JP2009088332A - Apparatus for manufacturing semiconductor, and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for manufacturing a semiconductor capable of partially heating regions having different surface angles on a substrate selectively. <P>SOLUTION: The apparatus has irradiation sections 1 to 5 for emitting a polarized light to a second region in a substrate 6 forming a first region and the second region having a plane azimuth different from the first region and a rotary analyzer 8 projecting the reflected light of the polarized light from the second region. The semiconductor production device further has a photodetector 9 for receiving the reflected light through the rotary analyzer 8 and detecting the intensity of the reflected light and an analyzing section 10 for computing the refractive index of the second region on the basis of the angle of rotation of the rotary analyzer 8 and the detected intensity and laser irradiation sections 12 and 13 for irradiating the substrate 6 with a laser and a controller 11 obtaining the angle of polarization of the second region on the basis of the refractive index and controlling the laser irradiation sections 12 and 13 so that the laser is projected at the angle of polarization on the surface of the second region. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体製造装置及び半導体装置の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus and a semiconductor device manufacturing method.

半導体装置製造の熱処理工程には高速熱アニール（ＲＴＡ）やレーザ熱処理などの様々な加熱方法がある。レーザ熱処理の際に使用するレーザはその波長によってシリコンウェーハ内への浸透深さが異なる。例えば、１μｍ未満の深さのソース・ドレイン領域をアニールする場合、その深さを超えてシリコンウェーハ内に吸収されないことが好ましい。しかし例えば０．８μｍの波長で動作する典型的なレーザダイオードに対する吸収長は、室温のシリコンでは約２０μｍとなる。このように、レーザが必要または所望の深さよりもかなり深くウェーハ内に浸透してしまい、必要とされるレーザの総パワーが増大するという問題があった。   There are various heating methods such as rapid thermal annealing (RTA) and laser heat treatment in the heat treatment process for manufacturing semiconductor devices. The laser used for laser heat treatment has different penetration depths into the silicon wafer depending on its wavelength. For example, when annealing a source / drain region having a depth of less than 1 μm, it is preferable that the depth is not absorbed into the silicon wafer. However, for example, the absorption length for a typical laser diode operating at a wavelength of 0.8 μm is about 20 μm for room temperature silicon. Thus, there has been the problem that the laser penetrates into the wafer much deeper than the necessary or desired depth, increasing the total laser power required.

このような問題を解決するために、レーザ入射材料の屈折率に基づくブリュースター角でレーザを照射することで、熱処理を行うために必要な単位面積当たりのエネルギーを減少させる方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。光の入射角度をブリュースター角にした場合、入射面に平行な偏光成分であるＰ−偏光の反射率は最小となり、効率的に入射面を加熱することが出来るからである。   In order to solve such problems, there has been proposed a method for reducing the energy per unit area necessary for heat treatment by irradiating a laser at a Brewster angle based on the refractive index of the laser incident material. (For example, refer to Patent Document 1). This is because when the incident angle of light is set to the Brewster angle, the reflectance of P-polarized light, which is a polarization component parallel to the incident surface, is minimized, and the incident surface can be efficiently heated.

基板上には様々な面方位を有する構造体が形成され、異なる面方位を有する領域毎に選択的に加熱温度を変える方法が必要とされる。また、同じ面方位を有する領域でも下層の材料に応じて加熱温度を変える方法が必要とされる。   Structures having various plane orientations are formed on the substrate, and a method of selectively changing the heating temperature for each region having different plane orientations is required. Further, even in a region having the same plane orientation, a method for changing the heating temperature according to the material of the lower layer is required.

例えば、ソース／ドレイン領域に格子定数がＳｉ基板より大きいＳｉＧｅを埋め込んでｐＭＯＳＦＥＴのチャネル領域にストレスを与えてトランジスタの駆動力を向上させるｅＳｉＧｅ技術において、ＳｉＧｅのエピタキシャル成長後、Ｎｉ等のサリサイドプロセスを行う場合、素子分離領域上のＮｉがＳｉＧｅ側に流入し、素子分離領域端部においてＳｉＧｅ領域外のＳｉ領域に突き抜けたシリサイドが形成され、リーク電流の原因となる等の不具合が生じるおそれがある。また、ＳｉＧｅ領域は基板表面と同じ｛１００｝表面と、基板表面とは異なる｛１１１｝表面とを有し、｛１００｝表面と｛１１１｝表面に均一にシリサイドを形成するには、それぞれ異なる温度での熱処理が必要になる。   For example, in the eSiGe technology in which the source / drain regions are filled with SiGe having a lattice constant larger than that of the Si substrate and stress is applied to the channel region of the pMOSFET to improve the driving capability of the transistor, a salicide process such as Ni is performed after the epitaxial growth of SiGe. In this case, Ni on the element isolation region flows into the SiGe side, and silicide penetrating into the Si region outside the SiGe region is formed at the end of the element isolation region, which may cause a problem such as causing a leak current. In addition, the SiGe region has the same {100} surface as the substrate surface and a {111} surface different from the substrate surface, and different to form uniform silicide on the {100} surface and the {111} surface. Heat treatment at temperature is required.

