JPH0677155A - 半導体基板の熱処理方法 - Google Patents

半導体基板の熱処理方法

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JPH0677155A
JPH0677155A JP22311592A JP22311592A JPH0677155A JP H0677155 A JPH0677155 A JP H0677155A JP 22311592 A JP22311592 A JP 22311592A JP 22311592 A JP22311592 A JP 22311592A JP H0677155 A JPH0677155 A JP H0677155A
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JP
Japan
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semiconductor substrate
laser
heat treatment
ion implantation
region
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JP22311592A
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Hiroshi Yamamoto
博士 山本
Hironori Tsukamoto
弘範 塚本
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体基板の浅い不純物拡散領域の接合境界
付近の欠陥を除去し、しかも接合の拡がりを抑えること
ができる熱処理方法を提供する。 【構成】 シリコン基板11にLDD領域19及びソー
ス領域21A,ドレイン領域21Bを形成した後、ルビ
ーレーザを600mJ/cm2で照射した後、XeCl
レーザを700mJ/cm2で照射することにより、イ
オン打込みで生じた点欠陥を修復すると共にイオンの活
性化を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の製造方
法に関し、特に、イオン注入後における半導体基板の結
晶性の回復及びキャリアを活性化させるための独特なア
ニール処理を備えた半導体製造プロセスに係わる。
【0002】
【従来の技術】各種半導体装置の製造工程においては、
複数の半導体素子が同一半導体基板上に形成され、半導
体素子どうしを分離あるいは接続するために各種の高温
加熱処理が行われている。また、半導体装置のLDD
(Lightly DopedDrain)構造やソー
ス・ドレイン領域の形成のためにイオン注入処理が行わ
れ、その後、半導体基板の結晶性の回復および注入され
たアクセプタイオンやドナーイオンを電気的に活性化さ
せるために、活性化アニール処理が行なわれている。更
に、コンタクト抵抗の低減のために、高融点金属(W,
Mo,Ti等)やPt.Pdのような金属とSiとの化
合物層であるシリサイド層の高温加熱処理が必要であ
る。このような活性化アニール処理や高温加熱処理とし
て、従来、炉アニール法やラピッドサーマルアニール
(RATと略す)法が採用されている。
【0003】一方、半導体装置の集積化が進むにつれ
て、個々の半導体素子が縮小化され、ソース・ドレイン
領域やエミッタ領域、ベース領域等において浅い接合が
必要とされている。このような領域に対して、炉アニー
ル法あるいはRAT法にて活性化アニール処理を行なう
と、拡散層が深くなり、ソース・ドレインの接合を浅く
して半導体素子を微細化し高集積化するという要求を満
足することができない。また、微細化に伴ない例えばM
OSトランジスタであればゲート長も短くなり、イオン
注入後の活性化アニール処理によりソース・ドレイン領
域を成す拡散層は深さ方向だけではなく横方向にも拡張
するため、パンチスルーが起り易くなる問題点がある。
このような拡散層の拡張を抑制しソース・ドレインの接
合を浅くするには、活性化アニール処理の温度を低くし
なければならず、この場合、抵抗が高くなり電流駆動特
性が低下しトランジスタのスイッチング特性が悪化する
問題が生じる。
【0004】そこで、浅い接合の不純物拡散領域を形成
する方法としてパルスレーザ照射を行なう活性化アニー
ル法が提案されている。
【0005】このパルスレーザのエネルギーは、半導体
基板の極く表面(約20nm)で吸収されるため、パル
スレーザによってアニール処理が可能な深さは熱拡散を
考慮しても約100nm以下であり、ウエハ全体の温度
上昇は極くわずか(1〜2℃程度)である。そのため、
パルスレーザによるアニール処理は浅いLLD構造ある
いはソース・ドレイン領域の形成時の活性化アニール処
理に適している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アニー
ルされる領域よりもイオン注入の領域の底の部分の方が
深い場合は欠陥が十分アニールアウトされずに接合リー
クが増加してしまうという問題がある。この問題を解決
するために、レーザのパワーを増加させてより深い領域
までアニールすることが考えられるが、ソース・ドレイ
ン領域における接合が深くなるという問題がある。ま
