個內(nèi)部70 (包含快速散布至緊鄰于晶片50的上表面52的區(qū)域)，并與氧氣205混合。
[0069]可在退火工藝前或退火工藝期間經(jīng)由氣體供應(yīng)系統(tǒng)200的操作來完成將混合氣體202注射到內(nèi)部70，其中當(dāng)通過移動卡具60而使晶片50相對于激光束40移動時，將激光束40入射到晶片50的上表面52上并且掃描，如箭頭AR所示。在一個實例中，混合氣體202在內(nèi)部70內(nèi)的分壓在約I毫托至約1000托的范圍內(nèi)。在一個實例中，內(nèi)部70內(nèi)的壓力少于760托，即少于I個大氣壓力。
[0070]在如圖3B所示的退火工藝的實例期間，激光束40在退火位置55加熱晶片50的上表面52至退火溫度TA，退火溫度Ta接近或超過晶片熔化溫度T M，對于硅而言，名義上Tm=1，414°C。對于非熔化激光退火而言，使晶片50的上表面52的退火溫度Ta在熔化溫度Tm的400°C內(nèi)。對于熔化退火而言，T TM。注意的是，當(dāng)掃描晶片50 (即相對于激光束40移動)時，退火位置55相對于晶片50的上表面52“移動”，但相對于其在內(nèi)部70內(nèi)的初始位置維持固定。
[0071]在退火位置55用激光束40加熱晶片50的上表面52還起到局部加熱在內(nèi)部70內(nèi)的混合氣體202與氧氣205 (尤其是在退火位置55的附近)的作用。混合氣體溫度內(nèi)部70內(nèi)的空間變化通常對應(yīng)于混合氣體202與退火位置55的接近，即越靠近退火位置55，混合氣體溫度Tre越大。在此注意的是，混合氣體202的量是遠大于氧氣205的量(初始濃度Cm)，以使內(nèi)部70內(nèi)的“氣體”溫度基本上是由混合氣體202所定義。
[0072]圖2、圖3A與圖3B分別顯示出與在退火位置55局部加熱晶片50的上表面52相關(guān)聯(lián)的混合氣體溫度Tre的燃燒溫度等溫線T Co燃燒溫度等溫線1表示在給定腔室壓力的內(nèi)部70內(nèi)發(fā)生下列燃燒反應(yīng)的燃燒溫度:
[0073]2H2+02— 2H 20 蒸氣式 I
[0074]燃燒溫度等溫線Tc定義局部區(qū)域RG，其包含名義上中心位于退火位置55的內(nèi)部70的半球狀部分。在局部區(qū)域RG內(nèi)，混合氣體202具有混合氣體溫度Trc> T c,因而表示在內(nèi)部70內(nèi)發(fā)生式I的燃燒反應(yīng)的體積。
[0075]式I的燃燒反應(yīng)用以將氧氣205的濃度從存在于內(nèi)部70中但在局部區(qū)域RG外的初始濃度或背景濃度(^降低至局部區(qū)域RG內(nèi)的較低濃度(值)C’ οχο這在圖3B中得到示意性地說明，其中在局部區(qū)域RG外的氧氣205的初始濃度(^大于在局部區(qū)域RG內(nèi)的濃度c，ox (即 cox>c，ox)。
[0076]混合氣體202因而用以局部控制(降低)在局部區(qū)域RG內(nèi)的氧氣205的量。該控制經(jīng)由式I的燃燒反應(yīng)而發(fā)生，其涉及使氧分子(O2)分解成O原子，然后將O原子與來自混合氣體202的兩個氫原子(2H)結(jié)合以形成H20(水)蒸氣。該局部工藝發(fā)生在局部區(qū)域RG內(nèi)且降低可發(fā)生在退火期間的晶片50的上表面52的氧化量。在一個實例中，在局部區(qū)域RG內(nèi)的氧氣205的濃度C，。肩C，0Χ^Ξ 1ppm0
[0077]在一個示例性實施方案中，在如上所述的內(nèi)部70的分壓的范圍內(nèi)，燃燒溫度大約是Tc= 600°C。假設(shè)基本上半圓形的局部區(qū)域RG通常以退火位置55為中心，對于T c =600°C局部區(qū)域RG的半徑r,可為大約r,= I微米至10毫米?；旌蠚怏w202的氫原子的濃度、在內(nèi)部70內(nèi)的氫原子的擴散速率、在內(nèi)部70內(nèi)的氧氣205的初始濃度Cm以及式I的燃燒反應(yīng)的速率均使得可以以與起始的氧氣濃度或初始的氧氣濃度Cm相比降低在局部區(qū)域RG內(nèi)的氧氣濃度至C’ ^的方式引發(fā)和保持式I的燃燒反應(yīng)。
[0078] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚可對如本文中所描述的公開內(nèi)容的優(yōu)選實施方案做出各種改變而不脫離在所附權(quán)利要求中定義的公開內(nèi)容的精神或范圍。因此，本公開內(nèi)容覆蓋改變和變化，只要它們在所附權(quán)利要求及其等價物的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.對具有表面的半導(dǎo)體晶片進行激光退火的方法，包含: 在操作室的內(nèi)部設(shè)置該半導(dǎo)體晶片； 將該操作室的內(nèi)部抽真空，以使該操作室的內(nèi)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(dǎo)激光束通過該操作室的內(nèi)部以入射到該半導(dǎo)體晶片的該表面上的退火位置，由此退火該半導(dǎo)體晶片的該表面并且還導(dǎo)致該退火位置周圍的局部區(qū)域內(nèi)的該O2與該混合氣體中的H2的局部加熱，且該局部區(qū)域內(nèi)的該O 2與該H2發(fā)生燃燒而產(chǎn)生H2O蒸氣，由此與該初始O2濃度相比降低了該局部區(qū)域內(nèi)的O 2濃度。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該混合氣體包含5體積％的H2與95體積％的N 2。