しかし、上記のような従来のレーザ照射方法は基板表面（｛１００｝表面）に対し、入射角度がブリュースター角となるようにレーザを照射するものであり、基板上のファセット面を有する領域を選択的に加熱するものではない。
特開２００５−２４４１９１号公報 However, the conventional laser irradiation method as described above irradiates the substrate surface ({100} surface) with the laser so that the incident angle becomes the Brewster angle. It does not heat selectively.
JP 2005-244191 A

本発明は基板上の表面角の異なる領域を選択的に局所加熱することができる半導体製造装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus and a semiconductor device manufacturing method capable of selectively locally heating regions having different surface angles on a substrate.

本発明の一態様による半導体製造装置は、第１の領域と、この第１の領域と面方位が異なる第２の領域が形成された基板の前記第２の領域へ偏光した光を入射する照射部と、前記第２の領域からの前記偏光した光の反射光が入射される回転検光子と、前記回転検光子を介して前記反射光を受光し、前記反射光の強度を検出する光検出器と、前記回転検光子の回転角度及び前記検出された強度に基づいて前記第２の領域の屈折率を算出する解析部と、前記基板へレーザを照射するレーザ照射部と、前記屈折率に基づいて前記第２の領域のブリュースター角を求め、前記第２の領域の表面に前記ブリュースター角で前記レーザが入射するように前記レーザ照射部を制御するコントローラと、を備えるものである。   According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor manufacturing apparatus in which polarized light is incident on a second region of a substrate on which a first region and a second region having a plane orientation different from that of the first region are formed. , A rotating analyzer to which the reflected light of the polarized light from the second region is incident, and light detection for detecting the intensity of the reflected light by receiving the reflected light through the rotating analyzer A refractive index of the second region based on the rotation angle of the rotating analyzer and the detected intensity, a laser irradiation unit for irradiating the substrate with a laser, and the refractive index And a controller that controls the laser irradiation unit so that the Brewster angle of the second region is obtained and the laser is incident on the surface of the second region at the Brewster angle.

本発明の一態様による半導体装置の製造方法は、基板上に、第１の面及び前記第１の面と面方位が異なる第２の面を有する構造体を形成する工程と、前記構造体の屈折率を算出する工程と、前記屈折率に基づき前記構造体のブリュースター角を算出する工程と、前記第２の面への入射角が前記ブリュースター角となるように前記構造体にレーザを照射する工程と、を備えるものである。   According to one embodiment of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a structure having a first surface and a second surface having a surface orientation different from the first surface on a substrate; A step of calculating a refractive index; a step of calculating a Brewster angle of the structure based on the refractive index; and a laser on the structure so that an incident angle to the second surface is the Brewster angle. And an irradiating step.

また、本発明の一態様による半導体装置の製造方法は、半導体基板のチャネル形成領域上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、前記半導体基板の前記チャネル形成領域の両側に形成するソース／ドレイン領域部分を除去する工程と、前記ソース／ドレイン領域部分を除去した部分に前記半導体基板の格子定数と異なる格子定数の半導体材料を埋め込み、第１の面及び前記第１の面と面方位が異なる第２の面を有するソース／ドレイン領域を形成する工程と、前記ソース／ドレイン領域上に金属膜を形成する工程と、前記第１の面に対する入射角が前記半導体材料のブリュースター角となるようにレーザを照射して前記金属膜を加熱し、前記ソース／ドレイン領域表面部にシリサイド膜を形成する工程と、を備えるものである。   In addition, a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a step of forming a gate insulating film and a gate electrode over a channel formation region of a semiconductor substrate, and a source / source formed on both sides of the channel formation region of the semiconductor substrate. A step of removing the drain region, and embedding a semiconductor material having a lattice constant different from the lattice constant of the semiconductor substrate into the portion from which the source / drain region is removed, so that the first surface and the first surface have a plane orientation A step of forming source / drain regions having different second surfaces, a step of forming a metal film on the source / drain regions, and an incident angle with respect to the first surface is a Brewster angle of the semiconductor material And irradiating a laser to heat the metal film to form a silicide film on the surface of the source / drain region.

本発明によれば、基板上の表面角の異なる領域を選択的に局所加熱することができる。   According to the present invention, regions having different surface angles on the substrate can be selectively locally heated.

以下、本発明の実施の形態による半導体製造装置及び半導体装置の製造方法を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, a semiconductor manufacturing apparatus and a semiconductor device manufacturing method according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１に本発明の実施形態に係る半導体製造装置の概略構成を示す。半導体製造装置は、光源１、分光器２、チョッパ３、レンズ４、偏光子５、フィルタ７、回転検光子８、光検出器９、アナライザ（解析部）１０を有するブリュースター角検出部１４と、コントローラ１１と、レーザ光源１２と、対物光学系１３と、を備える。光源１、分光器２、チョッパ３、レンズ４、及び偏光子５が照射部であり、レーザ光源１２及び対物光学系１３がレーザ照射部を構成する。   FIG. 1 shows a schematic configuration of a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. The semiconductor manufacturing apparatus includes a Brewster angle detector 14 having a light source 1, a spectrometer 2, a chopper 3, a lens 4, a polarizer 5, a filter 7, a rotation analyzer 8, a photodetector 9, and an analyzer (analyzer) 10. , A controller 11, a laser light source 12, and an objective optical system 13. The light source 1, the spectroscope 2, the chopper 3, the lens 4, and the polarizer 5 are irradiation units, and the laser light source 12 and the objective optical system 13 constitute a laser irradiation unit.

