DE102004041346B4

DE102004041346B4 - Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung

Info

Publication number: DE102004041346B4
Application number: DE102004041346.0A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Ito; Kyoichi Suguro
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Kioxia Corp
Priority date: 2003-08-26
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2024-08-27
Also published as: JP2005072045A; DE102004041346A1; CN1591776A; CN100373533C; KR100616379B1; US7045458B2; US20050062107A1; TWI251880B; TW200518230A; KR20050022353A

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung, umfassend: Positionieren einer Blitzlampenlichtquelle (5) mit einer Vielzahl von Blitzlampen (8) entlang einer Lampenanordnungsrichtung (10) über einem Substrat (1), das eine Einkristall-Halbleiterregion aufweist; und Erwärmen des Substrats durch Licht (6), das von der Blitzlampenlichtquelle (5) entlang der Lampenanordnungsrichtung (10) emittiert wird und das eine Lichtintensitätsverteilung über dem Substrat (1) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass eine Kristallausrichtung (9) der Einkristall-Halbleiterregion eine Flächenausrichtung einer Spaltungsebene der Halbleiterregion ist; auf der Einkristall-Halbleiterregion ein Linienmuster (11p) mit einer Längsrichtung (12) ausgebildet ist; die Blitzlampenlichtquelle (5) über dem Substrat (1) so positioniert wird, dass sich die Lampenanordnungsrichtung (10) von der Kristallausrichtung und von der Längsrichtung des Linienmusters (11p) unterscheidet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In WO 03/089184 A1 ist ein thermische Flussbearbeitung anhand einer Abtastelektromagnetischen Bestrahlung beschrieben. Eine Einrichtung für das thermische Bearbeiten enthält eine Stufe, eine Quelle für ein kontinuierliches Bestrahlen mit einer elektromagnetischen Strahlung, eine Reihe von Linsen und einen Translationsmechanismus sowie einen Kontroller. Die Stufe ist konfiguriert zum Aufnehmen eines Substrats. Die Strahlungsquelle ist angrenzend zu der Stufe angeordnet und imitiert elektromagnetische Strahlung entlang einem Pfad zu dem Substrat. Die Reihe der Linsen ist angeordnet zwischen der Quelle für die elektromagnetische Strahlung und der Stufe und kondensiert die elektromagnetische Strahlung auf eine Linie für die elektromagnetische Bestrahlung an einer Oberfläche des Substrats.
In EP 1 324 377 A2 ist ein Verfahren zum Bilden von Übergängen in Halbleitereinrichtungen beschrieben. Insbesondere sollen die Übergänge seicht und erprobt ausgebildet sein. Anfänglich wird einem Substrat ein amorphisierendes Element in einem gewünschten Bereich implantiert, wodurch der Schmelzpunkt im gewünschten Bereich niedriger ist als der Schmelzpunkt des den gewünschten Bereich umgebenden Substrats. Ein gewünschtes Dotierungsmittel wird in dem gewünschten Bereich dotiert, und der gewünschte Bereich wird anschließend durch eine Energiequelle so wärmebehandelt, dass lediglich der gewünschte Bereich schmilzt, wodurch das Dotierungsmittel lediglich in dem gewünschten Bereich diffundieren kann.
In US-A-4,504,323 ist ein Verfahren zum Annealen eines Halbleiters mit einer planaren Quelle bestehend aus Blitzlichtentladungslampen beschrieben. Ein planarer Spiegel ist angeordnet in einer Ebene parallel und angrenzend zu der Ebene der Blitzlichtentladungslampen an der Seite gegenüber liegend von einem Tisch, auf dem der Halbleiterwafer angeordnet ist. Der Halbleiterwafer wird der Bestrahlung durch Licht durch die Blitzlichtentladungslampen ausgesetzt, wodurch der Wafer instantan einheitlich über den gesamten Bereich hiervon wärmebehandelt wird.
In US 2003/0013280 A1 ist ein Verfahren zum Bilden eines Halbleiterdünnfilms beschrieben, insbesondere zum Bilden eines polykristallinen Halbleiterdünnfilms. Zum Erzielen einer hohen Kristallisation und einer großen Korngröße erfolgt das Bilden eines Dünnfilms mit geringer Kristallisation auf dem Substrat und das anschließende Erwärmen und Abkühlen dieses gebildeten Dünnfilms in eine Schmelze, Halbschmelze oder Nichtschmelze durch eine Blitzlichtlampe zum Annealen des Dünnfilms.
In JP-H08-288280 A ist eine Transistorstruktur beschrieben. Der Transistor ist rechteckig auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrats gebildet. Ein aktives Gebiet vollständig mit einem Feldoxidfilm umgeben, und das aktive Gebiet ist rechteckig ausgebildet, wobei dessen Endkante entlang der Kristallorientierung in der Richtung <100> gebildet ist, durch Neigen desselben um 45° gegenüber der Siliziumkristallorientierung in Richtung <100>.
In US-A-4,151,008 ist ein Verfahren unter Heranziehung gepulsten Lichts zum Verarbeiten von Halbleitereinrichtungen beschrieben. Ein gepulster Laser oder eine Blitzlampe erzeugt Lichtpulse kurzer Dauer für die thermische Verarbeitung ausgewählter Gebiete einer Halbleitereinrichtung. Der Lichtpuls ist zu der Halbleitereinrichtung gerichtet und bestrahlt ausgewählte Oberflächengebiete der zu verarbeitenden Einrichtung. Die durch den Lichtpuls übertragene Energie erhöht momentan die Temperatur der ausgewählten Gebiete über Schwellwertverarbeitungstemperaturen für ein schnelles, effektives Annealen, Sintern oder anderes thermisches Verarbeiten.
In Process Uniformity and Slip Dislocation Patterns in Linearly Ramped-Temperature Transient Rapid Thermal Processing of Silicon, IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing, Vol. 2, No. 4, November 1989, pages 130–140 ist die Bearbeitung von Silizium unter Verwendung von thermischen Zyklen mit rampenförmigem, sägezahnartigem Temperaturverlauf beschrieben. Insbesondere wird Bezug genommen auf ein schnelles thermisches Oxidieren.
Ferner wurde das Leistungsverhalten von LSI durch Erhöhung des Grades von Integration oder durch Miniaturisierung der Elemente, die eine LSI aufbauen, erhöht. Da die Elementgröße kleiner gemacht wird, werden der parasitäre Widerstand und die Kurzkanalwirkung größer. Deshalb wird die Bildung einer flachen pn-Sperrschicht mit geringem Widerstand wichtiger.
Eine flache Störstellendiffusionsregion kann durch Implantieren von Ionen bei geringer Beschleunigungsenergie und Optimieren nachfolgenden Glühens gebildet werden. Um den Widerstand der Störstellendiffusionsregion zu verringern, ist es notwendig, ein Glühen bei hoher Temperatur durchzuführen, um Störstellenionen zu aktivieren.
Es werden Bor-(B)Ionen, Phosphor-(P)Ionen oder Arsen-(As)Ionen als Störstellenionen für Ionenimplantation verwendet. Diese Störstellenionen haben einen großen Diffusionskoeffizienten in Silizium (Si). Deshalb finden in RTA (schnelles thermisches Glühen, Rapid Thermal Anneal) unter Verwendung einer Halogenlampe eine Diffusion nach innen und eine Diffusion nach außen von Störstellenionen statt, was allmählich die Bildung von flachen Störstellendiffusionsregionen schwierig macht.
