JP6143371B2 - 照射パルス熱処理方法および装置 - Google Patents
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Description
本出願は2007年5月1日出願の米国仮特許出願第60/924,115号から優先権の利益を主張するものであり、それは本開示の一部としてここに組み入れられている。
本発明は、たとえば、半導体ウェーハ等のワークピースを熱処理する方法およびシステムに関連している。
多数の出願がワークピースの熱処理に関連している。たとえば、マイクロプロセッサその他のコンピュータ・チップ等の半導体チップの製作において、シリコン・ウェーハ等の半導体ウェーハはイオン注入プロセスに通され、そこでウェーハのデバイス側の表面領域に不純物原子すなわちドーパントが導入される。イオン注入プロセスはウェーハの表面領域の結晶格子構造に損傷を与え、注入ドーパント原子は電気的に不活性となる格子間サイトに残される。ドーパント原子を代理サイトへ移動させて電気的に活性とし、イオン注入中に生じる結晶格子構造への損傷を修復するために、ウェーハのデバイス側の表面領域を高温まで加熱してアニールする必要がある。
本発明者は、たとえば、ドーパント活性化等の、より多量の望まれる高温プロセス反応を達成する改良プロセスは改良された製品を作り出すと考えている。しかしながら、同時に、ますます浅くて階段接合を有するますます小型のデバイスを達成するために、望まれる高温プロセス反応を増したいという要望は、ドーパント拡散等の、他のあまり望ましくないまたは望ましくないプロセスを最小限に抑えたいまたは制御したいという要望に対してバランスさせなければならない。
図1に、本発明の1実施例に従ってワークピースを熱処理する装置が一般的に100に示されている。この実施例では、装置100は照射パルス生成システム180、およびプロセッサ回路110を含んでいる。
図1について、この実施例では、目標表面積はワークピース106の第1表面104全体を含み、それはこの実施例では半導体ウェーハ120である。より詳細には、この実施例では、ウェーハは半導体チップ、たとえば、マイクロプロセッサ等の製作に使用する直径300mmのシリコン半導体ウェーハである。本発明の実施例では、ワークピース106の第1表面104はウェーハ120の上面すなわちデバイス側122を含んでいる。同様に、この実施例では、ワークピースの第2表面118はウェーハ120の背面すなわち基板側124を含んでいる。
さらに、図1について、本実施例では、ここに記述されているように、装置100はその中にワークピース106が熱処理のために支持されるチャンバ130を含んでいる。一般的に、ここで検討される場合を除き、本実施例の装置100は前記した同一譲受人による米国特許出願第2007/0069161[SFJ4]号に記載されている熱処理装置と同じであり、それは本開示の一部としてここに組み入れられている。したがって、簡潔にするため、米国特許出願第2007/0069161号に記載されている装置100の非常に多くの詳細が省かれている。
さらに、図1について、本実施例では、装置100はさらに照射パルス生成システム180を含んでいる。この実施例では、照射パルス生成システム180はフラッシュ・ランプ・システムを含んでいる。より詳細には、この実施例では、照射パルス生成システム180は、チャンバ130の水冷ウィンドウ186のすぐ上に配置された、第1、第2、第3および第4のフラッシュ・ランプ182、183、185および187およびリフレクタ・システム184を含んでいる。
図1および2について、RTPシステム・コンピュータ(RSC)112が図2により詳細に示されている。この実施例では、RSCはプロセッサ回路110を含み、本実施例では、それはマイクロプロセッサ210を含んでいる。しかしながら、より一般的には、この明細書では「プロセッサ回路」という用語は本明細書および一般常識により当業者ならばここに記載されている機能をマイクロプロセッサ210に代えて実施できる任意タイプのデバイスまたはその組合せを広く包含するものとする。このようなデバイスは(限定はしないが)、たとえば、他のタイプのマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、他の集積回路、他のタイプの回路またはその組合せ、論理ゲートまたはゲートアレイ、または任意タイプのプログラマブル・デバイスを、単独でまたは同じ場所に配置されたまたは互いに離れた他のこのようなデバイスと組み合わせて含むことができる。
この実施例では、照射パルス生成システム180により生成される照射パルスの時間形状がさまざまな熱プロセスに対する等価時間の概念を考慮して本発明者により設計されている。
ここに、
EA 反応エネルギ、すなわち、反応を生じるのに必要なエネルギ・レベル
k ボルツマン定数
T(t) 時間tの関数としての温度T
