TW202004914A - 低熱積存退火 - Google Patents

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Abstract

本案提出用於提供一短持續時間退火的方法與系統。在一示例中，此方法及系統可包括將工件放入熱處理室中。工件可包括裝置側表面以及非裝置側表面。該方法及系統可包括傳送來自至少一個熱源的能量脈衝至工件的非裝置側表面。在另一示例中，此方法及系統可包括在半導體工件的裝置側沉積一層半導體材料至半導體工件上。該方法及系統可包括以摻雜物種摻雜該層半導體材料，並且退火該層以供用於使用固相磊晶法之結晶。

Description

低熱積存退火
本申請案主張依2018年4月12日申請之美國臨時專利申請案號62/656,428享有優先權，其案名為「低熱積存退火」(Low Thermal Budget Annealing)，出於所有目的，該文件全部內容以參考方式納入本文。
本發明一般而言是關於工件的熱處理，例如像是半導體晶圓。
熱處理系統可用於工件處理，例如像是矽晶圓。示例熱處理可被用於退火、薄膜的生長或沉積、結晶、相變，或其他應用。例如說，退火程序可修補離子佈植損壞、改善沉積層品質、改善層間介面品質、活化摻雜物、以及達成其他目的，而在同一時間為工件控制摻雜物種的擴散。
半導體工件的毫秒(或超快速)處理可使用強烈且短暫的光曝照或「閃光」達成，以加熱工件的裝置側表面。本文所說工件的裝置側表面是指包括裝置結構、薄膜、層或其他要被熱處理之元件的工件表面。毫秒退火系統可用能每秒超過104℃的速度，加熱該工件的一裝置側表面。
本案之具體實施例的態樣及優點將有部分在以下描述中闡明，或可從說明習得，或可經由實行該等具體實施例而習得。
本發明的一示範態樣係關於一種用於工件之熱處理的方 法。該方法包括將該工件放在熱處理室內，工件具有裝置側表面以及一相對的非裝置側表面，工件具有介於該裝置側表面與該非裝置側表面之間的一厚度。該方法包括從至少一個熱源傳送能量脈衝至工件的非裝置側表面，能量脈衝具有一脈衝期。脈衝期係少於讓來自能量脈衝的熱擴散穿過工件厚度的熱傳導時間，且使得加熱裝置側表面的速率係大於1000K/s。冷卻該裝置側表面的速率係小於約1000K/s。
本案的其他示例態樣是關於用於熱處理半導體基板的系統、方法、裝置及程序。
參照以下描述以及隨附申請專利範圍，將能更加瞭解各種具體實施例的這些以及其他特徵、態樣及優勢。納入本文並構成本說明書一部分的所附圖示，描繪出本案的具體實施例，並與說明共同用來解釋相關原理。
50‧‧‧工件
52‧‧‧裝置側表面
54‧‧‧非裝置側表面
200‧‧‧熱處理系統
202‧‧‧測量系統
206‧‧‧工件
210‧‧‧處理器電路
220‧‧‧半導體工件
222‧‧‧非裝置側表面
224‧‧‧裝置側表面
230‧‧‧處理室
232‧‧‧頂輻射吸收壁
234‧‧‧底輻射吸收壁
236‧‧‧反射式側壁
238‧‧‧反射式側壁
240‧‧‧工件支架
244‧‧‧冷卻系統
250‧‧‧預熱系統
252‧‧‧熱源
256‧‧‧水冷窗口
280‧‧‧能量脈衝生成系統
282‧‧‧第一熱源
283‧‧‧第二熱源
284‧‧‧反射器系統
285‧‧‧第三熱源
286‧‧‧吸收水冷窗口
287‧‧‧第四熱源
288‧‧‧供電系統
289‧‧‧電力供應系統
291‧‧‧電力供應系統
293‧‧‧電力供應系統
295‧‧‧電力供應系統
300‧‧‧熱處理系統
302‧‧‧區域
304‧‧‧掃描雷射
306‧‧‧雷射光束
400‧‧‧退火加熱曲線
410‧‧‧加熱曲線
420‧‧‧加熱曲線
430‧‧‧峰寬
440‧‧‧峰寬
500‧‧‧工件
510‧‧‧裝置側表面
520‧‧‧非裝置側表面
530‧‧‧裝置結構層
540‧‧‧薄膜
550‧‧‧能量脈衝
600‧‧‧工件
610‧‧‧圖案化薄膜
700‧‧‧工件
710‧‧‧圖案化薄膜
800‧‧‧工件
810‧‧‧遮罩結構
900‧‧‧方法
910‧‧‧步驟
920‧‧‧步驟
930‧‧‧步驟
940‧‧‧步驟
1000‧‧‧方法
1010‧‧‧步驟
1020‧‧‧步驟
1030‧‧‧步驟
1040‧‧‧步驟
針對熟習本技術領域之通常知識者的具體實施例之詳細討論，將在本說明書中參照附屬圖示提出，其中：
第一圖繪出可被用於依據本案示例具體實施例的一熱處理系統中之一示例工件。
第二及第三圖繪出依據本案示範具體實施例的熱處理系統；第四圖繪出依據本案之示例具體實施例的一示例加熱曲線；第五、六及第七圖繪出可被用於依據本發明示例具體實施例一熱處理系統中的示例工件；第八圖繪出的是可被用於依據本發明之示例具體實施例的 一熱處理系統中的加熱構形；第九圖繪出用於依據本案之示例具體實施例的熱處理之一示例程序的流程圖；以及第十圖繪出依據本案之示例具體實施例，用於處理一半導體工件的一示例方法的流程圖。
現在將詳細參照具體實施例，其一或多個示範例已在圖示中繪出。提供各示範例用以解釋該等具體實施例，而非限制本案之揭露內容。事實上，熟習此項技術領域者應能看出，本案可有各種修飾及變更而不會偏離本案的範疇及精神。舉例來說，繪出或描述為一具體實施例之某部分的特徵，可配合另一具體實施例使用，以產出又更進一步的具體實施例。因此，本案的態樣是要涵括此等修改及變異。
本案的示範態樣係關於用於提供短持續期間退火的方法與系統，用以處理工件，例如像是半導體工件、光電工件、平板顯示器，或其他適當工件。舉例來說，工件的材質可包括矽、鍺化矽、玻璃、塑膠、或其他合適材質。在某些具體實施例中，工件可以是半導體晶圓。此方法可被用在能實施多樣工件製造程序的各種熱處理系統中，包括但不限於退火程序(例如，浸潤式退火、尖峰式退火、以及/或毫秒退火等等)、真空退火程序、快速熱處理程序、薄膜增長程序、薄膜沉積程序、結晶程序、相變程序等等。
在示例毫秒退火應用中，能量脈衝可在當該工件係處於一相對低溫時(例如，在室溫)被傳送至一工件，或當該工件已被預熱至一中 間溫度Ti時。為處理矽工件，Ti可介於室溫與約攝氐900度(℃)。預熱至中間溫度可藉由一熱壁環境、一熱板或基座、一熱氣流達成，或藉由輻射熱源，例如像是鹵素燈、弧光燈、雷射、生成粒子束的熱源、生成RF的熱源、或生成微波的熱源來達成。預熱可被傳送至工件的任一側表面或兩側表面。預熱也可藉由能傳送該能量脈衝的相同熱源傳送。然而，預熱可跨一相對較長的時間尺度發生，並可產成一相對較低的加熱速率，例如像是少於約每秒500克爾文(K/s)，例如像是少於約250K/s。以該能量脈衝加熱的實施，可在時間上與一預熱循環相關。舉例來說，以能量脈衝加熱可發生在將工件加熱至中間溫度Ti之一預熱斜線上升階段結束的1秒以內。
在某些毫秒退火加熱曲線中，工件可一開始被預熱熱源加熱，以至於工件的溫度可上升直到工件的溫度達到一中間溫度Ti，例如像是750℃等等。工件溫度達到Ti之後，一能量脈衝可被傳送至工件的第一側表面以在工件中生成十分迅速的溫度上升。在某些案例中，由能量脈衝生成的能量可在相對靠近工件之第一側表面處被吸收，以至在第一側表面的溫度上升可一開始十分迅速，且可生成大溫度梯度貫穿工件厚度。在工件之第一側表面的初始且十分迅速溫度上升之後，熱可擴散穿過工件的厚度，造成在工件的相對第二側表面之更為漸進的溫度上升。達到一峰值後，第一側表面上的溫度可減少。隨著熱擴散穿過工件的厚度，工件兩側的溫度可變得相似，直到初始的溫度梯度已消退。對一典型半導體晶圓厚度而言，以實施至工件之第一側表面的能量脈衝加熱，可導致工件相對第二側表面的溫度在一段小於約50毫秒(ms)時期中迅速上升。在此快速溫度上升之後，兩側的溫度變得相似然後會減少，因熱會藉由輻射、傳導以及/或對流 之組合從工件兩側散失。此冷卻程序可比由藉由從熱源而來之能量脈衝所生成的極迅速溫度上升要慢，導致在相對第二表面之加熱曲線。
