TWI469239B - 以前尖波溫度及後尖波溫度之控制進行基材熱處理技術 - Google Patents

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Description

以前尖波溫度及後尖波溫度之控制進行基材熱處理技術 發明領域
本發明係有關使用多個會產生選擇性重疊之第一和第二影像的輻射源之基材的熱處理技術。尤其是，本發明係有關如下的熱處理，其中該基材表面的區域等會各在一選擇性控制的前尖波溫度，隨後以一受控的均一峰尖溫度，再隨後以一選擇性控制的後尖波溫度來處理。
 相關技術之描述
以半導體為基礎之微電子裝置的製造時常包括將一半導體基材“熱處理”來激活被植入於該基材之接面區域(例如源極和汲極區等)的摻雜劑原子。例如，電晶體的源極/汲極部等可藉暴露一矽晶圓的某些區域於靜電地加速之摻雜劑而來形成。在植入之後，該等摻雜劑是電性不激活的。此等摻雜劑的活化可藉退火該基材來達成，例如加熱該基材至一特定的處理溫度直到一足以使該晶格能將摻雜劑併入其結構中的時間週期。所需的時間乃視該處理溫度而定。當承受一升高的溫度歷經一段長時間時，該等摻雜劑會傾向於擴散遍及該晶格。結果，該摻雜劑的分佈廓形可能由一理想的盒形改變成一淺指數消減的廓形。
藉著利用較高的退火溫度和較短的退火時間，其乃可能減少摻雜劑擴散，並能保持植入之後所達到的摻雜劑分佈廓形。例如，熱處理(TP)含括某些技術可用來退火形成 於矽晶圓中的源極/汲極區等，作為用於製造半導體裝置譬如積體電路(ICs)的製程之一部份。快速熱處理(RTP)之一目的係為藉快速地加熱該晶圓至接近該半導體熔點的溫度來併合在置換晶格位處的摻雜劑，然後迅速地冷却以將該等摻雜劑“凍結”於定位，而來製成具有非常高導電性的淺摻雜區域。
以雷射為基礎的技術曾被用來進行TP其時間規格比傳統RTP系統所使用者更短甚多。被用來描述雷射式TP技術的舉例術語包括雷射熱處理(LTP)，雷射熱退火(LTA)，及雷射尖波退火(LSA)等。在某些實例中，該等術語可被互換地使用。在任何情況下，該等技術典型包括將一雷射束形成為一細長的影像，其嗣會被掃描通過一要被加熱的表面，例如一半導體晶圓的頂面。例如，一0.1mm寬的射束可被以100mm/s來描點掃描通過一半導體晶圓表面上而使該加熱循環造成一小於約1毫秒的滯留時間。於此加熱循環期間之一典型的最高溫度係可為1350℃。在欲使晶圓表面升至該最高溫度所需的滯留時間內，一在該表面區域底下之僅約100至200μm的料層亦會被加熱。然後，該毫米厚的晶圓塊體會在大約該表面於雷射束通過而被加熱時儘快地來冷却該表面。
LTP可使用脈衝式或連續的輻射。例如，LTP可使用一紅外線波長例如λ=10.6μm之連續的高功率CO2 雷射束，其會描點掃描通過該晶圓表面，因此該表面上的所有區域皆會曝露於該尖波加熱射束的至少一次通過。此波長係較 大於傳統的晶圓細構尺寸，故有時當該射束掃描通過一圖案化的矽晶圓時能被均勻地吸收，而使該晶圓上的每一點皆會接受非常接近於相同的最高溫度。
然而，輕度摻雜和無摻雜的矽在充分低於約400℃的溫度時，可能不會充分地吸收來自一10.6μm輻射之CO2 雷射尖波退火射束的輻射，因為射束的光子能量係小於無摻雜矽的帶隙能量。因此，Bakeman的No.20070072400美國專利申請案乃揭述一種熱處理一具有一表面及一半導體帶隙能量之半導體基材的方法。該方法包括以一具有大於該半導體帶隙能之能量的光子之活化輻射束來照射該基材，俾局部地加熱該基材以增加一退火輻射束的吸收量。然後，該基材會被以具有能被自由載子吸收的光子之退火輻射來照射而實質地加熱該基材。
其它的專利亦揭述某些技術，其中一種以上的雷射束可能會被使用。例如，Talwar等人的No.7,148,159美國專利揭述使用一在室溫時不會被實質地吸收於該基材中的退火輻射束來進行一基材之雷射熱退火(LTA)的技術。該技術可包括使用一第一射束來先預熱該基材至一關鍵溫度。嗣再以退火輻射照射該基材以產生一能夠退火該基材的巔峰溫度。典型地，一巔峰溫度會在一短時間量內被達成，而造成一熱尖波。然後，整個基材可被冷却下來。
