本發(fā)明涉及一種具有能量補(bǔ)償?shù)募す馔嘶鹧b置及退火方法。

背景技術(shù)：

過(guò)去數(shù)十年，電子器件制造遵循摩爾定律，經(jīng)歷了快速發(fā)展，減小集成電路尺寸是維持這一趨勢(shì)的源動(dòng)力，而隨著制造尺寸的縮小，帶來(lái)了制造工藝技術(shù)上的困難和挑戰(zhàn)。在互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的形成過(guò)程中，熱處理一直起著關(guān)鍵的作用，特別是對(duì)于超淺結(jié)激活以及硅化物形成等關(guān)鍵過(guò)程來(lái)講，更是至關(guān)重要。傳統(tǒng)的快速退火已經(jīng)很難滿足45nm及更高節(jié)點(diǎn)的要求，新的退火技術(shù)替代快速熱退火正在被大量研究，如閃光燈退火、激光尖峰退火、低溫固相外延等。其中，激光退火技術(shù)已顯示出良好的應(yīng)用前景。

激光退火方法相對(duì)傳統(tǒng)退火方法，其熱預(yù)算小，激活效率高，可以很大程度減小熱擴(kuò)散，并降低熱應(yīng)變。目前Ultratech公司采用波長(zhǎng)10.6μm的CO₂激光器P偏振布儒斯特角入射晶圓，其退火時(shí)間在幾百微秒，屬于亞毫秒量級(jí)，目前主要運(yùn)用于28～45nm左右節(jié)點(diǎn)，該方案雖然能夠一定程度上減少圖案效應(yīng)，但是由于是亞毫秒退火，在28nm以上節(jié)點(diǎn)，其基本能夠 滿足擴(kuò)散要求；但是到28nm以下節(jié)點(diǎn)，擴(kuò)散要求在2nm左右，毫秒退火已經(jīng)很難滿足該要求。另外，由于毫秒量級(jí)退火的退火時(shí)間較長(zhǎng)，退火溫度駐留時(shí)間在亞毫秒量級(jí)，駐留時(shí)間長(zhǎng)，容易造成熱擴(kuò)散，造成硅片整體熱變形較大。此外，還需要對(duì)工件臺(tái)預(yù)熱來(lái)提高熱吸收，其整體熱預(yù)算較大，從而帶來(lái)熱應(yīng)變，容易造成應(yīng)力變形，影響后續(xù)套刻精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種具有能量補(bǔ)償?shù)募す馔嘶鹧b置及退火方法，以解決以上技術(shù)問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種具有能量補(bǔ)償?shù)募す馔嘶鹧b置，包括控制系統(tǒng)和載片臺(tái)，還包括紅外激光器和脈沖激光器，所述紅外激光器發(fā)出紅外激光采用布儒斯特角對(duì)硅片進(jìn)行預(yù)熱，所述脈沖激光器發(fā)出脈沖激光采用布儒斯特角對(duì)所述硅片進(jìn)行退火；所述紅外激光和所述脈沖激光二者能量可調(diào)可疊加。

作為優(yōu)選，所述紅外激光器發(fā)出的紅外激光是脈沖激光或者連續(xù)激光。

作為優(yōu)選，所述具有能量補(bǔ)償?shù)募す馔嘶鹧b置還包括紅外光學(xué)系統(tǒng)，用于對(duì)所述紅外激光進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)整形聚焦。

作為優(yōu)選，所述具有能量補(bǔ)償?shù)募す馔嘶鹧b置還包括綠光光學(xué)系統(tǒng)，用于對(duì)所述脈沖激光進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)整形聚焦。

作為優(yōu)選，所述控制系統(tǒng)包括同步控制系統(tǒng)、紅外激光器控制系統(tǒng)、 綠光激光控制系統(tǒng)和載片臺(tái)控制系統(tǒng)，所述同步控制系統(tǒng)依次給紅外激光器控制系統(tǒng)、脈沖激光控制系統(tǒng)和載片臺(tái)控制系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)；