此示例毫秒退火溫度曲線可在能量脈衝被傳送至第一側表面，於該處生成很大的溫度上升。若能量脈衝傳送至工件之第一側表面的時間尺度相對於讓熱擴散貫穿工件厚度的時間為短，那麼工件的第一側表面可變得比第二側表面熱上許多。第一側表面的有效脈衝式表面加熱，可在顯著小於晶圓厚度的吸收深度內，藉由選擇性吸收脈衝能量來達成。
尖峰式退火程序可被用來創造用於低溫之加熱曲線(也稱為溫度-時間曲線)的一極短峰寬(例如，50克爾文峰寬)。舉例來說，尖峰式退火可被用於高介電常數退火、摻雜物活化以及接點成形。然而，對於相對低的峰值溫度，可能難以提供極短峰寬尖峰式退火(例如，少於約1秒峰寬)，並/或無嚴重圖樣效應並/或不均勻性。依據本案之示例態樣，用於提供短持續期間退火以處理工件的方法及系統，可被用來增進具有相對高空間解析度之尖峰式退火的均勻性。
依據本案的示範實施例，工件可被放入一熱處理室內。工件可包括一裝置側表面，其可包括在能量脈衝期間接受退火處理之一或多個裝置結構、薄膜或薄層，以及一個可不包括任何裝置結構之相對的非裝置側表面。
第一圖繪出的是要依據本案之示範具體實施例處理的一示例工件(50)。工件可包括一裝置側表面(52)以及一非裝置側表面(54)。裝置側表面(52)包括一或多個裝置結構、薄膜或層。非裝置側表面(54)可不包括任何裝置結構。工件可包括介於裝置側表面(52)與非裝置側表面(54)之間的 一厚度(例如，約775μm，或其他合適厚度)。
用於熱處理工件的一種方法可包括從至少一個熱源(例如，弧光燈、雷射或其他合適熱源)傳送一能量脈衝(例如，照射閃光等等)至工件的非裝置側表面。能量脈衝可具有一脈衝期(例如，在約0.1ms至約100ms的範圍內，例如像是在約2ms至約100ms的範圍內，例如像是在約5ms至約30ms的範圍內)。脈衝期可以少於讓從能量脈衝來的熱擴散貫穿工件厚度的熱傳導時間，且可以使得加熱裝置側表面的速率可大於1000K/s，且使得裝置側表面的冷卻速率可小於約1000K/s。
工件之裝置側表面以及相對非裝置側表面在一熱處理裝置內的配置，並不限於工件的任何特定空間定向。在熱處理期間，可以任何空間定向支撐工件。在某些具體實施例中，裝置側表面可面朝上，以一工件支架結構由下方及/或上方支撐工件。舉例來說，可使用置於工件之上方的工件支架結構(例如，伯努利(Bernoulli)吸盤)而不需接觸裝置側表面的裝置結構。此等構形可避免非裝置側表面的照射被來自工件支架結構的光學及/或熱衝擊影響，因而減少由上述衝擊所致的不均勻製程。此等構形也可施加一極迅速傳導冷卻至工作支撐結構以進一步減少熱積存。工件也可被支撐，如此使得裝置側表面可處於垂直定向，且能量脈衝可從水平定向射入。此一構形可避免重力造成工件偏斜。
在某些具體實施例中，能量脈衝可具有一脈衝期，其可小於讓從能量脈衝而來的熱擴散穿過工件厚度的一熱傳導時間。在某些具體實施例中，在半導體工件處理中該脈衝期可少於約100ms。在某些具體實施例中，脈衝期可小於約30ms。在某些具體實施例中，該脈衝期可在約0.1sm 至約100ms的範圍內，例如像是在約2ms至約100ms的範圍內，例如像是在約5ms至約30ms的範圍內。
可傳送能量脈衝之熱源的範例可包括閃光燈、弧光燈、雷射、可生成粒子束(例如，電子、離子束等等)的其他熱源、化學反應、火熖、微波或無線射頻(RF)等等。在某些具體實施例中，能量脈衝可被同時傳送至工件的整個非裝置側表面，或傳送至非裝置側表面的一或多個部分。在某些具體實施例中，能量脈衝可受控制以跨非裝置側表面掃描。
在某些具體實施例中，依據本案示範具體實施例的熱處理，可在能量脈衝要傳送過去的表面產生一可接受的溫度上升(例如，一快速溫度上升，但不如典型毫秒退火程序中那麼大的溫度上升)。依此，可增加用於傳送該能量至工件非裝置側表面的能量脈衝之一系列的可接受條件。在某些具體實施例中，脈衝期可更長，且並不必然能量是在極接近非裝置側表面處被吸收。因此，可使用更廣範圍的傳送能量脈衝之熱源種類。為了合理的加熱效率，能量脈衝可主要在工件的厚度之內被吸收，且脈衝可具有小於100ms的持續期間。在某些具體實施例中，可使用上述熱源將能量脈衝傳送至工件的非裝置側表面，而不是工件的裝置側表面。在某些具體實施例中，也可採用在橫跨工件的非裝置側表面掃描一能量束。掃描的能量束可藉由含有相對高效率源的掃描雷射來產生，例如像是二極體雷射、纖維雷射和二氧化碳(CO2)雷射、上述的組合等等。
在某些具體實施例中，在能量脈衝已被傳送之後可採各種方式加速工件冷卻，包括藉由讓裝置側表面及非裝置側表面其中之一，及/或工件兩表面皆與一散熱器結構熱接觸，可透過工件與該(等)散熱器之間的間 隙，讓熱被傳導帶離至該(等)散熱器。在某些具體實施例中，一高導熱率介質可被用在工件與該(等)散熱器之間。高導熱率介質的範例可包括氣體，例如像是氦(He)或氫(H2)，以加速冷卻速率。或者，若工件只可以在少數位置受到支撐，且附近無法有冷卻器表面的話，那麼熱可藉由對流及/或傳導、及/或藉由熱輻射的發射而從表面散失至包圍工件的氣體環境中。
在某些具體實施例中，依據本案之示例態樣的方法與系統，可提供許多技術效果及優勢。舉例來說，該等方法及系統可限制不想要的熱處理副產物。該等方法及系統可限制在一退火程序期間可能會發生的摻雜物原子擴散，例如像是離子植入損害的退火。該等方法及系統也可限制其他不希望得到的效應，例如像是金屬物種的擴散、裝置結構中之表面或介面的過度氧化等等。
藉由依據本案之示範具體實施例傳送一能量脈衝(例如，照射閃光)至工件的非裝置側表面處理工件，可減少加熱曲線的峰寬。峰寬可描述為當非裝置表面可在或超過一參照溫度時的一時間間隔，該參照溫度可由將溫度時間關係曲線中的峰值溫度(Tpeak)減去一溫度值(例如，50K等等)而獲得。舉例來說，50K峰寬係定義成一時間間隔，其中工件表面的溫度係超過Tpeak-50K。100K峰寬係定義成一時間間隔，其中該工件表表面的溫度係超過Tpeak-100K。
使用依據本案示例態樣之熱處理取得的減量峰寬，可容許熱處理在相對高溫達成有效率的退火循環，同時仍然減少不希望得到的程序，例如像是過度摻雜物擴散。以能量脈衝加熱非裝置側表面所導致之快速加熱，可容許峰寬被大幅減少。
在某些具體實施例中，依據本案示例態樣的熱處理可被實施在相對低峰值溫度的配方當中，其中傳統的系統往往得要運用大為減少的溫度升降率，以避免過多溫度過衝以及不均勻問題。依此，依據本案之示例態樣的熱處理，可被用於具有低於約900℃(而且甚至低至約100℃)的峰值溫度之尖峰式退火。
在某些具體實施例中，依據本案示例態樣的熱處理，可結合基於能量脈衝之加熱與快速傳導熱散失，以加速能量脈衝可被傳送之後的冷卻程序。依此，依據本案之示例態樣的熱處理，可容許一總體峰寬(例如，50K峰寬)被大為減少。在某些具體實施例中，可使用依據本案示範具體實施例的熱處理而無需任何預熱，例如像是從室溫(例如，約20℃)開始的工件。
