闪光灯退火装置[发明专利]

[12]发明专利申请公布说明书

[21]申请号200580032461.6[51]Int.CI.

H01L 21/00 (2006.01)H01J 61/40 (2006.01)H01J 61/35 (2006.01)

[43]公开日2007年10月10日[22]申请日2005.09.21[21]申请号200580032461.6

[30]优先权

[32]2004.09.28 [33]US [31]10/952,969[86]国际申请PCT/US2005/034357 2005.09.21[87]国际公布WO2006/036869 EN 2006.04.06[85]进入国家阶段日期

2007.03.26

[11]公开号CN 101053061A

[74]专利代理机构上海专利商标事务所有限公司

代理人陈斌

[71]申请人英特尔公司

地址美国加利福尼亚州

[72]发明人J·黄 S·赛亚 P·戴维斯 K·克努特

森

权利要求书 3 页 说明书 6 页 附图 2 页

[]发明名称

闪光灯退火装置

[57]摘要

公开了生成带有大于和/或小于规定波长范围的波长的电磁辐射的闪光灯装置。

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权 利 要 求 书

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1.一种系统，包括： 容纳衬底的腔；以及

选择性发光器，所述选择性发光器包括用于生成辐射所述衬底的电磁辐射的一个或多个光源，所述电磁辐射具有大于或小于规定波长范围的波长，在所述规定波长范围内所述电磁辐射被所述衬底的一部分能比被其他部分更有效率地吸收或反射。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述一个或多个光源适用于生成包括具有对应于所述规定波长范围的波长的电磁辐射在内的广谱辐射。 3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述选择性发光器还包括用于从所述广谱辐射中滤除具有在所述规定波长范围内的波长的电磁辐射的滤光器。 4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述一个或多个光源包括等离子灯。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述等离子灯包括外壳，所述外壳是滤光器。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述外壳包括氧化铈掺杂的石英。 7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述规定波长范围是从约200至350纳米。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述腔适用于容纳晶片衬底。 9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述腔适用于容纳具有并入了多种成分的半导体器件的衬底。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述腔适用于容纳具有第一衬底成分的衬底，所述第一衬底成分以比其他衬底成分更高的速率吸收或反射带有在所述规定波长范围内的波长的电磁辐射。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第一衬底成分包括氮化物隔片。

12.一种光源，包括：

当受激发时形成生成电磁辐射的等离子体的气体；以及

封入所述气体的外壳，所述外壳适用于滤除带有在规定波长范围内的波长的

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电磁辐射。

13.如权利要求12所述的光源，其特征在于，所述外壳包括氧化铈掺杂的石英。

14.如权利要求12所述的光源，其特征在于，所述规定波长范围是从约200至约350纳米。

15.如权利要求12所述的光源，其特征在于，所述规定波长范围是其中所述电磁辐射被在所述电磁辐射下曝光的衬底成分更有效地吸收或反射的波长范围。 16.如权利要求15所述的光源，其特征在于，所述衬底成分是从由具有带变化密度的所述衬底成分的区域的氮化物隔片和衬底组成的组中选出的衬底成分。 17.一种选择性发光器，包括： 用于生成电磁辐射的光源；以及

滤光器，从由所述光源生成的所述电磁辐射中滤除带有在规定波长范围内的波长的电磁辐射以产生经滤光的辐射。

18.如权利要求17所述的选择性发光器，其特征在于，所述滤光器滤除具有在约200nm和约350纳米之间的波长的电磁辐射。

19.如权利要求17所述的选择性发光器，其特征在于，所述光源生成含有所述规定波长范围的电磁辐射。

20.如权利要求17所述的选择性发光器，其特征在于，所述光源包括等离子灯。

21.如权利要求17所述的选择性发光器，其特征在于，所述规定波长范围是其中所述电磁辐射被在所述电磁辐射下曝光的衬底成分更有效地吸收或更有效地反射的波长范围。 22.一种方法，包括： 提供一衬底；以及

