(57)【要約】【課題】複数の光源を用いるレーザースパイクアニールの方法と装置を提供する。【解決手段】半導体ウェハは、第１のエネルギー源からウェハの局所領域へと集束されたエネルギーを導くことによってレーザーアニーリングの前にプレヒートされる。第２のエネルギー源からの高出力レーザー光は、それからプレヒートされた局所領域上へと導かれアニーリングのために温度をさらに上昇させる。第１のエネルギー源は、レーザー光、白色光、電子ビーム、ガンマ線放射、又は別のタイプの集束されたエネルギーを発することが可能であり、アニーリングのために高出力レーザー光を照射する前にウェハの局所領域をプレヒートする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハの局所領域を約２５０℃から約７５０℃の温度に加熱するために第１のエネルギー源から前記ウェハ上へと集束されたエネルギーを導くことと、
前記局所領域をアニーリングのために少なくとも約１０００℃の温度に加熱するために第２のエネルギー源から前記局所領域上へとレーザー光を導くことと、
を具備することを特徴とする半導体ウェハのレーザーアニール法。
【請求項２】
前記第１のエネルギー源は、レーザー光を発することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のエネルギー源からの前記レーザー光は、約４０ｎｍから約８００ｎｍの波長を有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のエネルギー源からの前記レーザー光は、約４０ｎｍから約１００ｎｍの波長を有することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のエネルギー源からの前記レーザー光は、約５００ｎｍから約８００ｎｍの波長を有することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記第１のエネルギー源は、約１００ｎｍから約１０００ｎｍの波長を有する白色光を発することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２のエネルギー源は、少なくとも約１０μｍの波長を有するレーザー光を発することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ウェハは、動かずに保持され、そして前記第１のエネルギー源と第２のエネルギー源は、前記ウェハに対して相対的に移動することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のエネルギー源と第２のエネルギー源は、動かずに保持され、そして前記ウェハは、前記エネルギー源に対して相対的に移動することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ウェハ及び前記エネルギー源の両者は、互いに相対的に移動することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ウェハの局所領域を約２５０℃から約７５０℃の温度に加熱するために前記ウェハ上へと集束されたエネルギーを発すること適した第１のエネルギー源と、
前記局所領域をアニーリングのために少なくとも約１０００℃の温度に加熱するために前記局所領域上へとレーザー光を発すること適した第２のエネルギー源と、
を具備することを特徴とする半導体ウェハのレーザーアニーリング装置。
【請求項１２】
前記第１のエネルギー源は、レーザー光を発することに適していることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１のエネルギー源からの前記レーザー光は、約４０ｎｍから約８００ｎｍの波長を有することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１のエネルギー源からの前記レーザー光は、約４０ｎｍから約１００ｎｍの波長を有することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１のエネルギー源からの前記レーザー光は、約５００ｎｍから約８００ｎｍの波長を有することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１のエネルギー源は、約１００ｎｍから約１０００ｎｍの波長を有する白色光を発することに適していることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】
