JP2002141298A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JP2002141298A JP2002141298A JP2000335697A JP2000335697A JP2002141298A JP 2002141298 A JP2002141298 A JP 2002141298A JP 2000335697 A JP2000335697 A JP 2000335697A JP 2000335697 A JP2000335697 A JP 2000335697A JP 2002141298 A JP2002141298 A JP 2002141298A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 局所的に必要以上にエネルギーが供給される
ことなく結晶構造を乱す効果を低減させながら半導体基
板に不純物拡散領域を形成すると共に、半導体基板に注
入して機能領域として用いられる新規な不純物を提供す
る。 【解決手段】 チャンバー１、２内部に挿入された不純
物注入後の半導体基板３にフラッシュランプ８を用いて
インコヒーレントな光を短時間照射することにより不純
物の活性化を行う。Ｉｎ等のＳｉに比較して原子半径の
大きい元素を半導体基板中の不純物拡散領域を形成する
不純物とすることができる。このようなインコヒーレン
トな光を短時間照射するランプには、フラッシュランプ
を用いる。フラッシュランプにはＸｅランプを初め、希
ガスランプ、水銀ランプ、水素ランプなどがある。イン
コヒーレントな光を用いるので多光子過程や干渉などの
エネルギーの過度な強め合いがなくなる。
ことなく結晶構造を乱す効果を低減させながら半導体基
板に不純物拡散領域を形成すると共に、半導体基板に注
入して機能領域として用いられる新規な不純物を提供す
る。 【解決手段】 チャンバー１、２内部に挿入された不純
物注入後の半導体基板３にフラッシュランプ８を用いて
インコヒーレントな光を短時間照射することにより不純
物の活性化を行う。Ｉｎ等のＳｉに比較して原子半径の
大きい元素を半導体基板中の不純物拡散領域を形成する
不純物とすることができる。このようなインコヒーレン
トな光を短時間照射するランプには、フラッシュランプ
を用いる。フラッシュランプにはＸｅランプを初め、希
ガスランプ、水銀ランプ、水素ランプなどがある。イン
コヒーレントな光を用いるので多光子過程や干渉などの
エネルギーの過度な強め合いがなくなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、とくに半導体基板に不純物を注入後にイン
コヒーレントな光を短時間照射して注入された不純物を
活性化する半導体装置の製造方法に関するものである。
方法に関し、とくに半導体基板に不純物を注入後にイン
コヒーレントな光を短時間照射して注入された不純物を
活性化する半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、コンピュータや通信機器の重要部
分には、多数のトランジスタや抵抗等を電気回路を構成
するように結び付けて１チップ状に集積化した大規模集
積回路（ＬＳＩ）が多用されている。このため、機器全
体の性能は、半導体装置であるＬＳＩ単体の性能と大き
く結び付いている。ＬＳＩ単体の性能向上は、集積度を
高めること、つまり半導体装置を構成する素子の微細化
により実現できる。素子の微細化は、例えば、ソース／
ドレイン領域などの不純物拡散領域やゲート絶縁膜直下
のチャネル領域などの機能領域を形成する際のイオン注
入及びその後の熱処理（アニール）を最適化することに
より可能となる。
分には、多数のトランジスタや抵抗等を電気回路を構成
するように結び付けて１チップ状に集積化した大規模集
積回路（ＬＳＩ）が多用されている。このため、機器全
体の性能は、半導体装置であるＬＳＩ単体の性能と大き
く結び付いている。ＬＳＩ単体の性能向上は、集積度を
高めること、つまり半導体装置を構成する素子の微細化
により実現できる。素子の微細化は、例えば、ソース／
ドレイン領域などの不純物拡散領域やゲート絶縁膜直下
のチャネル領域などの機能領域を形成する際のイオン注
入及びその後の熱処理（アニール）を最適化することに
より可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前述したイオン注入後
の熱処理（アニール）というのは、一般に活性化と呼ば
れ、半導体基板中に導入された不純物を電気的にキャリ
アが発生する位置もしくは置換位置に配列するために行
われる。この熱処理（アニール）というのが、以前は１
０００℃、３０分等の条件で行われていた。このような
アニールでは、不純物の活性化と同時に不純物拡散も起
こっていた。そこで、不純物の活性化は行われるものの
拡散ができるだけ起こらないように最小限の時間だけ熱
処理する、１０００℃、１０秒程度の条件によるラピッ
トサーマルアニール（ＲＴＡ）の導入がなされたが、近
年この短時間のアニールでも尚アニール後に不純物の拡
散が起こり、所望の不純物のプロファイルを得ることが
できなくなってきている。そこで、活性化に必要なエネ
ルギーを瞬時に供給する方法としてレーザアニールが検
討されているが、レーザはもともと指向性の良い光なの
で、多光子過程が起こったり、干渉が起こったり、もと
もとの光も単位時間、単位体積当たりのエネルギー密度
が高くなり過ぎて、シリコン半導体基板の表面を溶かし
たり、蒸発、レーザアブレーションとも言える状況を引
き起こしてしまうため、活性化後の半導体基板の表面の
モフォロジーが劣化したりすることが指摘されている。
の熱処理（アニール）というのは、一般に活性化と呼ば
れ、半導体基板中に導入された不純物を電気的にキャリ
アが発生する位置もしくは置換位置に配列するために行
われる。この熱処理（アニール）というのが、以前は１
０００℃、３０分等の条件で行われていた。このような
アニールでは、不純物の活性化と同時に不純物拡散も起
こっていた。そこで、不純物の活性化は行われるものの
拡散ができるだけ起こらないように最小限の時間だけ熱
処理する、１０００℃、１０秒程度の条件によるラピッ
トサーマルアニール（ＲＴＡ）の導入がなされたが、近
年この短時間のアニールでも尚アニール後に不純物の拡
散が起こり、所望の不純物のプロファイルを得ることが
できなくなってきている。そこで、活性化に必要なエネ
ルギーを瞬時に供給する方法としてレーザアニールが検
討されているが、レーザはもともと指向性の良い光なの
で、多光子過程が起こったり、干渉が起こったり、もと
もとの光も単位時間、単位体積当たりのエネルギー密度
が高くなり過ぎて、シリコン半導体基板の表面を溶かし
たり、蒸発、レーザアブレーションとも言える状況を引
き起こしてしまうため、活性化後の半導体基板の表面の
モフォロジーが劣化したりすることが指摘されている。
【０００４】また、シリコン半導体基板に導入する不純
物もＢ、Ｐ、Ａｓ等だけではなく、質量数が高く同じ加
速エネルギーによるイオン注入でもよりシャープな分布
を持たせることができるＳｂ、Ｉｎ、Ｇａなどの検討が
されている。しかし、これらの物質はシリコンに比べ原
子半径が大きく、シリコンの置換位置に入ることで大き
くシリコン結晶をゆがめてしまう。また、とくにこの中
のＩｎなどは固溶限も低いために、なかなか発生しない
という問題がある。本発明は、このような事情によりな
されたものであり、局所的に必要以上にエネルギーが供
給されることなく結晶構造を乱す効果を低減させながら
半導体基板に不純物拡散領域を形成すると共に、半導体
基板に注入して機能領域として用いられることが可能な
新規な不純物を提供する。
物もＢ、Ｐ、Ａｓ等だけではなく、質量数が高く同じ加
速エネルギーによるイオン注入でもよりシャープな分布
を持たせることができるＳｂ、Ｉｎ、Ｇａなどの検討が
されている。しかし、これらの物質はシリコンに比べ原
子半径が大きく、シリコンの置換位置に入ることで大き
くシリコン結晶をゆがめてしまう。また、とくにこの中
のＩｎなどは固溶限も低いために、なかなか発生しない
という問題がある。本発明は、このような事情によりな
されたものであり、局所的に必要以上にエネルギーが供
給されることなく結晶構造を乱す効果を低減させながら
半導体基板に不純物拡散領域を形成すると共に、半導体
基板に注入して機能領域として用いられることが可能な
新規な不純物を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、不純物注入後
の半導体基板にインコヒーレントな光を短時間照射する
ことにより不純物の活性化を行うことを特徴とする。ま
た、インジウム（Ｉｎ）などシリコンに比較して原子半
