[发明专利]用于复杂结构半导体器件的激光退火方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造工艺范围，特别涉及一种用于复杂结构半导体器件的激光退火方法。

背景技术

半导体行业的迅猛发展推进着技术不断地进步，各种新技术从研发到实施的周期也越来越短，在这背后是对领先占有潜在市场的渴望和强大的资金支持。以集成电路和大容量存储器为代表的半导体器件工艺节点不断缩小，更多的三维结构器件的涌现，使得新的工艺技术同原来的平面工艺在一些关键点上有了很大的不同，比如多达十层以上的铜互连工艺，与五六层的钨塞加铝互联工艺就已经有了天壤之别，前者有效地降低了电路延迟和一部分功耗。新技术能否广泛采用并生存下来的关键，取决于市场的规模和所生产产品的性价比。

激光以连续或者脉冲的方式，将较大的光子能量作用在物体上，使物体被照射的区域发生物理、化学变化。激光可以通过调节波长、能量、脉冲宽度、重复频率等方式达到不同工艺要求的目的。以此方式用于半导体前道工艺中的有激光退火和激光再结晶等。目前，激光再结晶技术用来进行平板显示中薄膜晶体管(TFT)制作的研究，激光退火技术正在逐步地渗透到半导体器件和32nm 以下工艺节点的集成电路的工艺领域，比如半导体功率器件IGBT背面PN结等的制作工艺中，需要采用激光退火工艺激活离子注入的杂质；32nm 以下工艺节点的集成电路也要采用深紫外的激光退火来将注入的离子激活，形成超浅结。因为激光的波长越短，激光直接作用到物质内部的深度将越浅，再辅之以超短的脉冲宽度，其产生的影响便被局限在物质超浅的表面，应用此原理便可以进行超浅结的激光退火。

当半导体器件的特征尺寸不断缩小，缩小到20-30纳米以下时，一种新的趋势正在形成，就是出现了具有三维结构的器件，比如FinFET器件（鳍式场效晶体管）。FinFET使得半导体前道工艺由单纯的平面工艺过度到平面 + 三维工艺。另外，一些新型的传感器，虽然元器件的尺寸不是很小，但也呈现三维的结构。这也将使得基于表面特性的半导体传感器工艺要能够处理三维结构的表面。

采用倾斜入射激光扫描方式，可以对三维结构的器件进行三维的表面退火处理。这样，垂直于晶圆平面的侧壁结构上，无论是由台阶还是由沟槽形成的侧壁，也能得到如同平面工艺激光扫描退火一样的浅表面激光退火处理。

另外，倾斜入射激光扫描方式可以对倾斜离子注入的晶圆退火处理。为了提高器件性能，用倾斜离子注入的方式，可以得到特殊的杂质分布形式。由于晶圆的正面有硬掩膜或者是器件部分结构作屏蔽，离子注入是从注入窗口处将离子注入到半导体内部的。采用倾斜入射激光扫描方式沿着离子注入的方向，从所开的窗口对晶圆内部进行退火处理，可将倾斜离子注入的杂质激活。

需要指出的是，本发明所称的倾斜入射激光退火方法，专门是指用于三维结构的元器件和倾斜离子注入这类复杂结构的半导体器件激光退火方法。与现有的平面工艺中的激光退火方法不同，后者虽然也会与平面的法线方向有一个倾斜角度，但那个角度较小，是为了防止入射光沿原光路反射回系统，造成系统出现问题。而倾斜入射的激光光束与加工晶圆平面法线的夹角为1°至60°之间，加工晶圆平面的运动方向，被设计成与激光束在晶圆上的投影所形成的直线段平行，其左右和上下的偏差被控制在±5°之内。

倾斜入射的激光光束由于光线投影的原因，可能会在扫描退火过程中，出现部分区域为阴影区现象。如果要克服这种情形带来的问题，可以将晶圆旋转180度，再进行一次扫描。此时，上表面的平坦区域进行了两次扫描退火。

也可以利用这种投影现象，进行选择性退火，即将不需要退火的部分设计成阴影区，光束可以照射到的部分为退火区。

基于以上原因，为了实现对三维器件的表面进行退火处理，以及对倾斜离子注入的杂质进行激活，本发明提出了一种用于复杂结构半导体器件的激光退火方法——激光倾斜入射退火方法。具体地说，有别于传统的晶圆激光退火，激光倾斜入射退火首先其入射光束与晶圆的法线方向形成一个1°至60°度角；其次，扫描过程中，晶圆的运动方向与激光束在晶圆上投影所形成的直线段平行。

发明内容