[发明专利]用于热处理衬底上形成的结构的方法和装置

说明书

发明背景

技术领域

本发明的实施例一般涉及一种制造半导体器件的方法，尤其涉及一种 热处理衬底的方法。

相关技术的描述

集成电路(IC)市场持续需求更大的存储器容量、更快速的开关速度、 以及更小的特征尺寸。业界对于这些需求所采取的主要措施之一是从在大 的熔炉内的批处理硅晶片改变为在小的处理室内的单一晶片处理。

在此种单一晶片处理期间，通常会将晶片加热至高温，从而可在所述 晶片内限定的多个IC器件中进行各种化学及物理反应。特别重要的是，IC 器件的良好的电性能需要对植入区进行退火。退火会从先前制作为非晶质 的晶片区域重新产生更加结晶化的结构，并藉由将其原子并入所述衬底或 晶片的晶格内来活化掺杂剂。热处理，例如退火，需要在短时间内提供相 对大量的热能给所述晶片，并且之后快速冷却所述晶片以终止热处理。目 前使用的热处理的例子包含快速热处理(RTP)以及脉冲(尖峰)退火。虽然此 类处理广为使用，但目前的技术并非是最理想的。目前的技术倾向使晶片 温度攀升过于缓慢并且使晶片暴露在高温下过久。这些问题随着晶片大小 增加、开关速度增加、及/或特征尺寸减小而变得更严重。

一般来说，这些热处理在根据预定热配方的控制条件下加热衬底。这 些热配方基本上包括：所述半导体衬底必须被加热至一温度；温度的改变 速率，即温度上升和下降速率；以及所述热处理系统维持在所述特定温度 下的时间。例如，热配方可能要求将所述衬底从室温加热至1200℃或更高 的多个不同温度，而其在各个不同温度下的处理时间高达60秒，或更多。

此外，为了满足某些目标，例如材料在不同半导体衬底区域之间的交 互扩散最小，必须限制每一个半导体衬底承受高温的时间量。为了达到此 目的，温度改变速率(包括温度上升及下降两者)较佳地都要高。换句话 说，倾向于能够在尽可能短的时间内将所述衬底的温度从低温修改至高温， 反之亦然。

针对高温度改变速率的要求导致快速热处理(RTP)的发展，在此典型的 升温速率范围在200至400℃/秒，与常规熔炉的5-15℃/分钟相比。典 型的降温速率范围在80至150℃/秒。RTP的一个缺点在于其加热整个 晶片，即使IC器件仅位于所述硅晶片顶部数微米处。这限制了加热及冷却 晶片的速度。此外，一旦整个晶片都处于高温，热就只能消散至周围空间 或结构内。因此，现有技术中的RTP系统很难达到400℃/秒的升温速率 以及150℃/秒的降温速率。

为了解决常规RTP型处理发生的某些问题，使用若干种扫描激光退火 技术来使衬底表面退火。一般来说，这些技术传送固定的能量通量至衬底 表面的一个小区域上，同时相对于传送至所述小区域的能量移动、或扫描 衬底。因为严格的均匀度要求以及最小化衬底表面上扫描区域的重迭的复 杂度，这些类型的处理在热处理形成于衬底表面上的接触级器件时是无效 的。

鉴于以上所述，需要一种以高升温及降温速率退火半导体衬底的方法。 这会提供较小器件制造上的较佳控制，进而导致性能的增进。

发明内容

本发明一般提供一种热处理衬底的方法，包括：通过在一个或多个区 域内设置第二材料来修改由第一材料形成的衬底内的一个或多个区域，其 中以第二材料修改衬底内的一个或多个区域适于降低一个或多个区域内所 含的第一材料的熔点；在衬底内的一个或多个区域内设置第三材料；以及 传送一定量(an amount of)的电磁能量至衬底表面，所述衬底表面与一个或 多个区域热连通，其中所述一定量的电磁能量适于使一个或多个区域内的 第一材料熔化。

本发明的实施例还提供一种热处理衬底的方法，包括：提供具有一个 或多个经修改的第一区域的衬底，从而每一个第一区域内所含材料的熔点 比衬底的第二区域内所含材料的熔点低，其中所述第二区域及每一个第一 区域通常毗邻衬底表面；在衬底表面上沉积涂层，其中所述涂层具有与衬 底表面不同的吸收及反射系数；从衬底的通常毗邻每一个第一区域或第二 区域的表面除去一部分的涂层；以及传送一定量的电磁能量至所述衬底表 面上含有一个或多个第一区域及第二区域的地区，其中所述一定量的电磁 能量优先熔化一个或多个第一区域内的材料。