Основные операции. Лазерное легирование

Прежде чем начать более детальное знакомство с результатами исследований, необходимо отметить, что эти результаты имеют много общего с теми, которые получаются при лазерном отжиге ионно-имплантированных слоёв — существенное превышение пределов равновесной растворимости, концентрационное переохлаждение при кристаллизации, сегрегационные эффекты и выпадение вторичных фаз.

Спектры обратного рассеяния 2 МэВ Не⁺-ионов от образцов кремния (100), лазерно- имплантированных атомами олова при облучении плёнок олова толщиной 20 нм (а) и 60 нм (b) с различными плотностями энергии от 2 до 16 Дж/см² показали, что во всех случаях облучения профиль распределения олова имеет максимум в районе 100 нм со значениями (1,5 ÷ 6)·10²¹ атом/см³. Атомы олова проникают в глубину образца до 1 мкм, тем глубже, чем больше плотность энергии облучения. Максимальная концентрация получена при 5 Дж/см². Дальнейшее увеличение плотности энергии излучения приводит к увеличению потерь олова за счёт испарения и уменьшению концентрации олова в образце.

Олово как изоэлектронная примесь в кремнии весьма незначительно взаимодействует с дефектами решётки. Это подтверждается тем, что термический отжиг лазернолегированных образцов (1000 °C, 20 мин) не приводит к каким-либо изменениям в мессбауэровском спектре. Совершенно иная картина отмечается при термическом отжиге ионно-легированных образцов с такой же концентрацией примеси. В отличие от лазерно-легированных образцов в них происходит преципитации β-Sn. Такое различие связано с различным состоянием кристаллической решётки кремния после ионной и лазерной имплантации. Преципитация β-Sn для ионно-легированных образцов связана с рекристаллизацией аморфного слоя при температурах выше 650 °C, в то время как лазерно-легированный слой является кристаллическим, и даже отжиг при температурах выше 800 °C, когда атомы олова начинают мигрировать, не нарушает их узельного положения в кристаллической решётке кремния. Необходимо отметить, что для преципитации β-Sn принципиально необходим процесс неэпитаксиальной кристаллизации. Таким образом, отсутствие преципитации в случае лазерно-легированных образцов указывает на эпитаксиальную кристаллизацию, свойственную для процесса лазерного легирования.

Остановимся также на обсуждении результатов, полученных при лазерном легировании железа в кремний. Спектры обратного рассеяния 2 МэВ Не⁺-ионов от лазернолегированных образцов в случаях тонкой исходной (6 нм) и достаточно толстой (120 нм) плёнок железа на кремнии при различных плотностях энергии лазерного излучения от 2 до 10 Дж/см² показывают, что в случае тонкой плёнки распределение имплантированных атомов имеет резко выраженный максимум на глубине менее 100 нм с интенсивностями от 2·10²¹ до 6·10²¹ см ⁻³.