レーザアニールとは
レーザアニールとは、レーザ光でウェーハ表面を局所的かつ短時間に加熱する熱処理です。 ミリ秒以下で必要な温度まで上げてすぐ冷やすため、熱が深部や周囲へ広がる前に加熱を切り上げられます。解く課題は活性化と拡散の両立で、打ち込んだドーパントを電気的に働かせるには高い温度が要るのに、同じ熱でドーパントは動いて接合が設計より深くなります。微細化が進むほど、この広がりは許されなくなります。
加熱をミリ秒以下で切り上げれば、活性化の温度を保ったまま広がる時間を与えない
Section titled “加熱をミリ秒以下で切り上げれば、活性化の温度を保ったまま広がる時間を与えない”原子が動いて広がるには時間が要ります。必要な温度まで上げてすぐ冷やせば、活性化に要る温度は確保しつつ、広がる時間を与えずに済みます。
活性化アニールは1、注入した原子を格子位置へ入れ、同時に格子間原子や空孔を回復させる熱処理です。温度が高いほど活性化する割合は高くなりますが、同時にドーパントが深さ方向へ拡散します。そのため先端デバイスでは、高温でミリ秒程度の短時間の熱処理を使います。高濃度で注入して注入領域がアモルファス化した場合は、アモルファスと単結晶の界面から固相成長で結晶化させながら、ドーパントを格子位置へ入れます。
拡散を速めるのは、注入でできた点欠陥です。イオン注入では、イオン1個の注入で空孔と格子間原子が数100個から数万個発生し2、格子原子とペアを組んで非常に速く拡散します。注入の直後にあるのは、この点欠陥の海です。
炉は分、ランプは秒、フラッシュはミリ秒以下、パルスレーザはナノ秒
Section titled “炉は分、ランプは秒、フラッシュはミリ秒以下、パルスレーザはナノ秒”炉が分単位、RTPが秒単位で動くのに対し、レーザアニールはミリ秒以下で動きます。同じ最高温度でも、与える熱の総量はレーザアニールのほうが小さくなります。装置には、Veecoのレーザースパイクアニール装置LSA101や3、SCREENのアニール装置LA-3100があります4。
秒の側にあるのがランプです。赤外線ランプアニール装置は枚葉式の加熱処理装置で、数十秒で1,000℃という急速加熱を行い5、業界ではこれをRTPと呼びます。利点は、厚さ10nm以下の超薄型シリコン酸化膜を作れる点です。ジェイテクトサーモシステムのRLA-3100は6、Φ100〜200mmに対応し、常用温度が400〜1200℃、Siウェーハを加熱する場合の昇温レートが最大200℃/秒で、自動搬送で最大50枚を連続で流せます。同社は、冷却機構の強化で降温時間を従来装置比33%削減したとしています。
ミリ秒以下の側にあるのがフラッシュランプです。フラッシュランプアニール装置は、カメラのフラッシュと同じ原理の光源で100万分の数十秒という一瞬でウェーハを高温へ届かせ、数nmレベルの薄膜を形成できます。表面部分だけを加熱するので、加熱後に常温まで下げるのも速くなります。SCREENは、LA-3100の数ミリ秒の光照射がソース・ドレインの活性化と濃度プロファイル制御を両立させるとしています。分単位の縦型炉アニール、秒単位のランプ、ミリ秒のフラッシュ、ナノ秒のパルスレーザという順で、時間の桁が下がるほど熱の届く深さが小さくなります。
当てた場所の表面だけが温まり、界面で1000℃でも150μm下は低温のまま
Section titled “当てた場所の表面だけが温まり、界面で1000℃でも150μm下は低温のまま”レーザ光を当てた場所の表面だけが温まるため、ウェーハ全体の昇温を省き、既に作り込んだ深部の構造へ熱を届けずに、表面近くだけへ熱を入れられます。
SiC基板にNiを堆積させて1000℃以上でアニールすると、界面でSiがCと分離してNiと反応し、Niシリサイド層が形成されます7。この温度を炉でウェーハ全体へ与えると周辺材料やデバイスへ熱影響が及ぶため、日本製鋼所はレーザによる局所的なアニールが広く採用されているとしています。同社の装置は、SiCウェハ上の金属膜へラインビーム状のエキシマレーザをスキャン照射します。同社の照射シミュレーションでは、界面で1000℃に達する熱量を与えた場合でも、表面から150μmの箇所は低温を保ちます。同社は、UVはグリーンより金属膜への吸収率が高く、ナノ秒オーダのパルスで非照射面への熱影響を小さくできるとしています。
