TWI515797B - 雷射退火裝置、半導體裝置之製造方法 - Google Patents

雷射退火裝置、半導體裝置之製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI515797B
TWI515797B TW102113893A TW102113893A TWI515797B TW I515797 B TWI515797 B TW I515797B TW 102113893 A TW102113893 A TW 102113893A TW 102113893 A TW102113893 A TW 102113893A TW I515797 B TWI515797 B TW I515797B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
heated
laser light
irradiation
continuous laser
region
Prior art date
Application number
TW102113893A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201436043A (zh
Inventor
金田和德
湊忠玄
川瀨祐介
Original Assignee
三菱電機股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機股份有限公司 filed Critical 三菱電機股份有限公司
Publication of TW201436043A publication Critical patent/TW201436043A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI515797B publication Critical patent/TWI515797B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/073—Shaping the laser spot
    • B23K26/0732—Shaping the laser spot into a rectangular shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/083—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction
    • B23K26/0853—Devices involving movement of the workpiece in at least in two axial directions, e.g. in a plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66234—Bipolar junction transistors [BJT]
    • H01L29/66325—Bipolar junction transistors [BJT] controlled by field-effect, e.g. insulated gate bipolar transistors [IGBT]
    • H01L29/66333—Vertical insulated gate bipolar transistors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

雷射退火裝置、半導體裝置之製造方法
本發明是有關於一種例如用於基板中所導入的雜質之擴散及活性化的雷射退火裝置及使用該雷射退火裝置的半導體裝置之製造方法。
為了使藉由離子植入等而導入於半導體基板中的雜質擴散及活性化，對半導體基板實施了雷射退火。專利文獻1中揭示了一種雷射退火裝置，其具有：脈衝振盪雷射元件，放射脈衝雷射光；以及連續(或不連續)振盪雷射元件，放射促進退火的近紅外雷射光。此雷射退火裝置藉由照射近紅外雷射光使基板表面溫度到達穩定狀態(Steady state)後，照射脈衝雷射光。藉此，可充分地確保光透射深度與熱擴散長度而使位於基板的深處的雜質活性化。
【先前技術文獻】
【專利文獻】
【專利文獻1】日本專利特開2011-119297號
【專利文獻2】日本專利特開2009-302214號
【專利文獻3】國際公開WO2007/015388號
雷射退火處理較佳是以高速掃瞄雷射光的照射區域，同時充分地加熱被加熱物。但是，在專利文獻1所揭示的技術中，由於使用脈衝雷射光來加熱被加熱物，如果高速掃瞄照射區域就會有產生未被加熱部分的問題。
本發明是為了解決上述問題而做成的發明，其目的為提供一種可以高速掃瞄照射區域，同時充分地加熱被加熱物的雷射退火裝置及半導體裝置之製造方法。