前記第２のエネルギー源は、少なくとも約１０μｍの波長を有するレーザー光を発することに適していることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
ウェハを第１の温度に加熱するために約４０ｎｍから約８００ｎｍの波長を有するレーザー光を発することに適した第１のレーザー光源と、
前記ウェハを第２の温度に加熱するために少なくとも約１０μｍの波長を有するレーザー光を発することに適した第２のレーザー光源とを具備し、ここにおいて、前記第２の温度は前記第１の温度よりも高い
ことを特徴とする半導体ウェハのレーザーアニーリング装置。
【請求項１９】
前記第１のレーザー光源は、約４０ｎｍから約１００ｎｍの波長を有するレーザー光を発することに適していることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記第１のレーザー光源は、約５００ｎｍから約８００ｎｍの波長を有するレーザー光を発することに適していることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
半導体ウェハの製造中のレーザースパイクアニーリング（ＬＳＡ）の間に、アニーリングのための熱的エネルギーは、非常に短い時間間隔、典型的に数ナノ秒から数ミリ秒、のあいだウェハの表面にレーザー光を照射することによって与えられる。レーザー光からの熱エネルギーは、ウェハ表面の温度をアニーリングのために非常に高温に、典型的に１０００℃を超える温度に上昇させる。
【０００２】
アプライドマテリアルズ株式会社（カリフォルニア州、サンタクララ市）からの利用可能な１つのレーザーアニーリングシステムは、５００ｎｍから８００ｎｍの波長を有するレーザー光を射出する。そのようなシステムがあるアプリケーションに対して有用であるが、この波長のレーザー光は、ウェハが持っているパターン密度のばらつきに起因する干渉の影響を受けやすい。この干渉は、吸収のばらつきに導くことがあり、結果として、ウェハの不均一なアニーリングに導くことがある。パターン密度のばらつきの補償を助けるために、異なる波長、例えば、５００ｎｍと８００ｎｍ、の光を発する２つのレーザーを使用することが提案されてきている。
【０００３】
ウルトラテック（カリフォルニア州、サンノゼ市）からの利用可能な別の１つのレーザースパイクアニーリングシステムは、非常に長波長のレーザー光、例えば、波長＞１０μｍ、を発する。比較的長い波長のレーザー光は、吸収のパターン密度効果を低減するために役立ち、結果としてさらに一様なアニーリングになる。このタイプのシステムに付随する欠点の１つは、低いエネルギー出力であり、それは光の自由キャリア（電子）発生を非効果的にし、そして熱伝達を非効率的にする。低いエネルギー出力を補償することを助けるために、ウェハは、一般的に４００℃にオーブンの中でプレヒートされ、図１Ａ−１Ｂに図示されたように、ウェハの表面に自由電子を生成する。表面の自由電子は、レーザー光がより効率的に吸収されることを可能にし、その結果より高い温度がアニーリングのために実現され得る。
【０００４】
上記のように長波長レーザー光を用いてアニールするとき、ウェハは、一般的に２００秒から６００秒の期間にわたり４００℃でオーブン中に保持される。レーザーがウェハの表面を（例えば、図２に図示されたウェハ上で左から右へ）スキャンするので、局所表面温度は、約１−２０ミリ秒のあいだ約１３００℃に上昇され、その時間の後で、温度はアニーリングプロセスが終了するまで雰囲気の４００℃に戻る。その結果、ウェハの所定の領域は、レーザーがその領域をスキャンする直ぐ後から始まる時刻から、ウェハの残りの領域がアニールされる時刻まで４００℃で保持される。スキャンの初めの方でアニールされるウェハの領域は、そのようにスキャンの終わりの方でアニールされる領域よりもポストアニーリング時間のより長い期間にわたり４００℃で保持される。
【０００５】
４００℃のポストアニーリング温度は、ヒ素の不活性化、金属汚染、熱膨張の結果としてのスクラッチング又は他の欠陥のような問題の一因となる。時間の長い期間にわたってこれらの温度でウェハを保持することは、これらの問題の頻度及び／又は大きさを増加させることがある。図２に示されたウェハでは、最初にアニールされたウェハの部分（左側）は最も激しい汚染とヒ素の不活性化を受けるが、後でアニールされたウェハの部分（右側）はそれほど激しくないレベルの汚染と不活性化しか受けない。特に、図２に示されたように不活性化のレベルがウェハ表面全体にわたり不均一であるとき、ヒ素の不活性化それ自身は望ましくない。
【０００６】