Die Diffusion nach innen und die Diffusion nach außen können durch Absenken der Glühtemperatur unterdrückt werden. Falls jedoch die Glühtemperatur abgesenkt wird, verringert sich die Aktivierungsrate der Störstellenionen beträchtlich. Selbst wenn der Ansatz zum Absenken der Glühtemperatur genommen wird, ist es deshalb schwierig, eine flache Störstellendiffusionsregion zu bilden.
Wie oben beschrieben ist es schwierig, eine flache (20 nm oder weniger) Störstellendiffusionsregion mit geringem Widerstand durch den RTA-Prozess unter Verwendung einer konventionellen Halogenlampe zu bilden.
Um dieses Problem zu überwinden, wurde vor kurzem ein Blitzlampenglühverfahren, das eine Blitzlampe verwendet, in die Edelgas wie etwa Xenon (Xe) eingeschlossen wird, als Mittel zum augenblicklichen Zuführen der Energie, die notwendig ist, um Störstellenionen zu aktivieren, untersucht.
Die 1/2-Impulsbreite einer Blitzlampe beträgt ungefähr 10 Millisekunden. Wenn das Blitzlampenglühverfahren verwendet wird, ist deshalb die Zeit, während der die Waferfläche auf einer hohen Temperatur gehalten wird, sehr kurz, mit dem Ergebnis, dass die Störstellenionen, die in die Waferfläche implantiert werden, kaum diffundieren. Entsprechend ist es möglich, die Störstellenionen mit fast keiner Änderung in der Verteilung der Störstellenionen, die in der Waferfläche implantiert sind, zu aktivieren.
Das konventionelle Blitzlampenglühverfahren hat jedoch das folgende Problem.
Um eine ausreichende Glühwirkung zu erreichen, ist eine Energieintensität so hoch wie 20 J/cm² oder mehr erforderlich. Außerdem steigt die Temperatur an der Waferfläche abrupt an. Als ein Ergebnis entwickelt sich eine Temperaturdifferenz zwischen der rechten Seite und der entgegengesetzten Seite des Wafers, was zu einer Erhöhung der thermischen Belastung innerhalb des Wafers führt. Eine derartige Erhöhung der thermischen Belastung verursacht einen Schaden (Wärmeschaden), wie etwa Sprünge oder Risse (Brüche) in dem Wafer. Ein derartiger Wärmeschaden an dem Wafer führt zu einer Verringerung des Produktionsertrags.
Der Wärmeschaden an dem Wafer kann durch Absenken der Temperatur, bei der der Wafer vorgewärmt wird, oder der Bestrahlungsenergiedichte der Blitzlampe, bevor die Blitzlampe eingeschaltet wird, vermieden werden. In diesem Fall kann jedoch eine ausreichende Aktivierung von Störstellenionen nicht erwartet werden.
Demnach besteht das technische Problem der Erfindung in der Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung, mit dem sich bei ausreichender Aktivierung von Störstellenionen eine übermäßige thermische Belastung des Wafers vermeiden lässt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses technische Problem durch ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Positionieren einer Blitzlampenlichtquelle (5) mit einer Vielzahl von Blitzlampen (8) entlang einer Lampenanordnungsrichtung (10) über einem Substrat (1), das eine Einkristall-Halbleiterregion aufweist, und Erwärmen des Substrats durch Licht (6), das von der Blitzlampenlichtquelle (5) entlang der Lampenanordnungsrichtung (10) emittiert wird und das eine Lichtintensitätsverteilung über dem Substrat (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kristallausrichtung (9) der Einkristall-Halbleiterregion eine Flächenausrichtung einer Spaltungsebene der Halbleiterregion ist, auf der Einkristall-Halbleiterregion ein Linienmuster (11p) mit einer Längsrichtung (12) ausgebilder ist, die Blitzlampenlichtquelle (5) über dem Substrat (1) so positioniert wird, dass sich die Lampenanordnungsrichtung (10) von der Kristallausrichtung und von der Längsrichtung des Linienmusters (11p) unterscheidet.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben; es zeigen:
1A bis 1C Schnittansichten, die die Schritte eines Herstellungsverfahrens einer Halbleitereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigen, die nicht Bestandteil der Erfindung ist;
2 einen Grundriss, der die Beziehung zwischen einer Vielzahl von Blitzlampen und der Kristallausrichtung eines Si-Wafers in dem Erwärmungsprozess der ersten Ausführungsform zeigt, die nicht Bestandteil der Erfindung ist;
3 einen Grundriss, der die Beziehung zwischen einer Vielzahl von Blitzlampen und der Kristallausrichtung eines Si-Wafers in einem konventionellen Erwärmungsprozess zeigt;
4 ein Diagramm eines Prozessfensters der ersten Ausführungsform, die nicht Bestandteil der Erfindung ist, bezüglich der Substratvorwärmtemperatur und der Bestrahlungsenergiedichte;
5 ein Diagramm eines Prozessfensters eines vergleichenden Beispiels bezüglich der Substratvorwärmtemperatur und der Bestrahlungsenergiedichte;
6A bis 6C Schnittansichten, die die Schritte eines Herstellungsverfahrens einer Halbleitereinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
7 einen Grundriss, der die Beziehung zwischen der Lampenanordnungsrichtung, der Kristallausrichtung und der Linienmusteranordnungsrichtung in dem Erwärmungsprozess der zweiten Ausführungsform zeigt;
8A bis 8E Schnittansichten, die die Schritte eines Herstellungsverfahrens eines MOS-Transistors gemäß der dritten Ausführungsform zeigen, die nicht Bestandteil der Erfindung ist;
9A und 9B Schnittansichten, die die Schritte eines Herstellungsverfahrens einer Halbleitereinrichtung gemäß der vierten Ausführungsform zeigen, die nicht Bestandteil der Erfindung ist;
10 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Gleichförmigkeit von Lichtintensität und dem Bestrahlungsabstand L auf der Fläche des Si-Wafers der vierten Ausführungsform zeigt;
11 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Welligkeitsbreite/Durchschnittslichtintensität und dem Bestrahlungsabstand der vierten Ausführungsform zeigt;
12 ein Diagramm einer Lichtemissionswellenform der Blitzlampe in jedem von der vierten Ausführungsform und einem vergleichenden Beispiel;
13 ein Diagramm einer Temperaturverteilung in der Richtung der Stärke des Si-Wafers in jedem Zeitpunkt nach der Bestrahlung der Blitzlampe der vierten Ausführungsform;
14 ein Diagramm einer Temperaturverteilung in der Richtung der Stärke des Si-Wafers in jedem Zeitpunkt nach der Bestrahlung der Blitzlampe eines vergleichenden Beispiels;
15A und 15B Diagramme, um Belastungen zu erklären, die in der Richtung der Stärke des Si-Wafers in jedem Zeitpunkt nach der Bestrahlung der Blitzlampe der vierten Ausführungsform auftreten;
16A und 16B Diagramme um zu helfen, Belastungen zu erklären, die in der Richtung der Stärke des Si-Wafers in jedem Zeitpunkt nach der Bestrahlung der Blitzlampe in einem vergleichenden Beispiel auftreten;
17 ein Diagramm von Lichtemissionswellenformen in einem anderen vergleichenden Beispiel (einem zweiten vergleichenden Beispiel);
18 ein Diagramm einer Sprödbruchkurve eines Si-Wafers;
19 ein Diagramm eines Prozessfensters der fünften Ausführungsform bezüglich der Substratvorwärmtemperatur und der Bestrahlungsenergiedichte;
20 ein Diagramm eines Prozessfensters eines vergleichenden Beispiels bezüglich der Substratvorwärmtemperatur und der Bestrahlungsenergiedichte;
21 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Gate-Kriechstrom eines MOS-Kondensators, umfassend eine Störstellendiffusionsregion der siebten Ausführungsform, die nicht Bestandteil der Erfindung ist, und der Impulsbreite zeigt;
22 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Sperrschichtkriechstrom einer pn-Sperrschicht, umfassend die Störstellendiffusionsregion der siebten Ausführungsform, die nicht Bestandteil der Erfindung ist, und einer Impulsbreite zeigt; und
23 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Ertrag einer Einrichtung, umfassend die Störstellendiffusionsregion der siebten Ausführungsform, die nicht Bestandteil der Erfindung ist, und der Impulsbreite zeigt.
