RU2133520C1 - Method and device for producing silicon-on- insulator structure by regional recrystallization method - Google Patents
Method and device for producing silicon-on- insulator structure by regional recrystallization method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2133520C1 RU2133520C1 RU94045227A RU94045227A RU2133520C1 RU 2133520 C1 RU2133520 C1 RU 2133520C1 RU 94045227 A RU94045227 A RU 94045227A RU 94045227 A RU94045227 A RU 94045227A RU 2133520 C1 RU2133520 C1 RU 2133520C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- film structure
- silicon
- substrate
- zone
- film
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к средствам для выращивания кристаллических пленок полупроводников, а более точно - к способам и устройствам для получения структур кремния-на-изоляторе посредством зонной перекристаллизации. The invention relates to means for growing crystalline films of semiconductors, and more specifically to methods and devices for producing silicon-on-insulator structures by zone recrystallization.
Изобретение может быть использовано в микроэлектронике для создания полупроводниковых структур с полной диэлектрической изоляцией на аморфных подложках, например, из окисленного кремния, плавленого кварца, керамики. The invention can be used in microelectronics to create semiconductor structures with full dielectric insulation on amorphous substrates, for example, from oxidized silicon, fused silica, and ceramics.
Метод зонной перекристаллизации пленок кремния заключается в создании пленочной структуры, содержащей пленку поликристаллического кремния, и трансформации поликристаллической пленки кремния в монокристаллическую или квазимонокристаллическую, то есть состоящую из крупных зерен, содержащих только малоугловые границы. The method of zone recrystallization of silicon films consists in creating a film structure containing a polycrystalline silicon film and transforming a polycrystalline silicon film into single-crystal or quasimonocrystalline, that is, consisting of large grains containing only small-angle boundaries.
Пленочная структура, предназначенная для зонной перекристаллизации, состоит из аморфной подложки, пленки поликристаллического кремния и слоя защитного аморфного диэлектрика. Подложкой могут служить покрытые слоем аморфного диэлектрика пластины из плавленого кварца, керамики и монокристаллического кремния. The film structure intended for zone recrystallization consists of an amorphous substrate, a film of polycrystalline silicon, and a layer of a protective amorphous dielectric. The substrate can be coated with a layer of amorphous dielectric fused silica plates, ceramics and single-crystal silicon.
Зонную перекристаллизацию проводят путем локального нагрева пленки поликристаллического кремния до ее плавления и перемещением расплавленного участка, то есть зоны расплава, относительно поликристаллической пленки кремния. Для устранения высоких градиентов температуры, характерных для локального нагрева и способных деформировать и даже разрушить подложку, подложку дополнительно однородно нагревают до высокой температуры ниже точки плавления кремния (1415oC).Zone recrystallization is carried out by local heating of the polycrystalline silicon film until it melts and the molten portion, i.e. the melt zone, is moved relative to the polycrystalline silicon film. To eliminate the high temperature gradients characteristic of local heating and capable of deforming and even destroying the substrate, the substrate is additionally uniformly heated to a high temperature below the melting point of silicon (1415 ° C).
Известен способ, согласно которому пленочную структуру устанавливают на широкой графитовой пластине вверх рабочей стороной, на которой сформированы слои, и нагревают от графитовой пластины до 1100 - 1300oC, пропуская через графитовую пластину электрический ток. Над пленочной структурой размещают тонкий графитовый стержень, через который также пропускают электрический ток. Излучением от разогретого графитового стержня нагревается слой поликристаллического кремния, формируя в нем под стержнем полоску расплава длиной вдоль всей подложки (например 100 мм) и шириной 1 - 3 мм. Перемещая графитовый стержень вдоль поверхности подложки нормально к полоске расплава со скоростью около 1 мм/с, проводят за один проход зоны процесс перекристаллизации [M. W. Geis et al., "Zone-Melting-Recrystallization of Encapsulated Silicon Films on SiO2 - Morphology and Crystallography," Appl. Phys. Lett., 1982, v. 40, p. 158.]
Поскольку нагретый графит окисляется на воздухе, процесс проводят в замкнутой камере с инертной атмосферой. Это существенно усложняет конструкцию установки, увеличивает время перезагрузки подложек и затрудняет наблюдение за зоной расплава, необходимое для ее контроля. Способ также не отличается достаточно высокой надежностью: изгиб графитового стержня при нагреве и его постепенное разрушение требуют постоянной корректировки параметров процесса выращивания, и, наконец, высокие градиенты температуры, обусловленные локальным нагревом, приводят к деформации подложки.There is a method according to which a film structure is mounted on a wide graphite plate with the working side on which the layers are formed, and heated from a graphite plate to 1100 - 1300 o C, passing an electric current through the graphite plate. A thin graphite rod is placed above the film structure, through which an electric current is also passed. Radiation from a heated graphite rod heats a layer of polycrystalline silicon, forming in it under the rod a melt strip along the entire length of the substrate (for example, 100 mm) and a width of 1-3 mm. Moving the graphite rod along the substrate surface normally to the melt strip at a speed of about 1 mm / s, the recrystallization process is carried out in one pass of the zone [MW Geis et al., "Zone-Melting-Recrystallization of Encapsulated Silicon Films on SiO 2 - Morphology and Crystallography, "Appl. Phys. Lett., 1982, v. 40, p. 158.]
Since heated graphite is oxidized in air, the process is carried out in a closed chamber with an inert atmosphere. This significantly complicates the installation design, increases the reload time of the substrates, and makes it difficult to monitor the melt zone, which is necessary for its control. The method also does not differ sufficiently high reliability: the bending of the graphite rod during heating and its gradual destruction require constant adjustment of the parameters of the growing process, and finally, high temperature gradients due to local heating lead to deformation of the substrate.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ получения структур кремния-на-изоляторе, согласно которому формируют пленочную структуру, имеющую подложку, на поверхности которой создают в указанном порядке слой разделительного диэлектрика, пленку кремния и слой капсулирующего диэлектрика, упомянутую пленочную структуру однородно нагревают с одной любой стороны, с противоположной стороны упомянутую пленочную структуру нагревают пучком излучения, сфокусированным в плоскости поверхности указанной пленочной структуры в узкую протяженную полосу длиной, более или равной диаметру упомянутой подложки, формируют в пленке кремния под упомянутой узкой протяженной полосой зону расплава и взаимно перемещают упомянутую пленочную структуру и пучок сфокусированного излучения, осуществляя зонную перекристаллизацию для получения требуемой структуры кремния-на-изоляторе. При этом слоистую структуру устанавливают на кварцевой или графитовой пластине рабочей стороной вверх. Под указанной пластиной, в параллельной ей плоскости размещают панель трубчатых ламп с отражателями под лампами. Графитовую пластину, на которой установлена слоистая структура, однородно нагревают излучением от панели трубчатых ламп до температуры 1280 - 1350oC так, что температура слоистой структуры составляет около 1230 - 1300oC. Температуру контролируют с помощью датчика в графитовой пластине. Над слоистой структурой, параллельно ее поверхности устанавливают трубчатую лампу с эллиптическим отражателем. Излучение от трубчатой лампы с помощью эллиптического отражателя фокусируется на поверхности слоистой структуры в узкую полосу, формируя в пленке поликристаллического кремния полоску расплава длиной вдоль всей подложки и шириной 1 - 4 мм. Перемещая слоистую структуру относительно зонного нагревателя со скоростью 0,2 - 2 мм/с, проводят процесс зонной перекристаллизации. [A. Kamgar, E.Labate., "Recrystallization of Polysilicon Films Using Incoherent Light," Mater. Letters, 1982. V. 1, N 3, 4. P. 91-94] .The closest technical solution to the proposed one is a method of producing silicon-on-insulator structures, according to which a film structure is formed having a substrate, on the surface of which a layer of separation dielectric, a silicon film and a layer of encapsulating dielectric are created in the indicated order, said film structure is uniformly heated with one on either side, on the opposite side, said film structure is heated by a radiation beam focused in the plane of the surface of said film with ruktury the narrow long strip length greater than or equal to the diameter of said substrate is formed in the silicon film under said narrow elongated strip of the melt zone and mutually moving said film structure and focused radiation beam, carrying band recrystallization to obtain the desired structure of silicon-on-insulator. In this case, the layered structure is mounted on the quartz or graphite plate with the working side up. Under this plate, in a plane parallel to it, a panel of tubular lamps with reflectors under the lamps is placed. The graphite plate on which the layered structure is mounted is uniformly heated by radiation from the tube lamp panel to a temperature of 1280 - 1350 o C so that the temperature of the layered structure is about 1230 - 1300 o C. The temperature is monitored using a sensor in the graphite plate. A tube lamp with an elliptical reflector is installed above the layered structure, parallel to its surface. The radiation from a tube lamp using an elliptical reflector focuses on the surface of the layered structure in a narrow strip, forming a melt strip in the polycrystalline silicon film along the entire length of the substrate and 1 to 4 mm wide. Moving the layered structure relative to the zone heater with a speed of 0.2 - 2 mm / s, the process of zone recrystallization is carried out. [A. Kamgar, E. Labate., "Recrystallization of Polysilicon Films Using Incoherent Light," Mater. Letters, 1982. V. 1,
Основной недостаток приведенного способа заключается в деформации структур кремния-на-изоляторе. The main disadvantage of this method is the deformation of silicon-on-insulator structures.
