CN104377158A - 一种激光退火机台的加热承载平台 - Google Patents

一种激光退火机台的加热承载平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种激光退火机台的加热承载平台，通过在第一加热承载平台外周环绕设置第二加热承载平台，形成可同步移动的组合式加热承载平台，并通过第一、第二加热承载平台分别设置的加热单元独立加热，使第二加热承载平台的加热温度高于第一加热承载平台的加热温度，可以补偿其共同承载的硅片边缘区域的散热温度损失，提高硅片边缘区域的预加热温度，从而消除了激光退火工艺时存在的硅片边缘温度较低所导致的方块电阻阻值相对较高的现象，实现硅片片内电阻均匀性和器件整体性能的提高。

Description

一种激光退火机台的加热承载平台
技术领域
本发明涉及半导体制造设备领域，更具体地，涉及一种用于激光退火机台可改善硅片边缘电阻均匀性的组合式加热承载平台。
背景技术
在半导体集成电路的制造中，根据不同的工艺制程，例如包括(但不限于)化学汽相沉积、氧化或氮化、离子注入退火、以及掺杂活化等，往往需要对晶圆进行多步退火热处理，使晶体的损伤得到修复，并消除位错。
随着大规模集成电路的技术演进，在进入40纳米节点以后，对结深的要求也越来越浅。因此，传统上用来在离子注入后激活源/漏极掺杂元素的尖峰退火(Spike Anneal)工艺已不再适用，因为这种退火工艺秒级的退火时间所造成的掺杂元素的扩散已经足以影响器件的性能，由此需要引入一种激光退火(Laser Annealing)工艺用以激活超浅结。
激光退火是一种微秒级退火工艺，其利用激光光束快速地在硅片表面进行扫描，从而使扫过的地方达到快速退火。请参阅图1，图1是现有的一种激光退火机台工艺腔的结构俯视示意图。如图1所示，在工艺腔1内下方设有一陶瓷加热承载平台2，用于承载硅片(图示省略)。工艺时，激光束(图示省略)从工艺腔1上方照射到平台2上的硅片表面，激光辐射的脉冲能量聚焦在硅片的局部微小区域处，迅速将照射面积的表面加热到高温。加热承载平台2在下方的驱动机构(图示省略)的带动下可沿相互垂直的X、Y轴方向的水平移动(如图示箭头所指)，可使脉冲激光束在硅片的表面上相对移动，从而对整个硅片表面进行退火热处理。激光退火由于其高能量、短作用时间的优良特点，在能够有效地保证掺杂物质被激活的同时，可以实现无扩散的结。因此，采用激光退火可以制造出更高性能的器件，实现具有更高的驱动电流，更低的漏电流。
在进行激光退火机台的日常监控时，主要监控两项指标，一是颗粒水平，二是方块电阻阻值。其中，在做方块电阻阻值的日常监控时，使用的是注入过硼的无图形硅片。在使用激光退火机台对硅片进行激光扫描作业激活杂质后，即可进行方块电阻阻值的测量。通过观察方块电阻的片内阻值平均值以及片内阻值均匀性，能有效地监控激光退火工艺的状况。
在激光退火工艺中，为了使硅片的表面处于激发态，以使激光能量能被硅片表面全部吸收，需要对加热承载平台进行升温，以对加热承载平台上的硅片进行预加热。加热承载平台的加热温度一般在400℃左右，此加热温度提供了一个升温平台，可使硅片基底温度与激光温度产生叠加效应，使得激光加热在比较短的时间内即能达到目标温度。如果不对硅片进行预加热，对于冷态的硅片而言，激光会穿透硅片表面去往深处。然而，需要激活的器件都存在于硅片表层，所以需要提前加热硅片，使硅片表面能俘获激光能量。
