Подготовительные операции. Геттерирование

При плотности энергии более 7 Дж/см² помимо плавления начинается испарение кремния, центральная зона приобретает кристаллическую структуру, а на периферии оплавленной области образуются дислокации и дефекты упаковки, обусловленные неоднородным нагревом подложки. При плотностях энергии менее 10 Дж/см² образуются малые термически нестабильные дислокации и лишь при плотностях более 15 Дж/см² формируются стабильные веерообразные дислокационные линии и кластеры. Увеличение энергии облучения до 30 Дж/см² и, соответственно, глубины нарушенного слоя до 20 мкм приводило к прорастанию дислокаций по рабочей стороне пластины и к существенному снижению времени жизни неосновных носителей. Лазерная обработка при оптимальной плотности энергии, которая по разным оценкам составляет 10–20 Дж/см² с глубиной нарушенного слоя 5–10 мкм и расстоянием между строками 0,5–1 мм обеспечивала значительное увеличение времени жизни неосновных носителей, которое сохранялось при многократном окислении. Плотность ямок травления на планарной стороне кремниевых пластин, прошедших лазерную обработку с последующим отжигом, снижалась с 10⁶ см ⁻² практически до нуля, а выход годных тестовых многоэмиттерных транзисторов увеличивался с 33 до 57 %.

Геттерирование быстродиффундирующих примесей может происходить и при значительно меньших плотностях энергии облучения. Так, при обработке поверхности кремния на воздухе излучением лазера с плотностью энергии 1,7–1,9 Дж/см² обнаружены значительные количества α-SiO₂, образовавшейся на глубине, соответствующей толщине слоя, расплавленного излучением. Эксперименталъно установлено, что при последующей термообработке 973–1073 K области выпадения α-SiO₂ декорируются примесями металлов, в частности медью.

Лазерные методы геттерирования использовали и в других технологических операциях. Так, лазерную обработку дополняли термообработкой пластин в хлоросодержащей атмосфере. Известно, что «хлорное» окисление позволяет геттерировать щелочные и переходные металлы, однако золото и металлы платиновой группы не геттерируются с его помощью из-за нестабильности их хлоридов при высоких температурах. Применение лазерного геттерирования в комбинации с хлорным окислением позволило снизить уровень загрязнения кремния золотом до концентрации 10^–5 % ат. и в 1,5–3 раза повысить выход годных БИС.

Необходимо также отметить, что генерация дефектов, вызванная лазерным облучением полупроводников, существенным образом влияет на электрофизические свойства обработанных слоёв. В частности, наблюдалась даже инверсия типа проводимости облучённого полупроводника.