Лазерное отжиг

В отношении конструктивных особенностей лазеры на александрите похожи на Nd YAG-лазеры. Хотя александрит может также работать в непрерывном режиме, меньшее сечение делает более практичным импульсную генерацию с высокой частотой повторения импульсов в режиме либо свободной генерации (длительность выходного импульса порядка 200 мкс), либо генерации с модуляцией добротности (длительность выходного импульса порядка 50 не). Характеристики импульсного лазера на александрите, а именно зависимость выходной энергии от входной и дифференциальный КПД практически аналогичны характеристикам Nd YAG-лазера с теми же размерами активного стержня. Были достигнуты средние мощности порядка 100 Вт при частоте повторения импульсов порядка 250 Гц. Оказывается, что лазеры на александрите успешно применяются в тех случаях, когда необходимо получить излучение с А, ж 700 нм и высокой средней мощностью (например, при лазерном отжиге кремниевых пластин) или когда необходимо перестраиваемое по частоте излучение (например, при лазерном контроле загрязнения окружающей среды). [c.343]

Лазеры с преобразованием частоты во вторую и четвертую гармонику обеспечивают излучение видимого ( красное, зеленое), а также ультрафиолетового диапазонов. Лазер ЛТИ-701 (с длиной волны 0,53 мкм) используется для накачки лазера на органических красителях, излучение которого плавно перестраивается в диапазоне длин волн от 550 до 660 нм. На его основе созданы установки лазерного отжига (в этом случае лазер одновременно излу- [c.103]

При исследованиях тепловых процессов малой длительности на поверхности твердого тела (например, при наносекундном лазерном отжиге полупроводниковых кристаллов после легирования примесями) для термометрии также сразу стали разрабатываться активные методы, основанные на отражении или рассеянии лазерного [c.10]

Распространенность методов Л Т. Количество статей, посвященных разработке и применению методов ЛТ, достигло в начале 2001 г. приблизительно двухсот. Десятки лабораторий, связанных с микротехнологией, разработали или освоили по крайней мере по одному методу ЛТ. Благодаря ЛТ в 90-е годы впервые за время существования микротехнологии (й 30 лет) появилась реальная возможность проводить систематическое изучение температурных режимов поверхности при плазмохимическом нанесении и травлении тонких пленок, их эпитаксиальном наращивании, быстром термическом окислении кремния, лазерном отжиге легированных монокристаллов и ряде других операций. Исследовательские группы, первыми применившие методы ЛТ, получили существенное информационное преимущество, поскольку традиционные методы термометрии практически не позволяли достигать надежных результатов в области микротехнологии. [c.196]

Лазерный отжиг - процесс восстановления кристаллической структуры твердого тела, нарушенной радиационным воздействием. В отличие от обычного, он позволяет контролировать температуру и время нагрева поверхностных слоев различных материалов на заданную глубину. Лазерный отжиг применяется для полупроводников, диэлектриков, металлов и сплавов. Его особенность состоит в том, что, во-первых, ввиду малой глубины проникновения лазерного излучения (10 +10" см) не происходит нарушений более глубоких слоев во-вторых, время действия лазерного излучения при импульсном облучении может быть чрезвычайно малым (нано- и пикосекундный диапазон). [c.523]

Лазерный отжиг происходит в столь короткое время потому, что лазерное излучение поглощается электронной подсистемой за время меньше 10 с, затем путем последовательного электрон-электронного, электрон-фононного и фонон-фононного взаимодействия энергия передается решетке и нагревает ее. Весь процесс отжига длится Ю" с, за это время тепло распространяется на глубину диффузии ионов. [c.523]

Лазерный отжиг или отпуск - это процесс лазерной обработки с относительно низкой плотностью мощности лазерного излучения. Температура нагрева и скорости охлаждения при этом ниже критических значений, а в материале ПС (в зоне термического воздействия) формируется характерная структура отжига или отпуска. [c.261]

Типичные характеристики лазерных импульсов и полупроводниковых кристаллов, применяемых в импульсном лазерном отжиге [c.144]

Приведенные оценки показывают, что при Со 10 см" с" (плотность неравновесных носителей Пс в типичных для лазерного отжига усло- [c.146]

Кроме этого, в целом ряде экспериментов, проведенных ири Го = = 300 К и больших (в условиях лазерного отжига), продемонстрировано, что эффективное время термализации энергии очень мало и составляет Те г 1 ПС. [c.149]

