(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースの加工領域において、放射パルスに暴露されることから生じる最高温度が前記ワークピースの最高許容温度を超えないように制御する熱誘導位相切替装置であって、
ａ）前記ワークピースの上に形成され、一部が前記加工領域をカバーし、放射線を吸収し、前記吸収した放射線を熱に変換する吸収層と、
ｂ）前記吸収層に隣接して形成されるか密接して形成された位相切替層であって、前記位相切替層のうち前記加工領域をカバーする一部が、前記加工領域の望ましい最高温度に相当する位相切替温度を有し、前記加工領域における温度の上昇を制限するために位相が第１の位相から第２の位相に変化する前記位相切替層と、
を備え、
前記位相切替層は、前記吸収層に隣接し、二酸化珪素からなる第１の層と、前記二酸化珪素からなる層に隣接し、ポリイミドまたはアルミニウム砒素からなる第２の層とを含む、位相切替装置。
【請求項２】
ワークピースの加工領域において、放射パルスに暴露されることから生じる最高温度が前記ワークピースの最高許容温度を超えないように制御する熱誘導位相切替装置であって、
ａ）前記ワークピースの上に形成され、一部が前記加工領域をカバーし、放射線を吸収し、前記吸収した放射線を熱に変換する吸収層と、
ｂ）前記吸収層に隣接して形成されるか密接して形成された位相切替層であって、前記位相切替層のうち前記加工領域をカバーする一部が、前記加工領域の望ましい最高温度に相当する位相切替温度を有し、前記加工領域における温度の上昇を制限するために位相が第１の位相から第２の位相に変化する前記位相切替層と、
を備え、
前記位相切替層は、ポリイミドまたはアルミニウム砒素を含む、位相切替装置。
【請求項３】
前記加工領域は活性化温度を有し、
前記ワークピースは前記最高許容温度を有し、
前記位相切替温度は、前記加工領域の温度が前記活性化温度に達するが、前記ワークピースの最高許容温度を超えない温度である、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記吸収層と前記ワークピースの間に配置されるか、または、前記位相切替層と前記ワークピースとの間に配置される剥離可能層をさらに含む、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項５】
前記加工領域はトランジスタのソース領域およびドレイン領域を含む、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項６】
前記加工領域はドーピングされたアモルファスシリコンを含む、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項７】
前記加工領域はドーピングされたアモルファスシリコンを含む、請求項３に記載の装置。
【請求項８】
前記活性化温度は１１００℃と１４１０℃の間である、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記吸収層は、チタン、タングステン、タンタル、酸化珪素、窒化珪素、窒化チタンのうち少なくとも１つを含む、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項１０】
前記二酸化珪素からなる第１の層は、１０ｎｍと２５０ｎｍとの間の厚さを有し、前記第２の層は、１０ｎｍと２０μｍとの間の厚さを有するポリイミドである、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記二酸化珪素からなる第１の層は、１０ｎｍと２５０ｎｍとの間の厚さを有し、前記第２の層は、１０ｎｍと２０μｍとの間の厚さを有するアルミニウム砒素である、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記位相切替層の前記第１の位相は固体であり、前記第２の位相は気体または液体である、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記位相切替温度は前記活性化温度より高い、請求項３に記載の装置。
【請求項１４】
前記位相切替温度は前記活性化温度より低い、請求項３に記載の装置。
【請求項１５】
ワークピースの加工領域で発生する最高温度を限定するシステムであって、
ａ）基板に渡って走査できる放射のパルスビームを提供することができる放射源と、
ｂ）光源に隣接して配置され、前記ワークピースを支持するワークピースの支持部材と、
ｃ）前記ワークピース上に配置された請求項１又は２に記載の熱誘導位相切替装置と、を備える、システム。
【請求項１６】
