專利名稱：脈沖序列退火方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例總的來(lái)說(shuō)涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種熱處理襯底的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件的市場(chǎng)繼續(xù)遵循著摩爾定律的軌跡前進(jìn)。當(dāng)前45納米(nm)的器件幾何圖形計(jì)劃縮小到20nm或以下，以滿足將來(lái)性能的需求。對(duì)于要實(shí)現(xiàn)的這種按比例縮小，摻雜的源和漏接點(diǎn)的制造工藝必須集中在單個(gè)原子在很小晶格內(nèi)的位置和移動(dòng)。例如，一些將來(lái)的器件設(shè)計(jì)期待由少于100個(gè)原子組成的溝道區(qū)。針對(duì)這種苛刻的需求，需要在幾個(gè)原子半徑內(nèi)控制摻雜劑原子的放置。當(dāng)前摻雜劑原子的放置是通過(guò)將摻雜劑注入到硅襯底的源和漏區(qū)以及然后退火該襯底的工藝來(lái)控制的。摻雜劑可用來(lái)增強(qiáng)硅基質(zhì)中的導(dǎo)電性，以引起對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的損傷，或者控制層之間的擴(kuò)散。例如硼(B)、磷(P)、砷(As)、鈷(Co)、銦(In)和銻(Sb)的原子可用來(lái)增強(qiáng)導(dǎo)電性。硅(Si)、鍺(Ge)和氬(Ar)可用來(lái)引起晶體損傷。對(duì)于擴(kuò)散控制，通常使用碳(C)、氟(F)和氮(N)。在退火期間，一般將襯底加熱到高溫，以便在襯底中定義的多個(gè)IC器件中發(fā)生各種化學(xué)和物理反應(yīng)。退火處理從先前制造的非晶的襯底區(qū)域再創(chuàng)建一些結(jié)晶結(jié)構(gòu)，并且通過(guò)將其它原子合并到襯底的晶格中來(lái)“激活”摻雜劑。使晶格有序和激活摻雜劑會(huì)降低摻雜區(qū)的電阻率。熱處理，例如退火，包括將相對(duì)大量的熱能在很短的時(shí)間內(nèi)引到襯底上，之后快速地冷卻該襯底以結(jié)束該熱處理。已經(jīng)被廣泛使用一定時(shí)間的熱處理的例子，包括快速熱處理(RTP)和脈沖 (尖峰)退火。雖然被廣泛使用，但是這種處理并不理想，因?yàn)樗鼈兪咕瑴囟鹊淖兓瘍A斜(ramp)太小，且使該晶片暴露在升高的溫度時(shí)間太長(zhǎng)。隨著增加的晶片尺寸、增加的開關(guān)速度和/或降低的特征尺寸，這些問(wèn)題變得更嚴(yán)重。通常，常規(guī)的熱處理在根據(jù)預(yù)定熱制法的控制條件下加熱該襯底。這些熱制法基本包括:半導(dǎo)體襯底的目標(biāo)溫度；溫度改變速率，即，溫度上升和下降速度；和熱處理系統(tǒng)保持在特定溫度下的時(shí)間。例如，熱制法要求該襯底從室溫加熱到1200°C或更大的峰值溫度，并且要求每個(gè)峰值溫度附近的處理時(shí)間范圍直到60秒或更大。退火摻雜襯底的所有處理的目標(biāo)是在襯底內(nèi)產(chǎn)生足夠的原子運(yùn)動(dòng)，使摻雜劑原子占據(jù)晶格位置，并使硅原子重新安排自己進(jìn)入結(jié)晶模式，不讓摻雜劑原子廣泛地?cái)U(kuò)散過(guò)該襯底。這種寬擴(kuò)散通過(guò)降低摻雜劑的濃度和使它們傳播到更大的襯底區(qū)域中，降低了摻雜區(qū)的電氣性能。為了實(shí)現(xiàn)這些目的，溫度斜率，無(wú)論上升和下降，都優(yōu)選要高。換句話說(shuō)，希望能夠在盡可能短的時(shí)間內(nèi)將襯底溫度從低溫調(diào)節(jié)到高溫，反之亦然。當(dāng)前退火工藝通常能夠保持大約3_4nm/十進(jìn)制(decade) (10%改變)的濃度陸峭度。然而，當(dāng)結(jié)深度縮小到小于100埃時(shí)，所關(guān)心的是未來(lái)的陡峭度小于2nm/十進(jìn)制。
對(duì)高溫度斜率的需要，致使開發(fā)快速熱處理(RTP)，與常規(guī)熔爐的5_15°C /分鐘相t匕，其典型的溫度傾斜上升速率范圍從200至400°C /S。典型的傾斜下降速率在80-150°C /s的范圍內(nèi)。雖然IC器件僅存在于襯底幾微米的頂部上，但是RTP能加熱整個(gè)襯底。這限制了能夠多快地加熱和冷卻該襯底。而且，一旦整個(gè)襯底處在升高的溫度上，熱量會(huì)僅消耗在周圍的空間或結(jié)構(gòu)中。結(jié)果，當(dāng)今技術(shù)發(fā)展水平的RTP系統(tǒng)會(huì)努力實(shí)現(xiàn)400°C /s的傾斜上升速率和150°C /s的斜坡下降速率。脈沖和尖峰退火已經(jīng)用來(lái)進(jìn)一步加速溫度傾斜。在單個(gè)脈沖中非常短的時(shí)間內(nèi)能量被提供到襯底的一個(gè)部分上。然而，為了提供足夠的能量導(dǎo)致基本退火，需要很大的能量密度。例如，脈沖退火需要將提供到襯底上的能量密度在約2J/cm2以上。在單個(gè)持續(xù)時(shí)間短的脈沖中提供足夠的能量來(lái)充分退火該襯底，經(jīng)常會(huì)造成其表面的重大損傷。而且，向襯底提供非常短的脈沖能量會(huì)導(dǎo)致不均勻的問(wèn)題。此外，需要激活摻雜劑的能量與安排晶格需要的能量可能非常不同。最終，即使用脈沖和尖峰退火，縮小器件尺寸也會(huì)導(dǎo)致結(jié)區(qū)域上雜質(zhì)的過(guò)擴(kuò)散。一些地方已經(jīng)嘗試使用兩個(gè)或多個(gè)脈沖的能量來(lái)退火襯底，其中第一脈沖的能量可以被設(shè)計(jì)成接近激活摻雜劑需要的能量，并且隨后的脈沖單獨(dú)地調(diào)節(jié)強(qiáng)度或持續(xù)時(shí)間，以為了有序晶格的目的實(shí)現(xiàn)襯底的目標(biāo)熱史。已經(jīng)報(bào)道了僅限于成功的這些努力。應(yīng)該想至IJ，提供不同量的能量的脈沖，在促使組織晶格時(shí)，可以工作以消除在第一個(gè)脈沖中實(shí)現(xiàn)的摻雜劑激活。由脈沖提供能量的不同模式可能會(huì)激起晶格內(nèi)不同模式的運(yùn)動(dòng)，這通?？梢砸瞥w缺陷，同時(shí)移動(dòng)一些摻雜劑原子遠(yuǎn)離它們的激活位置。而且很難實(shí)現(xiàn)均勻處理。為了解決在常規(guī)RTP型工藝中存在的問(wèn)題，已使用各種掃描激光退火技術(shù)來(lái)退火襯底的表面。通常，這些技術(shù)向襯底表面上小的區(qū)域提供恒定的能量通量，同時(shí)相對(duì)提供到小區(qū)域的能量平移或掃描該襯底。即使向每個(gè)區(qū)域提供恒定的能量通量，也很難實(shí)現(xiàn)均勻處理，因?yàn)橥嘶饏^(qū)具有不同的熱史。最初處理的區(qū)域具有包括尖峰之后長(zhǎng)熱吸收的熱史，最后處理的區(qū)域具有長(zhǎng)熱吸收之后的尖峰，而中間的那些具有熱吸收/尖峰/熱吸收的歷史。由于嚴(yán)格的均勻性要求和 橫過(guò)襯底表面最小化掃描區(qū)重疊的復(fù)雜性，對(duì)于形成在襯底表面上的下一代接觸級(jí)器件的熱處理，這些類型的處理不是有效的。此外，由于隨著對(duì)增加器件速度的需求，半導(dǎo)體器件中各種元件的尺寸降低了，所以允許快速加熱和冷卻的普通常規(guī)退火技術(shù)不再有效。在具有包括60個(gè)原子的溝道區(qū)的下一代器件中，由于能量要被轉(zhuǎn)移的區(qū)域中的分級(jí)，不能采用通常基于物質(zhì)體內(nèi)分子轉(zhuǎn)換能量的統(tǒng)計(jì)處理的傳統(tǒng)觀念的溫度和熱梯度。傳統(tǒng)的RTP和激光退火工藝將襯底的溫度升高到約1150_1350°C之間持續(xù)僅一秒，以移除襯底中的損傷并達(dá)到期望的摻雜劑分布。在一個(gè)工藝步驟中，這些常規(guī)的方法努力將襯底加熱到相當(dāng)高的溫度，然后在相對(duì)短的時(shí)間周期內(nèi)快速冷卻它。為了確保期望的摻雜劑分布保留在這些小器件區(qū)域中，人們需要設(shè)計(jì)一種方式，在峰值退火溫度和防止摻雜劑原子繼續(xù)擴(kuò)散的溫度(例如，< 750°C)之間，對(duì)于RTP工藝峰值退火溫度典型地在約1150-1200°C之間，在小于約0.02至約I秒的時(shí)間內(nèi)快速地加熱和冷卻襯底。用標(biāo)準(zhǔn)的熱處理工藝以這么高的速度加熱和冷卻襯底通常是不可能的，因?yàn)橐r底本身一般將花費(fèi)約0.5秒才能冷卻下來(lái)。為了引起更快速的冷卻，需要采用冷卻媒質(zhì)，其依次需要大量的能量將襯底加熱到目標(biāo)溫度。即使沒有冷卻媒質(zhì)，利用常規(guī)的技術(shù)使襯底的溫度保持在高水平需要的能量也是相當(dāng)可怕的。一次僅處理襯底的一部分減少了能量預(yù)算，但是在襯底中產(chǎn)生了能夠使其損壞的應(yīng)力?？紤]到上面這些，需要一種退火半導(dǎo)體襯底的方法，其具有充分地能量供給控制，能夠退火小器件，并且需要一種能夠?qū)嵤┰摲椒ǖ脑O(shè)備。這將實(shí)現(xiàn)在制造會(huì)致使性能增加的更小器件上的必要控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通常提供一種用來(lái)對(duì)襯底進(jìn)行脈沖退火的設(shè)備和方法。更具體地，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用來(lái)處理襯底的設(shè)備，包括:主體部分,耦合到主體部分的襯底支架，設(shè)置在輻射組件中的多個(gè)電磁發(fā)射源，耦合到主體部分的輻射組件，耦合到輻射組件的一個(gè)或多個(gè)電源，耦合到電源的控制器，和配置以檢測(cè)來(lái)自襯底的聲波發(fā)射的檢測(cè)器。本發(fā)明的其它實(shí)施例提供一種對(duì)襯底進(jìn)行退火的方法，包括:將襯底設(shè)置在襯底支架上，將至少100個(gè) 脈沖的電磁能量引向襯底，并且在每個(gè)脈沖的電磁能量撞擊襯底時(shí)檢測(cè)由襯底產(chǎn)生的聲波。本發(fā)明的其它實(shí)施例提供一種對(duì)襯底進(jìn)行退火的工藝，包括:將襯底放置在處理腔中的襯底支架上，并向襯底的表面供給多個(gè)電磁能量脈沖，其中多個(gè)電磁脈沖中的每個(gè)具有總能量和脈沖寬度，并且在該脈沖寬度上供給的多個(gè)電磁脈沖中的每個(gè)的總能量不足以將設(shè)置在襯底表面上和襯底表面內(nèi)的材料加熱到其熔點(diǎn)以上的溫度。本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)一步提供一種處理具有前側(cè)和后側(cè)的襯底的方法，包括:將襯底放置在處理腔中的襯底支架上，將襯底支架的溫度控制在低于襯底的熔化溫度的溫度，向襯底的第一表面供給第一脈沖的電磁能量，其中第一脈沖的電磁能量具有第一總能量和第一脈沖寬度，響應(yīng)于撞擊襯底第一表面的第一脈沖電磁能量檢測(cè)到達(dá)襯底第二表面的能量的量，基于檢測(cè)到達(dá)第二表面的能量的量選擇第二電磁能量脈沖的第二期望的總能量和第二脈沖寬度，和向襯底的第一表面供給第二脈沖電磁能量。本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)一步提供一種對(duì)處理腔中的襯底進(jìn)行退火的方法，包括:將襯底設(shè)置在襯底支架上，將襯底支架的溫度控制在襯底熔化溫度之下的溫度；在襯底的第一表面，引導(dǎo)第一多個(gè)電磁能量脈沖，每個(gè)能量脈沖具有大約Inm(納秒)和大約10微秒(毫秒)之間的脈寬并且能量密度小于熔化襯底材料需要的能量密度；響應(yīng)于撞擊襯底第一表面的第一組電磁能量脈沖中的每個(gè)電磁能量脈沖檢測(cè)到達(dá)襯底第二表面的能量的量；基于檢測(cè)到達(dá)第二表面的能量的量選擇隨后的電磁能量脈沖的功率等級(jí)；以選擇的功率等級(jí)將第二組電磁能量脈沖引向襯底的第一部分，每個(gè)電磁能量脈沖具有大約20納秒到大約10毫秒的脈寬；以選擇的功率等級(jí)向襯底的第二部分引導(dǎo)第三組電磁能量脈沖，每個(gè)具有大約20納秒到大約10毫秒的脈寬；并通過(guò)監(jiān)測(cè)來(lái)自襯底的第二聲音響應(yīng)來(lái)檢測(cè)端點(diǎn)。本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)一步提供一種用來(lái)處理襯底的設(shè)備，包括:耦合到主體部分的第一端的襯底固定架，和耦合到主體部分的第二端的輻射組件。配置襯底固定架用來(lái)與主體部分基本徑向?qū)?zhǔn)以固定襯底，并用來(lái)控制襯底的體溫度。主體部分可以是有小塊面的或圓形的，并且用反射襯墊涂布其內(nèi)部。該主體部分可包含內(nèi)部結(jié)構(gòu)，例如反射鏡和折射鏡，用來(lái)控制和引導(dǎo)電磁能量。輻射組件耦合到主體部分的第二端，利用透鏡將電磁能量從輻射組件引入主體部分。輻射組件具有與透鏡相對(duì)的彎曲部分，配置來(lái)容納多個(gè)閃光燈，每個(gè)閃光燈被設(shè)置在槽形反射鏡內(nèi)。該輻射組件可以內(nèi)部襯有反射襯墊。
