JP2005520340A

JP2005520340A - レーザー熱処理用の熱誘導反射率スイッチ

Info

Publication number: JP2005520340A
Application number: JP2003577321A
Authority: JP
Inventors: エムハウリュックアンドリュー; タルワーソミット; ワンヤン; オートンプソンマイケル
Original assignee: ウルトラテックインク
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2005-07-07
Also published as: KR100696921B1; WO2003079423A1; KR20040091054A; EP1485947A1; EP1485947A4; US6635588B1

Abstract

熱誘導反射率スイッチ層（６０）を使用して、ワークピース（Ｗ）の処理領域（３０）に移動するレーザー放射線（１０）による露光からの熱の量を制御するための方法、装置、システム。本発明の装置は、シリコンウエハなどのワークピース上に成膜された吸収層（５０）を有する膜積層体（６）である。吸収層の一部は処理領域を覆っている。吸収層はレーザー放射線を吸収し、吸収した放射線を熱に変換する。反射率スイッチ層（６０）は吸収層上に成膜される。反射率スイッチ層は１以上の薄膜層からなってもよく、好ましくは断熱層および遷移層を含む。処理領域を覆う反射率スイッチ層の部分は、処理領域の温度に対応する温度を有する。反射率スイッチ層の反射率は、臨界温度で低反射率状態から高反射率状態に変化し、入射放射線を反射することによって吸収層に吸収される放射線の量を制限する。これによって、吸収層から処理領域に移動する熱の量を制限する。

Description

関連出願

本願は、２０００年６月１２日に出願され、現在は米国特許第６，３０３，４７６号となった米国特許出願０９／５９２，１８４号の分割出願である、２００１年８月２０日に出願され、現在は米国特許第６，３８３，９５６号となった同時継続の米国特許出願０９／９３３，７９５号の部分継続出願である。

本発明はレーザー熱処理に関し、特に、処理されるワークピースに正確な量の熱エネルギーを与えるための方法および装置に関する。

半導体デバイスの製造では、半導体ウエハなどのワークピースを処理するためにレーザー熱処理（ＬＴＰ）を使用する。この処理によって、シート抵抗が非常に低く、接合が極めて浅いトランジスタを製造することができ、より性能が高い（例えば、より高速の）半導体デバイス（例えば、集積回路または「ＩＣ」）が得られる。

半導体の製造に適用されるＬＴＰの方法の１つでは、短パルスレーザーを使用してトランジスタのソースとドレインを熱アニールし、注入したドーパントを活性化させる。適切な条件の下では、固溶限を超える活性化ドーパントレベルを有するソース・ドレイン接合を形成することができる。これによって、より高速で駆動電流の高いトランジスタが形成される。この技術は、「微細化ＦＥＴデバイスの製造方法（ＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｆｏｒＲｅｄｕｃｅｄＤｉｍｅｎｓｉｏｎＦＥＴＤｅｖｉｃｅｓ）」と題する米国特許第５，９０８，３０７号に開示されており、その内容はこの参照によって開示に含まれるものとする。

個々のトランジスタに対してＬＴＰを行うことによって示される性能改善は、ＩＣに有益なものであると期待される。しかし、個々のトランジスタの製造から完全な集積回路の製造に合わせてＬＴＰを調整することは困難である。ＬＴＰプロセスはプロセスウィンドウが非常に狭く（すなわち、ダメージを引き起こすことなくトランジスタを活性化させるレーザーエネルギーの範囲が狭い）、各トランジスタに与えられる（吸収される）絶対エネルギーの高い均一性、安定性、再現性が要求される。

最新のＩＣは、様々なデバイス形状と材料、したがって異なる熱容量（蓄熱容量：ｔｈｅｒｍａｌｍａｓｓ）を含む。各トランジスタの均一な性能を達成するためには、すべてのトランジスタをほぼ同一の温度に加熱（アニール）する必要がある。このため、回路中の各トランジスタに与えられるレーザーエネルギーの許容範囲に制約が課せられる。その結果、２つの問題が生じることになる。第１の問題は、（空間的および時間的に）十分に均一な露光を行って均一な加熱を達成することが困難なことである。第２の問題は、ドープされた領域（接合）の局所温度が異なる熱容量によって影響を受ける可能性があるため、デバイス形状が異なる場合には異なる量の入射レーザーエネルギーが必要となることである。