た、レーザのパワーが小さい場合には、半導体基板の極
く表面のみが溶融し、その後半導体基板の表面は直ちに
平坦になる。しかるに、レーザのパワーが大きい場合、
半導体基板のかなり深い部分まで溶融するため、半導体
基板の表面の平坦性が著しく損なわれるという問題もあ
る。
【0007】本発明は、このような従来の問題点に着目
して創案されたものであって、パルスレーザ法を使用す
ることによって、微細な半導体装置において浅い接合を
形成し、且つトランジスタの接合リーク電流を低減する
ことができる半導体基板の熱処理方法を提供するもので
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の問題は、パルスレ
ーザのエネルギーが半導体基板の極く表面で吸収される
ため、基板の深さ方向に対する温度分布が急峻に成り過
ぎていることに起因している。
【0009】そこで、請求項1記載の発明は、半導体基
板にイオン打込み深さの浅いイオン打込み層を形成した
後、前記半導体基板表面に2種類の波長の異なるパルス
レーザを照射することを、その解決手段としている。
【0010】請求項2記載の発明は、前記パルスレーザ
の照射は、波長の長いパルスレーザから波長の短いパル
スレーザへと行なうことを、特徴としている。
【0011】請求項3記載の発明は、前記波長の異なる
パルスレーザは、ルビーレーザとXeClレーザの組合
せであることを、特徴としている。
【0012】請求項4記載の発明は、半導体基板にイオ
ン打込み深さの浅いイオン打込み層を形成した後、長波
長のパルスレーザを照射して半導体基板の結晶性の回復
させ、次いで短波長のパルスレーザを照射して前記イオ
ン打込み層の不純物を活性化させることを、特徴として
いる。
【0013】
【作用】パルスレーザアニールにおいては、ルビーレー
ザ(波長:694nm)、XeF(波長:351n
m)、XeCl(波長:308nm)、KrF(波長:
249nm)、ArF(波長:193nm)等を使用す
ることができるが、中でもルビーレーザと、XeClレ
ーザの組合せの使用が有望である。この2種類のレーザ
は波長の違いによりSi基板への吸収される深さが異な
る。
【0014】すなわちXeClレーザは基板の極く表面
で吸収され、ルビーレーザはそれよりもやや深い部分
(約1μm)まで到達するためより深い部分まで加熱さ
れる。従ってこの2種類レーザのパワーを最適化して同
一部分に同時あるいは連続して照射することにより、深
さ方向に対する温度分布を制御することが可能である。
なお、図2は、各種パルスレーザのフォトエネルギーと
吸収係数との関係を示すグラフである。
【0015】実際にはXeClレーザは、高濃度イオン
注入された領域を活性化させるため十分なパワーが必要
であり、XeClレーザアニール時の照射エネルギーは
650〜1100mJ/cm2、より好ましくは700
〜900mJ/cm2とすることが望ましい。また、パ
ルス幅は20〜100nsecが好ましく、照射間隔は
任意でよい。
【0016】ルビーレーザはより深い領域までアニール
するわけだが、表面付近の高濃度領域はXeClレーザ
で活性化アニールされるので比較的低濃度のイオン注入
テール部分の欠陥の除去ができればよくむしろパワーは
少ないほうが不純物の再分布を防ぐことができる。
【0017】本発明の半導体基板の熱処理方法において
は、素子分離領域およびゲート電極領域を形成した後、
LDD及びソース・ドレイン領域を形成し、ルビーレー
ザとXeClレーザの組合せによるパルスレーザ処理を
行う。これによって、深さ方向の温度分布を穏やかな分
布にすることができ、接合の境界面より深い部分までア
ニールされるため、これらの領域に形成された拡散層の
接合リーク電流を低減することができる。
【0018】このようなパルスレーザ処理は半導体基板
の表面(例えば100nm以下の深さ)に対して影響を
与えるだけなので、ソース・ドレイン領域に浅い接合を
維持することができ、微細な半導体装置を製造すること
が可能になる。
【0019】ここで重要な点は、2種類のパルスレーザ
照射のパワーのバランスの最適化を行うことにより、表
面付近の高濃度層の活性化と接合境界面付近での欠陥の
除去を行いながら、接合の拡がりを最小限に抑えること
である。
【0020】そして、レーザ照射の工程以降において
は、600℃以下の熱処理しか行わないことである。す
なわち、ソース・ドレイン領域の活性化のためのパルス
レーザ照射工程以降に600℃以上の加熱処理を行う
と、LDD構造あるいはソース・ドレイン領域における
接合が深くなってしまうからである。後の工程で熱処理
が必要とされる場合として、アルミニウム配線層を形成
するときのシンター処理があるが、この処理において必
要とされる温度は約450〜600℃である。
【0021】
【実施例】以下、本発明に係る半導体基板の熱処理方法
の詳細を図面に示す実施例に基づいて説明する。
【0022】(実施例)図1(A)〜(C)は、本発明
をMOS型トランジスタの製造に適用した実施例の工程
を示す要部断面図である。
【0023】先ず、周知の方法を用いてシリコン基板1
1に素子分離領域12と、素子分離領域12の下のチャ
ンネルストップイオン注入層13を形成する。次に、ゲ
ート酸化膜14を形成した後、しきい値電圧調整イオン
