KR20160000414A - Method of laser annealing a semiconductor wafer with localized control of ambient oxygen - Google Patents

Method of laser annealing a semiconductor wafer with localized control of ambient oxygen Download PDF

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KR20160000414A
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semiconductor wafer
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chamber
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KR1020150076077A
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제임스 티. 맥훠터
아서 더블유. 자피로파울루
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울트라테크 인크.
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Abstract

The present invention relates to a method for laser-annealing a semiconductor wafer by using a formation gas to reduce the degree of oxidation by locally controlling an ambient oxygen gas during laser-annealing. The formation gas includes an inert gas such as a hydrogen gas or a nitrogen gas. If an oxygen gas and the formation gas around an annealing spot on a surface of a semiconductor wafer are locally heated, a local region is generated and combustion of the oxygen gas and a hydrogen gas occurs in the region to generate steam. The combustion reaction reduces the oxygen gas concentration in the local region, locally reduces the amount of the ambient oxygen gas thereby, and then reduces an oxidation speed on the surface of the semiconductor wafer during an annealing process.

Description

주위 산소 가스의 국부적 제어로 반도체 웨이퍼를 레이저 어닐링하는 방법{METHOD OF LASER ANNEALING A SEMICONDUCTOR WAFER WITH LOCALIZED CONTROL OF AMBIENT OXYGEN}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a method of laser annealing a semiconductor wafer by local control of ambient oxygen gas.

본 발명은 레이저 어닐링에 관한 것이고, 구체적으로는 주위 산소 가스의 국부적 제어에 의한 레이저 어닐링 방법에 관한 것이다.The present invention relates to laser annealing, and more particularly to a laser annealing method by local control of ambient oxygen gas.

여기서 언급된 모든 간행물 또는 특허 문헌의 전체 개시내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함되며, 미국 특허 제5,997,963호; 제6,747,245호; 제7,098,155호; 제7,157,660호; 제7,763,828호; 및 제8,309,474호, 및 제9,029,809호를 포함한다.The entire disclosures of all publications or patent documents mentioned herein are incorporated herein by reference and are incorporated herein by reference in their entirety, including U.S. Patents 5,997,963; 6,747,245; 7,098, 155; 7,157,660; 7,763,828; And 8,309,474, and 9,029,809.

레이저 어닐링(레이저 스파이크 어닐링, 레이저 열 어닐링, 레이저 열처리 등으로로 지칭됨)은 반도체 제조에서 다양한 응용에 대해 사용되며, 트랜지스터 및 관련된 타입의 반도체 피처(features)와 같은 능동 마이크로회로를 형성할 때 반도체 웨이퍼 내에 형성되는 디바이스(구조체)의 특정 구역들 내의 도펀트를 활성화시키는 경우를 포함한다.Laser annealing (referred to as laser spike annealing, laser thermal annealing, laser heat treatment, etc.) is used for a variety of applications in semiconductor fabrication, and when forming active microcircuits such as transistors and related types of semiconductor features, And activating the dopant in specific regions of the device (structure) formed in the wafer.

레이저 어닐링 처리는 미국 특허 제5,997,963호 및 제9,029,809호에서 논의된 마이크로챔버와 같은 처리(또는 반응) 챔버에서 진공상태에서 통상적으로 일어난다. 진공을 사용하는 한 가지 이유는 처리되는 반도체 웨이퍼의 표면에 존재하는 산소 가스의 양을 감소시키는 것이며 이는 산소 가스가 반응성이 매우 높아 반도체 웨이퍼 표면을 산화시키기 때문이다. 이것은 온도가 높을수록 산화 속도를 증가시키기 때문에 레이저 어닐링과 관련된 높은 온도에서 특히 그렇다.The laser annealing process typically occurs in a vacuum in a process (or reaction) chamber, such as the microchamber discussed in U.S. Patent Nos. 5,997,963 and 9,029,809. One reason for using a vacuum is to reduce the amount of oxygen gas present on the surface of the semiconductor wafer being processed because the oxygen gas is highly reactive and oxidizes the surface of the semiconductor wafer. This is especially true at higher temperatures associated with laser annealing because higher temperatures increase the oxidation rate.

정상의 진공 조건하에서, 처리 챔버 실내의 산소 가스 농도는 약 50 ppm(parts-per-million)(체적)까지 감소될 수 있다. 산소 가스 농도를 추가로 감소시키는 것은 과제이며 고가의 설비(예컨대, 더욱 강력한 진공 펌프)가 필요할 뿐만 아니라 처리챔버에 상당한 변경이 요구된다.Under normal vacuum conditions, the oxygen gas concentration in the process chamber interior can be reduced to about 50 ppm (parts-per-million) (volume). Further reduction of the oxygen gas concentration is a challenge and requires expensive equipment (e.g., a more powerful vacuum pump) as well as significant changes to the process chamber.

그러므로 종래의 진공-기반 접근법을 사용하여 사용될 수 있으면서도 레이저 어닐링되는 반도체 웨이퍼의 표면에서 산소 가스의 양을 감소시키는 저비용의 간단한 방법을 구비하는 것이 바람직하다.It would therefore be desirable to have a simple, low-cost method of reducing the amount of oxygen gas at the surface of a semiconductor wafer that can be used using conventional vacuum-based approaches while being laser annealed.

본 발명의 일 측면은, 표면을 가진 반도체 웨이퍼를 레이저 어닐링하는 방법이다. 상기 방법은: 상기 반도체 웨이퍼를 처리챔버의 실내에 배치하는 단계; 상기 처리챔버의 실내가 최초의 O2 농도로 O2를 포함하도록 상기 처리챔버의 실내에 진공을 형성하는 단계; H2 및 완충가스를 포함하는 형성가스를 상기 처리챔버 내에 도입하는 단계; 및 상기 처리챔버의 실내를 통과하여 상기 반도체 웨이퍼의 표면 위의 어닐링 장소에 입사하도록 레이저 빔을 조향함으로써, 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 어닐링하고 또한 상기 어닐링 장소를 둘러싸는 국부영역 내에서 O2와 형성가스의 H2의 국부적 가열을 일으키는 단계를 포함하며, 상기 국부영역 내에서 O2 및 H2의 연소가 일어나 H2O 증기를 발생시켜, 상기 최초의 O2 농도와 비교하여 상기 국부영역 내의 O2 농도를 감소시키는 것이다.One aspect of the present invention is a method of laser annealing a semiconductor wafer having a surface. The method includes: placing the semiconductor wafer in a chamber of a process chamber; Forming a vacuum in the chamber of the processing chamber such that the chamber of the processing chamber includes O 2 at an initial O 2 concentration; Introducing a forming gas comprising H 2 and a buffer gas into the processing chamber; And surface by steering the laser beam to be incident on the annealing location of the above, and annealing the surface of the semiconductor wafer is also formed with O 2 in the local area surrounding the annealing location of the semiconductor wafer through the interior of the processing chamber Causing localized heating of the H 2 of the gas, wherein combustion of O 2 and H 2 occurs in the localized region to generate H 2 O vapor, wherein the O 2 concentration in the localized region is compared to the initial O 2 concentration, 2 concentration.

본 발명의 또 하나의 측면은, 상기 형성가스가 바람직하게는 5 체적%의 H2 및 95 체적%의 N2를 포함하는, 레이저 어닐링하는 방법이다.Another aspect of the invention is a method in which a laser annealing to form the gas preferably comprises H 2 and N 2 with 95% by volume of 5% by volume.

본 발명의 또 하나의 측면은, 상기 국부영역이 바람직하게는 100 ℃ 내지 500 ℃ 범위의 연소온도(TC)에 의해 획정되는, 레이저 어닐링하는 방법이다.Another aspect of the present invention is a method of laser annealing wherein said localized region is defined by a combustion temperature (T C ), preferably in the range of 100 ° C to 500 ° C.

본 발명의 또 하나의 측면은, 상기 처리챔버가 바람직하게는 마이크로챔버를 포함하는, 레이저 어닐링하는 방법이다.Another aspect of the present invention is a method of laser annealing, wherein the processing chamber preferably includes a micro chamber.

본 발명의 또 하나의 측면은, 바람직하게는, 상기 어닐링 장소가 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 대해서는 이동하지만 상기 처리챔버의 실내 내의 최초 위치에 대해서는 고정되도록 상기 반도체 웨이퍼를 상기 레이저 빔에 대해서 이동시키는 단계를 추가로 포함하는, 레이저 어닐링 방법이다.In another aspect of the present invention, preferably, the step of moving the semiconductor wafer with respect to the laser beam such that the annealing position moves with respect to the surface of the semiconductor wafer but is fixed with respect to the initial position in the chamber of the processing chamber And a laser annealing method.

