[发明专利]使用脉冲序列退火方法将薄膜固相再结晶的方法

说明书

发明背景

发明领域

本发明的实施例一般涉及制造半导体器件的方法。更具体地说，本发明涉及热处理基板的方法。

相关技术的描述

集成电路(IC)市场持续地需要更大的存储容量、更快的切换速度以及更小的特征结构尺寸。工业上主要采用的步骤之一是将在大熔炉中批式处理硅晶片改成在小腔室中单一晶片处理以符合这些需求。在这种单一晶片处理期间，晶片通常被加热至高温使得可在限定于晶片中的多个IC器件中产生多种化学及物理反应。

可相对于块体半导体基板(诸如，硅晶片)和绝缘层上覆硅(SOI)基板中之一或二者来制造集成电路。形成SOI基板的一种方法包括在绝缘体上外延生长单晶硅。外延硅单晶晶片由于绝佳的特性而已被广泛地使用来作为制造分立的半导体、双极IC等的晶片。外延硅单晶晶片由于绝佳的软性误差(soft error)和锁定(latch up)特性，也广泛地被使用在微处理器单元或闪存器件中。不幸地，外延生长的硅倾向形成结晶缺陷(诸如错位和层叠缺失)，而可能在所得制造的器件中或器件之间导致不希望的漏电。此外，外延生长技术因为需要在基板与覆层之间具有紧密的晶格匹配而具有非常缓慢的生长速率，因而大大地减少了产量并造成较高的运作花费。

因此，需要有一种可有效地在基板上形成高质量单晶层的改良方法。

发明内容

本发明实施例可提供使用一种使用一系列序列能量脉冲的电磁能量将薄膜固相再结晶的方法。明确地说，本发明实施例提供一种将沉积在基板上的层相转变的方法，包含以下步骤：在所述基板上沉积绝缘层；在所述绝缘层的期望区中形成一晶种区域，所述晶种区域具有呈第一相结构的第一材料；在所述晶种区域及所述绝缘层的至少一部分上沉积具有第二相的第一材料层；以及使用所述晶种区域作为晶种，朝向所述晶种区域的表面引导多个电磁能量脉冲维持一段足以再结晶及转化所述第一材料层的时间，其中所述晶种区域的所述表面上沉积有所述第一材料层，以使所述第一材料层自所述第二相结构转为所述第一相结构并具有如下方所述晶种区域的相同晶粒结构及晶体定向。

本发明实施例也提供一种在基板上外延生长结晶层的方法，所述方法包含以下步骤：在所述基板上沉积第一绝缘层；在所述第一绝缘层中形成第一晶种区域，所述第一晶种区域具有呈结晶态的第一材料；在所述第一晶种区域及所述第一绝缘层的至少一部分上沉积呈非晶态的第一材料的第一层；在第一材料的所述第一层上沉积第二绝缘层；在所述第二绝缘层中形成第二晶种区域，所述第二晶种区域具有呈结晶态的第一材料；在所述第二晶种区域及所述第二绝缘层的至少一部分上沉积呈非晶态的第一材料的第二层；使用所述第一晶种区域作为晶种，朝向所述第一晶种区域的表面引导多个第一电磁能量脉冲维持一段足以再结晶及转化第一材料的所述第一层的时间，其中所述第一晶种区域的所述表面上沉积有第一材料的所述第一层，以使第一材料的所述第一层自非晶态转为结晶态并具有如下方所述第一晶种区域的相同晶粒结构及晶体定向；以及使用所述第二晶种区域作为晶种，朝向所述第二晶种区域的表面引导具有不同于所述第一电磁能量的波长及脉冲数量的第二电磁能量维持一段足以再结晶及转化第一材料的所述第二层的时间，其中所述第二晶种区域的所述表面上沉积有第一材料的所述第二层，以使第一材料的所述第二层自非晶态转为结晶态并具有如下方所述第二晶种区域的相同晶粒结构及晶体定向。

本发明实施例还提供一种在基板上外延生长单晶硅层的方法，所述方法包含以下步骤：在所述基板的表面上沉积绝缘层；在所述绝缘层的期望区中形成过孔，其中使用单晶硅材料填充所述过孔；在所述过孔及所述绝缘层的至少一部分上沉积非晶硅层；以及使用在所述过孔中的所述单晶硅材料作为晶种，朝向所述过孔的表面引导多个电磁能量脉冲以外延再生长所述非晶硅层，其中所述非晶硅层位于所述过孔的所述表面上，使得所述非晶硅层再结晶以具有如下方所述单晶硅材料的相同晶粒结构及晶体定向。

附图简要说明

通过参照上述实施例与发明内容的说明，可详细理解本发明的前述特征，其中部分实施例图示于附图中。然应注意的是，附图仅说明了本发明的典型实施例，因而不应视为对本发明范围的限制，亦即本发明可具有其他等效实施方式。

图1A图示激光退火设备的示意等角图，所述设备适于将能量投射在本文所述实施例的基板的界定区域上。

图1B图示根据本发明实施例图示于图1A中的激光退火设备的示意图。