TWI695419B - 圖案化半導體裝置的雷射照射方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種圖案化半導體裝置的雷射照射方法，該圖案化半導體裝置包括次波長鰭狀結構的週期性陣列，所有鰭狀結構從該半導體裝置的基面直立並在該基面的對面限定該週期性陣列的上表面，各該鰭狀結構具有：
- 沿平行於該基面之第一方向的寬度，該寬度為該雷射波長的數量級或更小；
- 沿平行於該基面並垂直於該第一方向之第二方向的長度，該長度比該寬度大至少3倍；以及
- 沿垂直於該基面之第三方向的高度。
該雷射照射方法包括以下步驟：
- 藉由雷射模組產生UV脈衝雷射光束；
- 利用該雷射光束照射該上表面的至少一部分，
根據本發明，該方法更包括對該雷射光束賦予受控的極化狀態，以便可選擇性地控制該雷射光束的能量，該雷射光束沿該第三方向局部性地耦合到各該鰭狀結構。
Description
本發明總地來說關於一種退火圖案化半導體裝置以局部地修改所選擇的一組結構(或層)的電特性或結構特性而不影響半導體裝置的其餘結構的方法。
更具體地，本發明涉及一種雷射照射(通常是UV雷射光束)所選定的結構(特別是半導體裝置的鰭狀結構)而不會影響半導體裝置的其他結構(例如閘極)的方法。
在這種10nm半導體技術中，裝置結構非常脆弱。例如，未完成的鰭狀結構在製造過程的各個步驟期間很容易遭受到結構的損壞。此外，在某些步驟中，閘極，一組通常由低溫材料(例如金屬或多晶矽)所製成的且垂直於鰭狀結構的脆弱的層亦會呈現。在退火的具體情況下，必須特別是在鰭片區域達到非常高的溫度而沒有不希望的副作用，例如鰭片損壞、閘極損壞、閘極區域中的物質擴散、鰭片區域中的過量物質擴散。傳統上，解決方案是使用短時間尺度的製程，例如毫秒退火或次微秒雷射退火。然而，在這些例子中，加熱位置沒有很好地控制，僅受熱擴散長度的限制，從毫秒退火情況下的全晶圓厚度到短波長(例如，UV)次微秒退火情況下的微米尺度。後一種情況允許表面層的選擇性退火而不影響掩埋層，但是熱量在圖案化結構上的位置不受控制，這意味著表面層上的所有結構將以不受控制的方式加熱。
本發明的目的是能夠在指定的層(例如鰭片的基礎結構)中選擇性地產生熱量而不在另一層中產生熱量(例如，不在未完成的鰭片和閘極區域中產生熱量)。然後產生的熱量將從該目標區域擴散，從而最小化不希望的副作用。
對上述問題的已知解決方案是使用具有各種光學性質的抗反射塗層和/或吸收層來反射在不需要的區域中的光並吸收或傳遞在所需要的區域中的光。
因此，赫南德斯先生(Mr.Hernandez)等人在文章“Laser thermal processing using an optical coating for ultra-shallow junction formation
”中，Materials Science and Engineering B114-115(2004)105-108中揭露了藉由光學塗層覆蓋閘極源極/汲極區以最佳化雷射熱處理的電磁擴散。光學塗層應使閘極頂部的雷射反射最大化。
然而，上述揭露的解決方案存在著若干缺點。首先，它為製程增加了數個步驟，從而影響了成本和產量。 其次，由於類波導電磁耦合效應(繞射和干涉)，在具有典型尺寸(在雷射波長的範圍內)的結構的情況下，這種塗層方法效率低得多。
美國專利號7786024揭露了一種退火半導體奈米線的方法，該方法包括將極化的雷射光束施加到摻雜的奈米線。
雷射光束的極化可以被配置為對由所施加的雷射光束的輻射的奈米線所為的吸收進行修改。
例如，雷射光束可以是圓極化的，在實質上地平行於軸的方向上極化，或者實質上地垂直於軸以修改吸收。
在一個態樣中，可以以一種不會對半導體奈米線和基底造成損壞的方式執行極化雷射退火來退火半導體奈米線。
在另一個態樣中，可以以一種方式執行極化雷射退火來熔化或磨損特定奈米線。例如，可以保持將奈米線實質上地垂直地對準於雷射光束的極化，而具有其他對準的奈米線(例如平行於雷射光束的極化)被熔化或磨損。
然而，美國專利號7786024沒有解決在指定的層(例如基區)中選擇性地產生熱量而不是在鰭狀結構的另一個層(未完成的區)中產生熱量。
