JP2008306211A - Manufacturing method of semiconductor device, and laser annealing device - Google Patents

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Toshio Kudo
利雄 工藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a semiconductor device that can reduce damage to crystal due to laser irradiation. <P>SOLUTION: Impurities are implanted into a surface portion of a semiconductor substrate. A pulse laser beam with a cross section of a shape which is long in one direction on a top surface of the semiconductor substrate is made incident on the semiconductor substrate and while the incident position of the pulse laser beam is moved so that the incident position of the pulse laser beam moves along a direction of the short axis of the beam cross section and a region having been irradiated with the previous pulse laser beam and the incident region of the present pulse laser beam may overlap with each other partially, irradiation with a plurality of shots is performed to activate the implanted impurities. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置の製造方法及びレーザアニーリング装置に関し、特に半導体基板に注入した不純物をレーザ照射によって活性化させる方法、及び不純物の活性化アニールに適したレーザアニーリング装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and a laser annealing apparatus, and more particularly to a method for activating impurities implanted into a semiconductor substrate by laser irradiation and a laser annealing apparatus suitable for impurity activation annealing.

半導体基板に不純物を注入し、紫外領域のエキシマレーザ、例えば波長308nmのXeClエキシマレーザや波長248nmのKrFエキシマレーザを照射することにより、注入された不純物を活性化させる技術が知られている。以下、従来の活性化方法について説明する。   A technique is known in which impurities are implanted into a semiconductor substrate and irradiated with an excimer laser in the ultraviolet region, for example, an XeCl excimer laser with a wavelength of 308 nm or a KrF excimer laser with a wavelength of 248 nm. Hereinafter, a conventional activation method will be described.

まず、シリコン基板の表層部にゲルマニウム(Ge)をドープして、シリコン基板の表層部をアモルファス化させる。その後、所望の不純物イオンを注入する。表層部をアモルファス化しておくことにより、不純物イオンのチャネリング現象を防止することができる。   First, germanium (Ge) is doped into the surface layer portion of the silicon substrate to make the surface layer portion of the silicon substrate amorphous. Thereafter, desired impurity ions are implanted. By making the surface layer amorphous, the channeling phenomenon of impurity ions can be prevented.

半導体基板表面にエキシマレーザを照射し、融点の低いアモルファス部分を溶融させ、再結晶化させる。これにより、注入された不純物が活性化する。   The surface of the semiconductor substrate is irradiated with an excimer laser to melt and recrystallize the amorphous part having a low melting point. Thereby, the implanted impurities are activated.

特開平6−69149号公報JP-A-6-69149 米国特許出願公開第2001/0039063号明細書US Patent Application Publication No. 2001/0039063 米国特許出願公開第2002/0086502号明細書US Patent Application Publication No. 2002/0086502

上記従来の方法では、アモルファス部分を溶融させ、その後再結晶化させるときの熱履歴が、半導体結晶にダメージを与える。また、紫外波長域におけるシリコンの光吸収係数が大きいため、レーザビームのエネルギがシリコン基板の極薄い領域(厚さ10nm程度の領域)で吸収されてしまう。深い領域は、表層部からの熱伝導によって加熱されるため、厚さ方向に関して温度が均一になりにくい。   In the above conventional method, the thermal history when the amorphous part is melted and then recrystallized damages the semiconductor crystal. Further, since the light absorption coefficient of silicon in the ultraviolet wavelength region is large, the energy of the laser beam is absorbed in an extremely thin region (region having a thickness of about 10 nm) of the silicon substrate. Since the deep region is heated by heat conduction from the surface layer portion, the temperature is hardly uniform in the thickness direction.

さらに、エキシマレーザは、通常、パルスエネルギの揺らぎが7%程度あるため、ショットごとに活性化率が変動してしまう。   Furthermore, since the excimer laser normally has a pulse energy fluctuation of about 7%, the activation rate varies from shot to shot.

本発明の目的は、レーザ照射による結晶へのダメージを小さくすることが可能な半導体装置の製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of reducing damage to a crystal caused by laser irradiation.