依照本申請發明的雷射退火裝置的特徵在於包括：載台，承載被加熱物；第一雷射元件，放射第一連續雷射光；第一光學系統，將該第一連續雷射光導至該被加熱物，並於該被加熱物上形成第一照射區域；第二雷射元件，放射波長較該第一連續雷射光短的第二連續雷射光；第二光學系統，將該第二連續雷射光導至該被加熱物，並於該被加熱物上形成第二照射區域；系統控制器，以對於該被加熱物的各部分在掃瞄該第二照射區域之前掃瞄該第一照射區域的至少一部份的方式，掃瞄該第一照射區域與該第二照射區域。
依照本申請發明的半導體裝置之製造方法的特徵在於：於被加熱物照射第一連續雷射光而形成作為經該第一連續雷射光照射之區域的第一照射區域，並且於該被加熱物照射波長較該第一連續雷射光短的第二連續雷射光而形成作為經 該第二連續雷射光照射之區域的第二照射區域；以及以對於該被加熱物的各部分在掃瞄該第二照射區域之前掃瞄該第一照射區域的至少一部份的方式，掃瞄該第一照射區域與該第二照射區域。
本發明之其他特徵，藉由以下內容，以使其能更明顯易懂。
根據本發明，藉由連續雷射光的利用以及預備加熱的實施，可以高速掃瞄照射區域，同時充分地加熱被加熱物。
10‧‧‧載台
12‧‧‧載台控制器
14‧‧‧系統控制器
16a‧‧‧第一直流電源
16b‧‧‧第二直流電源
16c‧‧‧第三直流電源
16d‧‧‧第四直流電源
18a‧‧‧第一雷射元件
18b‧‧‧第二雷射元件
18c‧‧‧第三雷射元件
18d‧‧‧第四雷射元件
20a‧‧‧第一光學系統
20b‧‧‧第二光學系統
20c‧‧‧第三光學系統
20d‧‧‧第四光學系統
50‧‧‧被加熱物
52‧‧‧N型半導體基板
54‧‧‧P+擴散層
56‧‧‧N+擴散層
58‧‧‧氧化膜
60‧‧‧閘極電極
62‧‧‧射極電極
64‧‧‧N+緩衝層
66‧‧‧P+集極層
100‧‧‧第一照射區域
102‧‧‧第二照射區域
150‧‧‧半導體基板
152‧‧‧井擴散層
154‧‧‧元件隔離結構
156‧‧‧閘極電極
158‧‧‧擴散層
200‧‧‧第三照射區域
300、302‧‧‧重複區域
600‧‧‧第四照射區域
第1圖為依照本發明的實施型態1的一種雷射退火裝置的正面圖。
第2圖為被加熱物的部份的剖面圖。
第3圖為表示第一照射區域與第二照射區域的掃瞄方法的平面圖。
第4圖為表示被加熱物的溫度變化及吸收係數的變化的圖。
第5圖為表示退火處理中被加熱物的深度方向的溫度分布的圖。
第6圖為表示取決於照射範圍的掃瞄速度的圖。
第7圖為表示使用依照本發明的實施型態1的半導體裝置之製造方法之情況的被加熱物的溫度變化的圖。
第8圖為表示使用脈衝雷射光之情況的被加熱物的溫度變 化的圖。
第9圖為表示掃瞄方法的一例子的圖。
第10圖為表示掃瞄方法的一例子的圖。
第11圖為記憶體的剖面圖。
第12圖為表示雷射元件的例子的表。
第13圖為依照本發明的實施型態2的一種雷射退火裝置的正面圖。
第14圖為表示第一照射區域、第二照射區域及第三照射區域的配置的平面圖。
第15圖為表示依照本發明的實施型態3的第一照射區域、第二照射區域及第三照射區域的平面圖。
第16圖為依照本發明的實施型態3的一種雷射退火裝置的變形例的平面圖。
第17圖為表示依照本發明的實施型態4的第一照射區域、第二照射區域及第三照射區域的平面圖。
第18圖為表示依照本發明的實施型態4的一種雷射退火裝置的變形例的平面圖。
第19圖為表示依照本發明的實施型態4的一種雷射退火裝置的另一變形例的平面圖。
第20圖為表示第18圖之情況的被加熱物的溫度變化及吸收係數的變化的圖。
第21圖為表示第18圖之情況的被加熱物的深度方向的溫度分布的圖。
第22圖為表示依照本發明的實施型態5的第一照射區域 及第二照射區域的平面圖。
第23圖為表示依照本發明的實施型態5的一種雷射退火裝置的變形例的平面圖。
第24圖為依照本發明的實施型態6的一種雷射退火裝置的正面圖。
第25圖為表示依照本發明的實施型態6的第一照射區域、第二照射區域及第四照射區域的平面圖。
第26圖為表示根據第一照射區域、第二照射區域及第四照射區域之掃瞄的被加熱物的溫度變化及吸收係數的變化的圖。
第27圖為表示被加熱物的深度方向的溫度分布的圖。
第28圖為表示依照本發明的實施型態6的一種退火裝置的變形例的平面圖。
以下，關於本發明的較佳實施型態的雷射退火裝置及半導體裝置之製造方法，請參照圖式並具體的說明。有相同或對應的構成要素給予相同的符號，並省略重複的說明之情況。
實施型態1
第1圖為依照本發明的實施型態1的一種雷射退火裝置的正面圖。此雷射退火裝置包括有承載被加熱物的載台10。載台10連接載台控制器12。載台控制器12連接系統控制器14。載台控制器12接受來自系統控制器14的指令而改變載台10的位置。
系統控制器14連接第一直流電源16a與第二直流 電源16b。系統控制器14控制第一直流電源16a與第二直流電源16b的開關。第一直流電源16a連接第一雷射元件18a。第一雷射元件18a接受來自第一直流電源16a的直流電壓的供給而放射第一連續雷射光。第一連續雷射光的波長例如是808nm。在第一連續雷射光照射到的場所形成有第一光學系統20a。第一光學系統20a將第一連續雷射光導至被加熱物，並於被加熱物上形成第一照射區域。所謂第一照射區域是指被加熱物中被第一連續雷射光照射的區域。