将所述衬底在带有大于或小于规定波长范围的波长的电磁辐射下曝光，在所述规定波长范围内，所述电磁辐射被所述衬底的一部分能比被其他部分更有效率地吸收或反射。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法还包括激发气体以形成生成电磁辐射的等离子体。

24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述提供包括提供具有氮化物隔片的衬底。

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25.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述提供包括提供具有半导体器件或变化密度的衬底。

26.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述规定波长范围是从约200至约350纳米(nm)。

27.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述曝光包括生成广谱辐射，所述广谱辐射至少包括带有对应于规定波长范围的波长的电磁辐射；从所述广谱辐射中滤除带有对应于所述规定波长范围的波长的电磁辐射以产生经滤光的辐射；以及将所述衬底在所述经滤光的辐射下曝光。

28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述广谱辐射包括具有从约200至约800纳米的波长的电磁辐射。

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说 明 书

闪光灯退火装置

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发明背景 发明领域

本发明的实施例涉及但不限于电子器件，尤其涉及电子器件制造领域。 相关技术的描述

在电子器件制造的当前状态中，被称为闪光灯退火(FLA)的工艺有时可以在半导体器件制造期间以及半导造工艺开发期间使用。FLA可用于达到多个目标，包括例如活化诸如晶体管等电子器件的掺杂区内的离子注入掺杂剂。使用FLA的其他原因例如可以包括再结晶、回流操作、玻璃上旋涂(SOG)退火、硅化、低k/高k介电退火以及缺陷退火。

在闪光灯退火中，诸如晶片或管芯衬底等衬底通常在由具有跨电磁频谱的某一部分的波长的辐射组成的强烈电磁辐射下曝光。例如，在一种FLA工艺中，用于曝光衬底的电磁辐射可以包括具有对应于电磁频谱的紫外区(即，10至400纳米(nm))的波长的辐射。这一电磁辐射还可以包括可见光频谱(即，400至750nm)甚至进入红外频谱(即，750nm至100微米)。出于本说明书的目的，该电磁辐射将被称为“广谱”辐射。

在闪光灯退火工艺期间被曝光的衬底在电磁辐射下的持续曝光时间通常在几微秒至几百毫秒的范围内。例如，闪光灯退火的一种应用可以是退火硅衬底，其中该衬底可以在至少0.015J/cm的功率级下在强烈电磁辐射下曝光小于10微秒的时间。

附图简述

本发明将由示例性而非性的实施例描述，这些实施例在相同编号指示相似元素的附图中示出，并且在附图中： 图1示出了一个示例性CMOS晶体管；

图2A示出了根据本发明某些实施例的包括用于生成带有选择性波长的电磁

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辐射的选择性发光器的系统；

图2B示出了根据本发明某些实施例的包括用于生成带有选择性波长的电磁辐射的选择性发光器的系统；以及

图3示出了根据本发明某些实施例的生成带有选择性波长的电磁辐射的光源。 说明性实施例的详细描述

在随后的描述中，将出于解释的目的阐明多个细节以提供对本发明公开实施例的全面理解。然而本领域普通技术人员显而易见的是无需这些具体细节也能实践本发明所公开的实施例。在其它情况中，将以框体形式示出公知的电学结构和电路以免混淆本发明的公开实施例。

根据本发明的各实施例，提供了用于在选择性波长的电磁辐射下曝光衬底的方法和装置。对于这些实施例而言，可以使用包括生成用于辐射衬底的具有选择性波长的电磁辐射的选择性发光器在内的装置来执行闪光灯退火(FLA)过程。在各实施例中，被曝光/辐射的衬底可由具有不同电磁辐射吸收特性的多种成分组成。通过在具有选择性波长的电磁辐射下曝光该衬底，能够地优化每种成分的发热。在某些情况下，该优化对应于跨每种成分的均匀发热。在其它情况下，可以将一种或多种选择成分选择性地加热到相对于其他成分升高的温度。 在各实施例中，被曝光/辐射的衬底可以是晶片或管芯衬底，其中包括往往以比其他衬底成分更高的速率吸收特定波长或波长范围的电磁辐射的一种或多种第一衬底成分。在其它实施例中，第一衬底成分往往以比其他衬底成分更高的速率反射特定波长或波长范围的电磁辐射。在某些实施例中，第一衬底成分可以是特别是涉及特定波长的电磁辐射时可具有相对较高的吸收系数值的氮化膜。对于这些实施例而言，衬底可以包括静态随机存取存储器(SRAM)和逻辑电路部分，每一部分都具有不同的氮化物隔片浓度或密度。

