(57)【要約】熱誘導式反射率スイッチ層（６０）を用いて、レーザ放射（１０）を用いた露光からワークピース（Ｗ）の処理領域（３０）に伝達される熱量を制御するための方法、装置およびシステム。本発明の装置は、シリコンウエハなどのワークピースの上に堆積された吸収層（５０）を有するフィルムスタック（６）である。吸収層の一部分は処理領域を覆う。前記吸収層は、前記レーザ放射を吸収し、吸収された放射を熱に変換する。前記吸収層の上に、反射率スイッチ層（６０）が堆積される。前記反射率スイッチ層は、１以上の薄膜層からなるものであってよく、断熱層および転移層を含むことが好ましい。前記処理領域を覆う前記反射率スイッチ層の部分は、該処理領域の温度に対応する温度を有する。前記反射率スイッチ層の反射率は、臨界温度で低反射率状態から高反射率状態に変化して、入射放射を反射させることにより、前記吸収層で吸収された放射量を制限する。これにより、前記吸収層から前記処理領域に伝達された熱量が制限される。
2004503938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ放射を用いた露光からワークピースの処理領域に伝達される熱量を制御するための熱誘導式反射率スイッチ装置であって、
ａ）ワークピースの上に堆積され、一部分が処理領域を覆う吸収層であって、前記レーザ放射を吸収し、吸収された前記放射を熱に変換する前記吸収層と、
ｂ）前記吸収層の上に堆積された反射率スイッチ層であって、前記処理領域を覆う部分が、前記処理領域の温度に対応する温度を有し、臨界温度で低反射率状態から高反射率状態に反射率を変化させることにより、前記吸収層によって吸収される放射量および前記処理領域に伝達される熱量を制限する前記反射率スイッチ層と、
を含む、熱誘導式反射率スイッチ装置。
【請求項２】
前記処理領域が活性化温度を有し、前記ワークピースが最大温度を有し、前記臨界温度は、前記処理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大温度を超えないものである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記吸収層と前記ワークピースの間に配設された剥離可能な層をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記処理領域は、トランジスタのソースおよびドレイン領域を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記処理領域は、ドープされたアモルファスシリコンからなる、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記処理領域は、ドープされたアモルファスシリコンからなる、請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記活性化温度は、１１００〜１４１０℃である、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記吸収層は、チタン、タングステン、タンタル、酸化シリコン、窒化シリコンまたは窒化チタンの少なくとも１つからなる、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記反射率スイッチ層は、
前記吸収層に隣接し、二酸化シリコンからなる第１の層と、前記二酸化シリコン層に隣接し、アモルファスシリコンまたは多結晶シリコンからなる第２の層と、
を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記二酸化シリコンからなる前記第１の層は、１０〜２５０ｎｍの厚みを有し、前記第２の層は、１０〜２５０ｎｍの厚みを有するアモルファスシリコンである、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記二酸化シリコンからなる前記第１の層は、１０〜２５０ｎｍの厚みを有し、前記第２の層は、１０〜２５０ｎｍの厚みを有する多結晶シリコンである、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
ワークピースの処理領域に伝達される熱量を制御するためのシステムであって、
ａ）レーザ光源と、
ｂ）前記ワークピースを支持するために前記光源に隣接して配設されたワークピース支持部材と、
ｃ）前記ワークピース上に配設された請求項１に記載の熱誘導式反射率スイッチ装置と、
を含む、システム。
【請求項１３】
