JP2001338894A - 固体試料のアニール方法および半導体不純物ドーピング層形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のアニール技術は、不純物ドープ層の活
性化には有効であるが、基板全体が１０００度Ｃ程度の
高温に加熱され、１０秒程度の短時間の加熱であって
も、注入された不純物が基板深部へも拡散してしまうと
いう問題があった。 【解決手段】 固体試料に、電磁波を照射して格子振動
（フォノン）を直接励起することにより、熱的に非平衡
な状態で原子、分子及び格子欠陥の振動、再配列及び拡
散を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体試料に光を照
射して格子振動（フォノン）を直接励起することによ
り、熱的に非平衡な状態で原子、分子及び格子欠陥の振
動、再配列及び拡散を行うことを特徴とする固体試料の
アニール方法に関わり、特にシリコン単結晶ウェハーを
基板として成される半導体装置形成における極浅接合層
の低温活性化を行うことを特徴とする半導体不純物ドー
ピング層形成に適するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、シリコン単結晶ウェハーを基板と
して成される超大規模集積回路（ＬＳＩ）をはじめとす
る半導体装置においては、半導体装置のデザインルール
の縮小に伴って、ショートチャンネル効果の防止と共に
デバイスの高速化のために、トランジスタの拡散層の接
合深さを浅くする必要性が生じている。このため、ダイ
ナミック即時呼び出し記憶装置（ＤＲＡＭ）等に用いら
れるＭＯＳＦＥＴないしバイポーラトランジスタにおい
ては、例えば、ゲート長が１００ナノメータ程度で実現
されるデバイスでは、接合深さは５０ナノメータ、さら
にゲート長が５０ナノメータ程度で実現されるデバイス
での接合深さは１０ナノメータ程度であることが要求さ
れており、極浅層（１０ないし５０ナノメータ程度）に
半導体不純物を高濃度にドーピングする技術と共に極浅
接合層を半導体として活性化させるためのアニール技術
が検討されている。

【０００３】これに対して、従来のアニール技術の一つ
としては、ランプ等を用いて固体試料全体を１０００度
Ｃ程度に加熱する赤外線急速熱処理（RTA）による固相
拡散を利用した熱平衡状態での活性化法が知られてい
る。又、レーザを用いた従来技術としては308nmのXeCl
エキシマレーザを照射してシリコン表面を溶融した後再
結晶化する技術がレーザアニールとして知られている
（参考文献１）。ここでは、例えば、0.35J/cm²のレー
ザアニールと800℃10秒のRTAを組み合わせて熱処理を行
っている（参考文献 Ken-ich Goto他、ｐ931−933.、
International Electron Device Meeting １９９９
at Washington DC）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱平衡
状態での赤外線急速熱処理による固相拡散過程を利用す
る従来のアニール技術は、不純物ドープ層の活性化には
有効であるが、基板全体が１０００度Ｃ程度の高温に加
熱され、１０秒程度の短時間の加熱であっても、注入さ
れた不純物が基板深部へも拡散してしまうという問題が
あった。例えば、低エネルギーにより得られた厚さ２０
ナノメータの硼素原子注入層では、１０００度Ｃでの急
速加熱処理を１０秒間行うことにより５０ナノメータ程
度となり、加熱前の２．５倍にもなってしまうという問
題があった。

【０００５】さらに、複数回の不純物導入プロセスを必
要とすることから、ますます複雑になるＬＳＩ等の製造
工程において、従来の熱処理技術では固体試料全体が不
純物拡散に適した高温に加熱されるため、不必要な部位
の不純物まで拡散が生じてしまう。

【０００６】又エキシマレーザを使用する方法では余分
な拡散は相当程度抑制されるが、作成したデバイスの漏
れ電流が大きくなるなどの問題点があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明による固体試料のアニール方法において
は、固体の格子振動の振動数と同程度かそれよりも広い
周波数帯域幅を有するコヒーレント電磁波を複数のパル
スないしは連続光で照射し、格子振動（フォノン）をコ
ヒーレントに直接励起することにより、熱的に非平衡な
状態でかつ断熱的に不純物元素の活性化を行い、熱平衡
状態では不純物元素の活性化が実用上困難な程度に低い
基板温度（例えば、シリコン単結晶ウェハーの場合、５
００度Ｃ以下）に保って熱的な原子拡散を抑制した状態
で、極浅接合層の活性化を行うものである。以下に、本
発明の原理について詳述する。

