JP2009032711A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】拡散深さや不純物濃度が異なる複数の不純物拡散層を同一の半導体基板に低コストに形成する。
【解決手段】単結晶シリコン基板１５の表面上にＮ型またはＰ型の不純物が導入された不純物導入領域１６を形成する。次に、ＲＴＡ法により赤外線Ｒをマスク１４の開口部１４ａ，１４ｂを通して基板１５の表面に照射して不純物導入領域１６を加熱すると、開口部１４ａ，１４ｂの直下にだけ赤外線Ｒが照射され、その照射部分近傍の不純物導入領域１６だけが局所的に加熱されて不純物が活性化されて拡散し、不純物拡散層１７が形成される。次に、基板１５の表面全体を同時かつ均一に加熱すると、不純物導入領域１６において、第２工程にて加熱されていなかった部分の不純物が活性化されて拡散し、不純物拡散層１８が形成されるのと同時に、不純物拡散層１７中の不純物が再び活性化されて拡散し、不純物拡散層１７から不純物拡散層１９が形成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は半導体装置の製造方法に係り、詳しくは、拡散深さや不純物濃度が異なる複数の不純物活性化領域を同一の半導体基板に形成する半導体装置の製造法に関するものである。

従来より、半導体装置の製造方法では、半導体基板の表面上にＰ型またはＮ型の不純物を導入し、その後の熱処理により不純物を半導体基板中に拡散させて不純物拡散層（不純物活性化領域）を形成することで種々の半導体デバイスを形成してきた。
そして、熱処理方法としては、拡散炉内に半導体基板を収容し、拡散炉により数百〜千数百℃の温度で半導体基板を加熱する方法が用いられてきた。
また、近年、浅い拡散層を形成するために短時間での熱処理が要望されており、短時間の熱処理方法として、赤外線ランプを用いたランプアニール法であるＲＴＡ（Rapidly Thermal Anneal）法が普及してきた。

半導体デバイスとして、例えば、しきい値電圧の異なる複数のトランジスタ、パワーＭＯＳトランジスタやＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの高耐圧素子、抵抗値の異なる複数の拡散抵抗などを同一の半導体基板上に形成する場合には、不純物拡散層の拡散深さや不純物濃度を各半導体デバイス毎に異なったものにして最適化する必要がある。

しかし、従来の熱処理方法（拡散炉を用いる方法、ランプアニール法）では、半導体基板全体を同時かつ均一に熱処理するため、同一の工程で導入した不純物拡散層の拡散深さや不純物濃度は同じになってしまう。
そのため、不純物の導入および熱処理のバランスをとったとしても、各半導体デバイスを構成する不純物拡散層毎に拡散深さや不純物濃度を最適化することが難しく、各半導体デバイスの性能が低下するという問題があった。

そこで、各半導体デバイスを構成する不純物拡散層毎に、別々の工程で不純物を導入し、その後に別々の工程で半導体基板全体を同時かつ均一に熱処理する方法がとられてきた。
しかし、この方法では、各不純物拡散層毎に拡散深さや不純物濃度を最適化できるものの、工程数が増加するため製造コストも増大するという問題があった。

ところで、特許文献１には、レーザ発振器を用いたレーザアニール法により半導体基板の表面上を局所的に加熱する技術が開示されている。
また、特許文献２には、半導体基板の表面上における局所上に耐熱性材料からなる配線を形成し、その配線に通電して発熱させることにより、半導体基板の表面上を局所的に加熱する技術が開示されている。
特開２００２−２５２２１２号公報（第２〜９頁、図１） 特開平１１−２６３９１号公報（第２〜１０頁、図１〜図４）

本願発明者は、各半導体デバイスを構成する不純物拡散層毎に同一の工程で不純物を導入し、その後に、半導体基板の表面上にて各不純物拡散層が形成される箇所を、特許文献１または特許文献２の技術を利用して局所的に加熱することにより、各不純物拡散層毎に拡散深さや不純物濃度を最適化することを考えた。

しかし、特許文献１の技術では、レーザ発振器などの非常に大がかりで高価な設備を必要とするため製造コストが増大する上に、熱処理が必要な場所を一点ずつ加熱する必要があるためスループットが大幅に低下するという問題がある。
また、特許文献２の技術では、耐熱性材料からなる配線を形成する工程と、その配線に通電する工程という、通常の半導体装置の製造方法では用いられない特殊な工程を必要とするため製造コストが増大するという問題がある。