前記レーザ光源が、５００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長でレーザ放射を放出する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
ワークピースの処理領域に伝達される熱量の制御方法であって、前記処理領域は活性化温度を有し、
ａ）前記処理領域の上に吸収層を堆積するステップと、
ｂ）前記活性化温度に対応する臨界温度で、低反射率から高反射率に切り換え可能な反射率スイッチ層を前記吸収層の上に堆積させるステップと、
ｃ）前記吸収層と前記反射率スイッチ層とを加熱するために、前記反射率スイッチ層を介して前記吸収層を照射するステップと、
ｄ）前記反射率スイッチ層が高反射率状態に切り換えられるまで、前記吸収層からの熱で前記処理領域を加熱することにより、前記吸収層に入射する放射量を減少させるステップと、
を含む、方法。
【請求項１５】
前記処理領域は、アモルファスドープ領域であり、前記ステップｄ）は、前記処理領域を活性化温度まで加熱することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記臨界温度は、前記活性化温度より低いものである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記ワークピースは、溶融温度を有する結晶シリコンウエハであり、前記処理領域は、アモルファスドープトシリコンであり、前記ステップｄ）は、前記処理領域を前記活性化温度に加熱することを含むが、その際の加熱温度は、前記結晶シリコンの溶融温度より低い、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記照射ステップは、パルス状レーザ光を用いて実行される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記ステップｂ）は、前記吸収層の上に断熱層を形成し、該断熱層の上に転移層を形成することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記断熱層は、二酸化シリコンであり、前記転移層は、アモルファスシリコンおよび多結晶シリコンのいずれかである、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ステップａ）は、前記臨界温度を設定するために、前記断熱層の厚みを調節することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記ステップｂ）は、低反射率状態にある反射率スイッチ層の反射率を最小限に抑えるステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
半導体ウエ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アモルファスドープトシリコンからなる前記半導体ウエハに処理領域を形成するステップと、
ｂ）前記処理領域の上に吸収層を堆積するステップと、
ｃ）前記活性化温度に対応する臨界温度にて、低反射率状態から高反射率状態に切り換え可能な反射率スイッチ層を前記吸収層の上に堆積させるステップと、
ｄ）前記吸収層と前記反射率スイッチ層とを加熱するために、前記反射率スイッチ層を介して該吸収層を照射するステップと、
ｅ）前記反射率スイッチ層が前記活性化温度に到達し、該反射率スイッチ層が高反射率状態に切り換えられるまで、前記吸収層からの熱で前記処理領域を加熱することにより、該吸収層に入射する放射量を減少させるステップと、
ｆ）前記吸収層と前記反射率スイッチ層を除去するステップと、
を含む、方法。
【請求項２４】
前記ステップｃ）は、前記吸収層の上に断熱層を形成し、該断熱層の上に転移層を形成することを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記断熱層は、２以上の層からなる、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、レーザ熱処理に関し、特に、このように処理されるワークピースに正確な量の熱エネルギーを伝達するための方法および装置に関する。
【０００２】
半導体装置の製造工程において、半導体ウエハなどのワークピースを処理するために、レーザ熱処理（ＬＴＰ）が用いられる。このような処理により、シート抵抗が非常に低く、接合が極浅のトランジスタを製造でき、これにより、より性能が高い（例えば、より高速の）半導体デバイス（例えば、集積回路、いわゆる「ＩＣ」）が得られる。
