CN106030762A - 闪光灯退火用半导体基板、退火基板、半导体装置、以及半导体装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种闪光灯退火用半导体基板，其特征在于，用于下述制造工序，该制造工序是进行离子注入并在半导体基板表面形成p‑n结，通过闪光灯退火来修复离子注入缺陷，并且，所述半导体基板的碳浓度在0.5ppma以下。由此，提供一种闪光灯退火用半导体基板，其在使用闪光灯退火工序而制成的元件中，能够简单且切实地防止离子注入缺陷的残留。

Description

闪光灯退火用半导体基板、退火基板、半导体装置、以及半 导体装置的制造方法
技术领域
本发明涉及：一种闪光灯退火用半导体基板，其用于元件制造工序，该元件制造工序包含在半导体基板表面形成杂质扩散层的工序；一种退火基板，其进行了在半导体基板表面形成杂质扩散层的工序；一种半导体装置，其是使用这些基板所制作而成的；以及，一种半导体装置的制造方法，其包含元件制造工序，该元件制造工序包含在半导体基板表面形成杂质扩散层的工序。
背景技术
为了LSI的高性能化，而持续推进其微型化，从而晶体管的栅极长度越来越短。伴随着栅极长度变短，使得需要使源极、漏极区域的扩散层深度变浅。例如，若为栅极长度是30nm左右的元件(晶体管)，则源极、漏极部的扩散深度需要成为15nm左右的极浅的扩散深度。
一直以来，对于这样的扩散层的形成，会采用离子注入，例如会采用将B+和BF2 ++等以0.2～0.5keV这样极低的加速电压来注入的方法。然而，被离子注入后的原子，若保持原来的状态，会无法降低电阻。另外，在被离子注入后的区域中，晶格间硅和原子空位等点缺陷会产生于硅基板中。
因此，在离子注入后，为了原子的活性化(降低电阻)与缺陷修复会进行退火，但由于该退火，被离子注入后的原子会扩散，杂质分布会扩展。进一步，已知杂质扩散加速的现象不仅是由退火所造成，也是由离子注入所产生的点缺陷所造成。
若考虑以上所述的扩散所造成的杂质分布扩展，则为了能够形成深度为15nm以下且在离子注入用掩模正下方的横向的宽度是10nm以下的浅结，研究并采用了一种在极短时间内照射高能量的退火方法(例如，参照专利文献1～2)。
作为该退火方法，可举出使用封入了氙气等稀有气体而成的闪光灯来进行的退火等。该灯将几十J/cm2以上的高能量作成0.1～100毫秒的脉冲光来进行照射。因此，该退火方法可使通过离子注入所形成的杂质分布几乎不变地来进行活性化。
然而，一般认为由于采用了该高能量，硅基板中的热应力会变大，而会发生硅基板的破裂和结晶滑移这样的损伤，并实际对此进行了研究。
例如，在专利文献3中，记载了下述技术：为了在半导体基板中不招致损伤地形成浅的杂质扩散区域，而对半导体基板注入下述物质：相对于半导体基板会成为受体或施体的物质、及相对于半导体基板不会成为受体或施体的物质。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开2002-198322号公报
专利文献2：日本专利公开2005-347704号公报
专利文献3：日本专利公开2009-027027号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
然而，在专利文献3所公开的技术中，需要注入多个离子种类，从而存在使工序变得复杂的问题点。另外，在专利文献3所公开的技术用于解决硅基板的破裂和结晶滑移这样的损伤，对于防止残留离子注入缺陷这方面，尚有改善空间。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种闪光灯退火用半导体基板、退火基板、半导体装置、以及半导体装置的制造方法，在使用闪光灯退火工序而制成的元件中，能够简单且切实地防止离子注入缺陷的残留。
(二)技术方案
为了实现上述目的，本发明提供一种闪光灯退火用半导体基板，其特征在于，用于下述制造工序，该制造工序是进行离子注入并在半导体基板表面形成p-n结，通过闪光灯退火来修复离子注入缺陷，并且，所述半导体基板的碳浓度在0.5ppma以下。
