NO323759B1 - Fremgangsmate ved fremstilling av en integrert ferroelektrisk anordning, og tilsvarende apparat - Google Patents

Fremgangsmate ved fremstilling av en integrert ferroelektrisk anordning, og tilsvarende apparat Download PDF

Info

Publication number
NO323759B1
NO323759B1 NO20014328A NO20014328A NO323759B1 NO 323759 B1 NO323759 B1 NO 323759B1 NO 20014328 A NO20014328 A NO 20014328A NO 20014328 A NO20014328 A NO 20014328A NO 323759 B1 NO323759 B1 NO 323759B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
layer
pulse
stated
laser
temperature
Prior art date
Application number
NO20014328A
Other languages
English (en)
Other versions
NO20014328L (no
NO20014328D0 (no
Inventor
Paul Peter Donohue
Michael Andrew Todd
Original Assignee
Qinetiq Ltd
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 Qinetiq Ltd filed Critical Qinetiq Ltd
Publication of NO20014328D0 publication Critical patent/NO20014328D0/no
Publication of NO20014328L publication Critical patent/NO20014328L/no
Publication of NO323759B1 publication Critical patent/NO323759B1/no

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
    • H01L21/04—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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • H01L31/1864—Annealing
    • 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
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H01L21/02345—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to radiation, e.g. visible light
    • H01L21/02354—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to radiation, e.g. visible light using a coherent radiation, e.g. a laser
    • 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
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
    • H01L21/02197—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides the material having a perovskite structure, e.g. BaTiO3
    • 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
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H01L21/02345—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to radiation, e.g. visible light
    • H01L21/02348—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to radiation, e.g. visible light treatment by exposure to UV light
    • 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
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/314—Inorganic layers
    • H01L21/316—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass
    • H01L21/31691—Inorganic layers composed of oxides or glassy oxides or oxide based glass with perovskite structure
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N15/00—Thermoelectric devices without a junction of dissimilar materials; Thermomagnetic devices, e.g. using the Nernst-Ettingshausen effect
    • H10N15/10—Thermoelectric devices using thermal change of the dielectric constant, e.g. working above and below the Curie point
    • 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
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02282—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process liquid deposition, e.g. spin-coating, sol-gel techniques, spray coating
    • 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
  • Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder forbedringer med hensyn til temperering eller gledning, og særlig en fremgangsmåte og anordning for å temperere ferroelektriske tynnfilm-materialer.
Det er gjort en betraktelig mengde forskning med hensyn til utvikling av utstyr som utnytter de termiske egenskaper ved ferroelektriske materialer. Et eksempel er utvikling-en av kameraer for infrarød billeddannelse basert på todimensjonale rekker av ferroelektriske termodetektorer, som er attraktive på grunn av deres funksjon nær omgivelsestemperaturen. Termiske detektorer som brukes for infrarød billeddannelse baserer seg på temperaturendringen i det avfeiende material, som skyldes absorpsjon av infrarød stråling. Hos ferroelektriske materialer forårsaker denne stråling en endring i materialets elektriske polarisasjon, som gjør det mulig å påvise størrelsen av endringen i temperaturen.
I den hensikt å minske detektorenes størrelse, er det blitt utviklet kombinerte, integrerte ferroelektriske anordninger hvor det ferroelektriske material er kombinert med elektron-iske utleserkretsløp i en eneste enhet. Disse anordninger inneholder typisk lagdelte strukturer med et tynt ferromagnetisk lag som er påført ved katodeforstøvning eller spinning, eller på annen måte er avsatt på eller over et eller flere basislag. Andre eksempler på sådanne integrerte ferroelektriske anordninger er piezoelektriske tynnfilm-aktuatorer og ferroelektriske direktehukommelser (FeRAMs - Ferroelectric Random Access Memories).
Kombinasjonen av det ferroelektriske material sammen med aktive kretsløp i en pakke gir et mer kompakt utstyr enn om en adskilt utleserkrets anordnes, og forbedrer utbyttet, senker prisen og hever ytelsen. Et grunnleggende problem ved sådanne anordninger er behovet for å avsette det ferroelektriske material innenfor en varmemengde som er i samsvar med at det integrerte kretsløp ikke skades eller ødelegges av hevede temperaturer. Det er allment anerkjent at å utsette en integrert krets for temperaturer over 450 °C er en begrensning ved behandling av brikker/materialer med integrert krets-innhold og dette kommer i konflikt med vekstbetingelsene for mange ferroelektriske lag.
En særlig viktig familie av de ferroelektriske materialer som er i bruk og undersøkes med tanke på infrarøde detektorer, aktuatorer eller FeRAM-anvendelser, er perovskitter. Denne familie omfatter materialer slik som blyscandiumtantalat (PST), blyzirkonattitanat (PZT), bariumstrontiumtitanat (BST), blytitanat (PT) og andre. For bruk som et ferro-elektrikum må materiallaget befinne seg i perovskittfasen. Det kan enten avsettes direkte i denne fase ved en hevet temperatur eller ved en lavere temperatur, for deretter å bli temperert til den ferroelektriske perovskittfase. Lag som avsettes ved lave temperaturer befinner seg generelt i en amorf, pyroklor eller annen fase som ikke er i stand til å oppvise ferroelektrisitet. For f.eks. PST må materialet avsettes ved temperaturer over 450 °C for å komme inn i perovskittfasen. Direkte avsetning av disse materialer i en perovskittfase er derfor uforenlig med integrerte kretsløps temperaturtoleranse.
En kjent måte som et ferroelektrisk materiallag i perovskittfase kan frembringes på uten å skade en ROIC (Read Out Integrated Circuitry) anordnet på et basislag, er å avsette materialet i en ikke-ferroelektrisk tilstand ved en lav temperatur (slik som lavere enn 450 °C). Materialet kan så bli temperert ved å bruke en laser for å varme opp faget tilstrekkelig til å omdanne materialet til dets perovskittfase.
For å forstå virkningen av lasertempereringen betraktes strukturen av en typisk uavkjølt infrarød detektor av mikrobrotype. Nedover fra toppoverflaten er materiallagene forut for elektrodeavsetningen slik som vist i tabell 1 (1 A - 0,1 nm).
For å varme opp PST-laget tilstrekkelig uten å skade ROIC-laget, må laserbølgelengden velges slik at det skjer en kraftig absorpsjon i PST-laget. Den tidsmessige pulsbredde må også holdes tilstrekkelig kort til at varmespredningslengden blir liten nok til å hindre den induserte varmebølge fra å trenge gjennom lagene til ROIC-laget. For forholdsvis tynne lag på f.eks. 1000 A, tilfredsstilles disse kriterier av kommersielt tilgjengelige eksimer-lasere. Disse lasere arbeider i det ultrafiolette område (UV-området) og har korte pulslengder på omtrent 25 ns. Pulsene leveres til laget enten som et eneste skudd eller ved en sakte repitisjonshasttghet på noen hundrede Hz, eller deromkring. Ved bølgelengden for en typisk kommersiell eksimer-laser på 248 nm, er den målte reflektivt-tet 21 % for PST (av ikke-perovskitt-type) avsatt ved lav temperatur. Dette indikerer en kraftig absorpsjon, skjønt absorpsjonslengden ved denne bølgelengde, beregnet ut fra eksperimentelle data, er 19 nm, hvilket indikerer kraftig overflateabsorpsjon.
