NL8500231A - Halfgeleiderplaatje voor het maken van een eenkristalhalfgeleiderinrichting. - Google Patents

Halfgeleiderplaatje voor het maken van een eenkristalhalfgeleiderinrichting. Download PDF

Info

Publication number
NL8500231A
NL8500231A NL8500231A NL8500231A NL8500231A NL 8500231 A NL8500231 A NL 8500231A NL 8500231 A NL8500231 A NL 8500231A NL 8500231 A NL8500231 A NL 8500231A NL 8500231 A NL8500231 A NL 8500231A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
layer
heat
plate according
zone
substrate
Prior art date
Application number
NL8500231A
Other languages
English (en)
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Publication of NL8500231A publication Critical patent/NL8500231A/nl

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02488—Insulating materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
    • C30B13/16—Heating of the molten zone
    • C30B13/22—Heating of the molten zone by irradiation or electric discharge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
    • C30B13/34—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting characterised by the seed, e.g. by its crystallographic orientation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02381—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02387—Group 13/15 materials
    • H01L21/02395—Arsenides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/0242—Crystalline insulating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02422—Non-crystalline insulating materials, e.g. glass, polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02441—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/0245—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02494—Structure
    • H01L21/02496—Layer structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02494—Structure
    • H01L21/02496—Layer structure
    • H01L21/02505—Layer structure consisting of more than two layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02587—Structure
    • H01L21/0259—Microstructure
    • H01L21/02598—Microstructure monocrystalline
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H01L21/02689—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using particle beams
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H01L21/02691—Scanning of a beam
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/2636—Bombardment with radiation with high-energy radiation for heating, e.g. electron beam heating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12528—Semiconductor component