径の大きい元素を半導体基板中の不純物拡散領域を形成
する不純物とすることに特徴がある。従来ラピッドサー
マルアニール（ＲＴＡ）で活性化のために少なくとも数
秒、６５０℃を越える高温になっていた時間を、光のパ
ルスという方法を用いることにより、非常に短時間にす
るため、余分なエネルギーの注入が低減される。このた
め、不純物の活性化は起こっても不純物が拡散する時間
が少なく、従来よりも活性化後の不純物の分布が活性化
前の分布に近いものになる。このようなインコヒーレン
トな光を短時間照射するランプには、フラッシュランプ
を用いる。フラッシュランプにはＸｅランプを初め、希
ガスランプ、水銀ランプ、水素ランプなどがある。
の半導体基板にインコヒーレントな光を短時間照射する
ことにより不純物の活性化を行うことを特徴とする。ま
た、インジウム（Ｉｎ）などシリコンに比較して原子半
径の大きい元素を半導体基板中の不純物拡散領域を形成
する不純物とすることに特徴がある。従来ラピッドサー
マルアニール（ＲＴＡ）で活性化のために少なくとも数
秒、６５０℃を越える高温になっていた時間を、光のパ
ルスという方法を用いることにより、非常に短時間にす
るため、余分なエネルギーの注入が低減される。このた
め、不純物の活性化は起こっても不純物が拡散する時間
が少なく、従来よりも活性化後の不純物の分布が活性化
前の分布に近いものになる。このようなインコヒーレン
トな光を短時間照射するランプには、フラッシュランプ
を用いる。フラッシュランプにはＸｅランプを初め、希
ガスランプ、水銀ランプ、水素ランプなどがある。
【０００６】また、従来短い時間でアニールする方法で
は、パルスレーザーが用いられていたが、レーザーはコ
ヒーレンシーが良く、尖頭値が高いことから、単位時間
単位空間密度あたりのエネルギーが高くなり、半導体基
板の蒸発や溶解を引き起こしていたが、本発明ではイン
コヒーレントな光を用いるので多光子過程や干渉などの
エネルギーの過度な強め合いがなくなり、局所的に必要
以上にエネルギーが供給されることがなくなって、溶解
などの半導体基板の結晶構造を乱す効果を低減できる。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板に不純物
を注入する工程と、前記半導体基板に主たる波長の広が
りが１μｍ以下であるインコヒーレントな光を１秒以下
照射して前記注入された不純物を活性化させ、この不純
物で構成される不純物拡散領域を形成する工程とを備え
たことを特徴としている。前記光の光源は、フラッシュ
ランプであるようにしても良い。
は、パルスレーザーが用いられていたが、レーザーはコ
ヒーレンシーが良く、尖頭値が高いことから、単位時間
単位空間密度あたりのエネルギーが高くなり、半導体基
板の蒸発や溶解を引き起こしていたが、本発明ではイン
コヒーレントな光を用いるので多光子過程や干渉などの
エネルギーの過度な強め合いがなくなり、局所的に必要
以上にエネルギーが供給されることがなくなって、溶解
などの半導体基板の結晶構造を乱す効果を低減できる。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板に不純物
を注入する工程と、前記半導体基板に主たる波長の広が
りが１μｍ以下であるインコヒーレントな光を１秒以下
照射して前記注入された不純物を活性化させ、この不純
物で構成される不純物拡散領域を形成する工程とを備え
たことを特徴としている。前記光の光源は、フラッシュ
ランプであるようにしても良い。
【０００７】前記半導体基板は、前記インコヒーレント
な光を照射する前に６５０℃以下、好ましくは６００℃
以下で予備加熱しておくようにしても良い。このよう
に、半導体基板が固相成長をほとんど始めない条件で熱
エネルギーを供給することによって、光のエネルギーだ
けでは運動量がほとんど注入されないため、活性化が運
動量の変化も伴う場合、光だけで活性化を行おうとする
と光の照射でエネルギーで状態の変わった電子が緩和す
る過程で放出する熱と照射した光を足し合わせることで
活性化が起こる。そこでこれをより円滑に行うために、
予め予備加熱をして熱を与えておくことでより短時間の
活性化処理を行うことが可能になる。前記インコヒーレ
ントな光を照射する工程は、アルゴン、窒素、酸素の内
いずれかの雰囲気中で行うようにしても良い。活性化の
間半導体基板をＡｒ雰囲気にしておくことにより、半導
体基板表面に窒素や酸素が存在することで活性化が阻害
されたりするのを低減し、高い活性化率が実現できる。
また、活性化の間半導体基板を窒素雰囲気にしておくこ
とにより、活性化中の酸化が防がれる。また、活性化の
間半導体基板を酸素雰囲気にしておくことにより、半導
体基板表面にホウ素などが強く引き寄せられ、半導体基
板おくまで拡散することが防がれる。
な光を照射する前に６５０℃以下、好ましくは６００℃
以下で予備加熱しておくようにしても良い。このよう
に、半導体基板が固相成長をほとんど始めない条件で熱
エネルギーを供給することによって、光のエネルギーだ
けでは運動量がほとんど注入されないため、活性化が運
動量の変化も伴う場合、光だけで活性化を行おうとする
と光の照射でエネルギーで状態の変わった電子が緩和す
る過程で放出する熱と照射した光を足し合わせることで
活性化が起こる。そこでこれをより円滑に行うために、
予め予備加熱をして熱を与えておくことでより短時間の
活性化処理を行うことが可能になる。前記インコヒーレ
ントな光を照射する工程は、アルゴン、窒素、酸素の内
いずれかの雰囲気中で行うようにしても良い。活性化の
間半導体基板をＡｒ雰囲気にしておくことにより、半導
体基板表面に窒素や酸素が存在することで活性化が阻害
されたりするのを低減し、高い活性化率が実現できる。
また、活性化の間半導体基板を窒素雰囲気にしておくこ
とにより、活性化中の酸化が防がれる。また、活性化の
間半導体基板を酸素雰囲気にしておくことにより、半導
体基板表面にホウ素などが強く引き寄せられ、半導体基
板おくまで拡散することが防がれる。
【０００８】前記インコヒーレントな光を照射する工程
は、１Ｐａ以下の減圧状態で行うようにしても良い。ま
た、前記インコヒーレントな光を照射する工程におい
て、前記光源と前記半導体基板との間に光学的フィルタ
を配置するようにしても良い。これを配置することによ
り活性化に効率よく用いられている波長帯を優先的に用
いることによって、半導体基板に照射するエネルギーを
低減し、結果的に基板全体が準熱平衡状態で到達する温
度を低減することが可能になるので、より不純物の再分
布化を防ぐことが可能になる。また、前記インコヒーレ
ントな光を照射する工程において、前記光源と前記半導
体基板との間に光学的開口部を持つマスクを配置するよ
うにしても良い。これを配置することにより、図９に示
す様な半導体基板中の限られた領域のみを活性化するこ
とが可能になり、かつ、光によって注入されるエネルギ
ーを適当に保つことで準熱平衡状態での半導体基板全体
の温度を６５０℃以下、好ましくは６００℃以下に保つ
ことが可能になって半導体基板上の一部分を選択的に活
性化したりしなかったりすることが可能になる。これに
より、プロセスの大幅な低減が可能になる。
は、１Ｐａ以下の減圧状態で行うようにしても良い。ま
た、前記インコヒーレントな光を照射する工程におい
て、前記光源と前記半導体基板との間に光学的フィルタ
を配置するようにしても良い。これを配置することによ
り活性化に効率よく用いられている波長帯を優先的に用
いることによって、半導体基板に照射するエネルギーを
低減し、結果的に基板全体が準熱平衡状態で到達する温
度を低減することが可能になるので、より不純物の再分
布化を防ぐことが可能になる。また、前記インコヒーレ
ントな光を照射する工程において、前記光源と前記半導
体基板との間に光学的開口部を持つマスクを配置するよ
うにしても良い。これを配置することにより、図９に示
す様な半導体基板中の限られた領域のみを活性化するこ
とが可能になり、かつ、光によって注入されるエネルギ
ーを適当に保つことで準熱平衡状態での半導体基板全体
の温度を６５０℃以下、好ましくは６００℃以下に保つ
ことが可能になって半導体基板上の一部分を選択的に活
性化したりしなかったりすることが可能になる。これに
より、プロセスの大幅な低減が可能になる。
【０００９】本発明の半導体装置の製造方法は、ｐ型半
導体基板上にゲート絶縁膜及びこの絶縁膜上にゲート電
極を形成する工程と、前記半導体基板の表面領域にｎ型
ソース領域、ｎ型ドレイン領域及びこれら領域の互いに
対向する先端部に接しているｎ型エクステンション領域
を形成する工程と、前記半導体基板に、前記ゲート絶縁
膜の直下にこのゲート絶縁膜とは離隔してこれより深い
位置にあり、前記エクステンション領域間及び前記ソー
ス／ドレイン領域間に配置され、且つ前記半導体基板よ
