一种选择性激光退火形成半导体器件欧姆接触的方法技术

本发明专利技术公开了所述一种选择性激光退火形成半导体器件欧姆接触的方法，包括：激光器发射激光，形成所述激光退火需要的光源；光学系统将所述激光器发射的激光整形聚焦成以下三种光束类型中的任意一种后，发射到晶圆表面。所述三种光束类型：圆形平顶光束、正方形平顶光束以及线形平顶光束；位移电动平台控制晶圆实现XY方向的交叉移动，发射到晶圆表面的激光光束能量被暴露在表面的金属区域吸收，使得金属区域温度升高，超过合金反应产生所需的阈值温度，合金反应产生并形成欧姆接触。与此同时，该能量密度对器件的其它区域没有损伤或其它不利影响。不利影响。不利影响。

【技术实现步骤摘要】
一种选择性激光退火形成半导体器件欧姆接触的方法


[0001]本专利技术涉及半导体集成电路领域，尤其涉及一种选择性激光退火形成半导体器件欧姆接触的方法。

技术介绍

[0002]当前，集成电路特征尺寸不断缩小，涉及到的材料种类也越来越多，所使用的器件结构也越来越复杂。传统的热处理方式如炉管退火、快速热处理技术均为“整体退火方式”，即样片整体位于加热环境中，因此样片所有区域温度与退火环境温度相同。整体退火方式在当前面临着诸多问题，主要包括：
[0003](一)整体退火易对低熔点材料造成热损伤；
[0004](二)整体退火易造成材料的层内扩散；
[0005](三)整体退火易造成材料的层间扩散；
[0006](四)整体退火易引入引力，导致材料出现起皮、翘曲甚至衬底破碎等现象。
[0007]具体到集成电路中的一项关键技术
‑
欧姆接触技术，也是本专利技术涉及到的
，传统热处理方法也面临局限；主要表现在：
[0008](一)欧姆接触合金退火的目的是对衬底上的金属
‑
半导体接触区域进行热处理，但使用整体退火方式时，晶圆全部处于高温状态，这对其它不需要进行热处理的区域会造成损伤；
[0009](二)整体退火易导致不希望产生的材料层内扩散及层间扩散，影响器件特性及可靠性；
[0010](三)整体退火用于薄片(通常指厚度＜100um的样片)时会造成薄片翘曲甚至碎片；
[0011](四)高熔点半导体材料如碳化硅形成欧姆接触时，所需的退火温度需要高达1000摄氏度。如此高的温度对设备的可靠性和稳定性造成了挑战；
[0012](五)整体退火方式最高退火温度受限，导致其对欧姆接触合金的相关关键物理参数如：层内扩散系数、层间扩散系数、固溶度、界面反应速率等的条件范围受限；
[0013](六)整体退火时需要形成欧姆接触的区域会“全部”形成欧姆接触，这在某些领域并不是所期望的，甚至会严重影响器件可靠性。
[0014]比如在GaN HEMT源漏区域欧姆接触应用中，整体热退火会使得源漏区域密布低熔点AlAu合金，在高温应用场合，Au会发生扩散导致器件失效。

技术实现思路

[0015]本专利技术的专利技术目的在于：针对上述问题，提供一种选择性激光退火形成半导体器件欧姆接触的方法，解决了现有技术中欧姆接触合金退火时，采用整体退火的方式会对其他区域造成损伤的问题；同时解决了整体退火易导致不希望产生的材料层内扩散及层间扩散，影响器件特性及可靠性的问题；同时解决了整体退火于薄片(通常指厚度＜100um的样
片)时会造成薄片翘曲甚至碎片的问题；同时解决了高熔点半导体材料如碳化硅形成欧姆接触时，所需的退火温度需要高，容易对设备的可靠性和稳定性造成破坏的问题；同时解决了整体退火时最高退火温度受限的问题。
[0016]本专利技术的核心要点基于以下几个原则：
[0017]1、半导体器件通常包含有半导体材料、介质材料以及金属材料，不同材料对光的反射、吸收和透射特性不同，因而使用同一激光条件照射时，不同材料的温度变化不同。
[0018]2、金属材料对光的吸收随波长变化不大，这是因为金属材料对光的反射率随波长变化不大；但金属材料对激光仍有一定的吸收并可因对激光能量的吸收导致金属温度升高。
[0019]3、半导体材料对光的吸收变化较大，通常半导体材料对光子能量小于其禁带宽度的激光吸收较弱，对光子能量大于其禁带宽度的激光吸收较强。换言之，半导体材料对光的吸收可以通过波长改变予以控制。
[0020]4、介质材料通常禁带宽度较大，因此对于可见波段的光吸收较弱，换言之，激光照射对介质材料本身不会产生明显影响。
[0021]5、半导体器件中的界面对光也有吸收，其吸收特性与构成界面的两种材料的折射率差异有关。若界面对激光有较强吸收，通常会造成界面上方材料的剥离。
[0022]基于以上原则，即半导体器件中的不同材料和不同界面对激光的吸收不同，存在差异；换言之，选择合适的激光参数包括波长、能量密度等，可以使得激光处理仅对某一种材料或界面起到作用，在本专利技术中，选择合适的激光波长、能量密度可使得激光退火仅有助于形成欧姆接触，对器件其它区域无损伤或作用。
[0023]本方案具体说来，公开一种选择性激光退火形成半导体器件欧姆接触的方法：
[0024]半导体器件欧姆接触的区域就是金属电极所覆盖的区域，当激光照射该区域时，金属吸收激光光子能量温度升高；因金属通常是热的良导体，因此金属表面吸收激光光子产生的热量会向水平及深度方向扩散，扩散区域温度升高。当金属/半导体界面温度超过合金温度时，合金反应产生，欧姆接触形成。
[0025]选择合适的激光参数包括：(1)波长。该波长激光在组成器件的半导体材料、介质材料以及不含金属的其它界面中无强吸收，因此在形成金属欧姆接触的同时不会对欧姆接触以外的区域造成损伤。(2)能量密度。当因其它因素不能选择(1)中所表述的“合适”波长的激光时，可通过不同材料与激光发生相互作用的能量密度阈值不同，在实现欧姆接触的同时避免对欧姆接触以外的区域造成损伤。比如，该波长激光作用于半导体材料时发生相互反应
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材料发生改性、熔化、气化
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的阈值能量密度为ED1；该波长激光作用与介质材料发生相互反应
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材料发生改性、熔化、气化
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的阈值能量密度为ED2；该波长激光作用于界面使得界面特性发生改变
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起皮、剥离、改性
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的阈值能量密度为ED3；该波长激光作用于金属/半导体界面使得合金反应产生并形成欧姆接触的阈值能量密度为ED4。若选择合适的ED5，使得ED1，ED2，ED3＜ED5＜ED4，即可在实现欧姆接触的同时避免对器件其它区域的影响或损伤。
[0026]因此本方案提供一种选择性激光退火形成半导体器件欧姆接触的方法，其具体选择方法如下：
[0027]选择合适波长和/或能量密度的激光对金属和半导体界面进行照射，形成欧姆接
触而不对其他区域造成影响；
[0028]所述合适波长的选择方法：根据待退火金属材料、待退火半导体材料、介质材料分别对于激光光子的吸收程度不同选择激光波长，使的该波长的激光仅对待退火金属材料、待退火半导体材料产生作用，不对介质材料产生影响；
[0029]所述合适能量密度的选择方法：使得所选的能量密度ED5满足以下不等式
[0030]ED1，ED2，ED3＜ED5＜ED4
[0031]式中ED1为激光作用于半导体材料时发生相互反应
‑
材料发生改性、熔化、气化
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的阈值能量密度；
[0032]式中ED2为激光作用于介质材料发生相互反应
‑
材料发生改性、熔化、气化
‑
的阈值能量密度；
[0033]式中ED3为激光作用于界面使得界面特性发生改变
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种选择性激光退火形成半导体器件欧姆接触的方法，其特征在于：包括一种半导体退火激光的选择方法，其具体选择方法如下：选择合适波长和/或能量密度的激光对金属和半导体界面进行照射，形成欧姆接触而不对其他区域造成影响。2.如权利要求1所述的一种选择性激光退火形成半导体器件欧姆接触的方法，其特征在于：所述合适波长的选择方法：根据待退火金属材料、待退火半导体材料、介质材料分别对于激光光子的吸收程度不同选择激光波长，使的该波长的激光仅对待退火金属材料、待退火半导体材料产生作用，不对介质材料产生影响。3.如权利要求2所述的一种选择性激光退火形成半导体器件欧姆接触的方法，其特征在于：所述合适能量密度的选择方法：使得所选的能量密度ED5满足以下不等式ED1，ED2，ED3＜ED5＜ED4式中ED1为激光作用于半导体材料时发生相互反应
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材料发生改性、熔化、气化
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的阈值能量密度；式中ED2为激光作用于介质材料发生相互反应
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材料发生改性、熔化、气化
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的阈值能量密度；式中ED3为激光作用于界面使得界面特性发生改变
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起皮、剥离、改性
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的阈值能量密度；式中ED4为激光作用于金属/半导体界面使得合金反应产生并形成欧姆接触的阈值能量密度。4.如权利要求3所述的一种选择性激光退火形成半导体器件欧姆接触的方法，其特征在于：包括一种选择性激光退火形成半导体器件欧姆接触系统；所述系统包括激光器、光学系统和位移系统；所述激光器发射的激光满足权利要求1选择方法所选择的半导体退火激光；激光器发射激光进入到光学...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄永忠，何刘，王德友，潘冬，杨春兰，陈永智，王晓峰，潘岭峰，
申请(专利权)人：成都莱普科技有限公司，
类型：发明
国别省市：