本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)一步提供用于處理襯底的另一種設(shè)備，包括:耦合到主體部分的第一端的襯底固定架，并且主體部分可以是有小塊面的或圓形的，并且用反射襯墊涂布其內(nèi)部。該主體部分可包含內(nèi)部結(jié)構(gòu)，例如反射鏡和折射鏡，用來(lái)控制和引導(dǎo)電磁能量?？梢栽O(shè)置閃光燈橫過(guò)輻射區(qū)域并穿透輻射區(qū)的一個(gè)或多個(gè)面?？梢詫?duì)著主體部分的輻射區(qū)可密封地設(shè)置反射背板。本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)一步提供一種控制閃光燈設(shè)備的設(shè)備和方法，包括:電源、充電電路、啟動(dòng)電路、每個(gè)充電和啟動(dòng)電路中打開和關(guān)閉各個(gè)電路的開關(guān)、配置用來(lái)通過(guò)充電電路充電和通過(guò)啟動(dòng)電路放電的一個(gè)或多個(gè)電容器、控制開關(guān)操作的控制器、用來(lái)使供給到閃光燈上的功率相等的功率分配器件和耦合到功率分配器件和每個(gè)閃光燈上的單獨(dú)的啟動(dòng)引線。另外，例如電阻和電感的元件可以被包括在啟動(dòng)電路中，以調(diào)節(jié)發(fā)射到閃光燈的能量分布。


所以可以詳細(xì)理解本發(fā)明的上述特征的方式、本發(fā)明的更具體說(shuō)明、以上的簡(jiǎn)要說(shuō)明，都可參考實(shí)施例進(jìn)行，在附圖中示例了一些實(shí)施例。然而，要注意，附圖僅示例了本發(fā)明的典型實(shí)施例，因此不認(rèn)為是限制它的范圍，對(duì)于本發(fā)明允許其它等效的實(shí)施例。圖1A是示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的等距圖。圖1B是圖1A的設(shè)備的示意側(cè)視圖。圖2A-2E是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的截面圖。圖3A-3C是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的摻雜劑和晶體缺陷濃度與深度的關(guān)系曲線圖。圖4A-4G是示出本發(fā)明一些實(shí)施例的能量脈沖的曲線圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)的示意圖。圖6A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的流程圖。圖6B-6D是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的襯底的截面圖，示意性地示出了在圖6A中所示的工藝階段的狀態(tài)。圖6E-6F不出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例配置的設(shè)備。圖7A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的流程圖。圖7B-7E是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的襯底的截面圖，示意性地示出了在圖7A中所示的工藝階段的狀態(tài)。圖8A-8F是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的設(shè)備的圖。圖9A-9B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一設(shè)備的圖。圖10是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的能量脈沖的曲線圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明通常提供一種控制在襯底上形成一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體器件期間所執(zhí)行的退火工藝期間供給的能量的設(shè)備和方法。通常，本發(fā)明的方法可通過(guò)供給足夠的能量給襯底表面來(lái)用于對(duì)整個(gè)襯底或襯底的選擇區(qū)進(jìn)行退火，以使在注入工藝期間引起的損傷被去除以及提供在襯底表面內(nèi)的所期望的摻雜劑分布。控制摻雜劑的擴(kuò)散和半導(dǎo)體器件期望區(qū)的損傷去除的需要隨著器件尺寸縮小變得越來(lái)越重要。這在45nm節(jié)點(diǎn)以下尤其明顯，其中溝道區(qū)的尺寸約為500埃(A)或更小。退火工藝通常包括在一系列連續(xù)能量脈沖供給足夠的能量以允許控制摻雜劑的擴(kuò)散和在半導(dǎo)體器件的期望區(qū)內(nèi)的短距離去除襯底損傷。在一個(gè)實(shí)例中，該短距離在約一個(gè)晶格面與數(shù)十個(gè)晶格面之間。在一個(gè)實(shí)施例中，在單個(gè)脈沖期間供給的能量?jī)H足夠提供僅是單個(gè)晶格面一部分的平均擴(kuò)散深度，由此退火工藝需要多個(gè)脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)期望量的摻雜劑擴(kuò)散或晶格損傷校正。由此可以把每個(gè)脈沖說(shuō)成完成在襯底一部分內(nèi)的完全微退火工藝。在一個(gè)實(shí)施例中，連續(xù)脈沖的數(shù)量可在約30和約100，000個(gè)脈沖之間變化，其每個(gè)都具有約I納秒(nsec)至約10毫秒(msec)的持續(xù)時(shí)間。在其它實(shí)施例中，每個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間可小于10毫秒，例如在約I毫秒和約10毫秒之間，或優(yōu)選地在約I納秒和約10微秒(μ sec)之間，更優(yōu)選地小于約100納秒。在一些實(shí)施例中，每個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間可在約I納秒和約10納秒之間，例如約I納秒。每個(gè)微退火工藝的特征是加熱襯底的一部分至退火溫度一持續(xù)時(shí)間，然后允許退火能量完全散逸在襯底內(nèi)。給予的能量激勵(lì)在能量散逸之后隨后被冷凍的退火區(qū)內(nèi)的原子運(yùn)動(dòng)。直接在退火區(qū)下面的區(qū)域基本上是純的有序晶體。當(dāng)脈沖的能量傳過(guò)襯底時(shí)，最接近有序區(qū)的填隙原子(摻雜劑或硅)會(huì)被輕推進(jìn)晶格位置。直接鄰接晶格位置非有序的其它原子會(huì)向上朝著無(wú)序區(qū)和遠(yuǎn)離有序區(qū)擴(kuò)散，以尋找要占用的最接近可用的晶格位置。另外，摻雜劑原子會(huì)從襯底表面附近的高濃度區(qū)擴(kuò)散到襯底深處的低濃度區(qū)。每個(gè)連續(xù)脈沖從退火區(qū)下面的有序區(qū)向上朝著襯底表面生長(zhǎng)有序區(qū)，且使摻雜劑濃度分布均勻。該工藝涉及外延晶體生長(zhǎng)，因?yàn)橹饘永^續(xù)，每個(gè)脈沖的能量完成從幾個(gè)到數(shù)十個(gè)晶格面退火。通常這里使用的術(shù)語(yǔ)“襯底”指的是可以由具有某些天然電傳導(dǎo)能力的任何材料或者可以更改被更改提供傳導(dǎo)電性的能力的材料形成的物體。一般的襯底材料包括，但不限于，半導(dǎo)體，例如硅(Si)和鍺(Ge)，以及顯示出半導(dǎo)體性質(zhì)的其它化合物。這種半導(dǎo)體化合物通常包括II1-V族和I1-VI族化合物。有代表性的II1-V族半導(dǎo)體化合物包括，但不限于，砷化鎵(GaAs )、磷化鎵(GaP)和氮化鎵(GaN)。通常，術(shù)語(yǔ)“半導(dǎo)體襯底”包括體半導(dǎo)體襯底以及具有沉積層設(shè)置在其上的襯底。為此，在由本發(fā)明的方法處理的一些半導(dǎo)體襯底中的沉積層是通過(guò)同質(zhì)外延(例如硅上硅)或異質(zhì)外延(硅上GaAs)生長(zhǎng)形成的。例如，本發(fā)明的方法可以使用通過(guò)異質(zhì)外延法形成的砷化鎵和氮化鎵襯底。同樣，還可以應(yīng)用本發(fā)明的方法在形成于絕緣襯底(例如絕緣體上硅[SOI]襯底)上的較薄晶體硅層上形成集成器件，例如薄膜晶體管(TFT)。另外，可使用該方法來(lái)制備光伏器件，例如太陽(yáng)能電池。這種器件可包括導(dǎo)電、半導(dǎo)電或絕緣材料層，且可利用多種材料去除工藝來(lái)進(jìn)行制圖。導(dǎo)電材料通常包括金屬。絕緣材料通常包括金屬或半導(dǎo)體的氧化物、或摻雜的半導(dǎo)體材料。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，把連續(xù)供給的大量能量導(dǎo)向襯底表面來(lái)退火襯底的某些期望區(qū)，以去除由現(xiàn)有的處理步驟產(chǎn)生的損傷(例如由注入工藝引起的晶體損傷)，在襯底的各個(gè)區(qū)域中更均勻地分布摻雜劑，根據(jù)選擇的分布可控地分布摻雜劑，和/或激活襯底的各個(gè)區(qū)域。由于改善的溫度控制和摻雜劑原子在襯底的暴露區(qū)中的擴(kuò)散，連續(xù)供給大量能量的工藝使得摻雜劑更均勻地分布在暴露區(qū)中。由此供給少量的能量使得:1)在摻雜劑原子在襯底一部分內(nèi)的分布方面提高了均勻性和很好的控制，2)去除了在現(xiàn)有處理步驟中產(chǎn)生的缺陷，和3)很好地控制了器件的先前激活的區(qū)域。圖1A示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的等距圖，其中采用能量源20將大量能量投射到襯底10的預(yù)定區(qū)域或退火區(qū) 12以優(yōu)先對(duì)退火區(qū)12內(nèi)的某些期望區(qū)進(jìn)行退火。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖1A所示，僅襯底的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定區(qū)，例如退火區(qū)12，在任意給定的時(shí)間被暴露到能量源20的輻射。在本發(fā)明的一個(gè)方面，把襯底10的單個(gè)區(qū)域順序暴露于從能量源20供給的所希望量的能量使得優(yōu)先對(duì)襯底的期望區(qū)進(jìn)行退火。在一個(gè)實(shí)例中，通過(guò)相對(duì)于電磁輻射源(例如常規(guī)的X/Y臺(tái)、精準(zhǔn)臺(tái))的輸出轉(zhuǎn)移襯底和/或相對(duì)于襯底轉(zhuǎn)移輻射源的輸出，在另一個(gè)之后暴露襯底表面上的一個(gè)區(qū)域。一般，使用一個(gè)或多個(gè)常規(guī)的電致動(dòng)器17 (例如，直線電動(dòng)機(jī)、導(dǎo)螺桿和伺服電動(dòng)機(jī))來(lái)控制襯底10的運(yùn)動(dòng)和位置，該電自動(dòng)器17可以是獨(dú)立精確臺(tái)的一部分(未示出)?？捎糜谥魏投ㄎ灰r底10及熱交換器件15的常規(guī)精準(zhǔn)臺(tái)，可從加利福尼亞州、羅納特巴克的Parker Hannifin公司購(gòu)買。在另一實(shí)施例中，同時(shí)全部連續(xù)暴露襯底10的整個(gè)表面(例如，連續(xù)暴露全部的退火區(qū)12)。在一個(gè)方面中，使供給輻射到其的退火區(qū)12大小合適以匹配管芯13 (例如，圖1中示出了 40個(gè)“管芯”)或形成在襯底表面上的半導(dǎo)體器件(例如存儲(chǔ)器芯片)的大小。在一個(gè)方面中，對(duì)準(zhǔn)退火區(qū)12的界面并使其大小合適以適于匹配在每個(gè)管芯13的界面的“切口”或“劃線”線IOA內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，在執(zhí)行退火工藝之前，利用一般在襯底表面上找到的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記和其它常規(guī)技術(shù)將襯底對(duì)準(zhǔn)到能量源20的輸出，以便可以將退火區(qū)12充分地對(duì)準(zhǔn)到管芯13。順序設(shè)置退火區(qū)12使得它們僅在管芯13之間的自然出現(xiàn)的未使用間隔/邊界，例如劃線或切口線中交疊，減少在器件形成于襯底上的區(qū)域中重疊能量的需要，并由此降低了交疊退火區(qū)之間的處理結(jié)果的變化。因此，處理變化的量，由于暴露到由能量源20供給的能量的變化量處理襯底的臨界區(qū)而被最小化，因?yàn)榭梢宰钚』陧樞蛟O(shè)置的退火區(qū)12之間的供給的能量的交疊。在一個(gè)實(shí)例中，每個(gè)順序放置的退火區(qū)12都是約22mm X約33mm尺寸的矩形區(qū)(例如726平方毫米(mm2)的面積)。在一個(gè)方面中，形成在襯底表面上的每個(gè)順序放置的退火區(qū)12的面積在約4mm2 (例如2mmX2mm)和約IOOOmm2 (例如 25_X40mm)之間。通常采用能量源20提供電磁能以優(yōu)先對(duì)襯底表面的某些希望區(qū)進(jìn)行退火。