專利名稱：用于熱處理襯底上形成的結(jié)構(gòu)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例一般涉及一種制造半導(dǎo)體器件的方法，尤其涉及一種 熱處理襯底的方法。
相關(guān)技術(shù)的描述
集成電路(IC)市場(chǎng)持續(xù)需求更大的存儲(chǔ)器容量、更快速的開(kāi)關(guān)速度、
以及更小的特征尺寸。業(yè)界對(duì)于這些需求所采取的主要措施之一是從在大 的熔爐內(nèi)的批處理硅晶片改變?yōu)樵谛〉奶幚硎覂?nèi)的單一晶片處理。在此種單一晶片處理期間，通常會(huì)將晶片加熱至高溫，從而可在該晶
片內(nèi)限定的多個(gè)IC器件中進(jìn)行各種化學(xué)及物理反應(yīng)。特別重要的是，IC
器件的良好的電性能需要退火植入?yún)^(qū)。退火會(huì)從先前制作為非晶質(zhì)的晶片 區(qū)域重新產(chǎn)生更加結(jié)晶化的結(jié)構(gòu)，并藉由將其原子并入該襯底或晶片的晶 格內(nèi)來(lái)活化摻雜劑。熱處理，例如退火，需要在短時(shí)間內(nèi)提供相對(duì)大量的 熱能給該晶片，并且之后快速冷卻該晶片以終止熱處理。目前使用的熱處
理的例子包含快速熱處理(RTP)以及脈沖(尖峰)退火。雖然此類處理廣為使 用，但目前的技術(shù)并非是最理想的。其傾向使晶片溫度攀升過(guò)于緩慢并且 使晶片暴露在高溫下過(guò)久。這些問(wèn)題隨著晶片大小增加、開(kāi)關(guān)速度增加、 及/或特征尺寸減小而變得更嚴(yán)重。
一般來(lái)說(shuō)，這些熱處理在根據(jù)預(yù)定熱配方的控制條件下加熱襯底。這 些熱配方基本上包括該半導(dǎo)體襯底必須被加熱至一溫度；溫度的改變速 率，即溫度上升和下降速率；以及該熱處理系統(tǒng)維持在該特定溫度下的時(shí) 間。例如，熱配方可能要求將該襯底從室溫加熱至120(TC或更高的多個(gè)不 同溫度，而其在各個(gè)不同溫度下的處理時(shí)間高達(dá)60秒，或更多。
此外，為了滿足某些目標(biāo)，例如材料在不同半導(dǎo)體襯底區(qū)域之間的交 互擴(kuò)散最小，必須限制每一個(gè)半導(dǎo)體襯底承受高溫的時(shí)間量。為了達(dá)到此
目的，溫度改變速率(包括溫度上升及下降兩者)較佳地都要高。換句話 說(shuō)，傾向于能夠在盡可能短的時(shí)間內(nèi)將該襯底的溫度從低溫修正至高溫， 反的亦然。
針對(duì)高溫度改變速率的要求導(dǎo)致快速熱處理(RTP)的發(fā)展，在此典型的
升溫速率范圍在200至400'C/秒，與常規(guī)熔爐的5-15。C/分鐘相比。典 型的降溫速率范圍在80至15CTC /秒。RTP的一個(gè)缺點(diǎn)在于其加熱整個(gè) 晶片，即使IC器件僅位于該硅晶片頂部數(shù)微米處。這限制了加熱及冷卻晶 片的速度。此外， 一旦整個(gè)晶片都處于高溫，熱就只能消散至周圍空間或 結(jié)構(gòu)內(nèi)。因此，現(xiàn)有技術(shù)中的RTP系統(tǒng)很難達(dá)到40CTC /秒的升溫速率以 及15CTC /秒的降溫速率。
為了解決常規(guī)RTP型處理發(fā)生的某些問(wèn)題，使用若干種掃描激光退火 技術(shù)來(lái)使村底表面退火。 一般來(lái)說(shuō)，這些技術(shù)傳送固定的能量通量至襯底 表面的一個(gè)小區(qū)域上，同時(shí)相對(duì)于傳送至該小區(qū)域的能量移動(dòng)、或掃描襯 底。因?yàn)閲?yán)格的均勻度要求以及最小化襯底表面上掃描區(qū)域的部分重迭的 復(fù)雜度，此類處理在熱處理形成于襯底表面上的接觸級(jí)器件上是無(wú)效的。
鑒于以上所述，需要一種以高升溫及降溫速率退火半導(dǎo)體襯底的方法。 這會(huì)提供較小器件制造上的較佳控制，進(jìn)而導(dǎo)致效能的增進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一般提供一種熱處理襯底的方法，包括通過(guò)在一個(gè)或多個(gè)區(qū) 域內(nèi)設(shè)置第二材料來(lái)修正由第 一材料形成的襯底內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域，第 二其中以第二材料修正襯底內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域適于降低一 個(gè)或多個(gè)區(qū)域 內(nèi)所含的第一材料的熔點(diǎn)；在襯底內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域內(nèi)設(shè)置第三材料； 以及傳送一定量的電磁能量至襯底表面，其與一個(gè)或多個(gè)區(qū)域熱連通，其 中該一定量的電磁能量適于使一個(gè)或多個(gè)區(qū)域內(nèi)的第一材料熔化。
本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種熱處理襯底的方法，包括提供具有一個(gè) 或多個(gè)經(jīng)修正的第 一 區(qū)域的村底，從而每 一 個(gè)第 一 區(qū)域內(nèi)所含材料的熔點(diǎn) 較襯底的一第二區(qū)域內(nèi)所含材料的熔點(diǎn)來(lái)得低，其中該第二區(qū)域及每一個(gè) 第一區(qū)域通常毗鄰襯底表面；在襯底表面上沉積一涂層，其中該涂層具有與襯底表面不同的吸收及反射系數(shù)；從襯底的通常毗鄰每一個(gè)第 一 區(qū)域或
第二區(qū)域的表面除去一部分的涂層第二；以及傳送一定量的電磁能量至該
襯底表面上含有一個(gè)或多個(gè)第一區(qū)域及第二區(qū)域的地區(qū)，其中該一定量的 電磁能量?jī)?yōu)先熔化一個(gè)或多個(gè)第一區(qū)域內(nèi)的材料。
本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種熱處理半導(dǎo)體襯底的方法，包括提供由 一襯底材料形成的襯底；在襯底表面上形成由第一材料組成的埋藏區(qū)，其 中第一材料具有第一熱傳導(dǎo)系數(shù)；在埋藏區(qū)上沉積由第二材料組成的第二 層，其中第二材料具有第二熱傳導(dǎo)系數(shù)；在襯底表面上形成一半導(dǎo)體器件， 其中所形成的半導(dǎo)體器件的一部分含有第二層的一部分；以及傳送一定量 的電磁能量至襯底的與第二層熱連通的表面第二，其中該電磁能量適于使 第二材料的與埋藏區(qū)熱連通的部分達(dá)到其熔點(diǎn)。
本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種熱處理襯底的方法，包括將襯底置于襯 底支撐件上，其中襯底具有在襯底表面上形成的多個(gè)特征結(jié)構(gòu)，而襯底表 面含有第一區(qū)域以及第二區(qū)域；在第一及第二區(qū)域上沉積一涂層，其中形 成該涂層的材料具有預(yù)期熱容；除去一部分的涂層，以使第一區(qū)域上的涂 層具有預(yù)期厚度，其中在除去一部分的涂層之后該襯底表面上的均勻熱容 通常是均勻的；以及傳送一定量的電磁能量至含有該第一區(qū)域及該第二區(qū) 域的地區(qū)，其中該 一 定量的電磁能量使第 一 區(qū)域內(nèi)的材料熔化。
本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種熱處理襯底的方法，包括提供一襯底， 其具有形成在襯底表面上的第一特征結(jié)構(gòu)及第二特征結(jié)構(gòu)，其中該第二特 征結(jié)構(gòu)含有第一區(qū)域及第二區(qū)域；將襯底置于襯底支撐件上；在第一及第 二特征結(jié)構(gòu)上沉積一涂層；除去一部分的涂層，以使該涂層設(shè)置在該第二 區(qū)域上，并且暴露出該第一特征結(jié)構(gòu)的表面；以及傳送一定量的電磁能量 至含有該第一特征結(jié)構(gòu)及該第二特征結(jié)構(gòu)的地區(qū)，其中該一定量的電磁能 量使該第二特征結(jié)構(gòu)的第 一 區(qū)域內(nèi)的材料熔化。
本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種熱處理襯底的方法，包含以一種或多種 預(yù)期波長(zhǎng)傳送第一量的電磁能量至襯底后表面，以使通常毗鄰該襯底前表 面的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域內(nèi)的材料熔化，其中該后表面及該前表面位于該襯底 的相反側(cè)，并且該襯底之前表面包含形成在其上的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種熱處理襯底的方法，包含傳送第一量的 電磁能量至襯底表面上的第一區(qū)域，其中該第一量的電磁能量使第一區(qū)域 內(nèi)的襯底材料熔化，并且使該結(jié)晶襯底材料變?yōu)榉蔷з|(zhì)；在該非晶質(zhì)的第
一區(qū)域內(nèi)植入第二材料；以及傳送第二量的電磁能量至第一區(qū)域，其中第 二量的電磁能量使第 一 區(qū)域內(nèi)的材料熔化。
本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種熱處理半導(dǎo)體襯底的設(shè)備，包括襯底支 撐件，具有一襯底支撐表面；加熱元件，其適于加熱設(shè)置在該襯底支撐件 上的襯底；以及強(qiáng)光源，其適于傳送一定量的輻射至設(shè)置在襯底支撐表面 上的襯底表面上的一區(qū)域。
本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種熱處理半導(dǎo)體襯底的設(shè)備，包括第一強(qiáng) 光源，其適于傳送第一量的能量至設(shè)置在襯底支撐表面上的襯底表面上的 一區(qū)域；第二強(qiáng)光源，其適于傳送第二量的能量至設(shè)置在襯底支撐表面上 的襯底表面上的該區(qū)域；以及控制器，其適于監(jiān)控傳送至該襯底表面上的 該區(qū)域的第一量的能量，并且控制傳送該第一量及第二量的能量之間的時(shí) 間，以及該第二量的能量的強(qiáng)度，以在該區(qū)域內(nèi)達(dá)到預(yù)期溫度。
本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種熱處理半導(dǎo)體襯底的設(shè)備，包括襯底支 撐件，具有襯底支撐表面以及形成在村底支撐件內(nèi)的一開(kāi)口；以及第一光 源，其適于透過(guò)形成在該襯底支撐件內(nèi)的開(kāi)口傳送一定量的輻射至該襯底 的第一地區(qū)，以及與村底前表面相對(duì)的襯底后表面，其中襯底之前表面含 有一個(gè)或多個(gè)形成在其上的半導(dǎo)體器件，并且該光線的量適于熔化包含在 該第一地區(qū)內(nèi)的一區(qū)域。
本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種熱處理襯底的方法，包括將襯底放置在 襯底支撐件上；以及傳送多個(gè)電磁能量脈沖至襯底表面上的第一地區(qū)，其 與襯底的第一區(qū)域熱連通。其中傳送多個(gè)電磁能量脈沖包括傳送第一電 ^磁能量脈沖至襯底表面；傳送第二電磁能量脈沖至襯底表面；以及調(diào)節(jié)第 一脈沖起始及第二脈沖起始之間的時(shí)間，以使包含在第一區(qū)域內(nèi)的材料熔 化。
本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種熱處理襯底的方法，包括將襯底放置在 襯底支撐件上；以及傳送電磁能量至襯底表面上，其與襯底的第一區(qū)域及
第二區(qū)域熱連通。其中傳送電磁能量包括以第一波長(zhǎng)傳送第一量的電磁
能量，以優(yōu)先熔化包含在第一區(qū)域內(nèi)而非第二區(qū)域內(nèi)的材料；以及以第二 波長(zhǎng)傳送第二量的電磁能量，以優(yōu)先熔化包含在第一 區(qū)域內(nèi)而非第二區(qū)域 內(nèi)的材料，其中傳送第二量的電磁能量以及傳送第一量的電磁能量的時(shí)間 重迭。
本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種熱處理襯底的方法，包括將襯底放置在 襯底支撐件上；以及傳送電磁能量至襯底表面上，其與襯底的第一區(qū)域及 第二區(qū)域熱連通，其中傳送電磁能量包括因變于時(shí)間調(diào)節(jié)電磁能量脈沖 的波形，以優(yōu)先熔化第 一 區(qū)域內(nèi)所含的材料。


