JPS6234131B2 - - Google Patents
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- JPS6234131B2 JPS6234131B2 JP17118379A JP17118379A JPS6234131B2 JP S6234131 B2 JPS6234131 B2 JP S6234131B2 JP 17118379 A JP17118379 A JP 17118379A JP 17118379 A JP17118379 A JP 17118379A JP S6234131 B2 JPS6234131 B2 JP S6234131B2
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- JP
- Japan
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- laser
- laser beam
- mask
- chip
- annealing
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Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、例えば半導体ウエハに形成されたイ
オン注入層のアニールにレーザ・アニールを適用
する半導体装置の製造方法の改良に関する。
オン注入層のアニールにレーザ・アニールを適用
する半導体装置の製造方法の改良に関する。
一般に、レーザ・ビーム内のエネルギ密度は、
発振モードにも依るが、最も単純なTEM00モー
ドに於いては本質的に同心円状の分布を持ち、そ
の分布は第1図に見られるように、ビーム中央で
最も強度が大であるガウス分布になる。従つて、
そのような分布のレーザ・ビームを半導体ウエハ
に照射した場合にもアニールの度合は同心円状の
分布を持つことになる。
発振モードにも依るが、最も単純なTEM00モー
ドに於いては本質的に同心円状の分布を持ち、そ
の分布は第1図に見られるように、ビーム中央で
最も強度が大であるガウス分布になる。従つて、
そのような分布のレーザ・ビームを半導体ウエハ
に照射した場合にもアニールの度合は同心円状の
分布を持つことになる。
また、例えば、YAG,ルビー,Ar,Krなどの
レーザ・ビームを用いてシリコンのアニールがで
きるようなエネルギ密度を得られるようにする為
には、そのビーム径を数10〔μm〕〜2〔cm〕〜
3〔cm〕程度にしなければならない。
レーザ・ビームを用いてシリコンのアニールがで
きるようなエネルギ密度を得られるようにする為
には、そのビーム径を数10〔μm〕〜2〔cm〕〜
3〔cm〕程度にしなければならない。
これ等2点の理由に依り、通常、多用されてい
る7,5〔cm〕(3〔吋〕)、10〔cm〕(4〔吋〕)
などのウエハをアニールする為にはウエハを移動
させたり、ビームを移動させたりして走査を行な
うことが不可欠である。
る7,5〔cm〕(3〔吋〕)、10〔cm〕(4〔吋〕)
などのウエハをアニールする為にはウエハを移動
させたり、ビームを移動させたりして走査を行な
うことが不可欠である。
しかしながら、このような走査を行なうこと
は、前記したビーム形状の面で種々の問題を抱え
ている。即ち、ビームが円形であるから、走査を
行なう際、相隣るレーザ照射域はその境界で重ね
合せが必要になる。すると、レーザ・ビーム内の
エネルギ分布とウエハ側の結晶状態の変化に伴な
う光吸収係数の変化(光吸収係数の大小関係:単
結晶〓多結晶<アモルフアス)とが相俟つて鱗状
パターンを持つたアニールがなされる。即ち、レ
ーザ・ビーム内の強度分布は第2図に見られる通
りであり、LSは単結晶または多結晶を溶融する
レベル、LAはアモルフアスを溶融するレベルで
あつて、このようなビームで1回の照射を行なう
と第3図に見られるようにアモルフアス領域1に
単結晶領域21及び多結晶領域31が形成され
る。また、走査を行なつて2回目の照射をする
と、前記領域21,31の他に第4図に見られる
ように、単結晶領域22及び多結晶領域32が形
成される。このようにして照射の走査を行なうと
アニールされた領域のパターンは第5図に見られ
るように鱗状になるのである。
は、前記したビーム形状の面で種々の問題を抱え
ている。即ち、ビームが円形であるから、走査を
行なう際、相隣るレーザ照射域はその境界で重ね
合せが必要になる。すると、レーザ・ビーム内の
エネルギ分布とウエハ側の結晶状態の変化に伴な
う光吸収係数の変化(光吸収係数の大小関係:単
結晶〓多結晶<アモルフアス)とが相俟つて鱗状
パターンを持つたアニールがなされる。即ち、レ
