijving zal duidelijk zijn, dat de absorptie-eigenschappen van. de· halfgeleider bij.verschillende golf-10 lengten een kritisch aspect van de uitvinding vormen. De uitvinding kan doelmatig toegepast worden, zolang de vaste halfgeleider voldoende absorptievermogen bezit bij de golflengte van de eerste lichtpuls, zodat een smelten optreedt. Deze puls. zal dienovereenkomstig de "smelt-beginpuls" genoemd worden.

15 Er wordt opgemerkt, dat er verschillende gebieden van het elektro-magnetische stralingsspectrum kunnen zijn, die door de vaste halfgeleider geabsorbeerd worden. In, het.algemeen wordt door de meeste halfgeleiders zichtbaar licht sterk geabsorbeerd.ten gevolge van voorkeursovergangen van elektronen. Sterk gekoppelde absorptie door de 20 vaste halfgeleider kan echter.ook optreden in het verre infraroodge-hi.ed van het spectrum ten gevolge van b.v. trillingsexcitatie. In een dergelijk geval kan de golflengte van de "smeltheginpuls" in het verre infraroodgebied van haar spectrum gelegen zijn. Bij andere materialen, welke overeenkomstig de uitvinding behandeld worden, kunnen ook andere 25 stralingsgolflengten bruikbaar blijken.

Wanneer eenmaal de oppervlaktelaag van de halfgeleider gesmolten is·,, kan de tweede puls koppelen met dit gesmolten gebied, dat het licht ervan stë.rk kan absorberen. Licht van deze tweede puls zal, omdat deze nu. gemakkelijk wordt geabsorbeerd, in het algemeen het ge-30 smolten gebied doen uitbreiden tot grotere diepten. Deze puls wordt dientengevolge de "indrijf"-puls genoemd.

De fysische eigenschappen van zowel de smeltbegin- en indrijfpulsen worden in deze uitvoeringsvorm van de uitvinding bepaald door het vereiste, dat blootgestelde gebieden van de halfgeleider ge-35 smolten gemaakt moeten worden tot een diepte, die voldoende is om een gedeelte van het onderliggende êên-kristalmateriaal te omvatten. Dit 7920170 τ vereiste bepaalt de energie- en tijdskarakteristieken van de pulsen, alsook de golflengte ervan. Deze eigenschappen worden gedeeltelijk in de figuren 5 en 6 getoond, waarin de energie van een 1+0 nano-seconden-puls op de horizontale.as is uitgezet en de duur van de resulterende 5 gesmolten fase op de verticale as is uitgezet. In figuur 6 wordt gebruik gemaakt van een in vergelijking tot figuur 5 uitgerekte schaal, om meer nauwkeurig het verband bij lage pulsenergieën te tonen. Kromme 31 is voor een galliumarsenidesubstraat en laserlicht van 530 nanometer. Kromme 32 is voor een germaniumsubstraat en een golflengte van 530 10 nanometer. Kromme 33 is voor een silieiumsubstraat blootgesteld aan 530 nanometer licht. Kromme 3*+ is voor een silieiumsubstraat geïmplan-teerd met 30 kW arsenicumatomen tot een dichtheid van 10 atomen/cm en blootgesteld aan 530 nanometer licht. Kromme 35 (figuur 5) toont een silieiumsubstraat, blootgesteld aan 1θ6θ nanometer licht. Kromme 15 36 toont silicium, geïmplanteerd met 30 kW arsenicumatomen tot 10^ ato- men per cm en blootgesteld aan 1060 nanometer licht.

Uit figuur 5 is duidelijk, dat het licht met kortere golflengte gemakkelijker geabsorbeerd wordt door het. kristal dan het licht met grotere golflengte. Dientengevolge wordt voor dit licht met 20 een kortere golflengte een langere smeltduur verkregen, bij een lagere energie. Alhoewel de gesmolten toestand verkregen kan worden met gebruikmaking van licht met een langere golflengte, toont de figuur de ondoelmatigheid van een dergelijk proces, in vergelijking met het gebruik van licht met een kortere golflengte voor het doen beginnen van 25 de gesmolten fase. Bovendien moet opgemerkt worden, dat de doelmatigheid van het licht met langere golflengte voor het doen smelten van het kristal, sterk afhankelijk is van de implanteringsdosis. In tegenstelling hiermee is. de doelmatigheid van het licht met kortere golflengte voor het doen smelten van het kristal veel minder afhankelijk van de 30 implanteringsdosis. Wanneer het kristal.eenmaal gesmolten is, verkrijgt het een groot absorberend vermogen over een breed gebied.van het spectrum met een absorptievermogen, dat in wezen onafhankelijk is van de implant at ie do sis.

