[發明專利]一種選擇性激光退火形成半導體器件歐姆接觸的方法

在審

• 申請號: 202110937199.0
• 申請日: 2021-08-16
• 公開（公告）號: CN113707546A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 黃永忠;何劉;王德友;潘冬;楊春蘭;陳永智;王曉峰;潘嶺峰
• 申請（專利權）人: 成都萊普科技有限公司
• 主分類號: H01L21/268
• 分類號: H01L21/268;H01L21/28;H01L21/324;H01L29/45
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 韓雪

本發明公開了所述一種選擇性激光退火形成半導體器件歐姆接觸的方法，包括：激光器發射激光，形成所述激光退火需要的光源；光學系統將所述激光器發射的激光整形聚焦成以下三種光束類型中的任意一種后，發射到晶圓表面。所述三種光束類型：圓形平頂光束、正方形平頂光束以及線形平頂光束；位移電動平臺控制晶圓實現XY方向的交叉移動，發射到晶圓表面的激光光束能量被暴露在表面的金屬區域吸收，使得金屬區域溫度升高，超過合金反應產生所需的閾值溫度，合金反應產生并形成歐姆接觸。與此同時，該能量密度對器件的其它區域沒有損傷或其它不利影響。

技術領域

本發明涉及半導體集成電路領域，尤其涉及一種選擇性激光退火形成半導體器件歐姆接觸的方法。

背景技術

當前，集成電路特征尺寸不斷縮小，涉及到的材料種類也越來越多，所使用的器件結構也越來越復雜。傳統的熱處理方式如爐管退火、快速熱處理技術均為“整體退火方式”，即樣片整體位于加熱環境中，因此樣片所有區域溫度與退火環境溫度相同。整體退火方式在當前面臨著諸多問題，主要包括：

(一)整體退火易對低熔點材料造成熱損傷；

(二)整體退火易造成材料的層內擴散；

(三)整體退火易造成材料的層間擴散；

(四)整體退火易引入引力，導致材料出現起皮、翹曲甚至襯底破碎等現象。

具體到集成電路中的一項關鍵技術-歐姆接觸技術，也是本發明涉及到的技術領域，傳統熱處理方法也面臨局限；主要表現在：

(一)歐姆接觸合金退火的目的是對襯底上的金屬-半導體接觸區域進行熱處理，但使用整體退火方式時，晶圓全部處于高溫狀態，這對其它不需要進行熱處理的區域會造成損傷；

(二)整體退火易導致不希望產生的材料層內擴散及層間擴散，影響器件特性及可靠性；

(三)整體退火用于薄片(通常指厚度＜100um的樣片)時會造成薄片翹曲甚至碎片；

(四)高熔點半導體材料如碳化硅形成歐姆接觸時，所需的退火溫度需要高達1000攝氏度。如此高的溫度對設備的可靠性和穩定性造成了挑戰；

(五)整體退火方式最高退火溫度受限，導致其對歐姆接觸合金的相關關鍵物理參數如：層內擴散系數、層間擴散系數、固溶度、界面反應速率等的條件范圍受限；

(六)整體退火時需要形成歐姆接觸的區域會“全部”形成歐姆接觸，這在某些領域并不是所期望的，甚至會嚴重影響器件可靠性。

比如在GaN HEMT源漏區域歐姆接觸應用中，整體熱退火會使得源漏區域密布低熔點AlAu合金，在高溫應用場合，Au會發生擴散導致器件失效。

發明內容

本發明的發明目的在于：針對上述問題，提供一種選擇性激光退火形成半導體器件歐姆接觸的方法，解決了現有技術中歐姆接觸合金退火時，采用整體退火的方式會對其他區域造成損傷的問題；同時解決了整體退火易導致不希望產生的材料層內擴散及層間擴散，影響器件特性及可靠性的問題；同時解決了整體退火于薄片(通常指厚度＜100um的樣片)時會造成薄片翹曲甚至碎片的問題；同時解決了高熔點半導體材料如碳化硅形成歐姆接觸時，所需的退火溫度需要高，容易對設備的可靠性和穩定性造成破壞的問題；同時解決了整體退火時最高退火溫度受限的問題。

本發明的核心要點基于以下幾個原則：

1、半導體器件通常包含有半導體材料、介質材料以及金屬材料，不同材料對光的反射、吸收和透射特性不同，因而使用同一激光條件照射時，不同材料的溫度變化不同。

2、金屬材料對光的吸收隨波長變化不大，這是因為金屬材料對光的反射率隨波長變化不大；但金屬材料對激光仍有一定的吸收并可因對激光能量的吸收導致金屬溫度升高。