り不純物濃度の高いｐ型不純物拡散領域を形成する工程
とを備え、前記ｐ型不純物拡散領域は前記半導体基板に
インジウムを注入する工程と、前記半導体基板に主たる
波長の広がりが１μｍ以下であるインコヒーレントな光
を１秒以下、好まししくは０．１秒以下、さらに好まし
くは０．０１秒以下、照射して前記注入されたインジウ
ムを活性化させこのインジウムで構成される不純物拡散
領域を形成する工程とにより得られることを特徴として
いる。照射時間が短い程半導体基板の結晶を痛めず、拡
散を抑止することが良好になる。
導体基板上にゲート絶縁膜及びこの絶縁膜上にゲート電
極を形成する工程と、前記半導体基板の表面領域にｎ型
ソース領域、ｎ型ドレイン領域及びこれら領域の互いに
対向する先端部に接しているｎ型エクステンション領域
を形成する工程と、前記半導体基板に、前記ゲート絶縁
膜の直下にこのゲート絶縁膜とは離隔してこれより深い
位置にあり、前記エクステンション領域間及び前記ソー
ス／ドレイン領域間に配置され、且つ前記半導体基板よ
り不純物濃度の高いｐ型不純物拡散領域を形成する工程
とを備え、前記ｐ型不純物拡散領域は前記半導体基板に
インジウムを注入する工程と、前記半導体基板に主たる
波長の広がりが１μｍ以下であるインコヒーレントな光
を１秒以下、好まししくは０．１秒以下、さらに好まし
くは０．０１秒以下、照射して前記注入されたインジウ
ムを活性化させこのインジウムで構成される不純物拡散
領域を形成する工程とにより得られることを特徴として
いる。照射時間が短い程半導体基板の結晶を痛めず、拡
散を抑止することが良好になる。
【００１０】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
ｐ型半導体基板上にゲート絶縁膜及びこの絶縁膜上にゲ
ート電極を形成する工程と、前記半導体基板の表面領域
にｎ型ソース領域、ｎ型ドレイン領域及びこれら領域の
互いに対向する先端部に接しているｎ型エクステンショ
ン領域を形成する工程と、前記半導体基板に、前記エク
ステンション領域の下に配置され、前記エクステンショ
ン領域及び前記ソース領域間、前記エクステンション領
域及び前記ドレイン領域間に接し、且つ前記半導体基板
より不純物濃度の高いｐ型不純物拡散領域を形成する工
程とを備え、前記ｐ型不純物拡散領域は前記半導体基板
にインジウムを注入する工程と、前記半導体基板に主た
る波長の広がりが１μｍ以下であるインコヒーレントな
光を１秒以下照射して前記注入されたインジウムを活性
化させてこのインジウムで構成される不純物拡散領域を
形成する工程とにより得られることを特徴としている。
ｐ型半導体基板上にゲート絶縁膜及びこの絶縁膜上にゲ
ート電極を形成する工程と、前記半導体基板の表面領域
にｎ型ソース領域、ｎ型ドレイン領域及びこれら領域の
互いに対向する先端部に接しているｎ型エクステンショ
ン領域を形成する工程と、前記半導体基板に、前記エク
ステンション領域の下に配置され、前記エクステンショ
ン領域及び前記ソース領域間、前記エクステンション領
域及び前記ドレイン領域間に接し、且つ前記半導体基板
より不純物濃度の高いｐ型不純物拡散領域を形成する工
程とを備え、前記ｐ型不純物拡散領域は前記半導体基板
にインジウムを注入する工程と、前記半導体基板に主た
る波長の広がりが１μｍ以下であるインコヒーレントな
光を１秒以下照射して前記注入されたインジウムを活性
化させてこのインジウムで構成される不純物拡散領域を
形成する工程とにより得られることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して発明の実施
の形態を説明する。まず、図１及び図２を参照して第１
の実施例を説明する。図１は、本発明を実施する熱処理
装置の概略断面図、図２は、基板に注入されたインジウ
ム（Ｉｎ）を活性化する従来及び本発明の方法による活
性化率を示す特性図である。図１に示すように、熱処理
装置は、ＯＨ基の濃度が低い石英ガラスからなる上部１
及び下部２からなるチャンバーを有している。チャンバ
ー内部には所定の領域にイオン注入されたインジウム不
純物を有する基板３が搭載されている。チャンバーの下
側には基板予備加熱用ランプハウス６であり、ハロゲン
ランプが配置されている。チャンバー上部にはＸｅラン
プなどのフラッシュランプハウス８が配置されている。
図１に示すように、チャンバー内部に搭載され、Ｉｎイ
オンが注入された半導体基板３の上側、下側をＡｒ雰囲
気に保つべく、Ａｒガスをガス導入口４から導入し、ガ
ス排気口５からこのガスを排出させる。そして、チャン
バー中の半導体基板３の裏面からハロゲンランプからな
るランプハウス６で４００℃の予備加熱をしておく。こ
の状態を維持しながらＸｅランプなどの１μｍ以下の主
たる波長の広がりを持つフラッシュランプを照射エネル
ギー２０Ｊｃｍ2 、照射時間２．３ｍｓｅｃの条件で半
導体基板３を照射し、インジウム（Ｉｎ）不純物を活性
化させる。
の形態を説明する。まず、図１及び図２を参照して第１
の実施例を説明する。図１は、本発明を実施する熱処理
装置の概略断面図、図２は、基板に注入されたインジウ
ム（Ｉｎ）を活性化する従来及び本発明の方法による活
性化率を示す特性図である。図１に示すように、熱処理
装置は、ＯＨ基の濃度が低い石英ガラスからなる上部１
及び下部２からなるチャンバーを有している。チャンバ
ー内部には所定の領域にイオン注入されたインジウム不
純物を有する基板３が搭載されている。チャンバーの下
側には基板予備加熱用ランプハウス６であり、ハロゲン
ランプが配置されている。チャンバー上部にはＸｅラン
プなどのフラッシュランプハウス８が配置されている。
図１に示すように、チャンバー内部に搭載され、Ｉｎイ
オンが注入された半導体基板３の上側、下側をＡｒ雰囲
気に保つべく、Ａｒガスをガス導入口４から導入し、ガ
ス排気口５からこのガスを排出させる。そして、チャン
バー中の半導体基板３の裏面からハロゲンランプからな
るランプハウス６で４００℃の予備加熱をしておく。こ
の状態を維持しながらＸｅランプなどの１μｍ以下の主
たる波長の広がりを持つフラッシュランプを照射エネル
ギー２０Ｊｃｍ2 、照射時間２．３ｍｓｅｃの条件で半
導体基板３を照射し、インジウム（Ｉｎ）不純物を活性
化させる。
【００１２】この活性化処理によって、図２に示すよう
に、従来の方法に比べ高い活性化率を得ることが可能に
なる。図２は、従来及び本発明（第１の実施例）による
半導体基板に注入されたインジウム不純物の活性化方法
によるインジウムの活性化率を示す特性図であり、縦軸
に活性化率（％）が示されている。従来例として、９０
０℃、３０分及び１０００℃、３０分の条件で行うアニ
ール処理、９００℃、１０秒及び１０００℃、１０秒３
０分の条件で行うＲＴＡアニール処理を比較すると、こ
れら従来の方法では活性化率が２０％前後であり、十分
な活性化が得られないが、本発明ではインジウム（Ｉ
ｎ）の活性化率は、８０％に近くの高い値が得られる。
この様に、この実施例では、従来ＲＴＡ法で活性化のた
めに少なくとも数秒、６５０℃を越える高温になってい
た時間を、光のパルスを照射するという方法を用いるこ
とにより、非常に短時間に処理が完了するので余分なエ
ネルギーの注入が低減され、その結果不純物の活性化は
起こっても不純物が拡散する時間が少なく、従来よりも
活性化後の不純物の分布が活性化前の分布に近いものに
なる。また、半導体基板に注入された不純物の活性化率
が著しく高くなるので、従来は用いることができなかっ
た不純物でも十分実用化されるので、使用する不純物の
選択幅が広がった。
に、従来の方法に比べ高い活性化率を得ることが可能に
なる。図２は、従来及び本発明（第１の実施例）による
半導体基板に注入されたインジウム不純物の活性化方法
によるインジウムの活性化率を示す特性図であり、縦軸
に活性化率（％）が示されている。従来例として、９０
０℃、３０分及び１０００℃、３０分の条件で行うアニ
ール処理、９００℃、１０秒及び１０００℃、１０秒３
０分の条件で行うＲＴＡアニール処理を比較すると、こ
れら従来の方法では活性化率が２０％前後であり、十分
な活性化が得られないが、本発明ではインジウム（Ｉ
ｎ）の活性化率は、８０％に近くの高い値が得られる。
この様に、この実施例では、従来ＲＴＡ法で活性化のた
めに少なくとも数秒、６５０℃を越える高温になってい
た時間を、光のパルスを照射するという方法を用いるこ
とにより、非常に短時間に処理が完了するので余分なエ
ネルギーの注入が低減され、その結果不純物の活性化は
起こっても不純物が拡散する時間が少なく、従来よりも
活性化後の不純物の分布が活性化前の分布に近いものに
なる。また、半導体基板に注入された不純物の活性化率
が著しく高くなるので、従来は用いることができなかっ
