JP2008277599A - Laser annealing method and laser anneal apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザアニール方法及びレーザアニール装置に関し、より詳しくは、MOS電界効果トランジスタの極浅接合の形成に有効な技術に関する。 The present invention relates to a laser annealing method and a laser annealing apparatus, and more particularly to a technique effective for forming an ultra shallow junction of a MOS field effect transistor.
MOS電界効果トランジスタ(以下、MOSFETという)において、ソース・ドレイン領域に隣接し、基板表面からの深さが浅い不純物拡散領域は、極浅接合(又はエクステンション領域)と呼ばれている。極浅接合は、FET作動時に高い電界が発生することによるゲートの劣化現象を防ぐ役割を果たす。MOSFETの極浅接合を形成するには、シリコンウエハにヒ素(As)イオン、リン(P)イオン、ボロン(B)イオンなどの不純物を注入する不純物注入工程と、不純物を電気的に活性化するとともに不純物を注入した部分の結晶性を回復するための熱処理工程が必要となる。後者の熱処理工程は、通常、活性化アニールと呼ばれる。従来の活性化アニールでは、ハロゲンランプやキセノンフラッシュランプを用いたアニール方法が採用されていた。 In a MOS field effect transistor (hereinafter referred to as MOSFET), an impurity diffusion region adjacent to the source / drain region and having a shallow depth from the substrate surface is called an ultra-shallow junction (or extension region). The ultra-shallow junction serves to prevent a gate deterioration phenomenon due to generation of a high electric field when the FET is operated. In order to form the ultra-shallow junction of the MOSFET, an impurity implantation step of implanting impurities such as arsenic (As) ions, phosphorus (P) ions, boron (B) ions, etc. into the silicon wafer and electrically activating the impurities At the same time, a heat treatment step is required to recover the crystallinity of the portion into which the impurity is implanted. The latter heat treatment step is usually called activation annealing. In conventional activation annealing, an annealing method using a halogen lamp or a xenon flash lamp has been adopted.
近年、MOSFETの微細化による半導体集積回路の高集積化に伴い、MOSFETの極浅接合への要求は厳しくなっており、テクノロジーノード65nm以下の超微細MOSFETを実用化するためには、低抵抗、かつ接合深さ20nmを下回る極浅接合を形成する技術が求められる。
ところが、上述したハロゲンランプのアニール時間(加熱時間)は数秒であり、キセノンフラッシュランプのアニール時間は数ミリ秒であるため、ともにアニール時間が長く、不純物が深い領域まで拡散するという問題がある。
In recent years, with the high integration of semiconductor integrated circuits due to the miniaturization of MOSFETs, the demand for ultra-shallow junctions of MOSFETs has become strict, and in order to put ultra-fine MOSFETs with technology nodes of 65 nm or less into practical use, low resistance, In addition, a technique for forming an extremely shallow junction with a junction depth of less than 20 nm is required.
However, since the annealing time (heating time) of the halogen lamp described above is several seconds and the annealing time of the xenon flash lamp is several milliseconds, both the annealing time is long and there is a problem that impurities are diffused to a deep region.
一方、上記の超微細MOSFETを実現するための技術として、レーザを用いたレーザ・サーマル・アニール(LTP)やレーザ・スパイク・アニール(LSA)が有望視されている(下記非特許文献1、2参照)。
LTPでは、光源としてパルスレーザを用いる。加熱時間はナノ秒オーダであり、シリコンの融点よりも高い温度まで加熱して表層部を局所的に溶融し結晶を再成長させる。溶融したシリコン内の不純物の拡散速度は、固体シリコン内の拡散速度よりも数桁高い。このため、不純物は、溶融したシリコン中にほぼ均一に分散される。これによって、不純物の拡散領域を極めて浅くできる。しかしながら、LTPは、結晶の再成長時に欠陥が発生する、PAIと呼ばれるアモルファス化の工程を必要とする、などの問題がある。
On the other hand, laser thermal annealing (LTP) and laser spike annealing (LSA) using a laser are promising as a technique for realizing the above-described ultrafine MOSFET (Non-patent
In LTP, a pulse laser is used as a light source. The heating time is on the order of nanoseconds, and the surface layer part is locally melted by heating to a temperature higher than the melting point of silicon to re-grow crystals. The diffusion rate of impurities in molten silicon is several orders of magnitude higher than the diffusion rate in solid silicon. For this reason, the impurities are almost uniformly dispersed in the molten silicon. As a result, the impurity diffusion region can be made extremely shallow. However, LTP has problems such as generation of defects during crystal regrowth and the need for an amorphization process called PAI.
LSAでは、光源として主に連続発振(CW)レーザを用いる。加熱温度はシリコンの融点以下であるため、シリコン基板の表面は溶融しない。ただし、CWレーザはシリコンに対して吸収率が低い波長帯(可視〜紫外領域)で十分なパワーは実現されておらず、生産性に問題がある。
これに対し、下記非特許文献3、特許文献1、特許文献2では、紫外と可視領域のパルスレーザでLSAを行なう技術が提案されている。
In LSA, a continuous wave (CW) laser is mainly used as a light source. Since the heating temperature is below the melting point of silicon, the surface of the silicon substrate does not melt. However, the CW laser has a problem in productivity because sufficient power is not realized in a wavelength band (visible to ultraviolet region) having a low absorption rate with respect to silicon.
On the other hand, the following Non-Patent
非特許文献3から、パルス幅が長ければ溶融させることなく不純物の活性化と結晶性の回復を達成できることが分かる。これは不純物の活性化と結晶性の回復に十分な時間が与えられたことによるものである。また、非特許文献2には、非溶融プロセスではマイクロ秒オーダのアニールが必要であることが報告されている。
It can be seen from
特許文献1及び2の技術は、固体レーザ光源からのパルスレーザ光を空間的に合成して実効的なパルス幅を伸ばし、マイクロ秒のアニール時間を実現しようとするものである。
しかしながら、特許文献1及び2に示されたパルスレーザ光の空間合成方式では、特にパルス幅が100ナノ秒以下のパルスレーザを用いてマイクロ秒オーダのアニール時間を得るためには、多数(例えば10台以上)のレーザ光源が必要となるため、装置コストの観点から実現性に乏しい。
The techniques of
However, in the spatial synthesis method of pulsed laser light disclosed in
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、極浅接合の形成に際し、多数のレーザ光源を用いることなく、イオンが打ち込まれた部分の結晶性を回復し且つ接合深さを浅くするのに必要十分なアニール時間を得ることができるレーザアニール方法及びレーザアニール装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems. In forming an ultra-shallow junction, the crystallinity of the ion-implanted portion is recovered and the junction depth is reduced without using a large number of laser light sources. It is an object of the present invention to provide a laser annealing method and a laser annealing apparatus capable of obtaining an annealing time necessary and sufficient for the above.
