JP2006245338A - 電界効果型トランジスタの製造方法 - Google Patents

電界効果型トランジスタの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 電界効果型トランジスタの短チャネル効果を効果的に抑制しつつ、製造安定性を向上させる。
【解決手段】 シリコン基板１０１に、第一導電型の第一不純物と反対導電型のハロー不純物をイオン注入した後、第一導電型の第一不純物をイオン注入し、第一不純物が注入された領域に、シリコン基板１０１を溶融させない条件でレーザ光を照射することにより、ｐ型ハロー領域１１３およびｎ型エクステンション領域１１１を形成する。その後、第一導電型の第二不純物をシリコン基板１０１にイオン注入し、第二不純物が注入された領域に、シリコン基板１０１を溶融させない条件でレーザ光を照射することにより、ｎ型ソース・ドレイン領域１０９を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電界効果型トランジスタの製造方法に関する。
電界効果型トランジスタのさらなる高速動作を実現するため、電界効果型トランジスタのゲート長の微細化及びソース・ドレイン領域のシャロー化等の技術開発が進められている。こうした技術として、特許文献１に記載のものがある。
特許文献１には、ＭＯＳトランジスタの製造工程のうち、イオン注入後のアニールの際に、注入不純物の拡散に伴う再分布が発生し、ゲート長の微細化、ソース・ドレインのシャロー化を実現するには、再分布による不純物の拡がりを抑制する必要があることが記載されている。また、注入不純物の拡散に伴う再分布の要因として、近年、過渡増速拡散現象（Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ：ＴＥＤ）が問題となっており、ＴＥＤは、イオン注入で導入された半導体基板中の点欠陥に起因するもので、不純物の再分布が比較的低温で発生する現象であることが記載されている。
そして、特許文献１によれば、イオン注入後のアニール温度に対する不純物の再拡散長特性を考慮したアニール温度の設定、および、イオン注入の順序を決定することにより、ゲート電極側壁膜の形成に伴う熱処理により生じるソース・ドレイン領域における不純物プロファイルの変化が少なく、ＴＥＤによる不純物の拡散およびそれに伴う短チャンネル効果を抑制したＭＯＳトランジスタが得られるとされている。
また、技術分野は異なるが、特許文献２には、ＭＯＳトランジスタを製造する際に、基板にイオン注入された不純物の活性化にコヒーレント光照射を用いる技術が記載されている。
特開２００４−２５３４４６号公報 特開２００４−１５８６２７号公報
ところが、上記特許文献１に記載の技術について本発明者が検討したところ、このＭＯＳトランジスタにおいても、短チャネル効果抑制に優れた半導体装置を安定的に製造する観点で、なおも改善の余地があることが明らかになった。
そこで本発明者は、上記特許文献１に記載の技術において、トランジスタの短チャネル効果が生じる原因について検討した。その結果、以下のことが見出された。まず、特許文献１においては、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）により半導体基板を加熱し、イオン注入欠陥の除去工程を行っている。この方法は、原理的に、少なからずとも不純物の拡散を伴うので、短チャネル効果の劣化が生じる懸念があり、製造安定性の点で改善の余地があった。
本発明者は、上述した点を解決するために鋭意検討を行った。その結果、レーザアニールを用いた欠陥除去アニールを所定の条件で実施することにより、トランジスタの短チャネル効果を効果的に抑制しつつ、製造安定性を向上させることができることを見出し、本発明に至った。
本発明によれば、
半導体基板の素子形成面にゲート電極を形成し、その周囲の前記半導体基板に、第一導電型の不純物をイオン注入する工程と、
第一導電型の不純物をイオン注入する前記工程の後、前記第一導電型の不純物が注入された領域に、前記半導体基板を溶融させない条件でレーザ光を照射してレーザアニールを行う工程と、
レーザアニールを行う前記工程の後、前記半導体基板を加熱処理することにより、不純物注入領域の前記不純物を活性化する工程と、
を含むことを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法が提供される。
本発明の電界効果型トランジスタの製造方法においては、第一導電型の不純物をイオン注入する工程の後、不純物注入領域の不純物を活性化する加熱処理工程の前に、第一導電型の不純物が注入された領域に、半導体基板を溶融させない条件でレーザ光を照射してレーザアニールが行われる。この方法によれば、イオン注入によって生じた不純物導入領域の格子欠陥を、加熱処理前に確実に除去しておくことができる。このため、加熱処理時に、イオン注入で導入された半導体基板中の点欠陥に起因して、不純物の再分布が生じることを抑制できる。よって、電界効果型トランジスタのゲート長を小さくした場合にも、短チャネル効果の発生を抑制することができる。このため、電界効果型トランジスタの閾値電圧（Ｖth）の低下を抑制し、トランジスタとしての特性を向上させることができる。