た不純物でも十分実用化されるので、使用する不純物の
選択幅が広がった。
【００１３】次に、図３を参照して第２の実施例を説明
する。図３は、シリコン半導体層が形成されたＳＯＩ(S
ilicon On Insulator)などに用いられる半導体基板の断
面図である。シリコン半導体基板１１の上にはシリコン
酸化膜などの絶縁膜１０が形成され、その上にシリコン
単結晶の半導体層９が形成されている。第１の実施例に
おいて、インジウムが注入された半導体基板１１を予備
加熱をしないでフラッシュランプにより照射すると、Ｓ
ＯＩの様に絶縁膜１０上に１μｍ以下の薄い半導体層９
がある場合、波長が１μｍ程度の時には、フラッシュラ
ンプから供給されたエネルギーのうちの大部分がこの半
導体層９の領域で吸収される。第２の実施例では、絶縁
膜１０は、半導体基板に比べて断熱効果があるため、フ
ラッシュランプの光から供給されたエネルギーは、半導
体層９の領域に主にとどまり、効率良く活性化に寄与で
きるため、予備加熱をなくして少ないエネルギーで効率
良く活性化することが可能になる。
する。図３は、シリコン半導体層が形成されたＳＯＩ(S
ilicon On Insulator)などに用いられる半導体基板の断
面図である。シリコン半導体基板１１の上にはシリコン
酸化膜などの絶縁膜１０が形成され、その上にシリコン
単結晶の半導体層９が形成されている。第１の実施例に
おいて、インジウムが注入された半導体基板１１を予備
加熱をしないでフラッシュランプにより照射すると、Ｓ
ＯＩの様に絶縁膜１０上に１μｍ以下の薄い半導体層９
がある場合、波長が１μｍ程度の時には、フラッシュラ
ンプから供給されたエネルギーのうちの大部分がこの半
導体層９の領域で吸収される。第２の実施例では、絶縁
膜１０は、半導体基板に比べて断熱効果があるため、フ
ラッシュランプの光から供給されたエネルギーは、半導
体層９の領域に主にとどまり、効率良く活性化に寄与で
きるため、予備加熱をなくして少ないエネルギーで効率
良く活性化することが可能になる。
【００１４】次に、図８を参照して第３の実施例を説明
する。図８は、本発明を実施する熱処理装置の概略断面
図である。この実施例は、フラッシュランプと半導体基
板の間に光学フィルターを１枚以上挿入することに特徴
があり、この熱処理装置を使用して第１の実施例と同じ
様に半導体基板に注入されたインジウムの活性化処理を
行う。図８に示すように、熱処理装置は、ＯＨ基の濃度
が低い石英ガラスからなる上部及び下部を有するチャン
バー２７を備えている。チャンバー２７内部には所定の
領域にイオン注入されたインジウム不純物を有する半導
体基板２６が搭載されている。チャンバー２７の下側に
はハロゲンランプを用いた基板予備加熱用ランプハウス
４５が配置されている。チャンバー上部にはＸｅランプ
などのフラッシュランプ３５が配置されている。チャン
バー内部の半導体基板２６の上側、下側をＡｒ雰囲気に
保つべく、Ａｒガスをガス導入口から導入し、ガス排気
口からこのガスを排出させる。そして、チャンバー２７
中の半導体基板２６の裏面からハロゲンランプからなる
ランプハウス４５で４００℃の予備加熱をしておく。こ
の状態を維持しながらＸｅランプなどの１μｍ以下の主
たる波長の広がりを持つフラッシュランプ３５を照射エ
ネルギー２０Ｊｃｍ2 、照射時間２３ｍｓｅｃの条件で
半導体基板２６を照射し、Ｉｎ不純物を活性化させる。
このとき、フラッシュランプ３５と半導体基板２６の間
に光学フィルター２８を１枚以上挿入する。活性化に効
率よくエネルギーを供給する波長を選択的に供給するこ
とができるので、余分なエネルギーの照射を押さえ、余
剰に供給されたエネルギーが熱に変わり、不純物を拡散
させることを抑制する。
する。図８は、本発明を実施する熱処理装置の概略断面
図である。この実施例は、フラッシュランプと半導体基
板の間に光学フィルターを１枚以上挿入することに特徴
があり、この熱処理装置を使用して第１の実施例と同じ
様に半導体基板に注入されたインジウムの活性化処理を
行う。図８に示すように、熱処理装置は、ＯＨ基の濃度
が低い石英ガラスからなる上部及び下部を有するチャン
バー２７を備えている。チャンバー２７内部には所定の
領域にイオン注入されたインジウム不純物を有する半導
体基板２６が搭載されている。チャンバー２７の下側に
はハロゲンランプを用いた基板予備加熱用ランプハウス
４５が配置されている。チャンバー上部にはＸｅランプ
などのフラッシュランプ３５が配置されている。チャン
バー内部の半導体基板２６の上側、下側をＡｒ雰囲気に
保つべく、Ａｒガスをガス導入口から導入し、ガス排気
口からこのガスを排出させる。そして、チャンバー２７
中の半導体基板２６の裏面からハロゲンランプからなる
ランプハウス４５で４００℃の予備加熱をしておく。こ
の状態を維持しながらＸｅランプなどの１μｍ以下の主
たる波長の広がりを持つフラッシュランプ３５を照射エ
ネルギー２０Ｊｃｍ2 、照射時間２３ｍｓｅｃの条件で
半導体基板２６を照射し、Ｉｎ不純物を活性化させる。
このとき、フラッシュランプ３５と半導体基板２６の間
に光学フィルター２８を１枚以上挿入する。活性化に効
率よくエネルギーを供給する波長を選択的に供給するこ
とができるので、余分なエネルギーの照射を押さえ、余
剰に供給されたエネルギーが熱に変わり、不純物を拡散
させることを抑制する。
【００１５】次に、第４の実施例を説明する。この実施
例では図１に示す熱処理装置を参照する。熱処理装置
は、チャンバーを有し、チャンバー内部には所定の領域
にイオン注入されたインジウム不純物を有する半導体基
板３が搭載されている。チャンバーの下側には基板予備
加熱用ランプハウスであり、ハロゲンランプ６が配置さ
れている。チャンバー上部にはＸｅランプなどのフラッ
シュランプ８が配置されている。そして、チャンバー内
部に搭載され、Ｉｎイオンが注入された半導体基板３の
上側、下側をＮ2 雰囲気に保つべく、Ｎ2 ガスをガス導
入口４から導入し、ガス排気口５からこのガスを排出さ
せる。そして、チャンバー中の半導体基板３の裏面から
ハロゲンランプからなるランプハウス６で４００℃の予
備加熱をしておく。この状態を維持しながらＸｅランプ
などの１μｍ以下の主たる波長の広がりを持つフラッシ
ュランプ８を照射エネルギー２０Ｊｃｍ2 、照射時間２
３ｍｓｅｃの条件で半導体基板３を照射し、Ｉｎ不純物
を活性化させる（図１参照）。この活性化処理によっ
て、従来の方法に比べ高い活性化率を得ることが可能に
なる。また、活性化処理の間半導体基板を窒素雰囲気に
しておくので活性化中の酸化を防止することができる。
例では図１に示す熱処理装置を参照する。熱処理装置
は、チャンバーを有し、チャンバー内部には所定の領域
にイオン注入されたインジウム不純物を有する半導体基
板３が搭載されている。チャンバーの下側には基板予備
加熱用ランプハウスであり、ハロゲンランプ６が配置さ
れている。チャンバー上部にはＸｅランプなどのフラッ
シュランプ８が配置されている。そして、チャンバー内
部に搭載され、Ｉｎイオンが注入された半導体基板３の
上側、下側をＮ2 雰囲気に保つべく、Ｎ2 ガスをガス導
入口４から導入し、ガス排気口５からこのガスを排出さ
せる。そして、チャンバー中の半導体基板３の裏面から
ハロゲンランプからなるランプハウス６で４００℃の予
備加熱をしておく。この状態を維持しながらＸｅランプ
などの１μｍ以下の主たる波長の広がりを持つフラッシ
ュランプ８を照射エネルギー２０Ｊｃｍ2 、照射時間２
３ｍｓｅｃの条件で半導体基板３を照射し、Ｉｎ不純物
を活性化させる（図１参照）。この活性化処理によっ
て、従来の方法に比べ高い活性化率を得ることが可能に
なる。また、活性化処理の間半導体基板を窒素雰囲気に
しておくので活性化中の酸化を防止することができる。
【００１６】次に、第５の実施例を説明する。この実施
例では図１に示す熱処理装置を参照する。熱処理装置
は、チャンバーを有し、チャンバー内部には所定の領域
にイオン注入されたインジウム不純物を有する半導体基
板３が搭載されている。チャンバーの下側には基板予備
加熱用ランプハウスであり、ハロゲンランプ６が配置さ
れている。チャンバー上部にはＸｅランプなどのフラッ
シュランプ８が配置されている。そして、チャンバー内
部に搭載され、Ｉｎイオンが注入された半導体基板３の
上側、下側をＯ2 雰囲気に保つべく、Ｏ2 ガスをガス導
入口４から導入し、ガス排気口５からこのガスを排出さ
せる。そして、チャンバー中の半導体基板３の裏面から
ハロゲンランプからなるランプハウス６で４００℃の予
備加熱をしておく。この状態を維持しながらＸｅランプ
などの１μｍ以下の主たる波長の広がりを持つフラッシ
ュランプ８を照射エネルギー２０Ｊｃｍ2 、照射時間２
３ｍｓｅｃの条件で半導体基板３を照射し、Ｉｎ不純物
