[发明专利]通过光通量加热晶片的方法

说明书

本发明涉及材料处理的一般技术领域，特别是薄层、嵌片、片状或条状材料(主要是半导体，特别是硅)的领域。

更具体而言，本发明涉及通过光通量对部件进行热处理的应用领域。

根据现有技术，存在利用光通量进行热处理的知识和方法，其中光通量被部件的外表面和/或外表面的附近吸收，通过从接收光通量的外表面和/或其附近部分到待处理部件的更深区域的热扩散进行较深部分的加热。

现有技术方法的特征在于所用光通量被选择为待处理材料对该光通量是自然吸收的，或者通过该光通量与部件材料的直接相互作用，例如采用极高的功率水平，使待处理材料成为吸收性的。

当希望将表面层加热几分之一微秒至几十微秒左右的非常短的时间时，使用光通量被证明是特别有利的。

不过，由于加热的厚度通常根据到部件外表面的时间的平方根变化，因此对部件的深处进行加热是极为困难和昂贵的，并且随着深度的增加越来越困难和昂贵。

此外，由于在部件中得到的热剖面通常在外表面上显示出尖峰，而在材料中从所述外表面开始下降，因此必须将表面温度限制在该方法范围内的材料不超过的最大温度，例如材料的熔点或汽化或分解点。该限制涉及适中的光功率通量和长时间周期，进而涉及高成本。

此外，文献WO 03/075329提出用经由前层的光通量来加热吸收性的子层，在比子层所达温度低的温度下，子层中所产生的热量通过扩散来加热前层。

本发明涉及一种用于在至少一个光通量脉冲的作用下至少局部加热包括至少一个待加热层以及与所述待加热层至少局部相邻的子层的晶片的方法。

根据本发明的方法包括以下步骤：

选择光通量

-其中波长使得只要所述待加热层的温度处于低温范围内，则待加热层对所述通量的吸收系数是低的，以及当待加热层的温度进入大约处于所述低温范围以上的高温范围内时，所述吸收系数显著增加，

-以及其中脉冲强度和脉冲持续时间使得当不存在所述子层时，待加热层的温度保持在所述低温范围内；

选择子层

-其中在所述低温范围内，所选波长的所述光通量的吸收系数是高的

-以及其中当所述子层受到光通量作用时，温度进入到高温范围内；

以及经由所述待加热层的与所述子层相对的表面对所述晶片至少局部施加所述光通量。

根据本发明，存在以下机制。

在第一阶段中，光通量将子层从其初始温度加热到至少处于所述高温范围内的温度。

在第二阶段中，子层通过热扩散将待加热层的相邻部分加热到处于所述高温范围内的温度。

在第三阶段中，该相邻部分因此成为吸收性的并在待加热层中产生吸收热前缘，所述吸收热前缘中的温度处于所述高温范围内，在热前缘的向前热扩散以及经由待加热层余下的还不是吸收性的部分到达所述热前缘的所述光通量的热能供应的联合或双重作用下，所述吸收热前缘朝所述前表面推进。

根据本发明，可以通过作为温度函数的吸收系数的表现过渡阈值来分隔所述低温范围和所述高温范围。

根据本发明，作为温度函数的吸收系数的所述表现过渡阈值可以在一温度范围上延伸。

根据本发明，待加热层可以是低掺杂硅。

根据本发明，待加热层可以是半导体材料。

根据本发明，所述低温范围可以基本上对应于不是本征的(intrinsic)掺杂的范围，所述高温范围可以基本对应于本征的掺杂范围。

根据本发明，待加热层可以是氮化镓。

根据本发明，子层可以是非晶硅。

根据本发明，子层可以是高掺杂硅。

根据本发明，待加热层可以是氮化镓，子层可以是硅。

根据本发明，可以通过激光器产生光通量。通过研究附图所示的作为非限制性示例进行描述的热处理方法，可以更清晰地理解本发明，其中：

图1表示晶片和相关装置的剖面；

图2表示根据本发明的应用于图1中的晶片的机制，其中X轴表示深度，Y轴表示温度；

图3表示另一晶片的剖面；

图4和5表示根据本发明的应用于图3中的晶片的机制；

图6和7表示以剖面图表示的另一晶片的实施例；

图8表示根据本发明的应用于图7中的晶片的机制；

以及图9参照图8表示了根据本发明的机制的应用示例。

图1表示晶片1，其中晶片1包括具有前表面3的层2以及与层2的后表面5相邻的子层4。

与层2的前表面5相对，安装有向所述前表面5的光通量7脉冲P发生器6。

在一替代实施例中，晶片1可以包括与子层4的后表面相邻的后层8，以形成衬底。