CN112038224A - 一种退火方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种退火方法及装置，方法包括：提供待退火膜层，待退火膜层具有待退火区域；根据待退火区域的预设退火深度，以及预先建立的退火深度与退火时长的对应关系，确定预设退火深度对应的预设退火时长；利用连续激光器对待退火区域进行预设退火时长的照射。由此可见在本申请实施例中，可以利用连续激光器对待退火膜层进行照射，由于连续激光器的照射时间不受脉宽的限制，因此是可以准确控制的且可控制的范围较广，因此在确定预设退火深度对应的预设退火时长后，可以通过控制连续激光器的照射时间来控制待退火膜层的预设退火时长，进行实现满足不同场景下的退火深度，实现退火深度的准确控制，更好的满足实际需求。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件及其制造领域，特别涉及一种退火方法及装置。
背景技术
在半导体器件的制造过程中，存在对待退火膜层进行高温退火的需求，例如在对待退火膜层进行离子注入之后，需要进行高温退火才能激活注入杂质。目前，可以利用快速热退火(rapid thermal annealing，RTA)的方式对待退火膜层进行快速加热，以使待退火膜层中的注入杂质能够在高温下快速激活。然而这种退火的方式采用的退火时间较长，通常为秒量级，不利于对待退火膜层内部组成的控制，例如对于经过离子注入的待退火膜层，容易导致在退火过程中由于扩散导致的杂质浓度再分布问题，不利于对待退火膜层中的离子注入的深度、浓度及位置的控制，因此不能满足实际需求。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种退火方法及装置，能够利用连续激光器通过控制退火时长来控制退火深度，满足退火实际需求。
为实现上述目的，本申请有如下技术方案：
一种退火方法，包括：
提供待退火膜层，所述待退火膜层具有待退火区域；
根据所述待退火区域的预设退火深度，以及预先建立的退火深度与退火时长的对应关系，确定所述预设退火深度对应的预设退火时长；
利用连续激光器对所述待退火区域进行预设退火时长的照射。
可选的，所述利用连续激光器对所述待退火区域进行预设退火时长的照射，包括：
根据所述预设退火时长，确定所述连续激光器对所述待退火区域进行照射时的移动速度；所述移动速度用于控制所述连续激光器对所述待退火区域的被照射区域的照射时长，所述预设退火时长和所述移动速度负相关；
控制所述连续激光器以所述移动速度进行移动，以对所述待退火区域进行预设退火时长的照射。
可选的，所述根据所述预设退火时长，确定所述连续激光器对所述待退火区域进行照射时的移动速度，包括：
根据连续激光器的束斑尺寸，以及所述预设退火时长，确定所述连续激光器对所述待退火区域进行照射时的移动速度；所述束斑尺寸和所述移动速度正相关。
可选的，所述待退火膜层经过离子注入，所述预设退火深度根据离子注入的深度确定。
可选的，所述预设退火深度大于或等于2微米。
可选的，所述连续激光器的波长范围为300-900纳米。
可选的，所述连续激光器的波长为515纳米。
可选的，所述方法还包括：
根据所述待退火膜层的熔点确定所述预设退火深度范围内的退火温度；
根据所述退火温度确定所述连续激光器的光强。
可选的，所述待退火膜层的材料为硅，所述预设退火深度范围内的退火温度范围为1000-1400摄氏度。
一种退火装置，包括：连续激光器和控制器；
所述控制器用于执行所述退火方法。
与现有技术相比，本申请实施例具有以下优点：
本申请实施例提供了一种退火方法及装置，包括：提供待退火膜层，待退火膜层具有待退火区域，根据待退火区域的预设退火深度，以及预先建立的退火深度与退火时长的对应关系，确定预设退火深度对应的预设退火时长，利用连续激光器对待退火区域进行预设退火时长的照射。由此可见，本申请实施例中，可以利用连续激光器对待退火膜层进行照射，由于连续激光器的照射时间不受脉宽的限制，因此是可以准确控制的且可控制的范围较广，因此在确定预设退火深度对应的预设退火时长后，可以通过控制连续激光器的照射时间来控制待退火膜层的预设退火时长，进行实现满足不同场景下的退火深度，实现退火深度的准确控制，更好的满足实际需求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1示出了根据本申请实施例提供的一种退火方法的流程示意图；
图2示出了根据本申请实施例提供的一种退火过程的示意图；
图3示出了根据本申请实施例提供的一种退火深度、退火温度和退火时长的关系示意图；
