Способ получения микроструктур на поверхности полупроводника Российский патент 2021 года по МПК H01L21/268 

Предлагаемое изобретение относится к области лазерной техники, оптического приборостроения и полупроводниковой электроники, в частности, к оптическим технологиям и нелитографическим технологиям выявления структуры поверхности монокристаллического германия, а именно: к лазерной микрообработке, в частности, к способам обработки поверхности монокристаллического германия лазерным излучением, и может найти применение в разных секторах электроники, например, при необходимости выявления воздействием лазерного излучения на поверхность монокристаллического германия регулярного микрорельефа его поверхности с характерными перепадами по высоте микрорельефа, может быть использовано в технологических целях для оценки плотности дислокаций при работе с монокристаллическим германием.

При появлении достаточно мощных лазеров были проведены многочисленные эксперименты по исследованию результатов воздействия лазерного излучения на германий, кремний и другие полупроводниковые кристаллы [1-7]. В настоящее время воздействие лазерного излучения на материалы, в том числе полупроводники, является одним из эффективных и управляемых средств контролируемого изменения кристаллической структуры и свойств материалов. Импульсная лазерная термообработка широко применяется в различных областях полупроводниковой микроэлектроники: изготовление двумерных фотонных кристаллов, резка пластин, предварительная обработка поверхности кремния лазером перед травлением, формирование p-n-переходов, активация примесей, отжиг ионно-имплантированных слоев, геттерирования дефектов, рекристаллизация аморфных слоев, отжига и генерации дефектных центров в приповерхностных областях кристаллов и др. [8-10].

В области прозрачности (1,8-23 мкм) Ge ведет себя подобно многим оптическим материалам с полупроводниковыми свойствами [11-12], а в зоне поглощения во многом подобен металлам [13-15].

На образцах германия впервые было обнаружено образование поверхностных периодических структур в результате воздействия мощного импульсного лазерного излучения [16, 17].

На кристаллах кремния, близкого по физико-химическим свойствам к германию, при воздействии импульсно-периодическим излучением обнаружено создание на поверхности кристалла микрорельефа, имеющего регулярную структуру [4-7, 18-20].

Известен способ обработки поверхности монокристаллического кремния ориентации (111), включающий обработку кремния в спирте в ультразвуковой ванне в течение 30 мин с последующей обработкой поверхности импульсами излучения лазера с длиной волны 266 нм, частотой 6 Гц и длительностью импульса 15 нс, сфокусированного перпендикулярно поверхности обработки, при этом число импульсов составляет 5500-7000 с плотностью энергии на обрабатываемой поверхности 0,3 Дж/см² [21].

Недостатком данного технического решения является необходимость использования при реализации данного способа большого количества лазерных импульсов, что снижает производительность процесса, при этом физико-химические свойства кремния и режимы его облучения лазерным пучком отличаются от соответствующих характеристик и режимов для германия.

Известен способ обработки поверхности монокристаллического кремния ориентации (111), включающий обработку кремния в спирте в ультразвуковой ванне в течение 30 мин с последующей обработкой поверхности в атмосфере воздуха при нормальных условиях импульсами излучения с длиной волны λ, соответствующей второй (область видимого света) и четвертой (ультрафиолетовое излучение) гармоникам с помощью Nd:YAG лазеров LQ129 и LQ529, соответственно. Параметры второй гармоники (режим 1): λ=532 нм, энергия выходного излучения импульса Е=30 мДж, длительность импульса τ=11 нс, частота повторения импульсов f=1,0 Гц. Параметры четвертой гармоники (режим 2): λ=266 нм, Е=6 мДж, τ=15 нс, f=6 Гц. Для обоих режимов плотности энергии облучения были идентичными, а число импульсов облучения изменялось в диапазоне N=1000-6000 [22].

Недостатком данного технического решения является необходимость использования при реализации данного способа большого количества лазерных импульсов, что снижает производительность процесса, при этом физико-химические свойства кремния и режимы его облучения лазерным пучком отличаются от соответствующих характеристик и режимов для германия.