De tijdsduur van de laserpulsen wordt bepaald door het 35 vereiste, dat het substraat gesmolten gemaakt moet worden. Daarom moeten zowel het absorptievermogen van het materiaal als de .thermische dif- 7920170 8 fusie daarvan in beschouwing genomen worden bij het bepalen van de optimale lengte van de puls. De absorptie van licht door het materiaal moet voldoende snel zijn opdat de warmte niet verloren zal gaan ten gevolge van de thermische diffusie. Daarom moet het absorptievermogen hoog 5 genoeg zijn in vergelijking met het thermische diffusievermogen opdat een. smelten plaats zal vinden. Bij de door aanvraagster uitgevoerde experimenten bleken pulsen met een duur van 5 - 100 nanoseconden het meest doelmatig te zijn. De pulsbreedte zal echter afhankelijk zijn van de aard van het materiaal, de fysische eigenschappen ervan en de golf-10 lengte van het licht. Bij veel toepassingen zal de pulsbreedte kleiner zijn dan 150 nanoseconden en bij de meeste toepassingen zal de pulsbreedte kleiner zijn dan 1 microsecondev Deze overwegingen zijn van even groot belang voor zowel de smeltbeginpuls als de indrijfpuls.

De tijdsvertraging tussen de eerste en tweede pulsen 15 kan kritisch zijn. Wanneer b.v. de tweede, indrijfpuls arriveert, nadat de eerste smeltbeginpuls uitgedoofd is, kan het gesmolten gebied gestold zijn en de indrijfpuls kan volledig onwerkzaam zijn. Op gelijke wijze kan, wanneer de indrijfpuls arriveert voor de smeltbeginpuls, dat gedeelte ervan dat verschijnt voor de aankomst van de smeltbeginpuls 20 onwerkzaam zijn. De meest doelmatige werking treedt op, wanneer de smeltbeginpuls juist voSr de indrijfpuls aankomt en deze overlapt. De in deze beschrijving met betrekking tot de pulsen gebruikte nomenclatuur als zijnde de eerste puls en de tweede puls heeft in principe geen betrekking op het tijdsverband tussen de pulsen, maar op de functionele 25 effecten van de pulsen. De eerste smeltbeginpuls doet het oppervlak smelten en de indrijfpuls koppelt sterk met het gesmolten gebied. Zoals echter onderstaand onder verwijzing naar figuur 7 beschreven zal worden, kan bij bepaalde uitvoeringsvormen de "tweede"-puls arriveren voor de "eerste" puls.

30 De diepte tot welke een doelmatig verhitten plaats kan vinden wordt gedeeltelijk bepaald door de thermische diffusieomstandig-heden in het gesmolten gebied. Hoe dikker het gesmolten gebied, des te groter de afstand waarover de warmte moet diffunderen om het gesmolten gebied te vergroten. Voor diepten, groter dan 1 micrometer, zal 35 het oppervlak', dat het heetst is, fysieke beschadigingen gaan vertonen.

In dat geval is de uitvoeringsvorm volgens figuur 8, die onderstaand 7920170 9 volledig besproken zal worden, bijzonder voordelig, omdat bij deze uitvoeringsvorm de indrijfpuls het substraat bestraalt vanaf de zijde die gelegen is tegenover de zijde die wordt bestraald door de smelt-beginpuls. Bij deze configuratie wordt de warmte geabsorbeerd bij het 5 seheidingsvlak tussen het gesmolten en vaste gebied en behoeft niet door middel van een thermische gradiënt te diffunderen. Vandaar dat grotere diepten bereikt kunnen worden zonder oppervlakteschade.

De pulsen die nodig zijn voor het uitvoeren van de uitvinding kunnen b.v. voortkomen uit twee aparte laserbronnen. Een meer 10 doelmatige wijze van het toepassen van de uitvinding is echter gebruik te maken van een enkele laser, welke licht uitstraalt bij de golflengte van één van de pulsen en door transformatie van een gedeelte van deze puls in een niet-lineaire inrichting tot licht met de golflengte die nodig is voor de andere puls. In een specifieke uitvoeringsvorm kan 15 bij een Nd-glaslaser, welke licht uitstraalt bij 10β0 nanometer, het licht gedeeltelijk in frequentie verdubbeld worden om licht voort te brengen bij 530 nanometer. In deze specifieke uitvoeringsvorm omvat de 530 nanometerpula de eerste, smeltbeginpuls, terwijl de 1060 nano-meterpuls de tweede, indrijfpuls, omvat. In andere uitvoeringsvormen 20 kan de laserbron licht uitstralen, dat de eerste puls omvat en de niet-lineaire behandeling licht voortbrengen dat de tweede puls omvat.