上記の課題を解決するため、本発明のレーザアニール方法及びレーザアニール装置は、以下の手段を採用する。
本発明は、半導体基板の不純物としてのイオンが注入されている表層部にパルスレーザ光を照射してアニールするレーザアニール方法であって、パルスレーザ発振器からパルスレーザ光を発振して、前記表層部が溶融しない条件で前記表層部に前記パルスレーザ光を照射し、該パルスレーザ光の照射と並行して、少なくとも前記パルスレーザ光の照射毎における各照射開始時から1マイクロ秒が経過するまでの間、補助加熱手段により前記表層部を加熱する、ことを特徴とするレーザアニール方法である。
また、本発明は、半導体基板の不純物としてのイオンが注入されている表層部にパルスレーザ光を照射してアニールするレーザアニール装置であって、パルスレーザ光を発振するパルスレーザ発振器を有し、前記パルスレーザ光を前記表層部に照射するレーザ照射装置と、前記半導体基板の前記表層部を加熱する補助加熱手段と、を備え、前記パルスレーザ発振器からパルスレーザ光を発振して、前記表層部が溶融しない条件で前記表層部に前記パルスレーザ光を照射し、該パルスレーザ光の照射と並行して、少なくとも前記パルスレーザ光の照射毎における各照射開始時から1マイクロ秒が経過するまでの間、補助加熱手段により前記表層部を加熱する、ことを特徴とするレーザアニール装置である。
In order to solve the above problems, the laser annealing method and laser annealing apparatus of the present invention employ the following means.
The present invention relates to a laser annealing method for irradiating and annealing a surface layer portion into which ions as impurities of a semiconductor substrate are implanted by irradiating a pulse laser beam, wherein the surface layer portion oscillates a pulse laser beam from a pulse laser oscillator. The surface layer portion is irradiated with the pulse laser light under a condition that does not melt, and in parallel with the irradiation of the pulse laser light, at least 1 microsecond has elapsed from the start of each irradiation of the pulse laser light. Meanwhile, the laser annealing method is characterized in that the surface layer portion is heated by auxiliary heating means.
Further, the present invention is a laser annealing apparatus that irradiates and anneals a surface layer portion into which ions as impurities of a semiconductor substrate are implanted, and has a pulse laser oscillator that oscillates the pulse laser light, A laser irradiation apparatus that irradiates the surface layer portion with the pulsed laser light; and an auxiliary heating unit that heats the surface layer portion of the semiconductor substrate. The surface layer portion oscillates the pulse laser light from the pulse laser oscillator. The surface layer portion is irradiated with the pulse laser light under a condition that does not melt, and in parallel with the irradiation of the pulse laser light, at least 1 microsecond has elapsed from the start of each irradiation of the pulse laser light. The laser annealing apparatus is characterized in that the surface layer portion is heated by auxiliary heating means.
上記方法及び装置によれば、補助加熱手段により表層部の加熱を補助しながら、表層部にパルスレーザ光を照射するため、表層部の厚さ方向への熱の逃げが抑制されることにより、パルスレーザ光の照射後における表層部の温度の低下速度を遅くすることができる。この結果、有効なアニール時間を少なくとも1マイクロ秒以上に伸ばすことができる。したがって、補助加熱手段による表層部の加熱温度を適切に設定することにより、多数のレーザ光源を用いることなく、イオンが打ち込まれた部分の結晶性を回復し且つ接合深さを浅くするのに必要十分なアニール時間を得ることができる。 According to the above method and apparatus, while assisting the heating of the surface layer portion by the auxiliary heating means, the surface layer portion is irradiated with the pulsed laser light, so that the escape of heat in the thickness direction of the surface layer portion is suppressed, The rate of temperature decrease of the surface layer portion after irradiation with the pulse laser beam can be slowed. As a result, the effective annealing time can be extended to at least 1 microsecond or more. Therefore, it is necessary to restore the crystallinity of the ion-implanted portion and reduce the junction depth without using a large number of laser light sources by appropriately setting the heating temperature of the surface layer by the auxiliary heating means. Sufficient annealing time can be obtained.
また、本発明は、半導体基板の不純物としてのイオンが注入されている表層部にパルスレーザ光を照射してアニールするレーザアニール方法であって、Nを2以上の自然数として、N個のパルスレーザ発振器からパルスレーザ光を発振し、各パルスレーザ発振器からのパルスレーザ光を同一光路上に合成し、nを0を除くN未満の自然数として、n番目のパルスレーザ発振器によるパルスレーザ光の発振から所定の時間差で(n+1)番目のパルスレーザ発振器からパルスレーザ光を発振して、前記表層部が溶融しない条件で前記表層部に前記パルスレーザ光を順次照射し、該パルスレーザ光の照射と並行して、少なくとも、第1番目のパルスレーザ発振器からのパルスレーザ光の照射毎における各照射開始時から1マイクロ秒が経過するまでの間、補助加熱手段により前記表層部を加熱し、前記所定の時間差を、n番目のパルスレーザ発振器からのパルスレーザ光の照射によって加熱された前記表層部の温度が、前記補助加熱手段による前記表層部の加熱の温度まで低下しない時間差とする、ことを特徴とするレーザアニール方法である。
また、本発明は、半導体基板の不純物としてのイオンが注入されている表層部にパルスレーザ光を照射してアニールするレーザアニール装置であって、Nを2以上の自然数として、パルスレーザ光を発振するN個のパルスレーザ発振器と該各パルスレーザ発振器からのパルスレーザ光を同一光路上に合成する合成手段とを有し前記パルスレーザ光を前記表層部に照射するレーザ照射装置と、前記半導体基板の前記表層部を加熱する補助加熱手段と、を備え、nを0を除くN未満の自然数として、n番目のパルスレーザ発振器によるパルスレーザ光の発振から所定の時間差で(n+1)番目のパルスレーザ発振器からパルスレーザ光を発振して、前記表層部が溶融しない条件で前記表層部に前記パルスレーザ光を順次照射し、該パルスレーザ光の照射と並行して、少なくとも、第1番目のパルスレーザ発振器からのパルスレーザ光の照射毎における各照射開始時から1マイクロ秒が経過するまでの間、前記補助加熱手段により前記表層部を加熱し、前記所定の時間差を、n番目のパルスレーザ発振器からのパルスレーザ光の照射によって加熱された前記表層部の温度が、前記補助加熱手段による前記表層部の加熱の温度まで低下しない時間差とする、ことを特徴とするレーザアニール装置である。
The present invention also relates to a laser annealing method for annealing by irradiating a surface layer portion into which ions as impurities of a semiconductor substrate are implanted with pulsed laser light, wherein N is a natural number of 2 or more and N pulse lasers Pulse laser light is oscillated from an oscillator, pulse laser light from each pulse laser oscillator is synthesized on the same optical path, and n is a natural number less than N excluding 0, from oscillation of pulse laser light by the nth pulse laser oscillator Pulse laser light is oscillated from the (n + 1) -th pulse laser oscillator with a predetermined time difference, and the surface layer part is sequentially irradiated with the pulse laser light on the condition that the surface layer part does not melt, and in parallel with the irradiation of the pulse laser light At least 1 microsecond has elapsed from the start of each irradiation of the pulse laser beam from the first pulse laser oscillator. During the period, the surface layer portion is heated by the auxiliary heating means, and the temperature of the surface layer portion heated by the irradiation of the pulse laser beam from the nth pulse laser oscillator is determined by the auxiliary heating means. The laser annealing method is characterized in that the time difference does not decrease to the heating temperature of the surface layer portion.