【０００３】
半導体製造に適用されるＬＴＰの１つの方法には、トランジスタのソースとドレインを熱的にアニールし、そこに注入されたドーパントを活性化させるための短パルス状レーザの使用を含む。適切な条件下で、固体溶解限度を超える活性化されたドーパントレベルのソース・ドレイン接合を形成することが可能である。これにより、より高速で駆動電流がより高いトランジスタが形成される。この技術は、本願明細書に参照により引用したものとする「低減寸法ＦＥＴデバイスの製造方法”Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ＦＥＴ Ｄｅｖｉｃｅｓ”」という発明の名称の米国特許第５，９０８，３０７号に開示されている。
【０００４】
単一トランジスタについてＬＴＰを行うことで示される性能の向上から、ＩＣが利益を得られると見込まれる。残念ながら、単一トランジスタの製造から集積回路全体の製造まで、率に応じてＬＴＰを調整することは困難である。ＬＴＰプロセスのプロセスウィンドウは非常に狭く（すなわち、ダメージを生じることなくトランジスタを活性化させるレーザエネルギーのレンジが狭く）、各トランジスタに伝達される（そして各トランジスタによって吸収される）絶対的なエネルギーの高度の均一性、安定性および再現性が要求される。
【０００５】
最近のＩＣは、さまざまなデバイス形状および材料を含むため、異なる熱容量を含む。各トランジスタの性能を均一にするため、すべてのトランジスタをほぼ同じ温度に加熱（アニール）する必要がある。これにより、回路にある各トランジスタへ伝達されるレーザエネルギーの許容レンジに制約が課せられる。その結果、２つの問題が生じる。第１の問題は、均一な加熱を遂行するために十分に均一な露光を（空間的および時間的に）達成することが困難なことである。第２の問題は、デバイス形状が異なると、異なる量の入射レーザエネルギーが必要となることである。なぜなら、それらの異なる熱容量が、ドープされた領域（接合）の局所温度に影響を与える可能性があるからである。
【０００６】
これら２つの問題のうち、より深刻なものは、局所的なトランジスタ密度の影響である。最近のほとんどの集積回路は、回路全体にわたりトランジスタ密度がさまざまである。このばらつきが、ＬＴＰプロセスに２つの影響を及ぼす。第１の影響は、局所反射率が空間的に変動することにより、照明が均一であっても、局所的に吸収される熱量が変化することである。第２の影響は、局所的な熱容量が空間的に変動することである。熱容量が大きいほど、要求されるアニール温度に到達するのにより多くの吸収レーザエネルギーが必要になる。その結果、局所的な熱容量が変化するに伴って、吸収されるレーザエネルギー量を変化させる必要がある。この吸収されるレーザエネルギーの量は、適切なアニールを行うのに必要とされる量である。照明が完全に均一なものであっても、単一ＩＣ上の異なるトランジスタ間の温度のばらつき、または複数のＩＣ間の温度のばらつきが著しいものとなり得る。これにより、単一ＩＣおよび生産ラインの全体にわたってトランジスタの性能に望ましくないばらつきが生じる。
【０００７】
原則的に、領域の密度が高くなるにつれてレーザフルエンス（ｌａｓｅｒ ｆｌｕｅｎｃｅ）を増大させるように調整された露光を与えることにより、デバイス全体にわたってトランジスタ密度がより高い場所を補償することが可能であろう。しかしながら、これを行うには、処理される各デバイスに対して、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、回路層に適合するように、露光の空間的な照射配分の調整を正確に行なう必要がある。このような試みが仮に達成されたとしても、装置が複雑化され、費用が嵩むことになる。
【０００８】
本発明は、レーザ熱処理に関し、特に、処理されるワークピースに正確な量の熱エネルギーを伝達するための方法および装置に関する。
【０００９】
本発明により、熱的に誘導される反射率「スイッチ」を導入することにより、レーザ放射を用いて処理されるワークピースの加熱が非均一になる問題が解消される。この「スイッチ」は、ワークピース（例えばシリコンウエハなど）に伝達される熱量を制御する。この反射率スイッチ層は１以上の層を含み、この１以上の層は、前記ワークピースの１以上の下地処理領域が所定の温度に達すると、入射レーザ放射に対する前記スイッチの反射率が、「低」から「高」へと変化するようにされた材料からなる。この温度は、例えば、前記下地処理領域が活性化される温度であってよい。例えば、前記１以上の下地処理領域は、トランジスタのソースおよびドレイン領域または接合部のドープ領域であってよく、前記所定の温度は、前記下地処理領域の活性化温度であってよい。前記下地処理領域の上に設置された反射率スイッチ層の部分は、低反射率状態から高反射率状態に切り換わり、臨界スイッチ温度に達すると、さらなる入射レーザ放射を反射する。これにより、前記下地処理領域のさらなる加熱を防止し、１以上の下地領域の温度を最大値以下に制限する。