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

B Br/Se/1676 Sony j "Halfgeleiderplaatje voor het maken van een éënkristal-halfgeleiderinrichting".
-1-
De uitvinding betreft halfgeleiderinrichtingen en vooral grote éënkristal-halfgeleiderinrichtingen en halfgeleiderplaatjes voor het maken daarvan.
Het gebruik van energetische stralenbundels 5 voor het doen groeien van een groot ëénkristal uit een laag polykristallijn materiaal op een substraat is reeds voorgesteld. Bij het aftasten van het substraat door de stralenbundel zal de laag smelten, waarna de laag bij afkoeling, althans in principe, stolt tot 10 een ëénkristal.
Een van de voorwaarden voor het omzetten van de polykristallijne laag tot een ëénkristal is de aanwezigheid van een kristalkiem, d.w.z. een ëénkristal dat in kontakt met de gesmolten zone deze als ëénkristal 15 doet stollen. Tot nu toe is geen methode voor het maken van zo'n kristalkiem voorgesteld, die geheel voldoet.
Voor het smelten van de polykristallijne laag ter verkrijging van hernieuwde groei uit vloeistoffase of vaste fase door epitaxiale herkristallisatie zijn 20 diverse energiebronnen voorgesteld, zoals een puntvormige laserbundel, een puntvormige elektronenbundel, een grafietstrookverhitter en een strookvormige booglamp.
Deze energiebronnen voldoen echter niet. Zo leveren de energiebronnen met een puntvormige stralenbundel een 25 herkristallisatielaag, die geen gelijkmatige éénkristal-• struktuur vertoont.
¢500231 L- v* -2-
De gewone energiebronnen met een strookvormige stralenbundel, zoals de grafietstrookverhitters en de strookvormige booglampen, kunnen het onderliggende substraat beschadigen omdat een betrekkelijk lange kontakttijd 5 van de bundel met de polykristallijne laag nodig is, die tot verstrooiing van een onaanvaardbaar grote hoeveelheid warmte uit de laag naar het substraat leidt.
Dergelijke energiebronnen zijn ook ongeschikt voor het leveren van een kristalkiem voor een ëënkristal. 10 Een puntvormige laserbundel of elektronenbundel, die slechts momentaan een polykristallijne laag treft, zal in deze laag een betrekkelijk klein, rond, gesmolten gebied veroorzaken. Bij het stollen van het gebied zal aan het grensvlak met de rest van de laag een reeks 15 kleine siliciumkristallen optreden, waardoor dit gebied ongeschikt is als kristalkiem. Het aftasten van de laag met een puntvormige stralenbundel heeft evenmin een geschikte kristalkiem opgeleverd. En de gebruikelijke strookvormige energiebronnen zijn om dezelfde 20 reden ongeschikt en kunnen niet worden gebruikt voor het doen groeien van een ëênkristallaag.
De uitvinding beoogt nu een constructie voor een halfgeleiderplaatje aan te geven, dat gebruikt kan worden voor het maken van een éénkristal-halfgeleider-25 inrichting en waarmee de nadelen van de stand der techniek kunnen worden ondervangen.
Verder beoogt de uitvinding een halfgeleiderplaat je, bestaande uit een substraat met daarop een polykristallijne of amorfe laag te leveren, welke 30 laag een gebied heeft dat na smelten tot een ëënkristal zal stollen, ten gebruike als kristalkiem voor het maken van een grote êënkristal-halfgeleiderinrichting.
De uitvinding beoogt verder een halfgeleiderplaat je, bestaande uit een substraat, een kristalkiem 35 voor een ëënkristal en een polykristallijne of amorfe laag 8500231 i -3- te verschaffen, waarin de laag na smelten tot een ëénkris-tal zal stollen. 1
De uitvinding verschaft in de eerste plaats een halfgeleiderplaatje (wafer) , dat bestaat uit een substraat 5 met daarop een thermische zone en ook een polykristallijne of amorfe kiemvormingslaag (liggend op een gebied van de thermische zone). De thermische zone zorgt voor verschillende snelheden van warmtegeleiding daardoorheen in tenminste éën van twee nagenoeg haaks op elkaar staande richtingen, 10 waarbij de snelheid van warmtegeleiding door de thermische zone in de eerste richting zorgt voor een toenemende temperatuurgradient in de kiemvormingslaag in de eerste richting, en de snelheid van warmtegeleiding door de thermische zone in de tweede richting zorgt voor een hogere 15 temperatuur aan de randen van het gebied dan in het centrum daarvan, gezien in de tweede richting.
In de tweede plaats verschaft de uitvinding een halfgeleiderplaatje, bestaande uit een substraat met daarop een thermische zone, waarbij op de thermische zone 20 een kristalkiem voor een éénkristal ligt die zich in een eerste richting uitstrekt, en ook een polykristallijne of amorfe laag, die een gebied bedekt dat aan één zijde wordt begrensd door de kristalkiem en zich vanaf deze kiem in een tweede richting loodrecht op de eerste uitstrekt.
25 De polykristallijne of amorfe laag staat met de kristalkiem in kontakt en de thermische zone zorgt voor verschillende snelheden van warmtegeleiding door de thermische zone in de tweede richting, zodat in de polykristallijne of amorfe laag een toenemende temperatuurgradient in de tweede rich-30 ting wordt gpfiflhanpn.
85J)>2 3f
* * , V
-4-
De uitvinding wordt nader geïllustreerd door de tekeningen, die enkele uitvoeringsvormen bij wijze van voorbeeld weergeven.
Figuur 1 en 2 zijn een bovenaanzicht en een 5 zijaanzicht van een halfgeleiderplaatje (wafer), met een polykristallijne of amorfe laag op een substraat, waarbij een gebied voor het vormen van kristalkiemen schematisch is aangegeven.
Figuur 3 en 4 zijn grafieken, die het verloop 10 van de temperatuurgradient in een eerste, respektievelijk een tweede richting binnen het in fig.1 aangegeven gebied tijdens het stollen daarvan na smelten weergeven.
Figuur 5 geeft de stollingsrichtingen in het gesmolten gebied aan.
15 Figuur 6 en 7 geven het verloop van verschillende temperatuurgradienten met de tijd binnen het in fig.1 getoonde gebied in de eerste richting aan.
Fig.. 8 en 9 geven het verloop van verschillende temperatuurgradienten met de tijd binnen het in fig.1 20 getoonde gebied in de tweede richting aan.
Fig.10 en 11 tonen de apparatuur voor het leveren van een strookvormige elektronenbundel voor het smelten van het in fig.1 aangegeven gebied.
Figuur 12 tot 15 en 16 tot 21 tonen de apparatuur 25 voor het leveren van de aanvankelijke temperatuurgradient die in fig.6, resp. fig.8 is weergegeven.
Fig. 22-28 en 29-31 tonen constructies van het halfgeleiderplaatje voor het leveren van het in fig.7, resp. fig.9 getoonde verband tussen temperatuur en tijd.
30 Figuur 32 en 33 geven een andere uitvoeringsvorm van de constructie uit fig.22 tot 31 .
Fig.34 tot 38 tonen een methode voor het maken van een één-kristal-halfgeleiderlaag onder gebruikmaking van kristalkiemen die op het in fig.30 getoonde plaatje 35 zijn gevormd.
8500231 -5- 4 . '
Fig.39 geeft een constructie van het halfgeleider plaatje voor het maken van een één-kristal-halfgeleiderlaag.
Fig.40 is een bovenaanzicht van een zelfde 5 plaatje als in fig.1, met een groot aantal kristalkiemen daarop gevormd.
Fig.41 en 42 tonen twee mogelijke temperatuurprofielen in de polykristallijne laag van een in fig.1 weergegeven halfgeleiderplaatje.
10 Fig.43 is een bovenaanzicht van een in fig.1 getekend halfgeleiderplaatje, waarbij de temperatuurverde-ling is aangegeven, die in het gebied van de kristalkiemen door de uitvoeringsvormen van fig.41 en 42 wordt veroorzaakt.
