利用光纤激光器的激光尖峰退火的制作方法
【专利说明】利用光纤激光器的激光尖峰退火
[0001]对于相关申请的交叉引用
[0002]基于在35 U.S.C 119(e)，本申请要求于2013年12月24日提交的美国临时专利申请N0.61/920，655的优先权权益，该临时专利申请在此通过引用并入本文。
技术领域
[0003]本公开涉及激光尖峰退火，并且尤其涉及利用光纤激光器进行的激光尖峰退火。
[0004]本公开中提及的任何出版物以及专利文件的全部公开在此通过引用并入。
【背景技术】
[0005]使用扫描激光束的激光退火提供了如下优点:极低的热预算、高掺杂活化(high-doped activat1n)以及超突变结(Super-abrupt junct1ns)，这些优点对于高级半导体器件的制造是有利的。因此，对于大多数最小特征尺寸小于45纳米的逻辑器件及许多最小特征尺寸小于32纳米的存储器器件而言，现今在其若干制造步骤中的一个使用某些形式的激光处理，包括源极一漏极活化(Source-drain activat1n)、金属-娃合金的形成及缺陷退火(Defect annealing)等。
[0006]一种形式的激光退火使用脉冲激光器。脉冲激光退火的示例可参见W02001/071787A1、美国专利N0.6365476以及美国专利N0.6366308。典型的半导体应用需要0.1毫秒至10毫秒的退火时间。由于脉冲激光器所输出的光学脉冲的持续时间(举例而言:纳秒至毫秒)相较于所需的退火时间要短许多，因此，对于给定的曝光需要许多光学脉冲。然而，由于脉冲与脉冲之间的功率变动，这导致了退火均匀度的问题。
【发明内容】
[0007]本发明的一个方面为一种对晶片表面执行激光尖峰退火的方法。该方法包括:利用多个光纤激光器系统产生相应的连续波(CW)输出辐射束，该输出辐射束部分地重叠于晶片表面以形成具有长轴及沿长轴的退火长度La的长型退火图像；加热晶片的至少一个区域至预退火温度Tpa从而界定预热区域；以及在晶片表面及至少部分地在预热区域内(举例而言，完全在预热区域内)在基本垂直长轴的方向上扫描长型退火图像，使得长型退火图像的停留时间tD在100纳秒< t 10晕秒之间；或者在另一不例中，为30纳秒< t 10毫秒之间，并使晶片表面温度升至退火温度ΤΑ。
[0008]本公开的另一个方面是如上所述的方法，其中退火长度匕的范围为3毫米(La^ 450毫米；或者，在另一示例中，长度范围为3毫米彡La^ 30毫米。
[0009]本公开的另一个方面是如上所述的方法，其中长型退火图像具有垂直于长轴测量的宽度WA，并且其中宽度胃4的范围为25微米< WaS 500微米；或者，在另一示例中，宽度Wa的范围为50微米< WaS 500微米。
[0010]本公开的另一个方面是如上所述的方法，其中连续波输出辐射束具有光功率量PA，光功率量PM范围为100瓦特彡P 10，000瓦特；或者，在另一示例中，光功率量P范围为100瓦特彡Pa^ I, 000瓦特。
[0011]本公开的另一个方面是如上所述的方法，其中预退火温度^的范围为200 0C ^ Tpa^ 600。。。
[0012]本公开的另一个方面是如上所述的方法，其中退火温度1\的范围为I, 100C^ Ta彡 1，350°C或者 TA> 1，410°C。
[0013]本公开的另一个方面是如上所述的方法，其中还包括以下步骤:测量在晶片表面上的温度分布；以及调整连续波输出辐射束中的至少一个的功率量以提高温度分布的均匀度的量。
[0014]本公开的另一个方面是如上所述的方法，其中晶片具有边缘，长型退火图像具有尾端，并且还包括在长型退火图像经过晶片的边缘前，降低形成长型退火图像尾端的连续波输出辐射束的功率值或者将其关闭。
[0015]本公开的另一个方面是如上所述的方法，其中长型退火图像是由三个至(最多)五十个连续波输出辐射束所形成(也就是说，由三个、四个、五个、六个...最多五十个输出辐射束)。
[0016]本公开的另一个方面是如上所述的方法，其中前述连续波输出辐射束界定沿长轴以量△部分地重叠的具有长度L的长型图像，并且其中重叠量△的范围为Δ 彡 0.79.(L/2)。