因此，本發明提供一種圖案化半導體裝置的雷射照射方法，該圖案化半導體裝置包括次波長鰭狀結構的週期性陣列，所有鰭狀結構從該半導體裝置的基面直立並在該基面的對面限定該週期性陣列的上表面，各該鰭狀結構具有：
-沿平行於該基面之第一方向的寬度，該寬度為該雷射波長的數量級或更小；
-沿平行於該基面並垂直於該第一方向之第二方向的長度，該長度比該寬度大至少3倍，較佳為大5倍，更佳為大10倍；以及
-沿垂直於該基面之第三方向的高度；
該雷射照射方法包括以下步驟：
-藉由雷射模組產生UV脈衝雷射光束；
-利用該雷射光束照射該鰭狀結構的該週期性陣列的該上表面的至少一部分，其中該方法包括對該雷射光束賦予受控的極化狀態，以便可選擇性地控制該雷射光束的能量，該雷射光束沿該第三方向局部性地耦合到各該鰭狀結構。
較佳地，確定被賦予該雷射光束的該受控的極化狀態，以便進一步地控制各該鰭狀結構內沿該第三方向(在幅度和/或方向上)的熱擴散梯度。
在一個較佳的實施例中，根據該鰭狀結構的該週期性陣列的間距來確定被賦予該雷射光束的該受控的極化狀態。該間距通常低於該UV雷射光束的波長(≦355 nm)。通常，該鰭狀結構的間距(鰭片到鰭片週期)的範圍為10至300nm，較佳為40至275nm。
被賦予該雷射光束的該受控的極化狀態可以是線性、圓形、橢圓形、非極化或其組合。
該雷射光束通常垂直於該週期性陣列的上表面照射。
被賦予該雷射光束的該受控的極化狀態包括沿該第一方向的第一極化和/或沿該第二方向的第二極化。
該脈衝UV雷射光束的波長等於或小於355 nm，較佳地為308nm，該脈衝持續時間通常低於200ns，通常為20至200ns。
在一個較佳的實施例中，在用均勻雷射通量照射該半導體裝置之前均勻化該雷射光束。
通常，該雷射光束在該周期性陣列的該上表面上的該通量大於每平方米1焦耳。
本發明的方法還可以包括使該雷射光束成形的步驟，以便形成與整個半導體裝置的尺寸和形狀相匹配的照射區域。
該雷射模組通常是準分子雷射器模組，較佳地是氙氯雷射模組。
根據本發明之方法，其使用次10nm節點技術的特性，將所有主動鰭狀結構基於圖案化的要求，定向在給定的方向上。
在週期性結構的密集陣列中，取決於相對於光的極化之結構定向，可以選擇性地發送或反射極化雷射光。
考慮到吸收非常高的材料(＜10 nm吸收長度，或吸收係數＞106
cm-1
，這是矽中UV波長的情況)，所有的光在典型的主動層的厚度內被吸收或者所有的光的一部分被吸收。因此，熱量的產生局限於這樣的層之中。
考慮到具有足夠短的脈衝持續時間(＜200ns)的脈衝雷射，這種熱量的擴散可以被限制在至層的典型尺寸之空間中。
如圖1所示，代表16nm節點技術的典型矽鰭狀結構1由具有308nm波長和160ns脈衝持續時間的UV雷射光的脈衝雷射所照射。
更具體地，圖1示出了場效應電晶體，其具有從基底2(通常是矽基底)的上表面豎立的鰭狀結構1。閘極3也形成在基底2的上表面上。
圖2是根據本發明的鰭狀結構1的模擬橫截面示意圖。如圖2所示，鰭狀結構1從基底2垂直地延伸，並包括未埋部分1a(鰭片頂部)和埋入部分1b(鰭片底部)。
鰭片頂部1a的高度通常為20至60nm的範圍之間且通常為約40nm，鰭片頂部的寬度通常為5至20nm的範圍之間且通常為約5nm。
鰭片底部1b的高度通常為30至100nm的範圍之間且通常為約60nm，並且鰭片底部1b(在與基底的界面處)的寬度的範圍為10至80nm之間且通常為約20nm。
鰭狀結構的間距通常為10至300nm的範圍之間，例如45nm、135nm、270nm。圖2的鰭狀結構的間距為45nm。
使用有限元素計算來模擬此結構的雷射光的電磁相互作用。
本發明考量到短(45nm)和長(135、270nm)鰭片到鰭片週期(或間距)。
在全橫向磁的情況下(TM，具有垂直地極化於鰭片最長的尺寸的光)，耦合發生在鰭片底部拐角處以及與基底的界面處。應注意，耦合的顯著部分發生在鰭片/基底界面的圓形底部拐角中。
在全橫向電場的情況下(TE，具有平行地極化於鰭片最長的尺寸的光)，耦合實質上地發生在鰭片區域中。於更接近波長(這裡為270nm)的大間距值，可以在基底中看到一些額外的耦合。
在去極化的情況下(50%TE+50%TM)，對於耦合具有最大的貢獻來自於頂部鰭片區域中的TE模態。對於長間距的情況，分佈更為均勻(鰭片vs.