15 Fig.44 is een bovenaanzicht van een andere constructie van het halfgeleiderplaatje voor het maken van een groot aantal kristalkiemen voor één-kristallen.
In fig.1 en 2 ziet men een halfgeleiderplaatje 100 in bovenaanzicht, respektievelijk zijaanzicht.
20 Dit plaatje 100 heeft een rond substraat 102 van circa 7,5 cm diameter, met daarop een laag 104 uit polykristal-lijn of amorf materiaal, met een dikte van ca. 0,5 tot 1,0 micron. De term "polykristallijn" wijst op een materiaal met een groot aantal betrekkelijk kleine kristallen.
25 Een voorbeeld daarvan is polysilicium, dat hier voor het beschrijven van de uitvinding zal worden gebruikt maar waartoe de uitvinding uiteraard niet beperkt is.
De laag polysilicium 104 is bijvoorbeeld door chemisch opdampen op het substraat 102 afgezet. Het sub-30 straat 102 kan uit vrijwel elk materiaal bestaan, dat een glad oppervlak heeft? dit is een der voordelen van de uitvinding. Voorbeelden van geschikte materialen voor het substraat zijn glas, quartz, saffier en ook kristallijne halfgeleider materialen, zoals silicium, 35 germanium of galliumarsenide. Het substraat kan ook een 8500231 9 >> -6- êën-kristal halfgeleider materiaal met daarin aanwezige halfgeleider inrichting gebieden zijn. Het gebruik van een dergelijk substraat is voordelig omdat men daarop dan een driedimensionale inrichting kan construeren.
5 In elk geval dient de polysiliciumlaag 104 op een onderliggende isolerende laag te worden afgezet; indien het substraat 102 dan ook geen isolerend materiaal is, wordt onder de laag 104 een aparte laag van isolerend materiaal zoals Si02 of siliciumnitride gebruikt.
10 In de polysiliciumlaag 104 wordt een kristalkiem van êén-kristalsilicium gevormd door een gebied 106 van deze laag tot boven het smeltpunt te verhitten en het gesmolten gebied dan onder beheerste omstandigheden af te koelen. De omstandigheden kunnen worden bepaald met behulp 15 van een coördinatensysteem met een X-as en een Y-as, zoals in fig.1 weergegeven. Ter vorming van de kristalkiemen wordt het gebied 106 tot boven het smeltpunt van silicium, bijvoorbeeld tot ca. 1400°C verhit, en daarna zodanig afgekoeld, dat op elk willekeurig tijdstip de temperatuurgra-20 dienten van fig.3 en 4 ontstaan. Met T· is het smeltpunt van silicium aangegeven. Op elk gegeven tijdstip dient de temperatuurgradient (in °C per cm) dwars op het grensvlak van vaste stof én vloeistof in een gegeven richting binnen het stollingsgebied een bepaalde minimum waarde te hebben, 25 die van de stollingssnelheid in die richting en van het materiaal afhangt. Zo dient voor polysilicium de tempera-tuurgradient in °C per cm tenminste 5000 x de stollingssnelheid in cm per seconde te zijn.
Fig.5 geeft aan hoe deze temperatuurgradienten 30 binnen het gesmolten gebied 106 een éénkristal opleveren.
Bij het afkoelen stolt het gesmolten silicium in de door de pijlen 108, 110 en 112 weergegeven richtingen. Het stollen verloopt in een eerste richting, aangegeven door de pijl 108, en ook in een loodrecht daarop staande tweede 35 richting, namelijk buitenwaarts naar de randen, zoals weer- 8500231 * » · -7- gegeven door de pijlen 110 en 112. Dit koelingspatroon zorgt praktisch voor het omzetten van het gehele gebied 106 tot een éênkristal, met uitzondering van een klein gedeelte 114 aan het ene einde.
5 Fig.6-9 geven aan hoe dit koelingspatroon kan worden opgewekt. Fig.6 en 7 tonen het opwekken van een temperatuurverdeling in de eerste richting , d.w.z. in de y-richting van fig.1).
In de uitvoeringsvorm van fig.6 wordt het gebied 10 106 aanvankelijk zodanig verhit, dat daarbij de oplopende temperatuurgradient vanfig.6 optreedt. Het gebied 106 koelt daarna gelijkmatig in lengterichting (d.w.z. in y-richting) af. Zodra het materiaal op een plaats binnen het gebied 106 beneden het smeltpunt van silicium komt, 15 stolt het . Zo stolt het materiaal bijvoorbeeld op het tijdstip t.j op de plaats v^; en ten tijde t2 op de plaats y2» Het gebied 106 stolt zodoende in de richting van de pijl 108 van fig.5.
Bij een andere mogelijkheid, zoals getekend in 20 fig.7, wordt het gebied 106 aanvankelijk gelijkmatig tot een bepaalde temperatuur verhit en wordt de temperatuurverdeling pas bij het afkoelen ingesteld. De stollingsrich-ting wordt vastgelegd door het niet-gelijkmatige koelingspa troon van fig.7, waarbij het materiaal op de plaatsen 25 y.j, y2 ,y3, enz., respektievelijk op de tijdstippen t , t2,tg, enz. stollen. Het resultaat is vrijwel gelijk lan dat van fig.6.
De fig.8 en 9 tonen hoe men een geschikte temperatuurverdeling dwars op het gebied 106 in de tweede rich-•30 ting (d.w.z. langs de x-as) kan verkrijgen. Volgens fig.8 wordt het gebied 106 aanvankelijk verhit met een temperatuurgradient T . Bij het afkoelen van het gebied 106 α zal het materiaal op de plaatsen x^, x2 en dan respektievelijk op de tijdstippen t1, t2 en t3 stollen.
35 De stollingsrichting van fig.8 is derhalve in de richting 8500231 -8- van de pijlen 110 en 112 van fig.5.
Een andere mogelijkheid is voorgesteld in fig.9.
Het gebied 106 wordt dan aanvankelijk gelijkmatig verhit tot een bepaalde temperatuur en vervolgens niet gelijkma-5 tig afgekoeld. De stolling verloopt dan op de wijze van fig.9, hetgeen overeenkomt met de pijlrichtingen 110 en 112 in fig.5.
Voor het vormen van een gesmolten gebied in de laag 104 dient een grote hoeveelheid energie te worden in-10 gebracht. Dit kan geschieden met behulp van een elektronenbundel, die door een geschikt toestel, bijvoorbeeld het toestel 140 van fig.10 en 11, wordt opgewekt. Het toestel 140 levert een strookvormige elektronenbundel B, waarvan de kinetische energie, de vermogensdichtheid en de energie-15 dichtheid zodanig is, dat een oppervlaktegebied van een werkstuk (bijvoorbeeld het plaatje 100) snel genoeg kan worden verhit om warmtegeleiding naar het onderliggende substraat te voorkomen.
Het toestel 140 bestaat uit een strookvormige 20 thermionische kathode 141, die zich in een geevacueerd huis 142 bevindt en ter afgifte van elektronen wordt verhit. Een rooster 144 regelt de hoeveelheid elektronen en werpt ze op een focusserende spleet 146, waarna de elektronen door een geaarde spleet 148 gaan. Een afbuigings-25 systeem omvat elektrostatische platen 150, waarop een afbuigingsspanning DV wordt aangelegd. Tussen het substraat 100 en de kathode 141 wordt een potentiaal verschil V gehandhaafd, terwijl een regelsysteem C aanwezig kan zijn om de spanning op het rooster 144 te regelen.
30 De vorm van de elektronenbundel is schematisch in fig·. 11 aangeduid. In deze uitvoeringsvorm wordt de laag 104 aanvankelijk korte tijd (tussenIO en 1000 microsecon-den) door de elektronenbundel B getroffen, zodat het gehele gebied 106 smelt. Daarna mag dit gebied afkoelen en stollen, 35 zoals hierboven aan de hand van fig.6 tot 9 is beschreven.
8500231 -9- t
De figuren 12 tot 15 tonen uitvoeringsvormen, waarbij het gebied 106 aanvankelijk met een geschikte temperatuurgradient in de eerste richting of y-richting wordt verhit, zoals hierboven aan de hand van fig.6 5 beschreven. De temperatuurgradient geeft aanleiding tot verschillende snelheden van warmtegeleiding door de thermische zone 200 (zie hierna) als funktie van de gemeten afstand in de eerste richting.
