DE3818504C2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- DE3818504C2 DE3818504C2 DE3818504A DE3818504A DE3818504C2 DE 3818504 C2 DE3818504 C2 DE 3818504C2 DE 3818504 A DE3818504 A DE 3818504A DE 3818504 A DE3818504 A DE 3818504A DE 3818504 C2 DE3818504 C2 DE 3818504C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- substrate material
- laser
- laser beam
- tem
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 16
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 8
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 15
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 7
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 6
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 3
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 3
- RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N arsane Chemical compound [AsH3] RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000012489 doughnuts Nutrition 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N Phosphine Chemical compound P XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- MBVYBPVFXFHAMJ-UHFFFAOYSA-N [Cl].[Cl].[Cl].[B] Chemical compound [Cl].[Cl].[Cl].[B] MBVYBPVFXFHAMJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910021486 amorphous silicon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000070 arsenic hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 244000052616 bacterial pathogen Species 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- ZOCHARZZJNPSEU-UHFFFAOYSA-N diboron Chemical compound B#B ZOCHARZZJNPSEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000002631 hypothermal effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000010956 selective crystallization Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02656—Special treatments
- H01L21/02664—Aftertreatments
- H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
- H01L21/02675—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams
- H01L21/02683—Continuous wave laser beam
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02656—Special treatments
- H01L21/02664—Aftertreatments
- H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
- H01L21/02675—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
- C30B13/16—Heating of the molten zone
- C30B13/22—Heating of the molten zone by irradiation or electric discharge
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/06—Silicon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
- H01L21/02422—Non-crystalline insulating materials, e.g. glass, polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02656—Special treatments
- H01L21/02664—Aftertreatments
- H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
- H01L21/02691—Scanning of a beam
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kristallisation
dünner Halbleiterschichten auf einem Substratmaterial nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Verfahren ist aus
der Literaturstelle Appl. Phys. Lett. 40, 1982, Seiten 394 und
395 bekannt.
Das genannte Verfahren ist insbesondere für die gezielte
Kristallisation von Silizium ohne Keimvorgabe in sogenannten
SOI-Strukturen (SOI: Silicon-On-Insulator, Silizium auf einem
Isolator) interessant.
SOI-Strukturen sind für eine Reihe von elektronischen Bauelementen
etwa in integrierten Schaltungen (ICs) von technischer
Bedeutung. Ein Querschnitt durch ein Substratmaterial mit einer
SOI-Struktur ist schematisch in der anliegenden Fig. 1 dargestellt.
Dabei ist auf einer Silizium-Basisschicht (Bulk-Si) eine
Isolatorschicht I, hier beispielsweise eine 0,5 µm dicke SiO₂-
Schicht, und auf dieser Isolatorschicht I eine hier beispielsweise
ebenfalls 0,5 µm dicke, polykristalline Silizium-Oberflächenschicht
S ausgebildet.
Die unter Verwendung von SOI-Substraten hergestellten integrierten
Schaltungen (SOI-IC) zeigen gegenüber konventionellen
ICs, d. h. auf monokristallinen Si-Substraten hergestellten ICs
wegen geringerer parasitärer Kapazitäten höhere Signalgeschwindigkeiten
und eine geringere Strahlungsempfindlichkeit. Bei
CMOS-ICs kann bei erhöhter Integrationsdichte der sogenannte
Latch-Up-Effekt vermieden werden.
Unter Anwendung der SOI-Technik können insbesondere auch
dreidimensionale ICs (3D-ICs) gefertigt werden, wenn als Substrat
für die kristallisierende Si-Schicht Wafer mit IC-Strukturen
verwendet werden, die mit einer geeigneten Isolatorschicht
versehen sind.
Bei dem aus der eingangs genannten Literaturstelle bekannten
Verfahren wird eine einkristalline SOI-Schicht durch lokales
Aufschmelzen von feinkristallinem Silizium-Material hergestellt.
Das ist zum Beispiel auch aus Wirtschaftlichkeitsgründen interessant,
wenn man berücksichtigt, daß nur ein geringer Teil der
Oberfläche eines IC-Chips (etwa 15%) mit aktiven Bauelementen
belegt ist und daher einkristallin sein muß.