また、本発明の製造方法においては、半導体基板を溶融させない条件でレーザ光を照射する。このため、溶融後の再結晶により生じる格子欠陥を除去するための加熱工程が不要となる。さらに、第一導電型の不純物が注入された領域にレーザ光を照射することにより、イオン注入欠陥が存在する領域を選択的に加熱することができる。よって、簡素な方法で安定的に格子欠陥を除去することができる。
また、本発明によれば、
半導体基板の素子形成面にゲート電極を形成し、その周囲の前記素子形成面にハロー領域およびエクステンション領域を設ける工程と、
ハロー領域およびエクステンション領域を設ける前記工程の後、前記半導体基板にソース・ドレイン領域を設ける工程と、を含み、
ハロー領域およびエクステンション領域を設ける前記工程が、
前記半導体基板に前記第一導電型の第一不純物をイオン注入する第一イオン注入工程と、
前記第一イオン注入工程の後、前記第一不純物が注入された領域に、前記半導体基板を溶融させない条件でレーザ光を照射する第一レーザアニール工程と、
を含み、
ソース・ドレイン領域を設ける前記工程が、
前記第一レーザアニール工程の後、前記半導体基板に前記第一導電型の第二不純物をイオン注入する第二イオン注入工程と、
前記第二イオン注入工程の後、前記第二不純物が注入された領域に、前記半導体基板を溶融させない条件でレーザ光を照射する第二レーザアニール工程と、
を含むことを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法が提供される。
本発明の電界効果型トランジスタの製造方法においては、ハロー領域およびエクステンション領域を設ける工程ならびにソース・ドレイン領域を設ける工程のそれぞれにおいて、イオン注入工程の後、レーザアニール工程が行われる。この方法によれば、ハロー領域およびエクステンション領域の形成時に、イオン注入によって生じた不純物導入領域の結晶欠陥を、ソース・ドレイン領域を設ける工程の前に除去しておくことができる。このため、ハロー領域およびエクステンション領域の形成後になされる加熱処理時、たとえばゲート電極の周囲に側壁絶縁膜を形成する際の加熱処理時に、ハロー領域およびエクステンション領域にイオン注入された不純物が再分布することを抑制できる。
さらに、この製造方法においては、第二イオン注入工程におけるイオン注入により生じた結晶欠陥を、ソース・ドレイン領域の形成後になされる加熱処理前に、確実に除去しておくことができる。このため、イオン注入で導入された半導体基板中の点欠陥に起因して加熱処理時に生じる不純物の再分布を抑制することができる。よって、電界効果型トランジスタのゲート長を小さくした場合にも、短チャネル効果の発生を抑制することができる。このように、それぞれのイオン注入工程後、最初の加熱処理の前に、レーザアニール工程を設けることにより、電界効果型トランジスタの閾値電圧（Ｖth）の低下を抑制し、トランジスタとしての特性を向上させることができる。
本発明によれば、第一導電型の不純物をイオン注入する工程の後、半導体基板を加熱処理する工程の前に、第一導電型の不純物が注入された領域に、半導体基板を溶融させない条件でレーザ光を照射してレーザアニールを行うことにより、電界効果型トランジスタの短チャネル効果を効果的に抑制しつつ、製造安定性を向上させる技術が実現される。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、共通の構成要素には同じ符号を付し、適宜説明を省略する。
（第一の実施形態）
図１は、本実施形態に係る半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。図１に示した半導体装置１００は、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２を有する。なお、図１には示していないが、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２の外周部に、素子分離領域が設けられている。
ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２においては、導電型がｐ型のシリコン基板１０１に、一対のｎ型ソース・ドレイン領域１０９が設けられ、これらの間にチャネル領域（不図示）が形成されている。ｎ型ソース・ドレイン領域１０９は、ソース領域またはドレイン領域として機能する不純物拡散領域である。チャネル領域上にゲート絶縁膜１０３としてＳｉＯＮ膜が設けられ、ＳｉＯＮ膜上に、これに接してゲート電極１０５として機能する多結晶シリコン膜が形成されている。また、ゲート絶縁膜１０３およびゲート電極１０５の側壁を被覆する側壁絶縁膜１０７が設けられている。ゲート電極１０５の上部と、ｎ型ソース・ドレイン領域１０９の上部のうち、側壁絶縁膜１０７の非形成領域とに、Ｎｉシリサイド層１１５が設けられている。
次に、図１に示した半導体装置１００の製造方法を説明する。半導体装置１００は、シリコン基板１０１にｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２を設けることにより得られる。図２（ａ）〜図２（ｃ）および図３（ａ）〜図３（ｃ）は、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２の製造手順を示す工程断面図である。また、図４は、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２の製造手順を示すフローチャートである。以下、これらの図面を参照して説明する。