For å generere en tilstrekkelig temperatur ved bunnen av et tykt PST-lag (tykkere enn 1000 A) fordres det en eksimer-laser med høy energitetthet. Økes effekten, øker også overflatetemperaturen. Dette setter en grense for den største mulige tykkelse av PST som kan tempereres, på omtrent 1000 A, på grunn av ekstrem overflateoppvarming som kan forårsake skade på overflaten, dårlig krystallisertng og krystallkvalitet, dårlig fysisk filmintegritet og tap av støkiometri som skyldes fordampning av flyktige komponenter. Som et resultat er bruk av en sådan laser utilfredsstillende for lag over f.eks. 2000 A (og enda mindre tilfredsstillende for enda tykkere lag), idet ekstremt høye temperaturer genereres på lagets overflate og store termiske gradienter frembringes i PSTet på grunn av de korte absorpsjons- og spredningslengder som stammer fra den korte pulsvarighet.
Fra US-patent nr. 5 310 990 er det kjent en fremgangsmåte ved lasertemperering av ferroelektriske tynnfilm-materialer for å gi sådanne en ønsket krystallinsk struktur. For å oppnå dette uten å skade nærliggende materialer i en integrert krets, føres avgivelsen fra laseren inn i et homogeniseringsapparat og deretter inn i en formgiver innrettet for å behandle strålen i rommet. Ved å sørge for en termisk forbehandling av materialet som skal tempereres, kan det da benyttes lasere som tidligere ikke kunne brukes.
Et formål for foreliggende oppfinnelse er imidlertid å overvinne eller lette problemene knyttet til lasertemperering eller -glødning av forholdsvis tykke lag av ferroelektriske materialer og som opptrer på grunn av begrensningene ved kommersielt tilgjengelige lasere.
I henhold til et første aspekt av foreliggende oppfinnelse fremskaffer den såtedes en fremgangsmåte ved fremstilling av en integrert ferroelektrisk anordning som omfatter et første materiallag som er i stand til å bli eksitert til en ferroelektrisk tilstand og et andre materiallag som definerer en integrert krets, idet fremgangsmåten har som særtrekk at den omfatter trinn hvor:
- en energipuls frembringes, som har en første tidsbredde,
- tidsbredden av nevnte puls utvides ved å føre den gjennom en tidsforlenger for å frembringe en behandlet puls som har en større tidsbredde, og - det første lag belyses med nevnte behandlede puls for å omdanne noe av eller alt material i det første lag fra en ikke-ferroelektrisk tilstand til en fase som er i stand til å oppvise ferroelektrisitet eller som på annen måte forbedrer kvaliteten av materialet i det første lag uten å overskride temperaturmengden for den integrerte krets i det andre lag.
Fremgangsmåten kan videre omfatte at det genereres et antall sådanne behandlede pulser og at anordningen sekvensielt belyses med nevnte pulser.
Fortrinnsvis omfatter det første materiallag en mindreverdig avsatt perovskitt, mens fremgangsmåten forbedrer perovskittmaterialets kvalitet (dvs. større krystallorden og/eller krystallstørrelse). Alternativt kan materialet avsettes hovedsakelig i en ikke-perovskittfase, mens fremgangsmåten omdanner noe av eller hele materialet til perovskittfase.
Fortrinnsvis er energipulsen en energipuls frembragt ved utnyttelse av en laser. Mer enn én sådan puls kan genereres, idet hver puls blir forlenget i tid. Det første lag kan bli sekvensielt belyst med et antall sådanne behandlede pulser.
Ved å anordne en tidsforlenger blir det mulig å levere laserenergi til det første lag ved en saktere hastighet enn hva som er mulig med en tkke-forlenget laserpuls ved bruk av kommersielt tilgjengelige laserkilder. Dette øker spredningslengden i materialet, hvilket sikrer en jevnere oppvarming gjennom hele laget og minsker overflatetemperaturen på den side av det første lag som er nærmest laserkilden.
Laserpulsen kan frembringes ved å utnytte en eksimer-laser. Den kan ha en bølge-lengde i det ultrafiolette område på omtrent 248 nm (for en KrF-eksimer-laser). Alternativt kan pulsen frembringes ved å utnytte en C02-laser.
Pulsen som frembringes av laseren kan ha en tidslengde på omtrent 10 elter 20 ns, eventuelt omtrent 25 ns, kanskje enda mer, eller en hvilken som helst verdi innenfor et verdiområde begrenset av en eller flere av de forut nevnte verdier. Dette representerer grensen for de eksimer-fasere som for tiden er kommersielt tilgjengelig.
Tidsforlengeren kan øke pulsens tidslengde for å frembringe en behandlet puls med en varighet på omtrent 300 ns eller mellom omtrent 300 og 400 ns, eventuelt lenger. Som et eksempel kan den behandlede puls ha en tidslengde som er en størrelsesorden større enn en ubehandlet puls.
Den utvidede puls kan omfatte mer enn én delpuls, idet hver delpuls tilsvarer en pulsaksjon hos forlengeren. Disse kan være skilt med et kjent tidsintervall for å frembringe en sekvens av tett plasserte delpulser som utgjør den behandlede puls. Tidsbredden av hver delpuls kan tilsvare en ubehandlet puls' tidsbredde. De kan være skilt med f.eks. omtrent 25 ns eller omtrent 30 ns, eventuelt 50 ns eller mer eller mindre, eller et hvilket som helst verdiområde avgrenset av en av verdiene. I tilfellet av 10 delpulser frembringes det en behandlet puls med en varighet på omtrent 400 ns.
Den behandlede puls kan derfor omfatte to, tre, fire, eventuelt ti etler flere delpulser som tidsmessig befinner seg tett inntil hverandre for å danne en behandlet puls. Med "tett" menes det her at avstanden mellom delpulsene kan være mindre enn bredden av hver delpuls eller kanskje lik delpulsbredden, eventuelt større enn delpulsbredden.
Den enkelte delpuls kan frembringes ved delvis refleksjon av den ubehandlede puls inne i tidsforlengeren.
Fremgangsmåten kan omfatte at det frembringes en behandlet puls som har en fluens eller partikkelstrøm (energifluens) og varighet som samsvarer med egenskapene til materialet i det første lag, slik at temperaturen gjennom hele laget (eller over en vesentlig dybde av det første lag) overskrider en forutbestemt tempereringstemperatur, mens temperaturen i det andre lag ligger innenfor en temperatur som kretsløpet kan tåle.
I en særlig nyttig utførelse kan den behandlede puls' egenskaper (innbefattet fluens, varighet og bølgelengde) velges slik at hele det første lag overskrider overgangstempe-raturen for å bringe materialet til en ferroelektrisk perovskittfase. Denne kan være høyere enn 450 °C. Samtidig kan topptemperaturen i det andre lag holdes lavere enn 450 °C.
Det første lag kan omfatte et PST-lag (eller annet material) med en tykkelse på omtrent 0,1 um, eller kanskje omtrent 1 um, eventuelt omtrent 0,8 um eller omtrent 1,2 pm, eller en hvilken som helst verdi derimellom.
Det første lag kan utgjøre anordningens topplag. Alternativt kan det ha andre lag anordnet både over og under seg for å utgjøre en sandwich-lignende struktur. Det integrerte kretsløp kan være anordnet under det første lag.
Som en forfining av fremgangsmåten, kan i det minste ett tilleggsfag anordnes over det første lag (dvs. på motsatt side av det andre lag).
Det kan brukes to ulike energikilder som hver frembringer en respektiv puls, og hver respektiv puls blir så utvidet ved hjelp av en pulsforlenger for å frembringe en behandlet puls. Det første lag kan da belyses med begge behandlede pulser. Dette kan skje enten hovedsakelig samtidig eller sekvensielt.
De ulike energikilder kan omfatte to forskjellige lasere som hver genererer en puls med forskjellig bølgelengde. For eksempel kan den ene kilde utgjøres av en KrF-laser eller annen type eksimer-laser, mens den annen kilde er en karbondioksydlaser (C02-laser).
I en utførelse kan fremgangsmåten innebære at det anordnes et metallag mellom det første lag og det andre lag, og at det første lag belyses med to ulike, behandlede pulser. Det kan da brukes en C02-laser og en KrF-laser, hvorved to virkninger opptrer. For det første blir det første lag oppvarmet fra toppen og nedover ved hjelp av KrF-laserpulsen. For det andre blir det første lag oppvarmet fra bunnen og oppover på grunn av oppvarm-ingen av metallaget når det eksiteres av C02-Iaserpulsen. Dette har som virkning at laget varmes opp fra begge sider.
