TWI267091B - Flash lamp annealing apparatus to generate electromagnetic radiation having selective wavelengths - Google Patents
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Description
1267091 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明之實施例有關於，但不限於，電子裝置 而言之，電子裝置製造的領域。 【先前技術】 在電子裝置製造目前的狀態中，有時會在半導 製造期間以及半導體裝置製造程序發展期間使用一 閃燈退火（Flash Lamp Annealing; )程序。 FLA以達成許多目標，包含例如，將諸如電晶體之 置的摻雜區域中離子佈植之摻雜物活化。使用FLA 原因包含，例如，再結晶、回焊操作、旋塗玻璃（ 退火、矽化處理、低k/高k介電質退火以及缺陷退 於閃燈退火中，諸如晶圓或晶片基板之基板典 露至密集的電磁輻射中，其係由具有橫跨電磁波譜 分之波長的輻射所構成。例如，於一 FLA程序中， 露基板之電磁輻射可包含具有對應電磁波頻譜之紫 域的波長的輻射（亦即，1〇至4〇〇奈米（nm )) 電磁輻射可進一步包含肉眼可見的光頻譜（亦即 750nm)以及甚至到紅外線頻譜（亦即7 5 0nm至 米）。爲便於說明，此種電磁輻射將稱爲“寬頻 射。 於閃燈退火程序期間受到暴露之基板典型地暴 磁輻射中達微秒至數百毫秒的範圍。例如，於閃燈 更詳 體裝置 種稱爲 可利用 電子裝 的其他 SOG ) 火。 型地暴 一些部 用於暴 外線區 。此種 400 至 100微 譜”輻 露於電 退火的 (2) 1267091 一應用可能爲將矽基板退火，其中該基板可在至少〇·〇15 J/cm2的功率程度暴露至密集的電磁輻射中少於1 〇毫秒。 【發明內容及實施方式】 於下列描述中，爲便於解釋，提出許多細節以提供本 發明所揭露之實施例的詳盡了解。惟，對熟悉該項技藝者 而言本發明所揭露之實施例無須這些特定細節予以實施是 顯而易見者。於其他範例中，以方塊圖型式顯示熟知的電 子結構與電路，以不混淆本發明所揭露之實施例。 根據本發明的各種實施例，提供用於將基板暴露至選 擇性波長之電磁輻射之方法與裝置。針對實施例，閃燈退 火（F L A )程序可使用一裝置執行，此裝置由，除了別的 以外，選擇性光產生器所構成，此選擇性光產生器產生具 &有選擇性波Μ〜之電磁輻射以照射基板。於各種實施例中， 受到暴露/照射之基板可由複數個具有不同電磁輻射吸收 特性之構件所構成。藉由將此基板暴露在具有選擇性波長 的電磁輻射中，可分別最佳化每一個構件之加熱。於一些 情況中，最佳化對應所有每一個構件之均勻加熱。於其他 情況中，可選擇性加熱選擇的構件或諸構件至相對於其他 構件較高的溫度。 於各種實施例中，受到暴露/照射之基板可爲晶圓或 晶粒基板，其可包含一或更多傾向於比其他基板構件以較 高速度吸收特定波長或波長範圍之電磁輻射的第一基板構 件。於其他實施例中，第一基板構件傾向於比其他基板構 -6- (3) 1267091 件以較高速度反射特定波長或波長範圍之電磁輻射。於一 些實施例中，第一基板構件可爲特別與特定波長之電磁輻 射相關具有相對高吸收係數値之氮化物薄膜。針對這些實 施例，基板可包含靜態隨機存取記憶體（SRAM )以及邏 輯電路部份，每一個部分具有不同濃度或密度之氮化物間 隔體。 爲了確保基板最佳之加熱，基板可暴露在由具有選擇 φ 性波長之電磁輻射組成之電磁輻射中。於一些實施例中， 選擇性波長可大於以及/或小於界定之波長範圍，界定之 波長範圍爲對應至傾向於被第一基板構件以比其他基板構 件更高的速率吸收或反射之電磁輻射之波長的波長。 根據各種實施例，提供選擇性光產生器以用於以具有 選擇性波長之電磁輻射閃光退火或閃光暴露基板。