为了确保衬底的最优发热，衬底可在由具有选择性波长的电磁辐射组成的电磁辐射下曝光。在某些实施例中，选择性波长可以大于和/或小于规定的波长范围，该规定的波长范围是对应于往往由第一衬底成分以比其他衬底成分更高的速率吸收或反射的电磁辐射的波长的波长。

根据各实施例，提供一选择性发光器用于将衬底在具有选择性波长的电磁辐射下闪光退火或闪光曝光。对于这些实施例而言，选择性发光器可以生成包括具有大于或小于上述规定的波长范围的波长的电磁辐射在内的电磁辐射。

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在各实施例中，选择性发光器可以包括一个或多个光源以及置于一个或多个光源和要被曝光的衬底之间的一个或多个滤光器。在某些实施例中，一个或多个光源可以是一个或多个闪光灯，而滤波器可以并入闪光灯泡本身或者可以是其内封有一个或多个闪光灯的外壳或护套。对于这些实施例而言，闪光灯可以是等离子灯，而滤光外壳可以是氧化铈掺杂的外壳。闪光灯可以生成广谱辐射，而闪光灯的外壳可用于滤除具有非期望波长(例如，与往往被第一衬底成分以比其他衬底成分更高的速率吸收或反射的电磁辐射的波长相对应的波长)的电磁辐射。 在其它实施例中，选择性发光器可以包括完全位于一个或多个光源之外的滤光器。对于这些实施例而言，一个或多个光源可以是具有基本透明且不会滤除电磁辐射的外壳的闪光灯。一个或多个光源例如可以生成广谱辐射，并且外部滤光器可以从由一个或多个光源生成的广谱辐射中滤除具有规定波长范围的电磁辐射。 在另外的实施例中，选择性发光器可以包括在不使用滤光器的情况下生成选择性波长的电磁辐射的一个或多个光源。对于这些实施例而言，一个或多个光源可以生成特定波长的电磁辐射，并且不用依赖滤光技术来生成选择性波长的电磁辐射。这些光源的示例包括被选择为在大于或小于会被第一衬底成分更有效地吸收或反射的波长范围的特定波长下工作的单个或多个激光器。可以选择这些波长以实现均匀或不均匀晶片上的最优理想温度分布。

根据各实施例，选择性发光器可以是将诸如晶片衬底等衬底在具有选择性波长的电磁辐射下曝光的闪光灯退火系统的一部分。对于这些实施例而言，该系统可以是用于制造电子器件的系统，并且可以包括容纳被曝光的衬底的腔室。该系统还包括预加热被曝光的衬底的发热元件。

在各实施例中，将在诸如晶片或管芯衬底等衬底的闪光灯退火过程期间使用上述新颖的方法和装置，从而例如能够调节或转化热区的大小以免在衬底上形成。温度分布可由用于该局部区域的最优成品率/性能权衡来确定。因为衬底的某些部分会以比其他部分更高的速率或比其他部分更有效地吸收电磁辐射，所以衬底上的热区可以在闪光退火过程期间形成。这是由于衬底的某些部分可能包含至少在涉及特定波长的电磁辐射时具有相对较高的吸收系数值或相对较高的反射值的衬底成分或更高的衬底成分密度。

