[发明专利]一种超浅结深紫外激光退火设备中的屏蔽电极装置

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造设备范围，特别涉及用于半导体制造中的一种深紫外激光退火设备的屏蔽电极装置。

背景技术

当以CMOS集成电路和大容量存储器为代表的半导体器件特征尺寸不断缩小，工艺节点进入到32nm及22nm时，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，也就是在工艺上提出了制作超浅结(Ultra-Shallow Junction，简称USJ)的要求。为了满足在300mm圆片上制作32nm纳米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，目前市场上存在的激光退火设备或者激光退火技术，其水平只能针对结深在几百nm以上的PN结进行加工。采用传统意义上的激光退火技术，从退火作用的机理和模式上看都完全不适合32nm技术节点，不能用于超浅结的制作。所以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。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，无法实现整个圆片同时退火，所以只能采取线扫描或场步进的方式来实现整个衬底圆片的退火。同时需要对衬底材料进行加热，这样不仅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，同时将激光退火的能量密度阈值降低至350mJ/cm²的量级。

在深紫外激光的照射下，会产生一种被称作外光电效应的现象，即衬底材料上的电子由于在短波长的深紫外激光的照射得到能量逃逸出被加工圆片的表面，破坏了材料原有的电中性，使得器件在制作过程中就有可能会存在缺陷，影响器件的良率和可靠性。

外光电效应是指物质吸收光子能量发射出自由电子的过程，由此产生的电子称作光电子，它与入射光的波长相关，也就是和光的频率相关。不同的物质都有一个红限频率v₀，只有当入射光的频率v高于被照射物质的红限频率v₀时，即v＞v₀时，才能够使得物质中的电子吸收光子能量逃离物质表面，否则即使光强再大也不会发生电子逃逸的外光电效应；另外，光电子的初动能与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关。

基于以上原理，为了减小这种在器件制作过程中产生的缺陷，本发明提出了一种在被加工的圆片表面上方加一个相对圆片为负电位的电极的方案。具体地说，就是利用在所加工圆片上方放置一个具有负电位的屏蔽电极，来抑制电子从圆片中逸出，确保在激光退火工艺实施过程中不致损伤器件。

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设备中的屏蔽电极装置，其特征在于，在被加工的圆片上方加一个屏蔽电极，该屏蔽电极位于承载片台和被加工的圆片的上方，与被加工圆片表面平行，电极中心有一个小孔可使深紫外激光透过，电极相对于激光光束静止不动，与被加工圆片的间距在1～10mm的范围，该电极相对于承载片台和被加工的圆片为负电位，所施加的反向偏压为5～100V；可以有效地抑制由于深紫外激光退火所产生电子逃逸的外光电效应，保证器件不会因为采用深紫外激光退火而损伤。

所述的深紫外激光器其波长为193nm～350nm，脉冲激光束的单脉冲能量为200mJ～1.5J，脉宽在10～1000ns，重复频率10～1000Hz。

所述的承载片台是一个可以做二维精确定位与移动的带有加热装置的平台，该平台可以沿X-Y方向做匀速或步进运动，以此来实现激光束对整个圆片的均匀退火，片台对衬底圆片进行加热的温度范围为300～550℃。