[0017]本公开的另一个方面是一种使用具有表面的测量晶片来优化退火图像的均匀度的量的方法。该方法包括利用多个光纤激光器系统来产生相应的连续波(CW)输出辐射束，该连续波输出辐射束部分地重叠在测量晶片的表面以形成具有长轴和沿长轴的长度匕的长型退火图像。该方法还包括:对连续波输出辐射束中的每个探测由测量晶片所反射的光功率量。该方法还包括:调整连续波输出辐射束之中的一个或多个的光功率量以优化长型退火图像的均匀度的量。
[0018]本公开的另一个方面是一种对晶片表面执行激光尖峰退火的方法。该方法包括利用多个光纤激光器系统来产生相应的连续波(CW)输出辐射束，该连续波输出辐射束部分地重叠在晶片表面以形成具有长轴和沿长轴的长度La的长型预退火图像。该方法还包括用长型预退火图像来加热晶片的至少一个区域至预退火温度Tpa以界定预热区域。该方法还包括扫描至少部分地位于预热区域内的第二激光束来使晶片表面的温度升至退火温度TA。
[0019]本公开的另一个方面是如上所述的方法，其中退火温度1\的范围为I, 100C^ Ta彡 1，350°C或者 TA> 1，410°C。
[0020]本公开的另一个方面是如上所述的方法，其中退火温度Ta高于掺杂硅的熔点温度。
[0021]本发明的另一个方面为一种对具有表面的晶片执行激光尖峰退火的系统。该系统包括:多个光纤激光器系统，该多个光纤激光器系统发送相应的输出辐射束，该输出辐射束部分地重叠在晶片表面以形成退火图像；以及晶片支撑组件，其支撑晶片并加热晶片至预退火温度Tpa，并且相对于退火图像移动晶片，使得退火图像在晶片表面上进行扫描，其停留时间tD为100纳秒< tD< 10毫秒，或者在另一示例中，为30纳秒< tD< 10毫秒；并且其中退火图像具有光功率量Pa，光功率量范围为10瓦特< PaS I, 000瓦特，或者在另一示例中，光功率量范围为10瓦特< PaS 100瓦特，使得晶片表面的温度经由所述扫描自预退火温度"^升温至退火温度T Ao
[0022]本公开的另一个方面是如上所述的系统，其中预退火温度^的范围为200 0C ^ Tpa^ 600。。。
[0023]本公开的另一个方面是如上所述的系统，其中退火温度1\的范围为I, 100C^ Ta彡 1，350°C或者 TA> 1，410°C。
[0024]本发明的另一个方面为一种对具有表面的晶片执行激光尖峰退火的系统。该系统包括:多个光纤激光器系统，该多个光纤激光器系统发送各自的输出辐射束，该输出辐射束部分地重叠在晶片表面以形成退火图像；预热激光器系统，其产生将晶片表面的区域预热到预退火温度Tpa的预热辐射束；晶片支撑组件，其支撑晶片并相对于退火图像移动晶片，使得退火图像在晶片表面上以及至少部分地在预热区域中扫描，其停留时间tD为100纳秒(tD^ 10毫秒，或者在另一示例中，为30纳秒< t 10毫秒；并且其中退火图像具有光功率量Pa，光功率量？4的范围为100瓦特彡PaS 10,000瓦特，或者，在另一示例中为100瓦特< PaS 1,000瓦特，使得晶片表面的温度在所述扫描期间自预退火温度T ^升温至退火温度Ta。
[0025]本公开的另一个方面是如上所述的系统，其中预退火温度^的范围为200 0C ^ Tpa^ 600。。。
[0026]本公开的另一个方面是如上所述的系统，其中该退火温度1\的范围为I, 100C^ Ta彡 1，350°C或者 TA> 1，410°C。
[0027]本发明的另一个方面为一种对具有表面的晶片执行激光尖峰退火的系统。该系统包括:多个光纤激光器系统，该多个光纤激光器系统发送相应的输出辐射束，该输出辐射束部分地重叠在晶片表面以形成预退火图像，该预退火图像将晶片表面的预热区域预热到预退火温度Tpa;退火激光器系统，其产生退火激光束，该退火激光束至少部分地重叠预热区域；晶片支撑组件，其支撑晶片并且相对于预退火图像移动晶片，使得预退火图像在晶片表面以及至少部分地在预热区域中扫描，其停留时间tD的范围为30纳秒< t 10毫秒；并且其中，预退火图像具有光功率量Pa，光功率量范围为100瓦特< PA< 10,000瓦特，使得晶片表面的温度在所述扫描期间自预退火温度1^升温至退火温度T Ao
[0028]本公开的另一个方面是如上所述的系统，其中预退火温度^的范围为200 0C ^ Tpa^ 600。。。
[0029]本公开的另一个方面是如上所述的系统，其中该退火温度1\的范围为I, 100C^ Ta彡 1，350°C或者 TA> 1，410°C。
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