を活性化させる（図１参照）。この活性化処理によっ
て、従来の方法に比べ高い活性化率を得ることが可能に
なる。また、活性化処理の間半導体基板を酸素雰囲気に
しておくので、半導体基板表面にホウ素などが強く引き
寄せられるので半導体基板の深くまで拡散することが防
止される。
例では図１に示す熱処理装置を参照する。熱処理装置
は、チャンバーを有し、チャンバー内部には所定の領域
にイオン注入されたインジウム不純物を有する半導体基
板３が搭載されている。チャンバーの下側には基板予備
加熱用ランプハウスであり、ハロゲンランプ６が配置さ
れている。チャンバー上部にはＸｅランプなどのフラッ
シュランプ８が配置されている。そして、チャンバー内
部に搭載され、Ｉｎイオンが注入された半導体基板３の
上側、下側をＯ2 雰囲気に保つべく、Ｏ2 ガスをガス導
入口４から導入し、ガス排気口５からこのガスを排出さ
せる。そして、チャンバー中の半導体基板３の裏面から
ハロゲンランプからなるランプハウス６で４００℃の予
備加熱をしておく。この状態を維持しながらＸｅランプ
などの１μｍ以下の主たる波長の広がりを持つフラッシ
ュランプ８を照射エネルギー２０Ｊｃｍ2 、照射時間２
３ｍｓｅｃの条件で半導体基板３を照射し、Ｉｎ不純物
を活性化させる（図１参照）。この活性化処理によっ
て、従来の方法に比べ高い活性化率を得ることが可能に
なる。また、活性化処理の間半導体基板を酸素雰囲気に
しておくので、半導体基板表面にホウ素などが強く引き
寄せられるので半導体基板の深くまで拡散することが防
止される。
【００１７】次に、第６の実施例を説明する。この実施
例では図１に示す熱処理装置を参照する。熱処理装置
は、チャンバーを有し、チャンバー内部には所定の領域
にイオン注入されたインジウム不純物を有する半導体基
板３が搭載されている。チャンバーの下側には基板予備
加熱用ランプハウスであり、ハロゲンランプ６が配置さ
れている。チャンバー上部にはＸｅランプなどのフラッ
シュランプ８が配置されている。そして、チャンバー内
部に搭載され、Ｉｎイオンが注入された半導体基板３の
上側、下側をＡｒ雰囲気に保つべく、Ａｒガスをガス導
入口４から導入し、ガス排気口５からこのガスを排出さ
せる。また、チャンバー内部は、１Ｐａ以下に減圧にし
ている。そして、チャンバー中の半導体基板３の裏面か
らハロゲンランプからなるランプハウス６で４００℃の
予備加熱をしておく。この状態を維持しながらＸｅラン
プなどの１μｍ以下の主たる波長の広がりを持つフラッ
シュランプ８を照射エネルギー２０Ｊｃｍ2 、照射時間
２３ｍｓｅｃの条件で半導体基板３を照射し、Ｉｎ不純
物を活性化させる（図１参照）。この活性化処理によっ
て、従来の方法に比べ高い活性化率を得ることが可能に
なる。また、チャンバー内を１Ｐａ以下の減圧にして活
性化処理を行ので、必要なエネルギーを光で効率よく供
給することができ、余剰のエネルギーの半導体基板への
流入を抑えることが可能になる。また、半導体基板の温
度上昇や降温に時間がかかることを抑止することができ
る。
例では図１に示す熱処理装置を参照する。熱処理装置
は、チャンバーを有し、チャンバー内部には所定の領域
にイオン注入されたインジウム不純物を有する半導体基
板３が搭載されている。チャンバーの下側には基板予備
加熱用ランプハウスであり、ハロゲンランプ６が配置さ
れている。チャンバー上部にはＸｅランプなどのフラッ
シュランプ８が配置されている。そして、チャンバー内
部に搭載され、Ｉｎイオンが注入された半導体基板３の
上側、下側をＡｒ雰囲気に保つべく、Ａｒガスをガス導
入口４から導入し、ガス排気口５からこのガスを排出さ
せる。また、チャンバー内部は、１Ｐａ以下に減圧にし
ている。そして、チャンバー中の半導体基板３の裏面か
らハロゲンランプからなるランプハウス６で４００℃の
予備加熱をしておく。この状態を維持しながらＸｅラン
プなどの１μｍ以下の主たる波長の広がりを持つフラッ
シュランプ８を照射エネルギー２０Ｊｃｍ2 、照射時間
２３ｍｓｅｃの条件で半導体基板３を照射し、Ｉｎ不純
物を活性化させる（図１参照）。この活性化処理によっ
て、従来の方法に比べ高い活性化率を得ることが可能に
なる。また、チャンバー内を１Ｐａ以下の減圧にして活
性化処理を行ので、必要なエネルギーを光で効率よく供
給することができ、余剰のエネルギーの半導体基板への
流入を抑えることが可能になる。また、半導体基板の温
度上昇や降温に時間がかかることを抑止することができ
る。
【００１８】次に、図４及び図５を参照して第７の実施
例を説明する。図４は、イオン注入装置とこの装置内に
フラッシュランプの光を導入するシステムを説明する半
導体製造装置の概略模式図、図５は、イオン注入装置と
本発明の方法を実施する熱処理装置とを密閉状態で接続
する半導体製造装置の概略模式図である。この実施例
は、第６の実施例をシステム的に説明するものであり、
熱処理装置内の詳細な説明は既に行ったので省略する。
図４において、イオン注入装置のチャンバー１３は、半
導体基板を搭載するイオン注入装置と、可動光学的反射
板１４を備えている。チャンバー１３の側壁には石英ガ
ラス窓１６が設けられている。チャンバー１３の外部に
設置されたフラッシュランプ導入ロッド１５から導入さ
れ、フラッシュランプより発生したインコヒーレントな
光が石英ガラス窓１６からチャンバー１３の内部に導入
されて可動光学的反射板１４で反射してシリコンなどの
半導体基板１２表面に照射されるように構成されてい
る。また、図５において、不純物が注入された半導体基
板を加熱し、且つこの不純物をフラッシュランプにより
活性化する熱処理装置１７は、真空搬送チャンバー１９
に密閉状態で接続されている。また、この真空搬送チャ
ンバー１９は、イオン注入チャンバー１８に密閉状態で
接続されている。
例を説明する。図４は、イオン注入装置とこの装置内に
フラッシュランプの光を導入するシステムを説明する半
導体製造装置の概略模式図、図５は、イオン注入装置と
本発明の方法を実施する熱処理装置とを密閉状態で接続
する半導体製造装置の概略模式図である。この実施例
は、第６の実施例をシステム的に説明するものであり、
熱処理装置内の詳細な説明は既に行ったので省略する。
図４において、イオン注入装置のチャンバー１３は、半
導体基板を搭載するイオン注入装置と、可動光学的反射
板１４を備えている。チャンバー１３の側壁には石英ガ
ラス窓１６が設けられている。チャンバー１３の外部に
設置されたフラッシュランプ導入ロッド１５から導入さ
れ、フラッシュランプより発生したインコヒーレントな
光が石英ガラス窓１６からチャンバー１３の内部に導入
されて可動光学的反射板１４で反射してシリコンなどの
半導体基板１２表面に照射されるように構成されてい
る。また、図５において、不純物が注入された半導体基
板を加熱し、且つこの不純物をフラッシュランプにより
活性化する熱処理装置１７は、真空搬送チャンバー１９
に密閉状態で接続されている。また、この真空搬送チャ
ンバー１９は、イオン注入チャンバー１８に密閉状態で
接続されている。
【００１９】この実施例では、図４に示すように、チャ
ンバー１３内で半導体基板１２にインジウムなどの不純
物を注入後、同じチャンバー１３内でフラッシュランプ
から発生したインコヒーレントな光を外部から導入して
半導体基板１２に注入された不純物の活性化を行う。も
しくは、図５に示すように、イオン注入チャンバー１８
においてイオン注入後、大気圧にさらすことなく、半導
体基板を真空搬送チャンバー１９を用いて移動させ、熱
処理装置１７においてフラッシュランプの光で不純物を
活性化させる。このように密閉状態で工程及び工程間の
移動を行うため、大気に触れるために起こる基板表面の
汚染が軽減されたり、イオン注入のための真空引きと、
真空中でのフラッシュアニールのための真空引きを２回
ではなく、１回で済ますことが可能になり、プロセス時
間が短縮できる。
ンバー１３内で半導体基板１２にインジウムなどの不純
物を注入後、同じチャンバー１３内でフラッシュランプ
から発生したインコヒーレントな光を外部から導入して
半導体基板１２に注入された不純物の活性化を行う。も
しくは、図５に示すように、イオン注入チャンバー１８
においてイオン注入後、大気圧にさらすことなく、半導
体基板を真空搬送チャンバー１９を用いて移動させ、熱
処理装置１７においてフラッシュランプの光で不純物を
活性化させる。このように密閉状態で工程及び工程間の
移動を行うため、大気に触れるために起こる基板表面の
汚染が軽減されたり、イオン注入のための真空引きと、
真空中でのフラッシュアニールのための真空引きを２回
ではなく、１回で済ますことが可能になり、プロセス時
間が短縮できる。
【００２０】次に、図６及び図７、図９を参照して第８
の実施例を説明する。図６は、本発明を実施する熱処理