Наиболее близким к заявляемому способу по своей технической сути (прототипом) является способ получения микроструктур на поверхности полупроводников, включающий облучение поверхности полупроводника перемещающимся лазерным пучком в зонах поверхности материала с коэффициентом поглощения не менее 3⋅10⁴ см^-1 на лазерной длине волны, при этом для облучения каждой зоны используют серию лазерных импульсов с количеством лазерных импульсов в серии при облучении каждой зоны в пределах N=10-50 и длительностью импульса не более 30 нс, плотность энергии F лазерного пучка в облучаемой зоне задают в диапазоне F=0,005-1,0 Дж/см² с обеспечением растрескивания приповерхностного слоя материала без его плавления и с образованием на поверхности материала субмикронных трещин, щелей и чешуек с размерами от 0,05 мкм до 0,8 мкм, скорость перемещения лазерного пучка и обрабатываемой поверхности полупроводника относительно друг друга задают в соответствии с условием (u=(0,3-3,0)⋅a⋅f/N), где а - размер пятна лазерного пучка на облучаемой поверхности в направлении перемещения пучка по поверхности материала, f - частота следования лазерных импульсов в серии, N - количество лазерных импульсов в серии, пятно лазерного пучка и поверхность материала относительно друг друга перемещают дискретными шагами, а в качестве источника облучения используют эксимерный ArF-лазер [23].

Недостатком данного технического решения является отсутствие предварительной подготовки поверхности и ориентации поверхности кристалла, а также слишком большой диапазон плотностей энергии, что не позволяет получить ямки травления на поверхности германия, соответствующие плотности дислокаций в материале полупроводника. При этом не происходит проявления регулярного микрорельефа поверхности полупроводника с существенным перепадом по высоте данного микрорельефа.

Новым достигаемым техническим результатом предполагаемого изобретения является повышение качества проявления регулярного микрорельефа поверхности монокристаллического германия и определения перепадов по высоте на поверхности микрорельефа.

Новый технический результат достигается тем, что в способе получения микроструктур на поверхности полупроводника, включающем облучение поверхности полупроводника на лазерной длине волны, при этом для облучения каждой зоны используют серию лазерных импульсов с частотой следования лазерных импульсов, плотностью энергии лазерного пучка в облучаемой зоне и длительностью импульса не более 30 нс, обеспечивающих изменение микроструктуры поверхности приповерхностного слоя полупроводника без его плавления, в отличие от прототипа, полупроводник выполняют в виде монокристаллического германия с кристаллографической ориентацией <111> и отполированной подвергаемой облучению поверхностью, облучение поверхности монокристаллического германия осуществляют лазерным пучком при плотности энергии 0,1-1,15 Дж/см² по растровой траектории с возможностью обеспечения перекрытия пятен лазерного пучка на подвергаемой облучению поверхности не менее 95%, облучение осуществляют на длине волны вне зоны прозрачности германия, при этом каждую зону облучают серией из нескольких десятков лазерных импульсов, а импульсы осуществляют длительностью не менее 1 не.

Облучение лазерными импульсами поверхности монокристаллического германия могут осуществлять посредством ее перемещения относительно неподвижного лазерного пучка.

В качестве источника излучения могут использовать УФ гармоники твердотельного Nd:YaG-лазера или эксимерный ArF-лазер, или волноводный лазер YLPN-0.5-25-10-M, или другой лазер с идентичными характеристиками.

Частоту следования лазерных импульсов f могут выбрать из условия полного остывания поверхности монокристаллического германия за время между импульсами, определяемого из уравнения

где α - температуропроводность, T_m - температура плавления (для германия T_m=1210°К), L - толщина прогретого слоя, определяемая из уравнения

Частоту следования лазерных импульсов f могут выбрать менее 1 МГц.

Перемещение монокристаллического германия относительно неподвижного лазерного пучка по растровой траектории могут осуществлять управляемым, заранее заданным образом, по поверхности, площадь которой задают технологическими потребностями.

Перекрытие пятен лазерного пучка на подвергаемой облучению поверхности могут осуществлять с коэффициентом 99%.

Траекторию перемещения поверхности монокристаллического германия относительно неподвижного лазерного пучка могут задавать с возможностью изменения расстояния между горизонтальными строками, длине растровой траектории и площади пятна от лазерного луча.