典型的電磁能量源包括，但 不限于，光輻射源(例如激光、閃光燈)、電子束源、離子束源和/或微波能量源。在一個(gè)方面中，將襯底10暴露到在一個(gè)或多個(gè)合適的波長(zhǎng)發(fā)出輻射的激光的多個(gè)脈沖能長(zhǎng)達(dá)所希望的時(shí)間段。在一個(gè)方面中，調(diào)整來(lái)自能量源20的能量的多個(gè)脈沖，以便優(yōu)化在退火區(qū)12上供給的能量和/或提供給脈沖周期的能量，以不熔融襯底表面上的區(qū)域，但供給足夠的能量以可控地允許摻雜劑的主要部分在退火區(qū)中擴(kuò)散，以及退火區(qū)內(nèi)大部分量的損傷一次被去除一個(gè)晶格面，或小組晶格面。每個(gè)脈沖完成微退火循環(huán)會(huì)導(dǎo)致?lián)诫s劑從高濃度區(qū)到低濃度區(qū)的一些擴(kuò)散，并且會(huì)導(dǎo)致在無(wú)序退火區(qū)底部附近的有序晶體的少量晶格面的外延生長(zhǎng)。在一個(gè)方面中，調(diào)整能量源20的波長(zhǎng)以便輻射的主要部分被設(shè)置在襯底上的硅層吸收。對(duì)于在包含硅的襯底上執(zhí)行的退火工藝，輻射的波長(zhǎng)可小于約800nm，且可以在深紫外線(UV)、紅外線(IR)或其它所希望的波長(zhǎng)供給輻射的波長(zhǎng)。在一個(gè)實(shí)施例中，能量源20是強(qiáng)光源，例如激光，采用該光源來(lái)供給約500nm和約11微米之間波長(zhǎng)的輻射。在另一實(shí)施例中，能量源20是特征為多個(gè)發(fā)出輻射燈的閃光燈陣列，例如氙、氬或氪放電燈。在一些實(shí)施例中還可使用鎢鹵素?zé)?，但它們通常不普遍，因?yàn)橛捎诩訜岷屠鋮s燈絲的需要，它們不能足夠快地照亮和熄滅來(lái)產(chǎn)生所需要的短脈沖。因此鎢鹵素?zé)粼谑褂脮r(shí)必須與快門一起使用來(lái)處理脈沖。而且，鎢鹵素?zé)敉ǔ９┙o低能量密度，所以需要更多。在所有情況下，在退火工藝中使用的能量脈沖通常會(huì)在較短時(shí)間出現(xiàn)，例如約I毫秒至約10毫秒的數(shù)量級(jí)。圖1B是圖1A的設(shè)備的示意性側(cè)視圖。電源102耦合至能量源20。能量源20包括能量發(fā)生器104和光學(xué)組件108，能量發(fā)生器104可以是例如如上所述的光源。配置能量發(fā)生器104以得到能量并將它引入光學(xué)組件108，其會(huì)使希望向襯底10供給的能量成形。光學(xué)組件108通常包括透鏡、濾光器、反射鏡等，配置以聚焦、極化、去極化、過(guò)濾或調(diào)節(jié)由能量發(fā)生器104產(chǎn)生的能量的相干性，目的是供給均勻列的能量到退火區(qū)12。為了供給能量脈沖，可提供開關(guān)106。開關(guān)106可以是在I μ sec以下打開或閉合的快門?？蛇x地，開關(guān)106可以是光學(xué)開關(guān),例如在閾值強(qiáng)度的光撞擊到它上時(shí),在小于I μ sec時(shí)變得明顯的墨晶。在一些實(shí)施例中，開關(guān)可以是普克爾斯盒。在一些實(shí)施例中，可配置光學(xué)開關(guān)在小于I納秒內(nèi)改變狀態(tài)。光學(xué)開關(guān)通過(guò)中斷導(dǎo)向襯底的電磁能的連續(xù)束而產(chǎn)生脈沖。該開關(guān)由控制器21操作，且可定位在能量發(fā)生器104的外部，例如耦合或固定到能量發(fā)生器104的出口區(qū)，或者其可定位在能量發(fā)生器104的內(nèi)部。在可選實(shí)施例中，可通過(guò)電氣裝置切換能量發(fā)生器?？膳渲每刂破?1以如需要的那樣接通和斷開電源102，或者可提供電容器110，其借助由控制 器21通電的電路通過(guò)電源102充電和放電到能量發(fā)生器104中。通過(guò)電容器的電氣開關(guān)是自開關(guān)的方式，因?yàn)槟芰堪l(fā)生器104在由電容器110提供的電能落入某一功率閾值以下時(shí)能停止產(chǎn)生能量。當(dāng)由電源102再充電電容器110時(shí)，其可被放電到能量發(fā)生器104中以產(chǎn)生另外的能量脈沖。在一些實(shí)施例中，可配置電氣開關(guān)以在小于I納秒內(nèi)接通或斷開電源。在一個(gè)實(shí)施例中，退火工藝包括激活退火步驟，接著是連續(xù)脈沖退火工藝，以提供所希望的器件特性。在一個(gè)實(shí)施例中，激活步驟可包括將襯底加熱到約400°C和約800°C之間的溫度達(dá)約I分鐘的時(shí)間段。在另一實(shí)施例中，激活步驟包括預(yù)加熱襯底。在退火工藝期間襯底的溫度控制在一個(gè)實(shí)施例中，希望在熱處理期間通過(guò)設(shè)置襯底10的表面與熱交換器件15的襯底支撐表面16熱接觸來(lái)控制襯底的溫度，示于圖1中。通常在退火工藝之前或退火工藝期間采用熱交換器件15加熱和/或冷卻襯底。在該結(jié)構(gòu)中，可使用熱交換器件15，例如可從加利福尼亞州、圣克拉拉的應(yīng)用材料公司獲得的常規(guī)襯底加熱器，來(lái)提高襯底的退火區(qū)的后處理性質(zhì)。通常，襯底10被放置在包含熱交換器件15的處理室(未示出)的封閉式處理環(huán)境(未示出)內(nèi)?？沙榭赵谔幚砥陂g襯底存在的處理大氣環(huán)境或包含適合于所希望工藝的氣體。例如，可在需要提供給室的某些氣體的沉積或注入工藝中使用本發(fā)明的實(shí)施例。氣體可以是反應(yīng)性的，例如用于沉積工藝的前體，或非反應(yīng)性的，例如在常規(guī)熱工藝中通常使用的惰性氣體。在一個(gè)實(shí)施例中，可在執(zhí)行退火工藝之前預(yù)加熱襯底，以便最小化所需的增加的退火能量，其會(huì)由于襯底的快速加熱和冷卻而降低引起的應(yīng)力，且還可能最小化襯底的退火區(qū)中的缺陷密度。在一個(gè)方面中，熱交換器件15包含電阻加熱元件15A和溫度控制器15C，用來(lái)加熱設(shè)置在襯底支撐表面16上的襯底。溫度控制器15C與控制器21通信(以下論述的)。在一個(gè)方面中，希望將襯底預(yù)加熱到約20°C和約750°C之間的溫度。在一個(gè)方面中，在襯底由含硅材料形成的地方，希望將襯底預(yù)加熱到約20°C和約500°C之間的溫度。在另一實(shí)施例中，希望在處理期間冷卻襯底以減少由于在退火工藝期間加到襯底上的能量而引起的內(nèi)擴(kuò)散。在需要增加熔融襯底的工藝中，后來(lái)的冷卻會(huì)增加再生長(zhǎng)速度，其在處理期間可以增加各個(gè)區(qū)域的非晶化，例如結(jié)合圖8描述的。在一種結(jié)構(gòu)中，熱交換器件15包含一個(gè)或多個(gè)流道15B和低溫冷卻器15D，用來(lái)冷卻設(shè)置在襯底支撐表面16上的襯底。在一個(gè)方面中，采用與控制器21通信的常規(guī)低溫冷卻器I 供給冷卻流體通過(guò)一個(gè)或多個(gè)流道15B。在一個(gè)方面中，希望將襯底冷卻到約_240°C和約20°C之間的溫度。通常設(shè)計(jì)控制器21 (圖1A)以便于控制和自動(dòng)控制這里描述的熱處理技術(shù)，且一般可包括中央處理單元(CPU)(未示出)、存儲(chǔ)器(未示出)和支撐電路(或I/O)(未示出)。(PU可以是用在控制各種工藝和硬件(例如常規(guī)的電磁輻射檢測(cè)器、電動(dòng)機(jī)、激光硬件)的工業(yè)設(shè)置中的任何形式的計(jì)算機(jī)處理器中的一種，并且監(jiān)測(cè)這些工藝(例如襯底溫度、襯底支撐溫度、脈沖激光的能量的量、檢測(cè)器信號(hào))。存儲(chǔ)器(未示出)連接至CPU，且可以是一個(gè)或多個(gè)可讀可用的存儲(chǔ)器，例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、軟盤、硬盤或任何其它形式的本地或遠(yuǎn)程數(shù)字存儲(chǔ)器。軟件指令和數(shù)據(jù)可以被編碼和儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器內(nèi)用于指示CPU。支持電路(未示出)還連接至用于以常規(guī)形式支持處理器的CPU。支持電路可包括常規(guī)的高速緩沖存儲(chǔ)器、電源、時(shí)鐘電路、輸入/輸出電路、子系統(tǒng)等。由控制器可讀的程序(或計(jì)算機(jī)指令)確定在襯底上可執(zhí)行的任務(wù)。優(yōu)選地，該程序是由控制器可讀的軟件且包括監(jiān)測(cè)和控制襯底位置、在每個(gè)電磁脈沖中提供能量的量、一個(gè)或多個(gè)電磁脈沖的時(shí)間、作為每個(gè)脈沖的時(shí)間函數(shù)的強(qiáng)度和波長(zhǎng)、襯底各個(gè)區(qū)域的溫度及其任一組合的代碼。選擇性加熱在試圖最小化形成的器件的各個(gè)區(qū)域之間的內(nèi)擴(kuò)散，去除襯底材料中的缺陷，和在襯底的各個(gè)區(qū)域中更均勻地分布摻雜劑時(shí)，可在襯底的各個(gè)區(qū)域上執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)處理步驟以使它們?cè)谕嘶鸸に嚻陂g暴露到從能量源提供的能量時(shí)優(yōu)選地熔融。更改襯底第一區(qū)域的性質(zhì)的工藝使得當(dāng)在退火工藝期間暴露到約相同量的能量時(shí)優(yōu)先熔融不是襯底的第二區(qū)域，在下文描述為在這兩個(gè)區(qū)域之間建立熔點(diǎn)對(duì)比。通常，可以更改允許優(yōu)先熔融襯底的希望區(qū)域的襯底性質(zhì)包括在襯底的所希望區(qū)內(nèi)注入、推進(jìn)(driving-1n)和/或共沉積一種或多種元素，對(duì)襯底的所希望區(qū)域造成物理?yè)p傷，以及優(yōu)化形成的器件結(jié)構(gòu)以在襯底的所希望區(qū)域中建立熔點(diǎn)對(duì)比。將依次回顧這些更改工藝的每一個(gè)。

圖2A-2C示出了電子器件200在結(jié)合本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的器件制備序列的不同階段的截面圖。圖2A示出了形成在襯底10的表面205上的一般電子器件200的側(cè)視圖，其具有兩個(gè)摻雜區(qū)201 (例如摻雜區(qū)201A-201B)，例如MOS器件的源和漏區(qū)，柵極215和柵極氧化層216。摻雜區(qū)201A-201B通常是通過(guò)將希望的摻雜劑材料注入到襯底10的表面205中形成的。通常，一般的η型摻雜劑(施主型核素)可包括砷(As )、磷(P )和銻(Sb )，且一般的P型摻雜劑(受主型核素)可包括硼(B)、鋁(Al)和銦(In)，它們被引入半導(dǎo)體襯底10中以形成摻雜區(qū)201Α-201Β。圖3Α示出了摻雜劑材料的濃度作為自表面205到襯底10中沿著延伸過(guò)摻雜區(qū)201Α的路徑203的深度的函數(shù)(例如曲線Cl)的實(shí)例。在注入工藝之后摻雜區(qū)201Α具有結(jié)深度D1，其可定義為摻雜劑濃度降低到可忽略量的點(diǎn)。應(yīng)注意，圖2Α-2Ε僅是指示出本發(fā)明各個(gè)方面的一些，且不是指限制于可利用這里描述的本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例所形成的器件的類型、結(jié)構(gòu)的類型或器件的區(qū)域。在一個(gè)實(shí)例中，摻雜區(qū)201 (例如MOS器件中的源或漏區(qū))可以相對(duì)于柵極215 (例如MOS器件中的柵極)的位置升高或降低，而不改變這里描述的本發(fā)明的范圍。當(dāng)半導(dǎo)體器件尺寸降低時(shí)，形成在襯底10的表面205上的電子器件200的結(jié)構(gòu)元件的位置和幾何形狀可變化以改進(jìn)器件可制造性或器件性能。還應(yīng)注意，如圖2A-2E所示，僅單個(gè)摻雜區(qū)201A的更改不是指限制于這里描述的本發(fā)明的范圍，僅指的是示出可以如何使用本發(fā)明的實(shí)施例來(lái)制造半導(dǎo)體器件。圖2B示出了如圖2A所示的電子器件200在用來(lái)選擇性地更改襯底10的分立區(qū)(例如更改區(qū)210)的性質(zhì)的工藝步驟期間的側(cè)視圖，在該情況下該區(qū)域是包含單個(gè)摻雜區(qū)201A的區(qū)域，以建立熔點(diǎn)對(duì)比。在執(zhí)行更改工藝之后，將在更改區(qū)210和未更改區(qū)211之間產(chǎn)生熔點(diǎn)對(duì)比。在一個(gè)實(shí)施例中，更改工藝包括將材料加到一層上的步驟，就好象被沉積在襯底的表面上一樣，其中采用結(jié)合的材料來(lái)與襯底材料形成合金以降低更改區(qū)210內(nèi)的區(qū)域202的熔點(diǎn)。在一個(gè)方面中，在外延層沉積工藝期間將結(jié)合材料加到沉積層。在另一實(shí)施例中，更改工藝包括注入(參見圖2B中的“A”)材料的步驟，該材料用來(lái)與襯底材料形成合金以 降低更改區(qū)210內(nèi)的區(qū)域202的熔點(diǎn)。在一個(gè)方面中，采用該更改工藝將合金材料注入到深度D2,如圖2B所示。