专利名称：用于半导体衬底掺杂剂活化的rtp尖峰退火的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造方法。
背景技术：
非本征半导体依靠掺杂剂来提供所需要的载流子密度。包括两个主要步骤掺杂 剂注入和掺杂剂活化。在传统的CMOS制造中，离子束将掺杂剂注入到晶片中，但是它们还 没有处于提供所需要的载流子密度的位置。掺杂剂只能在被活化或置于晶格中的硅位置时 才能提供载流子。在注入之后，传统上使用高温退火步骤来活化掺杂剂离子并修正由注入 引起的晶格损坏。如果使用均温退火工艺，则活化温度可能超过IOO(TC。
快速热处理(RTP)尖峰退火已经替代了用于掺杂剂活化的体硅热均温退火。RTP 尖峰退火提供了在高温下(> 1000°C)的快速表面退火(第二层)以使得掺杂剂的电活化 率最大化，同时具有较低的扩散。 然而，具有特定热辐射波长的传统RTP尖峰退火由于对于不同材料的热吸收不 同，所以要承受构图负载效应。包括多个具有不同反射率的表面材料的晶片加热不均匀。具 有低反射率的区域的加热小于具有高反射率的区域，干扰了掺杂区域中的掺杂剂活化的一 致性。 需要改进的掺杂剂活化方法。
发明内容
在一些实施例中提供了一种方法，包括提供半导体衬底，其具有形成在其上或其 中的多个构图。构图中至少一些包括掺杂区域。衬底具有多个表面区域，包括构图和非构 图区域，其对于近红外波长的光分别具有不同的反射率。在衬底上使用远红外光进行快速 热处理(RTP)尖峰退火掺杂剂活化步骤。 在一些实施例中提供了一种方法，包括提供半导体衬底，其具有形成在其上或其 中的多个有源器件构图。有源器件构图中至少一些包括有源器件构图和非构图区域，其对 于近红外波长的光分别具有不同的反射率。确定在近红外波长的不同反射率中的最大值和 在近红外波长的不同反射率中的最小值之间的第一差值。确定第二红外波长，对于第二红 外波长的光的不同反射率中的最大值和对于第二红外波长的光的不同反射率中的最小值 之间的第二差值基本小于在近红外波长的第一差值。在衬底上使用提供第二波长的光的第 二光源进行快速热处理(RTP)尖峰退火掺杂剂活化步骤。 在一些实施例中提供了一种用于处理晶片的设备，包括腔室，其中具有夹盘用于 支持半导体衬底，所述半导体衬底具有形成在其上或其中的多个构图。构图中的至少一部 分包括掺杂区域。衬底具有多个表面区域，包括构图和非构图区域，其对于近红外波长的光 分别具有不同的反射率。光源配置为将远红外光直射到衬底上。控制器控制加热以在衬底 上进行快速热处理(RTP)尖峰退火掺杂活化步骤。
图1为半导体晶片表面上的不同材料的反射率的示意图； 图2为材料在不同波长的反射率之间的最大差值的示意图； 图3为示例性的设备的原理图； 图4为进行掺杂活化的方法的流程图； 图5为设备的变体的示意图； 图6为对于不同材料的热辐射率对比RTP光波长的示意图； 图7为对于几个RTP光波长孤立区和密集区之间的温度差值的示意图。
具体实施例方式
示例性的实施例的描述用于结合附图进行理解，附图作为全部说明书的一部分。
以下描述了实施例，其中RTP尖峰退火处理用于掺杂剂活化。局部温度波动将影响掺杂剂的性能。 用于掺杂剂活化的传统的RTP尖峰退火使用波长为大约0. 5 m(可见-青)到大约0. 9 ii m(近红外)之间的光源来进行，例如，使用卤鸨灯。 图1示出了一些典型的半导体晶片表面材料对于具有波长为大约0. 5 m的可见(青)光的表面反射率的柱状图，包括硅(0D)，多晶硅(Poly)，氮化物(SW)，和浅沟槽隔离(STI)。这些材料之间的最大差值为SW的最大反射率(0. 9)和STI区域的最小反射率(0. 15)之间的差值AM = 0. 75。对于该波长的给定的光量，SW反射的每单位面积的热量为该量的大约90X，STI反射的热量大约为该量的15%。假设基本上没有被反射的所有的光都被表面层或表面的相邻层吸收了 (没有传递)，则SW区域吸收了该量的大约10% ， STI区域吸收了该量的大约85%。如果暴露在相同光强度中的两种材料的反射率之间的差值高，那么被这些材料吸收的热量之间的差值也高。材料的温度增加正比于提供到该材料上的热量。因此，在热RTP过程中，局部温度变化与周围构图设计的反射率的差值相关联。
