CN102768973B - 一种用于离子注入的激光辅助装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于半导体制造装置和方法技术领域，特别涉及一种用于离子注入的激光辅助装置及其使用方法。本发明在离子注入机外部设置激光器，通过透明窗射入到离子注入机内部，又经过透明窗内侧设置的激光反射镜作用，射至晶圆片表面，激光光束的截面积大于离子注入束，离子注入束包含在激光光束中，两个加工束同时施加到晶圆片表面，进行离子注入。本发明在原有离子注入机的基础上，添加外部激光器和部分光学部件，所实施的改动量小，方便实现；相对于辅助加热的方式，激光束对于晶圆片的作用是局部的，仅是处理离子束的注入处，能源的使用效率高；此外，通过采取挡板，可以保护离子注入机内的传感器等关键性的部件，这一点传统的加热方式无法实现。

Description

一种用于离子注入的激光辅助装置及其使用方法

技术领域

本发明属于半导体制造装置和方法技术领域，特别涉及一种用于离子注入的激光辅助装置及其使用方法。

背景技术

微电子制造技术的不断进步也推进着相关技术日新月异的发展，随着硅技术逐步接近其极限，目前很多的技术已经开始转向GaN，SiC等宽禁带半导体的材料，而在Si材料加工中采用的一些传统的技术，相应地，也必须要进行变化，才能适应对新材料进行半导体加工的实际要求。

传统方法中，对于硅晶圆片的杂质掺杂，是采用离子注入的方法来实现的。当离子注入技术用于对SiC等材料进行杂质掺杂时，由于晶圆片结构更为坚硬，必须采用更高的离子注入能量，同时还要对晶圆片进行加热，才能够有效地将掺杂杂质的原子 “打入”到晶圆片中，之后通过退火和激活，形成所需要的掺杂。这样的方法，要求在传统的离子注入机的基础上实施设备改造，在晶圆片片台的部分，添加加热的装置，预先将晶圆片加热到400 ℃~500 ℃，然后才能进行通常的高能离子注入。而传统方法的加工温度太低，不能满足实际加工过程的需要。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种用于离子注入的激光辅助装置及其使用方法。

一种用于离子注入的激光辅助装置，其特征在于：在离子注入机的真空腔室外部设置激光器；在离子注入机侧壁上设置透明窗，使激光器发射出的激光光束能通过透明窗进入离子注入机内部；在透明窗内侧设置激光反射镜，改变激光光束入射方向，使其照射到所要加工的晶圆片表面；在离子注入机内各处传感器周围设置挡板用以遮挡激光光束，使激光光束不能从挡板上部照射到传感器而影响传感器的正常工作。

所述激光器上设置有快门装置，并能对激光光束进行扩束、匀束和准直；其所发射出的激光为连续性激光，其激光参数为：波长为300 nm~10.6 μm，作用区域面积为1平方毫米~1平方厘米，能量密度为每平方厘米500毫焦~每平方厘米10焦耳。

所述透明窗的材料为融石英材料。

一种用于离子注入的激光辅助装置的使用方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：

（1）安装调试离子注入机及激光辅助装置，使激光器发射出的激光能照射到所要加工的晶圆片表面；

（2）分别开启离子注入机和激光器，分别进入待机状态，此时，激光光束由于激光器上的快门装置未开启而不射入到离子注入机内；

（3）分别设定激光器和离子注入机的工作状态，将晶圆片放置在载片台上，准备进行工艺加工；

（4）开启激光器上的快门装置，激光器射出的激光光束经扩束、匀束和准直的处理后，透过离子注入机侧壁上的透明窗照射至离子注入机内，又经过透明窗内侧设置的激光反射镜作用，射至晶圆片表面，同时，离子束也射入至晶圆片表面，激光光束所照射到的晶圆片表面位置也正是离子注入束射入的位置；激光光束不能从挡板上部照射到传感器，而离子注入束能从挡板上部射入到传感器，不影响传感器的正常工作；

