JPH07506221A - 多材料，多層装置の材料の対象物構造を選択的にレーザ処理するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 多材料、多層装置の材料の対象物構造を選択的にレーザ処理するシステム及び方 法 技術分野 本発明は、多材料、多層装置の単−又は多重層の材料を選択的に処理するレーザ システム及び方法に関するもので、特に集積回路のシリコン基板上の導電性リン ク又は抵抗性波膜構造の選択除去を容易にするともに、ある光スペクトルに感応 する能動装置の機能的なレーザ処理を容易にする波長範囲内の出力を用いるレー ザシステム及び処理方法に関するものである。

発明の背景 通常のレーザシステムは代表的に、集積回路又はＥＰＲＯＭ、ＤＲＡＭ及びＳＲ ＡＭのようなメモリ装置における導電性半導体リンク又は抵抗性被膜構造のよう な対象物構造を処理するのに用いられている。ここで選択的な材料処理の例のみ で示すリンク処理には、リンク材料の全体的な又は部分的な除去、切断又は蒸発 を含みつる。リンク処理レーザシステムの例は本発明の譲受人であるエレクトロ ・サイエンティフィック・インダストリーズ社によって製造された型番８０００ Ｃ及び９０００のシステムを含む。抵抗性被膜トリミング及び機能装置トリミン グ用のレーザシステムの例は、同じくエレクトロ・サイエンティフィック・イン ダストリーズ社によって製造された型番４４及び４２００のシステムを含む。

これらのシステムは１．０６４μｍ、１．０４７μ腸及び０．５３２μｍの出力 波長を利用している。

レーザに基づくリンク処理に対する物理学及びコンピュータモデルは、文献”Ｊ ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ”、　Ｖｏｌ、　 １　、　Ｎａ２．　Ｍａｒｃｈ　／＾ｐｒｉｌ１９８６■ 第３６８〜３８１頁の論文＋Ｃｏｓ＋ｐｕＬｅｒ　Ｓｉｓ＋ｕｌａＬｉｏｎ　ｏ ｒ　Ｔａｒｇｅｔ　Ｌｉｎｋ　Ｉ！ｘ９１ｏｓｉｏｎｉｎ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａ ｂｌｅ　Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ　ｆｏｒ　５ｉｌｉｃｏｎ　Ｍｅｍｏｒｙ　”　 （Ｌ、Ｍ、　５ｃａｒｆｏｎｅ及■i、Ｄ。

Ｃｈｌｉｐａｌａ　氏著）及び”　Ｉ　Ｅ　Ｅ　Ｅ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ 　ｏｎ　Ｂｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｖｉｃｅｓ’　、Ｖｏｌ、３U゜ ＮｌＧ、　Ｊｕｎｅｌ　９８９の第１０５６〜１０６１頁の論文”Ｃｏｍｐｕｔ ｅｒ−Ｐｒｏｇｒａ＋ｎａｂｌｅＲｅｄｕｎｄａｎｃｙ　ｔａｒ　ＶＬＳ　Ｉ　 Ｍｅｍｏｒｙ　Ｒｅｐａｉｒ　’　（Ｊ、Ｄ、　Ｃ１山ｐａｌａ、　Ｌ、Ｍ、　 ５ｃａｒｆｏ獅■ 及びＣＩ＋１ｈ−Ｙｕａｎ　Ｌｕ氏著）に記載されている。

第１Ａ及び１８図は、リンク端子１４間に配置でき、代表的にしばしば酸化物表 面安定化の結果として保ｒＪ層１６により被覆されている集積回路又はメモリリ ンク構造１２に向けたレーザ出力又はパルスＩＯの通常の出力エネルギー分布を 示す。リンク構造１２は、単一材料の１つ以上の層又は反射防止被覆や、結合や 、他の製造目的の為に必要な材料を含む複数の材料の複合“サンドイッチ”構造 を以って構成しうる。リンク構造１２は例えば、チタン及びタングステンの副層 を含み、アルミニウムを基礎とするリンク材料と、酸化物層を有しうるシリコン 基板２２との間の被着を高めるようにすることができる。

第１Ａ及び１８図を参照するに、Ｃｈｌｉｐａｌａ氏等は、半径Ｒ（例えば２μ ■）のスポット１８に集束されリンク構造１２をまたいで与えられるレーザパル スｌＯはリンク構造を切断しうる温度分布を生ぜしめるのに適した持続時間又は パルス幅を有する必要があるとともにある波長で十分なエネルギーとする必要が あるということを示唆している。スポット１８の空間的な或は臨界的な寸法は代 表的にくしかし必ずしもそうではないカリリンク構造１２の幅（例えば約１μｍ ）よりも大きい為、レーザパルスｌＯの一部がシリコン基板２２に当たる。従っ て、レーザパルスＩＯは、直接のレーザエネルギー吸収により、又はリンク構造 １２の蒸発後、このリンク構造体１２の下側の基板２２中に結合される残留パル スエネルギーにより、又は熱伝導によりシリコン基板２２或は隣接の回路構造２ ０に損傷を及ぼすのに充分なエネルギーを有さないようにする必要がある。