これらの２つの問題のうち、局所的なトランジスタ密度の影響がより深刻である。最新の集積回路のほとんどでは、回路中のトランジスタ密度は様々である。このようなばらつきは、ＬＴＰプロセスに２つの影響を及ぼす。第１の影響は、局所反射率が空間的に変化し、照度が均一であっても局所的に吸収される熱の量が変化することである。第２の影響は、局所的な熱容量が空間的に変化することである。熱容量が大きいほど、要求されるアニール温度に到達するためにより多くの吸収レーザーエネルギーが必要になる。その結果、局所的な熱容量が変化すると、適切なアニールを行うために必要な吸収レーザーエネルギーの量を変化させなければならない。照度が完全に均一であっても、個々のＩＣ上の異なるトランジスタ間または複数のＩＣ間で著しい温度のばらつきが生じ得る。これによって、個々のＩＣおよび生産ラインにおけるトランジスタ性能の望ましくないばらつきが生じる。

原理的には、密度の高い領域で高いレーザーフルエンスを有する調整された（ｔａｉｌｏｒｅｄ）露光を行うことによって、デバイスのトランジスタ密度が高い場所を補償することができる。しかし、そのためには、処理される各デバイス毎にデバイスの正確な回路レイアウトを把握する必要があるとともに、回路層に適合するように露光の空間的な放射照度の配分調整を正確に行なう必要がある。このような試みが達成されたとしても、装置が複雑化し、コストが大幅に増加することになる。

本発明は、シリコンウエハなどのワークピースに移動する熱の量を制御する熱誘導反射率「スイッチ」を導入することによって、レーザー放射線を使用して処理されるワークピースの非均一な加熱に関する問題を解決するものである。反射率スイッチ層は、ワークピースの１以上の下地処理領域が所定温度に達すると、入射レーザー放射線に対するスイッチの反射率が「低」から「高」へと変化するように設計された材料からなる１以上の層を含む。この温度は、例えば、処理領域が活性化される温度であってもよい。例えば、１以上の下地領域は、トランジスタのソース・ドレイン領域または接合のドープ領域であってもよく、所定温度は処理領域の活性化温度であってもよい。処理領域上に位置する反射率スイッチ層の部分は、低反射率状態から高反射率状態に切り替わるとともに、臨界スイッチ温度が達成された時に入射レーザー放射線を反射して、下地処理領域のさらなる加熱を防止し、１以上の下地領域の温度を最大値までに制限する。

本発明を半導体の製造およびトランジスタを有するＩＣデバイスの形成に適用する場合、所定温度は、トランジスタのソース・ドレイン領域のアモルファスシリコンが１１００〜１４１０℃に達する温度である。この温度において、アモルファスシリコンは溶融し、ドーパントは活性化される。この温度は下地結晶シリコン基板が溶融しない程度に低く、デバイス性能の点から望ましいものである。本発明の反射率スイッチは、レーザーエネルギーの変動、レーザービームの空間的均一性、またはトランジスタの密度に起因する熱容量の変化などの様々な影響によって、ウエハ上の局所領域が所定温度を実質的に超えて加熱されるのを防ぐ。

図１および図２に、接合またはトランジスタなどの半導体デバイスの製造方法の一部としての半導体基板の処理に関する反射率スイッチの基本的な概念を示す。図１には、ＬＴＰおよびレーザー光源Ｌからのレーザー照射１０を使用して処理されるワークピースとしてのシリコン半導体ウエハＷ上に形成された膜積層体６が示されている。図１に示すように、ウエハＷは、光源Ｌ、膜積層体６、ウエハＷが軸Ａに沿って位置するように、ウエハ支持部材ＷＳによって支持されている。レーザー放射線１０は、波長が５００〜１１００ｎｍの光のパルスであることが好ましい。好適なレーザー光源Ｌには、１０６４ｎｍで動作するＹＡＧレーザー、５３２ｎｍで動作する周波数二倍ＹＡＧレーザー、７００〜８００ｎｍで動作するアレキサンドライトレーザーが含まれる。好適なレーザーパルス長は１ナノ秒〜１マイクロ秒の範囲であり、好適なエネルギーレベルは０．１〜１０Ｊ／ｃｍ^２の範囲である。一実施形態では、図５Ｂに関連して以下に詳細に述べるように、レーザー照射１０によってワークピース上をスキャンする。

