專利名稱:使用光學(xué)照射的結(jié)形成的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
公開的方法和系統(tǒng)一般涉及摻雜物擴(kuò)散和激活控制，更具體地說，涉及使用光學(xué)照射的摻雜物擴(kuò)散和激活控制。
背景技術(shù)：
常規(guī)的離子摻雜系統(tǒng)包括離子化摻雜物材料例如硼、加速這些離子以形成具有既定能級(jí)的離子束、以及將離子束能量引導(dǎo)到半導(dǎo)體表面或晶圓上，以將摻雜物材料引入半導(dǎo)體中并改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性。一旦離子被嵌入到半導(dǎo)體的晶格中，就可使用幾種已知方法使離子激活，例如包括快速熱退火(RTA)(快速熱處理(RTP)的一種形式)。在RTA期間，半導(dǎo)體可例如曝光于熱源，以將半導(dǎo)體快速加熱到規(guī)定溫度，并保持規(guī)定時(shí)間。RTA或其它形式的退火，還可以糾正由離子注入而引起的結(jié)晶結(jié)構(gòu)中的缺陷。其它方法包括爐內(nèi)退火、電子束退火、激光器退火以及曝光于電磁場(chǎng)，例如在射頻或微波頻帶的那些電磁場(chǎng)(有時(shí)稱為無熱退火)。
離子注入和退火過程有助于注入?yún)^(qū)域的深度，稱為結(jié)深。離子摻雜得到的離子深度是基于被摻雜到半導(dǎo)體中離子的能量，以及摻雜離子的原子或分子量。使用低能量離子束可以形成淺摻雜區(qū)，而且優(yōu)選用具有較重的而不用較輕的原子或分子量的離子摻雜物。不幸的是，涉及升高半導(dǎo)體晶圓溫度的傳統(tǒng)退火方法通常引起摻雜區(qū)的擴(kuò)散，于是在這樣注入的摻雜物分布上結(jié)深增加。
考慮到對(duì)較小器件以及由此的較淺結(jié)深的持續(xù)不斷和日益擴(kuò)大的需求，結(jié)深的增加就會(huì)特別麻煩。

發(fā)明內(nèi)容所公開的是一些方法和系統(tǒng)，包括用摻雜物摻雜半導(dǎo)體、以及使半導(dǎo)體曝光于光源，其中曝光發(fā)生在半導(dǎo)體退火階段之前、期間和/或之后。退火階段可包括退火期和/或激活期，它們基本上可同時(shí)發(fā)生。而且，曝光可發(fā)生在退火階段的一部分或更多部分期間，且曝光可包括隨曝光而改變光源的波長。
在一個(gè)實(shí)施例中，在退火階段的第一部分期間，半導(dǎo)體可曝光于第一光波長，且在退火階段的第二(或更多)部分期間，曝光于第二(或更多)光波長。因此，曝光可發(fā)生在一部分溫度增加和/或溫度降低期間。光源可包括激光器、激光二極管和/或燈，且在一些實(shí)施例中，可包括可變波長光源?？勺儾ㄩL光源可包括第一波長范圍用于曝光，以及第二波長范圍用于退火階段。在光源可包括其發(fā)的光具有多個(gè)波長范圍的燈的實(shí)施例中，燈可連接到用于選擇多個(gè)波長范圍中一個(gè)或多個(gè)的濾光器。
在一些實(shí)施例中，光源提供的光具有的波長范圍基本上在大約200納米和大約1100納米之間，而在一些實(shí)施例中，光源提供的光具有的波長范圍基本上在大約300納米和大約800納米之間。而且，退火可以由光源執(zhí)行。
在一些公開的方法和系統(tǒng)中，半導(dǎo)體可包括多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)，以使曝光包括將光源產(chǎn)生的光引導(dǎo)到多個(gè)區(qū)的一個(gè)或多個(gè)上。引導(dǎo)光可包括相對(duì)于光源平移(translate)半導(dǎo)體，這可通過將半導(dǎo)體置于可移動(dòng)平臺(tái)例如X-Y臺(tái)面上進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，引導(dǎo)光可包括相對(duì)于半導(dǎo)體平移光源，例如包括相對(duì)于半導(dǎo)體改變光源的定向。在一個(gè)實(shí)施例中，引導(dǎo)光可包括使用所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法，將光源掃描過半導(dǎo)體的至少一部分表面。
根據(jù)光源，光源可產(chǎn)生具有受控形狀的照射，以使曝光半導(dǎo)體可包括用具有受控形狀的照射掃描半導(dǎo)體。受控形狀可以是線形或矩形。曝光還可包括控制光源和半導(dǎo)體之間的入射角。
對(duì)于所公開方法和系統(tǒng)的一些實(shí)施例，退火階段可由熱源執(zhí)行，半導(dǎo)體可包括多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)，且退火可包括將熱源產(chǎn)生的輻射引導(dǎo)到多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)中的至少一個(gè)區(qū)上。熱源可包括激光器、激光二極管和/或燈。
和光學(xué)裝置一樣，使用可移動(dòng)臺(tái)面例如X-Y裝置，半導(dǎo)體可相對(duì)于熱源平移，和/或反之亦然，和/或使用受控圖案，例如線形或矩形，將熱源掃描過至少一部分表面(以電子、機(jī)械或其它方式)。
所公開的方法和系統(tǒng)可包括根據(jù)半導(dǎo)體特性和摻雜物特性確定波長，并選擇光源，以使光源提供所確定的波長。半導(dǎo)體特性可包括半導(dǎo)體的化學(xué)成分，而摻雜物特性可包括摻雜物的化學(xué)成分。
在一些實(shí)施例中，退火可包括將半導(dǎo)體加熱到第一溫度，并將半導(dǎo)體加熱到第二溫度，其中第二溫度大于第一溫度。由此可以理解，在所公開的方法和系統(tǒng)中，退火階段可包括快速熱退火(RTA)、固相外延(SPE)和/或快閃快速熱退火中的至少一個(gè)，雖然提供這些實(shí)例是為了說明而非限制。也可理解在退火階段期間，所公開的方法和系統(tǒng)包括將半導(dǎo)體曝光于基本上在大約500℃和大約1400℃之間溫度范圍內(nèi)的溫度下，且這種暴露要執(zhí)行基本上在大約1納秒和大約90分鐘之間的時(shí)段。此外，還可理解，在所公開的方法和系統(tǒng)中，退火階段包括使用電磁場(chǎng)、激光器、激光二極管、燈、熱氣、爐子、熱板、快速熱退火器、碳輻射加熱器和/或石英鹵素?zé)簟?br> 在一些實(shí)施例中，摻雜物可包括一種或多種離子形式(ionicspecies)，它們可包括鹵素，例如，硼、氟、鍺、硅、磷和砷中的一種或多種。摻雜還可通過束線注入、等離子體摻雜(PLAD)、脈沖等離子體摻雜(P2LAD)、預(yù)非晶化(preamorphized)注入和/或摻雜淀積層執(zhí)行。
在一個(gè)實(shí)施例中，摻雜可包括根據(jù)摻雜物控制氧含量，其中氧含量可基本上在大約百萬分之1和大約百萬分之1000之間。
還公開了一種按照所公開方法的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括摻雜裝置，用于向半導(dǎo)體提供至少一種摻雜物；退火裝置，用于執(zhí)行退火階段；以及光源，其中半導(dǎo)體在退火階段之前、期間和/或之后曝光于來自光源的光。如本文所提供的，退火裝置和光源可以是同一裝置，并可包括激光器、激光二極管和/或燈，它們可連接到濾光器，用以選擇多個(gè)波長范圍中的一個(gè)或多個(gè)。
鑒于說明書和附圖，其它目的和優(yōu)點(diǎn)就顯而易見。
圖1示出用于執(zhí)行光學(xué)照射退火的系統(tǒng)和方法的一個(gè)實(shí)施例；圖2示出使用激光器照射的微波尖峰退火在不同O2濃度時(shí)摻雜物濃度和結(jié)深的關(guān)系圖；圖3示出使用三種不同類型的退火過程BF2摻雜物濃度和結(jié)深的關(guān)系圖；圖4示出使用尖峰退火過程對(duì)于兩種類型摻雜物的摻雜物濃度和結(jié)深的關(guān)系圖；圖5示出使用激光器照射的微波尖峰退火過程對(duì)于兩種類型摻雜物的摻雜物濃度和結(jié)深的關(guān)系圖；圖6示出使用快閃退火過程對(duì)于兩種類型摻雜物的摻雜物濃度和結(jié)深的關(guān)系圖；以及圖7示出對(duì)于三種不同波長照射BF2摻雜物濃度和結(jié)深關(guān)系圖。
具體實(shí)施方式為提供全面理解，現(xiàn)說明某些圖示實(shí)施例，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，本文所描述的系統(tǒng)和方法可適于和修改成提供用于其它適合應(yīng)用的系統(tǒng)和方法，而且在不背離本文所述方法和系統(tǒng)范圍的前提下可以作其它的添加和改動(dòng)。