メモリ装置の歩どまりは例えば、１．０６４又は１．０４７μ墓のレーザ出力の 使用と多結晶シリコン及びポリサイド（Ｐｏｌｙｃｉｄｅ）リンク構造１２の使 用とを組合せて冗長なメモリセルを可能にすることにより著しく改善された。多 結晶を主成分とする材料は比較的劣った導電体であるが、リンク構造Ｉ２を製造 するのにこの材料が用いられている。その理由は、１．０４７μ鳳又は１．０６ ４μｍの波長での通常のレーザ出力を発生するレーザシステムにより、シリコン 基板２２を不所望に損傷せしめることのないエネルギーレベルで上記の材料を容 易に処理しうる為である。良好に制御したエネルギー及びパワーレベルを有する レーザ出力により多結晶シリコンリンク構造全体に亘って、多結晶シリコンの溶 融温度を越える所望の温度分布を発生することができる。Ｓｃａｒｇｏｎｅ氏等 はこの利点を多結晶シリコン、保護層１６、基板２２及び含まれる他の材料の機 械的強度、熱伝導率、溶融温度及び蒸発温度のような他の適当なパラメータと組 合せて多結晶シリコンの比較的深い光吸収深さまで適用している。

しかし、この技術傾向は層の個数が多く、リンク構造及びメモリセルの寸法が一 層小さい一層複雑で高密度のメモリを開発するのに向けられている。メモリ装置 の複雑性及び層の個数が大きくなると、多結晶シリコンのような材料が代表的に より一層深く埋込まれ、レーザを用いて処理するのが一層困難となる。従って、 代表的には、処理すべき多結晶シリコンのような構造を露出させる為に表面層を 正確にエツチング除去するのに高価で時間を浪費する処理が用いられている。多 結晶シリコンのような材料の他の欠点は、寸法が小さくなると電気抵抗が増大し 、これによりメモリセルの動作速度を制限するということである。

金属はその導電率が高く、代表的にメモリ装置の頂部の導電層として堆積されて いる為、製造咎は、記憶容量が４メガビツトを、又ｌＧメガビットさえも越える 高密度、高速度のメモリチップの新たな世代において、リンク構造１２の材料を 例えばアルミニウム、チタン、ニッケル、銅、タングステン、プラチナ、金、金 属窒化物（例えばチタン窒化物）又は他の導電性金属のような材料のような金属 に変えることを望んでいる。

しかし、不所望なことに、金属や他の導電性材料は１．０４７μ−又は１．０６ ４μｍの波長で多結晶シリコンのような構造の光吸収深さ及び光吸収係数よりも 著しく浅い光吸収深さ及び著しく小さい光吸収係数を有し、１．０４７μｍ又は １．０６４μ■の波長のレーザ出力の大部分を反射せしめてしまう。従って、吸 収されるレーザ出力エネルギーのわずかな部分が高導電性のリンク構造の最も頂 部の部分又は表面を加熱するにすぎず、リンク構造１２の下側部の大部分は低い 温度に維持されたままとなる。従って、多結晶シリコンのような構造を処理する のに用いるのと同じレーザ出力エネルギー及びパワーレベルで高導電性リンク構 造１２を良好に処理するのが極めて困難となる。

レーザ出力パワーレベルを単に増大させるだけではシリコン基板２２及び隣接の 回路構造２０に悪影響を及ぼす。一方、レーザ出力パルス幅を増大させるととも に、熱伝導が高導電性のリンク構造１２の下側部に熱を再分布するのに充分な時 間出力パワーレベルを維持すると、出力パルスのレーザエネルギーの蓄積を高め 、これにより基板２２及び回路構造２０を損傷させるおそれを高める。従って、 ある当業者はレーザシステムはもはや高導電性のリンクを処理するのに適した手 段ではないことを結論すけており、その代りイオンビームを用いることを論じて いる（“５ｃｉｅｎｔ山ｃ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　”　、　０ｃｔｏｂｅｒ　１９ ９１　、第９６〜ｌＯ１頁の論文”Ｆｏｃｕｓｅｄ　ｔｏｎ　Ｂｅａｉ＋ｓ　” 　、　Ｊｏｎ　０ｒｌｏｆｆ氏著）。しかし、イオンビーム技術はこのような分 野にとって依然として多くの実験を要するもので、掘めて高価となり、自動製造 処理に適さず、現存のレーザに基づくリンク切断システムに容易にレトロフィツ トできない。

シリコンウェファ上の集積回路装置における薄膜抵抗構造（図示せず）の受動ト リミングが材料選択処理の他の例である。抵抗構造は代表的にニッケルクロマイ ド（ｎｉｃｋｅｌ　ｃｈｒｏｍｉｄｅ）、窒化タンタル、珪化セシウム又は他の 抵抗性材料の薄膜を有し、０れらはノリコンのような異なる材料の基板内に埋込 まれているかこの基板上に層状となっており、所望の値を有する抵抗構造を得る 為にレーザ処理すなわちトリミングしうる。レーザリンク処理の場合と同様に、 通常の波長を有し、シリコン基板上の抵抗薄膜の良好なトリミングを達成するの に充分なノ々ワーをｆｒするレーザ出力は基板を損傷せしめるおそれを有する。

