[發(fā)明專利]用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件的激光退火方法

有效

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• 申請日: 2011-09-15
• 公開（公告）號: CN103117212A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周衛(wèi);嚴利人;劉朋;竇維治
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: H01L21/268
• 分類號: H01L21/268
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造工藝范圍，特別涉及一種用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件的激光退火方法。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體行業(yè)的迅猛發(fā)展推進著技術(shù)不斷地進步，各種新技術(shù)從研發(fā)到實施的周期也越來越短，在這背后是對領(lǐng)先占有潛在市場的渴望和強大的資金支持。以集成電路和大容量存儲器為代表的半導(dǎo)體器件工藝節(jié)點不斷縮小，更多的三維結(jié)構(gòu)器件的涌現(xiàn)，使得新的工藝技術(shù)同原來的平面工藝在一些關(guān)鍵點上有了很大的不同，比如多達十層以上的銅互連工藝，與五六層的鎢塞加鋁互聯(lián)工藝就已經(jīng)有了天壤之別，前者有效地降低了電路延遲和一部分功耗。新技術(shù)能否廣泛采用并生存下來的關(guān)鍵，取決于市場的規(guī)模和所生產(chǎn)產(chǎn)品的性價比。

激光以連續(xù)或者脈沖的方式，將較大的光子能量作用在物體上，使物體被照射的區(qū)域發(fā)生物理、化學(xué)變化。激光可以通過調(diào)節(jié)波長、能量、脈沖寬度、重復(fù)頻率等方式達到不同工藝要求的目的。以此方式用于半導(dǎo)體前道工藝中的有激光退火和激光再結(jié)晶等。目前，激光再結(jié)晶技術(shù)用來進行平板顯示中薄膜晶體管(TFT)制作的研究，激光退火技術(shù)正在逐步地滲透到半導(dǎo)體器件和32nm?以下工藝節(jié)點的集成電路的工藝領(lǐng)域，比如半導(dǎo)體功率器件IGBT背面PN結(jié)等的制作工藝中，需要采用激光退火工藝激活離子注入的雜質(zhì)；32nm?以下工藝節(jié)點的集成電路也要采用深紫外的激光退火來將注入的離子激活，形成超淺結(jié)。因為激光的波長越短，激光直接作用到物質(zhì)內(nèi)部的深度將越淺，再輔之以超短的脈沖寬度，其產(chǎn)生的影響便被局限在物質(zhì)超淺的表面，應(yīng)用此原理便可以進行超淺結(jié)的激光退火。

當(dāng)半導(dǎo)體器件的特征尺寸不斷縮小，縮小到20-30納米以下時，一種新的趨勢正在形成，就是出現(xiàn)了具有三維結(jié)構(gòu)的器件，比如FinFET器件（鰭式場效晶體管）。FinFET使得半導(dǎo)體前道工藝由單純的平面工藝過度到平面?+?三維工藝。另外，一些新型的傳感器，雖然元器件的尺寸不是很小，但也呈現(xiàn)三維的結(jié)構(gòu)。這也將使得基于表面特性的半導(dǎo)體傳感器工藝要能夠處理三維結(jié)構(gòu)的表面。

采用傾斜入射激光掃描方式，可以對三維結(jié)構(gòu)的器件進行三維的表面退火處理。這樣，垂直于晶圓平面的側(cè)壁結(jié)構(gòu)上，無論是由臺階還是由溝槽形成的側(cè)壁，也能得到如同平面工藝激光掃描退火一樣的淺表面激光退火處理。

另外，傾斜入射激光掃描方式可以對傾斜離子注入的晶圓退火處理。為了提高器件性能，用傾斜離子注入的方式，可以得到特殊的雜質(zhì)分布形式。由于晶圓的正面有硬掩膜或者是器件部分結(jié)構(gòu)作屏蔽，離子注入是從注入窗口處將離子注入到半導(dǎo)體內(nèi)部的。采用傾斜入射激光掃描方式沿著離子注入的方向，從所開的窗口對晶圓內(nèi)部進行退火處理，可將傾斜離子注入的雜質(zhì)激活。

需要指出的是，本發(fā)明所稱的傾斜入射激光退火方法，專門是指用于三維結(jié)構(gòu)的元器件和傾斜離子注入這類復(fù)雜結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件激光退火方法。與現(xiàn)有的平面工藝中的激光退火方法不同，后者雖然也會與平面的法線方向有一個傾斜角度，但那個角度較小，是為了防止入射光沿原光路反射回系統(tǒng)，造成系統(tǒng)出現(xiàn)問題。而傾斜入射的激光光束與加工晶圓平面法線的夾角為1°至60°之間，加工晶圓平面的運動方向，被設(shè)計成與激光束在晶圓上的投影所形成的直線段平行，其左右和上下的偏差被控制在±5°之內(nèi)。

傾斜入射的激光光束由于光線投影的原因，可能會在掃描退火過程中，出現(xiàn)部分區(qū)域為陰影區(qū)現(xiàn)象。如果要克服這種情形帶來的問題，可以將晶圓旋轉(zhuǎn)180度，再進行一次掃描。此時，上表面的平坦區(qū)域進行了兩次掃描退火。

也可以利用這種投影現(xiàn)象，進行選擇性退火，即將不需要退火的部分設(shè)計成陰影區(qū)，光束可以照射到的部分為退火區(qū)。

基于以上原因，為了實現(xiàn)對三維器件的表面進行退火處理，以及對傾斜離子注入的雜質(zhì)進行激活，本發(fā)明提出了一種用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件的激光退火方法——激光傾斜入射退火方法。具體地說，有別于傳統(tǒng)的晶圓激光退火，激光傾斜入射退火首先其入射光束與晶圓的法線方向形成一個1°至60°度角；其次，掃描過程中，晶圓的運動方向與激光束在晶圓上投影所形成的直線段平行。

發(fā)明內(nèi)容