PLIE (Pulsed Laser Induced Epitaxy) & GILD (Gaz Immersion Laser Doping)

L’équipement de dopage localisé par fusion laser ultra brève comprend un sas d’introduction, une chambre sous ultra-vide (UHV) et un banc optique qui focalise le faisceau d’un laser excimer XeCl (λ=308nm) sur l’échantillon.

Il sert essentiellement à doper des échantillons de Ge ou de Si en Bore ou en Phosphore.

Soit l’échantillon est placé dans la chambre de dopage avec un gaz précurseur (BCl3 ou PCl3) qui se chimisorbe à sa surface : on parle alors de GILD (Gas Immersion Laser Doping) soit l’échantillon a été au préalable préimplanté on parlera alors de PLIE (Pulsed Laser Induced Epitaxy).

Une impulsion (20-40ns) d’un laser UV de 308nm est envoyée sur la surface de l’échantillon et absorbée sur 7 nm. L’énergie lumineuse est intégralement et instantanément convertie en énergie thermique puisqu’il y a absorption directe des photons : leurs énergies 4eV étant supérieure au gap direct du Si et du Ge. Cette chaleur produite est évacuée très rapidement par diffusion unidimensionnelle vers le substrat. L’énergie thermique fait fondre le matériau à partir de sa surface sur une épaisseur entre 10 et 300nm. Les dopants diffusent de façon homogène dans la phase liquide. Lorsque la température locale est inférieure à la température de fusion, un front de recristallisation épitaxiale remonte jusqu’à la surface à une vitesse de l’ordre de 4 m/s suffisamment lent pour que le cristal se reconstruise à partir de la maille sous-jacente en l’absence de défauts et suffisamment rapide pour piéger en substitution les impuretés dopantes.

Avantages:

• dopage localisé correspondant à la taille du spot laser
• faible budget thermique
• Obtention rapide d’un dopage effectif extrêmement important : supérieurs à la limite de solubilité Exemple B dans Si : Dopage : 6x10¹⁷- 6x10²¹ cm^-3 (0.01 – 10 at.%)
• Épaisseur : 5 - 300 nm
• Profil abrupt
• Aucun agrégat