專利名稱：一種用于深紫外激光退火的加熱片臺掃描裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造設(shè)備范圍，特別涉及半導(dǎo)體超淺結(jié)制造的一種用于深紫外激光退火的加熱片臺掃描裝置。
背景技術(shù)：
隨著集成電路和大容量存儲器為代表的半導(dǎo)體器件工藝節(jié)點(diǎn)從65nm，45nm進(jìn)入到32nm，要求制作出具有重?fù)诫s的、超淺的MOS器件源漏擴(kuò)展區(qū)的器件結(jié)構(gòu)，即在工藝上提出了制作超淺結(jié)(Ultra-Shallow Junction，簡稱USJ)的要求。此時(shí)超淺結(jié)的方塊電阻為 810-900 Ω/sq，結(jié)深為 9_10nm，結(jié)的陡度為 1. 8-2. Onm/decade。為了滿足在 200_300mm 圓片上制作出32nm及以下各代器件對超淺PN結(jié)的要求，除了要在雜質(zhì)摻雜技術(shù)上采取新的技術(shù)措施之外，在雜質(zhì)激活的退火環(huán)節(jié)，需要對傳統(tǒng)的基于燈光的快速熱退火(RTA)方法做出變更。當(dāng)前較為認(rèn)可的超淺結(jié)退火工藝是波長為深紫外的激光退火技術(shù)。采用深紫外激光退火技術(shù)的好處在于1)深紫外激光波長短，對物質(zhì)直接作用的深度淺，只對超淺的表面區(qū)域產(chǎn)生影響；2)由于退火激光是脈沖式工作，激光脈沖約在幾十納秒量級，退火采用對圓片掃描或場步進(jìn)方式，因此總的退火作用時(shí)間很短暫，可以將退火階段雜質(zhì)的再擴(kuò)散控制在接近于零擴(kuò)散的水平；3)可獲得超固溶度的雜質(zhì)摻雜溶度，降低超淺PN結(jié)源漏擴(kuò)展區(qū)的電阻，改善源漏電極的歐姆接觸。采用深紫外激光退火技術(shù)所制造出的超淺、陡峭的PN結(jié)，能夠滿足32nm及其以下工藝節(jié)點(diǎn)集成電路制造的需求。需要指出的是，本發(fā)明所稱的深紫外激光退火，專門是指用于超淺結(jié)制作的激光退火技術(shù)，其在物質(zhì)作用機(jī)理上有別于現(xiàn)有的激光退火技術(shù)。目前，國際上針對超淺結(jié)制作的激光退火設(shè)備及配套工藝技術(shù)，還處于實(shí)驗(yàn)研究階段。對于超淺結(jié)激光退火，由于當(dāng)前可用激光器的單脈沖能量較低，無法對整個(gè)圓片同時(shí)退火，所以只能采取線掃描或場步進(jìn)的方式來實(shí)現(xiàn)整個(gè)圓片的退火。同時(shí)需要對襯底材料進(jìn)行加熱，這樣不僅可以將激光退火的能量密度閾值降低至350mJ/cm2的量級，同時(shí)還可以減輕由于采用高強(qiáng)度激光退火在襯底上產(chǎn)生的熱應(yīng)力的影響。退火工藝的一致性要求加熱片臺上圓片的溫度在激光退火過程中時(shí)時(shí)處處相同， 只有工藝穩(wěn)定、一致，才能做到器件性能的一致。但由于圓片材料的熱容量和熱導(dǎo)率的關(guān)系，圓片上溫度的建立和達(dá)到熱平衡都需要一定的時(shí)間，這樣勢必造成一個(gè)等待時(shí)間，降低了退火設(shè)備的效率(產(chǎn)能)?；谝陨显?，為了減小加熱過程中的等待時(shí)間，本發(fā)明提出了一種AB雙加熱片臺掃描裝置的激光退火工藝方案。具體地說，就是利用雙加熱片臺，在一個(gè)加熱片臺上對圓片進(jìn)行激光退火的同時(shí)，在另一個(gè)加熱片臺上對圓片進(jìn)行預(yù)加熱，從而減少了激光退火過程中的等待時(shí)間，提高了設(shè)備產(chǎn)能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于半導(dǎo)體器件制作工藝的一種深紫外激光退火的加熱片臺掃描裝置，其特征在于，所述的掃描裝置為激光束固定不動(dòng)，A、B雙加熱片臺的結(jié)構(gòu)完全相同，并排固定于加熱片臺固定板上面，加熱片臺固定板下面固定X2平移臺面，X2電動(dòng)平移臺安裝在X2平移臺面上，Xl電動(dòng)平移臺通過Xl平移臺面和X2電動(dòng)平移臺連接；Xl電動(dòng)平移臺下面分別通過Yl平移臺面和Y2平移臺面與Yl電動(dòng)平移臺和Y2電動(dòng)平移臺連接； 通過Xl電動(dòng)平移臺在X-Y兩個(gè)方向的移動(dòng)，完成對整個(gè)半導(dǎo)體圓片的退火；X2電動(dòng)平移臺用于A、B加熱片臺的切換。