[发明专利]用激光能照射半导体材料表面的方法和设备

说明书

发明领域

本发明涉及用激光器照射半导体材料表面的方法。本发明还涉及用于照射半导体材料表面的激光设备。

发明背景

半导体材料表面的激光照射因为其应用而众所周知，所述应用例如非晶硅的加温退火使其再次结晶，和掺杂剂激活。与传统的加热过程相比，此技术通过实现非常快速的加热处理和加热区域的浅深度，而具有显著的优势。

对于半导体应用的传统激光照射过程的普遍问题是，由于热处理所需的高能量密度和传统地可得到的激光源的低输出能量，因而激光斑点的尺寸远小于模具的尺寸，此模具也被称为芯片或者器件。结果是，为了覆盖整个模具，激光斑点必须跨过或者扫描此模具，这导致了很多劣势。

正如Current和Borland (Technologies New Metrology for Annealing of USJ and Thin Films，16th IEEE International Conference on Advanced Thermal Processing of Semiconductors-RTP2008)所描述的和图1、图2所图示的，第一个劣势在于，如果激光斑点(b)扫描或者跨过模具(a)，则连续的激光斑点将会在此模具的一些部分(c)上交叠，导致在掺杂剂激活率或深度的不均匀和在表面质量的不均匀。

另一个劣势是，如果在相同的表面区域上需要多个激光脉冲，则为了平均在处理表面区域的每一个点上的多个激光脉冲，这些激光点以非常高的交叠性扫描或者跨过表面，造成有限的生产率和周期性的不均匀性，通常所说的波纹模式(moiré-patterns)。

另一个普遍问题是，不同类型应用的模具通常具有不同的尺寸，此外在一些应用中，只有部分模具必须被照射。技术人员普遍知晓，为了能够用有限的交叠性处理不同模具尺寸的模具和模具的不同部分，束光斑借助于多种具有不同尺寸的遮光板(mask)来被定形。由于因此所导致的在每次需要其他尺寸时遮光板必须被改变和调整，使得制造的灵活性受到了严重的限制并且停机时间可能会是显著的。

在为了克服上述缺陷所做的尝试中，WO 01/61407(Hawryluk等人)描述了一种激光照射设备，其运用可变的孔阑来限定暴露区域的尺寸。

然而，根据Hawryluk等人的观点，一个明显的缺陷是，所需要的用以得到满意的均匀性的激光光源需要是具有多于1000个空间模的固状激光器，这不是当前商业上可以得到的激光源。

另外一个制定束光斑尺寸的例子是US 2006/0176920，其中Park等人描述了一种包括强度模式调整单元的激光照射设备，该强度模式调整单元具有通过区域、半通过区域和阻断区域，以通过调整激光束的长度来变化地调整带状激光束的强度。

考虑到上述激光照射过程的缺陷，对根据本发明的激光照射方法和设备有一个明确地需求，作为第一个目标，本发明可以提供处理半导体材料层以在模具内和在晶片内得到可接受的均匀性的能力，同时保持可接受的生产率和制造灵活性。

作为第二个目标，本发明可以提供交叠效应和衰减区的减少。

作为另外一个目标，本发明可以提供在材料层表面上产生具有可变图像形状的束的能力。

作为另外一个目标，本发明可以提供使激光能向热能的转换达到最大化和在低温下照射的能力。

本发明通过使激光束的光斑尺寸可变地匹配选择区域的尺寸，来实现上述目标。

发明概述

本发明涉及一种照射半导体材料的方法，其包括：

-选择半导体材料层表面的区域，此区域具有区域尺寸；用具有束光斑尺寸的准分子激光器照射半导体材料层表面的区域；

-并且调节束光斑尺寸；

其特征在于，调节束光斑尺寸包括使束光斑尺寸可变地匹配选择区域的尺寸。

本发明还涉及一种照射半导体材料的设备，其包括：

-准分子激光器，用于照射半导体层表面的选择区域，此激光器具有针对具有区域尺寸的选择区域的激光束光斑尺寸；

-和调节激光束光斑尺寸的装置；

其特征在于，调节激光束光斑尺寸的装置适用于使激光束光斑尺寸可变地匹配选择区域的尺寸。

附图简述

图1图示了一种现有技术方法。

图2图示了另外一种现有技术方法。

图3图示了根据本发明的一种方法。

图4图示了根据本发明的在完整的模具上方的一种优选的照射能量分布。

图5图示了可变孔。

图6图示了具有可变图像放大倍率的光学系统。