WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |   ...   | 27 |

Лазерный отжиг имплантированного слоя позволяет устранить многие из этих недостатков термического отжига. Поскольку при лазерном отжиге нагревается только слой с повреждениями, свойства подложки не ухудшаются. Нагрев импульсным или непрерывным лазером приводит почти к полной перекристаллизации слоёв с минимальными остаточными повреждениями и без диффузии примесных атомов. Хотя лазерный отжиг устраняет многие недостатки обычного термического, он порождает другие дефекты. Так при отжиге импульсным лазером могут появляться нерегулярности на поверхности полупроводника и напряжения на границе жидкой фазы. В последние годы для отжига начали применять эксимерные лазеры, позволяющие отжигать большие площади, что перспективно для технологии СБИС при переходе к пластинам большого диаметра. Схема сканирующей непрерывной лазерной установки показана на рис.2.11.

К вакуумному насосу Рис.2.11. Система отжига непрерывным ионно-аргоновым лазером:

1 - Аr+-лазер, мощность Wмаx=15 Вт; 2 - линза; 3 - зеркало, вращающееся относительно оси Х; 4 - полупроводник; 5 - держатель; 6 - зеркало, вращающееся относительно оси Y Перекристаллизация Перекристаллизация тонких плёнок энергетическими пучками, особенно лазерным, является одним из наиболее эффективных методов получения ориентированных плёнок на диэлектрических подложках. Плёнка аморфного или кристаллического кремния осаждается на диэлектрическую подложку, а затем с помощью лазерного излучения плавится. В результате жидкофазной кристаллизации формируется крупнокристаллическая или, при определённых условиях, монокристаллическая структура. Сканируя лазерным лучом вдоль поверхности, достигают кристаллизации всей осаждённой плёнки. Использование затравки для ориентированной перекристаллизации позволяет исключить процесс случайного кристаллообразования. Таким образом, перекристаллизация - перспективный метод получения крупнозернистых полупроводниковых структур. Так, например, облучение плёнок Gе на подложке из молибдена или графита, нагретых до 400 - 500 градусов, приводит к перекристаллизации на площади около 2,52,5 см. Возможно, что этот процесс ляжет в основу метода получения монокристаллических листов для изготовления солнечных элементов. Для перекристаллизации используются Nd-АИГ сканирующие лазеры непрерывного действия.

Образование силицидов Электрические контакты и токоведущие дорожки на кремниевых микросхемах часто создаются силицидами металлов. Последние обычно формируются осаждением тонкого слоя металла на Si-подложку. Система металл-кремний нагревается затем до нескольких сотен градусов в атмосфере инертного газа. Силицид образуется в результате реакции металла и Si.

Аналогичный результат за более короткое время можно получить с помощью лазерного нагрева. Кроме того, процесс лазерного нагрева может производиться до более высоких температур отжига без нагрева соседних структур. Силициды получают с помощью Nd-АИГ-лазера с модуляцией добротности. Используется лазер в режиме повторения импульсов со сканированием луча, что позволяет обрабатывать площадь, большую площади фокусного пятна. Высокие скорости нагрева и охлаждения приводят к образованию нескольких различных соединений в плёнке силицида (МеSi, Me2Si, Me4Si и чистый Si.).

Формирование омических контактов и переходов Формирование омических контактов и переходов осуществляется методом лазерного легирования. При лазерном легировании на поверхность образца наносится тонкий слой примеси или материала, содержащего примесь, используя методы электронно-лучевого или вакуумного напыления, окраски поверхности или центрифугирования. При последующем облучении образца поверхностный слой расплавляется, и примесь диффундирует в глубь расплавленного материала. При этом примесные атомы занимают узлы кристаллической решётки, причем концентрация примеси может превышать предельную равновесную растворимость. Омические контакты в кремнии получают при облучении импульсными Nd-АИГ- или СО2-лазерами.

Облучение Si n-типа с В или Si р-типа с Р даёт выпрямляющие n-р+ и р-n+ - переходы.

