(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造（１）を処理するための方法であって、前記構造（１）がその裏側からその表側にかけて、キャリア基板（４）、絶縁層（３）、及び自由表面（Ｓ）を有する有用層（２）を備え、前記構造（１）がガス状形態の化学種（６）を含有する雰囲気中に配置され、前記化学種（６）が前記有用層（２）の温度とともに増加する反応速度によって前記有用層（２）と化学的に反応することが可能である、方法において、前記有用層（２）がパルスレーザビーム（８）によって加熱され、前記ビーム（８）が前記有用層（２）の前記自由表面（Ｓ）を少なくとも部分的に掃引し、前記ビーム（８）の波長と、前記絶縁層（３）に対する前記構造（１）の推定された反射率の感度がゼロである中心波長との差が、１５ｎｍ未満であり、前記絶縁層（３）に対する前記構造（１）の前記推定された反射率の前記感度は、前記絶縁層（３）の厚さに対する反射率の偏微分として定義される、ことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記レーザビームの前記パルスの持続時間がｔｖ値未満であり、ｔｖがｌ２／Ｄに等しく、Ｄが前記有用層（２）の熱拡散係数であり、ｌが前記有用層（２）の厚さばらつきのスペクトル成分のしきい値波長に相当する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記パルスレーザビーム（８）が１００ｎｓ未満のパルス持続時間を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記有用層（２）が以下の材料、すなわち、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム合金のうちの少なくとも１つを含む半導体材料の層である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記化学種（６）によって前記有用層（２）をエッチングすることが可能であり、前記パルスレーザビーム（８）の前記波長が、前記有用層（２）に対する前記構造（１）の推定された反射率の感度の負の値に対応するように選択される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記化学種（６）がＨＣｌを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記化学種（６）によってエピタキシーによる前記有用層（２）の厚膜化が可能であり、前記パルスレーザビーム（８）の前記波長が、前記有用層（２）に対する前記構造（１）の前記推定された反射率の前記感度の正の値に対応するように選択される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記化学種（６）が以下の種、すなわち、シラン、ジシラン、トリシラン、モノクロロシラン、二塩化シラン、三塩化シラン、四塩化ケイ素ゲルマン、モノクロロゲルマン、ジクロロゲルマン、トリクロロゲルマン、テトラクロロゲルマンのうちの少なくとも１つを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記絶縁層（３）が二酸化シリコンを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記絶縁層（３）が１５０ｎｍ未満の厚さを有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記有用層（２）が５０ｎｍ未満の厚さを有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記有用層（２）の前記自由表面（Ｓ）上の前記レーザビームの衝突点（Ｐ）の表面が０．１ｍｍ２よりも大きい、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記パルスレーザビーム（８）が１００〜１，５００ｍＪ／ｃｍ２の範囲のパルスエネルギーを有する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記パルスレーザビーム（８）が１Ｈｚ〜１０ｋＨｚの範囲のパルス繰返し周波数を有する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記処理の前に、前記有用層（２）が３ｎｍ未満の厚さばらつきを有する、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造を処理するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造１は、その裏側からその表側にかけて、キャリア基板４、絶縁層３、及び有用層２を備え、有用層２が自由表面Ｓを有する。当技術分野で知られている、図１及び図２に示すそのような構造１を処理する方法において、構造１は、ガス状形態の化学種６を含む雰囲気中に配置され、この化学種６が有用層２の温度とともに厳密に増加する反応速度で有用層２と化学的に反応することが可能である。