Die Literaturstelle beschreibt die Rekristallisation von Si
über einem Isolator mittels eines Laserstrahles, der zur Erzeugung
eines Temperaturprofiles mit einem zentralen Minimum eine
"Doughnut"-Form hat, das heißt dessen Intensitätsverteilung
ringförmig ist. Das Minimum in der Temperaturverteilung hat zur
Folge, daß im Zentrum des bestrahlten Bereiches eine einkristalline
Rekristallisation erfolgt, da dort der polykristalline Rand
des bestrahlten Bereiches keinen Einfluß auf die Kristallisation
hat (vgl. J. Cryst. Growth 88, 1988, Seiten 383 bis 390,
insbesondere den ersten Absatz der Seite 384).
Die eingangs genannte Literaturstelle enthält jedoch nur
experimentelle Grundlagen, aber keine Einzelheiten über eine
praktische und mit verhältnismäßig geringem Aufwand reproduzierbare
Ausführung des beschriebenen Vorganges. So ist zwar angegeben,
wie ein bestimmter Lasertyp (ein Ar-Laser mit 2 m langem
Resonator) umzubauen ist, um einen Laserstrahl mit ringförmiger
Intensitätsverteilung zu erhalten (statt einem 6-m-Spiegel ist
ein 4-m-Spiegel zu verwenden); dabei ist jedoch nicht einmal
bekannt, welche Schwingungsmode vorliegt. Auch ist nichts über
die konkrete Form der Intensitäts- und damit Temperaturverteilung
ausgesagt.
Aus der DE 36 20 300 A1 ist darüber hinaus ein Verfahren zur
Herstellung einkristalliner Dünnfilme bekannt, wobei jedoch
trotz der Verwendung eines Laserstrahles mit zwei seitlichen
Maxima eine Temperaturverteilung ohne zentrales Minimum, sondern
mit einem zentralen Maximum angestrebt wird.
Aus der US 45 89 951 ist es bekannt, daß zur Erzeugung der
"Donut"-Form bzw. der gewünschten Temperaturverteilung mit einem
zentralen Minimum anstelle einer Änderung der Krümmung des Resonatorspiegels
alternativ der Laserstrahl in der Form einer
"Acht" bewegt, mittels Masken ein Keil abgebildet oder drei
Strahlen überlagert werden können.
Die US 47 07 217 enthält eine Erläuterung der Erzeugung von
einkristallinen dünnen Filmen durch einen keilförmigen Laserstrahl,
der auf optischem Wege mittels Spiegeln usw. erzeugt
wird.
Die JP 59-1 02 892 beschreibt eine optische Umformung des
Laserstrahles durch eine Strahlformschaltung, um die gewünschte
eingeschnürte Strahlform und damit das entsprechende Temperaturprofil
zu erhalten.
Beim Gegenstand der bereits genannten Literaturstelle
J. Cryst. Growth 88 wird der Laserstrahl wiederum durch Blenden
optisch in die erforderliche Gestalt gebracht.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorgehensweise
anzugeben, mit der das aus der eingangs genannten Literaturstelle
bekannte Prinzip mit geringem Aufwand und dabei doch als
stabiler, reproduzierbarer Prozeß in die Praxis umgesetzt werden
kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen
des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Die im Patentanspruch 1 angegebene Vorgehensweise sichert
mit einfachen Maßnahmen ein reproduzierbares Ergebnis: Die erste
der im Kennzeichen des Patentanspruchs genannten Maßnahmen beinhaltet
eine Optimierung der einzustrahlenden Leistung; und beide
der genannten Maßnahmen dienen der Stabilisierung des Prozesses.
Die Definition der lateralen Breite des unterkühlen Bereiches
trägt dazu bei, daß das Kristallwachstum tatsächlich nur von
einem Keim ausgeht. Die Anordnung des Polarisators und des 2/4-
Plättchens bewirkt, daß kein Laserlicht von der Substratoberfläche
in den Resonator zurückreflektiert wird. Ohne das 2/4-
Plättchen könnte das Laserlicht sämtliche im Strahlengang befindlichen
optischen Elemente auch rückwärts durchlaufen und
wieder in den Laserresonator eintreten. Dies stellt effektiv
jedoch eine Verlängerung des Resonantors dar, der dadurch sehr
unstabil wird.