不過，未受控的加熱及/或冷却可能引致基材內之非受控的應力。該等應力在當該基材含有微電子裝置例如ICs時會造成不理想的電子性能。在極端情況下，非受控的應力 可能造成突發的嚴重機械性故障而導致基材破裂。且，只有單一滯留時間的簡單雷射退火不能為該等裝置提供最佳的電子性能。具有一短滯留時間的雷射退火會造成具有很少或沒有擴散的高度活化。有某些裝置設計係可由一小量的擴散，附隨來自該雷射退火的高度活化而獲得利益。在其它的裝置製造實務中，一短時間週期的第二(較低溫)退火乃可有利於去除該基材之植入區中的瑕疵。該應力管理與該裝置性能的最佳化兩者皆能以一附加的熱射束來達成。
故，在包含雷射退火和類似技術的熱製程中乃有需要能夠控制前及/或後熱尖波溫度的技術。
 發明概要
在一實施例中，本發明提供一種用於熱處理一基材之一表面的裝置。該裝置包含一階枱，多數個輻射源，及一控制器操作性地耦接於該階枱和輻射源。該階枱會支撐該基材並將該基材表面置於一接收輻射位置。該等輻射源會形成影像而選擇性地重疊在該基材頂面上。該控制器會提供該基材表面與該等影像之間的相對掃描運動，以容該等影像以一實質上一致的巔峰處理溫度來處理該基材表面沿一掃描路徑的區域。
典型地，第一和第二影像係分別由第一和第二輻射源所形成。此外，該等影像可具有受控的強度廓形和尺寸。該相對掃描運動可被控制且亦可選擇地逆行。結果，該第一和第二影像組合時乃可將該基材表面的區域由一初始溫 度帶至一第一中間溫度，例如以一逐漸方式，再至該巔峰處理溫度迄一尖波處理週期，並至一第二中間溫度，例如以一突尖方式，然後冷却至一最終溫度，例如以一逐漸方式，全部皆以受控的速率。在某些實例中，中間溫度可由一大約400℃至約1000℃的範圍來被獨立地選出。該等中間溫度可為大致相等。
該等加熱及/或冷却速率可為許多目的而被選擇，例如為了減少累積於該基材中的應力及/或改良該基材的電子性能。在某些實例中，該前尖波加熱速率可在大約2秒以內容許該基材表面區域由該初始溫度被加熱至該第一中間溫度，故其溫度會以一所需方式增升而形成一所需的溫度廓形。該溫度廓形可為直線或非直線的。同樣地，該後尖波冷却速率亦可被以一類比方式來選擇。
該巔峰溫度可以改變。例如，若為包含矽晶圓的基材，該巔峰溫度可約小於1412℃。此外，該尖波處理週期可不大於約10ms。
不同的輻射源亦可被使用。適當的輻射源包括例如不同波長的雷射，雷射二極體，加熱燈等。視其用途而定，該等輻射源可產生連續及/或脈衝的射束。該等射束可被用來造成一伸長影像具有一縱軸可沿一掃描路徑移行，該路徑係不平行或至少部份地垂直於該伸長影像的縱軸。
在另一實施例中，一方法係被提供用來熱處理一基材之一表面。該方法包括以選擇性重疊的第一和第二影像照射該基材表面，及提供該基材表面與該等影像之間的相對 掃描運動，而以一實質上一致的巔峰處理溫度沿一掃描路徑來處理該基材表面的區域。該第一和第二影像容許例如沿該掃描路徑之該基材表面的區域會：(a)由一初始溫度被以一受控的前尖波加熱速率加熱至一第一中間溫度；(b)在一尖波處理週期內被由該第一中間溫度帶至該巔峰處理溫度，再至一第二中間溫度；及(c)由該第二中間溫度被以一受控的後尖波冷却速率冷却至一最終溫度。
在又另一實施例中，一半導體晶圓係被提供，其包含使用上述方法及/或裝置所製成的微電子裝置。該晶圓可包含一微影結點不大於約65nm的裝置。
圖式簡單說明
第1圖為依本發明之一熱處理裝置實施例的側視示意圖。
第2圖為依本發明之一舉例製法的圖形，其示出一基材表面之一區域歷經一段時間的溫度變化。
第3圖為第1圖的基材表面在進行熱處理時之一平面圖，乃示出該退火射束影像和輔助射束影像當形成於該基材表面上時之一重疊的實施例。
第4A和4B圖統稱為第4圖，係為類似於第3圖的平面圖，乃示出一實施例。在第4A圖中，該輔助射束影像大致超前該退火射束影像，故該輔助射束只重疊該尖波退火影像的前導區域。在第4B圖中，該輔助射束影像大致尾隨該退火射束影像，故該退火射束影像只重疊該輔助射束影像的前導區域。
第5圖為一類似於第3圖的平面圖，乃示出一實施例其 中該輔助射束影像相對於該退火射束影像沿著掃描方向前伸，且其中該二影像重疊。
第6圖為一類似於第3和5圖的平面圖，乃示出一實施例其中該輔助射束影像包圍整個退火射束影像。
第7圖示出一輔助射束單元其包含多數個輔助輻射束產生器各饋給一光纖。
第8圖示意地示出使用第7圖的輔助射束單元來照射一基材表面。
第9圖以圖表示出於該基材表面上沿著Y軸在一任意時間點之退火影像150與輔助影像250的相對強度之一“突射”。