目的とする能動装置の“機能上の”レーザ処理又はトリミングは材料選択処理の 他の例である。機能上のトリミングでは、目的とする装置がその目的とする機能 を達成するまでこの装置を繰返しトリミングし評価する。機能上のトリミングは °Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　５ＰＩＥ　−、Ｖｏｌ。６１１　（Ｊａｎ、 ＋９８６）の第１２〜１３頁の論文＋Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　Ｌａ５ｅｒ　Ｔｒ ｉｎ＋ｍｉｎｇ　：＾ｎ　Ｏｖｅｒｖｉｅｗ　”　、　Ｒ，Ｉｌ、　Ｗａｇｎｅ ｒ氏著及び”Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｒ　５ＰＩＥ”　、　Ｖｏｌ、　６１ １　（Ｊａｎ、　１９８６）の第７０〜８３頁の論文”Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　 Ｌａ５ｅｒ　Ｔｒｉｍｍｉｎｇ　ｏｒ　Ｔｈ１ｎ　Ｆｉｌａ＋　Ｒｅ５ｉｓｔｏ ｒｓ　ｏｎ　５ｉｌｉｃｏｎ　Ｉbｓ”　、　Ｍ、　Ｊ。

Ｍｕｅｌｌｅｒ及びＷ、　Ｍｉｃｋａｎｉｎ氏著に詳細に説明されている。

１．０６４μｖａ、１．０４７μ園又はこれらの高：Ａ波のような通常のレーザ 出力で機能上のトリミングを行なうと、リンク又は薄膜処理とは異なる問題を生 じる。これらのレーザ波長はシリコン基板中に過剰のキャリアを生ぜしめ、その 結実装置を全体として故障させるおそれがあり、これらの波長での機能上のレー ザ処理を不可能に又は不所望にゆっ（りにする。その理由は、装置が正常に機能 する前にこれらのキャリアを消失させるのに余分な時間を必要とする為である。

このことは、装置の機能論理の一部として集積化されたＣＣＤのようないくつか の光感応部分又は充電素子を有する装置にとって特にそうである。通常のレーザ 出力でのレーザ処理中、これらの光感応又は光電子部分がレーザビームに反応し 、これらがレーザビームに接近しているかどうかにかかわらず、装置全体を不能 にする。処理制御が装置の実時間機能の測定値に基いているこのような装置の機 能上のレーザ処理又はトリミングは、レーザビームにより装置が不能となる為に 行なうのか不可能である。

発明の概要 本発明の目的は、種々の高導電性（例えば金属性）又は抵抗性材料からそれぞれ 形成するリンク又は被膜構造を、下側の又は周囲の基板或いは隣接の回路構造に ｔｎ傷を及ぼずごとな（、良好に処理するレーザシステム及び方法を提供するこ とにある。

本発明の他の目的は、高導電性又は抵抗性材料とシリコンとの間の光吸収の差を 利用する為に選択したレーザ出力パラメータを用いて、リンク又は被膜構造を蒸 発又は処理した後にシリコン基板中に入り込んだ残留レーザ出力によりシリコン 基板か受ける損傷を減少又は無くずようにするシステム及び方法を提供すること にある。

本発明の更に池の目的は、高導電性又は抵抗性材料とシリコンとの間の光吸収の 差を利用する為に選択したレーザ出力パラメータを用いて、レーザ出力の過大ス ポットの臨界寸法内に入るシリコン基板又は隣接構造に影響を及ぼすことなく高 導電性リンク又は抵抗性被膜構造を有効に蒸発させるシステム及び方法を提供す ることにある。

本発明の更に他の目的は、処理上の窓を大きくした、すなわち装置構造の大きな 変化を容認でき、或いはリンク又は被膜構造を正確に処理する為のレーザ出力パ ワーやエネルギーレベル、パルス幅及びパルス繰返し周波数の大きな変動を許容 しつる、或いはこれらの双方を行ないつるシステム及び方法を提供することにあ る。

本発明の更に池の目的は、現存のリンク又は波膜処理レーザシステムに比較的廉 価にレトロフィツトしつるシステム及び方法を提供することにある。

本発明は、リンク又は被膜材料とその下側の基板との間の光吸収差（吸収コント ラストとも称する）を利用する。本発明のシステム及び方法は、例えばシリコン と、金属又は半導体を含む高導電性又は抵抗性成膜との間の吸収コントラストを 最適化し、その結果周囲及び下側の基板材料に損傷を及ぼすおそれなくリンク又 は波膜処理（切断又は蒸発）を比較的有効にする（リンク又は波膜処理に対して 通常でない範囲の波長の）レーザ出力を生ぜしめる。特に、シリコンは１．　２ 〜３．０μｍの波長範囲の適切なパワーのレーザ出力によりほんのわずかしか影 響されないが、アルミニウム、ニッケル、タングステン、プラチナ及び金や、そ の他の金属、ニッケルクロマイドのような金属合金、金属窒化物（例えばチタニ ウム又はタンタルの窒化物）及び珪化セシウムはこのようなレーザ出力を比較的 良好に吸収する。