前記放射のビームは、ラインまたはスポットを形成する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記放射源は、３００ｎｍと１１００ｎｍとの間の波長のレーザ放射を使用する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
ワークピースの加工領域に伝わる熱の量を制御する方法であって、前記加工領域は活性化温度を有し、
ａ）加工領域の上に吸収層を堆積させるステップと、
ｂ）前記活性化温度に相当する位相切替温度で第１の位相から第２の位相に位相を切り替えることができる位相切替層を、前記吸収層に近接して堆積させるステップと、
ｃ）前記吸収層に照射して、前記吸収層および近接する前記位相切替層を加熱するステップと、
ｄ）前記位相切替層が前記第１の位相から前記第２の位相に切り替わるまで、前記吸収層からの熱で前記加工領域を加熱して、前記吸収層に入射する放射線の吸収による温度の上昇を限定するステップと、
を含む方法。
【請求項１９】
前記加工領域はドーピングされたアモルファス領域であり、前記ステップｄ）は、前記加工領域を前記活性化温度に加熱することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記位相切替温度は前記活性化温度より高い、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記位相切替温度は前記活性化温度より低く、前記位相切替層は前記吸収層の上にある、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記ワークピースは、融解温度を有する結晶シリコンウェハであり、前記加工領域はドーピングされたアモルファスシリコンであり、
前記ステップｄ）は、前記加工領域を、前記活性化温度であるが前記結晶シリコンの融解温度よりも低い温度に加熱することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記照射ステップｃ）はパルスレーザ光を使用して行われる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記照射ステップｃ）は、
ｉ）狭いラインの放射線を形成し、
ｉｉ）前記基板に渡って前記放射ラインを走査することによって行われる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記ステップｂ）は、前記吸収層の上に断熱層を形成すること、および前記断熱層の上に位相遷移層を形成することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
前記ステップｂ）は、前記吸収層の下に位相遷移層を形成することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２７】
前記断熱層は二酸化珪素であり、前記位相遷移層はポリイミドおよびアルミニウム砒素のうち１つである、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記位相遷移層はポリイミドおよびアルミニウム砒素のうち１つである、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記加工領域が所与の放射エネルギーのパルスに関して望ましい温度に達すると、前記位相遷移層における位相切替を引き起こすように、前記断熱層の厚さを調節するステップをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
前記ステップｂ）は、前記吸収層の上に透過性位相切替層を設置することと、基板上の層のスタックからの放射エネルギーの反射を最少にする厚さの前記透過性位相切替層を選択することとを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項３１】
前記位相切替層の前記第１の位相は固体であり、前記第２の位相は液体または気体である、請求項１８に記載の方法。
【請求項３２】
半導体ウェハから半導体デバイスを形成する方法であって、
ａ）活性化温度を有するドーピングされたアモルファスシリコンを含む加工領域を、半導体ウェハ内に形成するステップと、
ｂ）加工領域上に吸収層を堆積させるステップと、
ｃ）前記活性化温度に相当する位相切替温度で、第１の位相から第２の位相に切り替えることができる位相切替層を、前記吸収層の上に堆積させるステップと、
ｄ）前記位相切替層を介して前記吸収層に照射して、前記吸収層および前記位相切替層を加熱するステップと、
ｅ）前記加工領域が前記活性化温度に達し、前記位相切替層が位相の変化を開始するまで、前記吸収層からの熱で前記加工領域を加熱して、前記基板の最高温度を限定するステップと、
ｆ）前記吸収層および前記位相切替層を除去するステップと、
