以環境氧的局部控制對半導體晶片進行激光退火的方法
【專利說明】以環境氧的局部控制對半導體晶片進行激光退火的方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求美國臨時專利申請號62/016，134根據35U.S.C 119的優先權，通過引用將其并入本文。
[0003]領域
[0004]本公開涉及激光退火，且特別是涉及以環境氧的局部控制進行激光退火的方法。
[0005]通過引用將本文中所提及的任何公開或公告的專利文件的全部公開內容并入，包括美國專利第5，997，963號、第6，747，245號、第7，098，155號、第7，157，660號、第7，763，828 號、第 8，309，474 號與第 9，029，809 號。
[0006]背景
[0007]在半導體制造中使用激光退火(還可稱為激光尖峰退火、激光熱退火或激光熱處理等)用于各種應用，包含在形成有源微電路例如晶體管以及相關類型的半導體特征時用于活化在半導體晶片中形成的裝置(結構)的選擇區域中的摻雜劑。
[0008]激光退火過程通常是在真空下的操作室(或反應室)內進行，例如美國專利第5，997，963號以及第9，029，809號所討論的微室。采用真空的一個原因是為了降低存在于被處理的半導體晶片的表面的氧氣量，因為氧氣是高度反應性的且會氧化半導體晶片的表面。這在與激光退火相關聯的高溫下尤其如此，因為較高的溫度增加氧化速率。
[0009]在通常的真空條件下，可將操作室內部的氧氣濃度降低至約百萬分之50份(ppm)(體積)。進一步降低氧氣濃度是有問題的，且需要昂貴的設備(例如更強的真空栗)以及對操作室的大量改變。
[0010]因此，需要降低被激光退火的半導體晶片的表面的氧氣量的低成本且簡單的方式，其超越使用常規的基于真空的方法可實現的。
[0011]概述
[0012]本公開的一個方面是對具有表面的半導體晶片進行激光退火的方法。該方法包含:在操作室的內部設置半導體晶片；將該操作室的內部抽真空，以使操作室的內部包含位于初始O2濃度的O 2;在操作室中引入混合氣體，該混合氣體包含H 2與緩沖氣體；以及引導激光束通過操作室的內部以入射到半導體晶片的表面上的退火位置，由此退火半導體晶片的表面并還導致退火位置周圍的局部區域內的O2與混合氣體中的1的局部加熱，且局部區域內的02與H2發發生燃燒而產生H2O蒸氣，由此與該初始O2濃度相比降低了該局部區域內的O2濃度。
[0013]本公開的另一個方面是如上所述的方法，混合氣體優選地包含5體積%的&與95體積％的隊。
[0014]本公開的另一個方面是如上所述的方法，該局部區域優選地由燃燒溫度Te所定義，該燃燒溫度Tc在從100°C至500°C的范圍內。
[0015]本公開的另一個方面是如上所述的方法，該操作室優選地包含微室。
[0016]本公開的另一個方面是如上所述的方法，該方法優選地還包含相對于激光束移動半導體晶片，以使退火位置相對于半導體晶片的表面移動，但退火位置相對于其在操作室的內部的初始位置維持固定。
[0017]本公開的另一個方面是如上所述的方法，初始02濃度優選地是大于等于50ppm(體積)。該局部區域內的O2濃度優選地是小于等于1ppm(體積)。
[0018]本公開的另一個方面是如上所述的方法，該半導體晶片優選地具有熔化溫度TM。優選地在退火溫度Ta下對半導體晶片的表面進行退火，其中T A〈TM。
[0019]另一個方面是在對具有表面的半導體晶片進行退火期間降低退火位置周圍的局部區域內的氧氣的方法。該方法包含:在操作室中引入氫氣與緩沖氣體的混合氣體，該操作室包含半導體晶片與位于初始濃度的氧氣；以及激光退火半導體晶片的表面，由此導致退火位置周圍的局部區域內的氧氣與混合氣體中的氫氣的局部加熱，且局部區域內的氧氣與氫氣發生燃燒而產生水蒸氣，由此與該氧氣的初始濃度相比降低了該局部區域內的氧氣濃度。
[0020]本公開的另一個方面是如上所述的方法，混合氣體優選地包含5體積％的氫氣與95體積％的氮氣。
[0021]本公開的另一個方面是如上所述的方法，該局部區域優選地由燃燒溫度Te所定義，該燃燒溫度Tc在從100°C至500°C的范圍內。