В структурах на основе кварцевых подложек имеет место деформация кремниевой пленки, обусловленная агломерацией материала за время расплавления. Агломерация расплава происходит из-за резко-неоднородного увеличения поглощения излучения в тонкой пленке по мере ее зонного нагрева. Этот недостаток можно устранить повышением температуры однородного нагрева. In structures based on quartz substrates, a deformation of a silicon film occurs due to agglomeration of the material during the time of melting. Agglomeration of the melt occurs due to a sharply inhomogeneous increase in the absorption of radiation in a thin film as it is zone heated. This disadvantage can be eliminated by increasing the temperature of uniform heating.
В структурах на основе подложек из керамики и кремния сами подложки деформируются из-за сильных механических напряжений, вызванных резкими градиентами температуры. Подложка выгибается и деформируется; в кремниевой подложке образуются линии скольжения, которые проявляются в виде ступенек высотой до 0,1 мкм как на поверхности пленки кремния, так и на границе раздела пленки кремния и слоя изолирующего диэлектрика. Деформация подложки недопустима при создании микросхем с высоким уровнем интеграции, в частности, для процесса фотолитографии. In structures based on ceramic and silicon substrates, the substrates themselves are deformed due to strong mechanical stresses caused by sharp temperature gradients. The substrate is bent and deformed; slip lines are formed in the silicon substrate, which appear in the form of steps up to 0.1 μm high both on the surface of the silicon film and at the interface between the silicon film and the insulating dielectric layer. Deformation of the substrate is unacceptable when creating microcircuits with a high level of integration, in particular, for the photolithography process.
Величина деформации слоистых структур обусловлена разностью температуры плавления кремния и температуры однородного нагрева подложки. Деформация уменьшается при увеличении температуры однородного нагрева. Однако для приведенного выше способа максимальная величина однородного нагрева ограничена значением около 1300oC, что недостаточно для полного подавления пластической деформации структур. Так, на структурах кремния-на-изоляторе диаметром 100 мм и толщиной подложки около 500 мкм стрела прогиба достигает 60 - 100 мкм.The strain of the layered structures is due to the difference in the melting temperature of silicon and the temperature of uniform heating of the substrate. The deformation decreases with increasing temperature of uniform heating. However, for the above method, the maximum value of uniform heating is limited to about 1300 o C, which is not enough to completely suppress the plastic deformation of the structures. So, on silicon-on-insulator structures with a diameter of 100 mm and a substrate thickness of about 500 μm, the deflection arrow reaches 60 - 100 μm.
Ограничение температуры однородного нагрева для известного способа обусловлено появлением неустойчивости зоны расплава: при температуре однородного нагрева выше 1300oC зона расплава самопроизвольно расширяется и отстает от области локального нагрева. Этот эффект связан с особенностями нагрева слоистой структуры излучением, в частности с изменением коэффициентов отражения и эмиссии кремния при его плавлении. Анализ теплового баланса при плавлении пленки кремния показывает, что чем выше плотность энергии излучения локального нагрева зоны, тем выше устойчивость зоны. Создание области расплава на более подогретой подложке требует меньшей энергии излучения локального нагрева. Поэтому увеличение температуры однородного нагрева сопровождается снижением устойчивости зоны расплава.The limitation of the temperature of homogeneous heating for the known method is due to the instability of the melt zone: at a temperature of homogeneous heating above 1300 o C, the melt zone spontaneously expands and lags behind the local heating region. This effect is associated with the features of heating the layered structure by radiation, in particular, with a change in the reflection and emission coefficients of silicon during its melting. An analysis of the heat balance during melting of a silicon film shows that the higher the energy density of the radiation of local heating of the zone, the higher the stability of the zone. Creating a melt region on a warmer substrate requires less radiation energy of local heating. Therefore, an increase in the temperature of uniform heating is accompanied by a decrease in the stability of the melt zone.
В то же время устойчивость зоны можно повысить усилением фокусировки излучения локального нагрева, так как чем сильнее сфокусировано излучение, тем выше плотность его энергии. At the same time, the stability of the zone can be increased by strengthening the focus of radiation of local heating, since the more focused the radiation, the higher the density of its energy.
Неустойчивость зоны расплава при высоких температурах подогрева подложки является для известного способа следствием слабой фокусировки излучения локального нагрева. Степень фокусировки определяют обычно полушириной "а" распределения интенсивности на половине высоты его амплитуды "А". Для полоскового зонного нагревателя характерно слабо сфокусированное излучение. Так, например, значение "а" составляет в этом случае более 1 мм. Отсюда следует неустойчивость зоны в условиях, которые могли бы снизить деформацию структур кремния-на-изоляторе. The instability of the melt zone at high substrate heating temperatures is a consequence of the weak focusing of local heating radiation for a known method. The degree of focusing is usually determined by the half-width "a" of the intensity distribution at half the height of its amplitude "A". A strip zone heater is characterized by weakly focused radiation. So, for example, the value of "a" in this case is more than 1 mm. This implies the instability of the zone under conditions that could reduce the deformation of silicon-on-insulator structures.