分光器２は光源１から発生した光のうち任意の波長（波長帯）を取り出して出力する。光源１は例えばＸｅ（キセノン）ランプである。チョッパ３は、分光器２から出力された光を周期的にチョッピングして周波数に応じた光量変化を起こし、光量を調節する。チョッパ３は例えば回転シャッタである。   The spectroscope 2 extracts and outputs an arbitrary wavelength (wavelength band) from the light generated from the light source 1. The light source 1 is, for example, a Xe (xenon) lamp. The chopper 3 periodically chops the light output from the spectroscope 2 to cause a light amount change according to the frequency, and adjusts the light amount. The chopper 3 is a rotary shutter, for example.

チョッパ３から出力された光をレンズ４が集光し、偏光子５はその集光された光をその透過軸に沿った直線偏光に変換しウェーハ６表面（に形成されている薄膜）へ照射する。ウェーハ６表面から反射された光はフィルタ７でノイズ除去され、回転検光子８を介して光検出器９に入力される。回転検光子８は光軸方向を向く軸を中心として回転する回転偏光子である。光検出器９は光強度を測定し、測定結果をアナライザ１０へ出力する。また回転検光子８は角度情報（回転角度）をアナライザ１０へ出力する。   The light output from the chopper 3 is collected by the lens 4, and the polarizer 5 converts the collected light into linearly polarized light along the transmission axis and irradiates the surface of the wafer 6 (the thin film formed thereon). To do. The light reflected from the surface of the wafer 6 is noise-removed by the filter 7 and input to the photodetector 9 through the rotating analyzer 8. The rotating analyzer 8 is a rotating polarizer that rotates about an axis that faces the optical axis direction. The photodetector 9 measures the light intensity and outputs the measurement result to the analyzer 10. Further, the rotation analyzer 8 outputs angle information (rotation angle) to the analyzer 10.

本実施形態による半導体製造装置は偏光子５を固定し、検光子（回転検光子８）を回転させ、その光強度依存性から反射光の偏光状態を決定する回転検光子法を用いている。   The semiconductor manufacturing apparatus according to the present embodiment uses a rotating analyzer method in which the polarizer 5 is fixed, the analyzer (rotating analyzer 8) is rotated, and the polarization state of the reflected light is determined from its light intensity dependency.

アナライザ１０は角度情報及び光強度測定結果に基づいてウェーハ６への入射光、ウェーハ６からの反射光の偏光状態の変化を測定し、ウェーハ表面に形成されている薄膜の光学定数（屈折率、消衰係数）や膜厚を算出する。算出結果はコントローラ１１へ出力される。   The analyzer 10 measures the change in the polarization state of the incident light on the wafer 6 and the reflected light from the wafer 6 based on the angle information and the light intensity measurement result, and the optical constant (refractive index, Extinction coefficient) and film thickness. The calculation result is output to the controller 11.

コントローラ１１は検出された薄膜の屈折率に基づき、この薄膜のブリュースター角を算出し、この薄膜にブリュースター角でレーザが入射されるようにレーザ光源１２及び対物光学系１３の動作の制御を行う。   The controller 11 calculates the Brewster angle of the thin film based on the detected refractive index of the thin film, and controls the operation of the laser light source 12 and the objective optical system 13 so that the laser is incident on the thin film at the Brewster angle. Do.

例えば図２に示すようにウェーハ６に｛１００｝面を有する領域２１と｛１１１｝面を有する領域２２があり、領域２２を優先的に加熱する場合、まず図２（ａ）に示すようにブリュースター角検出部１４により領域２２のブリュースター角θが求められる。領域２２を形成する材料、面方位についての情報は既に取得されているものとする。そして図２（ｂ）に示すように、コントローラ１１により、領域２２表面に対してレーザ光がブリュースター角θで入射するようレーザ光源１２及び対物光学系１３の動作制御が行われる。   For example, as shown in FIG. 2, the wafer 6 has a region 21 having a {100} plane and a region 22 having a {111} plane, and when the region 22 is preferentially heated, first, as shown in FIG. The Brewster angle θ of the region 22 is obtained by the Brewster angle detector 14. It is assumed that information on the material forming the region 22 and the plane orientation has already been acquired. As shown in FIG. 2B, the controller 11 controls the operation of the laser light source 12 and the objective optical system 13 so that the laser light is incident on the surface of the region 22 at the Brewster angle θ.

光の入射角と反射率の関係を図３に示す。図３は一例として、屈折率１．０の物質から屈折率３．０の物体へ光が入射する際の入射角と反射率の関係を示す。入射光のうちＰ偏光はブリュースター角において反射率が最も低くなる、すなわち最も効率的に光入射面を加熱できることが分かる。   The relationship between the incident angle of light and the reflectance is shown in FIG. FIG. 3 shows, as an example, the relationship between the incident angle and the reflectance when light enters a material having a refractive index of 1.0 to an object having a refractive index of 3.0. It can be seen that P-polarized light of the incident light has the lowest reflectance at the Brewster angle, that is, the light incident surface can be heated most efficiently.

従って、図２に示す例では、領域２２表面に対してレーザ光がブリュースター角で入射するようにウェーハ６にレーザ光が照射されるため、｛１００｝面を有する領域２１より｛１１１｝面を有する領域２２を優先的に加熱することができる。   Therefore, in the example shown in FIG. 2, since the laser beam is irradiated on the wafer 6 so that the laser beam is incident on the surface of the region 22 at the Brewster angle, the {111} plane from the region 21 having the {100} plane. It is possible to preferentially heat the region 22 having

次に本実施形態による半導体装置の製造方法を図４〜図９を用いて説明する。   Next, the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.