装置の概略断面図、図７は、部分的遮光板が近接して配
置された半導体基板の平面図、図９は、部分的遮光板に
より部分的に活性化された領域を有する半導体基板の斜
視図である。この実施例は、フラッシュランプと半導体
基板の間に光学的な開口部を挿入することに特徴があ
り、この熱処理装置を使用して第１の実施例と同じ様に
半導体基板に注入されたインジウムの活性化処理を行
う。図６に示すように、熱処理装置は、ＯＨ基の濃度が
低い石英ガラスからなる上部及び下部を有するチャンバ
ー２１を備えている。チャンバー２１の内部には所定の
領域にイオン注入されたインジウム不純物を有する半導
体基板２０が搭載されている。チャンバー２１の下側に
はハロゲンランプを用いる基板予備加熱用ランプハウス
４５が配置されている。チャンバー上部にはＸｅランプ
などのフラッシュランプ３４が配置されている。チャン
バー内部の半導体基板２１の上側、下側をＡｒ雰囲気に
保つべく、Ａｒガスをガス導入口から導入し、ガス排気
口からこのガスを排出させる。そして、チャンバー２１
内部の半導体基板２１の裏面からハロゲンランプからな
るランプハウス４５で４００℃の予備加熱をしておく。
この状態を維持しながらＸｅランプなどの１μｍ以下の
主たる波長の広がりを持つフラッシュランプ３４を照射
エネルギー２０Ｊｃｍ2 、照射時間２３ｍｓｅｃの条件
で半導体基板２１を照射し、インジウム不純物を活性化
させる。
の実施例を説明する。図６は、本発明を実施する熱処理
装置の概略断面図、図７は、部分的遮光板が近接して配
置された半導体基板の平面図、図９は、部分的遮光板に
より部分的に活性化された領域を有する半導体基板の斜
視図である。この実施例は、フラッシュランプと半導体
基板の間に光学的な開口部を挿入することに特徴があ
り、この熱処理装置を使用して第１の実施例と同じ様に
半導体基板に注入されたインジウムの活性化処理を行
う。図６に示すように、熱処理装置は、ＯＨ基の濃度が
低い石英ガラスからなる上部及び下部を有するチャンバ
ー２１を備えている。チャンバー２１の内部には所定の
領域にイオン注入されたインジウム不純物を有する半導
体基板２０が搭載されている。チャンバー２１の下側に
はハロゲンランプを用いる基板予備加熱用ランプハウス
４５が配置されている。チャンバー上部にはＸｅランプ
などのフラッシュランプ３４が配置されている。チャン
バー内部の半導体基板２１の上側、下側をＡｒ雰囲気に
保つべく、Ａｒガスをガス導入口から導入し、ガス排気
口からこのガスを排出させる。そして、チャンバー２１
内部の半導体基板２１の裏面からハロゲンランプからな
るランプハウス４５で４００℃の予備加熱をしておく。
この状態を維持しながらＸｅランプなどの１μｍ以下の
主たる波長の広がりを持つフラッシュランプ３４を照射
エネルギー２０Ｊｃｍ2 、照射時間２３ｍｓｅｃの条件
で半導体基板２１を照射し、インジウム不純物を活性化
させる。
【００２１】図７に示すように、半導体基板２０とフラ
ッシュランプ３４との間に光学的な開口部（透過領域）
２５及び遮光領域２４を持ち、フラッシュランプの光を
一部分だけ透過させて、光が照射された部分のみ活性化
を行う部分的遮光板２２を挿入する。半導体基板中の限
られた領域のみを活性化することが可能になり、且つ光
によって注入されるエネルギーを適当に保つことにより
準熱平衡状態での半導体基板全体の温度を６５０℃以下
に保つことが可能になり、半導体基板上の一部分を選択
的に活性化したり或いはしなかったりすることが可能に
なる。このことによりプロセスの大幅な低減が可能にな
る。例えば、図９は、活性化処理を行った半導体基板で
ある。部分的遮光板の透過領域（開口部）３３に当たる
領域３１は、活性化され、遮光領域３２に当たる領域
は、非活性化領域３０として存在している。
ッシュランプ３４との間に光学的な開口部（透過領域）
２５及び遮光領域２４を持ち、フラッシュランプの光を
一部分だけ透過させて、光が照射された部分のみ活性化
を行う部分的遮光板２２を挿入する。半導体基板中の限
られた領域のみを活性化することが可能になり、且つ光
によって注入されるエネルギーを適当に保つことにより
準熱平衡状態での半導体基板全体の温度を６５０℃以下
に保つことが可能になり、半導体基板上の一部分を選択
的に活性化したり或いはしなかったりすることが可能に
なる。このことによりプロセスの大幅な低減が可能にな
る。例えば、図９は、活性化処理を行った半導体基板で
ある。部分的遮光板の透過領域（開口部）３３に当たる
領域３１は、活性化され、遮光領域３２に当たる領域
は、非活性化領域３０として存在している。
【００２２】次に、図１０を参照して第９の実施例を説
明する。図１０は、本発明の活性化処理を実施する熱処
理装置の概略断面図である。図１０に示すように、熱処
理装置は、ＯＨ基の濃度が低い石英ガラスからなる上部
３６及び下部３７から構成されたチャンバーを有してい
る。チャンバー内部には所定の領域にイオン注入された
インジウム不純物を有する基板３８が搭載されている。
チャンバーの下側には基板予備加熱用ランプハウス４１
であり、ハロゲンランプが配置されている。チャンバー
上部には石英ロッド４２を介してＸｅランプなどのフラ
ッシュランプハウス４３が配置されている。チャンバー
内部に搭載され、Ｉｎイオンが注入された半導体基板３
８の上側、下側をＡｒ雰囲気に保つべく、Ａｒガスをガ
ス導入口３９から導入し、ガス排気口４０からこのガス
を排出させる。そして、チャンバー中の半導体基板３８
の裏面からハロゲンランプからなるランプハウス４１で
４００℃の予備加熱をしておく。この状態を維持しなが
らＸｅランプなどの１μｍ以下の主たる波長の広がりを
持つフラッシュランプの光を照射エネルギー２０Ｊｃｍ
2 、照射時間２．３ｍｓｅｃの条件で半導体基板３８に
照射し、インジウム（Ｉｎ）不純物を活性化させる。こ
の活性化処理によって、従来の方法に比べ高い活性化率
を得ることが可能になる。この実施例では石英ロッドを
用いているが、石英ロッドは、フラッシュランプの光を
ガイドするものであり、これを用いると面内均一性の優
れた半導体基板が得られる。
明する。図１０は、本発明の活性化処理を実施する熱処
理装置の概略断面図である。図１０に示すように、熱処
理装置は、ＯＨ基の濃度が低い石英ガラスからなる上部
３６及び下部３７から構成されたチャンバーを有してい
る。チャンバー内部には所定の領域にイオン注入された
インジウム不純物を有する基板３８が搭載されている。
チャンバーの下側には基板予備加熱用ランプハウス４１
であり、ハロゲンランプが配置されている。チャンバー
上部には石英ロッド４２を介してＸｅランプなどのフラ
ッシュランプハウス４３が配置されている。チャンバー
内部に搭載され、Ｉｎイオンが注入された半導体基板３
８の上側、下側をＡｒ雰囲気に保つべく、Ａｒガスをガ
ス導入口３９から導入し、ガス排気口４０からこのガス
を排出させる。そして、チャンバー中の半導体基板３８
の裏面からハロゲンランプからなるランプハウス４１で
４００℃の予備加熱をしておく。この状態を維持しなが
らＸｅランプなどの１μｍ以下の主たる波長の広がりを
持つフラッシュランプの光を照射エネルギー２０Ｊｃｍ
2 、照射時間２．３ｍｓｅｃの条件で半導体基板３８に
照射し、インジウム（Ｉｎ）不純物を活性化させる。こ
の活性化処理によって、従来の方法に比べ高い活性化率
を得ることが可能になる。この実施例では石英ロッドを
用いているが、石英ロッドは、フラッシュランプの光を
ガイドするものであり、これを用いると面内均一性の優
れた半導体基板が得られる。
【００２３】次に、図１１及び図１２を参照して第１０
の実施例を説明する。図１１及び図１２は、ＭＯＳトラ
ンジスタが形成された半導体基板の断面図である。シリ
コンなどからなるｐ−半導体基板５０の表面領域にｎ＋
ソース／ドレイン領域５１が形成されている。ソース／
ドレイン領域の互いに対向する先端部分にはエクステン
ション(extension) 領域５２が形成されており、２つの
エクステンション領域５２間の最表面領域は、ｎチャネ
ル領域５４である。ソース／ドレイン領域５１間の上に
ゲート絶縁膜５６を介してゲート電極５８が形成されて
いる。ゲート電極５８は、窒化シリコン膜などの側壁絶
縁膜５７により被覆されている。最表面領域のチャネル
領域５４の直下は、基板より濃度の高いｐ不純物拡散領
域５３が形成されている（図１１（ａ）参照）。ソース
／ドレイン領域５１に沿ってエクステンション領域５２
の直下には基板より濃度の高いｐハロドーピング(halo
doping) 領域５５が形成されている（図１１（ｂ））。
これらｐ不純物拡散領域５３及びハロドーピング領域５
５にはインジウム（Ｉｎ）が不純物として用いられてい
る。
の実施例を説明する。図１１及び図１２は、ＭＯＳトラ
ンジスタが形成された半導体基板の断面図である。シリ
