(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211154726.1 (22)申请日 2022.09.21 (71)申请人 中国科学院微电子 研究所 地址 100029 北京市朝阳区北土城西路3号 (72)发明人 文志东　侯煜　李曼　张喆　 石海燕　张昆鹏　岳嵩　王然　 薛美　李朋　张紫辰　 (74)专利代理 机构 北京兰亭信通知识产权代理 有限公司 1 1667 专利代理师 苑晨超 (51)Int.Cl. B23K 26/082(2014.01) B23K 26/064(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 黑硅的制备方法及装置 (57)摘要 本发明提供一种黑硅的制备方法及装置， 包 括： 当前加工路径不是第一条加工路径时， 对当 前加工路径以方形平顶光斑进行至少一次激光 清洗， 以去除前一加工 路径激光诱导过程中在当 前加工路径沉积的杂质； 对当前加工路径以圆形 高斯光斑进行激光诱导， 以使当前加工路径形成 黑硅； 其中， 所述方形平顶光斑的能量密度是所 述圆形高斯光斑能量密度的0.08～ 0.25倍。 本发 明提供的黑硅的制备方法及装置， 能够在空气氛 围下对硅片进行加工， 在保持了黑硅性能的前提 下， 减少了对人体的伤害， 降低了加工成本和设 备的复杂性。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 115446448 A 2022.12.09 CN 115446448 A 1.一种黑硅的制备 方法， 其特 征在于， 包括： 当前加工路径不是第 一条加工路径时， 对当前加工路径以方形平顶光斑进行至少一 次 激光清洗， 以去除前一加工路径激光 诱导过程中在当前加工路径沉积的杂质； 对当前加工路径以圆形高斯光斑进行激光诱导， 以使当前加工路径形成黑硅； 其中， 所 述方形平顶光斑的能量密度是 所述圆形高斯 光斑能量密度的0.08～0.25倍。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 当前加工路径是第一条加工路径时， 对当 前加工路径以圆形高斯 光斑进行激光 诱导。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述当前加工路径与前一加工路径之间的 间隔为所述圆形高斯 光斑直径的1/ 5～5/7。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 所述圆形高斯光斑的直径为70 ‑100μm； 当 前加工路径与前一加工路径之间的间隔为20 ‑50 μm。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 对当前加工路径以方形平顶光斑进行至少 一次激光清洗， 包括： 将整形透镜移动到圆形高斯光束的传播路径中， 以使所述圆形高斯光 束穿过所述整形透 镜后形成方 形平顶光束； 对当前加工路径以圆形高斯光斑进行激光诱导， 包括： 将整形透镜从圆形高斯光束的 传播路径中移出。 6.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在所述激光清洗和所述激光诱导过程中， 光斑与待加工材 料的相对移动速度为20 ‑100mm/s。 7.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在所述激光清洗和所述激光诱导过程中， 激光发生器的输出功率 为1‑10W， 频率 为400‑500KHz， 脉冲宽度范围在6 50nm以下。 8.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述圆形高斯光斑的能量密度为2 ‑2.5J/ cm2； 所述方形平顶光斑的能量密度为0.2 ‑0.5J/cm2。 9.