본 발명의 또 하나의 측면은, 상기 최초의 O2 농도가 바람직하게는 50 ppm(체적) 이상이고 상기 감소된 O2 농도는 10 ppm(체적) 이하인, 레이저 어닐링 방법이다.Another aspect of the present invention is a laser annealing process wherein the initial O 2 concentration is preferably greater than or equal to 50 ppm (volume) and the reduced O 2 concentration is less than or equal to 10 ppm (volume).

본 발명의 또 하나의 측면은, 상기 반도체 웨이퍼가 바람직하게는 용융 온도(TM)를 갖고, 상기 반도체 웨이퍼 표면의 어닐링은 바람직하게는 어닐링 온도(TA)에서 수행되며, TA는 TM보다 낮은, 레이저 어닐링 방법이다.Another aspect of the invention, the semiconductor wafer and preferably has a melting temperature (T M), the annealing of the semiconductor wafer surface is preferably carried out at an annealing temperature (T A), T A is T M lower, Laser annealing method.

본 발명의 또 하나의 측면은, 표면을 가진 반도체 웨이퍼의 어닐링 동안에 어닐링 장소를 둘러싸고 있는 국부영역 내의 산소 가스를 감소시키는 방법이다. 상기 방법은: 상기 반도체 웨이퍼 및 최초 농도의 산소 가스(O2)를 포함하는 처리챔버 내에 수소(H2) 및 완충가스의 형성가스를 도입하는 단계; 및 상기 반도체 웨이퍼 표면을 레이저 어닐링함으로써, 상기 어닐링 장소를 둘러싸고 있는 국부영역 내의 산소 가스 및 상기 형성가스의 수소 가스를 국부적으로 가열하는 단계를 포함하며, 상기 국부영역 내에서 산소 가스 및 수소 가스의 연소가 일어나 수증기를 발생시켜, 상기 산소 가스의 최초 농도와 비교하여 상기 국부영역 내의 산소 가스의 농도를 감소시키는, 산소 가스 감소 방법이다.Another aspect of the present invention is a method of reducing oxygen gas in a localized region surrounding an annealing location during annealing of a semiconductor wafer having a surface. The method comprises introducing a forming gas of hydrogen (H 2) and the buffer gas into the process chamber containing the oxygen gas (O 2) of the semiconductor wafer and the first concentration; And locally heating oxygen gas in the localized region surrounding the annealing site and hydrogen gas in the forming gas by laser annealing the surface of the semiconductor wafer, wherein combustion of oxygen gas and hydrogen gas in the localized region To generate steam to reduce the concentration of oxygen gas in the local region compared to the initial concentration of the oxygen gas.

본 발명의 또 하나의 측면은, 상기 완충가스가 바람직하게는 5 체적%의 수소 가스와 95 체적%의 질소 가스를 포함하는, 산소 가스 감소 방법이다.Another aspect of the present invention is an oxygen gas reducing method, wherein the buffer gas preferably contains 5 vol.% Hydrogen gas and 95 vol.% Nitrogen gas.

본 발명의 또 하나의 측면은, 상기 국부영역이 바람직하게는 100 ℃ 내지 500 ℃ 범위의 연소온도(TC)에 의해 획정되는, 산소 가스 감소 방법이다.Another aspect of the present invention is an oxygen gas reduction process wherein said localized zone is defined by a combustion temperature (T C ), preferably in the range of 100 ° C to 500 ° C.

본 발명의 또 하나의 측면은, 상기 처리챔버는 바람직하게는 마이크로챔버를 포함하는, 산소 가스 감소 방법이다.In another aspect of the present invention, the processing chamber is preferably an oxygen gas reducing method including a micro chamber.

본 발명의 또 하나의 측면은, 상기 처리챔버는 바람직하게는 대기압보다 낮은 압력을 갖는, 산소 가스 감소 방법이다.Yet another aspect of the present invention is a process for reducing oxygen gas, preferably having a pressure lower than atmospheric pressure.

본 발명의 또 하나의 측면은, 바람직하게는, 상기 어닐링 장소가 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 대해서는 이동하지만 상기 처리챔버의 실내 내의 최초 위치에 대해서는 고정되도록 상기 반도체 웨이퍼를 레이저 빔에 대해서 이동시키는 단계를 추가로 포함하는, 산소 가스 감소 방법이다.Yet another aspect of the present invention is a method of manufacturing a semiconductor wafer, comprising the steps of: moving the semiconductor wafer with respect to the laser beam such that the annealing site moves relative to the surface of the semiconductor wafer but is fixed relative to an initial position in the chamber of the processing chamber Further comprising an oxygen gas reducing method.

본 발명의 또 하나의 측면은, 상기 산소 가스의 최초 농도가 바람직하게는 50 ppm(체적) 이상이고 상기 감소된 산소 농도는 10 ppm(체적) 이하인, 산소 가스 감소 방법이다.Another aspect of the invention is an oxygen gas reduction process wherein the initial concentration of oxygen gas is preferably greater than or equal to 50 ppm (volume) and the reduced oxygen concentration is less than or equal to 10 ppm (volume).

본 발명의 또 하나의 측면은, 상기 반도체 웨이퍼가 바람직하게는 용융 온도(TM)를 갖고, 상기 반도체 웨이퍼 표면의 어닐링이 바람직하게는 어닐링 온도(TA)에서 수행되며, TA는 TM보다 낮은, 산소 가스 감소 방법이다.Another aspect of the invention, and the semiconductor wafer preferably carried out at a melting temperature (T M) to have, the annealing of the semiconductor wafer surface preferably at an annealing temperature (T A), T A is T M lower, Oxygen gas reduction method.

본 발명의 또 하나의 측면은, 표면을 가진 반도체 웨이퍼를 레이저 어닐링하는 방법이다. 상기 방법은: 최초의 O2 농도의 O2를 포함하는 처리챔버의 실내에 상기 반도체 웨이퍼를 배치하는 단계; H2 및 완충가스를 포함하는 형성가스를 상기 처리챔버 내에 도입하는 단계; 및 상기 처리챔버의 실내를 통과하여 상기 반도체 웨이퍼의 표면 위의 어닐링 장소에 입사하도록 레이저 빔을 조향함으로써, 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 어닐링하고 또한 상기 어닐링 장소를 둘러싸는 국부영역 내에서 O2와 상기 형성가스의 H2의 국부적 가열을 일으키는 단계를 포함하며, 상기 국부영역 내에서 O2 및 H2의 연소가 일어나 H2O 수증기를 발생시켜, 상기 최초의 O2 농도와 비교하여 상기 국부영역 내의 O2 농도를 감소시키는, 레이저 어닐링 방법이다.Another aspect of the present invention is a method of laser annealing a semiconductor wafer having a surface. The method comprising the steps of: placing the semiconductor wafer in the interior of the process chamber comprising a first O 2 O 2 concentration; Introducing a forming gas comprising H 2 and a buffer gas into the processing chamber; And the O 2 in the localized area passes through the interior, by steering the laser beam to be incident on the annealing places on the surface of the semiconductor wafer, annealing the surface of the semiconductor wafer, and also surrounding the annealing location of the processing chamber and the includes the step causing a localized heating of H 2 in the forming gas, to the combustion of the O 2 and H 2 in the local area up generating a H 2 O vapor, as compared to the first O 2 concentration in the local area 0.0 > O2 < / RTI > concentration.

본 발명의 또 하나의 측면은, 바람직하게는, 상기 처리챔버의 실내에 상기 반도체 웨이퍼를 배치한 후 진공을 형성하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 최초의 O2 농도는 상기 진공 형성 후에 상기 처리챔버 내에 남아있는 잔류 O2의 양에 의해 정해지는, 레이저 어닐링 방법이다.The other side of the, preferably, to the interior of the processing chamber, and further comprising the step of creating a vacuum after placing the semiconductor wafer, O 2 concentration of the first present invention, the treatment after the formation of the vacuum Is determined by the amount of residual O 2 remaining in the chamber.

본 발명의 또 하나의 측면은, 상기 최초의 O2 농도가 바람직하게는 50 ppm(체적) 이상이고 상기 감소된 O2 농도는 10 ppm(체적) 이하인, 레이저 어닐링 방법이다.Another aspect of the present invention is a laser annealing process wherein the initial O 2 concentration is preferably greater than or equal to 50 ppm (volume) and the reduced O 2 concentration is less than or equal to 10 ppm (volume).

