JP4455441B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置の製造方法、特に熱処理技術に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a heat treatment technique.

LSIの高集積化は、LSIを構成する素子の微細化により達成されてきている。そして、素子寸法の縮小化に伴い、浅いpn接合の形成、すなわち浅い不純物拡散領域の形成が重要となってきている。   High integration of LSI has been achieved by miniaturization of elements constituting the LSI. With the reduction in element size, formation of a shallow pn junction, that is, formation of a shallow impurity diffusion region has become important.

浅い不純物拡散領域を形成するためには、低加速エネルギーでのイオン注入と、その後のアニール処理の最適化が重要である。p型不純物としてはボロン(B)が、n型不純物としてはリン(P)或いは砒素(As)が用いられている。しかしながら、これら不純物はシリコン(Si)中での拡散係数が大きいため、ハロゲンランプを用いたRTA(Rapid Thermal Anneal)処理では、不純物が内方及び外方へ拡散してしまう。そのため、浅い不純物拡散層を得ることが、しだいに困難になってきている。不純物拡散を抑制するためにアニール温度を下げると、不純物の活性化率が大きく低下する。したがって、ハロゲンランプを用いたRTA処理では、接合深さが浅く(20nm以下程度)、かつ低抵抗の不純物拡散層を形成することが困難であった。   In order to form a shallow impurity diffusion region, it is important to optimize ion implantation with low acceleration energy and subsequent annealing. Boron (B) is used as the p-type impurity, and phosphorus (P) or arsenic (As) is used as the n-type impurity. However, since these impurities have a large diffusion coefficient in silicon (Si), impurities are diffused inward and outward in RTA (Rapid Thermal Anneal) processing using a halogen lamp. Therefore, it has become increasingly difficult to obtain a shallow impurity diffusion layer. When the annealing temperature is lowered in order to suppress impurity diffusion, the impurity activation rate is greatly reduced. Therefore, in the RTA process using a halogen lamp, it is difficult to form an impurity diffusion layer having a shallow junction depth (about 20 nm or less) and a low resistance.

上述したような問題に対し、活性化に必要なエネルギーを瞬時に供給する手法として、キセノン(Xe)フラッシュランプを用いたフラッシュランプアニール法が検討されている。Xeフラッシュランプは、石英管等の管内にXeガスを封入したものであり、コンデンサ等に蓄えられた電荷を短時間に放電させることで、例えば数100μsec〜数msecの範囲で白色光を発光させることが可能である。そのため、半導体層に注入された不純物イオンの分布を変化させずに、不純物を活性化することが可能である。   As a technique for instantaneously supplying energy necessary for activation to the problems described above, a flash lamp annealing method using a xenon (Xe) flash lamp has been studied. The Xe flash lamp is a tube in which Xe gas is sealed in a quartz tube or the like, and emits white light in a range of, for example, several hundred μsec to several msec by discharging electric charge stored in a capacitor or the like in a short time. It is possible. Therefore, it is possible to activate the impurities without changing the distribution of impurity ions implanted into the semiconductor layer.

しかしながら、フラッシュランプの光が半導体基板表面で反射されてしまうことにより、加熱効率が悪化し、十分に不純物を活性化することが困難である。活性化率を上げるため、フラッシュランプの照射エネルギーを上げると、熱応力が増加して、半導体基板が破壊してしまう。すなわち、従来のフラッシュランプアニール法では、浅い接合を有する不純物拡散領域を形成することはできても、拡散層の低抵抗化には限界があった。   However, since the light of the flash lamp is reflected on the surface of the semiconductor substrate, the heating efficiency is deteriorated and it is difficult to sufficiently activate the impurities. When the irradiation energy of the flash lamp is increased to increase the activation rate, the thermal stress increases and the semiconductor substrate is destroyed. That is, in the conventional flash lamp annealing method, although an impurity diffusion region having a shallow junction can be formed, there is a limit to lowering the resistance of the diffusion layer.

一方、従来技術として、アニール処理においてランプ光を効率的に吸収させるために、光吸収膜を形成するという技術が知られている。特開平10−26772号公報には、TFT(薄膜トランジスタ)の製造において、ゲート絶縁膜の表面に光吸収膜を形成する技術が開示されている。しかしながら、ゲート絶縁膜の表面に形成された光吸収膜を利用するため、効率的な加熱を行うことが困難である。特開2000−138177には、半導体装置の製造において、層間絶縁膜の表面に光吸収膜を形成する技術が開示されている。しかしながら、層間絶縁膜の表面に形成された光吸収膜を利用するため、やはり効率的な加熱を行うことが困難である。   On the other hand, as a conventional technique, a technique of forming a light absorption film in order to efficiently absorb lamp light in an annealing process is known. Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-26772 discloses a technique for forming a light absorption film on the surface of a gate insulating film in the manufacture of a TFT (Thin Film Transistor). However, since a light absorption film formed on the surface of the gate insulating film is used, it is difficult to perform efficient heating. Japanese Patent Laid-Open No. 2000-138177 discloses a technique for forming a light absorption film on the surface of an interlayer insulating film in the manufacture of a semiconductor device. However, since a light absorption film formed on the surface of the interlayer insulating film is used, it is still difficult to perform efficient heating.

このように、LSIの高集積化に伴い、浅く且つ低抵抗の不純物拡散層を形成する等、不純物のプロファイルを精度よく制御することが重要となってきているが、従来は不純物のプロファイルを精度よく制御することが困難であった。   As described above, with the high integration of LSI, it is important to control the impurity profile with high precision, such as forming a shallow and low-resistance impurity diffusion layer. It was difficult to control well.

本発明は上記従来の課題に対してなされたものであり、不純物のプロファイルを精度よく制御することが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of accurately controlling an impurity profile.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体領域に不純物元素のイオンを注入する工程と、前記半導体領域に、所定元素としてIV族の元素又は前記不純物元素と同一導電型であって前記不純物元素よりも質量数が大きい元素のイオンを注入してアモルファス状態の結晶欠陥領域を形成する工程と、前記不純物元素及び前記所定元素が注入された領域にフラッシュランプの光を照射してアニールを行い、前記アモルファス状態の結晶欠陥領域の結晶欠陥を回復させるとともに前記不純物元素を活性化する工程と、前記フラッシュランプの光を照射してアニールを行う工程の前に、前記半導体領域上に導電膜を形成する工程と、を備え、前記フラッシュランプの光を照射してアニールを行う工程を、前記結晶欠陥領域のアモルファス状態が維持される温度で前記半導体領域を予め加熱した状態で行うことを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of implanting impurity element ions into a semiconductor region, and a group IV element as a predetermined element or the same conductivity type as the impurity element in the semiconductor region, and the impurity element A step of implanting ions of an element having a larger mass number to form a crystal defect region in an amorphous state, and performing annealing by irradiating light of a flash lamp to the region into which the impurity element and the predetermined element are implanted , A conductive film is formed on the semiconductor region before the step of recovering the crystal defects in the crystal defect region in the amorphous state and activating the impurity element and the step of annealing by irradiating the light of the flash lamp. And maintaining the amorphous state of the crystal defect region by performing an annealing process by irradiating with light from the flash lamp. And performing at the temperature while pre-heating the semiconductor region.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板に不純物元素のイオンを注入する工程と、前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板に、所定元素としてIV族の元素又は前記不純物元素と同一導電型であって前記不純物元素よりも質量数が大きい元素のイオンを注入してアモルファス状態の結晶欠陥領域を形成する工程と、前記不純物元素及び前記所定元素が注入された領域にフラッシュランプの光を照射してアニールを行い、前記アモルファス状態の結晶欠陥領域の結晶欠陥を回復させるとともに前記不純物元素を活性化する工程と、前記フラッシュランプの光を照射してアニールを行う工程の前に、前記半導体基板上に導電膜を形成する工程と、を備え、前記フラッシュランプの光を照射してアニールを行う工程を、前記結晶欠陥領域のアモルファス状態が維持される温度で前記半導体基板を予め加熱した状態で行うことを特徴とする。 A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes the steps of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate, forming a gate electrode on the gate insulating film, said gate electrode as a mask, the semiconductor substrate in the step of implanting ions of an impurity element, the gate electrode as a mask, the semiconductor substrate is larger mass number than the impurity element an element or the impurity element of the same conductivity type of group IV as a predetermined element A step of forming an amorphous state crystal defect region by implanting element ions ; and a step of irradiating a flash lamp light to the region into which the impurity element and the predetermined element are implanted to anneal the amorphous state crystal defect A step of recovering crystal defects in the region and activating the impurity element; and annealing by irradiating light of the flash lamp. Forming a conductive film on the semiconductor substrate before the step, and performing annealing by irradiating light from the flash lamp at a temperature at which the amorphous state of the crystal defect region is maintained. It is characterized in that the semiconductor substrate is heated in advance .

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、前記ゲート電極の側壁に側壁部を形成する工程と、前記ゲート電極及び前記側壁部をマスクとして、前記半導体基板に第1の不純物元素のイオンを注入する工程と、前記第1の不純物元素が注入された領域に対してアニールを行い、前記第1の不純物元素を活性化して第1のソース・ドレイン拡散層を形成する工程と、前記第1のソース・ドレイン拡散層を形成した後、前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板に第2の不純物元素のイオンを注入する工程と、前記第1のソース・ドレイン拡散層を形成した後、前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板に、所定元素としてIV族の元素又は前記第2の不純物元素と同一導電型であって前記第2の不純物元素よりも質量数が大きい元素のイオンを注入してアモルファス状態の結晶欠陥領域を形成する工程と、前記第2の不純物元素及び前記所定元素が注入された領域にフラッシュランプの光を照射してアニールを行い、前記アモルファス状態の結晶欠陥領域の結晶欠陥を回復させるとともに前記第2の不純物元素を活性化して前記第1のソース・ドレイン拡散層よりも浅い第2のソース・ドレイン拡散層を形成する工程と、前記フラッシュランプの光を照射してアニールを行う工程の前に、前記半導体基板上に導電膜を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and forming a side wall portion on a side wall of the gate electrode. And using the gate electrode and the side wall as a mask, implanting ions of a first impurity element into the semiconductor substrate, annealing the region into which the first impurity element has been implanted, Activating the first impurity element to form a first source / drain diffusion layer; and forming the first source / drain diffusion layer, and then forming a second source on the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask. After forming the impurity element ions and forming the first source / drain diffusion layer, the gate electrode is used as a mask to the semiconductor substrate as a predetermined group IV element or element. Implanting ions of an element having the same conductivity type as the second impurity element and having a mass number larger than that of the second impurity element to form an amorphous crystal defect region; and the second impurity element. Then, the region where the predetermined element is implanted is irradiated with light from a flash lamp to perform annealing, thereby recovering crystal defects in the amorphous crystal defect region and activating the second impurity element. A step of forming a second conductive layer on the semiconductor substrate before the step of forming a second source / drain diffusion layer shallower than the source / drain diffusion layer and the step of annealing by irradiating light of the flash lamp And .

本発明によれば、浅く且つ低抵抗の不純物拡散層を形成できる等、不純物のプロファイルを精度よく制御することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to accurately control the impurity profile, for example, by forming a shallow and low-resistance impurity diffusion layer.

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施形態1)
図1(a)〜図1(c)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示した断面図である。以下、p型MOSトランジスタの製造工程を例にして説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1A to FIG. 1C are cross-sectional views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, a manufacturing process of a p-type MOS transistor will be described as an example.