基底)，但主要的耦合總是在鰭片頂部區域。
從熱學角度來看，可以藉由極化來控制最大溫度分佈。使用TM模態，從鰭片頂部到鰭片底部的溫差幾乎可以忽略不計(＜20℃)，然而使用100%TE極化模態時，獲得約375℃的熱梯度，最高溫度區域位於鰭片頂部。
熱擴散動力學也因此受極化控制。在純TM模態中，熱量從基底/鰭片界面向鰭片頂部擴散，從而在鰭片區域中產生非常均勻的溫度。
在去極化模態(例如50%TE)和全TE的情況下，熱量從頂部到底部擴散，從而導致更強的梯度，這可以藉由極化控制來控制。
在圖1所示之裝置的特殊情況下，金屬閘極3平行延伸於主動鰭狀結構1，這種極化控制可用於使用純TE模態在鰭狀結構1中局部地產生熱量。閘極3被垂直地於該方向定向，將只能看到TE模態，並因此僅能藉由雷射光(藉由擴散)間接地加熱。
在不存在有閘極並且鰭片底部1b是低溫材料(即，具有比鰭片頂部1a，例如SiGevs.
Si，更低的損壞溫度或有用溫度)的特殊情況下，使用純TM模態，可以選擇性地加熱鰭片底部1b或逆向地，使用TE模態以較少地加熱。
因此，參考圖3可以看出，藉由控制光極化，可以在鰭片頂部1a或鰭片底部1b中獲得高和低耦合，特別是在與基底2的界面處和/或其附近。
圖4、5和6示出了對於鰭狀結構的不同間距，如何使用脈衝UV雷射光束的不同極化來控制圖2的鰭狀結構內的加熱。
圖7是具有雷射光束極化控制的雷射器的實施例的示意圖。
在308nm發射的氙-氯化物準分子雷射器包括：
-準分子增益產生器1；
-由兩個平面反射鏡形成之在增益產生器兩端的光學諧振器：部分反射器2，其反射率在4%至60%之間(通常為25%)和高反射器3，其反射率為~100%；
-兩個極化板4和5分別位於增益產生器和反射鏡2和3之間。塗覆這些板使得它們對於一個極化(例如，Transmission(TM)≥70%)顯示出遠比另一個極化(例如Transmission(TE)≤20%)為大的傳遞係數。
當光在兩個諧振器反射鏡2和3之間振盪時，用於TM極化的板4和5之大得多的傳遞將迫使所得到的雷射脈衝大部分地沿著TM線性極化。
極化純度(即雷射光束接近完美線性極化的程度)將取決於板4和5對於不需要的極化(在這種情況下為TE)的精確傳遞以及光線在諧振器(其本身取決於增益持續時間和輸出反射鏡2的反射率)中的平均往返次數。例如，增加輸出反射鏡反射率2將增加往返次數，提高極化選擇性(但以總輸出能量作為代價)。
然後雷射光束由反射鏡6和光束轉移透鏡7傳輸，由微透鏡陣列8均質化並由透鏡系統9投射，以在半導體10的表面上形成均勻照明區域。另外，光學系統的雷射能量和放大率可被選擇以形成與半導體裝置的尺寸和形狀相匹配的照明區域。
可以藉由幾種方法調整雷射器的極化，以回應於上一段落中描述的特定退火要求：-選擇大部分地線性地TM極化光束：以TE和TM傳遞之間具有最大差異來插入板4和5；-選擇大部分地線性地TE極化光束：圍繞雷射光束軸將板4和5旋轉90°(值得注意的是，從線性TM切換到線性TE配置的另一種簡單方法是旋轉半導體基底90°以改變鰭狀結構相對於主導線性極化的定向)；-選擇50/50的極化比(即“非極化光束”)，移除板4和5，因為典型的準分子雷射器自然會表現出這種極化狀態；-選擇介於非極化狀態(50/50)和完美線性狀態(TE或TM)之間中間的極化比率，可以改變板4和5的入射角或選擇TE和TM傳遞優化(與TM和TE之間的目標最大差異相比)的板。
圖8是控制雷射光束極化的雷射器的另一個實施例的示意圖。
用於控制入射在晶圓上的雷射光束的極化狀
態的一種替代方案是，隨雷射諧振器1之後以雷射能量在極化過程中沒有丟失這樣的方式進行。
圖8示出了實現此方案的一種方式。在這種情況下，極化板4可以將極化分量s和p分成兩個不同的子光束，並且半波長(λ/2)板5可以旋轉其中一個子光束(圖8的示例中的p)的極化，以使得最終具有兩個相同極化(圖8的示例中的s)的子光束。
然後可以在光學系統中重新組合此兩子光束。一個方便的方法是使用光束均質化器8。這將造成入射在晶圓10上的完美極化光束(s或p)。
對於在極端情況100%s或100%p之間控制的極化狀態，半波長板(極化板4)可以由可變衰減器代替，以控制將在光束均質化器(微透鏡陣列8)中組合的比率s和p。
1:鰭狀結構
1a:鰭片頂部
1b:鰭片底部
2:基底
3:閘極
4:極化板
5:極化板
6:反射鏡
7:光束轉移透鏡
8:微透鏡陣列
9:透鏡系統
10:半導體
下面的說明是參考附圖而進行的，其中：
圖1是根據本發明的具有鰭狀結構的場效應電晶體裝置的三維示意圖，並且沿著該鰭狀結構的長度(第一方向)由具有全橫向電場模態(TE模態)的雷射光照射以及越過該鰭狀結構的長度，即沿著該鰭狀結構的寬度(第二方向)，由具有全橫向磁模態(TM模態)的雷射光照射；