【０００８】固体結晶中において原子は規則正しく配列
しており、結晶格子位置に存在する原子間には原子間力
が働いている。この原子間力は微小変位に対してフック
の法則に従う復元力（バネ力）として働くので、熱運動
あるいは外部からの強制振動によって生じる原子の振動
は隣の原子へと伝わり連成振動を生じる。これを格子振
動といい、固体中では量子化されているためフォノンと
呼ばれる。さらに、原子の質量、原子間距離ならびに復
元力のバネ定数に相当する原子間力は、個々の物質で固
有の値を持つため、フォノンの振動数と波数は互いに依
存関係にあり、これを分散関係という。

【０００９】固体結晶に光を照射した場合、局所的な温
度上昇（熱的結合）あるいは誘電分極の擾乱（光弾性結
合）により、光と結合した弾性歪みが生じる。この弾性
歪みを外力として、フォノン振動数の領域にある光（電
磁波）を結晶に照射すると、誘導ラマン散乱により位相
のそろったコヒーレントフォノンを励起することが可能
である。例えば、シリコン単結晶において知られている
フォノンの分散関係（参考文献、例えば、F. Favot and
A. D. Corso, Phys. Rev. B 60, 11427 (1999).）によ
ると、フォノンの振動数は１０ＧＨｚ〜１０ＴＨｚの間
に存在するが、その周波数帯域内におけるコヒーレント
電磁波として、１０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの周波数帯域
（ミリ波領域）ではジャイロトロン等のミリ波発振管を
用いることが可能であるのに対し、１００ＧＨｚ〜１０
ＴＨｚの周波数帯はテラヘルツ輻射と呼ばれる未開拓の
電磁波領域で、単一の発振源では実現されていない。

【００１０】そこで、１０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの周波
数帯域ではジャイロトロン等により得られるミリ波領域
のコヒーレント電磁波を固体試料に照射し、コヒーレン
ト電磁波による交番電界により固体試料表面の誘電分極
をコヒーレントに振動させることによって、フォノンの
励起が可能である。

【００１１】さらに、１００ＧＨｚ〜１０ＴＨｚのテラ
ヘルツ輻射と呼ばれる電磁波領域では、周波数がω1お
よびω2（ω1＞ω2）で波長がわずかに異なる２つのコ
ヒーレント電磁波を結晶に入射させ、ω0をフォノンの
振動周波数として、その周波数差ω1−ω2が ω1−ω2＝ω0 （１） を満たすようにすると、誘導散乱が生じてコヒーレント
フォノンが発生する。このため、ω0よりも広いスペク
トル幅（周波数帯域幅）をもつコヒーレント電磁波源を
用いると、スペクトル内の異なる周波数成分どうしが、
式（１）を満たすω1とω2の役割を果たすため、単一の
コヒーレント電磁波源でこの条件が満足される。この原
理に基づくコヒーレントフォノン励起に関する研究は、
励起されたフォノンのイメージングをはじめとする物性
研究でも用いられている（参考文献：”フェムト秒領域
のコヒーレントフォノンの振舞”中島真一、長谷宗明、
溝口幸司、日本物理学会誌、第53巻、第8号（1998）pp.
607-611.；”フォノンポラリトンの実空間イメージン
グ”足立 智、R. M. Koehl and K. A. Nelson, 日本物
理学会誌、第54巻、第5号（1999）pp. 357-363.）。

【００１２】また、コヒーレント電磁波ビームにおける
パルス幅（Δｔ）と周波数帯域幅（Δω）は、 Δｔ・Δω ＜ ２ln2 / π （２） を満たすため、例えばチタンサファイアレーザー装置等
を用いて発生させることが可能な、パルス幅が１０〜１
０００フェムト秒のコヒーレント電磁波は、周波数帯域
幅が１〜１００ＴＨｚとなり、周波数領域で差周波を用
いることにより式（１）を満足することが可能である。