ーザ・ビーム内の強度分布は第2図に見られる通
りであり、LSは単結晶または多結晶を溶融する
レベル、LAはアモルフアスを溶融するレベルで
あつて、このようなビームで1回の照射を行なう
と第3図に見られるようにアモルフアス領域1に
単結晶領域21及び多結晶領域31が形成され
る。また、走査を行なつて2回目の照射をする
と、前記領域21,31の他に第4図に見られる
ように、単結晶領域22及び多結晶領域32が形
成される。このようにして照射の走査を行なうと
アニールされた領域のパターンは第5図に見られ
るように鱗状になるのである。
前記鱗状のパターンは、そのエツジが顕微鏡を
通して光学的に観察し得る程度のものであり、ウ
エハの拡散層表面に凹凸を発生させ、これがp・
n接合に掛るとリーク電流を増大させる原因にな
る。
通して光学的に観察し得る程度のものであり、ウ
エハの拡散層表面に凹凸を発生させ、これがp・
n接合に掛るとリーク電流を増大させる原因にな
る。
また、シート抵抗ρSについて見ても、それと
レーザ照射回数との間には第6図に見られる関係
があり、ウエハ内の部分部分でレーザ照射回数が
相違すると、シート抵抗ρSの分布が発生するも
のである。尚、第6図は砒素イオンをドーズ量で
4×1015〔cm-2〕程度注入し、それを波長λが1.06
〔μm〕のレーザ・ビームでアニールした場合に
得たデータである。
レーザ照射回数との間には第6図に見られる関係
があり、ウエハ内の部分部分でレーザ照射回数が
相違すると、シート抵抗ρSの分布が発生するも
のである。尚、第6図は砒素イオンをドーズ量で
4×1015〔cm-2〕程度注入し、それを波長λが1.06
〔μm〕のレーザ・ビームでアニールした場合に
得たデータである。
前記説明した欠点を解消するには、ウエハ全体
を1回で照射できるようなレーザを用いれば良い
が、イオン注入層のアニールには、通常、パル
ス・レーザで1〜5〔J/cm2〕程度のエネルギ密
度を必要とし、これで10〔cm〕φウエハ(面積に
すると〜80〔cm2〕)をアニールするには分布が均
一、即ち、効率が最も良いと仮定しても80〜400
〔J〕のレーザ出力が必要である。ところが現状
で容易に入手できるレーザ装置は、TEM00モー
ドにおいて、Na3+:YAGで1〜2〔J〕、ルビー
で4〜5〔J〕程度が限界であり、前記必要エネ
ルギを到底充足することはできない。唯、ガラ
ス・レーザのみは前記要求を満たす可能性を持つ
が、この場合、高価であるのと、波長1.06〔μ
m〕で結晶状態に依る光吸収係数の差が大であ
り、アニール特性が不安定になり易い。しかも、
アニールしようとする材質や用途に依つて波長を
選択できるレーザ・アニールの利点は失なわれて
しまう。更にまた、CWレーザの場合も同様に必
要エネルギを求めると数10〔MW〕以上になり、
通常のAr,Krなどのレーザ出力は20〔W〕程度
であるから、とても足りるものではない。
を1回で照射できるようなレーザを用いれば良い
が、イオン注入層のアニールには、通常、パル
ス・レーザで1〜5〔J/cm2〕程度のエネルギ密
度を必要とし、これで10〔cm〕φウエハ(面積に
すると〜80〔cm2〕)をアニールするには分布が均
一、即ち、効率が最も良いと仮定しても80〜400
〔J〕のレーザ出力が必要である。ところが現状
で容易に入手できるレーザ装置は、TEM00モー
ドにおいて、Na3+:YAGで1〜2〔J〕、ルビー
で4〜5〔J〕程度が限界であり、前記必要エネ
ルギを到底充足することはできない。唯、ガラ
ス・レーザのみは前記要求を満たす可能性を持つ
が、この場合、高価であるのと、波長1.06〔μ
m〕で結晶状態に依る光吸収係数の差が大であ
り、アニール特性が不安定になり易い。しかも、
アニールしようとする材質や用途に依つて波長を
選択できるレーザ・アニールの利点は失なわれて
しまう。更にまた、CWレーザの場合も同様に必
要エネルギを求めると数10〔MW〕以上になり、
通常のAr,Krなどのレーザ出力は20〔W〕程度
であるから、とても足りるものではない。
本発明は、半導体ウエハを部分毎にレーザ・ア
ニールしても前記鱗状パターンを発生せず、従つ
て、半導体装置の特性に悪影響を及ぼすこともな
いようにしようとするものであり、以下これを詳
細に説明する。
ニールしても前記鱗状パターンを発生せず、従つ
て、半導体装置の特性に悪影響を及ぼすこともな
いようにしようとするものであり、以下これを詳
細に説明する。
本発明に於ける基本事項は次の通りである。
(1) 半導体装置に於ける基本単位はウエハでな
く、チツプであるから、レーザ・アニールも各
チツプ内に於いて均一であることが必要且つ充
分な条件である。
く、チツプであるから、レーザ・アニールも各
チツプ内に於いて均一であることが必要且つ充
