JP6525919B2 - パルス列アニーリング方法および装置 - Google Patents
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Description
[0045]1つの実施形態では、図1に図示されるとおり、基板10の表面を熱交換デバイス15の基板支持体面16に熱接触させて配置することによって、熱プロセス中に基板の温度を制御することが望ましい。熱交換デバイス15は一般的に、アニーリング処理に先立ってまたは処理中に、基板を加熱および/または冷却するように適合される。この構成では、カリフォルニア州サンタクララのAppliedMaterials,Inc.から市販されている従来の基板ヒータなどの熱交換デバイス15が、基板のアニーリングされる領域の処理後の特性を改善するために使用されてもよい。一般的に、基板10は、熱交換デバイス15を含む、処理チャンバ(図示せず)の密封処理環境(図示せず)内に配置されている。基板が処理中に存在する処理環境は排気されてもよく、または所望の処理に適したガスを含んでもよい。例えば、本発明の実施形態は、チャンバに提供されるある一定のガスを必要とする、堆積または埋込みプロセスにおいて使用されてもよい。ガスは、堆積プロセスに対する前駆体などの反応性、または、従来の熱プロセスにおいて通常使用される不活性ガスなどの非反応性であってもよい。
[0049]形成されるデバイスの様々な領域間の相互拡散を最小にし、基板材料内の欠陥を除去し、基板の様々な領域内のドーパントをさらに均一に分散するために、基板の様々な領域上で1つ以上の処理ステップを実行して、それら領域が、アニーリングプロセス中にエネルギ源から送出されるエネルギに曝露されると優先的に融解されるようにしてもよい。アニーリングプロセスの間において、基板の第1領域および第2領域の両方がほぼ同一量のエネルギに曝露されるとき、第1領域の特性を改質して、第1領域が第2領域より優先的に融解されるようにするプロセスは、以後は、これらの2つの領域間に融解点コントラストを生成すると説明される。一般的に、基板の所望の領域を優先的に融解するように改質できる基板の特性は、基板の所望の領域内に1つ以上の元素を埋め込み、注入および/または同時堆積するステップと、基板の所望の領域に物理的損傷を生成するステップと、および基板の所望の領域に融解点コントラストを生成するように形成されるデバイス構造を最適化するステップと、を含む。これらの改質プロセスの各々は順番に再検討される。
[0056]1つの実施形態では、基板10の様々な領域202全体にわたる表面の特性を変化させて、1つ以上の望ましい領域間の熱コントラストを生成する。1つの態様では、所望の領域における基板の表面の放射率を変化させて、処理中の基板表面により吸収されるエネルギ量を変更する。この場合、より高い放射率を有する領域は、エネルギ源20から受けるエネルギをより多く吸収できる。基板の表面の融解を含むアニーリングプロセスを実行するとき、基板の表面で得られる処理温度は極めて高く(例えば、シリコンの場合約1414℃)、放射熱伝達が主な熱損失メカニズムであるため、放射率の変化は熱コントラストに劇的な効果を与えることができる。したがって、基板表面の様々な領域の放射率の変化は、基板の様々な領域により到達される最高温度に著しい影響を有する場合がある。低い放射率を備える領域は、例えば、アニーリング処理中に融解点より高く温度が上がる場合があるが、同一のエネルギ量を吸収する高い放射率を備える領域は、融解点を大幅に下回る温度を維持する場合がある。この結果、基板表面は、放射源の波長における熱質量当たりの放射率はほぼ同一であるが全体的な放射率が異なる、領域を有してもよい。様々な表面の放射率または熱コントラストを変化させることは、基板表面に低いまたは高い放射率の被覆の選択的な堆積および/または基板の表面を改質すること(例えば、表面の酸化、表面の粗面処理)によって達成されてもよい。