在对上述图1中的现有激光退火机台进行方块电阻阻值的日常监控时，发现硅片往往在中心区域的阻值较低，而边缘区域的阻值较高，造成同一片硅片上的阻值均匀性较差。高阻值的原因是由于硅片边缘的温度相对较低带来的。由于图1中的现有激光退火机台的加热承载平台2为整体均温加热形式，而硅片边缘区域的散热温度损失要大于中心区域，造成硅片边缘区域的温度比中心区域的温度低约5～7℃左右。由于硅片基底温度与激光温度具有叠加效应，所以，在硅片边缘区域的温度叠加效应就劣于中心区域，造成激光在硅片边缘处对杂质的激活效应低于中心处，从而体现出硅片边缘区域的方块电阻阻值高于中心区域的现象。
针对以上问题，需要改善激光退火工艺时对硅片预加热温度的控制，以提高硅片边缘区域的温度，并与中心区域的温度相均衡，从而优化硅片边缘区域的电阻均匀性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种激光退火机台的加热承载平台，通过提高加热承载平台承载的硅片边缘区域的预加热温度，消除了激光退火工艺时存在的硅片边缘温度较低所导致的方块电阻阻值相对较高的现象，从而实现硅片片内电阻均匀性和器件整体性能的提高。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种激光退火机台的加热承载平台，设于激光退火机台工艺腔内，用于对其承载的硅片进行预加热，并带动所述硅片移动进行激光退火，所述加热承载平台包括：
第一加热承载平台，连接有驱动机构，所述驱动机构带动所述第一加热承载平台在所述工艺腔内移动，所述第一加热承载平台设有第一加热单元；
第二加热承载平台，环绕所述第一加热承载平台设置并相固接，所述第二加热承载平台设有第二加热单元；
其中，所述第一加热承载平台带动所述第二加热承载平台同步移动，所述第一、第二加热承载平台分别通过所述第一、第二加热单元的加热形成独立的加热温区，对其共同承载的硅片进行预加热，所述第二加热单元提供高于所述第一加热单元的加热温度，以补偿位于所述第二加热承载平台部分的所述硅片边缘区域相对于位于所述第一加热承载平台部分的所述硅片中心区域的散热温度损失。
优选地，所述第一加热承载平台为圆形，所述第二加热承载平台环绕所述第一加热承载平台等高设置。
优选地，所述第二加热承载平台与所述第一加热承载平台之间形成无缝对接。
优选地，所述第二加热承载平台的宽度为3～5mm，并与所述第一加热承载平台之间形成无缝对接。
优选地，所述第一加热承载平台和所述第二加热承载平台的硅片承载面同面设置。
优选地，所述第二加热单元提供高于所述第一加热单元5～7℃的加热温度。
优选地，所述第二加热单元在所述第二加热承载平台内部贯通设置。
优选地，所述第二加热承载平台设有测温单元。
优选地，所述测温单元沿所述第二加热承载平台的外侧均匀设置若干个。
优选地，所述加热承载平台水平、垂直或倾斜设置。
从上述技术方案可以看出，本发明的优点是：通过在第一加热承载平台外周环绕设置第二加热承载平台，形成可同步移动的组合式加热承载平台，并通过第一、第二加热承载平台分别设置的加热单元独立加热，使第二加热承载平台的加热温度高于第一加热承载平台的加热温度，可以补偿其共同承载的硅片边缘区域的散热温度损失，提高硅片边缘区域的预加热温度，从而消除了激光退火工艺时存在的硅片边缘温度较低所导致的方块电阻阻值相对较高的现象，实现硅片片内电阻均匀性和器件整体性能的提高。
附图说明
图1是现有的一种激光退火机台工艺腔的结构俯视示意图；
图2是本发明一实施例的一种激光退火机台的加热承载平台的结构示意图；
图3是图2的结构俯视图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