本発明の一観点によると、
半導体基板の表層部に不純物を注入する工程と、
前記半導体基板の表面におけるビーム断面が一方向に長い形状を有するパルスレーザビームを前記半導体基板に入射させ、パルスレーザビームの入射位置がビーム断面の短軸方向に移動し、かつ、既にパルスレーザビームの照射された領域とパルスレーザビームの入射領域とが部分的に重なるように、パルスレーザビームの入射位置を移動させながら、複数ショットの照射を行い、注入された前記不純物を活性化させる工程と
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
According to one aspect of the invention,
Injecting impurities into the surface layer of the semiconductor substrate;
A pulse laser beam having a shape in which the beam cross section on the surface of the semiconductor substrate is long in one direction is incident on the semiconductor substrate, the incident position of the pulse laser beam is moved in the minor axis direction of the beam cross section, and the pulse laser beam has already been Irradiating a plurality of shots while moving the incident position of the pulse laser beam so that the irradiated region and the incident region of the pulse laser beam partially overlap, and activating the implanted impurities; A method of manufacturing a semiconductor device having the above is provided.

本発明の他の観点によると、
パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、
表面に、格子状のスクライブラインが画定された半導体基板を保持し、基板の表面に平行な2次元方向に該半導体基板を移動させることが可能なステージと、
前記ステージに保持された半導体基板の表面におけるビーム断面が、一方向に長い形状を有するように、前記レーザ光源から出射されたパルスレーザビームを整形し、該半導体基板に入射させる断面整形光学系と、
前記ステージに保持された半導体基板の第1のスクライブラインが前記ビーム断面の長軸方向と平行になり、前記半導体基板がビーム断面の短軸方向に移動するように前記ステージを制御する制御装置と
を有するレーザアニーリング装置が提供される。
According to another aspect of the invention,
A laser light source that emits a pulsed laser beam;
A stage capable of holding a semiconductor substrate having lattice-shaped scribe lines defined on the surface and moving the semiconductor substrate in a two-dimensional direction parallel to the surface of the substrate;
A cross-section shaping optical system for shaping the pulse laser beam emitted from the laser light source so that the beam cross-section on the surface of the semiconductor substrate held by the stage has a shape that is long in one direction, and making it incident on the semiconductor substrate; ,
A control device for controlling the stage so that a first scribe line of the semiconductor substrate held on the stage is parallel to a major axis direction of the beam section, and the semiconductor substrate moves in a minor axis direction of the beam section; A laser annealing device is provided.

ビーム断面が長尺のビームを用いることにより、アニーリング効果の面内均一性を高めることができる。   By using a beam having a long beam cross section, the in-plane uniformity of the annealing effect can be enhanced.

図1に、本発明の実施例で使用されるレーザアニーリング装置の概略図を示す。レーザアニーリング装置は、処理チャンバ40、搬送チャンバ82、搬出入チャンバ83、84、レーザ光源71、ホモジナイザ72、CCDカメラ88、及びビデオモニタ89を含んで構成される。処理チャンバ40には、ベローズ67、結合部材63、65、リニアガイド機構64及びリニアモータ66等を含む直動機構60が取り付けられている。直動機構60は、処理チャンバ60内に配置されたステージ44を並進移動させることができる。   FIG. 1 shows a schematic diagram of a laser annealing apparatus used in an embodiment of the present invention. The laser annealing apparatus includes a processing chamber 40, a transfer chamber 82, carry-in / out chambers 83 and 84, a laser light source 71, a homogenizer 72, a CCD camera 88, and a video monitor 89. A linear motion mechanism 60 including a bellows 67, coupling members 63 and 65, a linear guide mechanism 64, a linear motor 66, and the like is attached to the processing chamber 40. The linear motion mechanism 60 can translate the stage 44 disposed in the processing chamber 60.