を含む方法。
【請求項３３】
前記ステップｃ）は、前記吸収層の上に断熱層を形成すること、および前記断熱層の上に位相遷移層を形成することを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記ステップｃ）は、２層以上の断熱層を形成することを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記ステップｄ）は、前記位相切替層の第１の位相が固体であり、前記位相切替層の第２の位相が液体または気体であるように前記位相切替層を設計するステップを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
半導体ウェハから半導体デバイスを形成する方法であって、
ａ）活性化温度を有するドーピングされたアモルファスシリコンを含む加工領域を、半導体ウェハ内に形成するステップと、
ｂ）前記活性化温度に相当する位相切替温度で第１の位相から第２の位相に切り替えることのできる位相切替層を、前記ドーピングされたアモルファスシリコン層の上に堆積させるステップと、
ｃ）前記加工領域上に吸収層を堆積させるステップと、
ｄ）前記位相切替層を介して前記吸収層を照射して、前記吸収層および前記位相切替層を加熱するステップと、
ｅ）前記加工領域が前記活性化温度に達し前記位相切替層が位相を変え始めるまで、前記位相切替層からの熱で前記加工領域を加熱して、基板の最高温度を限定するステップと、
ｆ）前記吸収層および前記位相切替層を除去するステップと、
を含む方法。
【請求項３７】
前記第１の位相は固体であり、前記第２の位相は液体または気体である、請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
（技術分野）
本発明はレーザ熱加工に関し、特に、短パルスの放射エネルギーを使用して、加工対象であるワークピースの最高温度を精密に制御する方法および装置に関する。
【０００１】
（背景技術）
レーザ熱加工（ＬＴＰ）は、半導体デバイスの製造において、半導体ウェハなどのワークピースを加工するために使用される。このような加工によって、非常に低いシート抵抗および非常に浅い接合部を有するトランジスタを製造することが可能になり、この結果、半導体デバイス（例えば、集積回路または「ＩＣ」）の性能がより向上する（例えば、速度が速くなる）。
【０００２】
半導体製造に応用されるＬＴＰ方法のうち１つの方法では、短パルスのレーザを使用して、トランジスタのソースおよびドレインを熱でアニールし、注入されたドーパントを活性化する。条件が適切であれば、固体融解限度より上の活性化されたドーパントレベルを有するソース接合部およびドレイン接合部を作成することができる。これによって、速度が速く駆動電流が高いトランジスタが作成される。この技術は、「Fabrication Method for Reduced Dimension FET Devices」という名称の米国特許第５，９０８，３０７号に開示され、この特許は参照により本明細書に組み込まれている。
【０００３】
単一トランジスタにＬＴＰを実行することで性能の向上を達成することが、ＩＣに有利であると期待されている。残念なことに、ＬＴＰを、単一のトランジスタの製造から完全な集積回路の製造へ拡大することは困難である。ＬＴＰプロセスの有する加工枠は非常に狭く（すなわち、損傷を起こさずにトランジスタを活性化させるレーザのエネルギーの範囲が狭い）、各トランジスタに送る（そして各トランジスタが吸収する）絶対エネルギーには、相当な均一性、安定性、再現性が必要である。
【０００４】
最近のＩＣは種々のデバイス構成と材料を含むので、含まれる熱質量も異なる。各トランジスタにおいて均一な性能を達成するためには、すべてのトランジスタを本質的に同じ温度に熱する（アニールする）ことが必要である。このことによって、回路内の各トランジスタに送られるレーザエネルギーの許容範囲に制限が生じる。この結果、２つの問題が生じる。第１の問題は、均一な加熱を達成するために、十分に均一な暴露（空間的時間的に）を行なうことが困難であることである。第２の問題は、異なるデバイス構成の熱質量が、ドープされた領域（接合部）の局所温度に影響を与えるので、デバイス構成が異なると、必要な入射レーザエネルギーの量が異なることである。
【０００５】
