УДК 621.315.592
КАСИМОВ Ф.Д., ИСМАЙЛОВА С.А.
ЛАЗЕРНАЯ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ АМОРФНЫХ СЛОЕВ
КРЕМНИЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Азербайджанское Национальное Аэрокосмическое Агентство, 370106, Баку, пр.Азадлыг, 159,
тел.: (99412) 613332
Развитие лазерной техники привело к использованию лазерных технологий
практически во всех областях народного хозяйства. В микроэлектронике первыми
технологическими
процессами,
в
которых
использовался
лазер,
были
скрайбирование пластин и подгонка элементов ИС. Следующим шагом
использования лазерной техники была разработка процессов лазерной ретуши,
основанных на испарении остросфокусированным лучом лазера непрозрачных
дефектов [1].
Однако, первыми новыми технологическими процессами обработки, основных
компонентов ИС являются лазерная рекристаллизация полупроводниковых пленок и
лазерный отжиг, которые позволяют получить качественные структуры,
отличающиеся высокой локальностью, импульсным характером и селективностью
[2], и являются первым шагом на пути к созданию трехмерных интеллектуальных
ИС [3].
При лазерной обработке слоев аморфного или поликристаллического кремния,
нанесенного
на
монокристаллическую
подложку,
происходит
их
гомоэпитаксиальная рекристаллизация. Такие процессы могут помочь созданию
самых эффективных на сегодняшний день каскадных солнечных элементов со
структурой аморфный-поликристаллический кремний.
Исследования показали, что при воздействии непрерывного лазерного
излучения на напыленные кремниевые слои, для получения качественных
эпитаксиальных слоев, так же как и при обычной твердофазной эпитаксии,
необходимо проведение всех технологических операций, включая очистку
поверхности, нанесение слоя и лазерную обработку при высоком вакууме.
Окисление поверхности раздела или поглощение примесей при экспозиции на

воздухе приводило к образованию после лазерной обработки поликристаллического
слоя. Таким путем, наряду с описанным в [4] эпитаксиальным осаждением путем
разложения SiH4 удавалось содавать необходимые для каскадных солнечных
элементов слоя poly-Si-/-Si:H [5].
Требования к вакууму и чистоте поверхности раздела не столь жестки в случае
жидкофазной эпитаксиальной рекристаллизации при импульсном лазерном нагреве
на
воздухе.
Так
как
плотность
напыленных
слоев
меньше,
чем
монокристаллического кремния, то в эпитаксиальном слое после лазерной
обработки иногда наблюдались микропузырьки и сферические пустоты, которые
удалялись повторными лазерными импульсами большой энергии.
Обработанные импульсными излучениями образцы кремний-на-диэлектрике
имели лучшую подвижность, чем образцы, отожженные в печи, при отжиге, как до
ионной имплантации, так и после нее. Импульсное лазерное облучение локальных
участков кремния на SiO2 приводило к 30% увеличению подвижности носителей в
канале МОП-транзисторов, изготовленных в этих областях, что сравнимо с
литературными данными [6].
Несколько другие результаты достигнуты при лазерном отжиге аморфных
слоев импульсами малой плотности энергии. Для аморфизированного с помощью
ионной имплантации кремния, облученного импульсами неодимового лазера с
энергией 0,2.Джсм-2
(=0,53мкм,
и=30нс)
наблюдался
переход
в
поликристаллическое состояние, обусловленный плавлением верхней части
аморфного слоя. Однако, под переплавленным слоем были обнаружены отдельные
кристаллиты со средним размером ~5нм, окруженные кремнием. Обычные скорости
твердофазного роста не могут обеспечить образования кристаллических зерен таких
размеров за время пребывания в высокотемпературном состоянии, поэтому было
сделано предположение,
что
ускоренная
рекристаллизация обусловлена
механическими напряжениями в слое.
Для устранения этого явления была применена многократная импульсная
лазерная обработка со столь малой энергией, что ее плотности недостаточно для
образования центров плавления на поверхности.
При многократной лазерной обработке импульсами малой энергии

(=0,694мкм, и=30нс, Е=0,045Джсм-2, 100 импульсов) слоев аморфного кремния,
сформированных ионной имплантацией, обнаружено, что граница раздела
аморфной и кристаллической фаз движется от поверхности к подложке, что можно
объяснить увеличением подвижности дефектов за счет ионизации и наличия
напряжений в слое.
При наличии в слое аморфного кремния больших концентраций водорода -
Si:H добиться полной рекристаллизации не удавалось. Так, аморфные
гидрогенизированные пленки кремния толщиной 240нм, осажденные на кремниевые
подложки в водородно-аргоновой плазме, содержали водород в концентрации
71021см-3. При импульсном лазерном отжиге слой оставался аморфным, а отжиг
излучением непрерывного аргонового лазера приводил к переходу слоя в
поликристаллическое состояние. Таким путем создавали слои poly-Si-/-Si:H для
каскадных фотопреобразователей Pt-poly-Si--Si:H-SiOx-p-Si-Ni.
При освещении светом с энергией Е2(poly-Si)<h<E1(-Si:H) фототок и фотоэдс
обусловлены вкладом структуры -Si:H-p-Si-Ni. Однако, поскольку проводимость
нефотовозбужденного -Si:H очень мала, сквозной ток в этом случае мал.
При h>E1(-Si:H) фототок и фотоэдс обусловлены совместным вкладом -Si:H
и poly-Si, при переходе к более коротким длинам волн вклад структуры на -Si:H
увеличивается. Исследованная структура позволила получить КПД, равный 12% при
Iкз=13,4мА/см2, Uхх=1,4В, FF=0,65.
1. Берегов М.Е., Киселев Н.А. Корректировка топологии фотошаблона методом
локального лазерно-химического осаждения. -Электронная промышленность,
1987, вып.4, с.26-27.
2. Пилипенко В.А., Попов Ю.П. Использование фотонных технологических
процессов при изготовлении биполярных ИС. -Электронная промышленность,
1988, вып.5, с.3-9.
3. Kasimov F.D., Guseinov Ya.Yu. Three dimensional intellectual sensors of magnetic
field on the base Hall effects. -Procceding V-th Pan Pacific Microelectronics,
Symposium, USA, Hawaii, 2000, p.299-301.
4. Аббасов М.Г., Гусейнов Я.Ю., Касимов Ф.Д. Формирование пленок

поликристаллического кремния на аморфной подложке. -Физика, АН
Азербайджанской Республики, 1999, 3 с.34-35.
5. Гусейнов Я.Ю. высокоэффективные каскадные фотопреобразователи на основе
пленок аморфного и поликристаллического кремния. -ДАН Азербайджанской
Республики. 1999, т.55, 3-4, с.47-49.
6. Кравченко В.М., Будько М.С. Современное состояние КНД-технологии. -
Зарубежная электронная техника, 1989, 9, (340), с.3-54.