【０００３】
処理プロセス中に、構造１は、支持構造体５（又は、「チャック」）上に保持されている。構造支持体５は、反応チャンバ９内に位置決めされている。
【０００４】
有用層２は、加熱装置７、例えば、加熱エレメント又はさらにはハロゲンランプを使用して、全体的に均一に加熱される。
【０００５】
反応チャンバ９に注入された化学種６は、したがって有用層２の自由表面Ｓと化学的に反応する。化学反応のタイプは、化学種６の性質及び有用層２に依存し、次に有用層２のエッチングによる薄膜化、又は有用層２のエピタキシーによる厚膜化の形態をとることができる。
【０００６】
しかしながら、有用層２は、全体的に厚さばらつきを有し、エッチング、又はエピタキシーによって厚膜化する方法は、不均一であり、有用層２の厚さばらつきをやや増加させることさえあることが知られている。有用層２の厚さばらつきが、こうして処理プロセス後に残る。
【０００７】
したがって、そのような処理方法の主な欠点は、薄膜化又は厚膜化の反応中に、有用層２の厚さばらつきが残り、増加することさえあるということである。
【０００８】
構造１、例えば絶縁体上半導体（ＳｅＯＩ）タイプの構造は、このように厚さばらつきを有し、この構造１の分光分析によって、（粗さのような）数ナノメートルから（不均一性のような）構造１のサイズまで変わる空間波長を有する成分が明らかにされる。一部の技法（例えば、還元雰囲気中での平滑化アニーリング）によって、空間波長の厚さばらつきを、あるしきい値、例えば２μｍ未満に低減させることが可能になる。しかしながら、そのようなしきい値を超える空間波長、例えば２μｍ〜数センチメートルの範囲にわたって、有用層２の厚さの不均一性を低減させることは、非常に困難な状態にある。
【０００９】
特に、エピタキシーによって半導体層を厚膜化する、又はエッチングによって半導体層を薄膜化するための方法によっては、ＳｅＯＩタイプの構造１では、広範囲の波長に関して半導体層の厚さばらつきがあまり低減しない。
【００１０】
したがって、本発明は、有用層２の厚さばらつきを低減させることを目的として、構造１を処理するための方法を提供する。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、全体的に又は部分的に前述の欠点を改善することを目的とし、構造を処理するための方法に関し、本構造がその裏側からその表側にかけて、キャリア基板、絶縁層、及び有用層を備え、有用層が自由表面を有し、本構造がガス状形態の化学種を含有する雰囲気中に配置され、化学種が有用層の温度とともに厳密に増加する反応速度で有用層と化学的に反応することが可能であり、前記処理プロセスが、有用層がパルスレーザビームによって加熱され、ビームが有用層の自由表面を少なくとも部分的に掃引し、ビームの波長が、絶縁体層に対する構造の推定された反射率の感度がゼロである中心波長から、１５ｎｍ未満だけ、好ましくは７ｎｍ未満だけ異なっていることを特徴とする。
【００１２】
層に対する構造の推定された反射率の感度は、前記層の厚さに対する反射率の偏微分に相当する。
【００１３】
推定された反射率は、構造の予備的モデリングによって得られる。
【００１４】
レーザパルスによって、有用層の自由表面上の前記パルスの衝撃点で熱を生成することが可能になる。
【００１５】
前記衝撃点で有用層がこうして達した温度によって、有用層と化学種の化学反応を活性化させることが可能になる。この温度は、有用層の材料の融解温度よりも低い。
【００１６】
中心波長から、１５ｎｍ未満だけ、好ましくは７ｎｍ未満だけ異なるビームの波長に対して、本出願人は、有用層の発熱は、そのような層の厚さにのみ依存することを見出した。
【００１７】
言いかえれば、レーザビームによる掃引中の有用層の発熱は、絶縁層の厚さのわずかなばらつきには実質的に無関係である。絶縁層の厚さの「わずかなばらつき」とは、プラスマイナス１ｎｍの厚さばらつきを意味する。
【００１８】
レーザパルスの波長は、有用層のより厚い領域をより薄い領域よりもより高温に加熱するように選択されてもよい。
【００１９】
したがって、レーザパルスによって活性化される、エッチングによる薄膜化の反応は、有用層のより厚い領域においてより大きな反応速度を有する。
【００２０】
同様に、レーザパルスの波長は、有用層のより薄い領域をより厚い領域よりも高温に加熱するように選択されてもよい。
【００２１】
したがって、エピタキシーによる厚膜化の反応は、有用層のより薄い領域においてより大きな反応速度を有することになる。
【００２２】