これら２つの問題のうち、より困難なのは、局所トランジスタ密度の影響である。今日のほとんどの集積回路は、回路全体にわたって種々のトランジスタ密度を有する。このばらつきは、ＬＴＰプロセスに２つの影響を与える。第１の影響は、局所反射率が空間的に異なるので、均一に照射しても局所的に吸収される熱の量が異なるということである。第２の影響は、局所的な熱質量が空間的に異なるということである。熱質量が大きくなると、必要なアニール温度に達するためにより多くのレーザエネルギーを吸収しなければならない。この結果、局所的な熱質量の変化によって、アニーリングを適切に行うために必要な、吸収されるレーザエネルギーの量を変えることが必要となる。完全に均一に照射しても、単一のＩＣまたは別のＩＣ上の異なるトランジスタの間で、大幅な温度のばらつきが生じる可能性がある。このため、単一のＩＣ全体および製造ライン全体を通じて、トランジスタの性能に好ましくないばらつきが生じることになる。
【０００６】
原理的には、より高い密度領域ではレーザのフルエンスをより増大させた暴露を調節することによって、デバイス全体でトランジスタ密度の高い場所を補償することが可能である。しかしながら、このためには、加工対象のデバイス各々について、デバイス全体にわたって正確な回路レイアウトを知る必要があり、かつ、回路層に適合させるために、暴露の空間的な放射照度の分布を正確に調節することが必要となる。この努力が達成できたとしても、複雑な装置と多大な費用が必要となるであろう。
【０００７】
（発明の開示）
本発明はレーザ熱加工に関し、特に、短パルスの放射エネルギーを用いて加工されるワークピースの最高温度を精密に制御する方法および装置に関する。
【０００８】
本発明は、シリコンウェハなどのワークピースに伝えられる熱の量を制御する熱誘導位相「切替」を導入することによって、放射を使用して加工されるワークピースの加熱が不
均一であるという問題を解決する。この位相切替層は、下にあるワークピースの１つまたは複数の加工領域が既定の温度に達すると、切替が位相を変えて余計なエネルギーを吸収するように設計された材料からなる１つまたは複数の層を含む。この既定の温度は例えば、加工領域が活性化される温度であってもよい。例えば、下にある１つまたは複数の領域は、トランジスタのソース領域およびドレイン領域、または接合部のドーピングされる領域であってもよく、また、既定の温度はこの領域の活性化温度であってもよい。臨界切替温度に達すると、加工領域の上にある位相切替層の部分が位相を変える。位相を変えることによって位相切替層は温度を変えずに熱を吸収することができる。これにより、下にある加工領域の温度が最高温度にまでさらに上昇することが限定される。
【０００９】
本発明を、半導体の製造と、トランジスタを有するＩＣデバイスの形成に適用する時、既定の温度は、トランジスタのソース−ドレイン領域内のアモルファスシリコンが１１００〜１４１０℃の間の温度に達する温度となる。この温度の範囲では、アモルファスシリコンは融解し、ドーパントが活性化する。これらの温度は十分に低いので、下にある結晶シリコン基板は融解せず、このことはデバイスの性能から見ると好ましい。本発明の位相切替は、ウェハの局所領域が実質的に既定の温度を超えることを防ぐ。これにより、他の方法では、放射エネルギーパルスのマグニチュードの変動または形状のばらつきから生じるか、または、放射ビームの空間的な均一性が欠如していることから生じるか、トランジスタ密度が異なることに起因して場所ごとに熱質量にばらつきがあることから生じる可能性のある、種々の望ましくない影響が除去される。
【００１０】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明はレーザ熱加工に関し、特に、短パルスの放射エネルギーを用いて加工されるワークピースの最高温度を精密に制御する方法および装置に関する。
【００１１】
図１から図３に、接合部またはトランジスタなどの半導体デバイスを製造するプロセスの一部として、半導体基板（ワークピース）を加工することに関する位相切替の基本的な概念を示す。図１では、パルス放射源Ｌからの放射エネルギー１０（光子、電子、イオン、中性原子など）を使用して加工されるワークピースとして、シリコン半導体ウェハＷ上に形成されたフィルムスタック６が示されている。図１に示されるように、ウェハＷは、放射源Ｌ、および、フィルムスタック６、ウェハＷが軸Ａに沿って配置されるように、ウェハ支持部材ＷＳによって支持される。放射１０は、３００と１１００ｎｍとの間の波長を有するパルスのレーザ光であってもよい。放射源Ｌのための適切なレーザ光源は、１０６４ｎｍで動作するＹＡＧレーザ、５３２ｎｍで動作する周波数二重(frequency-doubled)ＹＡＧレーザ、および７００ｎｍと８００ｎｍの間で動作するアレクサンドライトレーザ(Alexandrite laser)を含む。適切な放射パルスの長さは１ナノ秒から１マイクロ秒の範囲であり、適切なエネルギーレベルは０．１Ｊ／ｃｍ２から１０Ｊ／ｃｍ２の範囲である。
【００１２】