圖2是本發明的鰭狀結構的模擬二維橫截面代表圖；
圖3是當圖2之模擬鰭狀結構由不同極化的脈衝UV雷射光束照射時，其中之熱分佈(W/m3
)之代表圖；
圖4是鰭狀結構之從頂部到底部(與基底的界面)的熱梯度曲線圖，作為週期性陣列的間距和UV脈衝雷射光束的不同極化狀態(曲線A 100%TE模態、曲線B 50%TE模態+50%TM模態、曲線C 35%TE模態+65%TM模態以及曲線D 100%TM模態)的函數；
圖5是鰭狀結構之從頂部到底部(與基底的界面)的熱梯度曲線圖，作為TE模態極化分量(%)的函數；
圖6是針對不同極化之鰭狀結構的中心的溫度分布的曲線圖。圖示溫度為退火過程中於任何時間點所達到的最大值；
圖7是雷射模組的一個實施例的示意圖，該雷射模組控制雷射光束的極化；以及
圖8是控制雷射光束的極化的雷射模組的另一個實施例的示意圖。
1‧‧‧鰭狀結構
2‧‧‧基底
3‧‧‧閘極
Claims (15)
- 一種圖案化半導體裝置的雷射照射方法，該圖案化半導體裝置包括次波長鰭狀結構的週期性陣列，所有鰭狀結構從該半導體裝置的基面直立並在該基面的對面限定該週期性陣列的上表面，各該鰭狀結構具有： 沿平行於該基面之第一方向的寬度，該寬度為該雷射波長的數量級或更小； 沿平行於該基面並垂直於該第一方向之第二方向的長度，該長度比該寬度大至少3倍，較佳為大5倍，更佳為大10倍；以及 沿垂直於該基面之第三方向的高度； 該雷射照射方法包括以下步驟： 藉由雷射模組產生UV脈衝雷射光束； 利用該雷射光束照射該鰭狀結構的該週期性陣列的該上表面的至少一部分， 其中該方法更包括對該雷射光束賦予受控的極化狀態，以便可選擇性地控制該雷射光束的能量，該雷射光束沿該第三方向局部性地耦合到各該鰭狀結構。
- 如申請專利範圍第1項之雷射照射方法，其中，確定被賦予該雷射光束的該受控的極化狀態，以便進一步地控制各該鰭狀結構內沿該第三方向(在幅度和/或方向上)的熱擴散梯度。
- 如申請專利範圍第1或2項之雷射照射方法，其中，根據該鰭狀結構的該週期性陣列的間距來確定被賦予該雷射光束的該受控的極化狀態。
- 如申請專利範圍第1或2項之雷射照射方法，其中，根據該雷射光束照射在該週期性陣列的該上表面的入射角來確定被賦予該雷射光束的該受控的極化狀態。
- 如申請專利範圍第1或2項之雷射照射方法，其中，被賦予該雷射光束的該受控的極化狀態為線性、圓形、橢圓形、非極化或其組合。
- 如申請專利範圍第1或2項之雷射照射方法，其中，該雷射光束垂直於該週期性陣列的該上表面照射，被賦予該雷射光束的該受控的極化狀態包括沿該第一方向的第一線性極化。
- 如申請專利範圍第1或2項之雷射照射方法，其中，該雷射光束垂直於該週期性陣列的該上表面照射，被賦予該雷射光束的該受控的極化狀態包括沿該第二方向的第二線性極化。
- 如申請專利範圍第1或2項之雷射照射方法，其中，賦予該受控的極化狀態包括插入至少一個極化元素至該雷射模組的雷射空腔之中。
- 如申請專利範圍第8項之雷射照射方法，其中： 第一極化板，被插入至該雷射空腔之中，並且係介於雷射放大器及該雷射模組的近乎完美反射鏡之間； 第二極化板，被插入至該雷射空腔之中，相對於該雷射放大器其係在該第一極化板的對面，並且係插入至介於該雷射放大器及該雷射模組的輸出反射鏡之間；並且其中 賦予該受控的極化狀態更包括於該雷射空腔的波長上，就振盪於該空腔內的兩個正交極化模態來說調整該第一及第二板的傳輸性質。
- 如申請專利範圍第1或2項之雷射照射方法，更包括照射之前的均勻化該雷射光束的步驟，以便用均勻雷射通量照射該半導體裝置。
- 如申請專利範圍第1或2項之雷射照射方法，更包括使該雷射光束成形的步驟，以便形成與該整個半導體裝置的尺寸及/或形狀相匹配的照射區域。
- 如申請專利範圍第1或2項之雷射照射方法，其中，該UV脈衝雷射光束的脈衝持續時間低於200ns。
- 如申請專利範圍第1或2項之雷射照射方法，其中，該UV脈衝雷射光束的UV波長低於355nm，較佳地為308nm。
- 如申請專利範圍第1或2項之雷射照射方法，其中，該雷射模組是準分子雷射器模組，較佳地是氙氯雷射模組。
- 如申請專利範圍第1或2項之雷射照射方法，其中，該雷射光束在該周期性陣列的該上表面上的通量大於每平方米1焦耳。
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080150165A1 (en) * | 2006-11-29 | 2008-06-26 | Nanosys, Inc. | Selective processing of semiconductor nanowires by polarized visible radiation |