當(dāng)激光束為一點(diǎn)光源或者一條線時(shí)，Xl電動(dòng)平移臺做勻速直線移動(dòng)；在Y方向上，平行排列的Yl電動(dòng)平移臺和Y2電動(dòng)平移臺同步進(jìn)行步進(jìn)式移動(dòng)，以此完成對半導(dǎo)體圓片的掃描；如果激光束為一個(gè)經(jīng)過勻化后的矩形光場，半導(dǎo)體圓片在X方向和Y方向都做步進(jìn)移動(dòng)；所述A、B雙加熱片臺掃描裝置對所加工的半導(dǎo)體圓片實(shí)施深紫外激光退火工藝，以激活離子注入的雜質(zhì)，消除注入損傷，得到超淺的pn結(jié)，同時(shí)減少激光退火過程中設(shè)備的等待時(shí)間所述X1、X2、Y1和Y2電動(dòng)平移臺的行程須略大于所加工半導(dǎo)體圓片直徑。所述加熱片臺對半導(dǎo)體圓片進(jìn)行300 500°C恒定溫度加熱。所述深紫外激光是指激光的波長為193nm 350nm，脈沖激光束的單脈沖能量為 0. 2J 1. 5J，脈寬在10 1000ns，重復(fù)頻率10 IOOOHz。所述所加工半導(dǎo)體圓片是指半導(dǎo)體硅片或含有半導(dǎo)體材料薄膜的圓片S0I、SGOI 或 G0I。所述激光退火工藝是在A加熱片臺上進(jìn)行激光退火的同時(shí)，在B加熱片臺上進(jìn)行預(yù)加熱，當(dāng)A加熱片臺上的半導(dǎo)體圓片完成激光退火后，A加熱片臺上的半導(dǎo)體圓片被機(jī)械手取下放在冷板上冷卻，A加熱片臺上再放上新的半導(dǎo)體圓片，A加熱片臺上進(jìn)行預(yù)加熱；B 加熱片臺上開始進(jìn)行激光退火，如此循環(huán)往復(fù)。一個(gè)加熱片臺上半導(dǎo)體圓片的總的預(yù)加熱時(shí)間Tt。tal為另一加熱片臺上圓片的激光退火時(shí)間Tannealing加上退火完成后卸片和裝片時(shí)間 Tmload+Tload,以及A、B加熱片臺的切換的時(shí)間Tswitdl即為Ttotal= Tgjaiing+Tunload+Tload+Tswitch (1)當(dāng)預(yù)加熱的半導(dǎo)體圓片達(dá)到熱平衡的等待時(shí)間Twaiting小于等于總的預(yù)加熱時(shí)間 Ttotal時(shí)，將不存在額外的設(shè)備等待狀態(tài)。通常情況是達(dá)到熱平衡的等待時(shí)間Twaiting大于總的預(yù)加熱時(shí)間Ttotal，設(shè)備需要等待圓片達(dá)到熱平衡。但由于圓片提前進(jìn)入到預(yù)加熱狀態(tài)，使設(shè)備的等待時(shí)間得到縮短。本發(fā)明的有意效果是采用AB雙加熱片臺掃描裝置對所加工的半導(dǎo)體圓片實(shí)施深紫外激光退火工藝，當(dāng)一個(gè)加熱片臺上對半導(dǎo)體圓片進(jìn)行激光退火的同時(shí)，在另一個(gè)加熱片臺上對半導(dǎo)體圓片進(jìn)行預(yù)加熱，從而減少了為使半導(dǎo)體圓片達(dá)到工藝所要求襯底溫度熱平衡狀態(tài)時(shí)的等待時(shí)間。半導(dǎo)體圓片在兩個(gè)加熱片臺上都可以進(jìn)行激光退火，使得預(yù)加熱的半導(dǎo)體圓片在激光退火時(shí)無需轉(zhuǎn)移至另一個(gè)片臺，提高了設(shè)備利用率。