ウエハＷは、ドーパント３４を有するアモルファスドープシリコン領域３０が内部に形成された結晶シリコン領域２０を含む。ここでは、説明の便宜上、アモルファスドープ領域３０が単一のドープ領域であるものとする。ただし、アモルファスドープ領域３０は、本明細書では「処理領域」と呼ぶ処理対象領域の一例を表すものである。例えば、ウエハＷは、複数のアモルファスドープ領域３０、すなわち、トランジスタのソース・ドレイン領域としてそれぞれ機能するｐ型ドープ領域とｎ型ドープ領域を含むものであってもよい。

図１に示すように、アモルファスドープ領域３０は、数オングストロームから約１０００オングストロームのターゲット深さまでＳｉまたはＧｅイオンをウエハＷにイオン注入することによって形成してもよい。この注入プロセスでは、注入領域がアモルファス化されるまで結晶領域２０の基板結晶構造を無秩序にする。注入する種は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｒ、Ａｓ、Ｐ、Ｘｅ、ＳｂおよびＩｎであってよい。アモルファス化ドーパントの注入は、例えば、カリフォルニア州サンタクララのアプライド・マテリアルズ社（ＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）から市販されている９５００ＸＲＩＯＮＩＭＰＬＡＮＴＥＲなどの公知の装置を使用して行うことができる。

次に、イオン注入装置からｐ型ドーパントイオン（例えば、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、ベリリウム、マグネシウムまたは亜鉛）またはｎ型ドーパントイオン（例えば、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス、セレンおよびテルル）を使用して、第２のドーパントイオン注入を行う。イオンは、所与のエネルギーレベル（例えば、２００ｅＶ〜４０ＫｅＶ）まで加速され、予めアモルファス化された領域に所与のドーズ量（例えば、約１×１０^１４原子／ｃｍ^２〜１×１０^１６原子／ｃｍ^２）で注入されて、ドープされたアモルファス領域３０が形成される。後者は、通常はウエハＷ内で深さ方向に傾斜したドーパント濃度を有する。本実施形態の第１および第２の工程は入れ替えても同じ効果を達成することができ、ドーパント注入によって結晶領域２０が同様にアモルファス化される場合には、単一の工程で行うことができる。

入射レーザー放射線を吸収し、吸収した放射線を熱に変換することができる材料からなる吸収層５０を、アモルファスシリコン領域３０上に成膜する。吸収層５０は、高温、すなわち、結晶シリコンの溶融温度である１４１０℃を超える温度に耐え得るものでなければならない。また、吸収層５０を構成する材料は、下部の層または領域に衝撃を与えることなく容易に除去できなければならない。吸収層５０の役割の１つは、処理時にウエハＷ内またはウエハＷ上にあるデバイスの物理的構造を維持することである。吸収層５０の代表的な材料は窒化タンタル（ＴａＮ）であり、スパッタリングまたはＣＶＤによって５００〜１０００オングストロームの厚みに成膜される。吸収層５０の他の好適な材料には、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タングステン（ＷＮ）、二酸化シリコン、窒化シリコン、またはこれらの組み合わせが含まれる。吸収層の材料（すなわち、金属と半導体の間）によるウエハＷの汚染を防止するため、または吸収層の反射率を調節するために、二酸化シリコンまたは窒化シリコン層を吸収層の一部として成膜することが必要な場合がある。

薄い剥離可能層４０を吸収層５０とアモルファスシリコン領域３０との間に必要に応じて配置し、ＬＴＰを行った後の吸収層の剥離を容易にする。剥離層４０の代表的な材料には二酸化シリコンおよび窒化シリコンが含まれ、スパッタリングまたはＣＶＤによって成膜することができる。

膜積層体６は、吸収層５０上に形成された反射率スイッチ層６０をさらに含む。層６０は、吸収層５０が上述した機能を発揮できるように、レーザー放射線１０に対して最初は実質的に透明であるように設計する。ただし、層６０は、本明細書においてしきい値温度と呼ぶある一定の温度に到達すると、入射レーザー放射線１０に対する反射率が低から高に変化する特性を有している。