第二直流電源16b連接第二雷射元件18b。第二雷 射元件18b接受來自第二直流電源16b的直流電壓的供給而放射波長較第一連續雷射光短的第二連續雷射光。第二連續雷射光的波長例如是532nm。在第二連續雷射光照射到的場所形成有第二光學系統20b。第二光學系統20b將第二連續雷射光導至被加熱物，並於被加熱物上形成第二照射區域。所謂第二照射區域是指被加熱物中被第二連續雷射光照射的區域。
第2圖為被加熱物50的部份的剖面圖。被加熱物 50形成有擊穿型IGBT(絕緣閘極雙極電晶體，Insulated Gate Bipolar Transistor)。簡單的說明被加熱物50的製造程序。首先，在N型半導體基板52的上表面側形成P+擴散層54、N+擴散層56、覆蓋於氧化膜58上的閘極電極60、以及射極電極62。射極電極62例如是使用鋁。接著，以使半導體基板52的厚度例如為100微米的方式，研磨半導體基板52的下表面側。 接著，以離子植入等於半導體基板52的下表面側植入N+緩衝 層64的雜質以及P+集極層66的雜質。
依照本發明的實施型態1的半導體裝置之製造方 法中，使用雷射退火裝置使被加熱物50的下表面側的雜質擴散及活性化。第3圖為表示第一照射區域與第二照射區域的掃瞄方法的平面圖。首先，將被加熱物50承載於載台10上。在第3圖中，被加熱物50的集極層66表示為表面。之後。往箭號方向掃瞄第一照射區域100與第二照射區域102。此掃瞄可以使接收了來自系統控制器14之指令的載台控制器12移動載台10來實現。
以對於被加熱物50的各部分在掃瞄第二照射區域 102之前掃瞄第一照射區域100的至少一部份的方式，掃瞄第一照射區域100與第二照射區域102。而且，第一照射區域100的掃瞄方向之寬度、第二照射區域102的掃瞄方向之寬度例如分別為100微米、50微米，但並沒有特別限定於這些寬度。
系統控制器14以使第一照射區域100與第二照射 區域102的掃瞄速度成為50~1000[m/min]的方式，掃瞄第一照射區域100與第二照射區域102。而且，也可以不移動載台10，而使系統控制器14移動第一光學系統20a與第二光學系統20b來掃瞄第一照射區域100與第二照射區域102。
第4圖為表示被加熱物的溫度變化及吸收係數的 變化的圖。溫度及吸收係數的測定點例如第3圖所示的P1的場所。在測量點的正上方掃瞄了第一照射區域的時間表示為「第一連續雷射光」；在測量點的正上方掃瞄了第二照射區域的時間表示為「第二連續雷射光」。掃瞄了第一照射區域，就 提高了被加熱物的吸收係數。然後，因為在被加熱物的吸收係數提高的場所掃瞄第二照射區域，與只掃瞄了第二照射區域的情況相比可以提高測定點的到達溫度。
第5圖為表示退火處理中被加熱物的深度方向的 溫度分布的圖。明白到相較於只掃瞄第二照射區域的情況，掃瞄第一照射區域與第二照射區域的情況可以高溫退火。
根據依照本發明的實施型態1的半導體裝置之製 造方法，因為使用了第一連續雷射光、第二連續雷射光，所以可以提高第一照射區域與第二照射區域的掃瞄速度。第6圖為表示取決於照射範圍的掃瞄速度的圖。若使用連續雷射光，即使提升掃瞄速度，也沒有照射遺漏；若使用脈衝雷射光並提升掃瞄速度，則產生了照射遺漏。使用連續雷射光可以無照射遺漏而提高第一照射區域與第二照射區域的掃瞄速度。
第7圖為表示使用依照本發明的實施型態1的半 導體裝置之製造方法的情況的被加熱物的溫度變化的圖。測定點例如第3圖所示的P1的場所。測定點的溫度成為最大的時刻為第二照射區域掃瞄測定點的時刻。在此時刻之前，從平面來看第二照射區域主要是掃瞄測定點的上方；在此時刻之後，從平面來看第二照射區域主要是掃瞄測定點的下方。掃瞄速度為400[m/min]。因為從溫度峰值開始到下一個溫度峰值出現之前會回到大致常溫，所以被測定物在加熱後快速地放熱而幾乎無法蓄熱。因此，被加熱物的上表面溫度維持在低的值。
第8圖為表示使用脈衝雷射光時的被加熱物的溫度變化的圖。以在被加熱物上不產生照射不均的方式，與使用 連續光的情況相比而減慢照射區域的掃瞄速度。掃瞄速度為4.2[m/min]。因為從溫度峰值開始到下一個溫度峰值出現之前不會回到常溫，所以被加熱物會蓄熱。因此，被加熱物的上表面溫度維持在高的值。
如此，使用連續雷射光可以使無照射不均而高速 地掃瞄第一照射區域與第二照射區域成為可能。而且，高速地掃瞄第一照射區域與第二照射區域來充分地提高下表面的溫度，使緩衝層64以及集極層66的雜質擴散及活性化，並且可以抑制上表面的溫度的上昇。保持低的上表面的溫度，不會對基板上表面側的擴散層等賦予變化，且可以確保由鋁形成之射極電極62的可靠度。
根據依照本發明的實施型態1的雷射退火裝置和 半導體裝置之製造方法，藉由對於被加熱物的各部分的第一照射區域的掃瞄(相對於第二連續雷射光)來提高吸收係數後，掃瞄第二照射區域。因此，相較於只掃瞄第二照射區域的情況而使高溫退火處理成為可能。本發明的實施型態1中，因為使第一照射區域與第二照射區域的掃瞄高速化，而難以使被加熱物成為高溫。在此，藉由源自第一照射區域的預備加熱來提高被加熱物的吸收係數變的重要。