При обычном способе отжига дефектов, наведенных ионной бомбардировкой, препятствием для получения столь высоких концентраций примеси служит неизбежная при этом способе диффузия примесных частиц в глубь материала. При быстротечном импульсном лазерном отжиге диффузия примесей сильно подавляется. [c.150]

Со времени открытия явления импульсного лазерного отжига большие усилия теоретиков и экспериментаторов были направлены на выяснение его физического механизма. До последнего времени рассматривались два альтернативных механизма ИЛО — тепловой и плазменный . [c.150]

Традиционная тепловая модель лазерного отжига основывается на представлениях о быстрой передаче энергии из системы горячих носителей в решетку (см. п. 2.7.1). [c.151]

Тепловая модель лазерного отжига подтверждается результатами комплексных исследований поверхностей полупроводников во время и после окончания действия лазерного импульса. Сюда относится большое число экспериментов по сверхбыстрой лазерной спектроскопии поверхности сильно возбужденных полупроводников (см. гл. IV). Измерение скоростей атомов, испаренных с поверхности при лазерном отжиге, показывает, что температура поверхности достигает примерно 2000 К, т.е. превышает температуру плавления Si. Тепловая модель подтверждается также измерениями временной эволюции температуры с помощью синхротронного рентгеновского излучения, фотоэмиссии и электропроводности и распределения примесей после лазерного отжига. [c.151]

Что же касается экспериментов по лазерному отжигу наносекундными импульсами, то вся совокупность их данных подтверждает тепловую (рас-плавную) модель ИЛО имеются веские свидетельства в пользу тепловой [c.152]

Процесс ГВГ использовался для исследования динамики так называемого импульсного лазерного отжига (см. 2.7 и [6]). [c.231]

В диагностике как динамики, так и качества восстановления кристаллической структуры при импульсном лазерном отжиге с успехом может применяться нелинейно-оптический метод, основанный на генерации второй гармоники при отражении от поверхности [7]. В случае центросимметричных кристаллов источником возникновения в приповерхностном слое сигнала ВГ является квадрупольная нелинейная восприимчивость [c.231]

Эффективным способом снижения потерь в пленках окислов и нитридах является лазерный отжиг. Обработка лучом непрерывного СОг-лазера производится [c.175]

Импульсный лазерный отжиг осуществлялся с использованием разнообразных источников и при различных длительностях импульсов. В большинстве известных к настоящему времени экспериментов имплантированные образцы отжигались прямо на воздухе, т. е. не предпринималось никаких специальных усилий для помещения подложки в инертную среду в процессе отжига. Облучаемая пучком площадь в большинстве случаев значительно больше как диффузионной длины теплопередачи в твердом теле, так и толщины подложки и поэтому процесс можно было рассматривать как одномерный. [c.159]

Рис. 5.1. Перераспределение бора при импульсном лазерном отжиге (5.6] после имплантации (о) и после лазерного обжига ( )

Рис. 5.2. Профили распределения бора после импульсного лазерного отжига при увеличении энергии импульса [5.6 ]

Наблюдаемое значительное перераспределение бора, индуцированное импульсным лазерным отжигом, невозможно объяснить термической диффузией в твердой фазе, поскольку время процесса слишком мало. Однако теоретические вычисления, основанные на одномерном уравнении теплопроводности, показывают [5.7], что область под поверхностью глубиной в [c.163]

Вычисления положения фронта плавления как функции времени для кремния, облучаемого в течение 60 не импульсом рубинового лазера с плотностью энергии 1,5 Дж/см , показаны на рис. 5.3, из которого видно, что фронт плавления достигает максимальной глубины 0,95 мкм в момент времени, чуть больший длительности импульса. После этого фронт плавления движется назад к поверхности, эпитаксиально рекристаллизуя материал. В жидкой фазе атомы примеси обладают очень высоким коэффициентом диффузии и поэтому имплантированные профили могут заметно измениться. Дпя бора в кремнии экспериментальные данные можно объяснить, если использовать коэффициент диффузии в жидкой фазе, равный (2,4 0,7) X X Ю см /с [5.8], и время диффузии 180 не. Эти параметры обеспечивают совпадение расчетных данных с экспериментальными (рис. 5.4) и однозначно подтверждают вывод о том, что расплывание имплантированных профилей во время импульсного лазерного отжига обусловлено обычным процессом диффузии в расплавленном состоянии. Холловские измерения и просвечивающая электронная микроскопия имплантированного материала, отожженного таким способом, показывают 100 %-ную электрическую активность примесей и отсутствие дефектов, по крайней мере при разрешении до [c.164]

