Laser modifications of Si(100) : Cl surfaces induced by surface melting: etching and cleaning

Recuit et gravure induits par laser sur silicium : expériences et simulations numériques

“…La comparaison avec l'expérience a permis d'obtenir K s < 0.02 pour Cl à l'interface solide/liquide du silicium. Cette valeur très basse n'est qu'une limite supérieure, car Cl s'est en fait révélé indétectable dans les expériences de SIMS [5]. Cl est une impureté qui ne peut se placer ni en site de substitution parce que sa structure électronique ne s'y prête pas, ni en site intersticiel parce qu'il est trop gros.…”

“…SiCl et SiCh désorbent en proportions semblables, alors que la. désorption de Cl et de Cl 2 est négligeable [5]. L'efficacité de désorption (ou la vitesse de gravure) augmente de 4 ordres de grandeur lorsque le flux laser augmente du seuil de fusion de ~ 350 mJ/cm 2 à 500 mJ cm~2.…”

“…Ce résultat intriguant a conduit à mesurer la quantité de chlore restant dans le volume et à la surface après un puise laser. Le résultat expérimental est que le chlore n'est pas mesurable en volume, mais qu'il y a environ 0.3 ML de chlore à la surface : ceci montre qu'une fraction du chlore pénètre dans le matériau comme pour échapper à la désorption, mars qu'il y revient par ségrégation à la fin de la recristallisation [5].…”

“…L'introduction d'une composante de second ordre, correspondant à SiCl 2 , Cl-235 diminue cet effet car SiCl 2 a une queue de désorption négligeable, la densité de chlore étant vite insuffisante pour permettre la désorption de SiCl 2 . Le rapport de branchement (expérimentalement égal à 1.3 ± 0.3 [5]) entre SiCl (forte énergie d'activation) et SiCl 2 (plus faible énergie d'activation) s'explique ainsi par le fait que la désorption de SiCl 2 est paradoxalement limitée par la diffusion sur la surface liquide. La raison physique de la saturation de la vitesse de gravure avec le flux est qu'il suffit en première approximation de fondre la surface pendant 1 ns pour induire la désorption de la fraction de chlore qui « préfère » désorber plutôt qu'entrer dans le volume : les millijoules supplémentaires ne servent à rien du point de vue de l'efficacité de la gravure.…”

Ablation et gravure laser

“…La fusion de la surface correspond à ces deux limites. La rapidité et l'efficacité du processus de désorption en ce cas empêche les adsorbats de se réordonner; SiCl devient alors un produit essentiel de la gravure avec SÍCI2 dont la part est sous estimée dans la plupart des travaux [4,5]. En pratique, pour ne pas trop perturber les couches sous-jacentes, la fusion est transitoire pour limiter la quantité d'énergie déposée dans l'échantillon.…”