Перемещение поверхности монокристаллического германия относительно неподвижного лазерного пучка могут осуществлять дискретными шагами.

Площадь пересечения двух соседних лазерных пятен могут определять по формуле

где R - радиус лазерного пятна, h - шаг перемещения лазерных пучков.

Облучение лазерными импульсами могут осуществлять посредством перемещения лазерного пучка по неподвижной поверхности монокристаллического германия.

Способ получения микроструктур на поверхности монокристаллического германия реализуют следующим образом.

Эксперименты проводили на монокристаллических образцах германия, например п типа, с удельным сопротивлением 47 Ом ⋅ см с кристаллографической ориентацией <111>. Образцы, до воздействия лазерным излучением, полировали по обычной оптической технологии [24] до получения исходной шероховатости поверхности монокристаллического германия порядка

Облучение поверхности монокристаллического германия лазерным излучением проводили на лазерной установке, подробно описанной в работах [13, 25, 26].

Излучение лазера фокусируют кварцевой линзой на поверхность образца монокристаллического германия, расположенного на регулируемом с помощью компьютера трехкоординатном предметном столике.

При воздействии лазерного излучения в режиме сканирующего воздействия используют излучение с частотой следования импульсов f порядка 100 Гц, при этом возможно облучение как поверхности неподвижного образца монокристаллического германия сканирующим лазерным излучением, таким образом, что соседние пятна от лазерного луча перекрывают друг друга с коэффициентом перекрытия порядка 99% так и образца монокристаллического германия перемещаемого относительно неподвижного лазерного луча по растровой траектории (змейка) таким образом, что соседние пятна от лазерного луча перекрывают друг друга с коэффициентом перекрытия порядка 99%.

Частоту лазерного импульса выбирают исходя их возможностей используемого лазера так, чтобы обеспечить необходимый эффект воздействия и в тоже время, чтобы монокристалл германия не нагревался заметным образом, то есть энергия излучения лазерного импульса, поглощенная в приповерхностном слое монокристаллического германия, рассеивалась, в основном, в объеме монокристалла германия за время между лазерными импульсами.

Чтобы материал успевал остыть до следующего лазерного импульса частота следования должна быть меньше величины 1/t_cool, которая в случае монокристаллического германия составляет приблизительно 1 МГц. То есть оптимальной частотой f следования импульсов является частота f менее 1 МГц.

Сравнительно мощных технологических лазеров, работающих с частотой f повторения импульсов - менее 1 МГц, пока немного, поэтому в экспериментах по предлагаемому способу используют f=100 Гц, которая соответствует условию полного остывания поверхности монокристаллического германия за время между импульсами, определяемого из уравнений (1 и 2).

Если исходить из частоты f повторения импульсов - 20 импульсов в одно место и реальной скорости перемещения в 1 мм/с, то по формуле [23]

u=(0,3-3,0)⋅a⋅f/N

можно определить частоту следования импульсов

f=N u / (0,3-3,0)⋅а=20* 10^-3 / ((0,3-3,0)⋅200⋅10^-6)=(33-333) Гц.

То есть частота f повторения импульсов 100 Гц входит в данный диапазон.

Кроме этого, с целью увеличения производительности процесса целесообразно использовать частоту повторения импульсов f максимальную исходя из технологических возможностей используемого лазера.

Длина растровой траектории (змейки) в эксперименте составляла 4 мм, а расстояние между горизонтальными строчками ~ 30 мкм. Размеры обрабатываемой площади монокристалла германия выбираются исходя из технической целесообразности. Хотя растровая траектория (типа змейка) представляется наиболее целесообразной, но возможны и другие траектории, при которых будет достигаться аналогичный эффект. Коэффициент перекрытия определяют как отношение площади, обработанной двумя импульсами излучения, к площади одного пятна

где S_i - площадь поверхности, обработанная i-м импульсом.

Площадь пересечения двух соседних лазерных пятен определяют по формуле

где R - радиус лазерного пятна, h - шаг перемещения лазерных пучков по поверхности монокристаллического германия вследствие перемещения соответствующего образца монокристаллического германия или вследствие перемещения лазерных импульсов по поверхности неподвижного образца монокристаллического германия.

