[发明专利]扫描脉冲退火装置及方法

说明书

一种用于热处理基板的装置、系统及方法。脉冲电磁能量源能以至少100Hz的频率产生脉冲。可移动基板支撑件可相对于电磁能量脉冲移动基板。光学系统可设置在能量源和可移动基板支撑件之间，且可包含将电磁能量脉冲塑形成矩形分布的部件。控制器可命令所述电磁能量源以选定的脉冲频率产生能量脉冲。所述控制器也可命令所述可移动基板支撑件以选定的速度在平行于所述矩形分布的选定的边缘的方向上进行扫描，使得沿着平行于所述选定的边缘的直线上的每个点接收预定数量的电磁能量脉冲。

技术领域

本发明的实施方式一般涉及制造半导体器件的方法。更具体地，本发明的实施方式针对热处理基板。

背景技术

半导体器件持续缩小以符合未来性能需求。为了实现持续的缩小，掺杂源极和漏极接面的工程必须聚焦于非常小的晶格内的单原子的放置及移动。例如，一些未来器件的设计方案考虑包括少于100原子的通道区域。为了这些严格需求，需要在几个原子半径内控制掺杂原子(dopant atoms)的放置。

掺杂原子的放置现通过在硅基板的源极及漏极区域植入掺杂物，接着退火基板的处理工艺来控制。可使用掺杂物以增强硅基材中的导电性、诱导对晶体结构的损坏、或控制层间的扩散。可使用原子如硼(B)、磷(P)、砷(As)、钴(Co)、铟(In)、及锑(Sb)以增强传导性。可使用硅(Si)、锗(Ge)、及氩(Ar)以诱导晶体损坏。为了控制扩散，通常使用碳(C)、氟(F)、及氮(N)。在退火期间，基板通常地被加热至高温，使得多种化学及物理反应可在基板中界定的多个IC器件中发生。退火在先前为无定形的基板区域重新产生更好的晶体结构，且通过将其原子并入基板的晶格而“活化”掺杂物。排序晶格及活化掺杂物减低所掺杂区域的电阻性。热处理(例如退火)涉及在短时间中引导相对大量的热量至基板上，且此后快速冷却基板以终止所述热处理。在一段时间内被广泛使用的热处理范例包含快速热处理(RTP)及脉冲(尖峰)退火。

在脉冲列退火处理工艺中，在一系列的顺序能量脉冲中输送能量，以允许掺杂物的受控扩散和在半导体器件的期望区域内在短距离上从基板上去除损坏。在一个范例中，短距离为约一个晶面和十个晶面之间。在这个范例中，单一脉冲期间输送的能量总量仅足以提供平均扩散深度，所述平均扩散深度仅为单一晶面的一部分，因而退火处理需要多个脉冲以达到所需的掺杂物扩散或晶格损坏修正。因而，各脉冲可被称作在基板的一部分内完成的完整的微退火处理。在另一范例中，顺序脉冲的数量可在约30和约100000脉冲之间变化，每个脉冲具有约1纳秒(nsec)至约10毫秒(msec)的持续时间。在其他范例中，各脉冲的持续时间可低于10msec，例如为约1msec和约10msec之间，或为约1nsec和约10微秒(μsec)之间。在一些范例中，各脉冲的持续时间可为约1nsec和约10nsec之间，例如约1nsec。

每个微退火处理特征在于加热基板的一部分至退火温度并持续一段时间，接着允许退火能量在基板内完全消耗。所给予的能量激发退火区域内的原子移动，所述退火区域随后在能量消耗后冻结。在退火区域下方紧接的区域实质为纯有序的晶体。当来自脉冲的能量传递穿过基板，最靠近有序区域的间隙原子(掺杂物或硅)被推进晶格位置。非有序进入相邻紧接晶格位置的其他原子朝向无序区域向上扩散且远离有序区域以寻找最接近可用晶格位置来占据。此外，掺杂原子由接近基板表面的高浓度地区扩散至更深入基板的较低浓度地区。各连续的脉冲从退火区域下方的有序区域向基板表面向上生长有序区域，且使掺杂物浓度分布平滑化。这个处理工艺可参考外延晶体生长，因为所述处理工艺使用完成从几个至十个晶面的退火的各脉冲能量来一层一层的进行。

发明内容