Фотонно-стимулированные технологические процессы микро- и нанотехнологии

А. М. Светличный, И. Л. Житяев Фотонно-стимулированные технологические процессы микро- и нанотехнологии

Введение

В настоящее время фотонно-стимулированные технологические процессы на основе лазерных и некогерентных источников излучения прошли стадию лабораторных исследований и все шире используются в производственных процессах. Они стали одним из приоритетных направлений современного научно-технического прогресса. Это обусловлено широкими возможностями лазерных технологий, связанных с простотой управления, энергетическими и пространственными характеристиками лазерного излучения, возможностью осуществления локальности теплового воздействия и обработки материалов на воздухе или в специальных средах, отсутствием загрязнений, высокой производительностью и возможностью автоматизации процессов обработки [1-10].

За последние годы кроме традиционных появились новые области применения лазерного излучения для обработки материалов. Это лазерные технологии обработки порошковых материалов, лазерные технологии формирования покрытий, лазерная гальванотехника, технологии разделения хрупких неметаллических материалов путем формирования поверхностной трещины под действием лазерного луча, технологии быстрого прототипирования, т.е. создания сложных пространственных форм изделий с помощью лазерного излучения.

Особенно впечатляющие результаты получены в области бурно развивающейся в настоящее время лазерной технологии создания микроструктур больших интегральных схем (БИС), технологии создания сверхбольших интегральных схем (СБИС) в замкнутом объеме («in situ») методами лазерографии, лазерной технологии создания специализированных заказных и полузаказных СБИС, а также в новых областях развития современного приборостроения на основе микроэлектромеханических систем (МЭМС) и наноэлектроники.

На основе ксеноновых и галогенных ламп при длительных облучениях в секундном диапазоне градиент температуры по толщине пластины незначителен. Это не создаст предпосылок для образования термонапряжений в облучаемых структурах. В литературе эти процессы называют быстрой термической обработкой (БТО), скоростной обработкой (rapid thermal processing – RТР) и быстрым термическим отжигом (rapid thermal annealing – RTA). Важным преимуществом этих процессов является возможность тотальной обработки полупроводниковых пластин и микроструктур, низкое энергопотребление, невысокая стоимость оборудования и широкие функциональные возможности. Возможности этого метода значительно расширяются в технологии изготовления СБИС в случае использования комбинированных источников излучения: лазерных и некогерентных. Это позволяет целенаправленно управлять скоростью химических реакций в газовой среде и на поверхности обрабатываемых полупроводниковых структур. Например, ускоренное фотонно-стимулированное окисление всей поверхности пластин методами быстрой термообработки с использованием некогерентных источников излучения и последующее проведение локальных микрогетерогенных реакций осаждения, испарения, легирования, травления различных материалов с помощью лазерного излучения [4-7].

Развитие микроэлектроники с увеличением плотности элементов потребовало таких высокотемпературных технологических операций, которые бы не приводили к изменению профиля ионно-легированной примеси в активных областях СБИС. С увеличением быстродействия ИС необходимо было разработать технологические процессы, которые бы позволяли уменьшить глубину p–n-переходов, наносить ультратонкий подзатворный диэлектрик, изготавливать контакты к мелкозалегающим p–n-переходам. Это можно осуществить при адиабатическом режиме нагрева фотонным излучением полупроводниковых структур, при котором световой поток поглощается, и нагревается только приповерхностная область, а в объеме полупроводниковой пластины температура недостаточна для перераспределения примесей и изменения геометрии p–n-переходов. Этим требованиям полностью удовлетворяет лазерное излучение на длинах волн менее 400 нм при длительностях излучения 10^-15-10^-6 с. Высокая плотность светового потока, селективность воздействия лазерного излучения на обрабатываемые микроструктуры, импульсный характер, локальность и монохроматичность позволили его использовать на операциях отжига и рекристаллизации полупроводниковых слоев.