Например, при радиусе в 100 мкм и шаге перемещения лазерного луча в 1,25 мкм, площадь пересечения будет составлять

(S_i ∩ S_i+1)=3,116593 * 10^-8(м²)

Отношение к площади лазерного пятна даст коэффициент перекрытия

k=99,2%.

Морфологию поверхности образцов монокристаллического германия после воздействия лазерным излучением исследуют на оптическом профилометре Zygo NewView 7300, растровом электронном микроскопе (РЭМ) JEOL JSM 6610LV и сканирующем зондовом микроскопе Solver Р47, или на аналогичных приборах. Специальная приставка к микроскопу позволяет исследовать элементный состав поверхностного слоя деталей образцов полупроводников до и после обработки лазерным излучением.

Режим сканирующего пятна от лазерного пучка используют для обработки поверхности образцов монокристаллического германия (режим (змейка)) с шагом, например, вдоль оси х - 4 мм и шагом вдоль оси у - 30 мкм, скорость перемещения (сканирования) лазерного пучка по поверхности образца монокристаллического германия - 1 мм/с.

Морфология поверхности монокристаллического германия после облучения сканирующим лазерным лучом при плотности энергии 0,1-1,15 Дж/см² отражает особенности процесса формирования гранной структуры под воздействием высокоэнергетических источников. Мощность лазера в 1 кВт совпадает по порядку с данными расчетными плотностями энергии при импульсе в 10 не.

В качестве источника лазерного излучения используют наносекундный импульсный твердотельный Nd:YaG-лазер, генерирующий третью гармонику с длиной волны 355 нм, длительностью импульса 10 не, энергией в импульсе - до 8 мДж, частотой следования импульсов - до 100 Гц, диаметром лазерного пучка - 3 мм, расходимостью - 1-2 мрад, например, HR2731 (Opotec Inc., USA), или эксимерный ArF-лазер, например, CL5200 (ООО «Оптосистемы», РФ), или волноводный лазер, например, YLPN-0.5-25-10-М (LPG Photonics, USA), отличающиеся доступностью и простотой эксплуатации, а также достаточно простой системой фокусировки лазерного луча. В качестве источника излучения могут быть использованы также другие лазерные источники, имеющие аналогичные вышеописанные временные и мощностные характеристики.

Диаметр лазерного пучка зависит от мощности лазера.

При необходимости, в зависимости от мощности лазера можно увеличивать (уменьшать) площадь пятна от лазерного пучка и расстояние между строками и, как следствие, площадь облучаемой поверхности монокристаллического германия в зависимости от габаритов облучаемого образца.

В частности, на поверхности образца монокристаллического германия отсутствуют зоны, характерные для затвердевшего расплава без выраженной кристаллической структуры. Структура поверхности образца монокристаллического германия соответствует ориентации, подвергнутой воздействию лазерного излучения плоскости монокристаллического германия - {111} и характерной для нее симметрии 3-го порядка. На всей подвергнутой воздействию лазерного излучения поверхности монокристаллического германия наблюдают явно выраженные трехгранные выступы и впадины, образованные соответствующими гранями {111} (фиг. 1а, б - поверхность германия после лазерного воздействия (NdYaG лазер, λ=355 нм, длительность импульса 10 нс, частота 100 Гц, плотность энергии в импульсе 0,52 Дж/см², сканирующий режим) а) РЭМ микрофотография, увеличение ^х150; b) РЭМ микрофотография фрагмента, увеличение ^x1000).

Подобный эффект наблюдают при использовании другой, кроме λ=355 нм, лазерной длины волны, находящейся вне зоны прозрачности (λ=1,8-23 мкм) германия.

За счет того, что на один и тот же участок попадает серия пучков из нескольких десятков лазерных импульсов, например, 20 лазерных импульсов, происходит перекрытие зон воздействия. Коэффициент перекрытия выбирают таким образом, чтобы обеспечить максимальную однородность средней плотности энергии излучения на обрабатываемой поверхности. В экспериментах используют оптимальный коэффициент перекрытия - 99%, хотя положительный эффект может быть достигнут и при коэффициенте перекрытия - не менее 95%.

