TWI463568B

Method and apparatus for thermal processing structures formed on a substrate

Abstract

The present invention generally describes one or more apparatuses and various methods that are used to perform an annealing process on desired regions of a substrate. In one embodiment, an amount of energy is delivered to the surface of the substrate to preferentially melt certain desired regions of the substrate to remove unwanted damage created from prior processing steps, more evenly distribute dopants in various regions of the substrate, and/or activate various regions of the substrate. The preferential melting processes will allow more uniform distribution of the dopants in the melted region, due to the increased diffusion rate and solubility of the dopant atoms in the molten region of the substrate. The creation of a melted region thus allows: 1) the dopant atoms to redistribute more uniformly, 2) defects created in prior proessing steps to be removed, and 3) regions that have hyper-abrupt dopant concentrations to be formed.

TWI463568B, drawing sheet 1
Sheet 1 of 25

Term

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43 claims: 28 independent, 15 dependent

  1. 1
    一種熱處理一基材之方法,其至少包含:以一或多種預期波長傳送一第一電磁能量至該基材的一後表面,以使通常毗鄰該基材之一前表面的一或多個區域內的一材料熔化,其中該後表面及該前表面係位於該基材的相反側,並且該基材之該前表面包含形成在其上的一或多個半導體元件。
  2. 2
    如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該一或多種預期波長皆大於約1微米。
  3. 3
    如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該基材係由一材料形成,該材料係選自由矽、鍺、砷化鎵、磷化鎵、及氮化鎵所組成之群組。
  4. 4
    如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該一或多個區域內的該材料更包含一材料,該材料係選自由鍺、砷、鎵、碳、錫、和銻所組成之群組。
  5. 5
    如申請專利範圍第1項所述之方法,更包含以低於約570奈米的一波長傳送一第二電磁能量至該基材的一表面。
  6. 6
    一種熱處理一基材之方法,其至少包含:傳送一第一電磁能量至一基材的一表面上之一第一區域,其中該第一電磁能量使該第一區域內的一基材材料熔化,並且使該結晶基材材料變為非晶質;在該非晶質之第一區域內植入一第二材料;以及傳送一第二電磁能量至該第一區域,其中該第二電磁能量使該第一區域內的材料熔化。
  7. 7
    如申請專利範圍第6項所述之方法,更包含加熱一基材支撐件,而使設置在該基材支撐件上的該基材在該第二電磁能量傳送至該基材的該表面之前處於約20℃和約600℃之間的一溫度下。
  8. 8
    如申請專利範圍第6項所述之方法,更包含冷卻一基材支撐件,而使設置在該基材支撐件上的該基材在該第二電磁能量傳送至該基材的該表面之前處於約-240℃和約20℃之間的一溫度下。
  9. 9
    一種熱處理一半導體基材之設備,其至少包含:一基材支撐件,具有一基材支撐表面;一加熱元件,其係適於加熱設置在該基材支撐件上的一基材;一或多個冷卻通道,該一或多個冷卻通道係形成在該 基材支撐件內;一第一強光源,該第一強光源經定位以傳送一第一退火能量至設置在該基材支撐表面上之該基板的一區域的一前表面上,其中所傳送的該第一退火能量係經選擇,以熔化該基材之該前表面上的該區域,其中該第一強光源以一第一光波長提供退火能量;以及一第二強光源,該第二強光源經定位以在傳送該第一退火能量的同時傳送一第二退火能量至該基材的該區域的一後表面上,其中該後表面係相反於該基材之該前表面。
  10. 10
    如申請專利範圍第9項所述之設備,其中該基材的該表面上之該區域係介於約4平方公釐和約1000平方公釐之間。
  11. 11
    如申請專利範圍第9項所述之設備,其中該加熱元件係適於加熱該基材支撐件至約20℃和約600℃之間的一溫度。
  12. 12
    如申請專利範圍第9項所述之設備,其中形成在該基材支撐件內的該一或多個冷卻通道係適於接收一熱交換流體,該熱交換流體將該基材支撐件冷卻至介於約-240℃和約20℃之間的一溫度。
  13. 13
    如申請專利範圍第9項所述之設備,更包含裝設至該基材支撐件的一平台;其中該平台係適於將該基材設置在通常與該基材支撐表面平行的至少一方向上。
  14. 14
    如申請專利範圍第9項所述之設備,其中該強光源係適於以介於約500奈米和約11微米之間的一波長傳送該光線。
  15. 15
    一種熱處理一半導體基材之設備,其至少包含:一第一強光源,其係適於傳送一第一能量至設置在一基材支撐表面上的該基材之一表面上之一區域;一第二強光源,其係適於傳送一第二能量至設置在該基材支撐表面上的該基材之該表面上之該區域;以及一控制器,其係適於監控傳送至該基材的該表面上之該區域的該第一能量,並且控制傳送該第一能量及該第二能量之間的時間,以及該第二能量的強度,以在該區域內達到一預期溫度。
  16. 16
    如申請專利範圍第15項所述之設備,更包含:該基材支撐表面係形成在一基材支撐件上;以及一加熱元件,其係與該基材支撐表面為熱連通,並適於加熱設置在該基材支撐件上的該基材。
  17. 17
    如申請專利範圍第15項所述之設備,其中該基材的該表面上之該區域係介於約4平方公釐和約1000平方公釐之間。
  18. 18
    如申請專利範圍第16項所述之設備,其中該加熱元件係適於加熱該基材支撐件至約20℃和約600℃之間的一溫度。
  19. 19
    如申請專利範圍第16項所述之設備,更包含一或多個冷卻通道形成在該基材支撐件內,其係適於接收將該基材支撐件冷卻至約-240℃和約20℃之間的一溫度之一熱交換流體。
  20. 20
    一種熱處理一半導體基材之設備,其至少包含:一基材支撐件,具有一基材支撐表面以及形成在該基材支撐件內之一開口;以及一第一光源,其係適於透過形成在該基材支撐件內之該開口傳送一光線至該基材之一第一地區,以及與該基材之一前表面相對的該基材之一後表面,其中該基材的該前表面含有一或多個形成在其上之半導體元件,並且該光線的量係適於熔化包含在該第一地區內之一區域。
  21. 21
    如申請專利範圍第20項所述之設備,其中該第一光源 係適於以大於約1微米之一波長傳送該光線。
  22. 22
    如申請專利範圍第20項所述之設備,其中該第一光源係適於以介於約500奈米和約11微米之間的一波長傳送該光線。
  23. 23
    如申請專利範圍第20項所述之設備,其中該第一地區係介於約4平方公釐和約1000平方公釐之間。
  24. 24
    如申請專利範圍第20項所述之設備,更包含裝設至該基材支撐件的一平台;其中該平台係適於將該基材設置在通常與該基材支撐表面平行的至少一方向上。
  25. 25
    如申請專利範圍第20項所述之設備,更包含一第二光源,其係適於以一預期波長傳送一電磁輻射至該基材的該第一地區。
  26. 26
    如申請專利範圍第25項所述之設備,其中該第二光源係適於以低於約590奈米之一波長傳送該電磁輻射至該第一地區。
  27. 27
    如申請專利範圍第25項所述之設備,其中該第二光源毗鄰該基材之該前表面。
  28. 28
    一種熱處理一基材的方法,其至少包含:將一基材設置在一基材支撐件上;以及傳送複數個電磁能量脈衝至一基材的一表面上之一第一地區,其係與該基材之一第一區域為熱連通,其中傳送該些電磁能量脈衝的步驟包含:傳送一第一電磁能量脈衝至該基材的該表面;傳送一第二電磁能量脈衝至該基材的該表面;以及調整該第一電磁能量脈衝起始及該第二電磁能量脈衝起始之間的時間,而使包含在該第一區域內的材料熔化。
  29. 29
    如申請專利範圍第28項所述之方法,其中該第一電磁能量脈衝之能量以及該第二電磁能量脈衝之能量本身不足以使該第一區域內含的材料熔化。
  30. 30
    如申請專利範圍第28項所述之方法,更包含控制該基材支撐件的溫度,而使設置在其上的該基材在該電磁能量傳送至該基材的該表面之前處於約20℃和約600℃之間的溫度下。
  31. 31
    如申請專利範圍第28項所述之方法,更包含調整該基 材的該表面上之該第一區域,以使該第一區域內含之材料的熔點較該基材的該表面上之一第二區域內含的材料的熔點來得低。
  32. 32
    如申請專利範圍第31項所述之方法,其中上述之調整該第一區域的步驟包含在該第一區域內設置一摻雜材料,其中該摻雜材料係選自由鍺、砷、鎵、碳、錫、及銻所組成之群組。
  33. 33
    如申請專利範圍第28項所述之方法,其中該第一電磁能量脈衝所傳送的電磁輻射波長與該第二電磁能量脈衝所傳送的電磁輻射波長不同。
  34. 34
    如申請專利範圍第28項所述之方法,更包含:傳送複數個電磁能量脈衝至該基材的該表面上之一第二地區,其係與該基材之一第二區域為熱連通,其中該第二地區毗鄰該第一地區,並且傳送該些電磁能量脈衝的步驟包含:傳送一第三電磁能量脈衝至該基材的該表面;傳送一第四電磁能量脈衝至該基材的該表面;以及調整該第三電磁能量脈衝起始及該第四電磁能量脈衝起始之間的時間,而使包含在該第二區域內的材 料熔化。
  35. 35
    如申請專利範圍第34項所述之方法,其中該第一地區及該第二地區之邊界係與形成在該基材的該表面上的一或多條切刻線(scribe line)對齊。
  36. 36
    如申請專利範圍第34項所述之方法,其中該基材的該表面上之該第一地區係介於約4平方公釐和約1000平方公釐之間。
  37. 37
    如申請專利範圍第34項所述之方法,其中該第一電磁能量脈衝及該第三電磁能量脈衝係以一第一波長傳送,而該第二電磁能量脈衝及該第四電磁能量脈衝係以一第二波長傳送。
  38. 38
    如申請專利範圍第34項所述之方法,其中該第一地區包含當暴露在該第一或第二電磁能量脈衝下時一或多個優先熔化之第一區域以及不熔化之一第二區域,以及該第二地區包含當暴露在該第三或第四電磁能量脈衝下時一或多個優先熔化之第三區域以及不熔化之一第四區域。
  39. 39
    一種熱處理一基材的方法,其至少包含: 將一基材設置在一基材支撐件上;以及傳送一電磁能量至一基材的一表面上,其係與該基材之一第一區域及一第二區域為熱連通,其中傳送該電磁能量的步驟包含:以一第一波長傳送一第一電磁能量,以優先熔化包含在該第一區域內而非該第二區域內之材料;以及以一第二波長傳送一第二電磁能量,以優先熔化包含在該第一區域內而非該第二區域內之材料,其中傳送該第二電磁能量以及傳送該第一電磁能量之步驟的時間係重疊。
  40. 40
    如申請專利範圍第39項所述之方法,更包含控制該基材支撐件的溫度,而使設置在其上的該基材在該電磁能量傳送至該基材的該表面之前處於約20℃和約600℃之間的一溫度下。
  41. 41
    如申請專利範圍第39項所述之方法,更包含調整該基材的該表面上之該第一區域,以使該第一區域內含之材料的熔點較該基材的該表面上之該第二區域內含的材料的熔點來得低。
  42. 42
    如申請專利範圍第41項所述之方法,其中上述之調整該第一區域的步驟包含在該第一區域內設置一摻雜材料, 其中該摻雜材料係選自由鍺、砷、鎵、碳、錫、及銻所組成之群組。
  43. 43
    一種熱處理一基材的方法,其至少包含:將一基材設置在一基材支撐件上;以及傳送一電磁能量至一基材的一表面上,其係與該基材之一第一區域及一第二區域為熱連通,其中傳送該電磁能量的步驟包含:以時間為函數調整一電磁能量脈衝的波形,以優先熔化該第一區域內所含的材料。
Independent claims43