ウェハＷは結晶シリコン領域２０を含み、この結晶シリコン領域２０中に、ドーパント３４を有するドーピングされたアモルファスシリコン領域３０が形成される。説明のために、ドーピングされたアモルファス領域３０は単一のドーピングされた領域と考える。しかしながら、ドーピングされたアモルファス領域３０は、本明細書では「加工領域」と称される、加工される領域の１つの例を示す。例えば、ウェハＷは複数のドーピングされたアモルファス領域３０を含んでいてもよいし、または、それぞれトランジスタのソース領域とドレイン領域としての機能を有する、正にドーピングされた１つの領域と負にドーピングされた１つの領域とを含んでいてもよい。ウェハＷは最高許容温度を有し、最高許容温度はウェハＷの融解温度ＴＭであってもよいし、または、温度がこれ以上に上昇するとウェハの機能がなくなるかまたはドーピングされた領域で好ましくない拡散が生じる温度など、別の温度であってもよい。
【００１３】
続いて図１を参照すると、ドーピングされたアモルファス領域３０は、ＳｉまたはＧｅのイオンを、ウェハＷにおいて数オングストロームから約１０００オングストロームの範囲の目標の深さに注入することによって形成することができる。この注入プロセスによって、結晶領域２０の基板結晶構造は、イオンが注入される領域がアモルファスになるところまで不規則になる。注入されるイオン種は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｒ、Ａｓ、Ｐ、Ｘｅ、Ｓｂ、およびＩｎであってよい。アモルファス化に用いるドーパントの注入は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社から市販されている、９５００ＸＲ  ＩＯＮ
ＩＭＰＬＡＮＴＥＲ（商標）などの既知の装置で行うことができる。
【００１４】
ついで、イオン注入機から、ｐ型のドーパントイオン（例えば、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、ベリリウム、マグネシウム、亜鉛）または、ｎ型のドーパントイオン（例えば、リン、砒素、アンチモン、ビスマス、セレン、テルル）を使用して、第２のドーパントイオン注入を行う。イオンは所定のエネルギーレベルに加速され（例えば、２００ｅＶから４０ＫｅＶ）、予めアモルファス化された領域に所与の照射量で注入され（例えば、約１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２から１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）、これにより、ドーピングされたアモルファス領域３０が形成される。実際には典型的には、ウェハＷ内でのアモルファス領域のドーパントの濃度は深さに応じて段階的に異なる。本実施形態の第１のステップと第２のステップは相互に交換しても同じ効果が得られ、または、ドーパント注入が結晶領域２０をアモルファス化するのであれば単一のステップで実行してもよい。
【００１５】
アモルファスシリコン領域３０の上には吸収層５０が堆積され、吸収層５０は入射放射線を吸収し、吸収した前記放射線を熱に変換することができる材料を含む。吸収層５０は、高温、すなわち、結晶シリコン融解温度である１４１０℃を超える温度に耐えられなければならない。吸収層５０を構成する材料はまた、下の層または領域に影響を与えずに容易に除去できるものでなければならない。吸収層５０の役割の１つは、加工の間ウェハＷの中かまたは上にあるデバイスの物理的な構造を維持することである。吸収層５０の材料の例は、スパッタリングまたはＣＶＤ法によって、１００オングストロームと５０００オングストロームの間の厚さに堆積されたタンタル（Ｔａ）である。吸収層５０の他の好ましい材料は、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）、二酸化珪素、窒化珪素、またはこれらの組み合わせを含む。二酸化珪素層または窒化珪素層は、吸収層材料（すなわち金属と半導体の間）によるウェハＷの汚染を防ぐため、または、吸収層とウェハ表面との間の温度低下を提供するために、吸収層の一部として堆積させる必要がある。
【００１６】
オプションとして、薄くて剥離可能な層４０を、吸収層５０とアモルファスシリコン領域３０との間に挟んで、ＬＴＰを行った後に吸収層を容易に剥がすことができるようにすることもできる。剥離層４０の材料の例としては、二酸化珪素と窒化珪素が含まれ、これらはスパッタリングまたはＣＶＤ法で堆積させることができる。
【００１７】
さらにフィルムスタック６には、吸収層５０の上に形成された位相切替層６０が含まれる。層６０の性質は、位相切替温度ＴＰにおいて、層６０の位相が第１の位相（例えば固体）から第２の位相（例えば液体または気体）に変化するような性質である。この位相切替温度ＴＰにおいては、位相切替層６０の温度をさらに大幅に上げることなく多量の熱が吸収される。
【００１８】
