專利名稱：半導體裝置以及形成半導體裝置的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體裝置以及形成半導體裝置的方法，尤其是涉及一種利用不同掃描方向的激光進行退火處理的半導體裝置以及形成半導體裝置的方法，以降低退火處理對半導體裝置所產(chǎn)生的熱傷害。
背景技術：
在半導體元件制作工藝中，常會通過在半導體基底內(nèi)加入適當?shù)碾s質(zhì)來控制帶電載流子的數(shù)目，而形成不同的摻雜區(qū)域，以構成所需的電路元件。一般而言，在通過各種摻雜方法，例如離子布值制作工藝、液體沉積法、熱擴散法或是化學蒸鍍法等，來于半導體基底內(nèi)形成摻雜區(qū)后，均需再進行退火處理，以修補各摻質(zhì)粒子在植入半導體基底時對半導體基底造成的傷害，并進一步使半導體基底內(nèi)的摻質(zhì)活化，而降低這些摻雜區(qū)域的電阻值。 隨著半導體元件尺寸的縮小以及元件積成度的提升，摻雜區(qū)域的控制要求也日趨嚴格，因此，目前的退火處理時間均大幅縮減。傳統(tǒng)上，快速熱處理制作工藝(RapidThermal Process, RTP)常用于半導體基材的退火處理，快速熱處理制作工藝是以某種型式的外部能源加熱晶片，例如鎢絲-鹵素燈或熱壁爐等。近年來，激光退火技術已經(jīng)被公認為用以取代快速熱退火的新一代熱處理程序。激光可在非常短暫的時間之內(nèi)完成退火處理，由于其升溫速率快且熱處理的時間短，有利于形成較淺的摻雜區(qū)，而可有效降低接面深度，以改善半導體元件的電特性。然而，激光退火處理需要用很高的能量密度施于半導體基材表面，而其上又具有許多不同材質(zhì)的元件與不同圖案密度的布局，因此在半導體基材的厚度的方向會形成溫度不均的現(xiàn)象而導致半導體基材的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的之一在于提供一種半導體裝置以及形成半導體裝置的方法，以降低退火處理對半導體裝置所產(chǎn)生的熱傷害。為達上述目的，本發(fā)明提供一種形成半導體裝置的方法，包括提供一半導體基材，接下來使用一第一激光沿一第一掃描方向?qū)Π雽w基材進行一第一退火處理，以及使用一第二激光沿一第二掃描方向?qū)Π雽w基材進行一第二退火處理，其中第一掃描方向與第二掃描方向具有一夾角。本發(fā)明提供另一種形成半導體裝置的方法，包括提供一具有多個有源區(qū)的半導體基材。半導體基材中，部分的有源區(qū)的長軸平行一第一軸向，剩余的有源區(qū)的長軸平行另一第二軸向，而且第一軸向與第二軸向不平行。接下來利用一第一激光沿一第一掃描方向?qū)Π雽w基材進行一第一退火處理，其中第一激光的第一掃描方向與第一軸向具有一銳角。此外，本發(fā)明提供一種半導體裝置，包括多個有源區(qū)，設置于一半導體基材中，其中各有源區(qū)的長軸均平行于一相同的第一軸向，且第一軸向不平行一激光的掃描方向。根據(jù)本發(fā)明提出的半導體裝置以及形成半導體裝置的方法，利用不同的掃描方向的激光進行退火處理，可有效降低退火處理對半導體裝置所產(chǎn)生的熱傷害。


圖I至圖4為本發(fā)明第一實施例的形成半導體裝置的方法的示意圖；圖5以及圖6為本發(fā)明第一實施中半導體基材產(chǎn)生翹曲形變的示意圖；圖7至圖8為本發(fā)明第二實施例的形成半導體裝置的方法的示意圖；圖9為本發(fā)明第三實施例的半導體裝置的示意圖。主要元件符號說明10 半導體裝置12 半導體基材