厚さに対して有用層の加熱、したがって厚膜化又は薄膜化の反応の反応速度を制御することによって、有用層の厚さばらつきを低減させることがこうして可能になる。
【００２３】
一実施形態によると、構造は、化学種を含む反応エンクロージャ内に位置決めされる。
【００２４】
一実施形態によると、レーザ光パルスの持続時間は、ｔｖ値未満であり、ｔｖがｔｖ＝ｌ２／Ｄに等しく、Ｄは有用層の熱拡散係数であり、ｌは、これを超えると層の厚さばらつきを低減させることが望まれるしきい値波長に相当する。
【００２５】
レーザパルスの「持続時間」とは、この間にビームが放出される単位時間を意味する。
【００２６】
ｔｖよりも小さなパルス幅に対しては、有用層上のレーザパルスの衝突点の表面全体にわたって熱平衡に達しない可能性がある。これは、レーザパルスの衝突点の寸法よりも小さな空間波長を有する有用層の厚さばらつきを補正しなければならない場合、特に有利である。実のところ、そのようなパルス持続時間に対しては、衝突点は、その表面全体にわたって均一な加熱を受けず、特に、衝突点のより薄い領域は、衝突点のより厚い領域と同じ温度に加熱されない。
【００２７】
一実施形態によると、パルスレーザビームは、１００ｎｓ未満のパルス持続時間を有する。
【００２８】
一実施形態によると、有用層は、以下の材料、すなわち、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム合金のうちの少なくとも１つを含む半導体材料の層である。
【００２９】
一実施形態によると、化学種によって有用層をエッチングすることが可能になり、パルスレーザビームの波長は、有用層に対する構造の反射率の感度の負の値に対応するように選択される。
【００３０】
したがって、レーザパルスが衝突する有用層の領域が厚いほど、加熱中に達する温度がより高い。したがって、有用層の領域が厚いほど、エッチング反応速度がより著しい（important）。したがって、有用層の厚さばらつきを低減させながら有用層をその表面全体にわたって部分的にエッチングを行うことが可能である。
【００３１】
一実施形態によると、化学種は、ＨＣｌを含む。
【００３２】
したがって、シリコン、ゲルマニウム、又はシリコンゲルマニウム合金などの半導体元素を含む有用層をエッチングすることが可能である。
【００３３】
一実施形態によると、化学種によってエピタキシーによる有用層の厚膜化が可能になり、パルスレーザビームの波長は、有用層に対する構造の反射率の感度の正の値に対応するように選択される。
【００３４】
したがって、レーザパルスが衝突する有用層の領域が薄いほど、加熱中に達する温度がより高くなる。
【００３５】
したがって、有用層の領域が薄くなるほど、エピタキシーによる厚膜化の反応速度がより著しくなる。したがって、有用層の厚さばらつきを低減させながら、有用層をその表面全体にわたってエピタキシーによる厚膜化を行うことが可能である。
【００３６】
一実施形態によると、化学種は、以下の種、すなわち、シラン、ジシラン、トリシラン、モノクロロシラン、二塩化シラン、三塩化シラン、四塩化シランゲルマン、モノクロロゲルマン、ジクロロゲルマン、トリクロロゲルマン、テトラクロロゲルマンのうちの少なくとも１つを含む。
【００３７】
一実施形態によると、絶縁層は、二酸化シリコンを含む。
【００３８】
一実施形態によると、絶縁層の厚さは、１５０ｎｍ未満、好ましくは５０ｎｍ未満、より好ましくは２５ｎｍ未満である。
【００３９】
一実施形態によると、有用層の厚さは、５０ｎｍ未満、好ましくは２５ｎｍ未満である。
【００４０】
一実施形態によると、有用層の自由表面上のレーザビームの衝突点の表面は、０．１ｍｍ２よりも大きく、好ましくは１０ｍｍ２よりも大きい。
【００４１】
一実施形態によると、パルスレーザビームは、１００〜１，５００ｍＪ／ｃｍ２の範囲のパルスエネルギーを有し、そのようなエネルギー範囲によって、有用層と種の化学反応と両立性のある有用層の発熱を得ることが可能になる。
【００４２】
一実施形態によると、パルスレーザビームは、１Ｈｚ〜１０ｋＨｚの範囲のパルス繰返し周波数を有する。
【００４３】
一実施形態によると、有用層は、３ｎｍ未満の、好ましくは２ｎｍ未満の、一層好ましくは１ｎｍ未満の厚さばらつきを有する。
【００４４】
他の特性及び利点は、添付の図面を参照して非限定的な例として与えられる、本発明による構造を処理するための方法の２つの実施形態に関する以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】従来技術の公知の技法による処理プロセスによって処理された構造の断面図である、
【図２】従来技術の公知の技法による構造を処理するための反応チャンバの概略図である。
【図３】本発明による処理プロセスによって処理された構造の断面図である。
【図４】本発明による構造を処理するための反応チャンバの概略図である。
【図５】２層の構造で起こる反射の概略図である。