まず、図1(a)に示すように、通常のp型MOSトランジスタの製造方法に従って、n型シリコン(Si)基板1に素子分離領域2を形成する。その後、ゲート絶縁膜(シリコン酸化膜)3を形成し、さらにゲート絶縁膜3上にゲート電極4を形成する。   First, as shown in FIG. 1A, an element isolation region 2 is formed on an n-type silicon (Si) substrate 1 in accordance with a normal method for manufacturing a p-type MOS transistor. Thereafter, a gate insulating film (silicon oxide film) 3 is formed, and a gate electrode 4 is further formed on the gate insulating film 3.

次に、図1(b)に示すように、ゲート電極4をマスクとして、n型シリコン基板1の表面領域に、ゲルマニウム(Ge)のイオンを注入する。イオン注入の条件は、加速エネルギー15keV、ドーズ量5×1014cm-2とする。このイオン注入により、シリコン基板1の表面には結晶欠陥領域5が形成される。例えば、アモルファス状態の結晶欠陥領域5が形成される。この結晶欠陥領域5の端部の深さは、シリコン基板1の表面から約20nm程度である。 Next, as shown in FIG. 1B, germanium (Ge) ions are implanted into the surface region of the n-type silicon substrate 1 using the gate electrode 4 as a mask. The ion implantation conditions are an acceleration energy of 15 keV and a dose amount of 5 × 10 14 cm −2 . By this ion implantation, a crystal defect region 5 is formed on the surface of the silicon substrate 1. For example, an amorphous crystal defect region 5 is formed. The depth of the end of the crystal defect region 5 is about 20 nm from the surface of the silicon substrate 1.

次に、ゲート電極4をマスクとして、シリコン基板1の表面領域に、ボロン(B)のイオンを注入する。イオン注入の条件は、加速エネルギー0.2keV、ドーズ量1×1015cm-2とする。このイオン注入により、不純物領域6が、結晶欠陥領域5に重畳するようにして、結晶欠陥領域5の上部に形成される。 Next, boron (B) ions are implanted into the surface region of the silicon substrate 1 using the gate electrode 4 as a mask. The ion implantation conditions are an acceleration energy of 0.2 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 . By this ion implantation, the impurity region 6 is formed above the crystal defect region 5 so as to overlap the crystal defect region 5.

次に、図1(c)に示すように、キセノン(Xe)フラッシュランプを用いて、光を基板全面に照射する。照射時間は10ms以下とし、照射エネルギー密度は35J/cm2 とする。この光照射(フラッシュランプアニール)により、不純物元素が活性化されるとともに、結晶欠陥領域5及び不純物領域6の欠陥が回復し、p型ソース・ドレイン拡散層7が得られる。光照射に際しては、光照射前から予め基板を400℃程度の温度に加熱しておくことが望ましい。 Next, as shown in FIG. 1C, the entire surface of the substrate is irradiated with light using a xenon (Xe) flash lamp. The irradiation time is 10 ms or less, and the irradiation energy density is 35 J / cm 2 . By this light irradiation (flash lamp annealing), the impurity element is activated and defects in the crystal defect region 5 and the impurity region 6 are recovered, and the p-type source / drain diffusion layer 7 is obtained. In the light irradiation, it is desirable to heat the substrate to a temperature of about 400 ° C. before the light irradiation.

その後の工程は、図示しないが、例えば常圧CVD法により、成膜温度400℃で、全面に層間絶縁膜としてシリコン酸化膜を形成する。その後、層間絶縁膜にコンタクトホールを開け、さらにソース・ドレイン電極、ゲート電極、配線等を形成する。   Although the subsequent steps are not shown, a silicon oxide film is formed as an interlayer insulating film on the entire surface at a film forming temperature of 400 ° C. by, for example, atmospheric pressure CVD. Thereafter, contact holes are formed in the interlayer insulating film, and source / drain electrodes, gate electrodes, wirings, and the like are formed.

図2(a)及び図2(b)は、第1の実施形態の比較例の製造方法を示した断面図である。本比較例では、シリコン基板1にGeをイオン注入せずに、Bを上記実施形態と同一条件でイオン注入し、その後、キセノンフラッシュランプ光を上記実施形態と同一条件で照射している。   FIG. 2A and FIG. 2B are cross-sectional views illustrating a manufacturing method of a comparative example of the first embodiment. In this comparative example, Ge is not ion-implanted into the silicon substrate 1, but B is ion-implanted under the same conditions as in the above-described embodiment, and then xenon flash lamp light is irradiated under the same conditions as in the above-described embodiment.

図3は図1(a)〜図1(c)の工程によって得られたGe及びBの濃度分布を、図4は図2(a)及び図2(b)の工程によって得られたBの濃度分布を示したものである。   FIG. 3 shows the concentration distribution of Ge and B obtained by the steps of FIGS. 1A to 1C, and FIG. 4 shows the concentration of B obtained by the steps of FIGS. 2A and 2B. It shows the concentration distribution.

本実施形態の場合には、濃度が1018cm-3となる深さは、Geで約55nm、Bで約12nmである。これに対し、比較例の場合には、B濃度が1018cm-3となる深さは約18nmである。すなわち、本実施形態の方が比較例に比べて、Bが浅い領域に分布している。これは、Bよりも質量が重い(質量数が大きい)Geのイオン注入を行うことで、基板表面に多量の結晶欠陥が生じてアモルファス状態となり、Bのチャネリング現象が抑制されたためである。 In this embodiment, the depth at which the concentration is 10 18 cm −3 is about 55 nm for Ge and about 12 nm for B. On the other hand, in the comparative example, the depth at which the B concentration is 10 18 cm −3 is about 18 nm. That is, in this embodiment, B is distributed in a shallower region than in the comparative example. This is because the ion implantation of Ge, which is heavier than B (having a larger mass number), causes a large amount of crystal defects on the surface of the substrate, resulting in an amorphous state, and the channeling phenomenon of B is suppressed.

また、拡散層のシート抵抗を実測したところ、Geをイオン注入しない比較例のサンプルでは7kΩ/□であったのに対し、Geをイオン注入した本実施形態のサンプルでは510Ω/□であり、拡散層の抵抗が著しく低下していることがわかった。さらに、基板面内における抵抗のばらつきを調べたところ、比較例のサンプルではσ=10%であるのに対し、本実施形態のサンプルではσ<1.5%であり、均一性が向上していることがわかった。   Further, when the sheet resistance of the diffusion layer was measured, it was 7 kΩ / □ in the sample of the comparative example in which Ge was not ion-implanted, whereas it was 510 Ω / □ in the sample of this embodiment in which Ge was ion-implanted. It was found that the resistance of the layer was significantly reduced. Further, when the variation in resistance in the substrate surface was examined, σ = 10% in the sample of the comparative example, whereas σ <1.5% in the sample of the present embodiment, and the uniformity was improved. I found out.

以上のように、Geのイオン注入とフラッシュランプアニールを組み合わせることにより、不純物のプロファイルを精度よく制御することができる。したがって、深さ20nm以下の浅い接合を有する、低抵抗のp型ソース・ドレイン拡散層を形成することができる。   As described above, the impurity profile can be accurately controlled by combining Ge ion implantation and flash lamp annealing. Therefore, a low resistance p-type source / drain diffusion layer having a shallow junction with a depth of 20 nm or less can be formed.

拡散層の抵抗値の減少及び拡散層抵抗の均一性の向上の理由を調べるため、シリコン基板表面の反射率を測定した。図5は、シリコン基板表面の反射スペクトルを示したものである。   In order to investigate the reason for the decrease in the diffusion layer resistance and the improvement in the uniformity of the diffusion layer resistance, the reflectance of the silicon substrate surface was measured. FIG. 5 shows the reflection spectrum of the silicon substrate surface.

Bの低加速イオン注入により、Si(100)からの反射率は、300nm以下の短波長側で10%程度低下している。さらにGeをイオン注入することによって、400nm以下の短波長側の反射率が数%程度低下している。一方、Geのイオン注入により、450nm以上の長波長側の反射率が増加している。イオン注入なしのSi(ベアSi)では、360nm及び270nm付近にピークが観測される。これらのピークは、バンド構造の臨界点E1 (L3'→L1 )及びE2 (X4 →X1 )に関連するものである。Geをイオン注入することにより、これら二つのピークが消失しているが、これは基板表面に多量の結晶欠陥が生じ、結晶の周期性が崩れたことを示唆している。 Due to the low acceleration ion implantation of B, the reflectance from Si (100) is reduced by about 10% on the short wavelength side of 300 nm or less. Furthermore, the reflectivity on the short wavelength side of 400 nm or less is reduced by several percent by ion implantation of Ge. On the other hand, the reflectivity on the long wavelength side of 450 nm or more is increased by Ge ion implantation. In Si (bare Si) without ion implantation, peaks are observed near 360 nm and 270 nm. These peaks are related to the critical points E 1 (L 3 ′ → L 1 ) and E 2 (X 4 → X 1 ) of the band structure. By implanting Ge ions, these two peaks disappear, suggesting that a large amount of crystal defects occurred on the substrate surface and the periodicity of the crystal was broken.

図6は、Xeフラッシュランプ及びWハロゲンランプの発光スペクトル(発光強度分布)と、Siの吸収特性を示したものである。ハロゲンランプでは長波長側で発光強度が強いのに対し、フラッシュランプでは、可視光領域、特に250〜500nm程度の領域において発光強度が強いことがわかる。また、Siは可視光領域において光の吸収率が高い。   FIG. 6 shows the emission spectrum (emission intensity distribution) of the Xe flash lamp and the W halogen lamp and the absorption characteristics of Si. It can be seen that the halogen lamp has a high emission intensity on the longer wavelength side, whereas the flash lamp has a high emission intensity in the visible light region, particularly in the region of about 250 to 500 nm. Si has a high light absorption rate in the visible light region.

以上のことからわかるように、フラッシュランプを用いる場合の方が、ハロゲンランプを用いる場合に比べ、発光エネルギーが効率的にシリコンに吸収される。さらに、Geのイオン注入によってシリコン基板の表面領域に多量の結晶欠陥を生じさせることで、フラッシュランプの発光強度が大きい波長領域において、シリコン基板表面の反射率を下げることができる。すなわち、シリコン基板表面の吸収率を上げることができる。したがって、Geのイオン注入とフラッシュランプアニールを組み合わせることで加熱効率を高めることができ、B等の不純物のプロファイルを崩さずに不純物を効率的に活性化することが可能となる。   As can be seen from the above, the emission energy is more efficiently absorbed by silicon when the flash lamp is used than when the halogen lamp is used. Furthermore, by generating a large amount of crystal defects in the surface region of the silicon substrate by Ge ion implantation, the reflectance of the silicon substrate surface can be lowered in a wavelength region where the emission intensity of the flash lamp is high. That is, the absorption rate of the silicon substrate surface can be increased. Therefore, by combining Ge ion implantation and flash lamp annealing, the heating efficiency can be increased, and the impurities can be efficiently activated without destroying the profile of impurities such as B.

図7は、本実施形態の図1(c)の工程後の、照射エネルギー密度とシート抵抗の関係を調べた結果である。紫外光をカットしないフラッシュランプを用いた場合(a)と、400nm以下の紫外光をカットしたフラッシュランプを用いた場合(b)とについて示している。紫外光をカットした場合には、不純物拡散層のシート抵抗の変化から、約30%パワー損失があることがわかった。すなわち、通常のフラッシュランプの照射では、紫外光が効果的にSi基板を加熱していることがわかった。   FIG. 7 shows the result of examining the relationship between the irradiation energy density and the sheet resistance after the step of FIG. 1C of the present embodiment. A case (a) using a flash lamp that does not cut ultraviolet light and a case (b) using a flash lamp that cuts ultraviolet light of 400 nm or less are shown. When ultraviolet light was cut, it was found that there was about 30% power loss from the change in the sheet resistance of the impurity diffusion layer. In other words, it was found that ultraviolet light effectively heated the Si substrate under normal flash lamp irradiation.