コンなどからなるｐ−半導体基板５０の表面領域にｎ＋
ソース／ドレイン領域５１が形成されている。ソース／
ドレイン領域の互いに対向する先端部分にはエクステン
ション(extension) 領域５２が形成されており、２つの
エクステンション領域５２間の最表面領域は、ｎチャネ
ル領域５４である。ソース／ドレイン領域５１間の上に
ゲート絶縁膜５６を介してゲート電極５８が形成されて
いる。ゲート電極５８は、窒化シリコン膜などの側壁絶
縁膜５７により被覆されている。最表面領域のチャネル
領域５４の直下は、基板より濃度の高いｐ不純物拡散領
域５３が形成されている（図１１（ａ）参照）。ソース
／ドレイン領域５１に沿ってエクステンション領域５２
の直下には基板より濃度の高いｐハロドーピング(halo
doping) 領域５５が形成されている（図１１（ｂ））。
これらｐ不純物拡散領域５３及びハロドーピング領域５
５にはインジウム（Ｉｎ）が不純物として用いられてい
る。
【００２４】従来インジウムは、濃度が上げられないの
で半導体基板に注入される不純物としては用いられてい
なかった。しかし、インジウムは、重いのでアズインプ
ラのプロファイルが急峻になり、熱処理工程での拡散を
抑え、高濃度活性化ができれば小さなデバイスに適した
不純物ドーパントになり得る。本発明は、このような可
能性を実現させたものである。インジウムは、ボロンよ
り急峻なプロファイルを実現させることができる。しか
し、従来の熱による活性化では余り高い活性化率は得ら
れない。そこで、本発明を用いることにより十分な活性
化率と、急峻なプロファイルを得ることが可能になる。
例えば、チャネル領域５４の最表層から数ｎｍのところ
から急峻に立ち上がるような不純物分布を有するｐ不純
物拡散領域５３を形成することが可能になり、トランジ
スタ特性が向上する（図１１（ａ）参照）。また、図１
１（ｂ）に示すハロドーピング領域５５は、不純物分布
のプロセスウインドウが狭いことが知られている。そこ
で、本発明のように、インジウムをフラッシュランプの
光で活性化することにより局所的に分布させることがで
きるようになってトランジスタ特性が向上する。
で半導体基板に注入される不純物としては用いられてい
なかった。しかし、インジウムは、重いのでアズインプ
ラのプロファイルが急峻になり、熱処理工程での拡散を
抑え、高濃度活性化ができれば小さなデバイスに適した
不純物ドーパントになり得る。本発明は、このような可
能性を実現させたものである。インジウムは、ボロンよ
り急峻なプロファイルを実現させることができる。しか
し、従来の熱による活性化では余り高い活性化率は得ら
れない。そこで、本発明を用いることにより十分な活性
化率と、急峻なプロファイルを得ることが可能になる。
例えば、チャネル領域５４の最表層から数ｎｍのところ
から急峻に立ち上がるような不純物分布を有するｐ不純
物拡散領域５３を形成することが可能になり、トランジ
スタ特性が向上する（図１１（ａ）参照）。また、図１
１（ｂ）に示すハロドーピング領域５５は、不純物分布
のプロセスウインドウが狭いことが知られている。そこ
で、本発明のように、インジウムをフラッシュランプの
光で活性化することにより局所的に分布させることがで
きるようになってトランジスタ特性が向上する。
【００２５】以上、本発明は、従来ラピッドサーマルア
ニール（ＲＴＡ）で活性化のために少なくとも数秒、６
５０℃を越える高温になっていた時間を、光のパルスと
いう方法で、非常に短時間で与えるため、余分なエネル
ギーの注入が低減される。このため不純物の活性化は、
起こっても、不純物が拡散する時間が少なく、従来より
も活性化後の不純物の分布が活性化前の分布に近いもの
になる。また、従来短い時間でアニールすると言うこと
でパルスレーザーが用いられていたが、レーザーはコヒ
ーレンシーが良く、尖頭値が高いことから、単位時間、
単位空間密度当たりのエネルギーが高くなり、半導体基
板の蒸発や溶解を引き起こしていた。しかし、本発明の
様にインコヒーレントな光におきかえることにより多光
子過程や干渉などのエネルギーの過度な強め合いがなく
なり、局所的に必要以上にエネルギーが供給されること
がなくなって溶解など半導体基板の結晶構造を乱す効果
を低減できる。
ニール（ＲＴＡ）で活性化のために少なくとも数秒、６
５０℃を越える高温になっていた時間を、光のパルスと
いう方法で、非常に短時間で与えるため、余分なエネル
ギーの注入が低減される。このため不純物の活性化は、
起こっても、不純物が拡散する時間が少なく、従来より
も活性化後の不純物の分布が活性化前の分布に近いもの
になる。また、従来短い時間でアニールすると言うこと
でパルスレーザーが用いられていたが、レーザーはコヒ
ーレンシーが良く、尖頭値が高いことから、単位時間、
単位空間密度当たりのエネルギーが高くなり、半導体基
板の蒸発や溶解を引き起こしていた。しかし、本発明の
様にインコヒーレントな光におきかえることにより多光
子過程や干渉などのエネルギーの過度な強め合いがなく
なり、局所的に必要以上にエネルギーが供給されること
がなくなって溶解など半導体基板の結晶構造を乱す効果
を低減できる。
【００２６】
【発明の効果】本発明は、以上の構成により、従来ラピ
ッドサーマルアニール（ＲＴＡ）で活性化のために少な
くとも数秒、６５０℃を越える高温になっていた時間を
光のパルスという方法で、非常に短時間で与えるため、
余分なエネルギーの注入が低減される。このため、不純
物の活性化は起こっても、不純物が拡散する時間が少な
く、拡散が起きないので、従来よりも活性化後の不純物
の分布が活性化前の分布に近いものになる。また、イン
コヒーレントな光を用いることにより多光子過程や干渉
などのエネルギーの過度な強め合いがなくなり、局所的
に必要以上にエネルギーが供給されることがなく、溶解
など半導体基板の結晶構造を乱す効果を低減させること
ができる。
ッドサーマルアニール（ＲＴＡ）で活性化のために少な
くとも数秒、６５０℃を越える高温になっていた時間を
光のパルスという方法で、非常に短時間で与えるため、
余分なエネルギーの注入が低減される。このため、不純
物の活性化は起こっても、不純物が拡散する時間が少な
く、拡散が起きないので、従来よりも活性化後の不純物
の分布が活性化前の分布に近いものになる。また、イン
コヒーレントな光を用いることにより多光子過程や干渉
などのエネルギーの過度な強め合いがなくなり、局所的
に必要以上にエネルギーが供給されることがなく、溶解
など半導体基板の結晶構造を乱す効果を低減させること
ができる。
【図１】本発明を実施する熱処理装置の概略断面図。
【図２】基板に注入されたインジウム（Ｉｎ）を活性化
する従来及び本発明の方法による活性化率を示す特性
図。
する従来及び本発明の方法による活性化率を示す特性
図。
【図３】本発明を説明するシリコン半導体層が形成され
たＳＯＩなどに用いられる半導体基板の断面図。
たＳＯＩなどに用いられる半導体基板の断面図。
【図４】イオン注入装置とこの装置内にフラッシュラン
プの光を導入するシステムを説明する本発明の半導体製
造装置の概略模式図。
プの光を導入するシステムを説明する本発明の半導体製
造装置の概略模式図。
【図５】本発明の方法を実施する熱処理装置とイオン注
入装置とを密閉状態で接続する半導体製造装置の概略模
式図。
入装置とを密閉状態で接続する半導体製造装置の概略模
式図。
【図６】本発明を実施する熱処理装置の概略断面図。
【図７】本発明を実施する部分的遮光板が近接して配置
された半導体基板の平面図。
された半導体基板の平面図。
【図８】本発明を実施する熱処理装置の概略断面図。
【図９】図７に示す部分的遮光板により部分的に活性化
された領域を有する半導体基板の斜視図。
された領域を有する半導体基板の斜視図。
【図１０】本発明を実施する熱処理装置の概略断面図。
【図１１】本発明の方法を実施する半導体装置の断面
図。
図。
１、３６・・・チャンバー上部、 ２、３７・・・チ
ャンバー下部、３、１１、１２、２０、３８、５０・・
・半導体基板、４、３９・・・ガス導入口、 ５、４
０・・・ガス排出口、６、４５・・・基板予備加熱用ラ
ンプハウス、８、４３・・・フラッシュランプ、 ９
・・・シリコン層、１０・・・シリコン酸化膜、 １
３・・・イオン注入チャンバー、１４・・・可動光学的
反射板、１５・・・フラッシュランプ導入ロッド、
１６・・・石英ガラス窓、１７・・・フラッシュランプ
活性化装置チャンバー、１８・・・イオン注入装置チャ
ンバー、 １９・・・真空搬送チャンバー、２１、２
７、３７・・・半導体基板保持チャンバー、２２・・・
部分的遮光板、 ２４、３２・・・遮光領域、２５、
３３・・・透過領域（開口部）、 ２８・・・光学的
フィルター、３０・・・非活性化領域、 ３１・・・