본 발명의 또 하나의 측면은, 상기 처리챔버가 바람직하게는 마이크로챔버를 포함하는, 레이저 어닐링 방법이다.Another aspect of the present invention is a laser annealing method, wherein said processing chamber preferably comprises a micro chamber.

본 발명의 또 하나의 측면은, 상기 완충가스가 바람직하게는 5 체적%의 수소 가스와 95 체적%의 질소 가스로 이루어지는, 레이저 어닐링 방법이다.Another aspect of the present invention is a laser annealing method wherein the buffer gas is preferably composed of 5% by volume of hydrogen gas and 95% by volume of nitrogen gas.

본 발명에 의하면, 종래의 진공-기반 접근법을 사용하여 사용될 수 있으면서도 레이저 어닐링되는 반도체 웨이퍼 표면에서 산소 가스의 양을 감소시키는 저비용의 간단한 방법을 제공하는 것이 가능하다.According to the present invention, it is possible to provide a simple, low-cost method of reducing the amount of oxygen gas at the surface of a semiconductor wafer that can be used using a conventional vacuum-based approach while being laser annealed.

첨부 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 본 발명의 하나 이상의 실시예를 도시하고 상세한 설명과 함께 본 발명의 동작과 원리를 설명하는 역할을 한다. 따라서, 아래와 같은 첨부된 도면과 함께 발명의 상세한 설명을 참조함으로써 본 발명은 더욱 완전히 이해될 수 있을 것이다.
도 1a는 본 발명에 따른 어닐링 및 주위 산소 가스(O2)의 국부적 제어 방법을 실행하는데 사용하기에 적합한 처리챔버시스템의 실시예의 개략적인 단면도(X-Z 평면에서)를 도시하고,
도 1b는 도 1a의 처리챔버시스템의 주요 구성요소들의 일부의 분해도이고,
도 1c는 도 1a의 처리챔버시스템의 평면도(X-Y 평면에서)로서, 선(1-1)은 도 1a를 위해 취해진 단면을 나타내며,
도 2는 도 1a의 처리챔버시스템의 간략한 도시로서, 주위 산소 가스의 국부적 제어를 수행하기 위해 형성가스(a forming gas)를 사용하는 국부영역의 형성을 포함하는 실시예 어닐링 방법을 도시하며,
도 3a는 형성가스의 도입 이후 처리챔버 내부의 반도체 웨이퍼의 웨이퍼 표면의 확대도(close-up view)로서, 형성가스 및 산소 가스가 어떻게 레이저 어닐링 전에 반도체 웨이퍼 표면에 거의 균일하게 분포되는지를 보여주며,
도 3b는 반도체 웨이퍼 표면 위의 어닐링 장소를 둘러싸고 또한 레이저 어닐링 동안 형성되는 국부영역의 확대도로서, 상기 국부영역 내 산소 가스 농도는 국부영역 내 산소 가스 양(농도)의 감소로 인해 처리챔버 내부의 다른 부분에서의 산소 가스 농도보다 더 낮다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this specification. The drawings illustrate one or more embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles and operation of the invention. Accordingly, the present invention may be more fully understood by reference to the following detailed description of the invention when taken in conjunction with the accompanying drawings wherein: Fig.
And Figure 1a shows a schematic cross-sectional view (in plane XZ), a suitable embodiment of the process chamber system for use in practicing the method of controlling the local annealing and around the oxygen gas (O 2) according to the invention,
1B is an exploded view of a portion of the major components of the process chamber system of FIG. 1A,
1C is a top view (in the XY plane) of the process chamber system of FIG. 1A, line 1-1 represents the cross-section taken for FIG. 1A,
FIG. 2 is a simplified illustration of the process chamber system of FIG. ≪ RTI ID = 0.0 > 1A < / RTI > showing an embodiment annealing method involving the formation of a localized region using a forming gas to perform local control of ambient oxygen gas,
3A is a close-up view of the wafer surface of a semiconductor wafer within the processing chamber after the introduction of the forming gas, showing how the forming gas and the oxygen gas are approximately uniformly distributed on the surface of the semiconductor wafer before laser annealing ,
3B is an enlarged view of a localized region surrounding and surrounding the annealing location on the surface of the semiconductor wafer and formed during laser annealing, wherein the oxygen gas concentration in the localized region is less than the concentration of oxygen in the processing chamber interior Is lower than the oxygen gas concentration in the other part.

이제 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 가능한 한, 동일한 또는 유사한 참조 번호와 기호가 동일하거나 유사한 부분을 나타내도록 도면 전체에서 사용된다. 도면에서 축척은 필수적인 것은 아니며, 당해 기술분야의 숙련된 기술자는 본 발명의 주요 측면을 도시하기 위해 도면의 어느 부분이 간략화되었는지 인식할 수 있을 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention. Wherever possible, the same or similar reference numerals and symbols are used throughout the drawings to refer to the same or like parts. Scaling is not essential in the figures, and one of ordinary skill in the art will recognize which portions of the drawings have been simplified to illustrate major aspects of the present invention.

첨부된 청구항들은 본원의 상세한 설명의 일부를 구성하고, 상세한 설명에 포함된다.The appended claims constitute part of the Detailed Description of the invention and are included in the Detailed Description.

본 명세서에서 언급된 임의의 간행물 또는 특허 문헌의 전체 내용은 참조에 의해 여기에 포함된다.The entire contents of any publication or patent document referred to herein are incorporated herein by reference.

도면들 중 일부에서는, 참조를 위해 직각좌표계가 제시되며 이것은 방향 또는 방위를 한정하려는 의도는 아니다.In some of the figures, a rectangular coordinate system is presented for reference and is not intended to limit orientation or orientation.

아래의 설명에서, 용어 처리챔버 내부와 관련하여 사용된 용어 "진공을 형성하는(pulling a vacuum)" 또는 용어 "비움(evacuated)"은 처리챔버 내부의 압력을 처리챔버의 외부의 주변 또는 대기압보다 낮게 감소시키는 것을 의미하며, 처리챔버 내부로부터 모든 원자들의 제거(배출)를 반드시 의미하는 것은 아니다. 여기서 설명되는 실시예 방법들은 처리챔버 내부에 진공을 형성하거나 아니면 처리챔버를 비우는 것을 포함하며, 처리챔버 내부는 산소 가스의 최초 농도(Cox)로 남겨진다. 본 명세서에서, 용어 "최초 농도"는 처리챔버 내 산소 가스 함유량의 국부적 제어를 수행하는 방법들이 이 농도에서 시작해서 상기 최초 농도(COX)에 비해서 감소된 농도로 종료되는 것으로 수행되는 것을 가리키기 위해 사용된다.In the following description, the term "pulling a vacuum" or the term "evacuated " as used in connection with the term processing chamber interior refers to the pressure inside the processing chamber, , And does not necessarily mean the elimination (discharge) of all atoms from within the processing chamber. The exemplary methods described herein include forming a vacuum inside the process chamber or emptying the process chamber leaving the initial concentration of oxygen gas (C ox ) inside the process chamber. As used herein, the term "initial concentration" indicates that methods of performing local control of the oxygen gas content in the processing chamber are performed at this concentration beginning with a reduced concentration relative to the initial concentration (C OX ) .

본 명세서에서 용어 "공정(process)"과 "방법(method)"은 상호 교환적으로 사용된다.The terms " process "and" method "are used interchangeably herein.

문구 "주위 산소 가스의 국부적 제어"는 산소 가스의 최초 양(농도)에 비해서 산소 가스의 양(농도)의 국부적 감소를 의미한다.The phrase "local control of ambient oxygen gas" means a local decrease in the amount (concentration) of oxygen gas relative to the initial amount (concentration) of oxygen gas.