反射率スイッチ層６０は、単一の膜層または複数の膜層（すなわち、１以上の膜層）からなることができる。図２に示すように、一実施形態において、反射率スイッチ層６０は、二酸化シリコンからなる第１の断熱層６２と、二酸化シリコン層上のアモルファスまたは多結晶シリコンからなる第２の遷移層６４を含む。反射率スイッチ層６０の厚みは、吸収層５０内へのレーザー放射線１０のカップリングを最適化するように設計することが望ましい。これは、標準的な薄膜設計技術を使用することによって行い、入射放射線１０に対して室温で最小の反射率となるように膜積層体６の材料の厚みと屈折率を最適化することができる。本発明の好ましい実施形態では、層６２は約１０〜２５０ｎｍの厚みを有し、層６４は約１０〜２５０ｎｍの厚みを有する。これによって、約１０００ｎｍの光の波長に対して、約５〜２０％の範囲の低反射状態の反射率と、約５０〜７５％の範囲の高反射状態の反射率が得られる。

〔動作方法〕
本発明は以下に述べるように動作する。図１および図２に示すように、アモルファスドープ領域３０を活性化させるために、レーザー放射線１０を軸Ａに沿って膜積層体６に向けることによってウエハＷのＬＴＰを行う。反射率スイッチ層６０は、最初は実質的に透明である。したがって、レーザー放射線１０のほとんどは層６０を通過し、吸収層５０に入射する。放射線１０は層５０に吸収され、層５０が加熱される。加熱された吸収層５０は、アモルファスドープ領域３０および反射率スイッチ層６０に熱を再放射する。その結果、アモルファスドープ領域３０が１１００〜１４１０℃の活性温度まで加熱されるとともに、反射率スイッチ層６０も臨界温度まで加熱される。活性温度の範囲では、ドーパント３４は格子サイトに取り込まれ、「活性化」される。しかし、吸収層５０に過量のレーザー放射線が入射すると、アモルファス領域３０に過度の熱が与えられる。本発明は、ワークピースに望ましくない影響（例えば溶解）が及ぼされることのない上限温度である最大ワークピース温度以上にワークピース（ウエハＷ）が到達することを防止する。このような余分な熱によって、下地の結晶シリコン領域２０が溶融することがある。これは、アモルファスドープ領域３０の特性に悪影響を及ぼす。後者がトランジスタのソースまたはドレイン領域を構成している場合には、そのような過熱はトランジスタのゲート領域（図示せず）にダメージを与えることがある。

図３は、上述したＬＴＰアニールプロセス時のアモルファスドープ領域３０の温度Ｔ_３０を示す。温度Ｔ_３０は、ＬＴＰ露光時に時間の関数として上昇する。制限されない場合には、温度Ｔ_３０は、破線Ｄで示すように、結晶シリコンの融点Ｔ_Ｐ＝１４１０℃を超えて上昇する。しかし、反射率スイッチ層６０が存在する場合（図１を参照）には、反射率スイッチ層６４の温度Ｔ_６４は領域３０の温度Ｔ_３０に追随する。したがって、反射率スイッチ層６４は、層６２の厚みと熱的特性を調節することによって、温度Ｔ_３０よりも高い温度または低い温度を有するように設計することができる。例えば、上述したように反射率スイッチ層が２つの層６２および６４からなる場合、以下に詳細に述べる方法によって層６２の厚みを調節する。図３では、処理領域３０の温度Ｔ_３０が温度Ｔ_Ｐに到達する時に臨界温度Ｔ_Ｃに到達するように設定されている。ただし、温度Ｔ_３０がＴ_Ｐに到達する前に臨界温度Ｔ_Ｃに到達するように、臨界温度Ｔ_Ｃを設定することが好ましい場合が多い。

反射率スイッチ層６４が臨界温度Ｔ_Ｃに到達すると、図４に示すように、反射率は低反射率状態Ｒ_Ｌから高反射率状態Ｒ_Ｈに切り替わる。この切り替わりは、層６４が臨界温度に到達する時に（例えば、材料が固相から液相に変化する時に）層６４の反射率が変化することによって主として生じる。Ｔ_３０に対する層６４の温度のタイミングまたは追従は、層６２の熱伝導率と厚みを調節することによって達成される。適切に設計された反射率スイッチ層６０は、低反射率（１０％未満）および高反射率（＞７０％）を有することができる。