因此可以詳細(xì)了解上述本發(fā)明的特4i的方式，即對(duì)簡(jiǎn)短地在前面扭;L述 過(guò)的本發(fā)明更明確的描述可以藉由參考實(shí)施例來(lái)得到，其中某些實(shí)施例在 附圖中示出。但是需要注意的是，附圖僅示出本發(fā)明的一般實(shí)施例，因此 不應(yīng)被視為對(duì)其范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明可允許其它等效實(shí)施例。
圖1示出能量源的等角視圖，其適于投射一定量的能量至本發(fā)明一實(shí) 施例中所述的襯底的限定區(qū)域上；
圖2A-2F示出本發(fā)明 一 實(shí)施例中所述的襯底表面上的 一 區(qū)域的示意性 側(cè)件見(jiàn)圖3A示出濃度對(duì)于本發(fā)明一實(shí)施例中的圖2A所示的襯底的一區(qū)域內(nèi) 的深度的曲線圖3B示出濃度對(duì)于本發(fā)明一實(shí)施例中的圖2B所示的襯底的一區(qū)域內(nèi) 的深度的曲線圖3C示出濃度對(duì)于本發(fā)明一實(shí)施例中的圖2C所示的襯底的一區(qū)域內(nèi) 的深度的曲線圖4A-4G是本發(fā)明一實(shí)施例中所述的電磁能量脈沖的示意性示圖； 圖5A-5C示出本發(fā)明 一實(shí)施例中所述的襯底表面上的一 區(qū)域的示意性
側(cè):視圖6A示出在本發(fā)明一實(shí)施例中所述的襯底表面上形成一個(gè)或多個(gè)預(yù)
期層的方法；
圖6B-6D示出結(jié)合在此所述的一實(shí)施例中的圖6A示出方法所述的襯 底的 一 區(qū)域的示意性側(cè)4見(jiàn)圖6E示出在本發(fā)明一實(shí)施例中所述的襯底表面上形成一個(gè)或多個(gè)預(yù) 期層的方法；
圖6F-6G示出結(jié)合在此所述的一實(shí)施例中的圖6E示出方法所述的襯 底的 一 區(qū)域的示意性側(cè)視圖7示出本發(fā)明一實(shí)施例中所述的襯底表面上的一區(qū)域的示意性側(cè)賴L
圖8示出本發(fā)明 一 實(shí)施例中所述的襯底表面上的 一 區(qū)域的示意性側(cè)視
圖9示出具有適于投射一定量的能量至本發(fā)明一實(shí)施例中所述的襯底 的 一限定區(qū)域上的能量源的系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
退火步驟的性能。通常，本發(fā)明的方法可用來(lái)通過(guò)傳送足夠的能量至所選 區(qū)域以使其再熔化然后凝固來(lái)優(yōu)先退火所選的襯底區(qū)域。
一般來(lái)說(shuō)，在此所用的"襯底，， 一詞可由擁有某自然導(dǎo)電能力的材料 或是可經(jīng)修正以提供導(dǎo)電能力的材料形成。典型的襯底材料包括，但不限 于，諸如硅(Si)及鍺(Ge)的半導(dǎo)體，以及展現(xiàn)半導(dǎo)體特性的其它化合物。此 類半導(dǎo)體化合物通常包括ni- V族和II -VI族的化合物。代表性的III- V族半 導(dǎo)體化合物包括，但不限于，砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、以及氮化鎵 (GaN)。 一般來(lái)說(shuō)，半導(dǎo)體襯底一詞包括塊體(bulk)半導(dǎo)體襯底以及具有沉 積層在其上的襯底。為此，通過(guò)本發(fā)明方法處理的某些半導(dǎo)體襯底內(nèi)的沉 積層利用均相外延(例如，在硅層上的硅)或異相外延(例如，在硅層上的砷 化鎵)成長(zhǎng)來(lái)形成。例如，本發(fā)明方法可與利用異相外延方法形成的砷化鎵 及氮化鎵襯底并用。同樣地，也可應(yīng)用本發(fā)明方法在形成在絕緣襯底(例如， 絕緣層上覆硅(SOI)襯底)上的相對(duì)較薄的結(jié)晶硅層上形成集成器件，例如薄膜晶體管(TFT)。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，傳送一定量的能量至該襯底的表面，以優(yōu)先熔 化該襯底的某些預(yù)期區(qū)域，以除去先前處理步驟造成的不需要的損害(例 如，來(lái)自植入處理的晶體損傷)，使摻雜劑更均勻地分布在該襯底的各個(gè)區(qū) 域內(nèi)，和/或活化該襯底的各個(gè)區(qū)域。由于摻雜劑原子在該襯底的熔化區(qū) 內(nèi)有增加的擴(kuò)散速率以及溶解度，因此該優(yōu)先熔化處理使這些摻雜劑可更
均勻地分布在該熔化區(qū)內(nèi)。熔化區(qū)的創(chuàng)建因而容許1)這些摻雜劑原子更 均勻地重新分布，2)除去先前處理步驟造成的缺陷，以及3)形成具有超陡 峭(hyper-abrupt)摻雜劑濃度的區(qū)域。具有超陡峭摻雜劑濃度的區(qū)域內(nèi) 的摻雜劑濃度梯度是非常大的(例如，<2納米/十的濃度)，因?yàn)闈舛仍谠?器件中的不同區(qū)域間快速改變。
使用在此所述的技術(shù)容許形成摻雜劑濃度比常規(guī)器件高的結(jié)，這是因 為所形成結(jié)的共同的負(fù)面特性(例如因?yàn)閾诫s水平的提高而在該襯底材料 內(nèi)造成缺陷濃度的增加)可利用在此所述的處理技術(shù)而輕易地降低至可接 受水平。較高的摻雜劑水平以及摻雜劑濃度的急遽改變可因而增加襯底各 個(gè)區(qū)域的導(dǎo)電性，進(jìn)而改善器件速度，而不會(huì)對(duì)器件產(chǎn)量造成負(fù)面影響， 同時(shí)使得摻雜劑擴(kuò)散進(jìn)入該襯底的各個(gè)區(qū)域的情形最小化。所產(chǎn)生的較高 摻雜劑濃度增加所形成器件的導(dǎo)電性并改善其性能。通常，用RTP處理形 成的器件不會(huì)使用大于約1 x 1015原子/平方厘米的摻雜劑濃度，因?yàn)檩^ 高摻雜劑濃度無(wú)法在典型的RTP處理期間輕易地?cái)U(kuò)散進(jìn)入該襯底的塊體 材料內(nèi)，并且反而會(huì)造成摻雜劑原子的群集以及其它類型的缺陷。使用在 此所述的一個(gè)或多個(gè)退火處理的實(shí)施例，可成功整合多得多的摻雜劑(高達(dá) 5-10倍多的摻雜劑，即1 x 1016原子/平方厘米)至預(yù)期的襯底表面上，因 為這些襯底區(qū)域經(jīng)優(yōu)先熔化，故這些摻雜劑會(huì)在這些液化區(qū)域固化之前更 均勻地分布在該液體中。
圖1示出本發(fā)明一實(shí)施例的等角視圖，其中能量源20適于投射一定量 的能量至該襯底10的限定區(qū)域，或是退火區(qū)域12上，以優(yōu)先熔化該退火 區(qū)域12內(nèi)的某些預(yù)期區(qū)域。在一示例中，如圖1所示地，僅有該襯底10 的一個(gè)或多個(gè)限定區(qū)域，例如退火區(qū)域12,在任何時(shí)間點(diǎn)都暴露在來(lái)自該能量源20的照射下。在本發(fā)明的一方面中，該襯底10的多個(gè)區(qū)域順序暴
露在來(lái)自該能量源20的預(yù)期量的能量下，以使該襯底10的預(yù)期區(qū)域優(yōu)先
熔化。 一般來(lái)說(shuō)，該襯底表面上的這些區(qū)域可藉由相對(duì)于該電磁輻射源的
輸出移動(dòng)該襯底(例如，常規(guī)的X/Y平移臺(tái)、精密平移臺(tái))，和/或相對(duì)于 該襯底移動(dòng)該輻射源的輸出來(lái)順序暴露的。通常，使用一個(gè)或多個(gè)常規(guī)電 性致動(dòng)器17(例如，線性馬達(dá)、導(dǎo)螺桿及伺服馬達(dá))來(lái)控制襯底10的移動(dòng) 及定位，而該致動(dòng)器17可以是分離的精密平移臺(tái)(未示出)的一部分。可用 來(lái)支撐及定位該襯底10以及熱交換器件15的常規(guī)精密平移臺(tái)可從美國(guó)加 州Rohnert Park的Parker Hannifin 7>司購(gòu)得。
在一方面中，該退火區(qū)域12經(jīng)調(diào)節(jié)大小以匹配形成在該襯底表面上的 管芯13(例如，圖1示出40個(gè)管芯)，或半導(dǎo)體器件(例如，記憶芯片)的大 小。在一方面中，該退火區(qū)域12的邊界經(jīng)對(duì)準(zhǔn)并調(diào)節(jié)大小以配合界定每一 個(gè)管芯13的邊界的切割線或劃線10A。在一實(shí)施例中，在執(zhí)行該退火處理 之前，使用通?？稍谠撘r底表面上找到的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記和其它常規(guī)技術(shù)將該襯 底對(duì)準(zhǔn)該能量源20的輸出，從而該退火區(qū)域12可適當(dāng)?shù)嘏c該管芯13對(duì) 準(zhǔn)。順序安置退火區(qū)域12以使其僅在管芯13之間自然產(chǎn)生的未使用空間 /邊界處重迭，例如這些切割線，藉以降低該能量在該襯底上這些器件形 成的地區(qū)內(nèi)重迭的需要，因此減少這些重迭退火區(qū)域之間的處理結(jié)果的變 化。此技術(shù)優(yōu)于在該襯底表面上掃略激光能量的常規(guī)處理，因?yàn)槠鋵⒅氐?限制在管芯13之間的未使用空間，故嚴(yán)格控制相鄰掃描區(qū)域的重迭的需要 以確保該襯底預(yù)期區(qū)域上的均勻退火并不是問(wèn)題。相對(duì)于使用遍布該襯底 的所有地區(qū)的相鄰重迭區(qū)域的常規(guī)掃描退火式方法，本發(fā)明將重迭限制在 管芯13之間的未使用空間/邊界也改善處理均勻度結(jié)果。因此，從該能量 源20所傳輸?shù)奶幚碓撘r底的關(guān)鍵區(qū)域的能量暴露量的不同所造成的處理 變化量被最小化，這是因?yàn)轫樞虬仓玫耐嘶饏^(qū)域12之間的任何傳輸能量的 重迭可以最小化。在一示例中，每一個(gè)順序安置的退火區(qū)域12的尺寸約 22毫米乘約33毫米的矩形區(qū)域(例如，面積約726平方毫米)。在一方面 中，形成在該村底表面上的每一個(gè)順序安置的退火區(qū)域12的面積介于約4 平方毫米(例如，2毫米x 2毫米)及約1000平方毫米(例如，25毫米x40
毫米)之間。
該能量源20通常適于傳輸電磁能量，以優(yōu)先融化該襯底表面的某些預(yù) 期區(qū)域。典型的電磁能量源包括，但不限于，光學(xué)輻射源(例如激光)、電 子束源、離子束源、及/或微波能量源。在一方面中，該襯底10暴露在來(lái) 自激光的能量脈沖下，其以 一個(gè)或多個(gè)適當(dāng)波長(zhǎng)發(fā)射光線一段預(yù)期時(shí)間。
在一方面中，調(diào)整來(lái)自該能量源20的能量脈沖，使得傳輸至該退火區(qū)域 12上的能量及/或在脈沖期間傳輸?shù)哪芰孔罴鸦?，以增?qiáng)某些預(yù)期地區(qū)的 優(yōu)先熔化。在一方面中，調(diào)整該激光的波長(zhǎng)以使絕大部分的激光被設(shè)置在 該襯底10上的硅層吸收。就對(duì)含硅襯底執(zhí)行的激光退火處理而言，該激光 光波長(zhǎng)通常小于約800納米，并且可以深紫外光(UV)、紅外線(IR)或其它 預(yù)期波長(zhǎng)傳送。在一實(shí)施例中，該能量源20是一強(qiáng)光源，例如激光，其適 于以約500納米和約11微米之間的波長(zhǎng)傳送輻射。在兩種情況中，該退 火處理一般在該襯底的給定區(qū)域上進(jìn)行一段相對(duì)較短的時(shí)間，例如約一秒 或更短的數(shù)量級(jí)。
在一方面中，傳送至該襯底表面上的能量的量被配置成使融化深度不 會(huì)超過(guò)該非晶質(zhì)化植入步驟界定的非晶深度。較深的熔化深度便于摻雜劑 從該摻雜的非晶層擴(kuò)散進(jìn)入未摻雜的熔化層。此種不預(yù)期的擴(kuò)散會(huì)劇烈且 不利地改變?cè)摪雽?dǎo)體襯底上的電路的電特性。在某些退火處理中，能量被 傳送至襯底表面一段非常短的時(shí)間，以熔化該襯底表面至一明確界定的深 度，例如少于0.5微米。確切深度由所制造的電子器件的尺寸決定。
退火處理期間襯底的溫度控制
在一實(shí)施例中，在熱處理期間藉由將該襯底10的表面設(shè)置為與一熱交 換器件15的襯底支撐表面16熱接觸來(lái)控制襯底溫度可能是合乎需要的， 如圖1所示。該熱交換器件15通常適于在退火處理之前或期間加熱及/或 冷卻該襯底。在此設(shè)置中，該熱交換器件15,例如可由加州圣塔克拉拉的 應(yīng)用材料公司取得的常規(guī)襯底加熱器，其可用來(lái)改善該襯底退火區(qū)域的處 理后特性。通常，該襯底10置于含有該熱交換器件15的處理室(未示出) 的 一 封閉處理環(huán)境內(nèi)(未示出)。處理期間該襯底停留在其內(nèi)的處理環(huán)境可
被抽成真空或包含有惰性氣體，其在處理期間具有低分壓的不合需要的氣 體，例如氧氣。
在一實(shí)施例中，可在執(zhí)行該退火處理之前先預(yù)熱該襯底，因此使得達(dá) 到該熔點(diǎn)所需的能量可最小化，其可減少因?yàn)榭焖偌訜峒袄鋮s該襯底所引 起的任何應(yīng)力，并且可能也減少該襯底再固化地區(qū)的缺陷密度。在一方面