在某些具體實施例中，依據本案示例態樣的熱處理，可有效地提供很高斜率的尖峰退火，同時消除由工件之裝置側表面上圖案化裝置之不同部分的不均勻熱能吸收所引起的任何圖樣效應。此不均勻吸收，往往稱為「圖樣效應」，會是尖峰式退火之後對於裝置均勻性的難解問題。依據本案的示例態樣，能量脈衝可被傳送至不具裝置結構之工件的均一非裝置表面。依此，能量吸收並不受來自工件之裝置側結構上的裝置結構、或其他層及材料的任何光學效應影響。能量脈衝可更均勻地吸收到工件厚度內，導致更均勻傳送加熱能量至工件的裝置側表面。
在某些具體實施例中，工件的非裝置面也可經塗覆或修飾以影響在非裝置面上、裝置面上、工件兩表面上，以及/或工件之內的能量吸收性質。在某些具體實施例中，非裝置面可被覆以一抗反射塗層(例如， 以一或多個二氧化矽及/或氮化矽薄膜塗覆)，以增加能量吸收並使加熱程序更有效率。
在某些具體實施例中，可藉由以可導致預期能量脈衝之非均勻吸收(例如像是在工件裝置側表面創造出非均勻尖峰式加熱程序)的方式，圖案化薄膜(例如，抗反射塗覆)來塗覆非裝置面。在半導體裝置製程之中這可能會很受歡迎，其中在尖峰退火階段中的非均勻溫度分布，有助於補償不同製造步驟(例如像是摻雜、蝕刻或沉積步驟)之中的已知不均勻性。在某些具體實施例中，本案的示範具體實施例可藉由在非裝置側表面之能量脈衝吸收中創造出刻意及補償性的圖樣效應，來改變來自複雜不均勻性分布的效果，例如像是圖樣效應(來自任何製程)。
對傳統尖峰式退火來說，可能難以藉由微調燈照射的空間分布，達成具有小於約1公分(cm)長度尺度內的溫度變化之非均勻尖峰式加熱程序。因為傳統尖峰式退火可產生可具有相對長時間的較寬峰寬，該較寬峰寬可能會導致可減少經誘發之溫度梯度的側向熱流。與之相較，依據本案示例態樣的熱處理可以一非均勻方式在非裝置面上跨一時間尺度傳送一部分加熱能量，該時間尺度夠短足以導致在該裝置面上的非均勻尖峰式加熱程序，因為通過晶圓厚度十分迅速的能量傳送，在熱到達裝置面前即限制熱的傳播，容許1毫米(mm)等級之長度尺度內的微調溫度分布，藉以增加空間解析度。
在某些具體實施例中，依據本案示例態樣的熱處理可引進一或多個光學元件(例如，遮罩元件)，用以實行非均勻尖峰式加熱程序。該等一或多個光學元件可影響能量吸收的空間分布。在某些具體實施例中， 部分透明的光學板可充作一遮罩，其可決定傳送至工件之非裝置側表面的能量脈衝分布。在某些具體實施例中，依據本案示例態樣的熱處理程序，可藉由描掃能量束橫跨工件的非裝置側表面，實施非均勻尖峰式加熱程序，例如像是當光束掃描橫跨非裝置側表面時改變掃描束的功率、形狀、尺寸以及/或停留時間。
在某些具體實施例中，依據本案示例態樣的熱處理程序，可將熱板型式預熱配置與傳送至工件的非裝置側表面的能量脈衝結合。在某些具體實施例中，工件可被裝載至熱板上，以其裝置側表面朝向該熱板，但藉由氣體墊與熱板分隔開來。在某些具體實施例中，分隔的尺寸可由約0.02至約2mm，以致工件可透過該層氣體(例如像是氮(N2)、氬(Ar)、H2、He等等)熱傳導式加熱。裝置側表面可不和熱板實體接觸，因為與合適的排氣配置結合起來，氣流可提供實體支撐(例如，藉由穿過位於熱板中小孔口的氣流等等)。
在某些具體實施例中，該工件可面朝上，而熱板在工件之上，因為氣流模式可經配置以提供一向上的淨力以支撐工件。在熱板已加熱工件之後，能量脈衝可被傳送至工件的非裝置側表面，導致裝置側表面的快速溫度躍升。在基於能量脈衝之加熱之後，工件的溫度上升可迅速減少，因為從能量脈衝而來的熱可藉由熱傳導透過氣體至熱板而迅速散失。一些熱也會直接從工件的非裝置側表面散失。
在某些具體實施例中，工件可被支撐於兩熱板之間，且能量脈衝可透過兩熱板其中之一被傳送。兩熱板其中之一可面向工件的非裝置側表面，並可包括能被加熱能量穿透的材料。
依此，將該(等)熱板與藉由能量脈衝加熱非裝置側表面彼此相結合，可提供透過薄氣體層(例如，具有相對高導熱率的層，或在能量脈衝可被傳送之後可加快冷卻的層)的快速傳導冷卻，導致加熱曲線一更小的峰寬。此外，依據本案示例態樣的熱處理，可減低從預熱而出現的圖樣效應，因為預熱和/或能量脈衝可由透過一氣體的熱傳導被傳送。氣墊也可提供不具實際接觸的工件支架。依此，依據本案示範具體實施例具有氣墊的熱處理，可減少在工件的裝置側表面之局部冷卻及/或實體損壞。
在某些具體實施例中，依據本案示例態樣的熱處理，可調整脈衝期、功率-時間形狀以及/或能量脈衝的其他參數(例如，到達時間、強度，以及/或描述能量脈衝特徵的其他適當參數)，而不會對裝置側表面之尖峰退火的製程目標有不良影響。這可帶來數個讓尖峰式退火製程更有效率的重要機會。
在某些具體實施例中，能量脈衝的時間形狀可經選擇以減少在工件熱加溫程序所經歷到的熱應力。在某些具體實施例中，依據本發明示例態樣的熱處理可減少加熱速率(例如，藉由使用一鋸齒脈衝形等等)，因而減少工件應力。既然在裝置側表面的溫度上升主要可由所吸收能量的量以及穿過工件厚度的熱擴散所決定，則可減少在尖峰式退火程序期間對裝置側表面之加熱曲線的影響。
在某些具體實施例中，依據本案示例態樣的熱處理可減少(例如，最小化等)熱積存，包括半導體內的摻雜物(例如像是矽、鍺、矽鍺(SiGe)合金，以及/或SiGeSn合金等等內的硼(B)、鎵(Ga)、銦(In)、砷(As)、磷(P)和銻(Sb))之電活性。減少的熱積存可協助減少會在較 長退火時遇到的電活性損失。
在某些具體實施例中，依據本案示例態樣的熱處理可被用在包含金屬、金屬矽化物和鍺化物之接點結構的成形。在某些具體實施例中，依據本案示例態樣的熱處理可被用在退火其他薄膜，包括介電質、可被曝熱影響的其他適當材質、高介電常數材料，像是氧化物和矽酸鹽，例如氧化鉿(HfO2)、二氧化鋯(ZrO2)、HfO2混合物、ZrO2混合物、一系列功能性氧化物薄膜等等。在某些具體實施例中，依據本案示例態樣的熱處理可被實施在多個製程，包括表面氧化、氮化、化學氣相沉積、化學及電漿蝕刻、原子層沉積及蝕刻。
在某些具體實施例中，依據本案示例態樣的熱處理，可在半導體裝置製造的後面階段中，實行具有已減少熱積存的加熱製程，例如像是中段製程或後段製程步驟(例如像是互連層的成形)。減少的熱積存可被用來避免損害精密的裝置結構，及/或半導體裝置本身。依此，依據本案示例態樣的熱處理可處理包含銅(Cu)、鈷(Co)和釕(Ru)的導體薄膜，及/或內襯和擴散障壁材料和絕緣體，例如像是低介電常數材料等等。
在某些具體實施例中，依據本案示例態樣的熱處理可被用於在相對低溫的材料處理，包含聚合物薄膜。在某些具體實施例中，依據本案示例態樣的熱處理，可被用於光阻層(包括有機與無機兩種型式)之熱處理。在某些具體實施例中，依據本案示例態樣的熱處理可容許極迅速加熱循環，此係藉由傳送該能量脈衝至該非裝置側表面，而沒有將裝置側表面上的光敏材料曝露至會影響裝置側表面之性質的幅射能量。
在某些具體實施例中，依據本案示例態樣的熱處理，可被用 於製造記憶體裝置、磁性及光子裝置、發光裝置、感測器、電池、燃料電池以及/或太陽能電池等等。
本案的示範實施例係關於一種用來處理一半導體工件的方法。該方法包括沉積一層半導體材料至位於該半導體工件之裝置側的半導體工件上。該層可具有一非晶質結構。該方法可包括以一摻雜物種混摻該層半導體材料，並且使用固相磊晶法退火第二層以供結晶。在結晶期間，該等摻雜物種可被納入結晶體材料中。
在某些具體實施例中，該方法可藉由電活性一已摻雜層，提供一具有很高濃度之電荷載體的薄層半導體。該方法可以一半導體工件為始，包括可以是一裝置結構之一部分的半導體層。該半導體層可以是矽、鍺、矽和鍺的合金(例如，SiGe)、具有錫的合金(例，SiGeSn)、其他種類的半導體，像是III-V半導體等等。該半導體層可被一額外的半導體層塗覆，且該額外層可具有與該半導體層相同材料或不同組成。