In fig.12 wordt de kathode 141 met een aantal 10 weerstandverhitters 160A, 160B, 160C, 160D, 160Een 160F op niet gelijkmatige wijze (over de lengte verdeeld) verh’it. Als de aan elke verhitter toegevoerde stroom iets groter is dan de stroom, die aan de onmiddellijk voorafgaande verhitter wordt toegevoerd, dan varieert de stroom-15 dichtheid van de eléktronenbundel B langs de y-as en wordt het gebied 106 op niet gelijkmatige wijze (verdeeld over de lengte) verhit.
In fig.13 wordt de kathode 141 wel gelijkmatig verhit maar wordt op de roosterelementen 144A en 144B 20 een potentiaalgradient in de eerste richting aangelegd.
De elektronenbundel B heeft dan een grotere stroomdichtheid aan het ene einde, zodat het gebied 106 met de temperatuurgradient van fig.6 wordt verhit.
In fig.14 wordt de kathode 141 gelijkmatig 25 over zijn lengte verdeeld verhit en hebben de roosterelementen 144A en 144B over de gehele lengte een gelijkmatige potentiaal. Hier worden echter motoren 162A en 162B gebruikt om de afstand tussen de elementen 144A en 144B te variëren door deze elementen om assen 164A en 30 164B te laten draaien. Ook hier is het effekt dat een aanvankelijke temperatuurgradient zoals die van fig.6 in het gebied 106 optreedt.
Fig.15 toont een andere uitvoeringsvorm waarin de kathode 141 gelijkmatig wordt verhit. Een motor 166 wordt 35 gebruikt om de hoekstand van het plaatje 100 ten opzichte 8500231 -10- van de kathode 141 te wijzigen, zodat de temperatuurgra-dient van fig.6 optreedt.
De figuren 16 tot 21 tonen uitvoeringsvormen waarin het gebied 106 aanvankelijk wordt verhit met een bepaalde 5 zijdelingse temperatuurverdeling in de tweede richting of x-richting, zoals beschreven aan de hand van fig.8. Dit levert een temperatuurgradient die aanleiding geeft tot verschillende snelheden van warmtegeleiding door de later te bespreken thermische zone 200 als funktie van de gemeten 10 afstand in de tweede richting.
In fig.16 is onder de kathode 141 een geleidend element 168 geplaatst, dat zich over de lengte van de kathode in de eerste richting uitstrekt. Het element 168 bevindt zich midden tussen de randen van de kathode 141 15 in de tweede richting. De potentiaal van het element 168 ten opzichte van het plaatje 100 is kleiner dan de potentiaal van de kathode 141 , zodat de stroomdichtheid van de elektronenbundel B van het centrum naar de randen toeneemt en zorgt voor de in fig.8 getoonde temperatuurgra-20 dient.
Fig.17 toont een opstelling met twee kathoden 141^ en 1412 - Door het instellen van een hoek A tussen de kathoden kan de stroomdichtheid van de elektronenbundel B zodanig worden geregeld, dat de temperatuurgradient van 25 fig.8 optreedt.
Fig.18 toont een gewijzigde kathode 141'.
Deze kathode heeft een gekromd emitterend oppervlak 170 waardoor een elektronenbundel B met een bepaalde stroomdichtheid aan het substraat ontstaat en een temperatuurgra-30 dient als in fig.8 optreedt.
Fig.19 toont een kathode 141 die inwendig door twee gloeidraden 172 en 174 wordt verhit. Het gebruik van twee gloeidraden op afstand van elkaar zorgt voor een stroomdichtheidsgradient in de elektronenbundel B, waardoor 35 een temperatuurgradient als in fig.8 in het gebied 106 op treedt.
8500231 -11- j i
Pig.20 toont een lichte wijziging van de uitvoeringsvorm van fig.19. De kathode 141 bestaat nu uit twee elementen 141A en 141B, die elk een gloeidraad 172, 174 dragen. De elementen 141A en 141B zijn door een isolerend 5 onderdeel 176 van elkaar gescheiden. Bij verhitting van -de gloeidraden 172, 174 door een elektrische stroom zorgen de kathode-elementen 141A en 1413 voor een elektronenbundel B met een bepaalde stroomdichtheid aan het oppervlak van het plaatje 100, waardoor de temperatuurverdeling van fig.8 10 optreedt.
In de uitvoeringsvorm van fig.21 is de kathode 141 bedekt met twee plaatjes 178 'van een materiaal (b.v. Ba20 met cesium, dat een groter elektronenemitterend vermogen heeft dan het materiaal van de kathode 141. Bij verhitting 15 van de kathode 141 zenden de plaatjes 178 meer elektronen uit, zodat de temperatuurverdeling van fig.8 ontstaat.
Wil men de beide temperatuurgradienten van fig.6 en fig.8 tegelijk opwekken, dan kan natuurlijk elk van de uitvoeringsvormen van fig.12 tot 15 met elk van de uitvoe-20 ringsvormen van fig.16 tot 21 worden gecombineerd. Zo kan de kathode van fig.21 dan over de lengte worden verhit als in fig.12 ter opwekking van de temperatuurgradienten in langsrichting en zijdelingse richting als in fig.6 en 8.
Het is ook mogelijk om aanvankelijk in het gebied 25 106 een gelijkmatige temperatuur op te wekken en daarna de afkoeling ongelijkmatig te laten verlopen, zodat de stolling in de juiste richting verloopt op de wijze van fig.7 en 9.
De fig.22 - 24 tonen een halfgeleiderplaatje, 30 dat voorzien is van een thermische zone die voor verschillende snelheden van warmtegeleiding als funktie van de gemeten afstand in de eerste richting of y-richting zorgt. Dit levert bij het afkoelen de temperatuurgradient van fig.7.
Het substraat omvat een thermische zone 200, waarop het 35 gebied 106 van polysilicium ligt. De thermische zone 200 85 0 0 231 -12-
V V
zorgt voor verschillende snelheden van warmtegeleiding in de verschillende zones daarvan. Zij omvat een eerste laag 202 uit een goede warmtegeleider, zoals polysilicium, die op bekende wijze , bijvoorbeeld door chemisch opdampen 5 is aangebracht. Op de eerste laag 202 ligt een tweede laag 203 van warmte-isolerend materiaal zoals SiC^, die eveneens door chemisch opdampen kan zijn gevormd. De tweede laag 203 is door maskeren en etsen voorzien van een lijst 204 die het gebied 106 begrenst. Een gedeelte 10 206 van de tweede laag 203 aan het ene einde van het gebied 106 is tot een iets grotere diepte weggeëtst dan de rest van het gebied 106. Verder is polysilicium afgezet in het door de lijst 204 begrensde gebied 106.
Als het gebied 106 van fig.22-24 met een elektro-15 nenbundel wordt bestraald, wordt het aanvankelijk door en door verhit, bijvoorbeeld tot een gelijkmatige temperatuur als in fig.7 aangegeven. Bij het afkoelen vormt het gedeelte 206 echter een speciale .warmte-afvoer vanwege de geringere dikte van de tweede laag van warmte-isolerend materiaal 203 20 op die plaats. Verder zorgt de lijst 204 voor een vertraging van de warmtestroom uit het gesmolten polysilicium binnen het gebied 106 in richtingen anders dan via het gedeelte 206. Het gebied 106 koelt daardoor af op de wijze van fig.7 en stolt in de richting van de pijl 108, zie 25 fig.5.
In de uitvoeringsvorm van fig.25 is de tweede laag 203 lichtelijk veranderd. Hier neemt de dikte van de laag 203A geleidelijk toe vanaf het ene einde van het gebied 106 naar het andere. Wordt het gebied 106 van polysilicium 30 met een elektronenbundel gelijkmatig bestraald, dan smelt en stolt het op de wijze van de figuren 5 en 7.
In de uitvoeringsvorm van fig.26 is de tweede laag 203 vrijwel gelijk aan die van fig.24. Het warmte-af-voerende effekt van het gedeelte 206 wordt hier echter ver-35 groot door een warmtegeleidende radiator 210 die in het §500231 -13- * * polysilicium is ingebed of op andere wijze met het polysilicium van het gebied 206 in kontakt staat.