Для используемого лазера, например, наносекундного импульсного твердотельного Nd:YaG-лазера, частотой повторения импульсов является 100 Гц, но это значение не является жестко задаваемым, оно является ориентировочным.

Таким образом, в зоне воздействия за суммарное время около 200 не происходит формирование структуры поверхности образца монокристаллического германия, отражающей кристаллографическую ориентацию монокристалла, с учетом наличия структурных дефектов.

Обработка поверхности лазерным пучком допороговой мощности вызывает абляцию на поверхности образца монокристаллического германия и этот эффект имеет место, прежде всего, на нарушениях структуры поверхности образца монокристаллического германия, активно поглощающих энергию лазерного излучения. В качестве таких структурных дефектов на поверхности {111} выступают, вероятно, типичные линейные дефекты кристаллов - дислокации.

Полученная картина поверхности образца монокристаллического германия отражает протекание процесса под воздействием лазерного излучения, аналогичного селективному химическому травлению полупроводников.

Ямки травления на поверхности образца монокристаллического германия ограняются плоскостями, обладающими наибольшей химической стойкостью - плоскости с минимальной поверхностной энергией. Для монокристаллического германия такие плоскости - это сингулярные грани {111}. С увеличением плотности энергии ямки углубляются и расширяются.

При росте монокристалла формирование структуры поверхности происходит за счет послойного (тангенциального) роста на ступенях сингулярной грани [27]. При абляции монокристаллического германия наблюдается обратный процесс. Образование рельефа на поверхности монокристаллического германия с правильной огранкой в местах выхода дислокаций происходит путем зарождения начальной ямки, а затем происходит удаление материала молекулярными ступеньками вглубь монокристалла. Причем раньше испаряются плоскости с более низкой плотностью упаковки и более высокой активностью, и таким образом постепенно формируются ямки, ограненные плоскостями {111}.

Изображение (фиг. 2а - поверхность германия после лазерного воздействия (Nd:YaG лазер, λ=0,355 мкм, длительность импульса 10 нс, частота 100 Гц, плотность энергии в импульсе 1,14 Дж/см², сканирующий режим) (РЭМ микрофотография, увеличение ^х350)) характеризует результат воздействия выходным пучком лазера в виде круглого пятна и перемещения (сканирования) лазерного пучка по поверхности монокристаллического германия. Ямки, вызванные процессом абляции, имеют поперечный размер порядка 5-10 мкм (фиг. 2b - поверхность германия после лазерного воздействия (Nd:YaG лазер, λ=0,355 мкм, длительность импульса 10 нс, частота 100 Гц, плотность энергии в импульсе 1,14 Дж/см², сканирующий режим) (РЭМ микрофотография фрагмента, увеличение ^х1000)), и их перекрытие приводит к чередующейся картине трехгранных пирамид (почти правильной формы), образованных плоскостями {111}.

Изображение, полученное с использованием сканирующего зондового микроскопа Solver Р47 (фиг. 3 - фрагмент участка поверхности монокристалла германия после воздействия лазерного излучения (λ=355 нм, длительность импульса 10 нс, частота 100 Гц, плотность энергии - 1,14 Дж/см², сканирующий режим)), показывает скругленные грани и вершины пирамид и высоту профиля порядка 1-2 мкм.

Аналогичные данные получают при использовании профилометра Zygo NewView 7300 (фиг. 4: а) - оптическая микрофотография Zygo NewView 7300; b) 3D изображение; с) профилограмма): видны ямки, ограненные плоскостями {111}, и треугольные поднятия.

Линейные размеры характерных ямок информируют о достаточно быстром протекании процесса абляции. Отсутствие областей затвердевшего расплава говорит о формировании поверхности, имеющей представленную морфологию, с участием небольшой толщины приповерхностного слоя исходного образца монокристаллического германия; глубина формирования измененного слоя составляет менее 10-15 мкм. Скорость формирования плоских граней в ямках составляет порядка 0,1-0,3 м⋅с^-1, что на несколько порядков превышает скорость формирования граней при росте монокристалла [27, 28].

