(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋め込み酸化物層上に設けられ、且つ浅いトレンチ酸化物により囲まれた半導体ボディの表面部分の半導体デバイスが形成される能動領域を、発光ビームで走査して局部的に加熱するステップと、
前記加熱するステップにより、前記能動領域に存在する複数の転位を、前記半導体ボディの前記表面部分から離れるように前記複数の転位を移動させて、転位吸収シンクである前記埋め込み酸化物層及び前記浅いトレンチ酸化物内に押し込むステップとを含む、半導体ボディの能動領域の転位を除去する方法。
【請求項２】
前記発光ビームはレーザ・ビームである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記レーザ・ビームは、前記能動領域の上を直接的に走査する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記複数の転位の移動の最大速度が、前記レーザ・ビームの走査速度よりも小さい、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の転位の移動の最大速度が、前記レーザ・ビームの走査速度に等しいか又はこれを越える、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
埋め込み酸化物層上に設けられ、且つ浅いトレンチ酸化物により囲まれた半導体ボディの表面部分の半導体デバイスが形成される能動領域を、発光ビームで走査して局部的に加熱する手段とを備え、
前記加熱する手段により、前記能動領域に存在する複数の転位を、前記半導体ボディの前記表面部分から離れるように前記複数の転位を移動させて、転位吸収シンクである前記埋め込み酸化物層及び前記浅いトレンチ酸化物内に押し込む、半導体ボディの能動領域の転位を除去するシステム。
【請求項７】
前記発光ビームはレーザ・ビームである、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記レーザ・ビームは、前記能動領域の上を直接的に走査する、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記複数の転位の移動の最大速度が、前記レーザ・ビームの走査速度よりも小さい、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記複数の転位の移動の最大速度が、前記レーザ・ビームの走査速度に等しいか又はこれを越える、請求項７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型レーザを使用して半導体デバイス内の転位を操作即ち制御するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、６５ナノメータ（ｎｍ）技術以降は、デバイスの性能を最大にするために歪み制御技術を広く使用している。これに関連して転位の発生及び制御不能な作用は、これらの転位が電気的漏洩路を生じそして又望ましくない局部的な歪み変動を引き起こすので、しばしば種々な問題の原因となる。同時に、歪まされた層を転位の移動により故意に緩和することは、表面上に歪み層が成長される基板を準備するための一般的な技術である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
集積回路のプロセス技術の経済的な観点は歩留まり、即ち合格とされるチップの総数の百分率である。複雑な集積回路の歩留まりは、代表的には数％である。この歩留まりに影響する１つの主な要因は、集積回路を形成するためのシリコンまたは他の半導体ウエハ内における結晶欠陥の存在である。これらの結晶欠陥の幾つかは、大きな歪みが存在するときに高温処理中に導入され得る転位として分類される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
半導体デバイスにパターン化された歪み領域（歪まされた領域）を発生させる本発明に従う方法の例示的な実施例は、半導体ボディの表面部分に発光ビーム（light-emitting beam）を局部的に指向するステップと、パターン化された歪み領域を生成する走査速度を有する発光ビームを利用して半導体ボディの表面部分に近接して配置されている複数の転位を操作即ち制御するステップとを含む。
【０００５】
半導体デバイスにパターン化された歪み領域を発生する本発明に従う方法の例示的な実施例は、半導体ボディの表面部分上にレーザ・ビームを局部的に指向するステップと、走査速度を有するレーザ・ビームを第１動作モード又は第２動作モードで働かせるステップと、パターン化された歪み領域を生じるように、レーザ・ビームを利用して半導体ボディの表面部分に近接して配置された複数の転位を操作するステップとを含み、複数の転位は第１動作モード又は第２動作モードの間に走査される。
【０００６】
半導体デバイスの転位を操作する本発明に従うシステムの例示的な実施例は、複数の転位を有する半導体ボディと、半導体ボディの表面部分上にレーザ・ビームを局部的に発生するように構成されている可動レーザとを備え、可動レーザは走査速度を有し、可動レーザはレーザ・ビームの温度及び走査速度を調整することにより半導体ボディの表面部分に近接する複数の転位を操作する。