圖1為加熱片臺掃描裝置的主視圖。圖2為加熱片臺掃描裝置的俯視圖。為使圖示簡潔明了，圖1、2略去了機(jī)械手、與片臺相連的電纜和控溫用的液體管路。圖中，1-是掃描中心點(diǎn)，激光器產(chǎn)生的深紫外脈沖激光的光束定位于此；2-A加熱片臺；3-B加熱片臺；4-半導(dǎo)體圓片；5-Y方向Yl電動(dòng)平移臺；6-Y1電動(dòng)平移臺驅(qū)動(dòng)電機(jī)； 7-Y方向Y2電動(dòng)平移臺；8-Y2電動(dòng)平移臺驅(qū)動(dòng)電機(jī)；9-X方向Xl電動(dòng)平移臺；10-X1電動(dòng)平移臺驅(qū)動(dòng)電機(jī)；Il-X方向X2電動(dòng)平移臺，用于A、B片臺的功能切換；12-X2電動(dòng)平移臺電機(jī)；13-X1電動(dòng)平移臺臺面；14-X2電動(dòng)平移臺臺面；15-加熱片臺固定板，其固定在X2電動(dòng)平移臺臺面上，并通過定位槽將A、B加熱片臺固定；16-Y1電動(dòng)平移臺臺面；17-Y2電動(dòng)平移臺臺面。圖3-1，A加熱片臺為激光退火模式時(shí)的初始位置示意圖。圖3-2，當(dāng)Y方向的總步進(jìn)數(shù)為奇數(shù)次時(shí)，A加熱片臺完成的圓片激光退火時(shí)的位置示意圖，帶陰影的圓片為已經(jīng)進(jìn)行過激光退火。圖3-3，當(dāng)Y方向的總步進(jìn)數(shù)為偶數(shù)次時(shí)，A加熱片臺上的圓片完成激光退火時(shí)的位置示意圖，帶陰影的圓片為已經(jīng)進(jìn)行過激光退火。圖4-1，B加熱片臺上為激光退火模式時(shí)的初始位置示意圖。圖4-2，當(dāng)Y方向的總步進(jìn)數(shù)為奇數(shù)次時(shí)，B加熱片臺上的圓片完成激光退火時(shí)的位置示意圖，帶陰影的圓片為已經(jīng)進(jìn)行過激光退火。圖4-3，當(dāng)Y方向的總步進(jìn)數(shù)為偶數(shù)次時(shí)，B加熱片臺上的圓片完成激光退火時(shí)的位置示意圖，帶陰影的圓片為已經(jīng)進(jìn)行過激光退火。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種用于半導(dǎo)體器件制作工藝的深紫外激光退火設(shè)備中的加熱片臺掃描裝置，下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本發(fā)明予以進(jìn)一步說明。圖1、圖2為加熱片臺掃描裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中掃描裝置的激光束1固定不動(dòng)；A加熱片臺2和B加熱片臺3的結(jié)構(gòu)完全相同，并排固定于加熱片臺固定板15上面，加熱片臺固定板15下面固定X2平移臺面14，X2 電動(dòng)平移臺11安裝在X2平移臺面14上，X2電動(dòng)平移臺14上安裝X2電動(dòng)平移電機(jī)12 ；Xl 電動(dòng)平移臺9通過Xl平移臺面13和X2電動(dòng)平移臺11連接；Xl電動(dòng)平移臺9上固定Xl電動(dòng)平移電機(jī)10，Xl電動(dòng)平移臺9下面分別通過Yl平移臺面5和Y2平移臺面17與Yl電動(dòng)平移臺5和Y2電動(dòng)平移臺7連接；加熱片臺掃描裝置通過Xl電動(dòng)平移臺在X-Y兩個(gè)方向的移動(dòng)，完成對整個(gè)半導(dǎo)體圓片的退火；X2電動(dòng)平移臺用于A、B加熱片臺的切換。當(dāng)激光束為一點(diǎn)光源或者一條線時(shí)，Xl電動(dòng)平移臺做勻速直線移動(dòng)；在Y方向上，平行排列的Yl 電動(dòng)平移臺和Y2電動(dòng)平移臺同步進(jìn)行步進(jìn)式移動(dòng)，以此完成對半導(dǎo)體圓片的掃描；如果激光束為一個(gè)經(jīng)過勻化后的矩形光場，半導(dǎo)體圓片在X方向和Y方向都做步進(jìn)移動(dòng)；所述A、B雙加熱片臺掃描裝置對所加工的半導(dǎo)體圓片實(shí)施深紫外激光退火工藝， 以激活離子注入的雜質(zhì)，消除注入損傷，得到超淺的Pn結(jié)，同時(shí)減少激光退火過程中設(shè)備的等待時(shí)間。
