Фотонно-стимулированные технологические процессы микро- и нанотехнологии

После легирования часть образцов отжигали при 1100 °С в течение 30 мин в среде сухого азота. Результаты отжига контрольных образцов сравнивались с образцами, подвергавшимися лазерному отжигу. С помощью просвечивающей электронной микроскопии было показано, что лазерный отжиг привел к увеличению размеров зерен от 500 A до образования узких кристаллов размерами порядка 25x2 мкм. Каждое зерно не имело дефектов и доходило без разрывов до подложки Si₃N₄. Электрические измерения показали, что бор имел 100 %-ную активность и холловскую подвижность ~45 см²/В·с, что приближается к подвижности в монокристалле при той же концентрации носителей. Термический отжиг приводит к образованию структуры со средним размером зерен, равным 1000 A, а его удельное сопротивление в 2,2 раза превышало удельное сопротивление материала, полученного при лазерном отжиге. Дополнительный лазерный отжиг термически отожженных образцов понижал удельное сопротивление до величины, которая приближалась к величине, полученной после одного только лазерного отжига.

Исследовалось также влияние режимов лазерного отжига на изменение удельного сопротивления поликристаллического кремния. В МОП ИС поликристаллический кремний обычно используется для формирования управляющих электродов и межсоединений. Поэтому для повышения быстродействия БИС такой материал должен иметь низкое удельное сопротвление. Пленки поликристаллического кремния толщиной 3500 A получились разложением SiH₄ при 550 °С. Эта пленка осаждалась на пленку SiO₂. Диффузия фосфора проводилась при 1000 °С из POCl₃, а мышьяка при 1100 °С из источника, установленного над поликристаллическим кремнием. Для сравнения с диффузионными образцами были изготовлены образцы, в которых легирование фосфором или мышьяком осуществлялось ионной имплантацией (D = 10¹⁶ см^-2). Образцы облучались Nd: АИГ лазером ( = 1,064 мкм). Частота повторения импульсов составляла 10 кГц, длительность импульса – 200 нс, диаметр пятна – 50 мкм, мощность – 1,7-2,6 Вт. Луч лазера был неподвижным. Сканирование осуществлялось столиком. Скорость перемещения 80 мм/с, расстояние между пятнами 8 мкм. После каждого сканирования луч лазера перемещался на 10 мкм. Этим удавалось снизить неоднородность температуры по диаметру пятна.

В результате исследований установлено, что лазерный отжиг уменьшает минимум удельного поверхностного сопротивления до 8 Ом/кв. Удельное поверхностное сопротивление поликристаллического кремния после стандартного отжига при 1100 °С и длительности 15-60 мс составляло 38-40 Ом/кв. Дополнительный лазерный отжиг этих структур снижает поверхностное сопротивление до 20 Ом/кв, т.е. 50 % от первоначальной величины. Отмечено значительное изменение удельного поверхностного сопротивления после дополнительного отжига поликристаллических структур при температурах 1000 и 450 °С, которые типичны для технологии изготовления МОП-схем и соответствуют, например, фосфорному геттерированию и отжигу после металлизации.

Следует отметить, что аморфные полупроводники имеют сильно разупорядоченную структуру. Это приводит к образованию в запрещенной зоне практически непрерывного спектра (сплошной полосы) уровней, создаваемых ненасыщенными связями атомов решетки. Поэтому коэффициент поглощения таких полупроводников составляет несколько порядков даже при h Eg. Например, аморфный кремний имеет = 10⁴ см^-1, на длине волны =1,06 мкм, в то время как для монокристаллического = 10⁴ см^-1. Аморфный полупроводник имеет существенно низкую подвижность носителей электронно-дырочных пар, поэтому коэффициент диффузии их на несколько порядков в аморфном полупроводнике меньше, чем в монокристаллических образцах. Соответственно меньше составляющая коэффициента теплопроводности, обусловленная амбиполярной диффузией рекомбинирующих электронно-дырочных пар. Поэтому поглощенная энергия излучения при прочих равных условиях в аморфном полупроводнике сосредотачивается в более тонком слое, чем в монокристаллическом.