半導体ウェハのレーザースパイクアニーリングに関する技術の向上に対する必要性が残されている。汚染、ヒ素の不活性化、及び熱膨張の結果としての欠陥が発生する傾向を低減する技術を開発することは、特に望ましいはずであり、そしてそれは結果としてさらに一様なアニーリングになる可能性を有する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１態様は、半導体ウェハをレーザーアニーリングするための方法及び装置に向けられている。集束されたエネルギーは、ウェハの局所領域を約２５０℃から約７５０℃の温度に加熱するために第１のエネルギー源からウェハ上へと向けられる。第２のエネルギー源からのレーザー光は、次に局所領域のアニーリングのために少なくとも約１０００℃の温度に加熱するために局所領域上へと向けられる。１つの好ましい実施形態では、第１のエネルギー源は、約４０ｎｍから約８００ｎｍの波長を有するレーザー光を発することに適しているレーザーである。第２のレーザー光源は、好ましくは少なくとも約１０μｍの波長を有するレーザー光を発することに適している。あるいは、第１のエネルギー源は、白色光、電子ビーム、ガンマ線放射、又は別のタイプの集束エネルギーを発することに適することが可能である。
【０００８】
ウェハの局所領域をプレヒートするために集束エネルギー源を使用することによって、自由電子を発生させることが可能であり、レーザースパイクアニーリングをウェハの残りの領域において終らせながら高温でウェハ全体を保持する必要性なしにレーザーの吸収を向上させることが可能である。本発明は、現在のレーザースパイクアニーリング技術に関する上記の欠点の多くを克服する可能性を有する。本発明は、大規模集積（ＬＳＩ）デバイス、ＮＡＮＤフラッシュメモリ、その他を含む多様な応用において有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、一例としてのみ与えられそして添付された図面に図示された本発明の実施形態を参照してさらに詳細にここに記述される。
【００１０】
本発明の実行において、半導体ウェハは、第１のエネルギー源からウェハの局所領域上へと向けられている第１の集束エネルギーによって、レーザースパイクアニーリングの前にプレヒートされる。第１のエネルギー源は、自由電子を発生させ、第２のエネルギー源からの高出力レーザー光による吸収を向上させ、それはアニーリングのために局所領域の温度を上昇させる。
【００１１】
用語「集束された」、「局所領域」及び類似の用語は、ウェハ表面の限定された部分に選択的にエネルギーを与えることに関係して本明細書中では使用される。以下に記載される実施形態では、集束エネルギーは、レーザー光又は白色光を使用して与えられる。これらのエネルギー源が例示でありそして限定するのではないことが認識されるはずである。様々な他のエネルギー源が、使用されることが可能であり、その非限定的な例は、電子ビーム、ガンマ線放射、その他を含む。一般に、オーブンが行うようなウェハを一括して加熱することなくウェハの一部を過熱することが可能である場合に、エネルギー源は「集束されている」と考えられる。
【００１２】
第１のエネルギー源は、アニーリングのために高出力レーザー光を照射する前にウェハの局所領域をプレヒートするために十分なレーザー光、白色光、電子ビーム、ガンマ線放射、又は別のタイプのエネルギーを発することが可能である。図３に図示された１つの好ましい実施形態では、第１のエネルギー源は、レーザーである。レーザー光の波長は、ウェハ中で使用される物質のような要因に依存して、比較的短時間で、好ましくは３秒未満で、そして多くの場合約１秒以下で、ウェハの局所領域が約２５０℃から約７５０℃の温度に、好ましくは約４００℃から約５００℃の温度に加熱されることが可能であるように、好ましくは選択される。多くの場合、レーザー光の波長は、１μｍ未満であり、そして代表的には約４０ｎｍから約８００ｎｍの範囲である。１つの実施形態では、約５００ｎｍから約８００ｎｍの波長を有するレーザー光が使用される。第１のエネルギー源のレーザーの出力は、波長に応じて変化し、代表的に約０．２Ｊ／ｃｍ２から約２Ｊ／ｃｍ２の範囲である。そのようなレーザーは、図４に図示されたように、光励起によってウェハの表面近くに自由電子を発生させるために効果的である。
【００１３】
図５は、本発明の代わりの実施形態を図示し、そこでは第１のエネルギー源は１０００ｎｍの波長を有する白色光（Ｅ＝１ｅＶ）を発する。この波長の光は、同様に、比較的短時間で、代表的に１−２秒のオーダーで、上記の温度にウェハの局所領域を加熱することに有用である。図６は、自由キャリア発生における白色光の効力を図示する。
【００１４】