所述載片臺(tái)控制系統(tǒng)用于接收同步控制系統(tǒng)信號(hào)，控制所述載片臺(tái)帶動(dòng)硅片移動(dòng)，對(duì)所述硅片退火；

所述紅外激光控制系統(tǒng)用于接收同步控制系統(tǒng)信號(hào)，控制所述紅外激光器發(fā)出紅外激光；

所述綠光激光控制系統(tǒng)用于接收同步控制系統(tǒng)信號(hào)，控制所述脈沖激光器發(fā)出脈沖激光。

作為優(yōu)選，所述具有能量補(bǔ)償?shù)募す馔嘶鹧b置還包括第一能量監(jiān)控系統(tǒng)和第二能量監(jiān)控系統(tǒng)，所述第一能量監(jiān)控系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)所述紅外激光器的能量的穩(wěn)定性，所述第二能量監(jiān)控系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)所述脈沖激光器的能量的穩(wěn)定性。

作為優(yōu)選，所述具有能量補(bǔ)償?shù)募す馔嘶鹧b置還包括第一分光鏡和第二分光鏡，所述第一分光鏡用于將所述紅外激光器發(fā)出紅外激光分光至所述第一能量監(jiān)控系統(tǒng)和所述紅外光學(xué)系統(tǒng)；所述第二分光鏡用于將所述脈沖激光器發(fā)出脈沖激光分光至所述第二能量監(jiān)控系統(tǒng)和所述綠光光學(xué)系統(tǒng)。

作為優(yōu)選，在步進(jìn)方向上，所述紅外激光的光斑大于或者等于所述脈沖激光的光斑；在掃描方向上，所述紅外激光的光斑與所述脈沖激光的光 斑中心重合。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的具有能量補(bǔ)償?shù)募す馔嘶鹧b置，設(shè)置紅外激光器，發(fā)出紅外激光對(duì)所述硅片預(yù)熱；設(shè)置脈沖激光器，發(fā)出短波長(zhǎng)的脈沖激光采用布儒斯特角對(duì)硅片進(jìn)行退火，溫度駐留時(shí)間在微秒量級(jí)，駐留時(shí)間短，可降低離子熱擴(kuò)散；不需要對(duì)工件臺(tái)預(yù)熱，熱預(yù)算較小，避免帶來(lái)熱應(yīng)變，減小熱應(yīng)力變形，減小對(duì)套刻精度的影響。所述紅外激光器和所述脈沖激光器二者能量可調(diào)可疊加，退火時(shí)，紅外激光和脈沖激光均采用布儒斯特角進(jìn)行入射，通過(guò)設(shè)定紅外激光和脈沖激光的能量比，將紅外激光和脈沖激光相互補(bǔ)償，可以避免圖案效應(yīng)問(wèn)題。另外，相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的具有能量補(bǔ)償?shù)募す馔嘶鹧b置不需要增加額外的預(yù)熱盤(pán)，簡(jiǎn)化了具有能量補(bǔ)償?shù)募す馔嘶鹧b置的機(jī)械結(jié)構(gòu)，節(jié)約成本。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明還公開(kāi)了一種采用上述具有能量補(bǔ)償?shù)募す馔嘶鹧b置的退火方法，包括以下步驟：

步驟一：所述紅外激光器發(fā)出紅外激光，以布儒斯特角入射到所述硅片面，對(duì)所述硅片預(yù)熱；

步驟二：所述脈沖激光器發(fā)出脈沖激光，以布儒斯特角入射到硅片面，所述載片臺(tái)帶動(dòng)所述硅片掃描退火。

作為優(yōu)選，所述步驟一包括對(duì)所述紅外激光進(jìn)行整形聚焦的步驟。

作為優(yōu)選，所述步驟二包括對(duì)所述脈沖激光進(jìn)行整形聚焦的步驟。

作為優(yōu)選，所述步驟一中采用第一能量監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)所述紅外激光器的能量的穩(wěn)定性。