也可以利用系統控制器14在掃瞄了第一照射區域 與第二照射區域的區域之1/2~2/3的部分，再度掃瞄第一照射區域與第二照射區域。第9圖為表示在掃瞄了第一照射區域與第二照射區域的區域之1/2的部分，再度掃瞄第一照射區域與第二照射區域的平面圖。第10圖為表示在掃瞄了第一照射區 域與第二照射區域的區域之2/3的部分，再度掃瞄第一照射區域與第二照射區域的平面圖。若對如此的掃瞄了第一照射區域與第二照射區域的部分的一部份再度掃瞄第一照射區域與第二照射區域，因為可以對被加熱物照射無洩漏的雷射光而可以均勻的加熱被加熱物的下表面。
也可以利用系統控制器14以不與已經掃瞄了第一 照射區域與第二照射區域的區域重疊、且與此區域無間隙的方式，掃瞄第一照射區域與第二照射區域。在此情況下，因為可以縮短用於掃瞄被加熱物整體的掃瞄距離，所以可以短時間處理。
本發明的雷射退火裝置及半導體裝置之製造方法 較佳是可用於在上表面與下表面形成有擴散層的被加熱物之任一方的表面的退火。在上表面與下表面形成有擴散層、於下表面側施予熱處理的被加熱物為IGBT、金氧半場效電晶體(MOSFET)、二極體等。
然而，加熱對象也可以是只在上表面與下表面的 其中之一形成有擴散層的被加熱物。只在上表面形成有擴散層的被加熱物為記憶體(memory)、微控制器(micro-controller)、功率分離元件(power discrete)等。第11圖為記憶體的剖面圖。 簡單的說明記憶體的製造程序。首先，於半導體基板150的上表面形成井擴散層152、元件隔離結構154、閘極電極156。接著以離子植入等於半導體基板150中植入成為源極汲極的擴散層158的雜質。
使用依照本發明的實施型態1的雷射退火裝置加 熱半導體基板150的上表面而使成為源極汲極的擴散層158的雜質擴散及活性化。雷射退火後，形成由鋁構成的金屬配線，並對應半導體裝置的用途而研磨晶圓的背面側。而且，在本發明的實施型態1中，被加熱物的材料例如是Si、SiC或GaN，但並沒有特別限定於這些化合物。
在此，為了微細化半導體裝置(被加熱物)，而淺淺 地形成源極汲極的擴散層。根據依照本發明的實施型態1的雷射退火裝置，由於可以短時間且高溫的退火處理，可以抑制雜質的擴散而得到淺的擴散層。
第一連續雷射光與第二連續雷射光的波長，只要 第一連續雷射光的波長大於第二連續雷射光的波長，則並沒有特別限定。例如，如第12圖所示，可以適當的選擇各種雷射元件。
第一連續雷射光與第二連續雷射光相對於被加熱 物可以垂直地入射也可以傾斜地入射。而且，也可以每次稍微變化此入射角來掃瞄第一照射區域與第二照射區域。此外，這些變形也可以應用於後續的實施型態的雷射退火裝置與半導體裝置之製造方法。
實施型態2 由於本發明的實施型態2的雷射退火裝置及半導體裝置之製造方法與實施型態1的一致點很多，因此以與實施型態1的不同點為中心作說明。第13圖為依照本發明的實施型態2的一種雷射退火裝置的正面圖。此雷射退火裝置包括有連接系統控制器14的第三直流電源16c。
第三雷射元件18c連接第三直流電源16c。第三雷 射元件18c接受來自第三直流電源16c的直流電壓的供給而放射波長較第二連續雷射光長的第三連續雷射光。第三光學系統20c將第三連續雷射光導至被加熱物，並於被加熱物上形成第三照射區域。所謂第三照射區域是指被加熱物中被第三連續雷射光照射的區域。
第14圖為表示第一照射區域100、第二照射區域 102及第三照射區域200的配置的平面圖。系統控制器14以對於被加熱物的各部分在掃瞄第二照射區域102之後掃瞄第三照射區域200的方式，掃瞄第三照射區域200。
因第二照射區域102的掃瞄或其以前的製程的原 因，而有被加熱物中產生結晶缺陷等損傷的情況。在第二照射區域102之後掃瞄第三照射區域200，使該損傷的回復成為可能。如此，以波長較長雷射光來實施雷射退火處理中的最後加熱，可以使被加熱物的損傷回復。用於得到此效果的雷射光並不限於連續光，也可以是脈衝光。後續的實施型態也相同。
實施型態3
由於本發明的實施型態3的雷射退火裝置及半導體裝置之製造方法與實施型態2的一致點很多，因此以與實施型態2的不同點為中心作說明。第15圖為表示依照本發明的實施型態3的第一照射區域100、第二照射區域102及第三照射區域200的平面圖。第一照射區域100的一部分與第二照射區域102的一部分重疊而形成重複區域300。第二照射區域102的一部分與第三照射區域200的一部分重疊而形成重複區域302。
重複區域300及重複區域302藉由第一雷射元件 18a、第一光學系統20a、第二雷射元件18b、第二光學系統20b、第三雷射元件18c、第三光學系統20c之相對位置的調整來形成。具體而言，縮短第一雷射元件18a與第二雷射元件18b的間隔、調整第一光學系統20a與第二光學系統20b的焦點距離而形成重複區域300。重複區域302也是同樣。由於形成了重複區域300及重複區域302，與實施型態2的情況相比，可以縮短掃瞄方向的寬度。因此，可以縮短雷射退火需要的時間。
第16圖為依照本發明的實施型態3的一種雷射退 火裝置的變形例的平面圖。在不需要被加熱物的損傷回復的情況下，如第16圖所示，也可以省略第三照射區域。