本発明は上記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、拡散深さや不純物濃度が異なる複数の不純物拡散層（不純物活性化領域）を同一の半導体基板に容易に形成することが可能な半導体装置の製造法を低コストに提供することにある。

［課題を解決するための手段］および［発明の効果］に記載する（ ）内の符号等は、［発明を実施するための最良の形態］に記載する構成部材・構成要素の符号等に対応したものである。

請求項１に記載の発明は、
半導体基板（１５）に不純物を導入して不純物導入領域（１６）を形成する第１工程と、
所定箇所に開口部（１４ａ，１４ｂ，２１ａ，２１ｂ）が形成されたマスク（１４，２１）を用い、そのマスクの開口部を通して前記半導体基板（１５）の表面にエネルギー照射（Ｒ）を行うことにより前記不純物を活性化し、前記不純物導入領域（１６）から第１の不純物活性化領域（１７）を形成する第２工程と、
前記半導体基板（１５）全体を同時かつ均一に熱処理し、前記不純物導入領域（１７）から第２の不純物活性化領域（１８）を形成すると共に、前記第１の不純物活性化領域（１７）から第３の不純物活性化領域（１９）を形成する第３工程とを備えた半導体装置（１０）の製造方法を技術的特徴とする。

請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記マスク（１４）は、前記エネルギー照射を吸収する材質によって形成されていることを技術的特徴とする。

請求項３に記載の発明は、
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記マスク（２１）は、前記エネルギー照射を反射する材質によって形成されていることを技術的特徴とする。

請求項４に記載の発明は、
半導体基板（１５）に不純物を導入して不純物導入領域（１６）を形成する第１工程と、
エネルギー照射（Ｒ）の透過率が異なる材質から成る複数の部分（３１ａ〜３１ｃ）が所定箇所に配置されたフィルタ（３１）を用い、そのフィルタを通して前記半導体基板（１５）の表面に前記エネルギー照射を行うことにより前記不純物を活性化し、前記不純物導入領域（１６）から複数の不純物活性化領域（３２〜３４）を形成する第２工程とを備えた半導体装置（３０，４０）の製造方法を技術的特徴とする。

請求項５に記載の発明は、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置（１０，３０，４０）の製造方法において、
前記エネルギー照射は、赤外線、紫外線、放射線、レーザ、電子線から成るグループから選択されたいずれかのエネルギー照射であることを技術的特徴とする。

＜請求項１：第１実施形態（図２参照）または第２実施形態（図３参照）に該当＞
請求項１の第２工程では、所定箇所に開口部（１４ａ，１４ｂ，２１ａ，２１ｂ）が形成されたマスク（１４，２１）を用い、そのマスクの開口部を通して半導体基板（１５）の表面にエネルギー照射（Ｒ）を行う。

すると、マスク（１４，２１）の開口部（１４ａ，１４ｂ，２１ａ，２１ｂ）の直下に位置する半導体基板（１５）の表面上にだけエネルギー照射（Ｒ）が行われ、そのエネルギー照射がされた部分近傍の不純物導入領域（１６）中の不純物だけが局所的に活性化され、第１の不純物活性化領域（１７）が形成される。

請求項１の第３工程では、半導体基板（１５）全体を同時かつ均一に熱処理する。
すると、不純物導入領域（１６）において、第２工程にて活性化されていなかった部分の不純物が活性化されて拡散し、第２の不純物活性化領域（１８）が形成される。
それと同時に、第２工程にて形成された第１の不純物活性化領域（１７）中の不純物が再び活性化されて拡散し、第１の不純物活性化領域（１７）から第３の不純物活性化領域（１９）が形成される。

ここで、第３の不純物活性化領域（１９）は、第２工程で形成された第１の不純物活性化領域（１７）を第３工程で加熱することによって形成される。
そのため、第１の不純物活性化領域（１７）から形成された第３の不純物活性化領域（１９）の拡散深さは、第２の不純物活性化領域（１８）の拡散深さよりも深くなる。
そして、第２の不純物活性化領域（１８）と第３の不純物活性化領域（１９）は共に、第１工程で形成された同じ不純物導入領域（１６）から形成される。
そのため、拡散深さが浅い第２の不純物活性化領域（１８）の不純物濃度は、拡散深さが深い第３の不純物活性化領域（１９）の不純物濃度よりも高くなる。