1A bis 1C zeigen Schnittansichten, die die Schritte eines Herstellungsverfahrens einer Halbleitereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, die nicht Bestandteil der Erfindung ist, zeigen.
Zuerst wird, wie in 1A gezeigt, eine Maske 2 für Ionenimplantation über einem Einkristall-Si-Wafer (Si-Substrat) positioniert und dann werden Störstellenionen 3 in den Si-Wafer von oberhalb der Maske mit einer bekannten Ionenimplantationseinrichtung (nicht gezeigt) implantiert.
Der Si-Wafer 1 kann ein gewöhnlicher Mengen-Si-Wafer (Bulk-Si-Wafer) oder SOI-Wafer sein. Außerdem kann ein Wafer (Substrat), hergestellt hauptsächlich aus einem Halbleitermaterial mit Ausnahme von Silizium, wie etwa Silizium-Germanium, als der Si-Wafer 1 verwendet werden. Die Maske 2 kann eine gewöhnliche Maske oder eine Schablonenmaske sein. Was die Störstellenionen 3 betrifft, werden z. B. Bor-(B)Ionen als Störstellenionen eines p-Typs verwendet, und Phosphor-(P)Ionen oder Arsen-(As)Ionen werden als Störstellenionen eines n-Typs verwendet.
Als Nächstes wird, wie in 1B gezeigt, der Si-Wafer 1 auf einer heißen Platte 4 platziert. Während der Si-Wafer 1 von seiner entgegengesetzten Seite erwärmt wird (vorgewärmt), wird der Si-Wafer 1 von seiner rechten Seite durch Licht, das von einer Blitzlampenlichtquelle 5 emittiert wird, erwärmt (durch Blitzlampenglühen).
Durch den Erwärmungsprozess werden die Störstellenionen 3 aktiviert, mit dem Ergebnis, dass eine Störstellendiffusionsregion 7 von 20 nm oder weniger an Stärke auf der Fläche des Si-Wafers 1 gebildet wird, wie in 1C gezeigt.
Die Erwärmungstemperatur (Substratvorwärmtemperatur) des Si-Wafers 1 mit der heißen Platte 4 wird auf z. B. 400°C eingestellt. Die Erwärmungstemperatur ist nicht auf 400°C begrenzt und kann eine beliebige Temperatur in dem Bereich von 300°C bis 600°C sein. In dem Temperaturbereich kann eine Störstellendiffusionsregion 7 mit dem gewünschten Konzentrationsprofil leicht ausgebildet werden. Die Substratvorwärmtemperatur wird allgemein geringer als die Erwärmungstemperatur des Si-Wafers mit der Blitzlampenlichtquelle 5 eingestellt.
Obwohl die heiße Platte 4 (Widerstandserwärmungseinrichtung) verwendet wurde, um den Si-Wafer von seiner entgegengesetzten Seite zu erwärmen (vorzuwärmen), kann eine Erwärmungseinrichtung (optisches Erwärmungsmittel), wie etwa eine Halogenlampe, eine von den Infrarotlampen, verwendet werden.
Die Blitzlampenlichtquelle 5 inkludiert eine Vielzahl von Blitzlampen, in denen Edelgas, wie etwa Xe-Gas, eingeschlossen ist. Die Energie des Lichts 6, das von der Blitzlampenlichtquelle 5 emittiert wird, beträgt z. B. 35 J/cm2. Die Energie des Lichts 6 ist nicht auf 35 J/cm2 beschränkt und kann ein beliebiger Wert gleich 60 J/cm2 oder weniger sein.
2 ist ein Grundriss, der die Beziehung zwischen einer Vielzahl von Lampen 8, die die Blitzlampenlichtquelle 5 aufbauen, und der Kristallausrichtung des Si-Wafers 1 in dem Erwärmungsprozess zeigt. Die Kristallfläche des Si-Wafers ist z. B. (100) und die Kristallausrichtung 9 ist die Flächenausrichtung der Spaltungsebene des Si-Wafers 1, z. B. <011>.
Wie 2 zeigt, ist in der ersten Ausführungsform, die nicht Bestandteil der Erfindung ist, die Positionsbeziehung zwischen der Blitzlampenlichtquelle 5 und dem Si-Wafer 1 so eingestellt, dass sich die Anordnungsrichtung (Lampenanordnungsrichtung) 10 der Blitzlampen 8 von der Kristallausrichtung 9 unterscheidet. Während in der Ausführungsform die Längsrichtung der Blitzlampen 8 auch so eingestellt ist, sich von der Kristallausrichtung 9 zu unterscheiden, ist dies nicht immer notwendig.
Andererseits ist in einem konventionellen Blitzlampenglühverfahren (vergleichendes Beispiel), wie in 3 gezeigt, die Positionsbeziehung zwischen der Blitzlampenlichtquelle 5 und dem Si-Wafer 1 so eingestellt, dass die Lampenanordnungsrichtung 10 (die Längsrichtung der Blitzlampe 8) parallel zu der Kristallausrichtung 9 ist.
4 zeigt ein Prozessfenster der ersten Ausführungsform, die nicht Bestandteil der Erfindung ist, bezüglich der Erwärmungstemperatur (Substratvorwärmtemperatur) des Si-Wafers 1 mit der heißen Platte 1 und der Bestrahlungsenergiedichte auf dem Si-Wafer 1 mit der Blitzlampenlichtquelle 5. 5 zeigt ein Prozessfenster eines vergleichenden Beispiels bezüglich der Substratvorwärmtemperatur und der Bestrahlungsenergiedichte.
Während die Substratvorwärmtemperatur höher wird, wird die Bestrahlungsenergiedichte niedriger, die benötigt wird, um Störstellen zu aktivieren, aber zur gleichen Zeit wird auch die Bestrahlungsenergiedichte niedriger, bei der ein Wärmeschaden (Sprünge, Risse) in dem Si-Wafer 1 auftritt.