【図６】薄いシリコン層（Ｓｉ１及びＳｉ２の曲線）並びに埋め込み酸化物層（ＢＯＸ１及びＢＯＸ２の曲線）に関する、複数のシリコンオンインシュレータ構造についての、波長対推定された反射率の感度の曲線である。
【図７】２５ｎｍの埋込み酸化シリコン層、構造の別の領域に１２ｎｍ及び１３ｎｍのシリコン層をそれぞれ備えるシリコンオンインシュレータ構造に対するパルスレーザによってそれぞれ生成された温度上昇である。
【図８】パルスレーザビームのサイズよりも小さな距離範囲での、厚さばらつきを有する有用層の領域の加熱のブロック図形である。
【図９】有用層の厚さが増加するにつれて、反射される放射の強度が減少するＢ加熱モードを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
様々な実施形態において、説明を簡単にするために、同じ参照符号が、同一の、又は同じ機能を行う要素に使用される。
【００４７】
図３及び図４に示す処理プロセスによると、その裏側からその表側にかけて、キャリア基板４、絶縁層３、及び自由表面Ｓを有する有用層２を備える構造１が、有用層２の温度とともに厳密に増加する反応速度で有用層２と化学的に反応することができるガス状形態の化学種６を含む雰囲気中に位置決めされる。活性層２は、パルスレーザビーム８によって加熱され、ビーム８が有用層２の自由表面Ｓの少なくとも一部を掃引する。
【００４８】
構造１などの複合多層構造において得られる発熱は、レーザビームの放射が構造の様々な界面で反射される仕方に依存する。よく知られているように、そのような反射率は、層の性質及び厚さ、レーザの偏光、入射角、並びにレーザの波長に依存する。所与の構造、及びレーザの所与の印加条件に対して、すなわち、層の性質、偏光、入射角、及びレーザの波長が設定されたときに、レーザを印加した別個の２点で得られる有用層２の発熱は、これらの２点間の、層２及び層３それぞれの厚さばらつきによって異なることになる。したがって、他の条件がすべて同じならば、有用層２の自由表面の発熱プロファイルは、有用層２の及び絶縁層３の厚さの不均一性を反映する。
【００４９】
本発明は、レーザによる掃引中に得られる有用層２の自由表面の発熱プロファイルが、有用層２の厚さばらつきにのみ依存し、絶縁層３の厚さばらつきには鈍感なままとなるような処理条件の下に構造を位置決めしようとする。
【００５０】
この目的のために、レーザビーム８の波長は、絶縁層３に対する構造１の推定された反射率の感度がゼロである中心波長から、１５ｎｍ未満だけ、好ましくは７ｎｍ未満だけ異なるように選択される。
【００５１】
中心波長の値は、構造１の反射率モデル、すなわち構造１の名目上の特性を有する構造の数学的モデルに基づいて計算によって求められる。レーザ波長は、中心波長に近いビーム波長を有するレーザの入手可能性によって、上記の範囲で選択される。
【００５２】
本発明は、こうして求められた処理条件を活用して、有用層２の厚さばらつきを低減させている。
【００５３】
連続レーザではなく、パルスレーザビーム８を使用することによって、有用層２及びその下にある容積のビーム８衝突点Ｐ（図４に示す）に発熱を制限することが可能になる。有用層２の自由表面Ｓを掃引するパルスレーザビームは、有用層２の様々な衝突点を個々に加熱する。また、本発明によると、有用層２のそれぞれの衝突点の発熱は、前記衝突点Ｐにおける有用層２の厚さ及びレーザパルスの持続時間に依存する。
【００５４】
本発明は、より詳細にはシリコンオンインシュレータタイプの構造に適用することができる。その場合、絶縁層３は、二酸化シリコンを含んでもよい。絶縁層３は、１５０ｎｍ未満、好ましくは５０ｎｍ未満、より好ましくは２５ｎｍ未満の厚さを有することができる。シリコン有用層２は、５０ｎｍ未満、好ましくは２５ｎｍ未満の厚さを有することができる。有用層２は、処理の前に、３ｎｍ未満、好ましくは２ｎｍ未満、一層好ましくは１ｎｍ未満の厚さばらつきを有してもよいのが有利である。
【００５５】
構造の推定された反射率の決定
図５は、構造１の有用層２及び絶縁層３で生じる反射を概略的に示す（キャリア基板４は図示せず）。
【００５６】
自由表面Ｓに入射する半径Ｅ＋０は、一部は前記表面で反射され、一部は有用層２を透過する。
【００５７】
透過ビームの部分は、一部は有用層２と絶縁層３との界面で反射され、一部は絶縁層３を透過する。また、そのような反射／透過は、構造の界面のそれぞれで繰り返され、反射されるエネルギーＥ−０は、こうしてこれらの複雑な相互作用から生じる。
【００５８】
構造の反射率は、反射されたエネルギーＥ−０と照射されたエネルギーＥ＋０との比に相当する。
【００５９】
