CN107706127A - 一种混合退火装置及退火方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合退火装置及退火方法,应用于半导体制造领域,该装置包括样品室、样品台、微波源和卤钨灯光源;样品台设置于样品室的室腔内,卤钨灯光源设置于样品室的室腔内,卤钨灯光源位于样品台的上方,微波源的天线从样品室的侧腔壁接入样品室的室腔内。通过本发明解决了CMOS工艺中的退火工序会对产品带来损伤以及扩散区域边缘不可控制的技术问题,并且提高了退火效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域,尤其涉及一种混合退火装置及退火方法。
背景技术
在半导体器件和集成电路制作工艺中,热退火是一种十分重要的工艺技术。比如,半导体CMOS工艺的快速退火是接触电阻和应力消除的关键工艺,直接影响着CMOS工艺的成败的关键。传统的快速退火是用大功率激光器进行退火,退火的实质是热,迅速的温升是消除应力和均匀化注入离子的必要手段。但通过大功率激光器照射以快速对产品退火的无选择性的快速升温,造成的很多不必要的热损伤,并且降低扩散区域的陡直要求,甚至导致在22纳米以下CMOS工艺中,通过大功率激光器退火会对产品带来大的损伤以及扩散区域边缘不可控制。
发明内容
鉴于现有技术会造成的很多不必要的热损伤,并且降低扩散区域的陡直要求的问题,本发明实施例提供了一种混合退火装置及退火方法,充分发挥微波退火的区域选择性优势,减少了半导体CMOS工艺中的退火处理对产品的损伤、并且提高了扩散区域的陡直要求。
第一方面,本发明实施例提供了一种混合退火装置,包括:样品室,样品台,微波源,卤钨灯光源;
所述样品台设置于所述样品室的室腔内,所述卤钨灯光源设置于所述样品室的室腔内,所述卤钨灯光源位于所述样品台的上方,所述微波源的天线从所述样品室的侧腔壁接入所述样品室的室腔内。
可选的,所述样品室具体为金属材质的水平对称结构,所述样品台固定于所述样品室的底腔壁上。
可选的,所述卤钨灯光源包括多个相互平行排列的卤钨灯,各个所述卤钨灯组成平行于所述样品台的台面的面光源。
可选的,所述卤钨灯光源的功率在0.1KW-20KW的范围内可调。
可选的,所述卤钨灯光源的照射时长在1~600秒的范围内可调。
可选的,所述微波源的微波功率在0.1-30KW的范围内可调。
可选的,所述微波源的施加时长在1~1200秒的范围内可调。
第二方面,本发明实施例提供了一种基于第一方面的任一实施方式中所述的混合退火装置进行混合退火的方法,所述方法包括:
开启所述卤钨灯光源,以通过所述卤钨灯光源对放置于所述样品台上的样片退火;
在所述卤钨灯光源对所述样片退火至第一恒定温度时,开启所述微波源;
通过所述卤钨灯光源和所述微波源共同对所述样片继续退火,以将所述样品从所述第一恒定温度退火至大于所述第一恒定温度的第二恒定温度。
第三方面,本发明实施例提供了一种基于第一方面的任一实施方式中所述的混合退火装置进行混合退火的方法,所述方法包括:
开启所述卤钨灯光源,以通过所述卤钨灯光源对放置于所述样品台上的样片退火;
在所述卤钨灯光源对所述样片退火至第一恒定温度时,从所述卤钨灯光源切换至所述微波源;
通过所述微波源对所述样片继续退火,以将所述样片从所述第一恒定温度退火至大于所述第一恒定温度的第二恒定温度。
本发明实施例提供的一个或多个技术方案,至少实现了如下技术效果或优点:
通过设置的微波源和卤钨灯光源,能够对样片进行光加热的前提下再进行微波加热,光加热有效降低了退火样片上需要进行退火的区域的介电常数,介电常数的降低使得微波加热时的微波功率得到更好的吸收,从而使得需要退火的区域更快的获得更高的退火温度,大大提高了微波退火效率。而非退火区域的介电常数相对退火区域较高,从而热吸收效率较低,因此温度上升较慢,以充分发挥了微波退火的区域选择性,以避免单一热退火方式的过高温度带来损伤,也提高了扩散区域的陡直要求,从而在半导体器件制造工艺中实现高效、高质量退火。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中混合退火装置的结构示意图;