針對這 些實施例，選擇性光產生器可產生電磁輻射，包含具有大 於或小於上述界定波長範圍之波長的電磁輻射。 ® 於各種實施例中，選擇性光產生器可包含一或更多光 源以及放置於一或更多光源以及欲暴露之基板間之一或更 多過濾器。於一些實施例中，一或更多光源可爲一或更多 閃燈，以及過濾器可被納入閃燈泡本身或圍繞一或更多閃 燈之外罩或護套中。針對這些實施例，閃燈可爲電漿燈， 以及過濾外罩可爲摻雜氧化鈽之外罩。閃燈可產生寬頻譜 輻射，並且可利用閃燈之外罩來過濾掉具有不想要的波長 (例如，對應傾向於被第一基板構件以比其他基板構件更 高之速率吸收或反射的電磁輻射波長之波長）之電磁輻 (4) 1267091 射。 於其他實施例中，選擇性光產生器可包含完全在一或 更多光源之外的過濾器。針對這些實施例，一或更多之光 源可爲具有實質上透明且不會過濾電磁輻射之外罩的閃 燈。這一或更多光源可產生，例如，寬頻譜，而外部的過 濾器可過濾掉具有來自由一或更多光源產生之寬頻譜輻射 的界定波長範圍之電磁輻射。 • 於替代實施例中，選擇性光產生器可包含產生選擇性 波長之電磁輻射的一或更多光源，而且不使用過濾器。針 對這些實施例，這一或更多光源可產生具有特定波長之電 磁輻射且無需依賴過濾技術來產生選擇性波長的電磁輻 射。此種光源的範例包含單一或多個雷射，予以選擇以在 大於或小於被第一基板構件更有效地吸收或反射之波長範 圍的特定波長操作。可選擇這些波長以於晶圓上達成可爲 或可不爲均勻之最佳希望的溫度分佈。 • 根據各種實施例，選擇性光產生器可爲將諸如晶圓基 板之基板暴露至具有選擇性波長的電磁輻射之閃燈退火系 統之一部分。針對這些實施例，此系統可爲用於製造電子 裝置並且可包含容納被暴露的基板的容室之系統。此系統 可進一步包含加熱元件以預熱被暴露之基板。 於各種實施例中，可於諸如晶圓或晶粒基板之基板的 閃燈退火程序期間利用上述新穎的方法與裝置以，例如， 緩和或轉化形成於基板上之熱點的大小。溫度之分佈可取 決於那個局部區域之最佳良率/性能之取捨。基板上之熱 (5) (5)1267091 點可於閃光退火程序期間逐漸產生，因爲基板一些部分會 比其他部分以更高速率或更有效地吸收電磁輻射。這可能 是源自於基板一些部分可能會包含具有相對高吸收係數或 相對高反射比値之基板構件或較高密度之基板構件的事 實，至少當它們與特定波長之電磁輻射有關時。 例如，於一些實施例中，受到閃光退火之基板可爲包 含諸如電晶體、電容器、電阻器等等之各種電子裝置之晶 粒或晶圓基板。這些裝置可進一步由具有獨特電磁輻射吸 收特性之各種構件或材料所製成。例如，這些構件的一些 可具有相對高吸收係數値，這意指這些構件傾向於比其他 基板構件更有效率或以更高速度吸收具有特定波長之電磁 輻射。因此，當於例如閃燈退火程序期間晶粒或晶圓暴露 於寬頻譜的輻射時，具有這些構件較高濃度之晶粒或晶圓 的部分傾向於比其他部分更快被加熱。結果爲這些構件的 高吸收率以及這些構件於受到閃光退火之基板中不均勻的 分佈會於例如閃光退火程序期間造成“熱點”之形成。另 一方面，其他構件可能具有相當高反射比，這意指它們比 其他基板構件更有效率或以更高速度反射具有特定波長之 電磁輻射。因此，當於例如閃燈退火程序期間晶粒或晶圓 暴露於寬頻譜的輻射時，具有這些構件較高濃度之晶粒或 晶圓的部分傾向於比其他部分更慢被加熱。結果爲這些構 件的高反射比以及這些構件於受到閃光退火之基板中不均 勻的分佈會於例如閃光退火程序期間造成“冷點”之形 成。 -9- (6) 1267091 例如，於一些實施例中，基板可爲用於形成系統於晶 片（ System On Chip; SOC)晶粒的晶圓。針對這些實施 例，從晶圓最終形成之soc晶粒的每一個可分成供不同 功能專用之有區別的部分或區域。例如，S0C晶粒的一部 分可供靜態隨機記憶體（SRAM )專用，同時另一部分可 供邏輯電路專用。當此種晶粒以此種方式分割時，供 S RAM專用的部分相較於邏輯電路部份更密集地設置有互 • 補半導體金屬氧化物（CMOS )電晶體。