【００１０】
本発明が、半導体の製造およびトランジスタを有するＩＣデバイスの形成に適用される場合、前記所定の温度は、トランジスタのソース・ドレイン領域にあるアモルファスシリコンが、１１００〜１４１０℃の間のある温度に達する際の温度である。この点で、アモルファスシリコンは溶融され、ドーパントは活性化状態になる。この温度は、下地の結晶シリコン基板が溶融しない程度に低く、デバイス性能の見地から望ましいものである。本発明の反射率スイッチによれば、例えば、レーザエネルギーの変動、レーザビームの空間的な均一性、またはトランジスタの密度に起因する熱容量の変動などのさまざまな影響が原因となって、ウエハ上の局所領域が前記所定温度を実質的に超えて加熱されるのを防止する。
【００１１】
本発明は、レーザ熱処理に関し、特に、このように処理されるワークピースに正確な量の熱エネルギーを伝達するための方法および装置に関する。
【００１２】
図１および図２に、反射率スイッチの基本的な概念を示す。この基本的概念は、接合またはトランジスタなどの半導体デバイスの製造工程の一部として、半導体基板処理に関する。図１には、シリコン半導体ウエハＷ上に形成されたフィルムスタック６が示されており、ワークピースであるシリコン半導体ウエハＷは、ＬＴＰおよびレーザ光源Ｌからのレーザ照射１０を用いて処理されている。ウエハＷは、図１に示すように、、光源Ｌ、フィルムスタック６およびウエハＷがすべて軸Ａに沿って整列するように、ウエハ支持部材ＷＳにより支持されている。レーザ放射１０は、波長が５００ｎｍ〜１１００ｎｍの光パルスであることが好ましい。適切なレーザ光源Ｌは、１０６４ｎｍで動作するＹＡＧレーザと、５３２ｎｍで動作する周波数倍増ＹＡＧレーザ、および７００〜８００ｎｍで動作するアレキサンドライトレーザを含む。適切なレーザパルス長は、１ナノ秒〜１μ秒の範囲のものであり、適切なエネルギーレベルは、０．１〜１０Ｊ／ｃｍ２の範囲のものである。
【００１３】
ウエハＷは、ドーパント３４を有するアモルファスドープトシリコン領域３０が内部に形成された結晶シリコン領域２０を含む。ここでは説明のために、アモルファスドープ領域３０を、単一のドープ領域とみなす。しかしながら、アモルファスドープ領域３０は、処理される領域の一例を表すものであり、ここでは、「処理領域」として言及される例えば、ウエハＷは、複数のアモルファスドープ領域３０を含むものであってよく、または、ｐ型ドープ領域とｎ型ドープ領域を含むものであってよい。ここで、ｐ型ドープ領域およびｎ型ドープ領域はそれぞれ、トランジスタのソース・ドレイン領域として作用する。
【００１４】
図１をさらに参照すると、アモルファスドープ領域３０は、数オングストロームから約１０００オングストロームまでのターゲット深さまで、ＳｉまたはＧｅイオンをウエハＷにイオン注入することにより形成されてよい。この注入プロセスは、このように注入された領域をアモルファス化する点まで結晶領域２０の基板結晶構造を無秩序にする。注入される種は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｒ、Ａｓ、Ｐ、Ｘｅ、ＳｂおよびＩｎであってよい。アモルファス化ドーパントの注入は、例えば、カリフォルニア州サンノゼのアプライド　マテリアル社（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）から市販されている９５００ＸＲ　ＩＯＮ　ＩＭＰＬＡＮＴＥＲＴＭなどの公知の装置で実行可能である。
【００１５】
次に、イオン注入機からｐ型ドーパントイオン（例えば、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、ベリリウム、マグネシウムまたは亜鉛）またはｎ型ドーパントイオン（例えば、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス、セレンおよびテルル）を用いて、第２のドーパントイオン注入が実行される。これらのイオンは、所与のエネルギーレベル（例えば、２００ｅＶ〜４０ＫｅＶ）まで加速され、前もってアモルファス化された領域に、所与の投与量（例えば、約１×１０１４原子／ｃｍ２〜１×１０１６原子／ｃｍ２）で注入されることにより、ドープされたアモルファス領域３０が形成される。実際、後者は、典型的に、ウエハＷ内の深さで段階付けされたドーパント濃度を有する。本発明の実施形態の第１および第２のステップは入れ替え可能であり、入れ替えても同じ効果が得られる。または、ドーパント注入によって結晶領域２０が同様にアモルファス化されるのであれば、単一のステップにおいて実行可能である。