2.4. ЛАЗЕРНОЕ ОСАЖ ДЕНИЕ ТОНКИХ ПЛЁНОК Самые высокие скорости осаждения (100-1000 мкм/с) плёнок достигаются при термоионном осаждении импульсными методами. Среди импульсных устройств наибольшее распространение получили лазерные устройства. Плотность потока энергии (Е) на мишень из рабочего вещества, длительность импульса (t) и длина волны () лазера определяют характер взаимодействия излучения с веществом и параметры образующейся плазмы.

Плазма образуется при работе лазера в режиме с модулированной добротностью при Е>108 Вт/см2. Металлы и большинство полупроводниковых материалов при этом испаряются без образования капель. Образующаяся над рабочим веществом плазма взаимодействует с излучением, нагревается и под действием силы инерции разлетается. Так как плёнка получается в результате осаждения испаряющегося вещества мишени, то данный метод получил название лазерного испарения. Для осаждения тонких плёнок испарением используются лазеры на СО2, Nd-АИГ- или рубиновый лазер. Для испарения изоляторов и большинства полупроводниковых материалов предпочтительнее СО2-лазеры, тогда как Nd-АИГ- или рубиновый лазер предпочтительнее для испарения металлов.

Состав получаемой плёнки зависит от геометрических факторов и интенсивности импульса. Так, с помощью импульсного СО2-лазера с максимальной мощностью в импульсе 160 - 1600 Вт можно получать высококачественные плёнки различных тугоплавких материалов. Скорость осаждения в таких условиях составляет менее 1 Ангстрема на импульс.



Таким образом получают плёнки многих чистых металлов, причём полученные плёнки являются поликристаллическими.

Фотолиз (фотоосаж дение) Разложение молекулы под действием лазерного излучения называется лазерным фотолизом. Стимуляция процессов осаждения плёнок с помощью лазеров с перестраиваемой длиной волны обеспечивает разрыв строго определённых химических связей, необходимых для получения плёнок того или иного материала.

При лазерном фотолизе можно независимо менять мощность, длину волны излучения и положение пластины в пространстве. Поскольку фотолиз протекает вдоль пути распространения лазерного луча, получаемые при этом плёнки содержат меньшее число примесей, чем при плазменной стимуляции осаждения, когда пластины могут загрязняться примесями, образующимися в результате бомбардировки стенок реактора высокоэнергетическими ионами.

С помощью фотолиза могут быть получены плёнки металлов, SiО2, Si3N4, Al2O3 и др. Скорость осаждения при фотолизе определяется мощностью лазерного импульса, давлением в камере и площадью, на которую осаждается плёнка, и обычно лежит в диапазоне от 20 до 300 мкм/мин.

Изоляционные плёнки, полученные методом фотолиза, характеризуются малой плотностью дефектов и высоким пробивным напряжением. Плёнки пригодны в качестве межслойных диэлектриков, для изготовления масок в процессе диффузии и пассивирующих слоёв в производстве СБИС.

Электроосаж дение Эффективность осаждения при комбинированном электроосаждении с лазерным излучением повышается. Схема установки для электроосаждения при воздействии лазерного излучения в области оптического поглощения на катоде показана на рис.2.12. Лазерное излучение падает на оптически прозрачную подложку с предварительно осаждённой тонкой плёнкой.

+ Pt Рис.2.12. Схема установки для электроосаждения при воздействии лазерного излучения в области оптического поглощения на катоде: 1 - подложка (катод); 2 - регулирующее ток сопротивление; 3 - источник тока; 4 - электролит; 5 - ЭЛТ; 6 - колеблющееся зеркало; 7 - оптический регистратор интенсивности излучения; 8 - прерыватель светового луча; 9 - лазер непрерывного действия Химическое осаж дение из паровой фазы Химическое осаждение из паровой фазы представляет интерес с точки зрения получения зернистых плёнок Si пиролизом силана. Осаждение Si происходит при пиролизе SiН4 (или SiCl4) в области лазерного нагрева. Это позволяет получать образцы на подложке без необходимости нанесения маскирующего покрытия и травления. Схема установки для лазерного химического осаждения из паровой фазы показана на рис.2.13.