为了便于对本发明的理解，先对现有的激光退火机台工艺腔的结构进行必要的说明。请参阅图1，图1是现有的一种激光退火机台工艺腔的结构俯视示意图。如图1所示，在工艺腔1内下方设有一陶瓷加热承载平台2，用于承载硅片(图示省略)。工艺时，激光束(图示省略)从工艺腔1上方照射到平台2上的硅片表面，激光辐射的脉冲能量聚焦在硅片的局部微小区域处，迅速将照射面积的表面加热到高温。加热承载平台2在其下方的驱动机构(图示省略)的带动下，可沿相互垂直的X、Y轴方向的水平移动(如图示箭头所指)，可使脉冲激光束在硅片的表面上相对移动，从而对整个硅片表面进行退火热处理。
在激光退火工艺中，为了使硅片的表面处于激发态，以使激光能量能被硅片表面全部吸收，需要对加热承载平台进行升温，以对加热承载平台上的硅片进行预加热。加热承载平台的加热温度一般在400℃左右，此加热温度提供了一个升温平台，可使硅片基底温度与激光温度产生叠加效应，使得激光加热在比较短的时间内即能达到目标温度。
但是，由于现有激光退火机台的加热承载平台为整体均温加热形式，而硅片边缘区域的散热温度损失要大于中心区域，造成硅片边缘区域的温度比中心区域的温度低约5～7℃左右。由于硅片基底温度与激光温度具有叠加效应，所以，在硅片边缘区域的温度叠加效应就劣于中心区域，造成激光在硅片边缘处对杂质的激活效应低于中心处，从而体现出硅片边缘区域的方块电阻阻值高于中心区域的现象。因此，现有的激光退火机台加热承载平台的设计，产生了在同一片硅片上其阻值均匀性较差的不良结果。
本发明即是针对现有技术存在的上述问题进行的改进，具体请参见以下说明。
在本发明的以下具体实施方式中，请参阅图2，图2是本发明一实施例的一种激光退火机台的加热承载平台的结构示意图。如图2所示，本发明的激光退火机台的加热承载平台，设于激光退火机台工艺腔1内，用于对其承载的硅片5进行预加热，并带动所述硅片5移动进行激光退火。所述加热承载平台包括第一加热承载平台3和第二加热承载平台4。第一加热承载平台3下方中心连接有驱动机构9，所述驱动机构9可带动所述第一加热承载平台3在所述工艺腔1内沿相互垂直的X、Y轴方向进行水平移动(请参考图1的箭头所指加以理解)。所述第一加热承载平台3设有第一加热单元6，用以对所述第一加热承载平台3进行加热。所述第一加热单元6可采用电加热形式，例如可采用电阻加热丝进行加热；或采用其他现有的任意加热元件，只要可实现本发明所需的加热温度及激光退火机台能够适用即可。
请继续参阅图2。在所述第一加热承载平台3的外周、环绕所述第一加热承载平台3设置有第二加热承载平台4。所述第二加热承载平台4与第一加热承载平台3水平固定连接在一起。为了保证第一、第二加热承载平台3、4上共同承载的硅片5的加热效果，所述第二加热承载平台4与所述第一加热承载平台3之间相互密合，形成无缝对接。这样，所述第二加热承载平台4与所述第一加热承载平台3之间可实现高低温度的传导，避免此处的硅片5温度产生突变。同时，所述第一加热承载平台3可带动所述第二加热承载平台4实现同步移动。所述第二加热承载平台4独立设有第二加热单元7，用以对所述第二加热承载平台4单独进行加热(这正是与现有技术的整体均温加热形式的区别点)。
请进一步参阅图3，图3是图2的结构俯视图。作为一可选实施例，如图3所示，所述第一加热承载平台3为圆形，所述第二加热承载平台4环绕所述第一加热承载平台3等高设置，整个组合式加热承载平台的外轮廓也为圆形。根据工艺需要，例如针对太阳能电池片的退火，所述第一加热承载平台也可为矩形或正方形，因此，第二加热承载平台环绕矩形或正方形的所述第一加热承载平台等高设置，整个组合式加热承载平台的外轮廓仍为矩形或正方形。