除非另有規(guī)定，圖示實(shí)施例可以理解為提供了某些實(shí)施例不同細(xì)節(jié)的示范特性，所以在不背離所公開的系統(tǒng)和方法的前提下，特性、組件、模塊和/或附圖或過程的一些方面可以另外組合，分離、互換和/或重新排列。
用于制造半導(dǎo)體晶圓的傳統(tǒng)方法涉及用摻雜物離子摻雜晶圓，緊接一個(gè)退火階段過程。在離子摻雜期間，當(dāng)加速的、激發(fā)的摻雜物離子與基質(zhì)，本文稱為示范硅表面，相碰撞，使硅原子從它們?cè)嫉木Ц裎恢靡莆粫r(shí)，摻雜區(qū)就會(huì)被破壞。雖然摻雜物離子在硅晶格中可處于高能量非平衡位置，但摻雜物離子并不是電活性的。退火過程可向硅和摻雜物離子提供能量，以允許離子移動(dòng)到平衡位置，從而通過恢復(fù)結(jié)晶順序也修復(fù)了摻雜損壞。在此過程期間，摻雜物離子被電激活，以改變襯底的導(dǎo)電性。不幸的是，有些退火技術(shù)，例如將半導(dǎo)體曝光于500-1400攝氏度范圍內(nèi)高溫的快速熱退火(RTA)，常引起摻雜物的重新分布或擴(kuò)散。雖然某些類型的RTA，包括尖峰退火、脈沖退火、快閃輔助退火和/或激光器退火，在某些環(huán)境下且對(duì)于不同的晶圓和/或摻雜物，可獲得可接受的激活率和降低的摻雜物擴(kuò)散深度分布圖，但RTA，以及其它類型的退火技術(shù)，對(duì)于某些摻雜物劑量，還是會(huì)增加結(jié)深，使其顯著深于例如注入時(shí)的范圍。
所公開的方法和系統(tǒng)將半導(dǎo)體曝光于光源的輸出(本文稱為“曝露于光源”)，這種曝光可發(fā)生在退火階段過程之前、期間和/或之后。退火階段可包括退火期，此時(shí)半導(dǎo)體晶圓被加熱且晶體破壞被修復(fù)；以及激活期，此時(shí)摻雜物變?yōu)橛谢钚圆⑹顾纬傻慕Y(jié)可工作，退火階段可通過曝光于各種能源來獲得。退火階段的退火期和激活期可通過相同和/或不同技術(shù)和/或方法/設(shè)備依次或同時(shí)發(fā)生。光學(xué)照射可以和控制化學(xué)相結(jié)合，以優(yōu)化多電荷載流子和/或顯示出能增加激活的激子復(fù)合物，且間隙復(fù)合物可相對(duì)穩(wěn)定(見2001年4月16日提交的U.S.S.N.09/835653和2002年5月9日提交的U.S.S.N.10/142313，其內(nèi)容通過引用結(jié)合在本文中)。所公開的方法和系統(tǒng)還可與其它技術(shù)結(jié)合用以創(chuàng)建超淺結(jié)，例如包括控制氧含量和/或摻雜另一種離子形式，以便于激活和/或減少摻雜物擴(kuò)散。
所公開的方法和系統(tǒng)還可包括用摻雜物和離子形式(ionicspecies)同時(shí)和/或連續(xù)摻雜半導(dǎo)體晶圓，其中摻雜順序可根據(jù)應(yīng)用而各不相同。摻雜過程可包括離子注入過程，例如束線注入、等離子體摻雜(PLAD)、或脈沖等離子體摻雜(P2LAD)，雖然所公開的方法和系統(tǒng)不限于這些摻雜技術(shù)。在其它方法中，包括預(yù)非晶化或預(yù)非晶化注入(PAI)等方法，以及摻雜淀積層技術(shù)(例如，原處摻雜)，也可用于摻雜過程或方法中。在圖示系統(tǒng)中，所選摻雜物可以是硼(B+)，而離子形式可以是氟(F-)。所公開的過程包括根據(jù)摻雜期間的離子形式使用離子和/或分子，在摻雜期間和在特定退火方法期間產(chǎn)生富離子形式的環(huán)境，其中退火可在單個(gè)或多個(gè)階段摻雜之后進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施例中，富離子形式的環(huán)境可以通過離子摻雜摻雜物和離子形式的分子組合來提供。例如，離子摻雜可以用來將BF2注入到半導(dǎo)體中形成結(jié)。在另一實(shí)例中，富離子形式的環(huán)境可以通過PLAD實(shí)現(xiàn)。例如，當(dāng)硼(B+)是摻雜物，且氟(F-)是離子形式時(shí)，可以使用BF3源執(zhí)行PLAD。
如本文所提供的，摻雜過程之后可緊接幾種已知退火過程之一，包括通過微波和/或射頻(RF)退火進(jìn)行退火，雖然其它的熱和無熱退火方法也可使用。如所理解的，無熱退火一般是指將紅外電磁頻譜中非常小的能量傳遞到晶圓上去的退火方法。無熱退火的一個(gè)實(shí)例是電磁感應(yīng)加熱(EMIH)。用于這種無熱退火實(shí)例的方法和系統(tǒng)在美國專利申請(qǐng)No.10/115,211、題為“Dopant Diffusion and Activation Controlwith Athermal Annealing”，以及美國專利申請(qǐng)No.09/996,446、題為“Athermal Annealing with Rapid Thermal Annealing System andMethod”中公開了，其內(nèi)容通過引用全部結(jié)合在本文中。EMIH可以理解為法拉第和安培定律的獨(dú)特應(yīng)用。當(dāng)硅晶圓曝光于電磁場(chǎng)時(shí)，電子受感應(yīng)而在晶圓內(nèi)流動(dòng)。當(dāng)電子與晶格碰撞時(shí)，它們釋放能量而加熱硅晶圓。備選的是，代替無熱退火和/或除了無熱退火以外，可使用傳統(tǒng)的RTA技術(shù)，例如尖峰退火、快閃輔助退火等。而且，可以使用掃描技術(shù)、方法和系統(tǒng)進(jìn)行晶圓退火，如在美國專利申請(qǐng)No.10/325,497、題為“Thermal Flux Processing by Scanning”中所公開的，其內(nèi)容通過引用全部結(jié)合在本文中。如所理解的，這種掃描技術(shù)和方法可包括將輻射(例如電磁)引導(dǎo)到晶圓表面的所選區(qū)域上。引導(dǎo)輻射可以按如下進(jìn)行，例如通過相對(duì)于晶圓平移電磁源(例如激光器)的位置使輻射束在晶圓的表面上移動(dòng)，和/或通過采用引導(dǎo)設(shè)備，例如透鏡、鏡面、波導(dǎo)等來平移輻射束，或用其它方法控制輻射束使其掃描晶圓表面。備選的是，掃描技術(shù)可以這樣實(shí)現(xiàn)例如使用平移設(shè)備，如X-Y臺(tái)面和/或所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它平移設(shè)備，使晶圓相對(duì)于輻射源和/或輻射束移位。
雖然本文提供的實(shí)例包括使用硅作為半導(dǎo)體，但所屬領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，除了硅或代替硅，可使用其它眾所周知的半導(dǎo)體，包括IV族元素或III族和V族材料的化合物。本文提供的實(shí)例還包括使用硼作為所選摻雜物，但除了硼(B+)或代替硼，還可使用鋁、鎵、銦、磷、砷和銻，或另一p型或n型摻雜物。而且，本文提供的實(shí)例包括氟的離子形式，但也可使用其它離子形式，包括但不限于17族鹵素和/或鹵化物(氟、氯、溴、碘和砹)或其它離子形式，或從17族導(dǎo)出的反應(yīng)中間產(chǎn)物，在不背離本公開內(nèi)容范圍的前提下，也可選地和附加地使用另一族。
如本文所述，所公開的曝光方法和系統(tǒng)也可包括在退火期間控制低水平氧的周圍環(huán)境，這種氧控制方法在授予Downey的、題為“Method for Forming Shallow Junctions in Semiconductor Wafers UsingControlled Low Level Oxygen Ambients during Annealing”的美國專利6,087,247中說明了，其內(nèi)容通過引用全部結(jié)合在本文中。如上述專利中所述，在退火期間，可將氧濃度控制在或接近于小于大約百萬分之1000范圍內(nèi)的所選水平。例如，氧濃度水平可在基本上在大約百萬分之1和大約百萬分之1000之間的范圍內(nèi)?？梢愿鶕?jù)所選摻雜物和/或離子形式來確定氧控制。氧控制可基于所需濃度相對(duì)結(jié)深的關(guān)系分布圖。氧濃度可以這樣控制通過清洗或真空抽取執(zhí)行退火階段的退火室，并引入受控量的氧，將氧降低到所需水平之下。在一個(gè)實(shí)施例中，可用含有在或接近于所選氧濃度水平的氣體回充退火室。也可使用其它氣體控制技術(shù)，以在退火室中產(chǎn)生所需的氧濃度。