【００１３】このため、本発明では、請求項１に記する
ように、固体試料に、光を照射して格子振動（フォノ
ン）を直接励起することを特徴とする。これにより、熱
的な原子拡散を抑制した状態で、原子、分子及び格子欠
陥の振動、再配列及び拡散を、光が照射されている部位
において選択的に行い、固体試料のアニールを実現する
ことが可能となる。つまり、実際の半導体装置製造工程
においては、固体試料全体を高温にすることなく固体試
料のアニールを行うため、適当なレジスト材を形成した
状態で光を照射することにより、選択的に開口した部位
のみのアニールをさせ得るので、今後ますます複雑にな
るＬＳＩ等の半導体装置の製造工程における不純物拡散
プロファイルをきめ細かくコントロールする事ができ、
高性能半導体装置製造に寄与することが可能である。

【００１４】また本発明では、請求項２に記するよう
に、シリコンウェハー上での半導体形成において、コヒ
ーレント電磁波を照射して格子振動（フォノン）を直接
励起することにより、熱的に非平衡な状態で不純物元素
の活性化を行い、極浅接合層の低温活性化を行い、半導
体不純物ドーピング層を形成することをも特徴とする。

【００１５】さらに本発明では、請求項３に記するよう
に、シリコン単結晶ウェハーを基板として成される半導
体装置形成において、コヒーレント電磁波を照射して格
子振動（フォノン）を直接励起することにより、熱的に
非平衡な状態で不純物元素の活性化を行い、極浅接合層
の低温活性化を行うことをも特徴とする。

【００１６】さらに本発明では、請求項４に記するよう
に、パルス幅が１０〜１０００フェムト秒（周波数帯域
幅が１〜１００ＴＨｚ）の超短パルスを有するコヒーレ
ント電磁波の多重パルス照射を用いることをも特徴とす
る。

【００１７】さらに本発明では、請求項５に記するよう
に、１０ＧＨｚ〜１ＴＨｚの発振周波数ないしは周波数
帯域を有する連続波出力のコヒーレント電磁波を用いる
ことをも特徴とする。

【００１８】さらに本発明では、請求項６に記するよう
に、請求項４ないし請求項５に示されたコヒーレント電
磁波照射を、不純物元素の添加ないし導入プロセスと同
時あるいは後で用いることを特徴とする。

【００１９】さらに本発明では、請求項７に記するよう
に、請求項４、請求項５および請求項６に示されたコヒ
ーレント電磁波照射において、複数のコヒーレント電磁
波ビームを特定の角度を持たせて同時に入射することに
より、シリコンの特定の格子振動を励起して、半導体不
純物ドーピング層を形成することをも特徴とする。例え
ば、２つのコヒーレント電磁波を用いる場合、結晶上で
生じる明暗の干渉縞の間隔（Λ）は、２つのビームの公
差角（θ）、コヒーレント電磁波ビームの中心波長
（λ）を用いて次式のように表すことができる。

【００２０】Λ＝λ／［2 sin(θ／2）］ （３） この干渉縞は、空間的には周期的な擾乱を結晶に与えて
光弾性歪みを生じさせる。その結果、励起回折格子の波
数（ｋ） ｋ＝２π／Λ （４） にほぼ等しい波数を持つフォノンの励起が可能となる。

【００２１】さらに本発明では、請求項８に記するよう
に、請求項４に示された超短パルスコヒーレント電磁波
照射において、特定の格子振動周波数の逆数に相当する
時間間隔（１０〜１０００フェムト秒）を有するパルス
列を照射することにより、特定の格子振動（振動周波数
＝１〜１００ＴＨｚ）を選択的に励起することをも特徴
とする。

【００２２】さらに本発明では、請求項９に記するよう
に、請求項４および請求項５に示されたコヒーレント電
磁波照射において、単一ないし複数のコヒーレント電磁
波ビームを入射することにより、複数のモードの格子振
動を励起することをも特徴とする。

【００２３】さらに本発明では、請求項１０に記するよ
うに、超短パルスコヒーレント電磁波照射において、シ
リコン表面を１０〜１００フェムト秒の短時間の内に溶
融固化することにより、断熱的に極浅ＰＮ接合層の低温
活性化を行うことをも特徴とする。