[0062]上述のとおり、エネルギ源20は一般的に、基板10のある一定の所望の領域を優先的に融解するために電磁エネルギを送出するようになっている。典型的な電磁エネルギ源は光放射源(例えばレーザ(UV、IR他の波長)、電子ビーム源、イオンビーム源および/またはマイクロ波エネルギ源を含むがこれらに限定されない。本発明の1つの実施形態では、エネルギ源20は、融解点に基板の所望の領域を選択的に加熱するために、レーザなどの光放射を送出するようになっている。
[0074]シリコンを含有する基板または熱処理を必要とする別の材料から構成される基板の表面に十分な電磁放射線を送出する目的で、以下のプロセス制御が使用されてもよい。
[0079]図5は、1つの実施形態における処理チャンバの領域の断面図であり、この実施形態では、エネルギ源20がある一定のエネルギ量を背面501から基板10のアニーリング領域12に送出して、アニーリング領域12内のある一定の所望の領域を優先的に融解するようになっている。1つの態様では、アニーリング領域12などの基板の1つ以上の画定された領域が任意の所定の時間においてエネルギ源20からの放射線に曝露される。1つの態様では、基板10の複数の範囲がエネルギ源20から背面501を通して送出される所望のエネルギ量に連続的に曝露されて、基板の所望の領域の優先的な融解を引き起こす。1つの態様では、アニーリング領域12のサイズは、基板10の上面502上に形成されるダイ(例えば図1Aのアイテム#13)または半導体デバイスのサイズと一致するようなサイズに調整される。1つの態様では、アニーリング領域12の境界は、各ダイの境界を画定する「切溝」または「けがき」線10A内に嵌まり込むように整列され、サイズ調節される。したがって、連続的に配置されたアニーリング領域12間の重複を最小にできることから、エネルギ源20からのエネルギへの曝露量の変化に起因するプロセス変化の量は最小化される。1つの例では、アニーリング領域12は約33mm×約22mmのサイズである矩形領域である。
[0084]次世代デバイスの製造の課題に対応するために、複数の電磁放射線のパルスを使用するアニーリングプロセスまたはパルス列アニーリングは幾つかのプロセスにおいて有用である。電磁放射線の複数の同一パルスは基板に送出され、各パルスは、1ミリ秒間(msec)以下の時間で基板表面の幾つかの原子層を準融解温度に近い温度(例えば、シリコン基板では約1300℃)まで加熱する単一マイクロアニーリングプロセスを達成し、その後、与えられたエネルギが結晶格子内で完全に消散し、影響を受けた格子層の温度が制御された予熱温度近くのより低い温度に戻ることを可能にする。予熱温度は、基板が第1パルスの送出の直前において維持される温度であり、約400℃から約800℃の間である。各マイクロアニーリングサイクルでは、結晶格子に結合されないシリコンおよびドーパント原子は、原子半径の数分の1程度で移動する。格子に結合されるシリコンおよびドーパント原子は、それらが送出されるパルスから十分なエネルギを受けないことから、一般的に移動しない。この方法では、各マイクロアニーリングサイクルは、所望の格子位置に個々の格子間原子およびドーパント原子を移動する。格子間原子またはドーパントが格子位置を満たすため、そのように位置を特定されない他の格子間原子またはドーパントは、結晶格子内の望ましい位置を見つけるまで、基板全体を通して拡散する。この方法では、パルス列アニーリング(以下「PTA」)を使用して、結晶格子内の格子間原子またはドーパントの原子の位置を制御でき、および過剰拡散を生じることなく、前の処理ステップ(例えば埋込みプロセス)の間に形成される格子欠陥を制御可能に修復することができる。このように、PTAは原子の長さ程度で半導体デバイス内の原子の運動を制御するために使用することができるプロセスである。