图2为样片放置于混合退火装置的示意图;
图3为本发明一实施例中混合退火方法的流程图;
图4为图3中混合退火方法的一实例示意图;
图5为本发明另一实施例中混合退火方法的流程图;
图6为图5中混合退火方法的一实例示意图。
具体实施方式
为了鉴于现有技术会造成的很多不必要的热损伤,并且降低扩散区域的陡直要求的问题,本发明实施例提供了一种混合退火装置及退火方法,总体思路如下:
通过设置的微波源和卤钨灯光源,先由光加热为样片提供基本的热源使样片的需要进行退火的区域(比如离子注入掺杂区域)达到一定温度,以降低样片中需要退火的区域的介电常数,在此前提下再进行微波加热退火,需要退火的区域可以更好的吸收微波能量,退火温度更高,而非需要退火区温度因介电常数较高,则吸收微波能量相对较少,从而提高了局部区域的热吸收效率,避免单一热退火方式的过高温度带来的损伤,从而实现了在半导体器件制造工艺中样片整体温度较低情况下实现高效,高质量退火。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参考图1和图2所示,本发明实施例提供的一种混合退火装置,包括:样品室1、样品台2、微波源3和卤钨灯光源4,样品台2设置于样品室1的室腔内,卤钨灯光源4设置于样品室1的室腔内,卤钨灯光源4位于样品台2的正上方,微波源3的天线从样品室4的侧腔壁接入样品室1的室腔内。
卤钨灯光源4用于对样片5进行光加热,微波源3的接入样品室4的室腔内的天线用于对样片5进行微波加热。
样品台2固定于样品室1的底腔壁。
在一具体实施例中,样品台2包括支撑架和台板,支撑架固定于样品室1的底腔壁,台板固定于支撑架上,从而使台板处于样品室1内的中心位置。具体的,台板的台面处于水平。台板的外边缘还可以设置有侧挡部。
样品室1为水平对称结构,确保样品室1内的温度均匀。具体的,样品室1可以为矩形腔,样品室1的腔壁为金属材质。
卤钨灯光源4包括多个相互平行排列的卤钨灯,各个卤钨灯组成平行于样品台2的台面的面光源。在一具体实施例中,卤钨灯光源4的各个卤钨灯均为条形卤钨灯,条形卤钨灯的长度平行于样品台2的台面,从而能够对台面上的样片5进行均匀的光加热。
在本实施例中,卤钨灯光源4的功率在0.1~20KW的范围内可调,卤钨灯光源4的照射时长在1~600秒的范围内可调。
在本实施例中,微波源3的微波功率在0.1~30KW的范围内可调,微波源3的施加时长在1~1200秒的范围内可调。
基于同一发明构思,本发明实施例提供了一种混合退火的方法,应用前述任一实施例描述的混合退火装置进行。
结合参考图2和3所示,本实施例提供的混合退火包括如下步骤:
S101、开启卤钨灯光源4,以通过卤钨灯光源4对放置于样品台2上的样片5退火。
在一实施例中,针对S101而言,先在1~600秒的范围内设定卤钨灯光源4的照射时长。比如,可以设定为5分钟、或者10分钟、。再根据已经设定的卤钨灯光源4的照射时长,对卤钨灯光源4的功率在0.1KW~20KW的范围内进行设定。比如,卤钨灯光源4的照射时长可以设定为0.1KW、或者1KW、或者2KW、或者4KW、或者6KW、或者8KW、或者10KW、或者12KW、或者15KW、或者20KW。在具体实施过程中,卤钨灯光源4的照射时长越长,设定的卤钨灯光源4的功率越小。
在达到设定的卤钨灯光源4的照射时长时,确定样片5达到第一恒定温度。
在另一实施例中,通过卤钨灯光源4对放置于样品台2上的样片5退火过程中,检测是否达到第一恒定温度。