処理チャンバ40と搬送チャンバ82がゲートバルブ85を介して結合され、搬送チャンバ82と搬出入チャンバ83、及び搬送チャンバ82と搬出入チャンバ84が、それぞれゲートバルブ86及び87を介して結合されている。処理チャンバ40、搬出入チャンバ83及び84には、それぞれ真空ポンプ91、92及び93が取り付けられ、各チャンバの内部を真空排気することができる。   The processing chamber 40 and the transfer chamber 82 are connected via a gate valve 85, and the transfer chamber 82 and the carry-in / out chamber 83, and the transfer chamber 82 and the carry-in / out chamber 84 are connected via gate valves 86 and 87, respectively. . Vacuum pumps 91, 92, and 93 are attached to the processing chamber 40 and the loading / unloading chambers 83 and 84, respectively, so that the inside of each chamber can be evacuated.

搬送チャンバ82内には、搬送用ロボット94が収容されている。搬送用ロボット94は、処理チャンバ40、搬出入チャンバ83及び84の各チャンバ相互間で処理基板を移送する。   A transfer robot 94 is accommodated in the transfer chamber 82. The transfer robot 94 transfers the processing substrate between the processing chamber 40 and the loading / unloading chambers 83 and 84.

処理チャンバ40の上面に、レーザビーム透過用の石英窓38が設けられている。なお、石英の代わりに、BK7等の可視光学ガラスを用いてもよい。レーザ光源71から出力されたパルスレーザビームがアッテネータ76を通ってホモジナイザ72に入射する。ホモジナイザ72は、レーザビームの断面形状を細長い形状にするとともに、その長軸方向に関する強度を均一にする。ホモジナイザ72を通過したレーザビームは、ビームの断面形状に対応した細長い石英窓38を透過し、処理チャンバ40内のステージ44上に保持された処理基板に入射する。基板の表面がホモジナイズ面に一致するように、ホモジナイザ72と処理基板との相対位置が調節されている。   A quartz window 38 for transmitting a laser beam is provided on the upper surface of the processing chamber 40. Note that visible optical glass such as BK7 may be used instead of quartz. The pulsed laser beam output from the laser light source 71 enters the homogenizer 72 through the attenuator 76. The homogenizer 72 makes the cross-sectional shape of the laser beam an elongated shape and makes the strength in the major axis direction uniform. The laser beam that has passed through the homogenizer 72 passes through an elongated quartz window 38 corresponding to the cross-sectional shape of the beam, and is incident on a processing substrate held on a stage 44 in the processing chamber 40. The relative position of the homogenizer 72 and the processing substrate is adjusted so that the surface of the substrate coincides with the homogenized surface.

直動機構60によりステージ44が並進移動する方向は、石英窓38の長尺方向に直交する向きである。これにより、基板表面の広い領域にレーザビームを照射することができる。基板表面はCCDカメラ88により撮影され、処理中の基板表面をビデオモニタ89で観察することができる。   The direction in which the stage 44 is translated by the linear motion mechanism 60 is a direction orthogonal to the longitudinal direction of the quartz window 38. Thereby, it is possible to irradiate a wide area on the surface of the substrate with the laser beam. The substrate surface is photographed by a CCD camera 88, and the substrate surface being processed can be observed by a video monitor 89.

図2を参照して、本発明の実施例によるレーザアニーリング方法について説明する。   A laser annealing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図2(A)に示すように、アニーリング対象であるシリコン基板1の表面上にレジスト膜2を形成し、露光及び現像を行うことにより、レジスト膜2に開口を形成する。   As shown in FIG. 2A, a resist film 2 is formed on the surface of the silicon substrate 1 to be annealed, and an opening is formed in the resist film 2 by performing exposure and development.

図2(B)に示すように、レジスト膜2をマスクとし、開口2aを通してシリコン基板1の表層部にゲルマニウムイオンを注入する。これにより、開口2aに対応する領域の表層部がアモルファス化され、アモルファス領域3が形成される。なお、アモルファス化される領域は、例えばMOSFETのソース及びドレイン領域等である。ソース及びドレイン領域をアモルファス化させる場合には、MOSFETのゲート電極をマスクとして、ソース及びドレイン領域となる領域にゲルマニウムイオンを注入する。   As shown in FIG. 2B, germanium ions are implanted into the surface layer portion of the silicon substrate 1 through the opening 2a using the resist film 2 as a mask. Thereby, the surface layer part of the area | region corresponding to the opening 2a is amorphized, and the amorphous area | region 3 is formed. Note that the regions to be amorphized are, for example, MOSFET source and drain regions. In the case of making the source and drain regions amorphous, germanium ions are implanted into the regions to be the source and drain regions using the gate electrode of the MOSFET as a mask.