中，該熱交換器件15含有電阻加熱元件15A及溫度控制器15C,其適于 加熱設(shè)置在襯底支撐表面16上的襯底。該溫度控制器15C與該控制器21 通信(在以下討論)。在一方面中，可能傾向于將該襯底預(yù)熱至介于約2CTC 和約75(TC之間的溫度。在一方面中，當(dāng)該襯底是由含硅材料形成時(shí)，可 能傾向于將該襯底預(yù)熱至介于約2CTC和約500。C之間的溫度。
在另一實(shí)施例中，可能傾向于在處理期間冷卻該襯底，以減少由于該 退火處理期間加諸于襯底的能量所造成的任何交互擴(kuò)散及/或增加熔化之 后的再成長(zhǎng)速度以增加處理期間各個(gè)區(qū)域的非晶質(zhì)化，例如結(jié)合圖8所述 地。在一配置中，該熱交換器件15含有一個(gè)或多個(gè)流體通道15B及低溫 冷卻器15D，其適于冷卻設(shè)置在襯底支撐表面16上的襯底。在一方面中， 常規(guī)低溫冷卻器15D與該控制器21通信，適于通過(guò)該一個(gè)或多個(gè)流體通 道15B輸送冷卻流體。在一方面中，可能傾向于將該襯底冷卻至介于約-240 'C和約2CTC之間的溫度。
該控制器21(第1圖)一般設(shè)計(jì)成便于在此所述的熱處理技術(shù)的控制及 自動(dòng)化，并且通常可包括中央處理單元(CPU)(未示出)、存儲(chǔ)器(未示出)、 以及支持電路(或輸入/輸出)(未示出)。該CPU可以是工業(yè)裝置中用來(lái)控 制各種進(jìn)程和硬件(例如，常規(guī)電磁輻射檢測(cè)器、馬達(dá)、激光硬件)以及監(jiān) 控進(jìn)程(例如，襯底溫度、襯底支撐溫度、來(lái)自該脈沖激光的能量的量、檢 測(cè)器信號(hào))的計(jì)算機(jī)處理器的任何形式的一種。該存儲(chǔ)器(未示出)與該CPU 連接，并且可以是一個(gè)或多種可輕易取得的存儲(chǔ)器，例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、軟盤(pán)、硬盤(pán)、或任何其它類型的數(shù)字存儲(chǔ)， 本地或遠(yuǎn)程的。軟件指令及數(shù)據(jù)可以編碼并儲(chǔ)存在該存儲(chǔ)器內(nèi)以指示該 CPU。這些支持電路(未示出)也與該CPU連接，以利用常規(guī)方法支持該處 理器。這些支持電路可包括常規(guī)高速緩存、電源、時(shí)鐘電路、輸入/輸出
電路、子系統(tǒng)、以及諸如此類?？捎稍摽刂破髯x取的程序(或計(jì)算機(jī)指令) 判定可在襯底上執(zhí)行哪些任務(wù)。較佳地，該程序是可由該控制器讀取的軟 件，并包括程序代碼以監(jiān)視及控制該襯底位置、每一個(gè)電磁脈沖所傳輸?shù)?能量的量、 一個(gè)或多個(gè)電磁脈沖的定時(shí)、因變于時(shí)間的每一個(gè)脈沖的強(qiáng)度 及波長(zhǎng)、該村底的各個(gè)區(qū)域的溫度、及其任何組合。
選擇性熔化
在最小化所形成器件的各個(gè)區(qū)域之間的交互擴(kuò)散、除去襯底材料中的 缺陷、以及使摻雜劑更均勻地分布在該襯底的各個(gè)區(qū)域內(nèi)的努力中，在該 襯底的各個(gè)區(qū)域上執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)處理步驟，以使該些區(qū)域在該退火處理 期間暴露于來(lái)自 一 能量源的能量下時(shí)優(yōu)先熔化。此后將修正該襯底的第一 區(qū)域的特性，以使第一、二區(qū)域在該退火處理期間都暴露在大約相同的能 量下時(shí)，第一區(qū)域比該襯底的第二區(qū)域優(yōu)先熔化，而上述的修正處理于下 文中被描述為在這兩個(gè)區(qū)域之間造成熔點(diǎn)反差。
一般來(lái)說(shuō)，可被修正以使
該襯底的預(yù)期區(qū)域能夠優(yōu)先熔化的襯底特性包括植入、趨入及/或共沉 積該襯底預(yù)期區(qū)域內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)器件、在該襯底的限定區(qū)域造成物理?yè)p 害，以及使所形成的器件結(jié)構(gòu)最佳化以在該襯底的預(yù)期區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生熔點(diǎn)反 差。于下文中將輪流探討每一種修正處理。
圖2A-2C示出在含有本發(fā)明 一 實(shí)施例的器件制造序列的不同階段下的 電子器件200的橫截面圖。圖2A示出形成在襯底10表面205上的典型電 子器件200的側(cè)視圖，而其具有兩個(gè)摻雜區(qū)域201(例如摻雜區(qū)域 201A-201B)(例如MOS器件的源極和漏極區(qū)域)、柵極215,以及柵極 氧化層216。這些摻雜區(qū)域201A-201B通常藉由植入預(yù)期摻雜劑材料至該 襯底10表面205內(nèi)形成。 一般來(lái)說(shuō)，典型的n型摻雜劑(施體型物種)可包 括砷(As)、磷(P)、及銻(Sb)，而典型的p型摻雜劑(受體型物種)可包括硼(B)、 鋁(AI)、及銦(ln)，其被導(dǎo)入該半導(dǎo)體襯底10內(nèi)以形成這些摻雜區(qū)域 201A-201B。圖3A標(biāo)出作為深度的函數(shù)的摻雜劑材料濃度的示例(例如曲 線d)，而該深度從表面205開(kāi)始沿著延伸通過(guò)該摻雜區(qū)域201A的路徑 203而進(jìn)入該襯底10。該摻雜區(qū)域201A在該植入處理之后具有結(jié)深度D!，
其可被定義為摻雜劑濃度降至可忽略量的位置。應(yīng)注意，圖2A-2F僅欲示 出本發(fā)明的一些方面，而非旨在限制可利用在此所述的本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施 例形成的器件類型、結(jié)構(gòu)類型、或器件區(qū)域。在一示例中，這些摻雜區(qū)域 201 (例如，MOS器件的源極或漏極區(qū)域)可相對(duì)于該柵極215(例如，MOS 器件的柵極)的位置升高或降低，而不會(huì)脫離在此所述的本發(fā)明的范圍。隨 著半導(dǎo)體器件大小縮小，形成在襯底10表面205上的電子器件200的結(jié) 構(gòu)構(gòu)件的位置及幾何形狀可改變，以改善器件可制造性或器件性能。也應(yīng) 注意，僅針對(duì)單個(gè)摻雜區(qū)域201A的修正，如圖2A-2E圖所示地，并非旨 在限制在此所述的本發(fā)明的范圍，而僅意欲示出可如何運(yùn)用本發(fā)明實(shí)施例 來(lái)制造半導(dǎo)體器件。
圖2B圖示出圖2A所示的電子器件200在一處理步驟期間的側(cè)視圖， 其適于選擇性修正該襯底10的不連續(xù)區(qū)域(例如，修正區(qū)210)的特性，在 此情況中是含有單個(gè)摻雜區(qū)域201A的區(qū)域，以產(chǎn)生熔點(diǎn)反差。在執(zhí)行該 修正處理后，該修正區(qū)210和未修正區(qū)211之間會(huì)產(chǎn)生熔點(diǎn)反差。在一實(shí) 施例中，該修正處理包括在該襯底表面上沉積一層時(shí)添加材料給該層，其 中所并入的材料適于與該襯底材料形成合金而降低該修正區(qū)210內(nèi)的區(qū)域 202的熔點(diǎn)。在一方面中，所并入的材料在一外延層沉積處理期間加入該 沉積層。
在另一實(shí)施例中，該修正處理包括植入(見(jiàn)圖2B的"A")適于與該襯底 材料形成合金的材料以降低該修正區(qū)210內(nèi)的區(qū)域202的熔點(diǎn)的步驟。在 一方面中，該修正處理適于植入該合金形成材料至深度D2，如圖2B所示。 圖3B示出作為深度函數(shù)的摻雜劑材料濃度(例如曲線d)以及植入的合金 形成材料濃度(例如曲線C2)的示例，而該深度從表面205開(kāi)始沿著路徑203 通過(guò)該襯底10。在一方面中，其中該襯底10由含硅材料形成，并且可使 用的植入合金形成材料包括，例如，鍺(Ge)、砷(As)、鎵(Ga)、碳(C)、錫 (Sn)、以及銻(Sb)。 一般來(lái)說(shuō)，該合金形成材料可以是在該襯底基底材料 的存在下加熱時(shí)，使該修正區(qū)210內(nèi)的區(qū)域202的熔點(diǎn)相對(duì)于這些未修正 區(qū)211降低的任何材料。在一方面中，硅襯底區(qū)藉由添加約1%至約20% 之間的鍺來(lái)修正，以降低該修正和未修正區(qū)之間的熔點(diǎn)。相信添加這些濃
度的鍺會(huì)降低該修正區(qū)相對(duì)于這些未修正區(qū)的熔點(diǎn)約300°C。在一方面中， 形成在硅襯底內(nèi)的區(qū)域202包括鍺(Ge)和碳(C)，因此會(huì)形成SixGeyCz合 金而降低該區(qū)域202相對(duì)于這些未修正區(qū)211的熔點(diǎn)。在另一方面中，藉 由添加約1%或更少的砷來(lái)修正硅襯底的一區(qū)域，以降低該修正及未修正 區(qū)之間的熔點(diǎn)。
在另一實(shí)施例中，該修正處理包括在不同修正區(qū)內(nèi)(例如修正區(qū)210) 引發(fā)某些襯底10材料損傷，以損壞該襯底的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，因而使這些區(qū)域更 加非晶質(zhì)。引發(fā)該村底結(jié)晶結(jié)構(gòu)的損傷(例如破壞單晶硅襯底)會(huì)降低此 區(qū)域相對(duì)于未受損傷區(qū)域的熔點(diǎn)，這是因?yàn)樵撘r底內(nèi)的原子的鍵合結(jié)構(gòu)改 變，因而導(dǎo)致該兩個(gè)區(qū)域之間的熱力學(xué)性質(zhì)差異。在一方面中，對(duì)于圖2B 的修正區(qū)210的損傷藉由以可對(duì)該襯底表面造成傷害的拋射物(projectile) 來(lái)轟擊該襯底10的表面205(見(jiàn)圖2B的"A")來(lái)執(zhí)行。在一方面中，該拋射 物是植入含硅襯底內(nèi)的硅(Si)原子，以在該修正區(qū)210內(nèi)造成該區(qū)域202 的損傷。在另一方面中，對(duì)于該襯底材料的損傷利用植入處理、離子束或 偏壓等離子體以氣體原子轟擊該表面來(lái)產(chǎn)生，該氣體原子例如氬(Ar)、氪 (Kr)、氙(Xe)或甚至是氮(N2)，以造成該修正區(qū)210的區(qū)域202的損傷。在 一方面中，該修正處理適于造成具有引發(fā)的損傷至深度D2處的區(qū)域202, 如圖2B所示。相信約5 x 1014及約1 x 1016/平方厘米之間的錯(cuò)位 (dislocation)或空缺密度對(duì)于產(chǎn)生修正區(qū)210相對(duì)于未修正區(qū)211之間 的熔點(diǎn)反差可能是有用的。在一方面中，圖3B示出作為深度函數(shù)的摻雜 劑材料濃度(例如，曲線C0以及缺陷密度(例如，曲線C2)的示例，而該深 度從表面205開(kāi)始沿著路徑203通過(guò)該襯底10。
應(yīng)注意，雖然圖2A-2B示出該修正處理在該摻雜處理之后執(zhí)行的處理 順序，此處理順序并不意欲限制在此所述的本發(fā)明的范圍。例如，在一實(shí) 施例中，傾向于在執(zhí)行圖2A所述的摻雜處理之前先執(zhí)行圖2B所述的修正 處理。
圖2C示出圖2B所示的電子器件200的側(cè)視圖，其暴露在自能量源發(fā) 出的輻射"B"下，例如來(lái)自激光的光學(xué)輻射。在此步驟期間，橫貫該襯底10 設(shè)置的這些修正區(qū)(例如，修正區(qū)210)和未修正區(qū)(例如，211)暴露在一定
量的能量下，其導(dǎo)致這些修正區(qū)210內(nèi)的區(qū)域202在施加輻射"B"的脈沖后 選擇性熔化并再固化，而這些未修正區(qū)211則維持固態(tài)。施加該輻射"B" 的能量總量、能量密度及持續(xù)時(shí)間可根據(jù)對(duì)該區(qū)域202的預(yù)期深度、用來(lái) 形成該區(qū)域202的材料、用來(lái)形成該電子器件200的其它材料、以及所形 成的電子器件200內(nèi)的組件的熱傳輸特性的了解而設(shè)定的，以優(yōu)先熔化這 些區(qū)域202。如圖2C和3C所示，在暴露于輻射"B"下時(shí)，該區(qū)域202的 再熔化及固化使這些摻雜劑原子的濃度(例如，曲線d)及合金形成原子濃 度(例如，曲線C2)更均勻地分布在該區(qū)域202內(nèi)。此外，該區(qū)域202和該 襯底塊體材料221之間的摻雜劑濃度有明確界定的邊界(即，超陡峭結(jié))， 因此使得進(jìn)入該襯底塊體材料221內(nèi)的不需要擴(kuò)散的現(xiàn)象最小化。在上面 討論其中在襯底10內(nèi)引發(fā)損傷以改善熔點(diǎn)反差的實(shí)施例中，在再固化之后 缺陷濃度(例如，曲線C2)會(huì)優(yōu)先降至可忽略水平。