Pulsens energifluens (eller strålingseksponering) kan være omtrent 0,05 J/cm<2>,
0,1 J/cm<2>, 0,2 J/cm<2> eller eventuelt en høyere eller lavere verdi. Den kan velges til å være en hvilken som helst verdi innenfor et verdiområde avgrenset av en eller flere av disse verdier ved dens øvre grense og/eller nedre grense. Den kan f.eks. ligge i området 0,05 - 0,1 J/cm<2>, eller 0,1 - 0,2 J/cm<2>, eventuelt 0,05 - 0,1 J/cm<2>.
Den behandlede puls' varighet og fluens kan også velges til å være i samsvar med tykkelsen av og egenskapene til det første lags materialer, stik at overflatetemperaturen på det første lag (dvs. den overflate som utsettes for stråling) ikke overskrider en forutbestemt maksimumstemperatur. Brukes det en passende behandlet pulsbredde på et lag på 1 um, blir det mulig å holde overflatetemperaturen under perovskitt-smelte-temperaturen på omtrent 1500 °C (avhengig av det material som benyttes).
Det vit selvsagt lett forstås at i stedet for å begynne med en kort puls som har en første varighet for så å forlenge pulsen, kan det anvendes en lengre innledningsvis puls ved å utnytte en "skreddersydd" laseranordning. Dette vil imidlertid vise seg å bli dyrere, og foretrekkes derfor ikke.
Som en forfining kan det første lag belyses med den behandlede puls mens anordningens omgivelsestemperatur holdes høyere enn værelsestemperaturen. En omgivelsestemperatur på i området 100 - 450 °C eller 200 - 450 °C, eller et hvilket som helst annet verdiområde omtrent mellom grensene 100 og 500 °C kan brukes. En omgivelsestemperatur på 300 °C foretrekkes. Dette betyr at det blir mulig å bruke en laserpulskilde med lavere energi, ettersom den har mindre arbeid å gjøre for å heve temperaturen over faseovergangstemperaturen. Som en ytterligere forfining kan laserlyset belyse substratet under avsetningen eller pådampningen av det første lag.
Det vil også forstås at det kan være en betraktelig tidsforsinkelse mellom avsetningen av laget eller lagene som utgjør anordningen og tempereringstrinnene. Anordningens lag kan f.eks. avsettes i en fabrikk eller et rom i fabrikken før den flyttes til et annet rom eller annen fabrikk for å bli temperert. Faktisk kan fremgangsmåten finne anvendelse for å temperere eller gløde en hvilken som helst anordning som har et første og andre lag på et hvilket som helst tidspunkt i dens levetid, eller før eller etter bruk.
Det første materiallag kan avsettes ved en temperatur under den som behøves for å danne perovskitt og kan avsettes hovedsakelig fullt ut som en ikke-perovskittfase. For f.eks. PST vil det bit frembragt et ikke-perovskittlag ved avsetning under 300 °C (for å frembringe et amorft material) eller mellom 300, eventuelt ved, 500 °C for å frembringe et pyroklormaterial. Jo høyere temperatur som brukes for avsetningen, desto mer sannsynlig er det at materialet vil befinne seg i perovskittfasen før temperering. Den temperatur som brukes for å avsette materialet må selvsagt ikke overskride det andre lags temperaturmengde.
Fagfolk på området vil selvsagt forstå at med "temperaturmengde" menes den høyeste temperatur som det andre lag kan oppvarmes til uten å forårsake uakseptabel skade på eller forringelse av det andre lag.
I henhold til et andre aspekt fremskaffer oppfinnelsen et apparat for fremstilling av en integrert ferroelektrisk anordning, idet anordningen omfatter i det minste et første materiallag som er i stand til å befinne seg i en perovskittfase og et andre materiallag som definerer en integrert krets, og hvor apparatet har som særtrekk at det omfatter: - pulsgeneratorutstyr innrettet for å generere en energipuls som har en første tidsbredde, - pulsforlengerutstyr innrettet for å utvide tidspulsbredden av nevnte puls og frembringe en behandlet puls med større tidsbredde, og - ledeutstyr tilpasset for å føre nevnte behandlede energipuls over på det første lag.
Apparatet kan videre omfatte et avsettende utstyr for å avsette nevnte første materiallag over det andre lag, idet noe av eller hele det første lag befinner seg i en ikke-perovskittfase.
Pulsgeneratorutstyret kan f.eks. bestå av en laser, slik som en eksimer-laser, f.eks, en kryptonfluoridlaser (KrF-laser). Alternativt kan den være en karbondioksydlaser (C02-laser). Laseren kan ha en bølgelengde i det ultrafiolette spekter på f.eks. 248 nm. Et eksempel på en egnet laser, er KrF-eksimer-laseren Lambda Physik LPX210L
Det avsettende utstyr kan være tilpasset for å avsette et første materiallag over det andre lag etter at et eller flere mellomliggende lag er blitt avsatt på det andre lag. Et av disse mellomliggende lag kan være et offerlag som senere fjernes for å etterlate et rom mellom det første og andre lag og derved danne en mikrobro. Ved å anordne elektriske kontakter mellom det andre lags integrerte kretsløp og det første lag, kan anordningen virke som en infrarød termodetektor.
Det kan derfor fremskaffes et fjernemiddel eller -utstyr for å fjerne offerlaget. Laget kan fjernes før eller etter at det første lag tempereres.
Anordningen kan utgjøre en termodetektor, slik som en pyroelektrisk eller dielektrisk infrarød detektor av bolometertype. Denne kan omfatte en anordningsrekke som utgjør et billeddannende termokamera, eventuelt en uavkjølt rekke. Alternativt kan den omfatte en piezoelektrisk aktuator eller eventuelt en ferroelektrisk direktehukommelse (random acess memory). Et antall anordninger kan anordnes i rekke på en eneste skive. Selvsagt vil det som en modifikasjon ligge innenfor omfanget av den søkte beskyttelse å frembringe et apparat for temperering av ethvert utstyr som inneholder et første lag som skal tempereres (og som eventuelt ikke er ferroelektrisk) og et andre lag som er ømfintlig overfor overoppheting.
Når det frembringes en rekke av anordninger kan den behandlede puls belyse mer enn én, og fortrinnsvis alle, anordningene i rekken samtidig. Alternativt kan den behandlede puls påføres anordningene sekvensielt ved å ta en laserstråle bestående av et antall behandlede pulser søke over rekken av anordninger. I et annet arrangement kan laserstrålen være fast, mens rekken av anordninger forflyttes i forhold til laseren ved å bruke et eller flere parallellforskyvende trinn.
Apparatet kan også omfatte utstyr for å heve den integrerte anordnings omgivelsestemperatur under tempereringen. Dette kan omfatte et varmeelement som anordningen plasseres på.
Apparatet kan også ha utstyr for å suge ut luft fra omkring anordningen under tempereringen. For eksempel kan det anordnes et vakuum kam mer og anordningen plasseres i vakuumkammeret. En innløpsport kan anordnes slik at kammeret lar seg fylle med en etler flere gasser, slik som oksygen, under tempereringen eller glødingen.
Pulsforlengeren kan være innrettet for å øke tidspulsbredden av den første puls til omtrent to ganger eller fire ganger, elter omtrent ti ganger eller mer enn ti ganger, eventuelt en hvilken som helst verdi derimellom. I en utførelse er pulsforlengeren innrettet for å frembringe en behandlet puls som omfatter et antall delpulser, idet hver delpuls tilsvarer den første puls. Dette kan oppnås ved å utnytte flere delrefleksjoner av den første puls. En egnet pulsforlenger kan oppnås fra Exitech Limited, Hanborough Park, Long Hanborough, Oxford, England.
Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan frembringe en integrert ferroelektrisk anordning som omfatter i det minste et første ferroelektrisk materiallag og et andre lag som omfatter en integrert krets, idet det første lag er omdannet til en perovskittfase ved utnyttelse av en energipuls fra en laser, som er blitt forlenget i tid.
Det første lag kan bestå av et material valgt fra en materialklasse som kan foreligge i en perovskittfase, slik som PST, blyzirkonattitanat (PZT), bariumstrontiumtitanat (BST), blytitanat (PT) og andre.