Wenn die Bestrahlungsenergiedichte, bei der ein Wärmeschaden an dem Si-Wafer 1 in der ersten Ausführungsform verursacht wird, mit der in dem vergleichenden Beispiel verglichen wird, ist aus 4 und 5 zu sehen, dass die Dichte in der ersten Ausführungsform bei einer beliebigen Substratvorwärmtemperatur höher ist. D. h. es wird herausgefunden, dass die erste Ausführungsform ein breiteres Prozessfenster als das vergleichende Beispiel hat.
Allgemein tendiert die Lichtintensität bei Lampenerwärmung dazu, genau unter der Lampe höher und zwischen den Lampen niedriger zu sein. Deshalb tritt eine Temperaturdifferenz zwischen der Stelle genau unter der Lampe und der Stelle zwischen den Lampen auf. Eine derartige Temperaturdifferenz bewirkt, dass eine thermische Belastung in dem Si-Wafer 1 auftritt.
In dem vergleichenden Beispiel wird die thermische Belastung betrachtet, entlang der Kristallausrichtung aufzutreten, wo die Substratfestigkeit gering ist. Dies ist verantwortlich dafür, warum ein Wärmeschaden in dem Si-Wafer 1 in dem vergleichenden Beispiel auftritt.
Mit der Positionsbeziehung zwischen dem Si-Wafer 1 und der Blitzlampenlichtquelle 5 in der ersten Ausführungsform, die nicht Bestandteil der Erfindung ist, ist andererseits die Lichtintensitätsverteilung, die durch das Licht 6 auf dem Si-Wafer 1 gebildet wird, so ausgebildet, dass die Intensität am höchsten in einer Richtung wird, die sich von der Kristallausrichtung des Si-Wafers 1 unterscheidet.
Als ein Ergebnis unterscheidet sich die Richtung, in der sich eine thermische Belastung entwickelt, von der Kristallausrichtung des Si-Wafers 1. Deshalb kann in der ersten Ausführungsform, die nicht Bestandteil der Erfindung ist, die Substratfestigkeit gesichert werden, mit dem Ergebnis, dass der Widerstand des Si-Wafers gegen einen Wärmeschaden, wie etwa Sprünge oder Risse, betrachtet werden kann sich zu erhöhen.
Wie oben beschrieben, werden bei der ersten Ausführungsform, die nicht Bestandteil der Erfindung ist, wenn ein Blitzlampenglühen geschieht, der Si-Wafer 1 und die Blitzlampenlichtquelle 5 in einer spezifischen Positionsbeziehung eingestellt, was es leicht macht, ein Auftreten eines Wärmeschadens in dem Si zu verhindern. D. h. es ist leicht möglich, eine flache Störstellendiffusionsregion 7 auszubilden ohne zuzulassen, dass ein Wärmeschaden in dem Si-Wafer 1 auftritt.
6A bis 6C sind Schnittansichten, die die Schritte eines Herstellungsverfahrens einer Halbleitereinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. In 6A bis 6C werden gleiche Teile wie in den obigen Zeichnungen durch entsprechende Bezugszeichen angezeigt und eine detaillierte Erläuterung von ihnen wird weggelassen (gleiches trifft auf eine dritte und spätere Ausführungsformen zu).
Zuerst wird, wie in 6A gezeigt, ein zu verarbeitender Film 11, der als ein Muster dient, auf dem Si-Wafer 1 ausgebildet. Der Film 11 ist z. B. ein isolierender Film, wie etwa ein Siliziumoxidfilm, ein Halbleiterfilm, wie etwa ein Polysiliziumfilm, ein Metallfilm, wie etwa ein Aluminiumfilm, oder ein Resist, wie etwa ein Fotoresist.
Als Nächstes wird, wie in 6B gezeigt, der Film 11 durch bekannte Fotolithografie und Ätzen bearbeitet, wobei dadurch ein Muster 11p, inkludierend eine Vielzahl von Linienmustern, ausgebildet wird.
Zu dieser Zeit wird das Muster 11p so ausgebildet, dass sich die sich Anordnungsrichtung der Linienmuster (Linienmusteranordnungsrichtung) von der Kristallausrichtung 9 unterscheidet. Das Muster 11p ist z. B. ein Isolatormuster, wie etwa ein Gate-Isolierfilm, ein Halbleitermuster, wie etwa eine Polysilizium-Gate-Elektrode, ein Metallmuster, wie etwa eine Aluminiumverdrahtungsleitung, oder ein Resistmuster.
Als Nächstes wird, wie in 6C gezeigt, der Si-Wafer 1 durch die Blitzlampenlichtquelle 5 und die heiße Platte 4 wie in der ersten Ausführungsform erwärmt.
7 zeigt einen Grundriss, der die Beziehung zwischen der Lampenanordnungsrichtung 10, der Kristallausrichtung 9 und der Linienmusteranordnungsrichtung 12 in dem Erwärmungsprozess zeigt. Wie aus 7 gesehen wird, ist in der zweiten Ausführungsform die Lampenanordnungsrichtung 10 so eingestellt, um sich von der Kristallausrichtung 9 und der Linienmusteranordnungsrichtung 12 zu unterscheiden.
Da sich der optische Absorptionskoeffizient des Si-Wafers 1 von dem des Musters 11p unterscheidet, gibt es eine Temperaturdifferenz zwischen dem Si-Wafer 1 und dem Muster 11p. Als ein Ergebnis wird eine thermische Belastung an das Muster 11p angelegt.
Es ist jedoch klar geworden, dass wenn sich die Lampenanordnungsrichtung 10 von der Kristallausrichtung 9 und der Linienmusteranordnungsrichtung 12 unterscheidet, es für eine Temperaturdifferenz schwierig ist aufzutreten.
Mit der zweiten Ausführungsform ist es deshalb möglich, ein Auftreten eines Wärmeschadens, wie etwa Sprünge oder Risse, bei Erwärmung des Si-Wafers, der das Muster 11p inkludiert, zu verhindern.
Obwohl die Lampenanordnungsrichtung 10 und die Linienmusteranordnungsrichtung 12 die gleiche sein können, ermöglicht sie voneinander unterschiedlich zu machen, einen viel größeren Wärmeschadenverminderungseffekt zu erwarten.
8A bis 8E zeigen Schnittansichten, die die Schritte eines Herstellungsverfahrens eines MOS-Transistors zeigen.
Zuerst werden, wie in 8A gezeigt, ein Gate-Isolierfilm 21 und eine Gate-Elektrode 22 auf einem Si-Wafer 1 durch ein bekanntes Verfahren ausgebildet.
Als Nächstes werden, wie in 8B gezeigt, mit der Gate-Elektrode 22 als eine Maske Störstellenionen 3 in die Fläche des Si-Wafers 1 implantiert.
Als Nächstes wird, wie in 8C gezeigt, der Si-Wafer 1 wie in dem Schritt von 1B in der ersten Ausführungsform, die nicht Bestandteil der Erfindung ist, erwärmt (ein erster Erwärmungsprozess). Als ein Ergebnis werden die Störstellenionen 3 aktiviert, mit dem Ergebnis, dass eine Ausdehnungsregion (eine erste Störstellendiffusionsregion) 24 auf der Fläche des Si-Wafers 1 auf eine selbstausrichtende Art und Weise ausgebildet wird.