The present invention is also a laser annealing apparatus for irradiating a surface layer portion into which ions as impurities of a semiconductor substrate are implanted by irradiating pulse laser light, and oscillating pulse laser light with N being a natural number of 2 or more. A laser irradiation apparatus for irradiating the surface layer portion with the pulse laser light, the laser irradiation apparatus having N pulse laser oscillators to be combined and a combining means for synthesizing the pulse laser light from each pulse laser oscillator on the same optical path; An auxiliary heating means for heating the surface layer portion, wherein (n + 1) -th pulse laser with a predetermined time difference from oscillation of pulse laser light by the n-th pulse laser oscillator, where n is a natural number less than N excluding 0 A pulsed laser beam is oscillated from an oscillator, and the surface layer part is sequentially irradiated with the pulsed laser beam on a condition that the surface layer part is not melted. In parallel with the irradiation, at least the surface layer portion is heated by the auxiliary heating means until 1 microsecond has elapsed since the start of each irradiation of the pulse laser beam from the first pulse laser oscillator. The predetermined time difference is a time difference at which the temperature of the surface layer portion heated by irradiation with pulse laser light from the nth pulse laser oscillator does not decrease to the temperature of heating of the surface layer portion by the auxiliary heating means. This is a laser annealing apparatus.
上記方法及び装置によれば、補助加熱手段により表層部の加熱を補助しながら、複数のパルスレーザ発振器からのパルスレーザ光を、上記の時間差で順次照射するので、有効なアニール時間をさらに伸ばすことができる。 According to the above method and apparatus, the pulsed laser beams from the plurality of pulse laser oscillators are sequentially irradiated with the above time difference while assisting the heating of the surface layer portion by the auxiliary heating means, so that the effective annealing time is further extended. Can do.
また、上記方法及び装置において、前記補助加熱手段は、間欠的に加熱を行なうものであり、加熱時の一回あたりの加熱時間が前記パルスレーザ光のパルス間隔の複数回分に相当するものであり、前記補助加熱手段による前記表層部の加熱温度を、それ自体の加熱によっては前記表層部におけるイオンの拡散速度が所定値を超えない温度範囲とする。 Further, in the above method and apparatus, the auxiliary heating means performs intermittent heating, and the heating time per heating corresponds to a plurality of pulse intervals of the pulse laser beam. The heating temperature of the surface layer portion by the auxiliary heating means is set to a temperature range in which the diffusion rate of ions in the surface layer portion does not exceed a predetermined value depending on its own heating.
補助加熱手段が、間欠的に加熱を行なうものであり、加熱時の一回あたりの加熱時間がパルスレーザ光のパルス間隔の複数回分に相当するものである場合、補助加熱の温度がイオンの拡散速度の観点から高すぎると、イオンが深い領域まで拡散してしまう。したがって、補助加熱の温度を、それ自体の加熱によっては表層部におけるイオンの拡散速度が所定値を超えない温度範囲とすることにより、イオンが深い領域まで拡散することを防止することができる。 When the auxiliary heating means performs intermittent heating, and the heating time per heating corresponds to a plurality of pulse intervals of the pulse laser beam, the temperature of the auxiliary heating is the diffusion of ions. If it is too high from the viewpoint of speed, ions diffuse to a deep region. Therefore, by setting the temperature of the auxiliary heating to a temperature range in which the diffusion rate of ions in the surface layer portion does not exceed a predetermined value depending on the heating of itself, it is possible to prevent ions from diffusing to a deep region.
また、上記方法及び装置において、前記補助加熱手段による前記表層部の加熱温度を600℃以下とする。 Moreover, in the said method and apparatus, the heating temperature of the said surface layer part by the said auxiliary heating means shall be 600 degrees C or less.
このように補助加熱手段による補助加熱の温度を600℃以下とすることにより、補助加熱による表層部におけるイオンの拡散速度を、結晶性の回復とイオンの活性化のためのアニールに実質的に寄与しない程度に十分低く抑えることができるので、接合深さの浅い極浅接合を形成することができる。 Thus, by setting the temperature of auxiliary heating by the auxiliary heating means to 600 ° C. or less, the diffusion rate of ions in the surface layer portion by auxiliary heating substantially contributes to annealing for crystallinity recovery and ion activation. Therefore, an extremely shallow junction with a shallow junction depth can be formed.
本発明によれば、極浅接合の形成に際し、多数のレーザ光源を用いることなく、不純物が打ち込まれた部分の結晶性を回復し且つ接合深さを浅くするのに必要十分なアニール時間を得ることができるという優れた効果が得られる。 According to the present invention, when forming an ultra-shallow junction, an annealing time necessary and sufficient to recover the crystallinity of the portion where the impurity is implanted and to reduce the junction depth without using a large number of laser light sources. An excellent effect that it can be obtained.