圖3B示出了摻雜劑材料的濃度(例如曲線Cl)和注入的合金材料(例如曲線C2)作為自表面205穿過(guò)襯底10沿著路徑203的深度的函數(shù)的實(shí)例。在一個(gè)方面中，襯底10由含硅材料形成且可使用的注入合金材料例如包括鍺(Ge)、砷(As)、鎵(Ga)、碳(C)、錫(Sn)和銻(Sb)。通常，合金材料可以是當(dāng)在存在襯底加熱時(shí)基底材料會(huì)導(dǎo)致更改區(qū)210中的區(qū)域202的熔點(diǎn)相對(duì)于未更改區(qū)211降低的任何材料。在一個(gè)方面中，硅襯底的區(qū)域是通過(guò)添加約1%和約20%之間的鍺來(lái)更改的以降低更改的和未更改的區(qū)域之間的熔點(diǎn)。相信，添加這些濃度的鍺將會(huì)使更改區(qū)相對(duì)未更改區(qū)的熔點(diǎn)降低約300°C。在一個(gè)方面中，形成在硅襯底中的區(qū)域202包括鍺(Ge)和碳(C)，以便形成SixGeyCz合金以相對(duì)于未更改區(qū)211降低區(qū)域202的熔點(diǎn)。在另一方面中，硅襯底的區(qū)域是通過(guò)添加約1%或更少的砷來(lái)更改的，以降低更改區(qū)和未更改區(qū)之間的熔點(diǎn)。其它重要的合金包括，但不限于，硅化鈷(CoxSiy，其中y通常大于約.3x且小于約3x)、硅化鎳(NixSiy，其中I通常大于約.3x且小于約3x)、和硅化鎳-鍺(NixGeySiz，其中y和z通常大于約.3x且小于約3x)以及其它硅化物和類似的材料。在另一實(shí)施例中，更改工藝包括對(duì)各個(gè)更改區(qū)(例如更改區(qū)210)中的襯底10材料引起一些損傷的步驟以損傷襯底的晶體結(jié)構(gòu)，由此使這些區(qū)域更加非晶化。引起對(duì)襯底的晶體結(jié)構(gòu)的損傷，例如損傷單晶硅襯底，將會(huì)由于襯底中的原子鍵合結(jié)構(gòu)的變化而降低該區(qū)域相對(duì)于未受損區(qū)域的熔點(diǎn)，由此引起在兩個(gè)區(qū)域之間的熱力學(xué)性質(zhì)差異。在一個(gè)方面中，對(duì)圖2B中的更改區(qū)210的損傷是通過(guò)用可以對(duì)襯底表面造成損傷的拋射體轟擊襯底10的表面25 (見圖2B中的“A”)來(lái)進(jìn)行的。在一個(gè)方面中，拋射體是硅(Si)原子，其被注入到含硅襯底中以引起對(duì)更改區(qū)210內(nèi)的損傷。在另一方面中，對(duì)襯底材料的損傷是通過(guò)利用注入工藝用氣體原子例如氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)或甚至氮(N2)、離子束或偏壓等離子體轟擊該表面引起對(duì)更改區(qū)210的區(qū)域202的損傷來(lái)造成的。在一個(gè)方面中，采用更改工藝來(lái)建立引起損傷至深度D2的區(qū)域202，如圖2B所示。相信，約5X IO14和約lX1016/cm2之間的位錯(cuò)或空位密度有助于建立更改區(qū)210與未更改區(qū)211之間的熔點(diǎn)對(duì)比。在一個(gè)方面中，圖3B示出了摻雜劑材料的濃度(例如曲線C1)和缺陷密度(例如曲線C2)作為自表面205且穿過(guò)襯底10沿著路徑203的深度的函數(shù)的實(shí)例。應(yīng)注意，雖然圖2A-2B示出了在摻雜工藝之后執(zhí)行更改工藝的工藝順序，但該工藝順序不是指限制這里描述的發(fā)明的范圍。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，希望在執(zhí)行圖2A中描述的摻雜工藝之前執(zhí)行圖2B中描述的更改工藝。
圖2C示出了圖2B中所示的電子器件200被暴露到來(lái)自能量源發(fā)出的輻射“B”、例如來(lái)自激光的光輻射的側(cè)視圖。在該步驟期間，在施加輻射脈沖“B”之后，將設(shè)置在整個(gè)襯底10上的更改區(qū)(例如更改區(qū)210)和未更改區(qū)(例如211)暴露于大量能量，其會(huì)造成更改區(qū)210中的區(qū)域202選擇性地熔融和再凝固，同時(shí)未更改區(qū)211保持固態(tài)。通過(guò)知道區(qū)域202的所需深度、建立區(qū)域202所用的材料、形成電子器件200所用的其它材料和形成的電子器件200內(nèi)的部件的熱轉(zhuǎn)移特性，可以將施加輻射“B”的能量的數(shù)值、能量密度和持續(xù)時(shí)間設(shè)置為優(yōu)先熔融區(qū)域202。如圖2C和3C所示，一旦曝露給輻射“B”，區(qū)域202的再熔融和凝固就會(huì)導(dǎo)致?lián)诫s劑原子(例如曲線C1)和合金原子(例如曲線C2)的濃度更均勻地分布在區(qū)域202中。而且，區(qū)域202和襯底體材料221之間的摻雜濃度有清晰邊界(即“超陡”結(jié))，由此最小化了襯底體材料221中不希望的擴(kuò)散。在上述實(shí)施例中，其中在襯底10中引起損傷以提高熔點(diǎn)對(duì)比，缺陷濃度(例如曲線C2)在再凝固之后將優(yōu)選地下降到可忽略水平。表面性質(zhì)的更改在一個(gè)實(shí)施例中，改變襯底10的各個(gè)區(qū)域202之上的表面的性質(zhì)以建立一個(gè)或多個(gè)所希望區(qū)域之間的熱對(duì)比。在一個(gè)方面中，更改所希望區(qū)域中襯底表面的發(fā)射率，以改變?cè)谔幚砥陂g被襯底表面吸收的能量的量。在該情況下，具有較高發(fā)射率的區(qū)域可以吸收從能量源20接收的更多能量。當(dāng)執(zhí)行包含襯底表面的熔融的退火工藝時(shí)，在襯底表面獲得的處理溫度可以很高(例如對(duì)于硅為 1414°C)，因?yàn)檩椛鋫鳠崾侵饕臒釗p失機(jī)理，改變發(fā)射率可以對(duì)熱對(duì)比有顯著作用。因此，襯底表面不同區(qū)域的發(fā)射率的變化會(huì)對(duì)由襯底的不同區(qū)域達(dá)到的最終溫度有顯著影響。在退火工藝期間低發(fā)射率的區(qū)域例如可以升高到熔點(diǎn)以上，而吸收了相同量的能量的高發(fā)射率的區(qū)域會(huì)保持基本上在熔點(diǎn)以下。由此，襯底表面可具有在源波長(zhǎng)的每一熱質(zhì)量的發(fā)射率接近相同但總發(fā)射率不同的區(qū)域。改變各個(gè)表面的發(fā)射率，或發(fā)射率對(duì)比，可經(jīng)由低或高發(fā)射率涂層選擇性沉積到襯底表面上和/或更改襯底的表面(例如表面氧化、表面粗糙化)來(lái)完成。在一個(gè)實(shí)施例中，更改一個(gè)或多個(gè)區(qū)域中襯底表面的反射率，以改變?cè)谝r底10暴露到能量源的能量時(shí)所吸收的能量的量。通過(guò)改變襯底表面的反射率，在襯底表面及下面的區(qū)域中被襯底吸收的能量的量和獲得的最大溫度將基于反射率而不同。在該情況下，具有低反射率的表面將會(huì)獲得 比具有高反射率的另一區(qū)域高的溫度?？山?jīng)由低或高反射涂層選擇性沉積到襯底表面上和/或更改襯底表面(例如表面氧化、表面粗糙化)來(lái)實(shí)現(xiàn)改變襯底表面的反射率?？蛇x擇性地將高吸收的(非反射的)涂層涂覆到在退火工藝期間將要更迅速地加熱的區(qū)域。圖2D示出了一個(gè)實(shí)施例，其中將涂層225選擇性地沉積或均勻地沉積且然后選擇性地移除，以留下具有相比襯底10的表面205上的其它區(qū)域具有不同反射率和/或折射率的層。在該情況下，可以基于涂層225的性質(zhì)與襯底10的其它區(qū)域中吸收的能量(Q2)來(lái)調(diào)節(jié)在涂層225下面的摻雜區(qū)201A中的熱流(Q1X以該方式，可以相對(duì)其它區(qū)域的熱損失(Q4)改變由涂層225損失或反射的熱量(Q3)。在一個(gè)方面中，將含碳涂層通過(guò)使用CVD、PVD或其它沉積工藝沉積在襯底表面上。圖2E示出了一個(gè)實(shí)施例，其中改變襯底表面的光學(xué)性質(zhì)(例如發(fā)射率、反射率)的涂層226被沉積在襯底表面上方，例如圖2A中所示的器件上方，然后移除大量材料以建立具有不同光學(xué)性質(zhì)的區(qū)域。例如，如圖2E所示，涂層226已被從柵極215的表面去除，由此使涂層226的表面和柵極215的表面暴露給入射的輻射“B”。在該情況下，涂層226和柵極215的表面具有不同的光學(xué)性質(zhì)，例如不同的發(fā)射率和/或不同的反射率?？赏ㄟ^(guò)使用常規(guī)的材料去除工藝?yán)鐫穹ㄎg刻或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝來(lái)進(jìn)行暴露或產(chǎn)生具有不同光學(xué)性質(zhì)所使用的去除工藝。在該情況下，可以基于涂層226的性質(zhì)與襯底的柵極215區(qū)中的吸收和熱流(Q2)來(lái)調(diào)節(jié)在涂層226下面的摻雜區(qū)201A-201B中的吸收和熱流(Q1X以該方式，可以相對(duì)于從柵極215區(qū)損失或反射的熱量(Q4)來(lái)改變從涂層226損失或反射的熱量(Q3)。在一個(gè)實(shí)施例中，涂層226包含所希望厚度的一個(gè)或多個(gè)沉積層，通過(guò)它們本身或其組合來(lái)更改暴露給一種或多種波長(zhǎng)的入射輻射的襯底各個(gè)區(qū)域的光學(xué)性質(zhì)(例如發(fā)射率、吸收率、反射率)。在一個(gè)方面中，涂層226包含通過(guò)它們本身或組合而優(yōu)先吸收或反射一種或多種波長(zhǎng)的入射輻射“B”的層。在一個(gè)實(shí)施例中，涂層226包含介質(zhì)材料，例如氟硅酸鹽玻璃(FSG)、無(wú)定形碳、二氧化娃、碳化娃、碳鍺娃合金(SiCGe)、含氮的碳化娃(SiCN)、由從加利福尼亞州圣克拉拉的應(yīng)用材料公司商業(yè)可得到的工藝制作的BL0K 介質(zhì)材料、或通過(guò)使用化學(xué)汽相沉積(CVD)工藝或原子層沉積(ALD)工藝沉積在襯底表面上的含碳涂層。在一個(gè)方面中，涂層226包含金屬，例如，但不限于，鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、鈷(Co)或釕(Ru)。應(yīng)注意，這里論述的各個(gè)實(shí)施例可相互結(jié)合使用，以進(jìn)一步增加工藝窗。例如，選擇性沉積的光吸收涂層可結(jié)合某些定義區(qū)的摻雜來(lái)使用，以加寬退火工藝的工藝窗。調(diào)節(jié)能暈源輸出以獲得優(yōu)先加熱如上所述，通常采用能量源20來(lái)供給電磁能以優(yōu)先熔融襯底10的某些所希望區(qū)。一般的電磁能量源包括，但不限于，光輻射源(例如激光(UV、IR等波長(zhǎng)))、電子束源、離子束源和/或微波能量源。 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用能量源20來(lái)提供光輻射，例如激光，以將襯底的所希望區(qū)選擇性地加熱到熔點(diǎn)。在一個(gè)方面中，將襯底10暴露給在一種或多種合適波長(zhǎng)發(fā)出輻射的激光的能量脈沖，且發(fā)出的輻射具有所希望的能量密度(W/cm2)和/或脈沖持續(xù)時(shí)間以增強(qiáng)某些所希望區(qū)域的優(yōu)先熔融。對(duì)于在含硅襯底上執(zhí)行的激光退火工藝，輻射的波長(zhǎng)一般小于約800nm。在任一情況下，激光工藝通常在襯底的給定區(qū)發(fā)生較短時(shí)間，例如約I秒以下的數(shù)量級(jí)?？筛鶕?jù)襯底的材料性質(zhì)基于激光退火工藝的光學(xué)和熱學(xué)模型來(lái)確定在退火工藝中使用的所希望波長(zhǎng)和脈沖分布。圖4A-4D示出了各個(gè)實(shí)施例，其中調(diào)節(jié)從能量源20供給退火區(qū)12的能量脈沖的各種屬性(圖1)作為時(shí)間的函數(shù)以獲得改進(jìn)的熱對(duì)比和退火工藝結(jié)果。在一個(gè)實(shí)施例中，希望改變激光脈沖的形狀作為時(shí)間的函數(shù)，和/或改變提供的能量的波長(zhǎng)，以增強(qiáng)輸入到將被熔融的襯底的區(qū)域中的熱量并且最小化輸入到其它區(qū)域中的熱量。在一個(gè)方面中，還希望改變向襯底供給的能量。圖4A用圖表示出了提供的能量圖與可從能量源20供給到襯底10的(見圖1)單脈沖電磁輻射的時(shí)間(例如脈沖401)的關(guān)系。圖4A中所示的脈沖通常是矩形脈沖，其供給恒量能量(E1)長(zhǎng)達(dá)一完整脈沖持續(xù)時(shí)間U1X在一個(gè)方面中，當(dāng)脈沖401被供給給襯底10時(shí)，可改變脈沖401的形狀作為時(shí)間的函數(shù)。圖4B用圖表示出了可從一個(gè)能量源20向具有不同形狀的襯底10供給的電磁輻射的兩個(gè)脈沖401A、401B的圖。在該實(shí)例中，每個(gè)脈沖可包含相同的總能量輸出，如由每個(gè)曲線下的面積表示的，但暴露襯底10的區(qū)域給一個(gè)脈沖與另一脈沖的效果可提高在退火工藝期間經(jīng)歷的熔點(diǎn)對(duì)比。因此，通過(guò)修整在每個(gè)脈沖中提供的能量的形狀、峰值功率水平和/或量，可改善退火工藝。在一個(gè)方面中，該脈沖是高斯形狀的。圖4C用圖表示出了形狀為梯形的電磁輻射脈沖(例如脈沖401)。