Da die Lampenanordnungsrichtung 10 auf eine unterschiedliche Richtung von der Kristallausrichtung 9 wie in der ersten Ausführungsform, die nicht Bestandteil der Erfindung ist, eingestellt ist, tritt zu dieser Zeit ein Wärmeschaden, wie etwa Sprünge und Risse, in dem Si-Wafer 1 nicht auf und das Prozessfenster wird breiter.
Als Nächstes wird, wie in 8D gezeigt, ein Gate-Seitenwand-Isolierfilm (Abstandshalter) 25 durch ein bekanntes Verfahren ausgebildet. Danach werden, mit dem Gate-Seitenwand-Isolierfilm 25 und der Gate-Elektrode 22 als eine Maske, Störstellenionen (nicht gezeigt) in die Fläche des Wafers 1 implantiert.
Als Nächstes wird, wie in 8E gezeigt, der Si-Wafer 1 wie in dem Schritt von 1B in der ersten Ausführungsform, die nicht Bestandteil der Erfindung ist, erwärmt (ein zweiter Erwärmungsprozess). Als ein Ergebnis werden die Störstellenionen aktiviert, mit dem Ergebnis, dass eine Source-/Drain-Region (eine zweite Störstellendiffusionsregion) 26 auf der Fläche des Si-Wafers 1 ausgebildet wird.
Da die Lampenanordnungsrichtung 10 auf eine unterschiedliche Richtung von der Kristallausrichtung 9 wie in der ersten Ausführungsform, die nicht Bestandteil der Erfindung ist, eingestellt ist, tritt zu dieser Zeit ein Wärmeschaden, wie etwa Sprünge oder Risse, in dem Si-Wafer 1 nicht auf und das Prozessfenster wird breiter.
Des weiteren wird in dem ersten Erwärmungsprozess der Si-Wafer 1 oder die Blitzlampenlichtquelle 5 rotiert, wobei dadurch die Lampenanordnungsrichtung 10 in dem zweiten Erwärmungsprozess auf eine unterschiedliche Richtung von der Anordnungsrichtung der Blitzlampen 8 in dem ersten Erwärmungsprozess eingestellt wird. Als ein Ergebnis unterscheidet sich die Richtung der thermischen Belastung, die in dem Si-Wafer 1 durch die Bestrahlung der Blitzlampe in dem zweiten Erwärmungsprozess erzeugt wird, von der Richtung der thermischen Belastung, die in dem Si-Wafer 1 durch die Bestrahlung der Blitzlampe in dem ersten Erwärmungsprozess erzeugt wird.
Als ein Ergebnis wird die Last, die durch die thermische Belastung verursacht wird, die in dem Si-Wafer 1 akkumuliert wird, effektiv gemildert. Dies macht es leicht, Widerstand gegen Wärmeschaden, wie etwa Sprünge oder Risse, in dem Si-Wafer 1 zu erhöhen, selbst wenn zwei Erwärmungsprozesse ausgeführt werden.
Selbst wenn drei oder mehr Erwärmungsprozesse ausgeführt werden, kann die gleiche Wirkung erzeugt werden, indem die Lampenanordnungsrichtung 10 in einem Erwärmungsprozess von der in einem anderen Erwärmungsprozess verschieden gemacht wird.
Die Lampenanordnungsrichtung 10 unterscheidet sich nicht notwendigerweise von einem Erwärmungsprozess zu einem anderen. Wenn z. B. drei oder mehr Erwärmungsprozesse ausgeführt werden, kann die Lampenanordnungsrichtung 10 in dem ersten Erwärmungsprozess die gleiche wie die in dem letzten Erwärmungsprozess sein. Der Grund dafür ist, dass der erste Erwärmungsprozess von dem letzten Erwärmungsprozess zeitlich getrennt ist und deshalb die Wirkung der Akkumulation von diesen Erwärmungsprozessen klein ist.
Das Verfahren zum Ausführen einer Vielzahl von Erwärmungsprozessen in der dritten Ausführungsform ist in dem Prozess (Glühprozess) zum Ausbilden von Störstellendiffusionsregionen außer den Störstellendiffusionsregionen (die Ausdehnungsregion 24, Source-/Drain-Region 26) eines MOS-Transistors wirksam. Außerdem ist das Verfahren auch in einem thermischen Prozess außer dem Störstellenionenglühprozess wirksam. Wenn eine Vielzahl von MOS-Transistoren ausgebildet wird, ist es außerdem wünschenswert, dass die Anordnungsrichtung einer Vielzahl von Gate-Elektroden 22 auf eine Richtung eingestellt werden sollte, die sich von der Kristallausrichtung 9 und der Lampenanordnungsrichtung 10 unterscheidet (siehe die zweite Ausführungsform).
9A und 9B zeigen Schnittansichten, die die Schritte eines Herstellungsverfahrens einer Halbleitereinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform, die nicht Bestandteil der Erfindung ist, zeigen.
Wie in 9A gezeigt, ist die Maske 2 für Ionenimplantation über dem Si-Wafer 1 positioniert. Eine Ionenimplantationseinrichtung (nicht gezeigt) implantiert Störstellenionen 3 in den Si-Wafer 1 von oberhalb der Maske 2.
Als Nächstes wird, wie in 9B gezeigt, der Si-Wafer 1 auf die heiße Platte 4 gelegt. Während der Si-Wafer 1 von seiner entgegengesetzten Seite erwärmt wird, wird der Si-Wafer 1 von seiner rechten Seite durch Licht 6 erwärmt, das von der Blitzlampenlichtquelle 5 emittiert wird. Durch den Erwärmungsprozess werden die Störstellenionen 3 aktiviert, wobei dadurch eine Störstellendiffusionsregion gebildet wird.
Der Abstand (Bestrahlungsabstand) L zwischen dem Si-Wafer 1 und der Blitzlampenlichtquelle 5 ist in dem Bereich von 23 bis 46 mm eingestellt. Die Energie des Lichts, das von jeder aus einer Vielzahl von Blitzlampen emittiert wird, die die Blitzlampenlichtquelle 5 aufbauen, ist im wesentlichen die gleiche.
Der Grund, warum der Bestrahlungsabstand L eingestellt ist, den Ausdruck 23 mm ≤ L ≤ 46 mm zu erfüllen, ist der folgende.
10 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Gleichförmigkeit σ der Intensität von Licht 6 auf der Fläche des Si-Wafers und dem Bestrahlungsabstand L zeigt. 11 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Welligkeitsbreite/Durchschnittslichtintensität und dem Bestrahlungsabstand L zeigt. Die Welligkeitsbreite ist die Differenz (D1 – D2) zwischen der Lichtintensität D1 auf der Fläche des Si-Wafers genau unter der Blitzlampe und der Lichtintensität D2 auf der Fläche des Si-Wafers 1 genau unter der Stelle zwischen zwei benachbarten Blitzlampen. Die Durchschnittslichtintensität ist die Durchschnittsintensität von Licht 6 auf der Fläche des Si-Wafers 1. 10 und 11 zeigen die Ergebnisse, die erhalten werden, wenn die Größe des Si-Wafers 1 1 bis 8 Zoll ist. Ähnliche Ergebnisse wurden auch in anderen Größen erhalten.
