[发明专利]激光退火装置

说明书

本发明揭示了一种激光退火装置。包括激光光源、前端光学器件及能量补偿光学单元，激光光源发出的光束经所述前端光学器件整形、偏振调节成P偏振光或S偏振光入射能量补偿光学单元，通过能量补偿光学单元实现入射光束多次入射硅片。本发明通过将反射光补偿使得表面最大吸收，最小化光学吸收差异，解决了入射角度的局限性，且S偏振光和P偏振光都能够被使用，因此提高了激光退火装置的适应性。

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，特别是涉及一种用于退火工艺中的激光退火装置。

背景技术

过去数十年，电子器件制造遵循摩尔定律，经历了快速发展。减小集成电路尺寸是维持这一趋势的源动力，而随着制造尺寸的缩小，带来了制造工艺技术上的困难和挑战。在互补金属氧化物半导体晶体管(CMOS)的形成过程中，热处理一直起着关键的作用，特别是对于超浅结激活以及硅化物形成等关键过程来讲，更是至关重要。传统的快速退火已经很难满足32nm及更高节点的要求，新的退火技术替代快速热退火正在被大量研究，如闪光灯退火、激光尖峰退火、低温固相外延等。其中，激光退火技术已显示出良好的应用前景。

激光退火采用激光扫描整片硅片，在很短的时间在较小的区域产生热量，并使温度正好低于硅的熔点，之后冷却过程亦在很短时间能完成，驻留时间在几百微秒，是一种有效地无扩散工艺。由于驻留时间极短，为扩散提供驱动力的温差在错位前就会消失，可以减小硅片应力。对于毫秒退火，最重要的成品率问题包括图形的相关性，加工工艺中的硅片具有图形结构，包括绝缘层和各种离子注入，其改变了薄膜的光学反射率，随之而来的光学吸收量和升温速度的改变。一些集成方案采用吸收层来弥补这种表面光学属性，这使得工艺成本和成品率风险大大增加。

美国专利US2013/0196455A1公开的采用波长10.6um的CO₂激光器P偏振布儒斯特角入射硅片，从而使得表面最大吸收，最小化光学吸收差异。但是这一方法局限于P偏振光、采用布儒斯特角入射硅片，因此还需要进行改善。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种激光退火装置，使得入射角的范围更为宽阔，且能够改善表面吸收和光学吸收差异。

本发明的另一目的在于，提供一种激光退火装置，不局限于仅适用于P偏振光进行入射，提高装置的适用性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种激光退火装置，用于对放置于工件台上的硅片进行退火，包括：

激光光源、前端光学器件及能量补偿光学单元，激光光源发出的光束经所述前端光学器件整形、偏振调节成P偏振光或S偏振光入射能量补偿光学单元，通过能量补偿光学单元实现入射光束多次入射硅片。

可选的，对于所述的激光退火装置，所述能量补偿光学单元包括：偏振分光棱镜、第一透镜、第二透镜，1/4波片和第二反射镜，光束经过偏振分光棱镜和第一透镜后投射在硅片上，经硅片反射后依次经过第二透镜和1/4波片投射至第二反射镜。

可选的，对于所述的激光退火装置，所述能量补偿光学单元还包括第一反射镜，所述第一反射镜位于偏振分光棱镜一侧，且在偏振分光棱镜与第一透镜连线靠近硅片的一侧。

可选的，对于所述的激光退火装置，入射的偏振光为P偏振激光束，经偏振分光棱镜、第一透镜后成P偏振激光束入射至硅片表面并反射，反射光束入射第二透镜、1/4波片，经第二反射镜反射；反射后入射1/4波片、第二透镜，成S偏振激光束再次入射硅片表面并反射，反射光束入射第一透镜、偏振分光棱镜，经第一反射镜反射；反射后入射偏振分光棱镜、第一透镜，成S偏振激光束第三次入射硅片表面并反射，反射光束入射第二透镜、1/4波片，经第二反射镜反射；反射后入射1/4波片、第二透镜，成P偏振激光束第四次入射硅片表面并反射，反射光束经第一透镜、偏振分光棱镜后离开能量补偿光学单元。

可选的，对于所述的激光退火装置，所述能量补偿光学单元还包括第一反射镜，所述第一反射镜位于偏振分光棱镜与第一透镜连线上远离第一透镜的一侧。