（5）载片台在运动机构的带动下，相对于加工束做扫描运动，进行对晶圆片表面的双束加工处理；

（6）暂时切断激光光束及离子注入束，离子注入机进行换片，其后重复步骤（3）~步骤（4）的过程，进行新晶圆片的加工处理；

（7）所有晶圆片加工完成后，关闭激光器，离子注入机回复至待机状态。

所述激光为连续性激光，其波长为300 nm~10.6 μm。

所述激光光束的截面积大于离子注入束，当两个加工束同时作用到晶圆片表面时，离子注入束的作用区域包含在激光光束作用的区域中。

所述激光光束的作用区域面积为1平方毫米~1平方厘米。

所述激光光束的能量密度为每平方厘米500毫焦~每平方厘米10焦耳。

所述透明窗的材料为融石英材料。

本发明的有益效果为：

本发明在原有离子注入机的基础上，添加外部激光器和部分光学部件，所实施的改动量小，方便实现；相对于辅助加热的方式，激光束对于晶圆片的作用是局部的，仅是处理离子束的注入处，能源的使用效率高；此外，通过采取挡板，可以保护离子注入机内的传感器等关键性的部件，这一点传统的加热方式无法实现。

附图说明

图1为激光光束、离子注入束和晶圆片之间的位置关系示意图；

图2为本发明与离子注入机配合工作情况示意图；

图中标号：1-激光光束入射方向；2-离子注入束入射方向；3-传感器；4-载片台；5-晶圆片；6-挡板；7-激光器；8-透明窗；9-激光反射镜；10-注入机侧壁。

具体实施方式

本发明提供了一种用于离子注入的激光辅助装置及其使用方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

一种用于离子注入的激光辅助装置，其特征在于：在离子注入机的真空腔室外部设置激光器7；在离子注入机侧壁10上设置透明窗8，使激光器7发射出的激光光束能通过透明窗8进入离子注入机内部；在透明窗8内侧设置激光反射镜9，改变激光光束入射方向，使其照射到所要加工的晶圆片5表面；在离子注入机内各处传感器3周围设置挡板6用以遮挡激光光束，使激光光束不能从挡板6上部照射到传感器3而影响传感器3的正常工作。

所述激光器7所发射出的激光为连续性激光，其激光参数为：波长为300 nm~10.6 μm，作用区域面积为1平方毫米~1平方厘米，能量密度为每平方厘米500毫焦~每平方厘米10焦耳。

所述透明窗8的材料为融石英材料。

一种用于离子注入的激光辅助装置的使用方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：

（1）安装调试离子注入机及激光辅助装置，使激光器7发射出的激光能照射到所要加工的晶圆片5表面。

（2）分别开启离子注入机和激光器7，分别进入待机状态，此时，激光光束由于激光器7上的快门装置未开启而不射入到离子注入机内；

（3）分别设定激光器7和离子注入机的工作状态，将晶圆片5放置在载片台4上，准备进行工艺加工；

（4）开启激光器7上的快门装置，激光器（7）射出的激光光束经扩束、匀束和准直的处理后，透过离子注入机侧壁10上的透明窗8照射至离子注入机内，又经过透明窗8内侧设置的激光反射镜9作用，射至晶圆片5表面，同时，离子束也射入至晶圆片5表面，激光光束所照射到的晶圆片5表面位置也正是离子注入束射入的位置；激光光束不能从挡板6上部照射到传感器3，而离子注入束能从挡板6上部射入到传感器3，不影响传感器3的正常工作；

（5）载片台4在运动机构的带动下，相对于加工束做扫描运动，进行对晶圆片5表面的双束加工处理；

（6）暂时切断激光光束及离子注入束，离子注入机进行换片，其后重复步骤（3）~步骤（4）的过程，进行新晶圆片5的加工处理；

（7）所有晶圆片5加工完成后，关闭激光器7，离子注入机回复至待机状态。

所述激光为连续性激光，其波长为300 nm~10.6 μm。

所述激光光束的截面积大于离子注入束，当两个加工束同时作用到晶圆片5表面时，离子注入束的作用区域包含在激光光束作用的区域中；

所述激光光束的作用区域面积为1平方毫米~1平方厘米。

所述激光光束的能量密度为每平方厘米500毫焦~每平方厘米10焦耳。

所述透明窗8的材料为融石英材料。

Claims (6)