Gerade auf dem vorliegenden Gebiet der Mikroelektronik wird
ein hohes Maß an Qualität verlangt, was voraussetzt, daß viele
Details genau eingehalten werden. Ein stabiler, reproduzierbarer
Prozeß, der wie bei der vorliegenden Erfindung mittels eines
kostengünstigen Systemaufbaus z. B. mit einem Laser niedriger
Leistung ermöglicht wird, kann etwa für eine Kleinserienproduktion
ein wichtiger Faktor sein.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 beschrieben.
Die Intensitätsprofile eines Laserstrahles im TEM₀₁-Schwingungsmode
bzw. bei Überlagerung von zwei TEM₀₀-Moden sind in der
anliegenden Fig. 2 dargestellt. Darüber hinaus beträgt die Scangeschwindigkeit
des intensitätsmodulierten Laserstrahls vorzugsweise
10 bis 500 mm/sek, der Strahldurchmesser (bei 1/e-Intensität)
auf der Substratoberfläche 5 bis 20 µm.
Erfolgt die Kristallisation in einer mit Dotiergas gefüllten
Kammer, kann die aufgeschmolzene Schicht während des Rekristallisationsvorganges
gezielt dotiert werden. Bei der
Dotierung von Silizium wird vorzugsweise Phosphin (PH₃) oder
Arsin (AsH₃) zur Herstellung n-leitender Schichten und Diboran
(B₂H₆) oder Bortrichlor (BCl₃) zur Herstellung p-leitender
Schichten verwendet.
Mit dem beschriebenen Kristallisationsverfahren können neue techni
sche Bauelemente auf dem Gebiet der Displaytechnik realisiert
werden. Von Bedeutung ist dieses Verfahren weiterhin in der
Optoelektronik, in der integrierten Optik sowie bei der Her
stellung von integrierten Solarzellen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden
unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen
erläutert. In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine SOI-
Struktur (Silicon-On-Insulator);
Fig. 2 Intensitätsprofile eines Laserstrahls im
TEM01-Schwingungsmode und bei Überlagerung von zwei TEM00-
Schwingungsmoden;
Fig. 3 den schematischen Aufbau einer Vorrichtung mit
einem Ar-Laser zur selektiven Kristallisation nach dem erfin
dungsgemäßen Verfahren; und
Fig. 4a und 4b Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen
von rekristallisierten Polysilizium-Bereichen auf einer SOI-
Struktur, die mit Laserstrahlen im TEM01-Schwingungsmode (a)
bzw. im TEM01*-Schwingungsmode (b) erzielt wurden.
Der Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des erfin
dungsgemäßen Verfahrens ist schematisch in Fig. 3 darge
stellt. Entsprechend dieser Anordnung sind im Strahlengang ei
nes Laserstrahls hintereinander ein Prisma 1, eine Laserröhre
2 zur Erzeugung des Laserstrahls (hier ein Ar-Laser), eine
verstellbare Aperturblende 3, ein Auskoppelspiegel 4, eine
elektro-optische Modulationseinrichtung mit einem ADP-Kristall
5 und einem dielektrischen Polarisator 6, ein λ/4-Plättchen 7,
ein Objektiv 8 sowie der zu bestrahlende Wafer 9 angeordnet.
Durch Verstellen der - gewöhnlich innerhalb des Laser-
Resonators angeordneten - Aperturblende 3 werden die erfin
dungsgemäß gewünschten TEM01- oder TEM01*-Schwingungs
moden bzw. die TEM00-Schwingungsmoden des Lasers stabil ein
gestellt. Bei Auswahl von TEM00-Schwingungsmoden werden die
se so überlagert, daß sich ein dem TEM01-Mode vergleichbares
Intensitätsprofil des Laserstrahls ergibt.
