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激光退火成为主流
发布时间:2013-10-25 信息来源:上海皇龙自动化工程公司 作者:本站编辑 字体大小:           

激光退火成为主流

超浅结的激光退火(Laser annealing)是被谈论了约十多年的工艺技术之一,但是却迟迟未真正到达可量产制造的层面。然而,正如许多经历过类似遭遇的技术一样,半导体产业的需求似乎正在追赶上激光退火的能力。Ultratech营销副总Sccott Zafiropoulo表示,2010年对于激光退火是很强劲的一年,在45nm及更高节点,大量的激光退火技术被采用,多套系统订单进入了量产。他预计,这种趋势将在2011年持续下去;甚至,Ultratech近期还向华尔街的分析师透露,预计今年的激光退火系统销售将翻番。

受超浅结制作的基本挑战的驱动,激光退火得以采用,这些挑战包括:需要获得高温掺杂活性,同时使扩散最小化,以保证掺杂剂能保持在离子注入后的原位。快速热处理(RTP)、闪光灯退火和激光退火都在努力实现这种目标。随着结变得更浅以及掺杂浓度的提高,在活性温度下可接受的驻留时间降低到了毫秒范围。

闪光灯退火是毫秒退火中另一种领先的可选方案,它会加热整片晶圆。由于晶圆的热质量,冷却时间会更长,扩散也会随之产生。相反,激光退火采用激光扫描整片晶圆,只在很短的时间在较小的区域内产生热量。其温度正好低于硅的熔点,驻留时间仅仅几百毫秒,因此激光退火工艺是更有效的无扩散工艺。

应用材料公司退火与外延事业全球产品经理Swami Srinivasan指出,无扩散活化并不是晶圆厂所在寻找的。活化退火也有助于去除离子注入后残留的缺陷。而一些掺杂扩散也是需要的,以确保均匀的全结深电阻率,并获知结与门之间的重叠。Srinivasan表示,大部分的源极/耗尽极退火,会将针对缺陷退火的尖峰退火和带高温激光退火步骤的扩散结合在一起采用,确保全面的活性。

毫秒退火(MSA)作为可量产技术的出现标志着业界对生产力和成品率的日益重视。这种快速加热和冷却可诱导应力位错和晶圆翘曲。应力能破坏精心设计的应变沟道结构。光刻工程师已经很难满足双重图形方案严苛的套刻精度要求,而这种晶圆翘曲则很令人讨厌。应力,如热预算,如今必须在整个晶体管工艺过程中加以控制。

有些反直觉的是,相对其他MSA方法,激光退火已被证明可以减少晶圆应力。据Ultratech激光产品营销副总Jeff Hebb表示,其原因是其极短的驻留时间,该公司最近发布的一款LSA100A产品的驻留时间可低至200毫秒。当点缺陷扩散成一个核时,形成位错。如果驻留时间极短,那么为扩散提供驱动力的温差在位错形成之前就会消失。相反,闪光退火则会在较长时间内保持一个温度梯度。

然而,对于MSA,最重要的成品率问题也许是图形的相关性。加工工艺中的晶圆具有图形结构,包括绝缘层和各种离子注入。它们改变了薄膜的光学反射率,随之而来的是光线吸收量和升温速率的改变。一些集成的方案采用了吸收层来弥补这种表面光学属性。但是,每个吸收层都至少需要清洗、沉积、去除和去除后清洗步骤,这表示工艺成本和成品率风险因不断累积而大大增加。

Hebb表示,采用切线入射的激光源很大程度上消除了图形相关性,且不用采用吸收层。在Ultratech的设备上,来自CO2激光器的p偏振光——波长为10.6微米,远大于器件的特征尺寸——以布鲁斯特(Brewster)角射入晶圆。在这种条件下,反射率变为零,无论何种表面成分,图形的相关性都是最小的。

激光退火日趋成熟的另一标志是工艺工程师正在考虑将其用于结活性之外。镍硅接触面临类似的无扩散处理需求:Srinivasan解释说,镍习惯沿着缺陷扩散,包括硅化物-硅界面。这些所谓的“管状”缺陷会导致结泄漏。

对于结活性,卡盘的温度接近400°C,工艺温度约为1350°C,略低于硅熔化温度。相反,硅化物的形成是个典型的两步工艺。首先,在400°C进行低温退火,将镍扩散沉积到硅表面。然后将所有多余的镍刻蚀掉,再在850°C温度进行高温退火,形成NiSi。这一工序对温度非常敏感:工艺温度超过900°C时,电阻急剧变大,原因在于NiSi2的形成。硅化过程还需要更低的卡盘温度,大约在100°C到200°C间,以最小化热预算。

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