注入するイオンはゲルマニウムに限らず、他のVI族元素のイオンを用いることも可能である。   The ions to be implanted are not limited to germanium, and ions of other group VI elements can also be used.

図2(C)に示すように、レジスト膜2をマスクとして、シリコン基板1の表層部に不純物を注入する。不純物は、例えば周知のボロン(B)、リン(P)、砒素(As)等である。これにより、不純物注入領域4が形成される。その後、レジスト膜2を除去する。   As shown in FIG. 2C, impurities are implanted into the surface layer portion of the silicon substrate 1 using the resist film 2 as a mask. The impurity is, for example, the well-known boron (B), phosphorus (P), arsenic (As), or the like. Thereby, the impurity implantation region 4 is formed. Thereafter, the resist film 2 is removed.

図2(D)に示すように、図1に示したレーザアニーリング装置のステージ44にシリコン基板1を保持し、基板表面にレーザビーム5を入射させる。レーザビーム5は、Nd:YLFレーザの2倍高調波であり、その波長は527nmである。   As shown in FIG. 2D, the silicon substrate 1 is held on the stage 44 of the laser annealing apparatus shown in FIG. 1, and the laser beam 5 is incident on the substrate surface. The laser beam 5 is a second harmonic of the Nd: YLF laser, and its wavelength is 527 nm.

図2(E)に示すように、基板表面上のビーム入射領域6は、一方向に長い直線状の形状を有する。例えば、ビーム入射領域6の幅は0.1mm、長さは17mm、レーザビーム5のパルス幅は110nsである。基板表面における1パルスあたりのエネルギ密度は、基板の表層部が溶融しない程度の大きさであり、一例として700〜800mJ/cmである。ビーム入射位置を、ビーム入射領域6の短軸方向に移動させながら、基板全面にレーザビーム5を照射する。このとき、レーザビーム5の入射領域が、前回のショットにおけるビーム入射領域と部分的に重なるように、ビーム入射位置を移動させる。 As shown in FIG. 2E, the beam incident region 6 on the substrate surface has a linear shape that is long in one direction. For example, the width of the beam incident region 6 is 0.1 mm, the length is 17 mm, and the pulse width of the laser beam 5 is 110 ns. The energy density per pulse on the substrate surface is such a size that the surface layer portion of the substrate does not melt, and is 700 to 800 mJ / cm 2 as an example. The laser beam 5 is irradiated on the entire surface of the substrate while moving the beam incident position in the minor axis direction of the beam incident region 6. At this time, the beam incident position is moved so that the incident area of the laser beam 5 partially overlaps the beam incident area in the previous shot.

レーザビーム5の1パルスあたりのエネルギ密度は、基板表面の温度がアモルファスシリコンの融点(1147℃)を超えないように調節されている。レーザビーム5の照射によって基板表面が加熱され、固相成長が生じ、アモルファス領域が再結晶化されるとともに、不純物注入領域4内の不純物が活性化する。   The energy density per pulse of the laser beam 5 is adjusted so that the temperature of the substrate surface does not exceed the melting point (1147 ° C.) of amorphous silicon. The substrate surface is heated by the irradiation of the laser beam 5, solid phase growth occurs, the amorphous region is recrystallized, and the impurities in the impurity implantation region 4 are activated.