Aus 10 ist ersichtlich, dass sich der Wert der Lichtintensitäts-In-Flächen-Gleichförmigkeit σ erhöht, während der Bestrahlungsabstand L kürzer als 23 mm wird, oder während der Bestrahlungsabstand L länger als 46 mm wird. Außerdem wird aus 10 herausgefunden, dass wenn der Bestrahlungsabstand L den Ausdruck 23 mm ≤ L ≤ 46 mm erfüllt, der Wert der Lichtintensitäts-In-Flächen-Gleichförmigkeit σ 1% oder kleiner ist. Der Wert σ = 1% oder kleiner ist im Sinne einer Spezifikation ausreichend.
Aus 11 ist ersichtlich, dass die Welligkeitsbreite/Durchschnittslichtintensität einen ausreichend geringen Wert vor und nach dem Bestrahlungsabstand L = 30 mm und L = 69 mm aufweist. Vor und nach dem Bestrahlungsabstand L = 69 mm ist der Wert der Lichtintensitäts-In-Flächen-Gleichförmigkeit σ jedoch groß, wie in 10 gezeigt wird.
Deshalb wird der Bestrahlungsabstand L in dem Bereich von 23 mm oder mehr und 46 mm oder weniger eingestellt, wobei dadurch die Abhängigkeit der Lichtintensitäts-In-Flächen-Gleichförmigkeit σ von dem Bestrahlungsabstand und die der Welligkeitsbreite/Durchschnittslichtintensität von dem Bestrahlungsabstand zur gleichen Zeit reduziert werden. Als ein Ergebnis wird die Wirkung von thermischen Belastungen, die der Lichtintensitäts-In-Flächen-Gleichförmigkeit σ und der Welligkeitsbreite/Durchschnittslichtintensität zuzuschreiben sind, ausreichend klein, was den Widerstand des Si-Wafers gegen Wärmeschaden, wie etwa Sprünge und Risse, verbessert.
Des weiteren hat eine Untersuchung des Durchschnittsertrags einer Logikschaltung, umfassend MOSFETs, die die Störstellendiffusionsregion 7 der vierten Ausführungsform in ihrer Source-/Drain-Region verwenden, gezeigt, dass 97% durch Einstellen des Bestrahlungsabstands L in dem Bereich von 23 mm oder mehr und 46 mm oder weniger erreicht wurden.
Zusätzlich zu dem obigen Verfahren gibt es Verfahren zum Vorsehen einer Lichtdiffusionsplatte oder eines Lichtintensitätsfilters zwischen dem Si-Wafer 1 und der Blitzlampenlichtquelle 5, um die Abhängigkeit der Lichtintensitäts-In-Flächen-Gleichförmigkeit σ von dem Bestrahlungsabstand und die der Welligkeitsbreite/Durchschnittslichtintensität von dem Bestrahlungsabstand zur gleichen Zeit zu reduzieren. Diese Verfahren haben jedoch die folgenden Probleme.
Die Energie des Lichts 6, das von der Blitzlampenlichtquelle 5 emittiert wird, wird durch die Lichtdiffusionsplatte oder den Lichtintensitätsfilter gedämpft, bis es den Si-Wafer 1 erreicht hat. Deshalb ist es notwendig, der Blitzlampenlichtquelle 5 elektrische Energie (Spannung) zuzuführen, die um den Betrag von Energie, die durch die Lichtdiffusionsplatte oder den Lichtintensitätsfilter gedämpft wird, höher als die in der vierten Ausführungsform ist. Dies wird die Spannungsfestigkeit der Blitzlampen, die die Blitzlampenlichtquelle 5 aufbauen, verschlechtern und die Betriebsdauer der Blitzlampenlichtquelle 5 verkürzen.
Im Gegensatz dazu kann bei der vierten Ausführungsform, da die Energie des Lichts 6 kaum gedämpft wird, der Si-Wafer effizient erwärmt werden. Als ein Ergebnis ist es nicht notwendig, hohe elektrische Energie (hohe Spannung) an die Blitzlampenlichtquelle 5 anzulegen, und deshalb wird verhindert, dass die Betriebsdauer der Blitzlampenlichtquelle 5 verkürzt wird.
Das Verfahren der vierten Ausführungsform kann mit dem Verfahren der zweiten Ausführungsform oder dem Verfahren der dritten Ausführungsform kombiniert werden.
Während in den ersten bis vierten Ausführungsformen die Blitzlampe als die Lichtquelle zum Erwärmen verwendet wurde, kann eine andere Lampe, wie etwa eine Halogenlampe, verwendet werden. Außerdem kann eine Lichtquelle außer einer Lampe, wie etwa ein Laser, verwendet werden.
Z. B. kann, wenn ein Laser verwendet wird, der einen Linienstrahl emittiert, was in den ersten bis vierten Ausführungsformen erläutert wurde, durch Lesen der Lampenanordnungsrichtung in den ersten bis vierten Ausführungsformen als die Längsrichtung des Laserstrahls praktiziert werden. In diesem Fall können auch ähnliche Wirkungen zu jenen der ersten bis vierten Ausführungsformen erhalten werden.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform, die nicht Bestandteil der Erfindung ist, unterscheidet sich von einem konventionellen dadurch, dass die 1/2-Impulsbreite der Blitzlampenlichtquelle 5 in einen vorbestimmten Wert (1 Millisekunde) oder weniger eingestellt ist.
Zuerst wird, wie in 1A gezeigt, die Maske 2 für Ionenimplantation über dem Si-Wafer 1 positioniert und dann werden Störstellenionen 3 in den Si-Wafer 1 von oberhalb der Maske 2 mit einer Ionenimplantationseinrichtung (nicht gezeigt) implantiert.
Als Nächstes wird, wie in 1B gezeigt, der Si-Wafer 1 auf der heißen Platte 4 platziert. Während der Si-Wafer 1 von der entgegengesetzten Seite erwärmt wird, wird der Si-Wafer 1 von seiner rechten Seite durch Licht 6 erwärmt, das von der Blitzlampenlichtquelle 5 emittiert wird.
Die Erwärmungstemperatur des Si-Wafers 1 mit der heißen Platte 4 ist auf 500°C eingestellt. An Stelle der heißen Platte 4 kann eine andere Erwärmungseinrichtung, wie etwa eine Halogenlampe, eine der Infrarotlampen, verwendet werden.
Alternativ kann die Erwärmungstemperatur des Si-Wafers von 500°C verschieden sein.
Die Energie des Lichts 6, das von der Blitzlampenlichtquelle 5 emittiert wird, ist z. B. 20 bis 40 J/cm2. Die 1/2-Impulsbreite der Blitzlampenlichtquelle 5 ist auf 1 Millisekunde oder weniger eingestellt.
Die Blitzlampenlichtquelle 5 der fünften Ausführungsform wurde unabhängig für Forschung entwickelt. Die Blitzlampenlichtquelle 5 kann eine 1/2-Impulsbreite so kurz wie 1 Millisekunde oder weniger einstellen, was mit einer konventionellen Blitzlampenlichtquelle unmöglich war. Um die 1/2-Impulsbreite zu verkürzen, wird die Kapazität des Kondensators, der mit der Schaltung der Blitzlampenlichtquelle verbunden ist, kleiner gemacht. Z. B. ermöglicht eine Verbindung eines Kondensators mit mehreren hundert μF parallel mit der Blitzlampe, eine 1/2-Impulsbreite von 1 Millisekunde oder weniger zu erreichen. Tatsächlich wurden 0,7 ms mit 400 μF erreicht.