また、Bを10keV、5×1015cm-2の条件で注入したSi基板と、これと同一の条件でBを注入した後にGeを1keV、5×1014cm-2の条件で注入したSi基板を用意し、それぞれの基板に対して、基板温度400℃、照射エネルギー密度35J/cm2 の条件でフラッシュランプアニール処理を行った。その結果、Bのみをイオン注入したサンプルのシート抵抗は320Ω/□であったのに対し、GeとBをイオン注入したサンプルのシート抵抗は100Ω/□であった。このとき、濃度が1×1018cm-3となる深さは、Bで約150nm、Geで約10nmであった。すなわち、Bが含有されている領域全体にGeが含有されているわけではない。したがって、上記の結果は、従来のプリアモルファス化の効果やGeが高濃度に存在することでBの活性化率を高める効果とは、異なることを意味する。 Also, a Si substrate implanted with B under conditions of 10 keV and 5 × 10 15 cm −2 , and Si implanted with B under the same conditions and then implanted with Ge under conditions of 1 keV and 5 × 10 14 cm −2. Substrates were prepared, and flash lamp annealing treatment was performed on each substrate under conditions of a substrate temperature of 400 ° C. and an irradiation energy density of 35 J / cm 2 . As a result, the sheet resistance of the sample in which only B was ion-implanted was 320 Ω / □, whereas the sheet resistance of the sample in which Ge and B were ion-implanted was 100 Ω / □. At this time, the depth at which the concentration was 1 × 10 18 cm −3 was about 150 nm for B and about 10 nm for Ge. That is, the entire region containing B does not contain Ge. Therefore, the above results mean that the effect of conventional pre-amorphization and the effect of increasing the activation rate of B due to the presence of Ge at a high concentration are different.

さらに、Geが高濃度に存在する効果でないことを証明するために、Geをイオン注入し、続いて550℃で1時間アニール処理を行うことで結晶状態を回復させ、その後にBをイオン注入し、さらにその後でフラッシュランプアニール処理を行った。このサンプルの拡散層のシート抵抗を測定したところ7kΩ/□であり、シート抵抗値を低下させることはできなかった。   Further, in order to prove that Ge is not an effect that exists at a high concentration, Ge is ion-implanted, followed by annealing at 550 ° C. for 1 hour to recover the crystalline state, and then B is ion-implanted. After that, a flash lamp annealing treatment was performed. The sheet resistance of the diffusion layer of this sample was measured and found to be 7 kΩ / □, and the sheet resistance value could not be reduced.

以上のことから、Geのイオン注入による不純物拡散層のシート抵抗の低下及びシート抵抗の均一性の向上は、GeによってSi基板の表面領域をアモルファス状態にしたために結晶性の回復が良くなったことに加え、フラッシュランプ照射によって加熱効率が上昇したためと考えられる。   From the above, the reduction of the sheet resistance of the impurity diffusion layer and the improvement of the uniformity of the sheet resistance due to the ion implantation of Ge have improved the recovery of crystallinity because the surface region of the Si substrate is made amorphous by Ge. In addition to this, it is considered that the heating efficiency was increased by flash lamp irradiation.

以上のように、本実施形態によれば、Geのイオン注入とフラッシュランプによる短時間の光照射とを組み合わせることにより、不純物のプロファイルを精度よく制御することができる。そのため、高濃度で浅い低抵抗の拡散層を形成することができる。   As described above, according to the present embodiment, the impurity profile can be accurately controlled by combining Ge ion implantation and short-time light irradiation using a flash lamp. Therefore, a high-concentration shallow shallow low-resistance diffusion layer can be formed.

(実施形態2)
図10(a)〜図10(c)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示した断面図である。以下、p型MOSトランジスタの製造工程を例にして説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 10A to FIG. 10C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. Hereinafter, a manufacturing process of a p-type MOS transistor will be described as an example.

本実施形態では、Ge(所定元素)のイオン注入領域(Ge拡散層)がB(不純物元素)のイオン注入領域(B拡散層)よりも浅くなるようにしている。具体的には、n型の半導体基板とp型のB拡散層との境界(pn接合の境界)において、Geの濃度の方がBの濃度よりも低くなるようにしている。別の観点から言うと、Ge濃度がpn接合の境界におけるB濃度に等しくなる位置が、半導体基板の表面とpn接合の境界との間になるようにしている。pn接合の境界でのBの濃度は、例えば1×1018/cm3 程度である。さらに別の観点から言うと、Geの濃度分布が最大となる位置が、Bの濃度が1×1019/cm3 となる深さよりも、浅くなるようにしている。 In this embodiment, the Ge (predetermined element) ion implantation region (Ge diffusion layer) is shallower than the B (impurity element) ion implantation region (B diffusion layer). Specifically, the Ge concentration is made lower than the B concentration at the boundary (pn junction boundary) between the n-type semiconductor substrate and the p-type B diffusion layer. From another viewpoint, the position where the Ge concentration is equal to the B concentration at the boundary of the pn junction is set between the surface of the semiconductor substrate and the boundary of the pn junction. The concentration of B at the boundary of the pn junction is, for example, about 1 × 10 18 / cm 3 . From another point of view, the position where the Ge concentration distribution is maximized is made shallower than the depth at which the B concentration is 1 × 10 19 / cm 3 .

まず、図10(a)に示すように、通常のp型MOSトランジスタの製造方法に従って、n型シリコン基板1に素子分離領域2を形成する。その後、ゲート絶縁膜(シリコン酸化膜)3を形成し、さらにゲート絶縁膜3上にゲート電極4を形成する。   First, as shown in FIG. 10A, an element isolation region 2 is formed on an n-type silicon substrate 1 in accordance with a normal method for manufacturing a p-type MOS transistor. Thereafter, a gate insulating film (silicon oxide film) 3 is formed, and a gate electrode 4 is further formed on the gate insulating film 3.

次に、図10(b)に示すように、ゲート電極4をマスクとして、n型シリコン基板1の表面領域に、Geをイオン注入する。イオン注入の条件は、加速エネルギー1keV、ドーズ量5×1014cm-2とする。このイオン注入により、シリコン基板1の表面には結晶欠陥領域5が形成される。次に、ゲート電極4をマスクとして、シリコン基板1の表面領域に、Bをイオン注入する。イオン注入の条件は、加速エネルギー0.2keV、ドーズ量1×1015cm-2とする。このイオン注入により、不純物領域6が、結晶欠陥領域5に重畳するようにして、結晶欠陥領域5よりも下方まで形成される。 Next, as shown in FIG. 10B, Ge is ion-implanted into the surface region of the n-type silicon substrate 1 using the gate electrode 4 as a mask. The ion implantation conditions are an acceleration energy of 1 keV and a dose of 5 × 10 14 cm −2 . By this ion implantation, a crystal defect region 5 is formed on the surface of the silicon substrate 1. Next, B is ion-implanted into the surface region of the silicon substrate 1 using the gate electrode 4 as a mask. The ion implantation conditions are an acceleration energy of 0.2 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 . By this ion implantation, the impurity region 6 is formed below the crystal defect region 5 so as to overlap the crystal defect region 5.

次に、図10(c)に示すように、キセノン(Xe)フラッシュランプを用いて、光を基板全面に照射する。照射時間は10ms以下とし、照射エネルギー密度は35J/cm2 とする。この光照射(フラッシュランプアニール)により、不純物元素が活性化されるとともに、結晶欠陥領域5及び不純物領域6の欠陥が回復し、p型ソース・ドレイン拡散層7が得られる。光照射に際しては、光照射前から予め基板を400℃程度の温度に加熱しておくことが望ましい。 Next, as shown in FIG. 10C, the entire surface of the substrate is irradiated with light using a xenon (Xe) flash lamp. The irradiation time is 10 ms or less, and the irradiation energy density is 35 J / cm 2 . By this light irradiation (flash lamp annealing), the impurity element is activated and defects in the crystal defect region 5 and the impurity region 6 are recovered, and the p-type source / drain diffusion layer 7 is obtained. In the light irradiation, it is desirable to heat the substrate to a temperature of about 400 ° C. before the light irradiation.

その後の工程は、図示しないが、例えば常圧CVD法により、成膜温度400℃で、全面に層間絶縁膜としてシリコン酸化膜を形成する。その後、層間絶縁膜にコンタクトホールを開け、さらにソース・ドレイン電極、ゲート電極、配線等を形成する。   Although the subsequent steps are not shown, a silicon oxide film is formed as an interlayer insulating film on the entire surface at a film forming temperature of 400 ° C. by, for example, atmospheric pressure CVD. Thereafter, contact holes are formed in the interlayer insulating film, and source / drain electrodes, gate electrodes, wirings, and the like are formed.

図11は、図10(a)〜図10(c)の工程によって得られたGe及びBの濃度分布を示したものである。本実施形態では、濃度が1018cm-3となる深さは、Geで約10nm、Bで約14nmである。すなわち、Bが注入された不純物領域全体にGeが分布しているわけではなく、B拡散層よりも浅くGe拡散層が形成されている。 FIG. 11 shows the concentration distribution of Ge and B obtained by the steps of FIGS. 10 (a) to 10 (c). In the present embodiment, the depth at which the concentration is 10 18 cm −3 is about 10 nm for Ge and about 14 nm for B. That is, Ge is not distributed over the entire impurity region into which B is implanted, and the Ge diffusion layer is formed shallower than the B diffusion layer.

また、拡散層のシート抵抗を測定したところ、960Ω/□であり、Geを注しない場合と比べて、著しく低下していた。この結果は、従来のプリアモルファス化の効果やGeが高濃度に存在することでBの活性化率を高める効果とは、異なることを意味する。   Further, when the sheet resistance of the diffusion layer was measured, it was 960Ω / □, which was significantly lower than the case where Ge was not poured. This result means that it is different from the effect of the conventional pre-amorphization and the effect of increasing the activation rate of B due to the presence of Ge at a high concentration.

また、接合リーク電流を測定したところ、第1の実施形態では2×10-12 A/μm2 であったのに対し、本実施形態では6×10-17 A/μm2 であり、pn接合特性が大幅に向上していることがわかった。これは、B拡散層よりも浅い領域にGe拡散層が形成されているために、空乏層内にGeに起因する結晶欠陥が存在しないためと考えられる。また、B拡散層よりも深い領域に結晶欠陥が形成されている場合には、後で行われる熱処理工程においてBの拡散が誘発され、トランジスタの特性が劣化するおそれがあるが、本実施形態では、このようなBの拡散を抑制することが可能である。 Further, when the junction leakage current was measured, it was 2 × 10 −12 A / μm 2 in the first embodiment, whereas it was 6 × 10 −17 A / μm 2 in the present embodiment. It was found that the characteristics were greatly improved. This is presumably because the Ge diffusion layer is formed in a region shallower than the B diffusion layer, so that there is no crystal defect due to Ge in the depletion layer. In addition, when crystal defects are formed in a region deeper than the B diffusion layer, B diffusion may be induced in a heat treatment process performed later, and the transistor characteristics may deteriorate. It is possible to suppress such B diffusion.

以上のように、本実施形態によれば、第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる他、Ge拡散層がB拡散層よりも浅くなるようにしているので、リーク電流の低減やB拡散の抑制をはかることができ、特性や信頼性に優れた微細なトランジスタを得ることが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and since the Ge diffusion layer is shallower than the B diffusion layer, the leakage current is reduced. And B diffusion can be suppressed, and a fine transistor having excellent characteristics and reliability can be obtained.

