Фотонно-стимулированные технологические процессы микро- и нанотехнологии. Игорь Житяев
на рис. 7.
Рис. 7. Классификация режимов фотонного нагрева: 1 – адиабатический L ≈ dа; 2 – режим теплового потока dа < L < dS; 3 – режим теплового баланса L ≫ dS
Адиабатический режим реализуется в диапазоне очень коротких импульсов 10-15-10-6 с с помощью импульсного лазерного излучателя. В режиме теплового потока при длительностях импульсов светового потока 10-6-10-2 с так же, как и при адиабатическом режиме наблюдается градиент температур по толщине облучаемой пластины. Этот режим осуществляется с использованием импульсных ксеноновых ламп и импульсного лазерного излучения. Режим теплового баланса при длительностях 10-2 с до 100 с характеризуется отсутствием градиента температур в подложке и реализуется с помощью графитовых нагревателей или галогенных ламп [3-7, 12, 16-18, 20]. Это самый мягкий режим фотонной обработки, который широко используется в технологии изготовления интегральных схем [4-7].
2. Рекристаллизация аморфных и поликристаллических кремниевых слоев лазерным излучением
2.1. Лазерная рекристаллизация полупроводников
Аморфные и поликристаллические пленки занимают важное место в технологии изготовления интегральных схем. Они используются для получения ленточного кремния, боковой изоляции активных компонентов в технологиях VATE, Полипланар, в качестве подложек при изоляции интегральных микросхем (ИМС) тонкой пленкой диэлектрика, в качестве материала затвора в КМОП БИС, в технологии изготовления ИМС кремний на сапфире (КНС) и др. В процессе изготовления ИМС активные области приборов легируются большой дозой примеси, приводящей к аморфизации монокристалла. Для восстановления структуры кристалла, отжига дефектов, увеличения проводимости поликристаллических и аморфных пленок используется изотермический отжиг в различных технологических средах. Однако качество этого отжига далеко не всегда удовлетворяет разработчиков ИМС. Лазерное излучение имеет ряд преимуществ, о которых говорилось ранее, и может быть применено для рекристаллизации аморфных и поликристаллических пленок.
При лазерной обработке слоев аморфного или поликристаллического материала, нанесенного на монокристаллическую подложку из одноименного материала происходит их гомоэпитаксиальная рекристаллизация. При использовании монокристаллической подложки из другого материала возможна гетероэпитаксиальная рекристаллизация, если материал подложки близок по кристаллической структуре нанесенному материалу в монокристаллическом состоянии [3, 21, 22]. Методы получения высококачественных тонких эпитаксиальных полупроводников на монокристаллических подложках с минимальным перераспределением примеси у поверхности раздела разрабатываются давно. Основные усилия сконцентрированы на исследовании твердофазной рекристаллизации аморфных слоев кремния, напыленных на аморфную подложку, путем отжига при температуре кристаллизации 900-1000 К. Преимущество этого метода, по сравнению с эпитаксиальным осаждением из паров элементов, заключается в простоте контроля толщины слоя и низких температурах обработки. Однако, получение высококачественных кремниевых