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態にかかるレーザアニール装置10Aの全体概略構成を示す図である。
図1に示すように、レーザアニール装置10Aは、半導体基板3の不純物が注入されている表層部にパルスレーザ光1を照射してアニールするための装置であり、パルスレーザ光1を発振するパルスレーザ発振器12を有しパルスレーザ光1を上記の表層部に照射するレーザ照射装置11と、半導体基板3の上記の表層部を加熱する補助加熱手段19と、を備える。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing an overall schematic configuration of a laser annealing
As shown in FIG. 1, the laser annealing apparatus 10 </ b> A is an apparatus for irradiating the surface layer portion into which the impurity of the
上記の半導体基板3は例えばシリコンウエハであり、上記の不純物は例えばヒ素(As)イオン、リン(P)イオン、ボロン(B)イオン等である。
上記のパルスレーザ発振器12は特に限定されず、パルスレーザ光1を発振することができるものであれば良い。このようなパルスレーザ発振器12として、エキシマレーザの他、YAG、YLF、YVO4等の固体レーザ、半導体レーザ、CO2レーザが例示される。より具体的には、波長248nmや308nmのエキシマレーザ、1064nm、532nmや355nmのYAGレーザ、波長600nm〜1000nmの半導体レーザ(レーザダイオード)、波長10.6μmのCO2レーザが例示される。特に、YAGレーザ、YLFレーザ、YVO4レーザなどの固体レーザは、ガスレーザであるエキシマレーザと比べて、レーザ出力のバラつきが少なく、固体であるため取り扱い・メンテナンスが容易であり、信頼性が高い、等の利点を有する。
The
The
上記のレーザ照射装置11は、さらに、パルスレーザ光1を、半導体基板3の表面における断面形状が線状のビーム(以下、「線状ビーム」という)に整形するビーム整形光学系20を有する。この線状ビームの短軸方向の寸法は例えば数10μm〜数100μmであり、長軸方向の寸法は例えば50mm〜100mmである。
レーザ照射装置11は、半導体基板3の表層部が溶融せず、当該表層部に注入されたイオンを活性化し、且つ結晶性を回復するのに必要な条件で、上記の線状ビームを当該表層部に照射する。
The
The
半導体基板3は、基板ステージ5により保持され線状ビームの短軸方向に搬送される。基板ステージ5の移動により、線状ビームに整形されたパルスレーザ光1を、半導体基板3に対して短軸方向に相対的に走査することができる。なお、上記とは逆に、半導体基板3の位置を固定し、パルスレーザ光1の照射位置を移動させることにより、上記のパルスレーザ光1の走査を行なうようにしてもよい。
また、基板ステージ5は、防塵や基板表面における酸化膜生成の防止の観点から、内部を真空状態または不活性ガスで満たすことができるチャンバー内に設置されることが好ましい。あるいは、パルスレーザ光1の照射部分に不活性ガスを吹き付ける方式であっても良い。
The
Moreover, it is preferable that the
補助加熱手段19は、半導体基板3の表層部を所望の温度に加熱できるものであれば特に限定されないが、例えばフラッシュランプ(キセノンフラッシュランプなど)が好適である。フラッシュランプは、間欠的に熱線を照射するので、半導体基板3の表層部の温度が上昇しすぎない範囲で適度に加熱することができる。
The auxiliary heating means 19 is not particularly limited as long as the surface layer portion of the
また、レーザアニール装置10Aは、上記のパルスレーザ発振器12、基板ステージ5及び補助加熱手段19を制御するための制御装置18を備える。この制御装置18により、パルスレーザ光1の発振タイミング、補助加熱手段19による加熱のタイミング、基板ステージ5の移動が制御される。
The laser annealing apparatus 10 </ b> A includes a
図2に、第1実施形態における、パルスレーザ光1の発振タイミング(上図)と補助加熱手段19による加熱のタイミング(下図)を示す。図2において、縦軸は出力軸、横軸は時間軸である。符号aはパルスレーザ光1のパルス幅を示し、例えば数ナノ秒〜数十ナノ秒である。符号bはパルスレーザ光1のパルス間隔を示し、例えば数100ナノ秒以上である。符号cは補助加熱手段19がフラッシュランプの場合の、一回あたりの連続加熱時間を示している。フラッシュランプは、間欠的に加熱を行なうものであり、加熱時の一回あたりの加熱時間がパルスレーザ光1のパルス間隔bの複数回分(例えば数十回分)に相当するものであり、その一回あたりの連続加熱時間は、例えば数ミリ秒以上である。
ただし、後述するように、補助加熱手段19は、少なくともパルスレーザ光1の照射毎における各照射開始時から1マイクロ秒が経過するまでの間、上記の表層部を加熱するものであればよい。
FIG. 2 shows the oscillation timing (upper diagram) of the
However, as will be described later, the auxiliary heating means 19 may be any means as long as it heats the surface layer part at least until 1 microsecond elapses from the start of each irradiation of the
上記の如き構成されたレーザアニール装置10Aでは、制御装置18による制御の下、パルスレーザ発振器12からパルスレーザ光1を発振して、イオンが注入された表層部が溶融しない条件で、この表層部にパルスレーザ光1を照射し、パルスレーザ光1の照射と並行して、少なくともパルスレーザ光1の照射毎における各照射開始時から1マイクロ秒が経過するまでの間、補助加熱手段19により表層部を加熱する。ここで、この第1実施形態のレーザアニール装置10Aによって実施されるレーザアニール方法が、本発明の第1のレーザアニール方法である。
In the
図3に、第1実施形態における、補助加熱手段19による補助加熱温度が加熱時間に及ぼす影響についての熱解析結果を示す。
図3から、補助加熱あり(B:300℃及びC:600℃)の場合は、補助加熱なし(A:20℃)の場合よりも、表層部の厚さ方向への熱の逃げが抑制されることにより、パルスレーザ光1の照射後における表層部の温度の低下速度が遅くなり、ピーク温度から一定温度範囲内にある加熱時間を伸ばすことができる。この結果、有効なアニール温度でのアニール時間を伸ばすことができる。図3では、補助加熱温度を600℃に設定することにより、800℃以上で1マイクロ秒以上のアニール時間を達成している。このように補助加熱手段19による表層部の加熱温度を適切に設定することにより、表層部の結晶性を回復するのに十分なアニール時間を得ることができる。
In FIG. 3, the thermal analysis result about the influence which the auxiliary heating temperature by the auxiliary heating means 19 has on heating time in 1st Embodiment is shown.
From FIG. 3, in the case of auxiliary heating (B: 300 ° C. and C: 600 ° C.), the escape of heat in the thickness direction of the surface layer is suppressed compared to the case of no auxiliary heating (A: 20 ° C.). As a result, the rate of decrease in the temperature of the surface layer portion after irradiation with the
ここで、補助加熱手段19としてフラッシュランプを用いた場合、一回あたりの連続加熱時間は数ミリ秒オーダでありパルスレーザ光1のパルス間隔の複数回分に相当する長さであるため、補助加熱の温度がイオンの拡散速度の観点から高すぎると、パルスレーザ光1が照射されてない状態でも補助加熱自体によってイオンが深い領域まで拡散してしまう。
したがって、補助加熱の温度を、それ自体の加熱によっては表層部におけるイオンの拡散速度が所定値を超えない温度範囲とすることが好ましい。このように補助加熱の温度を適切に設定することにより、イオンが深い領域まで拡散することを防止することができる。
Here, when a flash lamp is used as the auxiliary heating means 19, the continuous heating time per one time is on the order of several milliseconds, and is a length corresponding to a plurality of pulse intervals of the
Therefore, it is preferable that the temperature of the auxiliary heating is set to a temperature range in which the diffusion rate of ions in the surface layer portion does not exceed a predetermined value depending on the heating of the auxiliary heating. Thus, by appropriately setting the temperature of the auxiliary heating, it is possible to prevent ions from diffusing to a deep region.
