用于通过激光能量照射半导体材料表面的方法和设备技术

本发明专利技术涉及用于照射半导体材料的方法，其包括：以具有激光照射参数的第一激光器照射半导体材料层表面的区域以熔化至少部分区域；以及通过调节照射参数控制照射过程；其特征在于所述方法还包括确定熔化的区域部分的深度。此外，本发明专利技术涉及用于照射半导体材料的设备，其包括：第一激光器，其用于照射半导体层表面的区域以熔化至少部分区域，所述激光器具有激光照射参数；以及控制器，其用于通过调节激光照射参数控制照射过程；其特征在于所述设备还包括用于确定熔化的区域部分的深度的装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及凭借激光照射半导体材料表面的方法。此外，其涉及用于照射半导体材料表面的激光设备。
技术介绍
半导体材料表面的激光照射被熟知用于例如非晶硅的加温退火以获得再结晶化和/或掺杂剂活化的应用。该技术通过实现非常快速的热处理以及浅深度加热区域来提供超越传统加热过程的显著优势。激光照射过程的普遍问题是很难以控制高准确度，因为其取决于若干可变参数， 例如在要被处理的半导体材料中的变化、在激光束能量中的变化、散射等。例如，在一些传统激光照射过程中，激光的输出能量被控制，但因此该类型的控制未解决激光和要被处理的半导体材料表面之间的能量损失、在半导体材料本身中的变化、和在激光脉冲波形中的变化。这些变化导致在不同的处理的表面区域之间的不一致性以及不一致的和不可靠的电子设备性能。为试图解决以上问题，激光照射方法被描述，其中所述过程在半导体材料表面的电平被监控。例如，US 2004/0023418描述了退火方法，其中在要被处理的材料表面上的激光前脉冲的反射率被测量以及被放入反馈电路以控制照射源的振幅。在前脉冲监控之上的明显的缺点是其不像照射过程的实时控制一样有效。此外， 前脉冲为时间消耗的以及因此非成本有效的。其它示例为激光照射方法，其中材料表面的温度被实时地监控。温度监控的缺点是，它是一种假如照射过程使用小于一毫秒的激光脉冲则难以达到满意的准确度的技术。为试图解决后者的困难，US 2005/0199596描述了结晶化装置，其中熔化和结晶过程被实时地监控，这通过观察在几百个纳秒以及更少的范围内的时间段由所处理的材料区域反射的光。处理的区域的反射的改变被放大和成像以及能够被用于反馈。以上方法的明显的缺点为激光照射过程通过图像被观察和测量，其使以微秒或纳秒为量级的时间分辨的测量是不可能的。在现有技术状态中的另外的问题为在激光照射过程中使用的光束尺寸直径为非常小的以及因此难以探测。考虑以上激光照射过程的缺点，本专利技术的第一目标为提供激光照射方法和设备， 其具有在半导体材料表面的水平上的准确的实时监控，导致在不同的处理的表面区域之间的一致性以及在电子设备性能中的一致性和可靠性。本专利技术的另外的目标是提供成本有效的以及更少时间消耗的激光照射的方法和设备。本专利技术的另一个目标是提供激光照射的方法和设备，其在非常短的激光脉冲照射的情况下被调节用于实时监控。同样为本专利技术的目标是提供激光照射的方法和设备，其被调节用于容易地使用反馈电路中的监控结果，导致照射过程的有效的稳定性。本专利技术通过确定半导体层的区域的熔化深度来达到以上目标。
技术实现思路
本专利技术针对用于照射半导体材料的方法，其包括-以具有激光照射参数的第一激光器照射半导体材料层表面的区域，以熔化至少部分区域；-以及通过调节照射参数控制照射过程；其特征在于方法还包括确定熔化的区域部分的深度。此外，本专利技术针对用于照射半导体材料的设备，其包括-第一激光器，其用于照射半导体层表面的区域以熔化至少部分区域，所述激光具有激光照射参数；-以及控制器，其用于通过调节激光照射参数控制照射过程；其特征在于该设备还包括用于确定熔化的区域部分的深度的装置。附图简述附图说明图1说明了依照本专利技术的方法的实施方式。图2A说明了依照本专利技术的方法的优选的实施方式。图2B说明了依照本专利技术的方法的另一个优选的实施方式。图3说明了熔化时间和熔化的区域部分的深度之间的联系。图4说明了依照本专利技术的设备的实施方式。图5说明了依照本专利技术的设备的另外的实施方式。图6示出了熔化时间作为能量密度的函数的图表。具体实施例方式本领域技术人员将明白以下描述的实施方式依照本专利技术仅为说明性的，且不限制专利技术的预期的范围。其它实施方式也可被考虑。根据本专利技术的第一实施方式，用于照射半导体材料的方法被提供，其包括-以具有激光照射参数的第一激光器照射半导体材料层表面的区域以熔化至少部分区域；-以及通过调节照射参数控制照射过程；其特征在于该方法还包括确定熔化的区域部分的深度。通过确定熔化的区域部分的深度，激光照射过程在半导体材料表面的电平上实时地准确地被监控，导致在不同的处理的表面区域之间的一致性以及在电子设备性能中的一致性。半导体材料层可为适合半导体应用的任何材料，例如，但不限制为未掺杂的硅、掺杂的硅、植入的硅、晶体硅、非晶硅、硅锗、氮化锗、III-V族混合半导体，例如，氮化镓、碳化硅，以及诸如此类。依照本专利技术，激光照射方法被提供，其中照射过程可通过调节照射参数被控制，其基于与目标深度比较熔化的区域部分的确定的深度。目标深度可被经验地确定，或通过基于要求的设备性能建模来确定。如在图1中说明的，通过与目标深度比较熔化的区域部分的确定的深度，监控结果可容易地被使用在反馈电路中，造成照射过程的有效的稳定性。此外，很显然地，有效的稳定性可引起激光照射过程，其根据过程一致性、成本效益以及时间消耗被改进。第一激光器可为任何脉冲激光，其波长、输出能量和脉冲持续时间使得照射的区域能够被熔化。这类激光器可为例如氯化氙准分子激光器。第一激光器的激光照射参数被调节以熔化材料以及达到要求的能量密度。第一激光器的能量典型地可为10焦耳，光束尺寸直径为大约4cm2以达到大约2. 5焦耳/cm2)。第一激光器的脉冲持续时间典型地可在大约IOOns到大约200ns的范围，其可以是在快速温度倾斜上升以达到熔化但足够缓慢以限制由于爆发性沸腾导致的不期望的缺陷生成之间的折衷。调节激光照射参数可通过调整激光的输出能量进行。例如，假如第一激光器为准分子激光器，应用于气体放电的电压可被改变。通过调节激光的照射参数，熔化区域部分的深度被影响，从而直接影响再凝固之后的该区域部分的质量。例如，通过调节激光的照射参数，晶体大小以及在再凝固的区域部分的缺陷的数量可被控制。依照本专利技术，确定熔化的区域部分的深度可包括在照射期间测量被照射的表面的熔化时间。在本专利技术的背景下，熔化时间被定义为熔化阶段的持续时间，也就是，在照射的区域部分在此期间被熔化的时间段。熔化阶段的持续时间可通过测量当至少部分照射的区域熔化相比于再凝固的折射率的改变来确定。图2A和图2B说明了依照本专利技术的两种方法，其包括反馈电路，其中熔化的区域部分的深度通过测量在照射期间的被照射的表面的熔化时间来确定。图2A描述了反馈回路，熔化的区域部分的熔化深度和目标深度之间的差被用作输入以调节第一激光器电压。如果第一激光器能量超过规格则警报被生成，其表明在过程中或设备性能中的严重偏差。图2B描述了反馈回路，第一激光器脉冲能量通过调节第一激光器电压被控制。在熔化的区域部分的熔化深度和目标深度之间的差被使用作为输入，如果其超过规格则生成警报，表明在过程中或设备性能中的严重偏差。在依照本专利技术的另外的方法中，前馈控制步骤可被使用，其中，在要被照射的表面区域的全部处理之前，熔化的区域部分的深度被确定以及被特征化为第一激光器的脉冲持续时间和电压的函数，以使在全部处理期间，熔化的区域部分的深度可被控制为期望值或一组期望值。熔化的区域部分的深度基于第一激光器和半导体层表面区域的已知特性以及第一激光器熔化时间被确定。因此，熔化时间、第一激光器的脉冲波形、以及半导体层表面区域的光学特性和热学特性可被放入热学建模工具中，以确定熔化深度。这可通过实时计算进行或通过使用联系熔本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于照射半导体材料的方法，包括：－利用具有激光照射参数的第一激光器照射半导体材料层表面的区域，以熔化所述区域的至少一部分；－以及通过调节所述照射参数来控制照射过程；其特征在于所述方法还包括确定熔化的区域部分的深度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：茱利安·温特维尼，
申请(专利权)人：爱克西可法国公司，
类型：发明
国别省市：FR