一种用于改善CMOS晶圆浅结工艺的激光退火设备的制作方法

一种用于改善cmos晶圆浅结工艺的激光退火设备
技术领域
1.本发明涉及一种激光退火设备，具体指，一种用于改善cmos晶圆浅结工艺的激光退火设备，属于激光退火技术领域。


背景技术：

2.随着栅极沟道尺寸缩小，短沟道效应成为制约cmos器件尺寸缩小的主要因素。为抑制短沟道效应，需要在器件结构上加以改进，所以源漏浅结工艺被广泛应用到先进cmos集成电路制造工艺中。浅结的形成对注入和退火工艺有着更高的要求，当前的集成电路制造过程中可以做到纳米级别的注入深度。注入工艺过程将对硅片表面造成损伤，同时注入只能将杂质元素发射到硅片特定位置。杂质元素和硅原子之间的电激活和硅晶格损伤的修复需要后续的退火工艺才能完成。在高温退火过程中，多晶甚至非晶硅在高温下获得足够能量实现晶格损伤修复，杂质元素和周围的硅原子形成化学键结合实现电学激活；同时，控制退火热预算降低注入元素在深度方向扩展以及横向扩散，从而降低pn结的结深以及避免短沟道效应。因此退火工艺决定着源漏pn结和轻掺杂漏pn结的结深和横向尺寸。
3.源漏极激光退火较高的退火温度可使杂质元素在超短时间内瞬间激活和硅晶体损伤的快速修复。激光退火在高温区域停留时间为纳秒级别，杂质元素的扩散被充分抑制，所以在40nm及以下先进技术节点中，激光退火技术以光能密度精确可控、杂质激活率高、选择性区域熔化、不会对衬底造成热损伤等优异特点，成为源漏极退火技术的最佳选择。
4.现有设备激光器的功率稳定性一般是对激光器固定的出光功率进行的优化，如3kw的激光器，只能在1000w、1500w等固定点进行优化，使得激光器的功率稳定性能达到
±
1％，但是在实际使用时，退火功率要根据退火要求做实时调整，无法实现退火过程中的实时保持功率稳定。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于改善cmos晶圆浅结工艺的激光退火设备，能够在退火过程中确保退火功率保持稳定。
6.为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
7.一种用于改善cmos晶圆浅结工艺的激光退火设备，包括激光器、光束指向调节系统、扩束镜、功率调节系统、刀口、第三合束镜、光束质量分析仪、积分镜、晶圆片、加热盘、运动平台、电脑、三色温热发射探测器和激光测距仪，所述晶圆片放置在加热盘上，所述加热盘放置在运动平台上，所述激光器、光束指向调节系统、功率调节系统、光束质量分析仪、运动平台、激光测距仪及三色温热发射探测器分别与电脑相连接；
8.所述激光器发出的激光束经过光束指向调节系统后入射到扩束镜中进行扩束，然后经过功率调节系统控制光束的输出功率和偏振角度，再经过刀口去除光斑边缘杂散光，接着利用第三合束镜反射小部分的光束并透射大部分的光束，小部分光束反射进入光束质量分析仪中进行光束检测，透射的大部分光束经过积分镜反射后转换成线光斑汇聚到晶圆
片表面用于退火，所述运动平台带动加热盘运动实现退火轨迹。
9.进一步，所述光束指向调节系统包括两块平行设置的合束镜，两块合束镜上分别安装有二维电动调节镜架，两块合束镜的透射光光路上分别依次设置有聚焦透镜和位置探测器。
10.进一步，所述合束镜的反射率为99％，透射率为1％，所述二维电动调节镜架俯仰和倾斜调节角度≥
±2°
，所述位置探测器响应时间＜300ms、探测精度优于0.5mard。
11.进一步，所述功率调节系统由设置在光路上的λ/2玻片和偏振片组成。所述激光器固定功率出光，通过调节λ/2玻片的角度改变光束偏振角度，结合偏振片同时控制输出功率和偏振。
12.进一步，所述积分镜为离轴抛物积分镜，光束调节角度为0～90
°
，线光斑能量分布均匀性≥95％，线光斑短轴尺寸≥50μm。
13.进一步，所述加热盘的加热温度范围为0～600
°
，加热温度均匀性优于
±
20℃。
14.进一步，所述三色温热发射探测器实时监测晶圆片退火区域温度，与所述功率调节系统、所述光束质量分析仪共同组成退火功率负反馈系统，根据退火区域温度反馈结果，实时控制退火功率大小及稳定性。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