反射率スイッチ層６０は以下のように設計する。動作レーザー波長とパルス長を選択することによって処理を開始する。この例では、波長が１０６４ｎｍであり、パルス長が１０ナノ秒であるものとする。次に、任意の剥離可能層４０と吸収層５０を選択する。通常は、剥離可能層４０は厚みが１０〜２０ｎｍの二酸化シリコンまたは窒化シリコンからなることができ、吸収層５０は厚みが２０〜１００ｎｍのチタン、窒化チタン、チタン、またはこれらの層の組み合わせからなることができる。吸収層５０の目的は入射レーザー放射線１０を吸収することであり、入射放射線の約７５％よりも多くを吸収するために十分な材料を使用しなければならない。この例の場合、層４０には厚みが１０ｎｍの酸化物を、層５０には厚みが４０ｎｍのチタンを選択するのが好適である。次に、層６２の任意の厚みを選択する。適切な材料は、二酸化シリコンまたは窒化シリコンである。この例の場合、５０ｎｍの二酸化シリコンを選択するのが好適である。最後に、層６４の任意の厚みを選択する。層６４に適切な材料は、例えば、結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、またはチタンなどの、約１０００〜３０００℃の温度範囲に加熱されると反射率が著しく変化する材料である。層６４は、溶融すると光学特性が著しく変化するように選択する。この例では、厚みが１００ｎｍのアモルファスシリコンからなる層６４を選択するのが好適である。

反射率スイッチ層６０を設計する際の次の工程は、薄膜分析コードを使用して、膜積層体６の光学反射率を最小化することである。このようなコードは、例えば、カリフォルニア州のオプティカル・リサーチ・アソシエーツ（ＯｐｔｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈＡｓｓｏｃｉａｔｅｓ）製のコードＶ（ＣＯＤＥＶ）などとして市販されている。膜積層体６の反射率は、厚みが１００ｎｍのアモルファスシリコンからなる層６４を調節することによって積層体から最小化される。その目的は、反射率が１０％未満の膜積層体６を形成することである。その後、例えば、カリフォルニア州リバーモアのローレンス・リバーモア国立研究所（ＬａｗｒｅｎｃｅＬｉｖｅｒｍｏｒｅＮａｔｉｏｎａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙ）製のＴＯＰＡＺなどの熱輸送コードを使用して、膜積層体６と下地層３０の熱的特性を計算する。特に、領域（層）３０に対する層６４の温度を計算し、プロットする。次に、領域３０が活性化温度に達すると同時に層６４が溶融温度に到達するように層６２の厚みを変化させる。これによって、領域３０が活性化された後に、層６２はレーザー放射線を構造体から離れる方向に反射し始める。最後に、層６２の新しい厚みの値を使用して、（層６４を最適化することによって）積層体の反射率を再び最適化する。上述の例では、最適な積層体は以下のように計算する。
層４０：二酸化シリコン：１０ｎｍ
層５０：チタン：４０ｎｍ
層６２：二酸化シリコン：８０ｎｍ
層６４：アモルファスシリコン：１６３ｎｍ
これらの材料からなる積層体の場合、膜積層体６は６％の（室温における）最小反射率を有し、（領域３０の活性化温度における）最大反射率は７０％であることが予想される。