14 有源區(qū)16 柵極18 源極摻雜區(qū)20 漏極摻雜區(qū)22 第一掃描路徑23 掃描循環(huán)24 第二掃描路徑26 犧牲層L 激光LI 第一激光L2 第二激光d 掃描方向dl第一掃描方向 d2第二掃描方向Dl第一軸向D2第二軸向SI上表面S2下表面a I, α 2入射角Y, Ψ 夾角
具體實施例方式請參考圖I至圖4，圖I至圖4為本發(fā)明第一實施例的形成半導體裝置的方法的示意圖。在本實施例中，形成半導體裝置10的方法如下所述。首先，如圖I所示，提供一包含多個有源區(qū)14的半導體基材12，其中各有源區(qū)14約略呈長方形配置，而具有一長軸與一短軸，且每一有源區(qū)14均包括一源極摻雜區(qū)18以及一漏極摻雜區(qū)20。而且，半導體基材12中半數(shù)以上有源區(qū)14的長軸平行于一第一軸向D1。此外，各有源區(qū)14上均設置有一柵極16，平行短軸方向延伸而與有源區(qū)14交疊。接著，如圖2所示，使用一第一激光LI沿一平行于第一軸向Dl的第一掃描方向dl對半導體基材12進行一第一退火處理，以及使用一第二激光L2沿一第二掃描方向d2對半導體基材12進行一第二退火處理,且在本實施例中第一掃描方向dl與第二掃描方向d2具有一夾角Y，例如為90度，但不限于此。在本實施例中，第一激光LI與第二激光L2可為相同種類的激光(具有相同波長)，也可為不同種類的激光(具有不同波長)。此外，第一激光LI于第一掃描方向dl上，設定有多個第一掃描路徑22并涵蓋整個半導體基材12表面，用以完全掃描半導體基材12。其中相鄰的第一掃描路徑22具有不同的掃描方向，例如第η條的第一掃掃描路徑22是由左至右掃描，則第η+1條的第一掃掃描路徑22便是由右至左掃描，使第一掃描路徑22可以一筆劃的方式連續(xù)掃描；同樣地，第二激光L2于第二掃描方向d2上，也設定有多個涵蓋整個半導體基材12面積的第二掃描路徑24，其中相鄰的第二掃描路徑24具有不同的掃描方向，例如第η條的第二掃描路徑24是由上而下掃描，則第η+1條的第二掃描路徑24便是由下而上掃描，且在本較佳實施例中，相鄰的各第一掃描路徑22之間均無重疊的部分，而相鄰的各第二掃描路徑24之間也皆無重疊的部分。在本實施例中，第一激光LI先完整掃描完所有的第一掃描路徑22后才使用第二激光L2掃描第二掃描路徑24，但不限于此，也可先使用第二激光L2完整掃描完所有的第二掃描路徑24后再使用第一激光LI掃描第一掃描路徑22，俾使所有第一掃描路徑22及所有第二掃描路徑24覆蓋的區(qū)域完全與半導體基材12的表面區(qū)域重合。此外，在本發(fā)明中，所有第一掃描路徑22以及所有第二掃描路徑24的邊緣，也可延半導體基材12的邊緣而呈現(xiàn)弧形排列。以進行第一激光掃描為例，如圖3所示，為了完整掃描完所有半導體基材12的表面，本實施例更可將第一激光LI退火處理分成多個掃描循環(huán)23，而每一個掃描循環(huán)23又包含多條第一掃描路徑22，且相鄰的各第一掃描路徑22之間不一定等高，而是有一個延著垂直第一軸向Dl方向的偏移，因此在一個掃描循環(huán)23中，所有第一掃描路徑22的邊緣皆排列構成弧形。如圖4所不,半導體基材12包含一上表面SI以及一下表面S2,且第一激光LI以 及第二激光L2與半導體基材12的上表面SI分別具有一介于O度至90度的入射角α I以及α2,入射角α 與α 2較佳均為布魯斯特角(Brewster angle),但此二者不一定相等。由于第一激光LI以及第二激光L2僅分別對于半導體基材12的上表面SI進行第一以及第二退火處理，故半導體基材12的上表面SI以及下表面S2會有溫度上的差異。