在該情況下，在脈沖401的兩個(gè)不同段(例如402和404)中，改變提供的能量作為時(shí)間的函數(shù)。雖然圖4C示出了脈沖401的分布或形狀，其中能量與時(shí)間以線性形式變化，但這不是要限于本發(fā)明的范圍，因?yàn)樵诿}沖中提供的能量的時(shí)間變化例如可具有二度、三度或四度形狀的曲線。在另一方面中，在脈沖中提供的能量的分布或形狀作為時(shí)間的函數(shù)可以是二階、三階或指數(shù)狀曲線。在另一實(shí)施例中，在處理期間使用具有不同形狀(例如，矩形和三角形調(diào)制脈沖、正弦曲線和矩形調(diào)制脈沖、矩形、三角形和正弦曲線調(diào)制脈沖等)的脈沖來(lái)獲得所希望的退火結(jié)果是有利的。根據(jù)器件的各個(gè)區(qū)域的性質(zhì)，可修整提供的電磁輻射脈沖的形狀以改善退火工藝結(jié)果。參考圖4B，例如，在某些情況下，其中在退火工藝期間將被加熱的襯底的各個(gè)區(qū)域通過(guò)具有低熱導(dǎo)電性的區(qū)域與器件的其它區(qū)域熱隔離，使用具有與脈沖401B相似形狀的脈沖是有利的。具有較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的脈沖是有利的，因?yàn)橐r底的更多熱導(dǎo)電性材料區(qū)將具有更多的時(shí)間來(lái)通過(guò)傳導(dǎo)散逸熱量，而將被退火的區(qū)域是熱隔離的，導(dǎo)致在那些區(qū)域中的更高溫度。在該情況下，可以適當(dāng)?shù)剡x擇脈沖的持續(xù)時(shí)間、峰值功率水平和總能量輸出，所以不打算被退火的區(qū)域?qū)⒈３掷鋮s。當(dāng)使用改變發(fā)射率的表面來(lái)建立熔點(diǎn)對(duì)比時(shí)，修整脈沖形狀的工藝也是有利的。參考圖4C，在一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)節(jié)段402的斜率、脈沖401的形狀、段403的形狀、在功率級(jí)的時(shí)間(例如在能級(jí)El的段403)、段404的斜率和/或段404的形狀來(lái)控制退火工藝。應(yīng)注意，由于涉及顆粒和工藝結(jié)果變化性，通常不希望使退火區(qū)內(nèi)的材料在處理期間蒸發(fā)。因此希望調(diào)節(jié)能量脈沖的形狀以使退火區(qū)的溫度快速達(dá)到目標(biāo)溫度，而不使該區(qū)域過(guò)熱和導(dǎo)致材料蒸發(fā)。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖4G所示，可調(diào)節(jié)脈沖401的形狀使得具有多個(gè)段(即段402、403A、 403B、403C和404)，用于使退火區(qū)快速達(dá)到目標(biāo)溫度且將該材料保持在那個(gè)溫度長(zhǎng)達(dá)所希望的時(shí)間段(例如\)，同時(shí)防止退火區(qū)內(nèi)的材料蒸發(fā)。時(shí)間長(zhǎng)度、段的形狀和每個(gè)脈沖段的持續(xù)時(shí)間可隨著尺寸、熔融深度和包含在退火區(qū)內(nèi)的材料的變化而變化。在另一方面中，可組合多個(gè)波長(zhǎng)的輻射能量來(lái)提高轉(zhuǎn)移到襯底所希望區(qū)域的能量以獲得提高的熱對(duì)比和/或改善退火工藝結(jié)果。在一個(gè)方面中，改變由組合的波長(zhǎng)的每個(gè)波長(zhǎng)估計(jì)的能量的量來(lái)改善熱對(duì)比和改善退火工藝結(jié)果。圖4D示出了一個(gè)實(shí)例，其中脈沖401包含兩種波長(zhǎng)，其可供給每單位時(shí)間不同量的能量以改善熱對(duì)比和/或改善退火工藝結(jié)果。在該實(shí)例中，在脈沖的整個(gè)周期以恒定水平將頻率Fl施加到襯底，且在除了脈沖的周期期間達(dá)到最高點(diǎn)花費(fèi)的一段時(shí)間的部分之外的大部分周期以恒定水平將頻率F2施加到襯底10。圖4E用圖表示出了脈沖401具有在兩個(gè)不同頻率F3和F4供給能量的兩個(gè)連續(xù)段的圖。因此，由于襯底的各個(gè)區(qū)域可用不同的速率吸收不同波長(zhǎng)的能量，所以使用包含可以供給可變量能量的多個(gè)段波長(zhǎng)的脈沖是有利的，如圖4D和4E所示，以獲得所希望的退火工藝結(jié)果。在一個(gè)實(shí)施例中，在不同的時(shí)間供給兩種或多種電磁輻射脈沖到襯底的區(qū)域，以便可以容易地控制基板表面上的區(qū)域的溫度。圖4F用圖表示出了兩個(gè)脈沖401A和401B的圖，其以時(shí)間分開供給變化距離，或周期(t)，以選擇性地加熱基板表面上的某些區(qū)域。在該結(jié)構(gòu)中，通過(guò)調(diào)節(jié)隨后的脈沖之間的時(shí)間(t)，可以容易地控制由襯底表面上的區(qū)域達(dá)到的峰值溫度。例如，通過(guò)減小脈沖之間的時(shí)間(t)，或頻率，在第一脈沖401A中供給的熱量具有更少的時(shí)間來(lái)在供給第二脈沖401B之前散逸，其會(huì)導(dǎo)致襯底中獲得的峰值溫度比脈沖之間的周期增加時(shí)的高。通過(guò)以該方式調(diào)節(jié)該時(shí)間，可以容易地控制能量和溫度。在一個(gè)方面中，希望確保每個(gè)脈沖本身不包含足夠的能量使襯底達(dá)到目標(biāo)溫度，但脈沖的組合會(huì)使區(qū)域202達(dá)到目標(biāo)溫度。供給多個(gè)脈沖例如兩個(gè)或多個(gè)脈沖的這個(gè)工藝，將易于降低由襯底材料與供給單脈沖能量所經(jīng)歷的熱沖擊。熱沖擊會(huì)造成對(duì)襯底的損傷，且會(huì)產(chǎn)生在襯底上執(zhí)行的隨后處理步驟中引起缺陷的顆粒。參考圖4F，在一個(gè)實(shí)施例中，順序操作兩個(gè)或多個(gè)能量源，例如激光器，以實(shí)現(xiàn)襯底表面的熱分布作為時(shí)間的函數(shù)。例如，一個(gè)激光器或激光器陣列可供給脈沖401A，其將襯底表面升高到溫度Ttl需時(shí)間h。在^結(jié)束時(shí)或之前，從第二激光器或串聯(lián)工作的多個(gè)激光器供給第二脈沖401B，使襯底溫度達(dá)到溫度T1需時(shí)間t2。由此可以通過(guò)控制從多個(gè)激光器供給的連續(xù)脈沖能量來(lái)成形熱分布。該工 藝可具有熱處理好處，例如，但不限于，控制摻雜劑擴(kuò)散和摻雜劑擴(kuò)散的方向的應(yīng)用。電磁輻射脈沖為了供給足夠的電磁輻射給含硅襯底的表面，或由需要熱處理的另外材料組成的襯底，可使用以下的工藝控制。在一個(gè)實(shí)施例中，順序操作兩個(gè)或多個(gè)電磁能量源，例如激光器，以成形被熱處理的表面的熱分布，且以操作激光器的這種方式來(lái)校正脈沖之間的能量變化。在一個(gè)方面中，示意性地示于圖1A中的能量源20，包含兩個(gè)或多個(gè)電磁能量源，例如，但不限于，光輻射源(例如激光器或閃光燈)、電子束源、離子束源、和/或微波能量源。來(lái)自器件例如脈沖激光器的脈沖之間的能量可具有每個(gè)脈沖的百分比變化。脈沖能量的變化對(duì)于襯底熱處理來(lái)說(shuō)是不能接受的。為了校正該脈沖變化，一個(gè)或多個(gè)激光器供給升高襯底溫度的脈沖。然后使用電子控制器(例如圖1中的控制器21)來(lái)計(jì)算“修整”所需的能量的量或調(diào)節(jié)熱分布(例如襯底的區(qū)域的溫度作為時(shí)間的函數(shù))，使得其位于工藝目標(biāo)之內(nèi)并命令第二小激光器或一系列小激光器供給最終的能量以完成熱處理，其中采用該電子控制器來(lái)監(jiān)測(cè)供給的脈沖和正在供給的脈沖的能量、或上升時(shí)間。電子控制器通常使用一個(gè)或多個(gè)常規(guī)輻射檢測(cè)器來(lái)監(jiān)測(cè)向襯底供給的脈沖的能量和/或波長(zhǎng)。小激光器還可具有在脈沖輸出能量的峰峰變化，但因?yàn)樗鼈児┙o每個(gè)脈沖基本比在表面處理開始的初始脈沖(或多個(gè)脈沖)少的能量，所以該誤差通常會(huì)在工藝限制之內(nèi)。由此采用電子控制器來(lái)補(bǔ)償由脈沖供給的能量的變化，由此確保在熱處理期間供給所希望的能量水平。在一個(gè)方面中，還可利用具有彩色頻率的帶寬、多個(gè)波長(zhǎng)、單個(gè)或多個(gè)時(shí)間和空間激光模型以及極化狀態(tài)的單色(波長(zhǎng))激光來(lái)實(shí)現(xiàn)以上論述的兩個(gè)或多個(gè)能量源。一個(gè)或多個(gè)激光器的輸出將很可能沒有被供給到襯底表面的校正空間和時(shí)間能量分布。因此，使用利用微透鏡來(lái)成形激光器輸出的系統(tǒng)，在襯底表面建立均勻的空間能量分布。微透鏡的玻璃類型和幾何形狀的選擇可補(bǔ)償在用于估計(jì)脈沖激光能量給襯底表面所需的光具組中的熱聚焦效應(yīng)。在襯底表面的脈沖能量的高頻變化，稱為光斑，是通過(guò)入射能量的建設(shè)性的和破壞性的相位干涉的相鄰區(qū)域來(lái)產(chǎn)生的。光斑補(bǔ)償可包括以下:表面聲波器件，用于快速改變襯底的相位使得該快速變化基本上比激光脈沖的熱處理時(shí)間快；激光脈沖的脈沖添加；例如改變激光脈沖的極化，供給線性極化的多個(gè)同時(shí)的或延遲的脈沖但在非平行條件下具有它們的極化狀態(tài)(e矢量)。供給電磁輻射圖5是示出一個(gè)實(shí)施例的處理室的區(qū)域的截面圖，其中采用能量源20將大量能量從背側(cè)表面501估計(jì)給襯底10的退火區(qū)12以優(yōu)先熔融退火區(qū)12內(nèi)的某些所希望區(qū)域。在一個(gè)方面中，在任何給定的時(shí)間將襯底的一個(gè)或多個(gè)定義區(qū)，例如退火區(qū)12，暴露給能量源20的輻射。在一個(gè)方面中，將襯底10的多個(gè)區(qū)域順序暴露給通過(guò)背側(cè)表面501從能量源20供給的所希望量的能量，以使得優(yōu)先熔融襯底的所希望區(qū)域。在一個(gè)方面中，使退火區(qū)12的大小適合以匹配管芯(例如圖1A中的部件#13)，或形成在襯底10的頂表面502上的半導(dǎo)體器件的大小。在一個(gè)方面中，對(duì)準(zhǔn)退火區(qū)12的界面并使其大小合適，以適于匹配在每個(gè)管芯的界面的“切口 ”或“劃線”線內(nèi)。因此，使由于暴露給來(lái)自能量源20的能量的變化量而引起的工藝變化的量最小化，因?yàn)榭梢宰钚』樞蚍胖玫耐嘶饏^(qū)12之間的交疊量。在一個(gè)實(shí)例中，退火區(qū)12是矩形區(qū)，其尺寸為約22mmX約33_。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底10被設(shè)置在形成于具有開口 512的襯底支撐510上的襯底支撐區(qū)511中，允許襯底10的背側(cè)表面510接收來(lái)自能量源20的能量。需要輻射指向襯底10的背側(cè)使得支撐510中的開口是必要的。本發(fā)明的其它實(shí)施例不需要環(huán)形襯底支撐。參考圖5，從能量源20發(fā)出的輻射“B”加熱區(qū)域503用于吸收所發(fā)出能量的一部分?？刹捎媚芰吭?0來(lái)供給電磁能以優(yōu)先熔融襯底表面的某些所希望區(qū)域。對(duì)于該實(shí)施例，典型的電磁能量源包括，但不限于，光輻射源(例如激光器)和/或微波、紅外線或近紅外線或UV能量源。在一個(gè)方面中，將襯 底10暴露給來(lái)自在一個(gè)或多個(gè)合適的波長(zhǎng)發(fā)出輻射的激光器的能量脈沖長(zhǎng)達(dá)所希望的時(shí)間段。在一個(gè)方面中，修整來(lái)自能量源20的能量脈沖以便優(yōu)化在整個(gè)退火區(qū)12上供給的能量的量和/或在脈沖周期供給的能量的量，以獲得某些區(qū)域的所希望的熱處理。在一個(gè)方面中，調(diào)整激光器的波長(zhǎng)以便輻射的主要部分被設(shè)置在襯底10上的硅層吸收。對(duì)于在含硅襯底上執(zhí)行的激光退火工藝，輻射的波長(zhǎng)一般大于約900nm，但可供給深紫外線(UV)、紅外線(IR)或其它希望的波長(zhǎng)。在任一情況下，通常在襯底的給定區(qū)進(jìn)行退火工藝較短的時(shí)間，例如約I秒以下的數(shù)量級(jí)。在一個(gè)方面中，選擇從能量源20發(fā)出輻射的波長(zhǎng)，以便形成襯底的體材料，與將要通過(guò)入射發(fā)出的輻射曝光加熱的頂表面510附近的區(qū)域相比，對(duì)于入射輻射是更透明的。在一個(gè)方面中，將要被加熱的區(qū)域包含吸收通過(guò)襯底背側(cè)提供的大量能量的材料，例如摻雜劑材料或具有在注入工藝期間產(chǎn)生的晶體損傷(例如晶體缺陷、弗倫克爾缺陷、空位)的材料。通常摻雜劑材料可以是硼、磷或用在半導(dǎo)體處理中的其它常用的摻雜劑材料。在一個(gè)實(shí)施例中，形成襯底的體材料是含硅的材料，且發(fā)出輻射的波長(zhǎng)大于約I微米。在另一方面中，能量源20包含CO2激光器，其用于發(fā)射中心在9.4和10.6微米左右的基波帶。在又一方面中，能量源20用于供給在紅外線區(qū)中的波長(zhǎng)，其通常在約750nm和約Imm之間。
