JP2008515200A - フラッシュランプアニール装置 - Google Patents
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Abstract
所定の波長域より大きい波長、及び／又は小さい波長を有する電磁放射線を発生するフラッシュランプアニール装置が開示される。
Description
本発明の実施形態は、これらに限られないが電子デバイスに関し、具体的には電子デバイス製造分野に関する。
現行の電子デバイス製造においては、半導体デバイスの製造中及び半導体製造プロセスの開発中に、時々、フラッシュランプアニール（flash lamp annealing；ＦＬＡ）と呼ばれるプロセスが使用されている。ＦＬＡは、例えば、トランジスタ等の電子デバイスのドープ領域にイオン注入されたドーパントを活性化すること等の、幾つかの目的を達成するために用いられ得る。ＦＬＡが使用されるその他の理由には、例えば、再結晶化、リフロー操作、スピンオンガラス（ＳＯＧ）アニール、シリサイド化、低誘電率（low-k）／高誘電率（high-k）誘電体アニール、及び欠陥アニールが含まれる。
フラッシュランプアニールでは、例えばウェハ又はダイ基板などの基板は、一般的に、電磁スペクトルの一部にわたる波長を有する放射線から成る強い電磁放射線に晒される。例えば、あるＦＬＡプロセスにおいては、基板を照射するために使用される電磁放射線は、電磁スペクトルの紫外領域に対応する波長（すなわち、10nmから400nm）を有する放射線を含む場合がある。この電磁放射線は更に可視光スペクトル（すなわち、400nmから750nm）や、更には赤外スペクトル（すなわち、750nmから100μm）まで含む場合がある。ここでの説明のため、このような電磁放射線を“広域スペクトル”放射線と呼ぶこととする。
フラッシュランプアニールプロセスにて照射される基板は、典型的に、マイクロ秒から数百ミリ秒の範囲の時間だけ電磁放射線に晒される。例えば、フラッシュランプアニールの１つの用途はシリコン基板をアニールすることであり、その場合、基板は強い電磁放射線に10ms未満の時間、少なくとも0.015J/cm2のパワーレベルで晒される。
本発明は、所定の波長域より大きい波長、及び／又は小さい波長を有する電磁放射線を発生するフラッシュランプアニール装置を提供することを目的とする。
本発明の様々な実施形態に従って、選択的な波長から成る電磁放射線に基板を晒す方法及び装置が提供される。この実施形態では、フラッシュランプアニール（ＦＬＡ）プロセスは、とりわけ、基板を照射するために選択的な波長を有する電磁放射線を発生する選択的発光器を有する装置を用いて実行される。様々な実施形態において、照射／放射される基板は相異なる電磁放射線吸収特性を有する複数の構成要素を有してもよい。選択的な波長を有する電磁放射線にこの基板を晒すことにより、各構成要素の加熱は個々に最適化可能となる。ある場合には、最適条件は各構成要素の全域での均一な加熱に相当する。他の場合には、選択された１つ又は複数の構成要素が選択的に、その他の構成要素に対して高い温度まで加熱されてもよい。
様々な実施形態において、照射／放射される基板は、特定の波長又は波長域の電磁放射線を他の基板要素より高い割合で吸収する傾向にある１つ以上の第１の基板要素を含むウェハ又はダイ基板であってもよい。他の実施形態においては、第１の基板要素は特定の波長又は波長域の電磁放射線を他の基板要素より高い割合で反射する傾向にあってもよい。一部の実施形態においては、第１の基板要素は、特に特定の波長の電磁放射線に関して、比較的高い吸収係数の値を有する窒化膜であってもよい。これらの実施形態では、基板はスタティック・ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）と、各回路部分が相異なる集積度又は密度の窒化物スペーサを有する論理回路部分群とを含んでいてもよい。
基板の最適加熱を確実なものとするため、基板は、選択的な波長の電磁放射線を有する電磁放射線に晒される。一部の実施形態において、選択的な波長は所定の波長域より大きく、且つ／或いは所定の波長域より小さくされてもよく、この所定の波長域は、第１の基板要素によって他の基板要素よりも高い割合で吸収又は反射される傾向にある電磁放射線の波長に対応する波長群にされる。
様々な実施形態に従って、選択的な波長を有する電磁放射線で基板をフラッシュアニール又はフラッシュ照射するために使用され得る選択的発光器が提供される。これらの実施形態では、選択的発光器は上述の所定の波長域より大きい、あるいは小さい波長群を有する電磁放射線を含む電磁放射線を発生してもよい。