該等圖式係意圖示出本發明的不同態樣，其能被一般精習於該技術者所瞭解並適當地實施。該等圖式可能未依比例繪製。因該等圖式的某些特徵可能會被誇大用以強調及/或清楚地呈現。
 本發明的詳細描述 定義和綜覽
在詳細描述本發明之前，應請瞭解本發明除非有不同的提示，否則並不限於特定的基材構造、基材材料、輻射源等，因其可以改變。亦請瞭解於此所用的術語係僅為供描述特定的實施例，而非要作為限制。
必須陳明的是，當被用於本說明書和所附申請專利範圍中時，該等單數形式“一”、“一個”和“該”乃包括單元數和 多數個所述之物，除非其內容清楚地示出不同者。即，例如所述之“射束”乃包括多數的射束以及一單獨的射束，所述之“一波長”乃包括一範圍或多數的波長以及一單獨的波長，所述之“一區域”乃包括數個區域的組合以及一單獨的區域等等。
在描述及請求本發明時，以下的術語將會依據如後所述的定義來被使用。
“布儒斯特角”(Brewster angle)乙詞係被用來指由一表面發出之P極化光的反射率為最小或接近最小的角度。嚴格地說，在一物體例如一矽晶圓之表面上的薄膜，可能會阻止該物體具有一真實的布儒斯特角，其反射率是最小化者。因此，針對由堆疊在一基材下之多種不同薄膜所形成的反射性表面所用的布儒斯特角乃可被視為一有效的布儒斯特角，或一P極化輻射的反射率係為最小的角度。此最小角度典型會與該基材的真實布儒斯特角之角度一致或近似。
於此所用的“雷射”乙詞在其一般意義係指一種經由一所謂的激發放射程序即會發出電磁輻射(光)的裝置。該輻射通常係為但不必定是空間相干的。雷射典型會，但並不必須是，發出具有一窄波長光譜的電磁輻射(“單色”光)。該雷射乙詞要被廣義地詮釋，除非其使用有被清楚地不同表示，且該詮釋可涵蓋例如氣體雷射，比如CO2 雷射，和雷射二極體等。
該“微影結點”乙詞係指一組有關直線間隔的工業標準，及其它在一重複陣列中之與半導體基積體電路的量產 相關聯的幾何性考量。一般而言，較小的結點對應於較小的線寬和較大的裝置密度。
該“選擇的”和“選擇地”等詞語係以其通常的意義來被使用，而意指後續所述的情況可能會或可能不會發生，故該描述乃包括當該情況發生時的實例和當其未發生時的實例。
該“半導體”乙詞係用來指任何具有大於絕緣體但小於良好導體之導電性的各種不同固體物質，且其可被用作電腦晶片和其它電子裝置之一基礎材料者。半導體係可實質上由單一元素來構成，例如矽或鍺，或可由化合物所組成，例如碳化矽，磷化鋁，砷化鎵，和銻化銦等。除非有不同的表示，該“半導體”乙詞乃包括任何單一或數種元素和複合半導體的組合，以及應變的半導體，例如在拉伸及/或壓縮下的半導體。適用於本發明之舉例的間接帶隙半導體包括Si、Ge、和SiC。適用於本發明的直接帶隙半導體包括例如GaAs、GaN和InP。
該“實質上”和“實質地”等詞語係以其通常的意義來被使用，而意指在重要性、價值、程度、數量、範圍或類似者上可被考量的事物。例如，“實質上一致的巔峰處理溫度”之詞句係指一巔峰處理溫度其位在一不大於幾度的範圍內，因此在一巔峰處理溫度中的任何變化當以本發明的觀點視之實際上係可忽略的。該“實質地”乙詞之其它使用乃包括一類比的定義。
該“基材”乙詞當使用於此時係指任何具有一表面的材料，該表面係要被處理者，例如，一支撐材料其上有一電 路可能要被形成或製造。該基材可被以許多形式之任一種來被構製，例如一含有晶片陣列的半導體晶圓等，且可為一種或更多的非半導體材料，以及一種或更多的半導體材料。
作為一有關事項，於此所用的“晶圓”乙詞概指被用作一基礎材料的半導體薄片，其上會有單獨的電晶體或積體電路的構件被形成。該“晶圓”和“基材”等詞語在此可被互換使用，除非其內容有清楚地相反表示。
本發明概有關於一基材表面的熱處理，例如，基材的受控雷射熱退火(LTA)。本發明典型包括以第一和第二影像照射該基材表面，而沿一掃描路徑以實質上一致的巔峰處理溫度來處理該基材表面的區域。此典型係可藉使用下列來達成：一階枱可支撐該基材，第一和第二輻射源可分別地形成第一和第二影像於該基材頂面上，及一控制器可操作地耦接於該階枱和輻射源來提供相對的掃描運動，其係可對應於該掃描路徑而在基材表面與該等影像之間選擇性地逆行者。