Det andre lag kan inneholde silisium, silisiumoksyd og nødvendige metalliserings- og implanterte dopede lag for bestemmelse av den integrerte krets. Andre materialer er selvsagt mulig.
Anordningen kan ha en mikrobro. Denne kan utgjøre en del av en billeddannende anordning for å påvise innfallende stråling. En rekke anordninger kan frembringes for f.eks. å generere et todimensjonalt bilde av en scene. I dette tilfelle kan det første lag befinne seg i avstand fra det andre lag for å utgjøre en bro som overlapper det andre lag.
Broens øvre overflate kan ha et metallbelegg. I tillegg til eller i stedet for det øvre lag kan broens nedre overflate ha et metallbelegg. Metallbelegget på broens nedre overflate kan bestå av et platinalag som overlapper et titanlag. Metallbelegget på den øvre overflate kan være et titanlag.
Det andre lags integrerte krets kan omfatte en integrert utleserkrets (ROIC). Den kan inneholde en forsterker tilpasset for å forsterke signaler fra det første lag.
Et barrierelag, slik som av silisiumdioksyd, kan være anordnet på broens nedre overflate. Dette kan overlappe et mulig tilstedeværende metallag. Det andre lag kan også forsyn-es med et barrierelag. Igjen kan dette f.eks. være silisiumdioksyd. Barrierelagene hindrer offermaterialet som bestemmer gapet mellom det første og andre lag fra å reagere med lagene under produksjonen av anordningen. I den ferdige anordning kan selvsagt i hovedsak alt offermaterial ha blitt fjernet ved bruk av et passende etsemiddel. Et termisk barrierelag, f.eks. et Si02-lag som har lav termisk utbredelsesevne, kan være anordnet i mellomrommet under det første lag for å forbedre varmeflyten nedover, bort fra det første lag.
Anordningen behøver selvsagt ikke ha en mikrobro. Den kan f.eks. omfatte en alternativ form for infrarødt følerutstyr. Den kan være en piezoelektrisk tynnfilmaktuator eller ferroelektrisk direktehu kom meise (FeRAM) eller en dynamisk direktehukommelse (DRAM).
Aller helst er tykkelsen av det første ferroelektriske materiallag større enn 2000 A, eller større enn 5000 A, alternativt inntil 1 um. I hovedsak alt material gjennom lagets tykkelse kan befinne seg i perovskittfasen, som er temperert ved bruk av den forlengede laserpuls.
Det er mulig å varme opp det første materiallag til en første temperatur uten å varme opp det andre materiallag anordnet under det første lag til nevnte første temperatur. Ved å forlenge pulsen i tid blir det første lags overflatetemperatur, når det belyses med tilstrekkelig pulsenergi til å varme opp hele laget til eller over den første temperatur, lavere enn for en tilsvarende ikke forlenget puls, hvor energien tilføres i et kortere tidsrom.
Det første lag omfatter et material som er i stand til å befinne seg i en ferroelektrisk tilstand. Det andre lag kan omfatte et stlisiumgrunnlag som en integrert krets er utformet på. Det er generelt kjent at sådanne kretser vil bli skadet dersom de oppvarmes til over 450 °C, mens de fleste ferroelektriske materialer behøver å bli oppvarmet til over 450 °C for å gi et høyverdig ferroelektrisk material. Dette kan oppnås ved å benytte fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse for lag inntil en tykkelse på minst 1 pm bestående av et ferroelektrisk material.
Fortrinnsvis velges pulsbredden slik at den er tilstrekkelig lang til å sikre at varmen ved overflaten av det første lag sprer seg bort ved en rate som holder overflatetemperaturen lavere enn smelting, men som samtidig er tilstrekkelig lang til at det andre lags overflatetemperatur ikke overskrider den første temperatur. Dette vil avhenge av det første lags egenskaper og pulsens bølgelengde.
Laserpulsen kan forlenges i tid ved delvis refleksjon av en laserstråle.
Behandlingen kan omdanne et ferroelektrisk material fra en ikke-perovskitt-tilstand til en perovskitt-tilstand, eller fra mindreverdig perovskitt til mer høyverdig perovskitt. Andre behandlinger innebærer oppvarming for å frigjøre låste spenninger i det første lag eller ganske enkelt bevirke en kjemisk endring i materialet i laget, eller en eller annen annen fysisk tilstandsendring.
Fra en synsvinkel er det med minst ett arrangement, et formål for oppfinnelsen å frembringe en jevnere oppvarming av materialet i det første lag enn hva som kan oppnås ved å bruke kommersielt tilgjengelig standard-laserutstyr. Alternativt kan den sees på som en teknikk og apparatur for å minske det første lags overflatetemperatur ved å frembringe den nødvendige varmeenergi ved en saktere rate, ved å utnytte en forlenget puls. I andre aspekter sikrer oppfinnelsen at varmen holdes borte fra uønskede områder av gjenstanden ved å frembringe en forlenget puls med passende varighet og som gir en mer regulert og nøyaktig oppvarming av materaillaget.
Bare som eksempel vil det nå bli beskrevet en utførelse av foreliggende oppfinnelse med henvisning til de vedføyde tegninger, på hvilke: Fig. 1 er en anskueliggjørelse av en integrert infrarød detektor uten kjøling som har et
ferroelektrisk lag som er temperert i henhold til foreliggende oppfinnelse,
fig. 2 er et kurvediagram som viser en målt tidspulsfasong for en tidligere kjent
eksimer-laser av typen Lambda Physik LPX210i,
fig. 3 anskueliggjør et sett beregnede temperaturprofiler for tidligere kjent teknikk gjennom et PST-lag på 1 pm, som skyldes at det utsettes for en ikke-forlenget
laserpuis med en bredde på 25 nm og en fluens på 0,1 J/cm<2>,
fig. 4 anskueliggjør de beregnede temperaturprofiler for tidligere kjent teknikk gjennom en dybde av PST-lagstabelen under og etter at den er utsatt for en ikke-forlenget
laserpuis med en fluens på 0,1 J/cm<2>,
fig. 5 anskueliggjør den målte tidspulsfasong for en 10 gangers pulsforlengende aksjon med en forsinkelse mellom pulser på 35 ns, ved å bruke en eksimer-laser i
henhold til foreliggende oppfinnelse,
fig. 6 viser beregnede temperaturprofiler for et PST-lag på 1 pm når det utsettes for en
forlenget laserpuis med en fluens på 0,2 J/cm<2>,
fig. 7 viser beregnede temperaturprofiler gjennom dybden av PST-lagstabelen under
og etter at den er utsatt for en forlenget laserpuis med en fluens på 0,2 J/cm<2>, fig. 8 viser en avsøkning av typen XRD 0-20 av et avsatt, utemperert lag av PZT-sol/gel,
fig. 9 viser en avsøkning av typen XRD 6-20 av en PZT-sol/gel temperert med en
forlenget laserpuis,
fig. 10 er en skisse som viser et snitt gjennom en typisk mikrobroanordning temperert t
henhold til oppfinnelsen, og
fig. 11 viser et apparat i henhold til en utførelse av oppfinnelsen.
I den hensikt å kvantifisere forbedringene som kan oppnås ved å bruke en fremgangsmåte og et apparat i henhold til foreliggende oppfinnelse, ble det utviklet en modell av temperaturprofilene gjennom en helt typisk, infrarød føleranordning og eksperimentelle data ble oppnådd ved å bruke både en tidligere kjent enkeltpulslaser og en pulsforlenget laser i henhold til oppfinnelsen.
Spredeligntngen ved oppvarming av et vilkårlig material ved bruk av laserstråling er blitt løst. Antas det at lagstabelen og den bestrålende laserstråle er ensartet i x/y-planet, idet det siste skyldes bruk av en strålehomogenisator, kan ligningen uttrykkes på en en-dimensjonal form, som:
hvor / (z, r) er laserlysets energitetthet ved dybden z på tidspunktet f, T er temperaturen i det absorberende medium, Ta er omgivelsestemperaturen i tempereringskammeret og e, p, Cp, k og a er henholdsvis emisjonsfaktor, tetthet, spesifikk varme, varmeledningsevne og absorpsjonskoeffisient. Ved å sette inn et ferroelektrisk materials, slik som PSTs, termiske egenskaper samt formen i tid av laserpulsen som påføres materialet, kan temperaturfordelingen gjennom hele materialet estimeres. Det skal imidlertid bemerkes at virkningen av latent varme som skyldes dannelsen av perovskittfasen ikke ble tatt med i beregningen, men dette berører ikke oppfinnelsen.
Strukturen av en typisk føler er vist i snitt i fig. 10 og i et plan i fig. 1 på de vedføyde tegninger (samt i tabell 1 ovenfor).