在S101之后,接着执行S102:在卤钨灯光源4对样片5退火至第一恒定温度时,开启微波源3。
在S102中,可以在达到设定的卤钨灯光源4的照射时长时确定退火至第一恒定温度,则开启微波源3;也可以在检测到样片5达到第一恒定温度时,开启微波源3。
具体的,在1~1200秒的范围内设定微波源3的施加时长。比如,设定微波源3的施加时长为5分钟、或者10分钟、或者30分钟均可,根据设定之后的微波源3的施加时长,将微波源3的功率在0.1KW~30KW的范围内设定,比如,可以设定微波源3的功率为0.1KW、或者1KW、或者3KW、或者6KW、或者9KW、或者10KW、或者15KW、或者20KW、或者25KW、或者30KW,在具体实施过程中,微波源3的施加时长越长,设定的微波源3的功率越小。
S103、通过卤钨灯光源4和微波源3共同对样片5继续退火,以将样片5从第一恒定温度退火至大于第一恒定温度的第二恒定温度。
需要说明的是,本实施例中,不限定第一恒定温度和第二恒定温度的具体数值,第一、第二仅仅用于区分两次达到的恒定温度不同,不代表具体数值,以具体实施过程中加热达到的恒定温度为准。
下面,结合图4所示,给出本实施例的一具体实例:
设定卤钨灯光源4的功率为2KW、照射时长为7分钟,以以使卤钨灯光源4以2KW对样品室1内的样片5进行退火5分钟,以使得样片5达到第一恒定温度。开启微波源3,设定微波源3的微波功率为3KW和施加时长为2分钟,由微波源3和卤钨灯光源4共同对样片5继续退火2分钟,以使得样片5达到第二恒定温度。
在本实例中,整个退火过程的退火时长为7分钟。前5分钟由卤钨灯光源4单独进行加热,后2分钟由卤钨灯光源4和微波源3共同加热。由于前5分钟卤钨灯的照射,样片5的局部区域(比如离子注入的掺杂区域)介电常数降低,后2分钟在卤钨灯光源4和微波源3共同对样片5加热,以使得退火温度继续升高,达到更高的恒定温度,从而使得样片5获得更高的退火温度。
基于同一发明构思,本发明实施例提供了一种混合退火的方法,应用前述混合退火装置进行。参考图2和图5所示,本实施例提供的混合退火的方法包括如下步骤:
首先,执行S201、开启卤钨灯光源4,以通过卤钨灯光源4对放置于样品台2上的样片5退火。
在一实施例中,针对S201而言,先在1~600秒的范围内设定卤钨灯光源4的照射时长。比如,可以设定为5分钟、或者10分钟、或者30分钟。在根据已经设定的卤钨灯光源4的照射时长,对卤钨灯光源4的功率在0.1KW~20KW的范围内进行设定。比如,卤钨灯光源4的照射时长可以设定为0.1KW、或者1KW、或者2KW、或者4KW、或者6KW、或者8KW、或者10KW、或者12KW、或者15KW、或者20KW。在具体实施过程中,卤钨灯光源4的照射时长越长,设定的卤钨灯光源4的功率越小。
在达到设定的卤钨灯光源4的照射时长时,确定样片5达到第一恒定温度。
在另一实施例中,通过卤钨灯光源4对放置于样品台2上的样片5退火过程中,检测是否达到第一恒定温度。
S202、在卤钨灯光源4对样片5退火至第一恒定温度时,从卤钨灯光源4切换至微波源3。
在S202中,可以在达到设定的卤钨灯光源4的照射时长时确定退火至第一恒定温度,则关闭卤钨灯光源4以及开启微波源3;也可以在检测到样片5达到第一恒定温度时,关闭卤钨灯光源4以及开启微波源3。
具体的,在1~1200秒的范围内设定微波源3的施加时长。比如,设定微波源3的施加时长为5分钟、或者10分钟、或者30分钟均可,根据设定之后的微波源3的施加时长,将微波源3的功率在0.1KW~30KW的范围内设定,比如,可以设定微波源3的功率为0.1KW、或者1KW、或者3KW、或者6KW、或者9KW、或者10KW、或者15KW、或者20KW、或者25KW、或者30KW,在具体实施过程中,微波源3的施加时长越长,设定的微波源3的功率越小。