因此本實施例形成半導體裝置的方法更可包括對半導體基材12進行晶背加熱，以減少半導體基材12的上表面SI以及下表面S2的溫差所可能導致的缺陷。例如利用一閃光燈(未示于圖中)對半導體基材12的下表面S2進行加熱，但不限于此。此外，如圖4所示，在進行退火處理之前，可另選擇性地形成一犧牲層26覆蓋于半導體基材12上，以減少半導體基材12的上表面SI的差異性(折射、反射率)，使半導體基材12各處的受熱不因材料、圖案的不同而產(chǎn)生較大的差異，且此犧牲層26在退火之后可加以去除。值得注意的是，在本實施例的半導體基材12中，半數(shù)以上有源區(qū)14的長軸平行于第一軸向D1，因此在進行沿著設置軸向Dl的第一退火處理時，恐會對半導體基材12造成較大的熱傷害。有鑒于此，在本實施例中，即利用較低能量的第一激光LI，沿著第一軸向Dl來對半導體基材12進行第一退火處理，使第一退火處理具有較低的第一溫度，以減少對半導體基材12造成的熱傷害。而在第二退火處理中，由于第二激光L2的第二掃描方向d2與第一軸向Dl具有夾角Y，例如為90度，因此第二退火處理對半導體基材12產(chǎn)生的熱效應較小，而可利用較高能量的第二激光L2使第二退火處理具有較高的第二溫度，以提高退火的效果。請參考圖5以及圖6，圖5以及圖6為本發(fā)明第一實施中半導體基材產(chǎn)生翹曲形變的示意圖。在本實施例中，由于半導體基材12的各有源區(qū)14中分別設置有各式的應力作用區(qū)、外延層、摻雜區(qū)等，加熱后將導致諸如差排環(huán)(dislocation loop)等缺陷產(chǎn)生，故如圖5右半部所示，半導體基材12在沿著第一激光LI的第一掃描方向dl完成掃描時，會因為受熱而延著垂直第一軸向Dl的方向，產(chǎn)生翹曲形變(warpage)，如圖5左半部所示；而緊接著半導體基材12在沿著第二激光L2的第二掃描方向d2完成掃描后，如圖6右半部所示，半導體基材12便會因為受熱而延著平行軸向Dl的方向翹曲形變，進而產(chǎn)生較均勻且對稱的翹曲形變(warpage)，如圖6左半部所示。故本發(fā)明可有效避免單一軸向的退火處理所產(chǎn)生洋芋片狀形變。此外，半導體基材12經(jīng)過第一以及第二退火處理之后，所有有源區(qū)14會被完整掃描兩次，因此可達到較佳的退火的效果。請參考圖7以及圖8，圖7以及圖8為本發(fā)明第二實施例的形成半導體裝置的方法的示意圖。為了方便說明，在本實施例與上述實施例中使用相同的標號標注相同的元件。在本實施例中，形成半導體裝置10的方法如下所述。如圖7所示，首先提供一具有多個有源區(qū)14的半導體基材12，其中部分有源區(qū)14的長軸平行于第一軸向D1，剩余的有源區(qū)14的長軸平行于另一第二軸向D2，而且第一軸向Dl與第二軸向D2彼此不平行。在本實施例中，第一軸向Dl與第二軸向D2相互垂直，但不限于此。接下來，使用一第一激光LI沿一第一掃描方向dl對半導體基材12進行退火處理，其中第一激光LI的第一掃描方向dl與第一軸向Dl具有一銳角Ψ。在本實施例中銳角Ψ設定為45度，但不限于此。此外，在本實施例中，為了使半導體基材12上的全部的有源區(qū)14皆能達到較佳的退火效果，因此第一激光LI設定有多個第一掃描路徑22，且相鄰的各第一掃描路徑22彼此之間具有約50%的面積重疊(圖中斜線區(qū)域)，以使所有有源區(qū)14可被完整掃描兩次而達到較佳的退火效果。如先前所述，單一軸向的退火處理恐會使半導體基材12產(chǎn)生洋芋片狀形變。