CN109427626B - 激光退火装置及表面电阻计算装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够减小测量表面电阻的工时并且以非接触方式测量表面电阻的激光退火装置。半导体晶片保持在载物台。激光束从激光光学系统入射于保持在载物台上的半导体晶片。来自保持在载物台上半导体晶片的热辐射光入射于红外线检测仪。红外线检测仪输出与热辐射光的强度相对应的信号。处理装置根据红外线检测仪的输出值，计算出通过激光束退火后的半导体晶片的表面电阻，并将表面电阻的计算值输出至输出装置。

Description

激光退火装置及表面电阻计算装置
本申请主张基于2017年9月5日申请的日本专利申请第2017-170504号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
技术领域
本发明涉及一种激光退火装置及表面电阻计算装置。
背景技术
以往，作为掌握注入有掺杂剂并进行了活化退火后的半导体晶片的活化状态的面内分布的方法的一例，测量了表面电阻(sheet resistance)。可以根据表面电阻的面内分布来评价掺杂剂的活化状态。
专利文献1：日本特开2007-81348号公报
通常，在表面电阻的测量中使用四探针法。使用四探针法进行的表面电阻的测量在退火后在与活化退火装置不同的装置中进行。因此，表面电阻的测量成为线下(offline)作业，费时费力。而且，由于必须使探针接触半导体晶片，因此半导体晶片会受到损伤。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够减小测量表面电阻的工时并且以非接触方式测量表面电阻的激光退火装置。本发明的另一目的在于提供一种能够以非接触方式计算出表面电阻的表面电阻计算装置。
根据本发明的一种观点，提供一种激光退火装置，其具有：
载物台，其保持半导体晶片；
激光光学系统，其使激光束入射于保持在所述载物台的半导体晶片半导体晶片；
红外线检测仪，来自保持于所述载物台的半导体晶片的热辐射光入射于所述红外线检测仪，并且其输出与热辐射光的强度相对应的信号；及
处理装置，其根据所述红外线检测仪的输出值，计算出通过所述激光束退火后的半导体晶片的表面电阻，并将表面电阻的计算值输出至输出装置。
根据本发明的另一观点，提供一种表面电阻计算装置，其具有：
红外线检测仪，来自退火对象的半导体晶片的热辐射光入射于所述红外线检测仪，并且其输出与热辐射光的强度相对应的信号；及
处理装置，输入有所述红外线检测仪的输出值，并且根据输入的输出值计算出半导体晶片的表面电阻，并输出表面电阻的计算值。
根据本发明，能够即时(in-line)且以非接触方式测量半导体晶片的表面电阻。
附图说明
图1是基于实施例的激光退火装置的概略图。
图2是表示从激光光源输出的脉冲激光束的概略波形及红外线检测仪的输出值的波形的一例的曲线图。
图3是表示红外线检测仪的输出与表面电阻之间的关系的关系数据的示意图。
图4是表示使用基于实施例的激光退火装置对半导体晶片进行退火步骤的流程图。
图5A是表示使用基于实施例的方法计算出的表面电阻的面内分布的图，图5B是表示使用以往的四探针法求出的表面电阻的面内分布的图，图5C是将使用四探针法测得的表面电阻的等高线重叠表示于图5A的表面电阻的分布中的图。
图中：10-激光光学系统，11-激光光源，12-均匀化光学系统，13-折返镜，20-红外线检测仪，25-二向色镜，30-腔室，31-载物台，32-窗，35-半导体晶片，40-处理装置，41-存储装置，42-输出装置，43-输入装置，45-关系数据。
具体实施方式
下面，参考图1～图5C，对基于实施例的激光退火装置进行说明。
图1是基于实施例的激光退火装置的概略图。基于实施例的激光退火装置包括激光光学系统10、腔室30、红外线检测仪20、处理装置40、存储装置41、输出装置42及输入装置43。
激光光学系统10包括激光光源11、均匀化光学系统12及折返镜13。激光光源11输出红外区域的激光束。作为激光光源11，例如可以使用振荡波长为808nm的激光二极管。均匀化光学系统12将从激光光源11输出过来的激光束的光束分布均匀化。折返镜13将通过了均匀化光学系统12的激光束向下方反射。
腔室30的顶板上设置有使激光束透过的窗32，腔室30内配置有载物台31。在载物台31上保持有退火对象物(即，半导体晶片35)。在半导体晶片35的表层部注入有掺杂剂。掺杂剂的注入例如利用离子注入法进行。在进行退火之前，该掺杂剂并未被活化。作为半导体晶片35，例如可以使用硅晶片。作为掺杂剂，例如可以使用磷(P)、砷(As)及硼(B)等。