12 zeigt eine Lichtemissionswellenform des Lichts 6, das von der Blitzlampenlichtquelle 5 der fünften Ausführungsform emittiert wird. In der fünften Ausführungsform ist, wie in 12 gezeigt, die 1/2-Impulsbreite auf 0,3 Millisekunden eingestellt. 12 zeigt auch ein vergleichendes Beispiel einer Lichtemissionswellenform mit einer 1/2-Impulsbreite von 3,0 Millisekunden.
Durch den Erwärmungsprozess werden die Störstellenionen 3 aktiviert, mit dem Ergebnis, dass eine flache Störstellendiffusionsregion 7 zu einer Stärke von 20 nm oder weniger auf der Fläche des Si-Wafers ausgebildet wird, wie in 1C gezeigt.
13 und 14 zeigen Diagramme einer Temperaturverteilung in der Richtung der Stärke des Si-Wafers 1 in jedem Zeitpunkt nach der Bestrahlung der Blitzlampe in der fünften Ausführungsform (1/2-Impulsbreite = 0,3 Millisekunden) bzw. in einem vergleichenden Beispiel (1/2-Impulsbreite = 3 Millisekunden).
In der fünften Ausführungsform steigt nach der Bestrahlung der Blitzlampe die Temperatur der rechten Seite des Si-Wafers 1 stark an und erreicht bis zu 1100°C ungefähr 0,3 Millisekunden später. Zu diesem Zeitpunkt wird die Temperatur der entgegengesetzten Seite des Si-Wafers 1 durch die Substratvorwärmtemperatur mit der heißen Platte 4 gelenkt. Als ein Ergebnis erscheint eine Temperaturdifferenz von ungefähr 600°C zwischen der rechten Seite und der Rückseite des Si-Wafers 1.
Andererseits erreicht in dem vergleichenden Beispiel nach der Bestrahlung der Blitzlampe die Temperatur der rechten Seite des Si-Wafers 1 bis zu 1100°C ungefähr 3 Millisekunden später. Die 1/2-Impulsbreite in dem vergleichenden Beispiel ist größer als die in der fünften Ausführungsform. Deshalb ist die Temperaturverteilung in der Richtung der Waferstärke in dem vergleichenden Beispiel sanfter als die in der fünften Ausführungsform.
15A und 15B und 16A und 16B zeigen Diagramme um zu helfen, Belastungen zu erläutern, die in der Richtung der Stärke des Si-Wafers 1 in jedem Zeitpunkt nach der Bestrahlung der Blitzlampe in der fünften Ausführungsform bzw. in einem vergleichenden Beispiel auftreten. 15A zeigt schematisch eine Verteilung der Belastung, wenn die Fläche des Si-Wafers einer Tiefe von 0 mm hat. 15B zeigt schematisch die Belastung in dem Querschnitt des Si-Wafers. Die Substratvorwärmtemperatur in der fünften Ausführungsform und die in dem vergleichenden Beispiel sind beide bei 500°C.
In jeder von 15A und 16A ist der Bereich, der durch die Wellenform, die die Zugbelastung darstellt, und die gerade Linie von Belastung = 0 bestimmt wird, der gleiche wie der Bereich, der durch die Wellenform, die die Druckbelastung darstellt, und die gerade Linie bestimmt wird, ungeachtet der abgelaufenen Zeit seit der Bestrahlungszeit.
In jedem von der fünften Ausführungsform und dem vergleichenden Beispiel wächst nach der Bestrahlung der Blitzlampe die Belastung innerhalb des Si-Wafers 1. Die Belastung wächst als Druckbelastung an der Fläche des Si-Wafers 1 und als Zugbelastung in dem Teil von der Innenseite des Si-Wafers 1 zu seiner entgegengesetzten Seite.
Dann wird in der fünften Ausführungsform die Belastung, die ungefähr 0,3 bis 0,5 Millisekunden nach der Bestrahlung der Blitzlampe auftritt, die größte. Der größte Zugbelastungswert ist ungefähr 40 MPa. Andererseits wird in dem vergleichenden Beispiel die Belastung, die ungefähr 3 bis 5 Millisekunden nach der Bestrahlung der Blitzlampe auftritt, die größte.
Die Tiefe, in der sich die Druckbelastung zu der Zugbelastung in dem vergleichenden Beispiel ändert, ist größer als die in der fünften Ausführungsform. Mit anderen Worten wird eine Balance zwischen der Druckbelastung und der Zugbelastung in einer Region gehalten, die der entgegengesetzten Seite des Si-Wafers 1 in dem vergleichenden Beispiel näher als in der fünften Ausführungsform ist. Obwohl die fünfte Ausführungsform eine größere Differenz zwischen der Temperatur der rechten Seite und der Temperatur der entgegengesetzten Seite des Si-Wafers als das vergleichende Beispiel hat, ist deshalb der Absolutwert der Zugbelastung in dem vergleichenden Beispiel größer als der in der fünften Ausführungsform. In dem vergleichenden Beispiel wächst die Zugbelastung bis zu ungefähr 120 MPa.
17 zeigt ein Diagramm von Lichtemissionswellenformen in einem anderen vergleichenden Beispiel (ein zweites vergleichendes Beispiel). Das zweite vergleichende Beispiel hat eine kürzere Anstiegszeit von Lichtemissionsimpulsen als die in dem vergleichenden Beispiel (das erste vergleichende Beispiel) von 12 und hat eine 1/2-Impulsbreite von 3 Millisekunden, die gleiche wie die des vergleichenden Beispiels.
Eine Untersuchung der Belastungsverteilung und der maximalen Größe einer Belastung in dem zweiten vergleichenden Beispiel hat ein ähnliches Ergebnis zu dem in dem ersten vergleichenden Beispiel gezeigt. Aus dem Ergebnis wurde klar, dass die 1/2-Impulsbreite verkürzt werden muss, um die Tiefe zu verschieben, bei der eine Zugbelastung zu der Fläche des Wafers auftritt.
18 zeigt ein Diagramm einer Sprödbruchkurve eines Si-Wafers. Aus 18 ist zu sehen, dass sich die Festigkeit zu der Zugbelastung des Si-Wafers verringert, während die Erwärmungstemperatur des Si-Wafers höher wird.
Des weiteren ist zu sehen, dass der maximale Zugbelastungswert, bei dem der Si-Wafer bei 500°C, der Substratvorwärmtemperatur in 15A und 15B (der fünften Ausführungsform) und in 16A und 16B (des vergleichenden Beispiels) nicht bricht (Sprung oder Riss), ungefähr 100 MPa ist. Da die Zugbelastung in der fünften Ausführungsform 10 bis 30 MPa ist und die Zugbelastung in dem vergleichenden Beispiel 100 bis 120 MPa ist, unterliegt der Si-Wafer in der fünften Ausführungsform weniger einem Bruch als in dem vergleichenden Beispiel. D. h. die fünfte Ausführungsform hat ein breiteres Prozessfenster als das des vergleichenden Beispiels.