圖1示出照射退火系統(tǒng)100的示范實(shí)施例。這種照射退火系統(tǒng)通過使用組成系統(tǒng)100的各種模塊/組件來控制溫度、曝光時(shí)間和/或晶圓102應(yīng)作有的曝光圖案，可執(zhí)行任何一種已知的退火方法，例如尖峰退火、快閃退火、固相外延(SPE)退火、熱掃描等。而且，光學(xué)照射退火可通過無熱退火，例如使用微波源或其它電磁輻射源來進(jìn)行。如圖所示，半導(dǎo)體晶圓102被置于放在一個(gè)表面例如X-Y臺(tái)面106上的熱板108上。X-Y臺(tái)面106可用來使晶圓102能相對(duì)于本文所述的加熱和照射源平移，從而提供將加熱源所產(chǎn)生的熱施加到晶圓102所選區(qū)域上的機(jī)構(gòu)，和/或提供將光源所提供的光暴露到晶圓102所選區(qū)域上的機(jī)構(gòu)。X-Y臺(tái)面106可以是任何市售的X-Y臺(tái)面，包括例如Aim Controls Inc.制造的X-Y臺(tái)面，并可包括機(jī)動(dòng)化的平移機(jī)構(gòu)(未示出)，和/或用于控制X-Y臺(tái)面可移動(dòng)表面的運(yùn)動(dòng)的控制模塊(也未示出)。備選的是，晶圓102和/或熱板108可放在靜止平臺(tái)或表面上。
晶圓102以及熱板108和表面106都裝入退火室104內(nèi)。退火室104可以基本上是密封的，不滲透退火室104外的任何氣體或非氣體顆粒和污染物，從而防止這些污染物進(jìn)入退火室104。真空泵(未示出)和氣體注入設(shè)備(未示出)可連接到退火室104，以提供用于控制退火室104內(nèi)環(huán)境條件例如退火室104內(nèi)O2含量的機(jī)構(gòu)。具體的說，這種真空泵和氣體注入器可用來將所需氣體例如N2(和/或其它惰性氣體)和O2引入退火室104。N2(和/或退火室104中的其它氣體)中所需的O2濃度隨后可使用真空泵控制。
圖1中還示出了二次熱源，例如激光器或激光二極管陣列光學(xué)系統(tǒng)110，它可以(但不必須)用來提供能量以加熱晶圓102。激光器系統(tǒng)110可以是市售的激光二極管陣列，例如由Laser Diode Array，Inc.制造的那些。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，熱板108可用來將晶圓102加熱到第一中間溫度，而激光二極管陣列110可用來提供能量以將晶圓102加熱到第二個(gè)更高的溫度。應(yīng)理解，也可使用將晶圓102加熱到中間溫度的其它熱源，包括諸如碳輻射加熱器、爐子注入設(shè)備、石英鹵素?zé)簟⒓す馄?、燈等熱源，以及諸如微波熱源、射頻熱源等熱源。同樣，也可使用用于將晶圓102加熱到其第二溫度的其它熱源，包括激光器、閃光燈、微波源以及所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已知的用于執(zhí)行晶圓退火的所有其它熱源。備選的是，可僅使用一個(gè)熱源，例如熱板、激光器、微波發(fā)發(fā)生器、燈等，將晶圓加熱到進(jìn)行和完成退火過程所需的溫度。如本文所述，對(duì)于一種或所有熱源，加到晶圓的能源可以被加到基本上整個(gè)晶圓102，例如通過使用熱板來加熱晶圓，和/或使用X-Y臺(tái)面106使晶圓102相對(duì)于加熱源移動(dòng)而掃描過晶圓。也可使用所屬領(lǐng)域已知的其它退火方法，包括由J.M.Poate和James W.Mayer編輯的“Laser Annealing of Semiconductors”第13章中C.Hill所描述的方法，其內(nèi)容通過引用全部結(jié)合在本文中。
由圖1可見，由于激光二極管陣列110放置在退火室104之外，因此板114可用于允許由激光二極管陣列110和/或用于實(shí)現(xiàn)退火階段過程的另一熱源所產(chǎn)生的能量進(jìn)入退火室104，同時(shí)使退火室104的內(nèi)部與退火室外的周圍環(huán)境條件和污染物隔離。在本文所述的實(shí)施例中，板114可以是透明的，從而允許光學(xué)加熱源例如陣列110所產(chǎn)生的光進(jìn)入退火室104。另外，板114可以是半透明的，以允許具有特定波長的光進(jìn)入退火室104，或者它可以是不透明的，允許其它形式的輻射例如微波輻射進(jìn)入退火室104。備選的是，二次加熱源可直接連接到退火室104，從而不需要板114或其它阻擋物來使退火室104的內(nèi)部與外界絕緣。
由圖1可見，放置在退火室104和晶圓102上面的是光源112，在本文所述的示范實(shí)施例中可以是氙光源，例如Spectra-Physics制造的66926型氙持續(xù)光源。像66926型氙光源等光學(xué)光源產(chǎn)生的光，其頻譜輸出的很大部分在200-1100納米的范圍內(nèi)，且平均輸出功率例如為1000瓦。所需的波長范圍可以通過使用濾光器，例如彩色或干涉濾光器來選擇，而曝光時(shí)間則通過使用電子或機(jī)械快門來控制。其它光源也可用于系統(tǒng)100，包括使用其它氣體的燈、激光器設(shè)備，例如SpectraPhysics制造的那些、激光二極管(或激光二極管陣列)、脈沖燈和/或所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它光源?？刂凭A曝光區(qū)形狀的光學(xué)系統(tǒng)可以根據(jù)所選的掃描技術(shù)來使用，或者可設(shè)計(jì)成均勻照射整個(gè)晶圓。和系統(tǒng)100一起使用的這些其它光源可具有不同的頻譜輸出，和不同的功率級(jí)。例如，在一些實(shí)施例中，光源可產(chǎn)生的光學(xué)照射其波長范圍基本上在大約200納米和大約1100納米之間。在本文所述的其它實(shí)施例中，光源例如光源112所產(chǎn)生的光學(xué)照射的光范圍可在大約300納米和800納米之間。
為了從光源112例如燈獲得基本上單色的光，可將濾光器連接到燈112，以允許具有特定波長的光進(jìn)入腔104。因此，如圖1所示，連接到光源112輸出端的是濾光器113，它能從光源112所產(chǎn)生的頻譜輸出中選擇具有特定波長的照射。濾光器113可以是可調(diào)濾光器例如單色儀，從而允許光源112有效地成為可變波長光源。光源112所產(chǎn)生的以及濾光器113所過濾的照射通過板114進(jìn)入退火室104，于是該照射被引導(dǎo)到晶圓102上，以本文所述的方式促進(jìn)減少摻雜物擴(kuò)散和/或增加摻雜物激活。
應(yīng)理解，系統(tǒng)100和/或本文所述的其它系統(tǒng)中可包括不止一個(gè)光源，且每個(gè)此類光源以不同的波長并在退火階段過程的不同時(shí)期進(jìn)行照射。因此，一個(gè)光源例如可在晶圓102被加熱的同時(shí)照射晶圓102，而另一(或同一)光源可在晶圓102被冷卻的同時(shí)被激活。而且，在使用附加光源時(shí)，該附加光源可以不同于第一光源所產(chǎn)生的照射波長的波長進(jìn)行照射。備選的是，能夠以不同的波長照射的單個(gè)可變波長光源可與系統(tǒng)100和/或本文所述的其它系統(tǒng)一起使用。這樣，光源112可在晶圓被加熱的同時(shí)照射晶圓102，但在晶圓102被冷卻時(shí)去激活，或者用不同波長的照射來照射晶圓102。
雖然光源112被示為懸吊在退火室104之上，但應(yīng)理解，它也可定位在退火室104之內(nèi)，例如附連到退火室104的室壁之一，從而不需要通過對(duì)接機(jī)構(gòu)例如板114使光進(jìn)入退火室。而且，應(yīng)理解，光源112可以相對(duì)于晶圓102定位在其它定向，或在退火室104內(nèi)側(cè)或外側(cè)。通過將光源112定位在不同定向，就可將照射光引導(dǎo)到晶圓表面的不同區(qū)域，從而提供可控制晶圓內(nèi)摻雜物擴(kuò)散的幾何形狀的機(jī)構(gòu)。具體的說，如本文所述，照射到晶圓表面上的光可以降低晶圓中摻雜物擴(kuò)散的程度，和/或增加摻雜物激活的程度。通過將來自光源112的照射引導(dǎo)到晶圓表面的特定區(qū)域，就可控制在特定區(qū)域中摻雜物擴(kuò)散和/或摻雜物激活的程度。此外，通過控制光源112(例如燈和濾光器、激光器、激光二極管等)的定向，就可將照射引導(dǎo)到晶圓表面上，以提供摻雜物的水平擴(kuò)散。而且，光源112的不同定向還可使照射入射角相對(duì)于晶圓102的表面而改變，從而提供用于控制晶圓102中摻雜物擴(kuò)散和/或激活量的另一機(jī)構(gòu)。應(yīng)理解，來自光源112的照射也可被引導(dǎo)到晶圓102的所選區(qū)域/面積，即通過X-Y臺(tái)面106的平移使晶圓102相對(duì)于光源112平移。換句話說，光源112可保持靜止不動(dòng)，而晶圓102可相對(duì)于光源112在空間上平移，以使晶圓102上的不同區(qū)域/面積曝光于光源112所發(fā)出的照射。