【００２４】さらに本発明では、請求項１１に記するよ
うに、コヒーレント電磁波照射において、コヒーレント
電磁波照射と同時に、熱平衡状態では不純物元素の活性
化が実用上困難な程度に低い温度（例えば、シリコン単
結晶ウェハーの場合、５００度Ｃ以下）まで基板を加熱
することを特徴とする。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る固体試料のア
ニール方法ならびに半導体不純物ドーピング層形成技術
およびその装置について図面を参照しながら説明する。

【００２６】（第１の実施形態）請求項１〜６、請求項
９および請求項１０に係る本発明の実施例について図１
および図２を用いて説明する。この実施例はシリコン基
板中の不純物に関するものである。図１の様に、不純物
を例えばイオン注入あるいはプラズマドーピングなどに
より導入し、あらかじめ不純物層２を形成したシリコン
基板１に、不純物層２が形成されている表面の側からコ
ヒーレント電磁波３を照射して、固体中のフォノンを直
接励起することにより、熱平衡状態では不純物元素の活
性化が実用上困難な程度に低い温度（例えば、シリコン
単結晶ウェハーの場合、５００度Ｃ以下）にシリコン基
板１を保った状態で、不純物元素の活性化を行う。な
お、この実施例では被処理物をシリコン基板としたが、
シリコン膜等が形成されたガラス材料や高分子材料等の
基板、ないしはＧａＡｓ等の化合物半導体基板を用いる
ことも可能であり、必要に応じてフォトレジスト等のマ
スク材料を使用しても問題はない。

【００２７】コヒーレント電磁波の照射は典型的には以
下の方法を用いた。図２でチャンバー１３内に設置した
試料台１５にシリコン基板等の固体試料１４を置き、コ
ヒーレント電磁波源１１により発生した入射コヒーレン
ト電磁波１６を、照射均一性等を確保する上で必要な所
定の光学部品で構成した照射光学系１２を介することに
より、適当な照射コヒーレント電磁波１７に変換して、
固体試料１４に照射する。チャンバー１３は、不活性ガ
ス（例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン）雰囲気ないし
は1x10^-6Torr（1Torr=133.322Pa）以下の真空度に保っ
た。なお、図１ないし図２に示す実施例においては、被
処理物はあらかじめ不純物層が形成されたシリコン基板
としたが、不純物層を形成する前の基板を用いて、チャ
ンバーに付加したイオン源による不純物層形成、ないし
は、チャンバー内に不純物を含む気体としてジボラン等
を流入して発生した放電中でのプラズマドーピングによ
る不純物層形成と同時にコヒーレント電磁波照射を行っ
ても問題はない。

【００２８】入射コヒーレント電磁波１６には、パルス
幅が１０〜１０００フェムト秒（周波数帯域幅が１〜１
００ＴＨｚ）の超短パルスレーザー光、周波数帯域幅が
１０ＧＨｚ〜１ＴＨｚの連続波出力レーザー光、発振周
波数が１０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚのミリ波帯電磁波を、
単独ないしは複合して用いる。超短パルスレーザー光
は、例えばチタンサファイアレーザー装置をコヒーレン
ト電磁波源１１に用いて発生することが可能である。連
続波出力レーザー光は、例えば半導体レーザー装置をコ
ヒーレント電磁波源１１に用いて発生することが可能で
ある。ミリ波帯電磁波は、ジャイロトロン発振管、クラ
イストロン発振管ないしは進行波管をコヒーレント電磁
波源１１に用いて発生することが可能である。

【００２９】なお、前記の超短パルスレーザー光を用い
た被処理物の不純物層活性化において、パルスレーザー
光照射によって被処理物の最表面近傍が溶融する場合で
あっても、不純物層を含む溶融固化現象は断熱的かつ局
所的に生じるため問題はない。これは、パルス幅が１０
〜１０００フェムト秒の超短パルスでは、被処理物全体
の温度に与える影響は無視できる程度に小さいためであ
る。

