[发明专利]以环境氧的局部控制对半导体晶片进行激光退火的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时专利申请号62/016,134根据35U.S.C119的优先权，通过引用将其并入本文。

领域

本公开涉及激光退火，且特别是涉及以环境氧的局部控制进行激光退火的方法。

通过引用将本文中所提及的任何公开或公告的专利文件的全部公开内容并入，包括美国专利第5,997,963号、第6,747,245号、第7,098,155号、第7,157,660号、第7,763,828号、第8,309,474号与第9,029,809号。

背景

在半导体制造中使用激光退火(还可称为激光尖峰退火、激光热退火或激光热处理等)用于各种应用，包含在形成有源微电路例如晶体管以及相关类型的半导体特征时用于活化在半导体晶片中形成的装置(结构)的选择区域中的掺杂剂。

激光退火过程通常是在真空下的操作室(或反应室)内进行，例如美国专利第5,997,963号以及第9,029,809号所讨论的微室。采用真空的一个原因是为了降低存在于被处理的半导体晶片的表面的氧气量，因为氧气是高度反应性的且会氧化半导体晶片的表面。这在与激光退火相关联的高温下尤其如此，因为较高的温度增加氧化速率。

在通常的真空条件下，可将操作室内部的氧气浓度降低至约百万分之50份(ppm)(体积)。进一步降低氧气浓度是有问题的，且需要昂贵的设备(例如更强的真空泵)以及对操作室的大量改变。

因此，需要降低被激光退火的半导体晶片的表面的氧气量的低成本且简单的方式，其超越使用常规的基于真空的方法可实现的。

概述

本公开的一个方面是对具有表面的半导体晶片进行激光退火的方法。该方法包含：在操作室的内部设置半导体晶片；将该操作室的内部抽真空，以使操作室的内部包含位于初始O₂浓度的O₂；在操作室中引入混合气体，该混合气体包含H₂与缓冲气体；以及引导激光束通过操作室的内部以入射到半导体晶片的表面上的退火位置，由此退火半导体晶片的表面并还导致退火位置周围的局部区域内的O₂与混合气体中的H₂的局部加热，且局部区域内的O₂与H₂发发生燃烧而产生H₂O蒸气，由此与该初始O₂浓度相比降低了该局部区域内的O₂浓度。

本公开的另一个方面是如上所述的方法，混合气体优选地包含5体积％的H₂与95体积％的N₂。

本公开的另一个方面是如上所述的方法，该局部区域优选地由燃烧温度T_C所定义，该燃烧温度T_C在从100℃至500℃的范围内。

本公开的另一个方面是如上所述的方法，该操作室优选地包含微室。

本公开的另一个方面是如上所述的方法，该方法优选地还包含相对于激光束移动半导体晶片，以使退火位置相对于半导体晶片的表面移动，但退火位置相对于其在操作室的内部的初始位置维持固定。

本公开的另一个方面是如上所述的方法，初始O₂浓度优选地是大于等于50ppm(体积)。该局部区域内的O₂浓度优选地是小于等于10ppm(体积)。

本公开的另一个方面是如上所述的方法，该半导体晶片优选地具有熔化温度T_M。优选地在退火温度T_A下对半导体晶片的表面进行退火，其中T_A<T_M。

另一个方面是在对具有表面的半导体晶片进行退火期间降低退火位置周围的局部区域内的氧气的方法。该方法包含：在操作室中引入氢气与缓冲气体的混合气体，该操作室包含半导体晶片与位于初始浓度的氧气；以及激光退火半导体晶片的表面，由此导致退火位置周围的局部区域内的氧气与混合气体中的氢气的局部加热，且局部区域内的氧气与氢气发生燃烧而产生水蒸气，由此与该氧气的初始浓度相比降低了该局部区域内的氧气浓度。

本公开的另一个方面是如上所述的方法，混合气体优选地包含5体积％的氢气与95体积％的氮气。

本公开的另一个方面是如上所述的方法，该局部区域优选地由燃烧温度T_C所定义，该燃烧温度T_C在从100℃至500℃的范围内。