膜積層体６の他の例を以下に示す。波長が１０６４ｎｍでパルス長が１０ナノ秒の場合には、
層４０：二酸化シリコン：１０ｎｍ
層５０：チタン：２０ｎｍおよび窒化チタン：２０ｎｍ
層６２：二酸化シリコン：８０ｎｍ
層６４：アモルファスシリコン：１６３ｎｍ
波長が１０６４ｎｍでパルス長が３０ナノ秒の場合には、
層４０：二酸化シリコン：１０ｎｍ
層５０：チタン：２０ｎｍおよび窒化チタン：２０ｎｍ
層６２：二酸化シリコン：２６６ｎｍ
層６４：アモルファスシリコン：５０ｎｍ
したがって、反射率スイッチ層６０は、アモルファスドープ領域３０が約１４１０℃の温度に到達する前であって、１１００℃のドーパント活性化温度に到達した後に、反射率の変化が起こる臨界温度に到達するように設計される。これは、上述したように断熱層６２を適切に設計することによって達成される。上述したように厚みと熱的特性を選択することによって、反射率が適切な温度で切り替わるように遷移層６４の温度を設定することができる。反射率スイッチ層６４が低反射率状態Ｒ_Ｌから高反射率状態Ｒ_Ｈに移行すると、入射レーザー放射線１０は図２の反射放射線１０’に示すように反射される。これによって吸収層５０がさらに加熱されることを防止することができるため、アモルファスドープ領域３０がさらに加熱されることを防止することができる。

例えば、図２に関連して上述した２層の反射率スイッチ層６０について検討する。層６４が１１００℃の溶融温度に達すると、反射放射線１０’によって示すように、層６４は多量の入射レーザー放射線１０を反射し始める。層６２の役割は、アモルファス層３０の温度と層６４とに必要な関係を与えることである。したがって、層６２の厚みを上述したように調整することによって、アモルファスドープ領域３０が活性化された時に層６４が「切り替わる」温度を制御することができる。層６４が切り替わり温度（例えば、アモルファスシリコンの場合には１１００℃）に達した時に、反射率スイッチ層６０が放射線を反射し始めた場合であっても、アモルファスドープ領域３０は著しく異なる温度にある場合がある。通常は、反射率スイッチ層６０は、周囲の領域（例えば、結晶領域２０）を溶融させることなく、処理領域を活性化できるように、反射率状態が変化するように設計される。

複数の層からなる反射率スイッチ層６０の場合には、複数の層の１層のみが反射率が変化する層（すなわち、「遷移層」）であり、他の層は遷移層の臨界温度を設定するために使用される「温度調節層」である。反射率スイッチ層６０が層６２と層６４の２層からなる例の場合、層６４は遷移層であり、層６２は温度調節層である。

反射率スイッチ層６０の他の組成としては、二層構造であって、層６２が二酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンオキシナイトライド、またはこれらの任意の組み合わせからなり、層６４がシリコン、チタン、または１０００〜３０００℃の温度範囲で反射率状態が変化する任意の他の材料からなる。これらの膜は、物理的または化学的気相成長法により成膜することができる。

図５Ａに示すように、レーザー放射線１０の非均一性またはウエハＷ上のデバイス１００の密度のばらつきは、図５Ａではデバイス１００のソースおよびドレイン１１０Ｓおよび１１０Ｄであるアモルファスドープ領域３０の温度に影響を及ぼす。これは、反射率スイッチ層６０の温度に影響を及ぼすことになる。その結果、ソースおよびドレイン領域１１０Ｓおよび１１０Ｄが１１００〜１４１０℃のドーパント活性化温度範囲に達する場合にのみ、反射率スイッチ層６０が活性化する。領域１２０内のデバイス１００の密度は領域１３０内のデバイス１００の密度より低いため、領域１２０は領域１３０よりも小さな熱容量を有する。したがって、領域１２０内のデバイス１００は、領域１３０内のデバイスよりも速やかに加熱される。

その結果、レーザー放射線１０が照射されると、領域１２０内のデバイス１００は領域１３０のデバイスよりも先に活性化温度に達する。したがって、領域１２０の上方の反射率スイッチ層６０の部分１５０は反射状態に移行し、入射放射線１０を反射する。一方、領域１３０内のデバイス１００は、活性化温度に達するまでにより長い時間がかかり、吸収層５０から熱を吸収し続ける。したがって、領域１３０の上方の反射率スイッチ層６０の部分１６０は、より長い時間にわたって透明のままであり、領域１３０内のデバイス１００が活性化温度に達すると高反射率状態に移行する。領域１２０および１３０が異なる反射率を有する場合にも同様の現象が発生する。

