[发明专利]在脉冲激光退火中使用红外干涉技术的熔化深度测定

说明书

本申请是申请日为2013年5月30日、申请号为201380025590.7、发明名称为“在脉冲激光退火中使用红外干涉技术的熔化深度测定”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本文描述的技术涉及用于在脉冲激光熔化期间进行原位测量的方法和设备。

背景技术

长久以来，制造半导体集成电路需要对硅晶片或其他半导体晶片进行热处理的多个步骤。晶片可能需要升温至600℃或更高温度以热启动一些工艺。此类工艺可包括但不限于化学气相沉积、硅化、氧化或氮化、注入退火及掺杂剂活化。这些工艺中的一些工艺可能需要超过1000℃、1200℃或甚至高于1350℃的温度，上述温度中的最后一个温度相对较接近硅的熔点1416℃。

脉冲激光熔化(PLM)已被研发以用来大幅提高工艺(比如注入退火)中的加热及冷却速率。PLM能通过使无定形半导体材料(比如用于三维存储器或低温多晶硅应用的无定形半导体材料)更均匀地局部熔化并再结晶而导致掺杂剂活化(dopant activation)提高。

将激光辐射的短脉冲(约20纳秒)聚集在晶片的小区域上。激光脉冲的总能量足以将受辐照的区域的表面立即加热达到高温。之后，浅激光脉冲所产生的微量的热快速扩散进入所述晶片的未受热的下部分中，从而大幅提高受辐照的表面区域的冷却速率。数种类型的高功率激光器能以每秒数百脉冲的重复速率(repetition rate)产生脉冲。移动基板以在晶片的表面上产生激光的步进式重复图案(step-and-repeat pattern)，并在邻近区域中产生激光脉冲以对整个晶片表面进行同样的热处理。

如以前本领域中所描述的那样，PLM需要测定在特定温度下的材料再生长速度、监测熔化的开始与持续时间以及根据能量输入来计算熔化深度。在过去，通常在样品的退火侧上使用监测反射率技术来监测熔化的开始和熔化的持续时间。

通常在测试样品上使用外部分析工具(比如二次离子质谱仪(SIMS))来计算熔化深度。目前尚未有已知的技术用于在PLM期间进行熔化深度的原位分析。因此，需要用于在基板的PLM处理期间测定熔化深度的方法和设备。

发明内容

提供用于在退火期间测量基板表面的熔化深度的方法和设备。在一个实施例中，用于处理基板的设备能包含热源、基板支撑件及干涉仪(interferometer)。所述基板支撑件能具有基板接触表面、与所述基板接触表面相对的背面及形成在所述基板支撑件中的开口。所述干涉仪能被安置成用于将相干辐射(coherentradiation)导向所述背面并穿过所述开口。所述干涉仪能包含红外辐射源、部分反射镜(partially reflective mirror)及辐射传感器。

在另一实施例中，处理基板的方法能包括在热处理腔室内安置基板，其中所述基板包括第一表面和第二表面，使用热源加热所述第一表面的至少一部分而产生所述第一表面的熔化部分，将红外光谱辐射引导至部分反射镜而产生对照辐射(control radiation)和干涉辐射(interference radiation)，将所述干涉辐射引导至所述第二表面并将所述对照辐射引导至对照表面(control surface)，其中干涉辐射和对照辐射从各自的表面至少部分地反射，以及测量所反射的干涉辐射与所反射的对照辐射之间的干涉。

在另一实施例中，用于处理基板的方法能包括在退火腔室中安置基板，其中所述基板包含第一表面和第二表面，使用热源加热所述基板的第一表面的至少一部分以产生熔化表面，将相干辐射导向所述基板的第二表面以产生来自所述基板的第二表面的反射的对照辐射及来自所述熔化表面的反射的干涉辐射，及测量所述反射的干涉辐射与所述反射的对照辐射之间的干涉。

附图说明

为了能详细了解本发明的上述特征，可通过参考实施例获得以上简要概述的本发明的更具体的描述，实施例的一些实施例图示于附图中。然而应注意，附图仅图示本发明的典型实施例，且因此不应被视为对本发明范围的限制，因为本发明可容许其他等同有效的实施例。

图1根据一个实施例绘示具有辐射界面检测器的脉冲激光退火腔室。

图2A和图2B根据一个实施例绘示可与固定式的辐射界面检测器并用的基板支撑件。

图3绘示能够相对于辐射界面检测器而改变位置的基板支撑件。

图4绘示采用间接反射干涉仪(indirectly reflecting interferometer)的进一步的实施例。

图5是概述根据一个实施例的方法的流程图。