JP5517832B2

JP5517832B2 - レーザアニール装置及びレーザアニール方法

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Publication number: JP5517832B2
Application number: JP2010185135A
Authority: JP
Inventors: 進櫻木
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2030-08-20
Also published as: JP2012044046A

Description

本発明は、レーザビームを照射して、たとえば半導体基板に添加された不純物（ドーパント）を活性化させるレーザアニール装置及びレーザアニール方法に関する。

パルスレーザビームを照射して、半導体基板に添加された不純物を活性化させる方法が知られている（たとえば特許文献１参照）。また近年、表面から数μｍの深さに配線層が形成された半導体基板の表層部に不純物をイオン注入し、レーザビームを照射してその活性化を行うとともに、結晶欠陥を回復させる方法が求められている。

たとえば一方のシリコン基板上にアルミニウムまたは銅で配線層を形成した後、配線層の形成された面上に、他方のシリコン基板を貼り合わせ、配線層を形成した基板の、貼り合わせ面とは反対側の面を研削及び研磨して、配線層上に数μｍのシリコン層を残す。そしてそのシリコン層に不純物を注入し、不純物の活性化及び結晶欠陥の回復のためのアニールを行う。通常の高温アニール(rapid thermal annealing; RTA)や炉によるアニールでは、配線層の温度が上昇してしまうため、このような構造の半導体基板の活性化アニールは極めて困難であった。

パルスレーザビームを用いる不純物活性化方法においては、ごく短い時間にレーザビームを照射し、局部加熱を行うことによって、半導体基板の最表面部のみを融点前後に加熱することが可能となっている。しかしながら、上述のような構造の半導体基板においては、配線層が数μｍという浅い位置に形成されているため、たとえば配線層の温度を４００℃以下に保った状態で、不純物を活性化させるとともに、不純物注入時に発生した基板表層部の結晶欠陥を完全に回復させるアニールは難しく、たとえば結晶欠陥が残ってしまうという問題がある。

特許文献１には、レーザダイオード(laser diode; LD)励起の固体パルスグリーンレーザ発振器を２台用い、２台から出射されるレーザパルスに１０００ｎｓ以下の時間差を設け、半導体基板の表層部が溶融しない条件で、レーザパルスを基板表面に照射して不純物を活性化する方法が開示されている。この方法は、たとえば基板表面からの深さが５０ｎｍ以下の極めて浅い領域に添加された不純物を活性化するのには有効である。しかし、表面からの深さが５０ｎｍを超える領域の不純物を活性化するのには限界があった。また、表層部を溶融させない程度のエネルギを投入して行うアニールでは、添加された不純物の活性化はできても、結晶欠陥の残留が問題となる。

固体撮像素子の製造工程において、不純物がイオン注入された領域をアモルファス化することによって、レーザビームの吸収率を高め、効率的に活性化を行う方法も開示されている（たとえば、特許文献２参照）。しかしながら、結晶欠陥はアモルファス化するためのイオン注入によっても発生し、アモルファス化した層より深い結晶部分にも多く発生することが知られている。このため、アモルファス層に注入された不純物による欠陥は、固層エピタキシャル成長の過程で回復が可能であるが、アモルファス層を形成するために注入された原子による領域端(end of range; EOR)欠陥などは、回復されず残ってしまう。

不純物注入領域を溶融させ、固液界面からエピタキシャル成長させることにより、不純物の活性化と結晶欠陥の回復を同時に行う半導体装置の製造方法が公知である（たとえば、特許文献３参照）。特許文献３に記載された技術によれば、照射されるレーザ光に対するアモルファス層の吸収係数が結晶層に比べて大きいことを利用し、アモルファス層のみを溶融してエピタキシャル成長させる。しかし特許文献３記載の技術によっても、アモルファス層より深い結晶層に形成された欠陥を完全に回復させることはできない。

レーザアニールにおいて、半導体基板上のレーザビームの入射位置を移動させる手段としては、移動ステージやガルバノスキャナが用いられる（たとえば、特許文献４、５参照）。特許文献４記載のレーザアニール装置においては、ガルバノメータで駆動される偏向ミラーと、移動ステージの動作とを組み合わせて、レーザビームの入射位置の移動を行っている。また、特許文献５記載のレーザアニール装置においては、ガルバノスキャナと１軸精密ステージとが用いられている。