従って、請求項１では、第２工程におけるエネルギー照射（Ｒ）の照射条件と、第３工程の熱処理条件とを最適化することにより、第２の不純物活性化領域（１８）と第３の不純物活性化領域（１９）の拡散深さや不純物濃度を所望の状態に設定することができる。
尚、エネルギー照射の照射条件には、例えば、エネルギー照射の種類・エネルギー量、照射時間などがある。また、第３工程の熱処理条件には、例えば、熱処理温度、熱処理時間などがある。
そして、エネルギー照射の照射条件や第３工程の熱処理条件については、カット・アンド・トライにより実験的に最適な条件を見つけて設定すればよい。

また、請求項１では、マスク（１４，２１）における開口部（１４ａ，１４ｂ，２１ａ，２１ｂ）の開口箇所を適宜設定することにより、半導体基板（１５）の表面上における所望の箇所だけにエネルギー照射を行って不純物を局所的に活性化させ、その不純物を活性化させた部分近傍だけに第３の不純物活性化領域（１９）を形成することができる。

その結果、請求項１によれば、各種の半導体デバイス（例えば、しきい値電圧の異なる複数のトランジスタ、パワーＭＯＳトランジスタやＩＧＢＴなどの高耐圧素子、抵抗値の異なる複数の拡散抵抗など）を同一の半導体基板（１５）上に同時に形成することができる。

そして、請求項１によれば、各半導体デバイスを構成する第２の不純物活性化領域（１８）と第３の不純物活性化領域（１９）のそれぞれについて、拡散深さや不純物濃度を最適化することが可能であるため、各半導体デバイスの性能を向上させることができる。
加えて、請求項１では、第２工程のエネルギー照射処理と第３工程の熱処理とを行うだけであり、不純物を活性化させるための工程数が少ないため製造コストの増大を抑制することができる。

また、請求項１において、第２工程で使用されるエネルギー照射装置（１１）は、例えば、エネルギー照射に赤外線を用いる場合には、ホトリソグラフィ技術で一般に使用されている露光装置の光源を、従来のランプアニール法で使用されている赤外線ランプ（１２）に置き換える改造を行うだけで簡単かつ低コストに実現できる。

従って、請求項１によれば、半導体基板（１５）の表面上にて第３の不純物活性化領域（１９）が形成される箇所を、特許文献１の技術（前記のように、レーザ発振器などの非常に大がかりで高価な設備を必要とする）や、特許文献２の技術（前記のように、通常の半導体装置の製造方法では用いられない特殊な工程を必要とする）を利用して局所的に加熱する場合に比べ、製造コストの増大を抑制することができる。

尚、マスク（１４，２１）は、ホトリソグラフィ技術で一般に使用されている露光用マスク（レチクル）と同様に、半導体基板（１５）の全体を覆う１対１サイズのものを使用してエネルギー照射を半導体基板（１５）の表面上に実寸投影するか、または、一定倍率サイズのものを使用してエネルギー照射を半導体基板（１５）の表面上に縮小投影すればよい。

＜請求項２：第１実施形態（図２参照）に該当＞
請求項２では、マスク（１４）がエネルギー照射を吸収する材質によって形成されている。
そのため、マスク（１４）と半導体基板（１５）の表面との間には空隙（Ｓ）を設けておき、エネルギー照射（Ｒ）を吸収したマスクが当該エネルギー照射によって加熱されたとしても、そのマスクの熱が空隙によって遮られ、マスクの熱が伝わって半導体基板の表面が間接的に加熱されないようにする必要がある。

＜請求項３：第２実施形態（図３参照）に該当＞
請求項３では、マスク（２１）がエネルギー照射を反射する材質によって形成されている。
そのため、エネルギー照射（Ｒ）によってマスク（２１）が加熱されないことから、マスク（２１）と半導体基板（１５）の表面との間には空隙を設ける必要が無く、半導体基板の表面上にマスクを直接載置できる。

従って、請求項３によれば、マスク（１４）と半導体基板（１５）の表面との間に空隙（Ｓ）を設ける必要がある請求項２に比べ、空隙を設けるために要する部材をエネルギー照射装置（１１）から省くことが可能であるため、製造コストを削減できる。