【０００７】
本発明の前述の目的、特徴及び利点は、図を参照して行う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】
【０００８】
【図１】本発明の１つの例示的な実施例に従う、基板の転位を操作するブロー・ダウン技術が適用された例示的な半導体デバイスの概略的な断面図である。
【図２】本発明の１つの例示的な実施例に従う、基板の転位を操作するブロー・ダウン技術が適用された例示的な半導体デバイスの概略的な断面図である。
【図３】本発明の１つの例示的な実施例に従う、基板の転位を操作するブロー・ダウン技術が適用された例示的な半導体デバイスの概略的な断面図である。
【図４】本発明の１つの例示的な実施例に従う、基板の転位を操作するブロー・ダウン技術が適用された例示的な半導体デバイスの概略的な断面図である。
【図５】本発明の例示的な実施例に従う、ブロー・ダウン現象を示すウエハの断面の一部分の例示的な顕微鏡写真である。
【図６】本発明の他の例示的な実施例に従う、基板の転位を操作するサーフィン（surfing）技術が適用された例示的な半導体デバイスの断面図である。
【図７】本発明の他の例示的な実施例に従う、基板の転位を操作するサーフィン（surfing）技術が適用された例示的な半導体デバイスの断面図である。
【図８】本発明の１つの例示的な実施例に従う、一軸性の歪まされた領域を発生させるように基板の転位を操作するサーフィン技術が適用された例示的な半導体デバイスの断面を示す図である。
【図９】本発明の１つの例示的な実施例に従う、緩和された歪まされた領域から貫通転位を除去するサーフィン技術が適用された例示的な半導体デバイスの断面図である。
【０００９】
以下の詳細な説明において、図に示す例により本発明の良好な実施例の効果及び特徴を説明する。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の種々な特徴及び利点を、図に示されている実施例を参照して以下に説明する。図に示されている特徴は、正確な寸法で描かれていないことに注目されたい。本発明の詳細を不必要に不明確にすることを避けるために、周知の又は一般的なコンポーネント及び処理技術については説明を省略する。本明細書で説明する実施例は、本発明を実施する方法又は更に当業者に本発明を実施させる方法を理解させることを容易にするためのものである。従って、以下の実施例は、発明の範囲を限定するものではない。
【００１１】
本発明の例示的な実施例は、発光ビーム（例えば、レーザ・ビーム）により種々な半導体技術における転位を操作するシステム及び方法を提供する。ビームを受けた転位は移動し、ここで、ビームは入射し、転位の発達を時間的に及び空間的に制御する。このようなシステム及び方法は、本明細書でブロー・ダウン現象及びサーフィン現象と呼ぶ２つの現象を示す動作モードを与える。これらの現象は、種々な転位操作を行うために利用されることができる。
【００１２】
本発明者等は、本明細書で説明するシステム及び方法が、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）技術のデバイスのシリコン中に存在する転位を除去することを発見した。更に本明細書で説明するシステム及び方法は、高温のレーザ・アニール（ＬＳＡ）の間に成長する転位を制御し、そして層の歪みを局部的に（パターン状に）緩和することができる。更に本明細書で説明するシステム及び方法は、一軸性の歪まされた領域を発生することができ、そして緩和された歪み層（歪まされた層）内の貫通転位を除去することができる。更に、このようなシステム及び方法は、エピタキシャル・アイランド及びナノ構造の空間的に制御された成長のためのテンプレートとして使用されるための特定な転位パターン及びこれに関連する歪み場（strain field）を発生させることができる。
【００１３】
本発明の実施例及びこれの動作をよりよく理解するために、図面を参照して説明する。図１は、半導体ボディ即ちウエハ１０の一部分を示す。１つの例示的な実施例に従うと、ウエハはシリコンで作られている。勿論、例えばゲルマニウム、リン酸ガリウム、砒化ガリウム等のような他の適切な材料がウエハを形成するために使用されることができる。ウエハ１０は、点線１２の下に存在しているとして示されている例えば埋め込み酸化物層（ＢＯＸ）１８のような絶縁層上に設けられる。半導体ボディ１０は、電流が流れそして例えばトランジスタ集積回路等のような半導体デバイスが形成される能動領域１４を含むように製造される。ウエハの構造は、種々なデバイスを実現するように変更されることができ、従って、図示の構造に限定されない。言い換えると、本明細書で説明する構造は、半導体技術及び半導体基板の転位を操作する方法を示すためのものであり、従って、本発明の例示的な実施例の範囲に限定されない。
【００１４】
１つの例示的な実施例に従うと、矢印１６により示されている移動発光ビームが、ウエハ１０の表面部分、更に具体的にいうとウエハ１０に形成されている能動領域１４の上を直接的に走査する。更に具体的に説明すると、発光ビーム１６は、ウエハ１０を局部的に加熱して、ウエハ１０に存在する、更に具体的にいうと能動領域１４に存在する転位をこれの移動度（mobility）を増大することにより移動させる。転位は、予め存在している歪み（例えばＳｉウエハ上のＳｉＧｅ）に基づいて、そしてビーム発生源（例えば、レーザ）自体がビームに沿って移動する大きな歪み場を発生することに基づいて移動する。転位が、埋め込み酸化物層及び浅いトレンチ酸化物内に押し込まれるので、これは、望ましくない電気的漏洩路が形成されることをなくする。
【００１５】
発光ビームは、ビームの温度、掃引速度、吸収プロファイル、及びスポット・サイズを変更できるように構成されている例えばレーザのような任意の型の源により発生されることができる。しかしながら、ランプのような他の源からの他のビームも又使用されることができる。説明を簡単にするために、本発明の方法は、走査型レーザ・デバイスからのレーザ・ビームを使用するものとして説明される。説明中の転位を移動するこのようなデバイスは、走査型レーザ・アニール（ＬＳＡ）処理において使用される。しかしながら、他の処理が本発明の他の実施例において使用され、これに限定されない。
【００１６】
１つの例示的は実施例に従うと、レーザ・ビーム１６は、転位を走査するための２つの互いに異なる動作モードが実現され得るように制御される。第１の動作モードのことを本明細書ではブロー・ダウンと呼ぶ。この動作モードにおいては、図１に示されているように、レーザ・ビーム１６からの応力は、転位を、基板内に、又は例えば埋め込み酸化物層（ＢＯＸ層）１８のような転位吸収シンク内に、又は浅いトレンチ分離（ＳＴＩ）構造１９内に移動又は押し込める。この動作モードは、ウエハ１０内に既に存在していた転位を排除することを可能にする。
【００１７】
ブロー・ダウン技術が半導体デバイスの転位をどのようにして操作するかについては、図２に示されている。ウエハ表面２２の下側にあり参照番号２０により示されている予め存在している転位又は転位ループは、矢印２６により示されている走査方向を有するレーザ・ビーム２４により照射される。レーザ・ビーム２４は、ウエハ表面２２の下側の領域を局部的に加熱する。結果として、転位２０は、これが図示のようにレーザ・ビーム２４のスポット内にある間寸法を成長させ又は増大する。転位２０は、ビームが入射している場合に移動する。転位の動きは矢印２８により示されている。図２に示されているように、ブロー・ダウン現象は、転位２０により到達される最大速度がレーザ・ビーム２４の走査速度よりも小さいときにそれ自身により生じる。図３及び図４に示されているように、転位２０は、ミクロン・スケールまで成長するが、レーザ・ビーム２４が転位２０を通り過ぎると成長を停止する。図３は、レーザ・ビーム２４が転位を通過する前の転位２０を示し、一方図４は、レーザ・ビーム２４が転位を通過した後の転位２０を示す。ブロー・ダウン効果は、ＬＳＡ処理を使用して説明されたが、このブロー・ダウン効果は、フラッシュ・アニール処理を使用しても生じ得る。
【００１８】
図５は、拡大されたウエハ１０の断面側部の一部分を示す。この例示的な図は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による観察により得られたブロー・ダウン現象を示す。勿論、ブロー・ダウン現象を観察するための他のツール及び方法を使用することができる。この例示的な図は、１２５０℃のレーザ走査により能動領域１４から転位がブロー・ダウンして離れていることを示す。
【００１９】
図６及び図７は、１つの例示的な実施例に従う第２の動作モードを示す。この第２の動作モードを本明細書ではサーフィンと呼ぶ。この動作モードを説明するために前述の例を使用すると、サーフィンは、転位２０をレーザ・ビーム２４の速度と一致する速度で成長させるように、レーザ・ビーム２４の局部的なホット・スポットの温度が十分に高くそしてレーザの応力及び予め存在していた層の応力の組み合わせが十分に大きいときに生じる。言い換えると、サーフィンは、転位速度が到達する最大値がレーザ・ビームの走査速度に等しいか又はこれを越えるときに生じる。この動作モードでは、レーザ・ビーム２４は、転位２０の一端がレーザ・ビーム２４の移動ホット・スポットに遅れずについていくように制御され、これによりレーザ走査の長さを越える転位の成長を生じるように制御される。図６は、レーザ・ビームのホット・スポットが転位を通過する前の転位を示し、一方図７は、レーザ・ビームのホット・スポットが転位を通り過ぎた後の転位を示す。図示のように、転位２０の一端はレーザ・ビーム２４の走査方向に沿ってこれと共に移動する。１つの実施例に従うと、サーフィンはＬＳＡ処理の場合のみに生じる。
【００２０】
１つの例示的な実施例に従うと、サーフィンは、転位をこれが存在した源となる場所から他の領域に移動させることにより、或る歪まされていたエンジニアリング・パターン（加工パターン）の特定な領域を緩和させるために又は所望の転位パターンを発生するために使用されることができる。言い換えると、レーザ・ビームは、エッチ・ア・スケッチと呼ばれるお絵かき道具のように、或る層の任意の点から種々な経路に沿って転位を望むように引き延ばすために使用されることができる。