分な条件である。
(2) 各チツプ間のスクライブ・ラインは、ウエ
ハ・プロセス終了後に各チツプを切離す為に在
り、装置の電気的特性に無縁な部分であるか
ら、ビームの重なりや、逆にビーム間の非照射
領域になつても構わない。
ハ・プロセス終了後に各チツプを切離す為に在
り、装置の電気的特性に無縁な部分であるか
ら、ビームの重なりや、逆にビーム間の非照射
領域になつても構わない。
このような事項を前提とし、本発明では、1チ
ツプを単位とし、その1単位分或いは所要数単位
分のマスクを介してレーザ・ビームを照射するも
のである。
ツプを単位とし、その1単位分或いは所要数単位
分のマスクを介してレーザ・ビームを照射するも
のである。
前記マスクは所定横断面形状のレーザ・ビーム
を通過させる開口を有するものであり、以下のよ
うにして実現される。
を通過させる開口を有するものであり、以下のよ
うにして実現される。
即ち、ビーム内でアニールするのに必要な均一
度を持つ領域、例えばピーク強度の90〔%〕以上
である領域内で、この領域より狭い開口を有する
マスクを用いるものである。一般に、或る一定の
エネルギを有するレーザ・ビームは例えばレンズ
などの光学系を用いることに依り、第7図にA,
B,Cとして指示してあるように分布特性を変化
させることができる。本発明では、エネルギ密度
のピーク近傍がアニールに適当なレベルLp1〜L
p2内に存在する特性Bの分布がウエハ表面で得ら
れるようにし、そして、マスクの開口は領域x内
に入る大きさとする。尚、特性Aの分布では、ビ
ーム中央のエネルギ密度が高すぎて、ウエハに損
傷を与えるレベルLDに入つてしまうので、これ
は使用できない。また、特性Cの分布では、レベ
ルが低すぎて必要なアニールをすることができな
い。
度を持つ領域、例えばピーク強度の90〔%〕以上
である領域内で、この領域より狭い開口を有する
マスクを用いるものである。一般に、或る一定の
エネルギを有するレーザ・ビームは例えばレンズ
などの光学系を用いることに依り、第7図にA,
B,Cとして指示してあるように分布特性を変化
させることができる。本発明では、エネルギ密度
のピーク近傍がアニールに適当なレベルLp1〜L
p2内に存在する特性Bの分布がウエハ表面で得ら
れるようにし、そして、マスクの開口は領域x内
に入る大きさとする。尚、特性Aの分布では、ビ
ーム中央のエネルギ密度が高すぎて、ウエハに損
傷を与えるレベルLDに入つてしまうので、これ
は使用できない。また、特性Cの分布では、レベ
ルが低すぎて必要なアニールをすることができな
い。
前記のようにして、マスクの最大開口が定めら
れたが、それに加え半導体チツプ上でアニール領
域が重なり合うことが無いようにしなければなら
ない。即ち、前記マスクの開口を通過したビーム
は、チツプの形状に従つて、1個或いは複数個分
のチツプ全域をカバーするものでなければなら
ず、それより大であつても小であつても不可であ
る。但し、大であつても、重なりがスクライブ・
ライン内でのみ発生するのであればかまわない。
れたが、それに加え半導体チツプ上でアニール領
域が重なり合うことが無いようにしなければなら
ない。即ち、前記マスクの開口を通過したビーム
は、チツプの形状に従つて、1個或いは複数個分
のチツプ全域をカバーするものでなければなら
ず、それより大であつても小であつても不可であ
る。但し、大であつても、重なりがスクライブ・
ライン内でのみ発生するのであればかまわない。
前記のようにして、レーザ・ビームの実際の横
断面形状が定められる。次に、第8図乃至第10
図を参照しつつ具体的実施例について説明する。
断面形状が定められる。次に、第8図乃至第10
図を参照しつつ具体的実施例について説明する。
第8図は本発明を実施する装置の一例を表わす
説明図である。
説明図である。
図において、11はレーザ・ビーム発生器、1
2はレンズ、13はミラー、14はマスク、14
Aは開口、15はシリコン・ウエハ、151,1
52……はチツプ、16はレーザ・ビームをそれ
ぞれ示す。
2はレンズ、13はミラー、14はマスク、14
Aは開口、15はシリコン・ウエハ、151,1
52……はチツプ、16はレーザ・ビームをそれ
ぞれ示す。
本装置に於いて、全チツプ151……のアニー
ルを行なうには、レーザ・ビーム・マスク系とウ
エハ15との相対位置をウエハ15の表面と平行
な方向へチツプ・サイズの整数倍ずつ移動させな
がらレーザ・ビーム照射すれば良い。即ち、相対
位置の変更はレーザ・ビーム・マスク系及びウエ
ハ15のいずれか一方或いは両方を動かすことに
依り行なう。
ルを行なうには、レーザ・ビーム・マスク系とウ
エハ15との相対位置をウエハ15の表面と平行
な方向へチツプ・サイズの整数倍ずつ移動させな