在一個(gè)實(shí)施例中，吸收涂層(未示出)被設(shè)置在襯底10上的退火區(qū)12之上，使得通過(guò)襯底背面供給的入射輻射可以在穿過(guò)襯底之前被吸收。在一個(gè)方面中，吸收涂層是金屬，例如鈦、氮化鈦、鉭或其它適合的金屬材料。在另一方面中，吸收層是碳化硅材料、含碳材料例如無(wú)定形碳材料或摻雜的金剛石類碳、或用在半導(dǎo)體器件制造中常用的其它適合的材料。在一個(gè)實(shí)施例中，將兩種波長(zhǎng)的光供給給襯底的所希望區(qū)域，以便使用第一波長(zhǎng)的光在襯底中從摻雜劑產(chǎn)生自由載流子(例如電子或空穴)或在所希望的退火區(qū)中發(fā)現(xiàn)的其它離子化晶體損傷，以便產(chǎn)生的自由載流子將在第二波長(zhǎng)吸收通過(guò)襯底背面供給的能量。在一個(gè)方面中，第一波長(zhǎng)是“綠光”的波長(zhǎng)(例如約490nm至570nm)和/或較短波長(zhǎng)。在一個(gè)實(shí)施例中，從來(lái)自能量源20的襯底相對(duì)側(cè)上的第二源520將第一波長(zhǎng)以所希望的功率密度(W/cm2)供給到襯底的所希望區(qū)域，示于圖5中。在另一實(shí)施例中，穿過(guò)襯底背側(cè)從能量源20供給兩種波長(zhǎng)(例如第一和第二波長(zhǎng))。在另一實(shí)施例中，從兩個(gè)獨(dú)立的電磁能量源(未示出)通過(guò)襯底背側(cè)供給所希望功率密度(W/cm2)的兩種波長(zhǎng)(例如第一和第二波長(zhǎng))。月永7中序歹Ili艮火(pulse train annealing)
為了解決下一代器件制備的挑戰(zhàn)，使用多個(gè)電磁輻射脈沖的退火工藝或脈沖序列退火在一些工藝中是有用的。將多個(gè)同樣的電磁輻射脈沖供給到襯底，每個(gè)脈沖完成將幾個(gè)原子層襯底表面加熱到亞熔融溫度的單一微退火工藝，例如對(duì)于娃襯底約1300°C,1微秒(毫秒)以下，然后使給予的能量在晶格內(nèi)完全散逸以便受影響的晶格層的溫度回到受控預(yù)熱溫度附近的較低溫度。預(yù)熱溫度是在供給第一脈沖之前恰好保持襯底的溫度，且可以在約400°C和約800°C之間。在每個(gè)微退火循環(huán)中，沒有束縛到晶格的硅和摻雜劑原子移動(dòng)原子半徑的一部分。固定到晶格的那些原子通常不會(huì)移動(dòng)，因?yàn)樗鼈儧]有從供給的脈沖接收到足夠多的能量。以該方式，每個(gè)微退火周期移動(dòng)獨(dú)立的填隙原子和摻雜劑原子到所希望的晶格位置。當(dāng)填隙原子或摻雜劑填充晶格位置時(shí)，不是這樣定位的其它填隙原子或摻雜劑會(huì)擴(kuò)散穿過(guò)襯底直至它們?cè)诰Ц駜?nèi)找到所希望的位置。以該方式，可以使用脈沖序列退火(下文中“PTA”)來(lái)控制填隙原子和摻雜劑在晶格內(nèi)的原子位置，且可控地修補(bǔ)在現(xiàn)有的處理步驟期間(例如注入工藝)形成的晶格缺陷，而不產(chǎn)生過(guò)擴(kuò)散。由此PTA是可以用于控制原子以原子長(zhǎng)度尺度在半導(dǎo)體器件內(nèi)移動(dòng)的工藝。圖6A是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的工藝的流程圖。圖6B-6D示出了在工藝600各個(gè)階段的目標(biāo)襯底的性質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底可通過(guò)將多個(gè)電磁能量脈沖供給給襯底表面來(lái)退火，將每個(gè)脈沖配置成在襯底的至少一部分上執(zhí)行微退火工藝?？赏ㄟ^(guò)前述的源，包括激光、閃光燈和UV和微波源的收集來(lái)產(chǎn)生該能量發(fā)射。在一些實(shí)施例中，能量發(fā)射采取如上所述的短持續(xù)時(shí)間脈沖的形式,每個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間范圍從約I納秒到約10納秒。每個(gè)脈沖通常以至少10毫瓦(mW)例如在約IOmW和IOW之間的功率水平提供約0.2J/cm2至約lOOJ/cm2的能量密度。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，由每個(gè)脈沖提供的能量密度為約0.5J/cm2。選擇脈沖所使用的光的波長(zhǎng)以使原子在襯底的晶格中的運(yùn)動(dòng)優(yōu)化。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在紅外線光譜內(nèi)的波長(zhǎng)供給能量脈沖。其它實(shí)施例使用在UV光譜內(nèi)或組合不同光譜的波長(zhǎng)的光的脈沖。不受理論限制，相信通過(guò)供給多個(gè)電磁輻射脈沖，PTA能實(shí)現(xiàn)原子級(jí)控制原子在襯底內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，其中每個(gè)脈沖執(zhí)行完整的微退火循環(huán)。供給到襯底的表面的或被襯底的表面吸收的電磁輻射的每個(gè)脈沖將能量提供給在襯底表面或附近的原子。供給的能量會(huì)引起原子運(yùn)動(dòng)，它們中的一些會(huì)改變?cè)诰Ц駜?nèi)的位置。不管是否會(huì)使原子重新安置，在所有的方向上通過(guò)襯底材料傳輸入射能量,例如橫向跨過(guò)襯底的表面,且垂直進(jìn)入襯底。在每個(gè)脈沖中供給的能量通常會(huì)產(chǎn)生聲波，其可以被檢測(cè)器探測(cè)到，例如聲波(例如聲音)檢測(cè)器或光聲波檢測(cè)器，其被配置以探測(cè)能量波傳播過(guò)襯底的性質(zhì)。探測(cè)的性質(zhì)可包括幅度、頻率和相位。傅立葉分析信號(hào)會(huì)產(chǎn)生與用于反饋控制的高溫計(jì)類似的監(jiān)測(cè)處理?？蓪⒃牧咸峁┙o控制器，例如圖1A和IB的控制器21，其可配置以產(chǎn)生控制信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)向襯底供給的能量。控制器可調(diào)節(jié)輸入到每個(gè)脈沖的功率，或脈沖的頻率或持續(xù)時(shí)間。本發(fā)明的實(shí)施例提供了通過(guò)將電磁輻射脈沖提供給襯底的表面，用于優(yōu)先使獨(dú)立原子在晶格內(nèi)略微移動(dòng)的方法。如上所述，可將輻射供給給襯底表面的區(qū)域，或一次供給給襯底的整個(gè)表面?？蛇x擇輻射的波長(zhǎng)和強(qiáng)度把晶格內(nèi)的獨(dú)立原子作為靶。例如，摻雜的單晶硅襯底將具有大部分硅原子與一些摻雜劑原子位于填隙位置或晶格位置中的晶格。在一些情況下，摻雜劑的濃度以及由注入摻雜劑的工藝引起的晶體損傷的濃度可以是過(guò)量的。在一個(gè)實(shí)施例中，可設(shè)計(jì)電磁輻射的脈沖使摻雜劑原子從晶格的一個(gè)晶面逐漸增長(zhǎng)移動(dòng)到另一個(gè)晶面，以校正摻雜劑的局部濃度變化和晶體損傷?？筛鶕?jù)所希望的摻雜劑原子的深度和移動(dòng)的量，來(lái)調(diào)整強(qiáng)度和波長(zhǎng)。所使用的能量的波長(zhǎng)范圍通常可從微波例如約3cm，經(jīng)過(guò)可見波長(zhǎng)，到深紫外線，例如約150納米(nm)。在激光器應(yīng)用中可使用范圍例如從約300nm到約IlOOnm的波長(zhǎng)，例如小于約800nm的波長(zhǎng)。可通過(guò)提供包括照亮襯底表面的綠光的載流子輻射來(lái)增強(qiáng)較長(zhǎng)波長(zhǎng)的效果。還可設(shè)計(jì)電磁輻射脈沖來(lái)使硅原子以類似的方式在形成于襯底表面上的硅晶格內(nèi)逐漸增長(zhǎng)移動(dòng)。供給多個(gè)這種輻射的脈沖會(huì)引起原子可控的移動(dòng)到一定程度，這取決于供給的脈沖的數(shù)量。由此，能夠選擇性地修補(bǔ)由注入工藝引起的晶格損傷，例如表面損傷和有效范圍損傷，并選擇性地調(diào)節(jié)摻雜劑原子在晶格內(nèi)的濃度和分布。在步驟602中，可使用電磁輻射的脈沖，例如激光或閃光燈發(fā)射來(lái)照射襯底。脈沖可具有在10納秒和約20納秒之間的持續(xù)時(shí)間。撞擊襯底表面的每個(gè)脈沖將會(huì)在傳播過(guò)襯底的晶格中產(chǎn)生變化。如果脈沖之間的間隔足夠長(zhǎng)，則振動(dòng)能在晶格內(nèi)散逸且以熱的形式輻射出去。通過(guò)脈沖供給在約0.2J /cm2和約lOOJ/cm2之間的能量到襯底的表面，給予晶格的振動(dòng)能會(huì)以熱的形式散逸和在脈沖末端之后約I微秒(μ sec)內(nèi)輻射出去。如果脈沖之間的間隔比所需的時(shí)間短以散逸由獨(dú)立脈沖提供的熱量，則會(huì)在晶格中產(chǎn)生熱量，且晶格溫度會(huì)升高。該條件接近標(biāo)準(zhǔn)的快速熱退火或尖峰脈沖退火，其中襯底被加熱到其熔點(diǎn)以下的溫度但足夠高以使得晶格原子擴(kuò)散和重新布置。當(dāng)所希望的擴(kuò)散長(zhǎng)度很小，例如僅幾納米時(shí)，常規(guī)的熱退火工藝會(huì)盡力控制原子的平均擴(kuò)散長(zhǎng)度。當(dāng)前的常規(guī)快速熱退火(RTA)系統(tǒng)使用可以在大于約1.25秒的周期僅供給能量的燈和支撐電路。熱連通時(shí)間，或使熱量從襯底的正面擴(kuò)散到背面的時(shí)間，約為20毫秒。因此，對(duì)于45nm或32nm及更小尺寸的結(jié)器件，常規(guī)的RTA室不能充分地控制擴(kuò)散工藝，因?yàn)楣┙o的能量會(huì)加熱整個(gè)襯底，導(dǎo)致?lián)诫s劑和其它原子在襯底的全部區(qū)域內(nèi)的不希望的擴(kuò)散。而且，相信如果供給的脈沖之間的間隔足夠長(zhǎng)，則每個(gè)脈沖的相加效應(yīng)將不會(huì)造成在襯底中的溫度升高，由此將使每個(gè)脈沖的熱效應(yīng)局部化到恰在襯底表面以下的區(qū)域，例如在表面下面直至約100埃或更多，這取決于脈沖持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度。在一些實(shí)施例中，盡管對(duì)于提供相同能量的每個(gè)脈沖優(yōu)選，供給具有根據(jù)預(yù)定方法例如以所希望的圖形傾斜向上或向下的能量的脈沖是有利的。
在一些實(shí)施例中，10納秒脈沖之后可以是I毫秒或更大的間隔，該間隔中沒有給襯底表面供給能量(例如“休息”時(shí)間)。如圖10所示，在一個(gè)實(shí)施例中，希望供給一系列脈沖1000，其中具有幅度E1和持續(xù)時(shí)間h的單個(gè)電磁能脈沖，或脈沖1001，被供給到襯底表面，之后是具有持續(xù)時(shí)間t2的“休息”時(shí)間1002，其中在收到下一脈沖1001之前沒有將能量供給到襯底的表面。在一個(gè)實(shí)施例中，持續(xù)時(shí)間h在約I毫秒和約10毫秒之間，且持續(xù)時(shí)間t2在約Ims至20ms之間。在一個(gè)實(shí)施例中，在退火工藝期間供給的每個(gè)脈沖1001在同一脈沖持續(xù)時(shí)間供給相同量的總能量。參考圖10，雖然示出了單能量脈沖1001為方波脈沖，但該形狀不是指限制于這里描述的發(fā)明的范圍，因?yàn)楣┙o的能量的形狀可以是三角形形狀、高斯形狀、或任何其它的所希望的形狀。應(yīng)注意，由于少量的晶面或原子會(huì)受到短能量脈沖影響，溫度或溫度梯度的傳統(tǒng)定義，對(duì)于45nm和32nm器件結(jié)點(diǎn)在所希望的退火深度處失去了它們的意義。相信，根據(jù)本發(fā)明受到電磁輻射脈沖影響的襯底表面附近的局部溫度可以瞬間升高到300-1400°C，具體的是晶格中的少量原子的振動(dòng)。在其它實(shí)施例中，可使用閃光燈的光的脈沖，其中可在約10納秒和約10毫秒之間的周期供給能量在約0.2J/cm2和約lOOJ/cm2之間的脈沖。圖6B示出 了具有摻雜區(qū)113的襯底。摻雜區(qū)113，直接在注入之后和退火之前，具有摻雜劑原子或離子650的注入層。該層是通過(guò)注入離子的工藝制造的，其通常會(huì)在晶格內(nèi)產(chǎn)生原子的分布，最高濃度的原子在襯底表面附近，而較低濃度在襯底深處。層650表示最高摻雜濃度在區(qū)域113內(nèi)的位置。如果區(qū)域113在注入之前是非晶化的，則直接在注入層650上方和下面的區(qū)域113的層仍是非晶的。如果區(qū)域113在注入之前不是非晶化的，則直接在注入層650下面的區(qū)域113的層將是基本有序的晶格，而直接在注入層650上方的區(qū)域113的層將顯示出由摻雜劑原子強(qiáng)制通過(guò)晶格結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的眾多晶體缺陷。在任一情況下，退火的目的是重新排序區(qū)域113的晶體結(jié)構(gòu)，在晶格中以規(guī)則的位置在整個(gè)區(qū)域113分布摻雜劑原子，以及再結(jié)晶或排序區(qū)域113的晶格結(jié)構(gòu)。這樣的退火會(huì)激活摻雜劑原子，如適當(dāng)?shù)赜秒娮踊蚩昭ㄌ峁﹨^(qū)域113，以及降低晶格缺陷的區(qū)域113的電阻率。