Основные операции. Лазерное легирование

При плотности энергии излучения 10 Дж/см² распределение резко меняется, становясь практически гомогенным, при этом максимальная концентрация уменьшается до величины 6·10²⁰ см ⁻³. Исследование распределения атомов железа при термическом отжиге (1000 °C, 20 мин) лазерно-легированных образцов показало, что в образце, полученном при облучении с 10 Дж/см², никаких изменений не наблюдается, а с 7 Дж/см² имеются небольшие изменения, вызванные диффузией атомов вглубь образца. В обоих случаях не отмечается сегрегации атомов железа к поверхности. Сравнение результатов, полученных на плёнках разной толщины, позволяет увидеть влияние толщины исходной плёнки железа на получаемые профили концентрации примесных атомов в лазерно-легированных слоях. При использовании достаточно толстой плёнки диффузанта при всех использованных плотностях энергии лазерного излучения (2, 4, 5, 7 и 10 Дж/см²) получаются достаточно однородные (гомогенные) распределения внедрённых атомов по глубине. При этом концентрация внедрённых атомов варьируется в пределах от 5·10²⁰ до 2·10²¹ см ⁻³. Как и в случае лазерной имплантации олова в кремний, максимальная концентрация внедрённых атомов железа достигается при 5 Дж/см². На мессбауэровских спектрах, полученных от образцов, легированных при различных плотностях энергии, наблюдается дублетная структура, которая указывает на образование соединений железа с кремнием типа FeSi₂ (дисилицид железа, δ₁ = 0,09 мм/с относительно α-Fe и квадрупольным расщеплением ΔEQ = 0,42 мм/с). Спектры раскладываются на две линии приблизительно равной интенсивности (δ₁ = −0,09(3) мм/с, Г₁ = 0,52 мм/с и δ₂ = 0,38(5) мм/с, Г₂ = 0,51 мм/с), параметры которых изменяются незначительно от толщины первоначальной плёнки диффузанта и плотности энергии лазерного излучения.

Концентрационные профили внедрённых атомов, эффективность внедрения, состояние решётки кремния после легирования зависят в основном от толщины плёнки легирующего материала и плотности энергии лазерного излучения. Эксперименты по термическому отжигу лазерно-легированных слоёв доказали, что даже обработка при высоких температурах (1000 °C) не приводит к преципитации или сегрегации примесных атомов. В то же время измерения каналированных спектров обратно рассеянных 2 МэВ Не⁺-ионов показали, что термический отжиг существенно улучшает состояние решётки кремния. Основное различие при лазерной имплантации олова и железа в кремний заключается в положении внедрённых атомов в кристаллической решётке кремния. Если все атомы Sn, по существу, находятся в узлах решётки кремния, то атомы Fe распределяются приблизительно поровну между узельным положением и преципитатом в кремнии в виде дисилицида железа FeSi₂.