Количество ямок травления на фиг. 2-4 составляет порядка (3-5)⋅10⁵ см^-2, что соответствует порядку величины плотности дислокаций для монокристаллического германия марки ГМО. В то же время представляется возможным, что при воздействии лазерного излучения на поверхность монокристаллического германия имеет место генерация дополнительных структурных дефектов, в связи с чем может наблюдаться их более высокая концентрация по сравнению с состоянием монокристаллического германия до его облучения лазерным излучением.

В качестве монокристаллического германия могут использовать монокристаллический германий n типа с удельным сопротивлением 47 Ом ⋅ см. Монокристаллический германий может быть выполнен n или р типа, при этом его удельное сопротивление практически не влияет на физику процесса.

Траекторию перемещения поверхности монокристаллического германия относительно неподвижного лазерного пучка могут задавать с возможностью изменения расстояния между горизонтальными строками, длине растровой траектории и площади пятна от лазерного луча.

Перемещение поверхности монокристаллического германия относительно неподвижного лазерного пучка могут осуществлять дискретными шагами.

Перемещение поверхности монокристаллического германия относительно неподвижного лазерного пучка по растровой траектории могут осуществлять управляемым, заранее заданным образом.

Перемещение поверхности монокристаллического германия могут осуществлять по растровой траектории. Площадь обрабатываемой поверхности определяется технологической необходимостью.

Аналогичный результат достигают при перемещении (сканировании) лазерного пучка по аналогичной растровой траектории и площади пятна от лазерного луча по поверхности неподвижного образца монокристаллического германия.

На основании вышеизложенного новый достигаемый технический результат предполагаемого изобретения обеспечивается следующими по сравнению с прототипом техническими преимуществами.

1. Достигается повышение качества проявления регулярного микрорельефа поверхности монокристаллического германия и определения перепадов по высоте на поверхности микрорельефа не менее чем на 10% за счет оптимального режима воздействия. Полученная картина ямок травления и их концентрация соответствует по порядку величины распределению дислокаций в используемых образцах монокристаллического германия. Плотность дислокаций является важным параметром, характеризующим качество полупроводников, и обычно указывается в паспорте для характеристик материала.

2. Предлагаемый способ позволяет проводить измерение плотности дислокаций на готовых деталях на неиспользуемом при функционировании деталей участке поверхности.

3. С экологической точки зрения реализация данного способа безопасней и выгодней, чем (как в настоящее время) - посредством использования химических травителей, которые необходимо в дальнейшем утилизировать.

В настоящее время в институте электрофизики и электроэнергетики РАН проведены испытания микроструктур на поверхности монокристаллического германия, и на их основе выпущена технологическая документация на предлагаемый способ лазерного травления монокристаллического германия.

Используемые источники

1. Qi D., Li X., Wang P., Chen S., Huang W., Li C, Huang K., Lai H. Evolution of Laser-Induced Specific Nanostructures on SiGe Compounds via Laser Irradiation Intensity Tuning // IEEE Photonics Journal. 2014. V. 6. No. 1. P. 2200005.

2. Vadavalli S., Valligatla S., Neelamraju В., Dar M.H., Chiasera A., Ferrari M, Desai N.R. Optical properties of germanium nanoparticles synthesized by pulsed laser ablation in acetone // Frontiers in Physics. 2014. V. 2. Art. 57. P. 1-9.

3. Iqbal M.H., Bashir S., Rafique M.S., Dawood A., Akram M., Mahmood K., Hayat A., Ahmad R., Hussain Т., Mahmood A. Pulsed laser ablation of Germanium under vacuum and hydrogen environments at various fluences // Applied Surface Science. 2015. V. 344. P. 146-158.

4. Банишев А.Ф., Балыкина E.A. Разрушение поверхности кремния и меди при импульсном и импульсно-периодическом воздействии Nd:YAG лазера // Квантовая электроника. 1997. Т. 24. №6. С. 557-559.

5. Вейко В.П., Имас Я.А., Либенсон М.Н. и др. Формирование регулярных структур на поверхности кремния под действием миллисекундного импульса неодимового лазера // Известия академии наук СССР. 1985. Т. 49. №6. С. 1236-1239.

6. Хайдуков Е.В., Храмова О.Д., Рочева В.В. и др. Лазерное текстурирование кремния для создания солнечных элементов // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2011. Т. 54. №2. С. 26-32.