該等輻射源典型會造成不同類型的影像。至少有一輻射源係典型被用來產生一影像，其可被用來促成該等基材的尖波退火。另一者可被用來在該尖波退火之前及/或之後對該等基材提供輔助熱處理。
典型地，該第一和第二影像會重疊。於此情況下，該第一影像可具有一強度廓形和尺寸而能將該基材表面沿該掃描路徑在第二影像之前的區域以一受控的前尖波加熱速 率由一初始溫度加熱至一第一中間溫度，及/或將該基材表面沿該掃描路徑在第二影像之後的區域以一受控的後尖波冷却速率來由一第二中間溫度冷却至一最終溫度。該第二影像可具有一強度廓形和尺寸而可在一尖波處理週期內將該基材表面沿該掃描路徑的區域由該第一中間溫度帶至該巔峰處理溫度及至該第二中間溫度。控制該前尖波及/或後尖波溫度廓形亦可減少該等晶圓中所產生的應力和應變及/或改良裝置性能。
並不一定需要令退火和輔助影像重疊。在若一需要預熱的尖波退火射束被充分吸收的情況下，該等退火和輔助射束可被用來形成分開的退火和輔助影像。此可容許獨立地控制該等射束的熱特性，以及對應影像的熱效能。即是，一第二(尖波)退火射束可被用來將該晶圓溫度帶至其巔峰溫度，而一第一(非尖波)射束可於一不同的(典型的，較長的)時間週期將該晶圓帶至其中間溫度。
舉例的裝置
在一裝置實施例中，本發明提供一種用以熱處理一基材之一表面的裝置。該裝置包含一階枱，多數個輻射源，及一控制器操作地耦接於該階枱和輻射源。該階枱會支撐該基材並使該基材表面置於一輻射接收位置。該等輻射源會在該基材頂面上形成重疊的影像。該控制器會提供基材表面與該等重疊影像之間的相對掃描運動，而容許該等影像以一實質上一致的巔峰處理溫度來處理該基材表面沿一掃描路徑的區域。第一和第二之例如尖波退火和輔助影 像，係分別由第一和第二輻射源所形成。此外，該等影像可具有受控的強度廓形和尺寸。該相對掃描運動亦可被控制。結果，該第一和第二影像在結合時可將該基材表面的區域由一初始溫度帶至一第一中間溫度，例如以一逐漸方式，嗣在一尖波處理週期內帶至該巔峰處理溫度，及至一第二中間溫度，例如以一突尖方式，然後冷却至一最終溫度，例如以一逐漸方式，且全部皆以受控的速率。
第1圖係為一依據本發明之熱處理裝置10實施例的示意圖，其可被用來退火及/或另外地熱處理一基材之一或多個所擇的表面區域。LTP系統10包含一可移動的基材階枱20具有一頂面22，其會支撐一具有一頂面32的半導體基材30。在一實施例中，半導體基材30係為不會有效率地吸收紅外線(IR)尖波加熱射束輻射的類型。但是，該半導體基材在有些實例中亦可迅速地吸收其它波長的輻射。該基材可選擇地安置在一加熱及/或冷却卡盤上以提供一固定的背景溫度。該卡盤可呈現一大約-20℃至600℃的溫度。
基材階枱20係可操作地耦接於一階枱驅動器40，其則又可操作地耦接於控制器50。基材階枱20係可在控制器50和階枱驅動器40的操作下沿該X-Y平面(以及沿該Z軸)移動，故該基材能相對於第一和第二射束來被掃描，如後所述。
LTP系統10更包含一尖波退火射束單元100，其在一實施例中沿一軸線A1依順序包含一尖波退火輻射源110可操作地耦接於控制器50，及一尖波退火光學系統120。
在一實施例中，該尖波退火輻射源110為一CO2 雷射， 其會發射一波長λH 約10.6μm的輻射。但是，該尖波退火輻射源亦可使用LED或雷射二極體輻射。例如，一陣列的LED或雷射二極體乃可被使用，可能會與光纖組合。LED和雷射二極體技術係被更詳細描述於後。在任何情況下，尖波退火輻射源110會發射輻射130而被尖波退火光學系統120接收，其則會形成一尖波退火射束140。尖波退火射束140會沿光軸A1運行，其會與一基材表面法線N形成一角度θ。
尖波退火射束140會在基材表面32上形成一影像150(以下稱為“退火射束影像”)。在一實施例中，影像150係為一細長的影像，例如一線狀影像，而可適用於掃描通過該基材表面來進行熱處理。退火射束影像150係被一外緣152圍界(例如在第3~6圖中所示)。至一第一近接點時，基材表面32的溫度係正比於該退火射束影像廓形中沿該掃描方向之射束強度的積分。此積分會沿該線狀影像的長度而改變，故沿該長度的某些點處該溫度會減降至一用以處理該基材的所需溫度，例如一用於退火的臨界溫度以下。