【００３０】図３は、単結晶シリコンウェハー基板にボ
ロン不純物をドーズ1x10¹⁵ ions/cm ²導入して形成した
深さ２０ｎｍのｐ型不純物層を活性化するため、前記チ
タンサファイアレーザー装置により発生した超短パルス
レーザー光照射を用いた場合と、従来の赤外線急速加熱
を用いた場合における、ボロン濃度プロファイルであ
る。図３に示す実施例では、窒素ガス雰囲気中におい
て、チタンサファイアレーザー装置を用いて発生した中
心波長８２０ｎｍでパルス幅１５０フェムト秒の超短パ
ルスレーザー光を、２０度Ｃに保った状態で被処理物に
垂直入射した。図３に比較のために示す従来の赤外線急
速加熱では、被処理物の表面温度を１０００度Ｃに１０
秒間維持した。従来の赤外線急速加熱による活性化処理
後のボロン濃度プロファイルは、基板奥部に向かってボ
ロンが熱的に拡散し、形成された接合の深さは４２ｎｍ
で、不純物導入層の厚さの２倍以上となった。これに対
し、超短パルスレーザー光照射を用いた本実施例では、
活性化処理前に比べて基板奥部への顕著な拡散はなく、
接合深さが２０ｎｍの極浅接合が形成されたことが分か
る。この様に前記の構成によれば、被処理物に不純物形
成表面の側からコヒーレント電磁波を照射して、固体中
のフォノンを直接励起することにより、熱平衡状態では
不純物元素の活性化が実用上困難な程度に低い温度（例
えば、シリコン単結晶ウェハーの場合、５００度Ｃ以
下）に被処理物を保った状態で、不純物元素の活性化が
可能である。

【００３１】また、不純物層の低温活性化は、図３の実
施例以外にも、パルス幅が１０〜１０００フェムト秒
（周波数帯域幅が１〜１００ＴＨｚ）の超短パルスレー
ザー光、周波数帯域幅が１０ＧＨｚ〜１ＴＨｚの連続波
出力レーザー光、発振周波数が１０ＧＨｚ〜１００ＧＨ
ｚのミリ波帯電磁波を前記コヒーレント電磁波として、
単独ないしは複合して用いることができる。

【００３２】（第２の実施形態）請求項７の発明に係る
本発明の実施例について図４を用いて説明する。図４
は、複数のコヒーレント電磁波ビームを同時にかつ特定
の角度を持たせて入射する照射方式を用いた実施例を示
す。図４の様に、不純物を例えばイオン注入あるいはプ
ラズマドーピングにより導入し、あらかじめ不純物層２
２を形成したシリコン基板２１に、不純物層２２が形成
されている表面の側から、複数のコヒーレント電磁波ビ
ームを照射する。例えば、２つのコヒーレント電磁波ビ
ームＬ１およびＬ２を用いる場合、２つのビームの公差
角（θ）、コヒーレント電磁波ビームの中心波長（λ）
を用いて、式（３）にしたがう間隔（Λ）を有する干渉
縞が被処理試料の表面上に生じる。この干渉縞は、空間
的には周期的な擾乱を試料表面に与えて光弾性歪みを生
じさせて、式（４）で与えられる励起回折格子の波数
（ｋ）にほぼ等しい波数を有する格子振動を選択的に励
起することが可能である。固体試料表面において、特定
の波数を有するフォノンを直接かつ選択的に励起するこ
とにより、熱平衡状態では不純物元素の活性化が実用上
困難な程度に低い温度（例えば、シリコン単結晶ウェハ
ーの場合、５００度Ｃ以下）にシリコン基板２１を保っ
た状態で、不純物元素の活性化を行うことが可能であ
る。

【００３３】ここで、励起されたフォノンの波数と固体
中での減衰率の関係においては、高波数領域のフォノン
ほど減衰率が大きいことが、フォノンのイメージングに
よる物性研究（参考文献：”フォノンポラリトンの実空
間イメージング”足立 智、R. M. Koehl and K. A. Ne
lson, 日本物理学会誌、第54巻、第5号（1999）pp. 357
-363.）により明らかになっている。このため、励起さ
れたフォノンの波数が大きいほど、被処理物の表面近傍
のより浅い領域に励起エネルギーを付与することが可能
となる。つまり、２つのビームの公差角（θ）、コヒー
レント電磁波ビームの中心波長（λ）を適当に選択し、
特定の波数のフォノンを選択的に励起することにより、
被処理物の表面から基板奥部に向かっての処理領域の厚
さの制御を可能とする効果がある。

