[发明专利]一种激光退火装置及激光退火方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于半导体材料加工技术领域，尤其涉及一种激光退火装置及激光退火方法。

背景技术

退火处理，主要是指将材料曝露于高温一段很长时间后，然后再慢慢冷却的热处理制程。传统的炉子加热退火，即使在高达1100度下退火，仍不能彻底消除结晶缺陷。激光退火则能比较彻底地消除缺陷。半导体激光退火使用的光谱波长范围很宽，从UV (紫外)到IR (红外)波段的激光器都有。工作方式也多种多样，如美国专利US6336308和US7365285中所公开的单脉冲激光退火，高频率Q开关脉冲激光退火，连接波激光扫描退火，同波长双激光扫描退火，不同波长双激光扫描退火等。

如文献Silicon laser annealing by a two-pulse laser system with variable pulse offsets, V.Gonfa,etc，Laser Annealing of double implanted layers for igbt power devices, Clement Sabatier,etc以及文献UL Dual beam laser spike annealing technology都有提到双激光退火的激活效果比单激光退火好。如上文所示，双激光有两种，一种是同一波长的两个脉冲不同时间辐射到硅平面（如文献Silicon laser annealing by a two-pulse laser system with variable pulse offsets, V.Gonfa,etc以及文献Laser Annealing of double implanted layers for igbt power devices, Clement Sabatier,etc中公开的内容所示），另外一种是采用长波的连续激光或脉冲激光进行预热，然后再用短波进一步退火(如文献UL Dual beam laser spike annealing technology所示)。 目前双激光方式的激光退火装置已经在行业中开始应用于IGBT、TFT等领域。

现有技术中Liquid Phase Reflectivtity under Conditions of Laser Induced Silicon Melting中所介绍：激光退火过程中，当硅表面融熔后，表面液态硅是原来固态硅的反射率的2倍，此时激光脉冲的激光能量被大量反射出去，而不被硅吸收，降低了激光能量利用率，影响了退火效果。

该影响对单激光退火或双激光退火都存在。如果拉长双脉冲激光的延时，则有的时间温度过低，达不到退火要求(比如高于1300度的时间大于50ns)。在很多应用中，不一定需要达到熔点1414度附近即可达到退火效果(如现有技术中的文献Sub-Melt Laser Annealing Followed by Low-Temperature RTP for Minimized Diffusion，S. B. Felch, D. E Downey, and E. A. Arevalo Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. 81 1 Hansen Way, Palo Alto, CA 94303-0750 USA所示)，比如太阳能退火 (如现有技术中的文献PULSED LASER ANNEALING AND RAPID THERMAL ANNEALING OF COPPER-INDIUM-GALLIUM-DISELENIDE-BASED THIN-FILM SOLAR CELLS所示)。

无论是单脉冲激光还是双脉冲激光，当温度超过熔点，吸收率减半，降低了能量利用率。此外，以上两种方案都有可能引起温度超过激活退火所需温度(比如1100度，激活效率90%以上)的时间较短(比如小于100ns)，从而影响了退火效果。如何提高能量利用率，并改善退火效果，成为激光退火中需要改进的重要问题。

有鉴于此，本发明提出一种激光退火装置，能将单脉冲激光按延时需要和能量比例分解为若干份激光脉冲，在这些激光脉冲的连续辐照下，能使得退火期间硅片表面温度能更长时间保持在熔点附近或所需退火温度附近，从而提高了激光能量利用率，进而改善退火效果。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种新的激光退火装置，能将单脉冲激光按延时需要和能量比例分解为若干份激光脉冲。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种激光退火装置，包括：一激光光束发生模块，用