本実施形態のｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２の製造方法は、半導体基板（シリコン基板１０１）の素子形成面にゲート電極１０５を形成し、その周囲のシリコン基板１０１に、第一導電型の不純物をイオン注入する工程（Ｓ１０２、Ｓ１０４）と、第一導電型の不純物をイオン注入する工程の後、第一導電型の不純物が注入された領域に、シリコン基板１０１を溶融させない条件でレーザ光を照射してレーザアニールを行う工程（Ｓ１０３、Ｓ１０５）と、レーザアニールを行う工程の後、シリコン基板１０１を加熱処理し、不純物注入領域の不純物を活性化する工程（Ｓ１０６）と、を含む。
また、本実施形態のｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２の製造方法は、シリコン基板１０１の素子形成面にゲート電極１０５を形成し、その周囲の半導体基板にハロー領域（ｐ型ハロー領域１１３）およびエクステンション領域（ｎ型エクステンション領域１１１）を設ける工程と（Ｓ１０１〜Ｓ１０３）、ｐ型ハロー領域１１３およびｎ型エクステンション領域１１１を設ける工程の後、シリコン基板１０１にソース・ドレイン領域（ｎ型ソース・ドレイン領域１０９）を設ける工程（Ｓ１０４、Ｓ１０５）と、を含む。
ｐ型ハロー領域１１３およびｎ型エクステンション領域１１１を設ける工程は、シリコン基板１０１に、第一導電型の第一不純物と反対導電型のハロー不純物をイオン注入した後（Ｓ１０１）、第一導電型の第一不純物をイオン注入する第一イオン注入工程（Ｓ１０２）と、第一イオン注入工程の後、第一不純物が注入された領域に、シリコン基板１０１を溶融させない条件でレーザ光を照射する第一レーザアニール工程（Ｓ１０３）と、を含む。
ｎ型ソース・ドレイン領域１０９を設ける前記工程は、第一レーザアニール工程の後、第一導電型の第二不純物をシリコン基板１０１にイオン注入する第二イオン注入工程（Ｓ１０４）と、第二イオン注入工程の後、第二不純物が注入された領域に、シリコン基板１０１を溶融させない条件でレーザ光を照射する第二レーザアニール工程（Ｓ１０５）と、を含む。
また、第二レーザアニール工程の後、シリコン基板１０１を加熱処理することにより、不純物注入領域（ｎ型ソース・ドレイン領域１０９、ｐ型ハロー領域１１３およびｎ型エクステンション領域１１１）の第一不純物（ｎ型不純物）と第二不純物（ｎ型不純物）とｐ型不純物とを活性化する工程を含む。
シリコン基板１０１を加熱処理する工程は、素子形成面を５００℃以上の温度に加熱する工程である。
さらに具体的には、シリコン基板１０１を加熱処理する前記工程は、シリコン基板１０１をスパイクＲＴＡにより加熱することにより、第一導電型の不純物を活性化する工程（Ｓ１０６）である。
シリコン基板１０１を加熱処理する工程の後、Ｎｉサリサイドを形成し（Ｓ１０７）、ゲート電極１０５の上部とｎ型ソース・ドレイン領域１０９の上部とに、シリサイド層（Ｎｉシリサイド層１１５）を設ける工程を含む。
シリコン基板１０１を溶融させない条件でレーザ光を照射する工程は、素子形成面の最高到達温度が１４１２℃未満の温度となるようレーザ光を照射する工程である。
以下、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２を有する半導体装置１００の製造方法についてさらに詳細に説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、たとえば（１００）面を主面とするシリコン基板１０１上に、公知の技術により、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）による素子分離領域（不図示）を形成する。素子分離領域は、ＬＯＣＯＳ法等の公知の他の方法で形成してもよい。その後、シリコン基板１０１上にＳｉＯＮ膜および多結晶シリコン膜を順次積層した後、選択的にドライエッチングし、ゲート絶縁膜１０３およびゲート電極１０５の形状に加工する。ＳｉＯＮ膜は、たとえば熱酸化法およびプラズマ窒化法により形成する。
次に、シリコン基板１０１のｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２形成領域に、ｐ型ハロー領域１１３を形成する（図２（ｂ））。ｐ型ハロー領域１１３は、ゲート電極１０５の下方におけるｎ型ソース・ドレイン領域１０９の端部に設けられ、チャネル領域と同じ導電型の不純物拡散領域である。ｐ型ハロー領域１１３は、パンチスルーストッパー領域として機能するため、ｐ型ハロー領域１１３を設けることにより、短チャネル効果を抑制することができる。
ｐ型ハロー領域１１３は、さらに具体的には、ゲート電極１０５をマスクとして、シリコン基板１０１全体を回転させながら、シリコン基板１０１の法線方向からたとえば３０°傾斜させて（傾斜角３０°）、インジウム（Ｉｎ）をイオン注入することにより形成される（図４のＳ１０１）。Ｉｎのイオン注入条件は、たとえばエネルギー６０ｋｅＶ、ドーズ量２×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とする。なお、Ｉｎの代わりに、ボロン（Ｂ）若しくはフッ化ボロン（ＢＦ２）等のボロンを含む不純物をイオン注入してもよい。