Устройство для получения структур кремния-на-изоляторе посредством зонной перекристаллизации пленочной структуры обычно содержит два основных узла, которыми являются нагреватель подложки и нагреватель зоны. Эти узлы выполнены перемещающимися один относительно другого. Нагреватель подложки предназначен для однородного нагрева пленочной структуры, нагреватель зоны осуществляет локальный нагрев пленки поликристаллического кремния и создание зоны расплава. Существенным также является конструкция держателя пленочной структуры, поскольку особенность закрепления пленочной структуры на держателе определяет ее энергетический баланс в течение процесса обработки. A device for producing silicon-on-insulator structures by zone recrystallization of a film structure typically comprises two main assemblies, which are a substrate heater and a zone heater. These nodes are made moving one relative to the other. The substrate heater is designed for uniform heating of the film structure, the zone heater provides local heating of the polycrystalline silicon film and the creation of the melt zone. The design of the holder of the film structure is also significant, since the feature of fixing the film structure to the holder determines its energy balance during the processing process.
Известно устройство для получения структур кремния-на-изоляторе посредством зонной перекристаллизации пленочной структуры, в котором нагреватель подложки выполнен из широкой графитовой пластины, а расположенный над ней нагреватель зоны выполнен из тонкого графитового стержня. Пластина и стержень нагреваются пропусканием электрического тока и выполнены перемещающимися относительно друг друга. [M.W.Geis et al., "Zone-Melting-Recrystallization of Encapsulated Silicon Films on SiO2 - Morphology and Crystallography," Appl. Phys, Lett., 1982, v. 40, p. 158.]
Поскольку нагретый до высокой температуры графит окисляется, устройство требует размещения в камере с инертной или нейтральной атмосферой, что затрудняет контроль процесса и делает его непроизводительным. Кроме того, полученные с помощью устройства структуры кремния-на-изоляторе имеют высокий уровень деформации.A device is known for producing silicon-on-insulator structures by zone recrystallization of a film structure in which the substrate heater is made of a wide graphite plate and the zone heater located above it is made of a thin graphite rod. The plate and the rod are heated by passing an electric current and are made moving relative to each other. [MWGeis et al., "Zone-Melting-Recrystallization of Encapsulated Silicon Films on SiO 2 - Morphology and Crystallography," Appl. Phys, Lett., 1982, v. 40, p. 158.]
Since graphite heated to a high temperature is oxidized, the device requires placement in a chamber with an inert or neutral atmosphere, which complicates the control of the process and makes it unproductive. In addition, silicon-on-insulator structures obtained by the device have a high level of deformation.
Ближайшим техническим решением к предлагаемому является устройство, содержащее каркас, нагреватель подложки, выполненный из корпуса, в котором расположены в одной плоскости параллельно друг к другу трубчатые лампы, нагреватель зоны, закрепленный к каркасу над нагревателем подложки. В этом устройстве нагреватель подложки выполнен в виде панели трубчатых ламп, расположенных параллельно друг к другу в одной плоскости. Излучение от указанных ламп нагревает снизу графитовую или кварцевую пластину с расположенной на ней пленочной структурой. Нагреватель зоны выполнен в виде трубчатой лампы, установленной в одном из фокусов отражающего полого эллиптического цилиндра. Нагреватель зоны расположен над нагревателем подложки, так что второй фокус эллиптического цилиндра оказывается вдоль поверхности пленочной структуры. Нагреватель подложки закреплен на каркасе устройства, а нагреватель зоны выполнен с возможностью перемещения [A.Kamgar, E.Labate, "Recrystallization of Polysilicon Films Using Incoherent Light," Mater. Letters. V. 1, N 3,4, 1982. P. 91-94]. The closest technical solution to the proposed one is a device containing a frame, a substrate heater made of a housing in which tubular lamps are arranged in the same plane parallel to each other, a zone heater fixed to the frame above the substrate heater. In this device, the substrate heater is made in the form of a panel of tubular lamps arranged parallel to each other in the same plane. The radiation from these lamps heats the bottom of a graphite or quartz plate with a film structure located on it. The zone heater is made in the form of a tubular lamp mounted in one of the foci of a reflecting hollow elliptical cylinder. The zone heater is located above the substrate heater, so that the second focus of the elliptical cylinder is along the surface of the film structure. The substrate heater is fixed to the device frame, and the zone heater is movable [A.Kamgar, E. Labate, "Recrystallization of Polysilicon Films Using Incoherent Light," Mater. Letters. V. 1, N 3.4, 1982. P. 91-94].
Трубчатая лампа с эллиптическим отражателем имеет ограниченные возможности фокусировки полоски излучения. Так, например, ширина зоны расплава, сформированного указанным устройством, составляет 1 - 4 мм. Поэтому температура однородного нагрева таким устройством не может превышать около 1300oC из-за снижения устойчивости зоны расплава. В результате, деформация полученных структур кремния-на-изоляторе остается достаточно высокой и может являться препятствием для последующих процессов фотолитографии. Кроме того, однородный нагрев проводят здесь от графитовой или кварцевой пластины путем теплопроводности. В таком случае однородный нагрев требует длительного времени, поскольку необходимо сохранить тепловой контакт пластины и пленочной структуры (при быстром нагреве он нарушается из-за упругой деформации слоистой структуры).The tube lamp with an elliptical reflector has limited focusing capabilities of the radiation strip. So, for example, the width of the zone of the melt formed by the specified device is 1 to 4 mm Therefore, the temperature of uniform heating by such a device cannot exceed about 1300 o C due to a decrease in the stability of the melt zone. As a result, the deformation of the obtained silicon-on-insulator structures remains quite high and may be an obstacle to subsequent photolithography processes. In addition, uniform heating is carried out here from a graphite or quartz plate by thermal conductivity. In this case, uniform heating requires a long time, since it is necessary to maintain the thermal contact of the plate and the film structure (with rapid heating, it is broken due to the elastic deformation of the layered structure).
Техническим результатом изобретения является создание способа и устройства получения структур кремния-на-изоляторе посредством зонной перекристаллизации, которые позволили бы получать структуры кремния-на-изоляторе с низким уровнем деформации пленочной структуры при более высокой производительности. The technical result of the invention is to provide a method and apparatus for producing silicon-on-insulator structures by zone recrystallization, which would allow to obtain silicon-on-insulator structures with a low level of deformation of the film structure at a higher productivity.
Эта цель достигается тем, что в способе получения структур кремния-на-изоляторе методом зонной перекристаллизации, заключающемся в том, что формируют пленочную структуру, имеющую подложку, на поверхности которой создают в указанном порядке слой разделительного диэлектрика, плену кремния и слой капсулирующего диэлектрика, упомянутую пленочную структуру однородно нагревают с одной любой стороны до температуры выше 1320oC и ниже точки плавления кремния, с противоположной стороны пленочную структуру нагревают пучком излучения, сфокусированным в плоскости поверхности пленочной структуры в узкую протяженную полосу длиной, более или равной диаметру подложки, пучок излучения фокусируют так, чтобы полуширина распределения энергии излучения поперек узкой протяженной полосы на поверхности пленочной структуры на уровне половины амплитуды распределения энергии излучения составляла менее 0,5 мм; и формируют в пленке кремния под узкой протяженной полосой зону расплава и взаимно перемещают пленочную структуру и пучок сфокусированного излучения, осуществляя зонную перекристаллизацию для получения требуемой структуры кремния-на-изоляторе.This goal is achieved by the fact that in the method of producing silicon-on-insulator structures by the zone recrystallization method, which consists in the formation of a film structure having a substrate, on the surface of which a separating dielectric layer, a silicon film and an encapsulating dielectric layer are mentioned in the aforementioned manner film structure is uniformly heated on one side to any temperatures above 1320 o C and below the melting point of silicon, on the opposite side of the film structure is heated radiation beam, Focus nnym in the plane of the surface of the film structure into a narrow long strip length greater than or equal to the diameter of the substrate, the radiation beam is focused so that the half-width of the distribution of radiant energy across a narrow elongated band on the surface of the film structure, at half the energy distribution of the amplitude is less than 0.5 mm; and form a melt zone in a silicon film under a narrow extended strip and mutually move the film structure and the beam of focused radiation, performing zone recrystallization to obtain the desired silicon-on-insulator structure.
