(57)【要約】      （修正有）【課題】周囲酸素ガスの局在化制御のためにフォーミングガスを用いて半導体ウエハのレーザアニーリングを行い、レーザアニーリング中の酸化量を減少させる。【解決手段】フォーミングガス２０２は、水素ガスと、窒素ガスなどの不活性緩衝ガスとを含む。半導体ウエハ５０表面上でのアニーリング位置５５近傍の酸素ガス２０５及びフォーミングガスの局所加熱は、局所領域を形成し、この局所領域内で、酸素ガス及び水素ガスの燃焼を引き起こし、水蒸気を生成する。この燃焼反応は、局所領域内で酸素ガス濃度を減少させる。これにより、周囲酸素ガス量を局所的に減少させ、延いては、アニーリング処理中の半導体ウエハ表面における酸化速度を減少させる。【選択図】図３Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面を有する半導体ウエハをレーザアニーリングする方法であって、
処理チャンバ内部に半導体ウエハを配置することと、
前記処理チャンバ内部を真空に引き、前記処理チャンバ内部が、初期Ｏ２濃度でＯ２を含むようにすることと、
Ｈ２及び緩衝ガスを含むフォーミングガスを前記処理チャンバに導入することと、
前記処理チャンバ内部にレーザ光線を通過させ、前記半導体ウエハ表面のアニーリング位置に前記レーザ光線を入射させて、
これにより、前記半導体ウエハ表面をアニーリングし、また、前記アニーリング位置の周囲の局所領域であって、Ｏ２とＨ２の燃焼が起こりＨ２Ｏ蒸気を生成する局所領域において、Ｏ２及び前記フォーミングガスのＨ２を局所的に加熱し、これにより、前記初期Ｏ２濃度と比較して前記局所領域におけるＯ２濃度を減少させることと
を備える、方法。
【請求項２】
前記フォーミングガスは、５容量（ｖｏｌ）％のＨ２及び９５容量（ｖｏｌ）％のＮ２を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記局所領域は、１００℃から５００℃の範囲の燃焼温度ＴＣで規定される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記処理チャンバはマイクロチャンバで構成される、請求項１から３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記レーザ光線に対して前記半導体ウエハを動かすことをさらに備え、これにより、前記アニーリング位置は、前記半導体ウエハの表面に対して移動するが、前記処理チャンバ内部におけるその初期位置に対しては固定された位置にある、請求項１から４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記初期Ｏ２濃度は、５０ｐｐｍ（ｖｏｌ．）以上であり、減少したＯ２濃度は、１０ｐｐｍ（ｖｏｌ．）以下である、請求項１から５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記半導体ウエハは、溶融温度ＴＭを有し、前記半導体ウエハの表面のアニーリングは、アニーリング温度ＴＡで行われ、ここで、ＴＡ＜ＴＭである、請求項１から６の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
表面を有する半導体ウエハのアニーリング中に、アニーリング位置の周囲の局所領域において酸素ガスを減少させる方法であって、
前記半導体ウエハ及び初期濃度の前記酸素ガスを含む処理チャンバに、水素ガス及び緩衝ガスを含むフォーミングガスを導入することと、
前記半導体ウエハの表面をレーザアニーリングして、
これにより、前記アニーリング位置の周囲の局所領域であって、前記酸素ガスと前記水素ガスの燃焼が起こり水蒸気を生成する局所領域において、前記酸素ガス及び前記フォーミングガスの前記水素ガスを局所的に加熱し、これにより、初期の酸素ガス濃度と比較して前記局所領域における酸素ガス濃度を減少させることと
を備える、方法。
【請求項９】
前記緩衝ガスは、５容量（ｖｏｌ）％の水素ガス及び９５容量（ｖｏｌ）％の窒素ガスを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記局所領域は、１００℃から５００℃の範囲の燃焼温度ＴＣで規定される、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記処理チャンバはマイクロチャンバで構成される、請求項８から１０の何れか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記処理チャンバは大気圧未満の圧力を有する、請求項８から１１の何れか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記レーザ光線に対して前記半導体ウエハを動かすことをさらに備え、これにより、前記アニーリング位置は、前記半導体ウエハの表面に対して移動するが、前記処理チャンバ内部におけるその初期の位置に対しては固定された位置にある、請求項８から１２の何れか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記酸素ガスの初期濃度は、５０ｐｐｍ（ｖｏｌ．）以上であり、減少した酸素濃度は、１０ｐｐｍ（ｖｏｌ．）以下である、請求項８から１３の何れか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記半導体ウエハは、溶融温度ＴＭを有し、前記半導体ウエハの表面のアニーリングは、アニーリング温度ＴＡで行われ、ここで、ＴＡ＜ＴＭである、請求項８から１４の何れか１項に記載の方法。
【請求項１６】
表面を有する半導体ウエハをレーザアニーリングする方法であって、
初期Ｏ２濃度でＯ２を含む処理チャンバ内部に半導体ウエハを配置することと、
Ｈ２及び緩衝ガスを含むフォーミングガスを前記処理チャンバに導入することと、
前記処理チャンバ内部にレーザ光線を通過させ、前記半導体ウエハ表面のアニーリング位置に前記レーザ光線を入射させて、
これにより、前記半導体ウエハ表面をアニーリングし、また、前記アニーリング位置の周囲の局所領域であって、Ｏ２とＨ２の燃焼が起こりＨ２Ｏ蒸気を生成する局所領域において、Ｏ２及び前記フォーミングガスのＨ２を局所的に加熱し、これにより、初期Ｏ２濃度と比較して前記局所領域におけるＯ２濃度を減少させることと
を備える、方法。
【請求項１７】
前記処理チャンバ内部に前記半導体ウエハを配置した後に、真空に引くことをさらに備え、前記初期Ｏ２濃度は、前記真空に引いた後に前記処理チャンバに残存する残存Ｏ２量によって規定される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記初期Ｏ２濃度は、前記初期Ｏ２濃度は、５０ｐｐｍ（ｖｏｌ．）以上であり、減少したＯ２濃度は、１０ｐｐｍ（ｖｏｌ．）以下である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記処理チャンバはマイクロチャンバで構成される、請求項１６から１８の何れか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記緩衝ガスは、５容量（ｖｏｌ）％の水素ガス及び９５容量（ｖｏｌ）％の窒素ガスを含む、請求項１６から１９の何れか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザアニーリングに関し、特に、周囲酸素ガスの局在化制御を用いたレーザアニーリング方法に関する。
【０００２】
本明細書において言及されるあらゆる刊行物又は特許文献の全開示は、参照により本明細書中に組み込まれる。刊行物又は特許文献には、米国特許第５，９９７，９６３（これ以降は、‘９６３特許という）、米国特許第６，７４７，２４５号公報；米国特許第７，０９８，１５５号公報；米国特許第７，１５７，６６０号公報；米国特許第７，７６３，８２８号公報；米国特許第８，３０９，４７４号公報、及び米国特許第９，０２９，８０９号公報が含まれる。
【背景技術】
【０００３】
レーザアニーリング（レーザスパイクアニーリング、レーザ熱アニーリング、レーザ熱処理などとも呼ばれる）は、半導体製造において様々な用途に用いられる。様々な用途には、トランジスタなどの活性超小型回路及び関連するタイプの半導体特徴部を形成するときに、半導体ウエハに形成される機器（構造）の選択領域においてドーパントを活性化することも含む。
【０００４】
レーザアニーリング処理は、一般的に、例えば、‘３４４公報及び‘９６３特許で説明されたマイクロチャンバのような処理チャンバ（または反応チャンバ）内において真空下で行われる。真空を用いる理由の一つは、処理される半導体ウエハ表面に存在する酸素ガスの量を減少させるためである。酸素ガスは、反応性が高く、半導体ウエハ表面を酸化させるからである。このことは、温度が高いほど酸化速度が上昇するため、高温でのレーザアニーリングの場合に特に当てはまる。
【０００５】