처리챔버시스템(Processing chamber system ( ProcessProcess chamberchamber systemsystem ))

도 1a는 본 명세서에서 개시된 방법들을 실행하는 용도로 적합한 처리챔버시스템(이하, "시스템"이라 함)(10)의 일 실시예의 개략적인 단면도(X-Z 평면에서)를 도시한다. 도 1b는 도 1a의 처리챔버시스템(10)의 주요 구성요소들의 일부의 분해도이다. 도 1c는 도 1a의 처리챔버시스템(10)의 평면도(X-Y 평면에서)로서, 선(1-1)은 도 1a를 위해 취해진 단면을 나타낸다. 도 1a 내지 도 1c는 '344 공개문헌을 인용한 것으로서 "마이크로챔버"로서 지칭되는 일종의 처리챔버를 설명한다.Figure 1A shows a schematic cross-sectional view (in the X-Z plane) of one embodiment of a processing chamber system (hereinafter "system") 10 suitable for use in practicing the methods disclosed herein. 1B is an exploded view of a portion of the major components of the process chamber system 10 of FIG. 1A. FIG. 1C is a top view (in the X-Y plane) of the process chamber system 10 of FIG. 1A, with line 1-1 representing the cross-section taken for FIG. 1A. 1A through 1C illustrate a kind of processing chamber referred to as a "microchamber ", citing the '344 publication.

시스템(10)은 Z-방향으로 진행하는 Z-중심선(CZ) 및 X-방향으로 진행하는 X-중심선(CX)을 가진다. 시스템(10)은 산소 가스와 같은 1개 이상의 반응가스를 포함할 수 있는 주변환경(8) 내에 위치한다. 그것은 또한 네온 가스 또는 아르곤 가스와 같은 불활성 가스, 또는 질소 가스와 같은 안정한 가스를 포함할 수 있다.The system 10 has a Z-centerline CZ that advances in the Z-direction and an X-centerline CX that advances in the X-direction. The system 10 is located in a surrounding environment 8 that may include one or more reactive gases, such as oxygen gas. It may also contain an inert gas such as neon gas or argon gas, or a stable gas such as nitrogen gas.

시스템(10)은 상부면(22), 하부면(24) 및 외측 에지(26)를 가진 상단부재(top member)(20)를 포함한다. 일 실시예에서, 상단부재(20)는 일반적으로 형상이 직사각형이고 평행한 상부면 및 하부면(22, 24)을 가진다. 일 실시예에서, 상단부재(20)는 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이 냉각된다. 일 실시예에서, 상단부재(20)는 1개 이상의 레이저 빔(40)이 상기 상단부재를 통과하도록 허용하는 1개 이상의 광-액세스 피처(30)을 포함한다. 일 실시예에서, 상기 1개 이상의 광-액세스 피처(30)는 1개 이상의 관통 구멍을 포함하지만, 다른 실시예에서 상기 광-액세스 피처는 1개 이상의 윈도(window)를 포함할 수 있다.The system 10 includes a top member 20 having an upper surface 22, a lower surface 24, In one embodiment, the top member 20 is generally rectangular in shape and has parallel upper and lower surfaces 22,24. In one embodiment, the top member 20 is cooled as described in detail below. In one embodiment, the top member 20 includes one or more light-accessing features 30 that allow one or more laser beams 40 to pass through the top member. In one embodiment, the one or more optical-access features 30 include one or more through-holes, while in other embodiments the optical-access features may include one or more windows.

시스템(10)은 또한 상부면(62), 하부면(64) 및 외측 에지(66)를 가진 척(chuck)(60)을 할 수 있다. 척(60)은 일반적으로 실린더 형상이고 Z-중심선(CZ)에 중심을 두고 있으며 상부면(62)은 상단부재(20)의 하부면(24)과 평행하게 인접한다. 척(60)(및 중심선(CZ))은 아래 설명과 같이 시스템(10)의 동작으로 이동한다. 척(60)의 상부면(62)과 상단부재(20)의 하부면(24)은 50 ㎛ 내지 1 mm의 범위에서 거리(D1)만큼 이격되며 따라서 높이(D1)를 가진 처리챔버 내부(이하 "내부"라고 함)(70)를 정의한다. 일 실시예에서, 반도체 웨이퍼("웨이퍼")(50)의 상부면(52) 및 상단부재(20)의 하부면(24)은 챔버 실내(70) 및 거리(D1)를 획정한다.The system 10 may also have a chuck 60 having an upper surface 62, a lower surface 64 and an outer edge 66. The chuck 60 is generally cylindrical in shape and is centered on the Z-centerline CZ and the top surface 62 is adjacent to the bottom surface 24 of the top member 20 in parallel. The chuck 60 (and centerline CZ) moves to the operation of the system 10 as described below. The upper surface 62 of the chuck 60 and the lower surface 24 of the upper member 20 are spaced apart by a distance D1 in the range of 50 占 퐉 to 1 mm and therefore within the processing chamber Quot; internal ") 70, as shown in FIG. In one embodiment, the top surface 52 of the semiconductor wafer ("wafer") 50 and the bottom surface 24 of the top member 20 define the chamber interior 70 and the distance D1.

척(60)의 상부면(62)은 상부면(52), 하부면(54) 및 외측 에지(56)를 가진 웨이퍼(50)를 지지하도록 구성된다. 일 실시예에서, 웨이퍼(50)는 실리콘 웨이퍼이다. 웨이퍼(50)는 반도체 디바이스를 생성하기 위한 처리가 진행되고 레이저 빔(40)에 의해 추가로 처리되고 있는 제품 웨이퍼일 수 있다. 웨이퍼(50)는 도 1c의 평면도에서 파선 원으로 도시되어 있다. 일 실시예에서, 척(60)은 가열되며, 추가의 실시예에서, 웨이퍼(50)를 약 400℃까지의 웨이퍼 온도(Tw)로 가열하도록 구성된다. 일 실시예에서, 상기 1개 이상의 레이저 빔(40)은 1개 이상의 어닐링 레이저 빔, 즉, 예를 들면 도펀트 확산과 같은 웨이퍼(50) 내 어닐링 처리를 수행할 수 있는 1개 이상의 레이저 빔을 포함한다.The upper surface 62 of the chuck 60 is configured to support a wafer 50 having an upper surface 52, a lower surface 54 and an outer edge 56. In one embodiment, the wafer 50 is a silicon wafer. The wafer 50 may be a product wafer that is undergoing further processing by the laser beam 40 to produce a semiconductor device. The wafer 50 is shown in dashed circles in the plan view of Figure 1C. In one embodiment, the chuck 60 is heated and, in a further embodiment, configured to heat the wafer 50 to a wafer temperature (T w ) of up to about 400 ° C. In one embodiment, the one or more laser beams 40 include one or more annealing laser beams, i.e., one or more laser beams capable of performing an annealing process in the wafer 50, such as, for example, do.

시스템(10)은 또한 상부면(82), 하부면(84) 및 외측 에지(86)를 가진 단열층(80)을 포함한다. 단열층(80)은 척(60)의 하부면(64)에 바로 인접하게 배치되어 단열층(80)이 척(60)과 열을 교환하도록 한다. 실시예들에서, 단열층(80)은 유리 또는 세라믹 재료로 만들어지거나, 또는 갭(gap)이다. 일 실시예에서, 단열층(80)의 상부면(82)은 척(60)의 하부면(64)과 밀착된다.The system 10 also includes a thermal barrier layer 80 having a top surface 82, a bottom surface 84, and an outer edge 86. The insulating layer 80 is disposed immediately adjacent to the lower surface 64 of the chuck 60 to allow the insulating layer 80 to exchange heat with the chuck 60. In embodiments, the insulating layer 80 is made of glass or a ceramic material, or is a gap. In one embodiment, the upper surface 82 of the insulating layer 80 is in intimate contact with the lower surface 64 of the chuck 60.

시스템은 또한 척(60)에 의해서 및 웨이퍼(50) 위에 입사하는 레이저 빔(40)에 의해서 발생된 열을, 아래 설명과 같이, 열적으로 관리하도록 구성된 냉각장치(90)를 포함한다. 실시예 냉각장치(90)는 상부면(92), 하부면(94) 및 외측 에지(96)를 포함한다. 냉각장치(90)는 지지면(100) 및 내측벽(102)에 의해 획정되는 리세스(98)를 포함할 수도 좋다. 리세스(98)는 단열층(80)이 지지면(100)에 의해 지지되도록 단열층(80) 및 척(60)을 수용하도록 구성된다.The system also includes a cooling device 90 configured to thermally manage the heat generated by the chuck 60 and the laser beam 40 incident on the wafer 50, as described below. Embodiments The cooling device 90 includes a top surface 92, a bottom surface 94, and an outer edge 96. The cooling device 90 may include a recess 98 defined by the support surface 100 and the inner wall 102. The recesses 98 are configured to receive the heat insulating layer 80 and the chuck 60 so that the insulating layer 80 is supported by the supporting surface 100.