有鑒 于此，本實施例可提供另一種變化的實施方式。如圖8所示，于使用第一激光LI沿第一掃描方向dl對半導體基材12進行第一退火處理之后,另外使用一第二激光L2沿一第二掃描方向d2對半導體基材12進行一第二退火處理,其中第二掃描方向d2與第一掃描方向dl具有一夾角Y。在本實施方式中，第二掃描方向d2與第一掃描方向dl的夾角Y為90度，但不限于此。值得注意的是，第一激光LI以及第二激光L2分別設定有多個第一掃描路徑22以及多個第二掃描路徑24，而相鄰的各第一掃描路徑22之間均無重疊的部分且相鄰的各第二掃描區(qū)域24之間也均無重疊的部分。如同上述的第一實施例，在本實施方式中，相鄰的第一掃描路徑22具有不同的掃描方向，且相鄰的第二掃描路徑24也具有不同的掃描方向。此外，第一掃描路徑22以及第二掃描路徑24的邊緣也可呈現(xiàn)弧形，使得所有第一掃描路徑22及所有第二掃描路徑24覆蓋的區(qū)域完全與半導體基材12的表面區(qū)域重合。在本實施方式中，由于半導體基材12分別經(jīng)過不同軸向的第一以第二退火處理，因此能產(chǎn)生較均勻且對稱的翹曲形變。此外，半導體基材12中的所有有源區(qū)14會被完整掃描兩次，因此可達到較佳的退火效果。在本發(fā)明第二實施例中，如同圖7所不,半導體基材12包含一上表面SI以及一下表面S2,且第一激光LI以及第二激光L2與半導體基材12的上表面SI分別具有一介于O度至90度的入射角α I以及α 2，入射角α I與α 2較佳均為布魯斯特角，但此二者不一定相等。如同本發(fā)明第一實施例，本實施例形成半導體裝置的方法也可包括對半導體基材12進行晶背加熱，并且在進行第一退火處理之前，可選擇性地形成一犧牲層26覆蓋于半導體基材12上，以減少半導體基材12的上表面SI的差異性(折射、反射率)，使半導體基材12各處的受熱不因材料、圖案的不同而產(chǎn)生較大的差異，犧牲層26在退火之后可加以去除。另外值得注意的是，在本發(fā)明第二實施例中，如圖7以及圖8所示，各有源區(qū)14的長軸平行于互相垂直的第一軸向Dl或是第二軸向D2。在第一退火處理時，第一激光LI的第一掃描方向dl與第一軸向Dl具有45度的夾角Ψ，由此可知，第一掃描方向dl與第二軸向D2同樣具有45度的夾角。在第二退火處理時，第二激光L2的第二掃描方向d2與第一掃描方向dl具有90度的夾角Y，由此可知，第二激光L2的第二掃描方向d2與第一軸向Dl具有135度的夾角，且第二掃描方向d2與第二軸向D2同樣具有135度的夾角。如此一來，第一激光LI以及第二激光L2對于平行第一軸向Dl的有源區(qū)14長軸以及平行第二軸向D2的有源區(qū)14長軸均可產(chǎn)生較小的能量分量，以避免對半導體基材12造成較大的熱傷害。請參考圖9，圖9為本發(fā)明第三實施例的半導體裝置的示意圖。為了方便說明，在本實施例與上述實施例中使用相同的標號標注相同的元件，且相同的部分不再贅述。如圖9所示，半導體裝置10包括多個有源區(qū)14設置于一半導體基材12中。其中各有源區(qū)14包含一源極摻雜區(qū)18以及一漏極摻雜區(qū)20。此外，各有源區(qū)14上均設置有一沿一第二軸向D2設置的柵極16。在本實施例中，所有有源區(qū)14的長軸均平行于第一軸向D1，且第一軸向Dl不平行一激光L的掃描方向d。如圖9所示，在本實施例中第二軸向D2與第一軸向Dl互相垂直。本發(fā)明可于設計電路布局之初，即于設計規(guī)則(design rule)中限定所有有源區(qū)14的長軸均需平行于一相同的第一軸向D1，且在本實施例中，激光L可沿著垂直于第一軸向Dl的掃描方向d(即為第二軸向D2)對半導體基材12進行退火處理，以避免退火處理對平行于第一軸向Dl的有源區(qū)14長軸所產(chǎn)生的熱傷害。·