図1、2、4および5について、メインRTPルーチン221が図4により詳細に示されている。一般的に、この実施例では、メインRTPルーチン221は照射パルス生成システム180を制御して、ワークピース106の目標表面積上に入射する、図5に示す照射パルス506の初期加熱部分502および後続維持部分504を生成するようにプロセッサ回路110を構成する。この実施例では、初期加熱部分502および後続維持部分504の結合持続時間はワークピース106の熱伝導時間よりも短い。初期加熱部分502は目標表面積を望まれる温度まで加熱し、後続維持部分504は目標表面積を望まれる温度から望まれる範囲内に維持する。
図1および2について、本発明の実施例に従ってワークピースを熱処理する装置は図1に示す装置100を含み、それはプロセッサ回路110および照射パルス生成システム180を含んでいる。前の実施例と同様に、プロセッサ回路110は照射パルス生成システム180を制御してワークピース106の目標表面積上に入射する照射パルスの初期加熱部分および後続維持部分を生成するように構成され、ここに初期加熱部分および後続維持部分の結合持続時間はワークピースの熱伝導時間よりも短い。しかしながら、この実施例では、装置はさらにオプショナルな測定システム102を含んでいる。本実施例では、プロセッサ回路110は測定システム102と協働して照射パルス中に望まれる熱プロセスの現在完了している量を示す少なくとも1つのパラメータを監視するように構成され、かつ照射パルス生成システム180を制御して少なくとも1つのパラメータの期待値からの逸脱に応答して照射パルスを修正するように構成される。
時間tnを介してここまで経過した全時間間隔内で生じた望まれる活性化プロセスの量の和を表す。言い換えると、時間tnにおいて現在プロセス完了レジスタは時間tnにおける望まれる活性化プロセスの現在完了した量を示すパラメータを含んでいる。期待値AREn(tn)に関して前記したように、本実施例は照射パルス加熱段階中だけ期待されたプロセス完了値および実際のプロセス完了値を生成して比較するが、代わりに、このような値は予熱段階に対しても生成し比較してもよい。
Claims (22)
- プロセッサ回路の制御によって、高速昇降温プロセスのアニールでワークピースの熱処理方法であって、前記方法は、
前記ワークピースの目標表面積上に入射する単一連続照射パルスの初期加熱部分および後続維持部分を生成するステップを含み、
前記初期加熱部分と前記後続維持部分の結合持続時間は前記ワークピースの熱伝導時間よりも短く、
前記初期加熱部分は前記目標表面積を望まれる温度まで加熱し、
前記後続維持部分は前記目標表面積を前記望まれる温度から望まれる範囲内に維持することにより、前記目標表面積上で望まれるフラット・トップの温度−時間プロファイルを生成し、
前記単一連続照射パルスの存在中に前記目標表面積の温度を所定の時間毎に測定し、
前記目標表面積の前記測定された温度に応答して、前記単一連続照射パルスの存在中に望まれる温度プロセスの現在完了している反応量を監視し、
前記監視された現在完了している反応量を、前記目標表面積上で期待される温度−時間プロファイルに関連する期待される反応量と比較し、
前記期待される反応量から前記現在完了している反応量の逸脱に応答して、前記単一連続照射パルスを修正する熱処理方法。 - 請求項1記載の方法であって、前記ワークピースは半導体ウェーハを含む方法。
- 請求項2記載の方法であって、前記初期加熱部分および前記後続維持部分は非対称的である方法。
- 請求項2記載の方法であって、前記後続維持部分は前記目標表面積から前記ワークピースの本体内への熱伝導を補償するのに十分なパワーを前記目標表面積へ送る方法。
- 請求項4記載の方法であって、前記後続維持部分は、さらに、前記目標表面積とその周囲の環境との間の熱放射および伝導による熱交換を補償するのに十分なパワーを前記目標表面積へ送る方法。
- 請求項4記載の方法であって、前記後続維持部分は少なくとも1×102W/cm2のレートでパワーを送る方法。
- 請求項2記載の方法であって、前記望まれる範囲は前記望まれる温度からおよそ5×101℃以内である方法。
- 請求項2記載の方法であって、前記望まれる範囲は前記望まれる温度からおよそ3℃以内である方法。
- 請求項2記載の方法であって、前記結合持続時間は前記単一連続照射パルスの1/4値全幅(FWQM)が前記ワークピースの前記熱伝導時間の半分よりも大きい方法。
- 請求項9記載の方法であって、前記FWQMはおよそ1×10−2msである方法。
- 請求項2記載の方法であって、前記目標表面積は半導体ウェーハのデバイス側を含み、前記単一連続照射パルスを生成するステップは複数のフラッシュ・ランプを使用して前記単一連続照射パルスを生成するステップを含む方法。
- 請求項11記載の方法であって、前記単一連続照射パルスを生成するステップは単一連続照射パルスの照射パルス開始時間に前記複数のフラッシュ・ランプの少なくとも1つを点火させ、続いて前記複数のフラッシュ・ランプの少なくとも他の1つを点火させるステップを含む方法。
