本公開內(nèi)容總體上涉及溫度測量，并且特別涉及相變顯微術(shù)。

背景技術(shù)：

1、在先進(jìn)的集成電路(ic)芯片制造中使用脈沖激光熔化退火系統(tǒng)以用于芯片的快速熱處理。由這樣的激光系統(tǒng)提供的熱處理可以用于各種效果，例如，摻雜劑活化、限定結(jié)以及以其他方式改變芯片的材料和電特性。然而，在利用脈沖激光系統(tǒng)進(jìn)行退火期間，由于激光將晶片溫度升高至熔化溫度的持續(xù)時間以及激光作用于其上的晶片的表面積減少，因此準(zhǔn)確測量和控制晶片溫度是重要的并且可能具有挑戰(zhàn)性。晶片溫度的精確測量和控制對于退火系統(tǒng)校準(zhǔn)也是重要的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、在一個實現(xiàn)方式中，本公開內(nèi)容涉及一種確定在激光退火處理期間半導(dǎo)體材料的固態(tài)到液態(tài)材料相變的發(fā)生的方法。該方法包括：利用來自退火激光器的退火激光束在半導(dǎo)體材料的表面上形成退火圖像；形成包括退火圖像的區(qū)域的半導(dǎo)體表面的散射圖像；以及根據(jù)散射圖像中收集的光的強(qiáng)度來識別半導(dǎo)體材料的固態(tài)到液態(tài)材料相變。

2、在另一實現(xiàn)方式中，本公開內(nèi)容涉及一種分析散射圖像數(shù)據(jù)的方法，該方法包括：接收在半導(dǎo)體的激光退火處理期間捕獲的半導(dǎo)體表面的區(qū)域的散射圖像；以及從圖像中識別半導(dǎo)體材料的固態(tài)到液態(tài)材料相變；其中，所述識別包括識別根據(jù)一個或更多個退火處理控制參數(shù)的圖像強(qiáng)度的統(tǒng)計變化、時間序列變化或幾何非線性變化。

3、在又一實現(xiàn)方式中，本公開內(nèi)容涉及一種對半導(dǎo)體材料的激光退火處理執(zhí)行熔化校準(zhǔn)的方法。該方法包括：利用來自退火激光器的退火激光束對半導(dǎo)體材料的區(qū)域進(jìn)行退火，其中，退火包括在發(fā)生半導(dǎo)體材料的固態(tài)到液態(tài)相變的熔化閾值功率水平以下和之上遞增地改變退火激光器的功率水平；在退火期間捕獲半導(dǎo)體材料的區(qū)域的散射圖像；以及根據(jù)所捕獲的散射圖像來確定退火激光器的至少一個熔化閾值設(shè)定點功率水平。

4、在又一個實現(xiàn)方式中，本公開內(nèi)容涉及一種散射熔化檢測系統(tǒng)，其包括：被配置成支撐半導(dǎo)體晶片的載物臺；被配置成對半導(dǎo)體晶片進(jìn)行退火的退火激光器；以及散射熔化檢測器，其包括：圖像捕獲裝置，其包括焦平面陣列(fpa)；以及散射光學(xué)布置，其被配置成阻擋或避免由退火激光器形成的光束的鏡面反射，并且在fpa上形成半導(dǎo)體晶片的表面的散射圖像。

5、在又一實現(xiàn)方式中，本公開內(nèi)容涉及一種激光退火系統(tǒng)，其包括：退火激光器；存儲裝置，其包括至少一個退火激光器熔化閾值校準(zhǔn)設(shè)定點，該校準(zhǔn)設(shè)定點指定退火激光器的操作參數(shù)以在一組預(yù)定的退火處理條件下將半導(dǎo)體材料的局部區(qū)域的溫度升高至熔化閾值，其中，校準(zhǔn)設(shè)定點是從在半導(dǎo)體材料的激光退火處理期間獲取的半導(dǎo)體材料的散射圖像得到的；以及控制器，其被配置成根據(jù)退火激光器熔化閾值校準(zhǔn)設(shè)定點來控制退火激光器。

6、在又一實現(xiàn)方式中，本公開內(nèi)容涉及一種非暫態(tài)機(jī)器可讀存儲介質(zhì)，其包括至少一個退火激光器熔化閾值校準(zhǔn)設(shè)定點，該校準(zhǔn)設(shè)定點指定退火激光器的操作參數(shù)以在一組預(yù)定的退火處理條件下將半導(dǎo)體材料的局部區(qū)域的溫度升高至熔化閾值，其中，校準(zhǔn)是從在半導(dǎo)體材料的激光退火處理期間獲取的半導(dǎo)體材料的散射圖像得到的。

7、在又一實現(xiàn)方式中，本公開內(nèi)容涉及一種形成用于與熔化檢測算法一起使用的低于熔化的參考圖像和參數(shù)的方法。該方法包括：在低于熔化的情況下對晶片進(jìn)行退火；利用散射熔化檢測器來捕獲圖像幀；記錄退火激光器功率水平；根據(jù)所捕獲的圖像幀來創(chuàng)建低于熔化的參考圖像；對低于熔化的參考圖像進(jìn)行處理以生成多個低于熔化的一維載物臺掃描方向強(qiáng)度分布；識別低于熔化的參考圖像的感興趣區(qū)域(roiref)；以及創(chuàng)建平均一維載物臺掃描方向強(qiáng)度分布。