7. Воронов В.В., Долгаев С.И., Лаврищев С.В., Лялин А.А., Смакин А.В., Шафеев Г. Формирование конических микроструктур при импульсном лазерном испарении твердых тел // Квант, электрон. 2000. Т. 30. №8. С. 710-714.

8. Claeys L., Simoen Е. Germanium-based technologies: from materials to devices. Berlin: Elsevier, 2007.

9. Bosi M, Atolini G. Germanium: Epitaxy and its Application // Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials 2010. V. 56. P. 146-174.

10. Бублик B.T., Дубровина A.H. Методы исследования структуры полупроводников и металлов. М.: Металлургия. 1978. 272 с.

11. Левинзон Д.И., Ровинский Р.Е., Рогалин В.Е., Рыкун Е.П., Трайнин А.Л., Ценина И.С, Шейхет Э.Г. Исследование монокристаллов профильного германия, облученных импульсным CO₂-лазером. Изв. АН СССР (сер. физ.). 1979. 43. №9. С. 2001-2005.

12. Алексеев Е.Е., Казанцев С.Ю., Кононов И.Г., Рогалин В.Е., Фирсов К.Н. Двухфотонное поглощение излучения нецепного HF-лазера в монокристаллах германия // Оптика и спектроскопия. 2018. Т. 124. №6. С. 790-794.

13. Mikolutskiy S.I., Khasaya R.R., Khomich Yu.V., Yamshchikov V.A. Formation of various types of nanostructures on germanium surface by nanosecond laser pulses // J of Physics: Conference Series. 2018. V. 987. P. 012007.

14. Li Y., Musaev O.R., Wrobel J.M., Kruger M.B. Laser ablation in liquids of germanium in externally applied electric fields // Journal of Laser Applications. 2016. V. 28. P. 022004. DOI: 10.2351/1.4940793.

15. Ivlev G.D., Malevich V. L. Heating and melting of single-crystal germanium by nanosecond laser pulses // Soviet Journal of Quantum Electronics. 1988. V. 18. No. 12. P. 1626- 1627.

16. Makin, V.S. Thermal Waveguide and Fine Scale Periodic Relief on the Semiconductor's Surface Induced by TEA CO₂ Laser Radiation /V.S. Makin, Yu.I. Pestov and V.E. Privalov // Optical Memory and Neural Networks (Information Optics). 2012. V. 21.1. 1. P. 52-61.

17. Konov V.I., Prokhorov A.M., Sichugov V.A., Tischenko A.V., Tokarev V.N. Time and space evolution of the periodic structures induced onto the surface of laser-irradiated solid samples // Журнал технической физики. 1983. Т. 53. С. 2238.

18. Ашиккалиева К.Х. Лазерно-стимулируемые периодические структуры на поверхности монокристаллического кремния // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2013. Т. 10. №1. С. 21-24.

19. Ашиккалиева К.Х., Каныгина О.Н., Васильченко А.С. Модификации поверхности монокристаллического кремния при изотермическом и лазерном отжигах. // Вестник Оренбургского государственного университета. 2012. №9 (145). С. 96-100.

20. Поляков Д.С., Сальников Н.М., Вейко В.П., Шимко А.А., Михайлова А.А. Формирование антиотражающего микрорельефа на поверхности кремния при облучении наносекундным иттербиевым лазером // Известия Высших Учебных Заведений. Приборостроение. Т. 60. №11. 2017. С. 1070-1076.

21. Патент RU 2501057, 2013, МКИ G03F 7/075, H01L 21/268, H01L 31/18.

22. Ашиккалиева К.Х., Каныгина О.Н Формирование периодических структур на поверхности монокристаллического кремния при импульсном лазерном воздействии // Деформация и разрушение материалов. 2012. №5. С. 12-15.

23. Патент RU 2544892, 2015, МКИ H01L 21/00, В82В 1/00.

24. Окатов М.А. Справочник технолога-оптика. С-Пб.: Политехника. 2004. 679 с.

25. Ganin D.V., Mikolutskiy S.I., Tokarev V.N., Khomich V.Yu., Shmakov V.A., Yamshchikov V.A. Formation of micron and submicron structures on a zirconium oxide surface exposed to nanosecond laser radiation // Quantum Electronics. 2014. V. 44(4). P. 317-321.