熱隔離技術(shù)
在另 一 實(shí)施例中，調(diào)整所形成器件的不同區(qū)域的各種熱性質(zhì)以使一 區(qū) 域相對(duì)于另一個(gè)區(qū)域優(yōu)先熔化。在一方面中，該熔點(diǎn)反差藉由以具有不同 熱傳導(dǎo)系數(shù)(k)的材料形成該器件的不同區(qū)域來(lái)產(chǎn)生。應(yīng)注意，通過(guò)傳導(dǎo)傳 輸?shù)臒崃坑煞匠淌經(jīng)Q定
<formula>formula see original document page 26</formula>其中Q是熱流經(jīng)一主體的時(shí)間速率(time rate), k是取決于該材料性質(zhì) 以及材料溫度的熱傳導(dǎo)系數(shù)，A是熱所流經(jīng)的面積，Ax是熱通過(guò)其間的物 質(zhì)的主體厚度，而AT是溫度傳輸經(jīng)過(guò)其間的溫度差異。因此，因?yàn)閗是 該材料的特性，該襯底各個(gè)區(qū)域內(nèi)的材料的選擇或修正容許控制熱流進(jìn)及 流出該襯底的不同區(qū)域，以增加各個(gè)區(qū)域的熔點(diǎn)反差。換句話說(shuō)，當(dāng)襯底 的 一 區(qū)域的材料具有比其它區(qū)域內(nèi)的材料高的熱傳導(dǎo)系數(shù)時(shí)，其會(huì)在激光 退火處理期間經(jīng)由傳導(dǎo)流失而喪失較多的熱能，因此，不會(huì)達(dá)到與熱傳導(dǎo) 系數(shù)較低的另 一個(gè)區(qū)域所達(dá)到的相同的溫度。與熱傳導(dǎo)系數(shù)較高的區(qū)域緊 密接觸的區(qū)域可避免熔化，而與熱傳導(dǎo)系數(shù)較低的區(qū)域緊密接觸的其它區(qū) 域會(huì)在該激光退火處理期間達(dá)到其熔點(diǎn)。藉由控制該電子器件200各個(gè)區(qū)
域的熱傳導(dǎo)系數(shù)，可增加熔點(diǎn)反差?？赏ㄟ^(guò)在該電子器件200的各個(gè)下層 執(zhí)行常規(guī)沉積、圖案化及蝕刻技術(shù)來(lái)執(zhí)行具有不同熱傳導(dǎo)系數(shù)的區(qū)域的建 立，以產(chǎn)生具有不同熱傳導(dǎo)系數(shù)的這些區(qū)域。具有不同熱傳導(dǎo)系數(shù)的這些 下方層可利用常規(guī)化學(xué)氣相沉積(CVD)處理、原子層沉積(ALD)處理、植入 處理、以及外延沉積^支術(shù)形成。
圖2D示出具有埋藏區(qū)224的電子器件200的側(cè)視圖，該埋藏區(qū)224 具有比該襯底塊體材料221低的熱傳導(dǎo)系數(shù)。在此例中，能量源發(fā)射出的 輻射"B"被該襯底表面205吸收，并傳導(dǎo)通過(guò)該襯底10，因此該埋藏區(qū)224 之上的區(qū)域(例如，摻雜區(qū)201A)內(nèi)的熱流(Q^低于來(lái)自不具有較低傳導(dǎo)性 埋藏層的區(qū)域的熱流(Q2)。因此，由于該埋藏區(qū)224之上的區(qū)域的熱流失 低于該襯底的其它區(qū)域，此區(qū)域會(huì)比該器件的其它區(qū)域達(dá)到較高的溫度。 藉由控制該能量源20傳送的能量，該埋藏層之上的區(qū)域內(nèi)的溫度可升高至 會(huì)造成其相對(duì)于其它區(qū)域優(yōu)先熔化的水平。在一方面中，該埋藏區(qū)224由 絕緣材料制成，例如二氧化硅(Si02)、氮化硅(SiN)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、 其組合物或其衍生物。因此雖然欲熔化的區(qū)域內(nèi)的襯底材料的實(shí)際熔點(diǎn)并 未改變，但與該襯底表面的其它區(qū)域相比仍然有可計(jì)量并且可重復(fù)的熱性 態(tài)反差，這使其可選擇性地熔化。在另一實(shí)施例中，該埋藏區(qū)224可具有 比該襯底塊體材料221高的熱傳導(dǎo)系數(shù)，其于是使不具有該埋藏層的區(qū)域 可相對(duì)于該埋藏層以上的區(qū)域優(yōu)先熔化。
修正表面性質(zhì)
在一實(shí)施例中，改變?cè)撘r底10的各個(gè)區(qū)域202上的表面的性質(zhì)以改 變一個(gè)或多個(gè)預(yù)期區(qū)域之間的熔點(diǎn)反差。在一方面中，改變?cè)撘r底表面的 一預(yù)期區(qū)域的發(fā)射率(emissivity)以改變處理期間從該襯底表面?zhèn)魉统龅?能量。在此例中，發(fā)射率比其它區(qū)域低的區(qū)域會(huì)達(dá)到較高的處理溫度，這 是因?yàn)槠錈o(wú)法將接收自能量源20的吸收能量再次輻射出。當(dāng)執(zhí)行涉及襯底 表面的熔化的退火處理時(shí)，該襯底表面所達(dá)到的處理溫度可以相當(dāng)高(例 如，硅可達(dá)到1414°C)，因此改變發(fā)射率的結(jié)果可對(duì)該熔點(diǎn)反差造成極大 的影響，因?yàn)檩椛錈醾鬏斒侵饕臒崃魇C(jī)制。因此，襯底表面不同區(qū)域
的發(fā)射率的變化可對(duì)該襯底各個(gè)區(qū)域最終達(dá)到的溫度有顯著影響。在該退 火處理期間，發(fā)射率較低的區(qū)域可上升至高于熔點(diǎn)，而吸收相同能量的發(fā) 射率較高的區(qū)域則實(shí)質(zhì)上可維持低于熔點(diǎn)。改變各個(gè)表面的發(fā)射率，或發(fā)
射率反差，可藉由將低或高發(fā)射率涂層選擇性沉積至該襯底表面上，和/ 或修正該襯底表面(例如，表面氧化、表面粗糙化)來(lái)達(dá)成。
在一實(shí)施例中，改變?cè)撘r底表面的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域的反射率以改變?cè)?襯底10暴露在來(lái)自該能量源的能量下時(shí)所吸收的能量。藉由改變?cè)撘r底表 面的反射率，該襯底表面及下方的區(qū)域所吸收的能量以及從而該襯底可達(dá) 到的最大溫度會(huì)基于反射率而不同。在此例中，反射率較低的表面會(huì)比反 射率較高的表面更容易熔化。改變襯底表面的反射率可藉由將低或高反射 系數(shù)涂層選擇性沉積至該襯底表面上，和/或修正該襯底表面(例如，表面 氧化、表面粗糙化)來(lái)達(dá)成?？蛇x擇性地施加一高度吸收(非反射)涂層至意 欲在該退火處理期間熔化的區(qū)域。
圖2E示出一實(shí)施例，其中涂層225被選擇性沉積，或均勻地沉積然 后選擇性移除，而在該襯底10的表面205上形成發(fā)射率和/或反射率與 其它區(qū)域不同的層。在此例中，可基于該涂層性質(zhì)而相對(duì)于該襯底其它區(qū) 域內(nèi)所吸收的能量(Q2)來(lái)修正位于該涂層225下方的該摻雜區(qū)域201A的 熱流(QO。以此方式，從該涂層225的熱流失(Q3)或反射可相對(duì)于從其它 區(qū)域的熱流失(Q4)而改變。在一方面中，利用CVD沉積處理在該襯底表面 上沉積含碳涂層。
圖2F示出一實(shí)施例，其中在該襯底表面上，例如在圖2A所示的器件 上，沉積有改變?cè)撘r底表面的光學(xué)性質(zhì)(例如，發(fā)射率、反射率)的涂層226， 然后除去一部分的材料以產(chǎn)生具有不同光學(xué)性質(zhì)的區(qū)域。例如，如圖2F 所示地，該涂層226已從該柵極215表面移除，因而使該涂層226表面和 該柵極表面205暴露在該入射輻射"B"下。在此例中，該涂層226和該柵極 表面205具有不同的光學(xué)性質(zhì)，例如不同的發(fā)射率和/或不同的反射率。
處理來(lái)執(zhí)行，例如濕蝕刻或化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)處理。在此例中，可基于 該涂層性質(zhì)而相對(duì)于該襯底的柵極215區(qū)域內(nèi)的吸收及熱流(Q2)來(lái)修正位
于該涂層226下方的這些摻雜區(qū)域201A-201B內(nèi)的吸收及熱流(QJ。以此 方式，從該涂層226的熱流失(Q3)或反射可相對(duì)于從該柵極215區(qū)域的熱 流失(Q》或反射而改變。
在一實(shí)施例中，該涂層226含有一個(gè)或多個(gè)具有預(yù)期厚度的沉積層， 其單獨(dú)或合并發(fā)生作用而修正暴露在一個(gè)或多個(gè)入射輻射波長(zhǎng)下的襯底的 各個(gè)區(qū)域的光學(xué)性質(zhì)(例如，發(fā)射率、吸收度、反射率)。在一方面中，該 涂層226含有單獨(dú)或合并發(fā)生作用而優(yōu)先吸收或反射一個(gè)或多個(gè)入射輻射 "B"波長(zhǎng)的沉積層。在一實(shí)施例中，該涂層226含有介電材料，例如氟硅玻 璃(FSG)、非晶碳、二氧化硅、碳化硅、硅碳鍺合金(SiCGe)、含氮碳化硅 (SiCN)、利用可從加州圣塔克拉拉的應(yīng)用材料公司購(gòu)得的處理所制造的 BLOkTM介電材料，或利用化學(xué)氣相沉積(CVD)處理或原子層沉積(ALD)處理 沉積在該襯底表面上的含碳涂層。在一方面中，涂層226含有金屬，例如 但不限于，鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、鈷(Co)或釕(Ru)。
應(yīng)注意，在此所述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可彼此合并使用，以進(jìn)一步增 大處理范圍(process window)。例如， 一選擇性沉積的、高吸收涂層可與 摻雜某些界定區(qū)域并用，以擴(kuò)大該退火處理的處理范圍。
調(diào)整能量源輸出以達(dá)到優(yōu)先熔化
如上所注明地，該能量源20 —般適于輸送電磁能量以優(yōu)先熔化該襯底 10的某些預(yù)期區(qū)域。典型的電磁能量源包括，但不限于，光學(xué)輻射源(例 如，激光(UV、 IR等波長(zhǎng)))、電子束源、離子束源、及/或微波能量源。在 本發(fā)明一實(shí)施例中，該能量源20適于傳送光學(xué)輻射，例如激光，以選擇性 地加熱襯底的預(yù)期區(qū)域至熔點(diǎn)。
在一方面中，該襯底10暴露在來(lái)自激光的能量脈沖下，其以一個(gè)或多 個(gè)適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)發(fā)出輻射，并且所發(fā)射出的輻射具有預(yù)期能量密度(瓦特/平 方厘米)和/或脈沖持續(xù)時(shí)間，以增強(qiáng)某些預(yù)期區(qū)域的優(yōu)先熔化。就在含硅 襯底上執(zhí)行的激光退火處理而言，輻射的波長(zhǎng)通常小于約800納米。在任 一種情況中，該退火處理通常在該襯底的特定區(qū)域進(jìn)行一段相對(duì)較短的時(shí) 間，例如約一秒或更短的數(shù)量級(jí)。用于退火處理的預(yù)期波長(zhǎng)和脈沖波形可
圖4A-4D示出各個(gè)實(shí)施例，其中因變于時(shí)間調(diào)整從能量源20傳送至 退火區(qū)域12 (圖1 )的脈沖能量的若干屬性，藉以達(dá)到改善的熔點(diǎn)反差， 并且改善退火處理結(jié)果。在一實(shí)施例中，傾向于因變于時(shí)間改變激光脈沖 的波形，和/或改變所傳送能量的波長(zhǎng)，以增強(qiáng)熱輸入至意欲熔化的襯底 區(qū)域內(nèi)，并且使熱輸入至其它區(qū)域內(nèi)的情形最小化。在一方面中，可能也 傾向于改變傳送至該襯底的能量。
圖4A示出可從能量源20傳送至襯底10(見(jiàn)圖1)的電磁輻射的單個(gè)脈 沖(例如，脈沖401)的傳送能量相對(duì)于時(shí)間的曲線圖。圖4A所示的脈沖通 常是一矩形脈沖，其在整個(gè)脈沖期間(W傳送固定能量(EO。
在一方面中，該脈沖410的波形可在其傳送至該襯底10時(shí)因變于時(shí) 間而改變。圖4B示出可從能量源20傳送至襯底10的電磁輻射的波形不 同的兩個(gè)脈沖401A、 401B的曲線圖。在此示例中，每一個(gè)脈沖可包括相 同的總能量輸出，如每一個(gè)曲線下方的面積所表示地，但是暴露該襯底10 的區(qū)域在一種脈沖下的效果相對(duì)于另 一種脈沖可改善退火期間所經(jīng)歷的熔 點(diǎn)反差。因此，藉由改變每一個(gè)脈沖的波形、尖峰功率電平和/或所傳送 的能量，可改善該退火處理。在一方面中，該脈沖是一高斯波形。
圖4C示出梯形的電磁輻射脈沖(例如，脈沖401)。在此例中，在該脈 沖401的兩個(gè)不同部分(例如，402和404)中，所傳送的能量因變于時(shí)間而 改變。雖然圖4C示出一種脈沖401輪廓，或波形，其中能量以線性方式 相對(duì)于時(shí)間改變，這并非意欲限制本發(fā)明的范圍，因?yàn)槊}沖所傳送的能量 的時(shí)間變化可例如具有二次、三次、或四次波形曲線。在另一方面中，一 脈沖因變于時(shí)間所傳送的能量輪廓或波形可以是二階、三階、或指數(shù)形曲 線。在另一實(shí)施例中，在處理期間使用具有不同波形的脈沖可能是有利的 (例如，矩形及三角形調(diào)制脈沖、正弦及矩形調(diào)制脈沖、矩形、三角形及正 弦調(diào)制脈沖等)，以達(dá)到預(yù)期退火結(jié)果。