図8及び図9はそれぞれ、加速エネルギー0.2〜0.5keV、ドーズ量1×1015cm-2の条件でBを注入したSi基板に対して、基板温度400℃、照射エネルギー密度は35J/cm2 の条件でフラッシュランプアニール処理を行ったときの、Geのイオン注入加速条件(ドーズ量は5×1014cm-2)とシート抵抗との関係、及びGeのイオン注入加速エネルギーとpn接合リーク電流との関係を示した図である。 8 and FIG. 9 show a substrate temperature of 400 ° C. and an irradiation energy density of 35 J for a Si substrate implanted with B under conditions of acceleration energy of 0.2 to 0.5 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2. The relationship between Ge ion implantation acceleration conditions (dose amount is 5 × 10 14 cm −2 ) and sheet resistance, and Ge ion implantation acceleration energy and pn when flash lamp annealing is performed under the conditions of / cm 2 It is the figure which showed the relationship with junction leakage current.

図8に示すように、Geの加速エネルギーが増加するほど、シート抵抗は低下している。例えば、Bの加速エネルギーが0.2keVの場合には、Geを0.8keV以上の加速エネルギーで注入すれば、1000Ω/□以下のシート抵抗を得ることができる。Bの加速エネルギーが0.5keVの場合には、Geを0.5keV以上の加速エネルギーで注入すれば、1000Ω/□以下のシート抵抗を得ることができる。   As shown in FIG. 8, the sheet resistance decreases as the acceleration energy of Ge increases. For example, when the acceleration energy of B is 0.2 keV, a sheet resistance of 1000Ω / □ or less can be obtained by injecting Ge with an acceleration energy of 0.8 keV or more. When the acceleration energy of B is 0.5 keV, a sheet resistance of 1000Ω / □ or less can be obtained by injecting Ge with an acceleration energy of 0.5 keV or more.

一方、図9に示すように、Geの加速エネルギーが増加するほど、pn接合リーク電流は増加する。例えば、Bの加速エネルギーが0.2keVの場合には、Geの加速エネルギーが4keVを越えると、接合リーク電流は10-16 A/μm2 以上となる。Bの加速エネルギーが0.5keVの場合には、Geの加速エネルギーが6keVを越えると、接合リーク電流は10-16 A/μm2 以上となる。 On the other hand, as shown in FIG. 9, the pn junction leakage current increases as the acceleration energy of Ge increases. For example, when the acceleration energy of B is 0.2 keV, the junction leakage current becomes 10 −16 A / μm 2 or more when the acceleration energy of Ge exceeds 4 keV. When the acceleration energy of B is 0.5 keV, the junction leakage current becomes 10 −16 A / μm 2 or more when the acceleration energy of Ge exceeds 6 keV.

したがって、Bの加速エネルギーが0.2keVの場合には、Geの加速エネルギーが0.8keV以上且つ4keV以下であることが好ましく、Bの加速エネルギーが0.5keVの場合には、Geの加速エネルギーが0.5keV以上且つ6keV以下であることが好ましい。   Accordingly, when the acceleration energy of B is 0.2 keV, the acceleration energy of Ge is preferably 0.8 keV or more and 4 keV or less, and when the acceleration energy of B is 0.5 keV, the acceleration energy of Ge Is preferably 0.5 keV or more and 6 keV or less.

例えば、上記のような条件において、B濃度が1018cm-3となる位置(pn接合の境界)を、深さ20nm以下の領域内に設定することができる。そして、上記のような条件において、Geイオン注入の平均飛程(Geの濃度分布の最大点)をpn接合の境界よりも浅くすることができる。また、上記平均飛程に上記濃度分布の標準偏差を加算した値(深さ)を、pn接合の境界よりも浅くすることも可能である。 For example, under the above conditions, the position where the B concentration is 10 18 cm −3 (the boundary of the pn junction) can be set in a region having a depth of 20 nm or less. Under the above conditions, the average range of Ge ion implantation (the maximum point of the Ge concentration distribution) can be made shallower than the boundary of the pn junction. Further, a value (depth) obtained by adding the standard deviation of the concentration distribution to the average range can be made shallower than the boundary of the pn junction.

なお、上述した第1及び第2の実施形態では、シリコン基板(IV族半導体基板)にIV族元素としてGeをイオン注入した後に不純物元素としてBをイオン注入したが、逆に、不純物元素をイオン注入した後にIV族元素をイオン注入してもよい。また、IV族元素には、Geの他に、Si、Sn(錫)或いはPb(鉛)を用いることが可能である。また、IV族元素のドーズ量は、Si基板の表面領域にある程度以上の結晶欠陥を生じさせる範囲(好ましくは、Si基板の表面領域をアモルファス状態にする範囲)であればよく、1×1014cm-2以上で1×1016cm-2以下の範囲であることが望ましい。 In the first and second embodiments described above, Ge is ion-implanted as a group IV element into a silicon substrate (group IV semiconductor substrate), and then B is ion-implanted as an impurity element. The group IV element may be ion-implanted after the implantation. In addition to Ge, Si, Sn (tin) or Pb (lead) can be used as the group IV element. Further, the dose of IV group element, Si range causing certain level of crystal defects in the surface region of the substrate (preferably, a range of the surface region of the Si substrate in an amorphous state) may be a, 1 × 10 14 it is preferably in the range of 1 × 10 16 cm -2 or less cm -2 or more.

また、上述した第1及び第2の実施形態では、pチャネル型MOS(MIS)FETについて説明したが、nチャネル型MOS(MIS)FETについても同様の方法を適用することが可能である。この場合、p型シリコン基板に注入されるn型不純物には、リン(P)或いは砒素(As)が用いられる。n型不純物の場合、ハロゲンランプを加熱源としたRTA(Rapid Thermal Anneal)処理では、Geの添加量が増加するほどキャリア濃度が減少し、拡散層の抵抗値が増加することが知られている。フラッシュランプアニールを用いることにより、加熱効率を高めることができるため、拡散層の抵抗値を効果的に下げることができる。   In the first and second embodiments described above, the p-channel MOS (MIS) FET has been described. However, the same method can be applied to an n-channel MOS (MIS) FET. In this case, phosphorus (P) or arsenic (As) is used as the n-type impurity implanted into the p-type silicon substrate. In the case of an n-type impurity, it is known that in a rapid thermal annealing (RTA) process using a halogen lamp as a heat source, the carrier concentration decreases as the Ge addition amount increases, and the resistance value of the diffusion layer increases. . By using flash lamp annealing, the heating efficiency can be increased, so that the resistance value of the diffusion layer can be effectively reduced.

(実施形態3)
図12(a)〜図12(c)は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示した断面図である。以下、p型MOSトランジスタの製造工程を例にして説明する。
(Embodiment 3)
12A to 12C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. Hereinafter, a manufacturing process of a p-type MOS transistor will be described as an example.

本実施形態では、結晶欠陥領域5を形成するための元素として、Geの代わりにGaを用いている。また、Ga(所定元素)のイオン注入領域(Ga拡散層)がB(不純物元素)のイオン注入領域(B拡散層)よりも浅くなるようにしている。   In this embodiment, Ga is used instead of Ge as an element for forming the crystal defect region 5. The Ga (predetermined element) ion implantation region (Ga diffusion layer) is shallower than the B (impurity element) ion implantation region (B diffusion layer).

まず、図12(a)に示すように、通常のp型MOSトランジスタの製造方法に従って、n型シリコン基板1に素子分離領域2を形成する。その後、ゲート絶縁膜(シリコン酸化膜)3を形成し、さらにゲート絶縁膜3上にゲート電極4を形成する。   First, as shown in FIG. 12A, an element isolation region 2 is formed on an n-type silicon substrate 1 in accordance with a normal method for manufacturing a p-type MOS transistor. Thereafter, a gate insulating film (silicon oxide film) 3 is formed, and a gate electrode 4 is further formed on the gate insulating film 3.

次に、図12(b)に示すように、ゲート電極4をマスクとして、n型シリコン基板1の表面領域に、Gaをイオン注入する。イオン注入の条件は、加速エネルギー1keV、ドーズ量5×1014cm-2とする。このイオン注入により、シリコン基板1の表面には結晶欠陥領域5として、例えばアモルファス領域が形成される。次に、ゲート電極4をマスクとして、シリコン基板1の表面領域に、Bをイオン注入する。イオン注入の条件は、加速エネルギー0.2keV、ドーズ量1×1015cm-2とする。このイオン注入により、不純物領域6が、結晶欠陥領域5に重畳するようにして、結晶欠陥領域5よりも下方まで形成される。 Next, as shown in FIG. 12B, Ga ions are implanted into the surface region of the n-type silicon substrate 1 using the gate electrode 4 as a mask. The ion implantation conditions are an acceleration energy of 1 keV and a dose of 5 × 10 14 cm −2 . By this ion implantation, for example, an amorphous region is formed as the crystal defect region 5 on the surface of the silicon substrate 1. Next, B is ion-implanted into the surface region of the silicon substrate 1 using the gate electrode 4 as a mask. The ion implantation conditions are an acceleration energy of 0.2 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 . By this ion implantation, the impurity region 6 is formed below the crystal defect region 5 so as to overlap the crystal defect region 5.

次に、図12(c)に示すように、キセノン(Xe)フラッシュランプを用いて、光を基板全面に照射する。照射時間は10ms以下とし、照射エネルギー密度は35J/cm2 とする。この光照射(フラッシュランプアニール)により、不純物元素が活性化されるとともに、結晶欠陥領域5及び不純物領域6の欠陥が回復し、p型ソース・ドレイン拡散層7が得られる。光照射に際しては、光照射前から予め基板を400℃程度の温度に加熱しておくことが望ましい。 Next, as shown in FIG. 12C, the entire surface of the substrate is irradiated with light using a xenon (Xe) flash lamp. The irradiation time is 10 ms or less, and the irradiation energy density is 35 J / cm 2 . By this light irradiation (flash lamp annealing), the impurity element is activated and defects in the crystal defect region 5 and the impurity region 6 are recovered, and the p-type source / drain diffusion layer 7 is obtained. In the light irradiation, it is desirable to heat the substrate to a temperature of about 400 ° C. before the light irradiation.

その後の工程は、図示しないが、例えば常圧CVD法により、成膜温度400℃で、全面に層間絶縁膜としてシリコン酸化膜を形成する。その後、層間絶縁膜にコンタクトホールを開け、さらにソース・ドレイン電極、ゲート電極、配線等を形成する。   Although the subsequent steps are not shown, a silicon oxide film is formed as an interlayer insulating film on the entire surface at a film forming temperature of 400 ° C. by, for example, atmospheric pressure CVD. Thereafter, contact holes are formed in the interlayer insulating film, and source / drain electrodes, gate electrodes, wirings, and the like are formed.

図13は、図12(a)〜図12(c)の工程によって得られたGa及びBの濃度分布を示したものである。本実施形態では、濃度が1018cm-3となる深さは、Gaで約11nm、Bで約14nmである。すなわち、Bが注入された不純物領域全体にGaが分布しているわけではなく、B拡散層よりも浅くGa拡散層が形成されている。 FIG. 13 shows the concentration distribution of Ga and B obtained by the steps of FIGS. 12 (a) to 12 (c). In the present embodiment, the depth at which the concentration is 10 18 cm −3 is about 11 nm for Ga and about 14 nm for B. That is, Ga is not distributed over the entire impurity region into which B is implanted, and the Ga diffusion layer is formed shallower than the B diffusion layer.

また、拡散層のシート抵抗を測定したところ、850Ω/□であった。第2の実施形態よりもシート抵抗が低いのは、Bと同一導電型であるGaの活性化に起因している。また、接合リーク電流を測定したところ、リーク電流の増加は見られなかった。すなわち、Gaのイオン注入に伴う、pn接合特性の劣化は見られなかった。   The sheet resistance of the diffusion layer was measured and found to be 850Ω / □. The lower sheet resistance than in the second embodiment is due to the activation of Ga, which is the same conductivity type as B. Further, when the junction leakage current was measured, no increase in leakage current was observed. That is, no deterioration of the pn junction characteristics due to Ga ion implantation was observed.