図3に、シリコン基板1とビーム入射領域との位置関係、及び両者の相対位置を調節する装置のブロック図を示す。シリコン基板1の表面に、格子状のスクライブライン10X及び10Yが画定されている。スクライブライン10Xの各々は、図の横方向に延在し、スクライブライン10Yの各々は、図の縦方向に延在する。格子状のスクライブライン10X及び10Yによって複数のチップ11が画定される。   FIG. 3 shows a block diagram of an apparatus for adjusting the positional relationship between the silicon substrate 1 and the beam incident area and the relative position between the two. On the surface of the silicon substrate 1, lattice-like scribe lines 10X and 10Y are defined. Each of the scribe lines 10X extends in the horizontal direction of the drawing, and each of the scribe lines 10Y extends in the vertical direction of the drawing. A plurality of chips 11 are defined by grid-like scribe lines 10X and 10Y.

位置センサ45が、ステージ44に保持されたシリコン基板1の面内の並進方向及び回転方向の位置を検出する。位置検出結果が制御装置46に入力される。制御装置46は、ビーム入射領域6aの長軸方向がスクライブライン10Yに平行になり、かつ、その両端が、相互に隣り合う2本のスクライブライン10X上に位置するように、XYステージ44を駆動する。なお、ビーム入射領域6aの長さは、図1に示したホモジナイザ72により、2本のスクライブライン10Xの間隔と等しくなるように予め調節されている。パルスレーザビームを照射しながら、ビーム入射領域6aの両端がスクライブライン10X上を移動するように、シリコン基板1を移動させる。   The position sensor 45 detects the position in the translation direction and the rotation direction within the surface of the silicon substrate 1 held by the stage 44. The position detection result is input to the control device 46. The controller 46 drives the XY stage 44 so that the major axis direction of the beam incident area 6a is parallel to the scribe line 10Y and both ends thereof are positioned on the two scribe lines 10X adjacent to each other. To do. The length of the beam incident area 6a is adjusted in advance by the homogenizer 72 shown in FIG. 1 so as to be equal to the interval between the two scribe lines 10X. While irradiating the pulse laser beam, the silicon substrate 1 is moved so that both ends of the beam incident region 6a move on the scribe line 10X.

なお、ビーム入射領域の長さを、スクライブライン10Xの間隔の整数倍にしてもよい。例えば、スクライブライン10Xの間隔の2倍の長さのビーム入射領域6bを、その両端が共にスクライブライン10X上を移動するようにしてもよい。   Note that the length of the beam incident region may be an integral multiple of the interval between the scribe lines 10X. For example, both ends of the beam incident region 6b having a length twice as long as the interval between the scribe lines 10X may be moved on the scribe line 10X.

上記実施例では、基板の表層部を溶融させないため、基板に加わる熱負荷が軽減され、熱履歴に起因する結晶性の劣化を防止することができる。   In the above embodiment, since the surface layer portion of the substrate is not melted, the thermal load applied to the substrate is reduced, and the deterioration of crystallinity due to the thermal history can be prevented.

また、上記実施例では、直線状のビーム入射領域を、部分的に重ねながらその短軸方向に移動させている。基板表面におけるビーム断面が正方形のレーザビームを用いて、ビーム入射位置を、正方形の1つの辺に平行な方向に移動させる場合には、移動方向に平行な辺に対応する部分で、アニーリング効果が不均一になりやすい。上記実施例では、ビーム入射領域6a及び6bの両端が、スクライブライン10X上を移動するため、アニーリング効果の不均一になる位置が、ちょうどスクライブライン10Xに一致する。このため、チップ11内においては、アニーリング効果を均一にすることが可能になる。   Further, in the above embodiment, the linear beam incident area is moved in the minor axis direction while partially overlapping. When a laser beam having a square cross section on the substrate surface is used and the beam incident position is moved in a direction parallel to one side of the square, an annealing effect is produced at a portion corresponding to the side parallel to the moving direction. It tends to be uneven. In the above embodiment, since both ends of the beam incident areas 6a and 6b move on the scribe line 10X, the position where the annealing effect is non-uniformly coincides with the scribe line 10X. For this reason, the annealing effect can be made uniform in the chip 11.

次に、レーザビームの波長の好ましい範囲について説明する。   Next, a preferable range of the laser beam wavelength will be described.