【００１６】
入射レーザ放射を吸収し、吸収された前記放射を熱に変換可能な材料からなる吸収層５０が、アモルファスシリコン領域３０上に堆積される。吸収層５０は、高温、すなわち、結晶シリコンの溶融温度である１４１０℃を超える温度に耐え得るものである必要がある。また、吸収層５０を構成する材料は、下部に存在する層または領域に衝撃を与えることなく容易に除去可能なものでなければならない。吸収層５０の役割の一つは、処理中、ウエハＷ内またはウエハＷ上にあるデバイスの物理的構造を維持することである。吸収層５０の例示的な材料は、窒化タンタル（ＴａＮ）であり、この窒化タンタルは、スパッタリングまたはＣＶＤにより、５００〜１０００オングストロームの厚みまで堆積される。吸収層５０の他の好適な材料は、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タングステン（ＷＮ）、二酸化シリコン、窒化シリコン、またはこれらの組み合わせを含む。吸収層の材料（すなわち、金属と半導体の間）によるウエハＷの汚染を防止するため、あるいは吸収層の反射率を調節するために、吸収層の一部として二酸化シリコンまたは窒化シリコン層を堆積する必要がある場合がある。
【００１７】
ＬＴＰが実行された後、吸収層を剥離しやすくするために、吸収層５０とアモルファスシリコン領域３０との間に、剥離可能な薄い層４０が必要に応じて配置される。剥離層４０の例示的な材料は、二酸化シリコンおよび窒化シリコンを含む。これらの層は、スパッタリングまたはＣＶＤにより堆積可能である。
【００１８】
フィルムスタック６には、さらに、吸収層５０の上に形成された反射率スイッチ層６０が含まれる。層６０は、吸収層５０が上述したように実行できるように、レーザ放射１０に対して最初は実質的に透明であるように設計される。しかしながら、層６０の特性は、層６０が、本願明細書においてしきい値温度として言及されるある一定の温度に到達すると、入射レーザ放射１０に対する反射率が低から高に変化するものである。
【００１９】
反射率スイッチ層６０は、単一のフィルム層または複数のフィルム層（すなわち、１以上のフィルム層）からなることができる。図２を参照すると、一実施形態において、反射率スイッチ層６０は、二酸化シリコンからなる第１の断熱層６２と、二酸化シリコン層の上にあるアモルファスまたは多結晶シリコンからなる第２の転移層６４からなる。吸収層５０内へのレーザ放射１０のカップリングを最適化するためには、反射率スイッチ層６０の厚みを設計することが望ましい。反射率スイッチ層６０の厚みの設計は、標準的な薄膜設計技術を用いることにより行われる。この薄膜設計技術によれば、入射放射１０に対して室温で最小の反射率となるようにすることで、フィルムスタック６の材料の厚みおよび屈折率を最適化することができる。本発明の好適な実施形態としては、層６２の厚みは、約１０〜２５０ｎｍであり、層６４の厚みは、約１０〜２５０ｎｍである。これにより、約１０００ｎｍの光の波長に対して、約５％〜２０％の範囲にある低反射状態の反射率と、約５０％〜７５％の範囲にある高反射状態の反射率が得られる。
（動作方法）
本発明は、以下のように動作する。図１および図２を参照すると、アモルファスドープ領域３０を活性化させるために、レーザ放射１０を軸Ａに沿ってフィルムスタック６に向けることにより、ウエハＷのＬＴＰが実行される。反射率スイッチ層６０は、最初、実質的に透過性を有する。。したがって、レーザ放射１０のほとんどは、層６０を通過して吸収層５０に入射する。層５０に放射１０が吸収されることにより、この層は加熱される。吸収層５０は加熱され、この加熱による熱を、アモルファスドープ領域３０および反射率スイッチ層６０に再放射する。アモルファスドープ領域３０は、このようにして、１１００〜１４１０℃の間の活性温度まで加熱されるのに対して、反射率スイッチ層６０は、その臨界温度まで加熱される。活性温度の範囲において、ドーパント３４は、格子位置内に取り込まれ、「活性化」される。しかしながら、吸収層５０にあまりにも多量のレーザ放射が入射すると、アモルファス領域３０に非常に多くの熱が与えられる。この点において、本発明によれば、ワークピース（ウエハＷ）が最大ワークピース温度に達するかあるいはそれを超える温度になるのを防止する。ここで、最大ワークピース温度を超えると、ワークピースに望ましくない影響（例えば溶解）を及ぼすことがある。このような余分な熱で、下地結晶シリコン領域２０が溶融することがある。これは、アモルファスドープ領域３０の特性に悪影響を及ぼす可能性があるため望ましくない。このドープ領域がトランジスタのソースまたはドレイン領域を構成している場合、このような過熱は、トランジスタのゲート領域（図示せず）にダメージを与えかねない。