De radiator 210 voert warmte af vanaf het einde van de zone 208 en straalt deze warmte uit naar de omgeving ter 5 versterking van het koelingspatroon van fig.24.
Het is ook mogelijk om het koelingspatroon van fig.7 te versterken door te verhinderen dat sommige delen van de zone met de elektronenbundel B worden bestraald.
Volgens fig.27 is een substraat 102 voorzien van de lagen 10' 202, 203 volgens fig.24. Boven de warmte-afvoer, gevormd door het dunnere deel 206 , is een masker 212 aangebracht, zodat verhinderd wordt, dat het uiterste einde van het gebied 106 door de elektronenbundel B wordt bestraald.
Zodoende wordt een betrekkelijk koele zone geleverd, die 15 de warmtestroom versterkt en voor het koelpatroon van fig.7 zorgt.
Fig.28 toont een lichte wijziging van de uitvoeringsvorm van fig.27, waarbij een masker ook als radiator wordt gebruikt, gelijkend op de radiator 210 van fig.26.
20 In fig.28 maskeert de radiator 212' een deel van het polysilicium in het gebied 106 tegen bestraling door elektronen. Verder straalt hij ook warmte uit, omdat hij in kontakt staat met het polysilicium in het gebied 106, en versterkt daardoor het gewenste koelpatroon.
25 Het is ook mogelijk om een halfgeleiderplaatje met een thermische zone te maken, die voor verschillende snelheden van warmtegeleiding daardoorheen als funktie van de gemeten afstand in de tweede richting of y-richting zorgt. Dit regelt de wijze waarop het gebied in zijdelingse 30 richting (tweede of x-richting) afkoelt, zoals beschreven aan de hand van fig.9. De figuren 29-31 beschrijven een dergelijke constructie in detail.
In fig.29 omvat het substraat 102 een thermische zone 200, die op het substraat is aangebracht en bestaat 35 uit een eerste laag 202' van warmtegeleidend materiaal en 8500231 -14- een tweede laag 203' van warmte-isolerend materiaal.
Zoals beschreven bij fig.24 tot 26 zal de eerste laag 202' doorgaans uit polysilicium bestaan. Na afzetting van de laag wordt deze laag geëtst ter vorming van een 5 korte richel 214 met toenemende dikte in de y-richting onder de warmte-afvoerzone (zie fig.29). Op de eerste laag 202' van polysilicium wordt een tweede laag 203' van warmteisolerend materiaal, zoals Si02 aangebracht en'daarna geëtst ter levering van de dwarsdoorsnede uit 10 fig.29. D.w.z., de tweede laag 203' wordt zodanig geëtst dat een lijst 204 rondom het gebied 106 ontstaat en ook een centraal gedeelte 216 van verminderde dikte boven op de richel 214. In het gebied 106 wordt dan de laag polysilicium aangebracht waarin kristalkiemen moeten wor-15 den gevormd. Vervolgens wordt het substraat 102 gelijkmatig met een elektronenbundel bestraald en daardoor tot boven het smeltpunt verhit. Bij het afkoelen van het gesmolten polysilicium in het gebied 106 ontstaat een temperatuurgradient als in fig.9, zodat de stollingsrich-20 ting die van fig.5 is. Het dunnere deel van de laag 203' in het midden van het gebied 106 werkt als warmte-afvoer ter instelling van een geschikte temperatuurgradient bij het afkoelen van het polysilicium.
Fig.30 toont een iets andere uitvoering dan die 25 van fig.29, waarbij de etsing van de eerste laag 202' wordt weggelaten. Op het substraat 102 , onder de geëtste laag 203' van Si02 wordt zodoende een gelijkmatige laag 202 van polysilicium, net als in fig.24 tot 26, aangebracht. Wordt het gebied 106 van polysilicium door de gelijkmatige 30 elektronenbundel gesmolten, dan werkt de zone 216' van geringere dikte in het centrum van het gebied 106 als warmte-afvoer, evenals die van fig.29.
Fig.31 toont een andere uitvoering, waarbij het substraat 102 en de eerste laag 202 vrijwel gelijk zijn 35 aan die van fig.30. De laag isolerend materiaal is echter 8500231 -15- geëtst ter vorming van een tweede laag 203" met de in fig.31 getoonde dwarsdoorsnede. Wordt het gebied 106 nu met een gelijkmatige elektronenbundel bestraald en aanvankelijk verhit op de wijze van fig.9, dan volgt 5 bij afkoeling een stolling volgens fig.5.
De figuren 32 en 33 tonen een andere uitvoerings-vorm voor het instellen van het afkoelingspatroon van fig.5. Een substraat 102 is voorzien van een thermische zone 200, bestaande uit een eerste laag 202 van polysilicium en een 10 tweede laag 203 van SiC^f vrijwel zoals hierboven beschreven. Binnen de lijst 204 en langs de omtrek van het gebied 106 bevindt zich een verhittingselement 208 uit een materiaal, dat elektronen absorbeert en daardoor verhit wordt. Dit element 218 bestaat doorgaans uit een materiaal 15 met zodanige eigenschappen, dat de parameter k(»C (waarin k het thermische geleidingsvermogen in watt/cm-°C,
O
P de dichtheid in g /cm en C de specifieke warmte in Joules/g-°C is ), betrekkelijk gering is , bijvoorbeeld een waarde beneden 1,0 (de waarde voor silicium) heeft.
20 Een voorbeeld van een dergelijk materiaal is titaan, dat een waarde van 0,2 voor kpc heeft.
De parameter kf>C kan worden opgevat als een maat voor het snel opwarmen van een materiaal bij energietoevoer, waarbij materialen, die sneller opwarmen kleinere waarden 25 voor deze parameter hebben. Wordt het gebied 106 met de elektronenbundel bestraald, dan wordt het verhittingselement 218 heet en zal de warmte daarvan behouden blijven vanwege de isolerende eigenschappen van de lijst 204. Zodoende wordt het afkoelingspatroon van fig.5 verder 30 versterkt.
8500231 -16- • * *
Het zo gevormde éénkristal is bijzonder geschikt als kristalkiem voor het maken van een grote êénkristal-halfgeleiderinrichting door aftasting met een strookvormige elektronenbundel B. Het is bijzonder geschikt om hetzelfde 5 type elektronenbundel te gebruiken voor het smelten van het gebied 106, hetgeen tot een rechthoekige kristalkiem leidt. Overigens zal het duidelijk zijn dat ook andere kristalvormen kunnen worden verkregen.
Nadat een kristalkiem is gevormd wordt een elek-10 tronenbundel van hetzelfde of soortgelijke type gebruikt om het halfgeleiderplaatje af te tasten ter vorming van een grote éénkristal-halfgeleiderinrichting. Dit wordt schematisch aangegeven in fig.34. De elektronenbundel B begint op een zodanige plaats dat de kiem van het éénkris-15 tal in het gebied 106 gedeeltelijk maar niet geheel wordt gesmolten, en wordt vervolgens zodanig over het plaatje 100 bewogen, dat in de polvsiliciumlaag op het substraat een gesmolten zone wordt gevormd, die uitgaande van de kristalkiem een éénkristal levert. Zoals blijkt uit fig.
20 34 is het gedeelte 114 van de kiem niet bruikbaar; dit gedeelte wordt gewoonlijk weggeëtst voordat het substraat door de elektronenbundel wordt afgetast ter levering van de halfgeleiderinrichting.
Fig.35 tot 38 laten in detail zien, hoe de 25 kristalkiem kan worden gebruikt voor het maken van een grote éénkristal-halfgeleiderinrichting.
Fig.35 toont een halfgeleiderplaatje 100 met soortgelijke dwarsdoorsnede als die van fig.30.
De laag 220 van polysilicium die ter vorming van de kristal-30 kiem dient, wordt voorafgaand daaraan eerst in het algemeen over het gehele oppervlak van het substraat aangebracht (ter wille van de duidelijkheid is dit in de bovenstaande beschrijving weggelaten). Een dergelijke benadering geeft een besparing op vervaardigingskosten en tijd, vergeleken 35 met het geval dat men de niet ter vorming van kristalkiemen 85 0 023 1 s -17- benodigde delen van het substraatoppervlak moet afschermen. Overigens laat fig.35 het plaatje 100 zien nadat de kiem in het gebied 106 is gevormd.