即，沿該直線影像會有邊界，其會界定該直線影像使有用的熱處理發生的範圍。該等邊界在相鄰掃描處會緊靠在一起。於一實施例中，該輔助射束會照射一表面區域，其係延伸超過該狹窄退火射束影像兩側的尖波退火射束端部邊界處。結果，在該尖波退火射束強度為5%或更大處，其會在靠近該基材表面時被有效率地吸收。此可確保幾乎全部的尖波退火射束能量會被有效地利用。
裝置10亦包含一輔助射束單元200，其在一實施例中沿 一軸線A2依序包含一輔助輻射源210可操作地耦接於控制器50，及一輔助光學系統220。在一實施例中，輔助輻射源210會發射輻射，其可在半導體基材30的尖波退火之前及/或之後用以輔助熱處理。輔助輻射源210會發射輻射230，其會被輔助光學系統220接收，而形成一輔助射束240。輔助射束240會沿光軸A2運行並在基材表面32上形成一影像250(以下稱為“輔助射束影像”)。輔助射束影像250具有一外緣252(見第3~6圖)，其在一實施例中，係可由一臨界強度值界定。該外緣252包含一前緣254與一後緣256(見第3圖)。
該輔助輻射源210可採用許多不同的形式。在某些實例中，一單獨的雷射二極體可被使用。或者，本發明亦可使用多數個發射體，例如LED或雷射二極體等。此等發射體可被排列呈一圖案，一陣列，或其它方便的排列。在某些實例中，該射源可採用一桿棒，一堆疊，或光纖耦合的模組之形式。例如，該射源可包括一半導體雷射棒，其能發出在800~830nm光譜範圍內的輻射。此等二極體棒之一例係可由Tucson AZ.的Spectra-Physics公司購得。一長度大約1cm的桿棒能夠發射90W的連續功率。於此波長時，在無摻雜結晶矽中的吸收長度係大約10μm，其係大約為有效吸收較長波長之尖波退火射束140所需的深度。
光纖技術亦可被使用。例如在第7圖所示，一輔助射束單元200可包含多數個呈光二極體或雷射二極體形式的輔助輻射束產生器210。其各饋給該輔助光學系統220之一光纖222。該等光纖222可被排列以形成一封閉包裝的線狀陣 列。各產生器210會發射輻射230，其會被輔助光學系統220接收，而形成一輔助射束240。一透鏡224可被提供來在該射束達到該基材表面32之前將其聚焦。在某些理想化的實例中，該基材表面32代表一由該透鏡224形成的顯像平面。該光纖陣列可被顯像在該基材上，而使各光纖主要係可負責來沿一小區段提供照度，在相鄰的纖維之間亦可被提供一些重疊來達到良好的一致性。如下所述，用於各區段的產生器可被獨立地調制來在該晶圓上造成一隨意或預定的照度廓形。
請回參第1圖，雖該輔助射束的軸線和該基材法線係被示為重合，但通常並不希望以一垂直入射來將一輻射束雷射顯像在一基材上。例如當一雷射被使用時，任何反射的光在其回到該雷射腔穴時可能會造成不穩定性。因此，於第1圖中所示的裝置可被修正為具有相對於平面法線N以一角度置設的光軸A2(即呈非垂直入射)，故由基材表面32反射的輔助輻射不會回到輔助輻射源210或尖波退火輻射源110。如後所詳述，以一不同於垂直入射的入射角來提供光軸A2的另一個理由係，輔助射束240的有效率耦接於該基材中最好係藉入射角和極化方向的睿智選擇來被完成。例如，令該入射角等於該基材的布儒斯特角，並使用P極化輻射。
在任何情況下，光纖技術可被有利地用來確保本發明的構件之間的妥當空間關係。例如，第8圖概略地示出第7圖的輔助射束單元200可被如何重排列以避免使該等產生 器210置於由基材鏡面地反射的輻射160之路徑中。如後所述，附加的光學設備譬如電信中心中繼系統可被與光纖或波導技術一起使用。配合本發明之其它光纖技術的使用將可為一般精習於該技術者在尋常實驗後輕易得知。
舉例的方法
在詳細描述本發明的方法之前，有些歷史透視要先說明。目前，有許多的雷射熱處理技術，例如尖波退火技術，需要一連續的CO2 雷射束被成形為一射束，其會以等於或接近布儒斯特角(約75°入射)來射擊該基材。由該射束所形成的影像可為大約0.1mm寬和約10mm長。該射束會以一垂直於其縱向的方向掃描通過該基材，且在掃描期間的累計劑量歷經該射束的整體10mm長度皆必須一致至約1%。
為實行此等雷射熱處理技術，一基材可在一尖波退火影像形成之前先例如藉一加熱卡盤或加熱燈等來被整體一致地預熱至一所需的中間溫度(典型介於400℃和700℃之間)。該基材可在大約一至數十秒內被預熱至該中間溫度。當該中間溫度達到時，其會保持一時間週期(例如由一至數十秒，甚至可能至一百秒)。熱尖波退火典型會在該射束掃描過該基材時於一短時間週期內發生(通常持續數分之一毫秒至數毫秒)。因為該CO2 雷射束係射擊在該中間溫度的基材，故該射束會被迅速地吸收。嗣，該整個基材會被緩慢地冷却下來。該冷却通常歷經數十秒且當該基材的熱輻射至其周圍區域時是未被控制的。