位相切替層６０は、単一のフィルム層を含んでもよいし、または、多数のフィルム層を含んでいてもよい（すなわち、１層または多層のフィルム層）。図２を参照すると、１実施形態では、位相切替層６０は、第１の断熱層６２と、第１の断熱層の上に形成された第
２の位相遷移層６４とを含む。断熱層６２の好ましい材料には、二酸化珪素および窒化珪素が含まれ、位相遷移層６４の好ましい材料には、ポリイミドとアルミニウム砒素が含まれる。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態では、層６０は約１０ｎｍから２０ミクロン（「μｍ」）の範囲の厚さを有する。
【００２０】
（動作の方法）
本発明の動作は次の通りである。図１と図２を参照すると、ウェハＷの加工は、ドーピングされたアモルファス領域３０を活性化するために、放射パルス１０を軸Ａに沿ってフィルムスタック６に向けることによって行われる。この例では、位相切替層６０はまず、実質的に透過性であり、入射吸収層５０の上にある。したがって、レーザ放射１０のほとんどは層６０を通過し、吸収層５０に入射する。放射１０が層５０に吸収されることにより、この層を熱する。吸収層５０が加熱される結果、ドーピングされたアモルファス領域３０および位相切替層６０も加熱される。ドーピングされたアモルファス領域３０はこのようにして、活性化温度ＴＡ（ドーピングされたシリコンでは、１１００℃と１４１０℃の間）にまで加熱され、位相切替層６０も位相切替温度ＴＰまで加熱される。活性化温度ＴＡ（または活性化温度の範囲）になると、ドーパント３４はラティスサイト(lattice sites)に組み込まれ、「活性化」される。しかしながら、吸収層５０に入射するレーザ放射が多すぎると、位相切替層６０がなければ、アモルファス層３０は融解するまで加熱されてしまう。この時、本発明では、上記のように、ワークピース（ウェハＷ）がワークピース（ウェハ）の最高許容温度に達することまたはこの最高許容温度を超えることを防ぐことができる。ワークピース（ウェハ）の最高許容温度、またはこれ以上の温度は、ワークピースに望ましくない影響を与える（例えば融解する）。融解すると、ドーピングされたアモルファス領域３０がトランジスタのソース領域またはドレイン領域を構成する場合、ドーピングされたアモルファス領域３０の性質に悪影響を与える可能性があるため、融解は好ましくない。融解はまた、トランジスタのゲート領域（図示せず）をも損傷する可能性がある。
【００２１】
次に６を参照すると、狭いビームの放射Ｂ（図３を参照のこと）でワークピースＷ全体を走査し、基板上の任意のポイント（またはライン）で、短いパルスの放射を生成する。ビームＢの焦点を絞って、走査ビームに適したポイント放射、ライン放射、または狭い領域の放射を形成することができる。図３では、吸収層５０はフィルムスタック６の上にあり、位相切替層６０は吸収層とオプションの層４０の間に挟まれている。この構成では、位相切替層６０は吸収層の下にあるので、位相切替層６０は放射エネルギーに対して透過的である必要はない。場合によっては、位相切替層６０が、図１および図２のビームＢまたは放射１０の入射放射線に対して十分に不透過である場合、吸収層５０を使用する必要がない場合もある。例えば、入射放射線１０（またはビームＢ）が電子、イオン、または中性原子の粒子からなる場合は、どの場合でも完全に吸収されるので、吸収層はなくてもよい。位相切替層６０の位置にかかわらず、基本的な原理は同じである。位相切替層６０の最高温度は、入射放射線パルスのエネルギーの幅広い変動に渡って、位相切替の潜熱によって限定される。位相切替の温度はまた、ワークピースの最高温度も限定する。
【００２２】
図４は、上記のアニーリング加工の間のドーピングされたアモルファス領域３０の温度Ｔ３０を示す。温度Ｔ３０は、放射エネルギーに暴露されている間、時間の関数として上昇する。限定がなければ、点線Ｄに示されるように、結晶シリコンについては、温度Ｔ３０は融点ＴＭ＝１４１０℃まで上昇する。しかしながら、位相切替層６０が存在すると（図２を参照）、位相遷移層６４の温度Ｔ６４は、領域３０の温度Ｔ３０とともに上昇する。したがって、層６２および／または層４０の厚さと熱特性を調節することによって、位相遷移層６４が温度Ｔ３０より高いまたは低い温度になるように設計することができる。
図４は、層６２の熱伝導性が層４０の熱伝導性より大きいため、位相遷移層６４の温度Ｔ６４が加工領域３０の温度Ｔ３０よりも高い場合を示す。
【００２３】