De lichtpulsen kunnen gepolariseerd of niet-gepolariseerd zijn en kunnen co-linealr zijn of kinnen het substraat vanuit verschillende invalshoeken treffen.

25 Substraten welke volgens het idee van de uitvinding be handeld kunnen worden, kunnen bestaan uit gedoopte halfgeleidermate-rialen. Zoals in het voorgaande beschreven is, kan het doopproces een van de bestaande halfgeleider-doopproeessen omvatten. Een gedeelte van het halfgeleidermateri'aal, dat beschadigd is wordt daarna onderworpen 30 aan een verhittingsproces om zo het beschadigde gebied te verhitten en de halfgeleider elektrisch actief te maken. Onder het beschadigde gebied is een in hoofdzaak perfect één-kristalmateriaal gelegen, tot waar het gesmolten gebied zich moet uitstrekken opdat een. effectief verhitten plaatsvindt. Gewoonlijk zal het één-kristalmateriaal gelijk 35 zijn aan het oorspronkelijke halfgeleiderbeginmateriaal, voordat dit beschadigd werd. Het beginmateriaal kan b.v. een één-kristal silicium- 7920170 ίο plak zijn, welke tot een bepaalde diepte tijdens de ionenimplantatie beschadigd is. Het onderliggende basissilicium blijft één-kristal en het is dit materiaal, dat vóórziet in de kiem voor het hergroeien gedurende het verhittingsproces. Bij bepaalde uitvoeringsvormen kan ech-5 ter het onderliggende êén-kristalmateriaal niet nauwkeurig gelijk zijn aan het beschadigde materiaal, maar voldoende analoog aan de gewenste structuur ervan zijn, om doelmatig als kiem voor hergroei te kunnen dienen. Een saffiersubstraat zal b.v. als een doelmatige kiem werken, zodat er overheen liggend silicium op de wijze volgens de uitvin-10 ding met een laser verhit kan worden.

Hoewel vele uitvoeringsvormen betrekking zullen hebben op het verhitten van geïmplanteerd'halfgeleidermateriaal, wordt bij bepaalde uitvoeringsvormen het verhitten uitgevoerd voor andere doeleinden. Silicium kan b.v. neergeslagen worden op een dun êen-kristal-15 substraat met gebruikmaking van b.v. een verdampingsproces. Het neergeslagen silicium is dan amorf, maar kan kristallijn gemaakt worden door het bovenstaand beschreven verhittingsproces. De onderhavige uitvinding is nuttig om een dergelijke behandeling uit te voeren en kan verder gebruikt worden om andere materialen te verhitten, zoals een 20 oppervlaktelaag van doopmiddel, welke hetzij amorf is of geen perfecte kristalstructuur bezit. Halfgeleidermaterialen kunnen onder andere omvatten: silicium, germanium en galliumarsenide.

Alhoewel de effecten van het verhittingsproces op de verdeling van de verontreinigingen niet besproken is, kan deze invloed 25 aanzienlijk zijn en kan met voordeel gebruikt worden. In bepaalde situaties kan de verontreiniging geïmplanteerd worden nabij het oppervlak en kan na het smelten over een aanzienlijk deel van de diepte van het gesmolten gebied diffunderen. Dientengevolge kan de indrijfpuls, welke wordt gebruikt om de diepte van het gesmolten gebied te vergroten, 30 ook gebruikt worden om de diepte tot waarop de geïmplanteerde verontreinigingen diffunderen, te vergroten.

De aard van de tweede puls, in het bijzonder het feit, dat deze niet- sterk wordt geabsorbeerd door het materiaal in vaste fase, maakt het mogelijk om de uitvinding toe te passen in een aantal 35 specifieke configuraties, welke een meer geschikte laserverhitting mogelijk maken dan tot nu toe mogelijk is. Figuur 7 toont b.v. een stuk 7920170 11 halfgeleidermateriaal Ul, waarvan men gedeelten wil verhitten. Het gehele substraat wordt blootgesteld aan indrijflicht k2. Vanwege de aard van dit licht en het feit, dat het niet wordt geabsorbeerd door het materiaal in de vaste fase, heeft het licht weinig invloed op het 5 substraat. Gedeelten ^ van het substraat worden echter bovendien blootgesteld aan smeltbeginlicht k3. Die gebieden van het substraat, welke blootgesteld worden aan het smeltbeginlicht worden vloeibaar en kunnen daardoor het indrijflicht k2 absorberen. Bij het absorberen van dit licht worden de gebieden doelmatig verhit. Deze bijzondere 10 configuratie maakt het mogelijk om de smeltbeginpulsen te gebruiken om specifieke gebieden te bepalen welke verhit worden, terwijl het gehele substraat blootgesteld wordt aan het indrijflicht.

