JP2005317767A - 固体試料の表面改質方法、不純物活性化方法、半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体基板21上にゲート絶縁膜23を介してゲート電極24を形成する。そして、半導体基板21におけるゲート電極24以外の領域にパルス幅が10〜1000フェムト秒の超短パルスレーザー光を照射し、非晶質層26aを形成する。次に、半導体基板21に対して非晶質層26aを選択的にエッチングして凹部27を形成し、該凹部27に半導体基板21よりも不純物濃度が高い半導体層28を埋め込み、ソース・ドレイン拡張部31を形成する。また、ゲート電極24およびソース・ドレイン拡張部31以外の領域には、ソース・ドレイン拡張部31よりも深いDeep拡散層30が形成される。
【選択図】 図1
Description
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(非特許文献2,3参照)。
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10〜1000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。
本発明の一実施形態について図2ないし図6に基づいて説明すると以下の通りである。
上記超短パルスレーザー光の照射装置1を用いて、固体試料の表面近傍を改質した一例を示す。本実施例1では、レーザー発生源2として、チタンサファイアレーザー装置を使用した。照射するレーザー光は、波長800nm、パルス幅100フェムト秒、レーザーフルーエンス250mJ/cm2、ショット数10パルス、パルス繰り返し周波数1kHzとした。また、固体試料7として、シリコン単結晶基板を用いた。
本実施例は、上記実施例1とは逆に、非晶質相を結晶質に改質させた例である。上記実施例と同様に、レーザー発生源2として、チタンサファイアレーザー装置を使用した。また、固体試料7として、5keVでGeイオンを注入し、厚み約10nmの非晶質層を表面に形成したシリコン単結晶基板を用いた。
本実施例は、超短パルスレーザー光の照射によるシリコン基板に形成された不純物層の活性化に関するものである。上述したように、活性化された不純物層におけるシート抵抗の低抵抗化が課題となっている。そこで、超短パルスレーザー光の照射によって活性化された不純物層のシート抵抗測定のため、本実施例では、図7に示すような構造を有する検査用素子(Test Element Group:以下、TEGと称する)71を作成した。
まず、N型のシリコン単結晶基板11の表面に幅164μm、間隔200μmの2本の電極領域を除く領域にレジストを形成する。そして、該レジストをマスクにして、イオン注入法により、ボロン不純物を15〜100keVの注入エネルギーで、3〜4×1015イオン/cm2注入する。その後、アニール熱処理を行い、電極領域にP+領域13を形成する。
上記実施形態では、固体試料7に対して、超短パルスレーザー光を照射し、固体試料7の表面を励起状態にして、改質(結晶相から非晶質相への改質など)および不純物層16の活性化を行った。一般に、表面を励起状態とするには、レーザーフルーエンスを増大すればよいが、上述したように、アブレーションが生じて好ましくない。本実施形態は、アブレーションを抑制した上で、さらに、固体試料7の表面の励起をより一層促進する形態である。
超短パルスレーザー光照射により励起された最表面の電子状態あるいはフォノンの振動励起状態の緩和過程を調べるため、反射型ポンプ−プローブ法を用いて固体試料の表面付近における誘電率の時間分解測定を行った。これは、誘電率変化の情報をプローブ信号に含まれる反射率の変化として検知する時間分解測定法であり、固体試料にポンプ光による擾乱を与え、ポンプ光に対して時間差を持つプローブ光(ポンプ光よりも十分弱い強度で照射)の反射率の変化を測定する。
次に、上記実施形態1において説明した結晶相を非晶質化する実施例を利用して、pチャネル型MOSFETを製造する製造方法について説明する。なお、本実施形態は、nチャンネル型MOSFETの製造方法にも適用することができる。
次に、上記実施形態1の実施例3において説明した超短パルスレーザー光の照射による不純物層の活性化を利用して、pチャネル型MOSFETを製造する製造方法について説明する。なお、本実施形態は、nチャンネル型MOSFETの製造方法にも適用することができる。
16 不純物層
21 半導体基板
24 ゲート電極
30・42 Deep拡散層(拡散層)
31 S/D拡張部(ソース・ドレイン拡張部)
32 シリサイド層(電極部)
43 ボロンイオン注入層(不純物層)
Claims (16)
- 固体試料に対して、パルス幅が10〜1000フェムト秒のパルスレーザー光を照射し、前記固体試料の表面層のみを、結晶相から非晶質相に、あるいは、非晶質相から結晶相に改質させることを特徴とする固体試料の表面改質方法。
