[发明专利]具有超短停留时间的激光退火系统及方法

权利要求书

1.一种退火具有图案化表面的半导体晶片的方法，所述半导体晶片具有晶片表面温度或晶片次表面温度T_S与表面熔化温度或次表面熔化温度T_M，所述方法包含：

使用预热激光束在所述图案化表面上形成预热线图像，所述预热线图像被配置以加热所述图案化表面的一部分至(0.5)·T_M≤T_PA≤(0.9)·T_M范围间的预退火温度T_PA，其中所述预热线图像具有宽度W1和5mm至20mm范围间的长度L1；

使用扫描激光束在所述半导体晶片的所述表面上形成退火图像，使得所述退火图像重叠所述预热线图像的一部分以定义扫描重叠区域，所述退火图像具有100微米至500微米范围间的长度L2与10微米至50微米范围间的宽度W2，其中所述长度L2≥2·W1，且其中所述长度L1与所述长度L2以正交方向被测量；及

相对于所述预热线图像扫描所述退火图像，使得所述扫描重叠区域具有10ns＜τ_D≤500ns范围间的停留时间τ_D，且在所述扫描重叠区域内局部地将所述晶片表面温度或晶片次表面温度T_S从所述预退火温度T_PA升高至所述表面熔化温度或次表面熔化温度T_M。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述停留时间τ_D在25ns≤τ_D≤250ns的范围间。

3.根据权利要求1所述的方法，还包含以准连续波QCW操作模式来操作退火激光器以形成所述扫描激光束，所述准连续波操作模式产生光脉冲，其中所述扫描重叠区域所通过的所述半导体晶片的所述表面上的每一点接收至少五个光脉冲。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述准连续波QCW操作模式具有100MHz或更高的重复率。

5.根据权利要求1所述的方法，其中通过将初始激光束从退火激光器导向至旋转多面镜来形成所述扫描激光束。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述预热激光束具有红外线波长，且所述扫描激光束具有可见波长。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述可见波长为532nm，且所述可见波长是通过倍频红外线光纤激光器而形成的。

8.根据权利要求1所述的方法，还包含测量所述扫描重叠区域内的所述半导体晶片的所述表面的温度，且利用所测量到的所述半导体晶片的所述表面的温度来控制所述预热激光束与退火激光束的至少其中一个的光功率量。

9.根据权利要求8所述的方法，其中测量所述半导体晶片的所述表面的温度包含从所述扫描重叠区域测量辐射率。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述半导体晶片包含硅与锗，且锗位在硅层之下。

11.根据权利要求1所述的方法，还包含：

a)使用扫描光学系统，沿退火扫描方向从位于所述预热线图像的远端的起始位置至位于所述预热线图像的近端的完成位置来扫描所述退火图像；

b)当所述退火图像抵达所述完成位置时，关闭所述扫描激光束；

c)移动所述预热线图像至所述半导体晶片的表面上的新位置；

d)当所述退火图像能够被导向至所述起始位置时，重新开启所述扫描激光束；及

重复动作a)至动作d)，以在所述半导体晶片的基本上整个表面上扫描所述扫描重叠区域。

12.根据权利要求11所述的方法，其中动作c)包含在预热扫描方向上连续地移动所述预热线图像，所述预热扫描方向正交于所述退火扫描方向。