在一些實(shí)施例中，使用多個(gè)脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)在晶格內(nèi)的希望的效應(yīng)?？墒褂脭?shù)量從10到100,000的多個(gè)脈沖來(lái)產(chǎn)生范圍從約單個(gè)晶面、或約一個(gè)原子距離、到多個(gè)晶面、或多個(gè)原子距離的原子移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，使用至少30個(gè)脈沖，例如在約30和約100,000個(gè)脈沖之間，來(lái)對(duì)襯底進(jìn)行退火。在另一實(shí)施例中，使用至少50個(gè)脈沖，例如在約50和約100，000個(gè)脈沖之間，來(lái)對(duì)襯底進(jìn)行退火。在另一實(shí)施例中，使用至少70個(gè)脈沖，例如在約70和約100，000個(gè)脈沖之間，來(lái)對(duì)襯底進(jìn)行退火。在另一實(shí)施例中，使用至少100個(gè)脈沖，例如在約100和約100，000個(gè)脈沖之間，來(lái)對(duì)襯底進(jìn)行退火。在另一實(shí)施例中，使用在約10，000和約70，000個(gè)脈沖之間，例如約50，000個(gè)脈沖，來(lái)對(duì)襯底進(jìn)行退火。脈沖的數(shù)量通常會(huì)小于約100，000，因?yàn)橥嘶鸸に噷⑦_(dá)到端點(diǎn)，超過(guò)這個(gè)端點(diǎn)就不能完成進(jìn)一步的退火。如上所述，每個(gè)脈沖都實(shí)現(xiàn)整個(gè)微退火循環(huán)。每個(gè)脈沖可以僅是足夠多能量的以使一些摻雜劑或硅原子移動(dòng)小于單獨(dú)晶面的分離距離的距離，導(dǎo)致略微逐漸增加激活或晶體修補(bǔ)。使脈沖能量在襯底內(nèi)完全散逸，這會(huì)在施加下一脈沖之前使移動(dòng)停止。以該方式調(diào)節(jié)脈沖的數(shù)量能控制擴(kuò)散和使原子在晶格內(nèi)重新排列。入射的電磁輻射對(duì)襯底表面的影響是將動(dòng)能給予晶格中的原子，其被傳輸通過(guò)襯底。本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了通過(guò)探測(cè)晶格振動(dòng)的聲波結(jié)果來(lái)監(jiān)測(cè)輻射對(duì)襯底的影響。圖6C和圖6A中的步驟604示出了監(jiān)測(cè)襯底的聲波響應(yīng)，由來(lái)自襯底100的輻射的聲波652表示。該聲波響應(yīng)表示在襯底中吸收振動(dòng)能的程度，其提供了關(guān)于摻雜劑和填隙位置原子的移動(dòng)。當(dāng)晶格序增加、晶格缺陷降低且原子的重新分布降低時(shí)，襯底的聲波響應(yīng)會(huì)從傾向于吸收入射能量改變到發(fā)出更多的能量。以該方式，如同步驟606 —樣，可探測(cè)端點(diǎn)，超過(guò)這個(gè)端點(diǎn)就會(huì)出現(xiàn)少量退火。在一個(gè)實(shí)施例中，聲波檢測(cè)器654被設(shè)置在處理室內(nèi)，以當(dāng)電磁福射脈沖在晶格中產(chǎn)生聲波時(shí)，測(cè)量襯底的聲波響應(yīng)的聲音。在該情況下，可設(shè)置聲波檢測(cè)器654與襯底表面相鄰，使得可以探測(cè)由提供的電磁能量脈沖所產(chǎn)生的聲波。在另一實(shí)施例中，光聲波檢測(cè)器可被設(shè)置在該室內(nèi)以測(cè)量由在來(lái)自襯底表面的反射光束上的入射電磁脈沖引起的聲波，如圖6E中不意性不出的。在一些實(shí)施例中，可從向其供給脈沖的襯底的同一表面測(cè)量聲波響應(yīng)，且在一些實(shí)施例中，如果襯底是晶片的話，則可在襯底的不同表面上測(cè)量，例如相反側(cè)。圖6E示出了當(dāng)根據(jù)一個(gè)實(shí)施例將電磁能脈沖供給給襯底表面時(shí)，用于探測(cè)聲波響應(yīng)的光聲波檢測(cè)器。源656使低功率電磁能660A被導(dǎo)向襯底100的器件一側(cè)，并且檢測(cè)器658接收反射的輻射660B。由襯底收到的電磁脈沖將會(huì)導(dǎo)致襯底100的表面的短持續(xù)時(shí)間偏移，其隨之又會(huì)影響反射能660B。由檢測(cè)器658探測(cè)該反射光，且當(dāng)退火繼續(xù)時(shí)，可分析該反射光以監(jiān)測(cè)襯底100響應(yīng)接收能量的變化量。當(dāng)晶體結(jié)構(gòu)改變時(shí)，將會(huì)改變襯底的聲波響應(yīng)，且可探測(cè)端點(diǎn)。如同在圖6A的步驟606—樣。圖6F示出了監(jiān)測(cè)來(lái)自襯底背側(cè)的聲波效應(yīng)的光聲波檢測(cè)器的可選實(shí)施例。可類似地破壞檢測(cè)器以探測(cè)來(lái)自任一表面或側(cè)面和任何常規(guī)角度的襯底的反射率、透射率或吸收率。在其它實(shí)施例中，可在預(yù)處理工藝步驟使用低能脈沖，以幫助確定需要多大的能量來(lái)完成所希望的晶格修補(bǔ)和摻雜劑再配置。在圖7A-7E中示出了該工藝順序。在步驟702中，將低能量脈沖引導(dǎo)到襯底的表面上，如圖7B所示。脈沖750可以是正好在需要退火襯底100的摻雜區(qū)113下面的強(qiáng)度。脈沖750在可監(jiān)測(cè)和記錄的襯底中生成聲波響應(yīng)，如同在步驟704中一樣?？稍O(shè)置聲波檢測(cè)器752以記錄來(lái)自襯底的聲波響應(yīng)，如圖7所示。聲波響應(yīng)的分析，步驟706，可通過(guò)分析器來(lái)進(jìn)行，在圖7C示意性地示出為部件754。分析器754可包括配置的計(jì)算機(jī)以接收聲波信號(hào)，回顧和分析該信號(hào)(即信號(hào)中高亮的有意義的圖案)，并且如果收到的能量不在所希望的范圍內(nèi)，則提供一些輸出，例如控制未來(lái)脈沖的能量或警告操作員。盡管脈沖750不對(duì)襯底100進(jìn)行退火，但聲波響應(yīng)將具有能探測(cè)的特征，表示退火所需要的能量脈沖的實(shí)際特征。如上所述，具有更多晶體無(wú)序的襯底，或更深的無(wú)序區(qū)，將吸收和散逸更多入射能，且具有更多晶序的襯底將發(fā)出更多入射能，產(chǎn)生不同的聲波響應(yīng)。分析可以揭示出最佳的強(qiáng)度和將要在步驟708中供給的脈沖756的數(shù)量(圖7D)以獲得所希望的結(jié)果?？杀O(jiān)測(cè)第二組脈沖的供給，710，且可任選地可通過(guò)端點(diǎn)探測(cè)712來(lái)完成。在圖6A和7A中達(dá)到端點(diǎn)之后，將最優(yōu)化地退火區(qū)域113，且當(dāng)摻雜劑被結(jié)合到晶格中時(shí)，注入層650會(huì)消失。閃光燈設(shè)各圖8A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的設(shè)備。主體部分800提供有八角形外壁。主體部分800的第一端810耦合到襯底固定架804。襯底固定架804可配備鉸接蓋，其配置得允許裝載和卸載襯底，或配備用于交換襯底的側(cè)開口，它們兩個(gè)都沒有示于圖8A或SB中?？衫靡r底固定架804將襯底保持在適當(dāng)位置，其可通過(guò)靜電裝置、真空裝置、夾具、貝努里夾具、空氣浮選、針狀支承 或聲波裝置來(lái)操作，它們一個(gè)也沒有示出。參考圖8B，反射襯墊806可被設(shè)置在主體部分800的外壁802的內(nèi)表面上。優(yōu)選地配置襯底固定架804以將襯底808保持在與主體部分800基本徑向?qū)?zhǔn)的位置，以促進(jìn)襯底808的最均勻的照射。可配置襯底固定架804以將襯底808保持在任一方位或狀態(tài)下，包括基本平面方位或變形方位，例如凸曲度或凹曲度。還可配置襯底固定架804以在處理期間將熱能供給給襯底808，目的是控制襯底808的體溫度?？赏ㄟ^(guò)加熱或冷卻襯底固定架804接觸襯底背側(cè)的表面來(lái)供給這種熱能?？筛鶕?jù)本領(lǐng)域公知的方式來(lái)完成加熱或冷卻，例如循環(huán)加熱或冷卻通過(guò)襯底固定架的流體。還可通過(guò)任何常規(guī)的非接觸方式來(lái)供給背景或體熱能，例如熱燈、冷卻氣體燈。例如，可通過(guò)靜電力或氣體壓力或真空將襯底808保持在適當(dāng)位置，冷卻氣體提供用于襯底808的襯墊，使得在襯底808和襯底固定架804之間不接觸。襯底808，單獨(dú)地或與襯底固定架804組合，可受到轉(zhuǎn)動(dòng)能，例如通過(guò)磁耦合或機(jī)械旋轉(zhuǎn)。再次參考圖8A，輻射組件812耦合到主體部分800的第二端814。配置輻射組件812以一種方式容納多個(gè)閃光燈，以將來(lái)自閃光燈的寬光譜退火電磁能引入主體部分800中，其反之將能量引到襯底808上。參考圖8C，在側(cè)視圖示出了輻射組件812，示出了容納在槽式反射器中的多個(gè)閃光燈816。沿著輻射組件812的背面820布置槽式反射器818。配置背面820接近中心在點(diǎn)822的圓的弧，其中滿足從輻射組件812的側(cè)壁824延伸的線。輻射組件812可具有覆蓋側(cè)壁824的反射襯墊826、背面820和槽式反射器818。輻射組件812還可具有設(shè)置在透鏡開口 830中的透鏡828，以通過(guò)主體部分800將來(lái)自輻射組件812的電磁能引到襯底808上。透鏡828可以是簡(jiǎn)單的或復(fù)雜的，具有平面、凸面或凹面。透鏡828還可以是菲涅耳透鏡，且可以是網(wǎng)狀的、小型的(stipled)或小方面的。透鏡828占用輻射組件812的透鏡開口 830和主體部分800的第二端814之間的結(jié)。在一些實(shí)施例中，可使用一個(gè)以上的透鏡。在其它實(shí)施例中，輻射組件812可以是閃光盒。圖8D示出了通過(guò)透鏡開口 830看到的輻射組件812(圖8C)?？梢栽谳椛浣M件812的背面820上看到閃光燈816和槽式反射器818。該透視圖還示出了背面820的圓弧形狀。圖8E是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)槽式反射器和閃光燈的等距圖。閃光燈816的形狀可以是圓柱形的，且可設(shè)置 在槽式反射器818內(nèi)。槽式反射器818的截面可以是拋物線的，以最小化通過(guò)散射的能量損失。閃光燈816通過(guò)電極832供電，且通過(guò)支撐850與槽式反射器間隔開。每個(gè)閃光燈可通過(guò)獨(dú)立的電源供電，或一組閃光燈可以分組且通過(guò)單一電源供電。反射襯墊826促使發(fā)出到槽式反射器818中的光朝著透鏡828反射回到輻射組件812中。圖8F是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的槽式反射器852的等距圖。槽式反射器852的特征在于通常是與圖8E的槽式反射器818相同的部件，除了脊854向下在槽的中心之外。該脊用于發(fā)送從閃光燈816發(fā)出的光反射離開燈，以便反射光不會(huì)行進(jìn)返回穿過(guò)燈816。在一個(gè)實(shí)施例中，脊854形成漸伸線，導(dǎo)致槽式反射器852具有復(fù)雜的拋物線型分布。在其它實(shí)施例中，槽852可具有漸開的不規(guī)則外形，配置其以特定的方式指引反射光。再次參考圖SC，示出了電力系統(tǒng)耦合到輻射組件812用于給閃光燈816供電。示出了電容器834耦合到充電電路836和啟動(dòng)電路838。由此可以利用開關(guān)840給電容器充電和放電。示出了電源842用于給電容器834充電，且示出了控制器844用于操作開關(guān)。開關(guān)840可通過(guò)控制器844操作以給電容器834充電和放電。閃光燈816通過(guò)啟動(dòng)導(dǎo)線848通電。因?yàn)椴煌L(zhǎng)度的啟動(dòng)導(dǎo)線848會(huì)導(dǎo)致非均勻的功率輸出給閃光燈816和非優(yōu)化的閃光定時(shí)，所以通過(guò)功率分配器846給電容834放電是有利的。如果希望的話，功率分配器846使通過(guò)啟動(dòng)導(dǎo)線848提供給閃光燈816的功率相等。為了簡(jiǎn)單起見，如上所述，盡管示出了單組充電和啟動(dòng)電路，但可使用多個(gè)這樣的電路來(lái)給一個(gè)或多個(gè)閃光燈816放電。利用更多電路促使用于閃光燈816的啟動(dòng)圖案優(yōu)化，且通過(guò)允許操作設(shè)備來(lái)延長(zhǎng)閃光燈的使用壽命，而不需每次啟動(dòng)每個(gè)燈。同樣，可平行地使用多個(gè)電容器，以允許充電和放電較大的電荷，另外可采用多個(gè)電路以利用閃光燈產(chǎn)生脈沖序列。最后，在啟動(dòng)電路中還可選擇性地包括電感器(未示出)，以調(diào)整通過(guò)閃光燈816放電的功率脈沖的形狀。可使用在低電流用于預(yù)離子化閃光燈的電路(未示出)，以使輻射組件中的閃光燈的輸出同步。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)閃光燈被設(shè)置在輻射組件例如輻射組件812中。在一些實(shí)施例中，多個(gè)閃光燈包括兩組閃光燈，配置每個(gè)閃光燈與圖8D中所示的實(shí)施例相似。