[發明專利]用于熱處理襯底上形成的結構的方法和裝置

有效

• 申請號: 201310180448.1
• 申請日: 2007-02-23
• 公開（公告）號: CN103295896A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: A·馬耀;M·楊;A·巴拉克里希納;P·凱里;D·詹寧斯;S·莫法特;W·謝弗;A·N·雷納;T·N·托馬斯;A·M·亨特
• 申請（專利權）人: 應用材料公司
• 主分類號: H01L21/324
• 分類號: H01L21/324;H01L21/268
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陸嘉

本申請是在2008年9月8日提交的申請號為2007800081420且名稱為“用于熱處理襯底上形成的結構的方法和裝置”的專利申請的分案申請。

發明背景

技術領域

本發明的實施例一般涉及一種制造半導體器件的方法，尤其涉及一種熱處理襯底的方法。

相關技術的描述

集成電路(IC)市場持續需求更大的存儲器容量、更快速的開關速度、以及更小的特征尺寸。業界對于這些需求所采取的主要措施之一是從在大的熔爐內的批處理硅晶片改變為在小的處理室內的單一晶片處理。

在此種單一晶片處理期間，通常會將晶片加熱至高溫，從而可在該晶片內限定的多個IC器件中進行各種化學及物理反應。特別重要的是，IC器件的良好的電性能需要退火植入區。退火會從先前制作為非晶質的晶片區域重新產生更加結晶化的結構，并藉由將其原子并入該襯底或晶片的晶格內來活化摻雜劑。熱處理，例如退火，需要在短時間內提供相對大量的熱能給該晶片，并且之后快速冷卻該晶片以終止熱處理。目前使用的熱處理的例子包含快速熱處理(RTP)以及脈沖(尖峰)退火。雖然此類處理廣為使用，但目前的技術并非是最理想的。其傾向使晶片溫度攀升過于緩慢并且使晶片暴露在高溫下過久。這些問題隨著晶片大小增加、開關速度增加、及／或特征尺寸減小而變得更嚴重。

一般來說，這些熱處理在根據預定熱配方的控制條件下加熱襯底。這些熱配方基本上包括：該半導體襯底必須被加熱至一溫度；溫度的改變速率，即溫度上升和下降速率；以及該熱處理系統維持在該特定溫度下的時間。例如，熱配方可能要求將該襯底從室溫加熱至1200℃或更高的多個不同溫度，而其在各個不同溫度下的處理時間高達60秒，或更多。

此外，為了滿足某些目標，例如材料在不同半導體襯底區域之間的交互擴散最小，必須限制每一個半導體襯底承受高溫的時間量。為了達到此目的，溫度改變速率（包括溫度上升及下降兩者）較佳地都要高。換句話說，傾向于能夠在盡可能短的時間內將該襯底的溫度從低溫修正至高溫，反的亦然。

針對高溫度改變速率的要求導致快速熱處理(RTP)的發展，在此典型的升溫速率范圍在200至400℃／秒，與常規熔爐的5-15℃／分鐘相比。典型的降溫速率范圍在80至150℃／秒。RTP的一個缺點在于其加熱整個晶片，即使IC器件僅位于該硅晶片頂部數微米處。這限制了加熱及冷卻晶片的速度。此外，一旦整個晶片都處于高溫，熱就只能消散至周圍空間或結構內。因此，現有技術中的RTP系統很難達到400℃／秒的升溫速率以及150℃／秒的降溫速率。

為了解決常規RTP型處理發生的某些問題，使用若干種掃描激光退火技術來使襯底表面退火。一般來說，這些技術傳送固定的能量通量至襯底表面的一個小區域上，同時相對于傳送至該小區域的能量移動、或掃描襯底。因為嚴格的均勻度要求以及最小化襯底表面上掃描區域的部分重迭的復雜度，此類處理在熱處理形成于襯底表面上的接觸級器件上是無效的。

鑒于以上所述，需要一種以高升溫及降溫速率退火半導體襯底的方法。這會提供較小器件制造上的較佳控制，進而導致效能的增進。

發明內容

本發明一般提供一種熱處理襯底的方法，包括：通過在一個或多個區域內設置第二材料來修正由第一材料形成的襯底內的一個或多個區域，第二其中以第二材料修正襯底內的一個或多個區域適于降低一個或多個區域內所含的第一材料的熔點；在襯底內的一個或多個區域內設置第三材料；以及傳送一定量的電磁能量至襯底表面，其與一個或多個區域熱連通，其中該一定量的電磁能量適于使一個或多個區域內的第一材料熔化。

本發明的實施例還提供一種熱處理襯底的方法，包括：提供具有一個或多個經修正的第一區域的襯底，從而每一個第一區域內所含材料的熔點較襯底的一第二區域內所含材料的熔點來得低，其中該第二區域及每一個第一區域通常毗鄰襯底表面；在襯底表面上沉積一涂層，其中該涂層具有與襯底表面不同的吸收及反射系數；從襯底的通常毗鄰每一個第一區域或第二區域的表面除去一部分的涂層第二；以及傳送一定量的電磁能量至該襯底表面上含有一個或多個第一區域及第二區域的地區，其中該一定量的電磁能量優先熔化一個或多個第一區域內的材料。