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述方形平顶光斑的边长大于所述 圆形高 斯光斑的直径， 以使所述方形平顶光斑在对当前加工路径的激光清洗过程中， 实现对前一 加工路径的二次激光处 理。 10.一种黑硅的制备装置， 其特 征在于， 包括： 激光发生模块， 用于产生圆形高斯 光束； 整形透镜模块， 具有整形透镜和驱动模块， 所述驱动模块用于驱动所述整形透镜在第 一状态和 第二状态之 间转换； 所述第一状态为所述整 形透镜在所述圆形高斯光束的传播路 径中的状态， 以将所述圆形高斯光束转换为方形平顶光束； 所述第二状态为所述整形透镜 在所述圆形高斯光束的传播路径之外的状态， 以使 所述圆形高斯光束保持不变； 其中， 所述 方形平顶光束形成的光斑能量密度是所述圆形高斯光束形成的光斑能量密度的0.08～ 0.25倍； 控制模块， 用于当前加工路径不是第一条加工路径时， 控制整形透镜模块的整形透镜 转换为第一状态， 并在完成激光清洗之后控制整形透 镜模块的整形透 镜转换为第二状态； 承载模块， 用于承载待加工材料， 所述承载模块设置在所述整形透镜模块之后的激光 传播路径中， 以使所述圆形高斯光束或者所述方形平顶光束在所述待加工材料上形成光 斑。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115446448 A 2黑硅的制备方 法及装置 技术领域 [0001]本发明涉及激光加工技 术领域， 尤其涉及一种黑硅的制备 方法及装置 。 背景技术 [0002]现有的硅片诱导扫描技术中， 通常采用800nm、 1030nm或1064nm的飞秒激光器和圆 形高斯光斑对在SF6气体氛围中的硅片直接进行诱导扫描， 可以获得对300nm ‑2500nm波段 吸收率高于90％的黑硅材料。 然而SF6气 体是一种温室 效应气体， 其对温室 效应产生的影响 是二氧化碳分子的25000倍， 同时排放在大气中的六氟化硫(SF6)气体寿命 特长， 约3400年。 六氟化硫是一种窒息剂， 在高浓度下会造成人员呼吸困难、 喘息、 皮肤和黏膜变蓝、 全身痉 挛。 吸入80％六氟化硫+20％的氧气的混合气体几分钟后， 人体会出现四肢麻木， 甚至窒息 死亡。 为了避免这种情况， 通常采用增加六氟化硫的尾气处理装置， 但是该装置增加了激光 设备的复杂性， 增 加了成本， 且空间利用性 不高。 发明内容 [0003]本发明提供的黑硅 的制备方法及装置， 能够在空气氛围下对硅片进行加工， 在保 持了黑硅性能的前提下， 减少了对人体的伤害， 降低了加工成本和设备的复杂性。 [0004]第一方面， 本发明提供一种黑硅的制备 方法， 包括： [0005]当前加工路径不是第一条加工路径时， 对当前加工路径以方形平顶光斑进行至少 一次激光清洗， 以去除前一加工路径激光 诱导过程中在当前加工路径沉积的杂质； [0006]对当前加工路径以圆形高斯光斑进行激光诱导， 以使当前加工路径形成黑硅； 其 中， 所述方 形平顶光斑的能量密度是 所述圆形高斯 光斑能量密度的0.08～0.25倍。 [0007]可选地， 当前加工路径是第一条加工路径时， 对当前加工路径以圆形高斯光斑进 行激光诱导。 [0008]可选地， 所述当前加工路径与前一加工路径 之间的间隔为所述圆形高斯光斑直径 的1/5～5/7。 [0009]可选地， 所述圆形高斯光斑的直径为70 ‑100μm； 当前加工路径与前一加工路径之 间的间隔为20 ‑50 μm。 [0010]可选地， 对当前加工路径以方形平顶光斑进行至少一次激光清洗， 包括： 将整形透 镜移动到圆形高斯光束的传播路径中， 以使 所述圆形高斯光束穿过所述整 形透镜后形成方 形平顶光束； [0011]对当前加工路径以圆形高斯光斑进行激光诱导， 包括： 将整形透镜从圆形高斯光 束的传播路径中移出。 [0012]可选地， 在所述激光清洗和所述激光诱导过程中， 光斑与待加工材料的相对移动 速度为20 ‑100mm/s。 [0013]可选地， 在所述激光清洗和所述激光诱导过程中， 激光发生器的输出功率为1 ‑ 10W， 频率 为400‑500KHz， 脉冲宽度范围在6 50nm以下。说　明　书 1/5 页 3 CN 115446448 A 3