實施型態4
由於本發明的實施型態4的雷射退火裝置及半導體裝置之製造方法與實施型態3的一致點很多，因此以與實施型態3的不同點為中心作說明。第17圖為表示依照本發明的實施型態4的第一照射區域100、第二照射區域102及第三照射區域200的平面圖。第二照射區域102的掃瞄方向之寬度較第一照射區域100的掃瞄方向之寬度長。如此，由於可以使因波長短的第二連續雷射光的加熱時間變長，而可以高溫加熱到被加熱物的深處。
第18圖為表示依照本發明的實施型態4的一種雷射退火裝置的變形例的平面圖。如此變形例所示，可以省略用於被加熱物的損傷回復的第三照射區域。第19圖為表示依照本發明的實施型態4的一種雷射退火裝置的另一變形例的平面 圖。如此變形例所示，也可以省略第三照射區域並且使第一照射區域100的一部分與第二照射區域102的一部分重疊。第20圖為表示第18圖之情況的被加熱物的溫度變化及吸收係數的變化的圖。因第二連續雷射光的加熱時間變長，而可以提高測定點的到達溫度。第21圖為表示第18圖之情況的被加熱物的深度方向的溫度分布的圖。
實施型態5
由於本發明的實施型態5的雷射退火裝置及半導體裝置之製造方法與實施型態1的一致點很多，因此以與實施型態1的不同點為中心作說明。第22圖為表示依照本發明的實施型態5的第一照射區域100及第二照射區域102的平面圖。第一照射區域100的掃瞄方向之寬度較第二照射區域102的掃瞄方向之寬度長。藉此，可以安定地提升因第一照射區域100的被加熱物的吸收係數。此外，第一照射區域100的一部份較第二照射區域102在掃瞄方向之後方變寬。因此，也可以使被加熱物的損傷回復。
第23圖為表示依照本發明的實施型態5的一種雷 射退火裝置的變形例的平面圖。第一照射區域100的掃瞄方向之寬度較第二照射區域102的掃瞄方向之寬度長，可以充分的預備加熱及使被加熱物的損傷回復。
實施型態6
由於本發明的實施型態6的雷射退火裝置及半導體裝置之製造方法與實施型態1的一致點很多，因此以與實施型態1的不同點為中心作說明。第24圖為依照本發明的實施型態6的 一種雷射退火裝置的正面圖。第四直流電源16d連接系統控制器14。第四雷射元件18d連接第四直流電源16d。第四雷射元件18d接受來自第四直流電源16d的直流電壓的供給而放射波長較第一連續雷射光短的第四連續雷射光。第四光學系統20d將第四連續雷射光導至被加熱物，並於被加熱物上形成第四照射區域。所謂第四照射區域是指被加熱物中被第四連續雷射光照射的區域。
第25圖為表示依照本發明的實施型態6的第一照射區域100、第二照射區域102及第四照射區域600的平面圖。系統控制器14以對於被加熱物的各部分在掃瞄第二照射區域102之後掃瞄第四照射區域600的方式，掃瞄第四照射區域600。
使用多個放射波長較第一連續雷射光短的雷射光 的雷射元件，可以增長被加熱物的加熱時間。第26圖為表示根據第一照射區域、第二照射區域及第四照射區域之掃瞄的被加熱物的溫度變化及吸收係數的變化的圖。與實施型態1相比較，加上第四照射區域可以提高被加熱物的下表面之到達溫度。第27圖為表示被加熱物的深度方向的溫度分布的圖。第28圖為表示依照本發明的實施型態6的一種退火裝置的變形例的平面圖。第一照射區域100的一部份較第二照射區域102及第四照射區域600在掃瞄方向之後方變寬。因此，可以使因第二照射區域102及第四照射區域600的掃瞄而產生的損傷回復。
上述實施型態1~6的雷射退火裝置及半導體裝置 之製造方法的特徵也可以適當的組合。
10‧‧‧載台
12‧‧‧載台控制器
14‧‧‧系統控制器
16a‧‧‧第一直流電源
16b‧‧‧第二直流電源
18a‧‧‧第一雷射元件
18b‧‧‧第二雷射元件
20a‧‧‧第一光學系統
20b‧‧‧第二光學系統

Claims (11)

  1. 一種雷射退火裝置，其特徵在於包括：載台，承載被加熱物；第一雷射元件，放射第一連續雷射光；第一光學系統，將前述第一連續雷射光導至前述被加熱物，並於前述被加熱物上形成第一照射區域；第二雷射元件，放射波長較前述第一連續雷射光短的第二連續雷射光；第二光學系統，將前述第二連續雷射光導至前述被加熱物，並於前述被加熱物上形成第二照射區域；系統控制器，以對於前述被加熱物的各部分在掃瞄前述第二照射區域之前掃瞄前述第一照射區域的至少一部份的方式，掃瞄前述第一照射區域與前述第二照射區域；第三雷射元件，放射波長較前述第二連續雷射光長的第三連續雷射光；以及第三光學系統，將前述第三連續雷射光導至前述被加熱物，並於前述被加熱物上形成第三照射區域；其中前述系統控制器，以對於前述被加熱物的各部分在掃瞄前述第二照射區域之後掃瞄前述第三照射區域的方式，掃瞄前述第三照射區域。