様々な実施形態において、選択的発光器は１つ以上の光源と、この１つ以上の光源と照射対象の基板との間に配置された１つ以上のフィルタとを含んでいてもよい。一部の実施形態においては、この１つ以上の光源は１つ以上のフラッシュランプであってもよく、このフィルタはフラッシュランプの電球自体、又はこの１つ以上のフラッシュランプを包み込む覆い（jacket）若しくはシース（sheath）に組み込まれていてもよい。これらの実施形態では、フラッシュランプはプラズマランプであってもよく、フィルタリングする覆いは酸化セリウムがドープされた覆いであってもよい。フラッシュランプは広域スペクトル放射線を発生してもよく、フラッシュランプの覆いは望まれない波長（例えば、第１の基板要素によって他の基板要素よりも高い割合で吸収又は反射される傾向にある電磁放射線の波長に対応する波長群）を有する電磁放射線をフィルタリング除去するために用いられてもよい。
他の実施形態においては、選択的発光器は１つ以上の光源の完全に外側にあるフィルタを含んでいてもよい。これらの実施形態では、この１つ以上の光源は、透明であって電磁放射線をフィルタリング除去しない覆いを有するフラッシュランプであってもよい。この１つ以上の光源は、例えば、広域スペクトル放射線を発生し、この１つ以上の光源によって発生された広域スペクトル放射線から、外部フィルタが所定の波長域を有する電磁放射線をフィルタリング除去してもよい。
代わりの実施形態においては、選択的発光器は、フィルタを使用することなく選択的な波長の電磁放射線を発生する１つ以上の光源を含んでいてもよい。これらの実施形態では、この１つ以上の光源が特定の波長の電磁放射線を発生し、選択的な波長の電磁放射線を発生するためにフィルタリング技術に頼らなくてもよい。この光源の例には、第１の基板要素によって更に効率的に吸収又は反射される波長域より大きい、あるいは小さい特定の波長（群）で動作するように選定された単一又は複数のレーザが含まれる。これらの波長は、ウェハ上で最適な所望温度分布（これが均一であろうとなかろうと）を達成するように選定されてもよい。
様々な実施形態に従って、選択的発光器は、例えばウェハ基板などの基板を選択的な波長を有する電磁放射線に晒すフラッシュランプアニールシステムの部分であってもよい。これらの実施形態では、このシステムは電子デバイスを製造するためのシステムであってもよく、照射対象の基板を受け入れるチャンバを含んでいてもよい。このシステムは更に、照射対象の基板を予熱する加熱素子を含んでいてもよい。
様々な実施形態において、上述の新規の方法及び装置は、例えばウェハ又はダイ基板などの基板のフラッシュランプアニール処理中に、例えば、基板上の高温点（hotspots）の大きさを調節したり高温点が形成されるのを防いだりするために用いられ得る。温度分布は、この局所領域の最適の歩留まり／性能トレードオフによって決定されてもよい。基板上の高温点はフラッシュアニール処理中に発達することがある。何故なら、基板上の幾つかの部分が他の部分より高い割合で、あるいは効率的に電磁放射線を吸収することがあるからである。これは、基板上のこれらの部分は、少なくとも特定の波長の電磁放射線に関して相対的に高い吸収係数又は相対的に高い反射率を有する基板要素を含有している、あるいは該基板要素をより高密度に含有しているという事実に起因し得る。
例えば、一部の実施形態において、フラッシュアニールされる基板はトランジスタ、キャパシタ、抵抗などの多数の電子デバイスを含むダイ基板又はウェハ基板であってもよい。これらのデバイスは更に、固有の電磁放射線吸収特性を有する様々な要素又は材料から成ってもよい。例えば、これらの要素の一部は、これらの要素が他の基板要素より効率的に、あるいは高い割合で特定の波長の電磁放射線を吸収する傾向にあることを意味する相対的に高い吸収係数の値を有する。故に、これらの要素のより大きい集積度を有するダイ又はウェハの部分は、例えばフラッシュランプアニール処理中に広域スペクトル放射線に晒されると、他の部分より速く温度上昇する傾向にある。結果として、これらの要素の高い吸収率と、フラッシュアニールされる基板内のこれら要素の不均一分布とによって、例えばフラッシュアニール処理中に、“高温点”が形成されることになる。逆に、その他の要素は、それらが他の基板要素より効率的に、あるいは高い割合で特定の波長の電磁放射線を反射する傾向にあることを意味する相対的に高い反射率を有する。故に、これらの要素のより大きい集積度を有するダイ又はウェハの部分は、例えばフラッシュランプアニール処理中に広域スペクトル放射線に晒されると、他の部分より遅く温度上昇する傾向にある。結果として、これらの要素の高い反射率と、フラッシュアニールされる基板内のこれら要素の不均一分布とによって、例えばフラッシュアニール処理中に、“低温点”が形成されることになる。