本發(fā)明的工作原理及實(shí)施步驟如下面實(shí)施例所示。實(shí)施例一—種用于半導(dǎo)體器件制作工藝的深紫外激光退火設(shè)備中的加熱片臺掃描裝置，其加工步驟包括1)A加熱片臺為激光退火模式，停在初始位置，如圖3-1所示，片臺設(shè)定加熱溫度為 300 °C ；2)設(shè)備等待A加熱片臺圓片上的溫度達(dá)到熱平衡；3)激光束對A加熱片臺上的圓片進(jìn)行退火加工，此時(shí)B加熱片臺上的半導(dǎo)體圓片在被預(yù)加熱；4)當(dāng)Y方向的步進(jìn)為奇數(shù)次時(shí)，激光束對A加熱片臺上的半導(dǎo)體圓片進(jìn)行退火加工的終點(diǎn)位置如圖3-2所示，而當(dāng)Y方向的步進(jìn)為偶數(shù)次時(shí)，終點(diǎn)位置如圖3-3所示；5)A加熱片臺上的半導(dǎo)體圓片完成退火后，AB加熱片臺回到初始位置，如圖3-1所示；6)機(jī)械手對A加熱片臺完成卸片、裝片操作，A加熱片臺上的半導(dǎo)體圓片開始預(yù)加執(zhí).
y 、人 7)B加熱片臺切換為激光退火模式，停在初始位置，如圖4-1所示。實(shí)施例二—種用于半導(dǎo)體器件制作工藝的深紫外激光退火設(shè)備中的加熱片臺掃描裝置，其加工步驟包括1)B加熱片臺為激光退火模式，停在初始位置，如圖4-1所示，片臺設(shè)定加熱溫度為 350 0C ；2)設(shè)備等待B加熱片臺上的半導(dǎo)體圓片達(dá)到熱平衡；3)激光束對B加熱片臺上的半導(dǎo)體圓片進(jìn)行退火加工，此時(shí)A加熱片臺上的半導(dǎo)體圓片在預(yù)加熱；4)Y方向的步進(jìn)為奇數(shù)次時(shí)，激光束對B加熱片臺上的半導(dǎo)體圓片進(jìn)行退火加工的終點(diǎn)位置如圖4-2所示，Y方向的步進(jìn)為偶數(shù)次時(shí)，終點(diǎn)位置如圖4-3所示；5)Β加熱片臺上的半導(dǎo)體圓片完成退火后，AB加熱片臺回到初始位置，如圖4-1所示；6)機(jī)械手對B加熱片臺上的半導(dǎo)體圓片完成卸片、裝片操作，B加熱片臺上的半導(dǎo)體圓片開始預(yù)加熱；7)Α加熱片臺切換為激光退火模式，停在初始位置，如圖3-1所示。
權(quán)利要求
1.一種深紫外激光退火的加熱片臺掃描裝置，其特征在于，所述的掃描裝置為激光束固定不動(dòng)，A、B雙加熱片臺的結(jié)構(gòu)完全相同，并排固定于加熱片臺固定板上面，加熱片臺固定板下面固定X2平移臺面，X2電動(dòng)平移臺安裝在X2平移臺面上，Xl電動(dòng)平移臺通過Xl 平移臺面和X2電動(dòng)平移臺連接；Xl電動(dòng)平移臺下面分別通過Yl平移臺面和Y2平移臺面與Yl電動(dòng)平移臺和Y2電動(dòng)平移臺連接；加熱片臺掃描裝置通過Xl電動(dòng)平移臺在X-Y兩個(gè)方向的移動(dòng)，完成對整個(gè)半導(dǎo)體圓片的退火；所述A、B雙加熱片臺掃描裝置對所加工的半導(dǎo)體圓片實(shí)施深紫外激光退火工藝，以激活離子注入的雜質(zhì)，消除注入損傷，得到超淺的Pn 結(jié)，同時(shí)減少激光退火過程中設(shè)備的等待時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述深紫外激光退火的加熱片臺掃描裝置，其特征在于，所述X2電動(dòng)平移臺用于A、B加熱片臺的切換；當(dāng)激光束為一點(diǎn)光源或者一條線時(shí)，Xl電動(dòng)平移臺做勻速直線移動(dòng)；在Y方向上，平行排列的Yl電動(dòng)平移臺和Y2電動(dòng)平移臺同步進(jìn)行步進(jìn)式移動(dòng)，以此完成對半導(dǎo)體圓片的掃描；如果激光束為一個(gè)經(jīng)過勻化后的矩形光場，半導(dǎo)體圓片在X方向和Y方向都做步進(jìn)移動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述深紫外激光退火的加熱片臺掃描裝置，其特征在于，所述XI、 