図４に示すように、公知の方法により、｛１００｝面方位を有するｎ型導電性のシリコン基板４０１の表面部にシリコン酸化膜による埋め込み型の素子分離領域４０２を形成し、シリコン基板４０１上にゲート絶縁膜４０３、ポリシリコン膜４０４、シリコン窒化膜４０５を順に積層し、パターニングによりゲート電極構造を形成する。   As shown in FIG. 4, a buried element isolation region 402 made of a silicon oxide film is formed on the surface portion of an n-type conductive silicon substrate 401 having a {100} plane orientation by a known method. A gate insulating film 403, a polysilicon film 404, and a silicon nitride film 405 are stacked in this order, and a gate electrode structure is formed by patterning.

図５に示すように、約５ｎｍの薄いシリコン窒化膜を堆積し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等の異方性エッチングを行い、シリコン窒化膜側壁５０１を形成する。その後、ホウ素等の不純物をシリコン基板４０１表面にイオン注入し、ｐ型の不純物拡散層５０２を形成する。さらに、シリコン酸化膜を堆積し、ＲＩＥを行いシリコン酸化膜側壁５０３を形成する。   As shown in FIG. 5, a thin silicon nitride film of about 5 nm is deposited, and anisotropic etching such as RIE (reactive ion etching) is performed to form a silicon nitride film side wall 501. Thereafter, impurities such as boron are ion-implanted into the surface of the silicon substrate 401 to form a p-type impurity diffusion layer 502. Further, a silicon oxide film is deposited and RIE is performed to form silicon oxide film side walls 503.

図６に示すように、ＲＩＥ等の異方性エッチング、又はＣＤＥ（化学ドライエッチング）等の等方性エッチング、又はこれら両方のエッチング技術を用い、シリコン酸化膜側壁５０３をマスクにして、シリコン基板４０１をエッチングし、溝６０１を形成する。   As shown in FIG. 6, an anisotropic etching such as RIE, an isotropic etching such as CDE (chemical dry etching), or an etching technique of both of these is used, and the silicon oxide film sidewall 503 is used as a mask to form a silicon substrate. 401 is etched to form a groove 601.

図７に示すように、１×１０^１９〜１×１０^２２ｃｍ^−３程度の濃度のホウ素を含んだＳｉＧｅ膜７０１を溝６０１に形成する。ジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、ゲルマン（ＧｅＨ４）、ＨＣｌ及びジボラン（Ｂ２Ｈ６）を含んだＨ２ガスを使用するＬＰ−ＣＶＤ法により、Ｓｉが露出した領域、すなわち溝６０１にホウ素を含んだＳｉＧｅ膜を選択的にエピタキシャル成長させることができる。その後、熱リン酸を用いたエッチング処理によりシリコン窒化膜４０５を除去する。ＳｉＧｅ膜７０１は｛１００｝面７０１ａとファセット面７０１ｂを有する。 As shown in FIG. 7, a SiGe film 701 containing boron having a concentration of about 1 × 10 ¹⁹ to 1 × 10 ²² cm ⁻³ is formed in the groove 601. A region where Si is exposed, that is, a SiGe film containing boron in the groove 601 is selectively formed by LP-CVD using H2 gas containing dichlorosilane (SiH2Cl2), germane (GeH4), HCl and diborane (B2H6). It can be epitaxially grown. Thereafter, the silicon nitride film 405 is removed by etching using hot phosphoric acid. The SiGe film 701 has a {100} surface 701a and a facet surface 701b.

図８に示すように、ブリュースター角検出部１４（図示せず）によりＳｉＧｅ膜７０１のブリュースター角θを求め、その後、スパッタリングにより全面に膜厚４ｎｍのニッケル膜８０１を形成する。   As shown in FIG. 8, the Brewster angle θ of the SiGe film 701 is obtained by the Brewster angle detector 14 (not shown), and then a nickel film 801 having a thickness of 4 nm is formed on the entire surface by sputtering.

図９に示すように、コントローラ１１（図示せず）によりレーザ光源１２及び対物光学系１３（共に図示せず）の動作制御を行い、ニッケル膜８０１の｛１００｝面に対し入射角θとなるようにニッケル膜８０１全面にＰ偏光レーザを照射する。ポリシリコン膜４０４及びＳｉＧｅ膜７０１とニッケル膜８０１が反応してニッケルシリサイド膜９０１が形成される。   As shown in FIG. 9, the operation of the laser light source 12 and the objective optical system 13 (both not shown) is controlled by a controller 11 (not shown), and the incident angle θ becomes the {100} plane of the nickel film 801. Thus, the entire surface of the nickel film 801 is irradiated with a P-polarized laser. The polysilicon film 404, the SiGe film 701, and the nickel film 801 react to form a nickel silicide film 901.

｛１００｝面７０１ａはブリュースター角でレーザ照射され、ファセット面７０１ｂはブリュースター角から外れているため、ファセット面７０１ｂの方が｛１００｝面７０１ａより低温になり、｛１００｝面７０１ａ及びファセット面７０１ｂの両面においてシリサイド化反応が均一に行われる。 Since the {100} surface 701a is irradiated with laser at the Brewster angle and the facet surface 701b is out of the Brewster angle, the facet surface 701b is cooler than the {100} surface 701a, and the {100} surface 701a and the facet Silicidation reaction is uniformly performed on both surfaces of the surface 701b.