以上のように、本実施形態においても、第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、第2の実施形態と同様、Ga拡散層がB拡散層よりも浅くなるようにしているので、リーク電流の低減やB拡散の抑制をはかることができ、特性や信頼性に優れた微細なトランジスタを得ることが可能となる。   As described above, also in this embodiment, it is possible to obtain the same effects as those in the first embodiment. Further, as in the second embodiment, the Ga diffusion layer is shallower than the B diffusion layer, so that the leakage current can be reduced and the B diffusion can be suppressed, and the fine characteristics and reliability are excellent. It is possible to obtain a simple transistor.

なお、上述した第3の実施形態では、B(不純物元素)と同族のGa(III 族元素)をイオン注入した後にBをイオン注入したが、逆に、不純物元素をイオン注入した後にIII 族元素をイオン注入してもよい。また、III 族元素には、不純物元素よりも重い(不純物元素よりも質量数が大きい)ものを用いることができ、Gaの他に、In(インジウム)或いはTl(タリウム)を用いることが可能である。また、III 元素のドーズ量は、Si基板の表面領域にある程度以上の結晶欠陥を生じさせる範囲(好ましくは、Si基板の表面領域をアモルファス状態にする範囲)であればよく、1×1014cm-2以上で1×1016cm-2以下の範囲であることが望ましい。 In the third embodiment described above, B is ion-implanted after ion-implanting Ga (group III element), which is the same group as B (impurity element), but conversely, the group III element is ion-implanted after ion implantation of the impurity element. May be ion-implanted. Further, as the group III element, an element heavier than the impurity element (having a larger mass number than the impurity element) can be used, and in addition to Ga, In (indium) or Tl (thallium) can be used. is there. Further, the dose of III elements, Si range causing certain level of crystal defects in the surface region of the substrate (preferably, a range of the surface region of the Si substrate in an amorphous state) may be a, 1 × 10 14 cm It is desirable that the range be −2 or more and 1 × 10 16 cm −2 or less.

また、上述した第3の実施形態では、pチャネル型MOS(MIS)FETについて説明したが、nチャネル型MOS(MIS)FETについても同様の方法を適用することが可能である。この場合、p型シリコン基板に注入されるn型不純物には、リン(P)或いは砒素(As)が用いられる。この場合、リン及び砒素と同族の元素(V 族元素)として、リン及び砒素よりも重い(リン及び砒素よりも質量数が大きい)Sb或いはBiを用いることができる。   In the third embodiment described above, the p-channel MOS (MIS) FET has been described. However, the same method can be applied to an n-channel MOS (MIS) FET. In this case, phosphorus (P) or arsenic (As) is used as the n-type impurity implanted into the p-type silicon substrate. In this case, Sb or Bi heavier than phosphorus and arsenic (having a larger mass number than phosphorus and arsenic) can be used as an element in the same group as phosphorus and arsenic (group V element).

なお、以上説明した第1〜第3の実施形態では、フラッシュランプアニールの条件として、照射エネルギー密度を35J/cm2 、基板温度を400℃としたが、基板温度は200〜550℃の範囲で、照射エネルギー密度は10〜60J/cm2 の範囲で変更可能である。基板温度を550℃以下とするのは、フラッシュランプの照射前に、結晶欠陥領域が回復するのを防止するためである。照射エネルギー密度を60J/cm2 以下とするのは、過剰かつ急激な照射エネルギーによる熱応力の増加を防止し、Si基板内にスリップやクラック等のダメージが生じるのを防止するためである。基板温度を200℃以上とするのは、200℃未満の基板温度では、不純物を活性化するために60J/cm2 を越える照射エネルギーが必要となるためである。基板の予備加熱方法としては、ハロゲンランプ等によるランプ加熱や、ホットプレート等によるヒーター加熱を用いることができる。 In the first to third embodiments described above, the irradiation energy density is 35 J / cm 2 and the substrate temperature is 400 ° C. as flash lamp annealing conditions, but the substrate temperature is in the range of 200 to 550 ° C. The irradiation energy density can be changed in the range of 10 to 60 J / cm 2 . The reason why the substrate temperature is set to 550 ° C. or lower is to prevent the crystal defect region from being recovered before irradiation with the flash lamp. The reason why the irradiation energy density is set to 60 J / cm 2 or less is to prevent an increase in thermal stress due to excessive and rapid irradiation energy and to prevent damage such as slips and cracks in the Si substrate. The reason why the substrate temperature is set to 200 ° C. or more is that irradiation energy exceeding 60 J / cm 2 is required to activate the impurities at a substrate temperature lower than 200 ° C. As a substrate preheating method, lamp heating with a halogen lamp or the like, or heater heating with a hot plate or the like can be used.

また、以上説明した第1〜第3の実施形態では、浅いソース・ドレイン拡散層の形成すなわちエクステンション領域の形成について説明したが、上述した方法は、深いソース・ドレイン拡散層の形成、ポリシリコンゲート電極の形成或いはチャネル領域の形成にも適用可能である。   In the first to third embodiments described above, the formation of the shallow source / drain diffusion layer, that is, the formation of the extension region has been described. However, the above-described method includes the formation of the deep source / drain diffusion layer, the polysilicon gate. The present invention can also be applied to formation of electrodes or channel regions.

また、以上説明した第1〜第3の実施形態では、光源としてフラッシュランプを用いたアニールについて説明したが、発光強度分布の最大点が600nm以下(望ましくは500nm以下)の光であれば、フラッシュランプ以外の光源を用いることも可能である。また、発光期間は、100ミリ秒以下、より望ましくは10ミリ秒以下であることが望ましい。フラッシュランプ以外の光源には、エキシマレーザーを用いることが可能である。   In the first to third embodiments described above, the annealing using the flash lamp as the light source has been described. However, if the maximum point of the emission intensity distribution is 600 nm or less (preferably 500 nm or less), the flash is used. It is also possible to use a light source other than a lamp. The light emission period is preferably 100 milliseconds or less, more preferably 10 milliseconds or less. An excimer laser can be used as a light source other than the flash lamp.

(実施形態4)
図14(a)〜図14(f)は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示した断面図である。本実施形態は、上述した第1〜第3の実施形態の手法を利用したMOSトランジスタの製造方法に関するものである。したがって、基本的には、第1〜第3の実施形態で述べた各種事項を適宜適用することが可能である(第5〜第7の実施形態についても同様)。
(Embodiment 4)
FIG. 14A to FIG. 14F are cross-sectional views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. The present embodiment relates to a method for manufacturing a MOS transistor using the techniques of the first to third embodiments described above. Therefore, basically, various items described in the first to third embodiments can be applied as appropriate (the same applies to the fifth to seventh embodiments).

まず、図14(a)に示すように、通常のMOSトランジスタの製造方法に従って、n型シリコン基板1に素子分離領域2を形成する。その後、ゲート絶縁膜(シリコン酸化膜)3を形成し、さらにゲート絶縁膜3上にゲート電極4を形成する。   First, as shown in FIG. 14A, an element isolation region 2 is formed on an n-type silicon substrate 1 in accordance with a normal MOS transistor manufacturing method. Thereafter, a gate insulating film (silicon oxide film) 3 is formed, and a gate electrode 4 is further formed on the gate insulating film 3.

次に、図14(b)に示すように、ゲート電極4をマスクとして、シリコン基板1の表面領域に、Geをイオン注入する。イオン注入の条件は、加速エネルギー1keV、ドーズ量5×1014cm-2とする。このイオン注入により、シリコン基板1の表面から深さ10nmまで結晶欠陥領域5が形成される。次に、ゲート電極4をマスクとして、シリコン基板1の表面領域にBをイオン注入する。イオン注入の条件は、加速エネルギー0.2keV、ドーズ量1×1015cm-2とする。このイオン注入により、不純物領域6が、結晶欠陥領域5に重畳するようにして形成される。 Next, as shown in FIG. 14B, Ge is ion-implanted into the surface region of the silicon substrate 1 using the gate electrode 4 as a mask. The ion implantation conditions are an acceleration energy of 1 keV and a dose of 5 × 10 14 cm −2 . By this ion implantation, a crystal defect region 5 is formed from the surface of the silicon substrate 1 to a depth of 10 nm. Next, B is ion-implanted into the surface region of the silicon substrate 1 using the gate electrode 4 as a mask. The ion implantation conditions are an acceleration energy of 0.2 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 . By this ion implantation, the impurity region 6 is formed so as to overlap the crystal defect region 5.

次に、図14(c)に示すように、基板を400℃程度の温度に加熱した状態で、Xeフラッシュランプの光を基板全面に照射する。照射時間は10ms以下とし、照射エネルギー密度は35J/cm2 とする。この光照射により、不純物元素が活性化されるとともに、結晶欠陥領域5及び不純物領域6の欠陥が回復し、ゲート電極4に隣接する浅いソース・ドレイン拡散層7(エクステンション領域)が得られる。 Next, as shown in FIG. 14C, the entire surface of the substrate is irradiated with light from a Xe flash lamp while the substrate is heated to a temperature of about 400.degree. The irradiation time is 10 ms or less, and the irradiation energy density is 35 J / cm 2 . By this light irradiation, the impurity element is activated and defects in the crystal defect region 5 and the impurity region 6 are recovered, and a shallow source / drain diffusion layer 7 (extension region) adjacent to the gate electrode 4 is obtained.

次に、図14(d)に示すように、シリコン窒化膜(SiN膜)及びシリコン酸化膜(SiO2 膜)をCVD法により順次堆積する。続いて、RIE法により、シリコン窒化膜8及びシリコン酸化膜9をゲート電極4の側壁に選択的に残置させ、多層構造の側壁スペーサを形成する。 Next, as shown in FIG. 14D, a silicon nitride film (SiN film) and a silicon oxide film (SiO 2 film) are sequentially deposited by the CVD method. Subsequently, the silicon nitride film 8 and the silicon oxide film 9 are selectively left on the side wall of the gate electrode 4 by RIE to form a multi-layered side wall spacer.

次に、図14(e)に示すように、ゲート電極4とシリコン窒化膜8及びシリコン酸化膜9からなる側壁スペーサをマスクとして、Bをイオン注入する。イオン注入の条件は、加速エネルギー5keV、ドーズ量3×1015cm-2とする。このイオン注入により、ゲート電極4の端部から離間した、深い不純物領域10が形成される。また、このイオン注入により、ゲート電極(ポリシリコン)中にもBが注入される。 Next, as shown in FIG. 14E, B is ion-implanted using a side wall spacer made of the gate electrode 4, the silicon nitride film 8 and the silicon oxide film 9 as a mask. The ion implantation conditions are an acceleration energy of 5 keV and a dose of 3 × 10 15 cm −2 . By this ion implantation, a deep impurity region 10 separated from the end of the gate electrode 4 is formed. Further, B is also implanted into the gate electrode (polysilicon) by this ion implantation.

次に、図14(f)に示すように、基板を400℃程度の温度に加熱した状態で、Xeフラッシュランプの光を基板全面に照射する。照射時間は10ms以下とし、照射エネルギー密度は35J/cm2 とする。この光照射により、イオン注入された不純物元素が活性化されるとともに、不純物領域10等の結晶欠陥が回復し、ゲート電極4の端部から離間した深いソース・ドレイン拡散層11が得られる。 Next, as shown in FIG. 14F, the entire surface of the substrate is irradiated with light from a Xe flash lamp while the substrate is heated to a temperature of about 400.degree. The irradiation time is 10 ms or less, and the irradiation energy density is 35 J / cm 2 . By this light irradiation, the impurity elements implanted with ions are activated, crystal defects such as the impurity regions 10 are recovered, and a deep source / drain diffusion layer 11 separated from the end of the gate electrode 4 is obtained.