16.1、本发明通过激光器固定功率出光，外加λ/2玻片和偏振片不仅同时控制了输出功率和偏振，还避免了因激光器功率改变导致的光束质量变差和功率稳定性降低等问题；光束质量分析仪用于检测光束的能量分布状态及功率稳定性，三色温热发射探测器实时监测晶圆片退火区域温度，与功率调节系统、光束质量分析仪共同组成退火功率负反馈系统，根据退火区域温度反馈结果，实时控制退火功率大小及稳定性。
17.2、本发明采用积分镜对光束进行整形，结构简单，匀化效果好，同时通过改变积分结构，可实现对光束出射角度的控制，避免了退火时的图案化效应。
18.3、本发明利用加热盘控制晶圆片的预热温度，改变晶圆片对激光束的吸收系数，再通过对激光功率、驻留时间的控制，可实现退火深度的精确控制。
附图说明
19.图1为本发明用于改善cmos晶圆浅结工艺的激光退火设备的原理示意图。
20.图2为本发明所涉及的光束指向调节系统的原理示意图。
21.图3为本发明所涉及的晶圆片退火区域光束、检测及运动平台的分布图。
具体实施方式
22.以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。根据下面的说明，本发明的目的、技术方案和优点将更加清楚。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的优选实施例，而不是全部的实施例。
23.结合图1和图3所示，一种用于改善cmos晶圆浅结工艺的激光退火设备，包括：激光器1、光束指向调节系统2、扩束镜3、功率调节系统4、刀口5、第三合束镜6、光束质量分析仪7、积分镜8、晶圆片9、加热盘10、运动平台11、电脑12、激光测距仪13和三色温热发射探测器14。
24.所述三色温热发射探测器14及激光测距仪13位于晶圆片的上方，所述晶圆片9放置在加热盘10上，所述加热盘10放置在运动平台11上，所述激光器1、光束指向调节系统2、功率调节系统4、光束质量分析仪7、运动平台11、激光测距仪13及三色温热发射探测器14分别与电脑12相连接。
25.作为优选，激光器的发射激光波长为355nm～10640nm，脉冲频率为1～10khz，光束质量因子≤1.1，功率稳定性≤2％，偏振类型为线偏振光。
26.作为另一优选，所述激光器1采用coherent公司生产rofin dc30二氧化碳激光器，发射激光波长为10.64μm，脉冲频率为1～5khz，光束质量因子≤1.05，功率稳定性≤1％，偏振类型为线偏振光。
27.结合图2所示，所述光束指向调节系统包括两块平行设置的第一合束镜21、第二合束镜25，两块合束镜上分别安装有二维电动调节镜架22。第一合束镜21的透射光光路上依次设置有第一聚焦透镜23和第一位置探测器24，第二合束镜25的透射光光路上依次设置有第二聚焦透镜27和第二位置探测器28。两块合束镜的反射率均为99％，透射率为1％，所述二维电动调节镜架俯仰和倾斜调节角度≥
±2°
，两个位置探测器响应时间为100ms、探测精度优于0.5mard。
28.所述功率调节系统4由λ/2玻片41和偏振片42组成，所述激光器1固定功率出光以维持光束的稳定性，所述偏振片42光轴调节到水平方向使得输出光束为水平偏振的线偏振光，调节λ/2玻片41角度改变输出功率。所述光束质量分析仪7用于检测光束的能量分布状态及功率稳定性，并与所述功率调节系统4结合，实现功率稳定性的负反馈调节。所述积分镜8为离轴抛物积分镜，线光斑能量分布均匀性为96％，线光斑尺寸为8mm*0.1mm，光束通过所述积分镜8后以布儒斯特角入射到晶圆片9表面。所述加热盘10加热温度为450℃，加热温度均匀性为
±
4℃。
29.所述激光器1发出的激光束经过光束指向调节系统2后入射到扩束镜3中进行扩束，然后经过功率调节系统4控制光束的输出功率和偏振角度，再经过刀口5去除光斑边缘杂散光，利用合束镜6使得部分光束反射进入光束质量分析仪7中进行光束检测，透射的大部分光束经过积分镜8反射后转换成线光斑汇聚到晶圆片9表面用于退火，晶圆片9放置在加热盘10上，运动平台11带动加热盘10运动实现退火轨迹。
30.结合图3，所述运动平台11为三维运动平台，通过调节运动速度和轨迹，控制退火驻留时间及退火轨迹，所述三色温热发射探测器14实时监测晶圆片9退火区域温度，与所述功率调节系统4、所述光束质量分析仪7共同组成退火功率负反馈系统，根据退火区域温度反馈结果，实时控制退火功率大小及稳定性。
31.以上所述，仅是本发明优选实施例的描述说明，并非对本发明保护范围的限定，显然，任何熟悉本领域的技术人员基于上述实施例，可轻易想到替换或变化以获得其他实施例，这些均应涵盖在本发明的保护范围之内。