Основные операции. Лазерный отжиг полупроводников после ионной имплантации

В технологии создания полупроводниковых приборов метод ионной имплантации получил широкое распространение в силу ряда преимуществ перед традиционными способами введения примесей в полупроводниковые кристаллы (эпитаксия, диффузия, сплавление). К основным преимуществам относятся: сокращение длительности процесса введения примесей, однородность распределения и воспроизводимость параметров, возможность точного контроля количества вводимых атомов примеси, отсутствие необходимости поддерживать высокую температуру в процессе имплантации. В то же время метод ионной имплантации имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что бомбардировка тяжёлыми частицами приводит к образованию радиационных дефектов, а большинство имплантированных атомов занимает нерегулярные положения в решётке и поэтому электрически неактивны. В связи с этим необходимо проведение соответствующей термообработки ионно-легированных образцов (отжиг), во-первых, для того чтобы восстановить кристаллическую решётку и, во-вторых, чтобы перевести имплантированные атомы в электрически активные состояния. В середине 70-х годов было обнаружено, что облучение короткими мощными лазерными импульсами нарушенного при ионной имплантации аморфного слоя полупроводника приводит к восстановлению совершенной, кристаллической структуры и электрической активации введённой примеси. Многие исследователи, изучающие лазерный отжиг, старались найти проявления стимулирующей роли лазерного излучения. Но все нарастающие экспериментальные данные указывали на то, что доминирующую роль в процессе отжига играет импульсный нагрев материала, а при достаточной плотности энергии излучения — плавление его поверхностного слоя.

Тепловая модель импульсного отжига конкурирует со многими вариантами объяснений эффекта на основе ионизационных механизмов и стимулирующего влияния плотной электронно-дырочной плазмы — так называемой плазменной моделью. Исходя из физической картины данное явление при лазерном воздействии (а в принципе, при любом высокоэнергетичном импульсном воздействии) наиболее точно можно назвать «эффектом импульсной ориентированной неравновесной кристаллизации». В лекции 2 были рассмотрены основные механизмы поглощения энергии лазерного излучения полупроводником. В частности, в процессе поглощения энергия светового излучения практически мгновенно перекачивается в электронную подсистему полупроводника путём разогрева свободных носителей, генерации неравновесных электронно-дырочных пар и их разогрева. Скорость генерации неравновесных электронно-дырочных пар оценивалась в соответствии с выражением