Das λ/4-Plättchen 7 ist im Strahlengang angeordnet, um
eine zeitlich konstante, d. h. nicht oszillierende Absorption
der Laserstrahlung in der geschmolzenen bzw. zu schmelzenden
Materialschicht zu erzielen. Der von der Oberfläche des Wafers
9 reflektierte Strahlanteil wird durch das λ/4-Plättchen 7 un
terdrückt, da dieser reflektierte, zirkular polarisierte
Strahlanteil beim Durchlaufen des λ/4-Plättchens 7 wieder
linear polarisiert wird, wobei jedoch die Polarisationsrich
tung senkrecht zur Polarisationsrichtung des einfallenden
Laserstrahls ist. Der reflektierte Strahlanteil kann somit den
dielektrischen Polarisator 6 nicht passieren und gelangt daher
nicht zurück in den Laser-Resonator.
Der gewünschte Strahldurchmesser auf der Oberfläche des
Wafers 9 wird über die Brennweite des Objektivs 8 eingestellt.
In der in Fig. 3 dargestellten Anordnung findet beispiels
weise ein Objektiv mit einer Brennweite f=25 mm Anwendung,
mit dem ein Strahldurchmesser von 10 µm auf der Wafer-Ober
fläche eingestellt wird.
Die Strahlbewegung auf dem Substrat 9 kann beispielsweise
durch mechanisch bewegte Spiegel bzw. elektro-optische Ab
lenkelemente oder auch durch die mechanische Verstellung eines
x-y-Tisches erfolgen, auf dem der Wafer 9 angeordnet ist. Die
se Elemente für die Ablenkung des Strahls auf der Substrat
oberfläche sind in Fig. 3 nicht dargestellt. Die Steuerung
der Strahlbewegung bzw. die Ansteuerung des x-y-Tisches sowie
die Modulation der Lichtintensität erfolgt über einen Rechner.
In Fig. 4 ist eine selektiv kristallisierte Si-Schicht
nach erfolgter Strukturätzung gezeigt, wie sie nach dem er
findungsgemäßen Verfahren mit der oben unter Bezugnahme auf
Fig. 3 erläuterten Vorrichtung erzielt wurde. Bei der Struk
tur nach Fig. 4a wurde die Substratoberfläche von oben nach
unten mit einem Laserstrahl mit einem TEM01-Profil, bei der
Struktur nach Fig. 4b von unten nach oben mit einem Laser
strahl mit einem TEM01*-Profil abgetastet. Der 1/e-Durch
messer im Laser-Fokus betrug 10 µm bei einer Laserleistung von
2 Watt und einer Lichtwellenlänge von 488 nm. Kristallisiert
wurde eine 0,5 µm dicke polykristalline Si-Schicht, die mit
tels chemischer Schichtabscheidung (CVD) auf einem amorphen
SiO2-Substrat hergestellt worden war.
In beiden Fig. 4a und 4b sind deutlich drei Phasen von
verschiedenen Kristallstrukturen zu unterscheiden, die auf un
terschiedliche Temperaturbereiche in der Schmelze bei der Kri
stallisation zurückzuführen sind. Im Hintergrund erkennt man
die typische feinkörnige Struktur des unmodifizierten CVD-
Polysiliziums. In diesen Bereichen wurde beim Kristallisa
tionsvorgang die Schmelztemperatur nicht erreicht. In den äu
ßeren Bereichen der Schmelzspur nimmt die Korngröße zu, und es
entsteht eine scharfe Abgrenzung zum CVD-Polysilizium. Die
geometrische Form dieser Grenzflächenlinien
zeigt exakt die
Temperaturverteilung auf der Oberfläche im Bereich der abfal
lenden Flanke des profilierten Laserstrahls. Der Innenbereich
der Schmelzspur hat eine einkristalline Struktur und ist von
Außenbereichen mit langen filigranen Kristalliten eingeschlos
sen, die dem Temperaturgradienten in der Schmelze von der Au
ßenseite zur Innenseite folgen.
