激光退火成為主流
超淺結(jié)的激光退火（Laser annealing）是被談?wù)摿思s十多年的工藝技術(shù)之一，但是卻遲遲未真正到達可量產(chǎn)制造的層面。然而，正如許多經(jīng)歷過類似遭遇的技術(shù)一樣，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的需求似乎正在追趕上激光退火的能力。Ultratech營銷副總Sccott Zafiropoulo表示，2010年對于激光退火是很強勁的一年，在45nm及更高節(jié)點，大量的激光退火技術(shù)被采用，多套系統(tǒng)訂單進入了量產(chǎn)。他預(yù)計，這種趨勢將在2011年持續(xù)下去；甚至，Ultratech近期還向華爾街的分析師透露，預(yù)計今年的激光退火系統(tǒng)銷售將翻番。
受超淺結(jié)制作的基本挑戰(zhàn)的驅(qū)動，激光退火得以采用，這些挑戰(zhàn)包括：需要獲得高溫?fù)诫s活性，同時使擴散最小化，以保證摻雜劑能保持在離子注入后的原位�？焖贌崽幚恚≧TP）、閃光燈退火和激光退火都在努力實現(xiàn)這種目標(biāo)。隨著結(jié)變得更淺以及摻雜濃度的提高，在活性溫度下可接受的駐留時間降低到了毫秒范圍。
閃光燈退火是毫秒退火中另一種領(lǐng)先的可選方案，它會加熱整片晶圓。由于晶圓的熱質(zhì)量，冷卻時間會更長，擴散也會隨之產(chǎn)生。相反，激光退火采用激光掃描整片晶圓，只在很短的時間在較小的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生熱量。其溫度正好低于硅的熔點，駐留時間僅僅幾百毫秒，因此激光退火工藝是更有效的無擴散工藝。
應(yīng)用材料公司退火與外延事業(yè)全球產(chǎn)品經(jīng)理Swami Srinivasan指出，無擴散活化并不是晶圓廠所在尋找的�；罨嘶鹨灿兄谌コx子注入后殘留的缺陷。而一些摻雜擴散也是需要的，以確保均勻的全結(jié)深電阻率，并獲知結(jié)與門之間的重疊。Srinivasan表示，大部分的源極/耗盡極退火，會將針對缺陷退火的尖峰退火和帶高溫激光退火步驟的擴散結(jié)合在一起采用，確保全面的活性。
毫秒退火（MSA）作為可量產(chǎn)技術(shù)的出現(xiàn)標(biāo)志著業(yè)界對生產(chǎn)力和成品率的日益重視。這種快速加熱和冷卻可誘導(dǎo)應(yīng)力位錯和晶圓翹曲。應(yīng)力能破壞精心設(shè)計的應(yīng)變溝道結(jié)構(gòu)。光刻工程師已經(jīng)很難滿足雙重圖形方案嚴(yán)苛的套刻精度要求，而這種晶圓翹曲則很令人討厭。應(yīng)力，如熱預(yù)算，如今必須在整個晶體管工藝過程中加以控制。
有些反直覺的是，相對其他MSA方法，激光退火已被證明可以減少晶圓應(yīng)力。據(jù)Ultratech激光產(chǎn)品營銷副總Jeff Hebb表示，其原因是其極短的駐留時間，該公司最近發(fā)布的一款LSA100A產(chǎn)品的駐留時間可低至200毫秒。當(dāng)點缺陷擴散成一個核時，形成位錯。如果駐留時間極短，那么為擴散提供驅(qū)動力的溫差在位錯形成之前就會消失。相反，閃光退火則會在較長時間內(nèi)保持一個溫度梯度。
然而，對于MSA，最重要的成品率問題也許是圖形的相關(guān)性。加工工藝中的晶圓具有圖形結(jié)構(gòu)，包括絕緣層和各種離子注入。它們改變了薄膜的光學(xué)反射率，隨之而來的是光線吸收量和升溫速率的改變。一些集成的方案采用了吸收層來彌補這種表面光學(xué)屬性。但是，每個吸收層都至少需要清洗、沉積、去除和去除后清洗步驟，這表示工藝成本和成品率風(fēng)險因不斷累積而大大增加。
Hebb表示，采用切線入射的激光源很大程度上消除了圖形相關(guān)性，且不用采用吸收層。在Ultratech的設(shè)備上，來自CO2激光器的p偏振光——波長為10.6微米，遠大于器件的特征尺寸——以布魯斯特（Brewster）角射入晶圓。在這種條件下，反射率變?yōu)榱�，無論何種表面成分，圖形的相關(guān)性都是最小的。
激光退火日趨成熟的另一標(biāo)志是工藝工程師正在考慮將其用于結(jié)活性之外。鎳硅接觸面臨類似的無擴散處理需求：Srinivasan解釋說，鎳習(xí)慣沿著缺陷擴散，包括硅化物-硅界面。這些所謂的“管狀”缺陷會導(dǎo)致結(jié)泄漏。
對于結(jié)活性，卡盤的溫度接近400°C，工藝溫度約為1350°C，略低于硅熔化溫度。相反，硅化物的形成是個典型的兩步工藝。首先，在400°C進行低溫退火，將鎳擴散沉積到硅表面。然后將所有多余的鎳刻蝕掉，再在850°C溫度進行高溫退火，形成NiSi。這一工序?qū)囟确浅Ｃ舾校汗に嚋囟瘸^900°C時，電阻急劇變大，原因在于NiSi2的形成。硅化過程還需要更低的卡盤溫度，大約在100°C到200°C間，以最小化熱預(yù)算。
 |