通常の真空条件下では、処理チャンバ内部の酸素ガス濃度は、約５０パーツパーミリオン（ｐｐｍ）（ｖｏｌ．）に減少し得る。酸素ガス濃度をさらに減少させるのは、問題があり、かつ、処理チャンバの実質的な改良だけでなく、高価な機器（例えば、より強力な真空ポンプ）をも必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、レーザアニールされる半導体ウエハの表面上の酸素ガス量を、低コストかつ単純な方法で、従来の真空アプローチで実現可能な程度以上に減少させることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一局面は、表面を有する半導体ウエハをレーザアニーリングする方法である。この方法は、処理チャンバ内部に半導体ウエハを配置することと、前記処理チャンバ内部を真空に引き、前記処理チャンバ内部が、初期Ｏ２濃度でＯ２を含むようにすることと、Ｈ２及び緩衝ガスを含むフォーミングガスを前記処理チャンバに導入することと、前記処理チャンバ内部にレーザ光線を通過させ、前記半導体ウエハ表面のアニーリング位置に前記レーザ光線を入射させて、これにより、前記半導体ウエハ表面をアニーリングし、前記アニーリング位置の周囲の局所領域であって、Ｏ２とＨ２の燃焼が起こりＨ２Ｏ蒸気を生成する局所領域において、Ｏ２及び前記フォーミングガスのＨ２を局所的に加熱し、これにより、前記初期Ｏ２濃度と比較して前記局所領域におけるＯ２濃度を減少させることとを備える。
【０００８】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記フォーミングガスは、５容量（ｖｏｌ）％のＨ２及び９５容量（ｖｏｌ）％のＮ２を含むことが好ましい。
【０００９】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記局所領域は、１００℃から５００℃の範囲の燃焼温度ＴＣで規定されることが好ましい。
【００１０】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記処理チャンバはマイクロチャンバで構成されることが好ましい。
【００１１】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記レーザ光線に対して前記半導体ウエハを動かすことをさらに含み、これにより、前記アニーリング位置は、前記半導体ウエハの表面に対して移動するが、前記処理チャンバ内部におけるその初期の位置に対しては固定された位置にあることが好ましい。
【００１２】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記初期Ｏ２濃度は、５０ｐｐｍ（ｖｏｌ．）以上であることが好ましい。減少したＯ２濃度は、１０ｐｐｍ（ｖｏｌ．）以下であることが好ましい。
【００１３】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記半導体ウエハは、溶融温度ＴＭを有することが好ましい。前記半導体ウエハの表面のアニーリングは、アニーリング温度ＴＡで行われることが好ましい。ここで、ＴＡ＜ＴＭである。
【００１４】
他の局面は、表面を有する半導体ウエハのアニーリング中に、アニーリング位置の周囲の局所領域において酸素ガスを減少させる方法である。この方法は、前記半導体ウエハ及び初期濃度の前記酸素ガスを含む処理チャンバに、水素ガス及び緩衝ガスを含むフォーミングガスを導入することと、前記半導体ウエハの表面をレーザアニーリングして、これにより、前記アニーリング位置の周囲の局所領域であって、前記酸素ガスと前記水素ガスの燃焼が起こり水蒸気を生成する局所領域において、前記酸素ガス及び前記フォーミングガスの前記水素ガスを局所的に加熱し、これにより、初期の酸素ガス濃度と比較して前記局所領域における酸素ガス濃度を減少させることとを備える。
【００１５】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記緩衝ガスは、５容量（ｖｏｌ）％の水素ガス及び９５容量（ｖｏｌ）％の窒素ガスを含むことが好ましい。
【００１６】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記局所領域は、１００℃から５００℃の範囲の燃焼温度ＴＣで規定されることが好ましい。
【００１７】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記処理チャンバはマイクロチャンバで構成されることが好ましい。
【００１８】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記処理チャンバは大気圧未満の圧力を有することが好ましい。
【００１９】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記レーザ光線に対して前記半導体ウエハを動かすことをさらに含み、これにより、前記アニーリング位置は、前記半導体ウエハの表面に対して移動するが、前記処理チャンバ内部におけるその初期の位置に対しては固定された位置にあることが好ましい。
【００２０】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記酸素ガスの初期濃度は、５０ｐｐｍ（ｖｏｌ．）以上であることが好ましい。減少した酸素濃度は、１０ｐｐｍ（ｖｏｌ．）以下であることが好ましい。
【００２１】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記半導体ウエハは、溶融温度ＴＭを有することが好ましい。前記半導体ウエハの表面のアニーリングは、アニーリング温度ＴＡで行われることが好ましい。ここで、ＴＡ＜ＴＭである。
【００２２】
本開示の他の局面は、表面を有する半導体ウエハをレーザアニーリングする方法である。この方法は、初期Ｏ２濃度でＯ２を含む処理チャンバ内部に半導体ウエハを配置することと、Ｈ２及び緩衝ガスを含むフォーミングガスを前記処理チャンバに導入することと、前記処理チャンバ内部にレーザ光線を通過させ、前記半導体ウエハ表面のアニーリング位置に前記レーザ光線を入射させて、これにより、前記半導体ウエハ表面をアニーリングし、前記アニーリング位置の周囲の局所領域であって、Ｏ２とＨ２の燃焼が起こりＨ２Ｏ蒸気を生成する局所領域において、Ｏ２及び前記フォーミングガスのＨ２を局所的に加熱し、これにより、初期Ｏ２濃度と比較して前記局所領域におけるＯ２濃度を減少させることとを備える。
【００２３】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記処理チャンバ内部に前記半導体ウエハを配置した後に、真空に引くことをさらに含むことが好ましい。前記初期Ｏ２濃度は、前記真空に引いた後に前記処理チャンバに残存する残存Ｏ２量（濃度）によって規定される。
【００２４】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記初期Ｏ２濃度は、５０ｐｐｍ（ｖｏｌ．）以上であることが好ましい。前記の減少したＯ２濃度は、１０ｐｐｍ（ｖｏｌ．）以下であることが好ましい。
【００２５】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記処理チャンバはマイクロチャンバで構成されることが好ましい。
【００２６】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記緩衝ガスは、５容量（ｖｏｌ）％の水素ガス及び９５容量（ｖｏｌ）％の窒素ガスを含むことが好ましい。
【００２７】
さらなる特徴点及び利点は、以下の詳細な説明に明記される。また、それらの一部は詳細な説明の記載内容から当業者にとって直ちに明白となるか、詳細な説明、特許請求の範囲、添付図面に記載された実施形態を実施することによって認識されるであろう。上記の概要及び下記の詳細な説明に関する記載は、単なる例示であって、特許請求の範囲に記載されている本発明の本質及び特徴を理解するための概略または枠組みを提供するものであることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
添付図面は、さらなる理解を提供するために含まれており、本明細書の一部を構成すると共に本明細書の一部に組み込まれる。図面は、１または複数の実施形態を示しており、詳細な説明と共に種々の実施形態の原理や動作を説明する役割を担う。このように、本開示は、添付図面と共に以下に示す詳細な説明からより完全に理解されることになるであろう。
【図１Ａ】図１Ａは、本明細書に開示されたアニーリング方法及び周囲酸素ガス（Ｏ２）の局在化制御方法を実施する際の使用に適した処理チャンバシステムの一例の実施形態の（Ｘ−Ｚ面における）断面模式図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの処理チャンバシステムのいくつかの主要部品の分解図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａの断面を示す線１−１とともに、図１Ａの処理チャンバシステムを示す（Ｘ−Ｙ面における）上面図である。
【図２】図２は、図１Ａの処理チャンバシステムの簡略図であって、周囲酸素ガスの局在化制御を実施するためにフォーミングガスを使用した局所領域の形成を含む一例のアニーリング方法を説明する図である。