對(duì)于圖1所示系統(tǒng)，可以通過使用光學(xué)高溫計(jì)或光管收集輻射的光來提供溫度測(cè)量。所收集的輻射光可用例如Luxtron型分析儀進(jìn)行分析，它將收集的光強(qiáng)度與黑體輻射頻譜相匹配，以產(chǎn)生硅晶圓的溫度。在一些實(shí)施例中，頻譜可以修改或縮放，以根據(jù)硅的發(fā)射率提供精確的溫度測(cè)量。應(yīng)理解，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已知的許多其它形式的光學(xué)高溫計(jì)中的任何一種都可用作Luxtron技術(shù)的備選。
工作時(shí)，晶圓102被置于熱板108上，熱板108開始將晶圓加熱到第一溫度，對(duì)應(yīng)于正在實(shí)現(xiàn)的具體退火方法的中間溫度(例如，快閃退火方法可具有不同于尖峰退火方法中間溫度的中間溫度)。也可執(zhí)行用于將摻雜物離子例如硼(B)置于晶圓上的摻雜過程如P2LAD，雖然如所屬領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解的，這種摻雜過程可能在開始退火階段過程之前已經(jīng)完成。光源112可能以前已激活了晶圓中的摻雜物，并在開始退火階段過程之前已開始通過板114照射晶圓。備選的是，來自光源112的照射可以在某個(gè)以后的階段加到晶圓上(例如在退火階段過程期間，或在退火階段完成時(shí))。而且，退火室中的O2水平也可以調(diào)節(jié)到能促進(jìn)減少摻雜物擴(kuò)散和/或增加摻雜物激活的O2水平。當(dāng)晶圓102被加熱到其目標(biāo)中間溫度時(shí)，可將二次熱源例如激光二極管陣列產(chǎn)生的熱加到晶圓102上，從而將晶圓102的溫度增加到能完成退火階段過程的溫度。在規(guī)定時(shí)間，其可取決于晶圓材料的具體性質(zhì)、所實(shí)現(xiàn)的退火方法等，二次熱源對(duì)晶圓102的加熱可中止，從而允許晶圓冷卻。
在半導(dǎo)體上進(jìn)行的退火可以是無熱退火，例如使用微波發(fā)生器進(jìn)行的電磁感應(yīng)加熱。備選的是，在晶圓102上進(jìn)行的退火可以是熱退火，例如尖峰退火、快閃輔助退火和/或另一快速熱退火(RTA)技術(shù)，使用加熱源進(jìn)行的，例如熱板、碳輻射加熱器、爐子注入設(shè)備、石英鹵素?zé)?、激光器、激光二極管陣列、燈以及所屬領(lǐng)域已知的其它加熱源。而且，如本文所述，在退火技術(shù)基于光源使用，且同一光源還用于提供減少摻雜物擴(kuò)散和/或增加摻雜物激活的情況下，該光源可以是，對(duì)于所用的具體半導(dǎo)體和摻雜物，以提供比其它波長降低的擴(kuò)散和更高的激活率的波長來照射的光源。此外，晶圓102的退火也可使用掃描技術(shù)進(jìn)行，從而可將來自第一和/或第二加熱源的熱引導(dǎo)到晶圓表面的所選區(qū)域上，通過相對(duì)于加熱源平移晶圓102，和/或平移加熱源，和/或改變加熱源相對(duì)于晶圓的定向，和/或?qū)⒓訜嵩串a(chǎn)生的輻射引導(dǎo)到晶圓的所選區(qū)域上。這些掃描技術(shù)和方法可便于控制晶圓102中結(jié)的幾何形狀。
此外，半導(dǎo)體晶圓102中摻雜物擴(kuò)散的幾何形狀可按如下方式控制通過相對(duì)于半導(dǎo)體晶圓102空間上定向光源112，和/或?yàn)楣庠?12配以光束聚焦裝置，以使光源112對(duì)半導(dǎo)體晶圓102上的照射可被引導(dǎo)到晶圓102的所選區(qū)域。于是，通過將來自光源112的照射引導(dǎo)到晶圓102的所選區(qū)域/面積，這樣引導(dǎo)的照射就可在那些區(qū)域中，但卻不一定在晶圓的其它區(qū)域/面積上，促進(jìn)減少摻雜物擴(kuò)散和/或增加摻雜物激活?？捎糜趯碜怨庠?12的照射引導(dǎo)到晶圓102特定區(qū)域/面積的光束聚焦裝置可包括用于聚焦光的光學(xué)透鏡，和/或所屬領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所有其它類型的光學(xué)聚焦裝置。而且，通過控制X-Y臺(tái)面106相對(duì)于這些光源的平移，晶圓102可相對(duì)于光源102和/或所用的其它光源移位，以減少晶圓102中的摻雜物擴(kuò)散和/或摻雜物激活。此外，光源和/或退火源的幾何形狀也可加以控制，以產(chǎn)生與現(xiàn)有技術(shù)的已知掃描源之一兼容的形狀。例如，在晶圓上掃描的線形和/或矩形光源可用來使晶圓均勻地曝光于持續(xù)時(shí)間非常短的光脈沖，而在曝光區(qū)域之間不會(huì)產(chǎn)生縫隙。
所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)理解，圖1的示范退火系統(tǒng)僅是說明性的，其實(shí)現(xiàn)不限于本文所提供的實(shí)施例和特征。例如，在一些實(shí)施例中，可以使用尖峰退火，其中半導(dǎo)體晶圓102要經(jīng)受的溫度在基本上在大約750℃到大約1400℃的范圍內(nèi)，持續(xù)時(shí)間在十分之一(0.1)秒和大約兩(2)秒之間。在其它實(shí)施例中，尖峰退火過程可包括基本上在大約950℃和大約1100℃之間的溫度，半導(dǎo)體晶圓曝光于該范圍溫度的持續(xù)時(shí)間也基本上在大約十分之一(0.1)秒和大約兩(2)秒之間。在使用尖峰退火的這些實(shí)施例中，進(jìn)行尖峰退火的熱可以由產(chǎn)生和釋放熱氣的熱源、用于產(chǎn)生和釋放微波能量的設(shè)備、爐子、光源(例如燈、激光器等)、熱板、石墨條加熱器、標(biāo)準(zhǔn)石英鹵素加熱器和/或其它發(fā)熱源來提供。
在其它實(shí)施例中，可以進(jìn)行快閃退火，其中晶圓可經(jīng)受的溫度在基本上在大約500℃和大約1400℃的范圍之內(nèi)，持續(xù)時(shí)間在大約1納秒到大約1秒之間。在使用快閃退火的這些實(shí)施例中，進(jìn)行快閃退火的熱可以由微波能量、或產(chǎn)熱光源(例如，使晶圓曝光于具有特定波長頻帶的光學(xué)照射的燈或激光器)和/或其它熱源/發(fā)生器來提供。例如，可以使用Vortek Industries制造的fRTA系統(tǒng)進(jìn)行快閃退火。這些系統(tǒng)使用燈將晶圓加熱到中間溫度，隨繼放電由燈產(chǎn)生的功率快閃，從而使晶圓經(jīng)歷表面和內(nèi)部溫度的急劇上升。
此外，在另一些實(shí)施例中，可進(jìn)行固相外延(SPE)退火。在采用SPE退火的一些實(shí)施例中，爐子、熱板或某種其它熱退火器，可用來提供加到晶圓上的熱。在這些實(shí)施例中，晶圓可經(jīng)受的溫度基本上在大約500℃和大約750℃之間的范圍內(nèi)，持續(xù)時(shí)間在大約十分之一(0.1)秒到大約10分鐘之間。在采用SPE退火的其它實(shí)施例中，微波源或光源，例如燈或激光器，可用來提供加到晶圓上的熱。在這些實(shí)施例中，晶圓可經(jīng)受的溫度基本上在大約500℃和大約1100℃之間的范圍內(nèi)，持續(xù)時(shí)間基本上在大約一(1)秒到大約六十(60)秒之間。
在本文所述的這些實(shí)施例中，包括例如進(jìn)行尖峰退火、快閃退火和/或固相外延退火的這些實(shí)施例，這種實(shí)施例可使用至少一個(gè)光學(xué)照射源，例如發(fā)光激光器、或以類似于圖1中系統(tǒng)100的方式連接到濾光器的燈，例如氙光源；但在加熱源是光源的實(shí)施例中，可能不需要包括附加光源來提供用于改進(jìn)結(jié)形成性能結(jié)果的照射。例如fRTAVortek系統(tǒng)使用燈來加熱晶圓。這種燈可以用于雙重容量，即加熱晶圓以進(jìn)行退火，以及照射晶圓以促進(jìn)改進(jìn)的結(jié)形成結(jié)果(例如減少擴(kuò)散，增加激活)。不過，在由光源提供加熱的一些其它實(shí)施例中，第二光源和/或附加光源，可用來提供附加照射以促進(jìn)改進(jìn)的結(jié)形成結(jié)果。例如，一個(gè)光源可產(chǎn)生有助于和/或便于退火的波長的光，而第二光源可使用能促進(jìn)改進(jìn)的結(jié)形成的其它波長用于照射晶圓。例如，在使用燈進(jìn)行RTA退火的Mattson 3000 Plus RTA系統(tǒng)中，燈所產(chǎn)生的光譜分布可能不適合于產(chǎn)生如本文所述的非退火光學(xué)照射，因此可以使用照射晶圓以改進(jìn)結(jié)形成性能結(jié)果的第二光源。
如前所述，可使用加熱源，例如熱板，將半導(dǎo)體晶圓先加熱到中間溫度，隨繼可用同一或另一加熱源，例如激光二極管，將晶圓溫度升到退火晶圓所需的溫度。例如，如所屬領(lǐng)域技術(shù)人員理解的，快閃輔助退火涉及將晶圓加熱到第一(例如“中間”)溫度，然后將熱快閃加到晶圓上，從而將晶圓溫度升到第二個(gè)更高的溫度。
在摻雜物激活和擴(kuò)散率方面，光學(xué)照射對(duì)結(jié)形成過程的影響示于圖2-6中的二次離子質(zhì)譜(SIMS)覆蓋圖中。使用物理電子學(xué)6600四極SIMS儀器，用1.0KeV O2束，以60°入射角，對(duì)圖2-6的SIMS覆蓋圖進(jìn)行分析。圖2-6示出在硅襯底中摻雜物濃度和深度的關(guān)系，并提供了有助于確定使用光源照射晶圓以改進(jìn)結(jié)形成性能的功效的附加測(cè)量值或計(jì)算值。這些值包括1)薄層電阻RS，用KLA-Tencor Rs-100或Rs-35測(cè)量；2)結(jié)深Xj；3)ΔXj，計(jì)算為在摻雜物注入過程完成后晶圓中摻雜物分布的深度(有時(shí)稱為“注入時(shí)”結(jié)深)與退火階段已完成后結(jié)深之間的差；4)激活效率，計(jì)算為激活效率(Rs):=RstotalRs·100%---(1)]]>式中Rstotal計(jì)算為1Rstotal=Σi=1n1Ri=Σi=1n1ρidi---(2)]]>式中di是各個(gè)晶圓層厚度，電阻率為ρi。對(duì)應(yīng)于晶圓中特定層的電阻率ρ根據(jù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式計(jì)算ρ=1.305·1016CB+1.133·1017CB[1+(2.58·10-19·CB)-0.737]---(3)]]>式中CB是相應(yīng)層中的硼濃度。
對(duì)于特定層的電阻率ρ是假定晶圓中的所有摻雜物原子都被激活來計(jì)算的。因此，激活效率表示為實(shí)際測(cè)量的晶圓電阻率和理論電阻率之比，假定所有的注入摻雜物原子都已被激活。應(yīng)指出，由于SIMS分布圖不精確，激活效率可能得出高于100％的值。不過，雖然激活效率值會(huì)受測(cè)量誤差的影響，這些值還是被認(rèn)為比計(jì)算薄層電阻率值更為可靠，和激活效率值一樣，薄層電阻率值也是從SIMS分布圖中導(dǎo)出的，但和激活效率值相反，它不計(jì)算晶圓的理論薄層電阻率。
圖2示出了在有兩種不同的O2周圍環(huán)境濃度時(shí)激光器照射對(duì)結(jié)形成性能的影響。更具體的說，對(duì)于N2中O2濃度為21％，以及N2中O2為百萬分之100(ppm)，有和沒有激光器照射，測(cè)定了摻雜物濃度與深度的分布圖。用于測(cè)定圖2所示以及圖3-6所示的光學(xué)照射效果所測(cè)試的樣品是3cm×1.5cm的硅晶圓。在關(guān)于圖2-6所示結(jié)果的實(shí)驗(yàn)中，使用Varian VIISion-80 ULE、Varian VIISta-80、或使用BF3等離子體源的Varian VIISTta 10 P2LAD系統(tǒng)，以0°傾斜角注入摻雜物。其它的摻雜注入技術(shù)和/或不同的摻雜注入設(shè)備都可替代使用。在研究光學(xué)照射效果時(shí)，樣品被注入有2.2KeV、1e15/cm2的BF2，然后用微波輻射在550℃預(yù)熱30秒，其后也是由微波輻射進(jìn)行無熱尖峰退火到1050℃。在對(duì)圖2所進(jìn)行的微波輻射實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生2.45GHz退火微波輻射的微波源不產(chǎn)生紅外、光學(xué)或紫外照射，因此，唯一的光照射源來自于所用的光源。在用于獲得圖2所示結(jié)果的特定系統(tǒng)中，所用的光源是產(chǎn)生波長為672納米的激光束并產(chǎn)生100mW功率的準(zhǔn)直激光器。典型的功率密度為大約15-50mW/cm2。然后將光學(xué)照射聚焦到用于這些測(cè)量的每個(gè)晶圓樣品上，以使每個(gè)樣品的一半被照射，而另一半保持黑暗。在550℃預(yù)熱期間，激光器被激活，并保持激活以作高溫處理。這種實(shí)驗(yàn)安排的優(yōu)點(diǎn)是，樣品的照射和非照射部分都接收相同的熱處理，這樣光學(xué)照射就是唯一的變量。
如圖2所示，當(dāng)環(huán)境氧濃度從N2中21％的O2變到N2中100ppm的O2時(shí)，在晶圓上使用光學(xué)照射導(dǎo)致激活效率增加(70.3％到147.9％)和ΔXj值的增加(219對(duì)比46)。相反，當(dāng)不將激光器照射引導(dǎo)到晶圓樣品上時(shí)，在環(huán)境O2濃度從N2中21％的O2改變到N2中100ppm的O2時(shí)，為晶圓樣品所計(jì)算的激活效率和ΔXj值都變差，激活效率從115.2％下降到62.9％，ΔXj值則從101增加到134。
圖3示出在N2中100ppm O2的環(huán)境濃度中對(duì)于激光器照射的微波尖峰退火的結(jié)形成性能結(jié)果，與在類似條件下進(jìn)行的其它類型退火相比較。更具體的說，圖3示出以下各SIMS覆蓋圖注入時(shí)2.2KeV、1e15/cm2BF2注入物(圖3的曲線a)、在1050℃ RTA尖峰退火(圖3的曲線d)、峰值從820℃到1250℃大約1.2ms然后冷卻到820℃的“快閃”RTA退火(圖3的曲線b)、以及激光器照射的樣品(圖3的曲線c)。對(duì)于在關(guān)于圖3的實(shí)驗(yàn)(以及也關(guān)于圖4的那些實(shí)驗(yàn))中進(jìn)行的RTA尖峰退火，使用的是Mattson 3000 Plus RTA系統(tǒng)。對(duì)于在關(guān)于圖3的實(shí)驗(yàn)(以及也關(guān)于圖6的那些實(shí)驗(yàn))中進(jìn)行的快閃輔助RTA退火，使用的是fRTA Vortek Industries系統(tǒng)。如前所述，對(duì)于有關(guān)圖3中進(jìn)行的照射微波尖峰退火過程(以及有關(guān)圖2和5中所進(jìn)行的那些過程)，使用的是微波爐。
如圖3所示，激光器照射的樣品比經(jīng)受RTA尖峰退火的樣品具有較低的擴(kuò)散(46對(duì)比77)，并且也具有較高的激活效率(147.9％對(duì)比110.4％)。另一方面，“快閃”RTA樣品則具有可忽略的擴(kuò)散，其激活效率為151.7％。RTA尖峰退火和“快閃”RTA退火都具有大致與熱擴(kuò)散理論所預(yù)測(cè)的值相匹配的擴(kuò)散值。但激光器照射的樣品的擴(kuò)散小于熱擴(kuò)散理論所預(yù)測(cè)的。
應(yīng)指出，fRTA Vortek Industries系統(tǒng)用來進(jìn)行快閃退火過程，它使用的燈為其發(fā)射光成份中的45％具有小于672納米的波長，顯示出優(yōu)于RTA尖峰退火過程的結(jié)形成結(jié)果，進(jìn)行RTA尖峰退火使用的燈為其發(fā)射光具有的頻譜分布中小于10％的光成份具有低于672納米的波長。而且，圖7示出了當(dāng)所使用的摻雜物為BF2且在溫度為1000℃進(jìn)行光學(xué)照射的微波尖峰退火過程60分鐘時(shí)，在不同波長下光學(xué)照射對(duì)結(jié)形成性能結(jié)果的影響比較圖。由圖可見，對(duì)于所使用的特定摻雜物，且在規(guī)定溫度下，用560納米的波長照射(對(duì)應(yīng)于圖7中的實(shí)線曲線)比用320納米波長的照射(對(duì)應(yīng)于虛線曲線)以及不使用照射時(shí)(對(duì)應(yīng)于斷折線曲線)，可得到較淺的結(jié)。從圖7還可見，與在退火階段不使用照射時(shí)所得到的結(jié)深相比，用320納米波長照射得到增加的結(jié)深。因此圖7暗示對(duì)于半導(dǎo)體材料、摻雜物、退火溫度、退火時(shí)長以及環(huán)境條件(例如退火室中的氧含量)的既定組合，不同的照射波長可提供不同的結(jié)形成性能結(jié)果。
因此，退火過程的優(yōu)化可涉及確定要使用的照射波長。而且，對(duì)于圖3所比較的快閃輔助退火和尖峰退火過程來說，與尖峰退火過程相比使用快閃輔助退火過程所獲得的較好的結(jié)形成性能結(jié)果，可以預(yù)示如下事實(shí)對(duì)于用BF2摻雜物所摻雜的硅半導(dǎo)體，較短的波長照射可促進(jìn)較好的結(jié)形成性能結(jié)果(如所述，相比在尖峰退火過程中只有10％的照射成份，在快閃輔助退火過程中45％的照射成份具有短于672納米的波長)。
將圖3中所比較的三種退火方法隨后各應(yīng)用在摻雜有硼(B+)和BF2+摻雜物之一的晶圓樣品上。圖4示出在N2中有100ppm O2的環(huán)境中在1050℃ RTA尖峰退火的SIMS覆蓋圖?？梢钥闯?，BF2摻雜物的擴(kuò)散與B摻雜物相比有所減少(77對(duì)比93)，雖然激活效率高于B摻雜物(116.2％對(duì)比110.4％)。
從圖5可見，圖中示出了在有和沒有應(yīng)用激光器照射的微波尖峰退火過程時(shí)，對(duì)于兩種類型摻雜物的摻雜物濃度和結(jié)深的關(guān)系，當(dāng)尖峰退火的晶圓(由微波輻射加熱)用在退火期間激活的光源例如激光器照射時(shí)，使用氟的效果變得更加顯著。如圖5所示，在使用BF2+的樣品中所形成的結(jié)比使用B+摻雜物的樣品要淺得多，僅擴(kuò)散46，而B+樣品為153。此外，BF2+樣品的激活效率(147.9％)比B+樣品的(86.9％)也高得多。
圖6示出了快閃RTA對(duì)500eV 1e15/cm2B和對(duì)1e15/cm22.2KeVBF2摻雜物的影響。在有關(guān)圖6所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，快閃峰值從820℃到1250℃，然后冷卻到820℃，使用1.2毫秒的脈沖。如圖6所示，使用快閃RTA退火導(dǎo)致?lián)诫s物離子幾乎不擴(kuò)散(即，對(duì)于B+和BF2+這兩種摻雜物，快閃RTA過程產(chǎn)生的ΔXj值為1)；但BF2+樣品具有較高的激活效率151.3％，而B+樣品為124.4％。
因此，圖2-6示出了在退火過程中使用光學(xué)照射對(duì)較淺的結(jié)深和增加的激活效率起了作用。具體的說，無論是光學(xué)照射在退火過程本身所固有(如在Vortek fRTA系統(tǒng)中使用燈來進(jìn)行快閃輔助退火)，還是將獨(dú)立的附加光源加到退火系統(tǒng)上，結(jié)形成性能結(jié)果都得以改進(jìn)，即，激活效率增加且半導(dǎo)體晶圓的結(jié)深減小。
以上所述的是一些方法和系統(tǒng)，包括用至少一種摻雜物來摻雜半導(dǎo)體，并使半導(dǎo)體曝光于光源，其中該曝光發(fā)生在所述半導(dǎo)體的退火階段之前、期間和/或之后。退火階段可包括退火期和/或激活期，它們基本上可同時(shí)發(fā)生。該系統(tǒng)可包括至少一個(gè)摻雜裝置，用于向半導(dǎo)體提供至少一種摻雜物；至少一個(gè)退火裝置，用于執(zhí)行退火階段；以及至少一個(gè)光源，其中半導(dǎo)體在退火階段之前、期間和/或之后曝光于來自光源的光。
本文所述的方法和系統(tǒng)不限于具體的硬件或軟件配置，并可適用于許多計(jì)算或處理環(huán)境中。這些方法和系統(tǒng)可以硬件或軟件、或硬件和軟件的組合實(shí)現(xiàn)。這些方法和系統(tǒng)可以在一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序中實(shí)現(xiàn)，這些程序執(zhí)行在一個(gè)或多個(gè)可編程計(jì)算機(jī)上，可編程計(jì)算機(jī)包括處理器、處理器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)(包括易失性和非易失性存儲(chǔ)器和/或存儲(chǔ)元件)、一個(gè)或多個(gè)輸入裝置以及一個(gè)或多個(gè)輸出裝置。
除非另有說明，使用詞語“基本上”可以認(rèn)為是包括準(zhǔn)確的關(guān)系、條件、布置、定向和/或其它特征、以及所述領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的其偏差，其程度為這些偏差本質(zhì)上不影響所公開的方法和系統(tǒng)。
在通篇本公開內(nèi)容中，使用冠詞“一個(gè)”來修飾名詞可理解為使用方便，且包括一個(gè)或多于一個(gè)所修飾的名詞，除非另有具體說明。
元件、組件、模塊和/或它們的部件，被說明為和/或通過附圖描繪為與之通信、與之關(guān)聯(lián)和/或基于其上，或其它什么，可以理解為以直接和/或間接的方式這樣通信、與之關(guān)聯(lián)和/或基于其上，除非文中另有具體說明。
雖然已就具體實(shí)施例對(duì)這些方法和系統(tǒng)作了說明，但它們不限于此。根據(jù)上述內(nèi)容，顯然許多更改和變化是顯而易見的。例如，如本文以前所提出，雖然附圖示出使用硼(B+)作為所選的p-型摻雜物，用氟(F-)作為所選的離子形式，但這些方法和系統(tǒng)可應(yīng)用于其它p-型和n-型摻雜物，以及其它的離子形式。圖示實(shí)施例可包括氧水平例如為百萬分之100的氧受控退火室，雖然所屬領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，受控的氧含量可以根據(jù)摻雜物而改變，其范圍例如可在百萬分之1到1000之間。
所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在細(xì)節(jié)上、材料上以及部件的布置上作出許多附加改變。因此，應(yīng)理解，以下的權(quán)利要求
書不應(yīng)限于本文所公開的實(shí)施例，可包括除具體說明外的實(shí)踐，并應(yīng)作法律所允許的廣義解釋。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括用至少一種摻雜物摻雜半導(dǎo)體，以及使所述半導(dǎo)體曝光于至少一個(gè)光源，其中所述曝光發(fā)生在所述半導(dǎo)體的退火階段之前、期間和之后中至少之一。
2.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述退火階段包括退火期和激活期中至少之一。
3.如權(quán)利要求
2所述的方法，其中所述退火期和所述激活期基本上同時(shí)發(fā)生。
4.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述曝光發(fā)生在至少一部分所述退火階段期間。
5.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中曝光還包括隨所述曝光改變波長。
6.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中曝光還包括使所述半導(dǎo)體在所述退火階段的第一部分期間曝光于第一光波長，以及使所述半導(dǎo)體在所述退火階段的至少一個(gè)第二部分期間曝光于至少一個(gè)第二光波長。
7.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述曝光發(fā)生在溫度增加和溫度降低中至少之一的一部分期間。
8.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述至少一個(gè)光源包括激光器、激光二極管和燈中的至少一個(gè)。
9.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述至少一個(gè)光源包括可變波長光源。
10.如權(quán)利要求
9所述的方法，其中所述可變波長光源包括至少一個(gè)第一波長范圍用于所述曝光，以及至少一個(gè)第二波長范圍用于所述退火階段。
11.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述至少一個(gè)光源包括燈，所述燈照射的光具有多個(gè)波長范圍，所述燈連接到用于選擇所述多個(gè)波長范圍中至少一個(gè)的濾光器。
12.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述至少一個(gè)光源提供的光具有的波長范圍基本上在大約200納米和大約1100納米之間。
13.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述至少一個(gè)光源提供的光具有的波長范圍基本上在大約300納米和大約800納米之間。
14.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述退火由所述至少一個(gè)光源執(zhí)行。
15.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述半導(dǎo)體包括多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域，且其中曝光包括將所述至少一個(gè)光源產(chǎn)生的光引導(dǎo)到所述多個(gè)區(qū)域中的至少一個(gè)區(qū)域上。
16.如權(quán)利要求
15所述的方法，其中引導(dǎo)包括相對(duì)于所述至少一個(gè)光源平移所述半導(dǎo)體。
17.如權(quán)利要求
16所述的方法，其中所述半導(dǎo)體放置在可移動(dòng)平臺(tái)上，且其中所述平移由所述可移動(dòng)平臺(tái)執(zhí)行。
18.如權(quán)利要求
17所述的方法，其中所述可移動(dòng)平臺(tái)包括X-Y臺(tái)面。
19.如權(quán)利要求
15所述的方法，其中引導(dǎo)包括相對(duì)于所述半導(dǎo)體平移所述至少一個(gè)光源。
20.如權(quán)利要求
15所述的方法，其中引導(dǎo)包括相對(duì)于所述半導(dǎo)體改變所述至少一個(gè)光源的定向。
21.如權(quán)利要求
15所述的方法，其中引導(dǎo)包括將所述至少一個(gè)光源掃描過所述半導(dǎo)體的至少一部分所述表面。
22.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述至少一個(gè)光源產(chǎn)生的光具有受控形狀，且其中曝光包括用具有所述受控形狀的所述照射掃描所述半導(dǎo)體。
23.如權(quán)利要求
22所述的方法，其中所述受控形狀包括線形和矩形中的至少一個(gè)。
24.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中曝光包括控制所述至少一個(gè)光源和所述半導(dǎo)體之間的入射角。
25.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述退火階段由至少一個(gè)熱源執(zhí)行，所述半導(dǎo)體包括多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域，以及所述退火包括將所述至少一個(gè)熱源產(chǎn)生的輻射引導(dǎo)到所述多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域中的至少一個(gè)區(qū)域上。
26.如權(quán)利要求
25所述的方法，其中所述至少一個(gè)熱源包括激光器、激光二極管和燈中的至少一個(gè)。
27.如權(quán)利要求
25所述的方法，其中引導(dǎo)包括相對(duì)于所述至少一個(gè)熱源平移所述半導(dǎo)體。
28.如權(quán)利要求
27所述的方法，其中所述半導(dǎo)體放置在可移動(dòng)平臺(tái)上，且其中所述平移由所述可移動(dòng)平臺(tái)執(zhí)行。
29.如權(quán)利要求
28所述的方法，其中所述可移動(dòng)平臺(tái)包括X-Y臺(tái)面。
30.如權(quán)利要求
25所述的方法，其中引導(dǎo)包括相對(duì)于所述半導(dǎo)體平移所述至少一個(gè)熱源。
31.如權(quán)利要求
25所述的方法，其中引導(dǎo)包括相對(duì)于所述半導(dǎo)體改變所述至少一個(gè)熱源的定向。
32.如權(quán)利要求
25所述的方法，其中所述至少一個(gè)熱源產(chǎn)生的輻射具有受控形狀，且其中曝光包括用具有所述受控形狀的所述輻射掃描所述半導(dǎo)體。
33.如權(quán)利要求
32所述的方法，其中所述受控形狀包括線形和矩形中的至少一個(gè)。
34.如權(quán)利要求
25所述的方法，其中曝光包括控制所述至少一個(gè)熱源和所述半導(dǎo)體之間的入射角。
35.如權(quán)利要求
25所述的方法，其中引導(dǎo)包括將所述至少一個(gè)熱源掃描過所述半導(dǎo)體的至少一部分所述表面。
36.如權(quán)利要求
1所述的方法，還包括根據(jù)所述半導(dǎo)體的特性和所述至少一種摻雜物的特性確定波長，并選擇所述至少一個(gè)光源，以使所述至少一個(gè)光源提供所述確定的波長。
37.如權(quán)利要求
36所述的方法，其中所述半導(dǎo)體的所述特性包括所述半導(dǎo)體的化學(xué)成分。
38.如權(quán)利要求
36所述的方法，其中所述至少一種摻雜物的所述特性包括所述至少一種摻雜物的化學(xué)成分。
39.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述退火包括將所述半導(dǎo)體加熱到第一溫度，以及將所述半導(dǎo)體加熱到第二溫度，所述第二溫度大于所述第一溫度。
40.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述退火階段包括在快速熱退火(RTA)、固相外延(SPE)和快閃快速熱退火中至少之一執(zhí)行。
41.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述退火階段包括使所述半導(dǎo)體經(jīng)受基本上在大約500℃和大約1400℃之間溫度范圍內(nèi)的溫度。
42.如權(quán)利要求
41所述的方法，其中所述經(jīng)受要執(zhí)行基本上在大約1納秒和大約90分鐘之間的時(shí)段。
43.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述退火階段包括使用如下中至少之一電磁場(chǎng)、激光器、激光二極管、燈、至少一種熱氣、爐子、熱板、快速熱退火器、碳輻射加熱器以及石英鹵素?zé)簟?br>44.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述至少一種摻雜物包括至少一種離子形式。
45.如權(quán)利要求
44所述的方法，其中所述離子形式包括鹵素。
46.如權(quán)利要求
45所述的方法，其中所述離子形式包括硼、氟、鍺、硅、磷和砷中至少一個(gè)的離子。
47.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中摻雜包括以下至少之一束線注入、等離子體摻雜(PLAD)、脈沖等離子體摻雜(P2LAD)、預(yù)非晶化注入以及摻雜淀積層。
48.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中摻雜包括根據(jù)所述摻雜物控制氧含量。
49.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中摻雜包括將氧含量控制基本上在大約百萬分之1和大約百萬分之1000之間。
50.一種系統(tǒng)，包括至少一個(gè)摻雜裝置，用于向半導(dǎo)體提供至少一種摻雜物，至少一個(gè)退火裝置，用以執(zhí)行退火階段；以及至少一個(gè)光源，其中所述半導(dǎo)體在所述退火階段之前、期間和之后中至少之一曝光于來自所述至少一個(gè)光源的光。
51.如權(quán)利要求
50所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)光源包括激光器、激光二極管和燈中的至少一個(gè)。
52.如權(quán)利要求
50所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)光源包括燈，所述燈照射的光具有多個(gè)波長范圍，所述燈連接到用于選擇所述多個(gè)波長范圍中至少一個(gè)的濾光器。
53.如權(quán)利要求
50所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)光源提供的光具有的波長范圍基本上在大約200納米和大約1100納米之間。
54.如權(quán)利要求
50所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)光源提供的光具有的波長范圍基本上在大約300納米和大約800納米之間。
55.如權(quán)利要求
50所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)退火裝置是所述至少一個(gè)光源。
56.如權(quán)利要求
50所述的系統(tǒng)，其中所述半導(dǎo)體包括多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域，且其中所述至少一個(gè)光源將光引導(dǎo)到所述多個(gè)區(qū)域中的至少一個(gè)區(qū)域上。