  2. 一種雷射退火裝置，其特徵在於包括：載台，承載被加熱物；第一雷射元件，放射第一連續雷射光；第一光學系統，將前述第一連續雷射光導至前述被加熱 物，並於前述被加熱物上形成第一照射區域；第二雷射元件，放射波長較前述第一連續雷射光短的第二連續雷射光；第二光學系統，將前述第二連續雷射光導至前述被加熱物，並於前述被加熱物上形成第二照射區域；系統控制器，以對於前述被加熱物的各部分在掃瞄前述第二照射區域之前掃瞄前述第一照射區域的至少一部份的方式，掃瞄前述第一照射區域與前述第二照射區域；第四雷射元件，放射波長較前述第一連續雷射光短的第四連續雷射光；以及第四光學系統，將前述第四連續雷射光導至前述被加熱物，並於前述被加熱物上形成第四照射區域；其中前述系統控制器，以對於前述被加熱物的各部分在掃瞄前述第二照射區域之後掃瞄前述第四照射區域的方式，掃瞄前述第四照射區域。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之雷射退火裝置，其中以使前述第一照射區域的一部分與前述第二照射區域的一部分重疊的方式，配置前述第一雷射元件、前述第一光學系統、前述第二雷射元件及前述第二光學系統。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之雷射退火裝置，其中前述第二照射區域的掃瞄方向之寬度較前述第一照射區域的掃瞄方向之寬度長。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之雷射退火裝置，其中前述第一照射區域的掃瞄方向之寬度較前述第二照射區域的 掃瞄方向之寬度長。
  6. 一種雷射退火裝置，其特徵在於包括：載台，承載被加熱物；第一雷射元件，放射第一連續雷射光；第一光學系統，將前述第一連續雷射光導至前述被加熱物，並於前述被加熱物上形成第一照射區域；第二雷射元件，放射波長較前述第一連續雷射光短的第二連續雷射光；第二光學系統，將前述第二連續雷射光導至前述被加熱物，並於前述被加熱物上形成第二照射區域；系統控制器，以對於前述被加熱物的各部分在掃瞄前述第二照射區域之前掃瞄前述第一照射區域的至少一部份的方式，掃瞄前述第一照射區域與前述第二照射區域；其中前述第一照射區域的一部份較前述第二照射區域在掃瞄方向之後方變寬。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之雷射退火裝置，其中前述系統控制器在掃瞄了前述第一照射區域與前述第二照射區域的區域之1/2~2/3的部分，再度掃瞄前述第一照射區域與前述第二照射區域。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之雷射退火裝置，其中前述系統控制器以不與已經掃瞄了前述第一照射區域與前述第二照射區域的區域重疊、且與此區域無間隙的方式，掃瞄前述第一照射區域與前述第二照射區域。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之雷射退火裝置，其中前述系 統控制器以使掃瞄速度成為50~1000[m/min]的方式，掃瞄前述第一照射區域與前述第二照射區域。
  10. 一種半導體裝置之製造方法，其特徵在於：於被加熱物照射第一連續雷射光而形成作為經前述第一連續雷射光照射之區域的第一照射區域，並且於前述被加熱物照射波長較前述第一連續雷射光短的第二連續雷射光而形成作為經前述第二連續雷射光照射之區域的第二照射區域，以對於前述被加熱物的各部分在掃瞄前述第二照射區域之前掃瞄前述第一照射區域的至少一部份的方式，掃瞄前述第一照射區域與前述第二照射區域；以及於前述被加熱物照射波長較前述第二連續雷射光長的第三連續雷射光而形成作為經前述第三連續雷射光照射之區域的第三照射區域，以對於前述被加熱物的各部分在掃瞄前述第二照射區域之後掃瞄前述第三照射區域的方式，掃瞄前述第三照射區域。
  11. 一種半導體裝置之製造方法，其特徵在於：於被加熱物照射第一連續雷射光而形成作為經前述第一連續雷射光照射之區域的第一照射區域，並且於前述被加熱物照射波長較前述第一連續雷射光短的第二連續雷射光而形成作為經前述第二連續雷射光照射之區域的第二照射區域，以對於前述被加熱物的各部分在掃瞄前述第二照射區域之前掃瞄前述第一照射區域的至少一部份的方式，掃瞄前述第一照射區域與前述第二照射區域；於前述被加熱物的上表面與下表面形成擴散層； 前述第一照射區域與前述第二照射區域掃瞄前述上表面或前述下表面；以及前述第一照射區域與前述第二照射區域的掃瞄速度為50~1000[m/min]。
TW102113893A 2013-03-07 2013-04-19 雷射退火裝置、半導體裝置之製造方法 TWI515797B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2013/056296 WO2014136237A1 (ja) 2013-03-07 2013-03-07 レーザアニール装置、半導体装置の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201436043A TW201436043A (zh) 2014-09-16
TWI515797B true TWI515797B (zh) 2016-01-01

Family