19 und 20 zeigen Diagramme von Prozessfenstern der fünften Ausführungsform und eines vergleichenden Beispiels bezüglich der Substratvorwärmtemperatur und der Bestrahlungsenergiedichte.
Je höher die Substratvorwärmtemperatur ist, desto niedriger wird die Bestrahlungsenergiedichte, die notwendig ist, um Störstellen zu aktivieren. Zur gleichen Zeit wird die Bestrahlungsenergiedichte, bei der Sprünge oder Risse in dem Si-Wafer auftreten, geringer.
Wenn die Bestrahlungsenergiedichte, bei der Sprünge oder Risse in dem Si-Wafer in der fünften Ausführungsform auftreten, mit der in dem vergleichenden Beispiel verglichen wird, ist aus 19 und 20 ersichtlich, dass die Bestrahlungsenergiedichte in der fünften Ausführungsform bei einer beliebigen Substratvorwärmtemperatur höher ist. Deshalb ist es absehbar, dass je niedriger die Substratvorwärmtemperatur und je kürzer die 1/2-Impulsbreite sind, das Prozessfenster breiter wird.
Wie oben beschrieben, kann mit der fünften Ausführungsform der Zugbelastungswert durch Verkürzen der 1/2-Impulsbreite der Blitzlampenlichtquelle 5 kleiner gemacht werden. Dies verbessert den Widerstand des Si-Wafers 1 gegen thermische Belastung. Deshalb können die Störstellenionen, die in den Si-Wafer 1 implantiert werden, aktiviert werden, ohne zuzulassen, dass ein Wärmeschaden, wie etwa Sprünge oder Risse, in dem Si-Wafer 1 auftritt. D. h. mit der fünften Ausführungsform ist es möglich, den Prozess zum Bilden einer Störstellendiffusionsregion mit einem breiteren Prozessfenster zu realisieren.
21 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Gate-Kriechstrom eines MOSFET, der die Störstellendiffusionsregion 7 als die Source-/Drain-Region verwendet, und der 1/2-Impulsbreite zeigt. In 21 ist zur Vereinfachung die Abszissenachse mit der Impulsbreite, nicht der 1/2-Impulsbreite markiert (das gleiche trifft für die anderen ähnlichen Diagramme zu). Aus 21 ist ersichtlich, dass wenn die 1/2-Impulsbreite 1 Millisekunde oder weniger wird, sich der Gate-Kriechstrom stark verringert (unter die Spezifikation), und dass wenn die 1/2-Impulsbreite 0,5 Millisekunden oder weniger wird, der Gate-Kriechstrom bei fast einem kleinen konstanten Wert stabil wird. Ein ähnliches Ergebnis wurde auch mit einem MOS-Kondensator erreicht, der die Störstellendiffusionsregion 7 der fünften Ausführungsform verwendet.
22 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Sperrschichtkriechstrom einer p-n-Sperrschicht, die die Störstellendiffusionsregion 7 umfasst, und der 1/2-Impulsbreite zeigt. Aus 22 ist ersichtlich, dass wenn die 1/2-Impulsbreite 1 Millisekunde oder kleiner wird, sich der Sperrschichtkriechstrom stark verringert (unter die Spezifikation), und dass wenn die 1/2-Impulsbreite 0,5 Millisekunden oder kleiner wird, der Sperrschichtkriechstrom bei fast einem kleinen konstanten Wert stabil wird.
23 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Ertrag einer Logikschaltung, umfassend eine Vielzahl der MOSFETs, und der 1/2-Impulsbreite zeigt. Aus 23 ist ersichtlich, dass wenn die 1/2-Impulsbreite 1 Millisekunde oder kleiner wird, der Ertrag stark ansteigt, und dass wenn die 1/2-Impulsbreite 0,5 Millisekunden oder kleiner wird, der Ertrag bei fast einem großen konstanten Wert stabil wird.
Aus den obigen Ergebnissen ist zu sehen, dass die Charakteristika und der Ertrag des Elementes durch Einstellen der 1/2-Impulsbreite auf 1 Millisekunde oder kleiner, wünschenswerter 0,5 Millisekunden oder kleiner, verbessert werden können. Absehbar ist der Grund dafür, dass Einstellen der 1/2-Impulsbreite auf 1 Millisekunde oder kleiner den Zugbelastungswert, der zu einem Wärmeschaden führt, veranlasst, sich ausreichend zu verringern.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen begrenzt. Z. B. ist eine Ausführungsform möglich, die durch geeignetes Kombinieren der obigen Ausführungsformen erhalten wird. Z. B. sind Ausführungsformen möglich, die durch Anwenden der fünften Ausführungsform auf die ersten bis vierten Ausführungsformen erhalten werden.
Einem Durchschnittsfachmann werden zusätzliche Vorteile und Modifikationen leicht einfallen. Deshalb ist die Erfindung in ihren breiteren Aspekten nicht auf die spezifischen Details und repräsentativen Ausführungsformen begrenzt, die hierin gezeigt und beschrieben werden. Entsprechend können verschiedene Modifikationen durchgeführt werden, ohne von dem Geist oder Bereich des allgemeinen erfinderischen Konzeptes abzuweichen, wie durch die angefügten Ansprüche und ihre Entsprechungen definiert.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung, umfassend: Positionieren einer Blitzlampenlichtquelle (5) mit einer Vielzahl von Blitzlampen (8) entlang einer Lampenanordnungsrichtung (10) über einem Substrat (1), das eine Einkristall-Halbleiterregion aufweist; und Erwärmen des Substrats durch Licht (6), das von der Blitzlampenlichtquelle (5) entlang der Lampenanordnungsrichtung (10) emittiert wird und das eine Lichtintensitätsverteilung über dem Substrat (1) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass eine Kristallausrichtung (9) der Einkristall-Halbleiterregion eine Flächenausrichtung einer Spaltungsebene der Halbleiterregion ist; auf der Einkristall-Halbleiterregion ein Linienmuster (11p) mit einer Längsrichtung (12) ausgebildet ist; die Blitzlampenlichtquelle (5) über dem Substrat (1) so positioniert wird, dass sich die Lampenanordnungsrichtung (10) von der Kristallausrichtung und von der Längsrichtung des Linienmusters (11p) unterscheidet.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blitzlampenlichtquelle (5) einen Laser statt der Vielzahl von Blitzlampen (8) umfasst, der einen Linienstrahl ausstrahlt.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen des Substrats durch Verwendung von Licht (6), das von der Blitzlampenlichtquelle (5) emittiert wird, mehrmals ausgeführt wird, und die Anordnungsrichtung der Vielzahl von Blitzlampen (8) jedes Mal geändert wird, wenn das Erwärmen des Substrats ausgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner umfasst: Einstellen eines Abstands zwischen dem Substrat (1) und der Blitzlampenlichtquelle (5) in einem Bereich von 23 mm oder darüber und 46 mm oder darunter.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner umfasst: Vorwärmen des Substrats (1), und Erwärmen des Substrats durch Verwendung von Licht (6), das von der Blitzlampenlichtquelle (5) während des Vorwärmens des Substrats emittiert wird.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtintensitätsverteilung eine erste Verteilung umfasst, deren Intensität den Maximalwert in einer Richtung hat, die sich von einer Kristallausrichtung (9) der Einkristall-Halbleiterregion unterscheidet.