- パルスレーザー光の照射による前記固体試料のアブレーション率と、前記パルスレーザー光のレーザーフルーエンスとの関係において、レーザーフルーエンスに対するアブレーション率の勾配が最大値を示すときのレーザーフルーエンスをレーザーフルーエンス閾値とし、
前記レーザーフルーエンス閾値以下のレーザーフルーエンスで、固体試料にパルスレーザー光を照射することを特徴とする請求項1に記載の固体試料の表面改質方法。 - 前記固体試料が半導体物質であり、
前記パルスレーザー光の照射の前に、前記半導体物質に電磁波を照射することにより価電子を伝導帯に励起することを特徴とする請求項1に記載の固体試料の表面改質方法。 - 前記電磁波が、前記半導体物質におけるバンドギャップより高いエネルギーに相当する波長を有していることを特徴とする請求項3に記載の固体試料の表面改質方法。
- 前記パルスレーザー光の偏光が円偏光であることを特徴とする請求項1に記載の固体試料の表面改質方法。
- 半導体基板において該半導体基板よりも不純物濃度が高い不純物層が形成されており、
該不純物層にパルス幅が10〜1000フェムト秒のパルスレーザー光を照射して、不純物層を活性化させる不純物活性化方法であって、
前記パルスレーザー光におけるパルス幅、レーザーフルーエンスおよび照射パルス数を含む照射条件を変更することにより、パルスレーザー光照射後の不純物層のシート抵抗を制御することを特徴とする不純物活性化方法。 - 前記パルスレーザー光のパルス幅と、パルスレーザー光照射後の不純物層のシート抵抗との関係において、前記パルス幅に対する前記シート抵抗の勾配が、所定のパルス幅閾値を境に変化し、該パルス幅閾値以下の領域における前記勾配が、パルス幅閾値以上の領域よりも大きく、
前記パルス幅閾値以下のパルス幅で、不純物層にパルスレーザー光を照射することを特徴とする請求項6に記載の不純物活性化方法。 - 前記パルスレーザー光のレーザーフルーエンスとパルスレーザー光照射後の不純物層のシート抵抗との関係において、前記レーザーフルーエンスに対する前記シート抵抗が極小値をとり、
前記シート抵抗が略極小値をとるときのレーザーフルーエンスで、不純物層にパルスレーザー光を照射することを特徴とする請求項6に記載の不純物活性化方法。 - 前記パルスレーザー光の照射パルス数とパルスレーザー光照射後の不純物層のシート抵抗との関係において、前記照射パルス数に対する前記シート抵抗が極小値をとり、
前記シート抵抗が略極小値をとるときの照射パルス数で、不純物層にパルスレーザー光を照射することを特徴とする請求項6に記載の不純物活性化方法。 - 前記パルスレーザー光の照射の前に、前記不純物層に対して電磁波を照射することにより価電子を伝導帯に励起することを特徴とする請求項6から9の何れか1項に記載の不純物活性化方法。
- 前記電磁波が、前記半導体基板におけるバンドギャップより高いエネルギーに相当する波長を有していることを特徴とする請求項10に記載の不純物活性化方法。
- 前記パルスレーザー光の偏光が円偏光であることを特徴とする請求項6から9の何れか1項に記載の不純物活性化方法。
- 前記不純物層が形成される際、あるいは、前記不純物層が形成される前に、該不純物層が形成される領域に半導体原子が添加または導入され、非晶質化されていることを特徴とする請求項6から9の何れか1項に記載の不純物活性化方法。
- 前記半導体基板がシリコンであり、前記半導体原子がシリコンまたはゲルマニウムであることを特徴とする請求項13に記載の不純物活性化方法。
- 半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、該ゲート電極が形成されたチャンネル領域を挟むように、ソース側高濃度不純物領域およびドレイン側高濃度不純物領域が前記半導体基板に形成された半導体装置の製造方法であって、
チャンネル領域とソース側高濃度不純物領域との間、およびチャンネル領域とドレイン側高濃度不純物領域との間に、パルス幅が10〜1000フェムト秒のパルスレーザー光を照射し、非晶質層を形成する非晶質層形成工程と、
前記半導体基板に対して前記非晶質層を選択的にエッチングして凹部を形成する凹部形成工程と、
前記凹部に半導体基板よりも不純物濃度が高い半導体層を埋め込み、ソース・ドレイン拡張部を形成するソース・ドレイン拡張部形成工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、該ゲート電極が形成されたチャンネル領域を挟むように、ソース側高濃度不純物領域およびドレイン側高濃度不純物領域が前記半導体基板に形成された半導体装置の製造方法であって、
チャンネル領域とソース側高濃度不純物領域との間、およびチャンネル領域とドレイン側高濃度不純物領域との間において、所定の深さに不純物元素を注入して不純物層を形成する不純物層形成工程と、
前記不純物層を、請求項6から14の何れか1項に記載の不純物活性化方法により活性化させる不純物層活性化工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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