KR20060108631A - 다이나믹 표면 어닐링 프로세싱을 위한 흡수층 - Google Patents
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Abstract
비정질 탄소를 포함하는 층을 기판상에 증착하는 단계 및 이어서 적어도 약 300℃의 온도로 상기 층을 가열하기에 충분한 조건하에서 약 600nm 내지 약 1000nm 사이에서 하나 이상의 파장을 갖는 전자기 방사선에 상기 기판을 노출시키는 단계를 포함하는 기판 처리 방법이 제공된다. 선택적으로, 상기 층은 질소, 붕소, 인, 불소 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 도펀트를 더 포함한다. 일 면에서, 비정질 탄소를 포함하는 층은 전자기 방사선을 흡수하는 비반사 코팅 및 흡수층이며 기판 상부 표면층은 어닐링된다. 일 면에서, 기판은 레이저 어닐링 프로세스에서 전자기 방사선에 노출된다.
Description
본 발명의 실시예들은 전반적으로 집적회로의 제조에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 실시예들은 전반적으로 기판상에 층을 증착한 다음 상기 기판을 어닐링하는 프로세스에 관한 것이다.
집적회로 제조에서 다수의 프로세스는 실리콘-함유 기판과 같은 반도체 기판상에 층들을 증착하거나, 또는 반도체 기판상에 앞서 증착된 층들을 어닐링하기 위한 신속한 고온 프로세싱을 요구한다. 예를 들어, 붕소, 인 또는 비소와 같은 도펀트 이온들이 반도체 기판에 주입된 이후, 통상적으로 기판은 어닐링되어 도핑 프로세스 동안 손상된 기판의 결정 구조를 회복시켜 도펀트들이 활성화될 수 있다.
원치않는 확산을 야기할 수 있는 고온에 기판이 노출되는 시간량을 최소화시키기 위해서는 기판을 신속하게 가열 및 냉각하는 것이 바람직하다. 약 200 내지 400 ℃/초 정도의 속도로 기판 온도를 상승시킬 수 있는 급속 열 처리(RTP) 챔버 및 방법이 개발되었다. RTP 프로세스는 통상적으로 약 5-15 ℃/분의 속도로 기판을 상승시키는, 배치 퍼니스(batch furnace)에 의해 제공되는 열처리에 비해 개선된 급속 열처리 방법을 제공한다.
RTP 프로세스가 기판을 신속하게 가열하고 냉각시킬 수 있는 반면, 때때로 RTP 프로세스는 기판 전체 두께를 가열한다. 반도체 기판의 전체 두께의 가열은 종종 불필요하며 바람직하지 않으며, 이는 반도체 기판상에서 어닐링을 요구하는 소자는 기판에서 수 미크론인 상부 표면층을 통해서만 연장되기 때문이다. 또한, 기판의 전체 두께의 가열은 기판을 냉각시키는데 요구되는 시간량을 증가시켜, 기판을 처리하는데 요구되는 시간을 증가시키게 되어 반도체 프로세싱 시스템에서의 기판 처리량을 감소시킨다. 또한, 기판을 냉각시키기 위해 기판에 대해 요구되는 시간량 증가는 기판이 활성화를 위해 요구되는 상승된 온도에 노출될 수 있는 시간량을 제한한다. 또한, 짧은 가열 및 냉각 시간이 요구되며, 이는 이들이 확산을 제한하고 소자 축소화를 최소화시키기 때문이다.
기판 표면에 대한 불균일한 가열은 RTP 또는 다른 종래의 기판 가열 프로세스 처리에 있어 또 다른 문제점이다. 일반적으로 오늘날의 집적회로는 기판 표면에 대해 가변 밀도로 간격을 두고 상이한 크기, 형상 및 물질들을 갖는 다수의 소자들을 포함하기 때문에, 기판 표면은 기판 표면의 상이한 영역들에 대해 매우 상이한 온도 흡수성을 가질 수 있다. 예를 들어, 통상적으로 기판 상부에 낮은 밀도의 소자를 가지는 기판의 제 1 영역은 기판 상부에 상기 제 1 영역에서보다 높은 밀도의 소자를 가지는 기판의 제 2 영역보다 빠르게 가열된다. 또한, 기판 표면의 상이한 영역에 대한 가변적 반사율은 기판 표면을 균일하게 가열할 수 있게 할 수도 있다.
따라서, 어닐링 프로세스 동안 기판 표면에 대해 반도체 기판을 균일하게 가 열하는 방법이 요구된다.
본 발명의 실시예들은 기판상에 층을 증착하는 단계, 및 적어도 약 300℃의 온도로 상기 층을 가열하기에 충분한 조건하에서 약 600nm 내지 약 1000nm 사이에서 하나 이상의 파장을 갖는 전자기 방사선에 상기 기판을 노출시키는 단계를 포함하는 기판 처리 방법을 제공한다. 일면에서, 상기 층은 비정질 탄소를 포함한다. 또 다른 면에서, 상기 층은 질소, 붕소, 인, 불소 또는 이들의 조합을 포함한다. 일 실시예에서, 기판을 전자기 방사선에 노출시키는 단계는 기판을 레이저 어닐링하는 단계를 포함한다.