БАЗОВАЯ СХЕМА НЕПРЕРЫВНОГО ЛАЗЕРНОГО ОТЖИГА [c.167]

В основном процесс непрерывного лазерного отжига идентичен уже рассмотренному процессу термического отжига, за исключением того, что температура отжига поддерживается в образце в течение столь короткого времени, что полностью успевают завершиться только самые быстрые тепловые процессы, в том числе и твердофазная эпитаксия. При этом обычно не наблюдается преципитация примесей, формирование дислокационных петель и стержней, поскольку на их образование не хватает времени. [c.167]

Черепнин Н.В. Физические концепции механизма лазерного отжига имплантированных полупроводниковых структур // Обзоры по электронной технике. — М., 1981. 25 с. (Сер. Технология, организация производства и оборудование. Вып. 8). [c.287]

В первых работах по термометрии методом КР изучали нагревание поверхности кремния импульсным лазером [7.4, 7.5]. Показано, что при возбуждении КР светом с энергией кванта Ну > необходимо учитывать разный объем рассеяния для стоксовой и антистоксовой компонент, поскольку глубина, с которой выходят эти компоненты, может существенно различаться. Кроме того, различны сечения рассеяния со сдвигом в стоксову и антистоксову области (для кремния при возбуждении на длине волны Л = 405 нм получено соотношение сечений сгд/сгай 0,7). Основной результат состоит в том, что увеличение температуры кристаллической решетки при лазерном отжиге может быть сравнительно невелико (Ав 300 °С), и при этом плавления поверхности не происходит. [c.182]

Лазерный отжиг широко применяется при восстановлении кристаллической структуры легированных полупроводников. Для изменения поверхностных свойств полупроводников производят ионную имплантацию - облучение пучком ионов с энергией в десятки и сотни килоэлектрон-вольт. При этом в результате столкновения ионов с атомами полупроводника нарушается кристаллическая структура и возникают точечные дефекты, дислокации, кластеры, а при больших дозах происходит аморфизация поверхности. [c.523]

Для электроники поверхности наибольший интерес представляет взаимосвязь диффузионных процессов перемещения дефектов с электронной подсистемой полупроводника. В ряде работ наблюдалось уменьшение энергии активации диффузии дефектов (/,/и даже полное ее исчезновение при инжекции в приповерхностную область полупроводника неравновесных носителей заряда. Указанное явление получило название рекомбинационно-стимулированной диффузии (Шейнкман и др., 1978-1980). Она играет важную роль в процессах лазерного отжига поверхностных дефектов, и широко используется в современной технологии. [c.273]

Вводные замечания. Исследования резонансного взаимодействия коротких импульсов лазерного излучения с полупроводниковыми материалами пол)лшли в середине 70-х годов мощный практический стимул в связи с открытием в нашей стране явления импульсного лазерного отжига поверхности полупроводниковых материалов, используемых в микроэлектронике. Воздействие мощных лазерных импульсов с энергией фотона, превышающей ширину запрещенной зоны, приводит к быстрой (в диапазоне 100 НС — 10 мкс) и высококачественной рекристаллизации аморфизи-рованных в результате ионной имплантации или иных причин приповерхностных слоев полупроводников — происходит отжиг их ранее разупорядоченной поверхности [22]. Лазерный, а в последствии и ламповый (с помощью мощных ламп-вспышек) отжиг стал хорошо освоенным тех коло ги чес ки м приемом обработки изделий полупроводниковой микроэлектроники в то же время эксперименты по импульсному лазерному отжигу поставили целый ряд принципиальных физических вопросов, касающихся поведения полупроводников в сильном импульсном лазерном поле. [c.141]

Импульсный лазерный отжиг полупроводников. Явление импульсного лазерного отжига (ИЛО) в узком собственном значении этого понятия состоит в чрезвычайно быстром (обычно в течение нескольких десятков наносекунд) восстановлении кристаллической структуры ранее разупорядоченного или даже полностью аморфизованного приповерхностного слоя полупроводникового материала при воздействии на него достаточно мощного лазерного импульса с энергией кванта, большей ширины запрещенной зоны. [c.150]

Лазерно-индуцированная аморфизация поверхности. Как уже упоминалось выше, восстановление кристаллической структуры при лазерном отжиге происходит в определенном диапазоне длительностей и плотностей энергии лазерных импульсов в процессе эпитаксиального роста кристалла из расплава от кристаллической подложки. Если скорость движения границы расплава будет слишком большой, то вместо монокристалла из расплава образуется поликристаллический или аморфный слой. В частности, такой режим реализуется при воздействии на монокристалл Si или GaAs пикосекундных лазерных импульсов. [c.153]