つづいて、チャネル領域とｎ型ソース・ドレイン領域１０９との電気的接続部として機能するｎ型エクステンション領域１１１を形成する（図２（ｃ））。具体的には、ゲート電極１０５をマスクとして、砒素（Ａｓ）をエネルギー２ｋｅＶ、ドーズ量５×１０1４ａｔｏｍｓ／ｃｍ2の条件で、シリコン基板１０１の法線方向と平行に（傾斜角０°）イオン注入する（図４のＳ１０２）。この結果、ゲート電極１０５に対して自己整合的にｐ型ハロー領域１１３およびｎ型エクステンション領域１１１が形成される。
次に、Ｉｎがイオン注入されたｐ型ハロー領域１１３およびＡｓがイオン注入されたｎ型エクステンション領域１１１のレーザアニール（ＬＴＡ：Ｌａｓｅｒ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）を、シリコン基板１０１が溶融しない条件で行う（図４のＳ１０３）。このとき、たとえば、シリコン基板１０１の素子形成面の最高到達温度が、シリコン基板１０１が溶融しない程度に高い温度、具体的には、９００℃以上、好ましくは１０００℃以上となるようにする。こうすることにより、イオン注入時に生じる格子欠陥を確実に除去し、ステップ１０３のレーザアニール工程後に行われる加熱工程において生じる不純物の拡散を確実に抑制することができる。また、シリコン基板１０１の素子形成面の最高到達温度がたとえばシリコン（Ｓｉ）の融点（１４１２℃）未満、好ましくは１４００℃以下となるようにする。こうすることにより、シリコン基板１０１が局部的に溶融することを抑制することができるため、シリコン基板１０１を構成するＳｉの結晶格子の欠陥を確実に減少させることができる。
また、レーザアニールの時間は、たとえばミリ秒オーダーとする。レーザアニール時間は、レーザ光の波長や照射エネルギー密度に応じて設定することができる。また、レーザアニール時間は、たとえば１００ミリ秒以下、好ましくは１０ミリ秒以下とする。こうすることにより、格子欠陥をさらに安定的に除去することができる。
なお、レーザアニールにおけるレーザの照射方法は、上述した温度条件や照射時間となるように適宜選択することができる。たとえば、スキャン照射やパルス照射とすることができる。
レーザアニール後、図３（ａ）に示すように、ゲート電極１０５の側壁に側壁絶縁膜１０７を形成する。側壁絶縁膜１０７は、たとえば、ＣＶＤ法でシリコン基板１０１の全面にシリコン酸化膜を形成した後、エッチバックすることにより得られる。ＣＶＤ法でシリコン酸化膜を形成する際、シリコン基板１０１はたとえば５００〜６００℃程度まで加熱される。
そして、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２の形成領域に、ｎ型ソース・ドレイン領域１０９を形成する（図３（ｂ））。ｎ型ソース・ドレイン領域１０９は、ｎ型不純物をイオン注入することにより形成される（図４のＳ１０４）ｎ型不純物として、たとえばＡｓを用い、このときの注入条件は、たとえば、２５ｋｅＶ、５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とする。
つづいて、ｎ型ソース・ドレイン領域１０９のレーザアニールを、シリコン基板１０１が溶融しない条件で行う（図４のＳ１０５）。レーザアニールの条件は、たとえば、図４のステップ１０３のレーザアニールにおけるアニール条件と同様とする。
その後、シリコン基板１０１を非酸化雰囲気中で熱処理を行うことにより、不純物の活性化を行う（図４のＳ１０６）。この熱処理により、シリコン基板１０１中に注入された不純物が電気的に活性化される。熱処理の条件は、注入する不純物の種類にもよるが、たとえば、スパイク急速昇温アニール（スパイクＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ））により、シリコン基板１０１をたとえば最高到達温度１０５０℃まで加熱した後、速やかに降温させる。スパイクＲＴＡにおける昇温速度は、たとえば１５０℃／秒以上、好ましくは２５０℃／秒以上とする。こうすることにより、不純物をさらに確実に活性化することができる。
そして、Ｎｉサリサイド工程により（図４のＳ１０７）、ゲート電極１０５およびｎ型ソース・ドレイン領域１０９の上部にＮｉシリサイド層１１５を形成する（図３（ｃ））。Ｎｉシリサイド層１１５を設けることにより、ゲート電極１０５およびｎ型ソース・ドレイン領域１０９の表面を低抵抗化することができる。Ｎｉシリサイド層１１５の形成には、従来より知られた方法を用いることができる。たとえば、シリコン基板１０１の素子形成面全面にスパッタリング法によりＮｉを堆積させた後、低温でアニールし、準安定なシリサイドを形成する。そして、未反応のＮｉをウエット処理により除去する。つづいて、所定の温度でアニールし、ＮｉとＳｉとを反応させてシリサイドを形成する。以上のプロセスにより、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２を有する半導体装置１００（図１）が得られる。
次に、図１に示した半導体装置１００の効果を説明する。