Целесообразно пленочную структуру расположить на поверхности нагретой плоской пластины, выполненной из плавленого кварца, кремния или керамики, а однородный нагрев пленочной структуры осуществлять за счет теплопроводности от упомянутой плоской пластины. It is advisable to arrange the film structure on the surface of a heated flat plate made of fused silica, silicon or ceramic, and to uniformly heat the film structure due to thermal conductivity from the said flat plate.
Подложка пленочной структуры может быть выполнена из плавленого кварца или керамики. The substrate of the film structure may be made of fused silica or ceramic.
Пленочную структуру можно устанавливать на точечных опорах, однородный нагрев осуществлять некогерентным излучением. The film structure can be installed on point supports; uniform heating can be carried out by incoherent radiation.
Оказалось также целесообразным, чтобы подложка была выполнена из плавленого кварца, а со стороны подложки дополнительно были бы сформированы в указанном порядке слой тугоплавкого металла и слой капсулирующего диэлектрика. It also turned out to be expedient for the substrate to be made of fused silica, and on the side of the substrate an additional layer of refractory metal and a layer of encapsulating dielectric would be formed in this order.
Целесообразно также однородный нагрев пленочной структуры проводить с одной или другой стороны. It is also advisable to uniformly heat the film structure from one or the other side.
Целесообразно подложку выполнить из кремния, слой разделительного диэлектрика, пленку кремния и слой капсулирующего диэлектрика создавать с каждой из двух сторон подложки, устанавливать пленочную структуру на точечные опоры и создавать зону расплава в каждой из двух пленок кремния. Целесообразно также каждую из сторон кремниевой подложки выполнить рабочей. It is advisable to make the substrate of silicon, a layer of separation dielectric, a silicon film and a layer of encapsulating dielectric to create on each of the two sides of the substrate, install the film structure on point supports and create a melt zone in each of the two silicon films. It is also advisable to make each of the sides of the silicon substrate work.
Предпочтительно также изменять температуру однородного нагрева и/или мощность пучка сфокусированного излучения так, чтобы на выбранном вдоль зоны расплава участке ширина зоны расплава оставалось неизменной. It is also preferable to change the temperature of uniform heating and / or the power of the beam of focused radiation so that in the area selected along the melt zone, the width of the melt zone remains unchanged.
Цель достигается также тем, что устройство для получения структур кремния-на-изоляторе методом зонной перекристаллизации пленочной структуры согласно изобретению содержит каркас; водоохлаждаемый корпус, перемещающийся относительно каркаса; трубчатые лампы, установленные в корпусе в одной плоскости параллельно одна другой; водоохлаждаемую плиту, закрепленную в корпусе над трубчатыми лампами в плоскости, параллельной лампам, и имеющую центральное конусообразное отверстие, которое расширяется в направлении ламп, и меньший диаметр которого больше диаметра указанной пленочной структуры; кварцевую пластину диаметром больше диаметра конусообразного отверстия, прикрепленную к плите со стороны трубчатых ламп; по меньшей мере три точечные опоры, имеющие заостренные вершины, и закрепленные в плите над кварцевой пластиной так, чтобы вершины располагались в конусообразном отверстии в плоскости, параллельной плоскости трубчатых ламп; экран с центральным отверстием, диаметр которого меньше диаметра пленочной структуры, расположенный над плитой и выполненный составным из двух одинаковых частей, перемещающихся вдоль плиты; и нагреватель зоны, прикрепленный к каркасу над экраном. The objective is also achieved by the fact that the device for producing silicon-on-insulator structures by the method of zone recrystallization of the film structure according to the invention comprises a frame; water-cooled housing moving relative to the frame; tubular lamps installed in the housing in one plane parallel to one another; a water-cooled plate fixed in the housing above the tube lamps in a plane parallel to the lamps and having a central cone-shaped opening that expands in the direction of the lamps and whose smaller diameter is larger than the diameter of the specified film structure; a quartz plate with a diameter larger than the diameter of the conical hole, attached to the plate from the side of the tube lamps; at least three point supports having pointed peaks and fixed in a plate above a quartz plate so that the peaks are located in a conical hole in a plane parallel to the plane of the tube lamps; a screen with a central hole, the diameter of which is less than the diameter of the film structure, located above the plate and made of two identical parts moving along the plate; and a zone heater attached to the frame above the screen.
Нагреватель зоны может содержать лазер непрерывного действия и установленные после названного лазера вдоль оптической оси треугольную призму, цилиндрическую рассеивающую зону и цилиндрическую собирающую линзу. The zone heater may comprise a continuous laser and a triangular prism, a cylindrical scattering zone, and a cylindrical collecting lens mounted after the said laser along the optical axis.
Лазер непрерывного действия может представлять собой лазер на алюмо-иттриевом гранате с неодимом, а цилиндрическая собирающая линза должна иметь фокусное расстояние в диапазоне 10 - 100 мм. A continuous laser can be a yttrium aluminum garnet laser with neodymium, and a cylindrical collecting lens should have a focal length in the range of 10 - 100 mm.
Нагреватель зоны может содержать трубчатую лампу с отражателем в виде полого эллиптического цилиндра, отражающими поверхностями которого являются боковые стороны цилиндра, расположенные вдоль большой полуоси образующего эллипса, или содержать также трубчатую лампу и фокусирующее средство из цилиндрических собирающих линз. The zone heater may comprise a tubular lamp with a reflector in the form of a hollow elliptical cylinder, the reflective surfaces of which are the sides of the cylinder along the semi-major axis of the forming ellipse, or may also include a tubular lamp and focusing means from cylindrical collecting lenses.
Целесообразно, чтобы на точечные опоры была установлена плоская пластина, диаметр которой больше диаметра пленочной структуры и которая выполнена из плавленого кварца, или кремния, или керамики. It is advisable that a flat plate be installed on the point supports, the diameter of which is larger than the diameter of the film structure and which is made of fused silica, or silicon, or ceramic.
Устройство может содержать приемник изображения, прикрепленный к каркасу над экраном, средство обработки видеосигнала, соединенное с указанным приемником изображения, и средство регулирования мощности указанного нагревателя зоны и/или упомянутых трубчатых ламп. The device may include an image receiver attached to the frame above the screen, video processing means connected to the specified image receiver, and means for regulating the power of said zone heater and / or said tube lamps.
Кроме того, в корпусе целесообразно выполнить сквозное щелевое отверстие под кварцевой пластиной параллельно направлению перемещения корпуса, а приемник изображения установить под щелевым отверстием. In addition, in the housing, it is advisable to make a through slotted hole under the quartz plate parallel to the direction of movement of the housing, and install the image receiver under the slotted hole.