例えば、一部の実施形態において、基板はシステムオンチップ（ＳＯＣ）チップを形成するために使用されるウェハであってもよい。これらの実施形態では、ウェハから最終的に形成されるＳＯＣチップの各々は、相異なる機能のための区別された区画又は領域に分割されていてもよい。例えば、ＳＯＣチップの一部はＳＲＡＭ用にされ、他の一部は論理回路用にされる。ダイがこのように分割されているとき、ＳＲＡＭ用部分には論理回路部分よりも相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）トランジスタが密に存在している。単一チップに色々な種類の回路が存在しているとき、均一温度は必ずしも最適温度プロファイルではない。別個の回路素子の各々が最適化され得る歩留まり／性能トレードオフを有している。この最適化は全ての回路に対して同一なわけではない。このために、当該波長／反射率エンジニアリングは、チップ全体性能を最適化するために使用可能な新たな変数を主張する。
添付の図面に示された、限定的ではない典型的な実施形態を用いて本発明について説明する。図面において、似通った参照符号は同様の要素を示すこととする。
以下の記載において、開示される本発明の実施形態の完全な理解を提供するため、説明目的で多数の詳細事項が説明される。しかしながら、当業者に明らかとなるように、これらの具体的な詳細事項は、開示される本発明の実施形態を実施するために必ずしも必要なものではない。また、開示される本発明の実施形態を不明りょうにしないよう、周知の電気的構造及び回路はブロック図の形態で示される。
図１は、一部の実施形態に従った、例えば上述のウェハ又はダイ基板などの基板に存在する、典型的な相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）トランジスタデバイスを示している。この実施形態では、トランジスタ100はドレイン102、ソース104、及びポリシリコンゲート106を含んでいる。トランジスタ100は更に、ゲート106に隣接する薄い酸化膜108を含んでいる。トランジスタ100の製造プロセスにおいてドレイン102及びソース104に付随する相異なるドープ領域を形成するため、ゲート106に隣接して窒化物スペーサ110が形成されている。窒化物スペーサ110は例えば窒化シリコン等の窒化物材料から成っている。
スペーサ110を有する窒化物材料は比較的高い吸収係数を有し、他の基板要素又は材料より高い割合で所定の波長域の電磁放射線を吸収する傾向にある。例えば、窒化シリコンから成る窒化物スペーサは、光スペクトルの紫外領域（すなわち、10nmから400nm）内の電磁放射線を吸収する傾向にある。具体的には、これら窒化物スペーサは約200nmから約350nmまでの波長を有する電磁放射線に対して特有の親和性（affinity）を有している。
様々な実施形態に従って、選択的な波長を有する電磁放射線を発生する選択的発光器が提供される。これらの実施形態では、選択的発光器は基板のフラッシュランプアニール処理において使用されてもよく、所定の波長域より大きい波長及び／又は小さい波長を有する電磁放射線を発生する。様々な実施形態において、所定の波長域は、第１の基板要素（例えば、窒化物スペーサ）によって他の基板要素によってよりも高い割合で吸収される傾向にある電磁放射線の波長に対応していてもよい。
図２Ａは、一部の実施形態に従ったフラッシュランプアニール処理に使用され得るシステムを示している。この実施形態では、システム200はプレフラッシュ加熱素子202を含んでおり、プレフラッシュ加熱素子202は複数の加熱ランプ204を含んでいる。しかしながら他の実施形態においては、プレフラッシュ加熱素子202は熱板、又は加熱ランプ204以外の種類の加熱デバイスを有していてもよい。加熱素子202の上方には、例えばフラッシュアニール処理などの間に基板208を支持するために使用される基板支持チャンバ206がある。例えば、基板208は半導体ダイ基板又はウェハ基板である。基板208の上方には選択的発光器210がある。これらの実施形態では、選択的発光器210は複数の光源212及び反射器214から成っていてもよい。
様々な実施形態において、光源212は選択的な波長を有する電磁放射線を発生する。これらの実施形態では、発生される電磁放射線は、所定の波長域より大きい波長及び／又は小さい波長を有する選択的な波長を伴う電磁放射線を含んでいてもよく、この所定の波長域は、第１の基板要素によって他の基板要素によってよりも高い割合で吸収又は反射される傾向にある電磁放射線の波長に対応していてもよい。光源212は、（詳しく後述される）光フィルタリングする覆い（jacket）を具備するフラッシュランプ、レーザ、及び／又は発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体デバイスとしてもよい。
