[发明专利]硅片激光退火中多梯度温度场的装置和方法

权利要求书

1.一种硅片激光退火中多梯度温度场的装置，该激光退火装置由在光学处理系统(14)的两边分别水平放置退火激光源(13)和全反射镜，衬底圆片(16)载于承片台(15)上，全反射镜将经过光学处理系统(14)处理形成大束斑的退火激光束(19)反射后，垂直入射到承片台(15)上面的衬底圆片(16)之上，另外采用一个辅助性加热的光源(20)产生辅助性加热光束(17)斜入射到衬底圆片(16)的表面，载片台(15)内部装置的加热源(18)用于形成晶圆片本底温度区域，载片台(15)内部安装用于形成晶圆片本底温度区域的辅助加热源(18)以及装置自动化运行的计算机控制系统；其特征在于，由退火激光束(19)、斜入射到衬底圆片(16)表面的辅助性加热光束(17)和载片台(15)内部安装的辅助加热源(18)在半导体晶圆片激光退火过程中形成多梯度温度场；

所述的退火激光光源(13)，波长至少在材料的红外吸收限以内，对于超浅结制作，波长限定为在400nm以下；

所述的光束处理系统(14)，主要的功能是将激光器(13)出射的光束进行扩束、对光束整形、光场均匀化，最终得到作用于半导体晶圆片(16)表面之上的大束斑的退火激光光束(19)；

所述的半导体晶圆片(16)，放置于载片台(15)之上，并且随载片台(15)相对于退火激光束(19)进行扫描或者步进方式的移动。

2.根据权利要求1所述硅片激光退火中多梯度温度场的装置，其特征在于，所述的多梯度温度场为在半导体晶圆片中造成3个不同温度区域，这三个温度区域分别由不同的能量源提供升温热量，其中退火激光光束(19)用于形成硅片浅表面处的高温区域(10)，辅助加热光束(17)用于形成包含高温区域(10)在内的次高温区域(11)，载片台(15)内部安装的辅助加热源(18)用于形成晶圆片本底温度区域(12)；随着晶圆片相对于退火激光束(19)的扫描或者步进式的移动，激光束(19)和辅助加热光束(17)将移动通过晶圆片的整个表面，因此高温区域(10)和次高温区域(11)，在不同的时间是处于晶圆片表面不同的局部位置的。

3.根据权利要求1所述硅片激光退火中多梯度温度场的装置，其特征在于，所述退火激光束(19)，其作用在于对晶圆片掺杂杂质进行退火，即便是不附加其他辅助性的措施，该光束也能够独立完成退火的作用。

4.根据权利要求1所述硅片激光退火中多梯度温度场的装置，其特征在于，所述辅助加热光束(17)为普通光源或激光光束，对于半导体材料晶圆片的透入深度大于退火激光光束(19)，并且具备一定的功率，能够在扫描通过晶圆片表面特定区域的短时间内，令该区域获得一定量的温度提升；在所述的辅助加热光束(17)和辅助加热源(18)之间，分担和协同完成总的辅助加热温升目标。

5.根据权利要求1所述硅片激光退火中多梯度温度场的装置，其特征在于，所述退火激光光源(19)和辅助加热光源(17)，采取但不限于退火激光束正入射、辅助加热光束斜入射到晶圆片表面的方式。

6.根据权利要求1所述硅片激光退火中多梯度温度场的装置，其特征在于，当采用光束作为辅助加热源时，光束为单色光或多色光合成的；或采用激光；当采用激光束进行辅助性加热时，辅助加热光束的束斑包含退火激光的束斑，并且二者同时在晶圆片表面移动；辅助加热的激光束，波长要大于退火激光束的波长，这是因为要求辅助加热透入半导体晶圆片的深度要大于退火光束作用深度的缘故。

7.根据权利要求1所述硅片激光退火中多梯度温度场的装置，其特征在于，所述衬底圆片载于承片台上，随承片台在纵、横两个方向上进行扫描或者步进移动，因而退火激光光束能够作用到退火晶圆片的整个表面。

8.根据权利要求1所述硅片激光退火中多梯度温度场的装置，其特征在于，所述退火激光的光束处理系统，对于退火激光进行扩束，匀束，整形的处理，使得辐照到半导体晶圆片表面的激光光束束斑为矩形，矩形的长、宽值在几毫米至几厘米量级。