在管芯内或管芯之间，非均匀加热由于构图负载可能导致非均匀的掺杂剂活化。管芯间效应更有可能发生在多目标晶片(MPW)中，如台湾积体电路制造股份有限公司的"CYBERSHUTTLE"TM器件原型业务，其包括在单个晶片上的多类型的管芯。不同的管芯，具有彼此不同的构图密度，可能吸收彼此不同的热量。 辐射能量的吸收依赖于材料的反射率和吸收率物理特性。发明人确定，对于半导
体集成电路中常用的材料，在与典型的集成电路制造中使用的属性具有相似属性的不同的
材料中，具有较长波长的光的反射率差值和辐射率(吸收率)差值小于较短的波长。发明
人确定，使用较长辐射波长进行RTP尖峰退火可以改善构图负载效应。 图2示出了对于具有相同表面材料(氧化物，Poly， SW和STI)的晶片，如上参考
图l所述，不同表面材料之间的最大反射率差值的柱状图。这些材料对于不同波长的光具
有不同的反射率。对于波长为大约0.5ym的青(可见)光，最大反射率差值为0.75，如上
参考图1所述。对于波长为0.9iim的近红外光，四种材料(氧化物，Poly，SW和STI)中的
任意两个之间的最大反射率差值为0. 47。对于波长为大约1. 5 i！ m的短波红外光，四种材料
(氧化物，Poly， SW和STI)中的任意两个之间的最大反射率差值为0. 31。 因此，发明人确定，对于典型的集成电路材料，最大反射率差值在光的波长增大时
5会减小。从而，不同的光源可以用于RTP尖峰退火，其产生的最大反射率差值A皿基本小于使用波长为大约0. 9 m的近红外光。 在一些实施例中，使用具有l.Oiim或更长的波长的光源。在一些实施例中，使用具有1. 5 y m或更长的波长的光源。在一些实施例中，使用中波红外光源(2. 5 ii m到8 y m)。
在一些实施例中，光源为具有长热辐射波长的远红外光。远红外光能够使半导体衬底表面的不同材料的反射率之间的反射率差值最小化，造成基本小于近红外光的反射率差值。 图3示出了用于处理晶片的示例性设备300的结构图。该设备包括腔室300，其中具有夹盘312用于支持半导体衬底310。衬底310具有多个形成在其上或其中的构图。构图中的至少一些包括掺杂区域。衬底310具有多个表面区域，其对于近红外波长的光分别具有不同的反射率。 远红外激光器302配置为将远红外光直射到衬底上。在一些实施例中，远红外激
光器302选自p型锗激光器、量子级联激光器、自由电子激光器和飞秒钛宝石锁模激光器
(Femtosecond Ti :sapphire mode-locked laser)中的一个。在一些实施例中，激光器302
选自法布里-珀罗激光器、分布反馈激光器和外腔量子级联激光器中的一个。 控制器320控制激光器302在衬底上进行快速热处理(RTP)尖峰退火掺杂剂活
化步骤。控制器320选择启动RTP尖峰退火步骤的时间，并包括计时器来在进行RTP尖峰
退火的适合的光量被传递后结束RTP尖峰退火。例如，在一个实施例中，RTP尖峰退火在