【００２０】
図３は、上述したようなＬＴＰアニールプロセス中のアモルファスドープ領域３０の温度Ｔ３０を示す。温度Ｔ３０は、ＬＴＰ露光中、時間にとともに上昇する。制限されていなければ、温度Ｔ３０は、破線Ｄで示すように、結晶シリコンの融点ＴＰ＝１４１０℃を超えて上昇する。しかしながら、反射率スイッチ層６０を用いた場合（図１参照）、反射率スイッチ層６４の温度Ｔ６４は、領域３０の温度Ｔ３０を追跡する。したがって、反射率スイッチ層６４は、層６２の厚みおよび熱特性を調節することにより、温度Ｔ３０より高いまたは低い温度にすることができる。例えば、上述したように、反射率スイッチ層が２つの層６２および６４からなる場合、これは、以下に詳細に記載する方法にて、層６２の厚みを調節する工程を含むことができる。図３において、処理領域３０の温度Ｔ３０が温度ＴＰに到達したときに、臨界温度ＴＣに到達するように設定される。しかしながら、温度Ｔ３０がＴＰに到達する前に、温度Ｔ６４が臨界温度ＴＣに到達するように、臨界温度ＴＣが設定されるのが好ましい場合が多い。
【００２１】
反射率スイッチ層６４が臨界温度ＴＣに到達すると、図４に示すように、反射率は、低反射率状態ＲＬから高反射率状態ＲＨに切り換わる。この切り換わりは、主に、層６４がこの臨界温度に到達したときに（例えば、材料が固相から液相に変化するときに）、層６４の反射率が変化することにより生じる。Ｔ３０に対する層６４の温度のタイミングまたは追跡は、層６２の熱伝導率および厚みを調節することにより達成される。反射率スイッチ層６０を適切に設計することにより、反射率スイッチ層６０は、低反射率（１０％未満）および高反射率（＞７０％）を有することができる。
【００２２】
反射率スイッチ層６０は、以下のとおりに設計される。動作レーザ波長およびパルス長を選択することにより処理が開始される。本例の場合、１０６４ｎｍの波長と、１０ナノ秒のパルス長を考慮する。次に、任意の剥離可能な層４０と吸収層５０が選択される。典型的に、剥離可能な層４０は、厚みが１０〜２０ｎｍの二酸化シリコンまたは窒化シリコンからなることができ、吸収層５０は、厚みが２０〜１００ｎｍのチタン、窒化チタン、チタン、またはこれらの層の組み合わせからなることができる。吸収層５０の目的は、入射レーザ放射１０を吸収することであるため、入射放射の約７５％よりも多い量を吸収するのに十分な材料が用いられなければならない。本例の場合、層４０には厚みが１０ｎｍの酸化物が、層５０には厚みが４０ｎｍのチタンを選択するのが適切である。次に、層６２の任意の厚みが選択される。適切な材料は、二酸化シリコンまたは窒化シリコンのいずれかである。本例の場合、５０ｎｍの二酸化シリコンを選択するのが適切である。最後に、層６４の任意の厚みが選択される。層６４の適切な材料は、例えば、結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、またはチタンなど、約１０００〜３０００℃の温度範囲に加熱されると、反射率が著しく変化する材料であればよい。層６４としては、溶融するとその光学特性が著しく変化する材料が選択される。厚みが１００ｎｍのアモルファスシリコンからなる層６４が、本例に適した選択である。
【００２３】
反射率スイッチ層６０を設計するさいの次のステップは、薄膜分析コードを用いて、フィルムスタック６の光学反射率を最小限に抑えることである。このようなコードのいくつかは、例えば、カリフォルニア州のオプティカル　リサーチ　アソシエーツ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ）製のコード　Ｖ（ＣＯＤＥ　Ｖ）のように、市販されている。フィルムスタック６の反射率は、厚みが１００ｎｍのアモルファスシリコンである層６４を調節することにより、スタックから最小限に抑えられる。この目的は、反射率が１０％未満のフィルムスタック６を形成することである。これが達成されると、例えば、カリフォルニア州リバーモアのローレンス　リバーモア　ナショナル　ラボラトリ（Ｌａｗｒｅｎｃｅ　Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）製のＴＯＰＡＺのような熱輸送コードが使用されて、フィルムスタック６および下地層３０の熱特性を計算する。