JP2001203355A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2001203355A
JP2001203355A JP2000383073A JP2000383073A JP2001203355A JP 2001203355 A JP2001203355 A JP 2001203355A JP 2000383073 A JP2000383073 A JP 2000383073A JP 2000383073 A JP2000383073 A JP 2000383073A JP 2001203355 A JP2001203355 A JP 2001203355A
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JP
Japan
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impurity region
region
semiconductor device
semiconductor
depth
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Withdrawn
Application number
JP2000383073A
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Japanese (ja)
Inventor
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
Yasuhiko Takemura
保彦 竹村
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having shallow impurity regions. SOLUTION: The semiconductor device comprises a semiconductor having first and second impurity regions and channel forming regions and gate electrode parts on the channel forming regions. The first impurity regions overlap the gate electrode parts, the depth of the second impurity region is less than that of the first impurity region and is 0.1 μm or less and the length of the channel forming region is 0.3 μm or less.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路等
の半導体装置を作製する工程においてドーピング処理を
行う技術および上記技術によって作製された半導体装置
(素子)に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for performing a doping process in a process for manufacturing a semiconductor device such as a semiconductor integrated circuit, and a semiconductor device (element) manufactured by the above-described technology.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ドーピングを行う技術として、熱
拡散法やイオン打ち込み法が知られている。熱拡散法は
500度〜1200度という高温雰囲気中で不純物を半
導体中に拡散させる方法であり、イオン打ち込み法はイ
オン化した不純物を電界で加速し所定の場所に打ち込む
方法である。もっとも、イオン打ち込み法では、高エネ
ルギーイオンによって結晶構造が著しく破壊され、アモ
ルファスもしくはそれに近い状態になり、電気特性が著
しく劣化するので、前記熱拡散法を同程度の熱処理を必
要とした。イオン打ち込み法は熱拡散法に比べて不純物
濃度を制御することが容易であるので、VLSIやUL
SIを製造するには必要不可欠な技術となった。
2. Description of the Related Art Conventionally, a thermal diffusion method and an ion implantation method have been known as doping techniques. The thermal diffusion method is a method in which impurities are diffused into a semiconductor in a high-temperature atmosphere of 500 to 1200 degrees. The ion implantation method is a method in which ionized impurities are accelerated by an electric field and implanted into a predetermined place. However, in the ion implantation method, the crystal structure is remarkably destroyed by high-energy ions, the amorphous state or a state close to the amorphous state is obtained, and the electrical characteristics are remarkably deteriorated. In the ion implantation method, it is easier to control the impurity concentration than in the thermal diffusion method.
It has become an indispensable technology for manufacturing SI.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、イオン打ち込
み法においても問題がなかったわけではない。最大の問
題は、注入されたイオンの拡散を制御することが困難な
ことであった。これは、特にデザインルールが0.5μ
m以下のいわゆるクウォーターミクロンデバイスでは大
きな問題となった。また、近年では不純物の拡散された
領域(拡散領域)を浅く形成することが求められている
が、0.1μm以下の深さの拡散領域を再現性良く形成
することはイオン注入法では困難であった。以上の点に
ついては、図2を用いて説明する。
However, the ion implantation method is not without its problems. The biggest problem has been the difficulty in controlling the diffusion of the implanted ions. This is especially true when the design rule is 0.5μ.
This is a major problem for so-called quarter-micron devices of less than m. In recent years, it has been required to form a shallow diffusion region (diffusion region) in which impurities are diffused. However, it is difficult to form a diffusion region having a depth of 0.1 μm or less with good reproducibility by ion implantation. there were. The above points will be described with reference to FIG.

【0004】第1の問題点に関しては、イオン打ち込み
によって、半導体中に打ち込まれたイオンが2次散乱に
よって、横方向に拡散してしまうことと、熱処理工程に
よって熱的に周囲に拡がってしまうことのためである。
このような効果は、デザインルール(典型的にはMOS
FETのゲート電極の幅)が1.0μm以上の場合には
ほとんど問題ではなかったが、それ以下では、上記の効
果による拡散部分が、図2(A)に示すように、ゲート
電極の幅に比して大きくなり、ゲート電極205と拡散
領域(ソース、ドレイン)202、203の幾何学的重
なりが生じる。このような重なりはゲート電極とソー
ス、ドレインの寄生容量のもととなり、動作速度の低下
をもたらす。
[0004] The first problem is that ions implanted into a semiconductor are diffused in the lateral direction by secondary scattering due to ion implantation, and are thermally expanded to the surroundings by a heat treatment process. For.
Such an effect depends on the design rule (typically MOS
When the width of the gate electrode of the FET was 1.0 μm or more, there was almost no problem. However, below that, the diffusion portion due to the above-described effect caused the width of the gate electrode to be smaller than that of the gate electrode as shown in FIG. As a result, the gate electrode 205 and the diffusion regions (source and drain) 202 and 203 are geometrically overlapped. Such an overlap causes a parasitic capacitance between the gate electrode, the source, and the drain, and lowers the operation speed.

【0005】第2の問題点に関しては、大きく分けて2
つの効果が原因である。1つは第1の問題点で指摘した
ような熱的な要因による拡散の効果である。このため、
拡散領域の厚さを0.1μm以下にすることは難しい。
もう1つの効果は、半導体が結晶性の場合に顕著である
が、イオン打ち込みにおけるチャネリングの効果であ
る。これは、結晶面に垂直に入射した場合には、イオン
が全く散乱を受けないために基板の深部にまで到達する
という効果である。
[0005] The second problem can be roughly divided into two.
One effect is due. One is the effect of diffusion due to thermal factors as pointed out in the first problem. For this reason,
It is difficult to make the thickness of the diffusion region 0.1 μm or less.
Another effect is remarkable when the semiconductor is crystalline, but is an effect of channeling in ion implantation. This is an effect that, when the light is perpendicularly incident on the crystal plane, the ions reach the deep part of the substrate because the ions are not scattered at all.

【0006】従来は、このチャネリング効果を避けるた
めに、結晶面に対して数°の傾きを持たせてイオン打ち
込みをおこなう。しかしながら、このような工夫をおこ
なっても、半導体内部で軌道の曲げられたイオンがチャ
ネリング条件に合致することがある。したがって、図2
(B)に示すように、深い位置までイオンが入り込んで
しまう。また、多結晶半導体にイオンを注入する場合に
は、結晶面はランダムであるので、イオンの深さは全く
バラバラとなってしまう。
Conventionally, in order to avoid this channeling effect, ion implantation is performed with an inclination of several degrees with respect to the crystal plane. However, even with such a contrivance, the ions whose orbits are bent inside the semiconductor may meet the channeling conditions. Therefore, FIG.
As shown in FIG. 3B, ions enter deeply. In addition, when ions are implanted into a polycrystalline semiconductor, the crystal planes are random, and the depths of the ions are completely different.

【0007】多結晶半導体を使用する場合には別な問題
もある。すなわち、多結晶半導体では、ドーピングされ
た不純物の熱的な拡散は結晶の粒界を通して進行する傾
向があるため、図2(C)に示すように、均等にドーピ
ングをおこなうことができない。これらの問題は、イオ
ン打ち込みと熱処理による再結晶化という従来の方法に
よっては解決が困難であった。もちろん、熱拡散法によ
っては到底解決できなかった。
There is another problem when using a polycrystalline semiconductor. That is, in a polycrystalline semiconductor, thermal diffusion of a doped impurity tends to progress through a grain boundary of a crystal, and therefore, as shown in FIG. 2C, doping cannot be performed uniformly. These problems have been difficult to solve by the conventional methods of ion implantation and recrystallization by heat treatment. Of course, the thermal diffusion method could not solve the problem at all.