図4に、アモルファスシリコンと単結晶シリコンとの光吸収係数の波長依存性を示す。横軸は波長を単位「nm」で表し、縦軸は吸収係数を単位「×10cm−1」で表す。図中の黒丸及び白丸は、それぞれ単結晶シリコンの吸収係数及びアモルファスシリコンの吸収係数を示す。 FIG. 4 shows the wavelength dependence of the light absorption coefficient of amorphous silicon and single crystal silicon. The horizontal axis represents the wavelength in the unit “nm”, and the vertical axis represents the absorption coefficient in the unit “× 10 7 cm −1 ”. Black circles and white circles in the figure indicate the absorption coefficient of single crystal silicon and the absorption coefficient of amorphous silicon, respectively.

波長が約340nm以上の領域で、アモルファスシリコンの吸収係数が単結晶シリコンの吸収係数よりも大きいことがわかる。単結晶シリコンの吸収係数よりもアモルファスシリコンの吸収係数の方が大きな波長域の光を使用することにより、図2(B)及び(C)に示したアモルファス領域3を優先的に加熱することができる。単結晶シリコン領域の加熱が抑制されるため、不純物が単結晶シリコン領域内に拡散しにくくなり、浅いPN接合を形成することが容易になる。   It can be seen that the absorption coefficient of amorphous silicon is larger than that of single crystal silicon in a wavelength region of about 340 nm or more. By using light having a wavelength region where the absorption coefficient of amorphous silicon is larger than that of single crystal silicon, amorphous region 3 shown in FIGS. 2B and 2C can be preferentially heated. it can. Since heating of the single crystal silicon region is suppressed, impurities are less likely to diffuse into the single crystal silicon region, and a shallow PN junction can be easily formed.

また、波長400nm以上の領域におけるアモルファスシリコンの吸収係数は、紫外域における吸収係数に比べて小さい。このため、波長400nm以上の光は、アモルファスシリコン領域内の深い位置まで到達しやすい。紫外域のレーザビームを用いる場合には、基板の表面の極浅い領域のみが加熱され、熱伝導によって深い領域が間接的に加熱される。これに対し、波長400nm以上のレーザビームを用いると、深い領域もレーザビームのエネルギによって直接加熱される。このため、厚さ方向に関する温度分布を均一に近づけることが可能になる。これにより、厚さ方向に関して、不純物の活性化率を均一に近づけることができる。   In addition, the absorption coefficient of amorphous silicon in a wavelength region of 400 nm or more is smaller than the absorption coefficient in the ultraviolet region. For this reason, light having a wavelength of 400 nm or more tends to reach a deep position in the amorphous silicon region. When an ultraviolet laser beam is used, only a very shallow region on the surface of the substrate is heated, and a deep region is indirectly heated by heat conduction. On the other hand, when a laser beam having a wavelength of 400 nm or more is used, a deep region is directly heated by the energy of the laser beam. For this reason, it becomes possible to make the temperature distribution in the thickness direction closer to each other. As a result, the activation rate of the impurities can be made uniform in the thickness direction.

波長が長くなり過ぎると、アモルファスシリコンの吸収係数が小さくなるため、効率的に加熱することが困難になる。従って、シリコン基板のアニーリング用のレーザビームの波長を400〜650nmとすることが好ましい。なお、この波長域のレーザビームは、シリコン基板の比較的深い領域まで到達するため、電力用半導体装置の深いPN接合を形成するためのレーザアニールにも適している。   If the wavelength becomes too long, the absorption coefficient of amorphous silicon becomes small, and it becomes difficult to efficiently heat. Therefore, the wavelength of the laser beam for annealing the silicon substrate is preferably 400 to 650 nm. Since the laser beam in this wavelength region reaches a relatively deep region of the silicon substrate, it is suitable for laser annealing for forming a deep PN junction of the power semiconductor device.