＜請求項４：第３実施形態（図４参照）または第４実施形態（図５参照）に該当＞
請求項４の第２工程では、エネルギー照射（Ｒ）の透過率が異なる材質から成る複数の部分（３１ａ〜３１ｃ）が所定箇所に配置されたフィルタ（３１）を用い、そのフィルタを通して半導体基板（１５）の表面にエネルギー照射を行うことにより不純物を活性化する。

すると、フィルタ（３１）の各部分（３１ａ〜３１ｃ）の透過率に応じたエネルギー量のエネルギー照射（Ｒ）が半導体基板（１５）の表面上に照射され、そのエネルギー照射が行われた部分近傍の不純物導入領域（１６）中の不純物が、エネルギー照射のエネルギー量に応じて局所的に活性化され、複数の不純物活性化領域（３２〜３４）が同時に形成される。

そして、フィルタ（３１）において、エネルギー照射の透過率が高い部分の直下に位置する半導体基板（１５）の表面上に照射されるエネルギー量は、エネルギー照射の透過率が低い部分の直下に位置する半導体基板（１５）の表面上に照射されるエネルギー量よりも大きくなる。
よって、半導体基板（１５）の表面上において、フィルタ（３１）におけるエネルギー照射の透過率が高い部分の直下に位置する箇所は、フィルタ（３１）におけるエネルギー照射の透過率が低い部分の直下に位置する箇所よりも強く活性化される。

その結果、半導体基板（１５）の表面上において、強く活性化された箇所に形成された不純物活性化領域の拡散深さは、弱く活性化された箇所に形成された不純物活性化領域の拡散深さよりも深くなる。
そして、各不純物活性化領域（３２〜３４）は、第１工程で形成された同じ不純物導入領域（１６）から形成される。
そのため、拡散深さが浅い不純物活性化領域ほど不純物濃度が高くなり、拡散深さが深い不純物活性化領域ほど不純物濃度が低くなる。

従って、請求項４では、第２工程におけるエネルギー照射（Ｒ）の照射条件と、フィルタ（３１）の各部分（３１ａ〜３１ｃ）におけるエネルギー照射の透過率とを最適化することにより、複数の不純物活性化領域（３２〜３４）の拡散深さや不純物濃度を所望の状態に設定することができる。
尚、エネルギー照射（Ｒ）の照射条件やフィルタ（３１）の各部分（３１ａ〜３１ｃ）におけるエネルギー照射（Ｒ）の透過率については、カット・アンド・トライにより実験的に最適な条件を見つけて設定すればよい。

また、請求項４では、フィルタ（３１）におけるエネルギー照射の透過率が異なる各部分（３１ａ〜３１ｃ）の形成箇所を適宜設定することにより、半導体基板（１５）の表面上における所望の箇所に適宜なエネルギー量のエネルギー照射（Ｒ）を行って不純物を局所的に活性化させ、その不純物を活性化させた部分近傍だけに不純物活性化領域（３２〜３４）を形成することができる。

このように、請求項４では、拡散深さや不純物濃度の異なる複数の不純物活性化領域（３２〜３４）を、第２工程だけで半導体基板（１５）に形成可能であるため、多種類の半導体デバイスを同一の半導体基板（１５）上に同時に形成することができる。
そして、請求項４によれば、各半導体デバイスを構成する複数の不純物活性化領域（３２〜３４）毎に、拡散深さや不純物濃度を最適化することが可能であるため、各半導体デバイスの性能を向上させることができる。

ところで、請求項１では、第２工程のエネルギー照射処理と第３工程の熱処理とを行っている。
それに対して、請求項４では、第２工程にてエネルギー照射処理を行うだけであり、請求項１の第３工程に相当する熱処理が不要であるため、不純物を活性化させるための工程数が少ない分だけ請求項１に比べて製造コストを削減できる。

また、請求項４において、第２工程で使用されるエネルギー照射装置（１１）は、例えば、エネルギー照射に赤外線を用いる場合には、ホトリソグラフィ技術で一般に使用されている露光装置の光源を、従来のランプアニール法で使用されている赤外線ランプ（１２）に置き換える改造を行うだけで簡単かつ低コストに実現できる。