【0008】本発明の解決すべき課題は以下のようにま
とめられる。すわなち、第1に不純物の横方向の拡散を
防止することであり、第2にその拡散の深さを制御し
て、0.1μm以下、好ましくは50nm以下とするこ
とである。本発明は、この2点の問題点において、単結
晶もしくは多結晶あるいはそれらに準ずる半導体材料の
一部あるいは全部において、少なくとも1つを解決する
方法を提供することを目的とする。以上の条件を満たす
ことによって、チャネル長1.0μm以下、典型的には
0.1〜0.3μmのMOSデバイスを安定して作製す
ることができる。
The problems to be solved by the present invention are summarized as follows. That is, firstly, diffusion of impurities in the lateral direction is prevented, and secondly, the depth of the diffusion is controlled to be 0.1 μm or less, preferably 50 nm or less. An object of the present invention is to provide a method for solving at least one of these two problems in a part or all of a single crystal or a polycrystal or a semiconductor material equivalent thereto. By satisfying the above conditions, a MOS device having a channel length of 1.0 μm or less, typically 0.1 to 0.3 μm can be manufactured stably.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、半導体に導電型を付与する不純物を含
む高純度の反応性気体(不純物ガス)やそれを水素、フ
ッ素、ヘリウム、アルゴン等の比較的安定なガスに希釈
した雰囲気中で、試料半導体表面に対してパルスレーザ
ー光を照射することによって、不純物を前記試料半導体
中にドーピングする。この方法では、レーザー照射によ
って、瞬間的に加熱された半導体表面において、付近の
不純物ガスが分解、あるいは半導体表面と反応し、半導
体表面のごく薄い部分にのみ不純物がドーピングされ
る。その厚さは半導体表面の保持されている温度にも依
存するが、0.1μm以下とすることが可能である。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a high-purity reactive gas (impurity gas) containing an impurity imparting a conductivity type to a semiconductor, and a hydrogen-, fluorine-, helium-containing reactive gas. The sample semiconductor is doped with impurities by irradiating the surface of the sample semiconductor with pulsed laser light in an atmosphere diluted with a relatively stable gas such as argon. In this method, the impurity gas in the vicinity is decomposed or reacts with the semiconductor surface on the semiconductor surface heated instantaneously by laser irradiation, and only a very thin portion of the semiconductor surface is doped with the impurity. The thickness depends on the temperature at which the surface of the semiconductor is held, but can be 0.1 μm or less.

【0010】また、このような反応では、熱的な拡散
は、レーザー光のパルス幅を1μsec以下、好ましく
は100nsec以下とすることによって、実質的にな
くすことができる。また、本発明では、イオン打ち込み
において問題となったチャネリングや2次散乱はなく、
したがって、図1(A)に示すように、極めて理想的な
拡散領域が形成され、その深さ方向の不純物濃度分布
は、図1(B)に示すように必要とする深さにのみ集中
的に分布し、半導体に形成された不純物領域における深
さ方向の不純物の分布は、分布曲線106で示される。
厳密には横方向の拡散も存在するが、その大きさは典型
的には50nm以下で、現実のデバイスにおいては無視
できるものである。
In such a reaction, thermal diffusion can be substantially eliminated by setting the pulse width of the laser beam to 1 μsec or less, preferably 100 nsec or less. Further, in the present invention, there is no channeling or secondary scattering which has become a problem in ion implantation.
Therefore, as shown in FIG. 1A, an extremely ideal diffusion region is formed, and the impurity concentration distribution in the depth direction is concentrated only at the required depth as shown in FIG. The distribution of impurities in the depth direction in the impurity regions formed in the semiconductor is shown by a distribution curve 106.
Although there is strictly lateral diffusion, its size is typically less than 50 nm and is negligible in real devices.

【0011】さらに、粒界を有する半導体材料において
も、熱的な影響が無いので、図1(C)に示すように拡
散領域が粒界に影響されることはない。付け加えて言え
ば、本発明では、パルスレーザーによる加熱という非熱
平衡状態を利用するため、従来では不可能であったよう
な高濃度の不純物拡散が可能である。
Further, even in a semiconductor material having a grain boundary, since there is no thermal influence, the diffusion region is not affected by the grain boundary as shown in FIG. In addition, in the present invention, since a non-thermal equilibrium state of heating by a pulsed laser is used, high-concentration impurity diffusion, which has been impossible in the related art, is possible.

【0012】本発明においては、不純物濃度は、レーザ
ーのエネルギーや、雰囲気中の不純物ガスの濃度、半導
体表面温度等を加減することによって目的とする値を得
ることができる。本発明においては、不純物が拡散され
るべき半導体表面は露出されていても、他の被膜で覆わ
れていてもよい。他の被膜で覆われている場合には、被
膜の化学的、物理的性質によって、不純物がブロッキン
グされ、その結果、半導体中への拡散濃度、拡散深さが
制御される。
In the present invention, a desired value of the impurity concentration can be obtained by adjusting the energy of the laser, the concentration of the impurity gas in the atmosphere, the semiconductor surface temperature, and the like. In the present invention, the semiconductor surface to which the impurity is to be diffused may be exposed or covered with another film. When covered with another film, impurities are blocked by the chemical and physical properties of the film, and as a result, the diffusion concentration and the diffusion depth in the semiconductor are controlled.

【0013】本発明における不純物とは、半導体として
珪素半導体(シリコン)を用いた場合において、P型を
付与するのであれば、3価の不純物、代表的にはである
B(ボロン)等を用いることができ、N型を付与するの
であれば、5価の不純物、代表的にはP(リン)やAs
(砒素)等を用いることができる。そしてこれらの不純
物を含む反応性気体としてAsH3 ,PH3 ,BF3
BCl3 ,B(CH33 等を用いることができる。
The impurity in the present invention is a trivalent impurity, typically B (boron) or the like, when a silicon semiconductor (silicon) is used as a semiconductor and P-type is to be imparted. Pentavalent impurities, typically P (phosphorus) or As
(Arsenic) or the like can be used. As a reactive gas containing these impurities, AsH 3 , PH 3 , BF 3 ,
BCl 3 , B (CH 3 ) 3 and the like can be used.

【0014】半導体としては、従来のウェファー状の単
結晶のシリコン半導体に加えて、TFTを作製するので
あれば、気相成長法やスパッタ法等によって成膜した非
晶質シリコン半導体薄膜が一般的には用いられる。ま
た、液相成長によって絶縁基板上に作製した多結晶また
は単結晶のシリコン半導体でも本発明が適用できる。さ
らに、シリコン半導体に限定されず、他の半導体であっ
てもよいことはいうまでもない。
As a semiconductor, in addition to a conventional wafer-like single-crystal silicon semiconductor, an amorphous silicon semiconductor thin film formed by a vapor phase growth method, a sputtering method, or the like is generally used for manufacturing a TFT. Used for Further, the present invention can be applied to a polycrystalline or single-crystal silicon semiconductor manufactured over an insulating substrate by liquid phase growth. Further, it is needless to say that the semiconductor is not limited to the silicon semiconductor, and may be another semiconductor.

【0015】レーザー光としては、パルス発振型のエキ
シマレーザー装置を用いることが有用である。これは、
パルス発振レーザーでは、試料の加熱が瞬間的で、しか
も表面だけに限定され、基板に影響を与えないからであ
る。連続発振レーザーによる加熱は、上記のような非熱
平衡状態を実現することが不可能な上、局所的な加熱で
あるがゆえ、加熱部分と基板との熱膨張の著しい違いな
どによって、加熱部分が剥離してしまうことがある。こ
の点、パルスレーザーでは、熱緩和時間は、熱膨張のよ
うな機械的応力の反応時間に比べて圧倒的に小さく、機
械的なダメージを与えない。
It is useful to use a pulse oscillation type excimer laser device as the laser beam. this is,
This is because in the pulsed laser, the heating of the sample is instantaneous and is limited only to the surface, and does not affect the substrate. Heating with a continuous wave laser cannot achieve the above-mentioned non-thermal equilibrium state, and is a local heating. It may peel off. In this regard, in the pulse laser, the thermal relaxation time is overwhelmingly smaller than the reaction time of mechanical stress such as thermal expansion, and does not cause mechanical damage.

【0016】特に、エキシマーレーザー光は、紫外光で
あり、シリコンを初めとする多くの半導体に効率良く吸
収される上、パルスの持続時間は10nsecと短い。
また、エキシマーレーザーは既に、アモルファスシリコ
ン薄膜をレーザー照射によって結晶化させて、結晶性の
高い多結晶シリコン薄膜を得るという実験に使用された
実績がある。具体的なレーザーの種類としては、ArF
エキシマレーザー(波長193nm)、XeClエキシ
マレーザー(波長308nm)、XeFエキシマレーザ
ー(波長351nm)、KrFエキシマレーザー(24
8nm)等を用いることが適当である。
In particular, excimer laser light is ultraviolet light, is efficiently absorbed by many semiconductors such as silicon, and has a short pulse duration of 10 nsec.
Excimer lasers have already been used in experiments in which an amorphous silicon thin film is crystallized by laser irradiation to obtain a highly crystalline polycrystalline silicon thin film. The specific type of laser is ArF
Excimer laser (wavelength 193 nm), XeCl excimer laser (wavelength 308 nm), XeF excimer laser (wavelength 351 nm), KrF excimer laser (24
8 nm) or the like is appropriate.