Преимущества настоящего изобретения будут выявлены ниже при рассмотрении описания примера его выполнения и прилагаемых чертежей, на которых фиг. 1 изображает пленочную структуру кремния-на-изоляторе; фиг. 2 - схему осуществления способа согласно изобретению; фиг. 3 - схему расположения пленочной структуры на пластине согласно изобретению; фиг. 4 - схему расположения пленочной структуры на точечных опорах согласно изобретению; фиг. 5 - пленочную структуру на подложке из плавленого кварца согласно изобретению; фиг. 6 и 7 - разные схемы нагрева пленочной структуры согласно изобретению; фиг. 8 - схема нагрева пленочной структуры со слоями, нанесенными с двух сторон, согласно изобретению; фиг. 9 - вид на зону расплава; фиг. 10 - устройство для получения структур кремния-на-изоляторе согласно изобретению; фиг. 11 - схема нагревателя зоны на основе лазера согласно изобретению; фиг. 12 - схема нагревателя зоны, выполненного из трубчатой лампы и эллиптического отражателя, согласно изобретению; фиг. 13 - схема нагревателя зоны, выполненного из трубчатой лампы и фокусирующих линз, согласно изобретению; фиг. 14 - схема средства держателя подложки на плоской пластине согласно изобретению. The advantages of the present invention will be revealed below when considering the description of an example of its implementation and the accompanying drawings, in which FIG. 1 depicts a silicon-on-insulator film structure; FIG. 2 is a flow diagram of a method according to the invention; FIG. 3 shows an arrangement of a film structure on a plate according to the invention; FIG. 4 is a diagram of an arrangement of a film structure on point supports according to the invention; FIG. 5 shows a film structure on a fused silica substrate according to the invention; FIG. 6 and 7 are different heating patterns of a film structure according to the invention; FIG. 8 is a diagram of a heating of a film structure with layers deposited on both sides according to the invention; FIG. 9 is a view of the melt zone; FIG. 10 shows a device for producing silicon-on-insulator structures according to the invention; FIG. 11 is a diagram of a laser-based zone heater according to the invention; FIG. 12 is a diagram of an area heater made of a tube lamp and an elliptical reflector according to the invention; FIG. 13 is a diagram of a zone heater made of a tube lamp and focusing lenses according to the invention; FIG. 14 is a schematic diagram of a substrate holder means on a flat plate according to the invention.
Способ получения структур кремния-на-изоляторе методом зонной перекристаллизации осуществляют следующим образом. A method of obtaining structures of silicon-on-insulator by the method of zone recrystallization is as follows.
Создают пленочную структуру. Для этого на подложке 1 (фиг. 1) из кремния, керамики или плавленого кварца формируют в указанном порядке слой 2 разделительного диэлектрика, пленку 3 поликристаллического кремния и слой 4 капсулирующего диэлектрика
Однородно нагревают пленочную структуру 5 (фиг. 2) с одной любой стороны, что на фиг. 2 показано стрелками 6, до температуры выше 1320oC и ниже точки плавления кремния. Нагрев до температуры ниже 1320oC не обеспечит достаточно низкую деформацию структуры кремний-на-изоляторе. Нагрев выше температуры плавления приведет к плавлению всей пленки кремния, и зонное плавление станет невозможным.Create a film structure. To do this, on a substrate 1 (Fig. 1) of silicon, ceramic or fused silica, in this order, a separating
The film structure 5 (FIG. 2) is uniformly heated on either side, as in FIG. 2 is shown by
С противоположной стороны эту же пленочную структуру нагревают пучком 7 излучения, сфокусированным на поверхности пленочной структуры в узкую протяженную полосу 8, вытянутую вдоль оси Y условной системы координат X-Y, представленной на фиг. 2, и длиной более ил равной диаметру подложки 1. Основной характеристикой сфокусированного в полосу 8 пучка 7 излучения является распределение энергии поперек пучка 7. Для всех известных нагревателей зоны интенсивность излучения практически не имеет каких-либо характерных особенностей и монотонно спадает от центральной линии пучка 7 вдоль оси Y на фиг. 2 к периферии пучка 7. Распределение энергии в сечении таких пучков излучения обычно аппроксимируют распределением Гаусса, показанным на фиг. 2 двумерным профилем 9. Этот профиль 9 характеризуют величинами амплитуды "А" вдоль центра пучка 7 и половиной "а" ширины распределения энергии на уровне половины амплитуды, как показано на фиг. 2 в сечении 10 указанного двумерного профиля 9. On the opposite side, the same film structure is heated by a beam of
Пучок 7 излучения фокусируют таким образом, чтобы полуширина распределения энергии излучения в любом сечении поперек узкой протяженной полосы 8 на поверхности названной пленочной структуры 5 на уровне половины амплитуды распределения энергии излучения составляла менее 0,5 мм. Пучок 7 излучения с более широким распределением энергии поперек полосы излучения не обеспечивает достаточно устойчивую зону расплава для стабильного процесса зонной перекристаллизации при указанной выше температуре однородного нагрева пленочной структуры 5. The
Под узкой протяженной полосой 8 излучения формируют в пленке кремния зону 11 расплава, заштрихованную на фиг. 2, затем взаимно перемещают пленочную структуру 5 и пучок сфокусированного излучения 7 в направлении оси X, осуществляя таким путем зонную перекристаллизацию для получения требуемой структуры кремния-на-изоляторе. Under a narrow
В результате полученные структуры кремния-на-изоляторе имеют низкий уровень пластической деформации, который достигается одновременным повышением температуры однородного нагрева пленочной структуры 5 и усилением фокусировки пучка 7 излучения. Повышение температуры однородного нагрева необходимо непосредственно для снижения деформации, а усиление фокусировки пучка излучения обеспечивает устойчивость зоны расплава при повышенной температуре пленочной структуры 5. As a result, the obtained silicon-on-insulator structures have a low level of plastic deformation, which is achieved by simultaneously increasing the temperature of uniform heating of the
Упомянутую пленочную структуру 5 (фиг. 3) располагают на поверхности плоской пластины 12, выполненной из плавленого кварца, кремния или керамики. Плоскую пластину 12 нагревают так, чтобы однородный нагрев упомянутой пленочной структуры 5 осуществлялся от названной плоской пластины 12 путем теплопроводности, как показано стрелками 13. Mentioned film structure 5 (Fig. 3) is located on the surface of a
Предлагаемый способ обеспечивает высокую устойчивость зоны 11 (фиг. 2) расплава, поскольку для того, чтобы создать здесь зону 11 расплава, необходима высокая мощность сфокусированного излучения. Увеличение мощности зонного нагрева вызвано интенсивным отводом тепла от локально нагретого участка пленочной структуры 5 в плоскую пластину 12. Однако для однородного нагрева пленочной структуры 5 с кремниевой подложкой 1 требуется для данного способа низкая скорость нагрева и, следовательно, длительный цикл обработки. The proposed method provides high stability of the zone 11 (Fig. 2) of the melt, because in order to create a
Подложку 1 (фиг. 1) выполняют из плавленого кварца или керамики. Такой выбор материала подложки 1 позволяет значительно снизить скорость нагрева и охлаждения, так как такие подложки более стойки к механическим напряжениям. The substrate 1 (Fig. 1) is made of fused silica or ceramic. This choice of
Пленочную структуру 5 (фиг. 4) можно установить на точечных опорах 14, а однородный нагрев проводить некогерентным излучением, как показано стрелками 15. В этом случае допустимо использовать высокие скорости однородного нагрева независимо от материала подложки 1 (фиг. 1), так как упругая деформация пленочной структуры 5 (фиг. 4), расположенной на точечных опорах 14 и нагреваемой излучением, не вызывает изменения условий нагрева и, следовательно, появления резкой неоднородности температуры, способной деформировать подложку. The film structure 5 (Fig. 4) can be installed on the point supports 14, and uniform heating can be performed with incoherent radiation, as shown by arrows 15. In this case, it is permissible to use high rates of uniform heating regardless of the substrate material 1 (Fig. 1), since the elastic the deformation of the film structure 5 (Fig. 4) located on the point supports 14 and heated by radiation does not cause a change in the heating conditions and, therefore, the appearance of a sharp temperature inhomogeneity that can deform the substrate.