それ自体よく知られているように、構造１によって形成されるような積層体の反射率は、フレネルの式を適用することによって求められ、各層の厚さ、入射光束の偏光、入射角、及び光束の波長を含むいくつかのパラメータに依存する。この点に関しては、Ｈ．Ｇ．Ｔｏｍｐｋｉｎｓ及びＷ．Ａ．ＭｃＧａｈａｎによるＷｉｌｅｙ  Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎから１９９９年に出版された本「Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ  Ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ  ａｎｄ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ，ａ  ｕｓｅｒ  ｇｕｉｄｅ」Ａｐｐｅｎｄｉｘ  Ｃを参照することができる。
【００６０】
操作上、構造及び光束の名目上のパラメータに対して、反射率は、広く利用可能なデジタルシミューレーションソフトウェアによって求められる。ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｘｏｌｌｃ．ｃｏｍ／ｉｄｌ／からダウンロードして利用可能な、Ｄ．Ｌ．Ｗｉｎｄｔによる出版物「ＩＭＤ−Ｓｏｆｔｗａｒｅ  ｆｏｒ  ｍｏｄｅｌｉｎｇ  ｔｈｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  ｆｉｌｍｓ」、ＣＯＭＰＵＴＥＲ  ＩＮ  ＰＨＹＳＩＣＳ、ＶＯＬ１２、Ｎｏ．４、７月／８月、１９９８年に記載されている、いわゆるＩＭＤソフトウェアである。
【００６１】
そのようなソフトウェアによって確立されたモデルによって、実際の構造の推定された反射率を得ることが可能になる。
【００６２】
したがって、構造の推定された反射率は、シミュレーションを使用して、入射光線の波長の一連の値に対して、名目上の値に設定されているモデルの他のパラメータとともに、デジタルテーブルとして、又はグラフとして表わすことができる。
【００６３】
推定された反射率の感度の決定
絶縁層３（有用層２それぞれ）に対する構造１の推定された反射率の感度は、絶縁層３（有用層２それぞれ）の厚さに対する反射率の偏微分に相当する。
【００６４】
実際には、そのような微分ステップは、それ自体よく知られている、例えば商の微分法などのデジタル的な導出アルゴリズムを使用して行われる。そのようなアルゴリズムは、構造の反射率を求めることが可能になるデジタルシミューレーションソフトウェアにおいて提供されるツールに属してもよく、又は別個のソフトウェアにおいて利用可能であってもよい。
【００６５】
例えば、有用層２に対する構造１の推定された反射率の感度は、確立されたモデルに基づいて、有用層２の２つの異なる厚さについて構造１の推定された反射率の差をとることによって計算することができ、そのような２つの厚さの差が、例えば０．１ｎｍであり、モデルの他のパラメータは名目上の値に設定されたままである。
【００６６】
同様に、同じ構造１に対して、絶縁層３に対する構造１の反射率の感度は、確立されたモデルに基づいて、絶縁層３の２つの異なる厚さについて構造１の推定された反射率の差をとることによって計算され、これらの２つの厚さの差が、例えば０．１ｎｍである。
【００６７】
したがって、図６は、垂直入射を有する計算された非偏光の光に関してλ波長の関数として複数の二酸化シリコン上シリコン構造１の推定された反射率の感度（Å−１として表わされ、ＳＲと注記）をグラフとして示す。
【００６８】
この図６では、Ｓｉ１曲線は、１２ｎｍのシリコン有用層２の名目上の厚さ、及び２５ｎｍの酸化シリコン絶縁層３の名目上の厚さを有する構造の場合の、レーザ波長に対する、有用層に対する推定された反射率の感度を表わす。
【００６９】
Ｓｉ２曲線は、１３ｎｍのシリコン有用層２の名目上の厚さ、及び２５ｎｍの酸化シリコン絶縁層３の名目上の厚さを有する構造の場合の、レーザ波長に対する、有用層に対する推定された反射率の感度を表わす。
【００７０】
ＢＯＸ１曲線は、１２ｎｍのシリコン有用層２の名目上の厚さ、及び２５ｎｍの酸化シリコン絶縁層３の名目上の厚さを有する構造の場合の、レーザ波長に対する、絶縁層に対する推定された反射率の感度を表わす。
【００７１】
ＢＯＸ２曲線は、１２ｎｍのシリコン有用層２の名目上の厚さ、及び２６ｎｍの酸化シリコン絶縁層３の名目上の厚さを有する構造の場合の、レーザ波長に対する、絶縁層に対する推定された反射率の感度を表わす。
【００７２】
パルスレーザビーム波長の選択
中心のパルスレーザの波長は、絶縁層３に対する構造１の推定された反射率の感度を相殺するλ０と注記された波長である。
【００７３】
中心波長λ０に近いパルスレーザの波長に対しては、本出願人は、有用層２が絶縁層３の厚さばらつきと無関係に実質的に加熱されることを確認した。
【００７４】
中心波長に近い「波長」とは、λ０−１５ｎｍ〜λ０＋１５ｎｍ、一層好ましくはλ０−７ｎｍ〜λ０＋７ｎｍの範囲の波長を意味する。
【００７５】