その後の工程は、図示しないが、例えば常圧CVD法により、成膜温度400℃で、全面に層間絶縁膜としてシリコン酸化膜を形成する。その後、層間絶縁膜にコンタクトホールを開け、さらにソース・ドレイン電極、ゲート電極、配線等を形成する。   Although the subsequent steps are not shown, a silicon oxide film is formed as an interlayer insulating film on the entire surface at a film forming temperature of 400 ° C. by, for example, atmospheric pressure CVD. Thereafter, contact holes are formed in the interlayer insulating film, and source / drain electrodes, gate electrodes, wirings, and the like are formed.

本実施形態によれば、フラッシュランプアニールを用いることにより、ゲート電極4に隣接する浅い不純物領域6を活性化するための熱処理時間を短くできる。そのため、ゲート電極下への不純物の拡散を最小限に抑えることができ、ショートチャネル効果を抑制することができる。また、フラッシュランプ光照射前のGeのイオン注入により、Si基板の表面領域に結晶欠陥領域を形成したため、加熱効率が上昇する。そのため、拡散層の抵抗を効果的に下げることができ、MOSトランジスタの電流駆動能力を向上させることができる。   According to this embodiment, the heat treatment time for activating the shallow impurity region 6 adjacent to the gate electrode 4 can be shortened by using flash lamp annealing. Therefore, impurity diffusion under the gate electrode can be minimized, and the short channel effect can be suppressed. Further, since the crystal defect region is formed in the surface region of the Si substrate by Ge ion implantation before the flash lamp light irradiation, the heating efficiency is increased. Therefore, the resistance of the diffusion layer can be effectively reduced, and the current drive capability of the MOS transistor can be improved.

(実施形態5)
図15(a)〜図15(f)は、本発明の第5の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示した断面図である。本実施形態も、上述した第1〜第3の実施形態の手法を利用したMOSトランジスタの製造方法に関するものである。
(Embodiment 5)
FIG. 15A to FIG. 15F are cross-sectional views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. This embodiment also relates to a method for manufacturing a MOS transistor using the techniques of the first to third embodiments described above.

まず、図15(a)に示すように、通常のMOSトランジスタの製造方法に従って、n型シリコン基板1に素子分離領域2を形成する。その後、ゲート絶縁膜(シリコン酸化膜)3を形成し、さらにゲート絶縁膜3上にゲート電極4を形成する。   First, as shown in FIG. 15A, an element isolation region 2 is formed on an n-type silicon substrate 1 in accordance with a normal MOS transistor manufacturing method. Thereafter, a gate insulating film (silicon oxide film) 3 is formed, and a gate electrode 4 is further formed on the gate insulating film 3.

次に、図15(b)に示すように、ゲート電極4をマスクとして、シリコン基板1の表面領域に、Bをイオン注入する。イオン注入の条件は、加速エネルギー0.2keV、ドーズ量1×1015cm-2とする。このイオン注入により、不純物領域6が形成される。 Next, as shown in FIG. 15B, ions of B are implanted into the surface region of the silicon substrate 1 using the gate electrode 4 as a mask. The ion implantation conditions are an acceleration energy of 0.2 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 . By this ion implantation, an impurity region 6 is formed.

次に、図15(c)に示すように、ハロゲンランプを用いたRTA処理を行う。アニール条件は、基板温度800℃、加熱時間10秒とする。このアニール処理により、不純物元素が活性化されるとともに、不純物領域6の欠陥が回復し、ゲート電極4に隣接する浅いソース・ドレイン拡散層7(エクステンション領域)が得られる。   Next, as shown in FIG. 15C, RTA processing using a halogen lamp is performed. The annealing conditions are a substrate temperature of 800 ° C. and a heating time of 10 seconds. By this annealing treatment, the impurity element is activated, the defects in the impurity region 6 are recovered, and a shallow source / drain diffusion layer 7 (extension region) adjacent to the gate electrode 4 is obtained.

次に、図15(d)に示すように、シリコン窒化膜(SiN膜)及びシリコン酸化膜(SiO2 膜)をCVD法により順次堆積する。続いて、RIE法により、シリコン窒化膜8及びシリコン酸化膜9をゲート電極4の側壁に選択的に残置させ、多層構造の側壁スペーサを形成する。 Next, as shown in FIG. 15D, a silicon nitride film (SiN film) and a silicon oxide film (SiO 2 film) are sequentially deposited by the CVD method. Subsequently, the silicon nitride film 8 and the silicon oxide film 9 are selectively left on the side wall of the gate electrode 4 by RIE to form a multi-layered side wall spacer.

次に、図15(e)に示すように、ゲート電極4とシリコン窒化膜8及びシリコン酸化膜9からなる側壁スペーサをマスクとして、Geをイオン注入する。イオン注入の条件は、加速エネルギー15keV、ドーズ量5×1014cm-2とする。このイオン注入により、シリコン基板1の表面から深さ20nmまでアモルファス領域(結晶欠陥領域5)が形成される。次に、ゲート電極及び側壁スペーサをマスクとして、Bをイオン注入する。イオン注入の条件は、加速エネルギー5keV、ドーズ量3×1015cm-2とする。このイオン注入により、ゲート電極4の端部から離間した、深い不純物領域10が形成される。また、このイオン注入により、ゲート電極(ポリシリコン)中にもBが注入される。 Next, as shown in FIG. 15E, Ge is ion-implanted using a side wall spacer made of the gate electrode 4, the silicon nitride film 8, and the silicon oxide film 9 as a mask. The ion implantation conditions are an acceleration energy of 15 keV and a dose amount of 5 × 10 14 cm −2 . By this ion implantation, an amorphous region (crystal defect region 5) is formed from the surface of the silicon substrate 1 to a depth of 20 nm. Next, B is ion-implanted using the gate electrode and the sidewall spacer as a mask. The ion implantation conditions are an acceleration energy of 5 keV and a dose of 3 × 10 15 cm −2 . By this ion implantation, a deep impurity region 10 separated from the end of the gate electrode 4 is formed. Further, B is also implanted into the gate electrode (polysilicon) by this ion implantation.

次に、図15(f)に示すように、基板を400℃程度の温度に加熱した状態で、Xeフラッシュランプの光を基板全面に照射する。照射時間は10ms以下とし、照射エネルギー密度は35J/cm2 とする。この光照射により、イオン注入された不純物元素が活性化されるとともに、不純物領域10等の結晶欠陥が回復し、ゲート電極4の端部から離間した深いソース・ドレイン拡散層11が得られる。 Next, as shown in FIG. 15F, the entire surface of the substrate is irradiated with light from a Xe flash lamp while the substrate is heated to a temperature of about 400.degree. The irradiation time is 10 ms or less, and the irradiation energy density is 35 J / cm 2 . By this light irradiation, the impurity elements implanted with ions are activated, crystal defects such as the impurity regions 10 are recovered, and a deep source / drain diffusion layer 11 separated from the end of the gate electrode 4 is obtained.

その後の工程は、図示しないが、例えば常圧CVD法により、成膜温度400℃で、全面に層間絶縁膜としてシリコン酸化膜を形成する。その後、層間絶縁膜にコンタクトホールを開け、さらにソース・ドレイン電極、ゲート電極、配線等を形成する。   Although the subsequent steps are not shown, a silicon oxide film is formed as an interlayer insulating film on the entire surface at a film forming temperature of 400 ° C. by, for example, atmospheric pressure CVD. Thereafter, contact holes are formed in the interlayer insulating film, and source / drain electrodes, gate electrodes, wirings, and the like are formed.

本実施形態によれば、浅い不純物拡散層7が高温にさらされるのは、深い不純物領域10を活性化させるためのフラッシュランプアニール工程だけである。そのため、ゲート電極下への不純物の拡散を最小限に抑えることができ、ショートチャネル効果を抑制することができる。また、フラッシュランプの照射回数が減るため、急激な温度上昇に起因する熱応力の発生を抑制することができる。そのため、基板ダメージを低減することができ、歩留まりを向上させることができる。また、フラッシュランプ光照射前のGeのイオン注入により、Si基板の表面領域をアモルファス状態にしたため、結晶性の回復が良くなるとともに、加熱効率が上昇する。そのため、拡散層の抵抗を効果的に下げることができ、MOSトランジスタの電流駆動能力を向上させることができる。   According to the present embodiment, the shallow impurity diffusion layer 7 is exposed to a high temperature only in the flash lamp annealing process for activating the deep impurity region 10. Therefore, impurity diffusion under the gate electrode can be minimized and the short channel effect can be suppressed. In addition, since the number of times of flash lamp irradiation is reduced, it is possible to suppress the occurrence of thermal stress due to a rapid temperature rise. Therefore, substrate damage can be reduced and yield can be improved. In addition, since the surface region of the Si substrate is made amorphous by Ge ion implantation before flash lamp light irradiation, the crystallinity is improved and the heating efficiency is increased. Therefore, the resistance of the diffusion layer can be effectively reduced, and the current drive capability of the MOS transistor can be improved.

(実施形態6)
図16(a)〜図16(f)は、本発明の第6の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示した断面図である。本実施形態も、上述した第1〜第3の実施形態の手法を利用したMOSトランジスタの製造方法に関するものである。
(Embodiment 6)
FIG. 16A to FIG. 16F are cross-sectional views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention. This embodiment also relates to a method for manufacturing a MOS transistor using the techniques of the first to third embodiments described above.

まず、図16(a)に示すように、通常のMOSトランジスタの製造方法に従って、n型シリコン基板1に素子分離領域2を形成する。その後、ゲート絶縁膜(シリコン酸化膜)3を形成し、さらにゲート絶縁膜3上にゲート電極4を形成する。その後、シリコン窒化膜(SiN膜)及びシリコン酸化膜(SiO2 膜)をCVD法により順次堆積する。続いて、RIE法により、シリコン窒化膜8及びシリコン酸化膜9をゲート電極4の側壁に選択的に残置させ、多層構造の側壁スペーサを形成する。 First, as shown in FIG. 16A, an element isolation region 2 is formed on an n-type silicon substrate 1 in accordance with a normal MOS transistor manufacturing method. Thereafter, a gate insulating film (silicon oxide film) 3 is formed, and a gate electrode 4 is further formed on the gate insulating film 3. Thereafter, a silicon nitride film (SiN film) and a silicon oxide film (SiO 2 film) are sequentially deposited by the CVD method. Subsequently, the silicon nitride film 8 and the silicon oxide film 9 are selectively left on the side wall of the gate electrode 4 by RIE to form a multi-layered side wall spacer.

次に、図16(b)に示すように、ゲート電極及び側壁スペーサをマスクとして、Bをイオン注入する。イオン注入の条件は、加速エネルギー5keV、ドーズ量3×1015cm-2とする。このイオン注入により、ゲート電極4の端部から離間した、深い不純物領域10が形成される。また、このイオン注入により、ゲート電極(ポリシリコン)中にもBが注入される。 Next, as shown in FIG. 16B, B is ion-implanted using the gate electrode and the sidewall spacer as a mask. The ion implantation conditions are an acceleration energy of 5 keV and a dose of 3 × 10 15 cm −2 . By this ion implantation, a deep impurity region 10 separated from the end of the gate electrode 4 is formed. Further, B is also implanted into the gate electrode (polysilicon) by this ion implantation.