取決于該器件各個(gè)區(qū)域的性質(zhì)，可調(diào)整所傳送的電磁輻射脈沖波形以 改善退火處理結(jié)果。參見(jiàn)圖4B，例如，在欲于退火處理期間熔化的襯底的 各個(gè)區(qū)域藉由熱傳導(dǎo)系數(shù)低的區(qū)域與該器件的其它區(qū)域熱隔離的某些情況中，使用波形類似脈沖401B的脈沖可能是有利的。具有較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的
脈沖可能是有利的，因?yàn)樵撘r底較為導(dǎo)熱的材料區(qū)域會(huì)有更多時(shí)間藉由傳 導(dǎo)來(lái)散熱，而欲熔化的區(qū)域是較為隔熱的，因而欲熔化的區(qū)域的溫度可以 上升至熔點(diǎn)溫度。在此例中，可適當(dāng)選擇該脈沖的持續(xù)時(shí)間、尖峰功率電 平以及總能量輸出，因而使不欲熔化的區(qū)域不會(huì)達(dá)到其熔點(diǎn)。調(diào)整該脈沖 波形的處理在使用具有不同發(fā)射率的表面以產(chǎn)生熔點(diǎn)反差時(shí)也可以是有利 的。
參見(jiàn)圖4C,在一實(shí)施例中，調(diào)整部分402的斜率、部分402的波形、 部分403的波形、 一功率電平的時(shí)間(例如，能級(jí)E"!處的部分403)、部分 404的斜率、和/或部分404的波形以控制退火處理。應(yīng)注意，由于微粒 及處理結(jié)果變化性的因素，通常不傾向于在處理期間使該退火區(qū)域內(nèi)的材 料蒸發(fā)。因此傾向于調(diào)整能量脈沖的波形，以使該退火區(qū)域的溫度快速達(dá) 到其熔點(diǎn)，同時(shí)不會(huì)使該區(qū)域過(guò)熱而造成該材料的蒸發(fā)。在一實(shí)施例中， 如圖4G所示，可調(diào)整脈沖401的波形，因此其具有多個(gè)部分(即，部分402、 403A、 403B、 403C、及404),用來(lái)使該退火區(qū)域快速達(dá)到其熔點(diǎn)，然后 保持該材料在熔化狀態(tài)下一段預(yù)期時(shí)間(例如，同時(shí)避免該退火區(qū)域內(nèi) 的材料蒸發(fā)。這些部分的時(shí)間長(zhǎng)度、波形以及每一個(gè)脈沖部分的持續(xù)時(shí)間 可隨著大小、熔化深度、以及該退火區(qū)域內(nèi)所含的材料的改變而改變。
在另 一方面中，可組合輻射能量的多種波長(zhǎng)以改善傳送至該襯底預(yù)期 區(qū)域的能量，以達(dá)到改善的熔點(diǎn)反差，和/或改善的退火處理結(jié)果。在一 方面中，改變每一個(gè)組合波長(zhǎng)所傳送的能量以改善熔點(diǎn)反差，并且改善退 火處理結(jié)果。圖4D示出脈沖401含有兩個(gè)波長(zhǎng)的示例，其每單位時(shí)間可 傳送不同的能量至襯底10以改善熔點(diǎn)反差和/或改善退火處理結(jié)果。在此 示例中，在該脈沖期間以一固定級(jí)施加頻率F1至該襯底，并且在該脈沖期
間的大部分時(shí)間內(nèi)以固定級(jí)施加另 一個(gè)頻率F2至該襯底10,除了達(dá)到尖 峰持續(xù) 一段時(shí)間的部分之外。
圖4E示出具有兩個(gè)連續(xù)部分的脈沖401的曲線圖，其以兩種不同頻 率F3和F4傳送能量。因此，因?yàn)樵撘r底的各個(gè)區(qū)域可以不同速率吸收不 同波長(zhǎng)的能量，使用含有能夠傳送可變能量的多種波長(zhǎng)的脈沖，如圖4D
和4E所示，可能是有利的，以達(dá)到所要的退火處理結(jié)果。
在一實(shí)施例中，在不同時(shí)間傳送兩個(gè)或多個(gè)電》茲輻射脈沖至該襯底的
一區(qū)域，因此可輕易控制該襯底表面上的區(qū)域的溫度。圖4F示出兩種脈沖 401A和401B的曲線圖，其在不同時(shí)間，或時(shí)段(t)，的不同時(shí)距處傳送， 以選擇性地熔化襯底表面上的某些區(qū)域。在此配置中，藉由調(diào)整這些連續(xù) 脈沖之間的時(shí)段(t)，可輕易控制該襯底表面上的區(qū)域所達(dá)到的尖峰溫度。 例如，藉由縮短脈沖之間的時(shí)段(t)，或頻率，該第一脈沖401A所傳送的 熱在傳送該第二脈沖401B之前的散熱時(shí)間較短，這會(huì)使該襯底內(nèi)達(dá)到的 尖峰溫度比脈沖之間的時(shí)段增長(zhǎng)時(shí)來(lái)得高。以此方式，藉由調(diào)整該時(shí)段， 可輕易控制能量及熔化溫度。在一方面中，可能傾向于確保每一個(gè)脈沖自 身不含有足以使該村底達(dá)到熔化溫度的能量，但這些脈沖的組合使這些區(qū) 域202達(dá)到熔化溫度。傳送多個(gè)脈沖(例如兩個(gè)或多個(gè)脈沖)的處理相對(duì) 于傳送單 一 個(gè)能量脈沖的處理而易于降低該襯底材料所經(jīng)歷到的熱沖擊 (thermal shock)。熱沖擊可造成該襯底的損傷，并產(chǎn)生微粒，其會(huì)在隨后 于該襯底上執(zhí)行的處理步驟中造成缺陷。
參見(jiàn)圖4F，在一實(shí)施例中，兩個(gè)或多個(gè)諸如激光的能量源順序運(yùn)作， 以便因變于時(shí)間塑造襯底表面的熱分布。例如， 一激光或一激光陣列可傳 送將該襯底表面升高至溫度To—段時(shí)間^的脈沖401A。在^結(jié)束之前或 結(jié)束時(shí)，從第二激光，或是一前一后操作的多個(gè)激光傳送第二脈沖401B， 其使該襯底溫度升高至溫度L一段時(shí)間t2。因此可藉由控制從該多個(gè)激光 傳送出的連續(xù)能量脈沖來(lái)塑造該熱分布。此處理可具有熱處理優(yōu)勢(shì)，例如 但不限于，控制摻雜劑擴(kuò)散以及摻雜劑擴(kuò)散方向的應(yīng)用。
電石茲輻射務(wù)jc沖
為了傳送足夠的電磁輻射(光)至含硅襯底的表面，或由需要熱處理的 另 一種材料組成的村底的表面，可使用如下處理控制。
在一實(shí)施例中，兩個(gè)或多個(gè)諸如激光的能量源順序運(yùn)作，以便利用可 校正脈沖和脈沖之間的能量變化的方式塑造受到熱處理以及激光操作處的 襯底表面的熱分布。在一方面中，該源20 (在圖1及9中示出)含有兩個(gè)
或多個(gè)電磁能量源，例如但不限于，光學(xué)輻射源(例如激光)、電子束源、 離子束源、和/或微波能量源。來(lái)自例如脈沖激光的器件的脈沖和脈沖之 間的能量可能在每一個(gè)脈沖都存有百分比變化。脈沖能量的變化對(duì)于襯底 熱處理而言可能是無(wú)法接受的。為了校正此脈沖變化， 一個(gè)或多個(gè)激光傳 送使該襯底溫度升高的脈沖。然后利用一電子控制器(例如，圖1的控制器 21)，其適于監(jiān)控所傳送的脈沖及正在傳送的脈沖的能量，或上升時(shí)間，來(lái) 計(jì)算"整理，，或調(diào)整熱分布所需的能量(例如，因變于時(shí)間的襯底的一區(qū)域 的溫度)，以使其落在處理目標(biāo)內(nèi)，并命令第二較小激光或一系列的較小激 光傳送最終能量以完成該熱處理。該電子控制器一般使用一個(gè)或多個(gè)常規(guī) 輻射檢測(cè)器來(lái)監(jiān)控傳送至該襯底的脈沖的能量及/或波長(zhǎng)。這些較小激光
也可能具有脈沖輸出能量的尖峰對(duì)尖峰(peak-to-peak)變化，但是因?yàn)?實(shí)質(zhì)上其在每個(gè)脈沖傳送比該表面處理開(kāi)始時(shí)的起始脈沖(或多個(gè)脈沖)少 的能量，因此這個(gè)誤差一般落在處理限制內(nèi)。該電子控制器因此適于補(bǔ)償 一脈沖所傳送的能量的變化，因而確保該熱處理期間傳送預(yù)期的能級(jí)。
在一方面中，上面討論的該兩個(gè)或多個(gè)能量源也可利用具有彩色頻率 的帶寬的單色(波長(zhǎng))激光、多個(gè)波長(zhǎng)、單個(gè)或多個(gè)時(shí)間及空間激光模式、 以及平坦化狀態(tài)來(lái)植入。
該激光或這些激光的輸出可能不具有正確的傳送至該襯底表面的空間 及時(shí)間能量分布。因此，使用微透鏡來(lái)形成這些激光輸出的系統(tǒng)被用來(lái)在 該襯底表面產(chǎn)生均勻的空間能量分布。玻璃類型以及微透鏡幾何形狀的選 擇可補(bǔ)償用來(lái)傳送該脈沖激光能量至該襯底表面必須的光學(xué)器件串 (optical train)的熱致透4免-夂應(yīng)(thermal lensing effect)。
在襯底表面處的脈沖能量的高頻率變化，稱為光斑(speckle),因?yàn)橄?鄰的入射能量的建設(shè)性及破壞性相位干擾而產(chǎn)生。光斑補(bǔ)償可包括如下 表面聲波器件，用以快速改變?cè)撘r底處的相位，因而此快速變化實(shí)質(zhì)上比 該或這些激光脈沖的熱處理時(shí)間快；激光脈沖的脈沖相加；改變激光脈沖 的極化，例如，傳送多個(gè)同步或延遲的脈沖，其是線性極化的但在不平行 情況下具有其極化狀態(tài)(e-向量)。
形成在圖案化襯底上的熱穩(wěn)定結(jié)構(gòu)
在一實(shí)施例中，如圖5A-5C所示，在該襯底表面上沉積一均質(zhì)層(圖 5B的項(xiàng)110)，以在該襯底表面暴露在從一電磁輻射源(未示出)傳送的電磁 能量150下時(shí)，減少熔化的硅區(qū)域112的深度、或體積的變化。熔化區(qū)域 的深度、或體積的變化受到圖案化襯底的各個(gè)區(qū)域的質(zhì)量密度變化、該輻 射能量輻射的材料的吸收系數(shù)、以及該材料的若干物理及熱性質(zhì)(例如，導(dǎo) 熱性、熱容、材料厚度)影響。 一般來(lái)說(shuō)，該電磁輻射來(lái)源被設(shè)計(jì)成傳送電 ^磁能量至襯底表面，以熱處理或退火該襯底表面的一部分。典型的電^f茲輻 射源可包括，但不限于，光學(xué)輻射源(例如，激光)、電子束、離子束、或 微波源。
形成在圖5A-5C和圖6A-6C所示的襯底100表面102上的器件結(jié)構(gòu) 并不意欲限制在此所述的本發(fā)明的范圍，因此，例如，該硅區(qū)域112(例如， MOS器件的源極或漏極區(qū)域)可相對(duì)于該特征結(jié)構(gòu)101(例如，MOS器件的 柵極)的位置升高或降低，而不會(huì)背離在此所述的本發(fā)明的范圍。隨著半導(dǎo) 體器件的大小減小，形成在襯底表面上的器件的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的位置及幾何形 狀也改變，以改善器件可制造性或器件性能。
圖5A示出襯底100的剖面圖，其具有多個(gè)特征結(jié)構(gòu)101及硅區(qū)域112 形成在該襯底100表面102上。如圖5A所示，該表面102具有多個(gè)特征 結(jié)構(gòu)101，其橫向相隔不同的距離。在一方面中，這些特征結(jié)構(gòu)101的"柵 極"，而這些硅區(qū)域112是"源極和漏極區(qū)域"，其用來(lái)在該襯底表面上 形成金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)器件。在圖5A所示的配置中，該入射電磁能 量150輻射該表面102，使該襯底表面102的某些區(qū)域吸收該入射能量， 并且可能形成熔化區(qū)113。暴露在該入射電磁能量150下的各個(gè)材料的物 理、熱及光學(xué)性質(zhì)決定該表面102上的各區(qū)是否會(huì)在暴露于所傳送的能量 下時(shí)熔化。相信當(dāng)這些特征結(jié)構(gòu)101是多晶硅柵極時(shí)，其在波長(zhǎng)<800納米 所吸收的來(lái)自激光的能量會(huì)顯著低于含有N型或P型摻雜的硅(例如在 MOS器件的源極或漏極區(qū)域找到地)的硅區(qū)域112所吸收的能量。因此， 相信因?yàn)檫@些特征結(jié)構(gòu)101的熱容及熱質(zhì)量(thermal mass),以及其關(guān)于 硅區(qū)域112的相對(duì)位置，在毗鄰這些特征結(jié)構(gòu)101的地區(qū)內(nèi)所傳輸?shù)碾姶?br> 能量150會(huì)保持較冷，這是因?yàn)闊釘U(kuò)散離開(kāi)該熔化區(qū)113。熱流失至這些 特征結(jié)構(gòu)101會(huì)降低可用來(lái)形成該熔化區(qū)113的能量，因此影響該熔化區(qū) 113的深度和/或體積。因此，需要一種方式來(lái)減少該襯底表面上圖案化 密度的變化。