1000-1200°C内进行1到10秒。 图4示出了示例性的方法的流程图。 在步骤400，提供了半导体衬底，其具有形成在其上或其中的多个有源器件构图。有源器件构图中的至少一些包括掺杂区域。在一些实施例中，掺杂区域选自硼、磷、砷和BF2中的至少一个。也可以使用其他适合的掺杂剂。 衬底具有多个表面区域，其对于近红外波长的光分别具有不同的反射率，如氧化物、裸硅、多晶硅、氮化物或STI。在一些情况下，对于近红外波长(如，大约0.9iim)的反射率中的最大值和反射率中的最小值之间的差值大约为0. 47。 在步骤402，确定对于近红外波长的不同反射率中的最大值和对于近红外波长的不同反射率中的最小值之间的第一差值。 在步骤404，确定第二红外波长。在第二红外波长，对于第二红外波长的光的不同反射率中的最大值和对于第二红外波长的光的不同反射率中的最小值之间的第二差值基本小于在近红外波长的第一差值。例如，如果第二波长选择为1. 5 ii m，那么第二差值为对于1. 5 ii m光的反射率中的最大值和对于1. 5 ii m光的反射率中的最小值之间的差值。如图2所示，在1. 5 ii m，第二差值将为0. 31，第二差值比第一差值(对于0. 9 ii m的近红外光的反射率差值)小大约0. 16或更多。 在步骤406，在衬底310上使用第二光源302发射第二波长的光进行快速热处理(RTP)尖峰退火掺杂剂活化步骤。 在一些实施例中，使用远红外激光器320进行快速热处理(RTP)尖峰退火掺杂剂活化步骤406。 在一些情况下，对于远红外激光器的光，不同反射率中的最大值和不同反射率中的最小值之间的差值为0. 31或更小。 在上述的实施例中，激光器为远红外激光器。在另一个系统500中，如图5所示，腔室500具有热辐射滤光器530添加到光源502上，光源502发射宽频率范围的光。滤光器530从发射光506中透过远红外光507，消除其他不需要的光(如可见光和近红外光)。光源502可以为任何发射基本具有远红外组分光谱的光源(并不限制为远红外激光器)。因为光506中的一些被滤光器530反射或吸收了，所以光源502发射的光506具有比以上参考图3所述的光源302更大的强度，以补偿透过的光的强度的减小。图5的其他元件(控制器520，光元件504和夹盘512)可以与图3示出的相关元件(控制器320、光304和夹盘512)相同或相似。 图6和图7提供了具有不同波长的光用于不同材料的RTP尖峰退火的仿真数据。在图6中，对Si， Si02和Si^4进行仿真。 一般地，辐射率的差值较小，当波长为6iim或更大时辐射率的变化较小。因为密集区比孤立区具有较少的裸硅，所以在密集和孤立区的温度进行比较时，由材料辐射率的差值导致的温度差值是最明显的。图7示出了波长对于密集和孤立区之间的温度差值的影响。温度差值落在lym到8ym的范围。如仿真所示，可以观察到较低的温度差值在4 ii m至lj 9 ii m，最小的温度差值在8 y m。 使用较长波长的光进行退火比较短的波长能够更好的改进构图负载效应(PLE)。使用较长波长的光能够使孤立和密集区的温度差值较小。 基于仿真，较高的材料辐射率将引起较好的PLE。适宜的RTA灯波长为8 y m(材料
辐射率最高)。 图6和图7示出了分析根据从孤立到密集区多个材料在多个波长上的辐射率数据和温度数据的方法。本领域技术人员能够很容易将该方法应用于表面具有其他材料，或具有不同构图密度的晶片。 对于RTP尖峰退火使用相对较长的波长能够潜在的使由热辐射吸收差值造成的构图负载效应最小化。 尽管以上已经根据示例性的实施例描述了本发明，但是并不限于此。当然，附加的权利要求应当宽泛的解释，包括本领域技术人员在不脱离本发明的界限和等同范围的情况下做出的本发明的其他变体和实施例。
权利要求