또 다른 면에서, 기판을 처리하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 약 600nm 내지 약 1000nm 사이의 파장을 갖는 전자기 방사선에 대해 약 0.84 이상의 방사율을 갖는 층을 제공하기에 충분한 층을 제공하기에 충분한 조건하에서 약 200Å 내지 약 2.5㎛ 사이의 두께를 가지는 층을 증착하는 단계, 및 상기 기판을 레이저 어닐링하는 단계를 포함한다.
기판상에 비정질 탄소를 포함하는 층을 증착하는 단계, 및 적어도 약 300℃의 온도로 상기 층을 가열하기에 충분한 조건하에서 약 600nm 내지 약 1000nm 사이에서 하나 이상의 파장을 갖는 전자기 방사선에 상기 기판을 노출시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 기판이 처리된다.
본 발명의 상기 언급된 특징은 상기 간략하게 요약된 본 발명의 보다 상세한 설명의 실시예들을 참조로 이해될 수 있으며, 일부 실시예들은 첨부된 도면에 도시된다. 그러나 첨부된 도면은 단지 본 발명의 전형적인 실시예만을 나타내는 것으로, 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니며, 본 발명은 다른 등가의 실시예들을 허용한다.
도 1은 본 명세서에 개시된 실시예에 따라 이용되도록 구성된 예시적인 화학적 기상 증착 반응기의 단면도이다.
도 2는 본 명세서에 개시된 실시예에 따라 이용되도록 구성된 레이저 어닐링 장치의 측면도이다.
도 3A-3F는 기판 프로세싱 시퀀스의 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 명세서에 개시된 실시예에 따라 증착된 층들에 의한 방사선 흡수율 %를 나타내는 그래프.
본 발명의 실시예들은 기판을 어닐링하는 동안 기판 표면에 대해 균일한 가열을 촉진하기 위해 기판상에 층을 증착하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법을 제공한다. 일 실시예에서, 상기 층은 약 600nm 내지 약 1000nm 사이의 파장을 가지는 전자기 방사선에 대해 약 0.84 이상의 방사율을 갖는 층을 제공하기에 충분한 조건하에서 약 200Å 내지 약 2.5㎛ 사이의 두께로 증착된 다음 레이저 어닐링된다.
일 실시예에서, 층은 비정질 탄소 및 수소를 포함한다. 일면에서, 층은 1차 sp3 결합을 가지며 탄소 원자 및 수소 원자를 포함하는 비정질 탄소층이다. 또 다 른 실시예에서, 층은 비정질 탄소, 수소 및 질소, 붕소, 인, 불소 또는 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 도펀트를 포함한다. 일 면에서, 층은 탄소 원자, 수소 원자, 및 질소, 붕소, 인, 불소 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 도펀트 원자를 포함하는 도핑된 비정질 탄소층이다. 일 실시예에서, 층은 1차 sp2 결합을 가지는 질소-도핑 비정질 그래파이트층이다. 모든 실시예에서, 바람직하게 층은 금속을 포함하지 않거나 또는 실질적으로 금속을 포함하지 않는다. 층은 탄소 소스를 포함하는 가스 혼합물의 플라즈마 강화 화학적 기상 증착(PECVD)에 의해 증착될 수 있다. 바람직하게, 탄소 소스는 선형 탄화수소와 같은 기체 탄화수소이다. 예를 들어, 탄소 소스는 프로필렌(C3H6)일 수 있다. 가스 혼합물은 액체 전구체 또는 기체 전구체인 탄소 소스로부터 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 액체 전구체는 기판상에 있을 수 있는 소자 또는 피쳐(feature)의 측벽 및 모서리 커버리지를 강화시키는데 사용된다. 가스 혼합물은 헬륨(He)과 같은 캐리어 가스를 더 포함할 수 있다. 층의 증착을 위한 탄소 소스 및 처리 조건의 추가 실시예는 공동 양도된 미국 특허 6,573,030호에 개시되어 있으며, 상기 문헌은 본 명세서에서 참조된다. 층은 약 100Å 내지 약 20,000Å 사이의 두께로 증착된다. 바람직하게, 층은 약 1200Å과 같이 약 800Å 내지 약 1500Å 사이의 두께로 증착된다. 층은 PECVD를 수행할 수 있는 임의의 챔버에서 증착될 수 있다. 일 실시예에서, 층은 기판상의 소자들 또는 피쳐들 간의 층의 갭 충진력을 강화시키기 위해 고밀도 플라즈마 조건하에서 증착된다. 사용될 수 있는 챔버의 예로는 캘리포니아 산타클라라의 어플라이드 머티어리얼스사로부터 입수가능한 DSM APF 챔버가 있다.
도 1은 평행판 CVD 처리 챔버(10)의 수직 단면도의 예를 나타낸다. 챔버(10)는 고진공 영역(15) 및 기판(미도시)에 처리 가스를 분산시키는 관통홀을 갖는 가스 분산 매니폴드(11)를 포함한다. 기판은 기판 지지 플레이트 또는 서셉터(12) 상에 놓인다. 서셉터(12)는 서셉터(12)를 리프트 모터(14)에 접속시키는 지지 스템(13) 상에 장착된다. 리프트 모터(14)는 처리 위치와 하부 기판-장착 위치 사이에서 서셉터(12)를 상승 및 하강시켜 서셉터(12)(및 서셉터(12)의 상부 표면상에서 지지되는 기판)가 매니폴드(11)에 가깝게 인접해 있는 상부 처리 위치와 하부 장착/제거(loading/off-loading) 위치 사이에서 제어가능하게 움직일 수 있다. 상부 처리 위치에 있는 경우 절연체(17)는 서셉터(12)와 기판을 둘러싼다.