その後、未反応のニッケル膜８０１を除去し、公知の技術でコンタクト形成、配線等を行って半導体装置を製造する。このようにして、ソース・ドレイン領域にＳｉＧｅを埋め込み、その表面を均一にシリサイド化したＰＭＯＳトランジスタを形成することができる。   Thereafter, the unreacted nickel film 801 is removed, and contact formation, wiring, and the like are performed by a known technique to manufacture a semiconductor device. In this way, it is possible to form a PMOS transistor in which SiGe is buried in the source / drain regions and the surface thereof is uniformly silicided.

（比較例）比較例による半導体装置の製造方法を説明する。図８に示す工程までは上記実施形態と同様のため説明を省略する。   (Comparative Example) A method of manufacturing a semiconductor device according to a comparative example will be described. The steps up to the step shown in FIG.

図１０に示すように、レーザを基板表面に垂直に照射し、全体に４００〜４５０℃程度の熱処理を加えることにより、ポリシリコン膜４０４及びＳｉＧｅ膜７０１とニッケル膜８０１とを反応させニッケルシリサイド膜１００１を形成する。   As shown in FIG. 10, a laser beam is irradiated perpendicularly to the surface of the substrate, and a heat treatment at about 400 to 450 ° C. is applied to the whole to cause the polysilicon film 404 and the SiGe film 701 to react with the nickel film 801 and to form a nickel silicide film. 1001 is formed.

この時、素子分離領域４０２上のニッケル膜８０１はシリコン酸化膜と反応しないため、ＳｉＧｅ膜７０１のファセット面７０１ｂ領域に流入する場合がある。これによりファセット面７０１ｂ端部に過剰なニッケルが供給され、ＳｉＧｅ膜７０１領域外のシリコン領域に突き抜けたニッケルシリサイド膜１００２が形成されるおそれがある。このニッケルシリサイド膜１００２はリーク電流の原因となる。   At this time, since the nickel film 801 on the element isolation region 402 does not react with the silicon oxide film, it may flow into the facet surface 701b region of the SiGe film 701. As a result, excessive nickel is supplied to the end portion of the facet surface 701b, and there is a possibility that the nickel silicide film 1002 penetrating into the silicon region outside the SiGe film 701 region may be formed. This nickel silicide film 1002 causes a leakage current.

また、４００〜４５０℃の温度はＳｉＧｅ膜７０１の｛１００｝面７０１ａでのシリサイド化反応を均一に行うのに適した温度である。しかし、ファセット面（｛１１１｝面）７０１ｂでの反応を均一に行う場合は４００℃未満の低温熱処理が必要であり、４００〜４５０℃の温度では反応が不均一になり、モフォロジ（表面形状）が劣化してしまう。   The temperature of 400 to 450 ° C. is a temperature suitable for uniformly performing the silicidation reaction on the {100} surface 701a of the SiGe film 701. However, when the reaction on the facet plane ({111} plane) 701b is performed uniformly, a low temperature heat treatment of less than 400 ° C. is necessary, and the reaction becomes non-uniform at temperatures of 400 to 450 ° C., and the morphology (surface shape) Will deteriorate.

一方、上記実施形態による半導体装置の製造方法では、｛１００｝面７０１ａにブリュースター角でＰ偏光レーザを照射するため、｛１００｝面７０１ａは効率的に加熱され、ブリュースター角から外れた入射角でレーザが照射されるファセット面７０１ｂは｛１００｝面７０１ａよりも低温で加熱処理できる。このため、素子分離領域４０２上のニッケル膜８０１の流入を抑えることができ、ニッケルシリサイド膜がＳｉＧｅ膜７０１領域外のシリコン領域に突き抜けることを防止することができる。また、ＳｉＧｅ膜７０１の｛１００｝面７０１ａ及びファセット面（｛１１１｝面）７０１ｂにおけるシリサイド化反応を均一に行うことができ、モフォロジが良好となり、装置性能の良いＰＭＯＳトランジスタが得られる。   On the other hand, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the above-described embodiment, the {100} plane 701a is irradiated with the P-polarized laser at the Brewster angle, so that the {100} plane 701a is efficiently heated and incident outside the Brewster angle. The facet surface 701b irradiated with the laser at the corner can be heat-treated at a lower temperature than the {100} surface 701a. Therefore, the inflow of the nickel film 801 on the element isolation region 402 can be suppressed, and the nickel silicide film can be prevented from penetrating into the silicon region outside the SiGe film 701 region. Further, the silicidation reaction on the {100} plane 701a and the facet plane ({111} plane) 701b of the SiGe film 701 can be performed uniformly, and the morphology is good, and a PMOS transistor with good device performance can be obtained.

また、基板をＺ軸（基板表面に垂直な軸）回りに回転させれば、ファセット面にＳ偏光成分が出て、より反射効率が高まり、効果的な局所加熱を行うことが出来る。   Further, if the substrate is rotated around the Z axis (axis perpendicular to the substrate surface), an S-polarized component appears on the facet surface, the reflection efficiency is further increased, and effective local heating can be performed.

このように本実施形態による半導体製造装置により、異なる面方位を有するウェーハ上の領域に対し選択的に局所加熱を行うことができる。またモフォロジが良好な性能の良い半導体装置を製造することができる。   As described above, the semiconductor manufacturing apparatus according to the present embodiment can selectively perform local heating on regions on a wafer having different plane orientations. In addition, a semiconductor device with good morphology and good performance can be manufactured.