上記のように、位相切替層６０が２つの層６２，６４を含む場合、位相切替温度ＴＰを調節することには、以下に詳述する方法にて層６２の厚さを調節することが含まれる場合がある。図４のＴ６４カーブが突然平らになることで示されるように、位相遷移層６４が位相切替温度ＴＰに達すると、この層は加熱することなくエネルギーを吸収する。位相遷移層６４がポリイミドで作成されている場合、固体層（すなわち第１の位相）から気体層（すなわち第２の位相）への遷移は、ＴＰ＝１４８０℃で生じる。したがって、層３０の温度Ｔ３０に対する層６４の温度Ｔ６４のタイミングまたはトラッキングは、層６２および層４０の熱伝導性と厚さとを調節することによって行われる。位相切替層６０を適切に設計することで、層６０が十分なエネルギーを吸収して、加工領域３０が既定の温度（例えば、融解温度ＴＭ）を超えることを防ぐ。
【００２４】
（位相切替層の設計）
位相切替層６０は次のように設計する。このプロセスは、使用する作動放射タイプおよびパルス長を選択することで開始する。例えば、所定の半導体製造用途では、波長５３２ｎｍの光放射と、２０ナノ秒（ｎｓ）のパルス長とを選択してもよい。次のステップは、吸収層５０のタイプと、場合によっては、オプションの剥離可能層４０のタイプを選択することである。典型的には、剥離可能層４０は１０〜２０ｎｍの二酸化珪素または窒化珪素であり、吸収層５０は１０〜５００ｎｍのチタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、タングステン（Ｗ）、またはこれらの層の組み合わせであってもよい。吸収層５０の目的は、入射するレーザ放射線１０を吸収することなので、入射放射線の約７５％を超える量を十分に吸収する材料を使用しなければならない。この例においては、層４０として厚さ１０ｎｍの酸化物、層５０として厚さ４０ｎｍのタンタルが適切な選択である。
【００２５】
次に、層６２の任意の厚さを選択する。適切な材料は、二酸化珪素または窒化珪素のいずれかである。この例に関しては、４０ｎｍの二酸化珪素が適切な選択である。最後に、層６４については１００ｎｍの厚さを選択する。位相遷移層６４用の適切な材料は、ポリイミドまたはアルミニウム砒素など、位相切替に関連して高い潜熱を示し、約１０００℃から３０００℃の間の位相切替温度ＴＰを有する任意の材料である。この例では、１００ｎｍのポリイミドを含む位相遷移層６４が適切な選択である。位相遷移層６４の厚さは、入射放射線エネルギーパルスの反射を最少にする、すなわち、反射防止膜としての役割を果たすように調節することができる。
【００２６】
カリフォルニア州リバモアのローレンスリバモア国立研究所からのＴＯＰＡＺなどの熱移動コードを使用して、パルス放射の間における、フィルムスタック６とその下にある層３０の熱挙動を計算することができる。特に、領域（層）３０に対する層６４の温度を計算し、プロットする。領域３０が活性化温度ＴＡに達した時（または活性化温度範囲になった時）、同時に、層６４が位相切替温度ＴＰに達するまで、層６２および層４０の厚さは変えられる。これによって、領域３０が活性化された後、層６４は、さらに温度を上げることなく余分な熱を吸収し始める。層６４がポリイミドを含む場合、吸収されたエネルギーはポリイミドの気化に使用される。上記の例で、５３２ｎｍの入射波長と、２０ｎｓのパルス長に関して最適なスタックを計算する。
【００２７】
層４０：二酸化珪素：１０ｎｍ
層５０：タンタル：４０ｎｍ
層６２：二酸化シリコン：
層６４：ポリイミド：１００ｎｍ
この材料のスタックで、位相切替温度ＴＰは約１４８０℃であり、これは領域３０が約
１４１０℃の活性化温度ＴＡに到達した時に達成される。
【００２８】
したがって、位相切替層６０は、ドーピングされたアモルファス領域３０が活性化温度ＴＡ＝１１００℃に達した後、約１４１０℃の融解温度ＴＭに達した時または達する前に、位相遷移層６４が位相切替温度ＴＰに達するように設計される。これは、前述したように、断熱層６２，４０を適切に設計することによって達成される。位相遷移層６４が第１の位相から第２の位相に遷移すると、入射レーザ放射１０からの熱は層６４の温度を上昇させることなく吸収される。これによって、吸収層５０のさらなる温度上昇が抑制され、これによって、ドーピングされたアモルファス領域３０のさらなる温度上昇も抑制される。一般に、位相切替層６０は、周囲の領域（例えば、結晶領域２０）を融解させることなく、加工領域３０を活性化するために、位相を変えるように設計される。
【００２９】
また、多層を含む位相切替層６０に関しては、位相切替層６０のうち１層だけが、位相を変える層（すなわち「位相遷移層」）であり、他の層は、遷移層の位相切替温度を設定するために使用される「温度調節層」であることに注意されたい。層６２，６４を含む２層の位相切替層６０の例としては、位相遷移層６４が位相切替層であり、断熱層６２が温度調節層である。
【００３０】