図4は、100ミリ秒の時間に対する温度とボロン原子の拡散長を計算した結果を示している。図4から、800℃程度で10nm程度の拡散が起こってしまい、このため800℃の補助加熱では、テクノロジーノード65nm以下で要求される20nm以下の極浅接合を形成するには拡散速度が速すぎると考えられる。このような観点から、フラッシュランプのように加熱時の一回あたりの加熱時間がパルスレーザ光1のパルス間隔の複数回分に相当するものを補助加熱手段19として用いる場合、補助加熱手段19による表層部の加熱温度は、600℃以下に設定するのが好ましい。補助加熱の温度を600℃以下とすることにより、補助加熱による表層部におけるイオンの拡散速度を、結晶性の回復とイオンの活性化のためのアニールに実質的に寄与しない程度に十分低く抑えることができるので、接合深さの浅い極浅接合を形成することができる。
FIG. 4 shows the results of calculating the temperature and boron atom diffusion length for a time of 100 milliseconds. From FIG. 4, diffusion of about 10 nm occurs at about 800 ° C. Therefore, in the auxiliary heating at 800 ° C., the diffusion rate is too high to form an ultra-shallow junction of 20 nm or less required at a technology node of 65 nm or less. it is conceivable that. From this point of view, when a heating time corresponding to a plurality of pulse intervals of the
以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば、極浅接合の形成に際し、多数のレーザ光源を用いることなく、イオンが打ち込まれた部分の結晶性を回復し且つ接合深さを浅くするのに必要十分なアニール時間を得ることができる。 As is apparent from the above description, according to the present embodiment, when forming an ultra-shallow junction, the crystallinity of the ion-implanted portion is recovered and the junction depth is reduced without using a large number of laser light sources. An annealing time necessary and sufficient for this can be obtained.
なお、図1に示した本実施形態のレーザアニール装置10Aでは、基板ステージ5を線状ビームの短軸方向に移動させることにより、半導体基板3に対してレーザ光を走査するが、この場合、パルス間隔(図2の符号b)を加味して、パルスレーザ光1の照射位置が線状ビームの短軸方向の長さ分だけずれるように基板ステージ5を移動させることにより、半導体基板3の表層部の全面をアニールすることができる。あるいは、パルスレーザ光1の照射位置のずれ量を線状ビームの短軸方向の長さ未満にして、単位領域あたりのパルスレーザ光1の照射回数が複数回となるように基板ステージ5を移動させてもよい。
In the
[第2実施形態]
図5は、本発明の第2実施形態にかかるレーザアニール装置10Bの全体概略構成を示す図である。
本実施形態が第1実施形態と大きく異なるのは、レーザ照射装置11が、複数のパルスレーザ発振器12A,12Bと、各パルスレーザ発振器12A,12Bからのパルスレーザ光1A,1Bを同一光路上に合成する合成手段14とを有する点である。以下、本実施形態について具体的に説明する。なお、本実施形態の説明において、言及しない事項については、第1実施形態と同様である。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a diagram showing an overall schematic configuration of a
The present embodiment is significantly different from the first embodiment in that the
本実施形態のレーザアニール装置10Bは、半導体基板3の不純物としてのイオンが注入されている表層部にパルスレーザ光1を照射してアニールする装置であり、2台のパルスレーザ発振器12A,12Bと各パルスレーザ発振器12A,12Bからのパルスレーザ光1A,1Bを同一光路上に合成する合成手段14とを有し合成したパルスレーザ光1ABを表層部に照射するレーザ照射装置11と、半導体基板3の表層部を加熱する補助加熱手段19と、を備える。また、レーザアニール装置は、第1実施形態と同様に、ビーム整形光学系20、基板ステージ5及び制御装置18を備える。
The
上記の2台のパルスレーザ発振器(以下、「第1レーザ発振器12A」、「第2レーザ発振器12B」という)は、互いに同一パルス周波数でパルスレーザ光1A,1Bを発振することができるものであり、制御装置18によって、第1レーザ発振器12Aによるパルスレーザ光1Aの発振から所定の時間差(図6の符号d)で第2レーザ発振器12Bからパルスレーザ光1Bが発振されるように、発振タイミングが制御される。
The above two pulse laser oscillators (hereinafter referred to as “
合成手段14は、1/2波長板17とミラー15と偏光ビームスプリッタ16とからなる。
1/2波長板17は、第2レーザ発振器12Bからのパルスレーザ光1Bの偏光方向を90度回転させて通過させる。具体的には、パルスレーザ光1Bの偏光面をP偏光からS偏光に回転させる。
ミラー15は、パルスレーザ光1Bを偏光ビームスプリッタ16の方向に反射させる。
偏光ビームスプリッタ16は、第1レーザ発振器12AからのP偏光のパルスレーザ光1Aを通過させ第2レーザ発振器12BからのS偏光のパルスレーザ光1Bを反射させることにより二つのパルスレーザ光1A,1Bを同一光路上に合成する。
The synthesizing
The half-
The
The
図6に、本実施形態における、パルスレーザ光1A,1Bの発振タイミング(上図)と補助加熱手段19による加熱のタイミング(下図)を示す。図6における、縦軸、横軸、符号a,b,cの意味は図2と同様である。
図6の上図において、近接する2つのパルス出力の組がいくつか示されているが、各組において時間的に先行しているパルス出力が第1レーザ発振器12Aからのパルスレーザ光1Aに相当し、時間差dの遅延時間をおいて出力されているパルス出力が第2レーザ発振器12Bからのパルスレーザ光1Bに相当する。
上記の所定の時間差dは、第1レーザ発振器12Aからのパルスレーザ光1Aの照射によって加熱された表層部の温度が、補助加熱手段19による表層部の加熱の温度まで低下しない時間差である。
FIG. 6 shows the oscillation timing (upper diagram) of the
In the upper diagram of FIG. 6, several sets of two adjacent pulse outputs are shown, but the pulse output preceding in time in each set corresponds to the pulse laser beam 1A from the
The predetermined time difference d is a time difference at which the temperature of the surface layer portion heated by the irradiation of the pulse laser beam 1A from the
上記の如き構成されたレーザアニール装置10Bでは、制御装置18による制御の下、第1レーザ発振器12A及び第2レーザ発振器12Bからパルスレーザ光1A,1Bを発振し、各レーザ発振器12A,12Bからのパルスレーザ光1A,1Bを同一光路上に合成し、第1レーザ発振器12Aによるパルスレーザ光1Aの発振から所定の時間差dで第2レーザ発振器12Bからパルスレーザ光1Bを発振して、半導体基板3の表層部が溶融しない条件で当該表層部にパルスレーザ光1A,1Bを順次照射し、パルスレーザ光1A,1Bの照射と並行して、少なくとも、第1レーザ発振器12Aからのパルスレーザ光1Aの照射毎における各照射開始時から1マイクロ秒が経過するまでの間、補助加熱手段19により当該表層部を加熱し、上記の所定の時間差dを、第1レーザ発振器12Aからのパルスレーザ光1Aの照射によって加熱された表層部の温度が、補助加熱手段19による表層部の加熱の温度まで低下しない時間差とする。ここで、この第2実施形態のレーザアニール装置10Bによって実施されるレーザアニール方法が、本発明の第2のレーザアニール方法である。
In the
図7に、本実施形態における、補助加熱手段19による補助加熱温度が加熱時間に及ぼす影響についての熱解析結果を示す。
図7において、A,B,Cはそれぞれ2つのピークをもっているが、一つ目のピークが第1レーザ発振器12Aからのパルスレーザ光1Aの照射による温度上昇を示し、二つ目のピークが第2レーザ発振器12Bからのパルスレーザ光1Bの照射による温度上昇を示している。
In FIG. 7, the thermal analysis result about the influence which the auxiliary heating temperature by the auxiliary heating means 19 has on heating time in this embodiment is shown.