Som vist i fig. 1 omfatter føleren en mikrobro 10 som har et hoveddeteksjonsområde 12 som utgjør et eneste billedelement i en rekke av billedelementer i en billeddannende anordning. Hoveddeteksjonsområdet 12 omfatter en bro 14 av følermaterial som reagerer på innfallende stråling og som typisk er et ferroelektrisk material, slik som blyscandiumtantalat Mikrobroarealet måler typisk 50 x 50 pm. Benbredden er omtrent 5 pm, mens benlengden er omtrent 30 pm. Det avfeiende følermaterial er utstyrt med elektrisk ledende belegg på både undersiden og oversiden. Belegget på oversiden er mønstret slik at det bare befinner seg på det øvre brolegemeområde. Belegget på undersiden er mønstret med den samme fasong som det avfølende material og er således fortløpende nedover mikrobrobena. Et elektrisk brudd (ikke vist) i det nedre belegg skiller broen 14 i to områder. Et substrat eller basislag (ikke vist) av silisium er anordnet, og broen 14 bæres oppe fra silisiumbasislaget ved hjelp av et par ben 18 som heller nedover for å komme i kontakt med hoveddeteksjonsområdet 12 ved diagonalt motsatte hjørner 20 og 22. Benas føtter 24 og 26 er i kontakt med silisiumbasislaget.
Fig. 10 er en skisse av et snitt gjennom mikrobroen vist i fig. 2, som er tatt slik at snittet passerer gjennom mikrobroens to føtter (ikke i skala). I arrangementet vist i fig. 10 er det et silisiumbasislag eller substrat A som har en dybde på typisk 300 - 500 pm, et isolerende silisiumdtoksydlag B som strekker seg over silisiumlaget med en dybde på omtrent 0,5 pm, et tomrom G (som er fylt med offermaterial under produksjonen av anordningen) med en gjennomsnittlig dybde på 1 - 2 pm, et titanlag og et platinalag D (titanet er i størrelsesorden 100 A, mens ptatinataget er i størrelsesorden 1000 A), et ferroelektrisk lag E som i dette eksempel er blyscandiumtantalat med en dybde/tykkelse på omtrent 1 pm, og et titanlag F med en dybde på omtrent 100 - 200 A.
Den øvre og nedre overflate av det ferroelektriske material har metallbelegg. Metallbelegget på oversiden omfatter et platinalag overlagt i et titanlag. Metallbelegget på den øvre overflate omfatter et titanlag. Avstanden mellom de ledende lag D og F i fig. 2 og betegnet "H" utgjør, når den kombineres med følermaterialets brytningsindeks, en optisk bane som er lik en fjerdedel av bølgelengden av den stråling som mikrobroen skal være følsom overfor. Således avstemmes mikrobroen til en bestemt bølgelengde for absorpsjon, av tykkelsen av det termisk følsomme lag. For en strålingsbølgelengde på 10 pm tilsvarer dette en fysisk tykkelse på omtrent 1 pm for de fleste ferroelektriske, keramiske materialer og fortrinnsvis for blyscandiumtantalat. For optimal absorpsjon har titan-belegget på den øvre overflate en sjiktmotstand som står i samsvar med det frie rom, dvs. 377 ohm pr. kvadrat, mens platinabelegget på den nedre overflate har en høy infrarød reflektans, dvs. at det er over 100 nm tykt. Det nedre belegg har et avbrudd I (for i praksis å gi to parallelle kondensatorplater koblet i serie rygg mot rygg). Dette gjør det mulig for det nedre belegg å bli utnyttet for å gi to kontakter for følermaterialet, mens det øvre belegg tillates å være elektrisk flytende.
Sammenkoblende spor C av ledende metall er anordnet på sislisiumbasislaget for å forbinde signalene fra mikrobroen med utleserelektroder. Silisiumbasislaget er belagt med et isolerende lag B som i dette tilfelle er silisiumdioksyd, for elektrisk å isolere de sammenkoblende spor. De to halvdeler av det nedre belegg på følermaterialet er begge forbundet med adskilte sammenkoblende spor på silisiumbasislaget. I en billeddannende anordning hvor utlesereelektronikken befinner seg i silisiumbasislaget, vil de sammenkoblende spor være mønstret sammen med utleserelektronikken, dvs. under silisiumdioksydet eller annet lignende passiveringslag B, mens forbindelsene til mikrobroen vil gå gjennom hull i passiveringslaget.
I fig. 3 og 4 er det vist temperaturfordelinger gjennom alle lagene i anordningen vist i fig. 10, som skyldes en 25 cm bred laserpuis fra en eksimer-laser med en fluens på 0,1 J/cm<2>. Temperaturfordelingen ble modellert ved simulering av ti adskilte 0,1 pm tykke lag, hvis middeltemperaturer er vist som funksjon av dybden i fig. 4. Såvel som tempe-raturgradienten gjennom PST-laget, er overflatetemperaturen meget høy. Fig. 4 viser temperaturfordelingen sammen med avstanden fra den bestrålte overflate. Igjen fremgår det høye temperaturgradienter og overskytende overflateoppvarming.
For å løse problemet forbundet med høy overflatetemperatur er det blitt foreslått et apparat i henhold til et aspekt av oppfinnelsen. Dette er anskueliggjort i fig. 11. Dette omfatter en kommersiell eksimer-laser 100 som styres av en datamaskin 101 og som frembringer en lyspuls med en pulsvarighet ved den fulle bredde ved halvparten av den største verdi (fwhm - full width at half maximum) på 25 ns. Avgivelsen fra laseren 100 passerer gjennom en variérbar attenuator 150 og en tidsforlenger 200 som virksomt øker pulsvarigheten og derved diffusjonslengden. Den forlengede laserpuis blir så ført gjennom et anamorft teleskop 210 og en strålehomogenisator 220 til et vakuumkammer 300.
Vakuumkammeret 300 inneholder en varmeplate 301 som en skive 302 som inneholder en ubehandlet føler plasseres på bak et vindu 303 som er transparent for ultrafiolett stråling. Varmen hever omgivelsestemperaturen for skiven som utgjør føleren og den pulsede laserstråle temperer eller herder PST-laget til et lag i perovskittfase. En vakuumpumpe 304 er anordnet for å evakuere kammeret, mens et innløp 305 tillater en prosessgass å bli ført inn i kammeret.
En målt tidsprofil fra apparatet er vist i fig. 5. Det kan sees ti delpulser som tilsvarer hovedpulsens forlengede virkning og deretter avtagende subsidiære pulser som tilsvarer ufullkommenheter i systemet. Pulsforlengeren har økt pulsvarigheten fra en full bredde ved halvparten av den største verdi på 25 ns til en på 350 ns.
Antas det at pulsen har en fluens på 0,1 J/cm<2> (slik som for den uforlengede puls), er virkningene av pulsen på lagene slik som vist i fig. 6 for middellagtemperaturer og i fig. 7 for temperaturfordelingen avhengig av avstand fra den bestrålte overflate på forskjellige tidspunkter. Igjen ble det gått ut fra et PST-lag på 1 pm, modellert som ti 0,1 pm tykke lag.
Pulsforlengerens virkning er på effektiv måte å senke den hastighet eller rate som energi leveres til overflaten med, for derved å gi den varme som genereres mer tid til å spre seg bort. Overflatetemperaturen blir tilsvarende lavere enn for den ikke-forlengede puls sammen med lavere varmegradienter, og derved en gjennomsnittlig høyere temperatur i hele PST-laget. Det er klart at pulslengden fortsatt er tilstrekkelig kort til å hindre tempe-råturen på silisiumskivens aller øverste overflate, hvor de aktive kretsløp befinner seg, fra å stige mer enn noen få grader over omgivelsestemperaturen for skiven som et hele.
Innledningvise studier som utnyttet apparatet basert på arrangementet vist i fig. 11 sammen med sol/gel-avsatt PZT, har vist at teknikken er i stand til å krystallisere amorft material slik det er avsatt, til den nødvendige ferroelektriske perovskittfase uten å skade den underliggende ROIC. Fig. 8 viser en avsøkning av typen 6-20 røntgendiffraksjon (XRD - X-ray Diffraction) av materialet slik det er avsatt. De tilstedeværende refleksjoner og som kan sees t figuren, skyldes platinaet som ligger som en foring under PZTet og en "mellommetallfase" som dannes på grunn av en reaksjon mellom platinaet i substratet og blyet i PZTet, slik det er avsatt. Fig. 9 viser en lignende XRD 6-20-avsøkning av et material temperert med en pulsforlenget eksimer-laser ved hjelp av 10<4> pulser ved en fluens på 80 mJ/cm<2> og med substratet oppvarmet til en omgivelsestemperatur på 300 °C i et oksygenfylt kammer. Refleksjonene fra perovskitt-PZTet kan klart sees, hvilket viser at materialet er blitt krystallisert til den riktige fase.

