CN108400089B - 一种激光退火方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光退火方法，所述方法包括:提供半导体晶圆，所述半导体晶圆至少包括第一区域和第二区域；通过激光束斑扫描所述半导体晶圆进行激光退火；其中，所述激光束斑扫描所述第一区域时边缘排除的尺寸，与扫描所述第二区域时边缘排除的尺寸不同；其中，所述激光束斑扫描所述第一区域时相邻两次扫描的间隔时间，与扫描所述第二区域时相邻两次扫描的间隔时间不同。根据本发明提供的激光退火方法，半导体晶圆至少包括第一区域和第二区域，扫描第一区域时边缘排除的尺寸与扫描第二区域时边缘排除的尺寸不同，扫描第一区域时相邻两次扫描的间隔时间与扫描第二区域时相邻两次扫描的间隔时间不同，从而避免半导体晶圆发生破损，提高产品良率。

Description

一种激光退火方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种激光退火方法。
背景技术
激光热处理加工包括用于半导体晶圆熔性或者非熔性的激光退火，激光辅助的薄膜生长，激光作用下非晶材料相变(用于制作多晶薄膜器件，太阳能电池)等等。以激光扫描半导体晶圆对半导体晶圆进行退火工艺(laser spike annealing，LSA)，已广泛应用于半导体加工行业中。由于不同波长的激光在半导体晶圆中的吸收深度不同，激光退火具有退火深度可控的特点。因此，无论是在32nm及其以下技术节点器件的超浅PN结制备工艺中，还是在功率半导体器件的背面处理工艺中，激光退火技术都显示出不可替代的优势。
在激光退火工艺过程中，通常将激光束经由一激光匀化整形器投射于晶圆形成线形激光束斑，通过线形激光束斑均匀地扫描整个半导体晶圆，来达到退火目的。采用线形激光束斑扫描半导体晶圆的方法是，由激光器所产生的激光束斑对从所述半导体晶片的上端自左往右地扫描；接着，调整所述激光束斑下移一定距离，进行第二行扫描，激光束斑对所述半导体晶片自右往左地扫描；重复上述各步骤，直至激光束斑将所述半导体晶片整个地扫描一遍，完成激光退火工艺。
但是在根据现有工艺进行生产过程中，半导体晶圆在激光退火过程中易发生破损。因此，有必要提出一种新的激光退火方法，能有效避免半导体晶圆在激光退火过程中发生破损，提高产品良率。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
针对现有技术的不足，本发明提供一种激光退火方法，包括：
提供半导体晶圆，所述半导体晶圆至少包括第一区域和第二区域；
通过激光束斑扫描所述半导体晶圆进行激光退火；
其中，所述激光束斑扫描所述第一区域时边缘排除的尺寸，与扫描所述第二区域时边缘排除的尺寸不同；
其中，所述激光束斑扫描所述第一区域时相邻两次扫描的间隔时间，与扫描所述第二区域时相邻两次扫描的间隔时间不同。
进一步，所述激光束斑为线形激光束斑。
进一步，所述激光束斑的扫描路径为圆弧形。
进一步，所述激光束斑的扫描路径的半径与所述半导体晶圆的半径一致。
进一步，所述半导体晶圆的中心位于所述第一区域内。
进一步，所述第一区域的面积是所述第二区域面积的2倍以上。
进一步，所述第二区域的边缘排除尺寸大于所述第一区域的边缘排除尺寸。
进一步，所述第二区域内相邻两次扫描的间隔时间大于所述第一区域内相邻两次扫描的间隔时间。
进一步，所述半导体晶圆还包括位于所述半导体晶圆边缘的第三区域、第四区域，其中，所述第三区域与所述第一区域相邻，所述第四区域与所述第二区域相邻，所述第三区域与所述第四区域之间存在间隔并位置相对，依次对所述半导体晶圆的第三区域、第一区域、第二区域、第四区域进行扫描。
进一步，对所述第四区域进行反向扫描。
进一步，所述第一区域的边缘排除的尺寸为1.2mm-1.5mm。
进一步，所述第二区域的边缘排除的尺寸为3.2mm-3.5mm。