매니폴드(11)에 주입되는 가스는 기판 표면에 대해 방사상 균일하게 분산된다. 트로틀 밸브를 가지는 진공 펌프(32)는 매니폴드(24)를 통해 챔버(10)로부터의 가스 배기속도를 조절한다. 필요하다면, 증착 및 캐리어 가스들이 가스 라인(18)을 통해 혼합 시스템(19) 및 매니폴드(11)로 흘러간다. 일반적으로, 각각의 처리 가스 공급 라인(18)은, (i) 챔버 속으로의 처리 가스의 흐름을 자동으로 또는 수동으로 차단하는데 사용될 수 있는 안전 차단(shut-off) 밸브(미도시), 및 (ii) 가스 공급 라인(18)을 통하는 가스 흐름을 측정하기 위한 유량 제어기(미도시)를 포함한다. 유독성 가스가 프로세스에 사용되는 경우, 종래의 구성에서 각각의 가스 공급 라인(18) 상에 몇 개의 안전 차단 밸브가 위치된다.
통상적으로 RF 전력원(25)을 사용하여 가스 분산 매니폴드(11)에 공급되는 RF 에너지에 의해 기판 부근에 제어된 플라즈마가 형성된다. 선택적으로, RF 전력이 서셉터(12)에 제공될 수 있다. 증착 챔버로의 RF 전력은 주기적 또는 펄스형일 수 있다. 플라즈마 전력 밀도는 약 0.0016W/cm2 내지 약 155 W/cm2 이며, 이는 300mm 기판에 대해 약 1.1W 내지 약 100kW의 RF 전력 레벨에 해당한다.
RF 전력원(25)은 약 13.56MHz와 같이, 약 0.01MHz 내지 300MHz 사이의 단일 주파수의 RF 전력을 공급할 수 있다. 선택적으로, RF 전력은 고진공 영역(15)으로 주입되는 반응성 종의 분해를 강화시키기 위해 혼합, 동시(simultaneous) 주파수들을 이용하여 전달될 수 있다. 일 면에서, 혼합 주파수는 약 12kHz의 낮은 주파수 및 약 13.56mHz의 높은 주파수이다. 또 다른 면에서, 낮은 주파수는 약 300Hz 내지 약 1,000kHz 사이의 범위일 수 있으며, 높은 주파수는 약 5mHz 내지 약 50mHz 사이의 범위일 수 있다.
통상적으로, 임의의 또는 모든 챔버 라이닝, 분산 매니폴드(11), 서셉터(12) 및 다양한 다른 반응기 하드웨어는 알루미늄 또는 양극산화된 알루미늄과 같은 물질로 구성된다. 이러한 CVD 반응기의 예는 "A Thermal CVD/PECVD Reactor And Use For Thermal Chemical Vapor Deposition of Silicon Dioxide and In-situ Multi-step Planarized Process"란 명칭의 미국 특허 No. 5,000,113호에 개시되며, 상기 문헌은 본 명세서에서 참조된다.
시스템 제어기(34)는 모터(14), 가스 혼합 시스템(19), 및 제어 라인(36)에 의해 접속되는 RF 전력원(25)을 제어한다. 시스템 제어기(34)는 CVD 반응기의 작 동을 제어하며 통상적으로, 하드 디스크 드라이브, 플로피 디스크 드라이브 및 카드랙을 포함한다. 카드랙은 싱글 보드 컴퓨터(SBC), 아날로그 및 디지털 입/출력 보드, 인터페이스 보드, 및 스텝퍼 모터 제어기 보드를 포함한다. 시스템 제어기(34)는 보드, 카드 케이지 및 커넥터 디멘션 및 타입을 한정하는 버사 모듈러 유러피언(VME; Versa Modular Europeans) 스탠다드를 따른다. VME 스탠다드는 16-비트 데이터 버스 및 24-비트 어드레스 버스를 가지는 버스 구조를 한정한다.
탄소 소스는 약 30sccm 내지 약 3000sccm 사이의 속도로 혼합 시스템(19)에 주입될 수 있고, 캐리어 가스는 약 100sccm 내지 약 5000sccm 사이의 속도로 챔버에 주입될 수 있다. 증착 동안, 기판은 약 300℃ 내지 약 700℃ 사이의 온도와 같이, 약 200℃ 내지 약 1500℃ 사이의 온도에서 유지된다. 바람직하게, 기판은 약 350℃ 내지 약 550℃ 사이의 온도에서 유지될 수 있다. 예를 들어, 기판은 약 550℃의 온도에서 유지될 수 있다. 통상적으로 증착 압력은 약 7 Torr와 같이 약 5Torr 내지 약 50Torr 사이일 수 있다. 약 500 W 내지 약 1500 W 사이의 RF 전력이 약 13.56MHz의 주파수에서 챔버에 인가될 수 있다.