在某些具體實施例中，半導體層以及/或額外的層的沉積可已是藉由蒸鍍、濺鍍、極低能量離子佈植或叢聚沉積、化學氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)，及其部分組合等等。
在某些具體實施例中，工件的裝置側表面可在沉積之前經清理，例如移除污染物，以及/或裝置側表面的原生氧化物層。在某些具體實施例中，清理程序可利用曝露至蝕刻物種，像是氯(Cl)、氟(F)等等。在某些具體實施例中，清理程序可以是還原物種，例如像是H2、H自由由基和/或離子、來自電漿源及/或其他來源的其他適當物種等等。在某些具體實施例中，清理程序也可利用揮發性物種形成，該揮發性物種可接著藉由脫 附作用而將其移離裝置側表面，例如像是藉由加熱、藉由來自離子轟擊的能量協助、藉由其他來源等等。裝置側表面已被清理後，就可採取半導體層的至少一部分可留存非晶質結構的方式，實施半導體層的沉積。
舉例來說，在一Si CVD製程中，該方法可在該沉積製程期間，保持工件在相對低溫(例如，約低於600℃)狀態。在某些具體實施例中，在沉積製程期間，該方法可利用能促進非晶質結構而不是結晶薄膜成形的氣流速率和壓力。
在某些具體實施例中，當非晶質結構被沉積的同時，可藉由在運用於沉積製程的氣體混合物中提供帶有摻雜物的物種，而將一摻雜物種同時引入。在某些具體實施例中，可藉由在氣體混合物中包括例如像是膦(PH3)的物種來提供磷。所得的非晶質結構可接著變成摻雜有磷。在一矽薄膜中的其他摻雜物可包括B、Ga、In、As、Sb、Bi。上述摻雜物可被引入SiGe和SiGeSn薄膜。就III-V半導體類而言，可運用的其他摻雜物種，包括鎂(Mg)、鋅(Zn)、矽(Si)、硒(Se)、硫(S)、碲(Te)等等。在某些具體實施例中，可沉積非晶質結構然後將摻雜物引入非晶質結構(例如，藉由離子佈植)。
在某些具體實施例中，在形成已摻雜非晶質結構之後，可實施一退火步驟用以形成非晶質層的結晶化。在結晶化期間，摻雜物種的一大部分可被納入結晶材料中且變為電活性。結晶化可經由固相磊晶法(SPE)進行，其中在非晶質結構之下的結晶半導體可充作讓結晶重長的晶種。就矽而言，SPE重長可發生在從約400℃直到熔點的溫度。在某些具體實施例中，該方法可藉由傳送來自熱源(例如，雷射等等)的能量脈衝，且/或藉 由納入摻雜物來熔解非晶質結構，因為非晶質層可能會回凍。
在某些具體實施例中，該方法可在退火程序期間藉由SPE實施結晶化，其中工件係被加熱至在約400℃至約1300℃範圍內的峰值溫度。退火可以是浸潤式、尖峰式、毫秒退火、其他合適的退火等等。該方法可容許使用相對高溫以供SPE重長，而限制電性去活化現象。
在某些具體實施例中，針對毫秒退火，工件可被預熱至約250℃至約600℃範圍內的溫度，並可依據能量脈衝被由約0.1ms至約10ms範圍內的一脈衝期，加熱至約600℃至約1300℃範圍內的峰值溫度。該方法可藉由提供具有峰值溫度範圍在約650℃至約850℃內的熱循環，來實施SPE重長。在某些具體實施例中，熱循環可包括依據本案示範具體實施例，提供能量脈衝至工件的非裝置側表面。
本案的一示範態樣係關於一種用來熱處理一工件的方法。該方法可包括將該工件置入一熱處理室。該工件可包括一裝置側表面，以及一相對的非裝置側表面。該工件可具有介於該裝置側表面與該非裝置側表面之間的一厚度。該方法可包含傳送來自至少一熱源的一能量脈衝至該工件的非裝置側表面。該能量脈衝可具有一脈衝期。該脈衝期可以是少於讓來自能量脈衝的熱擴散貫穿該工件厚度的熱傳導時間，且使得加熱該裝置側表面的速率大於1000K/s。該裝置側表面的一冷卻速率可少於約1000K/s。
可對本案的此示例態樣做出變更以及修飾。譬如說，該裝置側表面可包括在能量脈衝期間被退火的一或多個裝置結構、薄膜或層。非裝置側表面可不包括任何裝置結構。
該至少一熱源可以是一弧光燈或一雷射。該脈衝期可以少於 約100ms，例如像是少於約30ms，例如像是大於約0.1ms且少於約100ms，例如像是大於約5ms且少於約30ms。該脈衝期可以是使該裝置側表面溫度的50℃峰寬約為1.3秒或更少，例如像是約0.5秒或更少。
在傳送該能量脈衝之前，該方法可包括加熱工件至一中間溫度。該中間溫度可在約20℃至約800℃的值域內。加熱該工件至中間溫度，可包括加熱該工件的裝置側表面。
該能量脈衝可造成裝置側表面具有一峰值溫度，其係介於非裝置側溫度之峰值溫度約40%至約80%的範圍內。譬如說，該能量脈衝可造成該非裝置側表面具有約1200℃的峰值溫度，且該裝置側表面具有約850℃的峰值溫度。該能量脈衝可包括一第一能量脈衝以及一第二能量脈衝。該第二能量脈衝發生於第一能量脈衝期間。
工件的非裝置側表面可包括一補償薄膜。該補償薄膜的一或多個補償特性可對應至該裝置側表面上一或多個裝置結構的非均勻特徵。舉例來說，該補償薄膜可包括一反射塗層。一遮罩結構可被置於該等至少一熱源與該非裝置側表面之間。
該裝置側表面及/或非裝置側表面可與一散熱器相互通熱。該散熱器可包括在該熱處理室內的一熱板。該方法可包括支撐該工件於該熱板與該工件之間的一氣墊上。該氣墊可具有約.02mm至約2mm的厚度。傳送該能量脈衝之前，該方法可包括以該熱板加熱該工件至一中間溫度。一第二熱板可被放置於鄰近該工件的非裝置側表面。該工件可至少部分被該第二熱板與該工件之間的一第二氣墊所支撐。
該裝置側表面可包括具有一已摻雜非晶質薄膜的一裝置結 構。施加至該工件之非裝置側表面的該能量脈衝，可退火該已摻雜非晶質薄膜，使得該已摻雜非晶質薄膜結晶化。結晶可在退火期間至少部分使用固相磊晶法實施。該能量脈衝可造成該工件之裝置側表面的一峰值溫度，介於約650℃至約850℃的範圍內。
本案另一示範態樣係關於一種在一熱處理系統中處理一工件的方法。該工件可包括一裝置側表面，以及一非裝置側表面，這兩表面由一厚度分開。該方法可包括放置一工件在該熱處理系統之一處理室內的一工件支架上，以致於該非裝置側表面朝向一或多個弧光燈。該方法可包括使用一或多個熱源，加熱該工件至一中間溫度。該方法可包括使用一或多個弧光燈，提供一照射閃光至該工件的非裝置側表面。該照射閃光可具有少於約100ms的持續時間，以致該裝置側表面的加熱速率大於1000K/s，且該裝置側表面的冷卻速率小於約1000K/s。舉例來說，該照射閃光可具有少於約30ms的持續時間。
可對本案的這個示例態樣做出變更以及修飾。舉例來說，照射閃光可在該工件的裝置側表面與工作的非裝置側表面之間，生成一溫度梯度。該照射閃光造成該非裝置側表面達到約1200℃的峰值溫度。
該照射閃光可造成裝置側表面具有約1.3秒或更少的50℃溫度峰寬，例如像是約0.5秒或更少，例如像是介於約0.4秒與約1.3秒。該照射閃光可造成該裝置側表面具有約850℃的峰值溫度。該照射閃光可包括一第一照射閃光，以及一第二照射閃光。該第一照射閃光發生於第二照射閃光期間。
本案的另一示範態樣係關於一種用來處理一半導體工件的 方法。該方法包括在該半導體工件的裝置側，沉積一層半導體材料至該半導體工件。該層可具有一非晶質結構。該方法可包括以一摻雜物種摻雜該層半導體材料。該方法可包括使用固相磊晶法，退火該層使其結晶化。在結晶期間，該等摻雜物種可變成納入結晶材料中。