半導体装置１００において、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２は、シリコン基板１０１へのイオン注入工程とその後最初の加熱工程との間に、イオン注入時の欠陥を除去する工程として、レーザアニール工程（図４のＳ１０３、Ｓ１０５）を行うことにより製造される。具体的には、ステップ１０２のｎ型エクステンション領域１１１イオン注入の後、側壁絶縁膜１０７形成時になされる加熱工程の前に、ステップ１０３のレーザアニールを行う。さらに、ステップ１０４のｎ型ソース・ドレイン領域１０９イオン注入の後、ステップ１０６の活性化アニール工程の前に、ステップ１０５のレーザアニールを行う。このように、レーザアニール工程はイオン注入工程それぞれについて行われる。こうすることにより、各イオン注入工程で注入された不純物が、各イオン注入工程で生じる格子欠陥により、加熱処理時に拡散することを抑制するとともに、活性化アニール工程（図４のＳ１０６）時の不純物の増速拡散を抑制することが可能となる。よって、ゲート電極１０５や側壁絶縁膜１０７が小型化された構成、すなわちｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２のゲート長が短い構成の場合にも、短チャネル効果の発生を抑制することができる。このため、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２の閾値電圧（Ｖth）の低下を抑制し、トランジスタとしての特性に優れた構成とすることができる。
また、イオン注入時の欠陥を除去する工程をレーザアニールとすることにより、イオン注入がなされた領域を選択的に効率よく加熱することができる。
ここで、従来技術の項で述べた特許文献１では、ＲＴＡによりシリコン基板１０１全面が加熱される。このため、シリコン基板１０１全体で深さ方向の温度勾配が生じ、ストレスの発生やそれに伴う素子やシリコン基板１０１の劣化が生じる懸念がある。これに対し、本実施形態においては、所定の領域のみに比較的長波長のレーザ光を照射することにより、イオン注入欠陥が存在する領域を選択的に加熱することができる。
また、ＲＴＡは、シリコン基板１０１の最高到達温度の上限が、Ｓｉの融点である１４１２℃よりも低く、また、加熱に要する時間が、たとえば１秒より大きく、長時間である。これに対し、本実施形態では、レーザアニールを用いるため、シリコンの融点よりわずかに低い温度までシリコン基板１０１を確実に加熱することができる。また、ＲＴＡよりも短時間で効率よく加熱することができる。よって、イオン注入で導入された半導体基板中の点欠陥を効率よく確実に除去し、トランジスタの短チャネル効果を抑制することができる。
なお、シリコン基板１０１に照射するレーザ光の波長が短すぎると、素子形成面近傍の膜の種類による吸光係数の相違により、加熱のされ方にパタン依存性が生じる可能性がある。一方、レーザ光の波長が長すぎるとシリコン基板１０１の熱吸収が不充分となる懸念がある。このため、本実施形態および以下の実施形態において、レーザ光の波長は、これらを考慮して設定される。
このように、レーザアニールによりイオン注入時に生じた欠陥を除去することにより、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２は製造安定性に優れた構成となっている。
また、背景技術の項で前述した特許文献２には、浅いイオン注入層と深いイオン注入層を形成した後で、活性化工程を一括して行うことが望ましいことが記載されている。ところが、この場合、浅いイオン注入層の形成後、サイドウォール形成時の加熱処理により、浅いイオン注入層中の不純物が拡散したり、修復不可能な格子欠陥が残留したりする懸念がある。このため、トランジスタ特性が充分に確保できない懸念がある。
これに対し、本実施形態では、ｎ型エクステンション領域１１１形成後とｎ型ソース・ドレイン領域１０９の形成後にそれぞれレーザアニール工程を設けることにより、不純物の拡散や格子欠陥の残留を抑制することができる。また、本実施形態では、レーザアニール後、別途活性化工程（図４のＳ１０６）を設け、活性化をスパイクＲＴＡ法により行っている。こうすることにより、ステップ１０３およびステップ１０５にて所定の領域を選択的に加熱して結晶欠陥を除去するとともに、ステップ１０６にてシリコン基板１０１全面を加熱することにより、不純物を確実に活性化させるとともに適度に拡散させて、適度な接合深さを確保し、接合を浅すぎない構成とすることができる。このため、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２のトランジスタとしての特性を向上させることができる。
また、特許文献２では、イオン注入された不純物が活性化されるのに充分なエネルギー（熱量）を基板表面に与える必要があるため、それに充分なレーザ光の照射条件が必要とされる。
これに対し、本実施形態において半導体装置１００を製造する際には、ステップ１０３およびステップ１０５（図４）においてレーザ光を照射することによりシリコン基板１０１上の所定の位置に与えられる単位体積あたりのエネルギーの積分値（熱量）は、イオン注入由来の結晶欠陥を除去できる程度の大きさであればよく、不純物が活性化される程度の大きさである必要はない。このため、本実施形態では、上記特許文献２において基板表面にレーザ光を照射する条件よりも、単位体積あたりのエネルギーの積分値（熱量）が小さくてよい。
以下の実施形態においては、第一の実施形態と異なる点を中心に説明する。
（第二の実施形態）