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)閃光燈包括兩組閃光燈，其中每組閃光燈包括18個(gè)閃光燈。在一些實(shí)施例中，以交叉結(jié)構(gòu)成組布置多個(gè)閃光燈，以便從一個(gè)燈到圖8C的透鏡828的線不撞擊另一個(gè)燈。在其它實(shí)施例中，閃光燈可包括密集的平面狀線性陣列。閃光燈可設(shè)置在拋物線的反射體槽、漸開拋物線的反射體槽、漸開規(guī)則的反射體槽或它們的任一組合中。在其它實(shí)施例中，可使用兩組以上的閃光燈。圖9A示出了閃光燈設(shè)備900的可選實(shí)施例。主體部分902在一端提供有襯底固定架904，另一端提供輻射區(qū)。輻射區(qū)906的特征是閃光燈908設(shè)置在主體部分902的內(nèi)部區(qū)域上。配置每個(gè)閃光燈908以穿過(guò)主體部分902的至少一側(cè)(例如示出了兩側(cè))。主體部分902的截面可以是六角形的、八角形的、正方形的或任一有利的形狀。對(duì)于主體部分902的每對(duì)側(cè)面可設(shè)置一個(gè)閃光 燈，或?qū)τ诿繉?duì)側(cè)面設(shè)置一個(gè)以上的閃光燈。閃光燈908可以沿著主體部分902的長(zhǎng)度縱向隔開，以避免在主體部分內(nèi)間隔沖突。可選地，可配置閃光燈908以僅橫越輻射區(qū)906的一部分，從而避免間隔沖突。背板910和襯底固定架904可密封地耦合到主體部分902，以防止在暴露到來(lái)自閃光燈908的能量時(shí)會(huì)引起與襯底或設(shè)備材料起弧或不希望的反應(yīng)的大氣氣體進(jìn)入。相似的電源電路和襯底固定架可提供有如圖8A-8F中所示的該可選實(shí)施例。圖9B示出了設(shè)備900的透視圖。移除襯底固定架904的密封部分以不出閃光燈908的內(nèi)部布置。如同上述的實(shí)施例一樣，主體部分902的內(nèi)表面、背板910和襯底固定架904的露出表面襯有反射材料。應(yīng)注意，可使用閃光燈908的任一布置將能量提供給主體部分902。圖8A-9B中所示的閃光燈設(shè)備可由適合反射襯墊的任何有利的材料構(gòu)成。例如，主體部分800和902的外表面，及輻射組件812 (包括槽式反射器818)和背板910的外表面可由金屬例如鎳構(gòu)成。設(shè)置在那些元件的內(nèi)表面上的反射性襯墊可以是反射材料，例如銀，或反射聚合物，例如含氯氟烴聚合物或類似材料。壁可以是用強(qiáng)流或自然對(duì)流冷卻的流體，有或沒有冷卻鰭片。此外，閃光燈也可以是由強(qiáng)流穿過(guò)護(hù)套和閃光燈之間的環(huán)形區(qū)域冷卻的流體?？蓳诫s閃光燈管以去除由燈輻射的不希望部分的光譜。例如，管可摻雜鈰離子，例如Ce3+或Ce4+以去除來(lái)自發(fā)射的輻射的UV分量。工作時(shí)，控制空間成分是有利的，電磁能穿過(guò)該空間成分行進(jìn)。高真空是有利的，但保持困難，且會(huì)導(dǎo)致大氣氣體泄漏進(jìn)設(shè)備中。在特征為銀內(nèi)部襯墊的實(shí)施例中，大氣氣體中硫磺化合物的痕量將會(huì)使反射銀襯墊退化?？蛇x地，該設(shè)備可填充有非反應(yīng)性氣體，例如氮或氬。必須選擇這種氣體以盡可能的避免吸收光源的能量。另外，該氣體不應(yīng)與襯底上的材料反應(yīng)，且不應(yīng)該容易地離子化，以使設(shè)備內(nèi)部電弧放電的可能性最小化。在特征為氣體輸出給設(shè)備的實(shí)施例中，提供氣體供給系統(tǒng)，但在圖中未示出。在一些實(shí)施例中，有利的是提供不同波長(zhǎng)的光來(lái)激發(fā)晶格中或多或少數(shù)量的原子。來(lái)自兩個(gè)激光器的電磁脈沖可以交織成任何圖案，這對(duì)實(shí)現(xiàn)具體調(diào)整襯底晶格是有利的。例如，脈沖可以是交替的，或交替成組。來(lái)自兩個(gè)不同激光器的脈沖還可以同時(shí)施加到襯底的不同區(qū)域上。在任何有利的布置中，激光器還可以與閃光燈結(jié)合?？墒褂脧奈⒉ń?jīng)過(guò)紅外和可見光進(jìn)入U(xiǎn)V的輻射的波長(zhǎng)。在一些實(shí)施例中，有利的是利用多組的源提供電磁輻射。在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用兩組閃光燈。多組的源可以同時(shí)被激勵(lì)，以從所有源同時(shí)產(chǎn)生單一脈沖，或者它們可以以有利的圖案被激勵(lì)。例如，特征是兩個(gè)源或兩組源的實(shí)施例，可包括以交互的圖案給兩個(gè)源或兩組源施加電壓。這種結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化為充電和放電電源輸出電路。實(shí)例PTA處理200埃的結(jié)層，期望產(chǎn)生有用的結(jié)果。在250eV的能量下注入了 IO15劑量的摻雜劑原子之后，可以以一序列脈沖提供1000個(gè)脈沖的532nm激光。每個(gè)脈沖提供.3J/cm2的能量密度，脈寬大約I毫秒，且以30毫秒的剩余持續(xù)時(shí)間分開，退火后結(jié)的薄膜電阻率期望為小于約400 Ω/cm2。對(duì)于注入能量為500eV的相同情況，期望實(shí)現(xiàn)退后薄膜電阻率通常小于200 Ω/cm2。例如，在250eV的能量下，從十八硼烷前體注入2 X IO15劑量的硼原子之后，用30個(gè)20-納秒脈沖的532nm激光，以每秒5個(gè)脈沖供給到襯底上，每個(gè)脈沖攜帶150毫焦耳(mj)的能量，在.234J/cm2的密度下，進(jìn)行PTA處理，PTA處理之后導(dǎo)致537 Ω /cm2的電阻率。在1,000個(gè)脈沖之后，電阻率降到428 Ω/cm2，且在38，100個(gè)脈沖之后，電阻率為401 Ω/cm2。利用.258J/cm2的密度下每個(gè)提供約165mJ的能量的脈沖的相似退火處理，在30個(gè)脈沖之后實(shí)現(xiàn)了 461 Ω/cm2的電阻率，I, 000個(gè)脈沖后391 Ω/cm2的電阻率，和100，000個(gè)脈沖之后333 Ω/cm2的電阻率。雖然前文涉 及本發(fā)明的實(shí)施例，但是在沒有偏離本發(fā)明的基本范圍的前體下，可以設(shè)計(jì)本發(fā)明的其它和另外的實(shí)施例。例如，雖然前文的描述通常涉及半導(dǎo)體襯底，但是利用這些設(shè)備和方法可以處理其它類型的襯底，如光子襯底。
權(quán)利要求
1.一種用于處理襯底的設(shè)備，包括: 主體部分； 連接到主體部分的第一端的襯底支架； 連接到主體部分的第二端的輻射組件； 設(shè)置在輻射組件中的輻射源，所述輻射源具有多個(gè)激光器，每個(gè)激光器包括開關(guān)；和連接到每個(gè)開關(guān)以形成電磁輻射脈沖的控制器，其中所述輻射組件接收電磁輻射脈沖并產(chǎn)生具有時(shí)間形狀的電磁輻射脈沖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述控制器產(chǎn)生從電源至多個(gè)激光器的功率脈沖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述多個(gè)激光傳遞持續(xù)時(shí)間介于I納秒和10毫秒之間的組合脈沖。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的設(shè)備，其中每個(gè)脈沖具有至少0.2J/cm2的能量密度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述輻射組件將具有時(shí)間形狀的電磁輻射脈沖引導(dǎo)到主體部分中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，進(jìn)一步包括氣體供給系統(tǒng)，所述氣體供給系統(tǒng)向輻射組件和主體部分供給一種或多種氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求 1的設(shè)備，其中所述開關(guān)在小于I納秒的時(shí)間內(nèi)改變狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述輻射組件與接收到的電磁輻射脈沖重疊，以形成具有時(shí)間形狀的電磁輻射脈沖。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述輻射組件將接收到的電磁輻射脈沖組合，以形成具有時(shí)間形狀的電磁輻射脈沖。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述輻射組件包括多個(gè)分束器和多個(gè)鏡。
11.一種用于處理襯底的設(shè)備，包括: 多個(gè)激光，每個(gè)激光包括開關(guān)； 連接到每個(gè)開關(guān)以形成電磁輻射脈沖的控制器；和 輻射組件，所述輻射組件設(shè)置成接收電磁輻射脈沖并產(chǎn)生具有時(shí)間形狀的電磁輻射脈沖。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，其中所述輻射組件與接收到的電磁輻射脈沖重疊，以形成具有時(shí)間形狀的電磁輻射脈沖。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，其中所述輻射組件將接收到的電磁輻射脈沖組合，以形成具有時(shí)間形狀的電磁輻射脈沖。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，其中所述輻射組件包括多個(gè)分束器和多個(gè)鏡。
15.—種熱處理襯底的方法,包括: 在襯底支架上設(shè)置襯底； 通過(guò)將來(lái)自多個(gè)第一激光脈沖的脈沖組合，形成多個(gè)第二激光脈沖； 調(diào)整多個(gè)第二激光脈沖的每個(gè)脈沖的時(shí)間分布，以產(chǎn)生多個(gè)第三激光脈沖；和 將多個(gè)第三激光脈沖引向襯底的一部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述多個(gè)第三激光脈沖的每個(gè)脈沖的能量低于熔化所述襯底的一部分所需的能量。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述多個(gè)第三激光脈沖的每個(gè)脈沖具有至少0.2J/cm2的能量密度。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述多個(gè)第三激光脈沖的每個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間介于I納秒和10毫秒之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述多個(gè)第三激光脈沖的每個(gè)脈沖具有相同的能量和持續(xù)時(shí)間。
20.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述多個(gè)第三激光脈沖的每個(gè)脈沖對(duì)襯底進(jìn)行部分地退火。
21.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中調(diào)整所述多個(gè)第二激光脈沖的每個(gè)脈沖的時(shí)間分布包括:調(diào)整所述多個(gè)第一激光脈沖中的連續(xù)脈沖之間的時(shí)間周期。
22.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中使用多個(gè)激光源來(lái)形成所述多個(gè)第一激光脈沖。
23.根據(jù)權(quán)利 要求22的方法，其中所述激光源以不同的波長(zhǎng)工作。
全文摘要
本發(fā)明通常描述用來(lái)在襯底的期望區(qū)域上執(zhí)行退火工藝的設(shè)備和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，利用閃光燈或激光設(shè)備，將脈沖電磁能量供給到襯底上。該脈沖可以是從約1納秒到約10毫秒長(zhǎng)，并且每個(gè)脈沖具有比熔化襯底材料需要的能量小的能量。脈沖之間的能量間隔通常足夠長(zhǎng)，以允許由每個(gè)脈沖給予的能量完全消散。由此，每個(gè)脈沖實(shí)現(xiàn)一個(gè)微退火循環(huán)。脈沖可以被一次性供給到整個(gè)襯底上，或者一次性供給到襯底的一部分上。此外實(shí)施例提供了一種用來(lái)供電輻射組件的設(shè)備，和用來(lái)檢測(cè)襯底上的脈沖的效果的設(shè)備。
文檔編號(hào)H01L21/324GK103219264SQ201310092420
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2008年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月8日
發(fā)明者斯蒂芬·莫法特, 約瑟夫·邁克爾·拉內(nèi)什 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司