一种方法，包括提供半导体衬底，其具有多个形成在其上或其中的构图，所述构图中至少一些包括掺杂区域，所述衬底具有多个表面区域，包括构图和非构图区域，其对于近红外波长的光分别具有不同的反射率；以及在衬底上使用远红外光进行快速热处理(RTP)尖峰退火掺杂剂活化步骤。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中对于所述远红外光的所述不同反射率中的最大值 和所述不同反射率中的最小值之间的差值大约为0. 31或更小。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中在所述近红外波长的所述不同反射率中的最大值 和所述不同反射率中的最小值之间的差值大约为0. 47。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述多个表面区域选自硅、多晶硅、氧化硅和氮化 硅中的至少两个，其中所述掺杂区域选自硼、磷、砷和BF2中的至少一个。
5. —种方法，包括提供半导体衬底，其具有形成在其上或其中的多个有源器件构图，所述有源器件构图 中的至少一些包括掺杂区域，所述衬底具有多个表面区域，包括所述有源器件构图和非构 图区域，其对于近红外波长的光分别具有不同的反射率；确定在所述近红外波长的所述不同反射率中的最大值和在所述近红外波长的所述不 同反射率中的最小值之间的第一差值；确定第二红外波长，使得对于所述第二红外波长的光的不同反射率中的最大值和对于 所述第二红外波长的光的不同反射率中的最小值之间的第二差值基本小于在所述近红外 波长的所述第一差值；以及在所述衬底上使用提供所述第二波长的光的第二光源进行快速热处理(RTP)尖峰退 火掺杂剂活化步骤。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中所述第二光源发射远红外光。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述第二差值比所述第一差值大约小0. 44或更多。
8. 根据权利要求6所述的方法，其中所述第二差值大约为0. 31或更小。
9. 根据权利要求5所述的方法，其中所述第二差值比所述第一差值大约小0. 16。
10. 根据权利要求5所述的方法，其中所述多个表面区域选自硅、多晶硅、氧化硅和氮 化硅中的至少两个，其中所述掺杂区域选自硼、磷、砷和BF2中的至少一个。
11. 根据权利要求5所述的方法，其中所述进行RTP尖峰退火步骤包括过滤由所述光源 提供的光。
12. —种用于处理晶片的设备，包括腔室，其中具有夹盘用于保持半导体衬底，所述半导体衬底具有多个形成在其上或其 中的构图，所述构图中至少一些包括掺杂区域，所述衬底具有多个表面区域，包括构图和非 构图区域，其对于近红外波长的光分别具有不同的反射率；光源，其配置为将远红外光直射到所述衬底上；以及控制器，其控制激光器在所述衬底上进行快速热处理(RTP)尖峰退火掺杂剂活化。
13. 根据权利要求12所述的设备，其中所述光源选自法布里-珀罗激光器、分布反馈激 光器和外腔量子级联激光器中的一个。
14. 根据权利要求12所述的设备，还包括滤光器以使所述远红外光通过到所述衬底 上，以及过滤小于所述远红外光波长的光组分。
15. 根据权利要求12所述的设备，其中所述光源选自p型锗激光器、量子级联激光器、 自由电子激光器和飞秒钛宝石锁模激光器中的一个。
全文摘要
本发明提供了一种具有多个有源器件构图的半导体衬底。有源器件构图中至少一些包括掺杂区域。衬底具有多个表面区域，包括有源器件构图和非构图区域，其对于近红外波长的光分别具有不同的反射率。确定在近红外波长的最大反射率和在近红外波长的最小反射率之间的第一差值。确定第二红外波长，对于它的最大反射率和最小反射率之间的第二差值基本小于在近红外波长的第一差值。在衬底上使用提供第二波长的光的第二光源进行快速热处理(RTP)尖峰退火掺杂剂活化步骤。
文档编号H01L21/00GK101789365SQ200910162398
公开日2010年7月28日 申请日期2009年8月13日 优先权日2009年1月27日
发明者杨宗儒, 杨棋铭, 林金明 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司