Основные операции. Лазерный отжиг полупроводников после ионной имплантации
В таблице (таблица 1) приведены сравнительные данные по растворимости примесей в кремнии в равновесных условиях и при наносекундном отжиге.
Высокая эффективность лазерного отжига (особенно при больших дозах легирования) связана с высокой скоростью движения фронта кристаллизации. Максимально достижимая величина концентрации растворённой примеси при лазерном отжиге, найденная в результате анализа фазовых диаграмм для систем «кремний-примесь», построенных с учётом неравновесности процесса кристаллизации, составляет величину ∼5·1021 см −3.
Таблица 1
Сравнительные данные по растворимости примесей в кремнии в равновесных условиях и при наносекундном отжиге
| Примесь | CS0, cм3 | CSmax, cм3 | CSmax/CS0, cм3 |
| Фосфор | 1,2·1021 | 4·1021 | 3 |
| Мышьяк | 1,5·1021 | 6·1021 | 4 |
| Сурьма | 7,0·1019 | 1,3·1021 | 18 |
| Висмут | 8,0·1017 | 4·1020 | 500 |
| Галлий | 4,5·1019 | 4,5·1020 | 10 |
| Индий | 8,0·1017 | 1,5·1020 | 188 |
Достижимая величина концентрации примеси при лазерном отжиге определяется ещё одним фактором, связанным с явлением концентрационного переохлаждения. Это явление, в свою очередь, связано с тем, что при высокой концентрации примеси, когда равновесный коэффициент распределения (сегрегации) меньше единицы, на границе раздела фаз при кристаллизации возникает избыточная концентрация примеси в расплаве в результате оттеснения примеси в жидкую фазу. Это приводит к локальному понижению температуры расплава относительно температуры ликвидуса, в результате чего на фронте кристаллизации возникает неустойчивость, приводящая к выпадению избыточной относительно предела растворимости примеси при лазерном отжиге в виде вторичной фазы с образованием так называемой ячеистой структуры.