可對本案的這個示例態樣做出變異以及修改。例如，摻雜該層可發生在該層沉積期間。摻雜該層可發生在使用離子布植沉積該層之後。
該退火可以是浸潤式退火、尖峰式退火，或毫秒退火。退火可包括加熱該工件至介於約250℃至約600℃範圍內的一中間溫度；並且提供一能量脈衝至該工件，以加熱該工件的裝置側表面至約600℃與1300℃範圍內的一峰值溫度。該能量脈衝具有在約0.1ms至約10ms範圍內的一持續時間。
該層可包括鍺、矽或矽鍺，且係沉積在一含矽材料或含矽鍺材料上。該等摻雜物種可包括磷、硼、鎵、銦、砷、銻或鉍。該層可被沉積至相對於該層為一不同半導體材料的第二層。
該層可以是一III-V半導體材料，並且可以被沉積至一III-V半導體材料。該等摻雜物種係鎂、鋅、矽、硒、碲或硫。
可對本案的這些示例具體實施例做出變更以及修飾。本說明書中所用的單數型「一個」及「該」，包括複數個所指稱對象，除非上下文明示另有所指。「第一」、「第二」、「第三」、「第四」是作為識別碼使用，並且有關於處理順序。為圖解及討論目的，示範態樣可參照「基板」、「晶圓」或「工件」加以討論。熟習本技術領域之通常知識者，使用本文所提供的揭示，應能理解本案的示例態樣可與任何適當工件配合使用。「大約」一詞 與一數值合用，指的是在所提出數值的20%之內。
現在將參照圖示，詳加討論本案的示例具體實施例。第二及第三圖繪示依據本案示範具體實施例的示例熱處理系統(200)和(300)。如第二圖所示，熱處理系統(200)可包括一能量脈衝(例如，照射閃光等等)生成系統(280)以及一處理器電路(210)。
該熱處理系統(200)可處理一工件(206)。該工件(206)可以是第一圖中的工件(50)。在第二圖的具體實施例中，工件(206)可以是一半導體工件(220)。舉例來說，半導體工件(220)可以是一矽半導體晶圓(在此例中，300mm直徑)，以供用在半導體晶片製造，例如像是微處理器、記憶體裝置等等。該工件(206)可包括一非裝置側表面(222)(例如，一頂側)以及一裝置側表面(224)(例如，一背側)。
能量脈衝生成系統(280)可傳送一能量脈衝至該工件(206)的非裝置側表面(222)。如第二圖所示，該能量脈衝生成系統(280)可包括一第一熱源(282)、一第二熱源(283)、一第三熱源(285)、一第四熱源(287)，以及一反射器系統(284)，該能量脈衝生成系統可被緊鄰置於處理室(230)之水冷窗口(286)的上方。該等熱源(282)、(283)、(285)、(287)係經配置，以提供一照射閃光至該工件(206)的弧光燈。然而，可使用其他合適熱源而不會偏離本發明的範疇。在某些具體實施例中，能量脈衝可同時被傳送至工件(206)的整個非裝置側表面(222)，或傳送至非裝置側表面(222)的一或多個部分。
在某些具體實施例中，能量脈衝生成系統(280)可包括少於四個熱源，例如像是單獨一個熱源。在某些具體實施例中，能量脈衝生成系統(280)可包括多於四個熱源，例如像是數量大得多之一陣列熱源。
在某些具體實施例中，當兩個外部熱源(例如，第一及第四熱源(282)和(287))同時發射時，該反射器系統(284)可均勻地照射該工件(206)的非裝置側表面(222)。在某些具體實施例中，當兩個內部熱源之任一者(例如，第二熱源(283)或第三熱源(285)兩者中之任一者)係獨立發射時，該反射器系統(284)可均勻地照射該工件(206)的非裝置側表面(222)。
如第二圖所示，能量脈衝生成系統(280)可進一步包括用於供應電力至熱源(282)、(283)、(285)和(287)以生成該能量脈衝(例如，照射閃光等等)的一供電系統(288)。該供電系統(288)可包括個別電力供應系統(289)、(291)、(293)和(295)，分別用於供應電力至個別的熱源(282)、(283)、(285)和(287)。在某些具體實施例中，供電系統(288)的每一個電力供應系統(289)、(291)、(293)和(295)，可充作是分別用於每一個熱源(282)、(283)、(285)和(287)的一供電系統，並可包括一脈衝放電單元，其能預充電然後突然放電，以供應輸入電力的一「尖波」至該等個別熱源，進而產生預期的能量脈衝(例如，照射閃光等等)。
處理器電路(210)可控制能量脈衝生成系統(280)，以傳送能量脈衝至該工件(206)的非裝置側表面(222)(例如，整個非裝置側表面，或該非裝置側表面的一或多個部分)。在某些具體實施例中，處理器電路(210)可控制該能量脈衝的脈衝期，使其少於讓來自能量脈衝的熱擴散貫穿該工件(206)厚度的熱傳導時間。處理器電路(210)也可控制能量脈衝的脈衝期，以致加熱該裝置側表面的速率可大於1000K/s，且冷卻該裝置側表面的速率可小於約1000K/s。
在某些具體實施例中，處理器電路(210)可控制該能量脈衝 的一脈衝期，使其小於約100ms(例如，在半導體工件處理應用中)。在某些具體實施例中，處理器電路(210)可控制該能量脈衝的脈衝期為小於約30ms。在某些具體實施例中，該處理器電路(210)可控制該能量脈衝的脈衝期為大於約0.1ms且小於約100ms，例如像是在約2ms至約100ms的範圍內。在某些具體實施例中，處理器電路(210)可控制該能量脈衝的脈衝期為大於約5ms且小於約30ms。
在某些具體實施例中，處理器電路(210)可調整脈衝期、電力-時間形狀，以及/或能量脈衝的其他參數(例如，到達時間、強度以及/或描述該能量脈衝之特徵的其他適當參數)，而無不利影響該裝置側表面(224)一退火程序(例如，浸潤式退火、尖峰式退火，或毫秒退火等等)的程序目標。
如第二圖所示，熱處理系統(200)可進一步包括用於預熱該工件(206)之一預熱系統(250)。該預熱系統(250)可包括一連續模式熱源(252)(例如，弧光燈、其他合適燈具、其他合適熱源等等)，以及置於水冷窗口(256)之下的一反射器系統(254)。在傳送能量脈衝至該非裝置側表面(222)之前，連續模式熱源(252)可加熱該工件(206)，使其與工件支架(240)一同達到的一中間溫度。在某些具體實施例中，加熱工件至中間溫度，可藉由處於能加熱整塊工件(206)之一溫度升降率的裝置側表面(224)來達成。在某些具體實施例中，處理器電路(210)可控制預熱系統(250)，以預熱該工件(206)達到一中間溫度。
在某些具體實施例中(第二圖中未顯示)，預熱系統(250)可在該能量脈衝生成系統(280)的同一側。預熱和能量脈衝兩者皆可被傳送至 非裝置側表面(222)。舉例來說，在傳送能量脈衝至非裝置側表面(222)之前，連續模式熱源(252)可透過非裝置側表面(222)加熱工件(206)，達到一中間溫度。
如第二圖所示，熱處理系統(200)可包括位於該工件(206)之下的一工件支架(240)(例如，一熱板等等)，用以支撐該工件(206)。工件支架(240)可包括一氣墊，其可是一高導熱率介質。工件(206)可被載於工件支架(240)上，以裝置側表面(224)面向工件支架(240)，但藉由該氣墊與工件支架(240)分開。在某些具體實施例中，氣墊的厚度尺寸可由約0.02mm至約2mm，以致該工件可透過該層氣墊的熱傳導而被加熱，例如像是氮N2、Ar、H2、He等等。裝置側表面(224)可不和工件支架板(240)實體接觸，因為結合適宜的排氣配置，氣流可提供實體的支撐(例如，藉由穿過熱板(240)中的小洞的氣流等等)。