綜上所述，根據(jù)本發(fā)明提出的半導體裝置以及形成半導體裝置的方法，利用不同掃描方向的激光對半導體基材進行退火處理可提供較佳的退火效果，并且在退火處理時，可降低激光對于有源區(qū)設置軸向上的能量，以減少退火處理對半導體裝置所產(chǎn)生的熱傷害。而且本發(fā)明提出的激光退火處理方法可應用于應變記憶技術(stress memorizationtechniques, SMT)、源極/漏極退火(S/D anneal)、自對準金屬娃化物(salicidation)、再結晶(re-crystallization)等各式熱處理(heat treatment)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權利要求所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種形成半導體裝置的方法，包括 提供一半導體基材； 使用一第一激光沿一第一掃描方向?qū)υ摪雽w基材進行一第一退火處理； 使用一第二激光沿一第二掃描方向?qū)υ摪雽w基材進行一第二退火處理，其中該第一掃描方向與該第二掃描方向具有一夾角。
2.如權利要求I的形成半導體裝置的方法，其中該第一激光設定有多個第一掃描路徑。
3.如權利要求I的形成半導體裝置的方法，其中該第二激光設定有多個第二掃描路徑。
4.如權利要求2的形成半導體裝置的方法，其中各該第一掃描路徑的邊緣可呈現(xiàn)弧形排列，使得該多個第一掃描路徑覆蓋的區(qū)域完全與該半導體基材的表面區(qū)域重合。
5.如權利要求3的形成半導體裝置的方法，其中各該第二掃描路徑的邊緣可呈現(xiàn)弧形排列，使得該多個第二掃描路徑覆蓋的區(qū)域完全與半導體基材的表面區(qū)域重合。
6.如權利要求I的形成半導體裝置的方法，其中該第一退火處理具有一第一溫度，該第二退火處理具有一第二溫度，且該第一溫度小于該第二溫度。
7.如權利要求I的形成半導體裝置的方法，其中該半導體基材中具有多個有源區(qū)，且該各有源區(qū)具有一長軸，其中半數(shù)以上的該多個有源區(qū)的長軸均平行于一第一軸向，且在該第一退火過程中，該第一掃描方向平行于該第一軸向。
8.如權利要求I的形成半導體裝置的方法，其中該夾角約為90度。
9.如權利要求I的形成半導體裝置的方法，其中該第一激光與該半導體基材的一表面具有一介于O度至90度的一入射角，且該入射角較佳為布魯斯特角。
10.如權利要求I的形成半導體裝置的方法，其中該第二激光與該半導體基材的一表面具有一介于O度至90度的一入射角，且該入射角較佳為布魯斯特角。
11.如權利要求I的形成半導體裝置的方法，其中在進行該多個退火處理時，另包括對該半導體基材進行晶背加熱。
12.如權利要求I的形成半導體裝置的方法，其中在進行該多個退火處理之前，另包括形成一犧牲層覆蓋于該半導體基材上的步驟。
13.一種形成半導體裝置的方法，包括 提供一半導體基材，具有多個有源區(qū)，且該各有源區(qū)具有一長軸，其中部分的該多個有源區(qū)的長軸平行一第一軸向，剩余的該多個有源區(qū)的長軸平行另一第二軸向，而且該第一軸向不平行于該第二軸向；以及 使用一第一激光沿一第一掃描方向?qū)υ摪雽w基材進行一第一退火處理，其中該第一掃描方向與該第一軸向具有一銳角。
