[發明專利]掃描脈沖退火裝置及方法

在審

• 申請號: 201710606365.2
• 申請日: 2015-06-15
• 公開（公告）號: CN107578991A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 阿倫·繆爾·亨特;阿米科姆·薩德;塞繆爾·C·豪厄爾斯;道格拉斯·E·霍姆格倫;布魯斯·E·亞當斯;西奧多·P·莫菲特;斯蒂芬·莫法特
• 申請（專利權）人: 應用材料公司
• 主分類號: H01L21/268
• 分類號: H01L21/268;H01L21/67;B23K26/00;B23K26/0622;B23K26/073;B23K26/08;B23K26/70
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司11006
• 代理人: 徐金國,趙靜

本申請是申請日為2015年6月15日、申請號為201580035113.8、發明名稱為“掃描脈沖退火裝置及方法”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明的實施方式一般涉及制造半導體器件的方法。更具體地，本發明的實施方式針對熱處理基板。

背景技術

半導體器件持續縮小以符合未來性能需求。為了實現持續的縮小，摻雜源極和漏極接面的工程必須聚焦于非常小的晶格內的單原子的放置及移動。例如，一些未來器件的設計方案考慮包括少于100原子的通道區域。為了這些嚴格需求，需要在幾個原子半徑內控制摻雜原子(dopant atoms)的放置。

摻雜原子的放置現通過在硅基板的源極及漏極區域植入摻雜物，接著退火基板的處理工藝來控制?？墒褂脫诫s物以增強硅基材中的導電性、誘導對晶體結構的損壞、或控制層間的擴散。可使用原子如硼(B)、磷(P)、砷(As)、鈷(Co)、銦(In)、及銻(Sb)以增強傳導性。可使用硅(Si)、鍺(Ge)、及氬(Ar)以誘導晶體損壞。為了控制擴散，通常使用碳(C)、氟(F)、及氮(N)。在退火期間，基板通常地被加熱至高溫，使得多種化學及物理反應可在基板中界定的多個IC器件中發生。退火在先前為無定形的基板區域重新產生更好的晶體結構，且通過將其原子并入基板的晶格而“活化”摻雜物。排序晶格及活化摻雜物減低所摻雜區域的電阻性。熱處理(例如退火)涉及在短時間中引導相對大量的熱量至基板上，且此后快速冷卻基板以終止所述熱處理。在一段時間內被廣泛使用的熱處理范例包含快速熱處理(RTP)及脈沖(尖峰)退火。

在脈沖列退火處理工藝中，在一系列的順序能量脈沖中輸送能量，以允許摻雜物的受控擴散和在半導體器件的期望區域內在短距離上從基板上去除損壞。在一個范例中，短距離為約一個晶面和十個晶面之間。在這個范例中，單一脈沖期間輸送的能量總量僅足以提供平均擴散深度，所述平均擴散深度僅為單一晶面的一部分，因而退火處理需要多個脈沖以達到所需的摻雜物擴散或晶格損壞修正。因而，各脈沖可被稱作在基板的一部分內完成的完整的微退火處理。在另一范例中，順序脈沖的數量可在約30和約100000脈沖之間變化，每個脈沖具有約1納秒(nsec)至約10毫秒(msec)的持續時間。在其他范例中，各脈沖的持續時間可低于10msec，例如為約1msec和約10msec之間，或為約1nsec和約10微秒(μsec)之間。在一些范例中，各脈沖的持續時間可為約1nsec和約10nsec之間，例如約1nsec。

每個微退火處理特征在于加熱基板的一部分至退火溫度并持續一段時間，接著允許退火能量在基板內完全消耗。所給予的能量激發退火區域內的原子移動，所述退火區域隨后在能量消耗后凍結。在退火區域下方緊接的區域實質為純有序的晶體。當來自脈沖的能量傳遞穿過基板，最靠近有序區域的間隙原子(摻雜物或硅)被推進晶格位置。非有序進入相鄰緊接晶格位置的其他原子朝向無序區域向上擴散且遠離有序區域以尋找最接近可用晶格位置來占據。此外，摻雜原子由接近基板表面的高濃度地區擴散至更深入基板的較低濃度地區。各連續的脈沖從退火區域下方的有序區域向基板表面向上生長有序區域，且使摻雜物濃度分布平滑化。這個處理工藝可參考外延晶體生長，因為所述處理工藝使用完成從幾個至十個晶面的退火的各脈沖能量來一層一層的進行。

發明內容

在多種實施方式中，用于熱處理基板的裝置可包括：脈沖電磁能量源。所述源能以至少100Hz的頻率發出脈沖。所述裝置也可包含可移動基板支撐件。所述裝置也可包含設置在所述電磁能量源及所述可移動基板支撐件之間的光學系統。所述光學系統可包含將這些電磁能量的脈沖塑形成矩形分布的部件。所述裝置可包含控制器，所述控制器可命令所述電磁能量源以選定的脈沖頻率產生電磁能量脈沖。所述控制器也可命令所述可移動基板支撐件以選定的速度在平行于所述矩形分布的選定的邊緣的方向上進行掃描，使得沿著平行于所述選定的邊緣的直線上的每個點接收預定數量的電磁能量脈沖。

根據多種實施方式，處理基板上具有多個晶片的基板的方法，可包含：穿過脈沖激光源的光學路徑掃描所述基板。所述方法也可包含：輸送多個激光脈沖至所述基板，使得所述多個激光脈沖的第一脈沖的照明面積與所述多個激光脈沖的第二脈沖的照明面積重疊，其中所述多個激光脈沖的每個脈沖具有小于約100nsec的持續時間，且基板上所述多個晶片上的每個位置接收每脈沖至少約250mJ/cm²的照明能量。