[发明专利]一种选择性激光退火形成半导体器件欧姆接触的方法

说明书

本发明公开了所述一种选择性激光退火形成半导体器件欧姆接触的方法，包括：激光器发射激光，形成所述激光退火需要的光源；光学系统将所述激光器发射的激光整形聚焦成以下三种光束类型中的任意一种后，发射到晶圆表面。所述三种光束类型：圆形平顶光束、正方形平顶光束以及线形平顶光束；位移电动平台控制晶圆实现XY方向的交叉移动，发射到晶圆表面的激光光束能量被暴露在表面的金属区域吸收，使得金属区域温度升高，超过合金反应产生所需的阈值温度，合金反应产生并形成欧姆接触。与此同时，该能量密度对器件的其它区域没有损伤或其它不利影响。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路领域，尤其涉及一种选择性激光退火形成半导体器件欧姆接触的方法。

背景技术

当前，集成电路特征尺寸不断缩小，涉及到的材料种类也越来越多，所使用的器件结构也越来越复杂。传统的热处理方式如炉管退火、快速热处理技术均为“整体退火方式”，即样片整体位于加热环境中，因此样片所有区域温度与退火环境温度相同。整体退火方式在当前面临着诸多问题，主要包括：

(一)整体退火易对低熔点材料造成热损伤；

(二)整体退火易造成材料的层内扩散；

(三)整体退火易造成材料的层间扩散；

(四)整体退火易引入引力，导致材料出现起皮、翘曲甚至衬底破碎等现象。

具体到集成电路中的一项关键技术-欧姆接触技术，也是本发明涉及到的技术领域，传统热处理方法也面临局限；主要表现在：

(一)欧姆接触合金退火的目的是对衬底上的金属-半导体接触区域进行热处理，但使用整体退火方式时，晶圆全部处于高温状态，这对其它不需要进行热处理的区域会造成损伤；

(二)整体退火易导致不希望产生的材料层内扩散及层间扩散，影响器件特性及可靠性；

(三)整体退火用于薄片(通常指厚度＜100um的样片)时会造成薄片翘曲甚至碎片；

(四)高熔点半导体材料如碳化硅形成欧姆接触时，所需的退火温度需要高达1000摄氏度。如此高的温度对设备的可靠性和稳定性造成了挑战；

(五)整体退火方式最高退火温度受限，导致其对欧姆接触合金的相关关键物理参数如：层内扩散系数、层间扩散系数、固溶度、界面反应速率等的条件范围受限；

(六)整体退火时需要形成欧姆接触的区域会“全部”形成欧姆接触，这在某些领域并不是所期望的，甚至会严重影响器件可靠性。

比如在GaN HEMT源漏区域欧姆接触应用中，整体热退火会使得源漏区域密布低熔点AlAu合金，在高温应用场合，Au会发生扩散导致器件失效。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述问题，提供一种选择性激光退火形成半导体器件欧姆接触的方法，解决了现有技术中欧姆接触合金退火时，采用整体退火的方式会对其他区域造成损伤的问题；同时解决了整体退火易导致不希望产生的材料层内扩散及层间扩散，影响器件特性及可靠性的问题；同时解决了整体退火于薄片(通常指厚度＜100um的样片)时会造成薄片翘曲甚至碎片的问题；同时解决了高熔点半导体材料如碳化硅形成欧姆接触时，所需的退火温度需要高，容易对设备的可靠性和稳定性造成破坏的问题；同时解决了整体退火时最高退火温度受限的问题。

本发明的核心要点基于以下几个原则：

1、半导体器件通常包含有半导体材料、介质材料以及金属材料，不同材料对光的反射、吸收和透射特性不同，因而使用同一激光条件照射时，不同材料的温度变化不同。

2、金属材料对光的吸收随波长变化不大，这是因为金属材料对光的反射率随波长变化不大；但金属材料对激光仍有一定的吸收并可因对激光能量的吸收导致金属温度升高。