Раздел 3. Термический отжиг.
При обычных концентрациях легирующих примесей в полупроводнике и применении метода ИЛ возникающие под действием ионного потока дефекты и нарушения структуры могут вызвать переход имплантированного слоя в аморфное состояние, а многие ионы примеси попадают не в вакансии решетки и не вносят вклада в электропроводность. Эти повреждения частично или полностью устраняются термическим отжигом, т.е. нагревом всего полупроводника в регулируемой атмосфере в печи. При этом образец загрязняется, ухудшаются его электрические характеристики и происходит диффузия и рекомбинация вносимых примесных атомов. Кроме того термическому воздействию подвергается весь объем подложки, а не только имплантированные слой, что однозначно ведет к ухудшению рабочих параметров получаемых элементов.
Многие из недостатков термического отжига позволяет устранить лазерный отжиг, позволяющий локально обрабатывать только участки с имплантированным слоем. Нагрев импульсным или непрерывным лазером приводит к почти полной перекристаллизации имплантированных слоев с минимальными остаточными повреждениями и без диффузии примесных атомов, которые при этом занимают только вакансии в решетке.
Отжиг импульсным лазером осуществляется при нагреве имплантированного слоя до точки плавления и перекристаллизация происходит путем эпитаксиального прорастания сквозь жидкую фазу со стороны подложки почти со 100% размещением примесных атомов в вакансиях решетки, при этом происходит некоторое перераспределение примесных атомов. Степень проникновения примесных атомов в подложку сильно зависит от мощности лазера или удельной энергии.
Пороговая энергия отжига и время образования и поддержания области плавления определяется кроме всего прочего количеством примеси, которая изменяет коэффициент поглощения полупроводника на длине волны лазерного излучения. При больших количествах примеси пороговая энергия снижается и примесь может глубже проникать в подложку, кроме того экспериментально установлено, что степень повреждения образовавшегося аморфного слоя сильно влияет на коэффициент поглощения и характеристики отжига.
Зависимость взаимодействия лазерного излучения с полупроводником от длины волны позволяет реализовывать двух волновую систему отжига, при которой совмещаются импульсы с длиной волны 1,06 мкм и 0,53 мкм. Слабый коротковолновый импульс вызывает плавление обрабатываемого слоя, а как известно, расплавленный кремний обладает металлическими свойствами и сильно поглощает на длине волны 1,06 мкм, поэтому импульс с длиной волны 1,06 мкм эффективно взаимодействует с подложкой. Регулируя пространственное распределение коротковолнового импульса можно получать тонкие конфигурации на поверхности и в объеме полупроводника, т.к. вызывающий отжиг длинноволновый импульс эффективен только в том случае, когда ему предшествовал коротковолновый импульс.
При отжиге полупроводников лазерами непрерывного действия происходит эпитаксиальная перекристаллизация твердой фазы без расплавления аналогично процессам, происходящим в печи. Отжиг в непрерывном режиме не изменяет распределения примесных атомов и не создает поверхностных нерегулярностей, но обладает меньшими по сравнению с импульсным режимом возможностями, хотя и занимает гораздо больше времени. Отжиг непрерывным лазером приводит к полной перекристаллизации со 100% электрической активностью, причем как для аморфного, так и для не аморфного имплантированного слоя.
с большой плотностью тока; 6 - некогерентный отжиг; 7 - термический отжиг.
Величины плотности энергии многих источников локализуются вдоль линии, соответствующей 1 Дж/см2. При использовании широкополосных спектральных источников и нагреве электронными и ионными пучками отсутствуют эффекты оптической интерференции, но сохраняются преимущества быстрого термического отжига. С торчки зрения разрешающей способности и возможностей управления и автоматизации электронные и ионные пучки имеют преимущества по сравнению с лазерными, но требуют высокого вакуума. Возможность проведения лазерного отжига вне вакуумной среды выводит его на первое место.