【図３Ａ】図３Ａは、フォーミングガスの導入後の処理チャンバ内部における半導体ウエハ表面の拡大図であって、レーザアニーリングに先立って、半導体ウエハ表面においてフォーミングガス及び酸素ガスが、通常どのように均一に分布するかを示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、レーザアニーリング処理中に生じる局所領域であって、半導体ウエハ表面上でアニーリング位置を取り囲む局所領域の拡大図である。このレーザアニーリング処理において、局所領域における酸素ガス濃度は、局所領域における酸素ガス量（濃度）の減少により、処理チャンバ内部の他の部分の酸素ガス濃度よりも低くなる。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以降、本開示の様々な実施形態、および、添付の図面に示される複数の例について詳述する。可能な限り、同一または類似の部分の図では、同一または類似の参照番号および参照符号が用いられる。図面には決まった縮尺がなく、当業者であれば、図面は本発明の主要な部分を説明するために簡略化されていることに気づくであろう。
【００３０】
下記の特許請求の範囲の記載は、発明の詳細な説明に組み込まれると共にその一部を構成する。
【００３１】
本明細書で言及されたあらゆる刊行物又は特許文献の全開示は、参照により組み込まれる。
【００３２】
いくつかの図面において、参考のためにデカルト座標が描かれているが、これは方向および配置位置を限定するものではない。
【００３３】
以下の記述では、処理チャンバ内部に関連した用語「真空に引くこと」または用語「真空の」は、処理チャンバ内部の圧力を、処理チャンバ外部の周囲圧力または大気圧以下にまで減少させることを意味し、必ずしも処理チャンバ内部から全ての原子を除去すること（排気すること）を意味するわけではない。本明細書で開示された例示的な方法は、処理チャンバ内部において真空に引くこと、またあるいは、処理チャンバを排気することを含む。この方法において、処理チャンバ内部には、酸素ガスの初期濃度ＣＯＸが残存する。ここで、用語「初期濃度」は、処理チャンバ内の酸素ガス容量の局在化制御を実施する方法が、この濃度で開始され、初期濃度ＣＯＸと比較して減少した濃度で終了するように実施されることを意味するものとして使用される。
【００３４】
用語「処理」及び「方法」は、本明細書中で互換可能に用いられる。
【００３５】
「周囲酸素ガスの局在化制御」という表現は、酸素ガスの初期量（濃度）に対して、酸素ガス量（濃度）が局所的に減少することを意味するものと理解される。
＜処理チャンバシステム＞
【００３６】
図１Ａは、本明細書で開示された方法を実施する際の使用に適した処理チャンバシステム（「システム」）１０の一例の実施形態の（Ｘ−Ｚ面における）断面模式図である。図１Ｂは、図１Ａのシステム１０のいくつかの主要部品の分解図である。図２Ｃは、図１Ａの断面を示す線１−１とともに、図１Ａのシステム１０を示す（Ｘ−Ｙ平面における）上面図である。図１Ａから図１Ｃは、‘３４４公報に由来し、「マイクロチャンバ」と呼ばれる処理チャンバの一種を表す。
【００３７】
システム１０は、Ｚ方向に延びるＺ−中心線ＣＺ及びＸ方向に延びるＸ−中心線ＣＸを有する。システム１０は、例えば酸素ガスなどの少なくとも一種の反応ガスを含み得る周囲環境８内に存在する。また、周囲環境８は、ネオンガス、アルゴンガスなどの非反応ガス、または、窒素ガスなどの安定ガスを含んでもよい。
【００３８】
システム１０は、上端部材２０を含む。上端部材２０は、上面２２、下面２４、及び外縁部２６を有する。一例では、上端部材２０は、略長方形状であり、平行な上面２２及び下面２４を有している。一例では、以下により詳細に説明するように、上端部材２０は冷却される。一例では、上端部材２０は、少なくとも一つの光接近機構３０を含む。光接近機構３０は、少なくとも一つのレーザ光線４０を上端部材２０に通過させる。一例では、少なくとも一つの光接近機構３０は、一つ以上の貫通孔で構成される。また、他の例では、光接近機構３０は、少なくとも一つの窓を含み得る。
【００３９】
また、システム１０は、チャック６０を含む。チャック６０は、上面６２、下面６４、及び外縁部６６を有する。チャック６０は、略円筒形状であり、Ｚ−中心線ＣＺが中心となっており、上端部材２０の下面２４と隣接し、かつ、下面２４と平行な上面６２を有する。チャック６０（及び、それに伴って中央線ＣＺ）は、後述するようにシステム１０の操作で移動する。チャック６０の上面６２及び上端部材２０の下面２４は、５０ミクロンから１ｍｍの範囲の距離Ｄ１で離間し、これにより、距離Ｄ１を有する処理チャンバ内部（「内部」）７０を規定する。一例では、半導体基板（「ウエハ」）５０の上面５２及び上端部材２０の下面２４は、内部７０及び距離Ｄ１を規定する。
【００４０】
チャック６０の上面６２は、ウエハ５０を支持するように構成される。ウエハ５０は、上面５２、下面５４、及び外縁部５６を有する。一例では、ウエハ５０はシリコンウエハである。ウエハ５０は、製品ウエハであり得る。製品ウエハには、半導体装置を作製するための処理が施されており、レーザ光線４０によってさらなる処理が施される。ウエハ５０は、図２Ａの上面図において破線の円で示される。一例では、チャック６０は加熱され、さらなる例では、ウエハ５０を最大約４００℃のウエハ温度ＴＷに加熱するように構成される。一例では、少なくとも一つのレーザ光線４０は、一つ以上のアニーリングレーザ光線で構成される。すなわち、少なくとも一つのレーザ光線４０は、例えばドーパント拡散などのウエハ５０におけるアニーリング処理を実行可能な一つ以上のレーザ光線で構成される。
【００４１】
システム１０は、断熱層８０を含む。断熱層８０は、上面８２、下面８４、及び外縁部８６を有する。断熱層８０は、チャック６０の下面６４に接触して配置され、これにより、断熱層８０はチャック６０との熱伝達を行う。一例では、断熱層８０は、ガラスまたはセラミック材料で形成されるか、あるいは、間隙である。一例では、断熱層８０の上面８２は、チャック６０の下面６４と密に接触している。
【００４２】
システム１０は、冷却装置９０も含む。冷却装置９０は、チャック６０及び後述するようなウエハ５０に入射するレーザ光線４０に起因して発生する熱を管理するように構成される。一例の冷却装置９０は、上面９２、下面９４、及び外縁部９６を有する。冷却装置９０は、任意に凹部９８を含む。凹部９８は、支持面１００及び内壁１０２によって規定される。凹部９８は、断熱層８０及びチャック６０を収容できるように構成されており、これにより、断熱層８０は、支持面１００によって支持される。
【００４３】
一例では、冷却装置９０の内壁１０２、並びに、断熱層８０及びチャック６０の外縁部８６及び６６は、間隙Ｇ１を規定する。さらなる例では、冷却装置９０は、一つ以上のガス流路１０４を含む。ガス流路１０４は、支持面１００から下面９４へのガス流動経路を提供する。これにより、間隙Ｇ１へ入る内部７０のガス２０２は、冷却装置９０を通って下面９４において内部７０から流出することができる。断熱層８０は、空隙であってもよい。
【００４４】
システム１０は、可動ステージ１２０も含む。可動ステージ１２０は、上面１２２及び下面１２４を有する。システム１０は、環状部材１５０をさらに含む。環状部材１５０は、冷却装置９０の外縁部９６に隣接して配置され、チャック組立体６８を取り囲み、チャック組立体６８とともに移動する水冷反射囲い（skirt）（図示せず）に取り付けられる。環状部材１５０は、本体１５１を有するとともに、上面１５２、下面１５４、内面１５５、及び外縁部１５６を含む。チャック６０、断熱層８０、及び冷却装置９０の組合せは、チャック組立体６８を構成する。チャック組立体６８、可動ステージ１２０、及び環状部材１５０の組合せは、可動ステージ組立体１２８を構成する。上端部材２０は、可動ステージ組立体１２８に対して固定されている。可動ステージ組立体１２８は、外周１２９を有する。外周１２９は、一例では、環状部材１５０の外縁部１５６によって一部分が規定される。
【００４５】
可動ステージ１２０は、上面１２２上の冷却装置９０を支持する。可動ステージ１２０は、ポジショナ１２６に動作可能に接続される。ポジショナ１２６は、可動ステージ１２０を動かし、基準位置に対して可動ステージ１２０の位置のトラッキングもしながら、必要に応じて可動ステージ１２０の位置合わせを行うように構成される。可動ステージ１２０は、Ｘ−Ｙ平面で移動できるような方法で、上面１３２を有するプラテン１３０に動作可能に支持される。
【００４６】
上端部材２０の下面２４、環状部材１５０の外縁部１５６、及びプラテン１３０の上面１３２は、ガスカーテン領域１５８を規定する。
【００４７】
一例では、可動ステージ１２０及びチャック６０は、一体化され、ポジショナ１２６に動作可能に接続される単一の可動チャックまたは２つの部品の可動チャックを形成する。上端部材２０は、チャック６０が上端部材２０に対して移動できる程度にＸ方向に十分に長く、レーザ光線４０はウエハ５０の上面５２全体を露光することができる。
【００４８】