ある場合には、パルスレーザの波長は、有用層２が薄くなるほど、有用層２が達する温度がより高くなるように選択されてもよい。この結果は、有用層２に対する所与の構造１の推定された反射率の感度が正の場合に、得られる。
【００７６】
光束の波長に関連するこれらの２つの条件は、図６に示すように、加熱モードＡと注記されている。
【００７７】
加熱モードＡによると、反射される放射の強度は、活性層の厚さが増加するとともに、増加する。したがって、有用層２の厚さが増加する場合、発熱は、それほど著しくない。その上、絶縁層３に対する推定された反射率の感度がゼロに近いため、発熱は、絶縁層の厚さばらつきに実質的に無関係である。
【００７８】
他の場合には、パルスレーザの波長は、有用層２が厚くなるほど、有用層２が達する温度がより高くなるように選択されてもよい。この結果は、有用層２に対する所与の構造１の推定された反射率の感度が負の場合に、得られる。
【００７９】
光束の波長に関連するこれらの２つの条件は、加熱モードＢと注記され、図９に示され、ＢＯＸ３曲線は、レーザの波長に対する、絶縁層に対する構造の推定された反射率の感度を示し、Ｓｉ３曲線は、レーザの波長に対する、有用層に対する構造の推定された反射率の感度を示す。
【００８０】
加熱モードＢによると、有用層の厚さが増加するにつれて、反射される放射の強度は、減少する。したがって、有用層２の厚さが増加する場合、発熱はより大きい。その上、絶縁層３に対する推定された反射率の感度がゼロの近いため、発熱は、絶縁層の厚さばらつきに実質的に無関係である。
【００８１】
λ０は、構造１の名目上の厚さパラメータを用いてモデルに基づいて求められることに留意されたい。実際の構造の本発明による処理中に、そのような構造は、モデルごとに異なるパラメータ、特に厚さを有することがある。これは、処理が構造の活性層２の厚膜化又は薄膜化を含む場合、特にそうである。この差異が妥当な（約１ｎｍの）状態にとどまる場合は、そのような差異によって、モデルの有効性が問題となることはなく、すなわち有用層２をその厚さばらつきによってのみ選択的に加熱することができる。これは、例えば、図６において、ＢＯＸ１及びＢＯＸ２、Ｓｉ１及びＳｉ２それぞれで、構造の推定された反射率の感度の曲線が、絶縁層３、有用層２のそれぞれで１ｎｍの厚さばらつきにもかかわらず、同じような状態のままであることに留意することによって認識できる。
【００８２】
例として、２５ｎｍの名目上の厚さを有する二酸化シリコンの層、及び１２ｎｍの名目上の厚さを有するシリコン層を備えるシリコンオンインシュレータからなる構造１について検討する。
【００８３】
図６（ＢＯＸ１曲線）によると、５１０ｎｍに等しい波長を有するレーザビーム８のエネルギーは、加熱モードＡに相当する。
【００８４】
その場合、構造１は、以下の特性、すなわち
５１０ｎｍの波長、
１０ｎｓのパルス、
１０ｋＨｚのパルス繰返し周波数、
５００ｍＪ／ｃｍ２のパルスエネルギー
を有するパルスレーザによって照射される。
【００８５】
図７に示すように、シリコン層が達する温度は、１２ｎｍの層（すなわち、構造１の名目上の厚さに対応する）に対しては１，０００℃であるが、１３ｎｍの層（すなわち、構造１の名目上の厚さと１ｎｍだけ異なる）に対しては９５０℃に過ぎない。
【００８６】
シリコン層のより薄い領域は、より厚い領域よりも高い温度に加熱される。
【００８７】
レーザパルスの持続時間の決定
パルスレーザによって生成される有用層２の発熱は、法則、
ｄ＝√（Ｄｔ）
に従って距離ｄにわたって拡散し、ここでｔはレーザパルスの持続時間、Ｄは有用層を構成する材料の熱拡散係数、及びｄは熱拡散面が進む距離である。
【００８８】
制御されない場合は、したがってそのような拡散効果によって、近くの領域、例えばレーザビームの衝突点に含まれる領域を選択的に加熱することができない。
【００８９】
比較的小さな、特にビームの衝突点のサイズよりも小さな波長の厚さの不均一性をとにかく補正することが望まれる場合は、熱の拡散を制御しなければならない。これは、レーザのパルスの持続時間ｔを選ぶことによって達成される。
【００９０】
より詳細には、しきい値ｌ（ｌはことによるとビームの寸法よりも小さい）よりも大きな波長を有する厚さばらつきのスペクトル成分における有用層の厚さばらつきを補正することが望まれる場合、ｔｖよりも小さなレーザパルスの持続時間が選択され、ここでｔｖは以下の法則によって規定される。
【数１】
0006369761.tif 000002
【００９１】
したがって、ｔｖよりも小さなパルス持続時間ｔに対しては、有用層２上のレーザパルスの衝突点の表面全体にわたって熱平衡に達しない可能性があり、衝突点は、その表面全体にわたって均一な加熱を受けない。
【００９２】
より詳細には、衝突点のより薄い領域は、衝突点の最も厚い領域と同じ温度に加熱されない。
【００９３】