In FIG. 7, A, B, and C each have two peaks. The first peak indicates a temperature rise due to the irradiation of the pulse laser beam 1A from the
本実施形態によれば、補助加熱手段19により表層部の加熱を補助しながら、複数(本実施形態では2台)のパルスレーザ発振器12A、12Bからのパルスレーザ光1を、上記の所定の時間差dで順次照射するので、有効なアニール時間をさらに伸ばすことができる。本実施形態によって得られるその他の効果は、上述した第1実施形態と同様である。
According to the present embodiment, while assisting the heating of the surface layer portion by the auxiliary heating means 19, the
なお、以上説明した第2実施形態では、パルスレーザ発振器を2台としたが、現実的な範囲で3台以上のパルスレーザ発振器を用いても良い。この場合、Nを2以上の自然数として、N数のパルスレーザ発振器からパルスレーザ光1を発振し、各パルスレーザ発振器からのパルスレーザ光を同一光路上に合成し、nを0を除くN未満の自然数として、n番目のパルスレーザ発振器によるパルスレーザ光1の発振から所定の時間差で(n+1)番目のパルスレーザ発振器からパルスレーザ光を発振して、表層部が溶融しない条件で表層部にパルスレーザ光を順次照射し、パルスレーザ光の照射と並行して、少なくとも、第1番目のパルスレーザ発振器からのパルスレーザ光の照射毎における各照射開始時から1マイクロ秒が経過するまでの間、補助加熱手段により当該表層部を加熱し、上記の所定の時間差を、n番目のパルスレーザ発振器からのパルスレーザ光の照射によって加熱された表層部の温度が、補助加熱手段による表層部の加熱の温度まで低下しない時間差とする。
In the second embodiment described above, two pulse laser oscillators are used. However, three or more pulse laser oscillators may be used within a practical range. In this case, N is a natural number of 2 or more,
次に、上述した第1実施形態及び第2実施形態におけるビーム整形光学系20について、いくつかの構成例を説明する。ただし、ビーム整形光学系20は、以下の構成例に限定されるものではない。
なお、以下の説明では、パルスレーザ光1、1ABを単に「レーザ光1」とよぶ。
Next, some configuration examples of the beam shaping
In the following description, the
[ビーム整形光学系20の第1構成例]
図8A及び図8Bは、第1構成例にかかるビーム整形光学系20の構成を示す図である。
図8Aでは、線状ビームの長軸方向に作用する光学系が示されており、短軸方向のみに作用する光学系は想像線(破線)で示されている。
図8Bでは、線状ビームの短軸方向に作用する光学系が示されており、長軸方向のみに作用する光学系は想像線(破線)で示されている。
[First Configuration Example of Beam Shaping Optical System 20]
8A and 8B are diagrams showing the configuration of the beam shaping
In FIG. 8A, an optical system acting in the major axis direction of the linear beam is shown, and an optical system acting only in the minor axis direction is indicated by an imaginary line (broken line).
In FIG. 8B, an optical system acting in the minor axis direction of the linear beam is shown, and an optical system acting only in the major axis direction is indicated by an imaginary line (broken line).
ビーム整形光学系20は、パルスレーザ発振器12(又は第1レーザ発振器12Aと第2レーザ発振器12B)から発振されたレーザ光1を長軸方向及び短軸方向に拡大するビームエキスパンダ21、線状ビームの長軸方向のエネルギー分布を均一化する長軸用ホモジナイザ22、及び線状ビームの短軸方向のエネルギー分布を均一化する短軸用ホモジナイザ25を備えている。
The beam shaping
一構成例として示したビームエキスパンダ21は、凹球面レンズ21aと凸球面レンズ21bとからなり、入射したレーザ光1を凹球面レンズ21aで拡径して凸球面レンズ21bで平行光にする。
The
図8Aに示すように、長軸用ホモジナイザ22は、入射するレーザ光1を長軸方向に複数に分割する長軸用シリンドリカルレンズアレイ23と、長軸方向に複数に分割されたレーザ光1を長軸方向に重ね合わせる長軸用コンデンサレンズ24とからなる。
As shown in FIG. 8A, the long-
また、図8Aに示すように、ビームエキスパンダ21と長軸用シリンドリカルレンズアレイ23との間に、長軸方向干渉低減光学系31が配置されている。長軸方向干渉低減光学系31は、長軸用シリンドリカルレンズアレイ23を構成する各シリンドリカルレンズの幅と同一の幅をもつ複数の透明ガラス板31aが長軸方向に連結して構成されたものであり、各透明ガラス板31aを通過するレーザ光1にコヒーレント長より長い距離の光路差を付与して長軸方向の干渉作用を低減している。
Further, as shown in FIG. 8A, a long-axis direction interference reducing
図8Bに示すように、短軸用ホモジナイザ25は、入射するレーザ光1を短軸方向に複数に分割する短軸用シリンドリカルレンズアレイ26と、短軸方向に複数に分割されたパルスレーザ光1を短軸方向に重ね合わせる短軸用コンデンサレンズ29と、短軸用コンデンサレンズ29からの出射光を半導体基板3の表面に縮小投影する投影レンズ30とを有する。
As shown in FIG. 8B, the short-
また、図8Bに示すように、ビームエキスパンダ21と短軸用シリンドリカルレンズアレイ26との間に、短軸方向干渉低減光学系32が配置されている。短軸方向干渉低減光学系32は、短軸用シリンドリカルレンズアレイ26を構成する各シリンドリカルレンズの幅と同一の幅をもつ複数の透明ガラス板32aが短軸方向に連結して構成されたものであり、各透明ガラス板32aを通過するレーザ光1にコヒーレント長より長い距離の光路差を付与して短軸方向の干渉作用を低減している。
Further, as shown in FIG. 8B, a short-axis direction interference reducing
上記のように構成されたビーム整形光学系20により、パルスレーザ発振器12(又は第1レーザ発振器12Aと第2レーザ発振器12B)から発振されたレーザ光1が線状ビームに整形されて半導体基板3に照射される。
また、レーザ光1は、長軸用ホモジナイザ22により線状ビームの長軸方向のエネルギー分布が均一化され、短軸用ホモジナイザ25により線状ビームの短軸方向のエネルギー分布が均一化される。なお、短軸用シリンドリカルレンズアレイ26を省略し、長軸方向のエネルギー分布のみを均一化する構成であってもよい。
By the beam shaping
In the
[ビーム整形光学系20の第2構成例]
図9A及び図9Bは、第2構成例にかかるビーム整形光学系20の構成を示す図である。
図9Aでは、線状ビームの長軸方向に作用する光学系が示されており、短軸方向のみに作用する光学系は想像線(破線)で示されている。
図9Bでは、線状ビームの短軸方向に作用する光学系が示されており、長軸方向のみに作用する光学系は想像線(破線)で示されている。
[Second Configuration Example of Beam Shaping Optical System 20]
9A and 9B are diagrams showing a configuration of the beam shaping
In FIG. 9A, an optical system acting in the major axis direction of the linear beam is shown, and an optical system acting only in the minor axis direction is indicated by an imaginary line (broken line).