第一の実施形態では、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２を有する半導体装置１００の場合を例に説明したが、本発明の構成は、ＣＭＯＳＦＥＴ（相補型電界効果型トランジスタ）にも適用できる。
図５は、本実施形態の半導体装置の構成を示す断面図である。図５に示した半導体装置１１０は、図１に示したｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２とｐ型ＭＯＳＦＥＴ１０４とからなるＣＭＯＳＦＥＴを備える。
ｐ型ＭＯＳＦＥＴ１０４は、素子分離領域１１７により、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２から離隔および絶縁されている。ｐ型ＭＯＳＦＥＴ１０４は、シリコン基板１０１に設けられたｎ型ウェル１１９中に形成されている。また、ｐ型ＭＯＳＦＥＴ１０４は、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２のｎ型ソース・ドレイン領域１０９、ｎ型エクステンション領域１１１、およびｐ型ハロー領域１１３に代えて、それぞれ、ｎ型ハロー領域１２５、ｐ型エクステンション領域１２３、およびｐ型ソース・ドレイン領域１２１を有する。
図６（ａ）〜図６（ｃ）および図７（ａ）〜図７（ｃ）は、図５に示した半導体装置１１０の製造工程を示す断面図である。以下、これらの図面を参照して半導体装置１１０の製造方法を説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、ｐ型のシリコン基板１０１に、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２とｐ型ＭＯＳＦＥＴ１０４とを離隔する素子分離領域１１７を形成する。素子分離領域１１７は、第一の実施形態と同様に、たとえば公知の方法により形成されるＳＴＩとする。そして、ｐ型ＭＯＳＦＥＴ１０４の形成領域に、ｎ型不純物としてリン（Ｐ）をイオン注入し、ｎ型ウェル１１９を形成する。つづいて、第一の実施形態と同様にして、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２およびｐ型ＭＯＳＦＥＴ１０４の形成領域に、それぞれ、ゲート絶縁膜１０３およびゲート電極１０５を形成する。
次に、ｐ型ＭＯＳＦＥＴ１０４形成領域をマスク１２７で覆い、第一の実施形態（図２（ｂ））と同様にして、ｐ型ハロー領域１１３を形成する（図６（ａ））。さらに、第一の実施形態（図２（ｃ））と同様にして、ｎ型エクステンション領域１１１を形成する（図６（ｂ））。
つづいて、マスク１２７を剥離後、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２の形成領域をマスク１２９で覆う。そして、ｐ型ＭＯＳＦＥＴ１０４の形成領域にｎ型ハロー領域１２５を形成する（図６（ｃ））。具体的には、ゲート電極１０５をマスクとして、シリコン基板１０１の法線方向からたとえば３０°傾斜させて（傾斜角３０°）、ヒ素（Ａｓ）をイオン注入することにより形成される。Ａｓのイオン注入条件は、たとえばエネルギー４５ｋｅＶ、ドーズ量２×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とする。なお、Ａｓの代わりにリン（Ｐ）をイオン注入してもよい。
そして、マスク１２９でｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２の形成領域を覆った状態で、ｐ型エクステンション領域１２３を形成する（図７（ａ））。具体的には、ゲート電極１０５をマスクとして、フッ化ボロン（ＢＦ２）をエネルギー２ｋｅＶ、ドーズ量５×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ2の条件で、シリコン基板１０１の面方向と平行（傾斜角０°）にイオン注入する。この結果、ゲート電極１０５に対して自己整合的にｐ型エクステンション領域１２３およびｎ型ハロー領域１２５が形成される。なお、イオン注入する不純物としては、フッ化ボロンの代わりにボロンでもよい。
次に、マスク１２９を剥離した後、ｎ型エクステンション領域１１１、ｐ型ハロー領域１１３、ｐ型エクステンション領域１２３およびｎ型ハロー領域１２５のレーザアニールを、シリコン基板１０１が溶融しない条件で行う（図４のＳ１０３）。レーザアニールの条件は、たとえば第一の実施形態と同様の条件とする。
レーザアニール後、図７（ｂ）に示すように、ゲート電極１０５の側壁に側壁絶縁膜１０７を形成する。側壁絶縁膜１０７は、たとえば図３（ａ）を参照して前述した手順で形成する。
そして、ｐ型ＭＯＳＦＥＴ１０４の形成領域をマスク（不図示）で被覆し、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２の形成領域にイオン注入することにより、ｎ型ソース・ドレイン領域１０９を形成する。また、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２の形成領域をマスク（不図示）で被覆し、ｐ型ＭＯＳＦＥＴ１０４の形成領域にイオン注入することにより、ｐ型ソース・ドレイン領域１２１を形成する（図７（ｃ））。なお、ｐ型ソース・ドレイン領域１２１にイオン注入されるｐ型不純物としては、たとえばＢを用いる。このときの注入条件は、たとえば、２ｋｅＶ、５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とする。