在某些具體實施例中(第二圖中未顯示)，熱處理系統(200)可包括一額外的工件支架，其可放置於緊鄰該工件(206)的非裝置側表面(222)。額外的工件支架可包括介於非裝置側表面(222)與工件支架(240)之間的一額外的氣體墊，用以支撐該工件(206)。在某些具體實施例中，該額外工件支架可讓來自能量脈衝的加熱能量穿透。
在某些具體實施例中(第二圖未顯示)，工件支架(240)可位於工件(206)上方，因為氣墊可經安排而提供一向上淨力，用以支撐該工件。在如此構形中，工件(206)可面朝上。能量脈衝生成系統(280)可位在熱處理系統(200)的底部，且預熱系統(250)可位在該熱處理系統(200)的頂部。
在某些具體實施例中，工件支架(240)可以是一散熱器，以 致工件支架(240)可與該裝置側表面(224)、以及/或非裝置側表面(222)進行熱傳導，促進用於工件(206)熱處理的冷卻程序。在某些具體實施例中，在基於能量脈衝的加熱之後，工件(206)的溫度上升可迅速減少，因為從該能量脈衝而來的熱會藉由通過氣墊至工件(206)的熱傳導而迅速散失。一些熱也會直接從該工件(206)的非裝置側表面(222)散失。
依此，將工件支架(240)與以能量脈衝加熱該非裝置側表面(222)結合，可透過氣墊提供迅速傳導冷卻，以導致加熱曲線更小的峰寬。
此外，因為預熱能量及/或能量脈衝可藉由穿過該氣墊的熱傳導傳送，因預熱而發生的圖樣效應可被減少。氣墊也可提供不具實際接觸的工件支架(240)。依此，工件(206)之裝置側表面(224)的局部冷卻及/或實體損壞可被減少。
如第二圖所示，處理室(230)可包括頂部及底部選擇性輻射吸收壁(232)以及(234)，其可分別包括選擇性吸收水冷窗口(286)及(256)。處理室(230)也可包括鏡面反射式側壁，其中兩個顯示為(236)和(238)，且另外兩個可為說明目的而將其移除。
如第二圖所示，熱處理系統(200)可進一步包括一冷卻系統(244)，以及一測量系統(202)。冷卻系統(244)可包括一循環水冷系統，並可適合用於冷卻該處理室(230)的各種表面。測量系統(102)可被用來測量非裝置側表面(222)、以/或裝置側表面(224)的溫度。
在某些具體實施例中，熱處理系統(200)可實施一或多個熱製程(例如，浸潤式退火、尖峰式退火、毫秒退火，或快速熱處理等等)。於第四和第九圖中進一步描述示範例。
在某些具體實施例中，熱處理系統(200)可實施一或多個沉積及/或摻雜程序。於第十圖中進一步描述示範例。
第三圖繪示依據本案另一示例具體實施例的一熱處理系統(300)。如第三圖所示，能量脈衝生成系統(280)可包括一作為一熱源的掃描雷射(304)。掃描雷射(304)的範例可包括二極體雷射、纖維雷射、二氧化碳雷射(CO2)、可掃描雷射束的其他適合雷射、或上述的某樣組合物。掃描雷射(304)可生成一雷射光束(306)。處理器電路(210)可依據本案之示範具體實施例，產生一能量脈衝至該工件(206)的非裝置側表面(222)，此係藉由控制掃描雷射(304)，使其在小於工件(206)之熱傳導時間以內掃描雷射光束(306)橫跨一區域(302)(例如，非裝置面(222)的一小部分)。
在某些具體實施例中，該掃描雷射(304)可採漸進式線條掃描法，掃描該雷射光束(306)橫跨該非裝置側表面(222)，如此使得該雷射光束(306)可在少於工件(206)的熱傳導時間掃過該區域(302)，並且可在少於工件(206)的熱傳導時間內，掃描橫越與區域(302)在相同掃描線上的各相鄰區域。雷射光束(306)可掃描橫越非裝置側表面(222)上的連續線條，直到非裝置側表面(222)上的每一個別區域已在少於工件(206)熱傳導的時間內被該雷射光束(306)掃描。因此，雷射光束(306)可迅速加熱各個此類區域，同時位在該區域下方的該工件(206)的整個體積，將保持在相對冷的中間溫度，藉此發揮如同散熱器的作用，使得雷射光束(306)掃描過此區域後促進該區域的冷卻。
在某些具體實施例中，掃描雷射(304)可藉由變化要掃描橫越工件(206)之非裝置側表面(222)的雷射光束(306)，實施一非均勻熱處理， 例如像是當該光束掃描橫越該非裝置側表面(222)時，改變該掃描光束的功率、形狀、尺寸及/或滯留時間。在該非裝置側表面(222)上的非均勻熱處理，可導致能量脈衝所預期的非均勻吸收，例如像是在該工件(206)裝置側表面(224)上創造非均勻熱處理。
在傳統尖峰式退火中，加熱溫度升降可以是250K/s，且從一溫度(例如，1000℃等等)的冷卻率可被限制至約140K/s。針對以鎢絲鹵素燈的輻射式預熱，可能會有與鎢燈絲之熱質量有關的額外延遲。淨效果可能是傳統尖峰式退火之加熱曲線的50K峰寬，可能難以減至低於1.2秒。若弧光燈用於傳統尖峰式退火中，可減少燈具延遲。然而，具有弧光燈之傳統尖峰式退火的加熱曲線的50K峰寬，可能會難以減至小於0.6秒。
與之相較，若弧光燈用於預熱，熱處理系統(200)可產生少於約0.4秒的加熱曲線的峰寬，因為可使加熱溫度升降時間相較於冷卻時間變得微不足道。
第四圖繪出依據本案之示例具體實施例的一示例退火加熱曲線(400)。如第四圖所示，加熱曲線(410)(實線)可藉由該熱處理系統(220)傳送能量脈衝至工件的非裝置側表面而產生。加熱曲線(420)(虛線)可藉由一傳統尖峰式退火產生。加熱曲線(420)可使用弧光燈做為加熱該工件(206)的熱源，以使該工件(206)可具有約850℃的峰值溫度。在傳統尖峰式退火中，當工件(206)可被升溫至約750℃的Ti時，熱處理系統(200)可傳送能量脈衝至該工件(260)的裝置側表面(224)。該能量脈衝可提升該工件(206)之裝置側表面(224)的峰值溫度至約850℃。傳統尖峰式退火可在約1.3秒具有裝置側表面(224)之加熱曲線(420)的50°溫度(例如，50K)峰寬(430)，且在 約2.6秒具有該裝置側表面(224)之加熱曲線(420)的100°溫度(例如，100K)峰寬(440)。與之相較，加熱曲線(410)可在約0.7秒或更短具有該裝置側表面(224)之加熱曲線(410)的50°溫度(例如，約50K)峰寬，且在約1.6秒或更短具有該裝置側表面(224)之加熱曲線(410)的100°溫度(例如，約100K)峰寬。
第五、六、七及第八圖繪出可被用於依據本案示例具體實施例的熱處理系統(200)中之示例工件。第五圖顯示依據本案之示例具體實施例的一第一示例工件(500)。工件(500)可具有一裝置側表面(510)以及一非裝置面(520)。裝置側表面(510)可具有一或多個裝置結構(530)。非裝置側表面(520)可包括一薄膜(540)，其可增加熱吸收以讓加熱程序更有效率。在某些具體實施例中，薄膜(540)可包括一抗反射塗層(例如，以一或多個二氧化矽及/或氮化矽的薄膜塗覆)。在某些具體實施例中，薄膜(540)可以是補償薄膜(例如，反射塗層、抗反射塗層等等)，其可具有一對應位於該裝置側表面(510)上裝置結構層(530)熱吸收的熱吸收。能量脈衝(550)可通過該薄膜(540)而被傳送至該非裝置側表面(520)。
第六圖繪出依據本案之示例具體實施例的一第二示例工件(600)。與第一示例(500)做比較，取代將薄膜(540)塗覆至整個非裝置側表面(520)，該非裝置側表面(520)可具有一圖案化薄膜(610)(例如，抗反射塗層、反射塗層等等)，其可導致預期之能量脈衝(550)的非均勻吸收，例如像是在該工件(600)的裝置側表面(510)生成非均勻尖峰加熱程序。