Bij een andere uitvoeringsvorm, welke in figuur 8 getoond is, wordt een substraat 50 met een beschadigd gebied 51 vanaf 15 de andere zijde ervan blootgesteld aan indrijflicht 53. Er moet opgemerkt worden, dat bij deze uitvoeringsvorm men op voordelige wijze gebruik maakt van het feit, dat het substraat in de vaste fase transparant is voor het indrijflicht. Het beschadigde gebied 51 wordt vanaf de ene zijde blootgesteld aan smeltbeginlicht 52. Die gebieden van het 20 substraat, welke blootgesteld worden aan het smeltbeginlicht zijn aangegeven met 5¾ en zullen het licht voor de gesmolten fase kunnen absorberen en zullen verhit worden.

Zoals in het bovenstaande beschreven is, is deze uitvoeringsvorm bijzonder voordelig omdat de thermische energie door de 25 indrijfpuls bij het scheidingsvlak tussen de gesmolten en vaste stof geplaatst wordt en niet door .middel van een thermische gradiënt vanaf het oppervlak naar dit scheidingsvlak behoeft te diffunderen. Dientengevolge wordt fysieke schade welke bij eerdere uitvoeringsvormen wordt waargenomen wanneer het gesmolten gebied te dik wordt, bij deze uit-30 voeringsvorm niet waargenomen.

Voorbeeld

Een met arsenicum gedoopte siliciumplak werd verhit met gebruikmaking van het boven beschreven proces. De siliciumplak bezat een diameter van 7,5 cm en was ionen-geïmplanteerd met 30 kV arseni-35 cumatomen tot een diepte van 30 nanometer en een dichtheid van 10 ^ ar-senicumatomen/cm . Na de implantatie werd de 50 nanometer diepe, be- 7 9 2 0 1 / 2 12 schadigde laag verhit door het oppervlak "bloot te stellen aan een in frequentie verdubbelde Nd-glaslaser. -De laserinrichting omvatte een Q-geschakelde Nd-glaslaser, een Nd-glas-enkel doorlaatversterker en een KDP-kristal-frequentieverdubbelaar. Het systeem straalde 3,5 joules/cm 2 5 1060 nanometer licht uit en 0,3 joule/cm frequentie-verdubbeld 530 nanometer licht. De infrarode lichtbundel had een diameter van 8 mm en de bijbehorende puls had een volledige breedte van ^0 nanoseconden op de helft van het maximum, terwijl het zichtbare licht een diameter van 6 mm had en een totale breedte van 30 nanoseconden op de helft van 10 het maximum. De pulsen waren, co-lineair en troffen de plak onder een hoek van 10° om reflectie van het licht in de laser te voorkomen. Re-flectiestudies van het siliciumoppervlak gaven aan, dat de gesmolten fase gedurende ongeveer 260 nanoseconden aanwezig was en zich in het substraat uitstrekte tot ongeveer 250 nanometer. Het beschadigde ge-15 bied dat aan het licht werd blootgesteld, werd doelmatig verhit, zoals bepaald werd door daarop voltende Rutherford-verstrooiïngs- en kanaal-verliesstudies.

7920170

Claims (4)

1. Werkwijze voor het verhitten van een vast lichaam (50) om een gedeelte daarvan (5*0 gesmolten te maken door het lichaam bloot te stellen aan elektro-magnetische straling, met het kenmerk, dat de straling uit twee verschillende golflengten bestaat, waarbij de stra- 5 ling van de eerste golflengte door het lichaam geabsorbeerd wordt en werkzaam is om het smelten van het genoemde gedeelte te doen beginnen en de straling van de tweede golflengte meer doelmatig door het lichaam wordt geabsorbeerd in de gesmolten toestand ervan dan in de vaste toestand ervan en werkzaam is om het gesmolten gebied te ver-10 groten.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat voorzien is in straling in pulsen.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de straling met de eerste en tweede golflengte wordt verschaft in de 15 vorm van aparte pulsen, welke elkaar in tijd overlappen. h. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de straling met twee golflengten verschillende maar elkaar overlappende gedeelten van het lichaam belichten, waarbij alleen de elkaar overlappende gedeelten gesmolten worden tot de tevoren bepaalde diepte. 20 5· Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat gebruik wordt gemaakt van een enkele laserbron, waarbij een gedeelte van de uitgangsstraling daarvan met de eerste golflengte wordt getransformeerd tot de tweede golflengte.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het 25 gedeelte rechtstreeks wordt blootgesteld aan de straling met de eerste golflengte en door het lichaam heen wordt blootgesteld aan de straling met de tweede golflengte. 7920170