일 실시예에서, 하기의 처리 조건들이 사용된다: 기판은 약 350℃ 내지 약 550℃ 사이의 온도에서 유지된다; 압력은 약 6 Torr 내지 약 8 Torr 사이이다; RF 전력은 약 2W/cm2 내지 약 3W/cm2 사이에서 인가된다; C3H6는 약 3 sccm/cm2 내지 약 5sccm/cm2 사이에서 혼합 시스템에 주입되며, 헬륨은 약 2 sccm/cm2 내지 약 3 sccm/cm2 사이에서 혼합 시스템에 주입된다; 그리고 챔버 샤워헤드와 기판 지지체 사이의 간격은 약 250mils 내지 약 300mils 사이이다.
또 다른 실시예에서, 층은 비정질 탄소 및 질소를 포함한다. 층은 탄소 소스 및 질소 소스, 붕소 소스, 인 소스, 불소 소스 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 도펀트 소스를 포함하는 가스 혼합물의 PECVD에 의해 증착될 수 있다. 바람직하게 질소 소스는 질소(N2)이다. 가스 혼합물은 헬륨(He)과 같은 캐리어 가스를 더 포함할 수 있다. 탄소 가스는 약 30 sccm 내지 약 3000 sccm 사이의 속도로 혼합 시스템(19)에 주입될 수 있고, 도펀트 소스는 약 30 sccm 내지 약 5000 sccm 사이의 속도로 혼합 시스템(19)에 주입될 수 있고, 캐리어 가스는 약 160 sccm 내지 약 5000 sccm 사이의 속도로 혼합 시스템(19)에 주입될 수 있다. 층은 약 1150Å과 같이, 약 800Å 내지 약 1500Å 사이의 두께로 증착된다. 증착 동안, 기판은 약 200℃ 내지 약 1500℃ 사이의 온도에서 유지된다. 바람직하게, 기판은 약 250℃ 내지 약 450℃ 사이의 온도에서 유지된다. 예를 들어, 기판은 약 400℃의 온도에서 유지될 수 있다. 통상적으로 증착 압력은 약 7 Torr와 같이 약 5 Torr 내지 약 50 Torr 사이이다.
일 실시예에서, 하기의 처리 조건이 사용된다: 기판은 약 250℃ 내지 약 450℃ 사이의 온도에서 유지된다; 압력은 약 6 Torr 내지 약 8 Torr 사이이다; RF 전력은 약 3W/cm2 내지 약 5W/cm2 사이로 인가된다; C3H6는 약 0.8 sccm/cm2 내지 약 1.5 sccm/cm2 사이에서 혼합 시스템에 주입되며, N2는 약 8 sccm/cm2 내지 약 12 sccm/cm2 사이에서 혼합 시스템에 주입된다; 그리고 챔버 샤워헤드와 기판 지지체 사이의 간격은 약 300 mils 내지 약 400 mils 사이이다.
비정질 탄소 및 선택적으로 질소를 포함하는 층은 내구성이 있고 기판으로부터 쉽게 제거될 수 있다. 통상적으로 층은 1200℃ 이상의 처리 온도를 견딜 수 있고 산소 애싱 프로세스에 의해 기판으로부터 제거될 수 있다.
층이 기판상에 증착된 이후, 기판이 적어도 약 300℃의 온도에서 층을 가열하기에 충분한 조건하에서 약 60nm 내지 약 1000nm 사이에서 하나 이상의 파장을 갖는 전자기 방사선에 노출된다. 바람직하게, 기판은 레이저로부터 방출되는 연속파 전자기 방사선으로 레이저 어닐링된다. 본 명세서에서 정의되는 것으로, "연속파 전자기 방사선(continuous wave electromagnetic radiation)"은 버스트(burst) 또는 펄스형이 아닌, 연속적으로 방출되는 방사선이다. 선택적으로, 기판은 전자기 방사선의 펄스로 레이저 어닐링된다. 또다른 실시예에서, 전자기 방사선은 전자기 방사선의 광범위한 소스 예를 들어, 크세논 ARC 램프와 같은 램프에 의해 제공된다.
일 실시예에서, 전자기 방사선은 약 600nm 내지 약 1000nm 사이의 파장을 갖는다. 바람직한 실시예에서, 전자기 방사선은 약 808nm 내지 약 810nm 사이의 파장을 갖는다. 바람직하게, 약 808nm 내지 약 810nm의 파장에서 층의 흡수계수는 약 0.01 내지 약 2.0 이다. 통상적으로, 레이저에 의해 방출되는 전자기 방사선의 전력 밀도는 약 90 kW/cm2과 같이, 약 10 kW/cm2 내지 약 200 kW/cm2이다.
레이저 어닐링 동안, 기판은 레이저에 의해 방출되는 방사선 라인에 따라 스캔된다. 전자기 방사선 라인은 약 35㎛ 폭과 같이 약 3㎛ 내지 약 500㎛ 사이의 폭일 수 있다.