注入層15を形成する。そして、ゲート酸化膜14をゲ
ートポリシリコン層16で覆った後、シリサイド層17
を形成し、図1(A)に示すように、シリサイド層1
7,ゲートポリシリコン層16及びゲート酸化膜14を
パターニングしてゲート電極領域18を形成する。
【0024】次に、図1(B)に示すように、LDD
(Lightly Doped Drain−souc
e)領域19をイオン注入して形成する。
【0025】その後、図1(C)に示すように、周知の
方法を用いてゲート電極の側壁にサイドスペーサ20を
形成し、次いでソース領域21A,ドレイン領域21B
にイオン注入処理を行なう。このイオン注入処理は、ヒ
素(As+)イオンの場合、打込み条件を5〜20ke
V、ドーズ量を1×1015〜3×1015/cm2とする
ことができる。また、BF2 +イオンの場合、注入条件5
〜20keV、ドーズ量を1×1015〜3×1015/c
2とすることができる。
【0026】次いで、図1(C)に示すように、必要に
応じて反射防止膜として化学気相成長法により酸化膜2
2を50nmの膜厚に形成し、その後、パルスレーザを
シリコン基板11に照射することにより、LDD領域1
9及びソース領域21A,ドレイン領域21Bに注入さ
れたイオンを活性化させる。このパルスレーザによる活
性化アニール処理は、先ず長波長(694nm)のパル
スレーザであるルビーレーザを600mJ/cm2の照
射エネルギーで照射した後、ルビーレーザより短波長
(308nm)のXeClレーザを700mJ/cm2
の照射エネルギーで照射する。
【0027】この後の工程は、従来の半導体装置の製造
方法に従い半導体装置を完成させる。なお、以降の工程
において、半導体基板には、600℃以下の熱処理しか
行わないことが重要である。
【0028】本実施例においては、ソース領域21A,
ドレイン領域21Bへイオンを打込んだ際に生じた点欠
陥はルビーレーザ照射によりで効果的に減少する。従っ
て、ルビーレーザ照射を行うことで接合を深くすること
なく効果的に点欠陥を低減することができる。このよう
なパルスレーザ照射を行なった場合、逆リーク電流を抑
制することができる。そして、ソース領域21A,ドレ
イン領域21Bの活性化は、XeClレーザ照射により
行うので浅い接合を維持することができ、微細なトラン
ジスタから成る超高速集積回路を形成することができ
る。
【0029】以上、実施例について説明したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、構成の要旨に付随す
る各種の設計変更が可能であり、パルスレーザも上記以
外の組合せが可能である。
【0030】また、上記実施例は、MOSトランジスタ
に本発明を適用したが、バイポーラトランジスタに適用
することも勿論可能である。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、2種類のパルスレーザ
照射のパワーのバランスの最適化を行う事により、表面
付近の高濃度層の活性化と接合境界面付近での欠陥の除
去を行いながら、接合の拡がりを最小限に抑える事が可
能である。従って接合リークの少ない拡散層が得られ低
抵抗かつ浅い接合を維持することができ、微細なトラン
ジスタから成る超高速集積回路を形成することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)〜(C)は本発明の実施例の工程を示す
要部断面図。
【図2】パルスレーザのフォトエネルギーと吸収係数と
の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
11…シリコン基板、 19…LDD領域、 21A…ソース領域、 21B…ドレイン領域。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/784

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板にイオン打込み深さの浅いイ
    オン打込み層を形成した後、前記半導体基板表面に2種
    類の波長の異なるパルスレーザを照射することを特徴と
    する半導体基板の熱処理方法。
  2. 【請求項2】 前記パルスレーザの照射は、波長の長い
    パルスレーザから波長の短いパルスレーザへと行なう請
    求項1記載に係る半導体基板の熱処理方法。
  3. 【請求項3】 前記波長の異なるパルスレーザは、ルビ
    ーレーザとXeClレーザの組合せである請求項1又は
    請求項2記載の半導体基板の熱処理方法。
  4. 【請求項4】 半導体基板にイオン打込み深さの浅いイ
    オン打込み層を形成した後、長波長のパルスレーザを照
    射して半導体基板の結晶性の回復させ、次いで短波長の
    パルスレーザを照射して前記イオン打込み層の不純物を
    活性化させることを特徴とする半導体基板の熱処理方
    法。
JP22311592A 1992-08-24 1992-08-24 半導体基板の熱処理方法 Pending JPH0677155A (ja)

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