相對地，本發明包括使用一輔助輻射源來控制該預熱 與該後尖波冷却，以附加於或取代上述的加熱卡盤或燈等。該整個基材可起始於室溫或一升高的溫度。該輔助輻射源可被用來照射及預熱一較大區域至一所需溫度。但是，其斜升速率及/斜升時間和該預熱溫度乃可被由該輔助輻射源的輻射所形成的影像之強度廓形來控制。同樣地，由該輔助輻射源所形成的影像之強度廓形亦可被用來控制該斜降速率和斜降時間。該基材的塊體會保持在室溫或該初始升高溫度，且其會協助控制該斜降速率。
簡而言之，本發明的許多實施例之一係提供一種用以熱處理一基材之一表面的方法。該方法包括以第一和第二重疊影像照射該基材表面，而該基材可在室溫或在一升高溫度，及提供該基材表面與該等重疊影像之間的相對掃描運動而以一實質上一致的峰尖處理溫度來處理該基材表面上沿一掃描路徑的區域。該第一和第二影像可例如容許該基材沿該掃描路徑的區域會：(a)由一初始溫度被以一受控的前尖波加熱速率加熱至一第一中間溫度；(b)在一尖波處理週期內由該第一中間溫度帶至該巔峰處理溫度再至一第二中間溫度；及(c)以一受控的後尖波冷却速率由該第二中間溫度冷却至一最終溫度。可擇地，該步驟(a)或步驟(b)係可被略除，或能被分開地使用而沒有該尖波退火。
為改良尖波退火製法，本發明可使用一輔助雷射和適當的光學元件：(1)來在進行尖波退火之前(及/或之後)控制一基材所經歷的預熱溫度廓形，及/或(2)在後尖波冷却期間或該尖波退火之後來規制一基材所經歷的溫度廓形。第2圖 示出一基材表面之一特定區域被依本發明之一實施例來處理時可能經歷的溫度圖表。如所示，該特定區域起始於室溫，雖該區域亦可始於稍微升高的溫度。該輔助雷射可照射一延伸區域，並被用來掃描和預熱該特定區域至一所需的中間較高溫度。當該區域達到該所需的中間高原溫度時，一退火雷射影像可被掃描通過該區域來造成其尖波退火。於尖波退火期間，被該退火雷射影像照射的區域可突升至一所需的巔峰處理溫度。而當該退火雷射影像通過之後，該特定區域的溫度可減降至該中間高原溫度，並在經久之後可控制地斜降至該初始溫度，例如室溫、該初始升高溫度或該卡盤溫度。
在上述舉例的製程中，該斜升速率、斜升時間和預熱溫度等皆可藉用以預熱該晶圓的輔助雷射影像之照射廓形來控制。同樣地，來自同一雷射的影像之照射廓形亦可被用來控制該斜降速率和斜降時間。
上述舉例的製程可被使用第1圖所示的裝置來進行。控制器50可發送一控制信號S1至尖波退火輻射源110來啟動該退火輻射源。回應於此，尖波退火輻射源110會發射輻射130，其會被LTP光學系統120接收而形成尖波退火射束140。尖波退火射束140嗣會沿軸線A1前進至基材表面32，在該處其會形成一退火射束影像150。
控制器50亦會發送一控制信號S2至輔助輻射源210來啟動該輔助輻射源。回應於此，輔助輻射源210會發射輻射230，其會被輔助光學系統220接收而形成輔助射束240。輔 助射束240嗣會沿軸線A2前進至基材表面32，在該處其會形成一輔助射束影像250。
第3圖為基材表面32之一放大平面圖，乃示出一用於下述製程之退火射束影像150和輔助射束影像250的相對位置之實施例。如所示，退火射束影像150可容套在輔助射束影像250內，雖在任一情況下其影像邊緣可能不會被嚴格地界定。如所示，該退火射速影像150係被集中在輔助射束影像250的前緣254與後緣256之間。
如第2中所示，輔助射束影像250可與退火射束影像150至少部份地重疊。但是，影像重疊並非本發明之一要件，特別是當一加熱卡盤被使用時。第9圖為一圖表其提供退火影像150和輔助影像250沿Y軸在一特定時點的相對強度之一“突射”。如所示，影像150的強度廓形係被示出呈一點線曲線，而具有一比影像250更高的峰頂強度，其強度廓形係被示出呈一實線曲線。
控制器50亦會藉由控制信號S3來啟動階枱驅動器40。階枱驅動器40又會發送一驅動信號S4至階枱20，其會使該階枱沿如第3圖中之箭號322所示的負Y方向移動，故退火射束影像150和輔助射束影像250會沿箭號324所示的正Y方向(即掃描方向)來掃描通過基材表面32。結果，被掃描影像150和250所處理的該基材表面之特定區域乃可經歷第2圖所示的溫度廓形。