Подложку 1, нагреваемую излучением, можно выполнить из кремния или керамики. Такие непрозрачные подложки легко нагреваются излучением до высокой температуры. Подложку 1 можно также выполнить из плавленого кварца, и тогда со стороны подложки 1 дополнительно формируются в указанном порядке слой 16 (фиг. 5) тугоплавкого металла и слой 4 капсулирующего диэлектрика. В качестве тугоплавкого металла используют вольфрам, молибден и другие тугоплавкие металлы. Слой 16 тугоплавкого металла повышает адсорбцию в пленочной структуре 5 некогерентного однородного излучения и тем самым температуру однородного нагрева. The
Однородный нагрев, схематически показанный на фиг. 6 стрелками 6, пленочной структуры 5 целесообразно проводить со стороны, противоположной той, на которой были сформированы слой 2 разделительного диэлектрика, пленка 3 кремния и слой 4 капсулирующего диэлектрика, или со стороны, на которой были сформированы слой 2 разделительного диэлектрика, пленка 3 кремния и слой 4 капсулирующего диэлектрика, как показано на фиг. 7. Зонный нагрев со стороны, противоположной той, на которой сформирована пленка 3 кремния, то есть зонный нагрев пленки 3 кремния через массивную подложку 1, существенно снижает градиент температуры в пленке 3 кремния и в то же время создает устойчивую зону 11 расплава (фиг. 2). В результате плотность дефектов в структуре кремния-на-изоляторе снижается. The uniform heating shown schematically in FIG. 6 by
Если формируют пленочную структуру 5 (фиг. 8) на подложке 1 из кремния, по меньшей мере одна из сторон которой является рабочей стороной, то слой 2 разделительного диэлектрика, пленку 3 кремния и слой 4 капсулирующего диэлектрика формируют как с одной из сторон, так и с противоположной ей, как показано соответственно на фиг. 8 цифрами 2', 3' и 4'. Такую пленочную структуру 5 устанавливают на точечные опоры 14 и однородно нагревают некогерентным 15 с одной любой стороны до температуры выше 1320oC и ниже точки плавления кремния. С противоположной стороны пленочную структуру 5 нагревают пучком 7 излучения, сфокусированным в плоскости поверхности пленочной структуры 5 в узкую протяженную полосу 8 на фиг. 2, и длиной более или равной диаметру подложки 1. На фиг. 8 показано сечение полосы 8. Пучок 7 излучения фокусируют так, чтобы полуширина "а" профиля 9 энергии излучения в любом сечении поперек узкой протяженной полосы 8 (фиг. 2) на поверхности названной пленочной структуры 5 на уровне половины амплитуды распределения 9 энергии излучения 7 составляла не менее 0,5 мм. Под узкой протяженной полосой 8 излучения формируют зону 11 расплава в пленке 3 кремния и в то же время зону 11' (фиг. 8) расплава с противоположной стороны подложки 1 в пленке кремния 3'. Затем взаимно перемещают пленочную структуру 5 и пучок 7 сфокусированного излучения в направлении оси X, осуществляя таким путем одновременно зонную перекристаллизацию пленок 11 и 11' кремния.If a
Однородный нагрев пленочной структуры 5, с двух сторон которой сформированы пленки 3 кремния, проводят либо с рабочей, или с противоположной стороны подложки 1. Если у подложки 1 обе стороны рабочие, то полученные структуры кремния-на-диэлектрике имеют две рабочие стороны, и каждая из них может быть использована. Uniform heating of the
В дополнение к указанному выше регулируют температуру однородного нагрева пленочной структуры 5 и/или мощность пучка сфокусированного излучения 7 так, чтобы ширина "d" (фиг. 9) зоны 11 расплава на выбранном участке вдоль зоны 11 расплава оставалась неизменной. Указанный параметр наиболее легко контролируется в течение процесса. Поддерживая выбранное оптимальное значение "d", получают однородные пленки 3 кремния с оптимальной для данного процесса структурой. In addition to the above, the temperature of uniform heating of the
Устройство для получения структур кремния-на-изоляторе посредством зонной перекристаллизации пленочной структуры содержит каркас 17 (фиг. 10), в котором выполнен перемещающимся нагреватель подложки, показанный в разрезе на фиг. 10. A device for producing silicon-on-insulator structures by zone recrystallization of a film structure comprises a frame 17 (FIG. 10), in which a substrate heater is shown moving, shown in section in FIG. ten.
Нагреватель подложки состоит из водоохлаждаемого корпуса 18, в котором размещены в плоскости, нормальной к плоскости чертежа, трубчатые лампы 19. Система охлаждения корпуса содержит ряд каналов в полости корпуса, по которым протекает охлаждающая среда; для упрощения чертежа каналы на фиг. 10 не показаны. На корпусе 18 параллельно плоскости трубчатых ламп 19 закреплена водоохлаждаемая плита 20, имеющая центральное конусообразное отверстие, расширяющееся в направлении трубчатых ламп 19. Меньший диаметр центрального конусообразного отверстия на поверхности плиты 20 выполнен большего размера, чем диаметр пленочной структуры 5. Система охлаждения плиты выполнена аналогично системе охлаждения корпуса. К плите 20 со стороны трубчатых ламп 19 прикреплена кварцевая пластина 21, диаметр которой больше, чем диаметр конусообразного отверстия со стороны трубчатых ламп 19. Пластина 19 предназначена для предотвращения конвекции воздуха из полости корпуса 18 в центральное отверстие плиты 20. Над кварцевой пластиной 21 в плите 20 закреплены по меньшей мере три точечные опоры 22, имеющие заостренные вершины, расположенные внутри центрального конусообразного отверстия в плоскости, параллельной плоскости трубчатых ламп 19. Опоры 22 выполнены из кварца или керамики и предназначены для размещения на них пленочной структуры 5. Над плитой 20 расположен экран 23 с центральным отверстием, выполненный составным из двух одинаковых частей 23', и 23'', которые выполнены перемещающимися относительно плиты 20. Центральное отверстие в экране 23 имеет диаметр, меньший чем диаметр пленочной структуры 5. Экран 23 предназначен для защиты от излучения трубчатых ламп 19, проникающего в щель между краями центрального отверстия плиты 20 и пленочной структуры 5. Составная конструкция экрана 23 предназначена для загрузки через него пленочной структуры 5 на опоры 22. The substrate heater consists of a water-cooled
Над нагревателем подложки расположен прикрепленный к каркасу 17 нагреватель зоны 24. Нагреватель зоны 24 содержит лазер 25 (фиг. 11) непрерывного действия и расположенные вдоль оси 26 лазерного пучка рассеивающую цилиндрическую линзу 27, треугольную призму 28 и собирающую цилиндрическую линзу 29. Призма 28 предназначена для выравнивания распределения энергии вдоль полосы сфокусированного излучения. Элементы нагревателя 24 зоны закреплены таким образом, что геометрическая ось 30 линзы 27 параллельна геометрической оси 31 призмы 28 и нормальна оси 26 лазерного пучка, а геометрическая ось 32 линзы 29 нормальна одновременно осям 30 и 26. Лазером 25 непрерывного действия может быть лазер на алюмо-иттриевом гранате с неодимом, а фокусное расстояние линзы 29 должно быть в диапазоне 10-100 мм, поскольку линза с большим фокусным расстоянием не способна обеспечить фокусировку пучка указанного лазера, необходимую для устойчивой зоны расплава. A