上述した実施の形態は一例であって限定的なものではないと考えられるべきである。上記実施形態ではＰＭＯＳトランジスタを形成していたが、ＮＭＯＳトランジスタの形成に適用することもできる。この場合、上記実施形態と異なる点は、図５に示す工程においてリン等のＮ型の不純物をイオン注入し、図７に示す工程において溝６０１にリンを含んだＳｉＣ膜を形成する。そして、図９に示す工程にてＳｉＣ膜のブリュースター角θ１を求め、ニッケル膜８０１の｛１００｝面に対し入射角θ１となるようにニッケル膜８０１全面にＰ偏光レーザを照射する。ファセット面７０１ｂの方が｛１００｝面７０１ａより低温になり、｛１００｝面７０１ａ及びファセット面７０１ｂの両面においてシリサイド化反応を均一に行うことができる。   The above-described embodiment is an example and should not be considered as limiting. Although the PMOS transistor is formed in the above embodiment, the present invention can also be applied to the formation of an NMOS transistor. In this case, the difference from the above embodiment is that an N-type impurity such as phosphorus is ion-implanted in the step shown in FIG. 5, and a SiC film containing phosphorus is formed in the groove 601 in the step shown in FIG. Then, the Brewster angle θ1 of the SiC film is obtained in the process shown in FIG. 9, and the entire surface of the nickel film 801 is irradiated with a P-polarized laser so that the incident angle θ1 is set with respect to the {100} plane of the nickel film 801. The facet surface 701b has a lower temperature than the {100} surface 701a, and the silicidation reaction can be performed uniformly on both the {100} surface 701a and the facet surface 701b.

このようにして、図１１に示すようなモフォロジが良好で、装置性能の良いＮＭＯＳトランジスタが形成される。炭素の格子定数はＳｉより小さいため、チャネル領域１１０１に引っ張り応力が働き、伝導キャリア移動度が向上したＮＭＯＳトランジスタとなる。   In this way, an NMOS transistor having good morphology and good device performance as shown in FIG. 11 is formed. Since the lattice constant of carbon is smaller than that of Si, a tensile stress acts on the channel region 1101 and an NMOS transistor with improved conduction carrier mobility is obtained.

また、上記実施形態による半導体装置の製造方法をＣＭＯＳトランジスタの製造に適用することもできる。まず、公知の方法でシリコン基板上にＮ型、Ｐ型領域を形成し、素子分離領域を形成し、Ｎ型、Ｐ型領域それぞれにゲート電極構造を形成し、シリコン酸化膜を全面に堆積する。続いて、Ｎ型領域をレジストによりマスクし、Ｐ型領域のシリコン酸化膜除去後、Ｐ型領域に図５、図６に示す工程と同様の処理を行う。   The semiconductor device manufacturing method according to the above embodiment can also be applied to the manufacture of CMOS transistors. First, N-type and P-type regions are formed on a silicon substrate by a known method, an element isolation region is formed, a gate electrode structure is formed in each of the N-type and P-type regions, and a silicon oxide film is deposited on the entire surface. . Subsequently, the N-type region is masked with a resist, and after the silicon oxide film in the P-type region is removed, the same process as that shown in FIGS. 5 and 6 is performed on the P-type region.

その後、Ｎ型領域のレジストを除去し、図７に示す工程と同様の処理を行う。Ｎ型領域はシリコン酸化膜に覆われているため、ＳｉＧｅ膜は堆積しない。そしてＮ型領域のシリコン酸化膜を除去し、リン等の不純物を注入し拡散層を形成した後、図８、図９に示す工程と同様の処理を行う。これにより図１２に示すような、ＰＭＯＳ領域にモフォロジが良好なＳｉＧｅ膜１２０１が形成された装置性能の良いＣＭＯＳトランジスタが形成される。   Thereafter, the resist in the N-type region is removed, and the same process as that shown in FIG. 7 is performed. Since the N-type region is covered with the silicon oxide film, the SiGe film is not deposited. Then, after removing the silicon oxide film in the N-type region and implanting impurities such as phosphorus to form a diffusion layer, the same process as shown in FIGS. 8 and 9 is performed. As a result, as shown in FIG. 12, a CMOS transistor with good device performance in which the SiGe film 1201 with good morphology is formed in the PMOS region is formed.

また、図１３に示すように、シリコン基板１３０１と、シリコン基板１３０１上に形成されシリコン基板１３０１表面とは面方位が異なる傾斜面１３０２ａ及び面方位が同じ表面１３０２ｂを含む絶縁膜１３０２と、を覆うアモルファスシリコン膜１３０３を結晶成長させる際に、絶縁膜１３０２材料のブリュースター角θ２を求め、傾斜面１３０２ａにブリュースター角θ２で入射するようにレーザ光を照射しても良い。絶縁膜１３０２は例えばシリコン酸化膜である。   Further, as shown in FIG. 13, the silicon substrate 1301 and an insulating film 1302 formed on the silicon substrate 1301 and including the inclined surface 1302a having a different plane orientation from the surface of the silicon substrate 1301 and the surface 1302b having the same plane orientation are covered. When the amorphous silicon film 1303 is crystal-grown, the Brewster angle θ2 of the insulating film 1302 material may be obtained, and laser light may be irradiated so as to enter the inclined surface 1302a at the Brewster angle θ2. The insulating film 1302 is a silicon oxide film, for example.