Fig.36 toont een etsmasker 300 dat over het 5 oppervlak van het plaatje wordt aangebracht en wel zodanig, dat één zijde van de lijst 204 en het niet in een kristalkiem omgezette deel van de laag 220 uit polysilicium vrijliggen. Fig.37 laat het plaatje 100 zien nadat de laag 220 en ëén zijde van de lijst 204 zijn weggeëtst en 10 nadat het masker 300 is verwijderd. Vervolgens wordt op gebruikelijke wijze een werklaag 302 van polysilicium aangebracht, die de kiem gedeeltelijk bedekt (zie fig.38).
De zo verkregen constructie kan dan op de wijze van fig.34 door een elektronenbundel B worden afgetast ter vorming 15 van een grote éénkristal-halfgeleiderinrichting door zijdelingse epitaxiale herkristallisatie van de werklaag.
Fig.39 toont een configuratie van een plaatje waarbij de neiging van het gesmolten polysilicium (verkregen door aftasting van de laag 302 met de elektronen-20 bundel B) om in de juiste richting te stollen wordt vergroot .
De stollingsrichting van het gesmolten polysilicium dient te worden beheerst indien men een éénkristallaag van goede kwaliteit wil hebben. Met name dient de stolling 25 voort te schrijden in dezelfde richting over het gehele gebied waarin het ëênkristal moet worden gevormd. De constructie van fig.35 tot 38 versterkt de neiging van het polysilicium om in dezelfde richting te stollen omdat er een warmte-afvoer is ter vorming van het kristal. De 30 neiging kan verder worden versterkt door dezelfde methoden als bij het vormen van de kristalkiem ook te gebruiken voor het vormen van de grote êénkristalinrichting.
Zoals blijkt uit fig.39 kan het in fig.38 getoonde plaatje 100 worden voorzien van een lijst 204 uit SiC^ 35 rondom de laag 302 van polysilicium die bij aftasting door 85 00231 -18- de elektronenbundel B het ëênkristal zal vormen.
(Terwille van de duidelijkheid zijn de randen van de kristalkiem S en de laag 302 , die nog wel in fig.38 worden getoond, in fig.39 weggelaten). Het gedeelte 216' 5 met geringere dikte zal dan een warmte-afvoer vormen, terwijl de lijst 204' de warmtestroom uit de rest van het gebied vertraagt.
Het zal, duidelijkizijn, dat elk der configuraties uit de figuren 29 tot 31 een warmte-afvoer kan leveren 10 als de laag 302 van polysilicium wordt afgetast ter vorming van een groot ëênkristal.
Verder kan men gebruik maken van een verhittingselement als in fig.32-33 teneinde de gewenste richting van de warmtestroom in het gesmolten polysilicium te verkrijgen.
15 Soms kan het gewenst zijn om meer dan één kiem- plaats op het pad van de aftastende elektronenbundel B aan te brengen. Dit levert geen probleem want het is mogelijk om net zo veel kiemen op het plaatjesoppervlak aan te brengen als nodig zijn en ook' om ze op de juiste afstand 20 van elkaar te plaatsen. Zo kan de dwarsdoorsnede van fig.29 tot 31 zo veel malen als gewenst is op het oppervlak van het substraat worden herhaald teneinde meervoudige kiem-plaatsen op het halfgeleider plaatje van fig.34 tot 38 aan te brengen.
25 Zo kan een halfgeleiderinrichting uit een groot ëênkristal op een betrekkelijk goedkoop substraatmateriaal worden aangebracht, aangezien het substraat niet de bron van de kristalkiemen is. Aangezien de diepte van de gesmolten zone nauwkeurig kan worden beheerst met behulp van de 30 beschreven elektronenbundel, is het verder mogelijk om te zorgen, dat een kristalkiem alleen in het bovengedeelte van de polysiliciumlaag op het substraat wordt gevormd en dat het zelfde geldt voor het ëênkristal. Met deze methode kan een ëênkristalinrichting direkt bovenop een laag polysili-35 · cium worden gevormd.
8500231 Λ -19-
Fig. 40 laat zien hoe een elektronenbundel B een substraat kan aftasten ter vorming van een groot aantal kristalkiemen S. Hiertoe wordt bijvoorbeeld aangenomen, dat het halfgeleiderplaatje 100 een aantal gebieden 5 106 met een dwarsdoorsnede volgens fig.29, 30 of- 31 had. De elektronenbundel B wordt dan gebruikt voor het aftasten van het plaatje op de wijze van fig.40. De juiste stollingsrichting in de eerste richting wordt bepaald door de aftastende elektronenbundel. De temperatuur-10 verdeling in de tweede richting, dwars op het gebied 106, wordt ingesteld als op de wijze van fig.29-31. Zodoende kan een aantal kristalkiemen S met één continue bewerking worden gevormd.
De figuren 41 en 42 tonen een variant van deze 15 uitvoeringsvorm, waarbij de intensiteit van de elektronenbundel over de lengte of de breedte van de kathode wordt gevarieerd. Het plaatje 100 heeft een enkele gelijkmatige polysiliciuralaag, bijvoorbeeld volgens fig.2, en wordt met een elektronenbundel B afgetast, zodat op het oppervlak 20 van het substraat een reeks van afwisselende hete en koude zones wordt gevormd(fig.43). Het verkregen stollings-patroon komt overeen met dat van fig.5, zodat een aantal kristalkiemen kan worden gevormd zonder gebruikmaking van de vele bovenbeschreven configuraties van lijsten, warmte-25 afvoeren en maskers. Uiteraard kan het temperatuurprofiel van fig.41 vele malen dwars op de breedte van de kathode worden herhaald ter vorming van een aantal kristalkiemen bij het aftasten van het plaatje door de elektronenbundel. Bovendien kan door in - en uitschakelen van de elektronen-30 bundel een patroon van kristalkiemen zoals in fig.40 worden verkregen.
Uit de figuren 10 tot 21 kan men gemakkelijk afleiden hoe een toestel voor het leveren van een elektronenbundel moet worden geconstrueerd om het temperatuurpatroon van 35 fig.41 en 42 te krijgen. Zo kan het patroon van fig.42 wor-
85 0 0 2 3 T
-20- ‘ * * den geleverd door elk van de in fig.16 tot 21 getekende constructies.
Fig.44 geeft in het bijzonder aan hoe de tot dusver beschreven algemene principes kunnen worden gebruikt 5 om kristalkiemen met een gewenste configuratie te vormen. Zoals aangegeven in fig.43 heeft het halfgeleiderplaatje 100 een thermische laag met een soortgelijke dwarsdoorsnede als bijvoorbeeld in fig.24. Er wordt een aantal gebieden 106 naast en op afstand van elkaar aangebracht terwijl 10 in de zone 206 met een isolerende laag van geringe dikte een gemeenschappelijke warmte-afvoer wordt gemaakt. Bij het aftasten van het plaatje door de elektronenbundel B wordt in elk gebied 106 een kristalkiem gevormd. De elektronenbundel beweegt met zijn lange afmeting haaks 15 op de gebieden 106 bij het vormen van de kristalkiemen, terwijl de elektronenbundel bij het vormen van het eindprodukt het plaatje aftast met zijn lange afmeting evenwijdig aan de in het gebied 106 gevormde kristalkiemen.
De vorming van de kristalkiemen kan worden ver-20 sterkt door de elektronenbundel niet in te schakelen voordat een deel van het gebied 206 gepasseerd is, zodat dit gebied 206 nog koeler wordt en de warmtestroom in de juiste richting wordt bevorderd.
De voordelen van de uitvinding zullen snel duide-25 lijk zijn. Een halfgeleiderinrichting uit een groot één- kristal of een aantal van dergelijke inrichtingen met nagenoeg elke gewenste configuratie kan namelijk gemakkelijk en snel op praktisch elk substraatmateriaal worden gevormd.
Het rendement, berekend uit materiaalkosten en opbrengst 30 aan eindprodukt kan met de uitvinding aanzienlijk worden verbeterd.
8500231