8、在又一實現(xiàn)方式中，本公開內(nèi)容涉及一種檢測晶片材料在退火處理期間是否熔化的方法。該方法包括：在低于熔化閾值、等于熔化閾值或高于熔化閾值的情況下對晶片進(jìn)行退火，在退火期間利用散射熔化檢測器捕獲圖像幀，以及記錄激光功率水平；根據(jù)所捕獲的圖像幀創(chuàng)建平均圖像；以及創(chuàng)建將平均圖像參考到針對相同晶片類型的對應(yīng)的低于熔化的參考圖像的熔化檢測圖像。

9、在又一實現(xiàn)方式中，本公開內(nèi)容涉及一種檢測晶片材料在退火處理期間是否熔化的方法。該方法包括：在低于熔化閾值、等于熔化閾值或高于熔化閾值的情況下對晶片進(jìn)行退火，并且在退火期間利用散射熔化檢測器來捕獲圖像幀；計算圖像幀的感興趣區(qū)域roiref內(nèi)的像素值的統(tǒng)計變化，其中，roiref是圖像中在晶片上形成退火激光圖像的區(qū)域；并且比較所計算出的統(tǒng)計變化以識別熔化的開始。

技術(shù)特征：

1.一種確定在激光退火處理期間半導(dǎo)體材料的固態(tài)到液態(tài)材料相變的發(fā)生的方法，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述識別包括檢測所述散射圖像中達(dá)到或超過閾值的強(qiáng)度，所述閾值對應(yīng)于所述半導(dǎo)體材料的固態(tài)到液態(tài)相變的開始。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述識別包括在所述散射圖像的在所述退火圖像內(nèi)并且小于所述退火圖像的區(qū)域的區(qū)域中檢測所述散射圖像中的強(qiáng)度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述識別包括識別與低于熔化的參考圖像相比所述散射圖像中收集的光的強(qiáng)度的不連續(xù)性。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述識別包括識別所述光的強(qiáng)度與處理參數(shù)之間的非線性比例關(guān)系。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述處理參數(shù)是所述退火激光器的功率水平或所述退火激光器的局部功率密度。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激光退火處理包括跨所述半導(dǎo)體表面執(zhí)行所述退火圖像的順序掃掠，其中，每個掃掠形成退火照明線，其中，形成散射圖像包括形成至少一個退火照明線的圖像。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述識別的步驟包括分析沿著所述退火照明線的光的強(qiáng)度，以確定所述半導(dǎo)體材料沿著所述退火照明線的材料相變的程度。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述識別的步驟包括分析沿著所述退火照明線的光的強(qiáng)度，以確定已經(jīng)發(fā)生固態(tài)到液態(tài)相變的開始的所述退火照明線的比例。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述識別的步驟包括分析所述退火圖像的多個順序掃掠中的沿著所述退火照明線的第一位置處的光的強(qiáng)度，以確定所述退火激光器的熔化閾值功率水平或統(tǒng)計功率波動中的至少一個。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述激光退火處理包括以掃掠頻率fsweep跨所述半導(dǎo)體表面執(zhí)行順序掃掠，所述方法還包括利用具有脈沖頻率為fprobe的輻射脈沖的探測光源來照射所述半導(dǎo)體表面，其中，fprobe<fsweep。

12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述識別包括應(yīng)用下述中的一個或更多個：擬合算法、邊緣檢測算法、特征基分解、前饋分類器或者對所捕獲的圖像幀中超過閾值的任何強(qiáng)度的檢測。

13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述識別包括識別根據(jù)一個或更多個退火處理控制參數(shù)的圖像強(qiáng)度的統(tǒng)計變化、時間序列變化或幾何非線性變化。

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述一個或更多個退火處理控制參數(shù)包括激光功率或光功率密度。

15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述識別包括：

16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括將所述熔化檢測圖像的值與閾值進(jìn)行比較，以確定在所述熔化檢測圖像的一個或更多個區(qū)域中是否發(fā)生了熔化。

17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括應(yīng)用所述熔化檢測圖像的一維分布分析，以識別在載物臺掃描方向上具有比所述處理激光束的寬度小的寬度的窄峰。

18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，通過執(zhí)行以下步驟來獲得低于熔化的參考圖像，所述步驟包括：

19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述識別包括：

20.一種散射熔化檢測系統(tǒng)，包括：

21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，還包括處理器和包括程序指令的機(jī)器可讀存儲介質(zhì)，所述程序指令用于由所述處理器執(zhí)行以執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項所述的操作。

22.一種激光退火系統(tǒng)，包括：

23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述校準(zhǔn)設(shè)定點是通過包括權(quán)利要求1至19中任一項的步驟的處理確定的。

24.一種非暫態(tài)機(jī)器可讀存儲介質(zhì)，包括：

25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的非暫態(tài)機(jī)器可讀存儲介質(zhì)，其中，所述校準(zhǔn)設(shè)定點是通過包括權(quán)利要求1至19中任一項的步驟的處理確定的。

技術(shù)總結(jié)
高帶寬時間和空間辨析散射相變顯微術(shù)系統(tǒng)，其被配置成檢測由具有超短停留時間和光斑尺寸的激光退火系統(tǒng)處理的晶片中的熔化開始。

技術(shù)研發(fā)人員：馬修·厄爾·華萊士·里德,沈小華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：威科儀器公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19