일 실시예에서, 냉각장치(90)의 내측벽(102) 및 단열층(80) 및 척(60)의 외측 에지(86, 66)는 갭(G1)을 획정한다. 추가의 실시예에서, 냉각장치(90)는 갭(G1)으로 들어가는 실내(70)의 가스(202)가 냉각장치(90)의 하부면(94)을 통해서 실내(7) 밖으로 흐를 수 있도록 지지면(100)으로부터 하부면(94)까지 가스 흐름 경로를 제공하는 1개 이상의 가스-흐름 통로(104)를 포함한다. 단열층(80)은 또한 공기 갭일 수 있다.In one embodiment, the inner side wall 102 and the insulating layer 80 of the cooling device 90 and the outer edges 86 and 66 of the chuck 60 define a gap G1. In a further embodiment, the cooling device 90 is configured such that the gas 202 in the chamber 70 entering the gap G1 can flow out of the chamber 7 through the lower surface 94 of the cooling device 90 And one or more gas-flow passages (104) that provide a gas flow path from the surface (100) to the bottom surface (94). The insulating layer 80 may also be an air gap.

시스템(10)은 또한 상부면(122) 및 하부면(124)을 가진 이동식 스테이지(120)를 포함한다. 시스템(10)은 또한 냉각장치(90)의 외측 에지(96)에 인접하여 배치된 링 부재(150)를 포함하며, 이것은 척 조립체(68)를 둘러싸서 함께 움직이는 수냉식 반사형 스커트(미도시)에 부착된다. 링 부재(150)는 본체(151)를 구비하고 상부면(152), 하부면(154) 및 외측 에지(156)를 포함한다. 척(60), 단열층(80) 및 냉각장치(90)의 조합은 척 조립체(68)를 구성한다. 척(68), 이동식 스테이지(120) 및 링 부재(150)의 조합은 이동식 스테이지 조립체(128)를 구성한다. 상단부재(20)는 이동식 스테이지 조립체(128)에 대해서 고정된다. 이동식 스테이지 조립체(128)는 외주변(129)을 가지며, 이것은 일 실시예에서 링 부재(150)의 외측 에지(156)에 의해 부분적으로 획정된다.The system 10 also includes a movable stage 120 having a top surface 122 and a bottom surface 124. The system 10 also includes a ring member 150 disposed adjacent to an outer edge 96 of the cooling device 90 that includes a water cooled reflective skirt (not shown) that surrounds the chuck assembly 68 and moves together, Respectively. The ring member 150 includes a body 151 and includes a top surface 152, a bottom surface 154, and an outer edge 156. The combination of the chuck 60, the insulating layer 80 and the cooling device 90 constitute a chuck assembly 68. The combination of the chuck 68, the movable stage 120 and the ring member 150 constitute a mobile stage assembly 128. The top member 20 is secured to the mobile stage assembly 128. The mobile stage assembly 128 has an outer periphery 129 that is partly defined by the outer edge 156 of the ring member 150 in one embodiment.

이동식 스테이지(120)는 상부면(122) 위에 냉각장치(90)를 지지한다. 이동식 스테이지(120)는, 이동식 스테이지(120)를 이동시키고 또한 기준 위치에 대해서 이동식 스테이지(120)의 위치를 추적하면서 이동식 스테이지(120)를 필요에 따라 위치시키도록 구성된 포지셔너(positioner)(126)에 조작 가능하게 접속된다. 이동식 스테이지(120)는 X-Y 평면에서 이동식 스테이지(120)를 이동 가능하게 하는 방식으로 상부면(132)을 가진 플래턴(platen)(130) 위에 조작 가능하게 지지된다.The mobile stage 120 supports the cooling device 90 on top surface 122. The mobile stage 120 includes a positioner 126 configured to move the mobile stage 120 as needed while moving the mobile stage 120 and tracking the position of the mobile stage 120 relative to the reference position. As shown in Fig. The movable stage 120 is operably supported on a platen 130 having a top surface 132 in such a manner as to make the movable stage 120 movable in the X-Y plane.

상단부재(20)의 하부면(24), 링 부재(150)의 외측 에지(156) 및 플래턴(130)의 상부면(132)는 가스 커튼 구역(158)을 획정한다.The lower surface 24 of the top member 20, the outer edge 156 of the ring member 150 and the top surface 132 of the platen 130 define a gas curtain section 158.

일 실시예에서, 이동식 스테이지(120) 및 척(60)은 포지셔너(126)에 조작 가능하게 접속되는 단일-구성요소 또는 듀얼-구성요소 어느 하나를 형성하도록 함께 결합된다. 상단부재(20)는 레이저 빔(40)이 웨이퍼(50)의 전체 상부면(52)을 노출시킬 수 있도록 척(60)이 상단부재(20)에 대해서 이동하기에 X-방향으로 충분히 길다.In one embodiment, the mobile stage 120 and chuck 60 are coupled together to form either a single-component or dual-component operably connected to the positioner 126. The top member 20 is sufficiently long in the X-direction to move the chuck 60 relative to the top member 20 so that the laser beam 40 can expose the entire top surface 52 of the wafer 50.

시스템(10)은 또한 적어도 한 개의 가스 공급시스템(200)과 냉각제(252)를 공급하는 적어도 한 개의 이상의 냉각제 공급시스템(250)을 포함한다. 일 실시예에서, 제1 가스 공급시스템(200)은 실내(70)에 가스(202)를 제공하도록 구성되는 반면, 또 다른 가스 공급시스템(200)은 링 부재(150)에 가스(202)를 제공하도록 구성된다. 일 실시예에서, 상이한 가스 공급시스템(200)은 상이한 가스(202)를 공급하지만, 또 다른 실시예에서는 상이한 가스 공급시스템(200)은 동일한 가스(202)를 공급한다. 링 부재(150)는 가스 커튼(미도시)을 형성하기 위해 주변 갭(G3) 안으로 가스의 흐름을 제어하도록 구성된다. 주변 갭(G3)는 폭 또는 사이즈(WG3)를 가진다.The system 10 also includes at least one coolant supply system 250 that supplies at least one gas supply system 200 and a coolant 252. In one embodiment, the first gas supply system 200 is configured to provide gas 202 to the interior 70 while another gas supply system 200 is configured to provide gas 202 to the ring member 150 . In one embodiment, different gas supply systems 200 supply different gases 202, while in another embodiment different gas supply systems 200 supply the same gas 202. The ring member 150 is configured to control the flow of gas into the peripheral gap G3 to form a gas curtain (not shown). Peripheral gap (G3) has the width or the size (W G3).

또 다른 실시예에서, 실내(70) 및 링 부재(150)에 가스(202)를 제공하기 위해 단일의 가스 공급시스템(200)이 사용된다. 가스(202)는 예를 들면 네온 가스, 아르곤 가스, 헬륨 가스 및 질소 가스와 같은 한 개 이상의 불활성 가스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 가스(202)는 한 개 이상의 불활성 가스로 이루어진다. 또 다른 실시예에서, 가스(202)는 산소 가스와 같은 한 개 이상의 반응성 가스를 특정 양 포함한다. 아래 설명되는 바와 같이, 가스(202)는 수소 가스 또는 질소 가스를 포함하는 형성가스를 포함하거나 그것으로 이루어질 수 있다.In yet another embodiment, a single gas supply system 200 is used to provide gas 202 to the chamber 70 and the ring member 150. The gas 202 may include one or more inert gases, such as, for example, neon gas, argon gas, helium gas, and nitrogen gas. In one embodiment, the gas 202 comprises one or more inert gases. In yet another embodiment, the gas 202 comprises a specific amount of one or more reactive gases, such as oxygen gas. As described below, the gas 202 may comprise or consist of a forming gas comprising hydrogen gas or nitrogen gas.

시스템(10)은 또한, 가스 공급시스템(200) 및 냉각제 공급시스템(250)에 조작 가능하게 접속되고 상기 가스 공급시스템(200) 및 냉각제 공급시스템(250)의 동작을 제어하여 미국 특허 제9,029,809호에 개시된 것과 같은 가스 커튼을 형성하도록 구성된 제어유닛(300)을, 포함한다. 시스템(10)은 또한, 예를 들면 폭(WG2)을 가진 갭(G2)를 포함하는 적어도 한 개의 가스-흐름 통로(104)를 통해 실내(70)에 공압식으로(pneumatically) 접속되는 진공시스템(260)을 포함한다. 진공시스템(260)은 실내(70)에 진공을 형성하기 위해 사용될 수 있다.The system 10 is also operably connected to a gas supply system 200 and a coolant supply system 250 and controls the operation of the gas supply system 200 and the coolant supply system 250, And a control unit (300) configured to form a gas curtain as disclosed in U.S. Pat. The system 10 also includes a vacuum system 104 that is pneumatically connected to the chamber 70 through at least one gas-flow passage 104 including a gap G2 having a width WG2 , for example. (260). The vacuum system 260 may be used to create a vacuum in the chamber 70.