这样，若为碳浓度是0.5ppma以下的半导体基板，则在使用下述制造工序时，能够简单且切实地防止离子注入缺陷的残留，该制造工序是进行离子注入并在半导体基板表面形成p-n结，通过闪光灯退火来修复离子注入缺陷。
此时，能够将所述半导体基板设为由硅所构成。
对这种由硅所构成的闪光灯退火用半导体基板，能够合适地应用本发明。
另外，本发明提供一种半导体装置，其特征在于，其使用上述闪光灯退火用半导体基板所制作而成。
若是使用本发明的闪光灯退火用半导体基板所制作而成的半导体装置，则能够作成一种高性能的半导体装置，其能够简单且切实地防止在半导体基板表面形成p-n结时所产生的离子注入缺陷的残留，从而能够得到高成品率。
进一步地，本发明提供一种退火基板，其特征在于，其是进行离子注入并在半导体基板表面形成p-n结，通过闪光灯退火来修复离子注入缺陷后的退火基板，并且，所述退火基板在基板表面具有所述p-n结，且碳浓度是0.5ppma以下。
这样，若为碳浓度是0.5ppma以下的退火基板，则能够简单且切实地防止在半导体基板表面形成p-n结时所产生的离子注入缺陷的残留。
此时，能够将所述退火基板设为由硅所构成。
对这种由硅所构成的退火基板，能够合适地应用本发明。
另外，本发明提供一种半导体装置，其特征在于，其使用上述退火基板所制作而成。
若是使用本发明的闪光灯退火用半导体基板所制作而成的半导体装置，则能够作成一种高性能的半导体装置，其能够简单且切实地防止在半导体基板表面形成p-n结时所产生的离子注入缺陷的残留，从而能够得到高成品率。
另外，本发明提供一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包含在半导体基板表面形成p-n结的工序，该工序是进行离子注入，然后进行闪光灯退火来修复离子注入缺陷，并且，使用碳浓度在0.5ppma以下的半导体基板来进行所述退火。
这样，通过使用碳浓度在0.5ppma以下的半导体基板来进行离子注入后的闪光灯退火，能够简单且切实地防止在半导体基板表面形成p-n结时所产生的离子注入缺陷的残留。
(三)有益效果
如上所述，根据本发明，在使用闪光灯退火来作为离子注入后的退火时，能够简单且切实地防止在半导体基板表面形成p-n结时所产生的离子注入缺陷的残留，从而能够得到高成品率。
附图说明
图1是显示碳浓度所造成的CL光谱的差异的图。
图2是显示CL的宽的发光光谱的最大强度与碳浓度的关系的图。
具体实施方式
如上所述，伴随为了LSI高性能化所进行的微型化，需要使源极、漏极区域的扩散层的深度变浅，为了能够形成浅结，研究并采用了一种在极短时间内照射高能量的退火方法(闪光灯退火)。
作为该退火方法，可举出一种使用封入了氙气等稀有气体而成的闪光灯来进行的退火等方法，但是，闪光灯退火并不限定于此，只要是在极短时间内照射高能量的方法即可。
该退火方法，一般认为由于采用了高能量，硅基板中的热应力会变大，而会产生硅基板的破裂和结晶滑移这样的损伤，并实际对此进行了研究。
然而，在防止离子注入缺陷的残留这方面，尚有改善空间。
因此，本发明人对如下所述的闪光灯退火用半导体基板进行了深入研究，其在使用闪光灯退火工序而制成的元件中，能够简单且切实地防止离子注入缺陷的残留，。
本发明人，并不是从硅基板的破裂和结晶滑移这方面来考虑，而是着眼于点缺陷动态，并发现下述事实从而完成本发明，即，若为碳浓度是0.5ppma以下的半导体基板，则在采用下述工序时，能够简单且切实地防止离子注入缺陷的残留，该制造工序是进行离子注入并在半导体基板表面形成p-n结，通过闪光灯退火来修复离子注入缺陷。
下面，针对本发明，作为实施方式的一例，一边参照附图一边详细地说明，但是本发明并未限定于此。
首先，对本发明的闪光灯退火用半导体基板进行说明。
本发明的闪光灯退火用半导体基板，是用于下述制造工序，且半导体基板的碳浓度成为0.5ppma以下，该制造工序是进行离子注入并在半导体基板表面形成p-n结，通过闪光灯退火来修复离子注入缺陷。
这样，若是碳浓度为0.5ppma以下的半导体基板，则在用于下述制造工序时，能够简单且切实地防止离子注入缺陷的残留，该制造工序是进行离子注入并在半导体基板表面形成p-n结，通过闪光灯退火来修复离子注入缺陷。
此时，可将上述闪光灯退火用半导体基板设为由硅所构成。
对这种由硅所构成的闪光灯退火用半导体基板，能够合适地应用本发明。
