一种激光退火系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及半导体器件激光退火技术领域，尤其涉及一种激光退火系统及方法，该系统包括：激光发生系统和监控系统；激光发生系统包括依次设置的脉冲发生器和激光器组；沿激光传播方向，激光器组后依次设有光学整形系统和晶圆运动系统，光学整形系统包括依次设置的透镜阵列层组和傅里叶积分透镜，晶圆运动系统用于驱动晶圆运动；监控系统包括控制单元，控制单元分别连接脉冲发生器和晶圆运动系统

【技术实现步骤摘要】
一种激光退火系统及方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件激光退火
，具体而言，涉及一种激光退火系统及方法
。

技术介绍

[0002]随着各种电子产品朝小型化发展的趋势，半导体存储器件也向更小存储单元结构
、
高密度
、
高积集度的方向发展
。
对于具备深埋式闸极结构的动态随机存取存储器
(dynamic random access memory,DRAM)
而言，由于其可以在相同的半导体衬底内获得更长的载流子通道长度，以减少电容结构之漏电情形产生，因此在目前主流发展趋势下，其已逐渐取代仅具备平面闸极结构的动态随机存储器
。
[0003]受限于三维高集成度和单位存储单元面积的缩小，
DRAM
需要制造大量的高深宽比深沟槽半导体结构
。
掺杂浓度的增加和低压化学气相沉积
(LPCVD)
过程的限制，
DRAM
的接触触点多晶硅塞柱
、
柱状电容多晶硅极板以及
3D
器件连接源漏极的垂直多晶硅沟道存在空洞
、
缝隙和凸丘等缺陷，并随着制程节点的推进缺陷不断增加
。
深沟槽中多晶硅缺陷减少了
DRAM
数据长的保持时间，增加了刷新频率
、
增大了接触点的接触电阻以及降低硅沟道的载流子的迁移率等众多问题
。
最终影响数据存储和传输的可靠性和产品的良率
>。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供一种激光退火系统及方法，以解决获得的半导体存储和传输数据的可靠性低的技术问题
。
[0005]本专利技术提供的一种激光退火系统，用于存储器件半导体深沟槽结构，包括：激光发生系统和监控系统；
[0006]所述激光发生系统包括依次设置的脉冲发生器和激光器组；
[0007]沿激光传播方向，所述激光器组后依次设有光学整形系统和晶圆运动系统，所述光学整形系统包括依次设置的透镜阵列层组和傅里叶积分透镜，所述晶圆运动系统用于驱动晶圆运动；
[0008]所述监控系统包括控制单元，所述控制单元分别连接脉冲发生器和晶圆运动系统
。
[0009]优选的，所述激光发生系统还包括：功率放大器组，所述功率放大器组位于激光器组和光学整形系统之间；
[0010]所述激光器组包括：第一激光器组和第一波长激光器；
[0011]所述第一激光器组包括至少一个激光器，且第一激光器组中激光器的波长小于第一波长
。
[0012]优选的，所述光学整形系统还包括：激光准直调节单元组
、
光通量控制单元组
、
相位调节单元组
、
扩束单元组和反射单元组；
[0013]所述激光准直调节单元组
、
光通量控制单元组
、
相位调节单元组
、
扩束单元组和反
射单元组依次设置在功率放大器组与透镜阵列层组之间
。
[0014]优选的，所述透镜阵列层组包括至少两组间隔且平行设置的透镜阵列层，所述透镜阵列层主要由多个条状凸起结构沿宽度方向依次排列组成，所述宽度方向为所述条状凸起结构的宽度方向；所述相邻透镜阵列层的条状凸起结构的长度延伸方向成空间交错设置
。
[0015]优选的，所述光学整形系统还包括孔径光阑，所述孔径光阑设置于傅里叶积分透镜与晶圆之间；
[0016]和
/
或，所述光学整形系统还包括晶体透镜；所述晶体透镜设置在所述透镜阵列层与反射单元组之间，或者，所述晶体透镜设置相邻透镜阵列层之间，并且晶体透镜具有与所述透镜阵列层相匹配的微结构；
[0017]和
/
或，所述光学整形系统还包括偏光片；所述偏光片设置在所述透镜阵列层与反射单元组之间，或者，所述偏光片设置相邻透镜阵列层之间，并且偏光片具有与所述透镜阵列层相匹配的微结构
。
[0018]优选的，所述晶圆运动系统包括可编程序控制器模块，所述可编程序控制器模块用于控制载片台运动，所述载片台用于承载晶圆
。
[0019]和
/
或，所述监控系统还包括监测单元，所述监测单元用于监控退火工艺过程中激光脉冲的能量
、
脉宽和波形变化，并能够与所述控制单元进行交互
。
[0020]本专利技术实施例所提供的激光退火系统的有益效果在于：
[0021]脉冲发生器调整激光组发射出激光脉冲的延时时序，精准控制各激光的能量密度，各高斯激光脉冲经过透镜阵列层组和傅里叶积分透镜，对激光束进行分割和叠加实现激光束斑的匀化，激光束斑到达晶圆运动系统对晶圆进行退火，晶圆运动系统来驱动晶圆运动，激光退火系统周期性的进行激光退火与晶圆运动，使得高深宽比的深沟槽半导体结构熔融与再结晶，实现了非晶硅向多晶硅或单晶硅的转变，匀化后的激光周期性的照射在晶圆退火结构，一方面修复深沟槽半导体结构层空洞和缝隙等缺陷，另一方面使得沿深度方向上的大晶粒尺寸的多晶硅或单晶硅在纵向深度方向上均一化分布，降低了接触电阻并增加了电荷迁移率，最终得到高良率半导体器件
。
[0022]本专利技术提供一种激光退火方法，包括以下步骤：
[0023]晶圆退火步，输入延时时序控制脉冲发生器，控制激光器组中各激光器输出激光脉冲的输出时刻和结束激光脉冲的结束时刻，对晶圆进行辐照退火；
[0024]晶圆运动步，激光器组脉冲结束后至下次激光组脉冲开始前，控制晶圆运动系统驱动晶圆沿预设轨迹运动；
[0025]循环步，循环所述晶圆退火步与所述晶圆运动步，直至晶圆完成退火
。
[0026]优选的，所述晶圆退火步前，还包括以下步骤：
[0027]于晶圆上制造半导体深沟槽结构衬底层；
[0028]在所述半导体深沟槽结构衬底层上沉积待加工的半导体激光退火结构层
。
[0029]优选的，所述晶圆退火步，包括以下步骤：
[0030]控制第一激光器组中的激光器于不同时刻发射激光脉冲，且任意激光器发射激光脉冲的发射时刻时间上距上一发射激光脉冲的激光器的发射时刻具有相同或不同的延时时长；
[0031]控制第一波长激光器发射第一波长激光的脉冲发射时刻不晚于所述第一激光器组中任意激光器的脉冲开始时刻，所述第一波长激光的脉冲结束时刻不早于所述第一激光器组中任意激光器的脉冲结束时刻
。
[0032]优选的，所述延时时长小于第一脉宽的两倍
。
[0033]本专利技术实施例所提供的激光退火方法的有益效果在于：
[0034]控制各激光器输出激光脉冲的输出时刻和结束脉冲的结束时刻，对晶圆进行退火，激光脉冲结束，至下一次脉冲到来前，控制晶圆移动，循环操作，实现连续激光退火，同时实现纵向从百纳米到微米级半导体深沟槽结构熔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种激光退火系统，其特征在于，包括：激光发生系统和监控系统；所述激光发生系统包括依次设置的脉冲发生器
(111)
和激光器组；沿激光传播方向，所述激光器组后依次设有光学整形系统和晶圆运动系统
(131)
，所述光学整形系统包括依次设置的透镜阵列层组和傅里叶积分透镜
(128)
，所述晶圆运动系统
(131)
用于驱动晶圆运动；所述监控系统包括控制单元
(141)
，所述控制单元
(141)
分别连接脉冲发生器
(111)
和晶圆运动系统
(131)。2.
根据权利要求1所述的激光退火系统，其特征在于，所述激光发生系统还包括：功率放大器组
(113)
，所述功率放大器组
(113)
位于激光器组和光学整形系统之间；所述激光器组包括：第一激光器组和第一波长激光器
(1124)
；所述第一激光器组包括至少一个激光器，且第一激光器组中激光器的波长小于第一波长
。3.
根据权利要求2所述的激光退火系统，其特征在于，所述光学整形系统还包括：激光准直调节单元组
(121)、
光通量控制单元组
(122)、
相位调节单元组
(123)、
扩束单元组
(124)
和反射单元组
(125)
；所述激光准直调节单元组
(121)、
光通量控制单元组
(122)、
相位调节单元组
(123)、
扩束单元组
(124)
和反射单元组
(125)
依次设置在功率放大器组
(113)
与透镜阵列层组之间
。4.
根据权利要求1所述的激光退火系统，其特征在于，所述透镜阵列层组包括至少两组间隔且平行设置的透镜阵列层，所述透镜阵列层主要由多个条状凸起结构沿宽度方向依次排列组成，所述宽度方向为所述条状凸起结构的宽度方向；所述相邻透镜阵列层的条状凸起结构的长度延伸方向成空间交错设置
。5.
根据权利要求4所述的激光退火系统，其特征在于，所述光学整形系统还包括孔径光阑
(129)
，所述孔径光阑
(129)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：高红旗，李震，陈静，姜仔达，
申请(专利权)人：北京华卓精科科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：