레이저 laser 어닐링Annealing 동안 주위  While around 산소 가스의Oxygen gas 국부적 제어 Local control

도 2는 어닐링 공정의 일 실시예와 본 명세서에서 개시되는 주위 산소 가스를 국부적으로 제어하는 공정을 도시하는 도 1의 시스템(10)의 개략적인 도면이다. 도 3a는 레이저 빔(40)으로 어닐링하기 전 및 형성가스(202)를 실내(70)에 도입한 후 실내(70)의 일부 및 웨이퍼(50)의 상부면(52)을 도시하는 확대도이다. 형성가스(202)는 산소 가스(205)와 혼합된 것으로 도시되어 있다. 도 3b는 어닐링 장소(55)에서 웨이퍼(50)의 상부면(52)을 어닐링하는 레이저 빔(40)의 확대도이다.FIG. 2 is a schematic diagram of the system 10 of FIG. 1 illustrating an embodiment of an annealing process and a process for locally controlling ambient oxygen gas disclosed herein. Figure 3a is an enlarged view of a portion of the chamber 70 and the top surface 52 of the wafer 50 after annealing with the laser beam 40 and after introducing the forming gas 202 into the chamber 70 . Forming gas 202 is shown mixed with oxygen gas 205. 3B is an enlarged view of the laser beam 40 that anneals the top surface 52 of the wafer 50 at the annealing site 55. FIG.

전술한 바와 같이, 웨이퍼(50)의 상부면(52)에서 발생할 수 있는 산화의 양을 추가로 감소시키기 위해 실내(70)에서 산소 가스(205)의 농도(COX)를 추가로 감소시키는 것이 바람직하다. 이것은 실내(70) 전체에 걸쳐 달성될 수 있지만, 실제로 산소 가스 농도는 레이저 어닐링이 일어나는 어닐링 장소에서만 감소될 필요가 있다.Further reduction of the concentration (C OX ) of the oxygen gas 205 in the chamber 70 to further reduce the amount of oxidation that may occur at the top surface 52 of the wafer 50, as described above, desirable. This can be achieved throughout the room 70, but actually the oxygen gas concentration needs to be reduced only at the annealing site where laser annealing takes place.

따라서, 본 명세서에서 개시된 방법들의 일 실시예에서, 가스(202)는 수소 가스와 불활성 완충 가스, 예컨대 5 체적%의 수소(H2)와 95 체적%의 질소 가스(N2)의 혼합으로 이루어진 형성가스(202)로서 실내(70)에 제공된다. 실내(70)는 또한 진공시스템(260)의 작동에 의해 비워지며(예컨대, 진공 상태), 따라서 최초 또는 배경 농도(COX)를 가진 산소 가스(205)를 포함하며, 이것은 일 실시예에서 약 50 ppm 정도로 낮다. 실내(70)에 도입될 때, 형성가스(202)는 웨이퍼(50)의 상부면(52)에 바로 인접한 지역까지를 포함하여 실내(70) 전체에 신속히 확산(퍼짐)되며, 도 3a에서 도시된 바와 같이 산소 가스(205)와 혼합된다.Thus, in embodiments of the methods disclosed herein, one example, the gas 202 is composed of a mixture of hydrogen gas and an inert buffer gas, for example hydrogen in the 5% by volume (H 2) and 95 vol% of nitrogen gas (N 2) of the Forming gas (202). The interior 70 also includes an oxygen gas 205 that is emptied (e.g., in a vacuum) by operation of the vacuum system 260 and thus has an initial or background concentration C OX , 50 ppm. When introduced into the chamber 70, the forming gas 202 quickly diffuses (spreads) throughout the chamber 70, including up to an area immediately adjacent the top surface 52 of the wafer 50, Is mixed with the oxygen gas 205 as shown.

실내(70)에 형성가스(202)의 주입은 어닐링 공정 이전 또는 도중에 가스 공급시스템(200)의 동작을 통해 수행될 수 있으며, 화살표(AR)로 표시된 것과 같이, 척(60)을 이동시킴으로써 웨이퍼(50)가 레이저 빔(40)에 대해서 이동됨에 따라 레이저 빔(40)이 웨이퍼(50) 위에 입사되어 주사한다. 일 실시예에서, 실내(70)에서 형성가스(202)의 부분 압력은 약 1 militorr 내지 약 1000 torr 범위에 있다. 일 실시예에서, 실내(70)의 압력은 760 torr 미만, 즉 1 기압 미만이다.The injection of the forming gas 202 into the chamber 70 can be performed either before or during the annealing process through the operation of the gas supply system 200 and is carried out by moving the chuck 60, The laser beam 40 is incident on the wafer 50 and scans as the laser beam 50 is moved with respect to the laser beam 40. In one embodiment, the partial pressure of forming gas 202 in chamber 70 is in the range of about 1 millitorr to about 1000 torr. In one embodiment, the pressure in the chamber 70 is less than 760 torr, i.e., less than 1 atmosphere.

도 3b에 도시한 것과 같은 어닐링 공정의 실시예 동안, 레이저 빔(40)은 웨이퍼(50)의 상부면(52)을 어닐링 장소(55)에서 어닐링 온도(TA)까지 가열하며, 이 온도는 웨이퍼 용융 온도(TM)(실리콘의 경우 명목상 TM = 1,414 ℃)에 근접하거나 초과한다. 비용융 레이저 어닐링의 경우, 웨이퍼(50)의 상부면(52)의 어닐링 온도(TA)는 웨이퍼 용융 온도(TM)의 400 ℃ 이내로 유지된다. 용융 어닐링의 경우, TA ≥ TM 이다. 주목할 것은, 웨이퍼(50)가 주사될 때(즉, 레이저 빔(40)에 대해서 이동될 때), 어닐링 장소(55)는 웨이퍼(50)의 상부면(52)에 대해서 "이동"하지만 실내(70)의 최초 위치에 대해서 고정 유지된다.3B, the laser beam 40 heats the top surface 52 of the wafer 50 from the annealing site 55 to the annealing temperature T A , which is the temperature Approaching or exceeding the wafer melting temperature (T M ) (nominally T M = 1,414 ° C for silicon). The annealing temperature T A of the upper surface 52 of the wafer 50 is maintained within 400 캜 of the wafer melting temperature T M. For melt annealing, T A ≥ T M to be. Note that when the wafer 50 is scanned (i.e., moved relative to the laser beam 40), the annealing site 55 is "moved" relative to the upper surface 52 of the wafer 50, 70).

어닐링 장소(55)에서 레이저 빔(40)에 의한 웨이퍼(50)의 상부면(52)의 가열은 실내(70), 특히 어닐링 장소(55) 근처의 형성가스(202) 및 산소 가스(205)를 국부적으로 가열하는 역할을 한다. 실내(70)에서 형성가스 온도(TFG)의 공간적 변화는 일반적으로 어닐링 장소(55)에 대한 형성가스(202)의 근접도에 부합한다. 즉, 어닐링 장소(55)에 가까울수록 형성가스 온도(TFG)는 높다. 여기서 주목할 것은, 형성가스(202)의 양은 산소 가스(205)의 양(최초 농도(COX))보다 훨씬 더 많으므로, 실내(70)의 "가스" 온도는 실질적으로 형성가스(202)에 의해 정해진다는 것이다.The heating of the upper surface 52 of the wafer 50 by the laser beam 40 at the annealing station 55 causes the forming gas 202 and oxygen gas 205 near the chamber 70, particularly the annealing station 55, To heat locally. The spatial variation of the forming gas temperature (T FG ) in the interior 70 generally corresponds to the proximity of the forming gas 202 to the annealing site 55. That is, the forming gas temperature (T FG ) is higher the closer to the annealing location (55). Note that the amount of forming gas 202 is much greater than the amount of oxygen gas 205 (initial concentration C OX ) so that the "gas" temperature of chamber 70 is substantially equal to It is decided by.