1.一种用于离子注入的激光辅助装置的使用方法，其特征在于，所述用于离子注入的激光辅助装置的结构如下：

在离子注入机的真空腔室外部设置激光器(7)；在离子注入机侧壁(10)上设置透明窗(8)，使激光器(7)发射出的激光光束能通过透明窗(8)进入离子注入机内部；在透明窗(8)内侧设置激光反射镜(9)，改变激光光束入射方向，使其照射到所要加工的晶圆片(5)表面；在离子注入机内各处传感器(3)周围设置挡板(6)用以遮挡激光光束，使激光光束不能从挡板(6)上部照射到传感器(3)而影响传感器(3)的正常工作；

该使用方法的具体步骤如下：

(1)安装调试离子注入机及激光辅助装置，使激光器(7)发射出的激光能照射到所要加工的晶圆片(5)表面；

(2)分别开启离子注入机和激光器(7)，分别进入待机状态，此时，激光光束由于激光器(7)上的快门装置未开启而不射入到离子注入机内；

(3)分别设定激光器(7)和离子注入机的工作状态，将晶圆片(5)放置在载片台(4)上，准备进行工艺加工；

(4)开启激光器(7)上的快门装置，激光器(7)射出的激光光束经扩束、匀束和准直的处理后，透过离子注入机侧壁(10)上的透明窗(8)照射至离子注入机内，又经过透明窗(8)内侧设置的激光反射镜(9)作用，射至晶圆片(5)表面，同时，离子束也射入至晶圆片(5)表面，激光光束所照射到的晶圆片(5)表面位置也正是离子注入束射入的位置；激光光束不能从挡板(6)上部照射到传感器(3)，而离子注入束能从挡板(6)上部射入到传感器(3)，不影响传感器(3)的正常工作；

(5)载片台(4)在运动机构的带动下，相对于加工束做扫描运动，进行对晶圆片(5)表面的双束加工处理；

(6)暂时切断激光光束及离子注入束，离子注入机进行换片，其后重复步骤(3)～步骤(4)的过程，进行新晶圆片(5)的加工处理；

(7)所有晶圆片(5)加工完成后，关闭激光器(7)，离子注入机回复至待机状态；

所述激光光束的截面积大于离子注入束，当两个加工束同时作用到晶圆片(5)表面时，离子注入束的作用区域包含在激光光束作用的区域中；所述激光光束和离子注入束的同时作用，使晶圆片(5)表面为受损伤状态；

所述晶圆片(5)的材质为SiC。

2.根据权利要求1所述的一种用于离子注入的激光辅助装置的使用方法，其特征在于：所述激光器(7)上设置有快门装置，并能对激光光束进行扩束、匀束和准直；其所发射出的激光为连续性激光，其激光参数为：波长为300nm～10.6μm，作用区域面积为1平方毫米～1平方厘米，能量密度为每平方厘米500毫焦～每平方厘米10焦耳。

3.根据权利要求1所述的一种用于离子注入的激光辅助装置的使用方法，其特征在于：所述透明窗(8)的材料为融石英材料。

4.根据权利要求1所述的一种用于离子注入的激光辅助装置的使用方法，其特征在于：所述激光为连续性激光，其波长为300nm～10.6μm。

5.根据权利要求1所述的一种用于离子注入的激光辅助装置的使用方法，其特征在于：所述激光光束的作用区域面积为1平方毫米～1平方厘米。

6.根据权利要求1所述的一种用于离子注入的激光辅助装置的使用方法，其特征在于：所述激光光束的能量密度为每平方厘米500毫焦～每平方厘米10焦耳。