また、システム１０は、少なくとも一つのガス供給システム２００、及び、冷却剤２５２を供給する少なくとも一つの冷却剤供給システム２５０を含む。一例では、第１のガス供給システム２００は、内部７０にガス２０２を供給するように構成されている。一方、もう一つのガス供給システム２００は、環状部材１５０にガス２０２を供給するように構成されている。一例の実施形態では、異なるガス供給システム２００は、異なるガス２０２を供給する。一方、もう一つの実施形態では、異なるガス供給システム２００は、同じガス２０２を供給する。環状部材１５０は、周囲間隙Ｇ３の方へのガス２０２の流れを制御するように構成され、ガスカーテン（図示せず）を形成する。周囲間隙Ｇ３は、幅または寸法ＷＧ３を有する。
【００４９】
別の実施形態では、単一のガス供給システム２００が、内部７０及び環状部材１５０にガス２０２を供給するために採用される。一例のガス２０２は、ネオンガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、及び窒素ガスなどの不活性ガスを一種以上含み得る。一例では、ガス２０２は、一種以上の不活性ガスからなる。他の例では、ガス２０２は、酸素ガスなどの一種以上の反応性ガスを限定量で含む。後述するように、ガス２０２は、フォーミングガスを含むか、あるいは、フォーミングガスからなる。フォーミングガスは、水素ガス及び窒素ガスを含む。
【００５０】
システム１０は、制御ユニット３００も含む。米国特許第９，０２９，８０９号公報に記載されるように、制御ユニット３００は、ガス供給システム２００、及び冷却剤供給システム２５０に動作可能に接続され、これらのシステム２００及び２５０の動作を制御してガスカーテンを形成するように構成されている。システム１０は、真空システム２６０を含む。真空システム２６０は、例えば、幅ＷＧ２の間隙Ｇ２を含む少なくとも一つのガス流路１０４を介して、内部７０に空気圧で接続されている。真空システム２６０は、内部７０に真空を形成するために使用することができる。
＜レーザアニーリング中の周囲酸素の局在化制御＞
【００５１】
図２は、図１のシステム１０の簡略図であって、本明細書中で説明するアニーリング処理及び周囲酸素ガスの局在化制御処理の一例を説明する図である。図３Ａは、レーザ光線４０によるアニーリング前であり、かつ、フォーミングガス２０２の内部７０への導入後における内部７０及びウエハ５０の上面５２の一部を示す拡大図である。フォーミングガス２０２は、酸素ガス２０５と混合された状態で示される。図３Ｂは、アニーリング位置５５においてウエハ５０の上面５２をアニーリングするレーザ光線４０の拡大図である。
【００５２】
上述したように、内部７０内の酸素ガス２０５の濃度ＣＯＸをさらに低下させ、ウエハ５０の上面５２において起こり得る酸化の量をさらに減少させることが望ましい。この現象は、内部７０のあらゆる場所において達成され得るが、実際は、レーザアニーリングが行われるアニーリング位置５５において酸素ガス濃度のみを低下させる必要がある。
【００５３】
したがって、本明細書に開示された方法の一例では、ガス２０２は、水素ガス及び不活性緩衝ガス、例えば、５容量（ｖｏｌ）％の水素ガス（Ｈ２）及び９５容量（ｖｏｌ）％の窒素ガス（Ｎ２）の混合物で作られたフォーミングガス２０２として、内部７０に供給される。内部７０は、真空システム２６０の動作によって脱気され（例えば、真空下となり）、これにより、初期濃度または背景濃度ＣＯＸで酸素ガス２０５を含むことになる。一例では、初期濃度または背景濃度ＣＯＸは、約５０ｐｐｍ程度に低い。フォーミングガス２０２は、内部７０に導入されると、図３Ａに示されるように、ウエハ５０の上面５２に接触する領域を含む内部７０のあらゆる場所に即座に分散（拡散）し、酸素ガス２０５と混合する。
【００５４】
内部７０へのフォーミングガス２０２の注入は、アニーリング処理前またはアニーリング処理中にガス供給システム２００の動作により行うことができる。ここで、レーザ光線４０は、ウエハ５０の上面５２に入射するように構成され、矢印ＡＲで示されるようにチャック６０を動かすことによって、ウエハ５０がレーザ光線４０に対して移動して、レーザ光線４０がウエハ５０の上面５２を走査する。一例では、内部７０内のフォーミングガス２０２の分圧は、約１ミリトール（millitorr）から約１０００トール（torr）の範囲内である。フォーミングガス２０２の分圧の範囲は、約１ミリトールから約１０００ミリトールまでであることが好ましい。一例では、内部７０の圧力は、７６０トール未満、すなわち、１気圧未満である。
【００５５】
図３Ｂに示される一例のアニーリング処理中、レーザ光線４０は、アニーリング位置５５において、ウエハ５０の上面５２をアニーリング温度ＴＡまで加熱する。アニーリング温度ＴＡは、ウエハ溶融温度ＴＭに近いか、あるいは、ウエハ溶融温度ＴＭを上回る。シリコンのウエハ溶融温度ＴＭは、公称でＴＭ＝１，４１４℃である。非溶融レーザアニーリングでは、ウエハ５０の上面５２のアニーリング温度ＴＡは、ウエハ溶融温度ＴＭの４００℃以内となる。溶融アニーリングでは、ＴＡ≧ＴＭである。ウエハ５０が走査される（すなわち、レーザ光線４０に対して移動する）ときは、アニーリング位置５５は、ウエハ５０の上面５２に対しては「移動する」が、内部７０内ではその初期位置に対して固定された状態にあるということに留意すべきである。
【００５６】
アニーリング位置５５におけるレーザ光線４０によるウエハ５０の上面５２の加熱は、内部７０内の特にアニーリング位置５５の周辺で、フォーミングガス２０２及び酸素ガス２０５を局所的に加熱するようにも作用する。フォーミングガス温度ＴＦＧは、通常、アニーリング位置５５に対するフォーミングガス２０２の近接度に対応して、内部７０内で空間的に変化する。すなわち、アニーリング位置５５に近づくにしたがって、フォーミングガス温度ＴＦＧは上昇する。ここで、留意されるのは、フォーミングガス２０２の量は、酸素ガス２０５の量（初期濃度ＣＯＸ）よりも大幅に多いことであり、そのため、内部７０の「ガス」温度は、基本的にフォーミングガス２０２によって規定される。
【００５７】
図２、図３Ａ、及び図３Ｂは、アニーリング位置５５におけるウエハ５０の上面５２の局所的な加熱に関連して、フォーミングガス温度ＴＦＧに対する燃焼温度曲線ＴＣをそれぞれ示す。燃焼温度曲線ＴＣは、内部７０内で任意のチャンバ圧力において以下の燃焼反応が起こる際の燃焼温度を表す。
２Ｈ２＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ蒸気                        式１
燃焼温度曲線ＴＣは、局所領域ＲＧを規定する。局所領域ＲＧは、内部７０のアニーリング位置５５を名目上中心とした半球状の部分を含む。局所領域ＲＧ内で、フォーミングガス２０２は、ＴＣ以上のフォーミングガス温度ＴＦＧ（ＴＦＧ≧ＴＣ）を有する。そのため、フォーミングガス２０２は、式１の燃焼反応が起こる内部７０内の体積を表す。
【００５８】
式１の燃焼反応は、酸素ガス２０５の濃度を、局所領域ＲＧ内で初期濃度または背景濃度ＣＯＸから、より低濃度（低値）Ｃ’ＯＸに減少させるように作用する。内部７０内の局所領域ＲＧの外側では、酸素ガスは、初期濃度または背景濃度ＣＯＸで存在する。このことは、図３Ｂで模式的に示される。図３Ｂでは、局所領域ＲＧの外側の酸素ガス２０５の濃度ＣＯＸは、局所領域ＲＧ内の濃度Ｃ’ＯＸよりも高い（すなわち、ＣＯＸ＞Ｃ’ＯＸ）。
【００５９】
このように、フォーミングガス２０２は、局所領域ＲＧ内の酸素ガス２０５の量を局所的に制御する（減少させる）ように機能する。この制御は、式１の燃焼反応を介して起こる。この燃焼反応は、酸素分子（Ｏ２）を開裂してＯ原子とすること、及び、その後Ｏ原子をフォーミングガス２０２由来の２つの水素原子（２Ｈ）と結合させてＨ２Ｏ（水）蒸気を生成することを含む。この局所的な処理は、局所領域ＲＧ内で起こり、ウエハ５０の上面５２の酸化量を減少させる。ウエハ５０の上面の酸化は、アニーリング中に起こり得る。一例では、局所領域ＲＧ内の酸素ガス２０５の濃度Ｃ’ＯＸは、Ｃ’ＯＸ≦１０ｐｐｍである。
【００６０】
一例の実施形態では、上記した内部７０の分圧における範囲内での燃焼温度は、ＴＣ＝約６００℃である。通常アニーリング位置５５を中心とする実質的に半球状の局所領域ＲＧを仮定すると、ＴＣ＝６００℃における局所領域ＲＧの半径ｒＧは、ｒＧ＝約１ミクロンから約１０ｍｍであり得る。フォーミングガス２０２のＨ原子の濃度、内部７０内のＨ原子の拡散速度、内部７０内の酸素ガス２０５の初期濃度ＣＯＸ、及び式１の燃焼反応の速度は何れも、式１の燃焼反応が開始でき、かつ、開始または初期酸素濃度ＣＯＸと比較して局所領域ＲＧ内の酸素ガス濃度ＣＯＸが実質的に減少するような方法で、式１の燃焼反応が持続できるように設定される。
【００６１】
当業者には明白であるが、添付される特許請求の範囲で規定された本開示の精神または範囲から逸脱することなく、本明細書中に記載された本開示の好ましい実施形態に対して様々な変更を加えることができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその均等範囲内で行われる本開示の修正及び変更を包含する。
【図１Ａ】