シリコン基板１３０１が露出した領域１３０１ａではシード（seed:ここではシリコン）があるのでアモルファスシリコン膜１３０３の結晶化が早く、次いで、領域１３０１ａから絶縁膜１３０２の表面１３０２ｂへ乗り上げるように傾斜面１３０２ａにおいて結晶化される。これはブリュースター角でレーザ光が入射される傾斜面１３０２ａの方が表面１３０２ｂより優先的に加熱されるためである。   In the region 1301a where the silicon substrate 1301 is exposed, there is a seed (here, silicon), so that the crystallization of the amorphous silicon film 1303 is fast, and then a crystal is formed on the inclined surface 1302a so as to run from the region 1301a to the surface 1302b of the insulating film 1302. It becomes. This is because the inclined surface 1302a on which laser light is incident at the Brewster angle is preferentially heated over the surface 1302b.

これによりシリコン基板１３０１の領域１３０１ａ、絶縁膜１３０２の傾斜面１３０２ａ、表面１３０２ｂという順にアモルファスシリコン膜１３０３を結晶化することができる。従来、結晶成長の遅れる傾斜面１３０１ａにおける結晶成長を、入射角をブリュースター角にしたレーザ加熱により促進することができ、長距離のラテラル固相成長を実現することが出来る。   Accordingly, the amorphous silicon film 1303 can be crystallized in the order of the region 1301a of the silicon substrate 1301, the inclined surface 1302a of the insulating film 1302, and the surface 1302b. Conventionally, crystal growth on the inclined surface 1301a where the crystal growth is delayed can be promoted by laser heating with an incident angle of Brewster's angle, and long-distance lateral solid phase growth can be realized.

また、レーザ加熱を行う際、溶融成長ではなく、シリコンの融点（約１４１０℃）以下の温度で固相成長を行い、アニール温度における固相成長速度Ｖｃよりも小さい速度でレーザをスキャンするようにしても良い。   In addition, when performing laser heating, solid phase growth is performed at a temperature lower than the melting point of silicon (about 1410 ° C.) instead of melt growth, and the laser is scanned at a speed lower than the solid phase growth speed Vc at the annealing temperature. May be.

レーザスキャンスピードＶｓ＜固相成長速度Ｖｃとすることにより、レーザ照射箇所は常に既に結晶化した箇所と隣接することになり、既結晶化領域の結晶性を引き継ぐため１つの単結晶として成長することが可能となる。   By setting the laser scan speed Vs <solid phase growth rate Vc, the laser irradiation part is always adjacent to the already crystallized part, and it grows as one single crystal in order to take over the crystallinity of the already crystallized region. Is possible.

固相成長速度（結晶化速度）Ｖｃはアレニウスの式Ｖｃ＝Ｖ_０×ｅｘｐ（−Ｅａ／ｋ_ＢＴ）を用いて算出することが出来る。Ｔは絶対温度、Ｖ_０はＴ→∞の時の結晶化速度、Ｅａは結晶化の活性化エネルギーである。例えばＶ_０＝３．６８Ｅ＋１５（ｎｍ／ｓ）、Ｅａ＝２．７６ｅＶとし、温度が１３００℃の場合の各方向の結晶化速度はＶ_{ｃ，１１０}＝１．７ｍｍ／ｓ、Ｖ_{ｃ，１００}＝５．２ｍｍ／ｓ、Ｖ_{ｃ，１１１}＝０．２ｍｍ／ｓとなる。温度が６００℃の場合はＶ_{ｃ，１１０}＝０．１４ｎｍ／ｓ、Ｖ_{ｃ，１００}＝０．４ｎｍ／ｓ、Ｖ_{ｃ，１１１}＝０．０１ｎｍ／ｓとなる。従って、６００℃では実用的なレーザスキャンスピードよりも大きな結晶化速度が得られないが、１３００℃では結晶化速度より小さいスキャンスピードとなるように制御することが出来る。 The solid phase growth rate (crystallization rate) Vc can be calculated using the Arrhenius equation Vc = V ₀ × exp (−Ea / k _B T). T is the absolute temperature, V ₀ is the crystallization speed when T → ∞, and Ea is the activation energy of crystallization. For example, when V ₀ = 3.68E + 15 (nm / s), Ea = 2.76 eV, and the temperature is 1300 ° C., the crystallization speed in each direction is V _{c, 110} = 1.7 mm / s, V _{c, 100} = 5.2 mm / s and V _{c, 111} = 0.2 mm / s. When the temperature is 600 ° C., V _{c, 110} = 0.14 nm / s, V _{c, 100} = 0.4 nm / s, and V _{c, 111} = 0.01 nm / s. Therefore, at 600 ° C., a crystallization speed larger than the practical laser scan speed cannot be obtained, but at 1300 ° C., the scan speed can be controlled to be lower than the crystallization speed.

レーザのスキャンスピードＶｓ＜固相成長速度Ｖｃとすることで、固相成長アニールに伴うアモルファスシリコン１３０３中や絶縁膜１３０２との界面における確率的な核成長の発生を防止することができ、固相成長距離をさらに伸ばすことができる。   By setting the laser scan speed Vs <solid phase growth rate Vc, it is possible to prevent the occurrence of stochastic nuclear growth in the amorphous silicon 1303 or the interface with the insulating film 1302 due to the solid phase growth annealing. The growth distance can be further extended.