14.如權利要求13的形成半導體裝置的方法，其中該第一軸向與該第二軸向相互垂直。
15.如權利要求13的形成半導體裝置的方法，其中該銳角約為45度。
16.如權利要求13的形成半導體裝置的方法，其中該第一激光設定有多個第一掃描路徑。
17.如權利要求16的形成半導體裝置的方法，其中相鄰的該多個第一掃描路徑彼此之間具有約50%的面積重疊。
18.如權利要求16的形成半導體裝置的方法，其中該第一掃描路徑的邊緣可呈現(xiàn)弧形，使得該第一掃描路徑覆蓋的區(qū)域完全與該半導體基材的表面區(qū)域重合。
19.如權利要求13的形成半導體裝置的方法，其中該第一激光與該半導體基材的一表面具有一介于O度至90度的入射角，且該入射角較佳為布魯斯特角。
20.如權利要求13的形成半導體裝置的方法，于使用該第一激光沿該第一掃描方向?qū)υ摪雽w基材進行該第一退火處理之后，另包括使用一第二激光沿一第二掃描方向?qū)υ摪雽w基材進行一第二退火處理，其中該第二掃描方向與該第一掃描方向具有一夾角。
21.如權利要求20的形成半導體裝置的方法，其中該夾角為90度。
22.如權利要求20的形成半導體裝置的方法，其中該第一激光設定有多個第一掃描路徑，且該第二激光設定有多個第二掃描路徑。
23.如權利要求22的形成半導體裝置的方法，其中相鄰的該多個第一掃描路徑之間并無重疊的部分，且相鄰的該多個第二掃描路徑之間也無重疊的部分。
24.如權利要求22的形成半導體裝置的方法，其中該多個第一掃描路徑以及該多個第二掃描路徑的邊緣可呈現(xiàn)弧形排列，使得該多個第一掃描路徑以及該多個第二掃描路徑覆蓋的區(qū)域完全與該半導體基材的表面區(qū)域重合。
25.如權利要求20的形成半導體裝置的方法，其中該第二激光與該半導體基材的一表面具有一介于O度至90度的入射角，且該入射角較佳為布魯斯特角。
26.如權利要求13的形成半導體裝置的方法，另包括對該半導體基材進行晶背加熱。
27.如權利要求13的形成半導體裝置的方法，其中在進行該第一退火處理之前，另包括形成一犧牲層覆蓋于該半導體基材上。
28.一種半導體裝置，包括多個有源區(qū)設置于一半導體基材中，且該各有源區(qū)具有一長軸，該多個有源區(qū)的長軸均平行一相同的第一軸向，且該第一軸向不平行于一激光的掃描方向。
29.如權利要求28的半導體裝置，其中該各有源區(qū)包括 源極摻雜區(qū)；以及 漏極摻雜區(qū)。
30.如權利要求29的半導體裝置，其中各有源區(qū)上均設置有一柵極，與各該有源區(qū)交疊，且該多個柵極沿一第二軸向設置。
31.如權利要求30的半導體裝置，其中該第二軸向與該第一軸向互相垂直。
32.如權利要求28的半導體裝置，其中該激光沿著該第二軸向?qū)υ摪雽w基材進行一退火處理。
全文摘要
本發(fā)明公開一種半導體裝置以及形成半導體裝置的方法。半導體裝置包括多個有源區(qū)且設置于一半導體基材中。形成半導體裝置的方法包括使用一第一激光沿一第一掃描方向?qū)Π雽w基材進行一第一退火處理，以及使用一第二激光沿一第二掃描方向?qū)Π雽w基材進行一第二退火處理，其中第一掃描方向與第二掃描方向具有一夾角。
文檔編號H01L21/268GK102915916SQ20111021767
公開日2013年2月6日 申請日期2011年8月1日 優(yōu)先權日2011年8月1日
發(fā)明者楊建倫, 郭子鳳, 吳心蕙, 李靜宜, 詹書儼 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司