26. Khasaya R.R., Khomich Yu.V., Malinskiy T.V., Mikolutskiy S.I., Tokarev V.N., Yamschikov V.A., Zheleznov Yu.A. Experimental setup for direct laser micro-and nanostructuring of solid surface // Applied Physics. 2014. N. 3. P. 83-87.

27. Каплунов И.А., Колесников А.И., Иванова А.И., Подкопаев О.И., Третьяков С.А., Гречишкин P.M. Микроморфология поверхности монокристаллических слитков германия, выращенных из расплава // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2015. №5. С. 81-89.

28. Каплунов И.А., Шелопаев А.В., Колесников А.И. Структурные дефекты в монокристаллах германия // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2010. №12. С. 22-25.

Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано в технологических целях для оценки плотности дислокаций при работе с монокристаллическим германием. Способ получения микроструктур на поверхности полупроводника согласно изобретению включает облучение поверхности полупроводника на лазерной длине волны, при этом для облучения каждой зоны используют серию лазерных импульсов с частотой следования лазерных импульсов, плотностью энергии лазерного пучка в облучаемой зоне и длительностью импульса, обеспечивающих изменение микроструктуры поверхности приповерхностного слоя полупроводника без его плавления, при этом полупроводник выполняют в виде монокристаллического германия с кристаллографической ориентацией <111> и отполированной подвергаемой облучению поверхностью, облучение поверхности монокристаллического германия осуществляют лазерным пучком при плотности энергии в импульсе 0,1-1,15 Дж/см² по растровой траектории с возможностью обеспечения перекрытия пятен лазерного пучка на подвергаемой облучению поверхности не менее 95%, облучение осуществляют на длине волны вне зоны прозрачности германия, при этом каждую зону облучают серией из нескольких десятков лазерных импульсов, длительность импульса не менее 1 нс и не более 30 нс. Изобретение обеспечивает повышение качества проявления регулярного микрорельефа поверхности монокристаллического германия и определения перепадов по высоте на поверхности микрорельефа. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ получения микроструктур на поверхности полупроводника, включающий облучение поверхности полупроводника на лазерной длине волны, при этом для облучения каждой зоны используют серию лазерных импульсов с частотой следования лазерных импульсов, плотностью энергии лазерного пучка в облучаемой зоне и длительностью импульса, обеспечивающих изменение микроструктуры поверхности приповерхностного слоя полупроводника без его плавления, отличающийся тем, что полупроводник выполняют в виде монокристаллического германия с кристаллографической ориентацией <111> и отполированной подвергаемой облучению поверхностью, облучение поверхности монокристаллического германия осуществляют лазерным пучком при плотности энергии в импульсе 0,1-1,15 Дж/см² по растровой траектории с возможностью обеспечения перекрытия пятен лазерного пучка на подвергаемой облучению поверхности не менее 95%, облучение осуществляют на длине волны вне зоны прозрачности германия, при этом каждую зону облучают серией из нескольких десятков лазерных импульсов, длительность импульса не менее 1 нс и не более 30 нс.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что облучение лазерными импульсами поверхности монокристаллического германия осуществляют посредством ее перемещения относительно неподвижного лазерного пучка.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве источника используют УФ гармоники твердотельного Nd:YaG-лазера, или эксимерный ArF-лазер, или волноводный лазер YLPN-0.5-25-10-M, или другой лазер с идентичными характеристиками.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что частоту следования лазерных импульсов выбирают менее 1 МГц.

5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что перемещение поверхности монокристаллического германия относительно неподвижного лазерного пучка по растровой траектории осуществляют управляемым заранее заданным образом по поверхности, площадь которой задают технологическими потребностями.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перекрытие пятен лазерного пучка на подвергаемой облучению поверхности осуществляют с коэффициентом 99%.

7. Способ по п. 2, отличающийся тем, что траекторию перемещения поверхности монокристаллического германия относительно неподвижного лазерного пучка задают с возможностью изменения расстояния между горизонтальными строками, длины растровой траектории и площади пятна от лазерного луча.