本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The technical scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の実施形態による半導体製造装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the semiconductor manufacturing apparatus by embodiment of this invention. 同実施形態による半導体製造装置の動作の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of operation | movement of the semiconductor manufacturing apparatus by the same embodiment. 光の入射角と反射率の関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the incident angle of light and a reflectance. 同実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。FIG. 22A is a process cross-sectional view illustrating the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment. 同実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。FIG. 22A is a process cross-sectional view illustrating the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment. 同実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。FIG. 22A is a process cross-sectional view illustrating the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment. 同実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。FIG. 22A is a process cross-sectional view illustrating the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment. 同実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。FIG. 22A is a process cross-sectional view illustrating the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment. 同実施形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。FIG. 22A is a process cross-sectional view illustrating the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment. 比較例による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device by a comparative example. 変形例による半導体装置の製造方法にて製造されるＮＭＯＳトランジスタの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the NMOS transistor manufactured with the manufacturing method of the semiconductor device by a modification. 変形例による半導体装置の製造方法にて製造されるＣＭＯＳトランジスタの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the CMOS transistor manufactured with the manufacturing method of the semiconductor device by a modification. 変形例による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device by a modification.

符号の説明Explanation of symbols

１ 光源
２ 分光器
３ チョッパ
４ レンズ
５ 偏光子
６ ウェーハ
７ フィルタ
８ 回転検光子
９ 光検出器
１０ アナライザ
１１ コントローラ
１２ レーザ光源
１３ 対物光学系 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 2 Spectrometer 3 Chopper 4 Lens 5 Polarizer 6 Wafer 7 Filter 8 Rotation analyzer 9 Photo detector 10 Analyzer 11 Controller 12 Laser light source 13 Objective optical system

Claims (5)

第１の領域と、この第１の領域と面方位が異なる第２の領域が形成された基板の前記第２の領域へ偏光した光を入射する照射部と、
前記第２の領域からの前記偏光した光の反射光が入射される回転検光子と、
前記回転検光子を介して前記反射光を受光し、前記反射光の強度を検出する光検出器と、
前記回転検光子の回転角度及び前記検出された強度に基づいて前記第２の領域の屈折率を算出する解析部と、
前記基板へレーザを照射するレーザ照射部と、
前記屈折率に基づいて前記第２の領域のブリュースター角を求め、前記第２の領域の表面に前記ブリュースター角で前記レーザが入射するように前記レーザ照射部を制御するコントローラと、
を備える半導体製造装置。 An irradiating unit for injecting polarized light into the second region of the substrate on which the first region and the second region having a plane orientation different from the first region are formed;
A rotating analyzer on which reflected light of the polarized light from the second region is incident;
A photodetector that receives the reflected light via the rotating analyzer and detects the intensity of the reflected light;
An analysis unit that calculates a refractive index of the second region based on a rotation angle of the rotation analyzer and the detected intensity;
A laser irradiation unit for irradiating the substrate with a laser;
A controller for determining the Brewster angle of the second region based on the refractive index and controlling the laser irradiation unit so that the laser is incident on the surface of the second region at the Brewster angle;
A semiconductor manufacturing apparatus comprising: 基板上に、第１の面及び前記第１の面と面方位が異なる第２の面を有する構造体を形成する工程と、
前記構造体の屈折率を算出する工程と、
前記屈折率に基づき前記構造体のブリュースター角を算出する工程と、
前記第２の面への入射角が前記ブリュースター角となるように前記構造体にレーザを照射する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。 Forming a structure having a first surface and a second surface having a surface orientation different from that of the first surface on a substrate;
Calculating the refractive index of the structure;
Calculating a Brewster angle of the structure based on the refractive index;
Irradiating the structure with a laser so that an incident angle to the second surface becomes the Brewster angle;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising: 前記第１の面は前記基板の表面と面方位が同じであることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the first surface has the same surface orientation as the surface of the substrate. 半導体基板のチャネル形成領域上にゲート絶縁膜及びゲート電極を形成する工程と、
前記半導体基板の前記チャネル形成領域の両側に形成するソース／ドレイン領域部分を除去する工程と、
前記ソース／ドレイン領域部分を除去した部分に前記半導体基板の格子定数と異なる格子定数の半導体材料を埋め込み、第１の面及び前記第１の面と面方位が異なる第２の面を有するソース／ドレイン領域を形成する工程と、
前記ソース／ドレイン領域上に金属膜を形成する工程と、
前記第１の面に対する入射角が前記半導体材料のブリュースター角となるようにレーザを照射して前記金属膜を加熱し、前記ソース／ドレイン領域表面部にシリサイド膜を形成する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。 Forming a gate insulating film and a gate electrode on a channel formation region of a semiconductor substrate;
Removing source / drain region portions formed on both sides of the channel formation region of the semiconductor substrate;
A source / drain having a first surface and a second surface having a surface orientation different from that of the first surface by embedding a semiconductor material having a lattice constant different from the lattice constant of the semiconductor substrate in a portion where the source / drain region portion is removed. Forming a drain region;
Forming a metal film on the source / drain regions;
Irradiating a laser so that an incident angle with respect to the first surface is a Brewster angle of the semiconductor material, heating the metal film, and forming a silicide film on a surface portion of the source / drain region;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising: 前記半導体基板はシリコン基板であり、前記半導体材料はシリコンゲルマニウムであることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。   5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor substrate is a silicon substrate, and the semiconductor material is silicon germanium.

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