Claims (29)

1. Halfgeleiderplaatje voor het maken van een ëénkristal-halfgeleiderinrichting, omvattende een 5 substraat dat een polykristallijne of amorfe kiemvormings-laag draagt, met het kenmerk, dat het plaatje een thermische zone (200, fig.23; 200', fig.29) omvat die zich tussen het substraat (102,figs.23-32, 35-38) en de polykristallijne of amorfe kiemvormingslaag (106) bevindt; 10 dat de polykristallijne of amorfe kiemvormingslaag (106) een oppervlak van het halfgeleiderplaatje vormt in een gebied boven de thermische zone (200, 200'); en dat de thermische zone (200, 200') voor verschillende snelheden van warmtegeleiding daardoorheen zorgt als funktie van 15 de afstand, die gemeten wordt in tenminste één van twee richtingen, namelijk een eerste richting (y, fig.1) en een tweede richting (x) die nagenoeg haaks op de eerste staat, welke verschillende snelheden van warmtegeleiding bij verhitting zorgen voor een toenemende temperatuurgra-20 dient (fig.3,6,7) in de kiemvormingslaag (106) in de eerste richting (y) en voor een hogere temperatuur (figs. 4,8,9) aan de randen van de.kiemvormingslaag (106) dan in het centrum daarvan, gezien in de tweede richting (x).
2. Halfgeleiderplaatje volgens conclusie 1, 25 met het kenmerk, dat de thermische zone (200,200') bestaat uit een eerste laag (202,202') van warmtegeleidend materiaal, gelegen op het substraat (102) en een tweede laag (203, 203') van warmte-isolerend materiaal, gelegen op de 30 eerste laag (202, 202') en dat de tweede laag (203,203') een lijst (204) omvat die het genoemde gebied van de kiemvormingslaag (106) omvat, en ook een onder dat gebied liggend onderdeel (203,206; 203', 216) met verschillende dikten in 35 verschillende delen daarvan. 8500231 -22-
3. Halfgeleiderplaatje volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de thermische zone (200) zorgt voor verandering van de snelheid van warmtegeleiding daardoor als funktie van de afstand, gemeten in de 5 eerste richting (y) .
4. Halfgeleiderplaatje volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het onderliggende gedeelte (203, 206. een eerste zone (203) met een nagenoeg gelijkmatige dikte in de eerste richting (y) omvat en ook een 10 tweede zone (206) met kleinere dikte dan de eerste zone aan het ene einde van het genoemde gebied(zie bijvoorbeeld fig.24, 26 tot 28).
5. Halfgeleiderplaatje volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het onderliggende gedeelte geleidelijk 15 in dikte toeneemt (fig.25) als funktie van de afstand, gemeten in de eerste richting (y).
6. Halfgeleiderplaatje volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het verder een warmte-uitstralend onderdeel (210,212') omvat dat in kontakt staat met 20 de kiemvormingslaag(106).
7. Halfgeleiderplaatje volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het warmte uitstralende onderdeel (210, 212') dicht bij een einde van het genoemde gebied in de eerste richting (y) is aangebracht.
8. Plaatje volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het warmte-uitstralende onderdeel (210) in de kiem-vormingslaag (106) is ingebed.
9. Plaatje volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de thermische zone (200') zorgt voor wijziging van 30 de snelheid van warmtegeleiding daardoor als funktie van de afstand, gemeten in de tweede richting (x).
10. Plaatje volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat het onderliggende gedeelte een warmte-afvoerende zone omvat, die nagenoeg centraal binnen het genoemde gebied is 35 gelegen (fig.29-31, 35-38), gemeten in de tweede richting 8500231 -23- j ί ί j (χ), welke warmte-afvoerende zone een kleinere dikte heeft dan de rest van het onderliggende gedeelte.
11. Plaatje volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de warmte-afvoerende zone en de rest van het onder- 5 liggende gedeelte elk een nagenoeg gelijkmatige dikte hebben (fig,29,30,35-38).
12. Plaatje volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de eerste laag (202’) onder de warmte-afvoerende zone een grotere dikte (214) heeft.
13. Plaatje volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat het onderliggende gedeelte (203",fig.31) in het centrum daarvan, gemeten in de tweede richting (x), een eerste dikte heeft en naar de randen toe geleidelijk in dikte toeneemt als funktie van de in de tweede richting 15 gemeten afstand.
14. Plaatje volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het verder een verhittingselement (218, fig.32,33) omvat dat tussen de lijst (204) en de kiemvormingslaag (106) is aangebracht, welk verhittingselement een materiaal 20 bevat waarvoor de parameter kpc een waarde kleiner dan 1,0 heeft, als k de thermische geleidbaarheid in watt per cm-°C is, p de dichtheid in gram/cm is en C de soortelijke warmte in Joules per gram-°C is.
15. Plaatje volgens conclusie 14, met het kenmerk, 25 dat het verhittingselement (218) een materiaal bevat waarvoor de parameter kpc een waarde van ca. 0,2 heeft.
16. Plaatje volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat het verhittingselement (218) uit titaan bestaat.
17. Plaatje volgens conclusie 16, met het kenmerk, 30 dat de eerste laag (202,202') uit polysilicium bestaat, de tweede laag (203,203') uit siliciumdioxide en de kiemvormingslaag (106) uit polysilicium.
18. Plaatje volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het warmte-isolerende materiaal bestaat uit silicium- 35 dioxide of siliciumnitride. 8500231 -24-
19. Plaatje volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat het warmte-isolerende materiaal bestaat uit silicium-dioxide.
20. Plaatje volgens conclusie 1, met het kenmerk, 5 dat de polykristallijne of amorfe laag (106) uit polysili- cium bestaat.
21. Plaatje volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het substraat (102) bestaat uit glas, quartz, saffier, kristallijn silicium, germanium of galliumarsenide.
22. Plaatje volgens conclusie 21, met het kenmerk, dat het substraat (102) bestaat uit een ëënkristal-half-geleidermateriaal met daarin een gebied voor een halfgelei-derinrichting, en dat de thermische zone eén* elektrisch isolerend materiaal omvat.
23. Plaatje volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de polykristallijne of amorfe kiemvormingslaag een dikte tussen 0,5 en 1,0 micron heeft.
24. Plaatje volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de thermische zone (200, 200*) een eerste 20 laag (202, 202') van warmte-geleidend materiaal, gelegen op het substraat, en een tweede laag (203,203') van warmte-isolerend materiaal, gelegen op de eerste laag (202,202') omvat; dat het substraat (102) een aantal gebieden omvat 25 die aan één einde , gezien in de eerste richting (y) een gemeenschappelijke zone(fig.44).hebben, waaronder zich een deel van de tweede laag bevindt met een kleinere dikte dan de rest van de tweede laag; en dat de tweede laag een lijst (204) omvat die 30 de genoemde gebieden en de gemeenschappelijke zone omringt.
25. Plaatje volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het op de thermische zone nagenoeg een kristalkiem voor een ëénkristal (S, fig.35-38) draagt, welke kiem zich in een eerste richting uitstrekt (v) en dat op de thermische 35 zone een polykristallijne of amorfe werklaag (302) ligt die een oppervlak van het plaatje vormt en een gebied be- 85 0 0 231 -25- dekt dat aan één, zijde wordt begrensd door de kristalkiem (S) en zich in een tweede richting (x) vanaf de kristalkiem (S), loodrecht op de eerste richting (y) uitstrekt, en dat de polykristallijne of amorfe verklaag 5 (302) in kontakt staat met de kristalkiem (S), en dat de thermische zone zorgt voor verschillende snelheden van warmtegeleiding door de thermische zone als funktie van de in de tweede richting (x) gemeten afstand teneinde bij verhitting te zorgen voor een toenemende 10 temperatuurgradient in de tweede richting (x) in de genoemde werklaag (302).
26. Plaatje volgens conclusie 25, met het kenmerk, dat de thermische zone (fig.35-38) een eerste laag (202) van warmtegeleidend materiaal omvat, gelegen op het sub- 15 straat (102) en een tweede laag (203) van warmte-isolerend materiaal, gelegen op de eerste laag (202); en dat de tweede laag (203) een lijst omvat (204) die ten minste een deel van het grensvlak van de • polykristallijne of amorfe werklaag (302) omvat (met uit- 20 zondering van het gedeelte van het grensvlak dat in kontakt met de kristalkiem staat en een gedeelte met verminderde dikte (216') nabij die kristalkiem).
27. Plaatje volgens conclusie 26, met het kenmerk, dat het gedeelte (216’) met verminderde dikte onder de 25 kristalkiem ligt en dat de rest van de tweede laag (203) een gelijkmatige dikte heeft.
28. Plaatje volgens conclusie 25, met het kenmerk, dat het substraat (102) bestaat uit glas, quartz, saffier, kristallijn silicium, germanium of galliumarsenide.
29. Plaatje volgens conclusie 28, met het kenmerk, dat de eerste laag (202) uit polysilicium bestaat, de tweede laag (203) uit siliciumdioxide bestaat , de kristalkiem (S) uit silicium bestaat en de werklaag (302) uit polysilicium bestaat. 8500231
NL8500231A 1984-01-27 1985-01-28 Halfgeleiderplaatje voor het maken van een eenkristalhalfgeleiderinrichting. NL8500231A (nl)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US57453584 1984-01-27
US06/574,535 US4549913A (en) 1984-01-27 1984-01-27 Wafer construction for making single-crystal semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL8500231A true NL8500231A (nl) 1985-08-16