进一步，所述激光束斑的步进距离等于所述激光束斑长度的一半。
根据本发明提供的激光退火方法，半导体晶圆至少包括第一区域和第二区域，在激光束斑扫描所述半导体晶圆进行激光退火的过程中，当激光束斑扫描所述半导体晶圆的第一区域和第二区域时，通过控制扫描所述第一区域时边缘排除的尺寸与扫描所述第二区域时边缘排除的尺寸不同以及扫描所述第一区域时相邻两次扫描的间隔时间与扫描所述第二区域时相邻两次扫描的间隔时间不同，从而避免半导体晶圆在激光退火过程中发生破损，提高产品良率。
附图说明
通过结合附图对本发明实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
附图中：
图1是根据现有技术的一种用于激光退火的半导体晶圆的示意图。
图2是根据本发明示例性实施例的方法所获得的一种用于激光退火的半导体晶圆的示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
在激光退火工艺过程中，通常将激光束经由一激光匀化整形器投射于晶圆形成线形激光束斑，通过线形激光束斑均匀地扫描整个半导体晶圆，来达到退火目的。
如图1所示，首先扫描晶圆的边缘区域A，然后扫描晶圆的中心区域B，最后反向扫描晶圆的边缘区域C。扫描晶圆中心区域B的具体过程包括，在起始端，激光束斑由从左向右进行扫描，扫描路径S为圆弧形，然后激光束斑沿Y方向步进，步进距离通常为激光束斑长度L的一半，再从右向左进行下一行的扫描。重复上述各步骤，当激光束斑行进到扫描路径S1时，其扫描宽度为L1，当激光束斑行进到扫描路径S2时，其扫描宽度为L2。由于激光束斑行进到扫描路径S2时，已扫描区域(热区域)较大，而待扫描区域(冷区域)较小，相比扫描路径S1处，扫描路径S2的散热速度较慢，且靠近晶圆边缘的部分(扫描路径S2的两端部分)的散热速度更慢；此外，由于L2＜L1，完成扫描路径S2所用的时间小于完成扫描路径S1所用的时间，如果立即进行下一行的扫描，则半导体晶圆100无法及时散热。因此，根据现有技术进行激光退火时，扫描路径S2处的热应力比扫描路径S1处的热应力大，易产生较大的形变，从而导致半导体晶圆100破损。
因此，有必要提出一种新的激光退火方法，能有效避免半导体晶圆在激光退火过程中发生破损，提高产品良率。
针对现有技术的不足，本发明提供一种激光退火方法，包括：
提供半导体晶圆，所述半导体晶圆至少包括第一区域和第二区域；
通过激光束斑扫描所述半导体晶圆进行激光退火；
其中，所述激光束斑扫描所述第一区域时边缘排除的尺寸，与扫描所述第二区域时边缘排除的尺寸不同；
其中，所述激光束斑扫描所述第一区域时相邻两次扫描的间隔时间，与扫描所述第二区域时相邻两次扫描的间隔时间不同。
进一步，所述激光束斑为线形激光束斑；所述激光束斑的扫描路径为圆弧形；所述激光束斑的扫描路径的半径与所述半导体晶圆的半径一致；所述半导体晶圆的中心位于所述第一区域内；所述第一区域的面积是所述第二区域面积的2倍以上；所述第二区域的边缘排除尺寸大于所述第一区域的边缘排除尺寸；所述第二区域内相邻两次扫描的间隔时间大于所述第一区域内相邻两次扫描的间隔时间；所述半导体晶圆还包括位于所述半导体晶圆边缘的第三区域、第四区域，所述第三区域与所述第一区域相邻，所述第四区域与所述第二区域相邻，所述第三区域与所述第四区域之间存在间隔并位置相对，依次对所述半导体晶圆的第三区域、第一区域、第二区域、第四区域进行扫描；对所述第四区域进行反向扫描；所述第一区域的边缘排除的尺寸为1.2mm-1.5mm；所述第二区域的边缘排除的尺寸为3.2mm-3.5mm；所述激光束斑的步进距离等于所述激光束斑长度的一半。
根据本发明提供的激光退火方法，半导体晶圆至少包括第一区域和第二区域，在激光束斑扫描所述半导体晶圆进行激光退火的过程中，当激光束斑扫描所述半导体晶圆的第一区域和第二区域时，通过控制扫描所述第一区域时边缘排除的尺寸与扫描所述第二区域时边缘排除的尺寸不同以及扫描所述第一区域时相邻两次扫描的间隔时间与扫描所述第二区域时相邻两次扫描的间隔时间不同，从而避免半导体晶圆在激光退火过程中发生破损，提高产品良率。