【0017】本発明においては、半導体表面を加熱ある
いは冷却しても構わない。半導体表面の温度を制御する
ことによって、不純物の拡散を促進あるいは抑制するこ
とが可能となるので、本発明を実施する者は、目的とす
る不純物濃度や拡散深さを得るために温度制御をおこな
うことが勧められる。
In the present invention, the semiconductor surface may be heated or cooled. Since the diffusion of impurities can be promoted or suppressed by controlling the temperature of the semiconductor surface, those who carry out the present invention perform temperature control to obtain the target impurity concentration and diffusion depth. It is recommended.

【0018】本発明において、不純物ガスの分解を促進
するために、直流や交流の電気エネルギーを用いて、不
純物ガスをプラズマ化することも有効である。この目的
のために加えられる電磁エネルギーとしては、13.5
6MHzの高周波エネルギーが一般的である。この電磁
エネルギーによるドーピングガスの分解によって、ドー
ピングガスを直接分解できないレーザー光を用いた場合
でも効率よくドーピングを行うことができる。電磁エネ
ルギーの種類としては、13.56MHzの周波数に限
定されるものではなく、例えば2.45GHzのマイク
ロ波を用いるとさらに高い活性化率を得ることができ
る。さらに2.45GHzのマイクロ波と875ガウス
の磁場との相互作用で生じるECR条件を用いてもよ
い。また、ドーピングガスを直接分解できる光エネルギ
ーを用いることも有効である。
In the present invention, in order to promote the decomposition of the impurity gas, it is also effective to convert the impurity gas into plasma using DC or AC electric energy. The electromagnetic energy applied for this purpose is 13.5
High frequency energy of 6 MHz is common. Due to the decomposition of the doping gas by the electromagnetic energy, doping can be efficiently performed even when a laser beam that cannot directly decompose the doping gas is used. The type of the electromagnetic energy is not limited to the frequency of 13.56 MHz. For example, if a microwave of 2.45 GHz is used, a higher activation rate can be obtained. Further, an ECR condition generated by an interaction between a microwave of 2.45 GHz and a magnetic field of 875 Gauss may be used. It is also effective to use light energy that can directly decompose the doping gas.

【0019】本発明の装置の概念図を図3および図4に
示す。図3は基板加熱装置を具備したもの、図4は、そ
れに加えてプラズマを発生させる為の電磁装置をも具備
したものを示している。これらの図面は概念的なもので
あるので、当然のことながら、実際の装置においては、
必要に応じてその他の部品を具備することがある。以
下、その使用方法について概説する。
FIGS. 3 and 4 are conceptual diagrams of the apparatus of the present invention. FIG. 3 shows an apparatus provided with a substrate heating device, and FIG. 4 shows an apparatus provided with an electromagnetic device for generating plasma in addition thereto. Since these drawings are conceptual, it goes without saying that in an actual device,
Other components may be provided as necessary. Hereinafter, the method of use will be outlined.

【0020】図3において、試料304は試料ホルダー
305上に設置される。最初に、チャンバー301は排
気装置に接続した排気系307によって真空排気され
る。この場合には、できるだけ高真空に排気することが
望まれる。すなわち、大気成分である炭素や窒素、酸素
は半導体にとっては一般に好ましくないからである。こ
のような元素は、半導体中に取り込まれるが、同時に添
加された不純物の活性度を低下させることがある。ま
た、半導体の結晶性を損ない、粒界における不対結合手
の原因となる。したがって、10-6torr以下、好ま
しくは10-8torr以下にまでチャンバー内を真空引
きすることが望まれる。
In FIG. 3, a sample 304 is set on a sample holder 305. First, the chamber 301 is evacuated by an exhaust system 307 connected to an exhaust device. In this case, it is desirable to evacuate to as high a vacuum as possible. That is, atmospheric components such as carbon, nitrogen, and oxygen are generally not preferable for semiconductors. Such an element is taken into the semiconductor, but may reduce the activity of the impurity added at the same time. In addition, it impairs the crystallinity of the semiconductor and causes dangling bonds at grain boundaries. Therefore, it is desired to evacuate the inside of the chamber to 10 -6 torr or less, preferably 10 -8 torr or less.

【0021】また、排気と前後してヒーター306を作
動させ、チャンバー内部に吸着した大気成分を追い出す
ことも望ましい。現在の真空装置において使用されてい
るように、チャンバー以外に予備室を設け、チャンバー
が直接、大気に触れないような構造とすることも望まし
い。当然のことながら、ロータリーポンプや油拡散ポン
プに比べて、炭素等の汚染の少ないターボ分子ポンプや
クライオポンプを用いることが望ましい。
It is also desirable to operate the heater 306 before and after the exhaust to drive out the atmospheric components adsorbed inside the chamber. As used in current vacuum equipment, it is also desirable to provide a spare chamber in addition to the chamber so that the chamber does not directly contact the atmosphere. As a matter of course, it is desirable to use a turbo-molecular pump or a cryopump with less contamination of carbon or the like as compared with a rotary pump or an oil diffusion pump.

【0022】十分に排気されたら、反応性ガスをガス系
308によって、チャンバー内に導入する。反応性ガス
は、単独のガスからなっていても、あるいは水素やアル
ゴン、ヘリウム、ネオン等で希釈されていてもよい。ま
た、その圧力は大気圧でも、それ以下でもよい。これら
は、目的とする半導体の種類と、不純物濃度、不純物領
域の深さ、基板温度等を考慮して選択される。
After exhausting sufficiently, a reactive gas is introduced into the chamber by the gas system 308. The reactive gas may be composed of a single gas, or may be diluted with hydrogen, argon, helium, neon, or the like. The pressure may be atmospheric pressure or lower. These are selected in consideration of the type of the target semiconductor, the impurity concentration, the depth of the impurity region, the substrate temperature, and the like.

【0023】次に窓302を通して、レーザー光303
が試料に照射される。このとき、試料はヒーターによっ
て、一定の温度に加熱されている。レーザー光は、1か
所に付き通常1〜50パルス程度照射される。レーザー
パルスのエネルギーのばらつきが極めて大きな状態で、
あまりパルス数がすくない場合には不良発生の確率が大
きい。一方、あまりにも多くのパルスを1か所に照射す
ることは量産性(スループット)の面から望ましくな
い。本発明人の知見では、上記のパルス数が量産性から
も、歩留りの点からも妥当であった。
Next, a laser beam 303 is passed through a window 302.
Is irradiated on the sample. At this time, the sample is heated to a certain temperature by the heater. The laser beam is usually applied to one place at about 1 to 50 pulses. In a state where the energy variation of the laser pulse is extremely large,
When the number of pulses is too small, the probability of occurrence of a defect is large. On the other hand, irradiating too many pulses to one location is not desirable in terms of mass productivity (throughput). According to the knowledge of the present inventor, the above pulse number was appropriate from the viewpoint of mass productivity and the yield.

【0024】この場合、例えばレーザーのパルスが10
mm(x方向)×30mm(y方向)の特定の長方形の
形状をしていた場合に、同じ領域にレーザーパルスを1
0パルスを照射し、終了後は、次の部分に移動するとい
う方法でもよいが、レーザーを1パルスにつき、x方向
に1mmづつ移動させていってもよい。
In this case, for example, when the pulse of the laser is 10
In the case of a specific rectangular shape of mm (x direction) × 30 mm (y direction), a laser pulse is applied to the same region by 1 mm.
A method of irradiating 0 pulses and moving to the next portion after the end may be adopted, but the laser may be moved by 1 mm in the x direction per pulse.

【0025】レーザー照射が終了したら、チャンバー内
を真空排気し、試料を室温まで冷却して、試料を取り出
す。このように、本発明では、ドーピングの工程は極め
て簡単であり、かつ、高速である。すなわち、従来のイ
オン注入プロセスであれば、 (1)ドーピングパターンの形成(レジスト塗布、露
光、現像) (2)イオン注入(あるいはイオンドーピング) (3)再結晶化 という、3工程が必要であった。しかしながら、本発明
では、 (1)ドーピングパターンの形成(レジスト塗布、露
光、現像) (2)レーザー照射 という2工程で完了する。
When the laser irradiation is completed, the inside of the chamber is evacuated, the sample is cooled to room temperature, and the sample is taken out. Thus, in the present invention, the doping process is extremely simple and fast. That is, in the case of a conventional ion implantation process, three steps of (1) formation of a doping pattern (resist coating, exposure, development), (2) ion implantation (or ion doping), and (3) recrystallization are required. Was. However, the present invention is completed in two steps of (1) formation of a doping pattern (resist coating, exposure, and development) and (2) laser irradiation.

