通过光通量加热晶片的方法技术

本发明专利技术涉及一种采用至少一个光流脉冲加热包括至少一个待加热层（２）以及子层（４）的板（１）的方法，其中所述方法包括以下步骤：选择光流（７）和待加热层（２），使得只要待加热层的温度处于低温范围（ＰＢＴ）内，则待加热层（２）对流的吸收系数保持是低的，并且当待加热层的温度进入到高温范围（ＰＨＴ）内时，吸收系数显著增加；选择子层（４），使得在所述低温范围（ＰＢＴ）内所选波长的所述光流的吸收系数是高的，并且当所述子层受到所述光流作用时，温度进入到高温范围（ＰＨＴ）；以及向所述板（１）施加所述光流（７）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及材料处理的一般
，特别是薄层、嵌片、片状或条状材料(主要 是半导体，特别是硅)的领域。更具体而言，本专利技术涉及通过光通量对部件进行热处理的应用领域。根据现有技术，存在利用光通量进行热处理的知识和方法，其中光通量被部件的 外表面和/或外表面的附近吸收，通过从接收光通量的外表面和/或其附近部分到待处理 部件的更深区域的热扩散进行较深部分的加热。现有技术方法的特征在于所用光通量被选择为待处理材料对该光通量是自然吸 收的，或者通过该光通量与部件材料的直接相互作用，例如采用极高的功率水平，使待处理 材料成为吸收性的。当希望将表面层加热几分之一微秒至几十微秒左右的非常短的时间时，使用光通 量被证明是特别有利的。不过，由于加热的厚度通常根据到部件外表面的时间的平方根变化，因此对部件 的深处进行加热是极为困难和昂贵的，并且随着深度的增加越来越困难和昂贵。此外，由于在部件中得到的热剖面通常在外表面上显示出尖峰，而在材料中从所 述外表面开始下降，因此必须将表面温度限制在该方法范围内的材料不超过的最大温度， 例如材料的熔点或汽化或分解点。该限制涉及适中的光功率通量和长时间周期，进而涉及 高成本。此外，文献W0 03/075329提出用经由前层的光通量来加热吸收性的子层，在比子 层所达温度低的温度下，子层中所产生的热量通过扩散来加热前层。本专利技术涉及一种用于在至少一个光通量脉冲的作用下至少局部加热包括至少一 个待加热层以及与所述待加热层至少局部相邻的子层的晶片的方法。根据本专利技术的方法包括以下步骤选择光通量-其中波长使得只要所述待加热层的温度处于低温范围内，则待加热层对所述通 量的吸收系数是低的，以及当待加热层的温度进入大约处于所述低温范围以上的高温范围 内时，所述吸收系数显著增加，-以及其中脉冲强度和脉冲持续时间使得当不存在所述子层时，待加热层的温度 保持在所述低温范围内；选择子层-其中在所述低温范围内，所选波长的所述光通量的吸收系数是高的-以及其中当所述子层受到光通量作用时，温度进入到高温范围内；以及经由所述待加热层的与所述子层相对的表面对所述晶片至少局部施加所述光通量。根据本专利技术，存在以下机制。在第一阶段中，光通量将子层从其初始温度加热到至少处于所述高温范围内的温度。3在第二阶段中，子层通过热扩散将待加热层的相邻部分加热到处于所述高温范围 内的温度。在第三阶段中，该相邻部分因此成为吸收性的并在待加热层中产生吸收热前缘， 所述吸收热前缘中的温度处于所述高温范围内，在热前缘的向前热扩散以及经由待加热层 余下的还不是吸收性的部分到达所述热前缘的所述光通量的热能供应的联合或双重作用 下，所述吸收热前缘朝所述前表面推进。根据本专利技术，可以通过作为温度函数的吸收系数的表现过渡阈值来分隔所述低温 范围和所述高温范围。根据本专利技术，作为温度函数的吸收系数的所述表现过渡阈值可以在一温度范围上 延伸。根据本专利技术，待加热层可以是低掺杂硅。根据本专利技术，待加热层可以是半导体材料。根据本专利技术，所述低温范围可以基本上对应于不是本征的(intrinsic)掺杂的范 围，所述高温范围可以基本对应于本征的掺杂范围。根据本专利技术，待加热层可以是氮化镓。根据本专利技术，子层可以是非晶硅。根据本专利技术，子层可以是高掺杂硅。根据本专利技术，待加热层可以是氮化镓，子层可以是硅。根据本专利技术，可以通过激光器产生光通量。通过研究附图所示的作为非限制性示 例进行描述的热处理方法，可以更清晰地理解本专利技术，其中附图说明图1表示晶片和相关装置的剖面；图2表示根据本专利技术的应用于图1中的晶片的机制，其中X轴表示深度，Y轴表示 温度；图3表示另一晶片的剖面；图4和5表示根据本专利技术的应用于图3中的晶片的机制；图6和7表示以剖面图表示的另一晶片的实施例；图8表示根据本专利技术的应用于图7中的晶片的机制；以及图9参照图8表示了根据本专利技术的机制的应用示例。图1表示晶片1，其中晶片1包括具有前表面3的层2以及与层2的后表面5相邻 的子层4。与层2的前表面5相对，安装有向所述前表面5的光通量7脉冲P发生器6。在一替代实施例中，晶片1可以包括与子层4的后表面相邻的后层8，以形成衬底。互相关联地选择层2和光通量7，使其具有下列特征。光通量7的波长使得当所述层2的温度T处于低温范围PBT内时，层2对所述通 量的吸收系数是低的，当层2的温度T进入大约处于所述低温范围PBT以上的高温范围PHT 内时，吸收系数显著增加。光通量7所提供的脉冲的强度和持续时间使得当不存在子层4时，层2的温度保 持在所述低温范围PBT内。互相关联地选择子层4和光通量7，使其具有以下特征。在所述低温范围PBT内，子层4对所述波长的光通量7的吸收系数是高的。当所述子层4受所述光通量7作用时，至少在子层4与层2相邻的厚度中，子层4 的温度进入到高温范围PHT内。令晶片1的初始温度处于低温范围PBT内，经由晶片1的前表面3对晶片1施加 光通量7。然后如图2所示，出现温度升高。在所示示例中，认为低温范围PBT的上限LST低于高温范围PHT的下限LIT。通过 吸收系数的表现过渡阈值STC来分隔低温范围PBT和高温范围PHT，其中吸收系数在过渡温 度范围上是温度的函数。该机制如下所述。在第一阶段中，在温度未达到高温范围PHT的情况下，光通量7通过层2到达子层 4的深处，将所述子层4从其初始温度加热到至少处于高温范围PHT内的温度。得到温度曲 线9。在第二阶段中，子层4构成暂时热源并通过热扩散将层2的相邻部分加热到处于 高温范围PHT内的温度AT。在第三阶段中，该相邻部分因此成为吸收性的并在待加热层2的深处产生吸收热 前缘10，吸收热前缘10中的温度FT处于高温范围PHT内，优选处于温度AT以上。在前缘 10的向前热扩散和经由待加热层2余下的还不是吸收性的部分到达该热前缘10的光通量 7的热能供应的联合作用下，在深处产生的该吸收热前缘10朝前表面3推进。当停止通量7时，如果热前缘10未到达前表面3，根据所述推进模式，热前缘10的 推进几乎立即在层2中停止。热前缘10的推进因此仅受热扩散作用的支配。在恒定光通量7的特定条件下，层2的加热厚度在基本上与热通量的持续时间成 线性关系。以上三个阶段的上述顺序表示它们在时间上顺次发生。但是，这一顺序的描述并 不排除这些阶段在时间上部分重合的可能性。实施例的示例光通量7可以是持续6微秒、通量为3. 75X 1. E6ff/cm2的C02激光脉冲。构成层2的透明材料可以是掺杂水平约为1. E15/cm3的硅，最初置于环境温度中。在这些条件下，一旦硅的温度不到大约270°C，硅的吸收在几cm-1左右，其非常 低并且基本保持恒定。大约从该温度开始，本征载流子浓度变为大于lXE15cm-2(见文 献〃 Physics of Semiconductor Devices “ , second Edition, ISBN 0-07-062735-5,作者 S. M. SZE, John Wiley 和 Sons，第 20 页图 12 和第 26 页图 16)。因此，低温范围PBT是基本上处于约等于270°C的温度下限LIT以下的温度范围， 而高温范围PHT是基本上处于270°C以上的范围。根据上述文献，低温范围PB本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在至少一个光通量脉冲的作用下至少局部加热晶片（１）的方法，其中晶片（１）包括至少一个待加热层（２）以及与所述待加热层至少局部相邻的子层（４），所述方法包括以下步骤：选择光通量（７）其中波长使得只要所述待加热层的温度处于低温范围（ＰＢＴ）内，则待加热层（２）对所述通量的吸收系数是低的，并且当待加热层的温度进入大约处于所述低温范围以上的高温范围（ＰＨＴ）内时，所述吸收系数显著增加，以及其中脉冲强度和脉冲持续时间使得当不存在所述子层时，待加热层的温度保持在所述低温范围内；选择子层（４）其中在所述低温范围（ＰＢＴ）内，所选波长的所述光通量的吸收系数是高的以及其中当所述子层受到光通量作用时，温度进入到高温范围（ＰＨＴ）内；以及经由所述待加热层（２）的与所述子层（４）相对的表面（３）对所述晶片（１）至少局部施加所述光通量（７）；从而在第一阶段中，光通量（７）将子层（４）从其初始温度加热到至少处于所述高温范围（ＰＨＴ）内的温度，在第二阶段中，子层（４）通过热扩散将待加热层（２）的相邻部分加热到处于所述高温范围（ＰＨＴ）内的温度，以及在第三阶段中，该相邻部分因此成为吸收性的并在待加热层（２）中产生吸收热前缘（１０），所述吸收热前缘（１０）中的温度处于所述高温范围（ＰＨＴ）内，在热前缘（１０）的向前热扩散以及经由待加热层（２）余下的还不是吸收性的部分到达所述热前缘的所述光通量（７）的热能供应的联合或双重作用下，所述吸收热前缘（１０）朝所述前表面（３）推进。...

【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：M布吕埃尔，
申请(专利权)人：SOITEC绝缘体上硅技术公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]