接着，对本发明的退火基板进行说明。
本发明的退火基板是进行离子注入并在半导体基板表面形成p-n结，通过闪光灯退火来修复离子注入缺陷后的退火基板，该退火基板在基板表面具有p-n结，且碳浓度成在0.5ppma以下。
这样，若为碳浓度在0.5ppma以下的退火基板，则能够简单且切实地防止在半导体基板表面形成p-n结时所产生的离子注入缺陷的残留。
此时，可将上述退火基板设为由硅所构成。
对这种由硅所构成的退火基板，能够合适地应用本发明。
接着，对本发明的半导体装置进行说明。
本发明的半导体装置是使用上述闪光灯退火用半导体基板或上述退火基板所制作而成的半导体装置。
若为使用本发明的闪光灯退火用半导体基板或本发明的退火基板所制作而成的半导体装置，则能够作成一种高性能的半导体装置，其能够切实地防止在半导体基板表面形成p-n结时所产生的离子注入缺陷的残留，从而能够得到高成品率。
接着，对本发明的半导体装置的制造方法进行说明。
本发明的半导体装置的制造方法，包含在半导体基板表面形成p-n结的工序，该工序是进行离子注入，然后进行闪光灯退火来修复离子注入缺陷，并且，使用碳浓度在0.5ppma以下的半导体基板来进行上述退火。
通过使用碳浓度在0.5ppma以下的半导体基板来进行离子注入后的闪光灯退火，能够简单且切实地防止在半导体基板表面形成p-n结时所产生的离子注入缺陷的残留。
(实验例)
先准备碳浓度低的单晶硅晶圆(碳浓度：0.05ppma)与碳浓度高的单晶硅晶圆(碳浓度：1ppma)，然后对这些晶圆离子注入硼。通过该离子注入，点缺陷会形成于硅基板中。
然后，为了修复由于离子注入所造成的缺陷与活性化，进行闪光灯退火，然后调查由于离子注入所造成的缺陷的修复状况。
在通过透射电子显微镜(以下，称为TEM)来观察而实施的评价中，在离子注入后的区域中，任意一种碳浓度的等级皆为未观察到缺陷。另一方面，在使用阴极发光(以下，称为CL)而实施的评价中，虽然在碳浓度高的单晶硅晶圆中观察到具有宽的特征的发光，但在碳浓度低的单晶硅晶圆中除了起因于硅的能带边缘发光(band edgeemission)的TO(transverse optical，横向光学)线(相当于波长1120nm附近的峰值)以外，并未观察到其他的发光(参照图1)。
通过TEM来观察而实施的评价与使用CL而实施的评价的检测灵敏度差异，被认为是因为下述理由所造成的。即，TEM由于观察区域小，难以将点缺陷作为像来捕捉，另一方面，CL因为是使用扫描式电子显微镜(SEM)，观察区域(特别是深度方向)大，且因为在原理上会检测到深能级的发光中心，因此检测灵敏度高。
进一步地，即使是针对碳浓度为0.1ppma、0.2ppma、0.4ppma、0.5ppma、0.6ppma、0.7ppma、0.8ppma的硅基板，仍以同样的方式，使用CL来进行评价。
图2是表示CL的宽的发光光谱的最大强度与基板的碳浓度的关系的图。
由图2可知，若为在0.5ppma以下的碳浓度则无CL发光，即由离子注入形成的缺陷已被修复。
基板的碳浓度变低则离子注入缺陷的残留变少，其理由被认为是如下所述。即，由于碳的原子半径小，在碳存在处会存在应变，因此由于离子注入所产生的晶格间硅会变得容易聚集。因此，若基板的碳浓度变低，则由于晶格间硅容易聚集的区域减少，因此离子注入缺陷的残留会变少。
另外，在残留有离子注入缺陷时，会观测到具有宽的特征的发光，其理由被认为是如下所述。即，在进行闪光灯退火时，在修复离子注入缺陷的反应的中途，变成如同受到淬火的状况，从而显示出复杂的CL光谱。
实施例
下面，示出实施例、比较例来更具体地说明本发明，但本发明并未限定于此。
(实施例1)
作为样品，多结晶原料和石英坩埚使用高纯度的样品，使用一种从仅掺杂硼所制造的p型且直径是200mm的单晶硅所切出的单晶硅晶圆。该单晶硅晶圆的电阻率是10Ω·cm，碳浓度是0.05ppma。
对该晶圆以10keV进行5×1013atoms/cm2的硼离子注入，并以照射能量22J/cm2、照射时间1.4毫秒、照射温度1200℃的条件来实施闪光灯退火，该闪光灯退火在500℃预热且将氙气灯作为光源。然后，通过CL来评价离子注入缺陷的结果，如图1所示，除了起因于硅的能带边缘发光的TO线以外，并未观察到其他的发光。