【0026】図4の装置においても、図3の場合とほぼ
同じである。最初にチャンバー401内を排気系407
によって真空排気し、ガス系408より反応性ガスを導
入する。そして、試料ホルダー405上の試料404に
対して、窓402を通して、レーザー光403を照射す
る。そのときには高周波もしくは交流(あるいは直流)
電源410から、電極409に電力を投入し、チャンバ
ー内部にプラズマ等を発生させて、反応性ガスを活性な
状態とする。図では電極は容量結合型に示されている
が、誘導(インダクタンス)結合型であってもよい。さ
らに、容量結合型であっても、試料ホルダーを一方の電
極として用いてもよい。また、レーザー照射時には、ヒ
ーター406によって試料を加熱してもよい。
The apparatus shown in FIG. 4 is almost the same as the apparatus shown in FIG. First, the exhaust system 407 is set inside the chamber 401.
And a reactive gas is introduced from the gas system 408. Then, the sample 404 on the sample holder 405 is irradiated with laser light 403 through the window 402. Then high frequency or alternating current (or direct current)
Power is supplied from the power supply 410 to the electrode 409 to generate plasma or the like inside the chamber, thereby activating the reactive gas. In the figure, the electrodes are shown as a capacitive coupling type, but may be an inductive (inductance) coupling type. Furthermore, the sample holder may be used as one electrode even if it is a capacitive coupling type. Further, at the time of laser irradiation, the sample may be heated by the heater 406.

【0027】図5には本発明の他のドーピング処置装置
の様子を示す。すなわち、チャンバー501には、無水
石英ガラス製のスリット状の窓502が設けられてい
る。レーザー光は、この窓に合わせて細長い形状に成形
される。レーザーのビームは、例えば10mm×300
mmの長方形とした。なおレーザー光の位置は固定され
ている。チャンバーには、排気系507、および反応性
ガスを導入するためのガス系508が接続されている。
また、チャンバー内には試料ホルダー505が設けら
れ、その上には試料504が乗せられ、試料ホルダーの
下には赤外線ランプ(ヒーターとして機能する)506
が設けられている。試料ホルダーは可動であり、試料を
レーザーのショットに合わせて移動することができる。
FIG. 5 shows another doping apparatus according to the present invention. That is, a slit-shaped window 502 made of anhydrous quartz glass is provided in the chamber 501. The laser light is shaped into an elongated shape in accordance with the window. The laser beam is, for example, 10 mm × 300
mm. Note that the position of the laser beam is fixed. An exhaust system 507 and a gas system 508 for introducing a reactive gas are connected to the chamber.
A sample holder 505 is provided in the chamber, a sample 504 is placed thereon, and an infrared lamp (functioning as a heater) 506 is provided below the sample holder.
Is provided. The sample holder is movable and can move the sample in accordance with the laser shot.

【0028】このように、試料の移動のための機構がチ
ャンバー内に組み込まれている際には、ヒーターによる
試料ホルダーの熱膨張によって狂いが生じるので、温度
制御には細心の注意が必要である。また、試料移送機構
によってホコリが生じるので、チャンバー内のメンテナ
ンスは面倒である。
As described above, when the mechanism for moving the sample is incorporated in the chamber, the thermal expansion of the sample holder caused by the heater causes a disorder, so that extreme care is required for temperature control. . In addition, since dust is generated by the sample transfer mechanism, maintenance in the chamber is troublesome.

【0029】図6(A)には本発明の他のドーピング処
置装置の様子を示す。すなわち、チャンバー601に
は、無水石英ガラス製の窓602が設けられている。こ
の窓は実施例3の場合と異なり、試料604全面を覆う
だけの広いものである。チャンバーには、排気系60
7、および反応性ガスを導入するためのガス系608が
接続されている。また、チャンバー内には試料ホルダー
605が設けられ、その上には試料604が乗せられ、
試料ホルダーはヒーターが内蔵されている。試料ホルダ
ーはチャンバーに固定されている。チャンバーの下部に
はチャンバーの台601aが設けられており、レーザー
のパルスに合わせて、チャンバー全体を移動させること
によって、逐次、レーザー照射をおこなう。レーザーの
ビームは、図5の場合と同じく、細長い形状である。例
えば、5mm×100mmの長方形とした。図5と同
様、レーザー光の位置は固定されている。図6では、図
5と異なり、チャンバー全体が移動する機構を採用す
る。したがって、チャンバー内には機械部分が存在せ
ず、ホコリ等が生じないのでメンテナンスが容易であ
る。また、移送機構が、ヒーターの熱の影響を受けるこ
とは少ない。
FIG. 6A shows the state of another doping apparatus according to the present invention. That is, a window 602 made of anhydrous quartz glass is provided in the chamber 601. Unlike the case of the third embodiment, this window is wide enough to cover the entire surface of the sample 604. The chamber has an exhaust system 60
7, and a gas system 608 for introducing a reactive gas. Further, a sample holder 605 is provided in the chamber, and a sample 604 is placed thereon,
The sample holder has a built-in heater. The sample holder is fixed to the chamber. A chamber base 601a is provided at a lower portion of the chamber, and laser irradiation is sequentially performed by moving the entire chamber in accordance with a laser pulse. The laser beam has an elongated shape as in the case of FIG. For example, it was a rectangle of 5 mm × 100 mm. As in FIG. 5, the position of the laser beam is fixed. In FIG. 6, unlike FIG. 5, a mechanism for moving the entire chamber is employed. Therefore, there is no mechanical part in the chamber and no dust or the like is generated, so that maintenance is easy. Further, the transfer mechanism is hardly affected by the heat of the heater.

【0030】図6の例では、図5の例に比べて上記のよ
うな点で優れているだけでなく、以下のような点でも優
れている。すなわち、図5の方式では、試料をチャンバ
ーに入れてから、十分な真空度まで真空排気できるまで
レーザー放射をおこなえなかった。すなわちデッドタイ
ムが多かった。しかし、図6の例では、図6(A)のよ
うなチャンバーを多数用意し、それぞれ、順次、試料装
填、真空排気、レーザー照射、試料取り出し、というよ
うに回転させてゆけば、上記のようなデッドタイムは生
じない。そのようなシステムを図6(B)に示した。
The example of FIG. 6 is superior to the example of FIG. 5 not only in the above points, but also in the following points. That is, in the method shown in FIG. 5, after the sample was put in the chamber, laser emission could not be performed until the sample was evacuated to a sufficient degree of vacuum. That is, there were many dead times. However, in the example of FIG. 6, a large number of chambers as shown in FIG. 6A are prepared, and each of them is sequentially rotated in the order of sample loading, evacuation, laser irradiation, and sample removal, as described above. No dead time occurs. Such a system is shown in FIG.

【0031】すなわち、未処理の試料を内蔵したチャン
バー617、616は、排気工程の間に連続的な搬送機
構618によって、精密な移動がおこなえるステージを
有する架台619に向かう。ステージ上のチャンバー6
15には、レーザー装置611から放射され、適当な光
学装置612、613で加工されたレーザー光が窓を通
して中の試料に照射される。ステージを動かすことによ
って、必要なレーザー照射がおこなわれたチャンバー6
14は、再び、連続的な搬送機構620によって次の段
階に送られ、その間にチャンバー内のヒーターは消灯
し、排気され、十分温度が下がってから、試料が取り出
される。
That is, the chambers 617 and 616 containing the unprocessed sample are directed by the continuous transfer mechanism 618 to the gantry 619 having a stage capable of precise movement during the evacuation process. Chamber 6 on stage
At 15, the laser light emitted from the laser device 611 and processed by the appropriate optical devices 612 and 613 is irradiated to the sample inside through the window. By moving the stage, the required laser irradiation chamber 6
14 is again sent to the next stage by the continuous transport mechanism 620, during which the heater in the chamber is turned off, evacuated and, after the temperature has fallen sufficiently, the sample is removed.

