Способ определения порога плавления полупроводника при импульсной обработке

 

Применение: в области полупроводниковой технологии, в частности к области взаимодействия излучения с веществом, и может найти применение при исследованиях процессов плавления полупроводников под действием импульсного излучения, а также при выборе режимов импульсной обработки , в частности, лазерного полупроводников . Сущность изобретения: на образец полупроводника воздействуют импульсным излучением, регистрируют интегральную плотность энергии этого излучения, освещают образец зондирующим светом с определенной длиной волны, снимают временную зависимость коэффициента отражения зондирующего света, по которой определяют момент начала плавления полупроводника, а пороговую плотность энергии импульсного излучения определяют из математического соотношения . 3 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)й Н 01 1 21/66

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4837348/25 (22) 15.06.90 (46) 30.12.92. Бюл, N- 48 (71) Физико-технический институт им.

А.Ф. Иоффе (72) E.H.Àðóòþíoâ, С.Ю.Карпов и М,Ю.Силовз (56) Абакумов В.Н. и др, Прямое наблюдение плавления полупроводника при импульс- ном лазерном отжиге-,.Письма в ЖТФ. 1982; т. 8, М 22, с. 1365-1369.

Jelllson G.S. et аИ. Time - гезоЬед

ref lectivity measurements on зйсоп апб

germanium using à pulsed eximer K4F laser

leatlng beam — Phys. Rev. В, 1986, ч.34. М 4, р. 2407-2415. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРОГА

ПЛАВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКА ПРИ

ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКЕ (57) Применение: в области полупроводниковой технологии, в частности к области взаИзобретение относится к области полупроводниковой технологии, в частности к областй взаимодействия излучения с веществом, и может найти применение при йсследованиях процессов плавления полупроводников под действием импульсного излучения, а также при выборе режимов импульсной обработки, в частности лазерного отжига полупроводников.

Вопрос определения порога плавления полупроводника при импульсной обработке встает в каждом конкретном случае обработки. Это связано с тем, что порог плавления определяется с одной стороны природой импульсного излучения (ионная бомбардировка, облучение элементарными частицами, лазерная обработка) и его харак„„5U„„1785052 А1 имодействия излучения с веществом, и может найти применение при исследованиях процессов плавления полупроводников под действием импульсного излучения, а также при выборе режимов импульсной обработки, в частности, лазерного отжйга" полупро- водников. Сущность изобретения: на образец полупроводника воздействуют импульсным излучением, регйстрйруот интегральнуюю плотность э н е р гй и это ro излучения, освещают образец зондирующим светом с определенной длиной волны, снимают временную зависимость коэффициента отражения зондирующего света, по которой определяют момент начала плавления полупроводника, а пороговую плотность энергии импульсного излучения определяют из математического соотношения. 3 ил. им

° и кмааай

4 теристиками (энергия и плотнрсть потока QQ частиц, доза облучения, длительность и дли- у на волны лазерного имйульса и т.д.), а с другой — составом полупроводника и его свойствами (способом получения, легированием, имплантацией, способом подготовки .,поверхности и пр.). Порог плавления полупровадника ппдразумавааквт"момент"начала .. плавления, а также плотность энергии импульсного излучения, соответствующей началу плавлени я.

Известен способ определения порога плавления полупроводника при импульсной обработке, включающий предварительное изготовление на поверхности полупроводника микрорельефа, воздействие импульс- . ным излучением лазера и регистрацию

1785052.плавления полупроводника по затеканию микрорельефа. Способ дает воэможность оценить пороговую плотность энергии ла зерного йзлученйя, но не дает информации о моменте начала плавления полупроводни- 5 ка. К тому же этот способ по своей сути является разрушающим, так как требует создания микрорельефа.