従って、請求項４によれば、半導体基板（１５）の表面上にて複数の不純物活性化領域（３２〜３４）が形成される箇所を、特許文献１の技術（前記のように、レーザ発振器などの非常に大がかりで高価な設備を必要とする）や、特許文献２の技術（前記のように、通常の半導体装置の製造方法では用いられない特殊な工程を必要とする）を利用して局所的に加熱する場合に比べ、製造コストの増大を抑制することができる。

尚、フィルタ（３１）は、ホトリソグラフィ技術で一般に使用されている露光用マスク（レチクル）と同様に、半導体基板（１５）の全体を覆う１対１サイズのものを使用してエネルギー照射を半導体基板（１５）の表面上に実寸投影するか、または、一定倍率サイズのものを使用してエネルギー照射を半導体基板（１５）の表面上に縮小投影すればよい。

＜請求項５＞
請求項５では、不純物を活性化させるためのエネルギー照射として、赤外線、紫外線、放射線、レーザ、電子線から成るグループから選択されたいずれかを用いることにより、不純物導入領域（１６）中または不純物活性化領域（１７）中の不純物を活性化して拡散させる。

以下、本発明を具体化した各実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、各実施形態において、同一の構成部材および構成要素については符号を等しくすると共に、同一内容の箇所については重複説明を省略してある。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態における半導体装置１０の製造方法で使用されるランプアニール装置１１の概略構成を説明するための説明図である。
ランプアニール装置（エネルギー照射装置）１１は、赤外線ランプ１２、集光レンズ１３、マスク１４などから構成されている。

赤外線ランプ１２から投射された赤外線（赤外光）Ｒは、集光レンズ１３によって集光され、マスク１４の所定箇所に開口形成された開口部１４ａ，１４ｂを通って単結晶シリコン基板（ウェハ）１５の表面に照射され、基板１５の表面は赤外線Ｒによって加熱される。
ここで、赤外線ランプ１２は、基板１５の表面を十分に加熱するために必要なエネルギー量（光量）が得られるように、適宜な個数（図示例では６個）だけ設ければよい。

図２は、第１実施形態における半導体装置１０の製造方法を説明するための概略縦断面図である。
以下、図２を用いて第１実施形態の製造工程を説明する。

第１工程（図２（Ａ））：基板１５の表面上の所望の箇所にＮ型またはＰ型の不純物が導入された不純物導入領域１６を形成する。
尚、不純物導入領域１６の形成には、どのような方法を用いてもよいが、例えば以下のいずれかの方法を用いればよい。

（ア）イオン注入法を用い、基板１５の表面上に不純物イオンを注入して不純物導入領域１６を形成する。
（イ）エピタキシャル法を用い、基板１５の表面上に不純物が注入拡散された単結晶シリコンを成長させ、その単結晶シリコンから成る不純物導入領域１６を形成する。
（ウ）不純物拡散源として気体ソースまたは固体ソースを使用した熱拡散法を用い、基板１５の表面上に不純物を注入拡散して不純物導入領域１６を形成する。

第２工程（図２（Ｂ））：ランプアニール装置１１を用いたＲＴＡ法により、赤外線Ｒをマスク１４の開口部１４ａ，１４ｂを通して基板１５の表面に照射することにより基板１５を熱処理し、その赤外線Ｒによって基板１５の不純物導入領域１６を加熱する。
すると、マスク１４の開口部１４ａ，１４ｂの直下に位置する基板１５の表面上にだけ赤外線Ｒが照射され、その赤外線Ｒが照射された部分近傍の不純物導入領域１６だけが局所的に加熱され、その加熱により不純物導入領域１６中の不純物が活性化されて拡散し、不純物拡散層（第１の不純物活性化領域）１７が形成される。

ここで、マスク１４は赤外線Ｒを吸収する材質によって形成されており、照射された赤外線Ｒはマスク１４によって吸収される。
そして、マスク１４と基板１５の表面との間には空隙Ｓが設けられており、赤外線Ｒを吸収したマスク１４が加熱されたとしても、そのマスク１４の熱は空隙Ｓによって遮られるため、マスク１４の熱が伝わって基板１５の表面が間接的に加熱されることはない。