圖5B示出襯底100的剖面圖，其具有多個(gè)特征結(jié)構(gòu)101、硅區(qū)域112 及均質(zhì)層120形成在該襯底100表面102上。圖5B與圖5A類似，除了 其增設(shè)有均質(zhì)層120。一般來(lái)說(shuō)，該均質(zhì)層120用來(lái)使該襯底100表面102 的熱容更均勻。在一實(shí)施例中，該均質(zhì)層120的形成厚度及材料被選擇成 平衡該襯底表面的熱容，以降低該襯底表面上改變的質(zhì)量密度的影響，因 而減少該熔化區(qū)113的深度和/或體積的變化。 一般來(lái)說(shuō)，該均質(zhì)層120 材料被選擇成使其不會(huì)在隨后的退火處理期間熔化，并且可在執(zhí)行該退火 處理后從該襯底表面選擇性地除去。在一方面中，該均質(zhì)層120是成分與 形成這些特征結(jié)構(gòu)101的材料相類似的材料，例如，含多晶硅材料。在另 一方面中，該均質(zhì)層120是含碳化硅的材料或金屬(例如，鈦、氮化鈦、鉭、 鎢)。
較佳地，該均質(zhì)層120的厚度(例如ch)被選擇成使得該器件結(jié)構(gòu)的熱 容均勻。在一方面中，該均質(zhì)層120的厚度由如以下控制
(M((x00 5x[d2/(((X2)05)]
其中
df這些特征結(jié)構(gòu)101的厚度(見(jiàn)圖5B)
oc 1= k i/( p ，Cp，)并且 CC 2= k 2/( p 2Cp2)
其中1^等于用來(lái)形成該均質(zhì)層120的材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)，p，等于用 來(lái)形成該均質(zhì)層120的材料的質(zhì)量密度，Cp1等于用來(lái)形成該均質(zhì)層120 的材料的熱容，K2等于用來(lái)形成這些特征結(jié)構(gòu)101的材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)，
P2等于用來(lái)形成這些特征結(jié)構(gòu)101的材料的質(zhì)量密度，Cp2等于用來(lái)形成
這些特征結(jié)構(gòu)101的材料的熱容。
圖6A示出一系列的方法步驟，其可用來(lái)在該襯底100表面102上形 成該均質(zhì)層120。在步驟190，如在圖6A和6B示出地，利用常規(guī)沉積處
理在該襯底100表面102(例如，特征結(jié)構(gòu)101)上沉積該均質(zhì)層120，例如 化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體輔助CVD、原子層沉積(ALD)、等離子體 輔助ALD、或旋轉(zhuǎn)涂布式沉積處理。在步驟192,如在圖6A和6C示出地， 利用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)處理平坦化含有該均質(zhì)層120的該襯底100表面 102。在步驟194,如在圖6A和6D示出地，利用選擇性材料移除處理而 選擇性蝕刻該均質(zhì)層，例如濕蝕刻或干蝕刻式處理，直到達(dá)到預(yù)期厚度c^ 為止。接著，可傳送一定量的入射電磁能量至該襯底表面，以使該熔化區(qū) 113內(nèi)含的材料均勻的退火/熔化。
均質(zhì)層上的吸收層
圖5C是襯底100的剖面圖，其含有圖5B所示的器件，連同沉積在其 上的添加層125,以調(diào)整該襯底表面上的各個(gè)區(qū)域的光學(xué)性質(zhì)。在一方面 中，添加該層125以改善傳送至該襯底100的各個(gè)區(qū)域的電磁能量150的 吸收。在一實(shí)施例中，該層125與上述的涂層225或226相同。如圖5C 所示，該層125優(yōu)先形成在該均質(zhì)層120上，以改善傳送至這些硅區(qū)域112 的能量的選擇性。該層125的預(yù)期厚度可隨著所傳送的電磁能量150的波 長(zhǎng)改變而改變。
參見(jiàn)圖6A-6G,在一實(shí)施例中，在執(zhí)行步驟190至194之后，可用步 驟196及198來(lái)形成一選擇性沉積的吸收層125。在步驟196，如圖6E 和6F所示，該層125沉積在這些特征結(jié)構(gòu)101以及如上述般在步驟 190-194形成的該均質(zhì)層120之上。在步驟198,如圖6E和6G所示，藉 由執(zhí)行材料移除步驟將該層125從這些特征結(jié)構(gòu)101的上表面除去，例如 通常利用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)處理完成的平坦化處理。在一方面中，利用 所沉積的層125來(lái)改變?cè)撘r底表面上一個(gè)或多個(gè)預(yù)期區(qū)域之間的熔點(diǎn)反 差，而其藉由容許不同量的熱被吸收及傳送至這些熔化區(qū)113以及這些熔 化區(qū)113之間的區(qū)域(其并不與該層125及該均質(zhì)層120直接接觸)。
衍射光柵
不同大小、形狀和間隔距離的特征結(jié)構(gòu)暴露在電磁輻射下時(shí)產(chǎn)生的一
個(gè)問(wèn)題在于取決于該電磁輻射的波長(zhǎng)，施加至這些特征結(jié)構(gòu)的能量可能經(jīng) 歷因衍射效應(yīng)所引起的建設(shè)性或破壞性干涉，其不預(yù)期地改變傳送至預(yù)期 區(qū)域的能量，或能量密度(例如，瓦/平方米)。參見(jiàn)圖7,這些特征結(jié)構(gòu) 101之間的間隔可能不同，以使該表面上的入射激光的波長(zhǎng)改變，造成傳
送至該襯底100表面102上的能量密度的變化。
在一實(shí)施例中，如圖7所示， 一層726被成長(zhǎng)至超過(guò)所有的特征結(jié)構(gòu) 101高度的厚度，以減少因?yàn)樾纬稍谠撘r底表面上的器件(例如，特征結(jié)構(gòu) 101)之間的不MJ'j間隔所造成的衍射效應(yīng)。在一方面中，未示出，進(jìn)一步 平坦化該層726的表面720(例如，CMP處理)，以減少該襯底10表面720 的任何固有的構(gòu)形(topographical)變化。 一般來(lái)說(shuō)，傾向于減少該襯底 表面的構(gòu)形變化，以具有低于退火處理期間所傳送能量的波長(zhǎng)的約四分的 一(<1/4入)的4于底表面的波峰對(duì)波谷變4匕(peak-to-valley variation;見(jiàn)圖7 圖的"PV")。也傾向于具有大于退火處理期間所傳送能量的波長(zhǎng)的約五倍 (例如，>5入)的襯底表面波峰之間(見(jiàn)圖7的"PP")的平均周期。在一示例中， 當(dāng)使用波長(zhǎng)800納米的激光源時(shí)，預(yù)期降低表面720的固有構(gòu)形變化至低 于約200納米的波峰對(duì)波谷變化，以及大于約4000納米的波峰變化之間 的周期。在一方面中，該層726利用CVD沉積處理沉積的碳層，或是上 面關(guān)于層125、涂層225、及層226所討論的材料。
在一實(shí)施例中，形成在暴露于入射電磁輻射下的襯底表面上的器件的 設(shè)計(jì)被特別構(gòu)思及設(shè)置而產(chǎn)生預(yù)期衍射圖案，以改善不同區(qū)之間的熔點(diǎn)反 差。因此為用來(lái)退火該襯底表面的入射輻射"B"(圖7)的波長(zhǎng)，或多個(gè)波長(zhǎng)， 調(diào)整這些特征結(jié)構(gòu)的物理設(shè)置。
在襯底內(nèi)形成非晶質(zhì)區(qū)
在一實(shí)施例中，執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)處理步驟以在原來(lái)單晶或多晶的材料 內(nèi)選擇性形成非晶質(zhì)區(qū)140，以減少隨后植入處理期間所產(chǎn)生的損傷量， 并增加該非晶質(zhì)區(qū)140相對(duì)于該襯底的其它區(qū)域的熔點(diǎn)反差。在一非晶質(zhì) 區(qū)(例如非晶硅層)內(nèi)植入摻雜劑，易于均勻化在固定離子能量下預(yù)期摻 雜劑的植入深度，這是因?yàn)槿狈υ诮Y(jié)晶質(zhì)晶格結(jié)構(gòu)(例如，單晶硅)內(nèi)可發(fā)
現(xiàn)的各平面上的密度變化。 一非晶質(zhì)層的植入傾向于減少通常在結(jié)晶結(jié)構(gòu) 的常規(guī)植入處理中發(fā)現(xiàn)的結(jié)晶損傷。因此，當(dāng)隨后利用退火型處理再熔化 該非晶質(zhì)區(qū)140時(shí)(如上所述)，所形成的區(qū)域可以更加均質(zhì)的摻雜輪廓 以及減少的缺陷數(shù)量而再結(jié)晶。該再熔化處理也除去該植入處理所造成的
任何損傷。該非晶質(zhì)區(qū)140的形成也降低所影響區(qū)域的熔點(diǎn)，因而可改善 該非晶質(zhì)區(qū)140和相鄰的單晶區(qū)域141之間的熔點(diǎn)反差。
在一實(shí)施例中，傳送一短劑量的能量(圖7的物品"B")至襯底10,以在 一預(yù)期區(qū)域內(nèi)(例如，非晶質(zhì)區(qū)140)選擇性修正及形成一非晶硅層。在一方 面中，傳送一電磁能量脈沖，或劑量，至該預(yù)期區(qū)域一段足夠短的時(shí)間， 以造成所影響的非晶質(zhì)區(qū)140的快速熔化和冷卻，以在該襯底內(nèi)產(chǎn)生一非 晶質(zhì)區(qū)。在此例中，該能量脈沖的時(shí)間短到可使其在該加熱區(qū)內(nèi)造成高再 成長(zhǎng)速度以產(chǎn)生一非晶質(zhì)區(qū)。在一方面中，該加熱區(qū)內(nèi)的再成長(zhǎng)速度大于 約12米/秒。
在一方面中，傳送一能量脈沖至硅襯底的預(yù)期區(qū)域一段低于約10—8秒 的時(shí)間。在此方面中，該能量脈沖可從一激光傳送，其傳送大于109瓦特 /平方厘米的尖峰功率，并且較佳地在約109至約10化瓦特/平方厘米之 間一段低于約10-8秒的時(shí)間。在一方面中，可改變用于產(chǎn)生該非晶硅層所 傳送的劑量的功率、脈沖時(shí)間、波形，以達(dá)到具有預(yù)期尺寸、形狀及深度 的非晶質(zhì)區(qū)140。在一方面中，所傳送劑量的能量的波長(zhǎng)被選擇或改變以 達(dá)到預(yù)期熔化輪廓。在一方面中，該波長(zhǎng)可以是UV或IR波長(zhǎng)。在一方面 中，該激光的波長(zhǎng)可低于約800納米。在另一方面中，該波長(zhǎng)可以是約532 納米或約193納米。
在一實(shí)施例中，使用一掩模來(lái)在該襯底表面的若千區(qū)域上優(yōu)先形成該 非晶質(zhì)區(qū)。
電磁輻射傳送
圖9是處理室的 一 區(qū)域的剖面圖，其示出能量源2 0適于從該背側(cè)表面 901傳送能量至該襯底10的退火區(qū)域12以優(yōu)先熔化該退火區(qū)域12內(nèi)的 某些預(yù)期區(qū)域的實(shí)施例。在一方面中，該襯底的一個(gè)或多個(gè)限定區(qū)域(例如退火區(qū)域12)在任何特定時(shí)間暴露在來(lái)自該能量源20的輻射下。在一 方面中，該襯底10的多個(gè)區(qū)域順序暴露在該能量源2 0通過(guò)該背側(cè)表面9 01 傳送的預(yù)期能量下，以造成該襯底預(yù)期區(qū)域的優(yōu)先熔化。在一方面中，該 退火區(qū)域12被調(diào)節(jié)大小以符合該管芯大小(例如，圖1的物品13)，或符 合形成在該襯底10上表面902上的半導(dǎo)體器件的大小。在一方面中，該 退火區(qū)域12的邊界被對(duì)準(zhǔn)并調(diào)節(jié)大小以匹配限定每一個(gè)管芯的邊界的切 割線10。因此，起因于來(lái)自該能量源20的能量暴露量的不同，以使得處 理變化量被最小化，這是因?yàn)轫樞虬仓玫耐嘶饏^(qū)域12之間的任何重迭可以 最小化。在一示例中，該退火區(qū)域12的尺寸為約22毫米乘約33毫米的 矩形區(qū)域。
在一實(shí)施例中，該襯底10設(shè)置在形成于一襯底支撐件910上的襯底 支撐區(qū)911上，該襯底支撐件910具有容許該襯底10的背側(cè)表面901接 收從該能量源20傳送來(lái)的能量的開(kāi)口 912。在此配置中，從該能量源20 發(fā)射出的輻射"B"加熱適于吸收一部分的放射能量的區(qū)域903。該能量源20 通常適于傳送電磁能量以優(yōu)先熔化該襯底表面的某些預(yù)期區(qū)域。典型的電 磁能量源包括，但不限于，光學(xué)輻射源(例如激光)、電子束源、離子束源、 和/或微波能量源。在一方面中，該襯底10暴露在來(lái)自激光的能量脈沖下， 其以一個(gè)或多個(gè)適當(dāng)波長(zhǎng)發(fā)射光線一段預(yù)期時(shí)間。在一方面中，修正來(lái)自 該能量源20的能量脈沖，因此使得傳輸穿過(guò)該退火區(qū)域12上的能量及/ 或在脈沖期間傳輸?shù)哪芰孔罴鸦?，以增?qiáng)某些預(yù)期區(qū)域的優(yōu)先熔化。在一 方面中，調(diào)整該激光的波長(zhǎng)以使絕大部分的激光被設(shè)置在該襯底10上的硅 層吸收。就在含硅襯底上執(zhí)行的激光退火處理而言，該光線波長(zhǎng)通常小于 約800納米，并且可以在深紫外光(UV)、紅外線(IR)或其它預(yù)期波長(zhǎng)傳送。 在兩種情況中，該退火處理一般在該襯底的特定區(qū)域上進(jìn)行一段相對(duì)較短 的時(shí)間，例如約 一秒或更短的數(shù)量級(jí)。