Известен неразрушающий способ определения порога плавления полупровод- 10 ников при импульсной обработке(прототип) путем воздействия на образец импульсным излучением лазера, регистрации интегральной плотности энергии Е импульсного излучения, освещение образца зондирующим светом и снятие временной зависимости коэффициента отражения R(t) зондирующего света. В этом способе .момент tp начала плавления определяется по излому на зависимости R(t), Для определения пороговой.20 плотности энергии Egti снималось семейство зависимостей R(t) при различных значениях

E. Затем иэ этого семейства кривых выбиралась та, у которой максимальное значение R

25 едва превышало уровень отражения кристаллического материала (который определялся на зависимости R(t) в точке tp), Соответствующая выбранной .таким образом кривой энергия E идентифицировалась как Ett, 30

Существенным недостатком способа является его недостоверность, связанная с некорректным определением. момента tp, так как предполагается, что единственной причиной появления излома на зависимостй R(t} является плавление полуйроводника. Однако йзвестно, что переход от " гетерогенного к гомогейному механизму образования зародышей расплава резко меняет скорость зародышеобразования, что непременно приведет к излому на зависимости R(t). Кроме того, излом может быть обусловлен немонотонностью зависимости . диэлектрической проницаемости кристалла от температуры, Некорректность олределе- 45 ния момента tp влечет и значительную погрешность в определении Ett>.

Целью изобретения является повышение, достоверности определения порога плавления полупроводника.

Указанная. цель достигается тем, что в известном способе определения порога плавления полупроводника выбирают энергию квантов зондирующего света, превышающей ширину запрещенной зоны полупроводника и удовлетворяющей условию наличия отрицательной крутизны зависимости R(T) в твердой фазе полупроводника в диапазоне температур от Т0 до 1,3 „, уоеличивают плотность энергии импульсного излучения до получения / -образной зависимости R(t), определяют по моменту времени, соответствующему минимальному значению R(t), момент начала плавления tp, а пороговую плотность энергии Ett импульсного излучения определяют из соотношения 0 +0О

Et» =Е j 3(т)от/ J i(t)at

00 — 00 7 где Тр- начальная температура полупроводника;

Tm — температура плавления полупроводника; ! () — предварительно снятая временная зависимость интенсификации импульсното излучения.

Сущность изобретения заключается в следующем. Путем определенного выбора энергии квантов зондирующего света удается разделить кристаллическое и жидкое состояние полупроводника на /" -образной зависимости R(t) и тем самым корректно определить момент начала плавления tp. Достоверность определения C

Существенным признаком способа является то, что энергию квантов зондирующего света выбирают из условия отрицательной крутизны температурной завйсимости коэффициента отражения полупроводника в твердой фазе. Это необходимо для того, чтобь1 зависимость R(t) . могла иметь Р.-образный вид. При импульсном воздействии на полупроводник и его разогреве на смену падению коэффициента отражения эа счет твердофазного нагрева (отрицательная крутизна) приходит резкое его возрастание за счет начала плавления (появление зародышей жидкой фазы).

Тем, самым четко разделяется кристаллическое и жидкое состояния полупроводника и обеспечивается достоверность определения момента начала плавления полупроводника.

Существенно, чтобы отрицательная крутизна обеспечивалась во всем интервале температур Tp + 1,3Tm. Это связано с тем, что должна гарантироваться монотонность падения R(t) от начального момента времени воздействйя импульсного излучения, когда температура полупроводника Т0 до момента начала плавления, при котором . температура поверхности полупроводника может достигать в случае перегрева. 1,3ТП, 1785052

В противном случае возможно появление ление интенсивности лазерного излучения дополнительных минимумов на зависимо- l(t) (фиг. 1). Регистрация интегральной плотсти В((), что приведет.к снижению достовер- ности энергии Е в точке зондирования осуности определения порога плавления, ществлялась по измерению интегральной

Энергию квантов зондирующего света 5 энергии импульса излучения на основании выбирают превышающей ширину зайре- известного распределения энергии по сечещенной зоны, полупроводника. Зто необхо- нию лазерного пучка. Образец освещался димо для уменьшения экстинции зондирующим светом. зондирующего света и совмещения области Длина волны зондирующего света была зондирования с областью импульсной обра- 10 выбрана равной 0,63 мкм, так.-как известно ботки по глубине полупроводника, что необ- из литературы, что температурная зависи- .. и ходимо для обеспечения достоверности мость коэффициента отражения света тако о ределения момента начала плавления по- длины волны от кристаллического германия тки имеет отрицательную крутизну в диапазоне