次に、図16(c)に示すように、ハロゲンランプを用いたRTA処理を行う。アニール条件は、基板温度1015℃、加熱時間10秒とする。このアニール処理により、不純物元素が活性化されるとともに、不純物領域10の欠陥が回復し、ゲート電極4から離間した深いソース・ドレイン拡散層11が得られる。   Next, as shown in FIG. 16C, RTA processing using a halogen lamp is performed. The annealing conditions are a substrate temperature of 1015 ° C. and a heating time of 10 seconds. By this annealing treatment, the impurity element is activated, the defect in the impurity region 10 is recovered, and the deep source / drain diffusion layer 11 separated from the gate electrode 4 is obtained.

次に、図16(d)に示すように、側壁スペーサの一部を構成するシリコン酸化膜9を、フッ酸(HF)によって選択的にエッチングする。   Next, as shown in FIG. 16D, the silicon oxide film 9 constituting a part of the sidewall spacer is selectively etched with hydrofluoric acid (HF).

次に、図16(e)に示すように、ゲート電極4とシリコン窒化膜8をマスクとして、Geをイオン注入する。イオン注入の条件は、加速エネルギー1keV、ドーズ量5×1014cm-2とする。このイオン注入により、シリコン基板1の表面から深さ10nmまで結晶欠陥領域5が形成される。次に、ゲート電極4とシリコン窒化膜8をマスクとして、Bをイオン注入する。イオン注入の条件は、加速エネルギー0.2keV、ドーズ量1×1015cm-2とする。このイオン注入により、ゲート電極4の端部に隣接した、浅い不純物領域6が形成される。 Next, as shown in FIG. 16E, Ge is ion-implanted using the gate electrode 4 and the silicon nitride film 8 as a mask. The ion implantation conditions are an acceleration energy of 1 keV and a dose of 5 × 10 14 cm −2 . By this ion implantation, a crystal defect region 5 is formed from the surface of the silicon substrate 1 to a depth of 10 nm. Next, B is ion-implanted using the gate electrode 4 and the silicon nitride film 8 as a mask. The ion implantation conditions are an acceleration energy of 0.2 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 . By this ion implantation, a shallow impurity region 6 adjacent to the end of the gate electrode 4 is formed.

次に、図16(f)に示すように、基板を400℃程度の温度に加熱した状態で、Xeフラッシュランプの光を基板全面に照射する。照射時間は10ms以下とし、照射エネルギー密度は35J/cm2 とする。この光照射により、イオン注入された不純物元素が活性化されるとともに、不純物領域6等の結晶欠陥が回復し、ゲート電極4に隣接した浅いソース・ドレイン拡散層7が得られる。 Next, as shown in FIG. 16F, the entire surface of the substrate is irradiated with light from a Xe flash lamp while the substrate is heated to a temperature of about 400.degree. The irradiation time is 10 ms or less, and the irradiation energy density is 35 J / cm 2 . By this light irradiation, the ion-implanted impurity element is activated, crystal defects such as the impurity region 6 are recovered, and a shallow source / drain diffusion layer 7 adjacent to the gate electrode 4 is obtained.

その後の工程は、図示しないが、例えば常圧CVD法により、成膜温度400℃で、全面に層間絶縁膜としてシリコン酸化膜を形成する。その後、層間絶縁膜にコンタクトホールを開け、さらにソース・ドレイン電極、ゲート電極、配線等を形成する。   Although the subsequent steps are not shown, a silicon oxide film is formed as an interlayer insulating film on the entire surface at a film forming temperature of 400 ° C. by, for example, atmospheric pressure CVD. Thereafter, contact holes are formed in the interlayer insulating film, and source / drain electrodes, gate electrodes, wirings, and the like are formed.

本実施形態によれば、浅いソース・ドレイン拡散層7が、深いソース・ドレイン拡散層11よりも後に形成される。そのため、深い不純物領域10を活性化するための秒オーダーの高温に、浅い不純物領域6はさらされない。そのため、ゲート電極下への不純物の拡散を最小限に抑えることができ、ショートチャネル効果を抑制することができる。また、フラッシュランプの照射回数が減るため、急激な温度上昇に起因する熱応力の発生を抑制することができる。そのため、基板ダメージを低減することができ、歩留まりを向上させることができる。また、フラッシュランプ光照射前のGeのイオン注入により、Si基板の表面領域に結晶欠陥領域を形成したため、加熱効率が上昇する。そのため、拡散層の抵抗を効果的に下げることができ、MOSトランジスタの電流駆動能力を向上させることができる。   According to this embodiment, the shallow source / drain diffusion layer 7 is formed after the deep source / drain diffusion layer 11. Therefore, the shallow impurity region 6 is not exposed to a high temperature on the order of seconds for activating the deep impurity region 10. Therefore, impurity diffusion under the gate electrode can be minimized and the short channel effect can be suppressed. In addition, since the number of times of flash lamp irradiation is reduced, it is possible to suppress the occurrence of thermal stress due to a rapid temperature rise. Therefore, substrate damage can be reduced and yield can be improved. Further, since the crystal defect region is formed in the surface region of the Si substrate by the ion implantation of Ge before the flash lamp light irradiation, the heating efficiency is increased. Therefore, the resistance of the diffusion layer can be effectively reduced, and the current drive capability of the MOS transistor can be improved.

なお、上述した第4〜第6の実施形態では、p型MOSトランジスタの例について説明したが、n型MOSトランジスタにも上述した方法を適用可能である。また、第1〜第3の実施形態で説明したような各種変更が可能である。   In the fourth to sixth embodiments described above, examples of p-type MOS transistors have been described. However, the above-described method can also be applied to n-type MOS transistors. Various modifications as described in the first to third embodiments are possible.

(実施形態7)
図17(a)〜図17(e)は、本発明の第7の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示した断面図である。
(Embodiment 7)
FIG. 17A to FIG. 17E are cross-sectional views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention.

まず、図17(a)に示すように、n型シリコン基板21上に、CVD法によって厚さ200nmのシリコン酸化膜(SiO2 膜)22を堆積する。次に、図17(b)に示すように、シリコン酸化膜22をパターニングして、0.3μm×0.3μmのコンタクト孔23を開ける。 First, as shown in FIG. 17A, a silicon oxide film (SiO 2 film) 22 having a thickness of 200 nm is deposited on an n-type silicon substrate 21 by a CVD method. Next, as shown in FIG. 17B, the silicon oxide film 22 is patterned to form a contact hole 23 of 0.3 μm × 0.3 μm.

次に、図17(c)に示すように、シリコン酸化膜22をマスクとして、シリコン基板21の表面領域に、Geをイオン注入する。イオン注入の条件は、加速エネルギー15keV、ドーズ量5×1014cm-2とする。このイオン注入により、シリコン基板21の表面には結晶欠陥領域24として、例えばアモルファス領域が形成される。次に、シリコン酸化膜22をマスクとして、シリコン基板21の表面領域に、Bをイオン注入する。イオン注入の条件は、加速エネルギー5keV、ドーズ量5×1015cm-2とする。このイオン注入により、不純物領域25が、結晶欠陥領域24に重畳するようにして、結晶欠陥領域24よりも下方まで形成される。 Next, as shown in FIG. 17C, Ge is ion-implanted into the surface region of the silicon substrate 21 using the silicon oxide film 22 as a mask. The ion implantation conditions are an acceleration energy of 15 keV and a dose amount of 5 × 10 14 cm −2 . By this ion implantation, for example, an amorphous region is formed as the crystal defect region 24 on the surface of the silicon substrate 21. Next, B is ion-implanted into the surface region of the silicon substrate 21 using the silicon oxide film 22 as a mask. The ion implantation conditions are an acceleration energy of 5 keV and a dose of 5 × 10 15 cm −2 . By this ion implantation, the impurity region 25 is formed below the crystal defect region 24 so as to overlap the crystal defect region 24.

次に、図17(d)に示すように、全面に厚さ30nm以下の金属膜26を形成する。この金属膜26には、シリコン基板上の自然酸化膜を還元できる金属、例えばTiを用いることが望ましい。一般的には、IIIa族、IVa 族、Va族の高融点金属を用いることが可能である。   Next, as shown in FIG. 17D, a metal film 26 having a thickness of 30 nm or less is formed on the entire surface. For the metal film 26, it is desirable to use a metal capable of reducing the natural oxide film on the silicon substrate, such as Ti. In general, it is possible to use a refractory metal of group IIIa, group IVa, or group Va.

次に、基板を400℃程度の温度に加熱した状態で、Xeフラッシュランプの光を基板全面に照射する。照射時間は10ms以下とし、照射エネルギー密度は35J/cm2 とする。この光照射(フラッシュランプアニール)により、不純物元素が活性化されるとともに、結晶欠陥領域24及び不純物領域25の欠陥が回復し、拡散層27が得られる。また、このフラッシュランプアニールにより、金属膜26と拡散層27との良好なオーミックコンタクトが得られる。 Next, with the substrate heated to a temperature of about 400 ° C., the entire surface of the substrate is irradiated with light from a Xe flash lamp. The irradiation time is 10 ms or less, and the irradiation energy density is 35 J / cm 2 . By this light irradiation (flash lamp annealing), the impurity element is activated, and defects in the crystal defect region 24 and the impurity region 25 are recovered, and the diffusion layer 27 is obtained. Also, a good ohmic contact between the metal film 26 and the diffusion layer 27 can be obtained by this flash lamp annealing.

次に、図17(e)に示すように、抵抗率の低い金属膜28として、例えばAl膜(膜厚400n)を堆積する。さらに、金属膜26及び28をパターニングして電極を形成する。   Next, as shown in FIG. 17E, for example, an Al film (film thickness 400 n) is deposited as the low resistivity metal film 28. Further, the metal films 26 and 28 are patterned to form electrodes.

上述した工程によって得られたAl電極28とシリコン基板21との間のコンタクト抵抗を測定したところ、6×10-8Ωcm2 であった。これに対して、Geをイオン注入せずにBのみをイオン注入した比較例の試料では、コンタクト抵抗は3×10-7Ωcm2 であった。これらの結果から、本実施形態では比較例に比べて、コンタクト抵抗が著しく低減されていることがわかる。 The contact resistance between the Al electrode 28 and the silicon substrate 21 obtained by the above-described process was measured and found to be 6 × 10 −8 Ωcm 2 . On the other hand, in the sample of the comparative example in which only B was ion-implanted without Ge ion implantation, the contact resistance was 3 × 10 −7 Ωcm 2 . From these results, it is understood that the contact resistance is remarkably reduced in this embodiment as compared with the comparative example.

一般に、金属と半導体との接触では、半導体内に障壁層が存在し、これがコンタクト抵抗の発生要因となっている。Geをイオン注入することによって、基板表面に結晶欠陥を生じさせる(基板表面をアモルファス化する)ことで、障壁層内に局在的な準位を形成することができる。これにより、熱電子放出電流のようにキャリアが障壁を越えなくても、障壁内に形成された準位を介して容易にキャリアが移動する。したがって、本実施形態では、再結合オーミックコンタクトが形成された結果、コンタクト抵抗が著しく低下したものと考えられる。   In general, in contact between a metal and a semiconductor, a barrier layer exists in the semiconductor, and this is a cause of contact resistance. By injecting Ge ions, crystal defects are generated on the substrate surface (amorphizing the substrate surface), whereby localized levels can be formed in the barrier layer. Thereby, even if the carriers do not cross the barrier as in the case of thermionic emission current, the carriers easily move through the levels formed in the barrier. Therefore, in this embodiment, it is considered that the contact resistance is remarkably reduced as a result of the formation of the recombination ohmic contact.

なお、上述した実施形態において、Ge(所定元素)のイオン注入工程、B(不純物元素)のイオン注入工程及び金属膜(導電膜)26の形成工程は、任意の順序で行うことが可能である。   In the above-described embodiment, the Ge (predetermined element) ion implantation step, the B (impurity element) ion implantation step, and the metal film (conductive film) 26 formation step can be performed in any order. .