【0032】このように、本実施例では連続的な処理が
おこなえることによって、排気待ちの時間を削減するこ
とができ、スループットを向上させられる。もちろん、
図6の場合には、スループットは向上するけれども、そ
の分、図5の場合よりチャンバーを多く必要とするの
で、量産規模や投資規模を考慮して実施すべきである。
As described above, in the present embodiment, continuous processing can be performed, so that the waiting time for exhaust can be reduced and the throughput can be improved. of course,
In the case of FIG. 6, although the throughput is improved, a larger number of chambers are required than in the case of FIG. 5, so that it should be carried out in consideration of the mass production scale and investment scale.

【0033】以上、図5、図6の例では、レーザービー
ムの形状は細長い線状の長方形であったが、もちろん、
長方形や正方形であってもよい。この場合には図7に示
すように、半導体ウェファー等の基板を適当な数の領域
(図7では32)に分割し、これに順次、レーザーを照
射してゆくという方式を採用してもよい。例えば、レー
ザーの繰り返し周波数が200Hzであれば、ウェファ
ー上の一箇所を処理する時間が0.1秒であり、ウェフ
ァーが上下左右(図7の矢印)に移動する時間を考慮し
ても、1枚のウェファーを処理する時間は10秒弱であ
る。ウェファーの自動搬送をおこなえば、1時間に20
0枚以上のウェファーを処理できる。この生産性は従来
の方式に優るとも劣らない。
As described above, in the examples of FIGS. 5 and 6, the shape of the laser beam is an elongated linear rectangle.
It may be rectangular or square. In this case, as shown in FIG. 7, a method of dividing a substrate such as a semiconductor wafer into an appropriate number of regions (32 in FIG. 7) and sequentially irradiating a laser may be adopted. . For example, if the repetition frequency of the laser is 200 Hz, the processing time for one location on the wafer is 0.1 second, and the time required for the wafer to move up, down, left, and right (arrows in FIG. 7) is 1 second. The processing time for one wafer is less than 10 seconds. If the wafer is automatically transferred, 20
Zero or more wafers can be processed. This productivity is not inferior to the conventional method.

【0034】なお、同様なレーザードーピング処理装置
に関しては、特願平3−283981(平成3年10月
4日出願)、同3−290719(平成3年10月8日
出願)、同4−100479(平成3年3月26日出
願)に記述されている。本発明によって、例えば、チャ
ネル長が0.5μm以下のデバイスを再現性良く作製す
ることができ、また、深さ0.1μm以下の拡散領域
(不純物領域)を形成することができる。逆に本発明
は、このような条件のデバイスを形成する上で特長を示
す。以下に実施例を示し、より詳細に本発明を説明す
る。
Regarding the same laser doping apparatus, Japanese Patent Application Nos. 3-283981 (filed on Oct. 4, 1991), 3-290719 (filed on Oct. 8, 1991), and 4-100479 (Filed on March 26, 1991). According to the present invention, for example, a device having a channel length of 0.5 μm or less can be manufactured with good reproducibility, and a diffusion region (impurity region) having a depth of 0.1 μm or less can be formed. On the contrary, the present invention has advantages in forming a device under such conditions. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

【0035】[0035]

【実施例】〔実施例1〕 本発明を用いて、単結晶シリ
コン基板上にCMOS回路を形成した。その作製手順を
図8に示す。まず、単結晶シリコン基板701の(10
0)面上に、いわゆるLOCOS法によって、フィール
ド絶縁物702を形成し、さらに、フィールド絶縁物に
覆われていない領域の一部にボロンを熱拡散させてP型
ウェル703を形成した。この状態で、P型ウェル以外
の領域をマスク材704で覆って、ジボラン(B
2 6 )を2体積%含有する雰囲気中で、レーザー照射
し、P型ウェルの表面から50nmまでの領域に、ボロ
ンを拡散させ、P+の領域705を形成した。(図8
(A))
EXAMPLES Example 1 A CMOS circuit was formed on a single crystal silicon substrate by using the present invention. FIG. 8 shows the manufacturing procedure. First, (10) of the single crystal silicon substrate 701
On the 0) plane, a field insulator 702 was formed by a so-called LOCOS method, and further, boron was thermally diffused in a part of a region not covered with the field insulator to form a P-type well 703. In this state, a region other than the P-type well is covered with a mask material 704, and diborane (B
The 2 H 6) in an atmosphere containing 2 vol%, and the laser irradiation, the region from the surface of the P-type well to 50 nm, diffuse boron to form a region 705 of P +. (FIG. 8
(A))

【0036】この際には、マスク材704としては、耐
レーザー性のよいものが好ましいが、必ずしもレーザー
光に対して不透明である必要はない。例えば、窒化珪素
や酸化珪素は上記の条件を満たす。また、炭素膜でもよ
い。
In this case, as the mask material 704, a material having good laser resistance is preferable, but it is not necessary to be opaque to laser light. For example, silicon nitride and silicon oxide satisfy the above conditions. Further, a carbon film may be used.

【0037】レーザードーピングは図5に示す装置を用
いておこなった。図5に示す装置において、B2 6
Ar雰囲気下で、試料を加熱せずに、レーザー光を照射
してボロン(B)のドーピングを行った。レーザーはK
rFエキシマーレーザー(波長248nm、パルス幅2
0nsec)を使用し、150〜350mJ/cm2
エネルギー密度で、一か所につき2〜20ショットの照
射をおこなった。このとき、試料の温度を室温以下、好
ましくは−50℃まで下げると、不純物の拡散が抑制さ
れ、不純物のドーピングされたP+ 領域705の深さを
より浅くできる。しかしながら、ジボランの凝結点、あ
るいは沸点を下回る温度にまで下げることは好ましくな
い。
Laser doping was performed using the apparatus shown in FIG. In the apparatus shown in FIG. 5, B 2 H 6 /
In an Ar atmosphere, the sample was irradiated with a laser beam without being heated, and boron (B) was doped. Laser is K
rF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 2
0 nsec), and irradiation was performed at an energy density of 150 to 350 mJ / cm 2 for 2 to 20 shots per one place. At this time, when the temperature of the sample is lowered to room temperature or lower, preferably to −50 ° C., diffusion of impurities is suppressed, and the depth of the P + region 705 doped with impurities can be reduced. However, it is not preferable to lower the temperature below the freezing point or boiling point of diborane.

【0038】その後、シリコン基板表面にも同様の操作
をおこない、フォスフィンを用いてリンのドーピングを
おこなうことによってN+ 領域706を形成した。その
後、従来と同様にゲート酸化膜707とゲート電極70
8および709を形成した。(図8(B))
Thereafter, the same operation was performed on the surface of the silicon substrate, and N + regions 706 were formed by doping phosphorus with phosphine. Thereafter, the gate oxide film 707 and the gate electrode 70 are formed as in the conventional case.
8 and 709 were formed. (FIG. 8 (B))

【0039】その後、PチャネルTFTの領域(図の右
側)をマスク材710を被覆し、再び、図5に示すレー
ザードーピング装置を用いて、ドーピングをおこなっ
た。この際には不純物ガスとしてフォスヒオンを使用
し、さらに、基板温度を200〜450℃に加熱した。
レーザーのエネルギーやショット数は先の条件の範囲内
とした。この時、試料は加熱されているため先のドーピ
ングのときに比較して拡散が大きく、ソース、ドレイン
領域711にはリンが深くドーピングされ、N型化す
る。これに対してゲート電極の下部の領域は、ゲート絶
縁膜とゲート電極がマスクとなりレーザーが照射され
ず、ドーピングが行われず、N+ 型のままである。典型
的なドーピング条件は以下の通り。(図8(C)) 雰囲気 PH3 5%濃度(H2 希釈) 試料温度 350度 圧力 0.02〜1.00Torr レーザー KrFエキシマレーザー(波長248nm) エネルギー密度 150〜350mJ/cm2 パルス数 10ショット
Thereafter, the region of the P-channel TFT (right side in the figure) was covered with a mask material 710, and doping was performed again using the laser doping apparatus shown in FIG. At this time, phosphion was used as an impurity gas, and the substrate temperature was further increased to 200 to 450 ° C.
The energy of the laser and the number of shots were within the range of the above conditions. At this time, since the sample is heated, the diffusion is larger than that in the previous doping, and the source and drain regions 711 are deeply doped with phosphorus to be N-type. On the other hand, the region below the gate electrode is not irradiated with the laser using the gate insulating film and the gate electrode as a mask, is not doped, and remains N + -type. Typical doping conditions are as follows. (FIG. 8C) Atmosphere PH 3 5% concentration (H 2 dilution) Sample temperature 350 degrees Pressure 0.02 to 1.00 Torr Laser KrF excimer laser (wavelength 248 nm) Energy density 150 to 350 mJ / cm 2 Number of pulses 10 shots

【0040】同様に、Pチャネル型TFT(図の右側)
に対しても、ジボラン雰囲気でレーザードーピングをお
こなうことによって、P型領域を形成し、Pチャネル型
TFTを形成することができた。
Similarly, a P-channel type TFT (right side in the figure)
Also, by performing laser doping in a diborane atmosphere, a P-type region was formed, and a P-channel TFT could be formed.