准备相同的基板，在1000℃的Pyro(水蒸气)气氛中进行300nm的厚度的氧化，并对该基板进行光刻而对氧化膜进行开孔。此外，在光刻后的氧化膜蚀刻中，使用通过氢氟酸所进行的湿式蚀刻。
然后，对该晶圆以10keV进行5×1013atoms/cm2的硼离子注入，然后以3keV进行5×1014atoms/cm2的磷离子注入，然后以照射能量22J/cm2、照射时间1.4毫秒、照射温度1200℃的条件来实施闪光灯退火而形成p-n结，该闪光灯退火在500℃预热且将氙气灯作为光源。
p-n结部的面积分别设为4mm2。在p-n结部所测定的反向漏电流值是15pA。
(实施例2)
作为样品，使用从掺杂了硼与微量碳而制造出来的单晶硅所切出的单晶硅晶圆。此时的单晶硅晶圆的碳浓度是0.5ppma。
对该晶圆以10keV进行5×1013atoms/cm2的硼离子注入，并以照射能量22J/cm2、照射时间1.4毫秒、照射温度1200℃的条件来实施闪光灯退火，该闪光灯退火在500℃预热且将氙气灯作为光源。然后，通过CL来评价离子注入缺陷的结果，与图1的碳浓度是0.05ppma的等级同样地，除了起因于硅的能带边缘发光的TO线以外，并未观察到其他的发光。
准备相同的基板，与实施例1同样地形成p-n结。
p-n结部的面积分别设为4mm2。在p-n结部所测定出的反向漏电流值是15pA。
(比较例1)
作为样品，与实施例2同样地使用从掺杂了硼与微量碳而制造出来的单晶硅所切出的单晶硅晶圆。但是，此时的单晶硅晶圆的碳浓度是1ppma。
对该晶圆以10keV进行5×1013atoms/cm2的硼离子注入，并以照射能量22J/cm2、照射时间1.4毫秒、照射温度1200℃的条件来实施闪光灯退火，该闪光灯退火在500℃预热且将氙气灯作为光源。之后，通过CL来评价离子注入缺陷的结果，如图1所示，观察到具有宽的特征的发光。
准备相同基板，与实施例1同样地形成p-n结。
p-n结部的面积分别设为4mm2。在p-n结部所测定的反向漏电流值是200pA。
由此可知，在碳浓度为0.05ppma以下的实施例1～2的等级中，在通过CL来进行的离子注入缺陷评价中，除了起因于硅的能带边缘发光的TO线以外，并未观察到其他的发光，且p-n结部的漏电流变小，而在碳浓度为1ppma的比较例1的等级中，在通过CL来进行的离子注入缺陷评价中，会观察到具有宽的特征的发光，且p-n结部的漏电流变大。
因此，由此可知，若使用碳浓度是0.5ppma以下的基板，在将闪光灯退火用作离子注入后的退火的情况下，能够切实地防止在半导体基板表面形成p-n结时所产生的离子注入缺陷的残留，并可将p-n结部的漏电流值抑制在较低的值，从而能够得到高成品率。
此外，本发明并未限定于上述实施方式。上述实施方式为例示，凡是具有与本发明的权利要求书中记载的技术思想实质性相同的结构，并起到同样作用效果的方式均包含在本发明的技术范围内。

Claims (7)

1.一种闪光灯退火用半导体基板，其特征在于，用于下述制造工序，该制造工序是进行离子注入并在半导体基板表面形成p-n结，通过闪光灯退火来修复离子注入缺陷，并且，所述半导体基板的碳浓度在0.5ppma以下。
2.根据权利要求1所述的闪光灯退火用半导体基板，其特征在于，所述半导体基板由硅构成。
3.一种半导体装置，其特征在于，其使用权利要求1或2所述的闪光灯退火用半导体基板制作而成。
4.一种退火基板，其特征在于，其是进行离子注入并在半导体基板表面形成p-n结，通过闪光灯退火来修复离子注入缺陷后的退火基板，并且，所述退火基板在基板表面具有所述p-n结，且碳浓度在0.5ppma以下。
5.根据权利要求4所述的退火基板，其特征在于，所述退火基板由硅构成。
6.一种半导体装置，其特征在于，其使用权利要求4或5所述的退火基板制作而成。
7.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包含在半导体基板表面形成p-n结的工序，该工序是进行离子注入，然后进行闪光灯退火来修复离子注入缺陷，并且，使用碳浓度在0.5ppma以下的半导体基板来进行所述退火。
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