特開２００６−１５６７８４号公報特開２００８−６６４１０号公報特開２００３−２２９５６８号公報特公平７−９５５３８号公報特開平１−１４８４８５号公報

本発明の目的は、高品質のアニールを実現可能なレーザアニール装置及びレーザアニール方法を提供することである。

本発明の一観点によると、
レーザパルスを出射するレーザ光源と、
アニール対象物を保持するステージと、
前記レーザ光源から出射したレーザパルスを、前記ステージに保持されたアニール対象物に伝搬する光学系であって、前記アニール対象物上におけるレーザパルスの入射位置を移動させる走査器を含む光学系と、
前記レーザ光源から出射され、前記走査器を経由して、前記ステージに保持されたアニール対象物に入射する、入射順序が連続する任意の２つのレーザパルスの入射領域が重複部分をもたないように、前記走査器によるレーザパルスの入射位置の移動を制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、前記レーザ光源から出射され、前記走査器を経由して、前記ステージに保持されたアニール対象物に入射する、入射順序が連続する任意の２つのレーザパルスが、前記アニール対象物表面に画定される複数のレーザ照射領域のうち、相互に異なる領域に入射するように、かつ前記レーザ照射領域の各々において前記レーザパルスの入射領域が重複するように、前記走査器によるレーザパルスの入射位置の移動を制御するレーザアニール装置が提供される。

また、本発明の他の観点によると、
（ａ）表層部に不純物が添加された半導体基板を準備する工程と、
（ｂ）前記半導体基板の不純物が添加された領域に、複数のレーザパルスを入射させて前記半導体基板のアニールを行う工程と
を有し、
前記工程（ｂ）において、
入射順序が連続する任意の２つのレーザパルスの入射領域が重複部分をもたないように、前記半導体基板に複数のレーザパルスを入射させ、
入射順序が連続する任意の２つのレーザパルスが、前記半導体基板表面に画定される複数のレーザ照射領域のうち、相互に異なる領域に入射するように、かつ前記レーザ照射領域の各々において前記レーザパルスの入射領域が重複するように前記レーザパルスの入射位置を移動させるレーザアニール方法が提供される。

更に、本発明の他の観点によると、（ａ）表層部に不純物が添加され、内部に配線層が形成された半導体基板を準備する工程と、（ｂ）前記半導体基板の不純物が添加された領域に、複数のレーザパルスを入射させて前記半導体基板のアニールを行う工程とを有し、前記工程（ｂ）において、入射順序が連続する任意の２つのレーザパルスの入射領域が重複部分をもたないように、前記半導体基板に複数のレーザパルスを入射させるレーザアニール方法が提供される。

本発明によれば、高品質のアニールを実現可能なレーザアニール装置及びレーザアニール方法を提供することができる。

パルスレーザビームを照射して、半導体基板を表面から１００ｎｍの深さまで溶融させた場合の、基板内部の温度をシミュレーションした結果を示すグラフである。シリコン基板にパルス幅１１０ｎｓのパルスレーザビーム（シングルパルス）を、１．４Ｊ／ｃｍ^２のパルスエネルギ密度で照射したときの温度履歴をシミュレートした結果を示すグラフである。繰り返し周波数１ｋＨｚで出射させたパルスレーザビームを、シリコン基板に重複率９０％で照射した場合における、４μｍ深さの温度履歴を示すグラフである。繰り返し周波数５ｋＨｚで出射させたパルスレーザビームを、シリコン基板に重複率９０％で照射した場合における、４μｍ深さの温度履歴を示すグラフである。繰り返し周波数１０ｋＨｚで出射させたパルスレーザビームを、シリコン基板に重複率９０％で照射した場合における、４μｍ深さの温度履歴を示すグラフである。（Ａ）は、実施例によるレーザアニール装置を示す概略図であり、（Ｂ）は、貼り合わせ基板３０の概略的な断面図であり、（Ｃ）は、実施例によるレーザアニール方法を説明するための概略図である。変形例によるレーザアニール装置を示す概略図である。比較例によるレーザアニール方法を示す概略図である。