在一方面中，該能量源20所發(fā)射出的輻射的波長(zhǎng)被選擇成使形成該襯 底的塊體材料對(duì)該入射光而言比欲藉由對(duì)該入射的發(fā)射光的暴露優(yōu)先熔化 的接近該上表面902的區(qū)域更為可穿透。在一方面中，欲優(yōu)先熔化的區(qū)域 含有吸收透過(guò)該襯底背側(cè)傳送的能量的材料，例如摻雜劑材料或植入處理
期間造成的離子化結(jié)晶損傷(例如，結(jié)晶缺陷、Frenkel缺陷、空穴)。 一般 來(lái)說(shuō)，該摻雜劑材料可以是硼、磷、或其它半導(dǎo)體處理常用的摻雜劑材料。 在一實(shí)施例中，形成該襯底的塊體材料是含硅材料，而所發(fā)射光的波長(zhǎng)大 于約1微米。在另一方面中，該能量源20含有二氧化碳激光，其適于發(fā)射 集中在9.4和10.6微米左右的主要波長(zhǎng)帶。在再一實(shí)施例中，該能量源20 是適于傳送紅外線區(qū)的波長(zhǎng)，其通常是在約750納米和約1微米之間。
在一實(shí)施例中， 一吸收涂層(未示出)被設(shè)置在該襯底10的該退火區(qū)域 12上，因此通過(guò)該襯底背側(cè)傳送的入射光可在其穿透過(guò)該襯底前被吸收。 在一方面中，該吸收涂層是金屬，例如鈦、氮化鈦、鉭、或其它適合的金 屬材料。在另一方面中，該吸收涂層是碳化硅材料、非晶碳材料，或半導(dǎo) 體器件制造中常用的其它適合材料。
在一實(shí)施例中，傳送兩種光波長(zhǎng)至該襯底的預(yù)期區(qū)域，使得該第一光 波長(zhǎng)用來(lái)在該襯底中從摻雜劑或可在該預(yù)期退火區(qū)域中發(fā)現(xiàn)的其它離子化 結(jié)晶損傷產(chǎn)生自由載流子(例如，電子或空穴)，因而所產(chǎn)生的自由載流子 會(huì)吸收以第二波長(zhǎng)通過(guò)該襯底背側(cè)傳送的能量。在一方面中，該一波長(zhǎng)是 "綠光"波長(zhǎng)(例如，約490納米至約570納米)和/或較短的波長(zhǎng)。在一 實(shí)施例中，該一波長(zhǎng)從與該能量源20位于該襯底的相反側(cè)的第二源920 以預(yù)期的功率密度(瓦特/平方厘米)傳送至該襯底的預(yù)期區(qū)域，在圖9中 示出。在另一實(shí)施例中，該兩波長(zhǎng)(例如， 一及第二波長(zhǎng))從該來(lái)源20通過(guò) 該襯底背側(cè)傳送。在再一實(shí)施例中，在預(yù)期功率密度(瓦特/平方厘米)下 的該兩波長(zhǎng)(例如第 一及第二波長(zhǎng))從兩個(gè)不同的電磁能量源(未示出)通過(guò) 該襯底背側(cè)傳送。
雖然前述內(nèi)容針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例，但本發(fā)明的其它及進(jìn)一 步實(shí)施例 可在不背離其基本范圍下設(shè)計(jì)出，并且其范圍由如下申請(qǐng)專利范圍決定。
權(quán)利要求
1. 一種熱處理襯底的方法，包括通過(guò)在由第一材料形成的襯底中的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域內(nèi)設(shè)置第二材料修正所述一個(gè)或多個(gè)區(qū)域，其中以所述第二材料修正所述襯底內(nèi)的所述一個(gè)或多個(gè)區(qū)域適于降低所述一個(gè)或多個(gè)區(qū)域內(nèi)所含的所述第一材料的熔點(diǎn)；在所述襯底內(nèi)的所述一個(gè)或多個(gè)區(qū)域內(nèi)設(shè)置第三材料；以及傳送一定量的電磁能量至所述襯底的表面，其與所述一個(gè)或多個(gè)區(qū)域熱連通，其中所述量的電磁能量適于使所述一個(gè)或多個(gè)區(qū)域內(nèi)的所述第一材料熔化。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括設(shè)置所述襯底使其與熱交換器 件熱連通，其中所述熱交換器件適于加熱所述襯底至約-240。C和約60CTC 之間的溫度。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一材料選自由硅、 鍺、砷化鎵、磷化鎵、及氮化鎵所組成的組。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一材料是含硅材 料，而所述第二材料選自由鍺、砷、鎵、碳、錫、及銻所組成的組。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三材料選自由砷、 石奔、銻、硼、鋁、及銦所組成的組。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二材料選自由氬、 氪、氙及氮所組成的組。
7. —種熱處理襯底的方法，包括提供具有一個(gè)或多個(gè)經(jīng)修正的第 一 區(qū)域的所述襯底，從而每個(gè)所述一 個(gè)或多個(gè)第 一 區(qū)域內(nèi)所含的材料的熔點(diǎn)較所述襯底的第二區(qū)域內(nèi)所含的材 料的熔點(diǎn)來(lái)得低，其中所述第二區(qū)域及每個(gè)所述一個(gè)或多個(gè)第一區(qū)域通常與所述4十底的一表面相鄰；在所述襯底的所述表面上沉積涂層，其中所述涂層具有與所述襯底的 所述表面不同的吸收和反射系數(shù)；從所述襯底的所述表面上除去部分的所述涂層，其通常與每個(gè)所述一 個(gè)或多個(gè)第一區(qū)域或所述第二區(qū)域相鄰；以及傳送一定量的電磁能量至所述襯底的所述表面上含有所述一個(gè)或多個(gè) 第 一 區(qū)域及所述第二區(qū)域的地區(qū)，其中所述量的電磁能量?jī)?yōu)先熔化所述一 個(gè)或多個(gè)第一區(qū)域內(nèi)的材料。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，還包括控制襯底支撐件的溫度，而使 設(shè)置在所述襯底支撐件上的所述襯底在所述電磁能量傳送至所述襯底的所 述表面之前處于約2(TC和約60(TC之間的溫度下。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，修正所述第一區(qū)域的步 驟包括在所述一個(gè)或多個(gè)第 一 區(qū)域的材料內(nèi)設(shè)置合金形成材料，其中所述 合金形成材料選自由鍺、砷、鎵、碳、錫、及銻所組成的組。
10. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述襯底的所述表面上 的所述地區(qū)介于約4平方毫米(mm2)和約1000平方毫米之間。
11. 一種熱處理半導(dǎo)體襯底的方法，包括 提供由襯底材料形成的襯底；在所述襯底的一表面上形成由第一材料組成的埋藏區(qū)，其中所述第一 材料具有第一熱傳導(dǎo)系數(shù)；在所述埋藏區(qū)上沉積由第二材料組成的第二層，其中所述第二材料具 有第二熱傳導(dǎo)系數(shù)；在所述襯底的所述表面上形成半導(dǎo)體器件，其中所形成的所述半導(dǎo)體 器件的一部分含有所述第二層的一部分；以及傳送一定量的電磁能量至所述襯底的所述表面，而所述表面與所述第 二層熱連通，其中所述一定量的電磁能量適于使所述第二材料與所述埋藏 區(qū)熱連通的 一部分達(dá)到其熔點(diǎn)。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一材料的熱傳導(dǎo) 系數(shù)小于所述第二材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述第二材料選自由硅、 鍺、砷化鎵、磷化鎵、及氮化鎵所組成的組。
14. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一材料選自由二 氧化硅、氮化硅、氮化硅碳、石墨、鍺、砷化鎵、磷化鎵、及氮化鎵所組 成的組。
15. —種熱處理襯底的方法，包括將所述襯底置于襯底支撐件上，其中所述襯底具有形成在所述襯底的 表面上的多個(gè)特征結(jié)構(gòu)，而所述表面含有第 一區(qū)域以及第二區(qū)域；在所述第一及第二區(qū)域上沉積涂層，其中形成所述涂層的材料具有預(yù) 期熱容；除去一部分的所述涂層，而使所述第 一 區(qū)域上的所述涂層具有預(yù)期厚 度，其中在除去部分的所述涂層之后，所述襯底的所述表面上的平均熱容 為大致均勻的；以及傳送 一 定量的電磁能量至含有所述第 一 區(qū)域及所述第二區(qū)域的地區(qū)， 其中所述電磁能量使所述第 一 區(qū)域內(nèi)的材料熔化。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，還包括控制襯底支撐件的溫度，而使 設(shè)置在所述襯底支撐件上的所述襯底在所述電磁能量傳送至所述襯底的所 述表面之前處于約2CTC和約600。C之間的溫度下。
17. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，修正所述第一區(qū)域包括 在所述一個(gè)或多個(gè)第一區(qū)域的材料內(nèi)設(shè)置合金形成材料，其中所述合金形 成材料選自由鍺、砷、鎵、碳、錫、及銻所組成的組。
18. —種熱處理襯底的方法，包括提供所述襯底，其具有形成在所述襯底的表面上的第一特征結(jié)構(gòu)及第 二特征結(jié)構(gòu)，其中所述第二特征結(jié)構(gòu)含有第一區(qū)域及第二區(qū)域； 將所述襯底置于襯底支撐件上； 在所述第 一 及第二特征結(jié)構(gòu)上沉積涂層；除去一部分的所述涂層，而使所述涂層設(shè)置在所述第二區(qū)域上，并且 暴露出所述第一特征結(jié)構(gòu)的表面；以及傳送一定量的電磁能量至含有所述第一特征結(jié)構(gòu)及所述第二特征結(jié)構(gòu) 的地區(qū)，其中所述一定量的電磁能量使所述第二特征結(jié)構(gòu)的所述第 一 區(qū)域 內(nèi)的材料熔化。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，還包括控制所述襯底支撐件的溫度， 以使設(shè)置在所述襯底支撐件上的所述襯底在所述電磁能量傳送至所述襯底 的所述表面之前處于約2CTC和約600。C之間的溫度下。
20. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，修正所述第一區(qū)域包括 在所述一個(gè)或多個(gè)第一區(qū)域的材料內(nèi)設(shè)置合金形成材料，其中所述合金形 成材料選自由鍺、砷、鎵、碳、錫、及銻所組成的組。
21. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述涂層的至少一部分 包括氟硅玻璃(FSG)、非晶碳、二氧化硅、碳化硅、硅碳鍺合金(SiCGe)、 鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、鈷(Co)、釕(Ru)、或氮化硅碳(SiCN)。
22. —種熱處理襯底的方法，包括以一個(gè)或多個(gè)預(yù)期波長(zhǎng)傳送第一量的電磁能量至所述襯底的后表面， 以使通常毗鄰所述襯底的前表面的 一 個(gè)或多個(gè)區(qū)域內(nèi)的材料熔化，其中所 述后表面及所述前表面位于所述襯底的相反側(cè)，并且所述襯底的所述前表 面包括形成在其上的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)預(yù)期波 長(zhǎng)都大于約1微米。
24. 如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述襯底由一材料形成， 所述材料選自由硅、鍺、砷化鎵、磷化鎵、及氮化鎵所組成的組。
25. 如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)區(qū)域內(nèi) 的所述材料還包括一材料，所述材料選自由鍺、砷、鎵、碳、錫、和銻所 組成的組。
26. 如權(quán)利要求22所述的方法，還包括以低于約570納米的波長(zhǎng)傳送 第二量的電磁能量至所述襯底的表面。