Выпуск SiCl (ж) H2 NРис.2.13.Установка химического осаждение из паровой фазы: 1 - СО2-лазер, 50 Вт; 2 - окно ZnS; 3 - подложка; 4 - расходомер; 5 - ловушка; 6 – термостат Скорость осаждения быстро растёт с увеличением мощности лазера и достигает предела при высоких мощностях. Для получения покрытий в виде полос используется сканирование перемещением подложки.

Контрольные вопросы 1. В чем суть лазерной очистки поверхности 2. Перечислите основные направления использования лазерных процессов в микро- и нанотехнологиях.

3. Как меняется сопротивление резистора при подгонке номинала методом испарения 4. Как можно уменьшить сопротивление резистора в процессе подгонки 5. В чем суть прямого и обратного переноса вещества при лазерной подстройке частоты пьезоэлемента 6. Как происходит устранение дефектов структуры при лазерном отжиге 7. Сформулируйте основные преимущества лазерного отжига дефектов структуры.

8. Назовите основные варианты реализации и применения лазерной перекристаллизации материалов.

9. Сформулируйте принципы и перспективы лазерных методов получения тонких пленок.

2.5. ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРОВ В ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ Появление лазеров способствовало бурному развитию многих разделов фотохимии. До появления лазеров такие области химической технологии, как инфракрасная фотохимия и оптическое разделение изотопов, практически не были исследованы. В настоящее время эти области очень быстро развиваются, предоставляя новую обширную информацию о ходе химических реакций. Некоторые применения лазеров в химии и химической технологии рассмотрены ниже.

Лазерное разделение изотопов Разделение изотопов возможно в том случае, если скорость реакции возбужденного атома или молекулы с определенным реагентом выше скорости процесса с участием атомов или молекул в основном состоянии.

Селективность процесса обеспечивается возбуждением только одного изотопа смеси. Так, в первом успешном процессе разделения изотопов смесь молекул CH3OH и CD3OD 1:1 облучалась излучением HF-лазера в области длин волн 2,64 - 2,87 мкм. Поглощение излучения приводило к избирательному возбуждению колебаний радикала ОН в молекуле CH3OH, которые в дальнейшем реагировали с бромом. Непрореагировавшие молекулы CD3OD отделялись, причем степень обогащения достигала 95 %.

При разделении изотопов использовались также избирательные процессы двухфотонной и многофотонной диссоциации, двухступенчатой диссоциации, фотоизомеризации и другие.

Химические реакции, инициируемые лазерами Эффективное протекание многих фотохимических процессов требует достаточно мощного селективного светового потока, который может быть создан только лазером. Поглощение инфракрасного, видимого или ультрафиолетового излучения, происходящее в исходных реагентах или промежуточных продуктах, приводит к изменению их реакционной способности и инициированию или значительному ускорению химической реакции. Подбирая длину волны лазера, можно селективно вводить энергию на определенные уровни. Использование мощных лазеров с инфракрасным излучением позволило реализовать многофотонные химические процессы, то есть процессы, связанные с возбуждением достаточно высоких колебательных или электронных уровней путем многофотонного поглощения.





Лазерный катализ Возбуждение молекул газов инфракрасным лазерным излучением может ускорить реакцию и изменить ее направление. Таким способом, в частности, можно было бы повлиять на ход каталитических реакций, происходящих на поверхности твердого катализатора при лазерном облучении.

Лазерный нагрев Лазерный нагрев можно непосредственно использовать для осуществления химических процессов. Примером являются эксперименты по пиролизу смесей углеводородов с SF6. Лазерным излучением осуществляется инициирование реакций между частицами Cn и органическими молекулами в газовой фазе при испарении Cn из графита в результате лазерного нагрева.