Claims (23)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av en integrert ferroelektrisk anordning som omfatter et første materiallag som er i stand til å bli eksitert til en ferroelektrisk tilstand og et andre materiallag som definerer en integrert krets, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter trinn hvor: - en energipuls frembringes (100), som har en første tidsbredde, - tidsbredden av nevnte puls utvides ved å føre den gjennom en tidsforlenger (200) for å frembringe en behandlet puls som har en større tidsbredde, og - det første lag belyses med nevnte behandlede puls for å omdanne noe av eller att material i det første lag fra en ikke-ferroelektrisk tilstand til en fase som er i stand til å oppvise ferroelektrisitet eller som på annen måte forbedrer kvaliteten av materialet i det første lag uten å overskride temperaturmengden for den integrerte krets i det andre lag.
2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, og som videre omfatter at det genereres et antatt sådanne behandlede pulser og at anordningen (10) sekvensielt belyses med nevnte pulser.
3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, og hvor materialet i det første lag omfatter en mindreverdig avsatt perovskitt, mens fremgangsmåten forbedrer perovskittmaterialets kvalitet.
4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, og hvor det første lag omfatter material som avsettes hovedsakelig i en ikke-perovskittfase, mens fremgangsmåten omdanner noe av eller hele materialet til perovskittfase.
5. Fremgangsmåte som angitt i et av de forutgående krav, og hvor energipulsen omfatter en energipuls frembragt ved utnyttelse av en laser (100).
6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, og hvor pulsen som frembringes av laseren har en tidslengde på omtrent 10 eller 20 ns, eventuelt omtrent 25 ns, eller en hvilken som helst verdi innenfor et verdiområde begrenset av en eller flere av de forut nevnte verdier.
7. Fremgangsmåte som angitt i et av de forutgående krav, og hvor tidsforlengeren øker pulsens tidslengde for å frembringe en behandlet puls med en varighet på omtrent 300 ns eller mellom omtrent 300 og 400 ns.
8. Fremgangsmåte som angitt i et av de forutgående krav, og hvor den behandlede puls omfatter mer enn én delpuls, idet hver delpuls tilsvarer en pulsaksjon hos forlengeren (200).
9. Fremgangsmåte som angitt t et av de forutgående krav, og hvor den behandlede puls har en fluens og varighet som samsvarer med egenskapene til materialet i det første lag, slik at temperaturen gjennom hele laget (eller over en vesentlig dybde av det første lag) overskrider en forutbestemt tempereringstemperatur, mens temperaturen i det andre lag ligger innenfor kretsløpets temperaturmengde.
10. Fremgangsmåte som angitt i et av de forutgående krav, og hvor det første lag utgjør topplaget for anordningen (10).
11. Fremgangsmåte som angitt i et av de forutgående krav, og hvor det anordnes to ulike energikilder som hver frembringer en respektiv puls, idet minst én av nevnte respektive pulser utvides ved hjelp av en pulsforlenger (200) for å frembringe en behandlet puls og det første lag belyses med begge pulser.
12. Fremgangsmåte som angitt i krav 11, og hvor laget belyses med begge pulser hovedsakelig samtidig.
13. Fremgangsmåte som angitt i et krav 11 eller 12, og som også omfatter at et metallag anordnes mellom det første lag og det andre lag og at det første lag belyses med to ulike, behandlede pulser.
14. Fremgangsmåte som angitt i et av de forutgående krav, og hvor det første lag belyses med den behandlede puls mens anordningens omgivelsestemperatur holdes høyere enn værelsestemperaturen.
15. Apparat for fremstilling av en integrert ferroelektrisk anordning (10), idet anordningen omfatter i det minste et første materiallag som er i stand til å befinne seg i en perovskittfase og et andre materiallag som definerer en integrert krets, karakterisert ved at apparatet omfatter: - pulsgeneratorutstyr (100) innrettet for å generere en energipuls som har en første tidsbredde, - pulsforlengerutstyr (200) innrettet for å utvide tidspulsbredden av nevnte puls og frembringe en behandlet puls med større tidsbredde, og - ledeutstyr (210, 220) tilpasset for å føre nevnte behandlede energipuls over på det første lag.
16. Apparat som angitt i krav 15, og som videre omfatter et avsettende utstyr for å avsette det første materiallag over det andre lag, idet noe av eller hele det første lag befinner seg i en ikke-perovskittfase.
17. Apparat som angitt i krav 15 eller 16, og hvor pulsgeneratorutstyret består av en laser (100).
18. Apparat som angitt i krav 17, og hvor laseren (100) har en bølgelengde i det ultrafiolette spekter.
19. Apparat som angitt i et av kravene 15 -17, og hvor det avsettende utstyr er tilpasset for å avsette et første materiallag over det andre lag etter at et eller flere mellomliggende lag er blitt avsatt på det andre lag.
20. Apparat som angitt i krav 19, og hvor et av disse mellomliggende lag omfatter et offerlag.
21. Apparat som angitt i et av kravene 15-20, og hvor pulsforlengeren er innrettet for å øke tidspulsbredden av den første puls til omtrent to ganger eller fire ganger, eller omtrent ti ganger eller mer enn ti ganger, eventuelt en hvilken som helst verdi derimellom.
22. Apparat som angitt i et av kravene 15 - 21, og hvor pulsforlengeren er innrettet for å frembringe en behandlet puls som omfatter et antall delpulser.
23. Integrert ferroelektrisk anordning som omfatter i det minste et første ferroelektrisk materiallag og et andre lag som omfatter en integrert krets, karakterisert ved at det første lag er omdannet til en perovskittfase ved utnyttelse av en energipuls fra en laser, som er blitt forlenget i tid.
NO20014328A 1999-03-06 2001-09-05 Fremgangsmate ved fremstilling av en integrert ferroelektrisk anordning, og tilsvarende apparat NO323759B1 (no)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9905098A GB2347788A (en) 1999-03-06 1999-03-06 Forming devices such as ferroelectric infra-red sensors by annealing
PCT/GB2000/000753 WO2000054317A1 (en) 1999-03-06 2000-03-03 Improvements relating to annealing