Возникший в результате неустойчивости рельеф поверхности вызывает сильные изменения поглощательной способности этой поверхности. В частности, в определенных условиях возможно полное подавление зер-кально-отраженной волны от металлов, полупроводшков и диэлектриков, а также возникновение аномально высокого поглощения шероховатой поверхностью. Эти обстоятельства необходимо принимать во внимание при анализе различных процессов термической лазерной технологии — резки, сварки, сверления, закалки материалов с помощью лазерных пучков, а также в процессах импульсного лазерного отжига полупроводников. [c.162]

Рис. 4.6. Рост интенсивности сигнала отраженной ВГ (со2 с , 2 с - 4со) и ТГ (с - 3и>) от ионно-имплантированных образцов Si, подвергнутых лазерному отжигу, как функция дозы имплантации. Вблизи кривых проставлен тип иона, использованного для имплантации буквой а отмечена точка, соответствующая интенсивности ВГ (2и - 4<л ) от аморфизированного (и неотоженного) участка поверхности

В самом деле, как показывают теоретические расчеты [18], эта неоднородная деформация должна быть пропорциональна градиенту концентрации внедренной примеси, имеющей другой размер атомов и иные силовые постоянные по сравнению с атомами кремния. В случае наносекундного импульсного лазерного отжига получаются легированные образцы Si с концентрацией примеси, превышающей равновесную, причем вследствие малой длительности фазы расплава 10" с) внедренные ионы не успевают продиффундировать в глубь образца, и распределение легирующей примеси в лазерно-отожженном образце близко к распределению примеси при имплантации при этом концентрация примеси в поверхностном слое выравнивается до некоторой глубины. [c.239]

Кроме того, ионная имплантация обеспечивает некоторые дополнительные возможности, такие, как пропечатка окон внесением повреждений [4.1], повышение предела химической растворимости примесей в сочетании с лазерным отжигом [4.2], получение химических соединений [4.3], локаль- [c.104]

Ясное понимание основных особенностей проведения импульсного лазерного (или электронного) отжига содержится уже в ранней работе [5.6]. На рис. 5.1 показаны профили распределения бора, измеренные в образцах сразу после имплантации и лазерного отжига, заимствованные из этой работы. Измерения, проводимые с помощью вторичной ионной масс-спектро-метрии (ВИМС), позволили получить полную концентрацию бора, независимо от его положения в кристаллической решетке. Образцы имплантировались ионами с энергией 35 кэВ до достижения дозы 1-10 см . Как и ожидалось, постимплантационные профили приблизительно соответствовали распределению Гаусса и лишь незначительно изменялись в процессе обычного отжига в печи в течение 30 мин при температуре 900° С. Напротив, после лазерного отжига (1,6 Дж/см , длительность импульса 60 не) наблюдалось значительное перераспределение бора. В частности, после цикла импульсного лазерного отжига профиль примеси стал почти однородным от поверхности в глубь кристалла на расстоянии примерно 0,2 мкм, а значительные концентрации бора наблюдались на глубинах приблизительно до 0,5 мкм. [c.162]

А при условии, что аморфизированный слой достаточно тонок. Однако следует помнить, что поскольку коэффициент отражения поверхности освещаемого образца при плавлении изменяется от 0,35 до 0,7, то только 30 % энергии импульса поглощается кремнием после перехода порога плавления. В результате становится трудно расплавить слои, имеющие толщину более 1 мкм, не нагревая одновременно поверхность до точки кипения, что привело бы к очень плохой морфологии поверхности. По этой причине импульсный лазерный отжиг обычно применим только для обработки относительно мелких слоев. [c.164]

На рис. 5.8 показаны профили примеси, полученные методом ВИМС после имплантации ионов в подложку 81 с ориентацией <100) при типичных условиях и последующих лазерного и термического отжигов. Наиболее замечательной особенностью приведенных данных является то, что профили после лазерного отжига идентичны постимплантационным. Другими словами, за время лазерного отжига не происходит никакой диффузии имплантированных частиц. Более того, профили примеси после имплантации точно соответствуют распределениям Пирсона IV с моментами, расчитанными по теории ЛШШ [5.16], так что экспериментально и теоретически полученные [c.170]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...