第七圖繪出依據本案之示例具體實施例的一第三示例工件(700)。工件(700)可在該非裝置側表面(520)上具有一補償圖案化薄膜(710)(例如，反射塗層、抗反射塗層等等)。補償圖案化薄膜(710)可具有多個補 償性質，其是會導致在該裝置側表面(510)內之期望的非均勻溫度分布之性質，以補償由一或多個製造程序對該裝置側表面(510)之電氣特性所造成之影響。在某些具體實施例中，補償圖案化薄膜(710)可具有對應至裝置側表面(510)中的非均勻特性之補償性質。舉例來說，補償性圖案化薄膜(710)可具有對應至裝置側表面(510)上該等裝置結構(530)熱吸收的熱吸收。舉例來說，該圖案化薄膜(710)可經圖案化處理，以具有對應至裝置側表面(510)上該等裝置結構(530)熱吸收的熱吸收。更明確地說，舉個例子，該圖案化薄膜(710)可具有一弱熱吸收區域，其對應至或匹配至裝置側表面上具有強熱吸收的一裝置。另舉一例，該圖案化薄膜(710)可具有一強熱吸收區域，其對應至或匹配至裝置側表面上具有弱熱吸收的一裝置。
第八圖繪出用在依據本發明之示例態樣的一熱處理系統中之一加熱構形。在第八圖中，遮罩結構(810)可被置入一工件(800)的非裝置側表面(520)與能量脈衝生成系統(280)之間。在某些具體實施例中，遮罩結構(810)可被置入非裝置側表面(520)與傳送能量脈衝(550)至該非裝置面(520)的一熱源之間。在某些具體實施例中，遮罩結構(810)可包括可影響熱吸收的空間分布之一或多個光學元件。在某些具體實施例中，該遮罩結構(810)可包括部分透射光學板，其可決定傳送至該工件(800)之非裝置側表面(520)的能量脈衝分布。
上述示例工件(500)、(600)、(700)和(800)以及相應結構，可被用在第二圖的熱處理系統(200)以及/或第三圖的熱處理系統(300)中。
第九圖繪出依據本案之示例具體實施例之用於熱處理一工件的一示例程序(900)的流程圖。可使用第二或第三圖的熱處理系統來實施 該程序(900)。然而，如後文將會詳述，依據本案示例態樣之程序(900)可使用其他熱處理系統實施，而不會偏離本案的範疇。第九圖繪出的步驟以一特定順序實施是為了說明及討論的目的。熟習本技術領域之通常知識者，使用本文所提供的揭示，應能理解本文所描述之任何方法的各種步驟可採各種方式被省略、擴展、同步實施、重整並(或)修飾，而不會偏離本案的範疇。此外，可實施各種額外步驟(未顯示)而不會偏離本案的範疇。
於步驟(910)，該程序可包括將一工件置入一熱處理室。舉例來說，在第二以及第五至第八圖的示範具體實施例中，工件(206)可被放在熱處理系統(200)之處理室(230)內的工件支架(240)上。
於步驟(920)，該程序可包括預熱該工件以達到一中間溫度。舉例來說，在第二圖的示範具體實施例中，預熱系統(250)可藉由連續模式熱源(252)，從裝置側表面(224)加熱工件(206)至一中間溫度(例如，在約室溫至約800℃範圍內的一中間溫度)。
於步驟(930)，該程序可包括傳送一能量脈衝至一工件的一非裝置側表面。舉例來說，第二圖的示範具體實施例中，能量脈衝生成系統(280)可傳送一能量脈衝至該非裝置側表面(222)，使其在該工件(206)中生成一快速溫度上升。
在某些具體實施例中，該能量脈衝的脈衝期可以是少於讓熱從能量脈衝擴散貫穿該工件(206)厚度的熱傳導時間。能量脈衝的脈衝期致使加熱該裝置側表面的速率可大於1000K/s，且冷卻該裝置側表面的速率可小於約1000K/s。
在某些具體實施例中，該能量脈衝的脈衝期可小於約100ms(例如，在半導體工件處理應用中)。在某些具體實施例中，能量脈衝的脈衝期可小於約30ms。在某些具體實施例中，該能量脈衝的脈衝期可大於約0.1ms且小於約100ms，例如像是約2ms至約100ms的範圍內。在某些具體實施例中，能量脈衝的脈衝期可大於約5ms且小於約30ms。
在某些具體實施例中，能量脈衝(例如，照射閃光等等)可包括一第一能量脈衝以及一第二能量脈衝。該第二能量脈衝可發生於第一能量脈衝期間。在某些具體實施例中，該能量脈衝可造成裝置側表面(224)具有一介於該非裝置側溫度之峰值溫度約40%至約80%範圍內的峰值溫度。
在某些具體實施例中，該能量脈衝可造成該非裝置側表面(222)具有約1200℃的峰值溫度，且該裝置側表面(224)具有約850℃的峰值溫度。於上述第四圖中描述示範例。
於步驟(940)，該程序可包括將工件從處理室移出。舉例來說，工件(206)可從加熱程序裝置(200)移出。
第十圖繪出依據本案之示例具體實施例用於處理一半導體工件的一示例方法(1000)的流程圖。該方法(1000)可使用第二或第三圖的熱處理系統實施。然而，如後文將會詳述，依據本案示例態樣的方法(1000)可使用其他熱處理系統實施，而不會偏離本案的範疇。第十圖繪出的步驟以一特定順序實施是為了說明及討論的目的。熟習本技術領域之通常知識者，使用本文所提供的揭示，應能理解本文所描述任何方法的各種步驟可採各種方式被省略、擴展、同步實施、重整並(或)修飾，而不會偏離本案的範疇。此外，可實施各種額外步驟(未顯示)而不會偏離本發明的範 疇。
步驟(1010)，該方法可包括清理該半導體工件的一裝置側表面。清理程序可利用對蝕刻物種的曝露，像是氯(Cl)、氟(F)等等。在某些具體實施例中，清理程序可已是還原物種，例如像是H2、H自由由基和/或離子、來自電漿源及/或其他來源的其他適當物種。在某些具體實施例中，該清理程序也可利用揮發性物種形成，揮發性物種可接著藉由脫附，例如像是藉由加熱、藉由來自離子轟擊的能量協助，藉由其他來源等等而移離裝置側表面。裝置側表面已被清理之後，可採取至少一部分該半導體層可留存一非晶質結構的方式來實施半導體層的沉積。
步驟(1020)，該方法可包括在該半導體工件的裝置側沉積一層半導體材料至該半導體工件。該層可包括非晶質結構。半導體材料的示例可包括矽、鍺、矽和鍺的合金(例如，SiGe)、含錫的合金(例，SiGeSn)、其他種類的半導體，像是一III-V半導體等等。
在某些具體實施例中，該層半導體材料可以是該工件之裝置側表面的一部分。在某些具體實施例中，該裝置側表面可包括一層額外的半導體材料作為該裝置側表面的一部分。該層額外的半導體材料相較於該層半導體材料可具有相同材料或可具有不同的半導體材料。舉例來說，該層可以是III-V半導體材料並且該額外層可以是III-V半導體材料。
在某些具體實施例中，半導體材料層以及/或額外層的沉積可藉由蒸鍍、濺鍍、極低能量離子佈植或叢聚沉積、CVD、ALD、以上的某種組合等等。
於步驟(1030)，該方法可包括以一摻雜物種摻雜該層半導體 材料。摻雜物種的示例可包括磷、硼、鎵、銦、砷、銻或鉍。
在某些具體實施例中，摻雜該層可發生在該層沉積期間。舉例來說，當該非晶質結構被沉積的同時，可藉由在該沉積製程中所用的氣體混合物中提供帶有摻雜物之物種而同時引入摻雜物種。
在某些具體實施例中，摻雜該層可發生在該層使用離子佈植沉積之後。舉例來說，可沉積該非晶質結構，接著可將該等摻雜物種引入該非晶質結構(例如，藉由離子佈植、電漿曝露/電漿佈植等等)。
在某些具體實施例中，針對III-V半導體，可被運用的該等摻雜物種包括鎂、鋅、矽、硒、硫、碲等等。
步驟(1040)，該方法可包括退火該層以用於使用固相磊晶法的結晶。於結晶期間，該等摻雜物種被納入結晶體材料中。舉例來說，已摻雜非晶質結構已被形成之後，可實施退火步驟以供非晶質層的結晶化。在結晶期間，一大部分的摻雜物種可被納入結晶材料中且變為電活性。