【００３４】なお、この実施例では被処理物をシリコン
基板としたが、シリコン膜等が形成されたガラス材料や
高分子材料等の基板、ないしはＧａＡｓ等の化合物半導
体基板を用いることも可能であり、必要に応じてフォト
レジスト等のマスク材料を使用しても問題はない。

【００３５】また、該入射コヒーレント電磁波ビームに
は、パルス幅が１０〜１０００フェムト秒（周波数帯域
幅が１〜１００ＴＨｚ）の超短パルスレーザー光、周波
数帯域幅が１０ＧＨｚ〜１ＴＨｚの連続波出力レーザー
光、発振周波数が１０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚのミリ波帯
電磁波を、単独ないしは複合して用いる。該超短パルス
レーザー光は、例えばチタンサファイアレーザー装置を
に用いて発生することが可能である。該連続波出力レー
ザー光は、例えば半導体レーザー装置を用いて発生する
ことが可能である。該ミリ波帯電磁波は、ジャイロトロ
ン発振管、クライストロン発振管ないしは進行波管を用
いて発生することが可能である。

【００３６】（第３の実施形態）請求項８の発明に係る
本発明の実施例について図５を用いて説明する。図５
は、前記（第１の実施形態）ないし（第２の実施形態）
で示された超短パルスコヒーレント電磁波照射に関わ
り、特定の格子振動周波数の逆数に相当する時間間隔Ｔ
３（１０〜１０００フェムト秒）を有するパルス列を照
射する実施例における、パルスのタイミングチャートを
示す。複数個ＮＰ（図５の例では５個）の超短パルスレ
ーザー光（パルス幅ＰＤ＝１０〜１０００フェムト秒）
を用いて、特定の格子振動周波数の逆数に相当する時間
間隔Ｔ３（１０〜１０００フェムト秒）を有するパルス
列（パルス照射時間：Ｔ２＝Ｔ３ｘＮＰ）を、パルス列
照射周期Ｔ１（パルス列繰返し周波数：１／Ｔ１）ごと
に被処理物の表面に照射する。この様なパルス照射のタ
イミングチャート構成によれば、パルス間隔Ｔ３の逆数
（１／Ｔ３）が特定の格子振動（振動周波数＝１〜１０
０ＴＨｚ）と等しくすることにより、振動周波数が１／
Ｔ３のフォノンを選択的に励起することが可能である。
また、パルス列を用いた固体中での特定の格子振動の選
択的励起については、パルス列に用いられるパルス数の
増加により、特定のフォノンの励起選択性が向上するこ
とがBi_0.31Sb_0.69混晶において実証されている（参考文
献：”フェムト秒領域のコヒーレントフォノンの振舞”
中島真一、長谷宗明、溝口幸司、日本物理学会誌、第53
巻、第8号（1998）pp. 607-611.）。さらに、例えばシ
リコン基板でのｐ型半導体層を形成する場合、Ｓｉ−Ｂ
間の振動モードのみを選択的に選択することにより、ボ
ロン不純物層のみを選択的に励起し、基板奥部に存在す
るシリコン領域への不必要な拡散を抑制する効果があ
る。

【００３７】請求項１１の発明に係る半導体不純物ドー
ピング層形成技術によると、コヒーレント電磁波照射と
同時に、熱平衡状態では不純物元素の活性化が実用上困
難な程度に低い温度（例えば、シリコン単結晶ウェハー
の場合、５００度Ｃ以下）まで基板を加熱することで、
イオン注入あるいはプラズマドーピング等により不純物
層に形成された欠陥の回復が促進されるため、加熱しな
い場合に比べて短時間で所定の不純物層を活性化するこ
とができる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、極浅い半導体不純物ド
ーピング層を精度良く形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るコヒーレント電
磁波照射方法を示す断面図