27. —種熱處理襯底的方法，包括傳送第一量的電磁能量至襯底的一表面上的第一區(qū)域，其中所述第一 量的電磁能量使所述第 一 區(qū)域內(nèi)的襯底材料熔化，并且使結(jié)晶的所述襯底 材料變?yōu)榉蔷з|(zhì)；在所述非晶質(zhì)的第 一 區(qū)域內(nèi)植入第二材料；以及傳送第二量的電磁能量至所述第一區(qū)域，其中所述第二量的電磁能量 使所述第 一 區(qū)域內(nèi)的材料熔化。
28. 如權(quán)利要求27所述的方法，還包括加熱襯底支撐件，以使設(shè)置在 所述襯底支撐件上的所述襯底在所述第二電磁能量傳送至所述襯底的所述 表面之前處于約20。C和約600。C之間的溫度。
29. 如權(quán)利要求27所述的方法，還包括冷卻襯底支撐件，以使設(shè)置在所述襯底支撐件上的所述襯底在所述第二電磁能量傳送至所述襯底的所述表面之前處于約-240 °C和約2 0 °C之間的溫度。
30. —種熱處理半導(dǎo)體襯底的設(shè)備，包括 襯底支撐件，具有襯底支撐表面；加熱元件，其適于加熱設(shè)置在所述襯底支撐件上的襯底；以及 強(qiáng)光源，其適于傳送一定量的輻射至設(shè)置在所述襯底支撐表面上的所 述襯底的 一表面上的區(qū)域。
31. 如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其特征在于，所述襯底的所述表面上 的所述區(qū)域介于約4平方毫米和約1000平方毫米之間。
32. 如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其特征在于，所述加熱元件適于加熱 所述襯底支撐件至約2(TC和約60(TC之間的溫度。
33. 如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，還包括形成在所述襯底支撐件內(nèi)的一 個(gè)或多個(gè)冷卻通道，其適于接收將所述襯底支撐件冷卻至介于約-24(TC和 約20°C之間的溫度的熱交換流體。
34. 如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，還包括附連至所述村底支撐件的平臺(tái)； 其中所述平臺(tái)適于將所述襯底設(shè)置在通常與所述襯底支撐表面平行的至少 一個(gè)方向上。
35. 如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其特征在于，所述強(qiáng)光源適于以介于 約500納米和約11樣乏米之間的波長(zhǎng)傳送所述輻射。
36. —種熱處理半導(dǎo)體襯底的設(shè)備，包括 第一強(qiáng)光源，其適于傳送第一量的能量至設(shè)置在襯底支撐表面上的所述襯底的一表面上的區(qū)域；第二強(qiáng)光源，其適于傳送第二量的能量至設(shè)置在所述襯底支撐表面上 的所述襯底的所述表面上的所述區(qū)域；以及控制器，其適于監(jiān)控傳送至所述襯底的所述表面上的所述區(qū)域的所述 第一量的能量，并且控制傳送所述第一量的能量及所述第二量的能量之間 的時(shí)間，以及所述第二能量的強(qiáng)度，以在所述區(qū)域內(nèi)達(dá)到預(yù)期溫度。
37. 如權(quán)利要求36所述的設(shè)備，還包括 所述襯底支撐表面形成在襯底支撐件上；以及加熱元件，其與所述襯底支撐表面熱連通，并適于加熱設(shè)置在所述襯 底支撐件上的所述襯底。
38. 如權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其特征在于，所述襯底的所述表面上 的所述區(qū)域介于約4平方毫米和約1000平方毫米之間。
39. 如權(quán)利要求37所述的設(shè)備，其特征在于，所述加熱元件適于加熱 所述襯底支撐件至約20°C和約600°C之間的溫度。
40. 如權(quán)利要求37所述的設(shè)備，還包括一個(gè)或多個(gè)冷卻通道形成在所 述襯底支撐件內(nèi)，其適于接收將所述襯底支撐件冷卻至約-240'C和約20°C 之間的溫度的熱交換流體。
41. 一種熱處理半導(dǎo)體襯底的設(shè)備，包括襯底支撐件，具有襯底支撐表面以及形成在所述襯底支撐件內(nèi)的開(kāi)口；以及第一光源，其適于通過(guò)形成在所述襯底支撐件內(nèi)的所述開(kāi)口傳送一定 量的輻射至所述襯底的第 一 地區(qū)，以及與所述襯底的前表面相對(duì)的所述襯 底的后表面，其中所述襯底的所述前表面含有一個(gè)或多個(gè)形成在其上的半 導(dǎo)體器件，并且所述輻射的量適于熔化包含在所述第一地區(qū)內(nèi)的區(qū)域。
42. 如權(quán)利要求41所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一光源適于以大 于約1微米的波長(zhǎng)傳送所述光線。
43. 如權(quán)利要求41所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一光源適于以介 于約500納米和約11微米之間的波長(zhǎng)傳送所述光線。
44. 如權(quán)利要求41所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一地區(qū)介于約4 平方毫米和約1000平方毫米之間。
45. 如權(quán)利要求41所述的設(shè)備，還包括附連至所述襯底支撐件的平臺(tái)； 其中所述平臺(tái)適于將所述襯底設(shè)置在通常與所述襯底支撐表面平行的至少 一個(gè)方向上。
46. 如權(quán)利要求41所述的設(shè)備，還包括第二光源，其適于以預(yù)期波長(zhǎng) 傳送電i茲輻射至所述襯底的所述第 一地區(qū)。
47. 如權(quán)利要求46所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二光源適于以低 于約590納米的波長(zhǎng)傳送所述電^f茲輻射至所述第一地區(qū)。
48. 如權(quán)利要求46所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二光源毗鄰所述 沖于底的所述前表面。
49. 一種熱處理襯底的方法，包括 將襯底放置在襯底支撐件上；以及傳送多個(gè)電磁能量脈沖至襯底的表面上的第 一地區(qū)，其與所述襯底的 第 一 區(qū)域熱連通，其中傳送所述電磁能量脈沖的步驟包括 傳送第一電磁能量脈沖至所述襯底的所述表面； 傳送第二電磁能量脈沖至所述襯底的所述表面；以及 調(diào)整所述第一電磁能量脈沖起始及所述第二電磁能量脈沖起始之 間的時(shí)間，以使包括在所述第一區(qū)域內(nèi)的材料熔化。
50. 如權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，所述第一脈沖的能量的 量以及所述第二脈沖的能量的量本身不足以使所述第 一 區(qū)域內(nèi)含的材料熔化。
51. 如權(quán)利要求49所述的方法，還包括控制所述襯底支撐件的溫度， 以使設(shè)置在其上的所述襯底在所述電磁能量傳送至所述襯底的所述表面之 前處于約2CTC和約60(TC之間的溫度下。
52. 如權(quán)利要求49所述的方法，還包括修正所述村底的所述表面上的 所述第 一 區(qū)域，以使所述第 一 區(qū)域內(nèi)所含的材料的熔點(diǎn)較所述襯底的所述 表面上的第二區(qū)域內(nèi)所含的材料的熔點(diǎn)來(lái)得低。
53. 如權(quán)利要求52所述的方法，其特征在于，修正所述第一區(qū)域包括 在所述第一區(qū)域內(nèi)設(shè)置摻雜材料，其中所述摻雜材料選自由鍺、砷、鎵、 碳、錫、及銻所組成的組。
54. 如權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，所述第一脈沖所傳送的 電磁輻射波長(zhǎng)與所述第二脈沖所傳送的電磁輻射波長(zhǎng)不同。
55. 如權(quán)利要求49所述的方法，還包括傳送多個(gè)電磁能量脈沖至所述襯底的所述表面上的第二地區(qū)，其與所 述襯底的第二區(qū)域熱連通，其中所述第二地區(qū)毗鄰所述第一地區(qū)，并且傳 送所述電石茲能量脈沖包括傳送第三電磁能量脈沖至所述襯底的所述表面；傳送第四電磁能量脈沖至所述襯底的所述表面；以及 調(diào)整所述第三電磁能量脈沖起始及所述第四電磁能量脈沖起始之 間的時(shí)間，以使包括在所述第二區(qū)域內(nèi)的材料熔化。
56. 如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，所述第一地區(qū)及所述第 二地區(qū)的邊界與形成在所述村底的所述表面上的一個(gè)或多條切割線對(duì)齊。
57. 如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，所述襯底的所述表面上 的所述第一地區(qū)介于約4平方毫米和約1000平方毫米之間。
58. 如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，所述第一電磁能量脈沖 及所述第三電^f茲能量脈沖以第一波長(zhǎng)傳送，而所述第二電^f茲能量脈沖及所 述第四電^f茲能量脈沖以第二波長(zhǎng)傳送。
59. 如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，所述第一地區(qū)包括當(dāng)暴 露在所述第一或第二電磁能量脈沖下時(shí)一個(gè)或多個(gè)優(yōu)先熔化的第一區(qū)域以 及不熔化的第二區(qū)域，以及所述第二地區(qū)包括當(dāng)暴露在所述第三或第四電磁能量脈沖下時(shí)一個(gè)或多個(gè)優(yōu)先熔化的第三區(qū)域以及不熔化的第四區(qū)域。
60. —種熱處理襯底的方法，包括 將襯底放置在襯底支撐件上；以及傳送電磁能量至襯底的表面上，其與所述襯底的第一區(qū)域及第二區(qū)域 熱連通，其中傳送所述電磁能量的步驟包括以第一波長(zhǎng)傳送第一量的電磁能量，以優(yōu)先熔化包括在所述第一 區(qū)域內(nèi)而非所述第二區(qū)域內(nèi)的材料；以及以第二波長(zhǎng)傳送第二量的電磁能量，以優(yōu)先熔化包括在所述第一 區(qū)域內(nèi)而非所述第二區(qū)域內(nèi)的材料，其中傳送所述第二量的電磁能量 以及傳送所述第一量的電磁能量在時(shí)間上重迭。
61. 如權(quán)利要求60所述的方法，還包括控制所述襯底支撐件的溫度， 以使設(shè)置在其上的所述襯底在所述電磁能量傳送至所述襯底的所述表面之前處于約20'C和約600。C之間的溫度下。
62. 如權(quán)利要求60所述的方法，還包括修正所述襯底的所述表面上的 所述第 一 區(qū)域，以使所述第 一 區(qū)域內(nèi)所含的材料的熔點(diǎn)較所述襯底的所述 表面上的所述第二區(qū)域內(nèi)所含的材料的熔點(diǎn)來(lái)得低。
63. 如權(quán)利要求62所述的方法，其特征在于，修正所述第一區(qū)域的步 驟包括在所述第一區(qū)域內(nèi)設(shè)置摻雜材料，其中所述摻雜材料選自由鍺、砷、 4家、碳、錫、及銻所組成的組。
64. —種熱處理襯底的方法，包括 將村底放置在襯底支撐件上；以及傳送電磁能量至襯底的表面上，其與所述襯底的第一區(qū)域及第二區(qū)域 熱連通，其中傳送電磁能量包括因變于時(shí)間調(diào)整電磁能量脈沖的波形，以優(yōu)先熔化所述第 一 區(qū)域內(nèi)所 含的材料。
全文摘要
本發(fā)明一般描述用來(lái)在襯底的預(yù)期區(qū)域上執(zhí)行退火處理的一種或多種設(shè)備及多種方法。在一實(shí)施例中，傳送一定量的能量至襯底表面以優(yōu)先熔化襯底的某些預(yù)期區(qū)域，以去除先前處理步驟造成的不需要的損害，而使摻雜劑更均勻地分布在襯底的各個(gè)區(qū)域內(nèi)，和/或活化襯底的各個(gè)區(qū)域。因?yàn)閾诫s劑原子在襯底的熔化區(qū)內(nèi)的擴(kuò)散速率以及溶解度增加，所以該優(yōu)先熔化處理使這些摻雜劑可更均勻地分布在熔化區(qū)內(nèi)。因而熔化區(qū)的創(chuàng)建容許1)這些摻雜劑原子更均勻地重新分布，2)去除先前處理步驟中所造成的缺陷，以及3)形成具有超陡峭(hyper-abrupt)摻雜劑濃度的區(qū)域。
文檔編號(hào)H01L21/76GK101395712SQ200780008142
公開(kāi)日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2007年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月8日
發(fā)明者A·M·亨特, A·N·雷納, A·巴拉克里希納, A·馬耀, D·詹寧斯, M·楊, P·凱里, S·莫法特, T·N·托馬斯, W·謝弗 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司