下面参考图2，图2是根据本发明示例性实施例的方法所获得的一种用于激光退火的半导体晶圆的示意图。
本发明提供一种激光退火方法，该方法的主要步骤包括：
步骤S301：提供半导体晶圆，所述半导体晶圆至少包括第一区域和第二区域；
步骤S302：通过激光束斑扫描所述半导体晶圆进行激光退火。
下面，对本发明的激光退火方法的具体实施方式做详细的说明。
首先，执行步骤S301，如图2所示，提供半导体晶圆200，所述半导体晶圆至少包括第一区域B和第二区域C。所述半导体晶圆还包括位于所述半导体晶圆边缘的第三区域A、第四区域D，依次对所述半导体晶圆的第三区域A、第一区域B、第二区域C、第四区域D进行扫描。
示例性地，提供半导体晶圆200，在本发明中所述半导体晶圆200可以是以下所提到的材料中的至少一种：单晶硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。作为一个实例，半导体晶圆200的构成材料选用单晶硅。在半导体晶圆200中还形成有隔离结构，所述隔离结构为浅沟槽隔离(STI)结构或者局部氧化硅(LOCOS)隔离结构，隔离结构将半导体晶圆分为不同的有源区，有源区中可以形成各种半导体器件，例如NMOS和PMOS等。在半导体晶圆200中还形成有各种阱(well)结构，为了简化，图示中予以省略。
示例性地，所述半导体晶圆200至少包括第一区域B和第二区域C。所述半导体晶圆还包括位于所述半导体晶圆边缘的第三区域A、第四区域D，依次对所述半导体晶圆的第三区域A、第一区域B、第二区域C、第四区域D进行扫描。其中,所述半导体晶圆200的中心位于所述第一区域B内，所述第一区域B的面积是所述第二区域C面积的2倍以上。作为一个实例，第一区域B为激光束斑第1次至第n次所扫描的区域，第二区域C为激光束斑第n+1次至扫描结束所扫描的区域，n的取值可以根据生产实际进行调整，在本实施例中，n为60。
接着，执行步骤S302，如图2所示，通过激光束斑扫描所述半导体晶圆200进行激光退火。其中，所述激光束斑扫描所述第一区域B时边缘排除的尺寸N1，与扫描所述第二区域C时边缘排除的尺寸N2不同；其中，所述激光束斑扫描所述第一区域B时相邻两次扫描的间隔时间，与扫描所述第二区域C时相邻两次扫描的间隔时间不同。
示例性地，将半导体晶圆200放置于空气、真空或者各种气氛中，进行激光束斑扫描，使半导体晶圆200的表面由固态转变为熔融状态。熔融深度可通过调节激光束斑的能量实现。利用激光退火机台可在特定深度实现熔融的特性，从而改善半导体晶圆200表面的特性，如降低粗糙度、提高致密度等。在本实施例中，所述激光束斑扫描的气氛包括空气或氧气气氛，所述激光波长范围为200～350nm，能量密度大于2J/cm2。
示例性地，所述激光束斑为线形激光束斑，其长度为L。所述激光退火的过程包括，首先，激光束斑扫描第三区域A。接下来，激光束斑扫描第一区域B，所述激光束斑先从左向右进行扫描，扫描路径为圆弧形，其圆弧半径与半导体晶圆200的半径一致，选用与晶圆半径一致的圆弧形扫描路径可以使激光扫描的分布更均匀，扫描路径与晶圆的边缘部分更贴合。然后激光束斑沿Y方向步进，步进距离为激光束斑长度L的一半，然后所述激光束斑立即从右向左进行下一行的扫描，重复上述步骤，直至激光束斑将所述第一区域B完整地扫描一遍。在扫描第一区域B时，扫描路径S1的起点和终点与晶圆边缘的距离，即边缘排除(EdgeExclusion，EE)的尺寸N1为1.5mm。接下来，激光束斑开始扫描第二区域C，。激光束斑在第二区域C中从左向右(或从右向左)进行扫描，扫描路径S2为圆弧形，其圆弧半径与半导体晶圆200的半径一致，然后激光束斑沿Y方向步进，步进距离为激光束斑长度L的一半，在等待间隔时间T之后，激光束斑再从右向左(或从左向右)进行下一行的扫描，重复上述步骤，直至激光束斑将所述第二区域C完整地扫描一遍。在扫描第二区域C时，边缘排除N2为3.5mm。当完成第二区域C的扫描后，激光束斑对第四区域D进行反向扫描，由于在扫描第二区域C时边缘排除增大，因此对第四区域D进行两次反向扫描，以补充边缘排除增大造成的热损失。