2016076686.tif 000003
【図１Ｂ】
2016076686.tif 000004
【図１Ｃ】
2016076686.tif 000005
【図２】
2016076686.tif 000006
【図３Ａ】
2016076686.tif 000007
【図３Ｂ】
2016076686.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成27年8月20日(2015.8.20)
【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】
表面を有する半導体ウエハをレーザアニーリングする方法であって、
処理チャンバ内部に半導体ウエハを配置することと、
前記処理チャンバ内部を真空に引き、前記処理チャンバ内部が、初期Ｏ２濃度でＯ２を含むようにすることと、
Ｈ２及び緩衝ガスを含むフォーミングガスを前記処理チャンバに導入することと、
前記処理チャンバ内部にレーザ光線を通過させ、前記半導体ウエハ表面のアニーリング位置に前記レーザ光線を入射させて、
これにより、前記半導体ウエハ表面をアニーリングし、また、前記アニーリング位置の周囲の局所領域であって、Ｏ２とＨ２の燃焼が起こりＨ２Ｏ蒸気を生成する局所領域において、Ｏ２及び前記フォーミングガスのＨ２を局所的に加熱し、これにより、前記初期Ｏ２濃度と比較して前記局所領域におけるＯ２濃度を減少させることと
を備える、方法。
【請求項２】
前記フォーミングガスは、５容量（ｖｏｌ）％のＨ２及び９５容量（ｖｏｌ）％のＮ２を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記局所領域は、１００℃から５００℃の範囲の燃焼温度ＴＣで規定される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記処理チャンバはマイクロチャンバで構成される、請求項１から３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記レーザ光線に対して前記半導体ウエハを動かすことをさらに備え、これにより、前記アニーリング位置は、前記半導体ウエハの表面に対して移動するが、前記処理チャンバ内部におけるその初期位置に対しては固定された位置にある、請求項１から４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記初期Ｏ２濃度は、５０ｐｐｍ（ｖｏｌ．）以上であり、前記局所領域におけるＯ２濃度は、１０ｐｐｍ（ｖｏｌ．）以下である、請求項１から５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記半導体ウエハは、溶融温度ＴＭを有し、前記半導体ウエハの表面のアニーリングは、アニーリング温度ＴＡで行われ、ここで、ＴＡ＜ＴＭである、請求項１から６の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
表面を有する半導体ウエハのアニーリング中に、アニーリング位置の周囲の局所領域において酸素ガスを減少させる方法であって、
前記半導体ウエハ及び初期濃度の前記酸素ガスを含む処理チャンバに、水素ガス及び緩衝ガスを含むフォーミングガスを導入することと、
前記半導体ウエハの表面をレーザアニーリングして、
これにより、前記アニーリング位置の周囲の局所領域であって、前記酸素ガスと前記水素ガスの燃焼が起こり水蒸気を生成する局所領域において、前記酸素ガス及び前記フォーミングガスの前記水素ガスを局所的に加熱し、これにより、初期の酸素ガス濃度と比較して前記局所領域における酸素ガス濃度を減少させることと
を備える、方法。
【請求項９】
前記フォーミングガスは、５容量（ｖｏｌ）％の水素ガス及び９５容量（ｖｏｌ）％の窒素ガスを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記局所領域は、１００℃から５００℃の範囲の燃焼温度ＴＣで規定される、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記処理チャンバはマイクロチャンバで構成される、請求項８から１０の何れか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記処理チャンバは大気圧未満の圧力を有する、請求項８から１１の何れか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記レーザ光線に対して前記半導体ウエハを動かすことをさらに備え、これにより、前記アニーリング位置は、前記半導体ウエハの表面に対して移動するが、前記処理チャンバ内部におけるその初期の位置に対しては固定された位置にある、請求項８から１２の何れか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記酸素ガスの初期濃度は、５０ｐｐｍ（ｖｏｌ．）以上であり、前記局所領域におけるＯ２濃度は、１０ｐｐｍ（ｖｏｌ．）以下である、請求項８から１３の何れか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記半導体ウエハは、溶融温度ＴＭを有し、前記半導体ウエハの表面のアニーリングは、アニーリング温度ＴＡで行われ、ここで、ＴＡ＜ＴＭである、請求項８から１４の何れか１項に記載の方法。
【請求項１６】
表面を有する半導体ウエハをレーザアニーリングする方法であって、
初期Ｏ２濃度でＯ２を含む処理チャンバ内部に半導体ウエハを配置することと、
Ｈ２及び緩衝ガスを含むフォーミングガスを前記処理チャンバに導入することと、
前記処理チャンバ内部にレーザ光線を通過させ、前記半導体ウエハ表面のアニーリング位置に前記レーザ光線を入射させて、
これにより、前記半導体ウエハ表面をアニーリングし、また、前記アニーリング位置の周囲の局所領域であって、Ｏ２とＨ２の燃焼が起こりＨ２Ｏ蒸気を生成する局所領域において、Ｏ２及び前記フォーミングガスのＨ２を局所的に加熱し、これにより、初期Ｏ２濃度と比較して前記局所領域におけるＯ２濃度を減少させることと
を備える、方法。
【請求項１７】
前記処理チャンバ内部に前記半導体ウエハを配置した後に、真空に引くことをさらに備え、前記初期Ｏ２濃度は、前記真空に引いた後に前記処理チャンバに残存する残存Ｏ２量によって規定される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記初期Ｏ２濃度は、５０ｐｐｍ（ｖｏｌ．）以上であり、前記局所領域におけるＯ２濃度は、１０ｐｐｍ（ｖｏｌ．）以下である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記処理チャンバはマイクロチャンバで構成される、請求項１６から１８の何れか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記フォーミングガスは、５容量（ｖｏｌ）％の水素ガス及び９５容量（ｖｏｌ）％の窒素ガスを含む、請求項１６から１９の何れか１項に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザアニーリングに関し、特に、周囲酸素ガスの局在化制御を用いたレーザアニーリング方法に関する。
【０００２】
本明細書において言及されるあらゆる刊行物又は特許文献の全開示は、参照により本明細書中に組み込まれる。刊行物又は特許文献には、米国特許第５，９９７，９６３（これ以降は、‘９６３特許という）、米国特許第６，７４７，２４５号公報；米国特許第７，０９８，１５５号公報；米国特許第７，１５７，６６０号公報；米国特許第７，７６３，８２８号公報；米国特許第８，３０９，４７４号公報、及び米国特許第９，０２９，８０９号公報が含まれる。
【背景技術】
【０００３】
レーザアニーリング（レーザスパイクアニーリング、レーザ熱アニーリング、レーザ熱処理などとも呼ばれる）は、半導体製造において様々な用途に用いられる。様々な用途には、トランジスタなどの活性超小型回路及び関連するタイプの半導体特徴部を形成するときに、半導体ウエハに形成される機器（構造）の選択領域においてドーパントを活性化することも含む。
【０００４】
レーザアニーリング処理は、一般的に、例えば、‘３４４公報及び‘９６３特許で説明されたマイクロチャンバのような処理チャンバ（または反応チャンバ）内において真空下で行われる。真空を用いる理由の一つは、処理される半導体ウエハ表面に存在する酸素ガスの量を減少させるためである。酸素ガスは、反応性が高く、半導体ウエハ表面を酸化させるからである。このことは、温度が高いほど酸化速度が上昇するため、高温でのレーザアニーリングの場合に特に当てはまる。
【０００５】
通常の真空条件下では、処理チャンバ内部の酸素ガス濃度は、約５０パーツパーミリオン（ｐｐｍ）（ｖｏｌ．）に減少し得る。酸素ガス濃度をさらに減少させるのは、問題があり、かつ、処理チャンバの実質的な改良だけでなく、高価な機器（例えば、より強力な真空ポンプ）をも必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、レーザアニールされる半導体ウエハの表面上の酸素ガス量を、低コストかつ単純な方法で、従来の真空アプローチで実現可能な程度以上に減少させることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一局面は、表面を有する半導体ウエハをレーザアニーリングする方法である。この方法は、処理チャンバ内部に半導体ウエハを配置することと、前記処理チャンバ内部を真空に引き、前記処理チャンバ内部が、初期Ｏ２濃度でＯ２を含むようにすることと、Ｈ２及び緩衝ガスを含むフォーミングガスを前記処理チャンバに導入することと、前記処理チャンバ内部にレーザ光線を通過させ、前記半導体ウエハ表面のアニーリング位置に前記レーザ光線を入射させて、これにより、前記半導体ウエハ表面をアニーリングし、前記アニーリング位置の周囲の局所領域であって、Ｏ２とＨ２の燃焼が起こりＨ２Ｏ蒸気を生成する局所領域において、Ｏ２及び前記フォーミングガスのＨ２を局所的に加熱し、これにより、前記初期Ｏ２濃度と比較して前記局所領域におけるＯ２濃度を減少させることとを備える。
【０００８】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記フォーミングガスは、５容量（ｖｏｌ）％のＨ２及び９５容量（ｖｏｌ）％のＮ２を含むことが好ましい。
【０００９】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記局所領域は、１００℃から５００℃の範囲の燃焼温度ＴＣで規定されることが好ましい。
【００１０】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記処理チャンバはマイクロチャンバで構成されることが好ましい。
【００１１】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記レーザ光線に対して前記半導体ウエハを動かすことをさらに含み、これにより、前記アニーリング位置は、前記半導体ウエハの表面に対して移動するが、前記処理チャンバ内部におけるその初期の位置に対しては固定された位置にあることが好ましい。
【００１２】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記初期Ｏ２濃度は、５０ｐｐｍ（ｖｏｌ．）以上であることが好ましい。前記局所領域におけるＯ２濃度は、１０ｐｐｍ（ｖｏｌ．）以下であることが好ましい。
【００１３】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記半導体ウエハは、溶融温度ＴＭを有することが好ましい。前記半導体ウエハの表面のアニーリングは、アニーリング温度ＴＡで行われることが好ましい。ここで、ＴＡ＜ＴＭである。
【００１４】
他の局面は、表面を有する半導体ウエハのアニーリング中に、アニーリング位置の周囲の局所領域において酸素ガスを減少させる方法である。この方法は、前記半導体ウエハ及び初期濃度の前記酸素ガスを含む処理チャンバに、水素ガス及び緩衝ガスを含むフォーミングガスを導入することと、前記半導体ウエハの表面をレーザアニーリングして、これにより、前記アニーリング位置の周囲の局所領域であって、前記酸素ガスと前記水素ガスの燃焼が起こり水蒸気を生成する局所領域において、前記酸素ガス及び前記フォーミングガスの前記水素ガスを局所的に加熱し、これにより、初期の酸素ガス濃度と比較して前記局所領域における酸素ガス濃度を減少させることとを備える。
【００１５】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記フォーミングガスは、５容量（ｖｏｌ）％の水素ガス及び９５容量（ｖｏｌ）％の窒素ガスを含むことが好ましい。
【００１６】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記局所領域は、１００℃から５００℃の範囲の燃焼温度ＴＣで規定されることが好ましい。
【００１７】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記処理チャンバはマイクロチャンバで構成されることが好ましい。
【００１８】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記処理チャンバは大気圧未満の圧力を有することが好ましい。
【００１９】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記レーザ光線に対して前記半導体ウエハを動かすことをさらに含み、これにより、前記アニーリング位置は、前記半導体ウエハの表面に対して移動するが、前記処理チャンバ内部におけるその初期の位置に対しては固定された位置にあることが好ましい。
【００２０】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記酸素ガスの初期濃度は、５０ｐｐｍ（ｖｏｌ．）以上であることが好ましい。前記局所領域におけるＯ２濃度は、１０ｐｐｍ（ｖｏｌ．）以下であることが好ましい。
【００２１】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記半導体ウエハは、溶融温度ＴＭを有することが好ましい。前記半導体ウエハの表面のアニーリングは、アニーリング温度ＴＡで行われることが好ましい。ここで、ＴＡ＜ＴＭである。
【００２２】
本開示の他の局面は、表面を有する半導体ウエハをレーザアニーリングする方法である。この方法は、初期Ｏ２濃度でＯ２を含む処理チャンバ内部に半導体ウエハを配置することと、Ｈ２及び緩衝ガスを含むフォーミングガスを前記処理チャンバに導入することと、前記処理チャンバ内部にレーザ光線を通過させ、前記半導体ウエハ表面のアニーリング位置に前記レーザ光線を入射させて、これにより、前記半導体ウエハ表面をアニーリングし、前記アニーリング位置の周囲の局所領域であって、Ｏ２とＨ２の燃焼が起こりＨ２Ｏ蒸気を生成する局所領域において、Ｏ２及び前記フォーミングガスのＨ２を局所的に加熱し、これにより、初期Ｏ２濃度と比較して前記局所領域におけるＯ２濃度を減少させることとを備える。
【００２３】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記処理チャンバ内部に前記半導体ウエハを配置した後に、真空に引くことをさらに含むことが好ましい。前記初期Ｏ２濃度は、前記真空に引いた後に前記処理チャンバに残存する残存Ｏ２量（濃度）によって規定される。
【００２４】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記初期Ｏ２濃度は、５０ｐｐｍ（ｖｏｌ．）以上であることが好ましい。前記局所領域におけるＯ２濃度は、１０ｐｐｍ（ｖｏｌ．）以下であることが好ましい。
【００２５】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記処理チャンバはマイクロチャンバで構成されることが好ましい。
【００２６】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記フォーミングガスは、５容量（ｖｏｌ）％の水素ガス及び９５容量（ｖｏｌ）％の窒素ガスを含むことが好ましい。
【００２７】
さらなる特徴点及び利点は、以下の詳細な説明に明記される。また、それらの一部は詳細な説明の記載内容から当業者にとって直ちに明白となるか、詳細な説明、特許請求の範囲、添付図面に記載された実施形態を実施することによって認識されるであろう。上記の概要及び下記の詳細な説明に関する記載は、単なる例示であって、特許請求の範囲に記載されている本発明の本質及び特徴を理解するための概略または枠組みを提供するものであることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
添付図面は、さらなる理解を提供するために含まれており、本明細書の一部を構成すると共に本明細書の一部に組み込まれる。図面は、１または複数の実施形態を示しており、詳細な説明と共に種々の実施形態の原理や動作を説明する役割を担う。このように、本開示は、添付図面と共に以下に示す詳細な説明からより完全に理解されることになるであろう。
【図１Ａ】図１Ａは、本明細書に開示されたアニーリング方法及び周囲酸素ガス（Ｏ２）の局在化制御方法を実施する際の使用に適した処理チャンバシステムの一例の実施形態の（Ｘ−Ｚ面における）断面模式図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの処理チャンバシステムのいくつかの主要部品の分解図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａの断面を示す線１−１とともに、図１Ａの処理チャンバシステムを示す（Ｘ−Ｙ面における）上面図である。
【図２】図２は、図１Ａの処理チャンバシステムの簡略図であって、周囲酸素ガスの局在化制御を実施するためにフォーミングガスを使用した局所領域の形成を含む一例のアニーリング方法を説明する図である。
【図３Ａ】図３Ａは、フォーミングガスの導入後の処理チャンバ内部における半導体ウエハ表面の拡大図であって、レーザアニーリングに先立って、半導体ウエハ表面においてフォーミングガス及び酸素ガスが、通常どのように均一に分布するかを示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、レーザアニーリング処理中に生じる局所領域であって、半導体ウエハ表面上でアニーリング位置を取り囲む局所領域の拡大図である。このレーザアニーリング処理において、局所領域における酸素ガス濃度は、局所領域における酸素ガス量（濃度）の減少により、処理チャンバ内部の他の部分の酸素ガス濃度よりも低くなる。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以降、本開示の様々な実施形態、および、添付の図面に示される複数の例について詳述する。可能な限り、同一または類似の部分の図では、同一または類似の参照番号および参照符号が用いられる。図面には決まった縮尺がなく、当業者であれば、図面は本発明の主要な部分を説明するために簡略化されていることに気づくであろう。
【００３０】
下記の特許請求の範囲の記載は、発明の詳細な説明に組み込まれると共にその一部を構成する。
【００３１】
本明細書で言及されたあらゆる刊行物又は特許文献の全開示は、参照により組み込まれる。
【００３２】
いくつかの図面において、参考のためにデカルト座標が描かれているが、これは方向および配置位置を限定するものではない。
【００３３】
以下の記述では、処理チャンバ内部に関連した用語「真空に引くこと」または用語「真空の」は、処理チャンバ内部の圧力を、処理チャンバ外部の周囲圧力または大気圧以下にまで減少させることを意味し、必ずしも処理チャンバ内部から全ての原子を除去すること（排気すること）を意味するわけではない。本明細書で開示された例示的な方法は、処理チャンバ内部において真空に引くこと、またあるいは、処理チャンバを排気することを含む。この方法において、処理チャンバ内部には、酸素ガスの初期濃度ＣＯＸが残存する。ここで、用語「初期濃度」は、処理チャンバ内の酸素ガス容量の局在化制御を実施する方法が、この濃度で開始され、初期濃度ＣＯＸと比較して減少した濃度で終了するように実施されることを意味するものとして使用される。
【００３４】
用語「処理」及び「方法」は、本明細書中で互換可能に用いられる。
【００３５】
「周囲酸素ガスの局在化制御」という表現は、酸素ガスの初期量（濃度）に対して、酸素ガス量（濃度）が局所的に減少することを意味するものと理解される。
＜処理チャンバシステム＞
【００３６】
図１Ａは、本明細書で開示された方法を実施する際の使用に適した処理チャンバシステム（「システム」）１０の一例の実施形態の（Ｘ−Ｚ面における）断面模式図である。図１Ｂは、図１Ａのシステム１０のいくつかの主要部品の分解図である。図１Ｃは、図１Ａの断面を示す線１−１とともに、図１Ａのシステム１０を示す（Ｘ−Ｙ平面における）上面図である。図１Ａから図１Ｃは、‘３４４公報に由来し、「マイクロチャンバ」と呼ばれる処理チャンバの一種を表す。
【００３７】
システム１０は、Ｚ方向に延びるＺ−中心線ＣＺ及びＸ方向に延びるＸ−中心線ＣＸを有する。システム１０は、例えば酸素ガスなどの少なくとも一種の反応ガスを含み得る周囲環境８内に存在する。また、周囲環境８は、ネオンガス、アルゴンガスなどの非反応ガス、または、窒素ガスなどの安定ガスを含んでもよい。
【００３８】
システム１０は、上端部材２０を含む。上端部材２０は、上面２２、下面２４、及び外縁部２６を有する。一例では、上端部材２０は、略長方形状であり、平行な上面２２及び下面２４を有している。一例では、以下により詳細に説明するように、上端部材２０は冷却される。一例では、上端部材２０は、少なくとも一つの光接近機構３０を含む。光接近機構３０は、少なくとも一つのレーザ光線４０を上端部材２０に通過させる。一例では、少なくとも一つの光接近機構３０は、一つ以上の貫通孔で構成される。また、他の例では、光接近機構３０は、少なくとも一つの窓を含み得る。
【００３９】
また、システム１０は、チャック６０を含む。チャック６０は、上面６２、下面６４、及び外縁部６６を有する。チャック６０は、略円筒形状であり、Ｚ−中心線ＣＺが中心となっており、上端部材２０の下面２４と隣接し、かつ、下面２４と平行な上面６２を有する。チャック６０（及び、それに伴って中央線ＣＺ）は、後述するようにシステム１０の操作で移動する。チャック６０の上面６２及び上端部材２０の下面２４は、５０ミクロンから１ｍｍの範囲の距離Ｄ１で離間し、これにより、距離Ｄ１を有する処理チャンバ内部（「内部」）７０を規定する。一例では、半導体基板（「ウエハ」）５０の上面５２及び上端部材２０の下面２４は、内部７０及び距離Ｄ１を規定する。
【００４０】
チャック６０の上面６２は、ウエハ５０を支持するように構成される。ウエハ５０は、上面５２、下面５４、及び外縁部５６を有する。一例では、ウエハ５０はシリコンウエハである。ウエハ５０は、製品ウエハであり得る。製品ウエハには、半導体装置を作製するための処理が施されており、レーザ光線４０によってさらなる処理が施される。ウエハ５０は、図１Ｃの上面図において破線の円で示される。一例では、チャック６０は加熱され、さらなる例では、ウエハ５０を最大約４００℃のウエハ温度ＴＷに加熱するように構成される。一例では、少なくとも一つのレーザ光線４０は、一つ以上のアニーリングレーザ光線で構成される。すなわち、少なくとも一つのレーザ光線４０は、例えばドーパント拡散などのウエハ５０におけるアニーリング処理を実行可能な一つ以上のレーザ光線で構成される。
【００４１】
システム１０は、断熱層８０を含む。断熱層８０は、上面８２、下面８４、及び外縁部８６を有する。断熱層８０は、チャック６０の下面６４に接触して配置され、これにより、断熱層８０はチャック６０との熱伝達を行う。一例では、断熱層８０は、ガラスまたはセラミック材料で形成されるか、あるいは、間隙である。一例では、断熱層８０の上面８２は、チャック６０の下面６４と密に接触している。
【００４２】
システム１０は、冷却装置９０も含む。冷却装置９０は、チャック６０及び後述するようなウエハ５０に入射するレーザ光線４０に起因して発生する熱を管理するように構成される。一例の冷却装置９０は、上面９２、下面９４、及び外縁部９６を有する。冷却装置９０は、任意に凹部９８を含む。凹部９８は、支持面１００及び内壁１０２によって規定される。凹部９８は、断熱層８０及びチャック６０を収容できるように構成されており、これにより、断熱層８０は、支持面１００によって支持される。
【００４３】
一例では、冷却装置９０の内壁１０２、並びに、断熱層８０及びチャック６０の外縁部８６及び６６は、間隙Ｇ１を規定する。さらなる例では、冷却装置９０は、一つ以上のガス流路１０４を含む。ガス流路１０４は、支持面１００から下面９４へのガス流動経路を提供する。これにより、間隙Ｇ１へ入る内部７０のガス２０２は、冷却装置９０を通って下面９４において内部７０から流出することができる。断熱層８０は、空隙であってもよい。
【００４４】
システム１０は、可動ステージ１２０も含む。可動ステージ１２０は、上面１２２及び下面１２４を有する。システム１０は、環状部材１５０をさらに含む。環状部材１５０は、冷却装置９０の外縁部９６に隣接して配置され、チャック組立体６８を取り囲み、チャック組立体６８とともに移動する水冷反射囲い（skirt）（図示せず）に取り付けられる。環状部材１５０は、本体１５１を有するとともに、上面１５２、下面１５４、内面１５５、及び外縁部１５６を含む。チャック６０、断熱層８０、及び冷却装置９０の組合せは、チャック組立体６８を構成する。チャック組立体６８、可動ステージ１２０、及び環状部材１５０の組合せは、可動ステージ組立体１２８を構成する。上端部材２０は、可動ステージ組立体１２８に対して固定されている。可動ステージ組立体１２８は、外周１２９を有する。外周１２９は、一例では、環状部材１５０の外縁部１５６によって一部分が規定される。
【００４５】
可動ステージ１２０は、上面１２２上の冷却装置９０を支持する。可動ステージ１２０は、ポジショナ１２６に動作可能に接続される。ポジショナ１２６は、可動ステージ１２０を動かし、基準位置に対して可動ステージ１２０の位置のトラッキングもしながら、必要に応じて可動ステージ１２０の位置合わせを行うように構成される。可動ステージ１２０は、Ｘ−Ｙ平面で移動できるような方法で、上面１３２を有するプラテン１３０に動作可能に支持される。
【００４６】
上端部材２０の下面２４、環状部材１５０の外縁部１５６、及びプラテン１３０の上面１３２は、ガスカーテン領域１５８を規定する。
【００４７】
一例では、可動ステージ１２０及びチャック６０は、一体化され、ポジショナ１２６に動作可能に接続される単一の可動チャックまたは２つの部品の可動チャックを形成する。上端部材２０は、チャック６０が上端部材２０に対して移動できる程度にＸ方向に十分に長く、レーザ光線４０はウエハ５０の上面５２全体を露光することができる。
【００４８】