[0096]図8Aは本発明の1つの実施形態による装置を図示している。八角形の外壁802を有する本体部分800が設けられている。本体部分800の第1端810は基板ホルダ804に結合されている。基板ホルダ804は、基板の装着および取外しを可能にするように構成される、ヒンジ形蓋をまたは基板を交換するための側面開口を備えてもよく、どちらも図8Aまたは8Bには示されていない。基板は基板ホルダ804を使用して所定の位置に保持されてもよく、このホルダは静電手段、真空手段、クランプ、ベルヌーイチャッキング、空気浮上、ピン支承、または音響手段により操作されてもよい(これらは図示されていない)。図8Bを参照すると、反射ライナ806が本体部分800の外壁802の内面上に配置されてもよい。好ましくは、基板ホルダ804は、本体部分800と実質的に半径方向に整列する位置に基板808を保持するように構成され、これにより基板808の最も均一な照射を支援する。基板ホルダ804は任意の向きまたは状態に基板808を保持するように構成されてもよく、これには、実質的に平らな向きまたは凸状または凹状の湾曲部などの変形された向きを含む。基板ホルダ804はまた、処理中に基板808に熱エネルギを送出することにより、基板808のバルク温度を制御するように構成されてもよい。このような熱エネルギは、基板の背面に接触する基板ホルダ804の表面を加熱または冷却することにより送出されてもよい。加熱または冷却は、基板ホルダを通して加熱または冷却流体を循環する等の、当業者には公知の手段により達成されてもよい。バックグラウンドまたはバルク熱エネルギはまた、加熱ランプ、冷却ガス等等の任意の従来の非接触手段により送出されてもよい。例えば、基板808は、基板808と基板ホルダ804との間が接触しないように、基板808にクッションを提供する冷却ガスを用いて、静電力または空気圧または真空によって所定の位置に保持されてもよい。基板808は個別にまたは基板ホルダ804と組み合わせて、例えば磁気的結合または機械的回転によって、回転エネルギを受けてもよい。
[0107]200オングストローム接合層のPTA処理は、有用な結果を生み出すことが予測されるであろう。250eVのエネルギで1015ドーパント原子の分量を埋め込んだ後に、532nmレーザ光の1000のパルスがパルス列で送出されてもよい。各パルスが0.3J/cm2のエネルギ密度、約1msecの継続時間で、および20msecの休止継続時間により分離されて送出されると、アニーリング後の接合部のシート抵抗率は約400Ω/cm2未満であると予測される。500eVの埋込みエネルギと同じ事例では、アニーリング後に、一般的に200Ω/cm2未満のシートの抵抗率を得ることが予測される。
Claims (16)
- 基板を処理する装置であって、
基板支持体と、
前記基板支持体に対向する第1のエネルギー源と、
前記第1のエネルギー源に結合された電源と、
前記電源に結合されたコントローラと、
前記第1のエネルギー源に配置された第1のパルス列発生源であって、電磁放射による第1の複数の同一パルスのみからなる第1のパルス列を発生する同一パルス列発生源と、
電磁放射による第2の複数の同一パルスのみからなる第2のパルス列を前記基板支持体に向ける、レーザである第2のエネルギー源と、
反射率、透過率または吸収率の変化を検出するように構成された検出器と、
を備える、基板処理装置。 - 前記レーザは、低出力の電磁放射を有する、請求項1に記載の基板処理装置。
- 電磁放射による第1の複数の同一パルスのみからなる第1のパルス列を発生する前記第1の同一パルス列発生源は、光学アセンブリを備える、請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記コントローラは、前記第1のエネルギー源に配置されたスイッチを操作する、請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記コントローラは、レーザ源を操作し、電磁放射による第1の複数の同一パルスのみからなる第1のパルス列を発生する前記第1の同一パルス列発生源は、光学アセンブリを備える、請求項4に記載の基板処理装置。
- 電磁放射による第1の複数の同一パルスのみからなる第1のパルス列を発生する前記第1の同一パルス列発生源は、電磁放射パルスを合成する、請求項1に記載の基板処理装置。
- 第1の複数の同一パルスのみからなる第1のパルス列は、同一パルスの各パルス間に休止期間がある、請求項1に記載の基板処理装置。
- 基板を処理する装置であって、
第1のレーザ源に光学結合された第1のスイッチを有する第1のレーザ源と、