例示的な用途として、ノンスルーホールを有するＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）構造１の場合について検討する。そのようなホールは、有用層２の厚さばらつきの一因となり、そのようなばらつきを、例えば、１マイクロメートルの波長を有する空間的な波としてモデル化することができる。
【００９４】
「ノンスルーホール」とは、有用層２の厚さ全体を貫いて延在しないホールを意味する。
【００９５】
シリコンの熱拡散係数は、８７マイクロメートル２／秒に等しい。その場合、ｔｖは、前の式を適用し、しきい値としてｌ＝１マイクロメートルをとると、１１．５ｎｓに等しい。
【００９６】
図８に示すように、構造１は、このようにノンスルーホールを形成する領域Ｓ２よりも厚い領域Ｓ１を有する。領域Ｓ１及びＳ２は、パルスレーザビーム８によって照射され、その衝撃点は、数ｍｍ２、すなわち、寸法Ｓ２よりもはるかに大きなサイズを有する。レーザの波長は、加熱モードＡの条件に相当し、パルスの持続時間は、１０ｎｓに等しく、すなわち、ｔｖよりも小さくなるように選ばれている。
【００９７】
ｔｖよりも小さな持続時間を有するパルスに対しては、衝突点の表面全体にわたって熱平衡に達しないため、領域Ｓ１よりも領域Ｓ２においてより著しい発熱を観測することができる。有用層２を厚くする場合、そのような選択加熱によって、厚さばらつきを低減することができる。加熱モードＢによる条件に対しては、逆の効果が観測され、したがって有用層２のエッチングによる厚さ補正が施されることになる。
【００９８】
加熱モードＡ及びＢは、以下の特性のうちの少なくとも１つを有するパルスレーザで行われるのが特に有利である。すなわち、
パルスレーザビーム８の衝突点Ｐは、０．１ｍｍ２よりも大きい、好ましくは１０ｍｍ２よりも大きい表面を有することができる。
１００ｎｓ未満の、好ましくは５０ｎｓ未満の、例えば１０ｎｓのパルス持続時間。
１００〜１，５００ｍＪ／ｃｍ２の範囲のパルスエネルギー。
１Ｈｚ〜１０ｋＨｚの範囲のパルス繰返し周波数。
【００９９】
第１の実施形態。
図３及び図４に示す第１の実施形態において、シリコンオンインシュレータ基板から構成される構造１の有用層２のエピタキシーによる厚膜化について検討した。
【０１００】
絶縁層３は、２５ｎｍの二酸化シリコンの層である。
【０１０１】
有用層２は、平均して１２ｎｍのシリコンの層で、１１．５ｎｍ〜１２．５ｎｍの範囲の厚さばらつきを有する。
【０１０２】
構造をモデル化する予備ステップよって、シリコン層（図６のＳＯＩ１曲線）及び二酸化シリコン層（図６のＢＯＸ１曲線）に対する構造１の反射率の感度をそれぞれ求めることになる。
【０１０３】
図６のグラフに現れる点線の矩形は、加熱モードＡに適した波長の範囲を示す。この例の場合は、５１ｎｍの波長を有するレーザが選択された。
【０１０４】
構造１は、このように反応チャンバ９内の構造支持体５に好ましくは据え付けられている。
【０１０５】
ガス状形態の化学種６が反応チャンバ９に導入され、この化学種６が、有用層２の温度とともに厳密に増加する反応速度で、有用層２と化学的に反応することができる。
【０１０６】
反応チャンバに導入される化学種６は、以下の種、すなわち、シラン、ジシラン、トリシラン、モノクロロシラン、二塩化シラン、三塩化シラン、四塩化ケイ素、ゲルマン、モノクロロゲルマン、ジクロロゲルマン、トリクロロゲルマン、テトラクロロゲルマンのうちの少なくとも１つを含むことができるのが特に有利である。
【０１０７】
反応チャンバに注入された化学種６は、以下のガス、すなわち、窒素、アルゴン、二水素のうちの少なくとも１つを含むキャリアガス中で全体的に希釈される。
【０１０８】
次いで、有用層２がパルスレーザビーム８によって加熱され、ビーム８が有用層２の自由表面Ｓを少なくとも部分的に掃引する。
【０１０９】
反応チャンバの外側で生成されたパルスレーザビーム８が反応エンクロージャの内側に位置決めされた有用層２を加熱することができるように、パルスレーザビーム８に対して透明な窓がエンクロージャに設けられている。
【０１１０】
次いで、有用層２の自由表面Ｓは、パルスレーザビーム８を移動させることによって、及び／又は構造１が置かれた支持体５を移動させることによって掃引される。
【０１１１】
有用層２は、このようにパルスレーザビーム８が有用層２の自由表面Ｓに衝突するときに、衝突点Ｐで加熱される。
【０１１２】
したがって、パルスレーザビーム８が表面を掃引するとき、発熱は、絶縁層３の厚さばらつきには無関係に、活性層２のより厚い領域よりも薄い領域においてより著しい。
【０１１３】
そのような発熱によって、化学種６を有用層２と反応させる。
【０１１４】
本実施形態では、化学反応は、エピタキシーによって有用層２を厚膜化する反応である。
【０１１５】
有用層２のより薄い領域が厚い領域よりも著しい発熱に曝されるため、エピタキシーによって厚膜化する反応は、厚い領域よりも薄い領域においてより速い速度で起こる。