當單一晶片上有 不同的電路種類，均勻的溫度不一定爲最佳溫度分佈。 每一個分別的電路元件具有可最佳化之良率/性能取 捨。最佳狀況並非所有的電路都相同。這就是爲什麼波長 /反射比工程代表可用於最佳化全體之晶片性能的新變 量。 第1圖描繪根據一些實施例之可設置於諸如上述晶圓 或晶粒基板之基板上之互補金屬氧化物半導體（CMOS ) Φ 電晶體裝置。針對這些實施例，電晶體100包含汲極 1 0 2、源極1 0 4以及多晶矽閘極1 〇 6。電晶體1 〇 〇可進一步 包含與閘極1 0 6相鄰之薄的氧化物層1 〇 8。爲了於電晶體 1 〇 〇製造過程期間形成與汲極1 0 2與源極1 〇 4關聯的不同 摻雜區域，已形成與閘極相鄰之氮化物間隔體1 1 〇。這些 氮化物間隔體1 1 〇可由諸如氮化矽之氮化物材料製程。 包含間隔體1 1 〇之氮化物材料可具有相對高的吸收係 數値並且傾向於比其他基板構件或材料以更高速率吸收具 有界定波長範圍之電磁輻射。例如，由氮化矽構成之氮化 -10- (7) (7)1267091 物間隔體傾向於吸收於光譜的紫外線區域（亦即1 0 nm至 4 0 0 n m )中之電磁輻射。特別是，這些氮化物間隔體對於 具有介於約200 nm至約3 5 0 nm間之波長的電磁輻射具有 特別的親合性。 根據各種實施例，提供產生選擇性波長之電磁輻射的 選擇性光產生器。針對這些實施例，選擇性光產生器可用 於基板之閃燈退火程序中並且可產生具有大於以及/或小 於界定波長範圍之波長的電磁輻射。於各種實施例中，界 定之波長範圍可對應至傾向於被第一基板構件（第如氮化 物間隔體）以比其他基板構件更高的速率吸收之電磁輻射 之波長。 第2A圖描繪根據一些實施例之可用於閃燈退火程序 之系統。針對這些實施例，系統200包含預閃加熱元件 2 02，該預閃加熱元件202包含多個加熱燈204。但是於其 他實施例中，預閃加熱元件202可由熱板或除了加熱燈 204之外的其他種類的加熱裝置構成。加熱元件202之上 爲例如閃光退火程序期間用於支承基板20 8之基板支承容 室206。例如，基板208可爲半導體晶粒或晶圓基板。於 基板20 8之上爲選擇性光產生器210。針對這些實施例， 選擇性光產生器210可由複數個光源212以及反射器214 組成。 於各種實施例中，光源2 1 2可產生具有選擇性波長的 電磁輻射。針對這些實施例，產生的電磁輻射可包含具有 大於以及/或小於界定波長範圍之選擇性波長的電磁輻 -11 - (8) 1267091 射，界定的波長範圍可對應至傾向於被第一基板構件以比 其他基板構件更高的速率吸收或反射之電磁輻射之波長。 光源2 1 2可爲具有光過濾外罩之閃燈（容後詳述）、雷射 以及/或諸如發光二極體（LED )之固態裝置。 加熱燈204可爲鎢鹵素燈。針對這些實施例，加熱元 件2 02可用於在閃光退火基板208之前將基板2 0 8之溫度 提升到預定溫度。 # 基板208可爲包含具有不同吸收係數之複數個基板構 件的晶粒或晶圓基板。於各種實施例中，基板2 0 8可由至 少第一基板構件組成，該第一基板構件比其他基板構件以 更高速率吸收或反射具有界定波長範圍之電磁輻射。於一 些實施例中，第一基板構件可爲氮化物間隔體，其係由以 相對高速率吸收具有介於約2 0 0 nm至約3 5 0 nm間之波長 的電磁輻射的材料所組成。 於各種實施例中，系統200可用於閃燈退火程序。針 ® 對這些實施例，將被閃光退火之基板208可首先使用例如 上述加熱元件202預熱。一旦基板208達到預定溫度，選 擇性光產生器2 1 0可產生選擇性波長的電磁輻射。於各種 實施例中，選擇性波長可包含大於以及/或小於界定波長 範圍之波長。基板208可暴露至選擇性波長的電磁輻射約 1 〇毫秒至約1 0微秒的期間。於各種實施例中，暴露之結 果爲基板208的溫度提高。於一範例中，矽基板可加熱至 介於其初始溫度以及在1 4 1 (TC之矽的熔點間的任何溫度。 