在第4圖所示的另一實施例中，輔助射束影像250係可緊隨在退火射束影像150之前或之後。該等加熱及輔助射束 影像的位置、尺寸和重疊量(或沒有重疊)乃視該熱處理的所需效能而定。針對某些裝置的最佳化，其可能需要該輔助射束來尾隨該退火射束，而針對其它裝置，則可能相反。假使一加熱卡盤被用來充分高地增升該基材的溫度，而使該退火射束被迅速地吸收，則不需要該二射束重疊。
例如在第4A圖中所示，本發明可被用來控制一基材在尖波退火進行之前所經歷的預熱溫度廓形，而不必規制一基材在後尖波冷却期間所經歷的溫度廓形。於此情況下，該輔助射束影像250可只重疊該退火射束影像150的前部。同樣地，如第4B圖中所示，本發明亦可被用來控制一基材在進行尖波退火之後所經歷的後尖波溫度廓形，而不必預熱該基材來供尖波退火。於此情況下，該輔助射束影像250的前部可只重疊該退火射束影像150的後部。
另一影像形狀的實施例係被示於第6圖中，輔助射束影像250係沿該X和Y方向大於退火射束影像150。
總而言之，本發明可依據影像強度廓形、影像形狀、掃描速度等，藉控制局部溫度和該局部溫度/時間斜率而被有利地用來實現局部化熱處理。
發明的變化例
本發明的變化例將可為一般熟習於該技術者所輕易得知。例如，雖該等圖式概略示出重疊的退火和輔助影像，但本發明並不要求該等影像重疊。此外，當重複地實驗時，將可發現最佳的第一和第二中間溫度係各為約400℃至約1000℃。該中間溫度可為相同或不同。
當本發明使用預熱時，該受控的前尖波加熱速率可被選擇來減少該基材中所累積的應力，及/或改良該基材的電子性能。例如，該受控的前尖波加熱速率可容許該基材表面沿該掃描路徑在該第二影像之前的區域於大約2秒以內被由該初始溫度加熱至該第一中間溫度。附加或另擇地，該受控的前尖波加熱速率亦可容許該基材表面沿該掃描路徑在該第二影像之前的區域沿一所需的溫度廓形被由該初始溫度加熱至該第一中間溫度。
同樣地，當本發明使用受控的後尖波冷却技術時，該受控的後尖波冷却速率係被選擇為能減少該基材中的應力累積及/或改良該基材的電子性能。在某些實例中，該受控的後尖波冷却速率可容許該基材表面沿該掃描路徑在該第二影像之後的區域於大約2秒以內被由該第二中間溫度冷却至該最終溫度。附加或另擇地，該受控的後尖波冷却速率亦可容許該基材表面沿該掃描路徑在該第二影像之後的區域沿一所需的溫度廓形被由該第二中間溫度冷却至該最終溫度。
就矽基材而言，該巔峰溫度可小於約1412℃，耑視是否需要一熔化或次熔化退火製程而定。在任何情況下，該尖波處理時間可能不大於約10ms，不論是否有任何的預熱或後尖波冷却。
不同的輻射源亦可被使用。輻射源可被由能產生連續射束的雷射和雷射二極體來選出，但它們並不受限於此。典型地，該退火影像是一細長的影像而具有一縱軸，且該 掃描路徑係垂直於該細長影像的縱軸。在任何情況下，該第一和第二影像的相對位置以及它們沿該掃描路徑前進的順序係可互換的，例如，藉著改變該階枱移行的方向。
由於使用本發明製成的基材所經歷之先前未有的溫度控制，相信任何使用本發明來處理的半導體晶圓將會比使用該領域中所習知的製法者具有更佳的微結構及/或電子性能優點。該等優點可藉由已知的技術來測量，譬如應力描圖和量度技術等，如在Owen之No.20070212856美國專利申請公開案中所示。故，本發明亦提供某些晶圓其含有使用本發明的方法所製成的微電子裝置，例如一微影結點以及該微電子裝置本身不大於及/或小於約65nm的微電子裝置。故，使用微影結點不大於約45nm、32nm、16nm及/或11nm之發明方法所製成的微電子裝置亦代表超越該技術之新穎且非顯而易知的改良。
此外，應請瞭解雖本發明已配合其較佳的特定實施例來被描述，但以上描述係用來舉例說明而非限制本發明的範圍。在本發明範圍內之其它的態樣、優點和修正等，將可為熟習本發明之所屬領域者輕易地得知。
於此所提到之全部的專利和專利申請案等皆併此附送參考，其整體內容係為與上述說明不相同的範圍。
10‧‧‧熱處理裝置
20‧‧‧階枱
22，32‧‧‧頂面
30‧‧‧基材
40‧‧‧階枱驅動器
50‧‧‧控制器
100‧‧‧尖波退火射束單元
110‧‧‧尖波退火輻射源
120‧‧‧尖波退火光學系統
130，230‧‧‧輻射
