[发明专利]激光退火设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路（IC）制造领域，尤其涉及激光退火。

背景技术

近年来，随着半导体技术的发展，IC的特征尺寸已进入纳米时代，这也向IC制造技术提出新的挑战。在为解决这一挑战而提出的众多技术中，尤为值得关注的是包括MOS器件的超浅结形成及掺杂的超浅结工艺。

由于超浅结工艺的退火要求尽可能小的掺杂扩散和尽可能高的激活率，因此引入了可控度高且处理时间短（例如，10^-9秒量级可控）的激光退火技术。

图1示出了一种已知的激光退火设备100对晶片190进行退火的过程。激光退火设备100包括激光源120和带有狭缝的遮光板150，并且可选地包括容纳上述激光源120和遮光板150的圆筒160。在退火期间，来自激光源120的光束穿过具有狭缝（在图1中沿x方向延伸）的遮光板照射晶片190，并且激光源120本身沿着与狭缝方向垂直的方向（图1中的y方向）运动。因此，来自激光源120的光束在一定的时间段内覆盖一定的晶片面积（例如，图1中的180），从而对晶片进行退火。

由于晶片表面器件构造的不同，使得晶片表面导热和散热能力不同。在图1中具体示出了这种由构造不同引起的热分布，即在一定面积内的热图180。因此，若使用图1的设备100进行退火，则无法对上述晶片表面的热图180做出补偿，从而导致非理想的退火效果（例如，非期望的掺杂扩散和/或过低的激活率）。

为了对热图进行补偿，一种方法是将激光源发出的光束聚焦成一定大小的焦斑，以逐焦斑扫描的方式（即，在x方向上逐焦斑地照射完一行之后，再照射下一行）对晶片进行退火，但这样会因为退火方式从逐行变更为逐点而使得退火时间大为增加。

为了对热图进行补偿，另一种方法是为不同的热图配备不同的掩模板。但由于IC制造过程中需要对晶片进行相当次数的退火，每次退火之后的热图都可能变化，因此需要配备大量的掩模板，而且需要在每次退火之后更换相应的掩模板。这是耗时耗力且容易出错的。

因此，本领域需要一种能够对热图做出补偿的高效且经济的系统。

发明内容

因此，本发明提出了一种激光退火设备和方法以实现对热图进行补偿的激光退火。

本发明在已有的退火激光之外引入了泵浦激光源阵列和可调掩模片，其中可调掩模片在由泵浦激光照射后受激，从而对退火激光呈现出与热图分布相对应的透射率，由此实现对热图进行补偿的激光退火。

由于本发明使用可调掩模片代替为每次退火而不同地配备的大量不可调掩模片，因此能够在不影响效率且不大幅复杂度的情况下对热图进行补偿的激光退火。另外，由于退火激光需要极高的功率，而本发明通过引入可调掩模片和功率要小的多的多个泵浦激光器避免了直接使用多个退火激光，因此本发明能够在消耗能源仅略为增加的情况下实现热图补偿的激光退火。

根据一个实施例，公开了一种激光退火设备，包括：由多个泵浦激光源构成的泵浦激光源阵列，每个泵浦激光源各自发射泵浦激光；发射退火激光的退火激光源；及可调掩模片，所述可调掩模片在经过泵浦激光照射后变得透射所述退火激光的至少一部分。

在一个优选实施例中，所述可调掩模片的带隙能为Eg；所述泵浦激光的带隙能为Ea并且远大于Eg；并且所述退火激光的带隙能为Eb并且略大于Eg，由此在没有使用泵浦激光照射可调掩模片的情况下，所述可调掩模片基本不透过所述退火激光。

在一个优选实施例中，Ea远大于Eg指的是Ea是Eg的1.5倍以上；并且Eb略大于Eg指的是Eb比Eg大80-100meV。

在一个优选实施例中，泵浦激光源阵列中每个泵浦激光源的发射功率是根据可调掩模片的期望透射率分布而调整的，所述期望透射率分布根据如下各项算出：预先测得的待退火晶片的热图；Eg；和Eb。

在一个优选实施例中，所述可调掩模片以一定速度绕其旋转轴旋转；所述泵浦激光源阵列中的所述多个泵浦激光源沿着所述旋转轴的第一径向布置，并且所述退火激光源位于与所述泵浦激光源阵列相隔一定角度的所述旋转轴的第二径向上；及所述泵浦激光源阵列和所述退火激光源各自关于所述旋转轴固定并且在轴向上与所述可调掩模片相隔一定距离放置。

在一个优选实施例中，所述速度是可调的，并且所述角度是可调的，使得泵浦激光源阵列中每个泵浦激光源的发射功率至少根据如下各项算出：所述速度；所述角度；以及Ea。

在一个优选实施例中，所述激光退火设备还包括：具有狭缝的遮光板，透射经过可调掩模片的退火激光通过该狭缝进行退火。