[发明专利]半导体制造中金属层的熔化处理的基于激光的系统和方法

说明书

本发明涉及半导体制造中金属层的熔化处理的基于激光的系统和方法。本文公开的方法包括扫描由激光束在金属层或包括金属和非金属的IC结构上方形成的聚焦光斑。在包括部分重叠的扫描路径片段的扫描路径上扫描聚焦光斑。聚焦光斑具有辐照度和停留时间，其被选择为局部熔化金属层或局部熔化IC结构的金属而不熔化非金属。这导致金属的快速熔化和再结晶，这减小了金属的电阻率并导致正在制造的IC芯片的性能改进。还公开了用于执行本文公开的方法的示例激光熔化系统。

相关申请数据

本申请要求于2017年7月28日提交的标题为“Laser-Based Systems and Methodsfor Melt-Processing of Metal Layers in Semiconductor Manufacturing”的美国临时专利申请序列No.62/538,412的优先权，该申请通过引用整体上并入本文。

技术领域

本发明一般而言涉及在半导体制造中用以形成和处理集成电路的激光处理领域，尤其涉及用于半导体制造中金属层的熔化处理的基于激光的系统和方法。

背景技术

半导体制造涉及集成电路(IC)(诸如逻辑电路和存储器电路)的形成。IC的制造涉及在半导体(例如，硅)晶片中形成微观三维结构，以限定各种电路部件，诸如晶体管、电容器、电互连和电隔离特征件。电互连通常在IC中的不同层级之间以及在某些层级内延伸。形成IC的过程涉及从晶片的初始准备到IC的最终包装的大量(例如，数十或多个数十)个处理步骤。

过去，铝是用于形成电互连的优选金属。1997年，由于其更小的电阻率、增加的可靠性以及形成比铝更小的线路的能力，电互连变为铜。

虽然互连材料从铝到铜的这种改变是有利的，但是增加的集成要求对IC性能提出了更高的要求。因此，具有可以改进金属互连的电性能的系统和方法将是有利的。

发明内容

本公开的一方面针对处理在半导体晶片的表面中形成的IC结构的方法，其中IC结构由具有第一熔化温度T₁的至少一个金属特征件和具有第二熔化温度T₂的至少一个非金属特征件限定，T₂>T₁。该方法包括：由连续波或准连续波激光器发射的激光束形成聚焦光斑，其中激光束相对于半导体晶片的表面是P偏振的；以及扫描IC结构上方的聚焦激光光斑，以照射至少一个金属特征件和至少一个非金属特征件两者，使得所述至少一个金属特征件熔化并再结晶，而所述至少一个非金属特征件不熔化。

本公开的另一方面针对上述方法，其中聚焦激光光斑具有至少0.5×10⁷W/cm²的辐照度。

本公开的另一方面针对上述方法，其中使用包括扫描镜的F-θ扫描系统来执行聚焦激光光斑的扫描。

本公开的另一方面针对上述方法，并且还包括通过在激光束到达F-θ扫描系统之前使激光束通过声光调制器来控制激光束的持续时间。

本公开的另一方面针对上述方法，其中聚焦激光光斑的停留时间t_d在50ns至150ns的范围内。

本公开的另一方面针对上述方法，其中激光束具有532nm或355nm的波长。

本公开的另一方面针对上述方法，还包括测量所述至少一个金属特征件的反射率的改变，以确定所述至少一个金属特征件是否在扫描期间熔化。

本公开的另一方面针对上述方法，还包括将聚焦激光光斑以用于至少一个金属特征件的布鲁斯特角的2度内的入射角指引到半导体晶片的表面。

本公开的另一方面针对上述方法，其中金属包括铜并且布鲁斯特角为大约70.5度。

本公开的另一方面针对上述方法，其中在部分重叠的多个扫描路径片段上方执行扫描。