以上のように、本実施形態によれば、第1〜第3の実施形態で述べたように、低抵抗の浅い拡散層が得られる他、良好なオーミックコンタクトを得ることが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, as described in the first to third embodiments, a low-resistance shallow diffusion layer can be obtained, and a good ohmic contact can be obtained.

なお、本実施形態においても、第1〜第3の実施形態で述べたような各種変更が可能である。例えば、本実施形態ではボロン(B)をイオン注入することでp型拡散層を形成したが、リン(P)或いは砒素(As)をイオン注入することでn型拡散層を形成することも可能である。また、Geをイオン注入する代わりに、IV族元素としてSi、Sn或いはPbをイオン注入することも可能である。また、p型拡散層を形成する場合には、Geをイオン注入する代わりに、III 族元素であるGa、In或いはTlをイオン注入することも可能である。さらに、n型拡散層を形成する場合には、Geをイオン注入する代わりに、V 族元素であるSb或いはBiをイオン注入することも可能である。   Also in this embodiment, various modifications as described in the first to third embodiments are possible. For example, in this embodiment, the p-type diffusion layer is formed by ion implantation of boron (B), but it is also possible to form the n-type diffusion layer by ion implantation of phosphorus (P) or arsenic (As). It is. Further, instead of ion implantation of Ge, Si, Sn or Pb can be ion implanted as a group IV element. Further, when forming a p-type diffusion layer, it is also possible to ion-implant group III elements Ga, In or Tl instead of ion-implanting Ge. Furthermore, when forming an n-type diffusion layer, it is also possible to ion-implant Sb or Bi, which is a group V element, instead of ion-implanting Ge.

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば発明として抽出され得る。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining the disclosed constituent elements. For example, even if several constituent requirements are deleted from the disclosed constituent requirements, the invention can be extracted as an invention as long as a predetermined effect can be obtained.

本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示した断面図。Sectional drawing which showed the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 第1の実施形態の比較例の製造方法を示した断面図。Sectional drawing which showed the manufacturing method of the comparative example of 1st Embodiment. 図1(a)〜図1(c)の工程によって得られた半導体装置におけるGe及びBの濃度分布を示した図。The figure which showed density | concentration distribution of Ge and B in the semiconductor device obtained by the process of Fig.1 (a)-FIG.1 (c). 図2(a)及び図2(b)の工程によって得られた半導体装置におけるBの濃度分布を示した図。FIG. 3 is a diagram showing a concentration distribution of B in the semiconductor device obtained by the steps of FIGS. 2A and 2B. シリコン基板表面の反射スペクトルを示した図。The figure which showed the reflection spectrum of the silicon substrate surface. Xeフラッシュランプ及びWハロゲンランプの発光スペクトル並びにSiの吸収特性を示した図。The figure which showed the emission spectrum of Xe flash lamp and W halogen lamp, and the absorption characteristic of Si. 照射エネルギー密度とシート抵抗との関係を示した図。The figure which showed the relationship between irradiation energy density and sheet resistance. Geの加速エネルギーとシート抵抗との関係を示した図。The figure which showed the relationship between the acceleration energy of Ge, and sheet resistance. Geの加速エネルギーと接合リーク電流との関係を示した図。The figure which showed the relationship between the acceleration energy of Ge, and junction leakage current. 本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示した断面図。Sectional drawing which showed the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図10(a)〜図10(c)の工程によって得られた半導体装置におけるGe及びBの濃度分布を示した図。The figure which showed concentration distribution of Ge and B in the semiconductor device obtained by the process of Fig.10 (a)-FIG.10 (c). 本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示した断面図。Sectional drawing which showed the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 図12(a)〜図12(c)の工程によって得られた半導体装置におけるGa及びBの濃度分布を示した図。FIG. 13 is a diagram showing Ga and B concentration distributions in the semiconductor device obtained by the steps of FIGS. 12 (a) to 12 (c). 本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示した断面図。Sectional drawing which showed the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示した断面図。Sectional drawing which showed the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示した断面図。Sectional drawing which showed the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示した断面図。Sectional drawing which showed the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 7th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…シリコン基板
2…素子分離領域
3…ゲート絶縁膜
4…ゲート電極
5…結晶欠陥領域
6、10…不純物領域
7、11…ソース・ドレイン拡散層
8…シリコン窒化膜
9…シリコン酸化膜
21…シリコン基板
22…シリコン酸化膜
23…コンタクト孔
24…結晶欠陥領域
25…不純物領域
26、28…金属膜
27…拡散層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate 2 ... Element isolation region 3 ... Gate insulating film 4 ... Gate electrode 5 ... Crystal defect region 6, 10 ... Impurity region 7, 11 ... Source-drain diffused layer 8 ... Silicon nitride film 9 ... Silicon oxide film 21 ... Silicon substrate 22 ... Silicon oxide film 23 ... Contact hole 24 ... Crystal defect region 25 ... Impurity region 26, 28 ... Metal film 27 ... Diffusion layer

Claims (8)

半導体領域に不純物元素のイオンを注入する工程と、
前記半導体領域に、所定元素としてIV族の元素又は前記不純物元素と同一導電型であって前記不純物元素よりも質量数が大きい元素のイオンを注入してアモルファス状態の結晶欠陥領域を形成する工程と、
前記不純物元素及び前記所定元素が注入された領域にフラッシュランプの光を照射してアニールを行い、前記アモルファス状態の結晶欠陥領域の結晶欠陥を回復させるとともに前記不純物元素を活性化する工程と、
前記フラッシュランプの光を照射してアニールを行う工程の前に、前記半導体領域上に導電膜を形成する工程と、
を備え、
前記フラッシュランプの光を照射してアニールを行う工程を、前記結晶欠陥領域のアモルファス状態が維持される温度で前記半導体領域を予め加熱した状態で行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Implanting impurity element ions into the semiconductor region;
A step of implanting ions of a group IV element as a predetermined element or an element having the same conductivity type as the predetermined element and having a mass number larger than the impurity element into the semiconductor region to form an amorphous crystal defect region; ,
Irradiating the region where the impurity element and the predetermined element are implanted with light from a flash lamp to perform annealing, recovering crystal defects in the crystal defect region in the amorphous state, and activating the impurity element;
A step of forming a conductive film on the semiconductor region before the step of performing annealing by irradiating light of the flash lamp;
With
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the step of performing annealing by irradiating light from the flash lamp is performed in a state where the semiconductor region is preheated at a temperature at which the amorphous state of the crystal defect region is maintained.
半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板に不純物元素のイオンを注入する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板に、所定元素としてIV族の元素又は前記不純物元素と同一導電型であって前記不純物元素よりも質量数が大きい元素のイオンを注入してアモルファス状態の結晶欠陥領域を形成する工程と、
前記不純物元素及び前記所定元素が注入された領域にフラッシュランプの光を照射してアニールを行い、前記アモルファス状態の結晶欠陥領域の結晶欠陥を回復させるとともに前記不純物元素を活性化する工程と、
前記フラッシュランプの光を照射してアニールを行う工程の前に、前記半導体基板上に導電膜を形成する工程と、
を備え、
前記フラッシュランプの光を照射してアニールを行う工程を、前記結晶欠陥領域のアモルファス状態が維持される温度で前記半導体基板を予め加熱した状態で行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
It said gate electrode as a mask, implanting ions of an impurity element into the semiconductor substrate,
Using the gate electrode as a mask, the semiconductor substrate is implanted with ions of a group IV element as a predetermined element or an element having the same conductivity type as the impurity element and having a mass number larger than that of the impurity element. Forming a defect region;
Irradiating the region where the impurity element and the predetermined element are implanted with light from a flash lamp to perform annealing, recovering crystal defects in the crystal defect region in the amorphous state, and activating the impurity element;
A step of forming a conductive film on the semiconductor substrate before the step of performing annealing by irradiating light of the flash lamp;
With
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the step of performing annealing by irradiating light of the flash lamp is performed in a state where the semiconductor substrate is preheated at a temperature at which the amorphous state of the crystal defect region is maintained.
半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、前記ゲート電極の側壁に側壁部を形成する工程と、
前記ゲート電極及び前記側壁部をマスクとして、前記半導体基板に第1の不純物元素のイオンを注入する工程と、
前記第1の不純物元素が注入された領域に対してアニールを行い、前記第1の不純物元素を活性化して第1のソース・ドレイン拡散層を形成する工程と、
前記第1のソース・ドレイン拡散層を形成した後、前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板に第2の不純物元素のイオンを注入する工程と、
前記第1のソース・ドレイン拡散層を形成した後、前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板に、所定元素としてIV族の元素又は前記第2の不純物元素と同一導電型であって前記第2の不純物元素よりも質量数が大きい元素のイオンを注入してアモルファス状態の結晶欠陥領域を形成する工程と、
前記第2の不純物元素及び前記所定元素が注入された領域にフラッシュランプの光を照射してアニールを行い、前記アモルファス状態の結晶欠陥領域の結晶欠陥を回復させるとともに前記第2の不純物元素を活性化して前記第1のソース・ドレイン拡散層よりも浅い第2のソース・ドレイン拡散層を形成する工程と、
前記フラッシュランプの光を照射してアニールを行う工程の前に、前記半導体基板上に導電膜を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a gate insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a gate electrode on the gate insulating film, and forming a sidewall portion on the sidewall of the gate electrode ;
As the gate electrode and masking the sidewall portion, and a step of implanting ions of a first impurity element into the semiconductor substrate,
Annealing the region implanted with the first impurity element to activate the first impurity element to form a first source / drain diffusion layer;
After forming the first source-drain diffusion layer, said gate electrode as a mask, implanting ions of the second impurity element to said semiconductor substrate,
After forming the first source-drain diffusion layer, said gate electrode as a mask, the semiconductor substrate, wherein a group IV element or the second identical conductivity type and an impurity element of a predetermined element second Implanting ions of an element having a mass number larger than that of the impurity element to form an amorphous crystal defect region;
The region where the second impurity element and the predetermined element are implanted is irradiated with light from a flash lamp and annealed to recover crystal defects in the amorphous crystal defect region and activate the second impurity element. Forming a second source / drain diffusion layer shallower than the first source / drain diffusion layer;
A step of forming a conductive film on the semiconductor substrate before the step of performing annealing by irradiating light of the flash lamp;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記フラッシュランプの光は、発光強度分布の最大点を600nm以下の波長領域に有するものである
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the light of the flash lamp has a maximum point of emission intensity distribution in a wavelength region of 600 nm or less.
前記所定元素は、Si、Ge、Sn、Pb、Ga、In、Tl、Sb及びBiの中から選択される
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 , wherein the predetermined element is selected from Si, Ge, Sn, Pb, Ga, In, Tl, Sb, and Bi.
前記フラッシュランプの光は、発光期間が100ミリ秒以下である
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 , wherein the flash lamp has a light emission period of 100 milliseconds or less.
前記フラッシュランプの光は、照射エネルギー密度が10J/cm2 以上で60J/cm2 以下である
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein an irradiation energy density of the flash lamp is 10 J / cm 2 or more and 60 J / cm 2 or less. 5.
前記フラッシュランプの光を照射してアニールを行う工程を、前記結晶欠陥領域のアモルファス状態が維持される温度で前記半導体基板を予め加熱した状態で行う
ことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
4. The semiconductor according to claim 3 , wherein the step of performing annealing by irradiating light of the flash lamp is performed in a state where the semiconductor substrate is preheated at a temperature at which the amorphous state of the crystal defect region is maintained. Device manufacturing method.
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