【0041】その後、従来と同様に層間絶縁物712を
形成し、コンタクトホールを設けて、電極・配線713
を形成した。この電極・配線の材料としては、単層の金
属もしくは半導体膜であっても、例えば、窒化チタンと
アルミニウムのような多層膜であっても構わないことは
いうまでもない。
Thereafter, an interlayer insulator 712 is formed as in the conventional case, a contact hole is provided, and an electrode / wiring 713 is formed.
Was formed. It goes without saying that the material of the electrodes and wirings may be a single-layer metal or semiconductor film, or a multilayer film such as titanium nitride and aluminum.

【0042】本実施例のトランジスタはチャネル形成領
域の表面はゲートに信号を印加しても反転せず、より深
い領域がチャネルとなる、いわゆるベリッド・チャネル
型のものである。このため、ホットエレクトロン等によ
ってゲート絶縁膜が破壊されることが少なく、信頼性が
向上した。
The transistor of this embodiment is of a so-called buried channel type in which the surface of the channel forming region does not reverse even when a signal is applied to the gate, and the deeper region becomes the channel. Therefore, the gate insulating film is less likely to be broken by hot electrons or the like, and the reliability has been improved.

【0043】本実施例では、このベリッド・チャネルを
形成する際に、レーザードーピング法を使用したわけで
あるが、その他にも、例えば、しきい値電圧制御の目的
で本発明を使用できることは本実施例の記述から明らか
であろう。
In this embodiment, a laser doping method is used to form the buried channel. However, it is also possible that the present invention can be used for controlling a threshold voltage. It will be clear from the description of the embodiments.

【0044】〔実施例2〕 本発明を用いて、フローテ
ィングゲートを有するMOS素子、例えば、EPRO
M、EEPROM、フラッシュメモリーを作製した例を
図9に示す。まず、単結晶シリコン基板の(100)面
にフィールド絶縁物751を選択的に形成し、さらにゲ
ート電極部752、753を形成する。ゲート電極部の
詳細な構成は、図9(E)に示される。ここで、761
はゲート酸化膜、762はリンをドープしたポリシリコ
ンのフローティングゲート、763はリンをドープした
ポリシリコンのコントロールゲート、764はそれらを
覆う絶縁膜である。好ましくは、この絶縁膜764はコ
ントロールゲート、フローティングゲートの酸化物によ
って構成される。これらを酸化するには陽極酸化法もし
くは熱酸化法を用いればよい。ゲート電極部の幅は0.
5μmとした。陽極酸化法を採用する場合には、湿式あ
るいは乾式の2つの方法が用いられるが、それらについ
ては、特願平3−278705(平成3年9月30日出
願)また、熱酸化による場合に関しては、特願平3−2
78706(平成3年9月30日出願)に記載されて方
式を用いればよい。
Embodiment 2 By using the present invention, a MOS device having a floating gate, for example, an EPRO
FIG. 9 shows an example in which M, EEPROM, and flash memory are manufactured. First, a field insulator 751 is selectively formed on a (100) plane of a single crystal silicon substrate, and gate electrode portions 752 and 753 are formed. A detailed structure of the gate electrode portion is illustrated in FIG. Here, 761
Is a gate oxide film, 762 is a phosphorus-doped polysilicon floating gate, 763 is a phosphorus-doped polysilicon control gate, and 764 is an insulating film covering them. Preferably, this insulating film 764 is formed of an oxide of a control gate and a floating gate. To oxidize these, an anodic oxidation method or a thermal oxidation method may be used. The width of the gate electrode is 0.
The thickness was 5 μm. In the case of employing the anodic oxidation method, two methods, a wet method and a dry method, are used. These methods are described in Japanese Patent Application No. 3-278705 (filed on September 30, 1991). , Japanese Patent Application No. 3-2
78706 (filed on September 30, 1991).

【0045】その後、マスク材754を選択的に形成
し、このマスク材およびゲート電極部をマスクとして、
イオン注入法によって、シリコン基板中にリンを注入
し、加熱して拡散せしめ、N型領域755を形成した。
このN型領域は0.2μm程度の深さになるようにし
た。また、図9(A)に示すように、このとき形成され
た不純物領域755は、ゲート電極部の下部に回り込ん
で拡がっている。
Thereafter, a mask material 754 is selectively formed, and the mask material and the gate electrode portion are used as a mask.
Phosphorus was implanted into a silicon substrate by an ion implantation method, and was diffused by heating to form an N-type region 755.
This N-type region was set to have a depth of about 0.2 μm. Further, as shown in FIG. 9A, the impurity region 755 formed at this time extends around the lower portion of the gate electrode portion.

【0046】次に図9(B)のように、リンをドープし
たポリシリコンの配線756を形成し、これをワード線
とした。しかしながら、不純物領域755の抵抗が十分
に小さかい場合には、このようなポリシリコンをわざわ
ざ設けなくとも、不純物領域755をワード線とするこ
とができる。
Next, as shown in FIG. 9B, a wiring 756 made of polysilicon doped with phosphorus was formed and used as a word line. However, when the resistance of the impurity region 755 is sufficiently small, the impurity region 755 can be used as a word line without providing such polysilicon.

【0047】さらに、本発明によって、リンのレーザー
ドーピング処理をおこない、浅い(深さ〜50nm)不
純物領域757、758を形成した。本実施例では、図
6に示す装置を用いて不純物のドーピングを行った。図
6(B)に示すように、1枚のウェファーを内蔵した多
数のチャンバー(614〜615)を流し、これにレー
ザー光を照射した。典型的なドーピング条件は以下のと
おり。 雰囲気 PH3 5%濃度(H2 希釈) 試料温度 室温 圧力 0.02〜1.00Torr レーザー KrFエキシマレーザー(波長248nm) エネルギー密度 150〜350mJ/cm2 パルス数 10ショット
Further, according to the present invention, laser doping of phosphorus was performed to form shallow (depth to 50 nm) impurity regions 757 and 758. In this embodiment, doping of impurities was performed using the apparatus shown in FIG. As shown in FIG. 6 (B), a large number of chambers (614 to 615) each containing a single wafer were flowed, and the wafer was irradiated with laser light. Typical doping conditions are as follows. Atmosphere PH 3 5% concentration (H 2 dilution) Sample temperature Room temperature Pressure 0.02 to 1.00 Torr Laser KrF excimer laser (wavelength 248 nm) Energy density 150 to 350 mJ / cm 2 Number of pulses 10 shots

【0048】以上の工程によって、浅い不純物領域が形
成された。さらに、従来の方法によって、層間絶縁物7
59を堆積し、コンタクトホールと金属電極・配線76
0、761を形成して、素子を形成した。図9(D)に
は、2つのEEPROM素子が記述されており、配線7
60、761がそれぞれのビット線となる。
Through the above steps, a shallow impurity region was formed. Further, the interlayer insulator 7 is formed by a conventional method.
59, and a contact hole and a metal electrode / wiring 76
0 and 761 were formed to form an element. FIG. 9D shows two EEPROM elements, and the wiring 7
60 and 761 are the respective bit lines.

【0049】本実施例では、ゲート電極部の左右におい
て、不純物領域の形状が異なる。すなわち、一方はゲー
ト電極の下部にまで回り込んだ深い不純物領域755で
あり、他の一方はオーバーラップが全く無く、むしろゲ
ート電極部の酸化物のためにオフセット領域が形成され
た浅い不純物領域757である。実際に生じる回り込み
は50nm以下である。この結果、フローティングゲー
トにキャリヤーを注入する際には、図9(E)に矢印で
示すように深い不純物領域から注入される。
In this embodiment, the shape of the impurity region is different between the left and right sides of the gate electrode portion. That is, one is a deep impurity region 755 extending to the lower portion of the gate electrode, and the other is a shallow impurity region 757 in which an offset region is formed due to oxide of the gate electrode portion without any overlap at all. It is. The actual wrap around is less than 50 nm. As a result, carriers are implanted into the floating gate from deep impurity regions as shown by arrows in FIG.