레이저 또는 광범위한 전자기 방사선 소스에 의해 방출되는 전자기 방사선은 실질적으로 층에 의해 흡수된다. 광범위한 전자기 방사선 소스의 레이저에 의해 임의의 전자기 방사선이 방출되는 경우 층은 거의 반사되지 않는다. 따라서, 층은 흡수층 및 비-반사 코팅층 모두로서 개시될 수 있다. 다음 층은 상부에 층이 증착되는 기판에 흡수된 전자기 방사선에 의해 형성된 열에너지를 전달하고, 기판은 가열되고 어닐링된다. 바람직하게, 레이저를 면하는 상부 15㎛의 기판 표면과 같은, 기판 상부 표면층만이 가열되고 어닐링된다. 따라서, 일 실시예에서, 어닐링 프로세스는 다이나믹 표면 어닐링(DSA) 프로세스이다. 일 실시예에서, 기판 상부 표면은 약 1100℃ 내지 약 1410℃ 사이의 온도로 가열되고 1밀리초 정도의 시간에서 대략 대기 온도로 냉각된다.
본 명세서에서 개시되어 사용될 수 있는 레이저 장치(200)의 예가 도 2에 도시된다. 장치(200)는 연속파 전자기 방사선 모듈(201), 그 상부에 기판(214)을 수용하도록 구성된 스테이지(216), 및 병진(translation) 메커니즘(218)을 포함한다. 연속파 전자기 방사선 모듈(201)은 연속파 전자기 방사선 소스(202) 및 연속파 전자기 방사선 소스(202)와 스테이지(216) 사이에 배치된 포커싱 광학계(220)를 포함 한다.
바람직한 실시예에서, 연속파 전자기 방사선 소스(202)는 적어도 15초 동안 연속적으로 방사선을 방출할 수 있다. 또한, 바람직한 실시예에서, 연속파 전자기 방사선 소스(202)는 다중 레이저 다이오드를 포함하며, 이들 각각은 동일한 파장에서 균일한 간격에 따른 간섭성(coherent) 광을 산출한다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 레이저 다이오드(들)의 전력 범위는 0.5kW 내지 50kW 이며, 바람직하게는 약 2kW이다. 적절한 레이저 다이오드는 캘리포니아 산타 클라라의 코히런트사(Coherent Inc.), 캘리포니아의 스펙트라-피직스(Spectra-Physics), 또는 챨스 미주리 스트리트의 컷팅 에지 옵트로닉스사(Cutting Edgy Optronics, Inc.)에 의해 제조된다. 바람직한 레이저 다이오드는 컷팅 에지 옵트로닉스사에 의해 만들어지지만, 다른 적절한 레이저 다이오드로는 스펙트라 피직스 MONSOON
멀티-바 모듈(MBM)이 있으며, 이는 레이저 다이오드 모듈당 40-480 watt의 연속파 전력을 제공한다.
바람직하게 포커싱 광학계(220)는 연속파 전자기 방사선 소스(202)로부터 실질적으로 평행한 빔(208)으로 방사선(204)을 조준하기 위해 하나 이상의 콜리메니터(206)를 포함한다. 다음 조준된 방사선(208)은 적어도 하나의 렌즈(210)에 의해 기판(214)의 상부 표면(224)에서 방사선(222) 라인으로 포커싱된다.
렌즈(210)는 라인으로 방사선을 포커싱할 수 있는 임의의 적절한 렌즈, 또는 일련의 렌즈들이다. 바람직한 실시예에서, 렌즈(210)는 실린더형 렌즈이다. 선택적으로, 렌즈(210)는 하나 이상의 오목 렌즈, 볼록 렌즈, 평면 거울, 볼록 거울, 반사 렌즈, 굴절 렌즈, 프레넬 렌즈, 굴절률 분포형 렌즈(gradient index lense) 등일 수 있다.
스테이지(216)는 하기에 설명되는 것처럼, 병진 동안 기판(214)을 안정하게 보유할 수 있는 임의의 플랫폼 또는 척이다. 바람직한 실시예에서, 스테이지(216)는 마찰, 중력, 기계적, 또는 전기적 시스템과 같이 기판을 파지하는(grasping) 수단을 포함한다. 적절한 파지 수단의 예로는 기계적 클램프, 정전기 또는 진공 척 등이 있다.
또한 장치(200)는 서로에 대해 스테이지(216) 및 방사선(222) 라인을 병진이동시키도록 구성된 병진 메커니즘(218)을 포함한다. 일 실시예에서, 병진 메커니즘(218)은 연속파 전자기 방사선 소스(202) 및/또는 포커싱 광학계(220)에 대해 스테이지(216)를 이동시키기 위해 스테이지(216)에 결합된다. 또 다른 실시예에서, 병진 메커니즘(218)은 스테이지(216)에 대해 연속파 전자기 방사선 소스(202) 및/또는 포커싱 광학계(220)를 이동시키기 위해 연속파 전자기 방사선 소스(202) 및/또는 포커싱 광학계(220)와 결합된다. 또 다른 실시예에서, 병진 메커니즘(218)은 연속파 전자기 방사선 소스(202) 및/또는 포커싱 광학계(220), 및 스테이지(216)를 이동시킨다. 컨베이어 시스템, 랙 및 피니언 시스템 등과 같은 임의의 적절한 병진 메커니즘이 사용될 수 있다.
바람직하게 병진 메커니즘(218)은 서로에 대해 스테이지(216) 및 방사선(222) 라인이 이동하는 스캔 속도를 제어하기 위해 제어기(226)에 결합된다. 또한, 서로에 대한 스테이지(216)와 방사선(222) 라인의 병진이동은 바람직하게 방사 선(222) 라인에 수직이며 기판(214)의 상부 표면(224)에 평행한 경로를 따른다. 바람직한 실시예에서, 병진 메커니즘(218)은 일정한 속도로 이동한다. 바람직하게, 상기 일정한 속도는 35 미크론 폭 라인에 대해 약 2cm/s이다. 또 다른 실시예에서, 서로에 대한 스테이지(216)와 방사선(222) 라인의 병진이동은 방사선(222) 라인에 수직인 경로를 따르지 않는다.
도 2에 도시되고 개시된 레이저 및 본 명세서에서 개시된 실시예들을 이용할 수 있는 다른 레이저의 실시예가 "Thermal Flux Process by Scanning" 이란 명칭으로 2002년 4월 18일자로 출원된 공동 양도된 미국 특허 출원 번호 10/126, 419호에 개시되며, 상기 문헌은 본 명세서에서 참조된다.
기판이 어닐링된 이후, 층은 기판으로부터 제거될 수 있다. 비정질 탄소 또는 비정질 탄소 및 질소, 붕소, 인, 불소 또는 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 도펀트를 포함하는 층의 실시예에서, 층은 산소 애싱 프로세스에 의해 기판으로부터 제거될 수 있다. 산소 애싱 프로세스는 포토레지스트 애싱 챔버에서 수행될 수 있다. 바람직하게, 산소 애싱 프로세스 이후, 기판은 애싱 프로세스로부터 잔류물을 제거하기 위해, 묽은 HF 세정 또는 SC1 + DI/O3 세정과 같은 습식 세정 처리된다.
본 발명의 실시예에 따른 예시적인 기판 프로세싱 시퀀스가 도 3A-3F를 참조로 하기에 도시된다. 실리콘을 포함하는 기판(300)이 도 3A에 도시된 것처럼 제공된다. 필드 산화물층(302), 게이트 유전체(304), 및 게이트 전극(306)이 도 3B에 도시된 것처럼 기판(300)의 게이트 소스 영역(303) 및 드레인 소스 영역(305)을 형성하기 위해 종래의 방법에 따라 기판(300) 상에 증착 및 패터닝된다. 다음 도펀트 이온이 기판(300)속에 주입되어 도 3C에 도시된 것처럼, 게이트 소스(308) 및 게이트 드레인(310)을 형성한다. 비정질 탄소 및 선택적으로 도펀트를 포함하는 층(312)이 도 3D에 도시된 것처럼 본 발명에 따라 기판(300)상에 증착된다. 다음 기판(300)이 도 3E에 도시된 것처럼 본 발명에 따라 레이저 어닐링된다. 산소 애싱 프로세스에 의해 도 3F에 도시된 것처럼, 층(312)이 기판으로부터 제거된다.
도 3A-3F에는 기판 상에 단지 하나의 게이트 소자만이 도시되었지만, 본 명세서에 개시된 층들은 상이한 크기, 형태 및 물질로 기판 표면에 대해 가변 밀도에서 간격을 둔 다수의 소자들을 포함하는 기판상에 형성된다는 것이 인식된다. 층들은 기판 표면에 대해 가변적인 소자 토포그래피에도 불구하고 기판의 어닐링 동안 기판 표면에 대해 균일한 가열을 조장하는 것으로 여겨진다. 특히, 층은 약 808nm 내지 약 810nm 사이의 파장을 가지는 전자기 방사선에 기판이 노출되는 레이저 어닐링 프로세스 동안 기판 표면에 대해 균일한 가열을 조장하는 약 808nm 내지 약 810nm 사이의 파장을 갖는 전자기 방사선에 대해 높은 방사율을 갖는 것으로 여겨진다.
실시예들
실시예
1-9
비정질 탄소를 포함하는 층이 하기의 처리 조건하에서 PECVD 챔버에서 9개 실리콘 기판상에 증착된다: 550℃, 7 Torr, 13.56MHz의 주파수에서 700 watt의 RF 전력, 1200 sccm C3H6, 650 sccm He, 및 챔버 샤워헤드와 기판 지지체 간의 270mils 간격. 층은 실시예 1-7에서 챔버 샤워헤드 없이 증착된다. 층은 실시예 8 및 9에 제공되는 챔버 새도우 링 없이 증착된다. 다음 기판은 본 명세서에서 제공되는 실시예들에 따라 레이저 어닐링된다. 증착되는 층 두께, 증착 시간, 및 810nm의 전자기 방사선에 대한 층 방사율이 표 1에 도시된다.