- 請求項12記載の方法であって、前記単一連続照射パルスを生成するステップは前記単一連続照射パルスの照射パルス開始時間に前記複数のフラッシュ・ランプの少なくとも2つを同時に点火させるステップを含む方法。
- 請求項12記載の方法であって、続いて点火させるステップは前記照射パルス開始時間に続く第1の時間間隔において前記複数のフラッシュ・ランプの少なくとも第1の他の1つを続いて点火させ、続いて前記照射パルス開始時間に続く第2の時間間隔において前記複数のフラッシュ・ランプの少なくとも第2の他の1つを点火させるステップを含み、
前記第1および第2の時間間隔は前記照射パルス開始時間に続く、それぞれ、およそ1msおよびおよそ2msである方法。 - 請求項2記載の方法であって、前記目標表面積は前記半導体ウェーハのデバイス側の面積セグメントを含み、前記単一連続照射パルスを生成するステップは非対称的空間プロファイルを有するレーザビームで前記ワークピースの熱伝導時間よりも短い前記面積セグメントを横切るように走査するステップを含む方法。
- 請求項15記載の方法であって、前記初期加熱部分を生成するステップは前記レーザビームの第1の空間部分で前記面積セグメントを横切るように走査するステップを含み、前記後続維持部分を生成するステップは前記レーザビームの第2の空間部分で前記面積セグメントを横切るように走査するステップを含み、前記第1の空間部分および前記第2の空間部分は非対称的である方法。
- 請求項2記載の方法であって、さらに、前記単一連続照射パルスを生成する前に、前記ワークピースを前記望まれる温度よりも低い中間温度まで予熱するステップを含む方法。
- 請求項2記載の方法であって、
前記望まれる温度プロセスの前記現在完了している反応量は、前記望まれる温度プロセスの反応率の時間積分からなる方法。 - 請求項18記載の方法であって、前記単一連続照射パルスを修正するステップは前記現在完了している反応量が前記期待される反応量を閾値差よりも多く超えておれば前記後続維持部分の持続時間を短縮するステップを含む方法。
- 請求項18記載の方法であって、前記単一連続照射パルスを修正するステップは前記期待される反応量が前記現在完了している反応量を閾値差よりも多く超えておれば前記後続維持部分の持続時間を長くするステップを含む方法。
- 高速昇降温プロセスのアニールでワークピースを熱処理する装置であって、前記装置は、
照射パルス生成システムと、
測定システムと、
前記照射パルス生成システムを制御して前記ワークピースの目標表面積上に入射する単一連続照射パルスの初期加熱部分および後続維持部分を生成するように構成されたプロセッサ回路と、を含み、
前記初期加熱部分と前記後続維持部分の結合持続時間は前記ワークピースの熱伝導時間よりも短く、
前記初期加熱部分は前記目標表面積を望まれる温度まで加熱し、
前記後続維持部分は前記目標表面積を前記望まれる温度から望まれる範囲内に維持することにより、前記目標表面積上で望まれるフラット・トップの温度−時間プロファイルを生成し、
前記プロセッサ回路は、
前記測定システムを操作して、前記単一連続照射パルスの存在中に前記目標表面積の温度を所定の時間毎に測定し、
前記目標表面積の前記測定された温度に応答して、前記単一連続照射パルスの存在中に望まれる温度プロセスの現在完了している反応量を監視し、
前記監視された現在完了している反応量を、前記目標表面積上で期待される温度−時間プロファイルに関連する期待される反応量と比較し、
前記照射パルス生成システムを操作して、前記期待される反応量から前記現在完了している反応量の逸脱に応答して、前記単一連続照射パルスを修正する熱処理装置。 - 高速昇降温プロセスのアニールでワークピースを熱処理する装置であって、前記装置は、
前記ワークピースの目標表面積上に入射する単一連続照射パルスの初期加熱部分を生成する手段と、
前記ワークピースの目標表面積上に入射する前記単一連続照射パルスの後続維持部分を生成する手段と、を含み、
前記初期加熱部分と前記後続維持部分の結合持続時間は前記ワークピースの熱伝導時間よりも短く、
前記初期加熱部分は前記目標表面積を望まれる温度まで加熱し、
前記後続維持部分は前記目標表面積を前記望まれる温度から望まれる範囲内に維持することにより、前記目標表面積上で望まれるフラット・トップの温度−時間プロファイルを生成し、
前記装置は、更に、
前記単一連続照射パルスの存在中に前記目標表面積の温度を所定の時間毎に測定する手段と、
前記目標表面積の前記測定された温度に応答して、前記単一連続照射パルスの存在中に望まれる温度プロセスの現在完了している反応量を監視する手段と、
前記監視された現在完了している反応量を、前記目標表面積上での期待される温度−時間プロファイルに関連する期待される反応量と比較する手段と、
前記期待される反応量から前記現在完了している反応量の逸脱に応答して、前記単一連続照射パルスを修正する手段とを備える装置。
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