【0050】〔実施例3〕 本発明を用いて、低濃度ド
レイン(LDD)構造を用いたMOSFETを作製した
例を図10に示す。まず、従来の方法によって、単結晶
シリコン基板801上にフィールド絶縁物802を形成
し、ゲート絶縁膜803、ゲート電極804を堆積す
る。そして、本発明のレーザードーピング法を用いて、
燐をドープし、浅い(深さ50nm)低濃度N- 型不純
物領域805を形成した。(図10(A))
Embodiment 3 FIG. 10 shows an example in which a MOSFET using a low-concentration drain (LDD) structure is manufactured by using the present invention. First, a field insulator 802 is formed on a single crystal silicon substrate 801 by a conventional method, and a gate insulating film 803 and a gate electrode 804 are deposited. And, using the laser doping method of the present invention,
A shallow (50 nm deep) low-concentration N -type impurity region 805 was formed by doping with phosphorus. (FIG. 10A)

【0051】その後、酸化珪素膜806を堆積し(図1
0(B))、これを異方性エッチングによって、ゲート
電極の側壁部分807を残して除去した。そして、この
状態でイオン注入法によって、高濃度の燐イオンを注入
し、N+ 領域808を形成した。この際には、先のN-
領域805は側壁の下部のみが残り、LDD領域809
が形成された。(図10(C))
Thereafter, a silicon oxide film 806 is deposited (FIG. 1).
0 (B)), which was removed by anisotropic etching except for the side wall portion 807 of the gate electrode. Then, in this state, high-concentration phosphorus ions were implanted by ion implantation to form an N + region 808. At this time, ahead of the N -
In the region 805, only the lower portion of the side wall remains, and the LDD region 809 is formed.
Was formed. (FIG. 10 (C))

【0052】最後に、層間絶縁物810と金属電極・配
線811を形成して素子を完成させた。本実施例では、
従来の方式と本発明のドーピング方法を組み合わせてL
DDを形成したが、例えば、本発明人等の出願である、
特願平3−238710(平成3年8月26日出願)、
特願平3−238711(平成3年8月26日出願)、
特願平3−238712(平成3年8月26日出願)等
の方法を使用してもよい。
Finally, an interlayer insulator 810 and metal electrodes / wirings 811 were formed to complete the device. In this embodiment,
By combining the conventional method and the doping method of the present invention, L
DD was formed, for example, as an application of the present inventors,
Japanese Patent Application No. 3-238710 (filed on August 26, 1991),
Japanese Patent Application No. 3-238711 (filed on August 26, 1991)
A method such as Japanese Patent Application No. Hei 3-238712 (filed on August 26, 1991) may be used.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明によって、チャネル長1.0μm
以下、典型的には0.1〜0.3μmのMOSデバイス
を安定して作製すること、および深さ0.1μm以下の
浅い不純物領域を作製できた。上記の実施例においては
単結晶シリコン上の半導体素子についてのものであった
が、多結晶シリコン等を利用した素子に関しても同様に
実施してもよいことは言うまでもない。このように本発
明は工業上有益なものである。
According to the present invention, a channel length of 1.0 μm
Hereinafter, typically, a MOS device of 0.1 to 0.3 μm can be stably manufactured, and a shallow impurity region having a depth of 0.1 μm or less can be manufactured. In the above embodiment, a semiconductor device on single crystal silicon has been described. However, it goes without saying that the same may be applied to a device using polycrystalline silicon or the like. Thus, the present invention is industrially useful.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の効果を概念的に説明する。FIG. 1 conceptually explains the effect of the present invention.

【図2】 従来技術の問題点を説明する。FIG. 2 illustrates a problem of the related art.

【図3】 本発明の半導体処理(不純物ドーピング)装
置の概念図を示す。
FIG. 3 shows a conceptual diagram of a semiconductor processing (impurity doping) apparatus of the present invention.

【図4】 本発明の半導体処理(不純物ドーピング)装
置の概念図を示す。
FIG. 4 is a conceptual diagram of a semiconductor processing (impurity doping) apparatus of the present invention.

【図5】 本発明の半導体処理(不純物ドーピング)装
置の例を示す。
FIG. 5 shows an example of a semiconductor processing (impurity doping) apparatus of the present invention.

【図6】 本発明の半導体処理(不純物ドーピング)装
置の例を示す。
FIG. 6 shows an example of a semiconductor processing (impurity doping) apparatus of the present invention.

【図7】 本発明のレーザー照射方法の例を示す。FIG. 7 shows an example of the laser irradiation method of the present invention.

【図8】 本発明を利用した半導体素子の作製方法の例
を示す。
FIG. 8 illustrates an example of a method for manufacturing a semiconductor element using the present invention.

【図9】 本発明を利用した半導体素子の作製方法の例
を示す。
FIG. 9 illustrates an example of a method for manufacturing a semiconductor element using the present invention.

【図10】 本発明を利用した半導体素子の作製方法の
例を示す。
FIG. 10 illustrates an example of a method for manufacturing a semiconductor element using the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 基板 102、103 拡散領域(ソース、ドレイン) 104 ゲート絶縁膜 105 ゲート電極 201 基板 202、203 拡散領域(ソース、ドレイン) 204 ゲート絶縁膜 205 ゲート電極 Reference Signs List 101 substrate 102, 103 diffusion region (source, drain) 104 gate insulating film 105 gate electrode 201 substrate 202, 203 diffusion region (source, drain) 204 gate insulating film 205 gate electrode

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成13年1月9日(2001.1.9)[Submission date] January 9, 2001 (2001.1.9)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 27/115 H01L 29/78 371 29/788 29/792 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (Reference) H01L 27/115 H01L 29/78 371 29/29/788 29/792