第2B圖描繪根據一些實施例之可用於閃燈退火程序 -12- (9) Ι267Ό91 之另一系統。針對這些實施例，系統220與第2A 統2 0 0相似。惟，不像先前的系統2 0 0，系統2 2 0 源2 12不產生具有選擇性波長的電磁輻射，取而代 產生例如寬頻譜之輻射。於一些實施例中，寬頻譜 含具有介於約200至約800奈米（nm )間之波長的 射。此外，不像先前的系統2 0 0，於此情況中，選 產生器210可進一步包含設置於光源212與被閃光 基板208間之光過濾器222。針對這些實施例，光 2 22可用於自光源212產生的寬頻譜輻射過濾掉不 電磁輻射（例如，具有被例如氮化物間隔體吸收之 長範圍的電磁輻射）。 第3圖詳細描繪根據一些實施例之第2A圖之 一。針對這些實施例，光源3 0 0爲閃燈，諸如具有 外罩的電漿燈。光源3 00包含圍繞陰極3 04、陽極 及氣體3 0 8之外罩3 02。外罩3 02可由石英或熔融 料所構成並可包含氣體3 0 8於完全密封之空間內。 實施例中，氣體3 08可爲用於產生電漿的任何氣體 針對這些實施例，光源3 0 0可產生具有選擇性 電磁輻射。外罩3 02可作爲光過濾器，以過濾掉具 波長範圍之電磁輸射。例如，當氣體3 0 8爲氣時， 激時會改變成電漿之氣體308發射的電磁輻射可由 於約200至約8 00 nm間之波長的輻射所組成。外罩 於這些實施例中，可作爲光過濾器以過濾掉具有 2 00至約3 5 0 nm間之波長的電磁輻射。 圖之系 中之光 之地， 輻射包 電磁輻 擇性光 退火之 過濾器 想要的 界定波 光源之 光過濾 3 06以 矽土材 於各種 〇 波長的 有界定 由當受 具有介 3 02， 介於約 -13- (10) 1267091 爲了達成此種過濾，於一些實施例中，外罩3 02可由 摻雜的石英材料構成。針對這些實施例，摻雜的石英材料 可爲氧化鈽摻雜的透明熔融石英材料。但是於其他實施例 中，使用由硼矽酸鹽玻璃（Pyrex® )製成的外罩執行此過 濾。 於其他實施例中，光源2 1 2 (以及/或選擇性光產生器 2 1 0 )可不使用過濾構件產生選擇性波長的電磁輻射。針 Φ 對這些實施例，光源2 1 2可爲產生特定波長或波長範圍之 電磁輻射雷射或一群雷射。 雖在此描述且說明特定實施例，該技藝中具通常知識 者應可體會到任何打算達成相同目的之配置可取代所示之 特定的實施例。此說明書意圖涵蓋本發明之實施例的任何 適應或變異。因此，本發明之實施例應顯然地僅由申請專 利範圍所限制。 【圖式簡單說明】 將藉由於附圖中說明的示範實施例，但不限於此，描 述本發明，其中類似的參照代表類似的元件，以及其中： 第1圖描述範例之CMOS電晶體； 第2A圖描述根據本發明的一些實施例之包含用於產 生具有選擇性波長的電磁輻射之選擇性光產生器的系統； 第2B圖描述根據本發明的一些實施例之包含用於產 生具有選擇性波長的電磁輻射之選擇性光產生器的系統； 以及 -14 - (11) 1267091 第3圖描述根據本發明的一些實施例之產生具有選擇 性波長的電磁輻射的光源。 【主要元件符號說明】 1 〇 〇 :電晶體 102 :汲極 104 :源極 1 0 6 :閘極 • 1 〇8 ··氧化物層 1 1 0 :間隔體 2 0 0 :系統 202 :加熱元件 2 〇 4 :加熱燈 206 :容室 2 0 8 :基板 2 1 0 :選擇性光產生器 ❿ 2 1 2 :光源 2 1 4 :反射器 220 :系統 2 2 2 :光過濾器 3 0 0 :光源 3 0 2 :外罩 3 04 :陰極 3 0 6 :陽極 3 0 8 :氣體 -15-
Claims (1)