特に、領域（層）３０に対する層６４の温度が計算されプロットされる。次に、領域３０が活性化温度に達すると同時に層６４が溶融温度に到達するまで、層６２の厚みが変えられる。これにより、領域３０が活性化された後、層６２は、あらゆる追加のレーザ放射を構造体から遠ざかる方向に反射し始める。最後に、スタックの反射率は、層６２の新しい厚みの値を用いて（層６４を最適化することにより）再度最適化される。上記の例において、最適なスタックは、以下のようになるように計算される。
【００２４】
層４０：　二酸化シリコン：１０ｎｍ
層５０：　チタン：４０ｎｍ
層６２：　二酸化シリコン：８０ｎｍ
層６４：　アモルファスシリコン：１６３ｎｍ
これらの材料からなるスタックの場合、フィルムスタック６は、最小反射率が６％（室温で）であり、最大反射率７０％（領域３０の活性化温度で）が予想される。
【００２５】
フィルムスタック６の他の例は以下のとおりである。
波長１０６４ｎｍ、パルス長１０ｎ秒の場合、
層４０：　二酸化シリコン：１０ｎｍ
層５０：　チタン：２０ｎｍおよび窒化チタン：２０ｎｍ
層６２：　二酸化シリコン：８０ｎｍ
層６４：　アモルファスシリコン：１６３ｎｍ
波長１０６４ｎｍ、パルス長３０ｎ秒の場合、
層４０：　二酸化シリコン：１０ｎｍ
層５０：　チタン：２０ｎｍおよび窒化チタン：２０ｎｍ
層６２：　窒化シリコン：２６６ｎｍ
層６４：　アモルファスシリコン：５０ｎｍ
したがって、反射率スイッチ層６０は、アモルファスドープ領域３０が約１４１０℃の温度に到達する前で、かつ、反射率スイッチ層６０が１１００℃のドーパント活性化温度に到達した後に、反射率スイッチ層６０において反射率が変化する臨界温度に到達するように設計される。これは、上述したように、断熱層６２を適切に設計することにより達成される。上述した方法によって転移層６４の厚みおよび熱特性を選択することにより、転移層６４の温度は、転移層６４の反射率が適切な温度にて切り換わるように設定することができる。反射率スイッチ層６４が一旦、低反射率状態ＲＬから高反射率状態ＲＨに移行すると、入射レーザ放射１０は、図２の反射放射１０’に示すように反射される。これにより、吸収層５０のさらなる加熱を防止することができ、その結果、、アモルファスドープ領域３０のさらなる加熱を防止することができる。
【００２６】
例えば、図２に関連して上述した２層の反射率スイッチ層６０について検討する。層６４は、１１００℃の融点に達すると、反射放射１０’で示すように、多量の入射レーザ放射１０を反射し始める。層６２の役割は、アモルファス層３０の温度と層６４との間に必要な関係を与えることである。したがって、層６２の厚みを上述した方法によって調整することにより、アモルファスドープ領域３０が活性化されたときに対応して層６４が「切り換わる」温度を制御することができる。層６４が切り換え温度（例えば、アモルファスリコンの場合、１１００℃）に達したときに、反射率スイッチ層６０が放射を反射し始めた場合であっても、アモルファスドープ領域３０は、著しく異なる温度になることがある。一般的には、反射率スイッチ層６０は、周囲の領域（例えば、結晶領域２０）を溶融することなく、処理領域を活性化できるように、反射率状態が変化するように設計されている。
【００２７】
複数の層からなる反射率スイッチ層６０の場合、この複数の層のうちの１層のみが反射率が変化する層（すなわち、「転移層」）であり、他の層は、前記転移層の臨界温度を設定するために使用される「温度調節層」であることにも留意されたい。反射率スイッチ層６０が層６２および層６４の２層からなる例の場合、層６４は転移層であるのに対して、層６２は温度調節層である。
【００２８】
反射率スイッチ層６０の他の可能な組成は、２層構造であって、かつ、層６２が、二酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンオキシナイトライド、またはこれらの任意の組み合わせからなり、層６４が、シリコン、チタン、または１０００〜３０００℃の温度範囲で反射率状態を変化させる任意の他の材料からなる。これらのフィルムは、物理的または化学的気相成長法により堆積させることができる。
【００２９】