표 1
| 기판 | 대략적인 두께(Å) | 방사율 | 증착 시간(sec) |
| 1 | 936 | 0.89 | 63 |
| 2 | 800 | 0.84 | 54 |
| 3 | 900 | 0.89 | 61 |
| 4 | 1000 | 0.91 | 68 |
| 5 | 1100 | 0.93 | 74 |
| 6 | 1200 | 0.94 | 81 |
| 7 | 1300 | 0.92 | 88 |
| 8 | 900 | 0.87 | 34 |
| 9 | 1200 | 0.9 | 45 |
실시예 10-17
비정질 탄소 및 질소를 포함하는 층이 하기의 처리 조건하에서 PECVD 챔버에서 8개 실리콘 기판상에 증착된다: 400℃, 7 Torr, 13.56MHz의 주파수에서 1200 watt의 RF 전력, 350 sccm C3H6, 3400 sccm N2, 및 챔버 샤워헤드와 기판 지지체 간의 270mils 간격. 층은 실시예 10-15에서 챔버 새도우 링 없이 증착된다. 층은 실시예 16 및 17에서 챔버 새도우 링 제공하에 증착된다. 다음 기판은 본 명세서 에서 제공되는 실시예에 따라 레이저 어닐링된다. 증착된 층의 두께, 증착 시간, 및 810nm의 전자기 방사선에 대한 층의 방사율이 표 2에 도시된다.
표 2
| 기판 | 대략적인 두께(Å) | 방사율 | 증착 시간(sec) |
| 10 | 800 | 0.91 | 17 |
| 11 | 900 | 0.95 | 19 |
| 12 | 1000 | 0.98 | 21 |
| 13 | 1100 | 0.99 | 24 |
| 14 | 1200 | 0.99 | 26 |
| 15 | 1300 | 0.97 | 28 |
| 16 | 850 | 0.94 | 17 |
| 17 | 1200 | 0.98 | 25 |
표 1 및 표 2에 도시된 것처럼, 비정질 탄소 및 비정질 탄소와 질소를 포함하며 약 800Å 내지 약 1500 Å 사이의 두께를 갖는 층들은 약 808nm 내지 약 810nm 사이, 이를 테면 810nm와 같이, 약 600nm 내지 약 1000nm 사이의 파장을 가지는 전자기 방사선에 대해 0.84 이상의 방사율을 갖는다. 비정질 탄소 및 질소를 포함하는 층들은 비정질 탄소는 포함하나 질소는 포함하지 않는 비교가능한 두께의 층들 보다 높은 방사율을 갖는다는 것이 예상치못하게 발견되었다. 이는 PECVD에 의해 증착된 비정질 탄소층에 대한 밴드갭이 통상적으로 약 1.4 eV인 반면, 질소를 포함하는 비정질 탄소층의 밴드갭은 통상적으로 약 0.6 eV이기 때문에, 질소가 비정질 탄소층의 열전도성을 증가시키는 것으로 여겨진다.
도 4는 상이한 광 흡수 계수, k를 가지며, 비정질 탄소 또는 비정질 탄소와 질소를 포함하는 층들의 810nm 파장을 갖는 방사선의 흡수율 %를 나타낸다. 도 4는 비정질 탄소 및 질소를 포함하는 층들이 탄소는 포함하나 질소는 포함하지 않는 비교할만한 두께의 층들 보다 810nm의 파장을 가지는 전자기 방사선의 상당량을 흡수한다는 것을 나타낸다. 비정질 탄소층에 질소 첨가는 약 808nm 내지 약 810nm 사이와 같이 약 600nm 내지 약 1000nm의 파장을 가지는 전자기 방사선의 층의 흡수율을 증가시키는 것으로 여겨진다.
비정질 탄소 및 질소를 포함하는 층들의 또다른 장점이 인지된다. 예를 들어, 비정질 탄소 및 질소를 포함하는 층은 약 1150Å과 같은 두께로 약 400℃와 같은 낮은 온도에서 증착되어, 약 700nm 내지 약 1mm 사이의 파장을 가지는 전자기 방사선의 양호한 흡수를 달성할 수 있는 반면, 비정질 탄소는 포함하나 질소는 포함하지 않는 층은 통상적으로 약 1200Å과 같은 두께로 약 550℃와 같은 높은 온도에서 증착되어 약 808nm 내지 약 810nm 사이의 파장을 가지는 전자기 방사선의 양호한 흡수를 달성할 수 있다. 낮은 증착 온도는 기판내 실리콘의 바람직하지 않은 재결정화를 야기시킬 수 있는 온도에 대한 기판 노출을 최소화시키기 때문에 바람직하다.
지금까지 본 발명의 실시예에 관해 설명했지만, 본 발명의 다른 실시예들이 첨부되는 청구항에 의해 한정되는 본 발명의 기본 개념 및 범주를 이탈하지 않고 고안될 수 있다.