波長400〜650nmのパルスレーザの例として、上記Nd:YLFレーザの2倍高調波の他に、Nd:YAGレーザの2倍高調波、Nd:YVOレーザの2倍高調波等が挙げられる。これらのレーザ媒質をレーザダイオードで励起する全固体レーザは、パルスエネルギの揺らぎがエキシマレーザに比べて小さいという特徴を有する。このため、レーザ光源として全固体レーザを使用することにより、アニーリング効果の面内均一性を高めることができる。 Examples of the pulse laser having a wavelength of 400 to 650 nm include the second harmonic of the Nd: YAG laser, the second harmonic of the Nd: YVO 4 laser, and the like, in addition to the second harmonic of the Nd: YLF laser. All solid-state lasers that excite these laser media with laser diodes have the characteristic that fluctuations in pulse energy are smaller than in excimer lasers. For this reason, in-plane uniformity of the annealing effect can be enhanced by using an all-solid-state laser as the laser light source.

以上説明したように、半導体基板の表層部を、その融点を超えない温度まで加熱して、不純物を活性化させることにより、半導体基板の受ける熱履歴の影響を軽減することができる。半導体基板の表面におけるビーム断面が一方向に長い形状になるようにレーザビームを整形し、ビーム断面の短軸方向にビーム入射位置を移動させることにより、基板を均一にアニールすることが可能になる。また、シリコン基板の表層部をアモルファス化させておき、波長400〜650nmのレーザビームを用いることにより、アモルファス化した部分を優先的に加熱することができる。これにより、単結晶領域への不純物の拡散を抑制することができる。   As described above, the surface layer portion of the semiconductor substrate is heated to a temperature not exceeding its melting point to activate the impurities, whereby the influence of the thermal history received by the semiconductor substrate can be reduced. By shaping the laser beam so that the beam cross section on the surface of the semiconductor substrate is long in one direction and moving the beam incident position in the short axis direction of the beam cross section, the substrate can be annealed uniformly. . In addition, by making the surface layer portion of the silicon substrate amorphous and using a laser beam having a wavelength of 400 to 650 nm, the amorphous portion can be preferentially heated. Thereby, diffusion of impurities into the single crystal region can be suppressed.

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

本発明の実施例によるレーザアニーリング方法で使用するアニーリング装置の概略平面図である。1 is a schematic plan view of an annealing apparatus used in a laser annealing method according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例によるレーザアニーリング方法を説明するためのアニール対象基板の平面図である。FIG. 3 is a plan view of a substrate to be annealed for explaining a laser annealing method according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例による方法でアニールされる半導体基板とレーザビームの入射位置との相対位置関係を示す平面図、及び半導体基板とビーム入射領域との位置制御装置のブロック図である。2 is a plan view showing a relative positional relationship between a semiconductor substrate annealed by a method according to an embodiment of the present invention and an incident position of a laser beam, and a block diagram of a position control device between the semiconductor substrate and the beam incident area. FIG. 単結晶シリコンとアモルファスシリコンとの吸収係数の波長依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the wavelength dependence of the absorption coefficient of a single crystal silicon and an amorphous silicon.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコン基板
2 レジスト膜
2a 開口
3 アモルファス領域
4 不純物注入領域
5 レーザビーム
6、6a、6b レーザビーム入射領域
10X、10Y スクライブライン
11 チップ
38 石英窓
40 処理チャンバ
44 ステージ
45 位置センサ
46 制御装置
60 直動機構
63、65 結合部材
64 リニアガイド機構
66 リニアモータ
67 ベローズ
71 レーザ光源
72 ホモジナイザ
76 アッテネータ
82 搬送チャンバ
83、84 搬出入チャンバ
85、86、87 ゲートバルブ
88 CCDカメラ
89 ビデオモニタ
91、92、93 真空ポンプ
94 搬送用ロボット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Resist film 2a Opening 3 Amorphous area | region 4 Impurity injection | pouring area | region 5 Laser beam 6, 6a, 6b Laser beam incident area | region 10X, 10Y Scribe line 11 Chip 38 Quartz window 40 Processing chamber 44 Stage 45 Position sensor 46 Controller 60 Direct Moving mechanism 63, 65 Coupling member 64 Linear guide mechanism 66 Linear motor 67 Bellows 71 Laser light source 72 Homogenizer 76 Attenuator 82 Transfer chamber 83, 84 Loading / unloading chamber 85, 86, 87 Gate valve 88 CCD camera 89 Video monitor 91, 92, 93 Vacuum pump 94 Transfer robot