リンク構造１２又は被膜構造を処理する従来のレーザシステム及び方法はリンク 構造１２のレーザパワー吸収及び温度分布特性を強調し、一方、本発明は基板２ ２の光透過／吸収特性をも考慮する。従来のレーザシステムは、主として、０゜ ５３２μｍのレーザ波長よりも好ましい１．０４７μ■又は１．０６４μ腸のレ ーザ波長を用い、パルス１０の、持続時間及びパワーを含んだ形状を操作するこ とによりスポット１８内の温度分布を制御して基板２２の過熱を回避し、リンク 構造１２にまたがる温度分布を可能な限り最大に均一にする。本発明はリンク構 造１２及び基板２２の光吸収の差を利用する為、パルス形状に対する注意力を軽 くでき、基板２２をｔ！傷するおそれなくピークパワーが大きく持続時間の短い パルス１０を用いることかできる。

現存のリンク又は波膜処理レーザシステムは１．２〜３．０μ−の波長範囲で出 力を発生するように比較的廉価に変更しうる。更に、この波長範囲内でレーザ出 力を生しる従来のレーザ装置はリンク又は波膜処理に適合しうる。この波長範囲 内で出力を生じる入手可能なレーザ装置は通常光ファイバ通信、医療分野、軍事 上のレンジファインダ及び大気汚染監視で用いられている。しかし、このような レーザシステムは一般的な材料処理に用いられていない。その理由は、これらの レーザシステムは例えば１．０６４μ−の波長のＮｄ：ＹＡＧレーザ又はｌ１０ １６ｕの波長のＣＯｔレーザよりも複雑で代表的にパルス当たりのパワーすなわ ちエネルギーが可成り低いレーザ出力を生じる為である。所望のビーム品質でレ ーザ出力の平均又はピークのパワーを最大にするレーザ材料処理における通常の 知識によっては、出力パワーを最適にしない波長を用いることを強く回避する。

この通常の知識とは相違して本発明においては、たとえレーザ出力のピークのパ ワーか通常得られるパワーよりも低くとも、材料選択処理に対する吸収コントラ ストを最大にする波長窓を有するレーザ出力を用いるものである。

本発明により達成する材料選択処理の他の利点は、ある光感応又は光電子部分を 有する目的装置の機能的なレーザ処理又はトリミングを容易にすることである。

例えば、シリコンを主成分とする装置を機能的に処理する為に１．　２μ閣より も大きな波長を有するレーザ出力を用いることにより、レーザ誘起される不所望 な機能上のシフト又は装置の故障を可成り無くす。その理由は、シリコンを主成 分とする光感応性装置又は充電装置は１．　２μｍよりも大きな波長に対し実際 上“ブラインド”となる為である。シリコン基板自体は１．　２μ耀よりも大き な波長で殆ど透明となるとともにシリコン基板ではこのような波長を有するレー ザビームによって実質的な鳳のキャリアか励起されない。従って、整定時間（ｓ ｅＬＩＩｉｎｇ　ｔｉｍｅ）を実際上必要とせず、これらの装置の電圧機能測定 を、重要なエラーを生じることなく殆ど同時に達成しつる。

本発明の他の目的及び利点は、図面を参照して行なう好適実施例の以下の詳細な 説明から明らかとなるであろう。

図面の簡単な説明 第１Ａ図は特定のエネルギー分布により特徴付けられるレーザパルスを受けてい る通常の半導体リンク構造の側方からの部分的断面図である。

第１Ｂ図は第１Ａ図の半導体リンク構造及びレーザエネルギー分布を隣接の回路 構造と一緒に示す部分的頂面図である。

第２図はシリコンの温度を種々に変えた場合の波長に対するシリコンの光透過率 特性を示すグラフ線図である。

第３図は波長に対する４つの異なる金属の光吸収特性を示すグラフ線図である。

第４図は本発明を導入したレーザシステムの好適例を示す平面図である。

好適実施例の詳細な説明 第２及び３図はノリコンの光透過特性及びアルミニウム、ニッケル、ダンゲステ ン及び未来のリンク構造１２に用いうるプラチナのような種々の金属の光吸収特 性をグラフで示している。第２図はＡｐｐｌ、　ＯｐＬ、　Ｖｏｌ、４　（１９ ６５）の第１４８８頁（Ｄ、Ｔ、　Ｇ１１ｌｅｓｐｉｃ、＾、Ｌ、　０１ｓｅｎ 及びり、Ｗ、　Ｎ１ｃｌ＋ｏｌｓ氏著）の第０ｅ−５２図の一部を拡大して示す ものである。第２図は、２．８０關の厚さの単結晶Ｎ型シリコンはその温度が２ ５及び３００”Ｃ間にある際に約１．１２〜４．５閣−の波長範囲内でこのシリ コンに向けられたレーザ出力のほぼ５０％を透過するということを示している。

この種類のノリコ／の透過率は出力波長が１．１２＋＋Ｉ１１以下に降下すると 急激に減少する。

第３図は＋１ｌａｎｄｂｏｏｋ　ｏｆ　Ｌａ５ｅｒ　５ｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　 Ｔｅｃｂｎｏｌｏｇｙ”　、　Ｖｏｌ、　ＩＶ　Ｏｐｔｉｃ≠■ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　：　Ｉ’ａｒＬ２　（Ｍａｒｖｉｎ　Ｊ、　Ｗｃｂｃ＋氏 ？？）　、　ＣＩｔＣＩ’ｒｃｓｓ　（１’Ｊ　８　Ｇ）に■■ れる吸収率のグラフの関連部分を編集したものである。第３図は、アルミニウム 、ニッケル、タングステン及びプラチナのような金属か０．１１ｔ■以下から３ ．０μｍまでの波長範囲の使用可能なレーザ出力を吸収し、アルミニウムは他の 金属のように吸収しないということを示している。リンク構造１２を形成するの に用いる金属窒化物（例えば窒化チタン）や他の高導電性金属のような材料は一 般に同様な光吸収特性を有している。しかし、このような材料に対する吸収係数 は金属に対する吸収係数のように容易に得られない。

第２及び３１Ａにおけるグラフは、シリコンか殆ど光透過性であり且つ金属リン ク材料の光吸収特性がこれら金属リンク材料を処理するのに充分である約１．　 ２μｍ〜約２μｍの好適型復波長範囲３０を示す。１２〜２．０μｍの波長範囲 ３０と、１６４μｍ及び０５３２μｍの通常のレーザ波長とを比較すると、当業 者はシリコン基板２２の光透過率は散積増大し、高導電性のリンク構造１２の尤 吸収率は約２分の１に減少することか分る。シリコン基板２２及び高導電性のリ ンク構造１２の、光透過率の逆数である光吸収串間のコントラストの為に、ピー ク電力すなわちエネルギーの高いレーザパレスＩＯを用いてシリコン基板２２又 は隣接の回路構造２０をｔａ偏することなくリンク構造１２を切断するようにし うる。

１、　２μｍ〜２．０μ朧の波長範囲３０内の短かい波長はレーザビームの集束 性を良好にする（従ってレーザ出力スポット１８を小さくする）とともに高導電 性のリンク構造１２の光吸収量を最大にする為、最も高い導電性のリンクの処理 動作にとって１．３２μ■及び１．３４μ−のような波長が好ましい。１．３２ μｌ及び１．３４μ膿のような波長はシリコン基板２２に対する損傷を最小にす るのに充分な長さである。１．３２μｍ又は１．３４μ醜を選択するのは幾分、 レーザ源を人手しやすくすることと当業者にとって明らかなその他の複雑な理由 によるものでもある。

好適実施例では、Ｎｄ　：　ＹＡＧ、Ｎｄ　：ＹＬＦ、ＮＤ：ＹＡＰ又はＮｄ： ＹＶＯ４のようなレーザント（ｌａｓａｎＬ）結晶を有する通児のダイオードボ ンピング固体レーザを、１２〜３．０ｕ＋ａの波長範囲の出力を生じるように再 構成する。このような再構成した凸レーザでは、レーザント結晶の最も一般的な 波長に対する透過性は高いか１２μＩＩ〜３μ−の範囲内の選択した波長、特に １．３２μｌ又は１３４ｊｌＩ１１での所望の反射性を有する適切なグイクロイ ック被膜を有する共振ミラーを採用している。このようなグイクロイック１ｌｋ ｌｌはＮｄ　：　ＹＡＧの場合の１．０６μ１ｍのようなレーザント結晶の最も 一般的な波長でのレーザ作用を抑圧するとともに、選択した波長、好ましくはＮ ｄ　：ＹＡＧの場合の１．３２μｍでのレーザ作用を高める。

池の好適な実施例では、１２μ−〜３μ−の波長範囲内のレーザ出力を生ぜしめ る為に、ホルミウム（２１μｍでのレーザ出力）或いはエルビウム（２゜９４μ ｍでのレーザ出力）のような他のドーパントがドーピングされているＹＡＧのレ ーザント結晶を有するダイオードボンピング又はアーク放電ランプボンピング固 体レーザを用いることができた。

レーザ出力ビームの発生路中の透過性の光学素子のすべては、選択された波長に 対し反射防止［を行なうのか好ましい。更に、レーザ出ツノの電力（パワー）す なわちエネルギーをモニタする装置は例えば１．６４μｍに対するＳｉから１３ ２μｍ又は１３４μｍに対するＧｅ又はＧａＡｌＡｓまでで、選択波長に応答す るように変える。レーザ出力の集束長の変化を補償する為のささいな他の光学的 変更を１１なうのも好ましく、これらは当業者にとって既知である。

当業者は、高出力パワーダイオードレーザ又はアーク放電ランプボンピングのよ うなボンピング構成を用いて１．２μｍ〜３．０μｍの波長でのＮｄ：ＹＡＧ叉 はＮｄ：ＹＬＦのようなレーザン！・結晶を有するレーザに対する低利得を補償 しつるということをも認識しているであろう。例えば、第４図に示すレーザパス テｔ、５０の実権例を参照するに、高電力ＡｌＧａΔＳレーザ５２の出力（３０ ・７．・ト又はそれ以上とするのが好ましい）を、ρ」屈折率の結晶誘電体物質 より成る。Ｊｌ結像集束器５６を経てファンネル状にし、次にＮｄ：ＹＬＦｌ、 −ザント結晶５８に結合させることができる。この方法は本発明の譲受人に譲渡 され１９９２年４月２４０に出願された米国特許出願第０７／８７３．４４９号 の明細書に開示されている。

レーザ５２はヒートシンクロ０に対向して配置し、このレーザ５２に処理ユニッ ト６４により制御されるダイオードレーザ電力源６２により電力供給するのが好 ましい。処理ユニット６４はインピーダンス整合されたＲＦ増幅器６６にも接続 されており、Ｑスイッチ６８に結合された変換器に供給される信号を制御する。

Ｑスイッチ６８は共振空洞７２内でレーザント結晶５８と出力カップラ７０との 間に配置するのか好ましい。レーザ出力をリンク構造１２又は他の対象物材料上 の所望位置に向けるために対象物決定兼集束システム７４を用いることができる 。

好適例のレーザシステム５０のボンピング、Ｑスイッチング及び対象物決定は当 業者にとって周知の通常の技術により達成される。

レーザント結晶５８上の入力ミラーコーティング７６及び出力カップラ７０上の 出力ミラーコーティング７８は通常の１．０４７μｍのＹＬＦ放出波長で光透過 性の高いものとするのか好ましい。更に、入力ミラーコーティング７６はＡｌＧ ａＡｓ放出波長に対し光透過性とし、約１３２μ閣で光反射性とし、コーティン グ７８は１３２μ腸でほんの一部の光透過性としてレーザ動作を可能にする。

当業者は、能動Ｓ積回路装置における薄膜抵抗又は他の構造を機能的に処理する か或いはトリミングするのに１．　２μｌよりも長い波長でも上述したレーザシ ステムを用いることができることが分かるであろう。例えば、１．　２μ−〜３ ．０ｐｍの範囲の波長のレーザ出力はニッケルクロマイド、窒化タンタル、珪化 セシウム及びその他の一般に用いられている抵抗性材料のような抵抗材料を有効 にトリミングしつるが、装置のホトダイオード又は光感光性の、代表的にシリコ ンを主成分とする部分において不所望な光電流を殆ど励起しない。従って、能動 装置の機能的測定とレーザトリミングとの間で整定時間を必要とせず、機能的測 定を殆と同時に達成することができる。

当ｌＡ者は、高導電性リンク構造Ｉ２又は抵抗性被膜構造とその周囲のシリコン 基板２２との間の光吸収コントラスを可なり変えることにより、シリコン基板２ ２にｔｆｉｌｉを生じることなく、通常の１．０４７μ■又は１．０６４μｍレ ーザシステムで用いられる処理電力よりも著しく高い処理電力を用いつるように する、すなわち高導電性リンク構造１２又は抵抗性被膜構造を処理するのに用い られるエネルギーを越えるレーザ出力１０のエネルギーが高導電性リンク構造１ ２又は抵抗性被膜構造を処理している間やその後に下側のシリコン基板２２によ り吸収されないということを分るであろう。高電力レーザ出力はレーザエネルギ ーを高導電性リンク構造１２又は抵抗性被膜構造内に大きく結合させ、従ってリ ンク構造１２のより一層完全な切断又は低抗性被膜構造のトリミングを容易にす る。

当業者は、好ましい高強度の光レベルで生じる正孔−電子対のレベルがシリコン 基板２２中に金属的特性を誘起し、これによりシリコン基板２２による所望の低 い光吸収に悪影響を及ぼすと思っているかもしれない。しかし、実験によれば、 使用するレーザ電力レベルでシリコン基板は１．３２μ腸の波長での低い光吸収 を依然として保っているということを確かめノー。

レーザ出力の電力が高くなればなる程リンク又は被膜構造材料の温度をより一層 迅速に上昇させるとともにリンク又は被膜材料の蒸発化に必要な潜熱を越えるの に充分なエネルギーを供給し、その結果リンク又は被膜構造材料の殆ど又はすべ てを直接蒸発させる。この直接蒸発は、“除去した°リンク又は被膜構造の材料 をその周囲の基板の領域に再堆積するおそれをわずかにする点で好ましいことで ある。一方、レーザ電力が、レーザシステムの限定の為に或いは（ある通常のリ ンク又は波膜処理レーザシステムの場合のように）シリコン基板を損傷するおそ れを回避する為に充分に高くない場合には、リンク又は波膜構造材料の直接蒸発 率が著しく低くなる。この場合、リンク又は波膜構造材料が液状ではね飛びシリ コン基板２２の周囲領域上に４電正の“スラグとして再堆積され、このスラグに より集積回路装置を機能不全とするおそれがある。

高導電性のリンク構造１２又は抵抗性被膜構造は酸素に豊んだ雰囲気中で処理し て、はね飛んだ液体のリンク又は被膜材料（すなわち“スラグ）や、もとのリン ク又は波膜位置における極めて少量の残存する液体のリンク又は被膜材料の酸化 を促進し、ごれらの材料か非導電性の酸化物となり、これにより集積回路の他の 部分に対する開放リンク又は短路回路に亘る導電性ブリツノの形成のおそれを減 少させ、従ってレーザ処Ｆ＋！／ステムの歩留りを改善するようにするのが好ま しい。当業者にとって明らかなように、非導電性スラグを生じるのに充分な酸素 量は処理される材料の特性に応して変わる。

当業者にとって明らかなように、本発明の原理からはずれることなく本発明の上 述した実施例の細部に対し多くの変更を加えうるちのである。本発明はゲルマニ ウムや砒化ガリウム等の種々の基板材料に対するレーザに基づく処理や、多材料 装置から１つ以上の材料を選択的に除去する為の、半導体工業以外のレーザに基 づく処理にも適用しうる。従って、本発明の範囲は請求の範囲によってのみ決定 されるべきである。

ＦＩＧ、　３ ＦＩＧ、４ 手続補正書 平成　７年　２月　８日

Claims (32)