温度域は用途で桁が異なります。日新イオン機器のイオンドーピング装置はLTPS（Low Temperature Polycrystalline Silicon）上でのTFT形成に使われており8、アモルファスシリコン膜を多結晶に変えるために（パルス）レーザアニールを使います。特にSi膜での反射が大きくない短波長のエキシマレーザによるELA（Excimer Laser Annealing）を使うことが多く、イオンドーピング後の活性化のアニール温度は350℃程度で、結晶化のアニールとは別のプロセスです。1000℃級のシリサイド化と350℃程度の活性化が、どちらも同じ語で呼ばれます。
4つのつまみは、どれも反対側に代償が付く
Section titled “4つのつまみは、どれも反対側に代償が付く”レシピ、つまり設定値をまとめた運転条件で動かす量は、光のエネルギー密度、スキャン速度、波長、ショットの重ね率の4つに集まります。
- エネルギー密度を上げると、界面の到達温度が上がって活性化率が上がり、シート抵抗が下がります。上げすぎると表面が溶融し、下地の反射率の差が面内のばらつきとして出ます。下げると熱バジェットに余裕が生まれますが、活性化が不足してシート抵抗が高く出ます。
- スキャン速度を上げると1点あたりの滞留時間が短くなり、熱バジェットと1枚あたりの時間が下がる代わりに活性化率が落ちます。下げると活性化は進みますが、滞留時間の分だけ拡散が進み、接合深さXjが大きくなります。
- 日本製鋼所の記述では、波長を短くすると金属膜への吸収率が上がり、界面へ効率よく熱を入れられます。長い波長では吸収率が下がる一方で、金属膜の下まで光が届きます。
- 重ね率を上げると継ぎ目が均されて面内の均一性が上がる代わりに、照射回数が増えて1枚あたりの時間が伸びます。下げると時間は短くなり、継ぎ目の温度差が縞として出ます。
パターンの粗密も同じ重みを持ちます。膜種と密度で反射率と吸収率が変化し、同じ設定値でも面内で到達温度に差が生じます。
活性化はシート抵抗で、深さは接合深さXjで測る
Section titled “活性化はシート抵抗で、深さは接合深さXjで測る”シート抵抗が9、活性化の一次的な物差しです。単位はΩ/sqで、4本の針を直線状に配置して外側2本に電流を流し、内側2本の電圧差を測る四探針法が一般に用いられます。イオン注入層の濃度と深さに依存するため、イオン注入装置のQC法として広く使われています。
深さの側は接合深さが物差しです。PN接合の接合深さはXjと表し、接合深さを小さくするには10イオンエネルギーの低加速化に加えて、注入後の熱処理による拡散の抑制が要ります。接合深さを小さくすると抵抗が上昇する副作用があるため、微細トランジスタではチャネル端のみに形成するエクステンション構造が用いられます。シート抵抗とXjは同じつまみで逆方向へ動くため、2つを対にして管理します。温度そのものは、LA-3100が照射時のウェーハ温度を実測する機能11を備えています。
代償は、汚染とメンテナンス、生産性、面内の再現性
Section titled “代償は、汚染とメンテナンス、生産性、面内の再現性”1つ目の代償は汚染とメンテナンスです。レーザ照射時にSi、C、金属膜の成分がヒュームとして発生して照射エリア周辺へ飛散し7、チャンバー内の汚染で機器や計器類の不具合や、通常より短い周期でのメンテナンスが要る場合があります。日本製鋼所は、ヒュームをその場で排気する回収機構と、照射窓の直下に近づきにくい流れ場でクリーニング周期を長期化させ、ビームプロファイラでビーム形状の変化からメンテナンスの実施要否を自動報告させるとしています。
2つ目は生産性の設計です。同社は、高出力エキシマレーザとトップフラットビームの採用と搬送時間の最小化により、月20,000枚以上の能力と他社装置の4〜10倍の生産性を達成したとしています。3つ目は面内の再現性で、局所を急激に加熱する方式なので、温度と時間の再現性がそのまま電気特性のばらつきになります。
この用語に対応する装置と製造メーカー
Section titled “この用語に対応する装置と製造メーカー”装置カタログDBから、この用語に一致する製品familyを持つメーカー 2社／2family を引いています。 各行は各社の公式製品ページを出典とします。 DBからの生成日: 2026-08-22
- Veeco
- Y.A.C. BEAM
出典は各社の公式製品ページです。 装置カタログDB では、同じ製品familyを工程・メーカー横断で検索できます。
関連するデータ・ツール
Section titled “関連するデータ・ツール”- アニール・熱処理の工程ページ── 工程分類と、この工程の公開求人
- イオン注入の工程ページ── 活性化の前段
- 装置カタログDB ── 公式製品ページ単位のメーカーと製品family