In FIG. 9B, an optical system acting in the minor axis direction of the linear beam is shown, and an optical system acting only in the major axis direction is indicated by an imaginary line (broken line).
第2構成例のビーム整形光学系20は、パルスレーザ発振器12(又は第1レーザ発振器12Aと第2レーザ発振器12B)から発振されたレーザ光1を長軸方向及び短軸方向に拡大するビームエキスパンダ21、線状ビームの長軸方向のエネルギー分布を均一化する長軸用ホモジナイザ22、及び線状ビームの短軸方向のエネルギー分布を均一化する短軸用ホモジナイザ25を備えている。ここで、一構成例として示したビームエキスパンダ21は、上述した第1構成例と同様である。
The beam shaping
図9Aに示すように、長軸用ホモジナイザ22は、入射したレーザ光1を長軸方向に複数に分割する導波路36と、長軸方向に分割されたレーザ光1を長軸方向に集光し半導体基板3の表面で重ね合わせて結像する2つのシリンドリカルレンズ39,40とからなる。ここで、2つのシリンドリカルレンズ39,40により長軸方向端面転写光学系が構成されている。なお、上記の導波路36は、短軸用ホモジナイザ25の一構成要素でもある。
ビームエキスパンダ21と導波路36の間には、レーザ光1を導波路36に導く入射レンズ34が配置されている。
また、2つのシリンドリカルレンズ39,40の間には、長軸方向干渉低減光学系42が配置されており、長軸方向に複数に分割されたレーザ光1に光路差を付与して干渉作用を低減している。
As shown in FIG. 9A, the long-
An
Further, a long-axis direction interference reducing
図9Bに示すように、短軸用ホモジナイザ25は、入射したレーザ光1を短軸方向に複数に分割する導波路36と、短軸方向に分割されたレーザ光1を短軸方向に集光し半導体基板3の表面で重ね合わせて結像する2つのシリンドリカルレンズ45,46とからなる。ここで、2つのシリンドリカルレンズ45,46により短軸方向端面転写光学系が構成されている。
また、2つのシリンドリカルレンズ45,46の間には、短軸方向干渉低減光学系48が配置されており、短軸方向に複数に分割されたレーザ光1に光路差を付与して干渉作用を低減している。
As shown in FIG. 9B, the
Further, a short-axis direction interference reducing
上記のように構成された第2構成例のビーム整形光学系20により、パルスレーザ発振器12(又は第1レーザ発振器12Aと第2レーザ発振器12B)から発振されたレーザ光1が線状ビームに整形されて半導体基板3に照射される。
また、レーザ光1は、長軸用ホモジナイザ22により線状ビームの長軸方向のエネルギー分布が均一化され、短軸用ホモジナイザ25により線状ビームの短軸方向のエネルギー分布が均一化される。
The
In the
なお、長軸用ホモジナイザ22と短軸用ホモジナイザ25は、上述した第1構成例及び第2構成例において説明したものに限られず、その他周知の光学系を用いてエネルギー分布を均一化する手段であってもよい。例えば、長軸用ホモジナイザ22及び/又は短軸用ホモジナイザ25は、回折光学素子を含む光学系であってもよい。回折光学素子についての詳細な説明は省略するが、例えば、特開2005−217209号公報などに開示されている。回折光学素子は、石英などの基板にフォトエッチング工程などにより微細な段差を形成し、それぞれの段差部分を透過するレーザ光が形成する回折パターンを結像面(基板表面)で所望のエネルギー分布が得られるように作製する。
The long-
上記において、本発明の実施形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention disclosed above are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to these embodiments. The scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further includes meanings equivalent to the description of the scope of claims and all modifications within the scope.
1、1A、1B、1AB パルスレーザ光
3 半導体基板
5 基板ステージ
10A、10B レーザアニール装置
11 レーザ照射装置
12 パルスレーザ発振器
12A 第1レーザ発振器
12B 第2レーザ発振器
18 制御装置
19 補助加熱手段
20 ビーム整形光学系
21 ビームエキスパンダ
21a 凹球面レンズ
21b 凸球面レンズ
22 長軸用ホモジナイザ
23 長軸用シリンドリカルレンズアレイ
24 長軸用コンデンサレンズ
25 短軸用ホモジナイザ
26 短軸用シリンドリカルレンズアレイ
29 短軸用コンデンサレンズ
30 投影レンズ
31,42 長軸方向干渉低減光学系
32,48 短軸方向干渉低減光学系
34 入射レンズ
36 導波路
39,40,45,46 シリンドリカルレンズ
1, 1A, 1B, 1AB
Claims (8)
パルスレーザ発振器からパルスレーザ光を発振して、前記表層部が溶融しない条件で前記表層部に前記パルスレーザ光を照射し、該パルスレーザ光の照射と並行して、少なくとも前記パルスレーザ光の照射毎における各照射開始時から1マイクロ秒が経過するまでの間、補助加熱手段により前記表層部を加熱する、ことを特徴とするレーザアニール方法。 A laser annealing method for annealing by irradiating a surface layer portion into which ions as impurities of a semiconductor substrate are implanted with pulsed laser light,
Pulse laser light is oscillated from a pulse laser oscillator, and the surface layer portion is irradiated with the pulse laser light under the condition that the surface layer portion does not melt, and at least the pulse laser light is irradiated in parallel with the irradiation of the pulse laser light. A laser annealing method, wherein the surface layer portion is heated by auxiliary heating means until 1 microsecond has elapsed since the start of each irradiation.
