Фотонно-стимулированные технологические процессы микро- и нанотехнологии

Процесс ориентированного роста монокристаллического слоя на диэлектрической подложке во многом определяется степенью контролируемости процесса зародышеобразования в расплаве при его затвердении. Наилучшие результаты были получены при рекристаллизации с боковой монокристаллической затравкой. В результате обеспечиваются условия получения полностью монокристаллической структуры слоя с определенной кристаллографической ориентацией поверхности (рис. 9).

Рис. 9. Сечение рекристаллизуемой структуры, где 1 – SiO2; 2 – ПКК; 3 – кремниевая подложка

Механизм такой кристаллизации заключается в следующем. На первом этапе при достаточной энергии лазерного излучения происходит плавление всего слоя ПКК. В дальнейшем на кремниевой подложке в областях, не защищенных SiO2, благодаря жидкофазной эпитаксии, образуется монокристаллический кремний. В связи с другими условиями теплоотвода слой ПКК на SiO2 затвердевает позже, чем на монокристаллической подложке. На втором этапе происходит боковой эпитаксиальный рост монокристаллического кремния на SiO2, распространяющийся от сторон полоски окисла и его центральной части и заканчивающийся полным затвердением расплавленного слоя ПКК. В этом процессе локальные участки монокристаллического кремния являются затравкой для ориентированного роста кристалла. Чем больше толщина ПКК, тем большая требуется энергия лазерного излучения. Рост монокристалла начинается от его границы в направлении перпендикулярном границе фазового перехода расплав-твердое тело.

При использовании импульсного лазерного излучения ориентированный рост ограничен малым временем существования расплава. Даже термический нагрев обратной стороны подложки до 670 К и капсулирование рекристаллизуемого слоя пленкой SiO2 не приводят к увеличению размера монокристалла. Максимальная длина ориентированного бокового роста кристалла на SiO2 составляет 3-4 мкм от границы окна.

При рекристаллизации такой структуры непрерывным сканирующим излучением аргонового лазера боковому росту монокристалла способствует более мягкие режимы тепловой обработки и наличие протяженного температурного поля. Это приводит к снижению дефектности рекристаллизованного слоя. Генерация дефектов во многом зависит от степени перекрытия лазерных лучей. Установлено, что при оптимальном режиме степень перекрытия должна быть более 40 %.

Использование метода с непрерывным сканирующим лазерным излучением позволило получить полосы монокристаллического кремния на слое SiO2 с размерами 100×10000 мкм. При этом в рекристаллизованном слое не обнаружена мозаичная структура, отсутствовали дефекты упаковки, двойники. Подвижность носителей заряда в этих слоях достигала 740 см2/В·с.

Недостатком процесса бокового эпитаксиального роста является достаточно узкий интервал значений мощности лазерного излучения, при котором наблюдается эпитаксиальный рост монокристаллического кремния без деградации слоя ПКК, лежащего на SiO2. Это связано с тем, что после расплавления всего слоя ПКК условия теплоотвода в окнах SiO2, где слой ПКК лежит на монокристаллической подложке кремния и на поверхности SiO2, различны. Поэтому с увеличением мощности лазерного излучения слой ПКК, лежащего на поверхности SiO2, деградирует с образованием отдельных капель кремния [3].

2.3. Лазерная кристаллизация поликремниевых лент

Известно, что при обычной технологии получения кремниевых пластин теряется до двух третей исходного материала. При выращивании кремниевых лент потери кремния значительно ниже, что удешевляет стоимость подложек. Технологический процесс получения кремниевых лент включает в себя химическое осаждение из паровой фазы кремния на временную подложку, после отделения полученного слоя, подложка может быть вновь использована. Этим методом получают кремниевые подложки толщиной до 100-150 мкм.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «