微腔室激光加工系统及使用局部化的工艺气体气氛的方法技术方案

本发明专利技术公开了微腔室激光加工系统和使用局部化的工艺气体气氛的方法。所述方法包含加工具有表面的衬底：通过提供工艺气体至包含该衬底的该表面的该微腔室的中央区域和提供帘气体至包含该衬底的该表面的该腔室的周边区域。该方法还包含提供真空至该腔室的区域，该区域介于该腔室的中央区域与周边区域之间，其中真空移除工艺气体和帘气体，由此在该腔室的该中央区域中的该衬底的该表面和该腔室的该周边区域中的该帘气体的气帘处形成局部化的工艺气体气氛。该方法还包含采用形成激光线的激光束穿过该局部化的工艺气体气氛照射该衬底的该表面，以在该衬底的该表面上执行激光工艺。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及半导体衬底的激光加工，且特别涉及微腔室激光加工系统和使用局部化的工艺气体气氛的方法。本文中提及的任何出版物或专利文献的全部公开内容可通过引用并入，包含：US2014/0151344，其标题为“Movable microchamber with gas curtain”，并且以下将其称为`344公开本，以及美国专利号5,997,963，其标题为“Microchamber”，并且以下将其称为`963专利。
技术介绍
在半导体制造技术中所使用的常规工艺腔室系统相对大且为静止的，且需填充比对于在半导体衬底上进行特别的工艺步骤实际所必要的多得多的反应物或气体。此外，一些气体物质为腐蚀性的而其它物质为有毒性的，因此优选使用最小量的这样的气体。为此，已经开发了如公开于`344公开本及`963专利中的微腔室系统。该微腔室系统具有相对小体积的腔室(“微腔室”)而密封工艺气体于微腔室中，以用于加工。`963专利使用气帘来将微腔室密封免于外界环境，同时还允许半导体衬底相对于该微腔室移动，而对半导体衬底的表面进行激光加工。在一些实例中，对于进行半导体衬底的激光加工，需要将氮纳入膜堆叠层(例如高k值的介电膜)中，例如用作晶体管器件中的栅极介电层，以取代常规的二氧化硅介电层。在常规的二氧化硅(SiO2)栅极中，纳入氮来形成氮氧化物层增加了有效介电常数且作为抗掺杂剂扩散的阻挡。氮氧化物膜的形成需要在氮以其单原子形式(N)而不是N2(其相
对地难以离解)的存在下进行热退火。氮除了N2外的一种来源是氨(NH3)，其相对地容易离解而得到单原子N。令人遗憾的是，氨是有害的并且因而需要在加工的过程中被容纳。在这方面，会优选能在微腔室中激光工艺实际进行的局部化区域中容纳氨和类似工艺气体，同时工艺气体泄漏至周围环境的量低于特别的工艺气体可允许的百万分率(parts-per-million)的安全阈值。
技术实现思路
本公开的一个方面是用于加工衬底的表面的微腔室系统。所述微腔室系统包含：顶部构件，具有至少一个光接入零件(optical-access feature)，对该至少一个光接入零件定尺寸以容纳激光束，该激光束在该衬底的该表面处形成激光线；可移动的平台组件，与该顶部构件间隔且相对于该顶部构件移动以限定腔室，该腔室具有中央区域和周边区域，该可移动的平台组件包含支撑该衬底的夹具；工艺气体供应器，容纳工艺气体且经由至少一个工艺气体管道可操作地连接至该腔室的该中央区域；帘气体(curtain-gas)供应器，容纳帘气体且经由至少一个帘气体管道可操作地连接至该腔室的该周边区域；和真空系统，通过至少一个真空管道可操作地连接至该腔室，该至少一个真空管道径向地位于该至少一个工艺气体管道与该至少一个帘气体管道之间，使得当该工艺气体和该帘气体分别流入该腔室的该中央区域和该周边区域时，局部化的工艺气体气氛在该腔室的该中央区域中形成，且该帘气体的气帘在该腔室的该周边区域中形成。本公开的另一个方面是如前述的微腔室系统，进一步包含激光源，该激光源形成该激光束，其中该激光源可操作地布置于该腔室外，并且相对于该光接入零件。本公开的另一个方面是如前述的微腔室系统，其中该帘气体由选自下列气体所组成的群组中的一种或多种气体所组成：氮、氩、氦和氖。本公开的另一个方面是如前述的微腔室系统，其中该工艺气体是
选自下列气体所组成的群组中的一种或多种气体：NH3、N2O、NO2和H2/N2组合物。本公开的另一个方面是如前述的微腔室系统，其中该工艺气体由氨和水蒸气组成。本公开的另一个方面是如前述的微腔室系统，其中该至少一个帘气体管道包含帘气体管道的径向布置的阵列，该帘气体管道贯穿该顶部构件，其中该至少一个真空管道包含真空管道的径向布置的阵列，该真空管道贯穿该顶部构件，且其中真空管道的该径向布置的阵列与帘气体管道的该径向布置的阵列同轴且位于帘气体管道的该径向布置的阵列中。本公开的另一个方面是激光加工衬底的表面的方法，该衬底可移动地支撑在微腔室系统的腔室中。该方法包含：提供工艺气体至该腔室的中央区域，该中央区域包含该衬底的该表面；提供帘气体至该腔室的周边区域，该周边区域包含该衬底的该表面；提供真空至该腔室的区域，该区域介于该腔室的该中央区域与该周边区域之间，其中该真空移除工艺气体和帘气体，由此邻近于该腔室的该中央区域中的该衬底的该表面且邻近于该腔室的该周边区域中的该帘气体的气帘形成局部化的工艺气体气氛；和采用形成激光线的激光束穿过该局部化的工艺气体气氛照射该衬底的该表面，以在该衬底的该表面上执行激光工艺。本公开的另一个方面是如前述的方法，进一步包含：相对于该激光束移动该衬底，使得该激光线在该衬底的该表面上方扫描。本公开的另一个方面是如前述的方法，其中该工艺气体包含氨。本公开的另一个方面是如前述的方法，其中其中该工艺气体由氨和水蒸气组成。本公开的另一个方面是如前述的方法，其中该工艺气体是基于氮的，且其中该激光工艺在该衬底的该表面上形成基于氮化物的氧化物膜。本公开的另一个方面是如前述的方法，其中该工艺气体选自下列
气体所组成的群组：NH3、N2O、NO2和H2/N2混合物。本公开的另一个方面系如前述的方法，其中该帘气体由选自下列气体所组成的群组中的一种或多种气体所组成：氮、氩、氦和氖。将在下列的详细说明中提出额外的特征和优点，且本领域技术人员将自该描述而易于得知部分特征和优点，或通过实践如所撰写的其说明书和权利要求书以及附图中所述的实施方案来认知部分特征和优点。应了解的是，以上的一般描述和下列的详细说明两者仅是示例性的，且旨在提供用于了解权利要求的属性和特性的概述或框架。附图说明包括附图以提供进一步的理解，并将其结合至本说明书中并构成说明书的一部分。附图描述了一种或多种实施方案，并与详细说明一起用于解释各种不同实施方案的原理和操作。如此，将根据下文结合附图的详细说明而更加全面地理解本公开，其中：图1为根据本公开的包含喷嘴系统的微腔室系统的示例性实施方案的示意性横截面图(在X-Z平面中)；图2为显示示例性光接入零件的微腔室系统的自顶向下视图(如在X-Y平面中看到的)；图3为微腔室系统取自X-Z平面中的横截面视图；图4为图3的微腔室系统的横截面的特写图，其显示本公开的喷嘴系统且还显示工艺腔室的中央区域中由喷嘴系统形成的局部化的工艺气体气氛；图5为在衬底的表面上形成的激光线的自顶向下视图，并显示激光线移动(扫描)方向(箭号SD)，其由晶片移动方向(箭号WD)所限定；图6为不具有顶部构件的微腔室系统的特写的自顶向下视图，显示在由在工艺腔室的周边区域中形成的气帘所围绕的工艺腔室的中央区域中形成的局部化的工艺气体气氛；和图7为具有通过根据本文公开的系统及方法在局部化的工艺气体
气氛中执行激光加工而在衬底的表面上形成的膜的衬底的侧视特写图。详细说明现请参考本公开的各个不同的实施方案，在附图中说明了其实施例。只要可能，在所有图式中相同或相似的标记数字和符号用于意指相同或相似的部件。图式并非按比例绘示，且本领域技术人员将理解图式已经被简化以说明本公开的重要方面。以下所提出的权利要求被纳入并构成该详细说明的一部分。在一些图式中为了参考而示出卡式坐标，本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于加工衬底的表面的微腔室系统，包含：顶部构件，具有至少一个光接入零件，对该至少一个光接入零件定尺寸以容纳激光束，该激光束在该衬底的该表面处形成激光线；可移动的平台组件，与该顶部构件间隔且相对于该顶部构件移动以限定具有中央区域和周边区域的腔室，该可移动的平台组件包含支撑该衬底的夹具；工艺气体供应器，容纳工艺气体且经由至少一个工艺气体管道可操作地连接至该腔室的该中央区域；帘气体供应器，容纳帘气体且经由至少一个帘气体管道可操作地连接至该腔室的该周边区域；和真空系统，通过至少一个真空管道可操作地连接至该腔室，该至少一个真空管道径向地位于于该至少一个工艺气体管道与该至少一个帘气体管道之间，使得当该工艺气体和该帘气体分别流入该腔室的该中央区域和该周边区域时，局部化的工艺气体气氛在该腔室的该中央区域中形成，且该帘气体的气帘在该腔室的该周边区域中形成。

【技术特征摘要】
2015.06.08 US 62/172,7011.用于加工衬底的表面的微腔室系统，包含：顶部构件，具有至少一个光接入零件，对该至少一个光接入零件定尺寸以容纳激光束，该激光束在该衬底的该表面处形成激光线；可移动的平台组件，与该顶部构件间隔且相对于该顶部构件移动以限定具有中央区域和周边区域的腔室，该可移动的平台组件包含支撑该衬底的夹具；工艺气体供应器，容纳工艺气体且经由至少一个工艺气体管道可操作地连接至该腔室的该中央区域；帘气体供应器，容纳帘气体且经由至少一个帘气体管道可操作地连接至该腔室的该周边区域；和真空系统，通过至少一个真空管道可操作地连接至该腔室，该至少一个真空管道径向地位于于该至少一个工艺气体管道与该至少一个帘气体管道之间，使得当该工艺气体和该帘气体分别流入该腔室的该中央区域和该周边区域时，局部化的工艺气体气氛在该腔室的该中央区域中形成，且该帘气体的气帘在该腔室的该周边区域中形成。2.如权利要求1所述的微腔室系统，进一步包含激光源，该激光源形成该激光束，其中该激光源可操作地布置于该腔室外，相对于该光接入零件。3.如权利要求1所述的微腔室系统，其中该帘气体由选自下列气体所组成的群组中的一种或多种气体所组成：氮、氩、氦和氖。4.如权利要求1所述的微腔室系统，其中该工艺气体是选自下列气体所组成的群组中的一种或多种气体：NH3、N2O、NO2和H2/N2组合物。5.如权利要求1所述的微腔室系统，其中该工艺气体由氨和水蒸
\t气组成。6.如权利要求1所述的微腔室系统，其中该至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·麦克沃特，
申请(专利权)人：超科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US