根据本发明提供的激光退火方法，半导体晶圆至少包括第一区域和第二区域，在激光束斑扫描所述半导体晶圆进行激光退火的过程中，当激光束斑扫描所述半导体晶圆的第一区域和第二区域时，通过控制扫描所述第一区域时边缘排除的尺寸与扫描所述第二区域时边缘排除的尺寸不同以及扫描所述第一区域时相邻两次扫描的间隔时间与扫描所述第二区域时相邻两次扫描的间隔时间不同，从而避免半导体晶圆在激光退火过程中发生破损，提高产品良率。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (13)

1.一种激光退火方法，包括以下步骤：
提供半导体晶圆；
通过激光束斑扫描所述半导体晶圆进行激光退火；
其特征在于，
所述半导体晶圆至少包括第一区域和第二区域；
其中，所述激光束斑扫描所述第一区域时边缘排除的尺寸，与扫描所述第二区域时边缘排除的尺寸不同；
其中，所述激光束斑扫描所述第一区域时相邻两次扫描的间隔时间，与扫描所述第二区域时相邻两次扫描的间隔时间不同。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光束斑为线形激光束斑。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光束斑的扫描路径为圆弧形。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述激光束斑的扫描路径的半径与所述半导体晶圆的半径一致。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半导体晶圆的中心位于所述第一区域内。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一区域的面积是所述第二区域面积的2倍以上。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二区域的边缘排除尺寸大于所述第一区域的边缘排除尺寸。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二区域内相邻两次扫描的间隔时间大于所述第一区域内相邻两次扫描的间隔时间。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半导体晶圆还包括位于所述半导体晶圆边缘的第三区域、第四区域，其中，所述第三区域与所述第一区域相邻，所述第四区域与所述第二区域相邻，所述第三区域与所述第四区域之间存在间隔并位置相对，依次对所述半导体晶圆的第三区域、第一区域、第二区域、第四区域进行扫描。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，对所述第四区域进行反向扫描。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一区域的边缘排除的尺寸为1.2mm-1.5mm。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二区域的边缘排除的尺寸为3.2mm-3.5mm。
13.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述激光束斑的步进距离等于所述激光束斑长度的一半。
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