[发明专利]一种用于深紫外激光退火的加热片台扫描装置

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造设备范围，特别涉及半导体超浅结制造的一种用于深紫外激光退火的加热片台扫描装置。

背景技术

随着集成电路和大容量存储器为代表的半导体器件工艺节点从65nm，45nm进入到32nm，要求制作出具有重掺杂的、超浅的MOS器件源漏扩展区的器件结构，即在工艺上提出了制作超浅结(Ultra-Shallow Junction，简称USJ)的要求。此时超浅结的方块电阻为810-900Ω/sq，结深为9-10nm，结的陡度为1.8-2.0nm/decade。为了满足在200-300mm圆片上制作出32nm及以下各代器件对超浅PN结的要求，除了要在杂质掺杂技术上采取新的技术措施之外，在杂质激活的退火环节，需要对传统的基于灯光的快速热退火(RTA)方法做出变更。当前较为认可的超浅结退火工艺是波长为深紫外的激光退火技术。

采用深紫外激光退火技术的好处在于：

1)深紫外激光波长短，对物质直接作用的深度浅，只对超浅的表面区域产生影响；

2)由于退火激光是脉冲式工作，激光脉冲约在几十纳秒量级，退火采用对圆片扫描或场步进方式，因此总的退火作用时间很短暂，可以将退火阶段杂质的再扩散控制在接近于零扩散的水平；

3)可获得超固溶度的杂质掺杂溶度，降低超浅PN结源漏扩展区的电阻，改善源漏电极的欧姆接触。

采用深紫外激光退火技术所制造出的超浅、陡峭的PN结，能够满足32nm及其以下工艺节点集成电路制造的需求。

需要指出的是，本发明所称的深紫外激光退火，专门是指用于超浅结制作的激光退火技术，其在物质作用机理上有别于现有的激光退火技术。目前，国际上针对超浅结制作的激光退火设备及配套工艺技术，还处于实验研究阶段。

对于超浅结激光退火，由于当前可用激光器的单脉冲能量较低，无法对整个圆片同时退火，所以只能采取线扫描或场步进的方式来实现整个圆片的退火。同时需要对衬底材料进行加热，这样不仅可以将激光退火的能量密度阈值降低至350mJ/cm²的量级，同时还可以减轻由于采用高强度激光退火在衬底上产生的热应力的影响。

退火工艺的一致性要求加热片台上圆片的温度在激光退火过程中时时处处相同，只有工艺稳定、一致，才能做到器件性能的一致。但由于圆片材料的热容量和热导率的关系，圆片上温度的建立和达到热平衡都需要一定的时间，这样势必造成一个等待时间，降低了退火设备的效率(产能)。

基于以上原因，为了减小加热过程中的等待时间，本发明提出了一种AB双加热片台扫描装置的激光退火工艺方案。具体地说，就是利用双加热片台，在一个加热片台上对圆片进行激光退火的同时，在另一个加热片台上对圆片进行预加热，从而减少了激光退火过程中的等待时间，提高了设备产能。

发明内容

本发明的目的是提供用于半导体器件制作工艺的一种深紫外激光退火的加热片台扫描装置，其特征在于，所述的扫描装置为激光束固定不动，A、B双加热片台的结构完全相同，并排固定于加热片台固定板上面，加热片台固定板下面固定X2平移台面，X2电动平移台安装在X2平移台面上，X1电动平移台通过X1平移台面和X2电动平移台连接；X1电动平移台下面分别通过Y1平移台面和Y2平移台面与Y1电动平移台和Y2电动平移台连接；通过X1电动平移台在X-Y两个方向的移动，完成对整个半导体圆片的退火；X2电动平移台用于A、B加热片台的切换。当激光束为一点光源或者一条线时，X1电动平移台做匀速直线移动；在Y方向上，平行排列的Y1电动平移台和Y2电动平移台同步进行步进式移动，以此完成对半导体圆片的扫描；如果激光束为一个经过匀化后的矩形光场，半导体圆片在X方向和Y方向都做步进移动；所述A、B双加热片台扫描装置对所加工的半导体圆片实施深紫外激光退火工艺，以激活离子注入的杂质，消除注入损伤，得到超浅的pn结，同时减少激光退火过程中设备的等待时间

所述X1、X2、Y1和Y2电动平移台的行程须略大于所加工半导体圆片直径。

所述加热片台对半导体圆片进行300～500℃恒定温度加热。

所述深紫外激光是指激光的波长为193nm～350nm，脉冲激光束的单脉冲能量为0.2J～1.5J，脉宽在10～1000ns，重复频率10～1000Hz。

所述所加工半导体圆片是指半导体硅片或含有半导体材料薄膜的圆片：SOI、SGOI或GOI。