Claims (4)
1. Verfahren zur Kristallisation dünner Halbleiterschichten
auf einem Substratmaterial (9) unter Verwendung einer Laser-
Strahlungsquelle (2), wobei der Laserstrahl auf die Oberfläche
des Substratmateriales (9) fokussiert wird und dadurch in dieser
Schicht eine Schmelze mit einem Temperaturprofil erzeugt wird,
das einen unterkühlten Bereich symmetrisch zu seinem Zentrum
aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die lateralen Abmessungen des in der Schmelze erzeugten unterkühlten Bereiches das Drei- bis Fünffache der Dicke der aufgeschmolzenen Schicht betragen, und daß
hintereinander im Strahlengang des von der Laser-Strahlungsquelle erzeugten Strahls ein dielektrischer Polarisator (6) und ein 2/4-Plättchen (7) angeordnet sind, wobei durch das 2/4-Plättchen (7) der vom Substratmaterial (9) reflektierte Strahlanteil senkrecht zur Polariationsrichtung des dielektrischen Polarisators (6) linear polarisiert wird.
die lateralen Abmessungen des in der Schmelze erzeugten unterkühlten Bereiches das Drei- bis Fünffache der Dicke der aufgeschmolzenen Schicht betragen, und daß
hintereinander im Strahlengang des von der Laser-Strahlungsquelle erzeugten Strahls ein dielektrischer Polarisator (6) und ein 2/4-Plättchen (7) angeordnet sind, wobei durch das 2/4-Plättchen (7) der vom Substratmaterial (9) reflektierte Strahlanteil senkrecht zur Polariationsrichtung des dielektrischen Polarisators (6) linear polarisiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bestrahlung des Substratmateriales (9) im TEM₀₁- oder TEM₀₁*-
Schwingungsmode des Laserstrahles erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bestrahlung des Substratmaterials (9) mit einem Laserstrahl
erfolgt, bei dem TEM00-Schwingungsmoden so überlagert werden,
daß ein dem TEM01-Schwingungsmode vergleichbares Intensitätsprofil
entsteht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kristallisation in einer mit Dotiergas
gefüllten Kammer erfolgt.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3818504A DE3818504A1 (de) | 1988-05-31 | 1988-05-31 | Verfahren und vorrichtung fuer die kristallisation duenner halbleiterschichten auf einem substratmaterial |
PCT/DE1989/000342 WO1989012317A1 (en) | 1988-05-31 | 1989-05-30 | Process and device for crystallization of thin semiconductor layers on a substrate material |
DE89DE8900342A DE3990622D2 (en) | 1988-05-31 | 1989-05-30 | Verfahren und vorrichtung fuer die kristallisation duenner halbleiterschichten auf einem substratmaterial |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3818504A DE3818504A1 (de) | 1988-05-31 | 1988-05-31 | Verfahren und vorrichtung fuer die kristallisation duenner halbleiterschichten auf einem substratmaterial |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3818504A1 DE3818504A1 (de) | 1991-01-03 |
DE3818504C2 true DE3818504C2 (de) | 1993-03-25 |
Family
ID=6355519
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3818504A Granted DE3818504A1 (de) | 1988-05-31 | 1988-05-31 | Verfahren und vorrichtung fuer die kristallisation duenner halbleiterschichten auf einem substratmaterial |
DE89DE8900342A Expired - Fee Related DE3990622D2 (en) | 1988-05-31 | 1989-05-30 | Verfahren und vorrichtung fuer die kristallisation duenner halbleiterschichten auf einem substratmaterial |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE89DE8900342A Expired - Fee Related DE3990622D2 (en) | 1988-05-31 | 1989-05-30 | Verfahren und vorrichtung fuer die kristallisation duenner halbleiterschichten auf einem substratmaterial |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (2) | DE3818504A1 (de) |
WO (1) | WO1989012317A1 (de) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10284431A (ja) * | 1997-04-11 | 1998-10-23 | Sharp Corp | Soi基板の製造方法 |
JP4403599B2 (ja) * | 1999-04-19 | 2010-01-27 | ソニー株式会社 | 半導体薄膜の結晶化方法、レーザ照射装置、薄膜トランジスタの製造方法及び表示装置の製造方法 |