第１のエネルギー源がウェハの局所領域を上昇させる特定の温度は、自由キャリア電子が発生される限り決定的ではない。局所領域が第１のエネルギー源によってプレヒートされた後で、高出力レーザーは、一様なアニーリングを実現することが可能である。多くの一般的な物質に対して、約４００℃から５００℃の温度は、自由電子を発生させるために好ましく、第２のエネルギー源により発せられるレーザー光の吸収を向上させる。
【００１５】
第２のエネルギー源は、例えば、高出力ＣＯ２レーザーであり得る。市販されている製品の一例は、ＬＳＡ１００（登録商標）であり、ウルトラテック（カリフォルニア州、サンノゼ市）から利用可能である。この装置は、＞１０μｍの波長を有するレーザー光（Ｅ＝０．１ｅＶ）を発する。第２のエネルギー源のレーザーの出力は、波長に応じて変化し、一般的に約０．１Ｊ／ｃｍ２から約１Ｊ／ｃｍ２の範囲である。
【００１６】
いくつかの異なる技術が、レーザー光でウェハの表面をスキャニングするために使用されることが可能である。例えば、レーザー光の光源は、相対的に動かないで保持されることが可能であり、一方でウェハは、レーザーがウェハの所望の表面をアニールするように揺動される。あるいは、ウェハは、相対的に動かないで保持されることが可能であり、一方でレーザー光の光源は、ウェハ表面をスキャンするように揺動する。さらに別の代案は、ウェハとレーザー光の光源の両者が互いに相対的に揺動することであり、それは可能性としてより早いスキャニング速度を生み出すことができる。
【００１７】
アニーリング温度及びアニーリング時間は、レーザー出力及びスキャン速度のようなパラメータを調節することによって調節されることが可能であり、当業者に明らかであろう。１Ｊ／ｃｍ２のレーザー出力そして２００μｍのレーザースポット幅を使用して、レーザー光は、約１００ｍｍ／ｓｅｃの速度でシリコンウェハ表面をスキャンできる。レーザー光は、一般的に数ミリ秒の間隔のあいだにウェハ表面の温度を少なくとも１０００℃、多くの場合約１２００℃から約１３００℃、に上昇させる。
【００１８】
本発明の他の実施形態は、明細書及び本発明の実施の考察から当業者に明白になるであろう。本明細書及び開示された実施形態が例示としてのみ考慮され、本発明の真の範囲及び精神が添えられた特許請求の範囲によって示されることが、意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】図１Ａは、ウェハの表面に自由電子を生成するために４００℃にオーブン中でウェハをプレヒートすることを図示する。表面の自由電子は、長波長レーザー光がより効率的に吸収されることを可能にする。
【図１Ｂ】図１Ｂは、ウェハの表面に自由電子を生成するために４００℃にオーブン中でウェハをプレヒートすることを図示する。表面の自由電子は、長波長レーザー光がより効率的に吸収されることを可能にする。
【図２】図２は、アニーリングを終らせながらも４００℃でウェハを保持することの結果であるヒ素の不活性化を図示する。ウェハの最初にアニールされた（左側の）領域は、これらの領域が最も長い時間にわたり４００℃ポストアニーリングで保持されるために、最も大きな汚染及びヒ素の不活性化を受ける。
【図３】図３は、本発明の好ましい実施形態にしたがって光励起のために５００−８００ｎｍのレーザー光を、引き続いてアニーリングのために高出力１０μｍのレーザー光を照射することを図示する。
【図４】図４は、図３の実施形態において５００−８００ｎｍのレーザー光を照射することの結果として自由電子の発生を模式的に図示する。
【図５】図５は、本発明の代わりの実施形態にしたがって自由キャリア発生のために１０００ｎｍの白色光を、引き続いてアニーリングのために高出力１０μｍのレーザー光を照射することを図示する。
【図６】図６は、図５の実施形態において１０００ｎｍの白色光を照射することの結果として自由電子の発生を模式的に図示する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年1月10日(2008.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハの局所領域を約２５０℃から約７５０℃の温度に加熱するために第１のエネルギー源から前記ウェハ上へと集束されたエネルギーを導くことと、
前記局所領域をアニーリングのために少なくとも約１０００℃の温度に加熱するために第２のエネルギー源から前記局所領域上へとレーザー光を導くことと、
を具備することを特徴とする半導体ウェハのレーザーアニール法。
【請求項２】