がらレーザ・ビーム照射すれば良い。即ち、相対
位置の変更はレーザ・ビーム・マスク系及びウエ
ハ15のいずれか一方或いは両方を動かすことに
依り行なう。
マスク14はウエハ15の直前、例えば10
〔cm〕以内に位置させると良い。これに依り、マ
スク14を通過した後のレーザ・ビーム16の回
折に依るビーム内強度分布が変化することを抑止
できる。
〔cm〕以内に位置させると良い。これに依り、マ
スク14を通過した後のレーザ・ビーム16の回
折に依るビーム内強度分布が変化することを抑止
できる。
マスク14は例えば第9図に見られるように2
枚のL字状部材141及び142で構成すると良
い。そして部材141或いは142のいずれか一
方或いは両方を図の矢印で示した方向に移動する
ことに依つて開口14Aの大きさを変えるように
する。
枚のL字状部材141及び142で構成すると良
い。そして部材141或いは142のいずれか一
方或いは両方を図の矢印で示した方向に移動する
ことに依つて開口14Aの大きさを変えるように
する。
マスク14の材質としては、例えばステンレス
などを用いても良いが、高エネルギ密度のレー
ザ・ビーム照射を受けるものであるから、炭素、
モリブデン、タンタル、タングステンなど高融点
材質を用いることが望ましい。
などを用いても良いが、高エネルギ密度のレー
ザ・ビーム照射を受けるものであるから、炭素、
モリブデン、タンタル、タングステンなど高融点
材質を用いることが望ましい。
第10図及び第11図はレーザ・ビームのアニ
ール適当領域x(第7図参照)と、マスク14の
開口14Aと、チツプ15nとの関係を表わす要
部平面説明図であり、第10図は1チツプを、第
11図は4チツプをそれぞれアニールする場合で
あり、既出の図に関して説明した部分と同部分は
同記号で指示してある。
ール適当領域x(第7図参照)と、マスク14の
開口14Aと、チツプ15nとの関係を表わす要
部平面説明図であり、第10図は1チツプを、第
11図は4チツプをそれぞれアニールする場合で
あり、既出の図に関して説明した部分と同部分は
同記号で指示してある。
以上の説明で判るように、本発明によれば、レ
ーザ・ビームの内、エネルギ密度と均一性がレー
ザ・アニールをするのに適合する領域を取出し、
その取出されたレーザ・ビームで半導体ウエハの
少なくとも1チツプ分の形状に合せた開口を有す
るマスクを介して前記半導体ウエハの所要チツプ
全面を照射し、前記開口で形成されるレーザ・ビ
ームのエツジは少なくともスクライブ・ライン内
に在り、それを越えて隣接チツプまで到達するこ
とはないようにしてある。従つて、レーザ・ビー
ム照射域の重ね合せに依るパターン、例えば鱗状
パターンなどは形成されず、完成された半導体装
置の電気的特性が悪影響を受けることはない。
ーザ・ビームの内、エネルギ密度と均一性がレー
ザ・アニールをするのに適合する領域を取出し、
その取出されたレーザ・ビームで半導体ウエハの
少なくとも1チツプ分の形状に合せた開口を有す
るマスクを介して前記半導体ウエハの所要チツプ
全面を照射し、前記開口で形成されるレーザ・ビ
ームのエツジは少なくともスクライブ・ライン内
に在り、それを越えて隣接チツプまで到達するこ
とはないようにしてある。従つて、レーザ・ビー
ム照射域の重ね合せに依るパターン、例えば鱗状
パターンなどは形成されず、完成された半導体装
置の電気的特性が悪影響を受けることはない。
また、本発明を実施する場合、現在のレーザ・
エネルギで普通の例えば5〔mm□〕のチツプ内で
例えばρSで±5〔%〕程度の充分均一なアニー
ルが可能であり、小型のチツプでは複数個一括し
て行なうことができる。例えばTEM00で4
〔J〕程度のルビー・レーザを用いても、マスク
の開口で0.4〔J〕程度のエネルギを利用でき、
ルビー・レーザでのアニール必要エネルギ密度約
2〔J/cm2〕では0.2〔cm2〕、即ち、4.4〔mm□〕
程度のチツプが一度にアニールできるものであ
る。
エネルギで普通の例えば5〔mm□〕のチツプ内で
例えばρSで±5〔%〕程度の充分均一なアニー
ルが可能であり、小型のチツプでは複数個一括し
て行なうことができる。例えばTEM00で4
〔J〕程度のルビー・レーザを用いても、マスク
の開口で0.4〔J〕程度のエネルギを利用でき、
ルビー・レーザでのアニール必要エネルギ密度約
2〔J/cm2〕では0.2〔cm2〕、即ち、4.4〔mm□〕
程度のチツプが一度にアニールできるものであ
る。
第1図はレーザのエネルギ強度分布を表わす線
図、第2図はレーザ・アニールを行なう場合のエ
ネルギ・レベルを説明する線図、第3図乃至第5
図はレーザ照射に依つて鱗状パターンが発生する
ことを説明するパターン説明図、第6図はレーザ