例如，在某些实施例中，被闪光退火的衬底可以是包括诸如晶体管、电容器和电阻器等众多电子器件的管芯或晶片衬底。这些器件还可以由具有均匀的电磁辐射吸收特性的各种成分或材料组成。例如，这些成分中的某一些具有相对较高的吸

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收系数值，这意味着这些成分往往会比其他衬底成分更有效地或以比其他成分更高的速率吸收带有特定波长的电磁辐射。于是，管芯或晶片中带有更高浓度的这些成分的部分在闪光灯退火过程期间在被曝光在例如广谱辐射下时往往比其他部分更快地加热。结果，在被闪光退火的衬底内这些成分的高吸收速率以及这些成分的不均匀分布导致在例如闪光退火过程期间形成的“热区”。另一方面，其他成分可以具有相对较高的反射率，这意味着它们往往比其他衬底成分更有效地或以比其他衬底成分更高的速率反射带有特定波长的电磁辐射。于是，管芯或晶片中具有更高浓度的这些成分的部分在闪光灯退火过程期间在被曝光在例如广谱辐射下时往往比其他部分更慢地加热。结果，在被闪光退火的衬底内这些成分的高反射率以及这些成分的不均匀分布导致了在例如闪光退火过程期间形成的“冷区”。 例如，在某些实施例中，衬底可以是用于形成片上系统(SOC)管芯的晶片。对于这些实施例而言，最终由晶片形成的SOC管芯中的每一个都可被划分成专用于不同功能的不同部分或区域。例如，SOC管芯的一部分可以专用于静态随机存取存储器(SRAM)，而另一部分可专用于逻辑电路。当以此方式划分该管芯时，专用于SRAM的部分与逻辑电路部分相比，可以载有更为密集的互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管。当在单个芯片上存在不同类型的电路时，均匀的温度并不一定是最优的温度分布。每个分离的电路元件都具有能被优化的成品率/性能权衡。该优化无需对所有电路都相同。这也是波长/反射率工程学设计表示可用于优化整体芯片性能的新变量的原因。

图1描绘了根据某些实施例的可位于诸如上述晶片或管芯衬底之类的衬底上的示例性互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管器件。对于这些实施例而言，晶体管100包括漏极102、源极104和多晶硅栅极106。晶体管100还包括邻近栅极106的氧化物薄层108。为了在晶体管100的制造过程期间形成与漏极102和源极104相关联的不同掺杂区，邻近栅极106形成氮化物隔片110。这些氮化物隔片110可以由诸如氮化硅等氮化物材料制成。

构成隔片110的氮化物材料可以具有相对较高的吸收系数值，并且往往会以比其他衬底成分或材料更高的速率吸收具有规定波长范围的电磁辐射。例如，由氮化硅组成的氮化物材料往往会吸收光谱的紫外区域(即，10nm至400nm)内的电磁辐射。更具体地，这些氮化物隔片对于波长在200nm至350nm之间的电磁辐射具有特别的亲和力。

根据各实施例，提供了一种生成选择性波长的电磁辐射的选择性发光器。对

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于这些实施例而言，该选择性发光器可在衬底的闪光灯退火过程中使用，并且可以生成波长大于和/或小于规定波长范围的电磁辐射。在各实施例中，规定波长范围可以对应于往往被第一衬底成分(例如，氮化物隔片)以比其他衬底成分更高的速率吸收的电磁辐射的波长。

图2A描绘了根据某些实施例可用于闪光灯退火工艺的系统。对于这些实施例而言，系统200包括含有多个加热灯204的预闪光加热元件202。然而在其他实施例中，预闪光加热元件202可由热板或除加热灯204之外的其他类型的加热器件组成。在加热元件202之上的是可用于在例如闪光退火过程期间保持衬底208的衬底保持腔206。例如，衬底208可以是半导体管芯或晶片衬底。衬底208之上的是选择性发光器210。对于这些实施例而言，选择性发光器210可由多个光源212和反射器214组成。