活性化領域、３４、３５・・・フラッシュランプ、
４２・・・石英ロッド、５１・・・ソース／ドレイン領
域、 ５２・・・エクステンション領域、５３・・・
ｐ不純物拡散領域、 ５４・・・チャネル領域、５５
・・・ハロドーピング領域、 ５６・・・ゲート絶縁
膜、５７・・・側壁絶縁膜、 ５８・・・ゲート電
極。
ャンバー下部、３、１１、１２、２０、３８、５０・・
・半導体基板、４、３９・・・ガス導入口、 ５、４
０・・・ガス排出口、６、４５・・・基板予備加熱用ラ
ンプハウス、８、４３・・・フラッシュランプ、 ９
・・・シリコン層、１０・・・シリコン酸化膜、 １
３・・・イオン注入チャンバー、１４・・・可動光学的
反射板、１５・・・フラッシュランプ導入ロッド、
１６・・・石英ガラス窓、１７・・・フラッシュランプ
活性化装置チャンバー、１８・・・イオン注入装置チャ
ンバー、 １９・・・真空搬送チャンバー、２１、２
７、３７・・・半導体基板保持チャンバー、２２・・・
部分的遮光板、 ２４、３２・・・遮光領域、２５、
３３・・・透過領域（開口部）、 ２８・・・光学的
フィルター、３０・・・非活性化領域、 ３１・・・
活性化領域、３４、３５・・・フラッシュランプ、
４２・・・石英ロッド、５１・・・ソース／ドレイン領
域、 ５２・・・エクステンション領域、５３・・・
ｐ不純物拡散領域、 ５４・・・チャネル領域、５５
・・・ハロドーピング領域、 ５６・・・ゲート絶縁
膜、５７・・・側壁絶縁膜、 ５８・・・ゲート電
極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須黒 恭一 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 5F040 DC01 EM02 EM03 FA07 FB04 FC00 FC14
Claims (9)
- 【請求項１】 半導体基板に不純物を注入する工程と、 前記半導体基板に主たる波長の広がりが１μｍ以下であ
るインコヒーレントな光を１秒以下照射して前記注入さ
れた不純物を活性化させ、この不純物で構成される不純
物拡散領域を形成する工程とを備えたことを特徴とする
半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記光の光源は、フラッシュランプであ
ることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造
方法。 - 【請求項３】 前記半導体基板は、前記インコヒーレン
トな光を照射する前に６５０℃以下で予備加熱しておく
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体
装置の製造方法。 - 【請求項４】 前記インコヒーレントな光を照射する工
程は、アルゴン、窒素、酸素の内いずれかの雰囲気中で
行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか
に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 前記インコヒーレントな光を照射する工
程は、１Ｐａ以下の減圧状態で行うことを特徴とする請
求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項６】 前記インコヒーレントな光を照射する工
程において、前記光源と前記半導体基板との間に光学的
フィルタを配置することを特徴とする請求項１乃至請求
項５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項７】 前記インコヒーレントな光を照射する工
程において、前記光源と前記半導体基板との間に光学的
開口部を持つマスクを配置することを特徴とする請求項
１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項８】 ｐ型半導体基板上にゲート絶縁膜及びこ
の絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、 前記半導体基板の表面領域にｎ型ソース領域、ｎ型ドレ
イン領域及びこれら領域の互いに対向する先端部に接し
ているｎ型エクステンション領域を形成する工程と、 前記半導体基板に、前記ゲート絶縁膜の直下にこのゲー
ト絶縁膜とは離隔してこれより深い位置にあり、前記エ
クステンション領域間及び前記ソース／ドレイン領域間
に配置され、且つ前記半導体基板より不純物濃度の高い
ｐ型不純物拡散領域を形成する工程とを備え、 前記ｐ型不純物拡散領域は、前記半導体基板にインジウ
ムを注入する工程と、前記半導体基板に主たる波長の広
がりが１μｍ以下であるインコヒーレントな光を１秒以
下照射して前記注入されたインジウムを活性化させ、こ
のインジウムで構成される不純物拡散領域を形成する工
程とにより得られることを特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項９】 ｐ型半導体基板上にゲート絶縁膜及びこ
の絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、 前記半導体基板の表面領域にｎ型ソース領域、ｎ型ドレ
イン領域及びこれら領域の互いに対向する先端部に接し
ているｎ型エクステンション領域を形成する工程と、 前記半導体基板に、前記エクステンション領域の下に配
置され、前記エクステンション領域及び前記ソース領域
間、前記エクステンション領域及び前記ドレイン領域間
に接し、且つ前記半導体基板より不純物濃度の高いｐ型
不純物拡散領域を形成する工程とを備え、 前記ｐ型不純物拡散領域は、前記半導体基板にインジウ
ムを注入する工程と、前記半導体基板に主たる波長の広
がりが１μｍ以下であるインコヒーレントな光を１秒以
下照射して前記注入されたインジウムを活性化させて、
このインジウムで構成される不純物拡散領域を形成する
工程とにより得られることを特徴とする半導体装置の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000335697A JP2002141298A (ja) | 2000-11-02 | 2000-11-02 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000335697A JP2002141298A (ja) | 2000-11-02 | 2000-11-02 | 半導体装置の製造方法 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007159899A Division JP2007274007A (ja) | 2007-06-18 | 2007-06-18 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002141298A true JP2002141298A (ja) | 2002-05-17 |
Family
ID=18811395
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000335697A Pending JP2002141298A (ja) | 2000-11-02 | 2000-11-02 | 半導体装置の製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2002141298A (ja) |
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| US7501332B2 (en) | 2004-04-05 | 2009-03-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Doping method and manufacturing method for a semiconductor device |
| USRE43229E1 (en) | 2003-04-03 | 2012-03-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for manufacturing semiconductor device, including multiple heat treatment |
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-
2000
- 2000-11-02 JP JP2000335697A patent/JP2002141298A/ja active Pending
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