作為優(yōu)選，所述步驟二中采用第二能量監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)所述脈沖激光器的能量的穩(wěn)定性。

作為優(yōu)選，在步進(jìn)方向上，所述紅外激光的光斑大于或者等于所述脈沖激光的光斑；在掃描方向上，所述紅外激光的光斑與所述脈沖激光的光斑中心重合。

作為優(yōu)選，步驟一中采用所述紅外激光器對(duì)所述硅片預(yù)熱的時(shí)間是毫秒量級(jí)。

作為優(yōu)選，步驟一中采用紅外激光器對(duì)所述硅片預(yù)熱的溫度是600～900度。

作為優(yōu)選，步驟二中所述脈沖激光為綠波激光，脈沖激光脈寬時(shí)間小于1微秒。

作為優(yōu)選，步驟二中所述脈沖激光波長(zhǎng)范圍在500～550nm之間。

作為優(yōu)選，步驟一中所述紅外激光波長(zhǎng)范圍在790～980nm之間。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的激光退火方法，采用紅外激光對(duì)硅片進(jìn)行預(yù)熱，并采用短波長(zhǎng)的脈沖激光激光退火，溫度駐留時(shí)間在微秒量級(jí)，駐留時(shí)間短，可降低離子熱擴(kuò)散；不需要對(duì)工件臺(tái)預(yù)熱，熱預(yù)算較小，避免帶來(lái)熱應(yīng)變，減小熱應(yīng)力變形，減小對(duì)套刻精度的影響。紅外激光和脈 沖激光均采用布儒斯特角進(jìn)行入射，所述紅外激光和所述脈沖激光二者能量可調(diào)可疊加，可以降低圖案效應(yīng)的影響。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的一具體實(shí)施例的具有能量補(bǔ)償?shù)募す馔嘶鹧b置系統(tǒng)框圖；

圖2是掃描方向光斑示意圖；

圖3是退火時(shí)間示意圖；

圖4是527nm的激光在三種不同硅片上的反射率與入射角的關(guān)系曲線圖；

圖5是808nm的激光在三種不同硅片上的反射率與入射角的關(guān)系曲線圖；

圖6為熱擴(kuò)散效果圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說(shuō)明。需說(shuō)明的是，本發(fā)明附圖均采用簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。

請(qǐng)參考圖1，一種具有能量補(bǔ)償?shù)募す馔嘶鹧b置，包括載片臺(tái)201，用 于承載硅片50，帶動(dòng)硅片50掃描退火，還包括

紅外激光器303，用于發(fā)出紅外激光，紅外激光采用布儒斯特角對(duì)硅片50進(jìn)行預(yù)熱，所述紅外激光是可以使脈沖激光，也可以是連續(xù)激光。

紅外光學(xué)系統(tǒng)304，用于對(duì)所述紅外激光進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)整形聚焦，聚焦后的紅外激光入射到所述硅片50表面；

脈沖激光器403，用于發(fā)出脈沖激光，脈沖激光采用布儒斯特角對(duì)所述硅片50進(jìn)行退火；

所述紅外激光和所述脈沖激光二者能量可調(diào)可疊加；

綠光光學(xué)系統(tǒng)404，用于對(duì)所述脈沖激光進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)整形聚焦，聚焦后的脈沖激光入射到所述硅片50表面；

控制系統(tǒng)，用于控制所述載片臺(tái)201、所述紅外激光器303和所述脈沖激光器403的工作。

所述控制系統(tǒng)包括同步控制系統(tǒng)10、紅外激光器控制系統(tǒng)30、綠光激光控制系統(tǒng)40和載片臺(tái)控制系統(tǒng)20，所述同步控制系統(tǒng)10依次給紅外激光器控制系統(tǒng)30、綠光激光控制系統(tǒng)40和載片臺(tái)控制系統(tǒng)20發(fā)射信號(hào)。