加熱ランプ204はタングステンハロゲンランプとしてもよい。この実施形態では、加熱素子202は基板208の温度を、該基板208をフラッシュアニールするのに先立って所定温度まで上昇させるために使用され得る。
基板208は、相異なる吸収係数を有する複数の基板要素を含むダイ基板又はウェハ基板としてもよい。様々な実施形態において、基板208は少なくとも、所定の波長域を有する電磁放射線を他の基板要素より高い割合で吸収又は反射する第１の基板要素を有してもよい。一部の実施形態においては、第１の基板要素は、約200nmから約350nmの間の波長を有する電磁放射線を相対的に高い割合で吸収する材料を有する窒化物スペーサであってもよい。
様々な実施形態において、システム200はフラッシュランプアニール処理に使用されてもよい。これらの実施形態では、フラッシュアニールされるべき基板208は先ず、例えば上述のような加熱素子202を用いて予熱されてもよい。基板208が所定の温度に達すると、選択的発光器210は選択的な波長の電磁放射線を発生する。様々な実施形態において、この選択的な波長は所定の波長域より大きい波長及び／又は小さい波長を含んでいてもよい。基板208は選択的な波長の電磁放射線に約10msから約10μsの期間にわたって晒されてもよい。照射の結果、様々な実施形態において、基板208の温度が上昇させられる。一例として、シリコン基板はその開始温度とシリコンの融点である1410℃との間の如何なる温度にも加熱されることができる。
図２Ｂは、一部の実施形態に従ったフラッシュランプアニール処理に使用され得る別のシステムを示している。この実施形態では、システム220は図２Ａのシステム200と同様である。しかしながら先のシステム200と異なり、このシステム220の光源212は選択的な波長を有する電磁放射線を発生するのではなく、その代わりに、例えば広域スペクトル放射線を発生する。一部の実施形態において、広域スペクトル放射線は約200nmから約800nmの間の波長を有する電磁放射線を含んでいる。さらに、図２Ａのシステム200と異なり、この場合の選択的発光器210は更に、光源212とフラッシュアニールされる基板208との間に配置された光フィルタ222を含んでいる。これらの実施形態では、光フィルタ222は光源212によって発生された広域スペクトル放射線から所望されない電磁放射線（例えば、例として窒化物スペーサによって吸収される所定の波長域を有する電磁放射線）をフィルタリング除去するために使用されてもよい。
図３は、一部の実施形態に従った図２Ａの光源の１つをより詳細に示している。この実施形態では、光源300は例えば光フィルタリングする覆い（jacket）を具備するプラズマランプ等のフラッシュランプである。光源300は、陰極304、陽極306及び気体308を包み込む覆い302を含んでいる。覆い302は石英又は溶融石英材料から成っていてもよく、完全に密封された空間内に気体308を含んでいる。気体308は、様々な実施形態において、プラズマを発生するために使用される如何なる気体であってもよい。
この実施形態では、光源300は選択的な波長を有する電磁放射線を発生してもよい。覆い302は所定の波長域を有する電磁放射線をフィルタリング除去する光フィルタとして機能してもよい。例えば、気体がキセノンであるとき、エネルギーを与えられて活性化されるとプラズマに変化する気体308によって放射される電磁放射線は、約200nmから約800nmの間の波長群を有する放射線から成る。覆い302は、この実施形態において、約200nmから約350nmまでの波長群を有する電磁放射線をフィルタリング除去する光フィルタとしての役割を果たす。
このようなフィルタリングを実現するため、一部の実施形態においては、覆い302はドープされた石英材料を有してもよい。この実施形態では、ドープされた石英材料は酸化セリウムがドープされた透明な溶融石英材料であってもよい。しかしながら他の実施形態においては、フィルタリングはホウケイ酸ガラス（パイレックス（登録商標））から成る覆いを用いて為されてもよい。
他の実施形態においては、光源212（及び／又は選択的発光器210）は、フィルタリング要素を使用することなく、選択的な波長の電磁放射線を発生してもよい。この実施形態では、光源212は特定の波長又は波長域の電磁放射線を発生するレーザ又はレーザ群であってもよい。
具体的な実施形態を例示し、説明してきたが、同一の目的を達成するために想到される如何なる構成も、示された具体的な実施形態の代わりになることは当業者に認識されるところである。この出願は本発明の実施形態の如何なる適応又は変形にも及ぶものである。故に、本発明の実施形態は請求項によってのみ限定されるものである。