在某些具體實施例中，結晶可經由固相磊晶法(SPE)進行，其中在該非晶質結構下的結晶半導體可充作使結晶重長的晶種。就矽而言，SPE重長可在由約400℃直到熔點的溫度發生。在某些具體實施例中，該方法可藉由傳送來自熱源(例如，雷射等等)的能量脈衝、且/或藉由納入摻雜物來熔解非晶質結構，因非晶質層會回凍。
在某些具體實施例中，藉由SPE的結晶化可在一退火程序期間實施，其中該工件係被加熱至在約400℃至約1300℃範圍內的峰值溫度。該方法可容許使用相對高溫，用於具有限之電性去活化現象的SPE重長。
在某些具體實施例中，該退火程序可包括浸潤式退火、尖峰 式退火、或毫秒退火。於第二、第三及第九圖中描述退火程序的範例。
在某些具體實施例中，於毫秒退火程序期間，該工件可被預熱至約250℃至約600℃範圍內的溫度，並可藉由在約0.1ms至約10ms範圍內的脈衝期，基於能量脈衝加熱至約600℃至約1300℃範圍內的峰值溫度。。
在某些具體實施例中，該方法可藉由提供具有峰值溫度範圍介於約650℃至約850℃的熱循環來實施SPE重長。在某些具體實施例中，該熱循環可包括依據本案示範具體實施例，提供一能量脈衝至一工件的一非裝置側表面。
在某些具體實施例中，將將工件(206)插入處理室(230)之前，該工件(206)的裝置側表面(224)可受到一離子佈植程序，其能將不純原子或摻雜物引入該工件(206)之裝置側表面(224)的表面區域。該離子佈植程序可能會破壞工件(206)表面區域的晶格結構，並可能將佈植的摻雜物原子留在格隙位置中而不具電活性。為將摻雜物原子移入晶格內的代換位置中以讓它們具電活性，並為了修復離子佈植期間所發生對晶格結構的損害，可藉由熱處理退火工件(206)之裝置側表面(224)的表面區域。
雖然本技術主題是相關於其特定示範性具體實施例詳細描述，應可理解的是熟悉此項技術領域者一旦瞭解前文的解說，當可輕易領會這些具體實施例的置換型、變化型以及均等物。因此，本說明書的範疇係舉例而非設限，且主題揭示並不排除納入熟習本技術領域之通常知識者而言顯見之對於本技術主題的此等修飾、變更及/或增添。
400‧‧‧退火加熱曲線
410‧‧‧加熱曲線
420‧‧‧加熱曲線
430‧‧‧峰寬
440‧‧‧峰寬

Claims (20)

  1. 一種處理一半導體工件的方法，該方法包含：將該工件放在一熱處理室內，該工件包含一裝置側表面以及一相對的非裝置側表面，該工件具有介於該裝置側表面與該非裝置側表面之間的一厚度；從至少一個熱源傳送一能量脈衝至該工件的非裝置側表面，該能量脈衝具有一脈衝期；其中該脈衝期係少於讓來自該能量脈衝的熱擴散通過該工件厚度的熱傳導時間，且使得加熱該裝置側表面的一速率係大於1000K/s；其中冷卻該裝置側表面的一速率係小於約1000K/s。
  2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該裝置側表面包含在該能量脈衝期間受到退火的一或多個裝置結構、薄膜或層，且該非裝置側表面並不包括任何裝置結構。
  3. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該脈衝期係短於約100ms。
  4. 如申請專利範圍第1項的方法，其中在傳送該能量脈衝之前，該方法包括加熱該工件至一中間溫度，其中該中間溫度係介於約20℃至約800℃的範圍內。
  5. 如申請專利範圍第4項的方法，其中加熱該工件至該中間溫度包含加熱該工件的該裝置側表面。
  6. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該至少一個熱源包含一弧光燈。
  7. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該至少一個熱源包含一雷射。
  8. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該能量脈衝造成該裝置側表面具有在該非裝置側溫度之一峰值溫度約40%至約80%的範圍內之一峰值溫度。
  9. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該能量脈衝造成該非裝置側表面具 有約1200℃的一峰值溫度，且該裝置側表面具有約850℃的一峰值溫度。
  10. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該脈衝期係致使該裝置側表面一溫度的一50℃溫度峰寬為約1.3秒或更少。
  11. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該工件的該非裝置側表面包含一補償薄膜，其中該補償薄膜的一或多個補償性質對應至該裝置側表面上一或多個裝置結構的非均勻特性。
  12. 如申請專利範圍第1項的方法，其中一遮罩結構係位於該至少一個熱源與該非裝置側表面之間。
  13. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該裝置側表面係與一散熱器通熱，其中該散熱器包含在該熱處理室內的一熱板。
  14. 如申請專利範圍第13項的方法，其中該方法包含支撐該工件在置於該熱板與該工件之間的一氣墊上，其中該氣墊具有約.02mm至約2mm的一厚度。
  15. 一種用於在一熱處理系統內處理一工件的方法，該工件包含一裝置側表面，以及由一厚度分開之一非裝置側表面，該方法包含：放置一工件在該熱處理系統之一處理室內的一工件支架上，以致於該非裝置側表面朝向一或多個弧光燈；使用一或多個熱源加熱該工件至一中間溫度；使用該等一或多個弧光燈提供一照射閃光至該工件的該非裝置側表面，該照射閃光具有少於約100ms的持續時間，以致加熱該裝置側表面的一速率係大於1000K/s，且冷卻該裝置側表面的一速率係小於1000K/s。
  16. 如申請專利範圍第15項的方法，其中該照射閃光在該工件的該裝置側表面與該工作的該非裝置側表面之間生成一溫度梯度。
  17. 如申請專利範圍第15項的方法，其中該照射閃光造成該非裝置側表面 達到約1200℃的一峰值溫度。
  18. 如申請專利範圍第17項的方法，其中該照射閃光造成該非裝置側表面具有約1.3秒或更少的一50℃溫度峰寬。
  19. 一種用於處理一半導體工件的方法，該方法包含：在該半導體工件的一裝置側沉積一層半導體材料至該半導體工件上，該層具有一非晶質結構；以一摻雜物種摻雜該層半導體材料；退火該層以供使用固相磊晶法之結晶；其中在結晶期間，該摻雜物種被納入結晶體材料中；其中退火該層以供結晶包含：放置一工件在該熱處理系統之一處理室內的一工件支架上，以致於該非裝置側表面朝向一或多個弧光燈；使用一或多個熱源加熱該工件至一中間溫度；使用該一或多個弧光燈提供一照射閃光至該工件的該非裝置側表面，該照射閃光具有少於約100ms的照射期間，以致加熱該裝置側表面的一速率係大於1000K/s，且冷卻該裝置側表面的一速率係小於1000K/s。
  20. 如申請專利範圍第19項的方法，其中該照射閃光造成該非裝置側表面達到約1200℃的一峰值溫度。
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