[發明專利]一種超淺結深紫外激光退火設備中的屏蔽電極裝置

有效

• 申請號: 201110056560.5
• 申請日: 2011-03-09
• 公開（公告）號: CN102169816A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 周衛;嚴利人;劉朋;竇維治
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L21/00
• 分類號: H01L21/00;H01L21/268
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術領域

本發明屬于半導體制造設備范圍，特別涉及用于半導體制造中的一種深紫外激光退火設備的屏蔽電極裝置。

背景技術

當以CMOS集成電路和大容量存儲器為代表的半導體器件特征尺寸不斷縮小，工藝節點進入到32nm及22nm時，要求制作出具有重摻雜的、超淺的MOS器件源漏擴展區的器件結構，也就是在工藝上提出了制作超淺結(Ultra-Shallow?Junction，簡稱USJ)的要求。為了滿足在300mm圓片上制作32nm納米及以下各代器件對超淺PN結的要求，除了要在雜質摻雜技術上采取新的技術措施之外，在雜質激活的退火環節，需要對傳統的基于燈光的快速熱退火(RTA)方法做出變更。當前較為認可的超淺結退火工藝是波長為深紫外的激光退火技術。

采用深紫外激光退火技術的好處在于：

1)深紫外激光波長短，對物質直接作用的深度淺，只對超淺的表面區域產生影響；

2)由于退火激光是脈沖式工作，激光脈沖約在幾十納秒量級，退火采用對圓片掃描或場步進方式，因此總的退火作用時間很短暫，可以將退火階段雜質的再擴散控制在接近于零擴散的水平；

3)可獲得超固溶度的雜質摻雜溶度，降低超淺PN結源漏擴展區的電阻，改善源漏電極的歐姆接觸。

采用深紫外激光退火技術所制造出的超淺、陡峭的PN結，能夠滿足32nm及其以下工藝節點集成電路制造的需求。

需要指出的是，目前市場上存在的激光退火設備或者激光退火技術，其水平只能針對結深在幾百nm以上的PN結進行加工。采用傳統意義上的激光退火技術，從退火作用的機理和模式上看都完全不適合32nm技術節點，不能用于超淺結的制作。所以本發明所稱的深紫外激光退火，專門是指用于超淺結制作的激光退火技術。目前國際上針對超淺結制作的激光退火設備及配套工藝技術，還處于實驗研究階段。

對于超淺結激光退火，由于當前可用激光器的單脈沖能量較低，無法實現整個圓片同時退火，所以只能采取線掃描或場步進的方式來實現整個襯底圓片的退火。同時需要對襯底材料進行加熱，這樣不僅可以減輕由于采用高強度激光退火在襯底上產生的熱應力的影響，同時將激光退火的能量密度閾值降低至350mJ/cm²的量級。

在深紫外激光的照射下，會產生一種被稱作外光電效應的現象，即襯底材料上的電子由于在短波長的深紫外激光的照射得到能量逃逸出被加工圓片的表面，破壞了材料原有的電中性，使得器件在制作過程中就有可能會存在缺陷，影響器件的良率和可靠性。

外光電效應是指物質吸收光子能量發射出自由電子的過程，由此產生的電子稱作光電子，它與入射光的波長相關，也就是和光的頻率相關。不同的物質都有一個紅限頻率v₀，只有當入射光的頻率v高于被照射物質的紅限頻率v₀時，即v＞v₀時，才能夠使得物質中的電子吸收光子能量逃離物質表面，否則即使光強再大也不會發生電子逃逸的外光電效應；另外，光電子的初動能與入射光的頻率有關，而與入射光的強度無關。

基于以上原理，為了減小這種在器件制作過程中產生的缺陷，本發明提出了一種在被加工的圓片表面上方加一個相對圓片為負電位的電極的方案。具體地說，就是利用在所加工圓片上方放置一個具有負電位的屏蔽電極，來抑制電子從圓片中逸出，確保在激光退火工藝實施過程中不致損傷器件。

發明內容

本發明的目的是提供用于半導體器件制作工藝的一種深紫外激光退火設備中的屏蔽電極裝置，其特征在于，在被加工的圓片上方加一個屏蔽電極，該屏蔽電極位于承載片臺和被加工的圓片的上方，與被加工圓片表面平行，電極中心有一個小孔可使深紫外激光透過，電極相對于激光光束靜止不動，與被加工圓片的間距在1～10mm的范圍，該電極相對于承載片臺和被加工的圓片為負電位，所施加的反向偏壓為5～100V；可以有效地抑制由于深紫外激光退火所產生電子逃逸的外光電效應，保證器件不會因為采用深紫外激光退火而損傷。

所述的深紫外激光器其波長為193nm～350nm，脈沖激光束的單脈沖能量為200mJ～1.5J，脈寬在10～1000ns，重復頻率10～1000Hz。

所述的承載片臺是一個可以做二維精確定位與移動的帶有加熱裝置的平臺，該平臺可以沿X-Y方向做勻速或步進運動，以此來實現激光束對整個圓片的均勻退火，片臺對襯底圓片進行加熱的溫度范圍為300～550℃。