第３工程（図２（Ｃ））：従来の熱処理方法（拡散炉を用いる方法、ランプアニール法）により、基板１５の全体を同時かつ均一に熱処理して加熱する。
すると、不純物導入領域１６において、第２工程にて加熱されていなかった部分の不純物が活性化されて拡散し、不純物拡散層（第２の不純物活性化領域）１８が形成される。
それと同時に、第２工程にて形成された不純物拡散層１７中の不純物が再び活性化されて拡散し、不純物拡散層（第１の不純物活性化領域）１７から不純物拡散層（第３の不純物活性化領域）１９が形成される。
その結果、各不純物拡散層１８，１９が形成された基板１５を備えた半導体装置１０が作製される。

［第１実施形態の作用・効果］
第１実施形態によれば、以下の作用・効果を得ることができる。

［１］不純物拡散層１９は、第２工程で形成された不純物拡散層１７を第３工程で再加熱することによって形成される。
そのため、不純物拡散層１７から形成された不純物拡散層１９の拡散深さは、不純物拡散層１８の拡散深さよりも深くなる。
そして、各不純物拡散層１８，１９は、第１工程で形成された同じ不純物導入領域１６から形成される。
そのため、拡散深さが浅い不純物拡散層１８の不純物濃度は、拡散深さが深い不純物拡散層１９の不純物濃度よりも高くなる。

従って、第１実施形態では、第２工程における赤外線Ｒの照射条件と、第３工程の熱処理条件とを最適化することにより、各不純物拡散層１８，１９の拡散深さや不純物濃度を所望の状態に設定することができる。
尚、赤外線Ｒの照射条件には、例えば、赤外線Ｒの波長・光量、照射時間などがある。また、第３工程の熱処理条件には、例えば、熱処理温度、熱処理時間などがある。
そして、赤外線Ｒの照射条件や第３工程の熱処理条件については、カット・アンド・トライにより実験的に最適な条件を見つけて設定すればよい。

また、第１実施形態では、マスク１４における開口部１４ａ，１４ｂの開口箇所を適宜設定することにより、基板１５の表面上における所望の箇所だけに赤外線Ｒを照射して局所的に加熱させ、その加熱した部分近傍だけに不純物拡散層１９を形成することができる。

その結果、第１実施形態によれば、各種の半導体デバイス（例えば、しきい値電圧の異なる複数のトランジスタ、パワーＭＯＳトランジスタやＩＧＢＴなどの高耐圧素子、抵抗値の異なる複数の拡散抵抗など）を同一の基板１５上に同時に形成することができる。

そして、第１実施形態によれば、各半導体デバイスを構成する不純物拡散層１８，１９毎に拡散深さや不純物濃度を最適化することが可能であるため、各半導体デバイスの性能を向上させることができる。
加えて、第１実施形態では、第２工程と第３工程の２回の熱処理を行うだけであり、熱処理の工程数が少ないため製造コストの増大を抑制することができる。

［２］第１実施形態において、第２工程で使用されるランプアニール装置１１は、ホトリソグラフィ技術で一般に使用されている露光装置の光源を、従来のランプアニール法で使用されている赤外線ランプ１２に置き換える改造を行うだけで簡単かつ低コストに実現できる。

従って、第１実施形態によれば、基板１５の表面上にて不純物拡散層１９が形成される箇所を、特許文献１の技術（前記のように、レーザ発振器などの非常に大がかりで高価な設備を必要とする）や、特許文献２の技術（前記のように、通常の半導体装置の製造方法では用いられない特殊な工程を必要とする）を利用して局所的に加熱する場合に比べ、製造コストの増大を抑制することができる。

［３］マスク１４は、ホトリソグラフィ技術で一般に使用されている露光用マスク（レチクル）と同様に、基板１５の全体を覆う１対１サイズのものを使用して赤外線Ｒを基板１５の表面上に実寸投影するか、または、一定倍率サイズのものを使用して赤外線Ｒを基板１５の表面上に縮小投影すればよい。

ここで、実寸投影する場合は、一度の赤外線Ｒの照射により、基板１５に多数個作製されるチップに対して同時に熱処理を行う。
また、縮小投影する場合は、基板１５の各チップに対して、一つのチップの熱処理が終わると基板１５が載置されているステージ（図示略）を移動し、隣り合う次のチップの熱処理を行う、という具合に基板１５の表面全体を走査して赤外線Ｒのショット照射を繰り返す。

