激光退火成為主流
超淺結的激光退火（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(guò)類(lèi)似遭遇的技術(shù)一樣，半導體產(chǎn)業(yè)的需求似乎正在追趕上激光退火的能力。Ultratech營(yíng)銷(xiāo)副總Sccott Zafiropoulo表示，2010年對于激光退火是很強勁的一年，在45nm及更高節點(diǎn)，大量的激光退火技術(shù)被采用，多套系統訂單進(jìn)入了量產(chǎn)。他預計，這種趨勢將在2011年持續下去；甚至，Ultratech近期還向華爾街的分析師透露，預計今年的激光退火系統銷(xiāo)售將翻番。
受超淺結制作的基本挑戰的驅動(dòng)，激光退火得以采用，這些挑戰包括：需要獲得高溫摻雜活性，同時(shí)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(shí)現這種目標。隨著(zhù)結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(shí)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(huì )加熱整片晶圓。由于晶圓的熱質(zhì)量，冷卻時(shí)間會(huì )更長(cháng)，擴散也會(huì )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(shí)間在較小的區域內產(chǎn)生熱量。其溫度正好低于硅的熔點(diǎn)，駐留時(shí)間僅僅幾百毫秒，因此激光退火工藝是更有效的無(wú)擴散工藝。
應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(wú)擴散活化并不是晶圓廠(chǎng)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，以確保均勻的全結深電阻率，并獲知結與門(mén)之間的重疊。Srinivasan表示，大部分的源極/耗盡極退火，會(huì )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)的出現標志著(zhù)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應力位錯和晶圓翹曲。應力能破壞精心設計的應變溝道結構。光刻工程師已經(jīng)很難滿(mǎn)足雙重圖形方案嚴苛的套刻精度要求，而這種晶圓翹曲則很令人討厭。應力，如熱預算，如今必須在整個(gè)晶體管工藝過(guò)程中加以控制。
有些反直覺(jué)的是，相對其他MSA方法，激光退火已被證明可以減少晶圓應力。據Ultratech激光產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)副總Jeff Hebb表示，其原因是其極短的駐留時(shí)間，該公司最近發(fā)布的一款LSA100A產(chǎn)品的駐留時(shí)間可低至200毫秒。當點(diǎn)缺陷擴散成一個(gè)核時(shí)，形成位錯。如果駐留時(shí)間極短，那么為擴散提供驅動(dòng)力的溫差在位錯形成之前就會(huì )消失。相反，閃光退火則會(huì )在較長(cháng)時(shí)間內保持一個(gè)溫度梯度。
然而，對于MSA，最重要的成品率問(wèn)題也許是圖形的相關(guān)性。加工工藝中的晶圓具有圖形結構，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(lái)的是光線(xiàn)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(lái)彌補這種表面光學(xué)屬性。但是，每個(gè)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(xiàn)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的設備上，來(lái)自CO2激光器的p偏振光——波長(cháng)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(wú)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志是工藝工程師正在考慮將其用于結活性之外。鎳硅接觸面臨類(lèi)似的無(wú)擴散處理需求：Srinivasan解釋說(shuō)，鎳習慣沿著(zhù)缺陷擴散，包括硅化物-硅界面。這些所謂的“管狀”缺陷會(huì )導致結泄漏。
對于結活性，卡盤(pán)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(gè)典型的兩步工藝。首先，在400°C進(jìn)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(jìn)行高溫退火，形成NiSi。這一工序對溫度非常敏感：工藝溫度超過(guò)900°C時(shí)，電阻急劇變大，原因在于NiSi2的形成。硅化過(guò)程還需要更低的卡盤(pán)溫度，大約在100°C到200°C間，以最小化熱預算。
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