Нагреватель зоны может быть выполнен из трубчатой лампы 33 (фиг. 12), установленной в одном из фокусов отражателя, выполненного в виде полого эллиптического цилиндра 34, отражающими поверхностями которого являются боковые стороны 34' и 34", расположенные вдоль большой оси 35 образующего эллипса 36. Указанная конструкция отражателя предназначена для усиления фокусировки пуска излучения. Здесь используются нижние, ниже малой оси 37 образующего эллипса 36, участки отражающего профиля, которые формируют уменьшенное изображение источника излучения. The zone heater may be made of a tubular lamp 33 (Fig. 12) installed in one of the foci of the reflector, made in the form of a hollow
Целесообразно также нагреватель зоны выполнить из трубчатой лампы 33 (фиг. 13) и расположенных параллельной ей цилиндрических линз 38 и 38. It is also advisable to perform the zone heater from a tubular lamp 33 (Fig. 13) and cylindrical
Устройство может содержать также плоскую пластину 39 (фиг. 14), установленную на точеные опоры 22, диаметр которой больше чем диаметр пленочной структуры 5. Пластина 39 выполняется из плавленого кварца, кремния или керамики. Пластина 39 предназначена для установки на ней пленочной структуры 5 и нагрева ее путем теплопроводности. Пленочные структуры целесообразно нагревать теплопроводностью, если они частично прозрачны для излучения, или надо повысить устойчивость зоны расплава за счет увеличения теплоотвода от пленочной структуры. The device may also contain a flat plate 39 (Fig. 14) mounted on turned
Устройство содержит приемник изображения 40 (фиг. 10), прикрепленный к каркасу 17 над экраном 24, средство 41 обработки видеосигнала, соединенное с приемником 40, и средство 42 регулирования мощности нагревателя 25 зоны и/или мощности трубчатых ламп 19. Указанные приемник 40 и устройства 41 и 42 предназначены для контроля за зоной расплава и автоматизации процесса. В качестве средства 41 могут применяться любые известные аналого-цифровой преобразователь и арифметическое устройство; в качестве средства 42 может применяться стандартный регулятор мощности с цепью обратной связи. The device comprises an image receiver 40 (Fig. 10) attached to the
В корпусе 18 под пластиной 21 может быть выполнено сквозное щелевое отверстие 43, параллельное направлению перемещения корпуса 18, а приемник 40' изображения установлен под щелевым отверстием 43. Такая конструкция предназначена для контроля за зоной расплава, если она создана в пленочной структуре 5 со стороны трубчатых ламп 19. In the
Устройство для получения структур кремния-на-изоляторе посредством зонной перекристаллизации пленочной структуры работает следующим образом. A device for obtaining structures of silicon-on-insulator by zone recrystallization of the film structure works as follows.
Раздвигают две части экрана 23' и 23'', устанавливают пленочную структуру 5 на точечные опоры 22, сдвигают две части экрана 23 и 24. Подают питание на рубчатые лампы 19 и нагревают пленочную структуру 5 излучением от трубчатых ламп 19 до температуры 1320-1415oC. Полузамкнутый объем, образованный плитой 20 и пластиной 21, в котором размещена пленочная структура 5, предотвращает конвекцию воздуха и, следовательно, охлаждение воздушным потоком края пленочной структуры 5. Плита 20 и сдвинутые части экрана 23' и 23'' защищают расположенные перед экраном узлы установки и операторы от прямого излучения трубчатых ламп 19.Spread the two parts of the screen 23 'and 23'', install the
Подают питающее напряжение на нагреватель 24 зоны и получают пучок излучения 44 (схематически показан стрелкой), сфокусированный на поверхности пленочной структуры 5 в узкую полосу длиной на всю подложку, расположенную поперек направления перемещения корпуса 18. Выбирая оптимальные значения напряжений питания трубчатых ламп 19 и или нагревателя 24 зоны, формируют в пленочной структуре 5 зону расплава и перемещают нагреватель подложки вдоль каркаса 17, осуществляя процесс зонной перекристаллизации для получения требуемых структур кремния-на-изоляторе. A supply voltage is applied to the
Пучок излучения формируют следующим образом. Используют пучок излучения от непрерывного лазера 25 (фиг. 11) на алюмоиттриевом гранате с неодимом мощностью около 250 Вт. Выходной пучок излучения, распространяющийся вдоль оси 26, расширяют в одном из направлений линзой 27 и с помощью призмы 28 делят надвое, "переворачивая" каждую половину, и складывают участками с минимальной интенсивностью, осуществляя таким путем выравнивание распределения энергии в пучке. Затем пучок в ортогональной плоскости собирают линзой 29 так, что на поверхности пленочной структуры образуется узкая протяженная полоса 8. The radiation beam is formed as follows. Use a beam of radiation from a cw laser 25 (Fig. 11) on an aluminum yttrium garnet with a neodymium power of about 250 watts. The output radiation beam propagating along the
Пучок излучения формируют также, преобразуя излучение трубчатой лампы 33 (фиг. 12), которую устанавливают вдоль фокуса двух боковых частей 34' и 34'' отражателя из полого эллиптического цилиндра 34, которые собирают излучение на поверхности пленочной структуры 5 в узкую полосу 8 вдоль второго фокуса отражателя. Излучение от трубчатой лампы 33 (фиг. 13) собирают также линзами 38' и 38', на поверхности пленочной структуры 5, формируя необходимую полосу 8 излучения. A radiation beam is also formed by converting the radiation of the tube lamp 33 (Fig. 12), which is installed along the focus of the two side parts 34 'and 34' 'of the reflector from the hollow
Для эффективного нагрева полупрозрачных пленочных структур и повышения устойчивости зоны расплава на точечные опоры 22 (фиг. 14) устанавливают плоскую пластину 39 из плавленого кварца, кремния или керамики. На пластину 39 устанавливают пленочную структуру 5. Пластину 39 нагревают излучением от трубчатых ламп, а пленочная структура 5 нагревается от пластины 39 за счет теплопроводности. To effectively heat the translucent film structures and increase the stability of the melt zone on the point supports 22 (Fig. 14), a
С помощью приемника изображения 40 (фиг. 10), прикрепленного к каркасу 17, получают телевизионный код, соответствующий участку поверхности пленочной структуры 5 с зоной расплава. Этот код передают в средство 41 обработки видеосигнала, где выделяют сигнал, пропорциональный ширине "d" (фиг. 9) зоны 11 расплава. Сигнал, соответствующий ширине зоны 11 расплава, сравнивают с опорным сигналом "do", который введен в средство 41 (фиг. 10) и соответствует заданной ширине зоны 11 расплава. В средстве 41 вырабатывают сигнал рассогласования и передают его на средство 42 регулирования мощности нагревателя 24 зоны и/или трубчатых ламп 19. В средстве 42 изменяют напряжение питания нагревателя зоны 24 и/или трубчатых ламп 19 в соответствии с поступившим сигналом рассогласования. При этом меняется температура однородного нагрева пленочной структуры 5 и/или мощность пучка 44 излучения, нагревающего зону расплава. В результате в соответствии с величиной и знаком сигнала рассогласования меняется ширина зоны расплава, замыкания цепь отрицательной обратной связи, организованной на перечисленных выше элементах устройства.Using the image receiver 40 (Fig. 10), attached to the
Если зону 11 расплава формируют со стороны пленочной структуры 5, обращенной к трубчатым лампам 19, изображение зоны расплава передают через сквозную щель 43 в корпусе 18 на приемник изображения 40', установленный под щелью 43, как показано стрелкой 45'. If the
Ниже изобретение поясняется конкретным примером его осуществления. Below the invention is illustrated by a specific example of its implementation.