照射とシート抵抗の関係を表わす線図、第7図は
本発明に於いて用いられるレーザの強度分布を説
明する為の線図、第8図は本発明を実施する装置
の一例を表わす説明図、第9図はマスクの要部平
面図、第10図及び第11図はレーザ・アニール
を行なう場合のレーザ・アニール適当領域とマス
クとチツプの関係を表わす要部平面説明図であ
る。 図に於いて、11はレーザ発生器、12はレン
ズ、13はミラー、14はマスク、14Aは開
口、15はウエハ、151……はチツプ、16は
レーザ・ビーム、xはレーザ・アニール適当領域
である。
図、第2図はレーザ・アニールを行なう場合のエ
ネルギ・レベルを説明する線図、第3図乃至第5
図はレーザ照射に依つて鱗状パターンが発生する
ことを説明するパターン説明図、第6図はレーザ
照射とシート抵抗の関係を表わす線図、第7図は
本発明に於いて用いられるレーザの強度分布を説
明する為の線図、第8図は本発明を実施する装置
の一例を表わす説明図、第9図はマスクの要部平
面図、第10図及び第11図はレーザ・アニール
を行なう場合のレーザ・アニール適当領域とマス
クとチツプの関係を表わす要部平面説明図であ
る。 図に於いて、11はレーザ発生器、12はレン
ズ、13はミラー、14はマスク、14Aは開
口、15はウエハ、151……はチツプ、16は
レーザ・ビーム、xはレーザ・アニール適当領域
である。
Claims (1)
- 1 レーザ・ビーム内でエネルギ密度及び均一度
がレーザ・アニールを行なうのに適合する領域を
取出し、その取出されたレーザ・ビームを半導体
ウエハの少なくとも1チツプ分の形状に合せた開
口を有するマスクを介して前記半導体ウエハの所
要チツプ全面上に照射し前記開口で画成された前
記レーザ・ビームのエツジは少なくともスクライ
ブ・ライン内に在り隣接チツプには到達しないよ
うにレーザ・アニールを行なう工程が含まれるこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17118379A JPS5696835A (en) | 1979-12-29 | 1979-12-29 | Manufacture of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17118379A JPS5696835A (en) | 1979-12-29 | 1979-12-29 | Manufacture of semiconductor device |
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JPS5696835A JPS5696835A (en) | 1981-08-05 |
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Family
ID=15918535
Family Applications (1)
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JP17118379A Granted JPS5696835A (en) | 1979-12-29 | 1979-12-29 | Manufacture of semiconductor device |
Country Status (1)
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JP (1) | JPS5696835A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN106098599B (zh) * | 2016-08-17 | 2020-04-21 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种激光退火装置及其控制方法 |
-
1979
- 1979-12-29 JP JP17118379A patent/JPS5696835A/ja active Granted
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JP2012503311A (ja) * | 2008-09-17 | 2012-02-02 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 基板のアニールにおける熱量の管理 |
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JPS5696835A (en) | 1981-08-05 |
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