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該局部區(qū)域由燃燒溫度T#斤定義，該燃燒溫度T。在從100°C至500°C的范圍內(nèi)。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該操作室包含微室。5.如權(quán)利要求1所述的方法，還包含: 相對于該激光束移動該半導(dǎo)體晶片，以使該退火位置相對于該半導(dǎo)體晶片的該表面移動，但該退火位置相對于其在該操作室的內(nèi)部的初始位置保持固定。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該初始O2濃度大于等于50ppm(體積)，且其中該局部區(qū)域內(nèi)的氧氣濃度小于等于10ppm(體積)。7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該半導(dǎo)體晶片具有熔化溫度TM，其中在退火溫度Ta下對該半導(dǎo)體晶片的該表面進行退火，且其中TA〈TM。8.在對具有表面的半導(dǎo)體晶片進行退火期間降低退火位置周圍的局部區(qū)域內(nèi)的氧氣的方法，該方法包含: 在操作室中引入氫氣(H2)與緩沖氣體的混合氣體，該操作室包含該半導(dǎo)體晶片與位于初始濃度的該氧氣(O2);以及 激光退火該半導(dǎo)體晶片的該表面，由此導(dǎo)致該退火位置周圍的局部區(qū)域內(nèi)的該氧氣與該混合氣體中的該氫氣的局部加熱，且該局部區(qū)域內(nèi)的該氧氣與該氫氣發(fā)生燃燒而產(chǎn)生水蒸氣，由此與該氧氣的初始濃度相比降低了該局部區(qū)域內(nèi)的氧氣濃度。9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該混合氣體包含5體積％的氫氣與95體積％的氮氣。10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該局部區(qū)域由燃燒溫度1^所定義，該燃燒溫度1^在從100°C至500°C的范圍內(nèi)。11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該操作室包含微室。12.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該操作室具有低于大氣壓力的壓力。13.如權(quán)利要求8所述的方法，還包含: 相對于激光束移動該半導(dǎo)體晶片，以使該退火位置相對于該半導(dǎo)體晶片的該表面移動，但該退火位置相對于其在該操作室的內(nèi)部的初始位置保持固定。14.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該氧氣的初始濃度大于等于50ppm(體積)，且其中該局部區(qū)域內(nèi)的該氧氣濃度小于等于10ppm(體積)。15.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該半導(dǎo)體晶片具有熔化溫度TM，其中在退火溫度Ta下對該半導(dǎo)體晶片的該表面進行退火，且其中TA〈TM。16.對具有表面的半導(dǎo)體晶片進行激光退火的方法，包含: 在操作室的內(nèi)部設(shè)置該半導(dǎo)體晶片，該操作室的內(nèi)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(dǎo)激光束通過該操作室的內(nèi)部以入射到該半導(dǎo)體晶片的該表面上的退火位置，由此退火該半導(dǎo)體晶片的該表面并還導(dǎo)致該退火位置周圍的局部區(qū)域內(nèi)的該O2與該混合氣體中的該H2的局部加熱，且該局部區(qū)域內(nèi)的該O2與該H2發(fā)生燃燒以產(chǎn)生H2O蒸氣，由此與該初始O2濃度相比降低了該局部區(qū)域內(nèi)的O 2濃度。17.如權(quán)利要求16所述的方法，還包含: 在該操作室的內(nèi)部設(shè)置該半導(dǎo)體晶片后抽真空，且其中該初始O2濃度由抽真空后殘留在該操作室內(nèi)的殘留O2量所定義。18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該初始O2濃度大于等于50ppm(體積)，且其中該局部區(qū)域內(nèi)的該O2濃度小于等于10ppm(體積)。19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中該操作室包含微室。20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中該混合氣體由5體積％的氫氣與95體積％的氮氣組成。
【專利摘要】本發(fā)明公開了以環(huán)境氧的局部控制對半導(dǎo)體晶片進行激光退火的方法。具體地，公開了使用混合氣體來局部控制環(huán)境氧氣以降低在激光退火期間的氧化量的半導(dǎo)體晶片激光退火。混合氣體包含氫氣與惰性緩沖氣體，例如氮氣。在半導(dǎo)體晶片的表面上的退火位置附近的氧氣與混合氣體的局部加熱產(chǎn)生了在其中氧氣與氫氣發(fā)生燃燒而產(chǎn)生水蒸氣的局部區(qū)域。該燃燒反應(yīng)降低在局部區(qū)域內(nèi)的氧氣濃度，由此局部降低環(huán)境氧氣的量，這進而在退火工藝期間降低半導(dǎo)體晶片的表面的氧化速率。
【IPC分類】H01L21/268, H01L21/67
【公開號】CN105206518
【申請?zhí)枴緾N201510348734
【發(fā)明人】J·麥克沃特, A·W·扎菲羅波洛
【申請人】超科技公司
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年6月23日