X2、Y1和Υ2電動(dòng)平移臺的行程須略大于所加工半導(dǎo)體圓片直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述深紫外激光退火的加熱片臺掃描裝置，其特征在于，所述加熱片臺對半導(dǎo)體圓片進(jìn)行300 500°C恒定溫度加熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述深紫外激光退火的加熱片臺掃描裝置，其特征在于，所述深紫外激光是指激光的波長為193nm 350nm，脈沖激光束的單脈沖能量為0. 2J 1. 5J，脈寬在10 1000ns，重復(fù)頻率10 IOOOHz。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述深紫外激光退火的加熱片臺掃描裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體圓片是指半導(dǎo)體硅片或含有半導(dǎo)體材料薄膜的圓片S0I、SG0I或G0I。
7.—種權(quán)利要求1所述深紫外激光退火的加熱片臺掃描裝置的激光退火工藝，其特征在于，所述激光退火工藝是在A加熱片臺上進(jìn)行激光退火的同時(shí)，在B加熱片臺上進(jìn)行預(yù)加熱，當(dāng)A加熱片臺上的半導(dǎo)體圓片圓片完成激光退火后，A加熱片臺上的圓片被機(jī)械手取下放在冷板上冷卻，A加熱片臺上再放上新的半導(dǎo)體圓片圓片，A加熱片臺上進(jìn)行預(yù)加熱；B 加熱片臺上開始進(jìn)行激光退火，如此循環(huán)往復(fù)。一個(gè)加熱片臺上半導(dǎo)體圓片圓片的總的預(yù)加熱時(shí)間Tt。tal為另一加熱片臺上半導(dǎo)體圓片圓片的激光退火時(shí)間Tannealing加上退火完成后卸片和裝片時(shí)間T-^+T-d，以及A、B加熱片臺的切換的時(shí)間Tswiteh即為Ttotal TanneaI ing+Tunioad+Tload+Tswitch (1)當(dāng)預(yù)加熱的半導(dǎo)體圓片達(dá)到熱平衡的等待時(shí)間Twaiting小于等于總的預(yù)加熱時(shí)間Tt。tal 時(shí)，將不存在額外的設(shè)備等待狀態(tài)。通常情況是達(dá)到熱平衡的等待時(shí)間Twaiting大于總的預(yù)加熱時(shí)間Ttotal，設(shè)備需要等待圓片達(dá)到熱平衡。但由于圓片提前進(jìn)入到預(yù)加熱狀態(tài)，使設(shè)備的等待時(shí)間得到縮短。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于半導(dǎo)體制造設(shè)備及半導(dǎo)體超淺結(jié)制造技術(shù)范圍的一種用于深紫外激光退火的加熱片臺掃描裝置。該掃描裝置為激光束固定不動(dòng)，A、B雙加熱片臺的結(jié)構(gòu)完全相同，并排固定于加熱片臺固定板上面，加熱片臺固定板下面固定X2平移臺面，X2電動(dòng)平移臺安裝在X2平移臺面上，X1電動(dòng)平移臺通過X1平移臺面和X2電動(dòng)平移臺連接；X1電動(dòng)平移臺下面分別通過Y1平移臺面和Y2平移臺面與Y1電動(dòng)平移臺和Y2電動(dòng)平移臺連接；通過X1電動(dòng)平移臺在X-Y兩個(gè)方向的移動(dòng)，完成對整個(gè)半導(dǎo)體圓片的退火；從而減少了為使圓片達(dá)到工藝所要求溫度的熱平衡狀態(tài)的等待時(shí)間。要進(jìn)行激光退火的預(yù)加熱的圓片無需轉(zhuǎn)移，提高了設(shè)備利用率。
文檔編號H01L21/268GK102157344SQ20101056731
公開日2011年8月17日 申請日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者嚴(yán)利人, 劉朋, 周衛(wèi), 竇維治 申請人:清華大學(xué)