도 2, 도 3a 및 도 3b는 각각 어닐링 장소(55)에서 웨이퍼(50) 상부면(52)의 국부적인 가열과 관련된 형성가스 온도(TFG)에 대한 연소온도 윤곽(TC)을 도시한다. 연소온도 윤곽(TC)은 다음의 연소반응이 실내(70)에 주어진 챔버 압력에 대해 일어나는 연소온도를 나타낸다:Figures 2, 3a and 3b show the combustion temperature profile (T C ) for the forming gas temperature (T FG ) associated with the local heating of the upper surface 52 of the wafer 50 at the annealing location 55 . The combustion temperature profile T C represents the combustion temperature at which the following combustion reaction occurs relative to the chamber pressure given in the chamber 70:

2H2 + O2 -> 2H2O 증기 (화학식 1)2H 2 + O 2 - > 2H 2 O vapor (Formula 1)

연소온도 윤곽(TC)은 어닐링 장소(55)에 명목상 중심을 둔 실내(70)의 반구형 부분을 포함하는 국부영역(RG)을 획정한다. 국부영역(RG) 내에서, 형성가스(202)는 형성가스 온도(TFG ≥ TC)를 가지며, 따라서 상기 화학식-1의 연소반응이 일어나는 실내(70)의 체적을 표시한다.The combustion temperature profile T C defines a localized area RG that includes the hemispherical portion of the room 70 nominally centered at the annealing location 55. In the localized region RG, the forming gas 202 has a forming gas temperature (T FG ≥ T C ), thus indicating the volume of the chamber 70 in which the combustion reaction of the above formula 1 occurs.

화학식-1의 연소반응은 국부영역(RG) 내에서 산소 가스(205)의 농도를 실내(70)에 존재하지만 국부영역(RG) 밖에 존재하는 최초 농도 또는 배경 농도(COX)로부터 더 낮은 농도(값)(C'OX)로 감소시키는 역할을 한다. 이것은 도 3b에 개략 도시되어 있으며, 도면에서 국부영역(RG) 밖에서 산소 가스(205)의 농도(COX)는 국부영역(RG) 내부의 농도(C'OX)보다 더 크다(즉, COX ＞ C'OX).The combustion reaction of formula-1 can reduce the concentration of oxygen gas 205 in the localized region RG from the initial concentration or background concentration (C OX ) present in the interior 70 but outside the localized region RG to a lower concentration (Value) (C ' OX ). This has been schematically shown in Figure 3b, a diagram the concentration of the oxygen gas 205 outside the local region (RG) (C OX) is greater than the local region (RG) concentration (C 'OX) of the inner (i. E., C OX > C ' OX ).

이와 같이 형성가스(202)는 국부영역(RG) 내에서 산소 가스(205)의 양을 국부적으로 제어(감소)하는 역할을 한다. 이 제어는 화학식-1의 연소반응을 통해 일어나며, 상기 화학식-1은 산소 분자(O2)를 산소 원자들로 쪼갠 후 산소(O) 원자들을 형성가스(202)로부터의 2개의 수소 원자들(2H)과 결합하여 H2O(물) 중기를 형성하는 과정을 수반한다. 이러한 국부적인 공정은 국부영역(RG) 내에서 일어나며 어닐링 동안 일어날 수 있는 웨이퍼(50)의 상부면(52)의 산화의 양을 감소시킨다. 일 실시예에서, 국부영역(RG) 내의 산소 가스(202)의 농도(C'OX)는 C'OX ≤ 10 ppm 이다.Thus, the forming gas 202 serves to locally control (reduce) the amount of oxygen gas 205 in the localized region RG. This control takes place via a combustion reaction of the formula (I), wherein the formula (I) decomposes oxygen molecules (O 2 ) into oxygen atoms and then oxygen (O) atoms into two hydrogen atoms 2H) to form a H 2 O (water) medium phase. This local process occurs within the localized region RG and reduces the amount of oxidation of the top surface 52 of the wafer 50 that can occur during annealing. In one embodiment, the concentration (C in the oxygen gas 202 in the local area (RG) 'OX) is C' is OX ≤ 10 ppm.

일 실시예에서, 상기 인용된 실내(70)의 부분 압력의 범위 내에서 연소 온도는 약 TC = 600 ℃ 이다. 어닐링 장소(55)에 대략 중심을 둔 실질적으로 반구형인 국부영역(RG)을 가정하면, TC = 600 ℃에 대한 국부영역(RG)의 반경(rG)은 약 rG = 1㎛ 내지10 mm 일 수 있다. 형성가스(202)의 수소(H) 원자들의 농도, 실내(70)의 수소 원자들의 확산 속도, 실내(70)의 산소 가스(205)의 최초 농도(COX), 및 화학식-1의 연소반응의 속도는 모두, 화학식-1의 연소반응이 시작 또는 최초 산소 가스 농도(COX)와 비교하여 국부영역(RG) 내에서 산소 가스 농도(COX)를 실질적으로 감소시키는 방식으로 개시되거나 유지될 수 있도록 한다.In one embodiment, the combustion temperature within the range of the partial pressure of the cited room 70 is about T C = 600 ° C. Assuming a substantially hemispherical localized area RG approximately centered at the annealing location 55, the radius r G of the localized area RG for T C = 600 ° C is approximately r G = mm. The concentration of hydrogen (H) atoms in the forming gas 202, the diffusion rate of hydrogen atoms in the chamber 70, the initial concentration (C OX ) of the oxygen gas 205 in the chamber 70, Are all initiated or maintained in such a way that the combustion reaction of the formula-1 substantially reduces the oxygen gas concentration (C OX ) in the local region RG compared to the start or initial oxygen gas concentration (C OX ) .

이상에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 다양한 변형이 첨부된 청구항들에 정의된 것과 같은 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게는 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항과 그 균등물의 범위 안에 있는 한 본 발명에 대한 변경과 변형을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications to the preferred embodiments of the invention described above may be made without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims . Accordingly, it is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents.

Claims (20)