- アニール装置は加熱時間の桁ごとに供給元が分かれる｜高速熱処理装置はApplied Materialsが7割、ナノ秒はVeecoが量産出荷── 炉からナノ秒レーザまでの供給元
よくある質問（FAQ）
Section titled “よくある質問（FAQ）”レーザアニールとは何ですか？
レーザ光でウェーハ表面を局所的かつ短時間に加熱する熱処理です。ミリ秒以下で必要な温度まで上げてすぐ冷やし、熱が深部や周囲へ広がる前に加熱を切り上げます。
なぜレーザを使うのですか？
加熱する範囲と時間を絞れるためです。炉やRTPはウェーハ全体を昇温しますが、レーザは光を当てた場所の表面だけを加熱し、既に作り込んだ深部の構造へ熱を届けずに済みます。
RTPとの違いは何ですか？
時間のスケールが違います。RTPは秒のオーダーでウェーハ1枚を昇温し、レーザアニールはミリ秒以下で、同じ最高温度でも与える熱の総量はレーザアニールのほうが小さくなります。
何のために使いますか？
ドーパントの活性化が代表例です。活性化には高温が要る一方、高温で長く保持するとドーパントが広がって接合が深くなるので、短時間で高温にして活性化を進めつつ広がりを抑えます。
レーザアニール装置のメーカーはどこですか？
Veecoがレーザースパイクアニール装置LSA101を、SCREENがアニール装置LA-3100を出しています。SiC向けには日本製鋼所がエキシマレーザの装置を紹介しており、当サイトの装置カタログDBでは他社を含めてアニールの製品familyを引けます。
注意点は何ですか？
局所を急激に加熱するため、温度の分布と時間の再現性が結果を左右します。パターンの粗密で反射率と吸収率が変わり、同じ設定値でも面内で到達温度に差が出るので、面内で温度がそろうかを管理します。
レーザアニールの温度は何℃くらいですか？
用途で桁が異なります。SiC基板の裏面電極ではNiを堆積させて1000℃以上でアニールし、Niシリサイド層を作ります。一方、LTPSのイオンドーピング後の活性化はアニール温度が350℃程度で、結晶化のアニールとは別のプロセスです。
熱はどこまで潜りますか？
日本製鋼所の照射時のシミュレーションでは、金属膜とSiCの界面で1000℃に達する熱量を与えた場合でも、表面から150μmの箇所は低温を保ちます。同社は、ナノ秒オーダのパルスレーザにより非照射面の金属パターンへの熱影響を小さくできるとしています。
現場のつまみは何ですか？
光のエネルギー密度、スキャン速度、波長、ショットの重ね率です。エネルギー密度を上げると活性化が進んでシート抵抗が下がる一方、表面の溶融と面内のばらつきが増え、スキャン速度を上げると熱バジェットが小さくなる一方、活性化率が落ちます。
活性化がうまくいったかどうかは何で分かりますか？
シート抵抗が物差しです。単位はΩ/sqで、四探針法で測り、イオン注入層の濃度と深さに依存するためイオン注入装置のQC法として広く使われ、活性化が不足すると値が高く出ます。
レーザアニールの代償は何ですか？
汚染とメンテナンスです。照射時にSi、C、金属膜の成分がヒュームとして発生して照射エリア周辺へ飛散し、チャンバー内の汚染で機器や計器類の不具合や、通常より短い周期でのメンテナンスが要る場合があります。
比較・違いを学ぶ
Section titled “比較・違いを学ぶ”11件を表示
- 1日新イオン機器：イオン注入ディクショナリー「活性化アニール」nissin-ion.co.jp ↩
- 2日新イオン機器：イオン注入ディクショナリー「一次欠陥」nissin-ion.co.jp ↩
- 3Veeco：LSA101 Laser Spike Anneal Systemveeco.com ↩
- 4SCREEN：LA-3100screen.co.jp ↩
- 5SCREEN セミコンダクターソリューションズ：初心者のための半導体入門「成膜工程」screen.co.jp ↩
- 6ジェイテクトサーモシステム：シリコンウェーハ用ランプアニールシステム RLA-3100thermos.jtekt.co.jp ↩
- 7
- 8日新イオン機器：イオン注入ディクショナリー「レーザーアニール」nissin-ion.co.jp ↩
- 9日新イオン機器：イオン注入ディクショナリー「シート抵抗」nissin-ion.co.jp ↩
- 10日新イオン機器：イオン注入ディクショナリー「シャロージャンクション」nissin-ion.co.jp ↩
- 11SCREEN セミコンダクターソリューションズ：フラッシュランプアニール装置 LA-3100screen.co.jp ↩