JP3562389B2 (ja) * | 1999-06-25 | 2004-09-08 | 三菱電機株式会社 | レーザ熱処理装置 |
DE102004042343B4 (de) * | 2004-09-01 | 2008-01-31 | Innovavent Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Modifikation von amorphen Halbleitern mittels Laserstrahlung |
DE102005043303B4 (de) * | 2005-09-12 | 2010-07-08 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur Rekristallisierung von Schichtstrukturen mittels Zonenschmelzen und dessen Verwendung |
CN111519256B (zh) * | 2020-04-15 | 2022-01-04 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种利用脉冲激光触发形核的方法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH550646A (de) * | 1972-04-20 | 1974-06-28 | Pierres Holding Sa | Verfahren zur praezisen bearbeitung von werkstuecken mittels laserstrahlen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens. |
JPS5821319A (ja) * | 1981-07-30 | 1983-02-08 | Fujitsu Ltd | レ−ザアニ−ル方法 |
EP0109254A2 (de) * | 1982-11-13 | 1984-05-23 | Yuk Wah Joseph Koo | Einzelmode-Impulslaser |
JPS61289617A (ja) * | 1985-06-18 | 1986-12-19 | Sony Corp | 薄膜単結晶の製造装置 |
US4707217A (en) * | 1986-05-28 | 1987-11-17 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Single crystal thin films |
-
1988
- 1988-05-31 DE DE3818504A patent/DE3818504A1/de active Granted
-
1989
- 1989-05-30 DE DE89DE8900342A patent/DE3990622D2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-05-30 WO PCT/DE1989/000342 patent/WO1989012317A1/de active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1989012317A1 (en) | 1989-12-14 |
DE3990622D2 (en) | 1992-01-30 |
DE3818504A1 (de) | 1991-01-03 |
DE3990622A1 (en) | 1992-01-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE60027820T2 (de) | Vorrichtung mit einem optischen System zur Laserwärmebehandlung und ein diese Vorrichtung verwendendes Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen | |
DE69515020T2 (de) | Verfahren zum Züchten eines Halbleiterkristalls | |
EP1738402B1 (de) | Laserdotierung von festkörpern mit einem linienfokussierten lasterstrahl und darauf basierende herstellung von solarzellen-emittern | |
KR100261853B1 (ko) | 반도체장치제작방법 | |
DE69815860T2 (de) | Integrierter strahlformer und seine verwendung | |
DE68909620T2 (de) | Dünnschichtmusterstruktur. | |
US5145808A (en) | Method of crystallizing a semiconductor thin film | |
DE3779672T2 (de) | Verfahren zum herstellen einer monokristallinen halbleiterschicht. | |
JPH10242073A (ja) | レーザー照射装置およびレーザー照射方法 | |
JP4964392B2 (ja) | レーザシステム | |
JP2001127004A (ja) | レーザ照射装置 | |
KR100698436B1 (ko) | 레이저 빔 투영 마스크 및 그것을 이용한 레이저 가공방법, 레이저 가공 장치 | |
DE3818504C2 (de) | ||
DE10306550B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Bilden einer Halbleiterdünnschicht | |
DE3200853C2 (de) | ||
KR100760600B1 (ko) | 레이저 시스템, 이러한 레이저 시스템을 포함하는 레이저 장치, 및 이러한 레이저 장치에서 반도체 필름을 결정화하는 방법 | |
DE3620300A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur herstellung einkristalliner duennfilme | |
DE19956107A1 (de) | Form einer durch einen Laserstrahl hergestellten Mikromarkierung und Verfahren zur Mikromarkierung | |
DE112022002455T5 (de) | Verfahren und vorrichtung zum lasertempern | |
DE102019118676B4 (de) | Optisches System zur Homogenisierung der Intensität von Lichtstrahlung und Anlage zur Bearbeitung einer Halbleitermaterialschicht | |
DE3824127C2 (de) | Vorrichtung zur Wärmebehandlung der Oberfläche eines Substrates, insbesondere zum Kristallisieren von polykristallinem oder amorphem Substratmaterial | |
DE102019112141A1 (de) | Verfahren und optisches System zur Bearbeitung eines Halbleitermaterials | |
DE102010044480A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle | |
DE10025835B4 (de) | Mikropunktmarkierungsverfahren | |
DD234529A1 (de) | Verfahren zur rekristallisation halbleitender schichten auf dielektrischen schichten |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |