CN102315108B - 一种用于复杂结构半导体器件的激光退火方法 - Google Patents

一种用于复杂结构半导体器件的激光退火方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102315108B
CN102315108B CN2011102734538A CN201110273453A CN102315108B CN 102315108 B CN102315108 B CN 102315108B CN 2011102734538 A CN2011102734538 A CN 2011102734538A CN 201110273453 A CN201110273453 A CN 201110273453A CN 102315108 B CN102315108 B CN 102315108B
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
wafer
laser beam
annealing
spot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2011102734538A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102315108A (zh
Inventor
周卫
严利人
刘朋
窦维治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN2011102734538A priority Critical patent/CN102315108B/zh
Priority to CN201310073999.8A priority patent/CN103117212B/zh
Publication of CN102315108A publication Critical patent/CN102315108A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102315108B publication Critical patent/CN102315108B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
    • H01L21/26586—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation characterised by the angle between the ion beam and the crystal planes or the main crystal surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

本发明公开了属于半导体制造工艺范围的涉及一种用于复杂结构半导体器件的激光退火方法。该激光退火方法采用倾斜入射方式，在实施激光退火时，激光束与晶圆的法线方向之间呈现一个夹角，激光束的束斑作用在晶圆上的三维器件结构上，晶圆的运动方向与激光束在晶圆上的投影所形成的直线段平行。针对三维器件结构和倾斜离子注入工艺制备的器件进行退火。通过激光倾斜辐照，可以使复杂结构半导体器件的正面和侧面的浅表面层得到相同的激光表面退火处理，也可以沿着倾斜离子注入的方向透过离子注入窗口将杂质激活，得到特殊的杂质分布的器件结构。利用激光倾斜入射的投影效应，进行选择性退火，即被照射区域退火，而未被照射的盲区不退火。

Description

一种用于复杂结构半导体器件的激光退火方法
技术领域
本发明属于半导体制造工艺范围，特别涉及一种复杂结构半导体器件的激光退火方法。
背景技术
半导体行业的迅猛发展推进着技术不断地进步，各种新技术从研发到实施的周期也越来越短，在这背后是对领先占有潜在市场的渴望和强大的资金支持。以集成电路和大容量存储器为代表的半导体器件工艺节点不断缩小，更多的三维结构器件的涌现，使得新的工艺技术同原来的平面工艺在一些关键点上有了很大的不同，比如多达十层以上的铜互连工艺，与五六层的钨塞加铝互联工艺就已经有了天壤之别，前者有效地降低了电路延迟和一部分功耗。新技术能否广泛采用并生存下来的关键，取决于市场的规模和所生产产品的性价比。
激光以连续或者脉冲的方式，将较大的光子能量作用在物体上，使物体被照射的区域发生物理、化学变化。激光可以通过调节波长、能量、脉冲宽度、重复频率等方式达到不同工艺要求的目的。以此方式用于半导体前道工艺中的有激光退火和激光再结晶等。目前，激光再结晶技术用来进行平板显示中薄膜晶体管(TFT)制作的研究，激光退火技术正在逐步地渗透到半导体器件和32nm 以下工艺节点的集成电路的工艺领域，比如半导体功率器件IGBT背面PN结等的制作工艺中，需要采用激光退火工艺激活离子注入的杂质；32nm 以下工艺节点的集成电路也要采用深紫外的激光退火来将注入的离子激活，形成超浅结。因为激光的波长越短，激光直接作用到物质内部的深度将越浅，再辅之以超短的脉冲宽度，其产生的影响便被局限在物质超浅的表面，应用此原理便可以进行超浅结的激光退火。
当半导体器件的特征尺寸不断缩小，缩小到20-30纳米以下时，一种新的趋势正在形成，就是出现了具有三维结构的器件，比如FinFET器件（鳍式场效晶体管）。FinFET使得半导体前道工艺由单纯的平面工艺过度到平面 + 三维工艺。另外，一些新型的传感器，虽然元器件的尺寸不是很小，但也呈现三维的结构。这也将使得基于表面特性的半导体传感器工艺要能够处理三维结构的表面。
采用倾斜入射激光扫描方式，可以对三维结构的器件进行三维的表面退火处理。这样，垂直于晶圆平面的侧壁结构上，无论是由台阶还是由沟槽形成的侧壁，也能得到如同平面工艺激光扫描退火一样的浅表面激光退火处理。
另外，倾斜入射激光扫描方式可以对倾斜离子注入的晶圆退火处理。为了提高器件性能，用倾斜离子注入的方式，可以得到特殊的杂质分布形式。由于晶圆的正面有硬掩膜或者是器件部分结构作屏蔽，离子注入是从注入窗口处将离子注入到半导体内部的。采用倾斜入射激光扫描方式沿着离子注入的方向，从所开的窗口对晶圆内部进行退火处理，可将倾斜离子注入的杂质激活。
需要指出的是，本发明所称的倾斜入射激光退火方法，专门是指用于三维结构的元器件和倾斜离子注入这类复杂结构的半导体器件激光退火方法。与现有的平面工艺中的激光退火方法不同，后者虽然也会与平面的法线方向有一个倾斜角度，但那个角度较小，是为了防止入射光沿原光路反射回系统，造成系统出现问题。而倾斜入射的激光光束与加工晶圆平面法线的夹角为1°至60°之间，加工晶圆平面的运动方向，被设计成与激光束在晶圆上的投影所形成的直线段平行，其左右和上下的偏差被控制在±5°之内。
倾斜入射的激光光束由于光线投影的原因，可能会在扫描退火过程中，出现部分区域为阴影区现象。如果要克服这种情形带来的问题，可以将晶圆旋转180度，再进行一次扫描。此时，上表面的平坦区域进行了两次扫描退火。
也可以利用这种投影现象，进行选择性退火，即将不需要退火的部分设计成阴影区，光束可以照射到的部分为退火区。
基于以上原因，为了实现对三维器件的表面进行退火处理，以及对倾斜离子注入的杂质进行激活，本发明提出了一种用于复杂结构半导体器件的激光退火方法——激光倾斜入射退火方法。具体地说，有别于传统的晶圆激光退火，激光倾斜入射退火首先其入射光束与晶圆的法线方向形成一个1°至60°度角；其次，扫描过程中，晶圆的运动方向与激光束在晶圆上投影所形成的直线段平行。
发明内容
本发明的目的是提出了一种用于复杂结构半导体器件的激光退火方法，其特征在于，在实施激光退火时，激光束4与晶圆1的法线方向5之间呈现一个夹角6，激光束4的束斑7作用在晶圆1上的三维器件结构2上，晶圆1的运动方向8与激光束4在晶圆上的投影所形成的直线段9平行。
所述晶圆1为半导体材料硅、锗或砷化镓，或者是衬底上含有的半导体材料的薄膜材料。
所述三维器件结构2是指鳍式场效晶体管FinFET类型的器件，与传统平面器件相比，FinFET器件沟道的高度大于其宽度。
所述激光束4是指经过整形、汇聚后投射到被加工晶圆这一段激光束。
所述法线方向5是与晶圆1表面垂直的方向。
所述夹角6由激光束4和法线方向5构成，这一夹角不大于60°度。
所述束斑7是指激光束投射到物体所形成的光斑，光斑的形状为圆形、正方形或矩形；当激光的波长为紫外或者红外波长时，其光斑为肉眼所不可见，其光斑形状用感光仪器或媒介得到。
所述运动方向8，在实施激光扫描退火工艺时，激光束4相对于整个设备是静止的，晶圆1相对于激光束斑7做直线运动，其运动方向8与激光束4在晶圆上的投影所形成的直线段9平行，运动方向8是往复双向运动，彼此相差180°度。
本发明的有益效果是通过激光倾斜辐照，可以使复杂结构半导体器件的正面和侧面的浅表面层得到相同的激光表面退火处理；可以对倾斜离子注入的器件进行退火处理，依靠硬掩膜或器件结构的保护，使未注入区域不受激光退火的影响；激光倾斜辐照，利用晶圆表面结构的遮挡，可以用来实施选择性激光表面退火。
附图说明
附图中给出了激光在复杂器件结构进行退火的示意图，为使图示简洁明了，只显示了单一结构和细条形激光光斑的情形，略去了完整晶圆、激光光路、片台等。
图1为激光在复杂器件结构的表面进行退火的示意图。
图2,为实施激光倾斜退火时，晶圆运动方向与激光束之间关系的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种用于复杂结构半导体器件的激光退火方法。下面结合具体实施例和附图对本发明予以进一步说明。
图1为激光在复杂器件结构的表面进行退火的示意图。图中，激光束4的光斑7被描绘成以细长条形状，其实它可以是矩形，圆形等经过匀束和整形后的各种形状的光斑。在图中，在晶圆1上的三维器件结构2是以鳍式场效晶体管为例画出的，它也可以是其他复杂的三维结构。
图2,为实施激光倾斜退火时，晶圆运动方向与激光束之间关系的示意图。晶圆1的运动方向8是与激光束4在晶圆表面的投影线段9相平行的。
下面例举实施例说明复杂结构半导体器件的激光退火方法的原理。
实施例一
用于复杂结构半导体器件的激光退火方法可以使得三维结构器件的侧壁表面得到如同器件结构上表面的退火处理，其加工步骤如下：
1.将激光束调整到与晶圆平面的法线方向的夹角为45o；
2.将器件结构的侧壁表面调整到与激光束在晶圆平面上的投影垂直；
3.承载晶圆的片台在初始位置沿x方向做直线匀速运动，x方向即晶圆的运动方向。由此形成了激光束斑在所要处理的器件结构上的相对运动，实施了激光扫描退火；
4.当x方向扫描结束后，片台在y方向做步进移动，移动距离为一个步长，一个步长等于该方向上有效的激光束光斑的尺寸，片台沿-x方向做直线匀速运动，实施激光扫描退火；
5.当-x方向扫描结束后，片台在y方向做步进移动，移动距离为一个步长，一个步长等于该方向上有效的激光束光斑的尺寸，重复步骤3和步骤4，如此反复，实施整个晶圆的激光扫描退火；
6.整个晶圆激光扫描退火完成后，片台旋转180o，重复步骤3、步骤4和步骤5，只是其中的y方向步进移动变成了-y方向步进移动，如此反复，实施整个晶圆的第二次激光扫描退火，至此扫描退火过程结束，片台又回到了初始位置；
实施例二
用于复杂结构半导体器件的激光退火方法可以使得采用倾斜离子注入工艺的器件得到特殊的激光退火处理，其加工步骤如下：
1. 将激光束调整到与离子注入的倾斜角相同的角度；
2. 将离子注入窗口的长度方向调整到与激光束在晶圆平面上的投影垂直；
3.承载晶圆的片台在初始位置沿x方向做直线匀速运动，x方向即晶圆的运动方向。由此形成了激光束斑在所要处理的器件结构上的相对运动，实施了激光扫描退火；
4.当x方向扫描结束后，片台在y方向做步进移动，移动距离为一个步长，一个步长等于该方向上有效的激光束光斑的尺寸，片台沿-x方向做直线匀速运动，实施激光扫描退火；
5.当-x方向扫描结束后，片台在y方向做步进移动，移动距离为一个步长，一个步长等于该方向上有效的激光束光斑的尺寸，重复步骤3和步骤4，如此反复，实施整个晶圆的激光扫描退火；
6.整个晶圆激光扫描退火完成后，片台旋转180o，重复步骤3、步骤4和步骤5，只是其中的y方向步进移动变成了-y方向步进移动，如此反复，实施整个晶圆的第二次激光扫描退火，至此扫描退火过程结束，片台返回到初始位置；
实施例三
用于复杂结构半导体器件的激光退火方法可以使得器件得到选择性表面激光退火处理，其加工步骤如下：
1. 将激光束调整到与离子注入的倾斜角相同的角度；
2. 将器件结构的侧壁表面调整到与激光束在晶圆平面上的投影垂直；
3.承载晶圆的片台在初始位置沿x方向做直线匀速运动，x方向即晶圆的运动方向。由此形成了激光束斑在所要处理的器件结构上的相对运动，实施了激光扫描退火；
4.当x方向扫描结束后，片台在y方向做步进移动，移动距离为一个步长，一个步长等于该方向上有效的激光束光斑的尺寸，片台沿-x方向做直线匀速运动，实施激光扫描退火；
5.当-x方向扫描结束后，片台在y方向步进移动，步长为该方向上有效的激光束光斑的尺寸，重复步骤3和步骤4，如此反复，实施整个晶圆的激光扫描退火至此扫描退火过程结束，片台返回到初始位置。

Claims (3)

1.一种用于复杂结构半导体器件的激光退火方法，其特征在于，在实施激光退火时，激光束（4）与晶圆（1）的法线方向（5）之间呈现一个夹角（6），激光束（4）的束斑（7）作用在晶圆（1）上的上的三维器件结构（2）上，所述三维器件结构（2）是指鳍式场效晶体管FinFET类型的器件，与传统平面器件相比，FinFET器件沟道的高度大于其宽度；在实施激光扫描退火工艺时，激光束（4）相对于整个设备是静止的，晶圆（1）相对于激光束斑（7）做直线运动，晶圆（1）的运动方向（8）与激光束（4）在晶圆上的投影所形成的直线段（9）平行，运动方向（8）是往复双向运动，彼此相差180°度；其中法线方向（5）是与晶圆（1）表面垂直的方向；所述夹角（6）由激光束（4）和法线方向（5）构成，这一夹角不大于60°度；激光束（4）是指经过整形、汇聚后投射到被加工晶圆的这一段激光束。
2.根据权利要求1所述用于复杂结构半导体器件的激光退火方法，其特征在于，所述晶圆（1）为半导体材料硅、锗或砷化镓，或者是衬底上含有的半导体材料的薄膜材料。
3.根据权利要求1所述用于复杂结构半导体器件的激光退火方法，其特征在于，所述束斑（7）是指激光束投射到物体所形成的光斑，光斑的形状为圆形、正方形或矩形；当激光的波长为紫外或者红外波长时，其光斑为肉眼所不可见，其光斑形状用感光仪器或媒介得到。
CN2011102734538A 2011-09-15 2011-09-15 一种用于复杂结构半导体器件的激光退火方法 Expired - Fee Related CN102315108B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011102734538A CN102315108B (zh) 2011-09-15 2011-09-15 一种用于复杂结构半导体器件的激光退火方法
CN201310073999.8A CN103117212B (zh) 2011-09-15 2011-09-15 用于复杂结构半导体器件的激光退火方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011102734538A CN102315108B (zh) 2011-09-15 2011-09-15 一种用于复杂结构半导体器件的激光退火方法

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310073999.8A Division CN103117212B (zh) 2011-09-15 2011-09-15 用于复杂结构半导体器件的激光退火方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102315108A CN102315108A (zh) 2012-01-11
CN102315108B true CN102315108B (zh) 2013-07-03

Family

ID=45428145

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011102734538A Expired - Fee Related CN102315108B (zh) 2011-09-15 2011-09-15 一种用于复杂结构半导体器件的激光退火方法
CN201310073999.8A Expired - Fee Related CN103117212B (zh) 2011-09-15 2011-09-15 用于复杂结构半导体器件的激光退火方法

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310073999.8A Expired - Fee Related CN103117212B (zh) 2011-09-15 2011-09-15 用于复杂结构半导体器件的激光退火方法

Country Status (1)

Country Link
CN (2) CN102315108B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104681405B (zh) * 2013-11-27 2019-03-12 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 电性匹配的对称电路的获取方法
CN105895525A (zh) * 2014-10-21 2016-08-24 南京励盛半导体科技有限公司 一种制备半导体器件背面掺杂区的工艺方法
CN107414289B (zh) 2017-07-27 2019-05-17 京东方科技集团股份有限公司 一种激光剥离方法及激光剥离系统
CN110021876A (zh) * 2018-01-10 2019-07-16 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种半导体激光器及其制备方法
CN116913768B (zh) * 2023-09-14 2023-12-05 中国科学院半导体研究所 多次脉冲亚熔化准分子激光退火方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1205434A (zh) * 1997-05-30 1999-01-20 中国科学院物理研究所 探测与监控薄膜外延生长和热退火的光反射差法及装置
CN1275776A (zh) * 1999-05-28 2000-12-06 中国科学院物理研究所 一种提高激光法制备高温超导带材临界电流密度的方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW305063B (zh) * 1995-02-02 1997-05-11 Handotai Energy Kenkyusho Kk
US6534225B2 (en) * 2001-06-27 2003-03-18 International Business Machines Corporation Tapered ion implantation with femtosecond laser ablation to remove printable alternating phase shift features
US6770546B2 (en) * 2001-07-30 2004-08-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of manufacturing semiconductor device
JP4282314B2 (ja) * 2002-06-25 2009-06-17 シャープ株式会社 記憶装置
JP5084137B2 (ja) * 2004-12-06 2012-11-28 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザ照射装置及びレーザ照射方法、並びに半導体装置の作製方法
TWI479660B (zh) * 2006-08-31 2015-04-01 Semiconductor Energy Lab 薄膜電晶體，其製造方法，及半導體裝置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1205434A (zh) * 1997-05-30 1999-01-20 中国科学院物理研究所 探测与监控薄膜外延生长和热退火的光反射差法及装置
CN1275776A (zh) * 1999-05-28 2000-12-06 中国科学院物理研究所 一种提高激光法制备高温超导带材临界电流密度的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开2004-87069A 2004.03.28

Also Published As

Publication number Publication date
CN103117212B (zh) 2015-07-08
CN103117212A (zh) 2013-05-22
CN102315108A (zh) 2012-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102315108B (zh) 一种用于复杂结构半导体器件的激光退火方法
KR100511765B1 (ko) 소형 집적회로의 제조방법
JP3115916B2 (ja) 浅い注入を行うための多角度注入法
US20140213042A1 (en) Substrate dicing by laser ablation & plasma etch damage removal for ultra-thin wafers
US7612420B2 (en) Method for doping a fin-based semiconductor device
US20150083581A1 (en) Techniques for processing substrates using directional reactive ion etching
JP2001015448A (ja) 半導体装置の製造方法
TW201530622A (zh) 處理半導體裝置的方法以及形成鰭式場效應電晶體的方法
US10998402B2 (en) Semiconductor devices with steep junctions and methods of manufacturing thereof
Ukawa et al. Activation of silicon implanted with phosphorus and boron atoms by infrared semiconductor laser rapid annealing
US9620396B1 (en) Laser anneal of buried metallic interconnects including through silicon vias
TWI360882B (zh)
JP2011124476A (ja) レーザドーピング方法
KR102599874B1 (ko) 3차원 디바이스를 제조하기 위한 방법 및 멀티게이트 트랜지스터를 형성하기 위한 방법
US9704712B1 (en) Method of making a semiconductor device formed by thermal annealing
CN106663629B (zh) 扫描脉冲退火装置及方法
TWI541861B (zh) 非晶矽層之結晶化方法
US11205593B2 (en) Asymmetric fin trimming for fins of FinFET device
Schmidt et al. Materials processing
CN103311099B (zh) 降低激光峰值退火工艺缺陷的方法
US8993372B2 (en) Method for producing a semiconductor component
CN106298928A (zh) Vdmos器件及其制作方法
JPS62179721A (ja) 半導体基板のド−ピング方法
KR100780762B1 (ko) 모스 트랜지스터의 소스 및 드레인 제조방법
JPS63156318A (ja) 荷電ビ−ムの照射方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130703

Termination date: 20170915