＜第２実施形態＞
図３は、第２実施形態における半導体装置１０の製造方法を説明するための概略縦断面図である。
第２実施形態において、第１実施形態と異なるのは、マスク１４がマスク２１に置き換えられている点だけである。

マスク２１は表面が赤外線Ｒを反射する材質によって形成されており、照射された赤外線Ｒはマスク２１によって反射される。
そのため、赤外線Ｒによってマスク２１が加熱されないことから、マスク２１と基板１５の表面との間には空隙が設けられておらず、基板１５の表面上にマスク２１が直接載置されている。

次に、図３を用いて第２実施形態の製造工程を説明する。
第１工程（図３（Ａ））および第３工程（図３（Ｃ））：第１実施形態の第１工程および第３工程とそれぞれ同じである。

第２工程（図３（Ｂ））：ランプアニール装置１１を用いたＲＴＡ法により、赤外線Ｒをマスク２１の開口部２１ａ，２１ｂを通して基板１５の表面に照射することにより基板１５を熱処理し、その赤外線Ｒによって基板１５の不純物導入領域１６を加熱する。
すると、マスク２１の開口部２１ａ，２１ｂの直下に位置する基板１５の表面上にだけ赤外線Ｒが照射され、その赤外線Ｒが照射された部分近傍の不純物導入領域１６だけが局所的に加熱され、その加熱により不純物導入領域１６中の不純物が活性化されて拡散し、不純物拡散層１７が形成される。
従って、第２実施形態においても、第１実施形態の前記作用・効果を得ることができる。

加えて、第２実施形態によれば、基板１５の表面上にマスク２１を直接載置することから、マスク１４と基板１５の表面との間には空隙Ｓを設ける第１実施形態に比べ、空隙Ｓを設けるために要する部材をランプアニール装置１１から省くことが可能であるため、製造コストを削減できる。

＜第３実施形態＞
図４は、第３実施形態における半導体装置３０の製造方法を説明するための概略縦断面図である。
第３実施形態では、第１実施形態のマスク１４がフィルタ３１に置き換えられている。

フィルタ３１は、赤外線Ｒの透過率が１００％の材質によって形成されている部分３１ａと、赤外線Ｒの透過率が適宜な割合の材質によって形成されている部分３１ｂとが一体形成されている。尚、各部分３１ａ，３１ｂは、フィルタ３１の所定箇所に配置されている。
そのため、フィルタ３１に照射された赤外線Ｒは部分３１ａでは完全に透過されるが、部分３１ｂでは赤外線Ｒの一部が吸収されて残りが透過される。
そして、フィルタ３１と基板１５の表面との間には空隙Ｓが設けられており、赤外線Ｒを吸収したフィルタ３１の部分３１ｂが加熱されたとしても、その部分３１ｂの熱は空隙Ｓによって遮られるため、部分３１ｂの熱が伝わって基板１５の表面が間接的に加熱されることはない。

次に、図４を用いて第３実施形態の製造工程を説明する。
第１工程（図４（Ａ））：第１実施形態の第１工程と同じである。

第２工程（図４（Ｂ））：ランプアニール装置１１を用いたＲＴＡ法により、赤外線Ｒをフィルタ３１の部分３１ａ，３１ｂを通して基板１５の表面に照射することにより基板１５を熱処理し、その赤外線Ｒによって基板１５の不純物導入領域１６を加熱する。
すると、フィルタ３１の部分３１ａ，３１ｂの透過率に応じた光量の赤外線Ｒが基板１５の表面上に照射され、その赤外線Ｒが照射された部分近傍の不純物導入領域１６が赤外線Ｒの光量に応じて局所的に加熱され、その加熱により不純物導入領域１６中の不純物が活性化されて拡散し、各不純物拡散層（不純物活性化領域）３２，３３が同時に形成される。
その結果、各不純物拡散層３２，３３が形成された基板１５を備えた半導体装置３０が作製される。

［第３実施形態の作用・効果］
第３実施形態によれば、第１実施形態の前記［２］［３］と同様の作用・効果を得ることができる。

そして、フィルタ３１において、部分３１ａは赤外線Ｒの透過率が１００％であり、部分３１ｂは赤外線Ｒの透過率が１００％未満である。
そのため、フィルタ３１の部分３１ａの直下に位置する基板１５の表面上に照射される赤外線Ｒの光量は、フィルタ３１の部分３１ｂの直下に位置する基板１５の表面上に照射される赤外線Ｒの光量に比べて大きくなる。
よって、基板１５の表面上において、フィルタ３１の部分３１ａを透過した赤外線Ｒが照射された部分近傍は、フィルタ３１の部分３１ｂを透過した赤外線Ｒが照射された部分近傍に比べて強く加熱される。