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO20014328D0 NO20014328D0 (no) 2001-09-05
NO20014328L NO20014328L (no) 2001-10-25
NO323759B1 true NO323759B1 (no) 2007-07-02

Family

ID=10849043

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20014328A NO323759B1 (no) 1999-03-06 2001-09-05 Fremgangsmate ved fremstilling av en integrert ferroelektrisk anordning, og tilsvarende apparat

Country Status (11)

Country Link
US (1) US6955925B1 (no)
EP (1) EP1166343B1 (no)
JP (1) JP4909462B2 (no)
KR (1) KR100588801B1 (no)
AT (1) ATE307389T1 (no)
AU (1) AU2924900A (no)
DE (1) DE60023278T2 (no)
GB (1) GB2347788A (no)
HK (1) HK1050075B (no)
NO (1) NO323759B1 (no)
WO (1) WO2000054317A1 (no)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19959862A1 (de) * 1999-12-10 2001-06-13 Forschungszentrum Juelich Gmbh Lasersystem mit steuerbarer Pulsdauer
US6607980B2 (en) * 2001-02-12 2003-08-19 Symetrix Corporation Rapid-temperature pulsing anneal method at low temperature for fabricating layered superlattice materials and making electronic devices including same
GB2396481A (en) * 2002-12-18 2004-06-23 Qinetiq Ltd Laser annealing method and device
US7247503B2 (en) * 2003-05-07 2007-07-24 Macronix International Co., Ltd. Method of laser annealing to form an epitaxial growth layer
US7997359B2 (en) 2005-09-09 2011-08-16 Baker Hughes Incorporated Abrasive wear-resistant hardfacing materials, drill bits and drilling tools including abrasive wear-resistant hardfacing materials
US8003479B2 (en) * 2006-03-27 2011-08-23 Intel Corporation Low temperature deposition and ultra fast annealing of integrated circuit thin film capacitor
US8557352B2 (en) * 2006-06-20 2013-10-15 Tdk Corporation Method of making a metal oxide film, laminates and electronic devices
US7572709B2 (en) * 2006-06-29 2009-08-11 Intel Corporation Method, apparatus, and system for low temperature deposition and irradiation annealing of thin film capacitor
US20080000880A1 (en) * 2006-06-30 2008-01-03 Bao Feng System and method for treating a coating on a substrate
US20080145622A1 (en) * 2006-12-14 2008-06-19 Roy Mihir K Polymer-based integrated thin film capacitors, packages containing same and methods related thereto
JP4963062B2 (ja) * 2006-12-26 2012-06-27 独立行政法人産業技術総合研究所 Ａサイト層状秩序化型ペロブスカイトＭｎ酸化物薄膜の製造方法
US8574729B2 (en) * 2008-04-23 2013-11-05 Tdk Corporation Magnetic structure including two ferromagnetically coupled magnetic layers and method of manufacturing same
US10000965B2 (en) 2010-01-16 2018-06-19 Cardinal Cg Company Insulating glass unit transparent conductive coating technology
US10000411B2 (en) 2010-01-16 2018-06-19 Cardinal Cg Company Insulating glass unit transparent conductivity and low emissivity coating technology
US10060180B2 (en) 2010-01-16 2018-08-28 Cardinal Cg Company Flash-treated indium tin oxide coatings, production methods, and insulating glass unit transparent conductive coating technology
US11028012B2 (en) 2018-10-31 2021-06-08 Cardinal Cg Company Low solar heat gain coatings, laminated glass assemblies, and methods of producing same