図５Ｂは、図５Ａに示す実施形態と同様なレーザー熱処理装置の一実施形態を示し、矢印２００および２０４に示すように、光源ＬとウエハＷは互いに相対的に移動することができる。この配置によって、吸収層５０には反射率スイッチ層６０を介してスキャンレーザー放射線１０が照射される。一実施形態では、光源Ｌは移動可能な光源ステージ２１０に設置され、静止したウエハＷと相対的に移動することができる。別の実施形態では、ウエハＷは移動可能なウエハステージ２２０に保持され、静止した光源Ｌと相対的に移動することができる。さらに別の実施形態では、光源ＬとウエハＷは、移動可能なステージ２１０および２２０を使用して相対的に移動することができる。

図５Ｂのスキャン実施形態では、光源Ｌは各スキャンパスの後に遮断される（例えば、図示しないシャッターでブロックされる）レーザー照射１０の連続的なビームを放射してもよい。あるいは、光源Ｌは単一のスキャンパスのために十分な持続時間を有する照射１０のパルスを放射してもよい。

反射率スイッチ層６０の適応特性のために、異なる熱容量または反射率を有するウエハＷ上の領域（例えば、領域１２０および１３０）を過度に露光することは困難である。したがって、局所的なデバイスの構造がより多い量またはより少ない量のレーザー放射線を必要とする場所は、容易かつ自動的に補償される。

〔半導体デバイスの形成方法〕
上述の内容に基づき、本発明は半導体ウエハから半導体デバイスを形成する方法を含む。図５Ａに示すように、本発明の方法は、それぞれが活性化温度を有するソースおよびドレイン領域１１０Ｓおよび１１０Ｄなどのアモルファスドープシリコン領域を有するデバイス１００を含む半導体ウエハＷに、１以上の処理領域を形成する工程を含む。以降の工程では、処理領域上に吸収層を成膜し、吸収層上に反射率スイッチ層を成膜し、反射率スイッチ層を介して吸収層に放射線を照射して、吸収層と反射率スイッチ層を加熱する。これらの工程は上述した通りであり、反射率スイッチ層が活性化温度に到達するまで吸収層からの熱で処理領域を加熱する工程と同様である。ここで、反射率スイッチ層が高反射率状態に切り替わり、吸収層に入射する放射線の量が減少する。最後の工程では、吸収層と反射率スイッチ層を除去する。この工程は、通常のエッチング技術を使用して行うことができる。

本発明を好適な実施形態との関連において説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。逆に、特許請求の範囲に定義された本発明の趣旨および範囲に含まれるあらゆる代替、変形、均等物を包含することを意図するものである。

本発明の反射率スイッチを、アモルファスドープ領域を有し、レーザー光源に対応してウエハホルダに配設された半導体ウエハ上に設置された膜積層体の一部として示す概略断面図である。図１と同様の図であって、膜積層体の反射率スイッチ層が、吸収層に隣接する二酸化シリコン層と、二酸化シリコン層に隣接するアモルファスまたは多結晶シリコンを含む。反射率スイッチ層の温度（Ｔ_６４）とアモルファスドープ領域の温度（Ｔ_３０）の温度Ｔ対時間のプロットであって、反射率スイッチ層の反射率が低反射率状態（すなわち、透過状態）から高反射率状態へ移行する点Ｔ_ｃを示す。反射率スイッチ層の反射率Ｒ対時間のプロットであって、低反射率状態（すなわち、ほぼ透明な状態）から高反射率状態への移行を示す。デバイス密度の高い領域およびデバイス密度の低い領域にデバイス（例えば、トランジスタ）を有し、図１に示す膜積層体が上部に配設されたウエハの断面概略図である。図５Ａと同様の図であって、レーザー放射線が膜積層体上にスキャン照射されるように、レーザー光源あるいはウエハは互いに相対的に移動することができる。