Claims (28)
- 基板を受け入れるチャンバ；及び
前記基板を照射する電磁放射線を発生する１つ以上の光源を含む選択的発光器であって、前記電磁放射線は所定の波長域より大きい、あるいは小さい波長を有し、前記所定の波長域は該波長域内の電磁放射線が前記基板の一部分によって他の部分より効率的に吸収又は反射される波長域である、選択的発光器；
を有するシステム。 - 前記１つ以上の光源は前記所定の波長域に対応する波長を有する電磁放射線を含む広域スペクトル放射線を発生するように適応されている、請求項１に記載のシステム。
- 前記選択的発光器は更に、前記広域スペクトル放射線から前記所定の波長域内の波長を有する電磁放射線をフィルタリング除去するフィルタを有している、請求項２に記載のシステム。
- 前記１つ以上の光源はプラズマランプを有している、請求項３に記載のシステム。
- 前記プラズマランプは前記フィルタである覆いを有している、請求項４に記載のシステム。
- 前記覆いは酸化セリウムがドープされた石英を有している、請求項５に記載のシステム。
- 前記所定の波長域は約200nmから350nmまでである、請求項１に記載のシステム。
- 前記チャンバはウェハ基板を受け入れるように適応されている、請求項１に記載のシステム。
- 前記チャンバは、複数の要素を組み込んだ半導体デバイスを有する基板を受け入れるように適応されている、請求項１に記載のシステム。
- 前記チャンバは、第１の基板要素であって他の基板要素より高い割合で前記所定の波長域内の波長を有する電磁放射線を吸収又は反射する第１の基板要素、を有する基板を受け入れるように適応されている、請求項１に記載のシステム。
- 前記第１の基板要素は窒化物スペーサを有する、請求項１０に記載のシステム。
- エネルギーを与えられるとプラズマを発生する電磁放射線を形成する気体；及び
前記気体を包み込み、前記所定の波長域内の波長を有する電磁放射線をフィルタリング除去するように適応されている覆い；
を有する光源。 - 前記覆いは酸化セリウムがドープされた石英を有している、請求項１２に記載の光源。
- 前記所定の波長域は約200nmから約350nmまでである、請求項１２に記載の光源。
- 前記所定の波長域は、電磁放射線に晒された基板要素によって、より効率的に吸収又は反射される電磁放射線の波長域である、請求項１２に記載の光源。
- 前記基板要素は、窒化物スペーサ、及び当該基板要素を様々な密度で有する領域群を有する基板から成るグループから選択された基板要素である、請求項１５に記載の光源。
- 電磁放射線を発生する光源；及び
フィルタリングされた放射線を作り出すために、前記光源によって発生された電磁放射線から所定の波長域内の波長を有する電磁放射線をフィルタリング除去するフィルタ；
を有する選択的発光器。 - 前記フィルタは約200nmから約350nmまでの波長を有する電磁放射線をフィルタリング除去する、請求項１７に記載の選択的発光器。
- 前記光源は前記所定の波長域を含む電磁放射線を発生する、請求項１７に記載の選択的発光器。
- 前記光源はプラズマランプを有している、請求項１７に記載の選択的発光器。
- 前記所定の波長域は、電磁放射線に晒された基板要素によって、より効率的に吸収又は反射される電磁放射線の波長域である、請求項１７に記載の選択的発光器。
- 基板を供給する供給段階；及び
所定の波長域より大きい、あるいは小さい波長を有する電磁放射線に前記基板を晒す段階であり、前記所定の波長域は該波長域内の電磁放射線が前記基板の一部分によって他の部分より効率的に吸収又は反射される波長域である、晒す段階；
を有する方法。 - プラズマを発生する電磁放射線を形成するように気体を活性化することを更に有する、請求項２２に記載の方法。
- 前記供給段階は窒化物スペーサを有する基板を供給することを有する、請求項２２に記載の方法。
- 前記供給段階は、半導体デバイス又は様々な集積度を有する基板を供給することを有する、請求項２２に記載の方法。
- 前記所定の波長域は約200nmから約350nmまでである、請求項２２に記載の方法。
- 前記晒す段階は、前記所定の波長域に対応する波長を有する電磁放射線を少なくとも含む広域スペクトル放射線を発生すること、フィルタリングされた放射線を作り出すために前記広域スペクトル放射線から前記所定の波長域に対応する波長を有する電磁放射線をフィルタリング除去すること、及び前記フィルタリングされた放射線に前記基板を晒すことを有する、請求項２２に記載の方法。
- 前記広域スペクトル放射線は約200nmから約800nmまでの波長を有する電磁放射線を有する、請求項２２に記載の方法。
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