[0022]本公開的另一個方面是如上所述的方法，該操作室優選地包含微室。
[0023]本公開的另一個方面是如上所述的方法，該操作室優選地具有低于大氣壓力的壓力。
[0024]本公開的另一個方面是如上所述的方法，該方法優選地還包含相對于激光束移動半導體晶片，以使退火位置相對于半導體晶片的表面移動，但退火位置相對于其在操作室的內部的初始位置維持固定。
[0025]本公開的另一個方面是如上所述的方法，該氧氣的初始濃度優選地是大于等于50ppm(體積)。該局部區域內的氧氣濃度優選地是小于等于1ppm(體積)。
[0026]本公開的另一個方面是如上所述的方法，該半導體晶片優選地具有熔化溫度TM。優選地在退火溫度Ta下對半導體晶片的表面進行退火，其中T A〈TM。
[0027]本發明的另一個方面是對具有表面的半導體晶片進行激光退火的方法。該方法包含:在操作室的內部設置該半導體晶片，該操作室的內部包含位于初始O2濃度的O2;在該操作室中引入混合氣體，該混合氣體包含H2與緩沖氣體；以及引導激光束通過該操作室的內部以入射到該半導體晶片的該表面上的退火位置，由此退火該半導體晶片的該表面并還導致該退火位置周圍的局部區域內的該O2與該混合氣體中的該H2的局部加熱，且該局部區域內的02與H2發生燃燒以產生H2O蒸氣，由此與該初始O2濃度相比降低了該局部區域內的O2濃度。
[0028]本公開的另一個方面是如上所述的方法，該方法優選地還包含在操作室的內部設置半導體晶片后抽真空。初始O2濃度是由抽真空后殘留于操作室內的殘留02量(濃度)所定義。
[0029]本公開的另一個方面是如上所述的方法，初始02濃度優選地是大于等于50ppm(體積)。該局部區域內的O2濃度優選地是小于等于1ppm(體積)。
[0030]本公開的另一個方面是如上所述的方法，該操作室優選地包含微室。
[0031]本公開的另一個方面是如上所述的方法，混合氣體優選地由5體積％的氫氣與95體積％的氮氣組成。
[0032]另外的特征和優點將在接下來的詳細描述中得到闡明，并且部分地對于本領域技術人員從該描述可為容易清楚的或通過實踐在撰寫的說明書及其權利要求書以及附圖中描述的實施方案而認識到。要理解的是前面的一般描述和以下的詳細描述僅為示例性的，并且旨在提供理解權利要求的屬性和特性的概述或框架。
[0033]附圖簡要說明
[0034]包括附圖以提供進一步的理解，并且將附圖納入本申請文件并構成本申請文件的一部分。【附圖說明】了一個或多個實施方案，并且連同詳細描述一起起到解釋各個實施方案的原理和操作的作用。因此，結合附圖由以下詳細描述將更加全面地理解本公開，其中:
[0035]圖1A為本文中公開的適用于進行退火與環境氧氣(O2)的局部控制方法的操作室系統的示例性實施方案的橫截面(在x-z平面中)示意圖。
[0036]圖1B為圖1A中的操作室系統的一些主要部件的分解圖。
[0037]圖1C為圖1A的操作室系統的俯視圖(在X-Y平面中)，線1-1表示圖1A所采用的橫截面。
[0038]圖2為圖1A的操作室系統的簡化圖，其說明了示例性的退火方法，該方法包含使用混合氣體來進行環境氧氣的局部控制的局部區域的形成。
[0039]圖3A為在引入混合氣體后操作室的內部的半導體晶片的表面的特寫視圖，其顯示出在激光退火前混合氣體與氧氣通常如何均勻地分布在半導體晶片的表面。
[0040]圖3B為在激光退火過程期間圍繞于半導體晶片的表面的退火位置并形成的局部區域的特寫視圖，其中由于該局部區域的氧氣量(濃度)下降，該局部區域內的氧氣濃度低于操作室內部的其它部分內的氧氣濃度。
[0041]詳細描述
[0042]現在詳細參考本公開的各個實施方案，在附圖中說明了實施方案的實例。只要可能時，相同或相似的附圖標記和符號在整個附圖中用于意指相同或相似的部分。附圖不必是按比例的，并且本領域技術人員將意識到將附圖簡化以說明本公開的關鍵方面的地方。
[0043]以下所提出的權利要求被并入本詳細描述中并構成本詳細描述的一部分。
[0044]通過引用將本文中所提及的任何公開或公告的專利文件的全部公開內容并入。
[0045]卡式坐標顯示于一些圖中作為參考用，且并非意在限制