所述載片臺(tái)控制系統(tǒng)20用于接收同步控制系統(tǒng)信號(hào)，控制所述載片臺(tái)201帶動(dòng)硅片50移動(dòng)，對(duì)所述硅片50退火。

所述紅外激光器控制系統(tǒng)30用于接收同步控制系統(tǒng)信號(hào)，控制紅外激光器303發(fā)出紅外激光。

所述綠光激光控制系統(tǒng)40用于接收同步控制系統(tǒng)信號(hào)，控制脈沖激光器403出光。

所述具有能量補(bǔ)償?shù)募す馔嘶鹧b置還包括第一能量監(jiān)控系統(tǒng)302和第二能量監(jiān)控系統(tǒng)402，所述第一能量監(jiān)控系統(tǒng)302用于監(jiān)測(cè)所述紅外激光器303的能量的穩(wěn)定性，所述第二能量監(jiān)控系統(tǒng)402用于監(jiān)測(cè)所述脈沖激光器403的能量的穩(wěn)定性。

所述具有能量補(bǔ)償?shù)募す馔嘶鹧b置還包括第一分光鏡301和第二分光鏡401，所述第一分光鏡301用于將所述紅外激光器303發(fā)出紅外激光分光至所述第一能量監(jiān)控系統(tǒng)302和所述紅外光學(xué)系統(tǒng)304；所述第二分光鏡401用于將所述脈沖激光器403發(fā)出脈沖激光分光至所述第二能量監(jiān)控系統(tǒng)402和所述綠光光學(xué)系統(tǒng)404。本實(shí)施例中的第一分光鏡301和第二分光鏡401是99％分光鏡，即所述第一分光鏡301將紅外激光的1％分光至所述第一能量監(jiān)控系統(tǒng)302，99％分光至所述紅外光學(xué)系統(tǒng)304；所述第二分光鏡401將所述脈沖激光器403的1％分光至所述第二能量監(jiān)控系統(tǒng)402，99％分光至所述脈沖激光器403。

請(qǐng)參考圖2，在步進(jìn)方向上，所述紅外激光器303發(fā)出的紅外激光的光斑大于或者等于所述脈沖激光器403發(fā)出的脈沖激光的光斑，這樣可以使硅片50充分預(yù)熱，提高預(yù)熱效果。

在掃描方向上，所述紅外激光器303發(fā)出的紅外激光的光斑與所述脈 沖激光器403發(fā)出的脈沖激光的光斑中心重合。

采用上述具有能量補(bǔ)償?shù)募す馔嘶鹧b置的退火方法，包括以下步驟：

步驟一：所述同步控制系統(tǒng)10依次給所述紅外激光器控制系統(tǒng)30、所述綠光激光控制系統(tǒng)40和所述載片臺(tái)控制系統(tǒng)20發(fā)射信號(hào)；

步驟二：所述紅外激光控制系統(tǒng)30接收到同步控制系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)后，控制所述紅外激光器303發(fā)出紅外激光，所述紅外激光經(jīng)過(guò)所述紅外光學(xué)系統(tǒng)304整形聚焦后，以布儒斯特角入射到所述硅片50面，對(duì)所述硅片50預(yù)熱；

步驟三：所述綠光激光控制系統(tǒng)40接收到同步控制系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)后，控制所述脈沖激光器403發(fā)出脈沖激光，所述脈沖激光經(jīng)過(guò)綠光光學(xué)系統(tǒng)404整形聚焦后，以布儒斯特角入射到硅片50面；

步驟四：所述載片臺(tái)201接收到同步控制系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)后，帶動(dòng)硅片50掃描退火。

在步進(jìn)方向上，所述紅外激光器303發(fā)出的紅外激光的光斑大于或者等于所述脈沖激光器403發(fā)出的脈沖激光的光斑；在掃描方向上，所述紅外激光器303發(fā)出的紅外激光的光斑與所述脈沖激光器403發(fā)出的脈沖激光的光斑中心重合。