Nを2以上の自然数として、N個のパルスレーザ発振器からパルスレーザ光を発振し、各パルスレーザ発振器からのパルスレーザ光を同一光路上に合成し、nを0を除くN未満の自然数として、n番目のパルスレーザ発振器によるパルスレーザ光の発振から所定の時間差で(n+1)番目のパルスレーザ発振器からパルスレーザ光を発振して、前記表層部が溶融しない条件で前記表層部に前記パルスレーザ光を順次照射し、
該パルスレーザ光の照射と並行して、少なくとも、第1番目のパルスレーザ発振器からのパルスレーザ光の照射毎における各照射開始時から1マイクロ秒が経過するまでの間、補助加熱手段により前記表層部を加熱し、
前記所定の時間差を、n番目のパルスレーザ発振器からのパルスレーザ光の照射によって加熱された前記表層部の温度が、前記補助加熱手段による前記表層部の加熱の温度まで低下しない時間差とする、ことを特徴とするレーザアニール方法。 A laser annealing method for annealing by irradiating a surface layer portion into which ions as impurities of a semiconductor substrate are implanted with pulsed laser light,
N is a natural number of 2 or more, pulse laser light is oscillated from N pulse laser oscillators, pulse laser light from each pulse laser oscillator is synthesized on the same optical path, and n is a natural number less than N except 0, A pulse laser beam is oscillated from the (n + 1) th pulse laser oscillator with a predetermined time difference from the oscillation of the pulse laser beam by the nth pulse laser oscillator, and the pulse laser beam is applied to the surface layer portion under the condition that the surface layer portion does not melt. Are irradiated sequentially,
In parallel with the irradiation of the pulse laser beam, at least the surface layer is provided by the auxiliary heating means until one microsecond has elapsed from the start of each irradiation of the pulse laser beam from the first pulse laser oscillator. Heating the part,
The predetermined time difference is a time difference at which the temperature of the surface layer portion heated by the irradiation of the pulse laser beam from the nth pulse laser oscillator does not decrease to the temperature of the surface layer portion heated by the auxiliary heating means. A laser annealing method characterized by the above.
前記補助加熱手段による前記表層部の加熱温度を、それ自体の加熱によっては前記表層部におけるイオンの拡散速度が所定値を超えない温度範囲とする、請求項1又は2記載のレーザアニール方法。 The auxiliary heating means intermittently performs heating, and the heating time per heating corresponds to a plurality of pulse intervals of the pulse laser beam,
3. The laser annealing method according to claim 1, wherein the heating temperature of the surface layer portion by the auxiliary heating means is set to a temperature range in which the diffusion rate of ions in the surface layer portion does not exceed a predetermined value depending on the heating of the surface layer portion.
パルスレーザ光を発振するパルスレーザ発振器を有し、前記パルスレーザ光を前記表層部に照射するレーザ照射装置と、
前記半導体基板の前記表層部を加熱する補助加熱手段と、を備え、
前記パルスレーザ発振器からパルスレーザ光を発振して、前記表層部が溶融しない条件で前記表層部に前記パルスレーザ光を照射し、該パルスレーザ光の照射と並行して、少なくとも前記パルスレーザ光の照射毎における各照射開始時から1マイクロ秒が経過するまでの間、補助加熱手段により前記表層部を加熱する、ことを特徴とするレーザアニール装置。 A laser annealing apparatus for annealing by irradiating a surface layer portion into which ions as impurities of a semiconductor substrate are implanted with pulsed laser light,
A laser irradiation apparatus having a pulse laser oscillator for oscillating a pulse laser beam, and irradiating the surface layer portion with the pulse laser beam;
An auxiliary heating means for heating the surface layer portion of the semiconductor substrate,
Pulse laser light is oscillated from the pulse laser oscillator, and the surface layer portion is irradiated with the pulse laser light under a condition that the surface layer portion does not melt, and in parallel with the irradiation of the pulse laser light, at least the pulse laser light A laser annealing apparatus, wherein the surface layer portion is heated by auxiliary heating means until 1 microsecond elapses from the start of each irradiation for each irradiation.
Nを2以上の自然数として、パルスレーザ光を発振するN個のパルスレーザ発振器と該各パルスレーザ発振器からのパルスレーザ光を同一光路上に合成する合成手段とを有し前記パルスレーザ光を前記表層部に照射するレーザ照射装置と、
前記半導体基板の前記表層部を加熱する補助加熱手段と、を備え、
nを0を除くN未満の自然数として、n番目のパルスレーザ発振器によるパルスレーザ光の発振から所定の時間差で(n+1)番目のパルスレーザ発振器からパルスレーザ光を発振して、前記表層部が溶融しない条件で前記表層部に前記パルスレーザ光を順次照射し、
該パルスレーザ光の照射と並行して、少なくとも、第1番目のパルスレーザ発振器からのパルスレーザ光の照射毎における各照射開始時から1マイクロ秒が経過するまでの間、前記補助加熱手段により前記表層部を加熱し、
前記所定の時間差を、n番目のパルスレーザ発振器からのパルスレーザ光の照射によって加熱された前記表層部の温度が、前記補助加熱手段による前記表層部の加熱の温度まで低下しない時間差とする、ことを特徴とするレーザアニール装置。 A laser annealing apparatus for annealing by irradiating a surface layer portion into which ions as impurities of a semiconductor substrate are implanted with pulsed laser light,
N is a natural number equal to or greater than 2, and N pulse laser oscillators that oscillate pulse laser light and combining means for synthesizing the pulse laser light from each pulse laser oscillator on the same optical path, A laser irradiation device for irradiating the surface layer part;
An auxiliary heating means for heating the surface layer portion of the semiconductor substrate,
Assuming that n is a natural number less than N excluding 0, the (n + 1) th pulse laser oscillator oscillates with a predetermined time difference from the oscillation of the pulse laser beam by the nth pulse laser oscillator, and the surface layer portion melts. Without irradiating the pulsed laser beam sequentially on the surface layer part under the conditions that do not
In parallel with the irradiation of the pulsed laser beam, at least until 1 microsecond has elapsed from the start of each irradiation of the pulsed laser beam from the first pulsed laser oscillator, the auxiliary heating means Heating the surface layer,
The predetermined time difference is a time difference at which the temperature of the surface layer portion heated by the irradiation of the pulse laser beam from the nth pulse laser oscillator does not decrease to the temperature of the surface layer portion heated by the auxiliary heating means. A laser annealing apparatus characterized by the above.
前記補助加熱手段による前記表層部の加熱温度を、それ自体の加熱によっては前記表層部におけるイオンの拡散速度が所定値を超えない温度範囲とする、請求項5又は6記載のレーザアニール装置。 The auxiliary heating means intermittently performs heating, and the heating time per heating corresponds to a plurality of pulse intervals of the pulse laser beam,
The laser annealing apparatus according to claim 5 or 6, wherein the heating temperature of the surface layer portion by the auxiliary heating means is set to a temperature range in which the diffusion rate of ions in the surface layer portion does not exceed a predetermined value depending on the heating of the surface layer portion.
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