Преобладающим продуктом является ацетилен C2H2. Лазерный пиролиз в некоторых случаях может иметь некоторое преимущество по сравнению с обычным тепловым испарением углей. Одно из них заключается в том, что достигаемые при лазерном нагреве высокие температуры могут ускорить превращение метана в ацетилен:

2CH4 C2H2 + 3HЛазерный нагрев был предложен в качестве метода определения содержания углеводородов в нефтяных сланцах. Основное преимущество лазерного пиролиза заключается в быстром нагреве малых площадей и объемов образцов до высокой температуры. Быстрые нагрев и охлаждение могут "заморозить" продукты, соответствующие высокотемпературному химическому равновесию, и привести к образованию химических соединений, отличных от наблюдаемых при обычном пиролизе.

Лазерная полимеризация Поскольку полимеризация может быть инициирована различными видами излучения, то неудивительно, что такой эффект вызывается и лазерным излучением. Первичный процесс инициирования фотополимеризации состоит в поглощении света молекулой сенсибилизатора или непосредственно мономером. В сходных условиях было найдено, что при использовании резонансной частоты лазерного излучения существенно повышается степень полимеризации эмалей на основе алкидных смол и лаковых покрытий, а также сокращается время сушки. Использовалось лазерное излучение с частотой, соответствующей характерным инфракрасным резонансам связи. Полимеризация может быть также инициирована лазерным пробоем. Лазерная плазма в месте пробоя внутри раствора мономера, по-видимому, является локальным источником тепла и ультрафиолетового излучения, а также источником свободных радикалов, вызывая полимеризацию вещества вблизи зоны пробоя. Возможность осуществления этого и других процессов лазерной полимеризации определяется прозрачностью раствора мономера для лазерного излучения.

При большом коэффициенте поглощения полимеризация будет ограничена тонким поверхностным слоем.

2.6. ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРОВ В ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ И ХИМИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ Современные тенденции усложнения электронных приборов, повышения уровня миниатюризации и интеграции, применение новых технологических процессов и стремление к улучшению параметров изделий вызывают необходимость разработки новых средств измерения и контроля. К этим средствам предъявляются такие требования, как бесконтактность, информативность и высокая чувствительность измерений, возможность контроля сложных объектов, исследования статических и динамических процессов. Во многом этим требованиям удовлетворяют лазерные методы контроля. Ш ирокое применение нашли интерференционные лазерные методы измерения и контроля.

Лазерная интерферометрия Электромагнитное излучение, которым является свет, характеризуется частотой, амплитудой, фазой, поляризацией, направлением и скоростью распространения. Его взаимодействие со средой в процессе распространения приводит к изменению этих параметров. Располагая данными об этих изменениях, можно судить о свойствах среды. Непосредственное измерение такого параметра, как фаза световой волны, представляет собой весьма непростую задачу. Фаза и амплитуда могут быть определены путём их сопоставления с известной фазой и амплитудой опорного сигнала, то есть с помощью интерференции волнового фронта исследуемого и опорного сигнала. При этом информация о распределении фазы исследуемого волнового фронта содержится в частоте и конфигурации интерференционных полос, а об амплитуде - в их контрасте. Выполнение условий взаимной когерентности обеспечивается разделением луча света от одного источника.

Оптическое устройство, обеспечивающие разделение луча, создание фазового сдвига объектом исследования, сведение лучей под нужным углом и наблюдение интерференционной картины называется интерферометром.

Классические интерферометры Майкельсона и Маха-Цендера изображены на рис.2.14.

2 3 а) б) Рис.2.14. Схемы интерферометров: а) Майкельсона. 1-источник света; 2 - опорное зеркало; 3 - полупрозрачное зеркало; 4-исследуемый объект; 5 - плоскость наблюдения; б) Маха-Цендера. 1,4 - поворотные зеркала; 3,6полупрозрачные зеркала; 5 - исследуемый объект; 7 - плоскость наблюдения;

2 - источник света Первый служит для исследования формы поверхности, измерения линейных смещений, скоростей и ускорений объектов. Второй - для определения толщины тонких плёнок и кривизны поверхностей.

Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |   ...   | 27 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.