[发明专利]激光加工方法

说明书

本发明涉及一种适于用在半导体器件成批生产中的、高生产率条件下能实现均匀退火的、高可靠的激光退火方法。更具体地说，本发明提供一种其晶性由于在诸如离子照射(ionirradiation)、离子注入和离子掺杂等工艺中受到损伤而严重地劣化的淀积薄膜的激光退火方法。

如今，对降低制造半导体器件中的加工温度的方法正广泛地进行研究。对低温加工方法如此积极地研究的原因部分地归因于在例如玻璃制造的绝缘衬底上制备半导体器件所提出的要求。激光退火技术被认为是有前途的主要低温加工方法。

但是，激光退火的条件尚未确定，因为传统的激光退火方法是各自独立地在不同条件下进行的，这些条件取决于在每个方法中独立地选择的装置和涂敷条件。这就使得许多人错误地认为，激光退火技术不能给出可靠和一致得足以使该方法实际可行的结果。因此，本发明的目的在于首次建立能给出高度再现的结果的激光退火方法的条件。

在制造半导体器件的方法中，淀积薄膜极大地受到诸如离子照射、离子注入和离子掺杂等工艺过程的损伤，并由此在晶性方面遭到破坏，从而产生远非所说的半导体的非晶相或类似态。所以，为了将激光退火用于激活这种被损伤的薄膜，本发明人对如何使激光退火的条件最佳化进行了深入的研究。在该研究期间已发现，最佳条件的变化不仅受激光束的能量控制的影响，而且还受薄膜中所含有的杂质以及所加激光束的脉冲发射的次数的影响。

采用本发明的方法激活的淀积薄膜是那些含有作为主要成份的周期表的IV族元素，例如硅、锗、硅和锗的合金，或IV族元素的化合物如碳化硅的淀积薄膜。所淀积的薄膜的厚度为100A至10000A。考虑到光传输，已完全确认，采用处于短波长范围的特别是400nm或更短波长的激光束能很好地实现这种薄膜的激光退火。

本发明的方法包括以下步骤：

将具有400nm或更短波长的50nsθc或更窄脉宽的激光脉冲照射到薄膜上，该薄膜含有从碳、硅、锗、锡和铅所构成的组中选出的IV族元素以及掺入其中的杂质离子。

其中在所说激光脉冲到达所述含有IV族元素的薄膜的路程中，在所述含有IV族元素的薄膜上形成厚度为3至300nm的透明薄膜，所述激光脉冲的每一个的能量密度E以mJ/cm²为单位和所述激光脉冲数N满足关系式：log₁₀N≤-0.02(E-350)。

从由KrF准分子激光器、ArF准分子激光器、XθCl准分子激光器和X_eF准分子激光器构成的组中选出的一种激光器发射激光脉冲。杂质离子的掺入是采用离子照射、离子注入和离子掺杂等工艺实现的。含有IV族元素的薄膜形成在绝缘衬底上，并且该绝缘衬底在照射步骤期间被保持在室温至500℃的温度。

业已确认，采用具有足够高至激活的能量密度的激光束能降低薄层电阻。在含有作为杂质的磷的薄膜的情况下，这种趋势必然能观察到。然而，在含有作为杂质的硼的薄膜中，该薄膜由于这种高能量密度的激光的照射而受到损伤。此外，脉冲发射数的增加减少了激光退火薄膜的特性的波动被认为是理所当然的事。但是，这是不确切的，因为已经发现，由于增加发射数目使微观波动增强，涂层的结构劣化了。

这可解释为是由于重复加到薄膜上的激光束照射引起的涂层内的晶核生长所致。结果，在涂层内出现粒状大小在0.1至1μm尺寸范围内的分布，而该涂层以前是由均匀尺寸的晶粒所组成的。当采用高能激光照射时，此现象尤其明显。

业已发现，所淀积的薄膜(即半导体薄膜)必须涂敷(覆盖)3至300nm厚的光传输涂层，而不能暴露在大气中。从传输光束的观点看，该光传输涂层优先选用氧化硅或氮化硅制造。最好采用主要含有氧化硅的材料，因为通常它也可用作栅绝缘材料。无需说明，此光传输薄膜可以掺磷或硼，以钝化可移动离子。如果含有IV族元素的薄膜未涂敷这种光传输涂层，将会发生均匀性以加速方式被破坏的现象。

还已发现，在上述条件下并且又满足以下关系式时：

log₁₀N≤A(E-B)

采用脉冲式激光束能获得更为光滑(均匀)的涂层，这里E(mJ/cm²)是所照射的每一激光脉冲的能量密度，N(发射数)是脉冲式激光的发射数目。A和B的值取决于掺入涂层中的杂质。当磷作为杂质存在时，选A为-0.02，B为350，当采用硼作为杂质时，选A为-0.02，B为300。

采用透明的衬底替代透明的薄膜能得到相似的结果。也就是说，按照本发明的激光加工方法包括以下步骤：