前記第1のレーザ源からのレーザ放射の光学路に沿って可動に配置された基板支持体と、
キャパシタと前記キャパシタを充電する電源と、
電磁放射パルスを形成すべく、前記基板支持体、前記電源および前記第1のスイッチに結合され、前記第1のスイッチを操作してパルス間隔があいたレーザ放射パルスを発生させるコントローラであって、前記第1のスイッチを操作して次のパルスが基板に照射されるより前に現パルスのエネルギーが基板から分散するようなパルス間隔がパルス間にあいた同一パルスのみからなる第1のパルス列を発生させ、前記第1のスイッチは、光学スイッチ、ポッケルスセル、または高速シャッターである、コントローラと、
第2のレーザ源に光学結合された第2のスイッチを有する第2のレーザ源であって、第2のスイッチには前記コントローラも結合されていて、第2のスイッチは前記コントローラの操作により、パルス間にパルス間隔があけられた、電磁放射による第2の複数の同一パルスのみからなる第2のパルス列を発生する、第2のレーザ源と、
前記第1のレーザ源と前記基板支持体との間において前記レーザ放射の光学路に沿って配置された少なくとも1つのレンズを備える光学アセンブリであって、いずれも電磁放射による同一パルスのみからなるパルス列である前記第1のパルス列および第2のパルス列に係る、電磁放射による同一パルスを受け取って、いずれも電磁放射による同一パルスのみからなるパルス列である前記第1のパルス列および第2のパルス列を方向付けるように配置され、前記第1のパルス列の各パルスの継続時間が1nsecから10msecの範囲である、光学アセンブリと
を備える基板処理装置。 - 前記第1のスイッチは、電気スイッチである、請求項8に記載の基板処理装置。
- 前記第1のスイッチは、ポッケルスセルである、請求項8に記載の基板処理装置。
- 前記光学アセンブリは、前記第1のパルス列および第2のパルス列から受け取った電磁放射パルスを合成して、一時的に整形した電磁放射パルスを形成する、請求項8に記載の基板処理装置。
- 電磁放射による同一パルスのパルス列である第1の同一パルス列は、同一パルスの各パルス間の休止期間が約1msecから10msecの範囲である、請求項8に記載の基板処理装置。
- 複数のダイを有する基板をさらに備え、前記ダイはアニーリングの際にアニール領域を形成し、各アニール領域の境界は、切込み線により画定され、各アニール領域は、22mm×33mmの矩形領域である、請求項8に記載の基板処理装置。
- 前記第2のレーザ源は、前記基板支持体の前記第1のレーザ源がある側の反対側に配置される、請求項13に記載の基板処理装置。
- 基板を処理する装置であって、
基板を支持する基板支持体と、
レーザ毎にスイッチが設けられた複数のレーザを有するパルス列源であって、電磁放射による同一パルスのパルス列を基板表面に向けるパルス列源と、
各スイッチに結合されたコントローラであって、複数のレーザのうち第1のレーザから、低エネルギーの電磁放射による同一パルスのみからなる第1の複数のパルス列を発生するとともに、複数のレーザのうち第2のレーザから、電磁放射による同一パルスのみからなる第2の複数のパルス列を発生するコントローラと、
基板支持体に向けられた、前記第1の複数のパルス列および第2の複数のパルス列によって生じた、基板の反射率、透過率または吸収率の変化を検出するように構成された検出器と、
前記検出器に結合されたアナライザであって、コンピュータにより、前記反射率、透過率または吸収率の変化を分析して、所望のアニーリングを実現すべく前記第2の複数のパルス列の最適エネルギーを算定し、前記各スイッチに結合されたコントローラによって、前記第2の複数のパルス列を発生して所望のアニーリングを実現するようにしたアナライザと
を備える基板処理装置。 - エンドポイントを検出すべく、前記アナライザは、基板表面に向けられた、電磁エネルギーの同一パルス列である第2の複数のパルス列によって生じた、反射率、透過率または吸収率の変化をモニターする請求項15に記載の基板処理装置。
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