| US20170178910A1 (en) * | 2015-12-21 | 2017-06-22 | Imec Vzw | Method for Differential Heating of Elongate Nano-Scaled Structures |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003059854A (ja) | 2001-08-13 | 2003-02-28 | Toshiba Corp | 光加熱装置、光加熱方法及び半導体装置の製造方法 |
| JP4467940B2 (ja) * | 2002-10-16 | 2010-05-26 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | レーザ照射装置及び前記レーザ照射装置を用いた半導体装置の作製方法 |
| JP2005150527A (ja) * | 2003-11-18 | 2005-06-09 | Canon Inc | 保持装置、それを用いた露光装置およびデバイス製造方法 |
| JP4485904B2 (ja) * | 2004-10-18 | 2010-06-23 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 検査装置及び検査方法 |
| JP2007110064A (ja) | 2005-09-14 | 2007-04-26 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | レーザアニール方法及び装置 |
| KR101146588B1 (ko) | 2006-08-11 | 2012-05-16 | 삼성전자주식회사 | Ｆｉｎ 구조체 및 이를 이용한 핀 트랜지스터의 제조방법 |
| EP2239084A1 (en) | 2009-04-07 | 2010-10-13 | Excico France | Method of and apparatus for irradiating a semiconductor material surface by laser energy |
| US9006065B2 (en) | 2012-10-09 | 2015-04-14 | Advanced Ion Beam Technology, Inc. | Plasma doping a non-planar semiconductor device |
| EP2741320B1 (en) * | 2012-12-05 | 2020-06-17 | IMEC vzw | Manufacturing method of a finfet device with dual-strained channels |
-
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080150165A1 (en) * | 2006-11-29 | 2008-06-26 | Nanosys, Inc. | Selective processing of semiconductor nanowires by polarized visible radiation |
| US20170178910A1 (en) * | 2015-12-21 | 2017-06-22 | Imec Vzw | Method for Differential Heating of Elongate Nano-Scaled Structures |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Laser thermal processing using an optical coating for ultra shallow junction formation 2004 M. Hernandez, J. Venturini, D. Berard, G. Kerrien, T. Sarnet, D. D´ebarre, J. Boulmer, C. Laviron, D. Camel, J.-L. Santailler, H. Akhouayri * |
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