[发明专利]利用光纤激光器的激光尖峰退火

说明书

对于相关申请的交叉引用

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NO.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

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。

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

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 activation)以及超突变结(Super-abrupt junctions)，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－漏极活化(Source-drain activation)、金属-硅合金的形成及缺陷退火(Defect annealing)等。

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WO2001/071787A1、美国专利No.6365476以及美国专利No.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

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L_A的长型退火图像；加热晶片的至少一个区域至预退火温度T_PA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t_D在100纳秒≤t_D≤10毫秒之间；或者在另一示例中，为30纳秒≤t_D≤10毫秒之间，并使晶片表面温度升至退火温度T_A。

本公开的另一个方面是如上所述的方法，其中退火长度L_A的范围为3毫米≤L_A≤450毫米；或者，在另一示例中，长度范围为3毫米≤L_A≤30毫米。

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W_A，并且其中宽度W_A的范围为25微米≤W_A≤500微米；或者，在另一示例中，宽度W_A的范围为50微米≤W_A≤500微米。

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P_A，光功率量P_A的范围为100瓦特≤P_A≤10,000瓦特；或者，在另一示例中，光功率量P_A的范围为100瓦特≤P_A≤1,000瓦特。

本公开的另一个方面是如上所述的方法，其中预退火温度T_PA的范围为200℃≤T_PA≤600℃。

本公开的另一个方面是如上所述的方法，其中退火温度T_A的范围为1,100℃≤T_A≤1,350℃或者T_A≥1,410℃。

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。

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。

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)。