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1の不純物領域、第2の不純物領域およ
びチャネル形成領域を含む半導体ならびに前記チャネル
形成領域の上のゲート電極部を含む半導体装置であっ
て、 前記第1の不純物領域は前記ゲート電極部の一部と重な
っており、 前記第2の不純物領域の深さは前記第1の不純物領域の
深さより浅く、且つ、0.1μm以下であり、 前記チャネル形成領域の長さは0.3μm以下であるこ
とを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device including a semiconductor including a first impurity region, a second impurity region, and a channel formation region, and a gate electrode portion on the channel formation region, wherein the first impurity region is A part of the gate electrode part, a depth of the second impurity region is smaller than a depth of the first impurity region and 0.1 μm or less, and a length of the channel formation region is 0 μm. A semiconductor device having a thickness of 3 μm or less.
【請求項2】第1の不純物領域、第2の不純物領域およ
びチャネル形成領域を含む半導体ならびに前記チャネル
形成領域の上のフローティングゲートおよびコントロー
ルゲートを含む半導体装置であって、 前記第1の不純物領域は前記フローティングゲートの一
部と絶縁膜を介して重なっており、 前記第2の不純物領域の深さは前記第1の不純物領域の
深さより浅く、且つ、0.1μm以下であり、 前記チャネル形成領域の長さは0.3μm以下であるこ
とを特徴とする半導体装置。
2. A semiconductor device including a semiconductor including a first impurity region, a second impurity region, and a channel formation region, and a floating gate and a control gate on the channel formation region, wherein the first impurity region is Overlaps a part of the floating gate with an insulating film interposed therebetween, wherein the depth of the second impurity region is smaller than the depth of the first impurity region and 0.1 μm or less; A semiconductor device, wherein the length of the region is 0.3 μm or less.
【請求項3】一つの第1の不純物領域、二つの第2の不
純物領域および前記一つの第1の不純物領域と前記二つ
の第2の不純物領域の間の二つのチャネル形成領域を含
む半導体ならびに前記二つのチャネル形成領域のそれぞ
れの上のゲート電極部を含む半導体装置であって、 前記第1の不純物領域は前記ゲート電極部の一部と重な
っており、 前記第2の不純物領域の深さは前記第1の不純物領域の
深さより浅く、且つ、0.1μm以下であり、 前記チャネル形成領域の長さは0.3μm以下であるこ
とを特徴とする半導体装置。
3. A semiconductor including one first impurity region, two second impurity regions, and two channel forming regions between the one first impurity region and the two second impurity regions, and A semiconductor device including a gate electrode portion on each of the two channel formation regions, wherein the first impurity region overlaps a part of the gate electrode portion, and a depth of the second impurity region. Is a depth smaller than the depth of the first impurity region and 0.1 μm or less, and the length of the channel formation region is 0.3 μm or less.
【請求項4】一つの第1の不純物領域、二つの第2の不
純物領域および前記一つの第1の不純物領域と前記二つ
の第2の不純物領域の間の二つのチャネル形成領域を含
む半導体ならびに前記二つのチャネル形成領域のそれぞ
れの上のフローティングゲートおよびコントロールゲー
トを含む半導体装置であって、 前記第1の不純物領域は前記フローティングゲートの一
部と絶縁膜を介して重なっており、 前記第2の不純物領域の深さは前記第1の不純物領域の
深さより浅く、且つ、0.1μm以下であり、 前記チャネル形成領域の長さは0.3μm以下であるこ
とを特徴とする半導体装置。
4. A semiconductor including one first impurity region, two second impurity regions, and two channel forming regions between the one first impurity region and the two second impurity regions, and A semiconductor device including a floating gate and a control gate on each of the two channel formation regions, wherein the first impurity region overlaps a part of the floating gate via an insulating film; The depth of the impurity region is smaller than the depth of the first impurity region and 0.1 μm or less; and the length of the channel formation region is 0.3 μm or less.
【請求項5】請求項2または請求項3において、前記フ
ローティングゲートおよび前記コントロールゲートは珪
素膜であることを特徴とする半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 2, wherein said floating gate and said control gate are silicon films.
【請求項6】請求項1乃至請求項5のいずれか一におい
て、前記第2の不純物領域はビット線に接続されること
を特徴とする半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein said second impurity region is connected to a bit line.
【請求項7】請求項1乃至請求項6のいずれか一におい
て、前記半導体が結晶シリコンであることを特徴とする
半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor is crystalline silicon.
【請求項8】請求項1乃至請求項7のいずれか一におい
て、前記半導体は半導体基板であることを特徴とする半
導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor is a semiconductor substrate.
【請求項9】第1の不純物領域、第2の不純物領域およ
び第1のチャネル形成領域を含む半導体ならびに前記第
1のチャネル形成領域の上の第1のゲート電極部を含む
第1の半導体装置と、 前記第1の不純物領域、第3の不純物領域および第2の
チャネル形成領域を含む半導体ならびに前記第2のチャ
ネル形成領域の上の第2のゲート電極部を含む第2の半
導体装置と、 を有し、 前記第2の不純物領域の深さおよび前記第3の不純物領
域の深さは前記第1の不純物領域の深さより浅いことを
特徴とする半導体装置。
9. A semiconductor device including a first impurity region, a second impurity region, and a semiconductor including a first channel formation region, and a first semiconductor device including a first gate electrode portion on the first channel formation region. A second semiconductor device including a semiconductor including the first impurity region, the third impurity region, and a second channel formation region, and a second gate electrode portion on the second channel formation region; And a depth of the second impurity region and a depth of the third impurity region are smaller than a depth of the first impurity region.
【請求項10】第1の不純物領域、第2の不純物領域お
よび第1のチャネル形成領域を含む半導体ならびに前記
第1のチャネル形成領域の上の第1のフローティングゲ
ートおよび第1のコントロールゲートを含む第1の半導
体装置と、 前記第1の不純物領域、第3の不純物領域および第2の
チャネル形成領域を含む半導体ならびに前記チャネル形
成領域の上の第2のフローティングゲートおよび第2の
コントロールゲートを含む第2の半導体装置と、 を有し、 前記第2の不純物領域の深さおよび前記第3の不純物領
域の深さは前記第1の不純物領域の深さより浅いことを
特徴とする半導体装置。
10. A semiconductor including a first impurity region, a second impurity region, and a first channel formation region, and a first floating gate and a first control gate on the first channel formation region. A first semiconductor device; a semiconductor including the first impurity region, the third impurity region, and a second channel formation region; and a second floating gate and a second control gate on the channel formation region. A second semiconductor device, wherein the depth of the second impurity region and the depth of the third impurity region are smaller than the depth of the first impurity region.
【請求項11】第1の不純物領域、第2の不純物領域お
よび第1のチャネル形成領域を含む半導体ならびに前記
第1のチャネル形成領域の上の第1のゲート電極部を含
む第1の半導体装置と、 前記第1の不純物領域、第3の不純物領域および第2の
チャネル形成領域を含む半導体ならびに前記第2のチャ
ネル形成領域の上の第2のゲート電極部を含む第2の半
導体装置と、 を有し、 前記第1の不純物領域は前記第1のゲート電極部の一部
および前記第2のゲート電極部の一部と重なっており、 前記第2の不純物領域の深さおよび前記第3の不純物領
域の深さは前記第1の不純物領域の深さより浅いことを
特徴とする半導体装置。
11. A semiconductor device including a first impurity region, a second impurity region, and a semiconductor including a first channel formation region, and a first semiconductor device including a first gate electrode portion on the first channel formation region. A second semiconductor device including a semiconductor including the first impurity region, the third impurity region, and a second channel formation region, and a second gate electrode portion on the second channel formation region; Wherein the first impurity region overlaps a part of the first gate electrode part and a part of the second gate electrode part, and the depth of the second impurity region and the third A depth of the impurity region is smaller than a depth of the first impurity region.
【請求項12】第1の不純物領域、第2の不純物領域お
よび第1のチャネル形成領域を含む半導体ならびに前記
第1のチャネル形成領域の上の第1のフローティングゲ
ートおよび第1のコントロールゲートを含む第1の半導
体装置と、 前記第1の不純物領域、第3の不純物領域および第2の
チャネル形成領域を含む半導体ならびに前記チャネル形
成領域の上の第2のフローティングゲートおよび第2の
コントロールゲートを含む第2の半導体装置と、 を有し、 前記第1の不純物領域は前記第1のフローティングゲー
トの一部および前記第2のフローティングゲートの一部
と重なっており、 前記第2の不純物領域の深さおよび前記第3の不純物領
域の深さは前記第1の不純物領域の深さより浅いことを
特徴とする半導体装置。
12. A semiconductor including a first impurity region, a second impurity region, and a first channel formation region, and a first floating gate and a first control gate on the first channel formation region. A first semiconductor device; a semiconductor including the first impurity region, the third impurity region, and a second channel formation region; and a second floating gate and a second control gate on the channel formation region. A second semiconductor device, wherein the first impurity region overlaps a part of the first floating gate and a part of the second floating gate, and a depth of the second impurity region. And a depth of the third impurity region is smaller than a depth of the first impurity region.
【請求項13】請求項12において、前記第1のフロー
ティングゲートおよび前記第2のフローティングゲート
ならびに前記第1のコントロールゲートおよび前記第2
のコントロールゲートは珪素膜であることを特徴とする
半導体装置。
13. The first floating gate and the second floating gate, and the first control gate and the second floating gate according to claim 12,
Wherein the control gate is a silicon film.
【請求項14】請求項9乃至請求項13のいずれか一に
おいて、前記第2の不純物領域および前記第3の不純物
領域はビット線に接続されることを特徴とする半導体装
置。
14. The semiconductor device according to claim 9, wherein said second impurity region and said third impurity region are connected to a bit line.
【請求項15】請求項9乃至請求項14のいずれか一に
おいて、前記第1の不純物領域の深さは0.1μm以下
であることを特徴とする半導体装置。
15. The semiconductor device according to claim 9, wherein a depth of said first impurity region is 0.1 μm or less.
【請求項16】請求項9乃至請求項15のいずれか一に
おいて、前記半導体が結晶シリコンであることを特徴と
する半導体装置。
16. A semiconductor device according to claim 9, wherein said semiconductor is crystalline silicon.
【請求項17】請求項9乃至請求項16のいずれか一に
おいて、前記半導体は半導体基板であることを特徴とす
る半導体装置。
17. The semiconductor device according to claim 9, wherein the semiconductor is a semiconductor substrate.
【請求項18】請求項1乃至請求項17のいずれか一に
おいて、前記半導体装置はEPROMであることを特徴
とする半導体装置。
18. The semiconductor device according to claim 1, wherein said semiconductor device is an EPROM.
【請求項19】請求項1乃至請求項17のいずれか一に
おいて、前記半導体装置はEEPROMであることを特
徴とする半導体装置。
19. The semiconductor device according to claim 1, wherein said semiconductor device is an EEPROM.
【請求項20】請求項1乃至請求項17のいずれか一に
おいて、前記半導体装置はフラッシュメモリであること
を特徴とする半導体装置。
20. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a flash memory.
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