以下、図５を参照すると、レーザ放射１０の非均一性またはウエハＷに全体にわたるデバイス１００の密度のばらつきが、図５において、デバイス１００においてソースおよびドレイン１１０Ｓおよび１１０Ｄであるアモルファスドープ領域３０の温度に影響を与える。これは、反射率スイッチ層６０の温度に影響を与えることになる。その結果、ソースおよびドレイン領域１１０Ｓおよび１１０Ｄが、１１００〜１４１０℃のドーパント活性化温度範囲に達するときにのみ、反射率スイッチ層６０が活性化することになる。領域１２０内のデバイス１００の密度は、領域１３０内のデバイス１００の密度より小さいため、領域１２０は、領域１３０よりも熱容量が小さい。したがって、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とになる。
【００３０】
その結果、レーザ放射１０で照射されると、領域１２０内のデバイス１００は、領域１３０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の上方に設置された反射率スイッチ層６０の部分１５０は、最初に反射状態に移行し、入射放射１０を反射することになる。これに対し、領域１３０内のデバイス１００は、活性化温度に達するのにより長い時間がかかり、吸収層５０から熱を吸収し続ける。したがって、領域１３０の上方に設置された反射率スイッチ層６０の部分１６０は、より長い時間透過状態にあり、領域１３０内のデバイス１００が活性化温度に達すると、高反射率状態に移行する。領域１２０および１３０が異なる反射率を有する場合、同じような現象が生じる。
【００３１】
反射率スイッチ層６０の適応特性から、異なる熱容量または異なる反射率を有するウエハＷ上の領域（例えば、領域１２０および１３０）を過度に露光するのは困難である。したがって、局所的なデバイスの構造が、より多くの量またはより少ない量のレーザ放射を必要とするような場所は、容易に自動的に補償される。
（半導体デバイスの形成方法）
上記に基づき、本発明は、半導体ウエハから半導体デバイスを形成する方法を含む。再度、図５を参照すると、この方法は、例えば、半導体ウエハＷに、１以上の処理領域を形成するステップを含み、前記半導体ウエハＷは、例えば、アモルファスドープトシリコン領域を有するデバイス１００を含む。このアモルファスドープトシリコン領域は、例えば、ソースおよびドレイン領域１１０Ｓおよび１１０Ｄをそれぞれ有し、各々が活性化温度を有する。次のステップは、前記処理領域の上に吸収層を堆積し、該吸収層の上に反射率スイッチ層を堆積し、該反射率スイッチ層を介して該吸収層を照射して、該吸収層と該反射率スイッチ層を加熱する。これらのステップは、上述したものであり、前記反射率スイッチ層が前記活性化温度に到達するまで、前記吸収層からの熱で前記処理領域を加熱するステップと同様である。ここで、前記反射率スイッチ層が高反射率状態に切り換わることににより、前記吸収層に入射する放射量が減少する。最後のステップは、前記吸収層と前記反射率スイッチ層を除去することである。これは、市販のエッチング技術を用いて達成することができる。
【００３２】
本発明を好適な実施形態と関連付けて説明してきたが、本発明はこれらに限定されるものではないことを理解されたい。一方、特許請求の範囲にて定義された本発明の趣旨および範囲内のものであれば、あらゆる代替、修正および同等のものを包含することが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の反射率スイッチを模式的に示す断面図であり、アモルファスドープ領域を有し、レーザ光源に対応してウエハホルダに配設された半導体ウエハ上に設置されたフィルムスタックの一部を示す図である。
【図２】
図１と同様の図であるが、フィルムスタックの反射率スイッチ層が、吸収層に隣接する二酸化シリコン層と、この二酸化シリコン層に隣接するアモルファスまたは多結晶シリコンを含む。
【図３】
反射率スイッチ層の温度（Ｔ６４）とアモルファスドープ領域の温度（Ｔ３０）の温度Ｔ対時間のプロットであり、前記反射率スイッチ層の反射率が、低反射率状態（すなわち、透過状態）から高反射率状態へ移行する点Ｔｃを示している。
【図４】
反射率スイッチ層の反射率Ｒ対時間のプロットであり、低反射率状態（すなわち、ほぼ透過状態）から高反射率状態への移行を示している。
【図５】
高デバイス密度の領域および低デバイス密度の領域にデバイス（例えば、トランジスタ）を有し、図１に示すフィルムスタックが上部に配設されたウエ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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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