图4示出了根据本申请实施例提供的一种退火装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本申请结合示意图进行详细描述，在详述本申请实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本申请保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
目前，对待退火膜层进行高温退火可以利用快速热退火的方式，但是快速热退火的退火时间较长，通常是秒量级，不利于对待退火膜层内部组成的控制，例如利用快速热退火的方式对经过离子注入的待退火膜层进行退火处理，容易导致在退火过程中由于扩散导致的杂质浓度再分布问题，这样离子注入的深度和浓度的准确控制将受到影响。
此外，还可以利用激光退火来实现高温退火，相比于传统快速热退火的方法秒量级的退火时间，激光退火作用的时间要短得多，通常为纳秒或微秒量级，可以有效避免由于扩散导致的杂质浓度再分布问题。实际上，激光退火本质上也是一种高温退火，其高温状态由激光实现，待退火薄膜吸收照射激光的能量后，将能量转换为热量向待退火薄膜的内部传导，传导深度与激光照射时长直接相关，激光的照射时间越长，热量在待退火薄膜内部传导的越多，加热深度越大，即退火深度越大。
目前应用在激光退火技术中的激光器为脉冲激光器，脉冲激光器发射的激光为脉冲激光，脉冲激光具有一定的脉宽，在激光脉宽范围内激光的强度较大，由于激光脉宽的限制，脉冲激光的照射时间有限，影响了退火深度的增加。以使用最多的绿色脉冲激光为例，单脉冲激光的脉宽最大为600纳秒(ns)，双脉冲激光的脉宽最大为1.2微秒(us)，以此来照射待退火薄膜的最大退火深度只有2微米(um)，更深层次的注入杂质无法有效激活。
基于以上技术问题，本申请实施例提供了一种退火方法及装置，包括：提供待退火膜层，待退火膜层具有待退火区域，根据待退火区域的预设退火深度，以及预先建立的退火深度与退火时长的对应关系，确定预设退火深度对应的预设退火时长，利用连续激光器对待退火区域进行预设退火时长的照射。由此可见，本申请实施例中，可以利用连续激光器对待退火膜层进行照射，由于连续激光器的照射时间不受脉宽的限制，因此是可以准确控制的且可控制的范围较广，因此在确定预设退火深度对应的预设退火时长后，可以通过控制连续激光器的照射时间来控制待退火膜层的预设退火时长，进行实现满足不同场景下的退火深度，实现退火深度的准确控制，更好的满足实际需求。
为了更好地理解本申请的技术方案和技术效果，以下将结合附图对具体的实施例进行详细的描述。
参考图1所示，为本申请实施例提供的一种退火方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：
S101，提供待退火膜层，待退火膜层具有待退火区域。
在本申请实施例中，待退火膜层是需要经过退火处理的膜层，通过退火处理，可以使待退火膜层内部形态发生改变。待退火膜层可以具有待退火区域，待退火区域可以为待退火膜层的一部分区域，也可以是待退火膜层的全部区域。待退火膜层可以为半导体膜层，其材料例如可以为硅、锗或硅锗之外的其他材料。。
具体的，待退火膜层可以为经过离子注入的膜层，离子注入可以是P型离子注入，也可以是N型离子注入。其中待退火区域可以为待退火膜层中经过离子注入的区域。作为一种示例，待退火膜层的材料为硅，待退火区域为经过掺杂的源漏区。
S102，根据待退火区域的预设退火深度，以及预先建立的退火深度与退火时长的对应关系，确定预设退火深度对应的预设退火时长。
在本申请实施例中，可以确定待退火区域需要退火的深度，作为预设退火深度，而后可以根据预设退火深度确定退火过程中的退火参数，进而得到待退火区域中接近预设退火深度的退火效果。
在待退火区域经过离子注入的场景中，预设退火深度可以根据离子注入的深度确定。通常而言，若预设退火深度小于离子注入深度，则不能对待退火区域经过离子注入的杂质充分激活，若预设退火深度大于离子注入深度，则有可能引起杂质浓度的再分布问题，因此，可以令预设退火深度接近离子注入的深度，能够充分激活经过离子注入的杂质，同时不引起杂质浓度的再分布问题。具体的，可以令预设退火深度等于离子注入的深度。
实际操作中，预设退火深度可以根据实际情况而定，作为一种示例，离子注入的深度可以大于或等于2微米，则预设退火深度可以大于或等于2微米。
在本申请实施例中，确定待退火区域的预设退火深度后，可以根据预设退火深度确定对应的预设退火时长，具体的，可以预先建立退火深度和退火时长的对应关系，根据退火深度和退火时长的对应关系，确定预设退火深度对应的预设退火时长。其中，退火深度和退火时长可以是预先对测试膜层进行退火试验得到的，测试膜层可以和待退火膜层属于同一类膜层，例如具有相似的材料。退火深度和退火时长的对应关系可以利用表格形式呈现，也可以利用图形形式呈现。