作为一可选实施例，如图2所示，由第一、第二加热承载平台3、4组成的组合式加热承载平台整体水平设置在激光退火机台工艺腔1内的底部，在平台3下方驱动机构9的带动下，即可沿相互垂直的X、Y轴方向进行水平移动，并接受工艺腔1上方设置的激光发射器(图略)发出的激光束的照射，对承载的硅片5进行移动退火。根据具体工艺形式，加热承载平台其他的设置方式包括垂直或倾斜设置在工艺腔内，并可沿其相应的平台平面作X、Y轴方向的垂直或倾斜移动。
请继续参阅图2。由于将现有的单个加热承载平台改变为二个相组合的加热承载平台3、4形式，为了使加热承载平台3、4的总体尺寸与硅片5相适应，第一加热承载平台3的尺寸应相应缩小，腾出的空间留给了第二加热承载平台4。进一步地，所述第二加热承载平台4的宽度为3～5mm，并与所述第一加热承载平台3之间形成无缝对接。也就是说，第一加热承载平台3的尺寸相应缩小了约3～5mm。
请继续参阅图2。所述第一加热承载平台3和所述第二加热承载平台4的硅片承载面同面设置，即图示的所述第一加热承载平台3和所述第二加热承载平台4的上表面相平齐设置。可使硅片5与第一、第二加热承载平台3、4之间保持紧密贴合，得以均匀受热。本发明的所述第一加热承载平台3和所述第二加热承载平台4可采用陶瓷材料制作。
请进一步参阅图3。所述第二加热单元7可采用电加热形式，例如可采用电阻加热丝进行加热；或采用其他现有的任意加热元件，只要可实现本发明所需的独立加热温度及激光退火机台能够适用即可。作为一可选实施例，所述第二加热单元采用电阻加热丝7形式进行加热。所述电阻加热丝7在所述第二加热承载平台4内部贯通设置形成所示的平面环状分布形态，可对第二加热承载平台4独立进行均匀一致的加热，使硅片边缘区域的温度保持均衡。
按照上述结构，所述第一、第二加热承载平台3、4即可分别通过所述第一、第二加热单元6、7的加热形成二个独立的加热温区，对其共同承载的硅片5进行预加热。
在采用如图1所示的现有激光退火机台进行方块电阻阻值的日常监控时，发现硅片往往在中心区域的阻值较低，而边缘区域的阻值较高，造成同一片硅片上的阻值均匀性较差。高阻值的原因是由于硅片边缘的温度相对较低带来的。由于现有激光退火机台的加热承载平台为整体均温加热形式，而硅片边缘区域的散热温度损失要大于中心区域，造成硅片边缘区域的温度比中心区域的温度低约5～7℃左右。并且，由于硅片基底温度与激光温度具有叠加效应，所以，在硅片边缘区域的温度叠加效应就劣于中心区域，造成激光在硅片边缘处对杂质的激活效应低于中心处，从而体现出硅片边缘区域的方块电阻阻值高于中心区域的现象。
在利用图2、3所示的本发明的激光退火机台的加热承载平台进行方块电阻阻值的日常监控时，所述第一、第二加热承载平台3、4共同承载有硅片5，硅片5的边缘区域位于所述第二加热承载平台4上。为了补偿位于所述第二加热承载平台4部分的所述硅片5边缘区域相对于位于所述第一加热承载平台3部分的所述硅片5中心区域的散热温度损失，利用所述第二加热单元7与所述第一加热单元6的各自独立加热特性，可将所述第二加热单元7的加热温度相对提高，并比所述第一加热单元6的加热温度高5～7℃(与在现有技术中产生的硅片边缘区域的温度比中心区域的温度低约5～7℃左右的情况相对应)。所述第一、第二加热承载平台3、4的实际温度可近似认为与所述第一、第二加热单元6、7的加热温度一致，以便于理解。例如，在现有的激光退火时，加热承载平台通常的加热温度一般在400℃左右，则在本发明中，对所述第一加热承载平台3的加热温度仍保持在400℃，而将所述第二加热承载平台4的加热温度提高5～7℃，也就是达到405～407℃。