S203、通过微波源3对样片5继续退火,以将样片5从第一恒定温度退火至大于第一恒定温度的第二恒定温度。
需要说明的是,在S203中,不限定第一恒定温度和第二恒定温度的具体数值,第一、第二仅仅用于区分两次达到的恒定温度不同,不代表具体数值,以具体实施过程中加热达到的恒定温度为准。
下面,结合图6所示,给出本实施例的一具体实例:设定卤钨灯光源4的功率为2KW、照射时长为5分钟,以使卤钨灯光源4以2KW对样品室1内的样片5进行退火5分钟,使得样片5达到第一恒定温度,关闭卤钨灯光源4以及开启微波源3,设定微波源3的微波功率为3KW和施加时长为2分钟,由微波源3单独对样片5继续退火2分钟,使得样片5达到第二恒定温度。
整个退火时间为7分钟。前5分钟完全由卤钨灯光源4进行加热,后2分钟单独由微波源3退火加热。由于前5分钟由卤钨灯光源4照射,使样片5的介电常数降低,后2分钟的微波加热使微波功率得到更好的吸收,大大提高微波退火效率。
本发明提供的一个或多个实施例,至少实现了如下技术效果或优点:
通过设置的微波源和卤钨灯光源,能够对样片进行了光加热的前提下再进行微波加热,光加热有效降低了退火样片上需要进行退火的区域的介电常数,介电常数的降低使得微波加热时的微波功率得到更好的吸收,从而使得需要退火的区域更快的获得更高的退火温度,大大提高了微波退火效率。而非退火区域的介电常数相对退火区域较高,从而热吸收效率较低,因此温度上升较慢,以充分发挥了微波退火的区域选择性,以避免单一热退火方式的过高温度带来损伤,也提高了扩散区域的陡直要求,从而实现了在半导体器件制造工艺中实现高效、高质量退火。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种混合退火装置,其特征在于,包括:样品室,样品台,微波源,卤钨灯光源;
所述样品台设置于所述样品室的室腔内,所述卤钨灯光源设置于所述样品室的室腔内,所述卤钨灯光源位于所述样品台的上方,所述微波源的天线从所述样品室的侧腔壁接入所述样品室的室腔内。
2.如权利要求1所述的混合退火装置,其特征在于,所述样品室具体为金属材质的水平对称结构,所述样品台固定于所述样品室的底腔壁上。
3.如权利要求1所述的混合退火装置,其特征在于,所述卤钨灯光源包括多个相互平行排列的卤钨灯,各个所述卤钨灯组成平行于所述样品台的台面的面光源。
4.如权利要求1或3所述的混合退火装置,其特征在于,所述卤钨灯光源的功率在0.1~20KW的范围内可调。
5.如权利要求4所述的混合退火装置,其特征在于,所述卤钨灯光源的照射时长在1~600秒的范围内可调。
6.如权利要求1所述的混合退火装置,其特征在于,所述微波源的微波功率在0.1~30KW的范围内可调。
7.如权利要求1或6所述的混合退火装置,其特征在于,所述微波源的施加时长在1~1200秒的范围内可调。
8.一种基于权利要求1-7中任一所述的混合退火装置进行混合退火的方法,其特征在于,所述方法包括:
开启所述卤钨灯光源,以通过所述卤钨灯光源对放置于所述样品台上的样片退火;
在所述卤钨灯光源对所述样片退火至第一恒定温度时,开启所述微波源;
通过所述卤钨灯光源和所述微波源共同对所述样片继续退火,以将所述样片从所述第一恒定温度退火至大于所述第一恒定温度的第二恒定温度。
9.一种基于权利要求1-7中任一所述的混合退火装置进行混合退火的方法,其特征在于,所述方法包括:
开启所述卤钨灯光源,以通过所述卤钨灯光源对放置于所述样品台上的样片退火;
在所述卤钨灯光源对所述样片退火至第一恒定温度时,从所述卤钨灯光源切换至所述微波源;
通过所述微波源对所述样片继续退火,以将所述样片从所述第一恒定温度退火至大于所述第一恒定温度的第二恒定温度。
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