作为一种示例，以波长为515nm的激光退火为例，退火时长为100us、10us、1us、0.1us和0.01us分别对应退火深度为18um、6.1um、2.3um、1.2um和0.72um，参考表1所示，为退火深度和退火时长的对应关系。其中，退火时长的单位可以是微秒(us)，退火深度的单位可以是微米(um)。
表1退火深度和退火时长的对应关系
| 退火时长 | 退火深度 |
| 100 | 18 |
| 10 | 6.1 |
| 1 | 2.3 |
| 0.1 | 1.2 |
| 0.01 | 0.72 |
之后，可以进行预设退火时长的确定，本申请实施例中，根据待退火区域的预设退火深度，以及预先建立的退火深度和退火时长的对应关系，确定预设退火深度对应的预设退火时长，可以具体为，在退火深度和退火时长的对应关系表或对应关系图中，查找预设退火深度对应的预设退火时长，或者对退火深度和退火时长的对应关系进行插值运算，得到预设退火深度对应的预设退火时长。
S103，利用连续激光器对待退火区域进行预设退火时长的照射。
在本申请实施例中，连续激光器可以连续发射激光束，其发射激光束的时长不受脉宽限制，因此发射时长范围较广，能够满足不同场景下不同时长的光照要求。本申请实施例中，用于对待退火区域进行照射的连续激光器的激光波长可以根据实际情况进行选定，具体的，连续激光器的波长范围为300-900纳米。作为一种示例，连续激光器的激光波长可以是515纳米，属于绿光波段。
在一种可能的实现方式中，可以在利用连续激光器对待退火区域进行预设退火时长的照射后，关闭连续激光器从而停止照射，从而可以准确控制连续激光器对待退火区域的照射时长。
在另一种可能的实现方式中，可以控制连续激光器沿着待退火区域以某一方向某一速度移动，移动的连续激光器在不同时刻照射待退火区域的不同位置，从而使待退火区域的各个位置接收连续激光器的照射，如图2所示，为本申请实施例提供的一种退火过程的示意图，其中连续激光器发射的连续激光束210可以对待退火膜层230的照射，连续激光束210可以是经过透镜聚焦的，控制连续激光器移动可以使连续激光束210沿着某一方向(虚线箭头指示的方向)某一速度移动，以控制对待退火薄膜230的各个位置的照射时长。
由于连续激光器沿着待退火区域以特定速度移动，因此移动速度直接影响连续激光器对各个位置的照射时长，照射时长和移动速度呈现负相关关系，因此控制移动速度可以控制连续激光器对待退火区域的被照射区域的实际照射时长，连续激光器移动速度越快，则照射在待退火区域的某一位置的照射时长越短。
基于此，可以根据预设退火时长，确定连续激光器对待退火区域进行照射时的移动速度，移动速度和预设退火时长呈现负相关关系，预设退火时长越长，则可以设置连续激光器的移动速度越小。而后，可以控制连续激光器以确定出的移动速度移动，从而对待退火区域进行预设退火时长的照射，其中，移动速度在实际操作中可以控制连续激光器对待退火区域的被照射区域的实际照射时长，这样根据预设退火时长确定出的移动速度，可以实现与预设退火时长相等的实际照射时长。
本申请实施例中，连续激光器的束斑尺寸往往也对移动的连续激光器的对各个位置的照射时长有影响，具体的，连续激光器的束斑尺寸和照射时长呈现正相关关系，连续激光器的束斑尺寸越大，则连续激光器的照射范围越大，移动过程中对单一位置的照射和停止照射两种状态的切换时间较长，因此对于被照射区域的照射时长也相对延长。
基于此，在确定连续激光器的移动速度时，可以根据连续激光器的束斑尺寸，以及预设退火时长，确定连续激光器对待退火区域进行照射的移动速度，束斑尺寸和移动速度呈现正相关关系，束斑尺寸越大，则可以设置连续激光器的移动速度越大。而后，可以控制连续激光器以确定出的移动速度移动，从而对待退火区域进行预设退火时长的照射。
由此可见，在束斑尺寸不变时，移动速度越快，预设退火时长越短。移动速度不变时，束斑尺寸越大，预设退火时长越长。
本申请实施例中，移动速度可以和束斑尺寸成正比，预设退火时长成反比，作为一种示例，移动速度可以为束斑尺寸与预设退火时长的比值。具体的，激光束斑尺寸为d，单位可以是微米，移动速度为v，单位可以是米每秒，待退火区域的各个位置的预设退火时长为t，单位可以是微秒，则可以存在如下关系：v＝d/t。参考表2所示，为本申请实施例中移动速度和束斑尺寸以及预设退火时长的关系。
表2移动速度、束斑尺寸、预设退火时长的关系
在本申请实施例中，还可以确定对待退火膜层进行退火的退火温度，通常来说，在高温退火的时候，为了防止待退火膜层熔融导致明显的杂质浓度再分布和待退火膜层表面皲裂等的不良后果，可以设置退火的最高温度不超过待退火薄膜的熔点，同时需要退火充分激活注入杂质，因此可以设置退火温度尽量接近熔点，即，退火温度可以小于熔点并尽量接近熔点。
在退火过程中，通常由待退火膜层的表面吸收激光能量并向内传导，在待退火膜层内部往往存在一定的温度差异，而合适的退火温度能够充分激活注入杂质，同时不造成杂质浓度再分布等影响，因此在对退火温度的控制中，需要控制预设退火深度范围内的温度满足要求。