从激光光学系统10输出的激光束透过二向色镜25及窗32而入射于保持在载物台31的半导体晶片35。根据需要，可以在激光束的路径上配置反射镜、透镜等。半导体晶片35的表面上的激光束的光束点例如是长度为约3～5mm且宽度为约0.1～0.3mm的长条形状。载物台31使半导体晶片35沿与其表面平行的二维方向移动。通过使半导体晶片35的表面沿光束点的宽度方向扫描，能够对半导体晶片35的上表面的几乎整个区域进行激光退火。
若激光束入射于半导体晶片35，则入射位置的表层部会被加热，从而使掺杂剂活化。从加热的部分放射出热辐射光。从半导体晶片35放射出的热辐射光的一部分被二向色镜25反射而入射于红外线检测仪20。二向色镜25使例如比1μm短的波长区域的光透过而使比1μm长的波长区域的光反射。根据需要，可以在从半导体晶片35至红外线检测仪20的热辐射光的路径上配置透镜、光学滤波器等。在实施例中，以使2μm～2.8μm的波长区域的热辐射光入射于红外线检测仪20的方式配置有光学滤波器。
红外线检测仪20对红外波长区域具有灵敏度，并且输出与入射的热辐射光的强度相对应的强度的信号(电压)。红外线检测仪20的输出信号(输出电压)输入至处理装置40。处理装置40通过控制激光光源11，使激光光源11输出脉冲激光束。而且，处理装置40通过控制载物台31，使半导体晶片35沿二维方向移动，从而反复进行主扫描及副扫描。
处理装置40与脉冲激光束的每次照射同步地获取从红外线检测仪20输出的信号的强度(输出值)。而且，将所获取的输出值与半导体晶片35的面内的位置建立关联后存储于存储装置41。作为一例，按照脉冲激光束的每1次照射，根据热辐射光强度的经时变化而得到输出值的时间波形。存储于存储装置41中的输出值例如是脉冲激光束的每1次照射的时间波形的峰值，或者是时间波形的积分值。
用于指示激光退火装置的动作的各种命令或数据通过输入装置43输入至处理装置40。处理装置40将表面电阻的计算结果输出至输出装置42。
图2是表示从激光光源11输出的脉冲激光束的概略波形及红外线检测仪20的输出信号波形的一例的曲线图。若在时刻t1激光脉冲上升，则对应于半导体晶片35的表层部的温度上升，红外线检测仪20的输出值会渐渐上升。若在时刻t2激光脉冲下降，则对应于半导体晶片35的表层部的温度下降，红外线检测仪20的输出值会渐渐下降。基于从时刻t1至时刻t2的激光脉冲的红外线检测仪20的输出的峰值Vp或者时间波形的积分值Vi存储于存储装置41。
图3是将表示红外线检测仪20的输出与表面电阻之间的关系的关系数据45以曲线图的形式表示的示意图。该关系数据45按照半导体晶片35的种类而准备。处理装置40(图1)利用该关系数据45从红外线检测仪20的输出值计算出表面电阻。例如，通过照射激光，来自半导体晶片35的表层部的热辐射光的强度变强。即，随着退火温度变高，热辐射光的强度变强，其结果红外线检测仪20的输出值也变大。因此，随着红外线检测仪20的输出值变大，表面电阻显示出下降的趋势。
而且，表面电阻依赖于注入于半导体晶片35的掺杂剂的种类或浓度、半导体晶片35的厚度等。因此，按照半导体晶片35的种类(产品种类)而准备了关系数据45。可以使用各种通量的激光束对具有与实际产品相同结构的评价用半导体晶片进行激光退火，并测量表面电阻，由此能够得到该关系数据45。
图4是表示使用基于实施例的激光退火装置对半导体晶片35进行激光退火的步骤的流程图。
首先，将离子注入有掺杂剂的半导体晶片35(图1)保持于载物台31(图1)(步骤S1)。该步骤例如通过机械手臂等来进行。载物台31例如使用真空卡盘固定半导体晶片35。流经生产线的半导体晶片35的种类预先存储在存储装置41。另外，也可以让处理装置40读取记录于半导体晶片35上的识别标记来获取半导体晶片35的种类。
在将半导体晶片35保持于载物台31之后，开始激光光源11的脉冲激光束的输出及载物台31的移动(步骤S2)。在用脉冲激光束扫描半导体晶片35的过程中，用红外线检测仪20测量来自半导体晶片35的热辐射光的强度(步骤S3)。例如，由处理装置40获取红外线检测仪20的输出值。
处理装置40将半导体晶片35的面内的入射有激光束的位置与红外线检测仪20的输出值建立关联后保存在存储装置41(步骤S4)。反复进行步骤S3及步骤S4的处理，直至半导体晶片35的表面的几乎整个区域被退火(步骤S5)。
若对半导体晶片35的表面的几乎整个区域的退火结束，则处理装置40根据红外线检测仪20的输出值计算出半导体晶片35的表面电阻(步骤S6)。例如，处理装置40可以利用红外线检测仪20的输出值和图3所示的关系数据计算出表面电阻。之后，处理装置40将表面电阻的计算值与半导体晶片35的面内的位置建立关联后输出至输出装置42(图1)。例如，优选将半导体晶片35的面内的表面电阻的分布以图形形式显示。