【図２】第１の実施形態に係るコヒーレント電磁波照射
装置の断面図

【図３】超短パルスレーザー光照射を用いた場合と、赤
外線急速加熱を用いた場合との、ボロン濃度プロファイ
ルを示す図

【図４】本発明の第２の実施形態に係るコヒーレント電
磁波照射方法を示す断面図

【図５】本発明の第３の実施形態に係るパルス列照射す
る実施例におけるパルスのタイミングチャート

【符号の説明】

１ シリコン基板 ２ 不純物層 ３ コヒーレント電磁波

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足立 智 北海道札幌市北区あいの里１条６丁目２番 １号

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固体試料に、電磁波を照射して格子振動
   （フォノン）を直接励起することにより、熱的に非平衡
   な状態で原子、分子及び格子欠陥の振動、再配列及び拡
   散を行うことを特徴とする固体試料のアニール方法。
2. 【請求項２】シリコンウェハー上での半導体形成におい
   て、コヒーレント電磁波を照射して格子振動（フォノ
   ン）を直接励起することにより、熱的に非平衡な状態で
   不純物元素の活性化を行い、極浅接合層の低温活性化を
   行うことを特徴とする半導体不純物ドーピング層形成方
   法。
3. 【請求項３】シリコンウェハーもしくはシリコンを含む
   固体を基板として成される半導体装置形成において、コ
   ヒーレント電磁波を照射して格子振動（フォノン）を直
   接励起することにより、熱的に非平衡な状態で不純物元
   素の活性化を行い、極浅接合層の低温活性化を行うこと
   を特徴とする半導体不純物ドーピング層形成方法。
4. 【請求項４】コヒーレント電磁波照射において、パルス
   幅が１０〜１０００フェムト秒（周波数帯域幅が１〜１
   ００ＴＨｚ）の超短パルスを有するコヒーレント電磁波
   の多重パルス照射を用いることを特徴とする請求項２ま
   たは請求項３に記載の半導体不純物ドーピング層形成方
   法。
5. 【請求項５】コヒーレント電磁波照射において、１０Ｇ
   Ｈｚ〜１ＴＨｚの発振周波数ないしは周波数帯域を有す
   る連続波出力のコヒーレント電磁波を用いることを特徴
   とする請求項２または請求項３に記載の半導体不純物ド
   ーピング層形成方法。
6. 【請求項６】コヒーレント電磁波照射を、不純物元素の
   添加ないし導入プロセスと同時に、あるいは、不純物元
   素の添加ないし導入プロセスの後に行うことを特徴とす
   る請求項４または請求項５に記載の半導体不純物ドーピ
   ング層形成方法。
7. 【請求項７】コヒーレント電磁波照射において、複数の
   コヒーレント電磁波ビームを同時に特定の角度を持たせ
   て入射することにより、シリコンの特定の格子振動を励
   起することを特徴とする請求項４から請求項６のいずれ
   かに記載の半導体不純物ドーピング層形成方法。
8. 【請求項８】超短パルスコヒーレント電磁波照射におい
   て、特定の格子振動周波数の逆数に相当する時間間隔
   （１０〜１０００フェムト秒）を有するパルス列を照射
   することにより、特定の格子振動（振動周波数＝１〜１
   ００ＴＨｚ）を選択的に励起することを特徴とする請求
   項４に記載の半導体不純物ドーピング層形成方法。
9. 【請求項９】コヒーレント電磁波照射において、単一な
   いし複数のコヒーレント電磁波ビームを入射することに
   より、不特定の格子振動を励起することを特徴とする請
   求項４または請求項５に記載の半導体不純物ドーピング
   層形成方法。
10. 【請求項１０】超短パルスコヒーレント電磁波照射にお
    いて、シリコン表面を１０〜１００フェムト秒の短時間
    の内に溶融固化することにより、断熱的に極浅ＰＮ接合
    層の低温活性化を行うことを特徴とする請求項４に記載
    の半導体不純物ドーピング層形成方法。
11. 【請求項１１】コヒーレント電磁波照射において、コヒ
    ーレント電磁波照射と同時に試料を加熱することを特徴
    とする請求項２から請求項１０のいずれかに記載の半導
    体不純物ドーピング層形成方法。