次に、図５を参照すると、ウェハＷ全体での放射１０の不均一性、またはデバイス１００の密度のばらつきが、ドーピングされたアモルファス領域３０の温度に影響を与えている。図５では、ドーピングされたアモルファス領域３０は、デバイス１００のソース１１０Ｓおよびドレイン１１０Ｄである。これらのばらつきは位相切替層６０の温度に影響を与えるだろう。この結果、ソース領域１１０Ｓおよびドレイン領域１１０Ｄが、１１００℃〜１４１０℃の範囲にあるドーパント活性化温度範囲に達しないと、位相切替層６０が活性化しない、すなわち、位相切替層６０が位相を変えない。
【００３１】
領域１２０内のデバイス１００の密度は、領域１３０内のデバイスの密度よりも低いので、領域１２０は領域１３０と比較すると熱質量が小さい。したがって、入射放射線が均一である場合、領域１２０内のデバイス１００は、領域１３０内のデバイスより早く加熱される。この結果、放射１０で照射されると、領域１２０内のデバイス１００は、領域１３０内のデバイスより先に活性化温度に達する。したがって、領域１２０の上にある位相切替層６０の部分１５０は、第１の位相から第２の位相に遷移し、加熱することなく入射放射線１０を吸収する。一方、領域１３０内のデバイス１００は、活性化温度に達するまでの時間がより長く、吸収層５０から熱を吸収し続ける。したがって、領域１３０上の位相切替層６０の部分１６０は、第１の位相のままである時間がより長く、領域１３０内のデバイス１００が活性化温度に達すると第２の位相に遷移する。領域１２０と１３０とが異なる反射性を有する場合でも同じ現象が生じる。
【００３２】
位相切替層６０の性質に適応性があるため、ウェハＷ上で、異なる熱質量または異なる反射性を有する領域（例えば領域１２０と１３０）を暴露しすぎることは困難である。したがって、デバイス構成の中でより多い量のレーザ放射またはより少ない量のレーザ放射を必要とする局所的な場所を、容易にまた自動的に補償することができる。
【００３３】
（半導体デバイスを形成する方法）
上記に基づいて、本発明は、半導体ウェハ上に半導体デバイスを形成する方法を含む。再び図５を参照すると、この方法は、各々が活性化温度を有するソース領域１１０Ｓおよびドレイン領域１１０Ｄなどの、ドーピングされたアモルファスシリコン領域を有するデバイス１００を含む１つまたは複数の加工領域を、半導体ウェハＷ内に形成するステップを含む。次のステップは、加工領域上に吸収層を堆積させ、吸収層の上または可能であれば吸収層の下に位相切替層を堆積させ、位相切替層が吸収層の上にある場合は位相切替層
を介して吸収層を照射して吸収層および位相切替層を加熱することを含む。これらのステップは、位相切替層が活性化温度に達するまで吸収層からの熱で加工領域を加熱するステップとして上述されている。位相切替層が活性化温度に達すると、位相切替層は第１の位相（例えば、固体）から第２の位相（例えば、液体または気体）に切り替わるが、その間、温度を大幅に変えることなく熱を吸収して、吸収層の温度上昇を防ぐ。最終ステップは、吸収層および位相切替層を除去することである。よく知られたエッチング技術を使用して除去することができる。
【００３４】
本発明を好ましい実施形態を用いて説明したが、本発明はこのように限定されるものではないことを理解されたい。逆に、付随する請求項に定義されたように、本発明の趣旨および範囲内に含まれるであろう、すべての代替例、修正例、および均等物をカバーすることが目的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
放射源に対してウェハホルダ内に配置された、ドーピングされたアモルファス領域を有する半導体ウェハ上に配置されたフィルムスタックの一部として示された、本発明の位相切替の模式的な断面図である。
【図２】
図１と同様な図であるが、フィルムスタックの位相切替層が、吸収層に隣接する、二酸化珪素からなる層と、前記二酸化珪素層に隣接する、アモルファスシリコンまたは多結晶シリコンとを含む。
【図３】
図１と同様な図であるが、位相切替層が、吸収層と、剥離を容易にする随意の層との間に挟まれ、放射エネルギー源は、狭く焦点を絞った放射ビームであり、ウェハ全体を走査して、基板上の任意のポイント（またはライン）で、時間的に短いエネルギーパルスを生成する図である。
【図４】
位相切替層の位相遷移層の温度（Ｔ６４）に関して温度Ｔ対時間をプロットし、ドーピングされたアモルファス領域の温度（Ｔ３０）対時間をプロットした図であり、加工領域が活性化される活性化温度（ＴＡ）またはその温度付近で、切替層の位相が、第１の位相から第２の位相に遷移する位相切替温度ＴＰを示す図である。
【図５】
デバイス密度が高い領域およびデバイス密度が低い領域にデバイス（例えばトランジスタ）を有し、図１のフィルムスタックが上に配置されたウェハを模式的に示す断面図である。
【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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