Claims

ワークピースの１以上の処理領域を吸収層で被覆すること；
臨界温度で反射率が変化するように設計された反射率スイッチ層を前記吸収層上に形成し、前記反射率スイッチ層を介して前記吸収層に入射する放射線から前記吸収層に吸収され、前記１以上の処理領域に移動する熱の量を制限すること；
を含むことを特徴とする方法。
前記放射線照射はレーザー放射線を使用して行なわれる、請求項１に記載の方法。
前記レーザー放射線はパルス照射される、請求項２に記載の方法。
前記レーザー放射線はスキャン照射される、請求項２に記載の方法。
前記レーザー放射線は５００〜１１００ｎｍの波長を有する、請求項２に記載の方法。
前記吸収層と前記ワークピースとの間に剥離可能層を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記剥離可能層の形成は、二酸化シリコンおよび／または窒化シリコンを成膜することを含む、請求項３に記載の方法。
前記１以上の処理領域は活性化温度を有するとともに、前記ワークピースは溶融温度を有し、前記反射率スイッチ層の前記臨界温度を、前記活性化温度よりも高く、前記溶融温度よりも低くなるように設計することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記１以上の処理領域の少なくとも１つを、ドープされたアモルファスシリコンを含むように形成することを含む、請求項１に記載の方法。
前記吸収層の形成は、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タングステン、二酸化シリコン、窒化シリコンからなる群から選択される１以上の材料を成膜することを含む、請求項１に記載の方法。
ワークピースの１以上の処理領域を吸収層で被覆すること；
臨界温度で反射率が変化する反射率スイッチ層を前記吸収層上に形成すること；
を含むことを特徴とする方法。
前記反射率スイッチ層を介して前記吸収層に放射線を照射して前記吸収層を加熱すること；
前記吸収層からの熱を前記１以上の処理領域と前記反射率スイッチ層に移動させること；
を含む、請求項１１に記載の方法。
前記吸収層上に断熱層を形成し、前記断熱層上に遷移層を形成することによって、前記反射率スイッチ層を形成することを含む、請求項１１に記載の方法。
前記断熱層の厚みを調節して前記臨界温度を設定することを含む、請求項１１に記載の方法。
前記断熱層の形成は、二酸化シリコンを成膜することを含む、請求項１３に記載の方法。
前記遷移層の形成は、アモルファスシリコンまたは多結晶シリコンを成膜することを含む、請求項１５に記載の方法。
前記二酸化シリコンを約１０〜２５０ｎｍの厚みに成膜することを含む、請求項１５に記載の方法。
前記アモルファスシリコンまたは多結晶シリコンの成膜は、約１０〜２５０ｎｍの厚みを有するアモルファスシリコンまたは多結晶シリコンの層を形成するように行われる、請求項１６に記載の方法。
前記反射率スイッチ層が高反射率状態に切り替わるまで、低反射率状態の前記反射率スイッチ層を介して前記吸収層にレーザー放射線を照射することを含む、請求項１１に記載の方法。
前記レーザー放射線は５００〜１１００ｎｍの波長を有する、請求項１９に記載の方法。
前記放射線照射はパルスレーザー放射線を照射することを含む、請求項１２に記載の方法。
前記放射線照射はスキャンレーザー放射線を照射することを含む、請求項１２に記載の方法。
低反射率状態から高反射率状態に変化させる時に、前記反射率スイッチ層を固体から液体に変化させることをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
前記１以上の処理領域が異なる熱容量を有し、高い熱容量を有する前記処理領域上に位置する前記反射率スイッチ層の部分が、低い熱容量を有する前記処理領域上に位置する前記反射率スイッチ層の部分とは異なる時点で低反射率状態から高反射率状態に切り替わる、請求項１２に記載の方法。
前記１以上の処理領域が異なる反射率を有し、高い反射率を有する前記処理領域上に位置する前記反射率スイッチ層の部分が、低い反射率を有する前記処理領域上に位置する前記反射率スイッチ層の部分とは異なる時点で低反射率状態から高反射率状態に切り替わる、請求項１２に記載の方法。
１以上の処理領域を有する基板を用意すること；
前記１以上の処理領域を吸収層で被覆すること；
臨界温度で反射率が低反射率状態から高反射率状態に変化するように設計された反射率スイッチ層で前記吸収層を被覆すること；
を含むことを特徴とする方法。
前記反射率スイッチ層を介して前記吸収層に放射線を照射して前記吸収層を加熱することをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
前記放射線照射は、５００〜１１００ｎｍの波長を有するレーザー放射線を照射することを含む、請求項２６に記載の方法。
前記放射線照射はパルスレーザー放射線を照射することを含む、請求項２６に記載の方法。
前記放射線照射はスキャンレーザー放射線を照射することを含む、請求項２６に記載の方法。