표면을 가진 반도체 웨이퍼를 레이저 어닐링하는 방법에 있어서,
상기 반도체 웨이퍼를 처리챔버의 실내에 배치하는 단계;
상기 처리챔버의 실내가 최초의 O2 농도로 O2를 포함하도록 상기 처리챔버의 실내에 진공을 형성하는 단계;
H2 및 완충가스를 포함하는 형성가스를 상기 처리챔버 내에 도입하는 단계; 및
상기 처리챔버의 실내를 통과하여 상기 반도체 웨이퍼의 표면 위의 어닐링 장소에 입사하도록 레이저 빔을 조향함으로써, 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 어닐링하고 또한 상기 어닐링 장소를 둘러싸는 국부영역 내에서 O2와 형성가스의 H2의 국부적 가열을 일으키는 단계를 포함하고,
상기 국부영역 내에서 O2 및 H2의 연소가 일어나 H2O 증기를 발생시켜, 상기 최초의 O2 농도와 비교하여 상기 국부영역 내의 O2 농도를 감소시키는, 레이저 어닐링 방법.A method of laser annealing a semiconductor wafer having a surface,
Disposing the semiconductor wafer in a chamber of a processing chamber;
Forming a vacuum in the chamber of the processing chamber such that the chamber of the processing chamber includes O 2 at an initial O 2 concentration;
Introducing a forming gas comprising H 2 and a buffer gas into the processing chamber; And
By steering the laser beam passes through the interior of the processing chamber so as to incident upon the annealing places on the surface of the semiconductor wafer, annealing the surface of the semiconductor wafer, and also O 2, and forming gas in the local area surrounding the annealing places RTI ID = 0.0 > H2 < / RTI >
Wherein combustion of O 2 and H 2 occurs within the localized region to generate H 2 O vapor to reduce the O 2 concentration in the localized region compared to the original O 2 concentration. 제 1 항에 있어서,
상기 형성가스는 5 체적%의 H2 및 95 체적%의 N2를 포함하는, 레이저 어닐링 방법.The method according to claim 1,
The forming gas, a laser annealing method including the H 2 and N 2 with 95% by volume of 5% by volume. 제 1 항에 있어서,
상기 국부영역은 100 ℃ 내지 500 ℃ 범위의 연소온도(TC)에 의해 획정되는, 레이저 어닐링 방법.The method according to claim 1,
Wherein the localized region is defined by a combustion temperature (T C ) in the range of 100 ° C to 500 ° C. 제 1 항에 있어서,
상기 처리챔버는 마이크로챔버를 포함하는, 레이저 어닐링 방법.The method according to claim 1,
Wherein the processing chamber comprises a micro chamber. 제 1 항에 있어서,
상기 어닐링 장소는 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 대해서는 이동하지만 상기 처리챔버의 실내 내의 최초 위치에 대해서는 고정되도록 상기 반도체 웨이퍼를 상기 레이저 빔에 대해서 이동시키는 단계를 추가로 포함하는, 레이저 어닐링 방법.The method according to claim 1,
Further comprising moving the semiconductor wafer relative to the laser beam such that the annealing site moves relative to the surface of the semiconductor wafer but is fixed relative to an initial position within the chamber of the processing chamber. 제 1 항에 있어서,
상기 최초의 O2 농도는 50 ppm(체적) 이상이고 상기 감소된 O2 농도는 10 ppm(체적) 이하인, 레이저 어닐링 방법.The method according to claim 1,
The first O 2 concentration of not less than 50 ppm (by volume), and the reduced O 2 concentration is 10 ppm (volume) or less, a laser annealing method. 제 1 항에 있어서,
상기 반도체 웨이퍼는 용융 온도(TM)를 갖고,
상기 반도체 웨이퍼 표면의 어닐링은 어닐링 온도(TA)에서 수행되고 TA는 TM보다 낮은, 레이저 어닐링 방법.The method according to claim 1,
Wherein the semiconductor wafer has a melting temperature (T M )
Wherein annealing the semiconductor wafer surface is performed at an annealing temperature (T A ) and T A is less than T M , Laser annealing method. 표면을 가진 반도체 웨이퍼의 어닐링 동안에 어닐링 장소를 둘러싸고 있는 국부영역 내의 산소 가스를 감소시키는 방법에 있어서,
상기 반도체 웨이퍼 및 최초 농도의 산소 가스(O2)를 포함하는 처리챔버 내에 수소(H2) 및 완충가스의 형성가스를 도입하는 단계; 및
상기 반도체 웨이퍼의 표면을 레이저 어닐링함으로써, 상기 어닐링 장소를 둘러싸고 있는 국부영역 내의 산소 가스 및 상기 형성가스의 수소 가스를 국부적으로 가열하는 단계를 포함하고,
상기 국부영역 내에서 산소 가스 및 수소 가스의 연소가 일어나 수증기를 발생시켜, 상기 산소 가스의 최초 농도와 비교하여 상기 국부영역 내의 산소 가스의 농도를 감소시키는, 산소 가스 감소 방법.A method of reducing oxygen gas in a localized region surrounding an annealing location during annealing of a semiconductor wafer having a surface,
Introducing a forming gas of hydrogen (H 2) and the buffer gas into the process chamber containing the oxygen gas (O 2) of the semiconductor wafer and the first concentration; And
Locally heating the oxygen gas in the localized region surrounding the annealing location and the hydrogen gas of the forming gas by laser annealing the surface of the semiconductor wafer,
Wherein combustion of oxygen gas and hydrogen gas occurs in the localized region to generate water vapor to reduce the concentration of oxygen gas in the localized region compared to an initial concentration of the oxygen gas. 제 8 항에 있어서,
상기 완충가스는 5 체적%의 수소 가스와 95 체적%의 질소 가스를 포함하는, 산소 가스 감소 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the buffer gas comprises 5 vol.% Hydrogen gas and 95 vol.% Nitrogen gas. 제 8 항에 있어서,
상기 국부영역은 100 ℃ 내지 500 ℃ 범위의 연소온도(TC)에 의해 획정되는, 산소 가스 감소 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the localized region is defined by a combustion temperature (T C ) in the range of 100 ° C to 500 ° C. 제 8 항에 있어서,
상기 처리챔버는 마이크로챔버를 포함하는, 산소 가스 감소 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the processing chamber comprises a micro chamber. 제 8 항에 있어서,
상기 처리챔버는 대기압보다 낮은 압력을 갖는, 산소 가스 감소 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the processing chamber has a pressure lower than the atmospheric pressure. 제 8 항에 있어서,
상기 어닐링 장소는 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 대해서는 이동하지만 상기 처리챔버의 실내 내의 최초 위치에 대해서는 고정되도록 상기 반도체 웨이퍼를 레이저 빔에 대해서 이동시키는 단계를 추가로 포함하는, 산소 가스 감소 방법.9. The method of claim 8,
Further comprising the step of moving the semiconductor wafer relative to the laser beam such that the annealing site moves relative to the surface of the semiconductor wafer but is fixed relative to an initial position within the chamber of the processing chamber. 제 8 항에 있어서,
상기 산소 가스의 최초 농도는 50 ppm(체적) 이상이고 상기 감소된 산소 농도는 10 ppm(체적) 이하인, 산소 가스 감소 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the initial concentration of oxygen gas is at least 50 ppm (volume) and the reduced oxygen concentration is at most 10 ppm (volume). 제 8 항에 있어서,
상기 반도체 웨이퍼는 용융 온도(TM)를 갖고,
상기 반도체 웨이퍼 표면의 어닐링은 어닐링 온도(TA)에서 수행되고, TA는 TM보다 낮은, 산소 가스 감소 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the semiconductor wafer has a melting temperature (T M )
Wherein annealing the semiconductor wafer surface is performed at an annealing temperature (T A ), wherein T A is less than T M , Oxygen gas reduction method. 표면을 가진 반도체 웨이퍼를 레이저 어닐링하는 방법에 있어서,
최초의 O2 농도의 O2를 포함하는 처리챔버의 실내에 상기 반도체 웨이퍼를 배치하는 단계;
H2 및 완충가스를 포함하는 형성가스를 상기 처리챔버 내에 도입하는 단계; 및
상기 처리챔버의 실내를 통과하여 상기 반도체 웨이퍼의 표면 위의 어닐링 장소에 입사하도록 레이저 빔을 조향함으로써, 상기 반도체 웨이퍼의 표면을 어닐링하고 또한 상기 어닐링 장소를 둘러싸는 국부영역 내에서 O2와 상기 형성가스의 H2의 국부적 가열을 일으키는 단계를 포함하고,
상기 국부영역 내에서 O2 및 H2의 연소가 일어나 H2O 수증기를 발생시켜, 상기 최초의 O2 농도와 비교하여 상기 국부영역 내의 O2 농도를 감소시키는, 레이저 어닐링 방법.A method of laser annealing a semiconductor wafer having a surface,
Placing the semiconductor wafer in the interior of the process chamber containing the O 2 of the first O 2 concentration;
Introducing a forming gas comprising H 2 and a buffer gas into the processing chamber; And
Surface by steering the laser beam to be incident on the annealing location of the above, and annealing the surface of the semiconductor wafer Further, the form and the O 2 in the local area surrounding the annealing location of the semiconductor wafer through the interior of the processing chamber a step of causing a localized heating of the gas and H 2,
Wherein combustion of O 2 and H 2 occurs in the localized region to generate H 2 O vapor to reduce the O 2 concentration in the localized region compared to the initial O 2 concentration. 제 16 항에 있어서,
상기 처리챔버의 실내에 상기 반도체 웨이퍼를 배치한 후 진공을 형성하는 단계를 추가로 포함하고,
상기 최초의 O2 농도는 상기 진공 형성 후에 상기 처리챔버 내에 남아있는 잔류 O2의 양에 의해 정해지는, 레이저 어닐링 방법.17. The method of claim 16,
Further comprising the step of disposing the semiconductor wafer in the chamber of the processing chamber and forming a vacuum,
The first O 2 concentrations, the laser annealing method that is determined by the amount of residual O 2 remaining in the processing chamber after the vacuum forming. 제 17 항에 있어서,
상기 최초의 O2 농도는 50 ppm(체적) 이상이고 상기 감소된 O2 농도는 10 ppm(체적) 이하인, 레이저 어닐링 방법.18. The method of claim 17,
The first O 2 concentration of not less than 50 ppm (by volume), and the reduced O 2 concentration is 10 ppm (volume) or less, a laser annealing method. 제 16 항에 있어서,
상기 처리챔버는 마이크로챔버를 포함하는, 레이저 어닐링 방법.17. The method of claim 16,
Wherein the processing chamber comprises a micro chamber. 제 16 항에 있어서,
상기 완충가스는 5 체적%의 수소 가스와 95 체적%의 질소 가스로 이루어지는, 레이저 어닐링 방법.17. The method of claim 16,
Wherein the buffer gas comprises 5 vol% hydrogen gas and 95 vol% nitrogen gas.
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