【００２１】
１つの例示的な実施例に従うと、レーザ・ビームの温度及び滞留時間（dwell time,即ちレーザ・スポットの太さ／ＬＳＡ走査速度）は、半導体技術において種々な寸法の転位を走査する役割を果たす。転位は、高温で更に能動的になり、そして所望の動作モードに依存して、レーザ・ビームの走査速度は、転位が走査の長さを越えて成長するか否かを決定する。１つの例示的な実施例に従うと、サーフィン型の成長は、レーザ・ビームの温度が約１２５０℃よりも高くそして走査速度が約１ミリ秒（ｍｓ）よりも大きい時に生じる。温度が非常に低くそして滞留時間が短い場合にはサーフィンは生じない。例えば、サーフィンは、１４９８ケルビン（Ｋ）走査でレーザ・ビームを走査するとき４０ナノミクロン（ｎｍ）の転位ループでは生じなく、一方サーフィンは１６２４Ｋ走査で生じる。かくして、温度及び走査速度は、ウエハの一部から他の部分への転位の引きのばしを排除するように調整されることができる。ウエハの材料が異なると、用途に応じて半導体から又は半導体へ転位を移動させるに必要な温度及び滞留時間が影響されることを理解されたい。
【００２２】
１つの実施例に従うと、レーザ・ビームの方向は、半導体技術において種々な種類の転位を別々に操作する役割を果たす。転位は、特定な滑り面上でのみ移動する。かくして、レーザ・ビームの走査方向に垂直に配向された滑り面上の転位は、サーフィン現象を示さない。走査方向に沿って配向された滑り面上の転位だけが、サーフィン現象を受ける。かくして、レーザ・ビームは、１つの方向に配向された滑り面上の転位だけが所望の転位パターン又は所望の程度の非対称的緩和を得るために走査され得るように制御されることができる。しかしながら、レーザが転位を通過するときに、全ての転位が、或る程度のブロー・アップ現象を示す。
【００２３】
１つの例示的な実施例に従うと、ウエハ１０の転位は又、歪まされた層をウエハ１０に追加することにより操作されることができる。転位は、歪み（熱−不一致）に応答して移動するので、ウエハ１０に現存する転位に追加の歪みを加えることにより、転位を更に迅速に移動させることができる。例えば、サーフィンは、１４９８Ｋのレーザ走査を受けているウエハ上に５０ｎｍの１％歪まされた層を追加することにより生じ得る。
【００２４】
又、転位は異なる歪み誘起材料に対して異なる応答を示すので、異なる歪み誘起材料の採用が転位を操作するために使用されることができる。言い換えると、転位は、或る材料に対して迅速に移動する一方で他の材料に対してはそうでない。例えば、転位の移動度が例えば１／３に減少されると、上述のような歪まされた層を有しそして１４９８Ｋの走査を受けている転位にはサーフィンは生じない。
【００２５】
本発明の１つの例示的な実施例に従うと、本明細書で説明中の方法は、一軸性の層の緩和又は歪み発生がもたらされるように、転位を操作するために使用されることができる。図８は、一軸性の層の緩和又は歪みの発生を如何にしてもたらすかを示す。この図８において、ウエハ１０は、注入された領域（注入領域）５０及び注入されていない領域（非注入領域）５２を有するように製造される。１つの実施例に従うと、ラスタ走査発生器は、転位を有する注入領域から非注入領域へラスタ走査し、非注入領域を配向された転位で満たす。動作において、注入領域は、非注入領域の歪みが１つの方向で緩和されるようにレーザ・ビーム１６を受け、これにより歪みを１つの方向にだけ残す。このような処理は種々な用途において有用である。
【００２６】
１つの例示的な実施例に従うと、図９に示すように、サーフィン技術は、緩和された歪み層から貫通転位を除去するために使用されることができる。ここで、どのような貫通転位（即ち、表面にまで延びる転位）も、サーフィン・モードで働くレーザ・ビームをラスタすることにより問題の領域から除去されることができる。これは、超小型電子デバイスが形成されているウエハの領域から漏洩通路の原因を除去する。
【００２７】
上述の実施例において、レーザ・ビーム２４の温度、掃引速度、吸収プロファイル及びスポット・サイズを変えることにより、転位の進展を効果的に変化させることができる。種々なモデリング技術が、上述の現象を予測するため使用されることができ、そして直接的な実験観察を通して有効化されることができる。
【００２８】
本発明の良好な実施例が説明されたが、本発明の精神から逸脱することなく種々な修正及び変更が可能であることが当業者により理解されるであろう。
【符号の説明】
【００２９】
１０  半導体ウエハ
１２  点線
１４  能動領域
１６  レーザ・ビーム
１８  埋め込み酸化物層
２０  転位
２２  ウエハ表面
２４  レーザ・ビーム
２６  走査方向
５０  注入領域
５２  非注入領域
【図１】
0005005115.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0005005115.tif 000005
【図５】
0005005115.tif 000006
【図６】
0005005115.tif 000007
【図７】
0005005115.tif 000008
【図８】
0005005115.tif 000009
【図９】
0005005115.tif 000010