その後、ｎ型ソース・ドレイン領域１０９およびｐ型ソース・ドレイン領域１２１のレーザアニールを、シリコン基板１０１が溶融しない条件で行う（図４のＳ１０５）。レーザアニールの条件は、たとえば、第一の実施形態におけるアニール条件と同様とする。
その後、第一の実施形態と同様にして、非酸化雰囲気中でスパイクＲＴＡ処理を行うことにより、シリコン基板１０１中にイオン注入された不純物の活性化を行う（図４のＳ１０６）。そして、ゲート電極１０５、ｎ型ソース・ドレイン領域１０９、およびｐ型ソース・ドレイン領域１２１の上部にＮｉシリサイド層１１５を形成する。以上のプロセスにより、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２およびｐ型ＭＯＳＦＥＴ１０４を有する半導体装置１１０（図５）が得られる。
本実施形態の半導体装置１１０は、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２およびｐ型ＭＯＳＦＥＴ１０４のハロー領域およびエクステンション領域を形成した後、加熱工程の前に、レーザアニール処理を行う（図４のＳ１０３）とともに、ソース・ドレイン領域の形成後、最前の加熱処理である活性化処理の前にも、レーザアニール処理を行う（図４のＳ１０５）ことにより製造される。このため、第一の実施形態と同様の欠陥回復効果が得られ、ＣＭＯＳＦＥＴを構成するｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２およびｐ型ＭＯＳＦＥＴ１０４のそれぞれにおいて、製造工程での不純物の発生が抑制される。このため、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２およびｐ型ＭＯＳＦＥＴ１０４のそれぞれにおいて、短チャネル効果が抑制された構成となっている。
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
たとえば、以上の実施形態においては、ハロー領域形成工程後の、最初の加熱工程が、側壁絶縁膜の形成工程である。また、エクステンション領域形成工程後の、最初の加熱工程もまた側壁絶縁膜の形成工程である。このため、図４においては、エクステンション領域形成（Ｓ１０２）の直後にレーザアニール（Ｓ１０３）を行っている。これに対し、ハロー領域形成（Ｓ１０１）後、エクステンション領域形成（Ｓ１０２）の前に加熱処理が行われる製造工程の場合には、その加熱処理の前にさらにレーザアニールを行う。こうすれば、ハロー領域形成時のイオン注入により生じた格子欠陥を加熱処理前に除去することができるので、ハロー領域に注入された不純物の拡散を抑制することができる。
また、以上の実施形態においては、イオン注入後、最初の加熱工程が、側壁絶縁膜１０７形成時の加熱工程または活性化アニール工程（Ｓ１０６）である場合を例に説明したが、最初の加熱工程が、これらの工程以外の工程である場合にも、その加熱工程の前にレーザアニールを行うことができる。
また、以上の実施形態において、ゲート絶縁膜１０３として、ＳｉＯＮ膜に代えてＳｉＯ2膜を用いてもよい。
以下の実験例では、第一の実施形態に記載の半導体装置１００（図１）を作製した。
（実験例１）
図４に示した手順でｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２を有する半導体装置１００を作製した。ステップ１０３およびステップ１０５においては、レーザ光を連続照射した。このときの最高到達温度は１４００℃とした。なお、本実験例および以下の実験例において、側壁絶縁膜１０７形成時の加熱温度は７００℃とした。また、ステップ１０６のスパイクＲＴＡにおける昇温速度を２５０℃／秒、シリコン基板１０１表面の最高到達温度を１０５０℃とした。
（実験例２）
図４に示した手順のうち、ステップ１０３およびステップ１０５のアニール方法をレーザアニールに代えてフラッシュランプアニール（ＦＴＡ）として半導体装置１００を作製した。フラッシュランプアニールにおける最高到達温度は１３００℃とした。
（実験例３）
図４に示した手順のうち、ステップ１０３のレーザアニールを行わずに、ステップ１０５のレーザアニールのみを行い、半導体装置１００を作製した。
（実験例４）
図４に示した手順のうち、ステップ１０６のスパイクＲＴＡによる活性化を行わずに、半導体装置１００を作製した。
（評価）
実験例１〜実験例３で得られた半導体装置１００について、ｐ型ハロー領域１１３およびｎ型ソース・ドレイン領域１０９におけるシリコン基板１０１表面からの深さ（ｎｍ）とハロー不純物濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）との関係を調べた。その結果、実験例１で得られた半導体装置１００では、ｐ型ハロー領域１１３およびｎ型ソース・ドレイン領域１０９のいずれについても、不純物濃度のピークが明確に認められた。
これに対し、実験例２では、ｐ型ハロー領域１１３およびｎ型ソース・ドレイン領域１０９不純物濃度のピークが実験例１よりもなだらかで、低かった。また、ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２を複数回作製したときの製造安定性が実験例１の場合よりも低かった。
