Способ рекристаллизации кремниевых слоев

 

Использование: микроэлектроника, технология изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем. Сущность изобретения: на монокристаллическую кремниевую подложку осаждают поликристаллический кремний с размером зерна 10^-2- 10² мкм и рекристаллизуют его с помощью импульсного лазерного излучения при длительности лазерного импульса 7-100 нс и плотности энергии лазерного излучения 2,7-3,2 Дж/см² . Длина волны лазерного излучения лежит в полосе межзонного поглощения кремния. 3 ил.

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к способам создания кремниевых структур с заданными электрофизическими и структурными свойствами, и может быть использовано в технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем. Цель изобретения - создание однородных дендритных слоев микронного размера. На фиг.1 представлен процесс осаждения на подложку монокристаллического кремния слоя поликристаллического кремния; на фиг.2 - процесс плавления слоя поликристаллического кремния импульсом лазерного излучения; на фиг.3 - реализуемая структура с дендритным слоем. Способ рекристаллизации кремниевых слоев осуществляется следующим образом. На поверхность монокристаллической кремниевой пластины 1 осаждают тонкий слой поликристаллического кремния 2 с размером зерна 10^-2-10² мкм (фиг. 1). Затем импульсным лазерным излучением 3 наносекундной (7-100 нс) длительности, последовательно сканируя подложкой, обрабатывают поверхность слоя поликристаллического кремния, расплавляя его на всю толщину. Плотность энергии лазерного излучения при этом 2,7-3,2 Дж/см². При кристаллизации области расплава в данных условиях формируется тонкий дендритный слой 4 (фиг. 2). На фиг. 3 представлена реализуемая структура со сформированным дендритным слоем 5. Способ создания дендритных кремниевых слоев можно пояснить следующими примерами. П р и м е р 1. На пластину монокристаллического кремния, например типа КДБ-10 с ориентацией поверхности (III), методом пиролиза силана на установке "Лада-21" при 780±10^оС с расходом силана, фосфина и водорода 6; 0,4 и 60 л/мин соответственно, осаждали слой поликристаллического кремния толщиной 0,45 мкм с размером зерна 0,1 мкм. Затем поверхность слоя поликристаллического кремния облучали импульсным излучением лазера на неодимовом стекле с длиной волны 1,06 мкм, работающего в режиме модулированной добротности с длительностью импульса 5˙10^-8 с, при плотности энергии 3 Дж/см², достаточной для плавления слоя поликристаллического кремния на всю толщину. Лазерную обработку поверхности осуществляли в режиме сканирования подложкой с пошаговым смещением. В результате процесса лазерной рекристаллизации слоя поликристаллического кремния формируется слой монокристаллического кремния с большой плотностью двойников, однородно распределенных по толщине. О двойниковании в структуре свидетельствовало появление симметричных точечных рефлексов в электронограммах поверхности и характерного рельефа травленной поверхности. При этом данный способ позволяет формировать микронные дендритные слои однородные по толщине и достичь поставленной цели. П р и м е р 2. В отличие от примера 1 длительность импульса лазерного излучения составляла 7 нс. Положительный эффект достигался. П р и м е р 3. В отличие от примера 1 длительность импульса лазерного излучения составляла 0,5 нс (лазер работал в режиме синхронизации мод). Положительный эффект не достигался. П р и м е р 4. В отличие от примера 1 длительность импульса лазерного излучения составляла 100 нс. Положительный эффект достигался. П р и м е р 5. В отличие от примера 1 длительность импульса лазерного излучения составляла 500 нс. Положительный эффект не достигался. П р и м е р 6. В отличие от примера 1 плотность энергии лазерного излучения была равна 2,7 Дж/см². Положительный эффект достигался. П р и м е р 7. В отличие от примера 1 плотность энергии была равна 2,5 Дж/см². Положительный эффект не достигался. П р и м е р 8. В отличие от примера 1 плотность энергии была равна 3,2 Дж/см². Положительный эффект достигался. П р и м е р 9. В отличие от примера 1 плотность энергии была равна 3,4 Дж/см². Положительный эффект не достигался. П р и м е р 10. В отличие от примера 1, размер зерна слоя поликристаллического кремния был равен 10^-2 мкм. Положительный эффект достигался. П р и м е р 11. В отличие от примера 1 размер зерна был равен 5˙10^-3 мкм. Положительный эффект не достигался. П р и м е р 12. В отличие от примера 1 размер зерна был равен 10² мкм. Положительный эффект достигался. П р и м е р 13. В отличие от примера 1 размер зерна был равен 5˙10² мкм. Положительный эффект не достигался. Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать однородные как по толщине так, и по структуре микронные дендритные слои, что делает его наиболее перспективным при использовании в технологии изготовления интегральных приборов на основе дислокационных структур с микронными размерами элементов, например в оптоэлектронике.

Формула изобретения

СПОСОБ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ КРЕМНИЕВЫХ СЛОЕВ, включающий осаждение поликристаллического кремния на монокристаллическую кремниевую подложку и рекристаллизацию его с помощью импульсного лазерного излучения при длительности лазерного импульса 7 - 100 нс на длине волны, лежащей в полосе межзонного поглощения кремния, отличающийся тем, что, с целью создания однородных дендритных слоев микронного размера, осаждают поликристаллический кремний с размером зерна 10^-2 - 10² мкм, а плотность энергии лазерного излучения 2,7 - 3,2 Дж/см².

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3