Фотонно-стимулированные технологические процессы микро- и нанотехнологии

При расчёте температурных полей для упрощения математических расчётов с сохранением требуемой точности вначале определяют режим нагрева.

В качестве критерия для классификации режимов лазерной обработки (ЛО) используется глубина проникновения теплового фронта L в нагреваемом материале за время воздействия t_P:

где – коэффициент температуропроводности материала подложки.

В случае, когда область распространения тепла в подложку соизмерима с областью поглощения лазерного излучения (L d_a), данный режим называется адиабатическим. Если область перераспределения тепла больше толщины слоя поглощения, но меньше толщины подложки (d_a < L < d_S), то это – режим теплового потока. При достижении теплового фронта необлучаемой стороны образца или плёнки на подложке (L > d_S) градиентами температуры по толщине обычно пренебрегают, а нагрев происходит в режиме теплового баланса. Названные режимы схематически изображены на рис. 7.

Рис. 7. Классификация режимов фотонного нагрева: 1 – адиабатический L d_а; 2 – режим теплового потока d_а < L < d_S; 3 – режим теплового баланса L >> d_S

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.