在各实施例中，光源212可以生成具有选择性波长的电磁辐射。对于这些实施例而言，生成的电磁辐射可以包括带有大于和/或小于规定波长范围的选择性波长的电磁辐射，其中规定波长范围对应于往往被第一衬底成分以比其他衬底成分更高的速率吸收或反射的电磁辐射的波长。光源212可以是带有滤光外壳的闪光灯(如下将详述)、激光器和/或诸如发光二极管(LED)等固态器件。 加热灯204可以是钨卤素灯。对于这些实施例而言，加热元件202可用于在闪光退火衬底208之前将衬底208的温度升高至预先规定的温度。 衬底208可以是包括具有不同吸收系数的多个衬底元件的管芯或晶片衬底。在各实施例中，衬底208至少由以比其他衬底成分更高的速率吸收或反射具有规定波长范围的电磁辐射的第一衬底成分组成。在某些实施例中，第一衬底成分可以是由以相对较高的速率吸收波长在约200nm至约350nm之间的电磁辐射的材料组成的氮化物隔片。

在各实施例中，系统200可用于闪光灯退火工艺。对于这些实施例而言，要被闪光退火的衬底208最初可以使用例如上述加热元件202来预加热。一旦衬底208达到预先规定的温度，则选择性发光器210可生成选择性波长的电磁辐射。在各实施例中，选择性波长可包括大于或小于规定波长范围的波长。衬底208可以在选择性波长的电磁辐射下曝光约10毫秒至约10微秒的时间。在各实施例中，该曝光的结果是衬底208的温度可以升高。在一个示例中，硅衬底可以被加热到其起始温度和约1410℃的硅熔点温度之间的任何温度。

图2B描绘了根据某些实施例可用于闪光灯退火工艺的另一系统。对于这些实

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施例而言，系统220类似于图2A的系统200。然而与前一系统200不同的是，系统220内的光源212不生成具有选择性波长的电磁辐射，而是可以生成例如广谱辐射。在某些实施例中，广谱辐射包括波长在约200至约800纳米(nm)之间的电磁辐射。此外，与图2A中的系统200不同，选择性发光器210在此情况下还可包括置于光源212和被闪光退火的衬底208之间的滤光器222。对于这些实施例而言，滤光器222可用于从由光源212生成的广谱辐射中滤除非期望的电磁辐射(例如，带有可由例如氮化物隔片吸收的规定波长范围的电磁辐射)。

图3更详细地描绘了根据某些实施例的图2A所示光源中的一种。对于这些实施例而言，光源300是闪光灯，诸如带有滤光外壳的等离子灯。光源300包括封入阴极304、阳极306和气体308的外壳302。外壳302可由石英或熔融硅石材料组成，并且可包含在完全密封空间内的气体308。在各实施例中，气体308可以是用于生成等离子体的任何气体。

对于这些实施例而言，光源300可以生成具有选择性波长的电磁辐射。外壳302可以用作用于滤除具有规定波长范围的电磁辐射的滤光器。例如，当气体308是氙时，由在被激发时变为等离子体的气体308所发出的电磁辐射可由波长在约200至约800nm的电磁辐射组成。在这些实施例中，外壳302可以起到用于滤除波长在约200至约350nm之间的电磁辐射的滤光器的作用。

为了实现该滤光，在某些实施例中，外壳302可由掺杂石英材料组成。对于这些实施例而言，掺杂石英材料可以是氧化铈掺杂的清洁熔融石英材料。然而在其它实施例中，可以使用由硼硅玻璃(Pyrex

)组成的外壳执行滤光。

在其它实施例中，光源212(和/或选择性发光器210)可以生成选择性波长的电磁辐射而无需使用滤光部件。对于这些实施例而言，光源212可以是生成特定波长或波长范围的电磁辐射的激光器或激光器组。

虽然已经在此示出并描述了特定实施例，但是本领域普通技术人员应该认识到，被计算用来实现相同目的的任何安排都可以代替所示的特定实施例。本申请旨在覆盖本发明实施例的任何改编或修改。因此，在此明确指明本发明的实施例仅由所附权利要求书限定。

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