57.如權(quán)利要求
56所述的系統(tǒng)，其中所述半導(dǎo)體相對(duì)于所述至少一個(gè)光源平移。
58.如權(quán)利要求
57所述的系統(tǒng)，其中所述半導(dǎo)體放置在可移動(dòng)平臺(tái)上，且其中所述平移由所述可移動(dòng)平臺(tái)執(zhí)行。
59.如權(quán)利要求
58所述的系統(tǒng)，其中所述可移動(dòng)平臺(tái)包括X-Y臺(tái)面。
60.如權(quán)利要求
56所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)光源的定向相對(duì)于所述半導(dǎo)體改變。
61.如權(quán)利要求
50所述的系統(tǒng)，其中將所述至少一個(gè)光源掃描過所述半導(dǎo)體的至少一部分所述表面。
62.如權(quán)利要求
50所述的系統(tǒng)，其中用具有受控形狀的所述光掃描所述半導(dǎo)體。
63.如權(quán)利要求
62所述的系統(tǒng)，其中所述受控形狀包括線形和矩形中的至少一個(gè)。
64.如權(quán)利要求
50所述的系統(tǒng)，還包括用于控制所述至少一個(gè)光源和所述半導(dǎo)體之間入射角的光學(xué)控制器。
65.如權(quán)利要求
50所述的系統(tǒng)，其中所述半導(dǎo)體包括多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域，且其中所述至少一個(gè)退火裝置將所述至少一個(gè)退火裝置產(chǎn)生的輻射引導(dǎo)到所述多個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域中的至少一個(gè)區(qū)域上。
66.如權(quán)利要求
65所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)退火裝置包括激光器、激光二極管和燈中的至少一個(gè)。
67.如權(quán)利要求
65所述的系統(tǒng)，其中所述半導(dǎo)體相對(duì)于所述至少一個(gè)退火裝置平移。
68.如權(quán)利要求
67所述的系統(tǒng)，其中所述半導(dǎo)體放置在可移動(dòng)平臺(tái)上，且其中所述平移由所述可移動(dòng)平臺(tái)執(zhí)行。
69.如權(quán)利要求
68所述的系統(tǒng)，其中所述可移動(dòng)平臺(tái)包括X-Y臺(tái)面。
70.如權(quán)利要求
65所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)退火裝置相對(duì)于所述半導(dǎo)體平移。
71.如權(quán)利要求
65所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)退火裝置的定向相對(duì)于所述半導(dǎo)體改變。
72.如權(quán)利要求
65所述的系統(tǒng)，其中用具有受控形狀的輻射掃描所述半導(dǎo)體。
73.如權(quán)利要求
72所述的系統(tǒng)，其中所述受控形狀包括線形和矩形中的至少一個(gè)。
74.如權(quán)利要求
65所述的系統(tǒng)，還包括用于控制所述至少一個(gè)退火裝置和所述半導(dǎo)體之間入射角的退火裝置控制器。
75.如權(quán)利要求
65所述的系統(tǒng)，其中將所述至少一個(gè)光源掃描過所述半導(dǎo)體的至少一部分所述表面。
76.如權(quán)利要求
50所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)光源根據(jù)所述半導(dǎo)體的特性和所述至少一種摻雜物的特性產(chǎn)生波長。
77.如權(quán)利要求
76所述的系統(tǒng)，其中所述半導(dǎo)體的所述特性包括所述半導(dǎo)體的化學(xué)成分。
78.如權(quán)利要求
76所述的系統(tǒng)，其中所述至少一種摻雜物的所述特性包括所述摻雜物的化學(xué)成分。
79.如權(quán)利要求
50所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)退火裝置將半導(dǎo)體加熱到第一溫度，并將所述半導(dǎo)體加熱到第二溫度，所述第二溫度大于所述第一溫度。
80.如權(quán)利要求
50所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)退火裝置執(zhí)行快速熱退火(RTA)、固相外延(SPE)和快閃快速熱退火中的至少之一。
81.如權(quán)利要求
50所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)退火裝置使所述半導(dǎo)體暴露于基本上在大約500℃和大約1400℃之間溫度范圍內(nèi)的溫度。
82.如權(quán)利要求
81所述的系統(tǒng)，其中所述半導(dǎo)體要經(jīng)受所述溫度基本上在大約1納秒和大約90分鐘之間的時(shí)段。
83.如權(quán)利要求
50所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)退火裝置包括以下至少一個(gè)電磁場(chǎng)、激光器、激光二極管、燈、至少一種熱氣、爐子、熱板、快速熱退火器、碳輻射加熱器以及石英鹵素?zé)簟?br>84.如權(quán)利要求
50所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)摻雜裝置包括至少一個(gè)有束線注入、等離子體摻雜(PLAD)、脈沖等離子體摻雜(P2LAD)、預(yù)非晶化注入以及摻雜淀積層能力的裝置。
85.如權(quán)利要求
50所述的系統(tǒng)，其中所述至少一種摻雜物包括至少一種離子形式。
86.如權(quán)利要求
85所述的系統(tǒng)，其中所述至少一種離子形式包括鹵素。
87.如權(quán)利要求
86所述的系統(tǒng)，其中所述至少一種離子形式包括硼、氟、鍺、硅、磷和砷中至少一個(gè)的離子。
88.如權(quán)利要求
50所述的系統(tǒng)，還包括用于根據(jù)所述摻雜物控制所述系統(tǒng)中氧含量的氧水平控制器。
89.如權(quán)利要求
50所述的系統(tǒng)，還包括用于將所述系統(tǒng)中的氧含量控制為基本上在大約百萬分之1和大約百萬分之1000之間的氧水平控制器。
90.如權(quán)利要求
50所述的系統(tǒng)，其中所述退火階段包括退火期和激活期中的至少一個(gè)。
91.如權(quán)利要求
90所述的系統(tǒng)，其中所述退火期和所述激活期基本上同時(shí)發(fā)生。
92.如權(quán)利要求
50所述的系統(tǒng)，其中所述半導(dǎo)體在至少一部分所述退火階段期間曝光于來自所述至少一個(gè)光源的光。
93.如權(quán)利要求
50所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)光源包括可變波長光源。
94.如權(quán)利要求
50所述的系統(tǒng)，其中所述半導(dǎo)體在所述退火階段的第一部分期間曝光于具有第一光波長的光，且在所述退火階段的至少一個(gè)第二部分期間曝光于具有至少一個(gè)第二光波長的光。
95.如權(quán)利要求
50所述的系統(tǒng)，其中所述半導(dǎo)體在溫度增加和溫度降低中至少之一的一部分期間被曝光。
專利摘要
公開了一些方法和系統(tǒng)，包括用至少一種摻雜物摻雜半導(dǎo)體，并使半導(dǎo)體暴露于光源，其中該曝光發(fā)生在所述半導(dǎo)體退火階段之前、期間和/或之后。退火階段可包括退火期和/或激活期，它們基本上可同時(shí)發(fā)生。該系統(tǒng)可包括至少一個(gè)摻雜裝置，用于向半導(dǎo)體提供至少一種摻雜物；至少一個(gè)退火裝置，用于執(zhí)行退火階段；以及至少一個(gè)光源，其中半導(dǎo)體在退火階段之前、期間和/或之后，暴露于來自光源的光。
文檔編號(hào)H01L21/265GK1998070SQ20058002034
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2005年4月25日
發(fā)明者D·F·道尼, E·A·阿雷瓦洛, R·B·利伯特 申請(qǐng)人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan