1 深圳技术大学 新材料与新能源学院，广东 深圳 518118
2 深圳盛方科技有限公司，广东 深圳 518173
随着半导体集成电路芯片的尺寸越来越小、结构越来越复杂，芯片制造过程中的退火工艺技术也在不断进步。激光退火以其在芯片制造过程中热预算控制的优势，在芯片制造退火工艺中的重要性正在显现。而准分子激光的特点是波长短、峰值功率高、作用于大多数物质表面时能量迅速被物质表面吸收。准分子激光退火可以实现对材料表面温度梯度的控制，是半导体集成电路制造中热处理工艺的重要选择。对半导体集成电路制造过程中准分子激光退火研究进展进行了综述。概述了集成电路制造中退火工艺热预算控制与激光退火的理论模拟研究结果；着重介绍了准分子激光退火在离子掺杂控制、超浅节形成、沟道外延等材料处理中的研究进展，以及在金属层制备和3D器件中的应用。研究表明，准分子激光退火工艺有望为三维半导体集成电路制造提供新的解决方案。
半导体制造工艺 热预算 激光退火 准分子激光 semiconductor manufacturing process thermal budget laser annealing excimer laser 红外与激光工程
2023, 52(12): 20230285
激光退火是消除背照式电荷耦合器件(CCD)图像传感器背面势阱的重要工艺。文章研究了激光退火工艺中不同的激光波长、能量密度、光斑交叠率对掺杂杂质激活效率、器件表面形貌、成像质量及紫外量子效率的影响。研究结果表明, 在浅结注入的情况下, 355nm波长激光激活效率要优于532nm激光, 但是355nm激光比532nm激光更易在较低能量密度时使硅片出现龟裂现象。采用2J/cm2能量密度、50%~65%交叠率, 355nm激光能有效激活离子注入的硼离子, 背照式CCD图像传感器成像均匀性好, 紫外量子效率明显提升。
激光退火 电荷耦合器件 图像传感器 背照 laser annealing charge-coupled device image sensor backside-illuminated
上海微电子装备（集团）股份有限公司，上海 201203
激光退火技术有热预算低、瞬间温度高的特点，其温度场特性是材料电学性能的重要表征参数。准确实时测量瞬态小温度场对整体退火工艺过程的把控具有重要的参考价值。辐射测温法通过收集样品辐射光谱中特定波段的能量来实现温度的非接触在线测量，具有响应快、测温范围宽等特点。提出了一种基于InGaAs红外光电二极管的双色辐射测温系统设计方案，采用波长积分法对该测温系统进行精确标定，单波段带宽可达350 nm，能够对小于0.01 mm2的小视场进行稳定快速测量。去除标定热台稳定性后的测温重复性最大仅为0.05%oR（of reading，读数精度），精度小于1%，远超同类高温测量设备。在此基础上，结合有限元法热仿真结果，提出一种基于单个光电二极管测量温度场分布的方法，讨论了最高温度与读数温度之间的关系，为工艺参数评估提供了重要的数据支撑。
辐射测温 激光退火 红外探测 radiation thermometry laser annealing infrared detection
1 辽宁师范大学 物理与电子技术学院, 辽宁 大连 116029
2 大连理工大学 物理学院, 辽宁 大连 116024
采用高温固相反应法制备了不同掺Tb浓度的CaSrSiO4纳米荧光粉。TEM照片显示粉末颗粒为球状, 直径30~50nm。XRD主要衍射峰与CaSrSiO4基质基本一致, 表明Tb离子掺入对CaSrSiO4晶体结构影响较小。285nm紫外光激发下, 观测到强的紫外、蓝光和绿光等光谱, 优化掺Tb浓度为0.7%。最后用CO2激光器对CaSrSiO4∶0.3Tb3+荧光粉进行退火, 发现光谱增强50%以上。同时讨论了退火工艺参数对荧光粉光致发光特性的影响。
CaSrSiO4∶Tb3+纳米荧光粉 光致发光特性 激光退火 CaSrSiO4∶Tb3+ nanophosphor PL characteristics laser annealing
上海市激光技术研究所, 上海市激光束精细加工重点实验室, 上海 200233
激光退火技术,以较低的热预算, 可以在瞬间达到较高的退火温度, 工艺过程高度可控, 制程可重复性好, 已经广泛应用于半导体工业界。本文将简要介绍激光退火技术早期的机理研究, 以及在硅基太阳能电池, 平板显示, 集成电路, 和微纳米制造等领域的应用。
激光退火 硅太阳能 平板显示 集成电路 微纳米制造 laser anneal silicon solar cells flat panel display integrated circuits micro/nano fabrication
1 华南理工大学 发光材料与器件国家重点实验室, 高分子光电材料与器件研究所, 广东 广州 510641
2 南京航空航天大学 机械结构力学及控制国家重点实验室, 江苏 南京 210016
3 五邑大学 智能制造学部, 广东 江门 529000
金属氧化物薄膜晶体管(MOTFT）具有较高的载流子迁移率(10~100 cm2/V·s), 且薄膜均匀性好、制备温度低和可见光透明的优点, 被认为是最有前途的新一代TFT。激光退火因具有能量高、速度快、对衬底损伤小和退火范围可控的特点, 相比传统热退火, 更适用于柔性和大尺寸背板的制备。本文综述了有关金属氧化物薄膜及MOTFT激光退火的研究进展; 详细讨论了激光退火中的关键参数; 系统阐述了激光对金属氧化物薄膜的作用以及激光对MOTFT性能的影响。最后, 总结了现在激光退火技术存在的问题以及发展方向。
激光退火技术 金属氧化物 薄膜晶体管 氧空位 laser annealing metal oxide thin film transistor oxygen vacancy
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
准分子激光线形光束在多晶硅薄膜的工业生产中有重要应用。基于自行研制的激光退火设备输出的线形XeCl 准分子激光对等离子体增强化学气相沉积制备的大尺寸非晶硅薄膜进行退火处理。研究了线形光束的能量密度、辐照数量对薄膜晶化程度的影响,讨论了制备的大尺寸多晶硅薄膜的晶化体积分数及均匀性。实验结果表明,薄膜晶化的阈值为194 mJ·cm-2; 薄膜的晶化体积分数随能量密度先线性增大,再缓慢减小,线性增长因子约为0.3, 当能量密度为432 mJ·cm-2时,晶化程度最优;当辐照数量超过20次时,薄膜的晶化体积分数维持稳定;当光斑搭接率为93.7% 时,制备的大尺寸多晶硅薄膜右侧区域的晶化体积分数为92.26%,相对标准差为1.56%,略好于左侧区域。该工作为线形光束晶化非晶硅薄膜的研究及准分子激光线形光束退火设备的国产化及提供了参考。
薄膜 多晶硅 准分子激光退火 能量密度 搭接率 线形光束 thin films poly-silicon excimer laser annealing energy density overlap ratio line shape laser beam
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
设计了一套用于准分子激光低温多晶硅制备的线光束整形系统。系统中设置的光斑转换模块可使原始光束截面横纵倒置; 利用扩束模块对原始光束的短轴进行准直, 其扩束倍率可限定短轴光束尺寸, 以配合短轴光束均匀模块的孔径; 采用基于透镜阵列的长轴、短轴光束均匀模块可在提高光斑能量分布均匀性的同时, 约束光斑尺寸; 系统中设置了投影模块, 可将光束投影于工件表面。为了实现系统中光学原件的精密定位, 设计并加工了配套的机械调节结构; 结合仿真实验, 讨论了阵列单元的中心偏差及工作面的偏离对线光斑质量的影响。利用该线光束整形系统对自行研制的大能量准分子激光光源进行整形, 实测的系统能量传递效率为33%, 工件表面的光斑尺寸约为100 mm×0.3 mm, 平均能量密度为470 mJ·cm-2, 长轴能量分布均匀度为93.95%, 满足退火技术的要求。
激光技术 线光束整形 光束均匀性 准分子激光退火 低温多晶硅制备
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽省光子器件与材料重点实验室， 安徽 合肥 230031
2 电子工程学院脉冲功率激光技术国家重点实验室， 安徽 合肥 230037
基于热传导方程建立了ZnO薄膜的准分子激光辐照理论模型，模拟分析了KrF准分子激光辐照ZnO薄膜的热效应。计算了薄膜的温度场分布和热流分布，讨论了激光作用过程中的温度随时间的变化关系，分析了激光能量密度对薄膜温度场的影响。模拟结果表明，ZnO薄膜的准分子激光退火具有急热骤冷特性，ZnO薄膜表面温度与激光能量密度呈线性增长关系，表面热熔融阈值为261 mJ/cm2。
激光技术 薄膜 准分子激光退火 有限元分析 热效应 激光与光电子学进展
2017, 54(6): 061401
中国科学院 安徽光学精密机械研究所，合肥 230031
介绍了多晶硅薄膜较非晶硅薄膜在平板显示领域的优势以及准分子激光晶化制备多晶硅膜的结晶过程。介绍了透镜阵列实现匀光的原理。阐述了典型的准分子激光退火线型光束整形系统的扩束、匀光、投影等结构。并介绍了连续横向固化技术在准分子激光制备低温多晶硅领域的应用。讨论了准分子激光退火光学系统的发展现状，指出了其在平板显示行业的重要意义。
激光技术 平板显示 准分子激光退火 低温多晶硅 光束整形 匀光 laser technique flat panel display excimer laser annealing low temperature poly silicon beam shaping beam homogenization