ID=51490796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102113893A TWI515797B (zh) 2013-03-07 2013-04-19 雷射退火裝置、半導體裝置之製造方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9691619B2 (zh)
EP (1) EP2966671B1 (zh)
JP (1) JP6028849B2 (zh)
KR (1) KR20150115008A (zh)
CN (1) CN105074875B (zh)
TW (1) TWI515797B (zh)
WO (1) WO2014136237A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107398634A (zh) * 2016-05-19 2017-11-28 上海新昇半导体科技有限公司 一种激光退火装置及激光退火方法
GB201614342D0 (en) * 2016-08-22 2016-10-05 M-Solv Ltd An apparatus for annealing a layer of amorphous silicon, a method of annealing a layer of amorphous silicon, and a flat panel display
KR102099890B1 (ko) * 2017-05-18 2020-04-14 세메스 주식회사 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
JP7024433B2 (ja) * 2018-01-19 2022-02-24 富士電機株式会社 不純物導入装置、不純物導入方法及び炭化ケイ素半導体装置の製造方法
JP2019125762A (ja) * 2018-01-19 2019-07-25 富士電機株式会社 不純物導入方法及び半導体装置の製造方法
CN110181165B (zh) * 2019-05-27 2021-03-26 北京华卓精科科技股份有限公司 激光预热退火系统和方法
JP7181845B2 (ja) 2019-09-05 2022-12-01 株式会社東芝 半導体装置の製造方法

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100269350B1 (ko) * 1991-11-26 2000-10-16 구본준 박막트랜지스터의제조방법
JP3669384B2 (ja) 1995-08-22 2005-07-06 独立行政法人理化学研究所 半導体基板中へのドーピング層の形成方法
JPH1041244A (ja) 1996-07-24 1998-02-13 Sony Corp レーザ処理装置及び半導体装置の製造方法
JP2000066133A (ja) * 1998-06-08 2000-03-03 Sanyo Electric Co Ltd レ―ザ―光照射装置
JP2001176814A (ja) 1999-12-15 2001-06-29 Sony Corp 薄膜半導体装置の製造方法および装置
TW552645B (en) * 2001-08-03 2003-09-11 Semiconductor Energy Lab Laser irradiating device, laser irradiating method and manufacturing method of semiconductor device
US6750423B2 (en) 2001-10-25 2004-06-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation method, laser irradiation apparatus, and method of manufacturing a semiconductor device
JP4397582B2 (ja) * 2001-12-21 2010-01-13 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法
JP2004128421A (ja) 2002-10-07 2004-04-22 Semiconductor Energy Lab Co Ltd レーザ照射方法およびレーザ照射装置、並びに半導体装置の作製方法
JP2004349269A (ja) 2003-01-15 2004-12-09 Sharp Corp 結晶化半導体薄膜の製造方法ならびにその製造装置
DE602004020538D1 (de) 2003-02-28 2009-05-28 Semiconductor Energy Lab Verfahren und Vorrichtung zur Laserbestrahlung, sowie Verfahren zur Herstellung von Halbleiter.
