Способ выращивания кристаллов из аморфной фазы на некристаллической подложке

 

Изобретение относится к производству кристаллов и может быть использовано в производстве полупроводниковых кристаллов для изготовления микросхем. Сущность: сначала на плоскую подложку методом лазерного-стимулированного осаждения из газовой фазы осаждается слой аморфного вещества необходимой толщины, а затем в слое создается интерференционная картина с помощью двух лазерных лучей. На пленку направляется лазерный луч с энергией, достаточной для получения расплава, после чего начинается процесс кристаллизации, при этом интерференционная картина (стоячая волна) является затравкой процесса кристаллизации. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к производству кристаллов и может быть использовано в производстве полупроводниковых кристаллов для изготовления микросхем.

Известен способ выращивания кристаллов методом направленной кристаллизации из расплавов, например методом Чохральского. В расплавленное нагревателем вещество, находящееся в тигле и имеющее температуру, близкую к температуре плавления, опускают монокристаллическую затравку того же состава, что и расплав. Далее приводят в действие подъемный механизм затравки, при этом затравка смачивается расплавом и увлекает его вверх, вследствии чего расплав на затравке нарастает в виде кристаллической фазы.

Способ применяется для получения кристаллов больших размеров.

Известен способ выращивания кристаллов методом эпитаксии.

Методом эпитаксии выращиваются тонкие (до 20 мкм) слои монокристалла на кристаллической подложке того же состава, что и выращиваемый кристалл, или на подложке материала с предварительно сформированным механическим способом рельефом на поверхности подложки. Рельеф имеет структуру, повторяющую структуру кристалла или конгруэнтную ей. На подложку методом молекулярно-лучевой эпитаксии наносят аморфный слой вещества, подлежащего кристаллизации, затем методом лазерного отжига формируют кристаллическую структуру пленки. Рельеф служит затравкой для процесса кристаллизации Недостатками способа являются необходимость в двух технологических процессах (молекулярно-лучевая эпитаксия и лазерный отжиг) и наиболее крупный недостаток необходимость нанесения рельефа механическим способом. Точность нанесения рельефа всегда ниже требуемой (1 нм), разрешение механических методов не позволяет нанести рельеф с шагом кристаллической решетки, приходится ограничиваться шагом, кратным периоду решетки, что увеличивает вероятность появления дефектов кристаллической решетки (дислокаций).

Задачей изобретения является устранение этих недостатков.

В предложенном способе технический результат достигается тем, что сначала на плоскую подложку методом лазерно-стимулированного осаждения из газовой фазы осаждается слой аморфного вещества необходимой толщины, а затем в слое создается интерференционная картина с помощью двух лазерных лучей. На пленку направляется лазерный луч с энергией, достаточной для получения расплава, после чего начинается процесс кристаллизации, при этом интерференционная картина (стоячая волна) является затравкой процесса кристаллизации.

Предлагаемый способ основан на взаимодействии стоячей волны с атомами вещества, в результате которого в узлах пучности атомы остывающего расплава получают дополнительную энергию и не могут остаться в этих местах. Между узлами пучности колеблющиеся атомы отдают избыток энергии и фиксируются в положении, определяемом минимумом энергии для данной кристаллической решетки. Период стоячей волны и ее расположение относительно поверхности аморфной пленки выбирается в соответствии с периодом кристаллической решетки напыленного вещества и требованиями по минимизации дислокаций в объеме кристалла.

Формирование интерференционной картины гораздо проще, точнее и дешевле, чем механическое создание рельефа, не требует специального технологического оборудования, все процессы реализуются в одном объеме на одной установке.

Способ выращивания кристаллов осуществляют следующим образом (описание дано на примере кремния). В камеру-реактор помещают подложку и напускают активный газ (например, SiH₄, SiF₄ и т.п.), затем осаждают кремний с помощью лазерного (для получения локальных кристаллов) или ультрафиолетового излучения (для получения полос или сплошных пленок). Далее с помощью двух лучей лазера формируется интерференционная картина с периодом (в случае кремния) 0,543 мкм или кратного ему (периодом кристаллической решетки). В зависимости от теплофизических свойств материала подложки стоячая волна помещается на поверхность подложки, поверхность пленки или глубину пленки. Размещение волны определяется направлением фронта кристаллизации. Пленка нагревается до температуры плавления лазерным лучем в сканирующем непрерывном или импульсном режиме. Режим определяется необходимостью создания островной или сплошной кристаллизации. После остывания расплава образуется пленка монокристаллического состава.

Если кристаллическая решетка имеет особенности по периоду или не удается дешевым способом получить стоячую волну с нужным периодом, создается интерференционная картина с периодом, по возможности близким к необходимому, таким, чтобы разность периодов была бы существенно меньше половины периода решетки. После начала кристаллизации интерференционная картина перемещается пошагово перед фронтом кристаллизации, при этом шаги корректируются так, чтобы компенсировать начальную неточность выбора периода.

Формула изобретения

1. Способ выращивания кристаллов из аморфной фазы на некристаллической подложке, основанный на нанесении аморфного слоя вещества на подложку, формировании с помощью лазера кристаллической структуры пленки, отличающийся тем, что перед началом кристаллизации на поверхности и в глубине кристаллизуемого вещества с помощью двух лазеров формируют интерференционную картину с периодом, равным или кратным периоду кристаллической решетки кристаллизуемого вещества.

2. Способ выращивания кристаллов из аморфной фазы на некристаллической подложке, основанный на нанесении аморфного слоя вещества на подложку и формировании с помощью лазера кристаллической структуры, отличающийся тем, что с помощью двух лазеров создают интерференционную картину с периодом, отличным от точного значения периода кристаллической решетки, а после начала кристаллизации интерференционную картину дискретно перемещают перед фронтом кристаллизации со скоростью, равной скорости движения фронта кристаллизации, и с шагом, корректирующим начальные отличия в периодах решетки и интерференционной картины.