Основные операции. Лазерный отжиг полупроводников после ионной имплантации
Превышение над оптимальной плотностью энергии приводит к росту концентрации точечных дефектов. Отмечаются пять возможных факторов, которые способствуют возникновению дефектов: присутствие неконтролируемых загрязняющих примесей на поверхности или даже в объёме подложки (например, атомов С, О, N). Наличие всего одного монослоя этих примесей может создать в слое толщиной 1 мкм концентрацию ∼1019 см −3 присутствие неконтролируемых загрязняющих примесей в окружающей среде или атмосфере, где осуществляется отжиг; высокая скорость кристаллизации (>102 см/с), приводящая к тому, что неравновесные точечные дефекты в полупроводнике могут захватываться на границе роста из-за их малой подвижности в твёрдой фазе; высокие градиенты механических напряжений, обусловленные высокими температурными градиентами (∼108 К/с); эффекты закалки тех дефектов решётки, которые соответствуют термодинамически равновесному состоянию полупроводника при высокой температуре. Общая концентрация генерированных в кремнии под действием лазерных импульсов дефектов варьируется в пределах от 1014 до 1015 см −3. Для устранения этих дефектов оказывается эффективным термический отжиг при сравнительно низких температурах (500–700°) во время или после лазерного отжига.
При отжиге полупроводниковых соединений типа A3B5 и A2B6 генерируется существенно больше дефектов, чем при отжиге кремния. Количество генерируемых дефектов оказывается в некоторых случаях настолько велико, что это приводит даже к инверсии типа проводимости. В вопросе генерации дефектов в сложных полупроводниках пока нет достаточной ясности. На основе экспериментальных данных в сформулирован критерий подбора лазера для проведения отжига узкозонных полупроводников типа A3B5 и A2B6, описываемый соотношением Eg > hν > Ea, Nf = Ns, где Ea — энергия активации примеси, Nf — плотность светового потока, Ns — плотность центров, поглощающих излучение. В соответствии с этим критерием было показано, что лазерный отжиг ионно-легированных слоёв InSb ← Mg+ и InAs ← S+ излучением СO2-лазера (hν = 0,117 эВ) оказался существенно эффективнее отжига излучением рубинового лазера (hν = 1,67 эВ).
Ввиду того, что степень неравновесности процессов, происходящих при лазерном отжиге, в основном определяется длительностью импульса излучения, отличительные закономерности проявляются наиболее ярко при наносекундном режиме отжига в условиях жидкофазной эпитаксиальной кристаллизации. В этом режиме лазерный отжиг отличается от термического повышенной эффективностью легирования и существенным превышением равновесных пределов растворимости примесей.