图5A是表示使用基于实施例的激光退火装置计算出的表面电阻的面内分布的图，图5B是表示针对与图5A相同的样品使用以往的四探针法求出的表面电阻的面内分布的图。在图5A及图5B中，用灰色的深浅来表示了表面电阻的大小。在图5A所示的测量结果中，出现了与脉冲激光束的主扫描方向平行的条纹。若着眼于条纹的1根带状区域，则其趋向于扫描方向上的上游侧的表面电阻比下游侧的表面电阻变高。条纹的周期相当于脉冲激光束的1次副扫描中的移动距离。在四探针法中，测量了半导体晶片35的面内的121个点的表面电阻。
图5C是将使用四探针法测得的表面电阻的等值线重叠表示于图5A的表面电阻的分布中的图。由该图可知，使用基于实施例的方法求出的表面电阻的分布与使用四探针法测量的表面电阻的分布之间有相关关系。从该结果可知，能够将使用基于实施例的激光退火装置计算出表面电阻的方法作为使用四探针法测量表面电阻的方法的代替方法。
接着，对基于上述实施例的激光退火装置所具有的优异效果进行说明。
在基于实施例的激光退火装置中，能够获取在激光退火中计算出表面电阻的基础信息(红外线检测仪20的输出值)。因此，无需在激光退火后线下(off line)测量表面电阻即可求出表面电阻。
而且，若使用基于实施例的激光退火装置，则无需使探针等接触半导体晶片35即可计算出表面电阻。因此，不会给半导体晶片35带来因探针等接触而产生的损伤即可计算出表面电阻。
使用四探针法测量表面电阻时的空间分辨率依赖于探针间距离。例如，两端的探针之间的距离为3mm左右。以比该探针间距离更高的空间分辨率求出表面电阻是困难的。相对于此，若使用基于本实施例的方法，则能够将空间分辨率提高至激光束的光束点的大小程度。
利用四探针法能够测量的表面电阻是从半导体晶片35的表面至深度为约0.1μm左右的极浅的表层部分的表面电阻。相对于此，在实施例中，从更深的区域，例如从深度为2～3μm的区域放射出的热辐射光也会透过半导体晶片35而被红外线检测仪20检测。因此，通过使用基于实施例的方法，能够推算出深度2～3μm范围的表面电阻。
接着，对实施例的各种变形例进行说明。在上述实施例中，作为半导体晶片35使用了硅，但是，也可以使用由其他半导体材料构成的晶片。而且，在上述实施例中，按照半导体晶片35的种类而准备了表示红外线检测仪20的输出与表面电阻之间的关系的关系数据45(图3)。除此之外，还可以按照半导体晶片35的材料、厚度、掺杂剂的种类、剂量及注入深度等各种参数而准备关系数据45。
在上述实施例中，对具备表面电阻计算功能的激光退火装置进行了说明。但是，也可以从基于上述实施例的激光退火装置抽取处理装置40、存储装置41及输出装置42的与表面电阻的计算相关的功能以及红外线检测仪20而实现表面电阻计算装置。
上述实施例只是为示例，理所当然，可以对实施例中示出的结构的一部分进行替换或组合。而且，本发明并不只限定于上述实施例。例如，可以进行各种变更、改进及组合等，着对本领域技术人员来讲是显而易见的。

Claims (3)

1.一种激光退火装置，其特征在于，具有：
载物台，其保持半导体晶片；
激光光学系统，其使激光束入射于保持在所述载物台的半导体晶片；
红外线检测仪，来自保持于所述载物台的半导体晶片的热辐射光入射于所述红外线检测仪，并且其输出与热辐射光的强度相对应的信号；
处理装置，其根据所述红外线检测仪的输出值，计算出通过所述激光束退火后的半导体晶片的表面电阻，并将表面电阻的计算值输出至输出装置；及
存储装置，按照退火对象的半导体晶片的种类存储有表示所述红外线检测仪的输出值与表面电阻之间的关系的关系数据，
所述处理装置利用与保持于所述载物台的半导体晶片的种类相对应的所述关系数据计算出表面电阻。
2.根据权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，
来自半导体晶片的所述激光束的入射位置的热辐射光入射于所述红外线检测仪，
所述处理装置将半导体晶片的面内热辐射光放射的位置和表面电阻的计算值建立关联后输出至所述输出装置。
3.一种表面电阻计算装置，其特征在于，具有：
红外线检测仪，来自退火对象的半导体晶片的热辐射光入射于所述红外线检测仪，并且其输出与热辐射光的强度相对应的信号；
处理装置，输入有所述红外线检测仪的输出值，并且根据输入的输出值计算出半导体晶片的表面电阻，并输出表面电阻的计算值；及
存储装置，按照退火对象的半导体晶片的种类存储有表示所述红外线检测仪的输出值与表面电阻之间的关系的关系数据，
所述处理装置利用与检测到热辐射光的半导体晶片的种类相对应的所述关系数据计算出表面电阻。
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