Claims (6)

半導体基板の表層部に不純物を注入する工程と、
前記半導体基板の表面におけるビーム断面が一方向に長い形状を有するパルスレーザビームを前記半導体基板に入射させ、パルスレーザビームの入射位置がビーム断面の短軸方向に移動し、かつ、既にパルスレーザビームの照射された領域とパルスレーザビームの入射領域とが部分的に重なるように、パルスレーザビームの入射位置を移動させながら、複数ショットの照射を行い、注入された前記不純物を活性化させる工程と
を有する半導体装置の製造方法。
Injecting impurities into the surface layer of the semiconductor substrate;
A pulse laser beam having a shape in which the beam cross section on the surface of the semiconductor substrate is long in one direction is incident on the semiconductor substrate, the incident position of the pulse laser beam is moved in the minor axis direction of the beam cross section, and the pulse laser beam has already been Irradiating a plurality of shots while moving the incident position of the pulse laser beam so that the irradiated region and the incident region of the pulse laser beam partially overlap, and activating the implanted impurities; A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記不純物を注入する工程の前に、さらに、半導体基板の表層部の、不純物の注入されるべき領域にイオンを注入してアモルファス化させる工程を含む請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of implanting ions into a region of the surface layer portion of the semiconductor substrate where the impurity is to be implanted to make it amorphous before the step of implanting the impurity. 前記半導体基板の少なくとも表層部がシリコンで形成されており、前記パルスレーザビームの波長が、400〜650nmである請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein at least a surface layer portion of the semiconductor substrate is made of silicon, and a wavelength of the pulse laser beam is 400 to 650 nm. 前記半導体基板の表面に、格子状のスクライブラインが画定されており、前記半導体基板の表面におけるビーム断面の長軸方向が、第1のスクライブラインと平行であり、ビーム断面の両端が、前記第1のスクライブラインと交差する2本の第2のスクライブライン上を移動するように、パルスレーザビームを入射させる請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   A lattice-like scribe line is defined on the surface of the semiconductor substrate, a long axis direction of a beam cross section on the surface of the semiconductor substrate is parallel to the first scribe line, and both ends of the beam cross section are the first cross section. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a pulse laser beam is incident so as to move on two second scribe lines intersecting with one scribe line. パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、
表面に、格子状のスクライブラインが画定された半導体基板を保持し、基板の表面に平行な2次元方向に該半導体基板を移動させることが可能なステージと、
前記ステージに保持された半導体基板の表面におけるビーム断面が、一方向に長い形状を有するように、前記レーザ光源から出射されたパルスレーザビームを整形し、該半導体基板に入射させる断面整形光学系と、
前記ステージに保持された半導体基板の第1のスクライブラインが前記ビーム断面の長軸方向と平行になり、前記半導体基板がビーム断面の短軸方向に移動するように前記ステージを制御する制御装置と
を有するレーザアニーリング装置。
A laser light source that emits a pulsed laser beam;
A stage capable of holding a semiconductor substrate having lattice-shaped scribe lines defined on the surface and moving the semiconductor substrate in a two-dimensional direction parallel to the surface of the substrate;
A cross-section shaping optical system for shaping the pulse laser beam emitted from the laser light source so that the beam cross-section on the surface of the semiconductor substrate held by the stage has a shape that is long in one direction, and making it incident on the semiconductor substrate; ,
A control device for controlling the stage so that a first scribe line of the semiconductor substrate held on the stage is parallel to a major axis direction of the beam section, and the semiconductor substrate moves in a minor axis direction of the beam section; A laser annealing apparatus.
前記制御装置は、前記ビーム断面の両端が、前記第1のスクライブラインと交差する2本の第2のスクライブライン上を移動するように、前記ステージを制御する請求項5に記載のレーザアニーリング装置。   6. The laser annealing apparatus according to claim 5, wherein the control device controls the stage so that both ends of the beam cross section move on two second scribe lines intersecting the first scribe line. .
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