Пример 1. Создавали пленочную структуру, для чего кремниевую подложку окисляли до толщины оксида кремния, равной 1 мкм, осаждали пленку поликристаллического кремния толщиной 0,5 мкм, на поверхности которой формировали слой оксида кремния толщиной 1 мкм. Однородно нагревали пленочную структуру для температуре 1330oC, следуя показанию пирометра. С противоположной стороны пленочную структуру нагревали пучком излучения, сфокусированным на поверхности пленочной структуры в узкую полосу длиной на всю подложку. Профиль распределения мощности излучения поперек полоски измеряли с помощью ПЗС-матрицы. Полуширина распределения мощности излучения на половине амплитуды в сечении пучка составляла 0,46 мм. Создавали в пленке кремния зону расплава и, взаимно перемещая пленочную структуру и пучок сфокусированного излучения со скоростью 1 мм/с, получали требуемую структуру кремния-на-изоляторе. Полученная структура имела кристаллическую пленку кремния более чем на 90% поверхности подложки, поверхность пленки кремния оставалась гладкой и не имела морфологических дефектов. Стрела прогиба подложки составляла около 20 мкм. Время процесса не превышало 3 мин.Example 1. A film structure was created, for which the silicon substrate was oxidized to a silicon oxide thickness of 1 μm, a polycrystalline silicon film 0.5 μm thick was deposited, on the surface of which a
Пример. 2 Условия эксперимента те же, что и в примере 1, но пленочную структуру однородно нагревали от температуры 1280oC. Тогда в полученной пленочной структуре развивались линии скольжения в виде прямолинейных полосок вдоль направления {110} кремниевой подложки, а стрела прогиба пленочной структуры достигала 30 мкм.Example. 2 The experimental conditions are the same as in example 1, but the film structure was uniformly heated from a temperature of 1280 o C. Then, slip lines in the form of rectilinear strips along the {110} direction of the silicon substrate developed in the resulting film structure, and the deflection arrow of the film structure reached 30 microns.
Пример 3. Условия эксперимента те же, что и в примере 1, но слой разделительного диэлектрика, пленку кремния и слой капсулирующего диэлектрика формировали с каждой из двух сторон подложки, пленочную структуру однородно нагревали до температуры 1380oC, полуширина распределения мощности излучения на половине амплитуды в сечении пучка составляла 0,25 мм, а зону расплава формировали в каждой пленке кремния с каждой упомянутой стороны. Полученная пленочная структура не содержала морфологических дефектов, а стрела ее прогиба составляла около 18 мкм. При этом монокристаллическая пленка кремния оказывалась выращенной с двух сторон пленочной структуры.Example 3. The experimental conditions are the same as in example 1, but a separation dielectric layer, a silicon film, and an encapsulating dielectric layer were formed on each of the two sides of the substrate, the film structure was uniformly heated to a temperature of 1380 ° C, the half-width of the radiation power distribution at half amplitude in the beam section was 0.25 mm, and a melt zone was formed in each silicon film on each of the mentioned sides. The resulting film structure did not contain morphological defects, and the arrow of its deflection was about 18 μm. In this case, a single-crystal silicon film turned out to be grown on both sides of the film structure.
Claims (22)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94045227A RU2133520C1 (en) | 1994-12-26 | 1994-12-26 | Method and device for producing silicon-on- insulator structure by regional recrystallization method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94045227A RU2133520C1 (en) | 1994-12-26 | 1994-12-26 | Method and device for producing silicon-on- insulator structure by regional recrystallization method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94045227A RU94045227A (en) | 1996-10-27 |
| RU2133520C1 true RU2133520C1 (en) | 1999-07-20 |
Family
ID=20163472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94045227A RU2133520C1 (en) | 1994-12-26 | 1994-12-26 | Method and device for producing silicon-on- insulator structure by regional recrystallization method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2133520C1 (en) |
-
1994
- 1994-12-26 RU RU94045227A patent/RU2133520C1/en active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Aiz ki NaO-Aki Pecrystallization of silicon film on insulating layers a laser leam split by a birefringeut plate, "Appl. Phus Left," 1984, 44, № 7, p.686-688. Shappir J, Adar R. Polycrystalline silicon recrystallization by combined CW laser and furnace heating "J. Electrochem. Sol", 1984, 131, № 4, p.902-905. * |
| Kamgar A., Labate E., Recrystallization of Polysilicon Films Using Incoherent Light. Mater. Letters. V.1, № 3, 4, 1982, p.91-94. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU94045227A (en) | 1996-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3213338B2 (en) | Manufacturing method of thin film semiconductor device | |
| US4388145A (en) | Laser annealing for growth of single crystal semiconductor areas | |
| KR20020026452A (en) | Crystal growth and annealing and apparatus | |
| US6235110B1 (en) | Method of producing recrystallized-material-member, and apparatus and heating method therefor | |
| JP5181396B2 (en) | Single crystal growth apparatus and single crystal growth method | |
| JPH0521340A (en) | Thin film semiconductor device, method and apparatus for manufacturing the same | |
| US4547256A (en) | Method for thermally treating a semiconductor substrate | |
| Kamgar et al. | Recrystallization of polysilicon films using incoherent light | |
| RU2133520C1 (en) | Method and device for producing silicon-on- insulator structure by regional recrystallization method | |
| JPS61289617A (en) | Manufacturing device for single-crystal thin film | |
| JP2550344B2 (en) | Infrared heating single crystal manufacturing equipment | |
| EP0032920B1 (en) | Photo-induced temperature gradient zone melting | |
| JP2006196534A (en) | Method and device for manufacturing semiconductor thin film | |
| US6300256B1 (en) | Method and device for producing electrically conductive continuity in semiconductor components | |
| JPH04190088A (en) | Plasma lamp image heating device | |
| JPH0521339A (en) | Thin film semiconductor device and manufacture thereof | |
| EP0211933A1 (en) | Ribbon-to-ribbon conversion system method and apparatus | |
| JPH02112227A (en) | Manufacture of semiconductor crystal layer | |
| US20120273792A1 (en) | Zone Melt Recrystallization of Thin Films | |
| NL8500232A (en) | METHOD AND APPARATUS FOR MAKING CRYSTAL GERMS FOR SINGLE CRYSTAL SEMICONDUCTOR DEVICES. | |
| CN116034187A (en) | Laser-based post-heating for crystal growth | |
| NL8500231A (en) | SEMICONDUCTOR PLATE FOR MAKING A SINGLE CRYSTAL SEMICONDUCTOR. | |
| JPH01200615A (en) | Method of forming insulator with thin single crystal semiconductor material layer | |
| JPS60501501A (en) | Processes and equipment for manufacturing single crystal and macrocrystalline layers, e.g. for photovoltaic cells | |
| JP2847299B2 (en) | Optical element holding table and holding method |