140‧‧‧尖波退火射束
150，250‧‧‧影像
152，252‧‧‧外緣
160‧‧‧反射輻射
200‧‧‧輔助射束單元
210‧‧‧輔助輻射源
220‧‧‧輔助光學系統
222‧‧‧光纖
224‧‧‧透鏡
240‧‧‧輔助射束
254‧‧‧前緣
256‧‧‧後緣
322‧‧‧移動方向
324‧‧‧掃描方向
A1‧‧‧光軸
A2，N‧‧‧軸線，法線
S1，S2，S3，S4，S5‧‧‧控制信號
第1圖為依本發明之一熱處理裝置實施例的側視示意圖。
第2圖為依本發明之一舉例製法的圖形，其示出一基材表面之一區域歷經一段時間的溫度變化。
第3圖為第1圖的基材表面在進行熱處理時之一平面圖，乃示出該退火射束影像和輔助射束影像當形成於該基材表面上時之一重疊的實施例。
第4A和4B圖統稱為第4圖，係為類似於第3圖的平面圖，乃示出一實施例。在第4A圖中，該輔助射束影像大致超前該退火射束影像，故該輔助射束只重疊該尖波退火影像的前導區域。在第4B圖中，該輔助射束影像大致尾隨該退火射束影像，故該退火射束影像只重疊該輔助射束影像的前導區域。
第5圖為一類似於第3圖的平面圖，乃示出一實施例其中該輔助射束影像相對於該退火射束影像沿著掃描方向前伸，且其中該二影像重疊。
第6圖為一類似於第3和5圖的平面圖，乃示出一實施例其中該輔助射束影像包圍整個退火射束影像。
第7圖示出一輔助射束單元其包含多數個輔助輻射束產生器各饋給一光纖。
第8圖示意地示出使用第7圖的輔助射束單元來照射一基材表面。
第9圖以圖表示出於該基材表面上沿著Y軸在一任意時間點之退火影像150與輔助影像250的相對強度之一“突射”。
10‧‧‧熱處理裝置
20‧‧‧階枱
22‧‧‧頂面
30‧‧‧基材
32‧‧‧頂面
40‧‧‧階枱驅動器
50‧‧‧控制器
100‧‧‧尖波退火射束單元
110‧‧‧尖波退火輻射源
120‧‧‧尖波退火光學系統
130‧‧‧輻射
140‧‧‧尖波退火射束
150，250‧‧‧影像
200‧‧‧輔助射束單元
210‧‧‧輔助輻射源
220‧‧‧輔助光學系統
230‧‧‧輻射
240‧‧‧輔助射束
A1‧‧‧光軸
A2，N‧‧‧軸線，法線
S1，S2，S3，S4，S5‧‧‧控制信號

Claims (5)

  1. 一種用於熱處理一基材之一表面的方法，包含：(a)以第一和第二影像照射該基材表面；及(b)提供該基材表面與該等影像之間的相對掃描運動，俾以一選定實質上一致的峰尖尖波處理溫度來處理該基材表面沿一掃描路徑的區域；其中：該第一影像具有一選定強度廓形和尺寸而能：以一受控的加熱斜升速率在一選定受控的加熱持續時間來由一初始溫度加熱該基材表面沿該掃描路徑的區域至一選定第一中間溫度；及以一受控的冷却斜降速率在一選定受控的冷却持續時間，將該基材表面沿該掃描路徑的區域冷却至一最終溫度；且該第二影像具有一選定強度廓形和尺寸而能將該基材表面沿該掃描路徑的區域，由一比該初始溫度更高的該第一中間溫度帶至該峰尖尖波處理溫度、及至一比該最終溫度更高的第二中間溫度。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中一卡盤會將該基材帶至該初始溫度。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，該第一和第二影像會重疊。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一和第二影像不重疊。
  5. 一種用於熱處理一基材之一表面的方法，包含： (a)以第一和第二影像照射該基材表面；及(b)提供該基材表面與該等影像之間的可逆相對掃描運動而以一選定實質上一致的峰尖處理溫度來處理該基材表面沿一掃描路徑的區域；其中：該第一影像具有一選定強度廓形和尺寸而能：以一受控的加熱斜升速率來將該基材表面沿該掃描路徑的區域在該第二影像之前由一初始溫度加熱至一第一中間溫度；及以一受控的冷却斜降速率來將該基材表面沿該掃描路徑的區域在該第二影像之後由一第二中間溫度冷却至一最終溫度；且該第二影像具有一選定強度廓形和尺寸而能將該基材表面沿該掃描路徑的區域由該第一中間溫度帶至該峰尖處理溫度及至該第二中間溫度。
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