本願発明者は、たとえば内部に配線層が形成され、表層部に不純物が添加された半導体基板に、ＬＤ励起の固体パルスグリーンレーザ発振器から出射されるパルスレーザビームを照射し、不純物が添加された領域よりも深く、結晶欠陥が生成される深さ以上に半導体基板を溶融させて、配線層の温度を４００℃以下に保ちながら、不純物を活性化させるとともに結晶欠陥を回復させるレーザアニール方法を研究した。

図１は、パルスレーザビームを照射して、半導体基板（シリコン基板）を表面から１００ｎｍの深さまで溶融させた場合の、基板内部の温度をシミュレーションした結果を示すグラフである。グラフの横軸は、照射するパルスレーザビームのパルス幅を単位「ｎｓ」で表し、縦軸は、基板内部の最高到達温度を単位「℃」で表す。曲線ａは、表面からの深さが１μｍの位置についての、パルス幅と最高到達温度との関係を示す。曲線ｂ、ｃ、ｄ、ｅはそれぞれ基板表面からの深さが２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍの位置についての両者の関係を示す。

照射するパルスレーザビームのパルス幅が長くなるにつれて基板内部の最高到達温度は上昇する。本図に示すシミュレーション結果からは、たとえば配線層が半導体基板表面から３μｍの深さの位置に形成されている場合、配線層の温度を４００℃以下に維持するためには、照射するパルスレーザビームのパルス幅を６０ｎｓ以下とする必要があることがわかる（曲線ｃ参照）。また、４μｍ、５μｍの深さの位置に形成されている場合には、それぞれ照射するパルスレーザビームのパルス幅を１１０ｎｓ以下（曲線ｄ参照）、１８０ｎｓ以下（曲線ｅ参照）とする必要があることがわかる。

一般的にＬＤ励起固体パルスグリーンレーザ発振器から出射されるパルスレーザビームのパルス幅は、周波数、出力などにより、ある程度の調整は可能である。また、たとえば音響光学素子、電気光学素子もしくは磁気光学素子等を用いて、レーザパルスの一部を切り出すことにより、半導体基板に照射するパルスレーザビームのパルス幅を短くすることも可能である。

図２は、シリコン基板にパルス幅１１０ｎｓのパルスレーザビーム（シングルパルス）を、１．４Ｊ／ｃｍ^２のパルスエネルギ密度で照射したときの温度履歴をシミュレートした結果を示すグラフである。横軸は、レーザパルスの入射時からの経過時間を単位「μｓ」で表し、縦軸は、基板の温度を単位「Ｋ」で表す。曲線ａは、基板表面（レーザ照射面）の温度の時間変化を示す。曲線ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆはそれぞれ、基板表面からの深さが、１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍの位置のシリコン基板温度の時間変化を示す。

本図に示すシミュレーション結果は、基板表面はシリコンの融点（１６８５Ｋ）を超え溶融するが（曲線ａ参照）、４μｍ深さの温度は４００℃に到達しないことを示している（曲線ｅ参照）。このことから、配線層の形成深さが４μｍよりも深い場合には、このレーザ照射条件で、配線層に影響を与えず、たとえば基板表面から１００ｎｍ以下の深さの領域に生成した結晶欠陥を回復させ、注入不純物を活性化させることが可能であることがわかる。

アニールに用いるパルスレーザビームのパルス幅やパルスエネルギ密度等は、不純物添加領域の深さや配線層の深さによって変更する必要がある。また、要求される不純物添加領域の深さと配線層の深さから、シミュレーションによって、アニールに用いるパルスレーザビームのパルス幅やパルスエネルギ密度等を決定することも可能である。

ところで通常、１ショットのレーザパルスのサイズ（基板表面における入射領域の面積）はアニールが必要な領域の面積よりも小さいことから、不純物添加領域における均一な活性化を実現するため、レーザパルスの大部分を重複させながらアニールするのが一般である。