また、実験例３では、ｐ型ハロー領域１１３の不純物濃度のピークが実験例１よりもなだらかで低かった。
また、実験例４で得られた半導体装置１００は、ｐ型ハロー領域１１３およびｎ型ソース・ドレイン領域１０９のピークは実験例１の半導体装置１００よりもやや鋭かったが、スパイクＲＴＡによる活性化を行わなかったため、電圧−電流特性を充分に向上させることができなかった。
本発明の実施の形態における半導体装置の構成を示す断面図である。 図１の半導体装置の製造手順を示す工程断面図である。 図１の半導体装置の製造手順を示す工程断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順を示す図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の構成を示す断面図である。 図５の半導体装置の製造手順を示す工程断面図である。 図５の半導体装置の製造手順を示す工程断面図である。
符号の説明
１００ 半導体装置
１０１ シリコン基板
１０２ ｎ型ＭＯＳＦＥＴ
１０３ ゲート絶縁膜
１０４ ｐ型ＭＯＳＦＥＴ
１０５ ゲート電極
１０７ 側壁絶縁膜
１０９ ｎ型ソース・ドレイン領域
１１０ 半導体装置
１１１ ｎ型エクステンション領域
１１３ ｐ型ハロー領域
１１５ Ｎｉシリサイド層
１１７ 素子分離領域
１１９ ｎ型ウェル
１２１ ｐ型ソース・ドレイン領域
１２３ ｐ型エクステンション領域
１２５ ｎ型ハロー領域
１２７ マスク
１２９ マスク

Claims (7)

  1. 半導体基板の素子形成面にゲート電極を形成し、その周囲の前記半導体基板に、第一導電型の不純物をイオン注入する工程と、
    第一導電型の不純物をイオン注入する前記工程の後、前記第一導電型の不純物が注入された領域に、前記半導体基板を溶融させない条件でレーザ光を照射してレーザアニールを行う工程と、
    レーザアニールを行う前記工程の後、前記半導体基板を加熱処理することにより、不純物注入領域の前記不純物を活性化する工程と、
    を含むことを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
  2. 半導体基板の素子形成面にゲート電極を形成し、その周囲の前記半導体基板にハロー領域およびエクステンション領域を設ける工程と、
    ハロー領域およびエクステンション領域を設ける前記工程の後、前記半導体基板にソース・ドレイン領域を設ける工程と、を含み、
    ハロー領域およびエクステンション領域を設ける前記工程が、
    前記半導体基板に第一導電型の第一不純物をイオン注入する第一イオン注入工程と、
    前記第一イオン注入工程の後、前記第一不純物が注入された領域に、前記半導体基板を溶融させない条件でレーザ光を照射する第一レーザアニール工程と、
    を含み、
    ソース・ドレイン領域を設ける前記工程が、
    前記第一レーザアニール工程の後、前記半導体基板に前記第一導電型の第二不純物をイオン注入する第二イオン注入工程と、
    前記第二イオン注入工程の後、前記第二不純物が注入された領域に、前記半導体基板を溶融させない条件でレーザ光を照射する第二レーザアニール工程と、
    を含むことを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
  3. 請求項２に記載の電界効果型トランジスタの製造方法において、前記第二レーザアニール工程の後、前記半導体基板を加熱処理することにより、不純物注入領域の前記第一不純物と前記第二不純物とを活性化する工程を含むことを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
  4. 請求項１または３に記載の電界効果型トランジスタの製造方法において、半導体基板を加熱処理する前記工程が、前記素子形成面を５００℃以上の温度に加熱する工程であることを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
  5. 請求項４に記載の電界効果型トランジスタの製造方法において、半導体基板を加熱処理する前記工程が、前記半導体基板をスパイクＲＴＡにより加熱することにより、前記不純物注入領域の不純物を活性化する工程であることを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
  6. 請求項３に記載の電界効果型トランジスタの製造方法において、
    半導体基板を加熱処理する前記工程の後、前記ゲート電極の上部と前記ソース・ドレイン領域の上部とに、シリサイド層を設ける工程を含むことを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
  7. 請求項１乃至６いずれかに記載の電界効果型トランジスタの製造方法において、半導体基板を溶融させない条件でレーザ光を照射する前記工程は、前記素子形成面の最高到達温度が１４１２℃未満の温度となるように前記レーザ光を照射する工程であることを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
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