Интегральную плотность энергии им- 15 ОтТо = 600 К до 1,3Т, = 1,3" 1200 К - 1560 К, пульсного излучения Е увеличивают до пол- а энергия кванта больше ширины зап щ у я 1л -образнои зависимости R(t). Это ной зоны полупроводника. Регистриро ачения лины запре енн б еобходимо для того, чтобы надежно кон- лась временная зависимость коэффициента статировать сам факт плавления полупро- отражения зондирующего света R(t). На фиг. водника, т.к. только при наличии факта 20 2 привеуена зависимость R(t) для Е = 30 плавления полупроводника зависимость мДж/см . Путем увеличения интегральной приобретает ф -образный вид вместое-Об- энергии импульсного излучения была полразного, который свидетельствовал об об- учена Ф -образная зависимость (фиг. 3, Ератимом процессе разогрева и . 12, мДж/см ). На полученной зависимости последующего охлаждения полупроводни- 25 по значению времени, соответствующем кэ.

У минимальному значению R(t), определялся

Момент to начала плавления полупро- момент начала плавления to = 9 нс. Путем водника определяют по моменту времени, численного интегрирования по формуле соответствующему значению R(t). Действи- to . тельно, в момент времени, соответствую- 30 Et t =Е J ((с) 0 т/ f l (t) d t получещий минимальному значению R прекращается падение коэффициента стра но значение пороговой плотности энергии Еь жения за счет твердофазного нагрева и на- . =56 мДж/см, соответствующее моменту нача2 чинается его рост из-за образования зародышей жидкой фазы, что гарантирует 35 e o p м У Jt a «э о б p e т е н и я достоверность определения момента нача- Способ определения порога плавления ла плавления. ПолУПРОВОДника пРи импульсной ОбРабот-

И, наконец, пороговую плотность энер- ке, включаюЩий Обработку ОбразЦа импУльгии Еь,соответствующую началуплавления сным излучением, опреДеление плотности определяютизсоотношения,котороесвязы- 10 энергии Е этого излучениЯ, освеЩе"ие обвает момент начала плавления т0, интег- РазЦа зонД руюЩим светом, измерение изральную плотность энергии Е и временную менениЯ коэффициента отРажениЯ зависимость интенсивности ф) импульсно- зондирующего с ета во времени R(t). по коfo излучения в виде интегрального Отноше- торому определяют порог плавления полуиия. проводника, отличающийся тем, что, На фиг.1 представлена зависимость ин- - с целью повышениЯ достоверности опРедетенсивности импульсного излучения от вре- ления, выбирают энергию квантов зондирумени l(t); на фиг, 2 — изменение ющего света. превышающей шиРинУ коэффициента отражения полупроводника запрещенной зоны полУпроводника и Удовво времени R(t) при плотности энергии облу- 50 летвоРЯющей Условию наличиЯ отрицательчения ниже пороговой; на фиг. 3 — зависи- НоА рут зны за ис мости R{t) в т ерДой мость Й(т) при плотности энергии выше фазе полупроводника в диапазоне темпврапороговой — Ф-образная зависимость. тур от Т до 1;ЗТ, увеличивают плотность

lI р и м е р. Изобретение было реализо- энеРгии импульсного излучениЯ до получеванодля определения момента начала плав- 55 ниЯ ф -обРазной зависимости R(t), определения и соответствующей ему пороговой ют по моменту вРемени. плотности энергии Е,ь при обработке моно- соответствуюЩему минимальномУ значекристаллического германия импульсным из- нию ® момент нэ"ала «»«« to а получением неодимового лазера - Роговую плотностьзнеРгии Е ь импУльсного

Предварительно было измерено распреде- излУчениЯ определЯют из соотноше иЯ

1785052

so а(ц

zo о 60

Ф г, З

Составитель Е.Арутюнов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н.Гунько

Редактор

Заказ 4369 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 о

%CO

Е л =Е f l(t)dt/ f l(t)dt, где То — начальная температура полупроводника; 5

Tm — температура плавления полупроводника;

l(t) — предварительно снятая временная зависимость интенсивности импульсного излучения.