そこで次に本願発明者は、シリコン基板にパルスレーザビームを重複照射した場合の基板温度の変化をシミュレートした。

図３は、繰り返し周波数１ｋＨｚで出射させたパルスレーザビームを、シリコン基板に重複率９０％で照射した場合における、４μｍ深さの温度履歴を示すグラフである。照射するパルスレーザビームのパルス幅は１１０ｎｓ、照射面（シリコン基板表面）におけるパルスエネルギ密度は１．４Ｊ／ｃｍ^２とした。グラフの横軸は、１ショットめのレーザパルスが入射してからの経過時間を単位「μｓ」で表し、縦軸は、基板表面から４μｍの深さの位置の温度を単位「Ｋ」で表した。重複照射を繰り返すことで、徐々に温度が上昇し、７〜８ショットめ以降、４μｍ深さの温度が４００℃を超えることがわかる。

図４、図５は、それぞれ繰り返し周波数５ｋＨｚ、１０ｋＨｚで出射させたパルスレーザビームを、シリコン基板に重複率９０％で照射した場合における、４μｍ深さの温度履歴を示すグラフである。照射するパルスレーザビームのパルス幅、照射面におけるパルスエネルギ密度は、図３に結果を示したシミュレーションと等しく、それぞれ１１０ｎｓ、１．４Ｊ／ｃｍ^２とした。グラフの両軸の表すところは、図３におけるそれらと等しい。図４から、繰り返し周波数を５ｋＨｚと高くすると基板の温度上昇は顕著となり、４ショットめには４μｍ深さの温度が４００℃を超えることがわかる。また、図５を参照すると、繰り返し周波数を１０ｋＨｚと更に高くすると基板の温度上昇は一層顕著となり、３ショットめには４μｍ深さの温度が４００℃を超え、その後の温度上昇も著しいことがわかる。

重複照射で、基板温度が上昇するのは、基板における蓄熱効果によるものである。高い繰り返し周波数で重複照射を行うほど、基板の温度上昇が顕著になるのも同様に蓄熱効果のためである。高い繰り返し周波数で重複照射を行ってレーザアニールを実施すると、加工のスループットを上げることができる。しかしながら基板温度が上昇し、複数ショットを照射した時点で、配線層の温度が４００℃を超えてしまう。レーザアニールにおいては、重複照射をさけることで基板の温度上昇を抑止することができると考えられる。

本願発明者は、蓄熱の影響による加工品質の低下を防止することのできるレーザアニール方法を考案した。

図６（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、実施例によるレーザアニール方法を説明する。

図６（Ａ）は、実施例によるレーザアニール装置を示す概略図である。実施例によるレーザアニール装置は、レーザ光源１０、バリアブルアッテネータ１１、光ファイバ１２、レンズ１３、ガルバノスキャナ１４、ｆθレンズ１５、ＸＹステージ１６、及び制御装置１７を含んで構成される。

たとえばＮｄ：ＹＬＦレーザ発振器と波長変換素子を含んで構成されるＬＤ励起固体パルスグリーンレーザであるレーザ光源１０から、パルスレーザビーム２０が出射する。パルスレーザビーム２０は、Ｎｄ：ＹＬＦレーザの第２高調波（波長５２７ｎｍ）であり、たとえば出力７５Ｗ、発振周波数３ｋＨｚで出射される。パルスレーザビーム２０は、入射光の光強度を減衰率可変に変化させるバリアブルアッテネータ１１で光強度を調整され、光ファイバ１２に入射する。光ファイバ１２は、長さ方向と垂直な断面が、たとえば一辺０．８ｍｍの正方形状である光ファイバであり、内部を進行する光の強度を断面内で均一化する。パルスレーザビーム２０は、断面形状を一辺０．８ｍｍの正方形状に整形され、断面内の光強度分布を均一化されて、光ファイバ１２の出射端から出射する。