【０１１６】
有用層２が厚くなると、有用層２の薄い領域と厚い領域との厚さの差がこうして減少する。
【０１１７】
したがって、構造１は、５１０ｎｍの波長を有し、１０ｎｓのパルスであって、１０ｋＨｚの周波数で繰り返されるパルスを有するパルスレーザによって照射され、５００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギーを有する各パルスがシリコン層を加熱することが可能になる。処理時間は、１つの照射領域当たり１０秒である。レーザビーム衝突点は、１０ｍｍ２である。
【０１１８】
照射中に、構造１は、８０ｍＴの圧力の下で、二塩化シランと二水素の混合物を含む化学種６の雰囲気中にある。
【０１１９】
構造１全体に対して実行されるそのような処理によって、厚さの不均一性を当初の１ｎｍの不均一性に対して０．２ｎｍにまで低減させることが可能である。そのような不均一性は、０．９マイクロメートルのしきい値ｌを上回る空間波長を有する有用層２の厚さばらつきに相当する。
【０１２０】
その上、１０ｎｓのパルスに対しては、ビーム衝突点の寸法よりもはるかに小さい約１ミクロンのしきい値を上回る波長を有する有用層２の厚さばらつきを低減させることが可能である。
【０１２１】
第２の実施形態。
第２の実施形態では、有用層２のエッチングによる薄層化について検討した。
【０１２２】
感度曲線が図９に示される構造１は、反応チャンバ９内の支持構造体５にこのように好ましくは据え付けられている。
【０１２３】
ガス状形態の化学種６は、反応チャンバ９に導入され、この化学種６が有用層２の温度とともに厳密に増加する反応速度で有用層２をエッチングするように化学的に反応することが可能である。
【０１２４】
反応チャンバに導入される化学種６は、以下の種、すなわちＨＣＬの少なくとも１つを含むのが特に有利である。
【０１２５】
反応チャンバに注入される化学種６は、以下のガス、すなわち、アルゴン、二水素のうちの少なくとも１つを含むキャリアガス中で全体的に希釈される。
【０１２６】
次いで、有用層２は、パルスレーザビーム８を使用して加熱され、ビーム８が有用層２の自由表面Ｓを少なくとも部分的に掃引する。反応チャンバの外側で生成されたパルスレーザビーム８が反応チャンバの内側に位置決めされた有用層２を加熱することができるように、パルスレーザビーム８に対して透明な窓がエンクロージャに設けられている。
【０１２７】
次いで、有用層２の自由表面Ｓは、パルスレーザビーム８を移動させることによって、及び／又は構造１を移動させることによって掃引される。
【０１２８】
レーザビーム８の波長は、図９に示す加熱モードＢの両方の条件を満たすように選択され、例えば、その波長が３５０ｎｍの中心波長から、１５ｎｍ未満だけ、好ましくは７ｎｍ未満だけ異なるように選択されている。他のレーザパラメータは、第１の実施形態で選択されたものと同じである。
【０１２９】
したがって、パルスレーザビーム８が有用層２の自由表面Ｓに衝突するとき、有用層２は、衝突点で加熱される。
【０１３０】
さらに、パルスレーザビーム８が有用層２の自由表面Ｓを掃引するとき、発熱は、活性層２のより薄い領域よりもより厚い領域においてより著しい。
【０１３１】
そのような発熱によって、化学種６を有用層２と反応させることができる。
【０１３２】
本実施形態では、化学反応は、有用層２をエッチングすることによって薄膜化する反応である。
【０１３３】
有用層２のより厚い領域がより薄い領域よりも著しい発熱を受けるため、エッチングによって薄膜化する反応は、薄い領域よりも厚い領域でより速い速度で進む。
【０１３４】
有用層２のエッチングによって薄膜化する反応が行われるときに、有用層２の薄い領域と厚い領域との厚さの差がこうして減少する。
【０１３５】
照射中に、構造１は、２．６７Ｐａ〜１＊１０５Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒ）の範囲の圧力の下で、塩酸と二水素の混合物を含む化学種６の雰囲気中にある。
【０１３６】
構造１全体に対して実行されるそのような処理によって、厚さの不均一性を有用層２の当初の不均一性に対して低減させることが可能になる。そのような不均一性は、０．９マイクロメートルのしきい値ｌを上回る空間波長を有する有用層２の厚さばらつきに相当する。
【図１】
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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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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