【特許請求の範囲】
1. １．それぞれ第１及び第２波長感応光吸収特性を有する基板及び対象物構造を含 む多層、多材料装置を選択的に処理する選択処理方法であって、第１及び第２波 長感応光吸収特性は光の異なる波長に対し異なる光吸収コントラストを呈する異 なる光吸収特性を有する選択処理方法において、予め定めた波長で予め定めた空 間的寸法を有するレーザ出力を発生させ、このレーザ出力を対象物構造に照射し 、前記の予め定めた波長は、対象物構造と基板との間の光吸収コントラストを、 対象物構造の物理的特性を変えるもレーザ出力の空間的寸法内の基板の物理的特 性を殆ど変えない程度に充分大きくする値を有するようにすることを特徴とする 選択処理方法。
2. ２．請求項１に記載の選択処理方法において、対象物構造が金属を有し、基板が シリコンを有していることを特徴とする選択処理方法。
3. ３．請求項１又は２に記載の選択処理方法において、レーザ出力の波長を約１． ２μｍ〜３．０μｍの範囲内にすることを特徴とする選択処理方法。
4. ４．請求項１に記載の選択処理方法において、対象物構造が高導電性のリンク又 は抵抗性の被膜を有していることを特徴とする選択処理方法。
5. ５．請求項１に記載の選択処理方法において、対象物構造の幅がレーザ出力の空 間的寸法よりも小さいことを特徴とする選択処理方法。
6. ６．請求項２に記載の選択処理方法において、レーザ出力を酸素に豊んだ環境中 で対象物構造の方向に向けることを特徴とする選択処理方法。
7. ７．請求項１に記載の選択処理方法において、対象物構造が多重層を有し、レー ザ出力が対象物構造を処理するのに必要なエネルギーを越えるエネルギーを有す るようにすることを特徴とする選択処理方法。
8. ８．請求項１に記載の選択処理方法において、レーザ出力をＱスイッチダイオー ドポンピング固体レーザにより発生させることを特徴とする選択処理方法。
9. ９．請求項３に記載の選択処理方法において、対象物構造が、アルミニウム、チ タン、ニッケル、銅、タングステン、プラチナ、金、ニッケルクロマイド、窒化 タンタル、窒化チタン、珪化セシウム等の群から選択した金属又は金属の組合せ 又は金属合金を有するようにすることを特徴とする選択処理方法。
10. １０．基板を含む多層、多材料装置の対象物構造であって、対象物構造及び基板 が波長感応特性を有している当該対象物構造を選択的に処理するレーザシステム において、 ポンピング源と、 このポンピング源によりポンピングされるように共振空胴内に配置されたレーザ ントであり、対象物構造及び基板の波長感応特性に差を呈するように選択した臨 界的寸法、電力及び波長を有するレーザ出力を生ぜしめて、臨界的寸法のレーザ 出力内の対象物構造がレーザ出力により有効に処理されるとともに臨界的寸法の レーザ出力内の基板がレーザ出力により比較的損傷されないようにするレーザン トと を具えたことを特徴とするレーザシステム。
11. １１．請求項１０に記載のレーザシステムにおいて、対象物構造が金属を有し、 基板がシリコンを有していることを特徴とするレーザシステム。
12. １２．請求項１０又は１１に記載のレーザシステムにおいて、レーザ出力の波長 が約１．２μｍ〜３．０μｍの範囲内にあることを特徴とするレーザシステム。
13. １３．請求項１１に記載のレーザシステムにおいて、対象物構造が高導電性のリ ンク又は抵抗性被膜を有していることを特徴とするレーザシステム。
14. １４．請求項１０に記載のレーザシステムにおいて、対象物構造の幅がレーザ出 力の臨界的な寸法よりも小さいことを特徴とするレーザシステム。
15. １５．請求項１１に記載のレーザシステムにおいて、対象物構造を酸素に豊んだ 環境内で処理するようになっていることを特徴とするレーザシステム。
16. １６．請求項１２に記載のレーザシステムにおいて、対象物構造が多重層を有し 、レーザ出力が対象物構造を処理するのに必要なエネルギーを越えるエネルギー を有することを特徴とするレーザシステム。
17. １７．請求項１０に記載のレーザシステムにおいて、このレーザシステムが更に Ｑスイッチダイオードポンピング又はアーク放電ランプポンピング固体レーザを を有することを特徴とするレーザシステム。
18. １８．請求項１０に記載のレーザシステムにおいて、レーザントがＮｄ：ＹＡＧ 、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＡＰ及びＮｄ：ＹＶＯ４の群から選択され、共振空胴 が、レーザントの通常の波長に対し高透過性であるも１．２〜３．０μｍの波長 範囲内の波長で所望の反射性を有している共振ミラーを採用していることを特徴 とするレーザシステム。
19. １９．請求項１０に記載のレーザシステムにおいて、レーザントがホルミウム又 はエルビウムをドーピングしたＹＡＧを有し、共振空胴が１．２〜３．０μｍの 波長範囲内の波長でレーザ出力を発生するようになっていることを特徴とするレ ーザシステム。
20. ２０．シリコン基板上に形成された高導電性リンク又は抵抗性被膜構造を処理す るレーザシステムを用いる方法において、約１．２μｍ〜３．０μｍの波長範囲 内のレーザ出力を発生させ、レーザ出力を高導電性リンク又は抵抗性被膜に向け て高導電性リンク又は抵抗性被膜が有効に処理されるが、基板は比較的損傷され ないようにすることを特徴とする方法。
21. ２１．請求項２０に記載の方法において、レーザ出力の直径を高導電性リンク構 造の幅よりも長くすることを特徴とする方法。
22. ２２．請求項２０に記載の方法において、高導電性リンク構造が金属又は金属合 金を有するようにすることを特徴とする方法。
23. ２３．請求項２２に記載の方法において、高導電性リンク構造を酸素に豊んだ環 境中で処理することを特徴とする方法。
24. ２４．請求項２０に記載の方法において、高導電性のリンク構造が多重層を有し 、レーザ出力が高導電性のリンク構造を処理するのに必要とするエネルギーを越 えるエネルギーを有するようにすることを特徴とする方法。
25. ２５．基板上に形成された対象物構造の高導電性材料を処理するレーザシステム を用いる方法において、 対象物構造をある酸素濃度の環境中に配置し、対象物構造の材料を処理するのに 充分なエネルギーを有するレーザ出力を発生させ、 前記の環境内の対象物構造の材料を処理するレーザ出力の方向を定め、酸素濃度 度は、対象物構造の処理により得られるいかなるスラグも殆どほぼ非導電性の酸 化物に変換するのに充分な値とすることを特徴とする方法。
26. ２６．請求項２５に記載の方法において、対象物構造の材料が金属を有し、酸素 濃度が少なくとも５０％となるようにすることを特徴とする方法。
27. ２７．請求項１に記載の方法において、対象物構造が薄膜抵抗を有し、この薄膜 抵抗の幅をレーザ出力の空間的寸法よりも大きくすることを特徴とする方法。
28. ２８．請求項１０に記載のレーザシステムにおいて、対象物構造が薄膜抵抗を有 し、この薄膜抵抗の幅がレーザ出力の空間的寸法よりも大きいことを特徴とする レーザシステム。
29. ２９．請求項１に記載の方法において、多層、多材料装置がその回路の一部分と して光感応部分又は光電子部分を有し、レーザ出力の波長が約１．２μｍ〜３． ０μｍの範囲内にあるようにすることを特徴とする方法。
30. ３０．請求項２９に記載の方法において、レーザビームエネルギーが、基板中に 過剰のキャリアを励起せずに或は光感応部分又は光電子部分を機能不全にするこ となく、対象物構造を処理するのに必要とするエネルギーよりも多くなるように することを特徴とする方法。
31. ３１．請求項１０に記載のレーザシステムにおいて、多層、多材料装置がその回 路の一部分として光感応部分又は光電子部分を有し、レーザ出力の波長が約１． ２μｍ〜３．０μｍの範囲内にあることを特徴とするレーザシステム。
32. ３２．請求項３１に記載のレーザシステムにおいて、レーザシステムエネルギー が、基板中に過剰のキャリアを励起せずに或は光感応部分又は光電子部分を機能 不全にすることなく、対象物構造を処理するのに必要とするエネルギーよりも多 くなるようにしたことを特徴とするレーザシステム。