请继续参阅图2。为了精确控制所述第一、第二加热单元6、7的加热温度，优选地，在所述第二加热承载平台4另外单独设有测温单元8(所述第一加热承载平台3本身也独立设有测温单元，本领域技术人员都可以理解，故作图略处理)。进一步地，所述测温单元8可沿所述第二加热承载平台4的外侧均匀设置若干个。例如，可在所述第二加热承载平台4的四周各设置一个测温单元8(共四个，图示位于左、右侧的其中二个)。测温单元8可采用热偶。热偶也可以直接连接第二加热单元的电热丝，以检测的电热丝的温度作为本发明对加热承载平台的预加热工艺温度。
本发明的激光退火机台的加热承载平台，可应用于例如源漏激活步骤的激光退火机台，可以有效补偿激光退火作业硅片边缘较冷的工艺特性，能使硅片片内的温度分布更均匀，使硅片边缘的激活率和扩散情况更接近硅片中心，因而可提高器件的整体性能。
综上所述，本发明通过在第一加热承载平台外周环绕设置第二加热承载平台，形成可同步移动的组合式加热承载平台，并通过第一、第二加热承载平台分别设置的加热单元独立加热，使第二加热承载平台的加热温度高于第一加热承载平台的加热温度，可以补偿其共同承载的硅片边缘区域的散热温度损失，提高硅片边缘区域的预加热温度，从而消除了激光退火工艺时存在的硅片边缘温度较低所导致的方块电阻阻值相对较高的现象，实现硅片片内电阻均匀性和器件整体性能的提高。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光退火机台的加热承载平台，设于激光退火机台工艺腔内，用于对其承载的硅片进行预加热，并带动所述硅片移动进行激光退火，其特征在于，所述加热承载平台包括：
第一加热承载平台，连接有驱动机构，所述驱动机构带动所述第一加热承载平台在所述工艺腔内移动，所述第一加热承载平台设有第一加热单元；
第二加热承载平台，环绕所述第一加热承载平台设置并相固接，所述第二加热承载平台设有第二加热单元；
其中，所述第一加热承载平台带动所述第二加热承载平台同步移动，所述第一、第二加热承载平台分别通过所述第一、第二加热单元的加热形成独立的加热温区，对其共同承载的硅片进行预加热，所述第二加热单元提供高于所述第一加热单元的加热温度，以补偿位于所述第二加热承载平台部分的所述硅片边缘区域相对于位于所述第一加热承载平台部分的所述硅片中心区域的散热温度损失。
2.根据权利要求1所述的加热承载平台，其特征在于，所述第一加热承载平台为圆形，所述第二加热承载平台环绕所述第一加热承载平台等高设置。
3.根据权利要求1或2所述的加热承载平台，其特征在于，所述第二加热承载平台与所述第一加热承载平台之间形成无缝对接。
4.根据权利要求1或2所述的加热承载平台，其特征在于，所述第二加热承载平台的宽度为3～5mm，并与所述第一加热承载平台之间形成无缝对接。
5.根据权利要求1或2所述的加热承载平台，其特征在于，所述第一加热承载平台和所述第二加热承载平台的硅片承载面同面设置。
6.根据权利要求1所述的加热承载平台，其特征在于，所述第二加热单元提供高于所述第一加热单元5～7℃的加热温度。
7.根据权利要求1所述的加热承载平台，其特征在于，所述第二加热单元在所述第二加热承载平台内部贯通设置。
8.根据权利要求1、2或7所述的加热承载平台，其特征在于，所述第二加热承载平台设有测温单元。
9.根据权利要求8所述的加热承载平台，其特征在于，所述测温单元沿所述第二加热承载平台的外侧均匀设置若干个。
10.根据权利要求1或2所述的加热承载平台，其特征在于，所述加热承载平台水平、垂直或倾斜设置。
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