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2030023B (en) * 1977-12-19 1982-08-04 Texas Instruments Inc Ferroelectric imaging system
US4701592A (en) * 1980-11-17 1987-10-20 Rockwell International Corporation Laser assisted deposition and annealing
US4645547A (en) * 1982-10-20 1987-02-24 Westinghouse Electric Corp. Loss ferromagnetic materials and methods of improvement
US4437139A (en) * 1982-12-17 1984-03-13 International Business Machines Corporation Laser annealed dielectric for dual dielectric capacitor
US4456490A (en) * 1983-03-09 1984-06-26 Westinghouse Electric Corp. Laser annealing of MIS devices by back surface laser treatment
NL8500931A (nl) * 1985-03-29 1986-10-16 Philips Nv Werkwijze voor het omzetten van polykristallijn halfgeleidermateriaal in monokristallijn halfgeleidermateriaal.
US5310990A (en) * 1991-06-03 1994-05-10 The United Stated Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method of laser processing ferroelectric materials
JP3466633B2 (ja) * 1991-06-12 2003-11-17 ソニー株式会社 多結晶半導体層のアニール方法
US5372859A (en) * 1992-10-20 1994-12-13 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Enhanced fatigue and retention in ferroelectric thin film memory capacitors by post-top electrode anneal treatment
US5309456A (en) * 1992-10-30 1994-05-03 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Pulse stretcher
US5337333A (en) * 1992-11-10 1994-08-09 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Laser beam pulse formatting method
FR2705468B1 (fr) * 1993-05-18 1995-07-21 Thomson Csf Ligne à retard optique dispersive et son utilisation pour la compression/extension d'impulsions laser.
US5626670A (en) * 1994-10-03 1997-05-06 American Research Corporation Of Virginia Method for producing low thermal budget ferroelectric thin films for integrated device structures using laser-crystallization of spin-on sol-gel films
IL115932A0 (en) * 1995-11-09 1996-01-31 Oramir Semiconductor Ltd Damage-free laser surface treatment method
JP3527074B2 (ja) * 1997-10-08 2004-05-17 シャープ株式会社 表示装置の製造方法
IL123416A0 (en) * 1998-02-23 1998-09-24 Oramir Semiconductor Ltd Multi laser surface treatment in ambient fast flowing photoreactive gases

Also Published As

Publication number Publication date
WO2000054317A1 (en) 2000-09-14
JP4909462B2 (ja) 2012-04-04
ATE307389T1 (de) 2005-11-15
GB2347788A (en) 2000-09-13
NO20014328L (no) 2001-10-25
GB9905098D0 (en) 1999-04-28
DE60023278D1 (de) 2006-03-02
KR100588801B1 (ko) 2006-06-13
EP1166343B1 (en) 2005-10-19
EP1166343A1 (en) 2002-01-02
HK1050075B (zh) 2006-06-02
JP2002539607A (ja) 2002-11-19
AU2924900A (en) 2000-09-28
HK1050075A1 (en) 2003-06-06
DE60023278T2 (de) 2006-07-06
NO20014328D0 (no) 2001-09-05
KR20020010122A (ko) 2002-02-02
US6955925B1 (en) 2005-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO323759B1 (no) Fremgangsmate ved fremstilling av en integrert ferroelektrisk anordning, og tilsvarende apparat
US4701592A (en) Laser assisted deposition and annealing
KR100403792B1 (ko) 레이저표면처리장치및방법
JP4962837B2 (ja) 赤外線センサの製造方法
Zhu et al. Laser-assisted low temperature processing of Pb (Zr, Ti) O 3 thin film
Bharadwaja et al. Excimer laser crystallized (Pb, La)(Zr, Ti) O3 thin films
Rajashekhar et al. Microstructure Evolution of In Situ Pulsed‐Laser Crystallized Pb (Zr0. 52Ti0. 48) O3 Thin Films
Avagliano et al. Combined thermal and optical analysis of laser back-scribing for amorphous-silicon photovoltaic cells processing
US7880115B2 (en) Method for laser annealing to form an epitaxial growth layer
Bharadwaja et al. Ultrafast crystallization kinetics in (Pb, La)(Zr 0.30 Ti 0.70) O 3 thin films by pulsed excimer laser annealing
JP2006093713A (ja) 強誘電膜の形成方法、これを利用したキャパシタ及び半導体メモリ素子の製造方法
US20070036994A1 (en) Multiple zone structure capable of light radiation annealing and method using said structure
Baldus et al. Laser crystallization studies of barium strontium titanate thin films
Baldus et al. Experimental and numerical investigations of heat transport and crystallization kinetics in laser-induced modification of barium strontium titanate thin films
Moon et al. Interpretation of optical diagnostics for the analysis of laser crystallization of amorphous silicon films
Xiong et al. Crystallization of amorphous lead titanate thin films by the irradiation of KrF excimer laser
Vorotilov et al. Laser annealing of thin-film ferroelectric heterostructures
WO2004055880A1 (en) Annealing method and device
JP2002503623A (ja) 一つまたは複数の結晶化セラミック薄層の製造方法およびかゝる層を有する部品
JP2015146389A (ja) 酸化物結晶膜及びその製造方法
Zhu et al. Excimer laser-induced transformation in laser ablated Pb (Zr0. 52Ti0. 48) O3 amorphous thin films
Wu et al. Preferentially oriented (La, Sr) CoO3/PbLa0. 1TiO3 (La, Sr) CoO3 tri-layers on lithium-fluoride and sodium-chloride substrates
Rajashekhar Pulsed-Laser Crystallization of Ferroelectric/Piezoelectric Oxide Thin Films
Godbole et al. Excimer Laser Irradiation of Metallic Films on Ceramic Substrates
Lirong et al. Influence of Rapid Thermal Annealing on Structural and Interfacial Properties of Lead-Zirconate-Titanate Thin Films Prepared by Excimer Laser Deposition

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Lapsed by not paying the annual fees