- (1) 1267091 十、申請專利範圍 1. 一種閃燈退火系統，包含： 容納基板之容室；以及 包含一或更多光源之選擇性光產生器，以產生電磁輻 射以輻射至基板，該電磁輻射具有大於或小於一界定波長 範圍之波長，於此範圍內基板一部分比其他部分更有效率 地吸收或反射該電磁輻射。 鲁 2 ·如申請專利範圍第1項之系統，其中該一或更多光 源調適以產生寬光譜輻射，包含具有對應該界定波長範圍 之波長的電磁輻射。 3 .如申請專利範圍第2項之系統，其中該選擇性光產 生器進一步包含過濾器，以從寬光譜輻射過濾掉具有在界 定波長範圍內之波長的電磁輻射。 4 ·如申請專利範圍第3項之系統，其中該一或更多光 源包含電漿燈。 ^ 5 ·如申請專利範圍第4項之系統，其中該電漿燈包含 外罩’該外罩爲該過濾器。 6·如申請專利範圍第5項之系統，其中該外罩包含摻 雜氧化鈽之石英。 7 ·如申請專利範圍第1項之系統，其中該界定波長範 圍係從約2 0 0至3 5 0奈米。 8 ·如申請專利範圍第1項之系統，其中該容室調適以 容納晶圓基板。 9·如申請專利範圍第1項之系統，其中該容室調適以 -16 - (2) 1267091 容納具有含括複數個構件之半導體裝置的基板。 1 0 .如申請專利範圍第1項之系統，其中該容室調適 以容納具有第一基板構件之基板，該第一基板構件比其他 基板構件更高速吸收或反射具有於界定波長範圍內之波長 的電磁輻射。 1 1 .如申請專利範圍第1 0項之系統，其中該第一基板 構件包含氮間隔體。 # 1 2 . —種光源，包含： 當受激時形成產生電磁輻射之電漿的氣體，以及 包圍該氣體之外罩，調適以將具有於界定波長範圍內 之波長的電磁輻射過濾掉。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項之光源，其中該外罩包含 摻雜氧化鈽之石英。 1 4 .如申請專利範圍第1 2項之光源，其中該界定波長 範圍係從約200至3 5 0奈米。 • 15.如申請專利範圍第12項之光源，其中該界定波長 範圍係一波長範圍，在此波長範圍中該電磁輻射更有效率 地被暴露至該電磁輻射之基板吸收或反射。 16.如申請專利範圍第15項之光源，其中該基板構件 爲選自由氮間隔體以及具有變化的基板構件密度之區域之 基板所組成之族群的基板構件。 1 7 . —種選擇性光產生器，包含： 產生電磁輻射之光源；以及 過濾掉來自由該光源產生之電磁輻射之具有於界定波 -17- (3) (3)1267091 長範圍內之波長的電磁輻射，以生產經過濾、的輻射的過濾 器。 i 8.如申請專利範圍第1 7項之選擇性光產生器，其中 過濾器過濾掉具有介於200奈米至約3 5 0奈米之間的波長 之電磁輻射。 1 9.如申請專利範圍第1 7項之選擇性光產生器，其中 該光源產生包含界定波長範圍的電磁輻射。 20.如申請專利範圍第17項之選擇性光產生器，其中 該光源包含電漿燈。 2 1 ·如申請專利範圍第1 7項之光源，其中該界定波長 範圍係一波長範圍，在此波長範圍中該電磁輻射更有效率 地被暴露至該電磁輻射之基板吸收或反射。 22.—種閃燈退火方法，包含： 提供基板；以及 將該基板暴露至具有波長大於或小於一界定波長範圍 之波長的電磁輻射，於此範圍內基板一部分比其他部分更 有效率地吸收或反射該電磁輻射。 23·如申請專利範圍第22項之方法，其中該方法進一 步包含激化氣體以形成產生電磁輻射之電漿。 24·如申請專利範圍第22項之方法，其中該提供包含 提供具有氮間隔體之基板。 25·如申請專利範圍第22項之方法，其中該提供包含 提供具有半導體裝置或變化密度之基板。 26.如申請專利範圍第22項之方法，其中該界定波長 -18- (4) 1267091 範圍係從約2 0 0至約3 5 0奈米（nm )。 2 7 ·如申請專利範圍第2 2項之方法，其中該暴露包含 產生寬光譜輻射，該寬光譜輻射包含至少具有對應該界定 波長範圍之波長的電磁輻射，從該寬光譜輻射過濾掉該具 有對應該界定波長範圍之波長的電磁輻射以產出經過濾之 輻射，並且將該基板暴露至該經過濾之輻射。 28·如申請專利範圍第27項之方法，其中該寬光譜輻 射包含具有從約200至約8 00奈米之波長的電磁輻射。 -19-
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