US7304005B2 (en) * 2003-03-17 2007-12-04 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method for manufacturing a semiconductor device
US7279721B2 (en) * 2005-04-13 2007-10-09 Applied Materials, Inc. Dual wavelength thermal flux laser anneal
US7943534B2 (en) * 2005-08-03 2011-05-17 Phoeton Corp. Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device manufacturing system
JP2007273833A (ja) 2006-03-31 2007-10-18 Sharp Corp 半導体膜の結晶化装置および結晶化方法
US7615722B2 (en) * 2006-07-17 2009-11-10 Coherent, Inc. Amorphous silicon crystallization using combined beams from optically pumped semiconductor lasers
JP5073260B2 (ja) * 2006-09-29 2012-11-14 日立コンピュータ機器株式会社 レーザアニール装置及びレーザアニール方法
JP5605821B2 (ja) 2008-06-11 2014-10-15 ワイエイシイフェトン株式会社 レーザアニール装置
JP4678700B1 (ja) 2009-11-30 2011-04-27 株式会社日本製鋼所 レーザアニール装置およびレーザアニール方法
DE102009059193B4 (de) 2009-12-17 2024-02-15 Innolas Solutions Gmbh Verfahren zur Dotierung von Halbleitermaterialien
US8575043B2 (en) * 2011-07-26 2013-11-05 United Microelectronics Corp. Semiconductor device and manufacturing method thereof
CN102489876B (zh) * 2011-11-11 2014-06-25 北京中科思远光电科技有限公司 一种采用激光辅助加热的激光退火方法及装置
US10226837B2 (en) * 2013-03-15 2019-03-12 Nlight, Inc. Thermal processing with line beams
TW201528379A (zh) * 2013-12-20 2015-07-16 Applied Materials Inc 雙波長退火方法與設備

Also Published As

Publication number Publication date
CN105074875B (zh) 2018-09-18
EP2966671A1 (en) 2016-01-13
EP2966671B1 (en) 2022-08-31
KR20150115008A (ko) 2015-10-13
WO2014136237A1 (ja) 2014-09-12
TW201436043A (zh) 2014-09-16
JPWO2014136237A1 (ja) 2017-02-09
US20150318175A1 (en) 2015-11-05
US9691619B2 (en) 2017-06-27
JP6028849B2 (ja) 2016-11-24
EP2966671A4 (en) 2017-01-25
CN105074875A (zh) 2015-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI515797B (zh) 雷射退火裝置、半導體裝置之製造方法
US20170221712A1 (en) Laser annealing apparatus and laser annealing method
TWI497600B (zh) 用於積體電路製造之具有減少圖案密度效應的超快速雷射退火
JP5586200B2 (ja) プレスパイクおよびポストスパイク温度制御をともなう基板の熱処理
KR101382994B1 (ko) 표면 반사도 변화의 최소화
JP5611212B2 (ja) 基板のアニールにおける熱量の管理
US9302348B2 (en) Ultrafast laser annealing with reduced pattern density effects in integrated circuit fabrication
KR20080015149A (ko) 반도체 장치의 제조 방법 및 반도체 장치의 제조 장치
JP6910742B2 (ja) レーザアニール方法及びレーザアニール装置
JP2016018816A (ja) 不純物導入方法、不純物導入装置及び半導体素子の製造方法
US20170162459A1 (en) Apparatus and Method for Ion Implantation
TWI729598B (zh) 用於熱處理基板的方法和關聯的系統
JP2012156390A (ja) レーザアニール方法及びレーザアニール装置
JP5660880B2 (ja) レーザアニール方法
KR101727677B1 (ko) 다수의 레이저 빔을 이용한 레이저 어닐링 장치 및 레이저 어닐링 방법
TW201220404A (en) In-situ heating and co-annealing for laser annealed junction formation
US20140363986A1 (en) Laser scanning for thermal processing
KR102426156B1 (ko) 이중 파장 어닐링 방법 및 장치
JP2015115401A (ja) レーザアニール方法およびレーザアニール装置
JP2014195004A (ja) 半導体素子の製造方法及び半導体素子の製造装置
JP2021093455A (ja) 半導体製造方法及び半導体製造装置
JP2020181849A (ja) 半導体装置の製造方法、及び、イオン注入装置