Процессы в кремниевых структурах,
Стимулированные лазерным излучением
Лазерный отжиг
Имплантация примесных ионов в подложку сопровождается взаимодействием их с атомами подложки, в результате чего последние выбиваются из своих узлов, образуя вакансии. Выбитые атомы подложки, в свою очередь, могут выбивать другие атомы кристаллической решетки, что приводит к образованию кластеров дефектов вдоль траектории движения ионов. Описанный процесс далек от теплового равновесия, поэтому лишь немногие имплантированные ионы занимают после имплантации места в узлах решетки, становясь примесями замещения. Большая часть ионов находится в междоузлиях, где выполнить свою функцию доноров или акцепторов они не в состоянии. В результате концентрация свободных носителей в имплантированных областях подложки будет существенно ниже концентрации имплантированной примеси, то есть лишь незначительная доля имплантированных атомов дает вклад в общее количество свободных носителей заряда.
Для восстановления кристаллической структуры и для перевода имплантированных атомов из междоузлий в узлы кристаллической решетки необходим отжиг. При обычном отжиге кремниевые пластины выдерживаются при довольно большой температуре. Температура отжига и его продолжительность зависят от степени дефектности подложки. Такой термический отжиг не всегда способен восстановить исходную кристаллическую структуру и часто приводит к нежелательным последствиям с точки зрения структуры и химической чистоты кремниевой пластины. Более того, после термической обработки вблизи поверхности пластины часто повышается концентрация электрически нейтральных примесных атомов, которые снижают время жизни носителей заряда в полупроводнике.
|
|
|
Высококачественный отжиг приповерхностных дефектов может быть выполнен путем обработки поверхности пластины лазерным излучением. При достаточно высокой мощности лазерного излучения происходит расплавление тонкого приповерхностного слоя пластины. При снижении температуры расплавленные области кристаллизуются, при этом расположенная ниже бездефектная область монокристаллической пластины выполняет роль затравки. Обычно используют импульсный режим работы лазера, причем обработку пластины осуществляют путем сканирования лазерного луча по поверхности. Скорость сканирования зависит от размера пятна и частоты импульсов. Ее подбирают такой, чтобы соседние облученные области перекрывались.
Достоинств у такого способа отжига несколько. Во-первых, вследствие малой продолжительности лазерного отжига исключается необходимость проводить отжиг в вакууме или специальной инертной среде с тем, чтобы предотвратить окисление поверхности или загрязнение ее неконтролируемой примесью. Во-вторых, обработка лазерным лучом осуществляется не всей поверхности пластины, а лишь тех ее областей, где образовались радиационные дефекты. В-третьих, изменяя мощность светового потока и длительность облучения, можно управлять глубиной залегания имплантированных атомов примеси в подложке.
|
|
|
Лазерно-стимулированная диффузия
Сущность данного метода заключается в нанесении на поверхность полупроводниковой пластины тонкого слоя легирующего элемента и облучения его импульсным лазерным пучком. В результате происходит быстрое расплавление нанесенного слоя и приповерхностной области самой пластины. При плотности энергии порядка 1-10 Дж/см2 слой расплавляется за время примерно 1-10 нс. Плавление пластины возникает вследствие передачи теплоты за счет теплопроводности от расплавленного слоя и частично за счет непосредственного поглощения части энергии лазерного импульса. С ростом энергии импульса количество атомов легирующей примеси в полупроводниковой пластине возрастает, достигает максимума, а затем уменьшается. Это обусловлено быстрым испарением примеси при высоких энергиях лазерного излучения.
|
|
|
Легирование происходит за счет диффузии примеси в жидкой фазе полупроводника. Последующая мгновенная кристаллизация приповерхностного слоя ведет к образованию метастабильного перенасыщенного твердого раствора, концентрация примеси в котором нередко на 1 - 2 порядка выше предельной растворимости. Легирующая примесь проникает в расплав на глубину примерно 0,3 - 0,35 мкм и распределяется там по кривой с максимум на глубине 20 - 30 нм.
Таким способом формируют мелкие р-п-переходы в кремнии и омические контакты в арсениде галлия. Способ позволяет получать значительно более резкий профиль распределения примеси по глубине, чем в методе ионной имплантации. При этом обеспечивается высокая однородность легирования по площади пластины.
Графоэпитаксия
Сущность метода графоэпитаксии заключается в выращивании на аморфной подложке монокристаллических (или поликристаллических) эпитаксиальных слоев. Впервые это удалось сделать сотрудникам Массачусетского технологического института. На подложке из плавленого кварца, имеющего аморфную структуру, с помощью фотолитографии формировался рельеф, представляющий собой систему параллельных канавок глубиной 0,1 мкм с шагом 3,8 мкм. На поверхность подложки осаждался слой аморфного кремния толщиной около 0,5 мкм. После этого слой аморфного кремния обрабатывался лучом аргонового лазера. В результате процесса рекристаллизации аморфный кремний конвертировался в монокристаллическое состояние с кристаллографической ориентацией (100) в направлении, перпендикулярном плоскости подложки.
|
|
|
Такой способ выращивания монокристаллического полупроводникового слоя на аморфной подложке открывает новые возможности для изготовления микроэлектронных приборов. С его помощью можно изготавливать на одной и той же подложке слои с различной кристаллографической ориентацией или создавать пространственные структуры, выращивая второй полупроводниковый слой на диэлектрическом аморфном подслое, например, из оксида кремния.
Еще одним примером графоэпитаксии является так называемый метод «мостиковой эпитаксии». В этом методе на пленку из оксида кремния, в которой методом фотолитографии сформированы окна, наносился слой поликристаллического кремния. После этого кремниевый слой подвергался лазерному отжигу. В результате из окон в пленке SiO2 начинался рост эпитаксиального слоя монокристаллического кремния.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 484; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!