[發(fā)明專利]一種激光退火裝置及激光退火方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210258008.9
• 申請日: 2012-07-25
• 公開（公告）號: CN103578943A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張俊;李志丹;李喆
• 申請（專利權(quán)）人: 上海微電子裝備有限公司
• 主分類號: H01L21/268
• 分類號: H01L21/268
• 代理公司: 北京連和連知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11278
• 代理人: 王光輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于半導(dǎo)體材料加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種激光退火裝置及激光退火方法。

背景技術(shù)

退火處理，主要是指將材料曝露于高溫一段很長時(shí)間后，然后再慢慢冷卻的熱處理制程。傳統(tǒng)的爐子加熱退火，即使在高達(dá)1100度下退火，仍不能徹底消除結(jié)晶缺陷。激光退火則能比較徹底地消除缺陷。半導(dǎo)體激光退火使用的光譜波長范圍很寬，從UV?(紫外)到IR?(紅外)波段的激光器都有。工作方式也多種多樣，如美國專利US6336308和US7365285中所公開的單脈沖激光退火，高頻率Q開關(guān)脈沖激光退火，連接波激光掃描退火，同波長雙激光掃描退火，不同波長雙激光掃描退火等。

如文獻(xiàn)Silicon?laser?annealing?by?a?two-pulse?laser?system?with?variable?pulse?offsets,?V.Gonfa,etc，Laser?Annealing?of?double?implanted?layers?for?igbt?power?devices,?Clement?Sabatier,etc以及文獻(xiàn)UL?Dual?beam?laser?spike?annealing?technology都有提到雙激光退火的激活效果比單激光退火好。如上文所示，雙激光有兩種，一種是同一波長的兩個(gè)脈沖不同時(shí)間輻射到硅平面（如文獻(xiàn)Silicon?laser?annealing?by?a?two-pulse?laser?system?with?variable?pulse?offsets,?V.Gonfa,etc以及文獻(xiàn)Laser?Annealing?of?double?implanted?layers?for?igbt?power?devices,?Clement?Sabatier,etc中公開的內(nèi)容所示），另外一種是采用長波的連續(xù)激光或脈沖激光進(jìn)行預(yù)熱，然后再用短波進(jìn)一步退火(如文獻(xiàn)UL?Dual?beam?laser?spike?annealing?technology所示)。?目前雙激光方式的激光退火裝置已經(jīng)在行業(yè)中開始應(yīng)用于IGBT、TFT等領(lǐng)域。

現(xiàn)有技術(shù)中Liquid?Phase?Reflectivtity?under?Conditions?of?Laser?Induced?Silicon?Melting中所介紹：激光退火過程中，當(dāng)硅表面融熔后，表面液態(tài)硅是原來固態(tài)硅的反射率的2倍，此時(shí)激光脈沖的激光能量被大量反射出去，而不被硅吸收，降低了激光能量利用率，影響了退火效果。

該影響對單激光退火或雙激光退火都存在。如果拉長雙脈沖激光的延時(shí)，則有的時(shí)間溫度過低，達(dá)不到退火要求(比如高于1300度的時(shí)間大于50ns)。在很多應(yīng)用中，不一定需要達(dá)到熔點(diǎn)1414度附近即可達(dá)到退火效果(如現(xiàn)有技術(shù)中的文獻(xiàn)Sub-Melt?Laser?Annealing?Followed?by?Low-Temperature?RTP?for?Minimized?Diffusion，S.?B.?Felch,?D.?E?Downey,?and?E.?A.?Arevalo?Varian?Semiconductor?Equipment?Associates,?Inc.?81?1?Hansen?Way,?Palo?Alto,?CA?94303-0750?USA所示)，比如太陽能退火?(如現(xiàn)有技術(shù)中的文獻(xiàn)PULSED?LASER?ANNEALING?AND?RAPID?THERMAL?ANNEALING?OF?COPPER-INDIUM-GALLIUM-DISELENIDE-BASED?THIN-FILM?SOLAR?CELLS所示)。

無論是單脈沖激光還是雙脈沖激光，當(dāng)溫度超過熔點(diǎn)，吸收率減半，降低了能量利用率。此外，以上兩種方案都有可能引起溫度超過激活退火所需溫度(比如1100度，激活效率90%以上)的時(shí)間較短(比如小于100ns)，從而影響了退火效果。如何提高能量利用率，并改善退火效果，成為激光退火中需要改進(jìn)的重要問題。

有鑒于此，本發(fā)明提出一種激光退火裝置，能將單脈沖激光按延時(shí)需要和能量比例分解為若干份激光脈沖，在這些激光脈沖的連續(xù)輻照下，能使得退火期間硅片表面溫度能更長時(shí)間保持在熔點(diǎn)附近或所需退火溫度附近，從而提高了激光能量利用率，進(jìn)而改善退火效果。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種新的激光退火裝置，能將單脈沖激光按延時(shí)需要和能量比例分解為若干份激光脈沖。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開一種激光退火裝置，包括：一激光光束發(fā)生模塊，用