光ファイバ１２を出射したパルスレーザビーム２０は、レンズ１３、ガルバノスキャナ１４、及びｆθレンズ１５を経由して、ＸＹステージ１６上に保持された加工対象物である貼り合わせ基板３０に入射し、貼り合わせ基板３０のレーザアニールが行われる。ガルバノスキャナ１４は２枚の揺動鏡（ガルバノミラー）を含んで構成され、パルスレーザビーム２０の進行方向を変化させる。レンズ１３及びｆθレンズ１５は、光ファイバ１２の出射端におけるビーム断面を貼り合わせ基板３０上に結像させる。パルスレーザビーム２０は、ガルバノスキャナ１４の動作で進行方向を変化され、貼り合わせ基板３０上における入射位置を移動される。ＸＹステージ１６は、貼り合わせ基板３０を面内方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動可能に保持する。

制御装置１７は、レーザ光源１０からのパルスレーザビーム２０の出射、バリアブルアッテネータ１１の減衰率（バリアブルアッテネータ１１を出射するパルスレーザビーム２０の光強度）、ガルバノスキャナの動作（貼り合わせ基板３０上におけるパルスレーザビーム２０の入射位置）、及びＸＹステージ１６による貼り合わせ基板３０の移動を制御する。

図６（Ｂ）は、貼り合わせ基板３０の概略的な断面図である。貼り合わせ基板３０は、たとえばシリコン層３０ｃ、配線層３０ｂ、シリコン層３０ａがこの順に積層された構造を有する、直径２００ｍｍの円形半導体基板である。

たとえば一方のシリコンウエハ（シリコン層３０ｃ）上にアルミニウムまたは銅で配線層３０ｂを形成した後、配線層３０ｂの形成された面上に、他方のシリコンウエハを貼り合わせ、配線層を形成したウエハの、貼り合わせ面とは反対側の面を研削及び研磨して、配線層３０ｂ上に厚さ４μｍのシリコン層３０ａを残す。シリコン層３０ａの表層部には、ｐ型不純物、たとえばホウ素（Ｂ）を２ｋｅＶのエネルギ、１Ｅ＋１４ｉｏｎ／ｃｍ^２のドーズ量でイオン注入する。こうして内部に配線層３０ｂが形成された貼り合わせ基板３０が作製される。

パルスレーザビーム２０は、シリコン層３０ａ表面から、貼り合わせ基板３０の不純物が添加された領域に照射され、シリコン層３０ａのレーザアニール（不純物の活性化及び結晶欠陥の回復のためのアニール）が行われる。レーザアニールにおいては、貼り合わせ基板３０上におけるレーザパルスのパルスエネルギ密度が、たとえば１．４Ｊ／ｃｍ^２となるように、バリアブルアッテネータ１１を調整する。

図６（Ｃ）を参照して、実施例によるレーザアニール方法を説明する。図６（Ｃ）は、貼り合わせ基板３０のシリコン層３０ａ表面（レーザ照射面）の一部を示す平面図である。

実施例によるレーザアニール方法においては、まず、貼り合わせ基板３０（シリコン層３０ａ）上の一部領域（ガルバノスキャナ１４の走査可能範囲内）に複数の領域を画定する。ここではＸ方向及びＹ方向に沿う一辺２５ｍｍの正方形の領域内に、領域Ａ〜Ｉの９つの合同な領域を画定する。ここで一辺２５ｍｍの正方形領域は、たとえば作製される素子のサイズに合わせた領域である。そしてパルスレーザビーム２０の各レーザパルスが、順に領域Ａ〜Ｉ内に照射されるように、制御装置１７により、ガルバノスキャナ１４の動作を制御する。本図には、正方形状のビーム入射領域の脇に、レーザパルスの照射順序を添えて示した。

１〜９ショットめのレーザパルスが、順に領域Ａ〜Ｉの内部に照射される。照射位置のシリコン層３０ａの表層部は、たとえば表面から１００ｎｍの深さまで溶融される。この溶融深さは、イオン注入による結晶欠陥生成領域よりも深い深さである。画定したすべての領域Ａ〜Ｉ内に１ショットずつレーザパルスを入射させた後、１０〜１８ショットめのレーザパルスもまた、順に領域Ａ〜Ｉの内部に照射する。これを繰り返し、各領域Ａ〜Ｉに、８ショットおきにレーザパルスを入射させてレーザアニールを行う。レーザパルスの照射は、たとえば領域Ａ〜Ｉのすべてについて、Ｘ方向とＹ方向の双方向に、重複率が９０％となるように（任意の位置につき等しいショット数の、ここでは１００ショットのレーザパルスが照射されるように）行う。

ガルバノスキャナ１４の走査可能範囲内に画定された領域Ａ〜Ｉのレーザアニールが終了した後、ＸＹステージ１６により貼り合わせ基板３０を、たとえばＹ方向に２５ｍｍだけ移動させ、領域Ｃ、Ｆ、ＩとＹ軸負方向側で隣接する一辺２５ｍｍの正方形領域をアニールする。その場合も正方形領域内にたとえば９つの合同領域を画定し、領域Ａ〜Ｉのレーザアニールと同様に、各領域に順にレーザパルスを照射してアニールを実施する。

ガルバノスキャナ１４の走査可能範囲内に画定された９つの合同領域のレーザアニールと、ＸＹステージ１６による貼り合わせ基板３０の移動とを繰り返し、直径２００ｍｍの円形貼り合わせ基板３０全面のアニールを行う。

実施例によるレーザアニール方法によれば、シリコン層３０ａにイオン注入した不純物を活性化するとともに、イオン注入によって発生した結晶欠陥を、エピタキシャル成長により回復し、良好な結晶状態を得ることができる。ガルバノスキャナ１４の走査可能範囲内に画定された領域Ａ〜Ｉ内に順にレーザパルスを入射させ、貼り合わせ基板３０に入射する、入射順序が連続する任意の２つのレーザパルスの入射領域が重複部分をもたないように入射位置の制御を行うため、蓄熱効果による基板温度の上昇が抑制され、レーザ照射面（イオン注入が行われたシリコン層３０ａの表面）から深さ４μｍの位置に形成された配線層３０ｂを低温、たとえば４００℃以下に保つことが可能である。このように、実施例によるレーザアニール方法によれば、高品質のアニールを実現することができる。なお、実施例によるレーザアニール方法は実用的なスループットで実施することが可能である。

なお、たとえば領域Ａ〜Ｉのレーザアニールにおいて、領域ごとに、レーザ照射面上におけるレーザパルスのパルスエネルギ密度が異なる値となるように、バリアブルアッテネータ１１の減衰率を変更する制御を行ってもよい。領域によって溶融深さを変化させ、不純物拡散層の深さを変えることが可能である。この方法によれば、一定の条件でイオン注入された半導体基板内に、作製される素子に求められる特性により、不純物拡散層の深さが相互に異なる領域を作り分けることが可能になる。たとえば、イメージセンサのＲＧＢの各領域にあわせて、異なった深さの不純物拡散層を形成することができる。なお、この方法においては、照射するレーザパルスのパルスエネルギ密度を、領域Ａ〜Ｉごとにすべて異なる値とする必要はない。たとえば、領域Ａのみを他の領域Ｂ〜Ｉと異ならせてもよい。

図７は、変形例によるレーザアニール装置を示す概略図である。変形例は、光ファイバ１２に代えて、短軸用レンズアレイ１８ａ及び長軸用レンズアレイ１８ｂが配置されている点において、実施例と異なる。短軸用レンズアレイ１８ａ及び長軸用レンズアレイ１８ｂは、ビーム断面を整形し、断面内でのレーザビームの光強度分布を均一化するホモジナイザを構成する。

図６（Ｃ）を参照して説明したレーザアニール方法は、変形例によるレーザアニール装置を使用しても実施することができる。

たとえばＬＤ励起固体パルスグリーンレーザであるレーザ光源１０から、パルスレーザビーム２０を、出力３００Ｗ、発振周波数１０ｋＨｚで出射する。パルスレーザビーム２０は、バリアブルアッテネータ１１で光強度を調整され、レンズアレイ１８ａ、１８ｂを用いたホモジナイザによってビーム断面を整形されるとともに、断面内の光強度分布を均一化された後、レンズ１３、ガルバノスキャナ１４、及びｆθレンズ１５を経由して、ＸＹステージ１６上に移動可能に保持された貼り合わせ基板３０に入射する。ホモジナイズ面におけるパルスレーザビーム２０の断面が、レンズ１３及びｆθレンズ１５により、貼り合わせ基板３０上に結像される。パルスレーザビーム２０の貼り合わせ基板３０上におけるビームサイズ（入射領域）は、たとえば一辺が１．２ｍｍの正方形状であり、貼り合わせ基板３０上におけるパルスエネルギ密度は、たとえば１．４Ｊ／ｃｍ^２である。

パルスレーザビーム２０を、ガルバノスキャナ１４の走査可能範囲内に画定された複数の領域に、たとえばＸ方向とＹ方向の双方向に重複率が９０％となるまで、順に照射し、照射完了後、ＸＹステージ１６で貼り合わせ基板３０を移動させる。これを繰り返して、貼り合わせ基板３０全面のアニールを行う。

変形例によるレーザアニール装置を用いても、実施例と同様の効果、たとえば貼り合わせ基板３０の表面から深さ４μｍの位置に形成された配線層３０ｂを４００℃以下に保ちながら、シリコン層３０ａにイオン注入した不純物を活性化するとともに、イオン注入によって発生した結晶欠陥を回復し、良好な結晶状態を得ることができる。

図８は、比較例によるレーザアニール方法を示す概略図である。比較例においては、図６（Ａ）に示す実施例によるレーザアニール装置を用い、ガルバノスキャナ１４の走査可能範囲内の一辺２５ｍｍの正方形領域内を、端部から順にガルバノスキャナ１４で走査し、ビーム入射領域をＸＹ両方向に９０％重複させながらアニールする。一辺２５ｍｍの正方形領域のレーザアニールが終了すると、ＸＹステージ１６により貼り合わせ基板３０を移動させ、それと隣接する一辺２５ｍｍの正方形領域のアニールを、端部から順にパルスレーザビーム２０を照射して行う。これを繰り返し、直径２００ｍｍの円形貼り合わせ基板３０全面をアニールする。

比較例によるレーザアニール方法によれば、注入不純物は活性化されるが、配線層３０ｂの温度が高くなり、配線の一部にボイドが発生する。

以上実施例及び変形例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。

たとえば、実施例においては、一辺２５ｍｍの正方形の領域内に、領域Ａ〜Ｉの９つの領域を画定したが、ガルバノスキャナのスキャンエリアは、作製する素子のサイズに合致するように決められるため、２５ｍｍに限らず、ガルバノスキャナの走査可能範囲内であれば、任意のサイズとすることができる。また領域を正方形状にする必要もなく、たとえば矩形状としてもよい。更に、ガルバノスキャナの走査可能範囲内に画定する領域数も９でなく、２以上の任意の数とすることが可能である。

また、実施例においては、画定したすべての領域Ａ〜Ｉ内に順に１ショットずつレーザパルスを入射させるサイクルを繰り返してレーザアニールを行ったが、たとえば貼り合わせ基板３０に入射する、入射順序が連続する任意の２つのレーザパルスが相互に異なる領域に入射するように、一例として、領域Ａ、領域Ｄ、領域Ａ、領域Ｅ、領域Ｈ、領域Ｅ、領域Ａ、・・という入射順序を含む態様で、レーザパルスを領域Ａ〜Ｉ内に照射してレーザアニールを行ってもよい。

その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。

レーザアニール一般、たとえば内部に配線層が形成された半導体基板のレーザアニールに利用可能である。裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサの不純物活性化、その他のシリコン系半導体にイオン注入やプラズマドーピングで注入された不純物の活性化、更に結晶欠陥の回復や再結晶化に利用可能である。

１０レーザ光源
１１バリアブルアッテネータ
１２光ファイバ
１３レンズ
１４ガルバノスキャナ
１５ｆθレンズ
１６ＸＹステージ
１７制御装置
１８ａ短軸用レンズアレイ
１８ｂ長軸用レンズアレイ
２０パルスレーザビーム
３０貼り合わせ基板
３０ａシリコン層
３０ｂ配線層
３０ｃシリコン層