Claims (36)
- 기판상에 비정질 탄소를 포함하는 층을 증착하는 단계; 및이어서, 적어도 약 300℃의 온도로 상기 층을 가열하기에 충분한 조건하에서 약 600nm 내지 약 1000nm 사이에서 하나 이상의 파장을 가지는 전자기 방사선에 상기 기판을 노출시키는 단계를 포함하는, 기판 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전자기 방사선에 기판을 노출시키는 단계는 상기 기판을 레이저 어닐링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 레이저 어닐링은 상기 기판 표면에 대해 연장되는 라인으로 연속파 전자기 방사선을 포커싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전자기 방사선은 램프에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 비정질 탄소를 포함하는 층은 플라즈마 강화 화학적 기상 증착에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판을 전자기 방사선에 노출시킨 후 상기 기판으로부터 상기 층을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 비정질 탄소를 포함하는 층을 증착하기 이전에 상기 기판으로 도펀트 이온들을 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 기판은 상기 주입된 도펀트 이온들을 활성화시키기에 충분한 시간 주기 동안 상기 전자기 방사선에 노출되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 비정질 탄소 및 질소, 붕소, 인, 불소 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 도펀트를 포함하는 층을 기판상에 증착하는 단계; 및이어서, 적어도 약 300℃의 온도로 상기 층을 가열하기에 충분한 조건하에서 약 600nm 내지 약 1000nm 사이에서 하나 이상의 파장을 갖는 전자기 방사선에 상기 기판을 노출시키는 단계를 포함하는, 기판 처리 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 전자기 방사선에 기판을 노출시키는 단계는 상기 기판을 레이저 어닐링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 레이저 어닐링하는 단계는 상기 기판 표면에 대해 연장되는 라인으로 연속파 전자기 방사선을 포커싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 전자기 방사선은 램프에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 도펀트는 질소인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 층은 약 250℃ 내지 약 450℃ 사이의 온도에서 증착되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 층은 플라즈마 강화 화학적 기상 증착에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 전자기 방사선에 기판을 노출시킨 이후 상기 기판으로부터 상기 층을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 비정질 탄소를 포함하는 층을 증착하기 이전에 상기 기판에 도펀트 이온들을 주입하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 제 17 항에 있어서,상기 기판은 상기 주입된 도펀트 이온들을 활성화시키기에 충분한 시간 주기 동안 상기 전자기 방사선에 노출되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
- 실리콘을 포함하는 기판을 처리하는 방법으로서,약 600nm 내지 약 1000nm 사이의 파장을 가지는 전자기 방사선에 대해 약 0.84 이상의 방사율을 갖는 층을 제공하기에 충분한 조건하에서 약 200Å 내지 약 2.5㎛ 사이의 두께를 갖는 층을 증착하는 단계; 및이어서, 상기 기판을 레이저 어닐링하는 단계를 포함하는, 실리콘을 포함하는 기판 처리 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 층은 비정질 탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘을 포함하는 기판 처리 방법.
- 제 20 항에 있어서,상기 층은 질소, 붕소, 인, 불소 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 도펀트를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘을 포함하는 기판 처리 방법.
- 제 20 항에 있어서,상기 층은 질소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘을 포함하는 기판 처리 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 층은 약 800Å 내지 약 1500Å 사이의 두께를 가지며, 상기 층은 약 808nm 내지 약 810nm 사이의 파장을 가지는 전자기 방사선에 대해 약 0.84 이상의 방사율을 갖는 층을 제공하기에 충분한 조건하에서 증착되는 것을 특징으로 하는 실리콘을 포함하는 기판 처리 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 레이저 어닐링은 상기 기판 표면에 대해 연장되는 라인으로 연속파 전자기 방사선을 포커싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘을 포함하는 기판 처리 방법.
- 제 19 항에 있어서,비정질 탄소를 포함하는 층을 증착하기 이전에 상기 기판에 도펀트 이온들을 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘을 포함하는 기판 처리 방법.
- 제 25 항에 있어서,상기 주입 이후 상기 기판에 게이트 소스 영역 및 게이트 드레인 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘을 포함하는 기판 처리 방법.
- 제 26 항에 있어서,상기 기판은 상기 주입된 도펀트 이온들을 활성화시키기에 충분한 시간 주기 동안 레이저 어닐링되는 것을 특징으로 하는 실리콘을 포함하는 기판 처리 방법.
- 기판상에 비정질 탄소를 포함하는 층을 증착하는 단계; 및이어서, 적어도 약 300℃의 온도로 상기 층을 가열하기에 충분한 조건하에서 약 600nm 내지 약 1000nm 사이에서 하나 이상의 파장을 가지는 전자기 방사선에 상기 기판을 노출시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 처리되는 기판.
- 제 28 항에 있어서,상기 전자기 방사선에 상기 기판을 노출시키는 단계는 상기 기판을 레이저 어닐링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판.
- 제 29 항에 있어서,상기 레이저 어닐링하는 단계는 상기 기판의 표면에 대해 연장되는 라인으로 연속파 전자기 방사선을 포커싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판.
- 제 28 항에 있어서,상기 전자기 방사선은 램프에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 기판.
- 제 28 항에 있어서,상기 층은 질소, 붕소, 인, 불소 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 도펀트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판.
- 제 28 항에 있어서,상기 기판은 질소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판.
- 제 33 항에 있어서,상기 층은 약 808nm 내지 약 810nm 사이에서 파장을 가지는 전자기 방사선에 대해 약 0.84 이상의 방사율을 갖는 것을 특징으로 하는 기판.
- 제 28 항에 있어서,상기 방법은 비정질 탄소를 포함하는 층을 증착하기 이전에 상기 기판에 도펀트 이온들을 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판.
- 제 35 항에 있어서,상기 기판은 상기 주입된 도펀트 이온들을 활성화시키기 충분한 시간 주기 동안 상기 전자기 방사선에 노출되는 것을 특징으로 하는 기판.
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