Family

ID=24296558

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL8500231A NL8500231A (nl) 1984-01-27 1985-01-28 Halfgeleiderplaatje voor het maken van een eenkristalhalfgeleiderinrichting.

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4549913A (nl)
JP (1) JPS60180112A (nl)
DE (1) DE3502789A1 (nl)
GB (1) GB2153253B (nl)
NL (1) NL8500231A (nl)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5254211A (en) * 1987-03-27 1993-10-19 Canon Kabushiki Kaisha Method for forming crystals
US6515009B1 (en) 1991-09-27 2003-02-04 Neorx Corporation Therapeutic inhibitor of vascular smooth muscle cells
US5811447A (en) 1993-01-28 1998-09-22 Neorx Corporation Therapeutic inhibitor of vascular smooth muscle cells
JP3453436B2 (ja) * 1994-09-08 2003-10-06 三菱電機株式会社 半導体層を溶融再結晶化するための装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3336159A (en) * 1963-10-07 1967-08-15 Ncr Co Method for growing single thin film crystals
US3335038A (en) * 1964-03-30 1967-08-08 Ibm Methods of producing single crystals on polycrystalline substrates and devices using same
DE1280819B (de) * 1964-07-25 1968-10-24 Ibm Deutschland Verfahren zum Aufwachsen von Kristallen aus SiC, BN, BP, AIN oder AIP auf einen Keimkristall
US3585088A (en) * 1968-10-18 1971-06-15 Ibm Methods of producing single crystals on supporting substrates
US4059461A (en) * 1975-12-10 1977-11-22 Massachusetts Institute Of Technology Method for improving the crystallinity of semiconductor films by laser beam scanning and the products thereof
US4187126A (en) * 1978-07-28 1980-02-05 Conoco, Inc. Growth-orientation of crystals by raster scanning electron beam
JPS5674921A (en) * 1979-11-22 1981-06-20 Toshiba Corp Manufacturing method of semiconductor and apparatus thereof
US4381201A (en) * 1980-03-11 1983-04-26 Fujitsu Limited Method for production of semiconductor devices
US4323417A (en) * 1980-05-06 1982-04-06 Texas Instruments Incorporated Method of producing monocrystal on insulator
US4371421A (en) * 1981-04-16 1983-02-01 Massachusetts Institute Of Technology Lateral epitaxial growth by seeded solidification
US4406709A (en) * 1981-06-24 1983-09-27 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Method of increasing the grain size of polycrystalline materials by directed energy-beams
US4555301A (en) * 1983-06-20 1985-11-26 At&T Bell Laboratories Formation of heterostructures by pulsed melting of precursor material

Also Published As

Publication number Publication date
DE3502789A1 (de) 1985-08-08
JPS60180112A (ja) 1985-09-13
GB2153253A (en) 1985-08-21
GB2153253B (en) 1987-05-28
GB8501877D0 (en) 1985-02-27
US4549913A (en) 1985-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NL8500233A (nl) Eenkristal-halfgeleiderinrichtingen en werkwijze voor het maken daarvan.
JPS58127318A (ja) 絶縁層上への単結晶膜形成方法
EP0091806A2 (en) A method for producing a single crystalline semiconductor layer
NL8500231A (nl) Halfgeleiderplaatje voor het maken van een eenkristalhalfgeleiderinrichting.
NL8500232A (nl) Werkwijze en inrichting voor het maken van kristalkiemen voor eenkristal-halfgeleiderinrichtingen.
JP3453436B2 (ja) 半導体層を溶融再結晶化するための装置
JPH0521340A (ja) 薄膜半導体装置、その製法および製造装置
KR900002686B1 (ko) 열전도 제어층을 사용하여 간접가열 함으로써 도전성막을 재결정화하는 방법
US4655850A (en) Method of forming monocrystalline thin films by parallel beam scanning of belt shaped refractory metal film on amorphous or polycrystalline layer
JPH027415A (ja) Ｓｏｉ薄膜形成方法
KR100296111B1 (ko) 실리콘박막을결정화하는방법과이를이용한박막트랜지스터제조방법
JPS6144785A (ja) 半導体単結晶薄膜の製造方法
JPS61251115A (ja) 絶縁膜上の半導体単結晶成長方法
JP4028180B2 (ja) 冷陰極装置及び冷陰極の作製方法
JPS5856457A (ja) 半導体装置の製造方法
JPH0355975B2 (nl)
JPH04246819A (ja) 半導体薄膜の製造方法
JPH0449250B2 (nl)
JPH03250620A (ja) 半導体装置の製造方法
CN116034187A (zh) 用于晶体生长的基于激光式后加热
JP2999212B2 (ja) 溶融再結晶化法による半導体薄膜の製造方法
JPH031526A (ja) 半導体単結晶層の製造方法
JPS60164318A (ja) ビ−ムアニ−ル方法
JPH027417A (ja) Ｓｏｉ膜の形成方法
JPS63175415A (ja) 単結晶薄膜の形成方法

Legal Events

Date Code Title Description
BV The patent application has lapsed