Claims

レーザパルスを出射するレーザ光源と、
アニール対象物を保持するステージと、
前記レーザ光源から出射したレーザパルスを、前記ステージに保持されたアニール対象物に伝搬する光学系であって、前記アニール対象物上におけるレーザパルスの入射位置を移動させる走査器を含む光学系と、
前記レーザ光源から出射され、前記走査器を経由して、前記ステージに保持されたアニール対象物に入射する、入射順序が連続する任意の２つのレーザパルスの入射領域が重複部分をもたないように、前記走査器によるレーザパルスの入射位置の移動を制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、前記レーザ光源から出射され、前記走査器を経由して、前記ステージに保持されたアニール対象物に入射する、入射順序が連続する任意の２つのレーザパルスが、前記アニール対象物表面に画定される複数のレーザ照射領域のうち、相互に異なる領域に入射するように、かつ前記レーザ照射領域の各々において前記レーザパルスの入射領域が重複するように、前記走査器によるレーザパルスの入射位置の移動を制御するレーザアニール装置。
前記制御装置は、前記レーザ光源から出射され、前記走査器を経由して、前記ステージに保持されたアニール対象物に入射するレーザパルスが、前記複数のレーザ照射領域のすべてに順に、１ショットずつ入射するサイクルを繰り返すように、前記走査器によるレーザパルスの入射位置の移動を制御する請求項１に記載のレーザアニール装置。
前記制御装置は、前記レーザ光源から出射され、前記走査器を経由して、前記ステージに保持されたアニール対象物に入射するレーザパルスのショット数が、前記複数のレーザ照射領域のすべての任意の位置につき等しくなるように、前記走査器によるレーザパルスの入射位置の移動を制御する請求項１または２に記載のレーザアニール装置。
更に、前記光学系は、前記レーザ光源と前記走査器との間のレーザパルスの光路上に配
置され、入射するレーザパルスの光強度を変化して出射する光強度調整器を含み、
前記制御装置は、前記レーザ光源から出射され、前記光強度調整器及び前記走査器を経由して、前記ステージに保持されたアニール対象物に入射するレーザパルスが、前記複数のレーザ照射領域のうちの第１照射領域と第２照射領域とに、異なるパルスエネルギ密度で入射するように、前記光強度調整器を出射するレーザパルスの光強度、及び、前記走査器によるレーザパルスの入射位置の移動を制御する請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザアニール装置。
（ａ）表層部に不純物が添加された半導体基板を準備する工程と、
（ｂ）前記半導体基板の不純物が添加された領域に、複数のレーザパルスを入射させて前記半導体基板のアニールを行う工程と
を有し、
前記工程（ｂ）において、
入射順序が連続する任意の２つのレーザパルスの入射領域が重複部分をもたないように、前記半導体基板に複数のレーザパルスを入射させ、
入射順序が連続する任意の２つのレーザパルスが、前記半導体基板表面に画定される複数のレーザ照射領域のうち、相互に異なる領域に入射するように、かつ前記レーザ照射領域の各々において前記レーザパルスの入射領域が重複するように前記レーザパルスの入射位置を移動させるレーザアニール方法。
前記工程（ｂ）において、前記複数のレーザ照射領域のすべてに順に、１ショットずつレーザパルスを入射させるサイクルを繰り返して、前記複数のレーザ照射領域のアニールを行う請求項５に記載のレーザアニール方法。
前記工程（ｂ）において、前記複数のレーザ照射領域のすべての任意の位置につき等しいショット数のレーザパルスを入射させる請求項５または６に記載のレーザアニール方法。
前記工程（ｂ）において、前記複数のレーザ照射領域のうちの第１照射領域と第２照射領域とに、パルスエネルギ密度を異なる値にして、レーザパルスを入射させる請求項５〜７のいずれか１項に記載のレーザアニール方法。
（ａ）表層部に不純物が添加され、内部に配線層が形成された半導体基板を準備する工程と、
（ｂ）前記半導体基板の不純物が添加された領域に、複数のレーザパルスを入射させて前記半導体基板のアニールを行う工程と
を有し、
前記工程（ｂ）において、
入射順序が連続する任意の２つのレーザパルスの入射領域が重複部分をもたないように、前記半導体基板に複数のレーザパルスを入射させるレーザアニール方法。