步驟二中采用第一能量監(jiān)控系統(tǒng)302監(jiān)測(cè)所述紅外激光器303的能量的穩(wěn)定性；步驟三中采用第二能量監(jiān)控系統(tǒng)402監(jiān)測(cè)所述脈沖激光器403 的能量的穩(wěn)定性。

請(qǐng)參考圖3，步驟二中采用所述紅外激光器303對(duì)所述硅片50預(yù)熱的時(shí)間t0是毫秒量級(jí)。步驟三中所述脈沖激光為脈沖激光，脈沖激光脈寬時(shí)間小于1微秒，即退火時(shí)間t1是微秒量級(jí)，溫度駐留時(shí)間在微秒量級(jí)，駐留時(shí)間短，可降低離子熱擴(kuò)散。

請(qǐng)參考圖3，步驟二中采用所述紅外激光器303對(duì)所述硅片50預(yù)熱的溫度是600～900度。

步驟三中所述脈沖激光為綠波激光，波長(zhǎng)范圍在500～550nm之間。

步驟二中所述紅外激光波長(zhǎng)范圍在790～980nm之間。

請(qǐng)參考圖4和圖5，圖4是527nm的激光在三種不同硅片上的反射率與入射角的關(guān)系曲線圖；圖5是808nm的激光在三種不同硅片上的反射率與入射角的關(guān)系曲線圖；這三種硅片分別是純硅片(Bare Si wafer)，硅片+500nm氧化物(500nm oxide on Si)，硅片+500nm氧化物+120nm聚合物(120nm poly on oxide)。

入射角是布儒斯特角，不同材料的硅片50的之間的反射率差異最小，大約在5％左右。也即對(duì)于不同材料的硅片50的反射率，即使入射角是布儒斯特角，其反射率差異大約還存在5％的差別。紅外激光和綠波激光二者能量可調(diào)可疊加，退火時(shí)，通過(guò)設(shè)定紅外激光和綠波激光的能量比，將紅外激光和綠波激光相互補(bǔ)償。且在選擇入射角度時(shí)，保證對(duì)于同一圖案， 對(duì)于綠波激光反射率較低，而對(duì)紅外激光反射率較高；或者對(duì)綠波激光反射率較高，對(duì)于紅外激光反射率較低，從而抵消反射率差異的影響，提高退火均勻性，避免圖案效應(yīng)問(wèn)題。

請(qǐng)參考圖6，綠波激光能量為1.2J/cm²時(shí)，沒(méi)有熱擴(kuò)散；綠波激光能量為1.5J/cm²時(shí)，熱擴(kuò)散僅1.6nm；綠波激光能量為1.8J/cm²時(shí)，其熱擴(kuò)散是5nm左右。熱擴(kuò)散較小，避免硅片50熱變形，減小對(duì)套刻精度的影響。

綜上，本發(fā)明提供的具有能量補(bǔ)償?shù)募す馔嘶鹧b置，采用紅外激光對(duì)硅片50進(jìn)行預(yù)熱，并采用短波長(zhǎng)的綠波激光脈沖激光退火，溫度駐留時(shí)間在微秒量級(jí)，駐留時(shí)間短，可降低離子熱擴(kuò)散；不需要對(duì)工件臺(tái)預(yù)熱，熱預(yù)算較小，避免帶來(lái)熱應(yīng)變，減小熱應(yīng)力變形，減小對(duì)套刻精度的影響。紅外激光和綠波激光均采用布儒斯特角進(jìn)行入射，可以降低圖案效應(yīng)的影響。另外，相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明不需要增加額外的預(yù)熱盤(pán)，簡(jiǎn)化了具有能量補(bǔ)償?shù)募す馔嘶鹧b置的機(jī)械結(jié)構(gòu)，節(jié)約成本。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。