また、システム１０は、少なくとも一つのガス供給システム２００、及び、冷却剤２５２を供給する少なくとも一つの冷却剤供給システム２５０を含む。一例では、第１のガス供給システム２００は、内部７０にガス２０２を供給するように構成されている。一方、もう一つのガス供給システム２００は、環状部材１５０にガス２０２を供給するように構成されている。一例の実施形態では、異なるガス供給システム２００は、異なるガス２０２を供給する。一方、もう一つの実施形態では、異なるガス供給システム２００は、同じガス２０２を供給する。環状部材１５０は、周囲間隙Ｇ３の方へのガス２０２の流れを制御するように構成され、ガスカーテン（図示せず）を形成する。周囲間隙Ｇ３は、幅または寸法ＷＧ３を有する。
【００４９】
別の実施形態では、単一のガス供給システム２００が、内部７０及び環状部材１５０にガス２０２を供給するために採用される。一例のガス２０２は、ネオンガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、及び窒素ガスなどの不活性ガスを一種以上含み得る。一例では、ガス２０２は、一種以上の不活性ガスからなる。他の例では、ガス２０２は、酸素ガスなどの一種以上の反応性ガスを限定量で含む。後述するように、ガス２０２は、フォーミングガスを含むか、あるいは、フォーミングガスからなる。フォーミングガスは、水素ガス及び窒素ガスを含む。
【００５０】
システム１０は、制御ユニット３００も含む。米国特許第９，０２９，８０９号公報に記載されるように、制御ユニット３００は、ガス供給システム２００、及び冷却剤供給システム２５０に動作可能に接続され、これらのシステム２００及び２５０の動作を制御してガスカーテンを形成するように構成されている。システム１０は、真空システム２６０を含む。真空システム２６０は、例えば、幅ＷＧ２の間隙Ｇ２を含む少なくとも一つのガス流路１０４を介して、内部７０に空気圧で接続されている。真空システム２６０は、内部７０に真空を形成するために使用することができる。
＜レーザアニーリング中の周囲酸素の局在化制御＞
【００５１】
図２は、図１Ａのシステム１０の簡略図であって、本明細書中で説明するアニーリング処理及び周囲酸素ガスの局在化制御処理の一例を説明する図である。図３Ａは、レーザ光線４０によるアニーリング前であり、かつ、フォーミングガス２０２の内部７０への導入後における内部７０及びウエハ５０の上面５２の一部を示す拡大図である。フォーミングガス２０２は、酸素ガス２０５と混合された状態で示される。図３Ｂは、アニーリング位置５５においてウエハ５０の上面５２をアニーリングするレーザ光線４０の拡大図である。
【００５２】
上述したように、内部７０内の酸素ガス２０５の濃度ＣＯＸをさらに低下させ、ウエハ５０の上面５２において起こり得る酸化の量をさらに減少させることが望ましい。この現象は、内部７０のあらゆる場所において達成され得るが、実際は、レーザアニーリングが行われるアニーリング位置５５において酸素ガス濃度のみを低下させる必要がある。
【００５３】
したがって、本明細書に開示された方法の一例では、ガス２０２は、水素ガス及び不活性緩衝ガス、例えば、５容量（ｖｏｌ）％の水素ガス（Ｈ２）及び９５容量（ｖｏｌ）％の窒素ガス（Ｎ２）の混合物で作られたフォーミングガス２０２として、内部７０に供給される。内部７０は、真空システム２６０の動作によって脱気され（例えば、真空下となり）、これにより、初期濃度または背景濃度ＣＯＸで酸素ガス２０５を含むことになる。一例では、初期濃度または背景濃度ＣＯＸは、約５０ｐｐｍ程度に低い。フォーミングガス２０２は、内部７０に導入されると、図３Ａに示されるように、ウエハ５０の上面５２に接触する領域を含む内部７０のあらゆる場所に即座に分散（拡散）し、酸素ガス２０５と混合する。
【００５４】
内部７０へのフォーミングガス２０２の注入は、アニーリング処理前またはアニーリング処理中にガス供給システム２００の動作により行うことができる。ここで、レーザ光線４０は、ウエハ５０の上面５２に入射するように構成され、矢印ＡＲで示されるようにチャック６０を動かすことによって、ウエハ５０がレーザ光線４０に対して移動して、レーザ光線４０がウエハ５０の上面５２を走査する。一例では、内部７０内のフォーミングガス２０２の分圧は、約１ミリトール（millitorr）から約１０００トール（torr）の範囲内である。フォーミングガス２０２の分圧の範囲は、約１ミリトールから約１０００ミリトールまでであることが好ましい。一例では、内部７０の圧力は、７６０トール未満、すなわち、１気圧未満である。
【００５５】
図３Ｂに示される一例のアニーリング処理中、レーザ光線４０は、アニーリング位置５５において、ウエハ５０の上面５２をアニーリング温度ＴＡまで加熱する。アニーリング温度ＴＡは、ウエハ溶融温度ＴＭに近いか、あるいは、ウエハ溶融温度ＴＭを上回る。シリコンのウエハ溶融温度ＴＭは、公称でＴＭ＝１，４１４℃である。非溶融レーザアニーリングでは、ウエハ５０の上面５２のアニーリング温度ＴＡは、ウエハ溶融温度ＴＭの４００℃以内となる。溶融アニーリングでは、ＴＡ≧ＴＭである。ウエハ５０が走査される（すなわち、レーザ光線４０に対して移動する）ときは、アニーリング位置５５は、ウエハ５０の上面５２に対しては「移動する」が、内部７０内ではその初期位置に対して固定された状態にあるということに留意すべきである。
【００５６】
アニーリング位置５５におけるレーザ光線４０によるウエハ５０の上面５２の加熱は、内部７０内の特にアニーリング位置５５の周辺で、フォーミングガス２０２及び酸素ガス２０５を局所的に加熱するようにも作用する。フォーミングガス温度ＴＦＧは、通常、アニーリング位置５５に対するフォーミングガス２０２の近接度に対応して、内部７０内で空間的に変化する。すなわち、アニーリング位置５５に近づくにしたがって、フォーミングガス温度ＴＦＧは上昇する。ここで、留意されるのは、フォーミングガス２０２の量は、酸素ガス２０５の量（初期濃度ＣＯＸ）よりも大幅に多いことであり、そのため、内部７０の「ガス」温度は、基本的にフォーミングガス２０２によって規定される。
【００５７】
図２、図３Ａ、及び図３Ｂは、アニーリング位置５５におけるウエハ５０の上面５２の局所的な加熱に関連して、フォーミングガス温度ＴＦＧに対する燃焼温度曲線ＴＣをそれぞれ示す。燃焼温度曲線ＴＣは、内部７０内で任意のチャンバ圧力において以下の燃焼反応が起こる際の燃焼温度を表す。
２Ｈ２＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ蒸気                        式１
燃焼温度曲線ＴＣは、局所領域ＲＧを規定する。局所領域ＲＧは、内部７０のアニーリング位置５５を名目上中心とした半球状の部分を含む。局所領域ＲＧ内で、フォーミングガス２０２は、ＴＣ以上のフォーミングガス温度ＴＦＧ（ＴＦＧ≧ＴＣ）を有する。そのため、フォーミングガス２０２は、式１の燃焼反応が起こる内部７０内の体積を表す。
【００５８】
式１の燃焼反応は、酸素ガス２０５の濃度を、局所領域ＲＧ内で初期濃度または背景濃度ＣＯＸから、より低濃度（低値）Ｃ’ＯＸに減少させるように作用する。内部７０内の局所領域ＲＧの外側では、酸素ガスは、初期濃度または背景濃度ＣＯＸで存在する。このことは、図３Ｂで模式的に示される。図３Ｂでは、局所領域ＲＧの外側の酸素ガス２０５の濃度ＣＯＸは、局所領域ＲＧ内の濃度Ｃ’ＯＸよりも高い（すなわち、ＣＯＸ＞Ｃ’ＯＸ）。
【００５９】
このように、フォーミングガス２０２は、局所領域ＲＧ内の酸素ガス２０５の量を局所的に制御する（減少させる）ように機能する。この制御は、式１の燃焼反応を介して起こる。この燃焼反応は、酸素分子（Ｏ２）を開裂してＯ原子とすること、及び、その後Ｏ原子をフォーミングガス２０２由来の２つの水素原子（２Ｈ）と結合させてＨ２Ｏ（水）蒸気を生成することを含む。この局所的な処理は、局所領域ＲＧ内で起こり、ウエハ５０の上面５２の酸化量を減少させる。ウエハ５０の上面の酸化は、アニーリング中に起こり得る。一例では、局所領域ＲＧ内の酸素ガス２０５の濃度Ｃ’ＯＸは、Ｃ’ＯＸ≦１０ｐｐｍである。
【００６０】
一例の実施形態では、上記した内部７０の分圧における範囲内での燃焼温度は、ＴＣ＝約６００℃である。通常アニーリング位置５５を中心とする実質的に半球状の局所領域ＲＧを仮定すると、ＴＣ＝６００℃における局所領域ＲＧの半径ｒＧは、ｒＧ＝約１ミクロンから約１０ｍｍであり得る。フォーミングガス２０２のＨ原子の濃度、内部７０内のＨ原子の拡散速度、内部７０内の酸素ガス２０５の初期濃度ＣＯＸ、及び式１の燃焼反応の速度は何れも、式１の燃焼反応が開始でき、かつ、開始または初期酸素濃度ＣＯＸと比較して局所領域ＲＧ内の酸素ガス濃度Ｃ’ＯＸが実質的に減少するような方法で、式１の燃焼反応が持続できるように設定される。
【００６１】
当業者には明白であるが、添付される特許請求の範囲で規定された本開示の精神または範囲から逸脱することなく、本明細書中に記載された本開示の好ましい実施形態に対して様々な変更を加えることができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその均等範囲内で行われる本開示の修正及び変更を包含する。
【外国語明細書】
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