由于对待退火膜层的退火温度通过连续激光器的光强确定，因此可以先根据待退火膜层的熔点确定预设退火深度范围内的退火温度，而后根据退火温度确定连续激光器的光强，从而在预设退火深度范围内得到满足要求的退火温度。
作为一种示例，待退火膜层的材料为硅，则预设退火深度范围内的退火温度范围为1000-1400摄氏度，也就是说，退火温度范围为1000-1400摄氏度的深度范围，才是有效退火深度范围。参考图3所示，为本申请实施例中一种退火深度、退火温度和退火时长的关系示意图，其中横坐标为待退火膜层的深度(Depth)，单位为um，纵坐标为温度(Tmax)，单位为℃，从图中可以看出，不同退火时长可以对应不同的有效退火深度，具体的，退火时长从0.01us到100us，退火温度范围为1000-1400摄氏度的深度逐渐增加。
本申请实施例提供了一种退火方法，包括：提供待退火膜层，待退火膜层具有待退火区域，根据待退火区域的预设退火深度，以及预先建立的退火深度与退火时长的对应关系，确定预设退火深度对应的预设退火时长，利用连续激光器对待退火区域进行预设退火时长的照射。由此可见，本申请实施例中，可以利用连续激光器对待退火膜层进行照射，由于连续激光器的照射时间不受脉宽的限制，因此是可以准确控制的且可控制的范围较广，因此在确定预设退火深度对应的预设退火时长后，可以通过控制连续激光器的照射时间来控制待退火膜层的预设退火时长，进行实现满足不同场景下的退火深度，实现退火深度的准确控制，更好的满足实际需求。
基于以上实施例提供的退火方法，本申请实施例还提供了一种退火装置400，具体包括：连续激光器410和控制器420。
所述控制器420，用于执行上述实施例提供的退火方法。
其中，连续激光器410可以设置在机台上，控制器420可以控制机台以使连续激光器移动，从而使连续激光束相对于待退火膜层进行相对移动。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，虽然本申请已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种退火方法，其特征在于，包括：
提供待退火膜层，所述待退火膜层具有待退火区域；
根据所述待退火区域的预设退火深度，以及预先建立的退火深度与退火时长的对应关系，确定所述预设退火深度对应的预设退火时长；
利用连续激光器对所述待退火区域进行预设退火时长的照射。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用连续激光器对所述待退火区域进行预设退火时长的照射，包括：
根据所述预设退火时长，确定所述连续激光器对所述待退火区域进行照射时的移动速度；所述移动速度用于控制所述连续激光器对所述待退火区域的被照射区域的实际照射时长，所述预设退火时长和所述移动速度负相关；
控制所述连续激光器以所述移动速度进行移动，以对所述待退火区域进行预设退火时长的照射。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述预设退火时长，确定所述连续激光器对所述待退火区域进行照射时的移动速度，包括：
根据连续激光器的束斑尺寸，以及所述预设退火时长，确定所述连续激光器对所述待退火区域进行照射时的移动速度；所述束斑尺寸和所述移动速度正相关。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，所述待退火膜层经过离子注入，所述预设退火深度根据离子注入的深度确定。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预设退火深度大于或等于2微米。
6.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，所述连续激光器的波长范围为300-900纳米。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述连续激光器的波长为515纳米。
8.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述待退火膜层的熔点确定所述预设退火深度范围内的退火温度；
根据所述退火温度确定所述连续激光器的光强。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述待退火膜层的材料为硅，所述预设退火深度范围内的退火温度范围为1000-1400摄氏度。
10.一种退火装置，其特征在于，包括：连续激光器和控制器；
所述控制器用于执行权利要求1-9任意一项所述的退火方法。
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