[發明專利]激光退火裝置

有效

• 申請號: 201410243344.5
• 申請日: 2014-07-04
• 公開（公告）號: CN105448681B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 宋春峰;張鵬黎;陸海亮
• 申請（專利權）人: 上海微電子裝備（集團）股份有限公司
• 主分類號: H01L21/268
• 分類號: H01L21/268;B23K26/064
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時云

本發明揭示了一種激光退火裝置。包括激光光源、前端光學器件及能量補償光學單元，激光光源發出的光束經所述前端光學器件整形、偏振調節成P偏振光或S偏振光入射能量補償光學單元，通過能量補償光學單元實現入射光束多次入射硅片。本發明通過將反射光補償使得表面最大吸收，最小化光學吸收差異，解決了入射角度的局限性，且S偏振光和P偏振光都能夠被使用，因此提高了激光退火裝置的適應性。

技術領域

本發明涉及半導體設備技術領域，特別是涉及一種用于退火工藝中的激光退火裝置。

背景技術

過去數十年，電子器件制造遵循摩爾定律，經歷了快速發展。減小集成電路尺寸是維持這一趨勢的源動力，而隨著制造尺寸的縮小，帶來了制造工藝技術上的困難和挑戰。在互補金屬氧化物半導體晶體管(CMOS)的形成過程中，熱處理一直起著關鍵的作用，特別是對于超淺結激活以及硅化物形成等關鍵過程來講，更是至關重要。傳統的快速退火已經很難滿足32nm及更高節點的要求，新的退火技術替代快速熱退火正在被大量研究，如閃光燈退火、激光尖峰退火、低溫固相外延等。其中，激光退火技術已顯示出良好的應用前景。

激光退火采用激光掃描整片硅片，在很短的時間在較小的區域產生熱量，并使溫度正好低于硅的熔點，之后冷卻過程亦在很短時間能完成，駐留時間在幾百微秒，是一種有效地無擴散工藝。由于駐留時間極短，為擴散提供驅動力的溫差在錯位前就會消失，可以減小硅片應力。對于毫秒退火，最重要的成品率問題包括圖形的相關性，加工工藝中的硅片具有圖形結構，包括絕緣層和各種離子注入，其改變了薄膜的光學反射率，隨之而來的光學吸收量和升溫速度的改變。一些集成方案采用吸收層來彌補這種表面光學屬性，這使得工藝成本和成品率風險大大增加。

美國專利US2013/0196455A1公開的采用波長10.6um的CO₂激光器P偏振布儒斯特角入射硅片，從而使得表面最大吸收，最小化光學吸收差異。但是這一方法局限于P偏振光、采用布儒斯特角入射硅片，因此還需要進行改善。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種激光退火裝置，使得入射角的范圍更為寬闊，且能夠改善表面吸收和光學吸收差異。

本發明的另一目的在于，提供一種激光退火裝置，不局限于僅適用于P偏振光進行入射，提高裝置的適用性。

為解決上述技術問題，本發明提供一種激光退火裝置，用于對放置于工件臺上的硅片進行退火，包括：

激光光源、前端光學器件及能量補償光學單元，激光光源發出的光束經所述前端光學器件整形、偏振調節成P偏振光或S偏振光入射能量補償光學單元，通過能量補償光學單元實現入射光束多次入射硅片。

可選的，對于所述的激光退火裝置，所述能量補償光學單元包括：偏振分光棱鏡、第一透鏡、第二透鏡，1/4波片和第二反射鏡，光束經過偏振分光棱鏡和第一透鏡后投射在硅片上，經硅片反射后依次經過第二透鏡和1/4波片投射至第二反射鏡。

可選的，對于所述的激光退火裝置，所述能量補償光學單元還包括第一反射鏡，所述第一反射鏡位于偏振分光棱鏡一側，且在偏振分光棱鏡與第一透鏡連線靠近硅片的一側。

可選的，對于所述的激光退火裝置，入射的偏振光為P偏振激光束，經偏振分光棱鏡、第一透鏡后成P偏振激光束入射至硅片表面并反射，反射光束入射第二透鏡、1/4波片，經第二反射鏡反射；反射后入射1/4波片、第二透鏡，成S偏振激光束再次入射硅片表面并反射，反射光束入射第一透鏡、偏振分光棱鏡，經第一反射鏡反射；反射后入射偏振分光棱鏡、第一透鏡，成S偏振激光束第三次入射硅片表面并反射，反射光束入射第二透鏡、1/4波片，經第二反射鏡反射；反射后入射1/4波片、第二透鏡，成P偏振激光束第四次入射硅片表面并反射，反射光束經第一透鏡、偏振分光棱鏡后離開能量補償光學單元。

可選的，對于所述的激光退火裝置，所述能量補償光學單元還包括第一反射鏡，所述第一反射鏡位于偏振分光棱鏡與第一透鏡連線上遠離第一透鏡的一側。