前記第１のエネルギー源は、レーザー光を発し、前記レーザー光は、約４０ｎｍから約８００ｎｍの波長を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のエネルギー源は、約１００ｎｍから約１０００ｎｍの波長を有する白色光を発することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ウェハは、動かずに保持され、そして前記第１のエネルギー源と第２のエネルギー源は、前記ウェハに対して相対的に移動することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ウェハを第１の温度に加熱するために約４０ｎｍから約８００ｎｍの波長を有するレーザー光を発することに適した第１のレーザー光源と、
前記ウェハを第２の温度に加熱するために少なくとも約１０μｍの波長を有するレーザー光を発することに適した第２のレーザー光源とを具備し、ここにおいて、前記第２の温度は前記第１の温度よりも高い
ことを特徴とする半導体ウェハのレーザーアニーリング装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明の他の実施形態は、明細書及び本発明の実施の考察から当業者に明白になるであろう。本明細書及び開示された実施形態が例示としてのみ考慮され、本発明の真の範囲及び精神が添えられた特許請求の範囲によって示されることが、意図されている。
以下に、本願発明の種々の観点に基づく発明を付記する。
［１］ウェハの局所領域を約２５０℃から約７５０℃の温度に加熱するために第１のエネルギー源から前記ウェハ上へと集束されたエネルギーを導くことと、
前記局所領域をアニーリングのために少なくとも約１０００℃の温度に加熱するために第２のエネルギー源から前記局所領域上へとレーザー光を導くことと、
を具備することを特徴とする半導体ウェハのレーザーアニール法。
［２］前記第１のエネルギー源は、レーザー光を発することを特徴とする［１］に記載の方法。
［３］前記第１のエネルギー源からの前記レーザー光は、約４０ｎｍから約１００ｎｍの波長を有することを特徴とする［２］に記載の方法。
［４］前記第１のエネルギー源からの前記レーザー光は、約５００ｎｍから約８００ｎｍの波長を有することを特徴とする［２］に記載の方法。
［５］前記第２のエネルギー源は、少なくとも約１０μｍの波長を有するレーザー光を発することを特徴とする［１］に記載の方法。
［６］前記第１のエネルギー源と第２のエネルギー源は、動かずに保持され、そして前記ウェハは、前記エネルギー源に対して相対的に移動することを特徴とする［１］に記載の方法。
［７］前記ウェハ及び前記エネルギー源の両者は、互いに相対的に移動することを特徴とする［１］に記載の方法。
［８］ウェハの局所領域を約２５０℃から約７５０℃の温度に加熱するために前記ウェハ上へと集束されたエネルギーを発することに適した第１のエネルギー源と、
前記局所領域をアニーリングのために少なくとも約１０００℃の温度に加熱するために前記局所領域上へとレーザー光を発することに適した第２のエネルギー源と、
を具備することを特徴とする半導体ウェハのレーザーアニーリング装置。
［９］前記第１のエネルギー源は、レーザー光を発することに適していることを特徴とする［８］に記載の装置。
［１０］前記第１のエネルギー源からの前記レーザー光は、約４０ｎｍから約８００ｎｍの波長を有することを特徴とする［９］に記載の装置。
［１１］前記第１のエネルギー源からの前記レーザー光は、約４０ｎｍから約１００ｎｍの波長を有することを特徴とする［１０］に記載の装置。
［１２］前記第１のエネルギー源からの前記レーザー光は、約５００ｎｍから約８００ｎｍの波長を有することを特徴とする［１０］に記載の装置。
［１３］前記第１のエネルギー源は、約１００ｎｍから約１０００ｎｍの波長を有する白色光を発することに適していることを特徴とする［８］に記載の装置。
［１４］前記第２のエネルギー源は、少なくとも約１０μｍの波長を有するレーザー光を発することに適していることを特徴とする［８］に記載の装置。
［１５］ウェハを第１の温度に加熱するために約４０ｎｍから約８００ｎｍの波長を有するレーザー光を発することに適した第１のレーザー光源と、
前記ウェハを第２の温度に加熱するために少なくとも約１０μｍの波長を有するレーザー光を発することに適した第２のレーザー光源とを具備し、ここにおいて、前記第２の温度は前記第１の温度よりも高い
ことを特徴とする半導体ウェハのレーザーアニーリング装置。
［１６］前記第１のレーザー光源は、約４０ｎｍから約１００ｎｍの波長を有するレーザー光を発することに適していることを特徴とする［１５］に記載の装置。
［１７］前記第１のレーザー光源は、約５００ｎｍから約８００ｎｍの波長を有するレーザー光を発することに適していることを特徴とする［１５］に記載の装置。
【外国語明細書】
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