基板１５において、フィルタ３１の部分３１ａを透過した赤外線Ｒが照射された部分近傍には不純物拡散層３２が形成され、フィルタ３１の部分３１ｂを透過した赤外線Ｒが照射された部分近傍には不純物拡散層３３が形成される。
すなわち、不純物拡散層３２は、光量の大きな赤外線Ｒによって基板１５の不純物導入領域１６が強く加熱されることで形成される。それに対して、不純物拡散層３３は、光量の小さな赤外線Ｒによって基板１５の不純物導入領域１６が弱く加熱されることで形成される。

その結果、不純物拡散層３２の拡散深さは、不純物拡散層３３の拡散深さよりも深くなる。
そして、各不純物拡散層３２，３３は、第１工程で形成された同じ不純物導入領域１６から形成される。
そのため、拡散深さが浅い不純物拡散層３３の不純物濃度は、拡散深さが深い不純物拡散層３２の不純物濃度よりも高くなる。

従って、第３実施形態では、第２工程における赤外線Ｒの照射条件と、フィルタ３１の部分３１ｂにおける赤外線Ｒの透過率とを最適化することにより、各不純物拡散層３２，３３の拡散深さや不純物濃度を所望の状態に設定することができる。
尚、赤外線Ｒの照射条件やフィルタ３１の部分３１ｂにおける赤外線Ｒの透過率については、カット・アンド・トライにより実験的に最適な条件を見つけて設定すればよい。

また、第３実施形態では、フィルタ３１における部分３１ａ，３１ｂの形成箇所を適宜設定することにより、基板１５の表面上における所望の箇所に適宜な光量の赤外線Ｒを照射して局所的に加熱させ、その加熱した部分近傍だけに不純物拡散層３２，３３を形成することができる。

その結果、第３実施形態によれば、第１実施形態と同様に、各種の半導体デバイスを同一の基板１５上に同時に形成することができる。
そして、第３実施形態によれば、各半導体デバイスを構成する不純物拡散層３２，３３毎に拡散深さや不純物濃度を最適化することが可能であるため、各半導体デバイスの性能を向上させることができる。

ところで、第１実施形態では、第２工程（図２（Ｂ）））と第３工程（図２（Ｃ）））の２回の熱処理を行っている。
それに対して、第３実施形態では、第２工程にて１回の熱処理を行うだけであり、第１実施形態の第３工程に相当する熱処理が不要であるため、熱処理の工程数が少ない分だけ第１実施形態に比べて製造コストを削減できる。

＜第４実施形態＞
図５は、第４実施形態における半導体装置４０の製造方法を説明するための概略縦断面図である。
第４実施形態において、第３実施形態と異なるのは、フィルタ３１に赤外線Ｒの透過率が異なる材質から成る３つの部分３１ａ〜３１ｃが一体形成されている点と、基板１５に３つの不純物拡散層（不純物活性化領域）３２〜３４が形成されている点だけである。

フィルタ３１において、部分３１ａは赤外線Ｒの透過率が１００％、各部分３１ｂ，３１ｃは赤外線Ｒの透過率が適宜な割合であり、その透過率は部分３１ｂに比べて部分３１ｃが低く設定されている。尚、各部分３１ａ〜３１ｃは、フィルタ３１の所定箇所に配置されている。

次に、図５を用いて第４実施形態の製造工程を説明する。
第１工程（図５（Ａ））：第１実施形態の第１工程と同じである。

第２工程（図５（Ｂ））：ランプアニール装置１１を用いたＲＴＡ法により、赤外線Ｒをフィルタ３１の部分３１ａ〜３１ｃを通して基板１５の表面に照射することにより基板１５を熱処理し、その赤外線Ｒによって基板１５の不純物導入領域１６を加熱する。
すると、フィルタ３１の部分３１ａ〜３１ｃの透過率に応じた光量の赤外線Ｒが基板１５の表面上に照射され、その赤外線Ｒが照射された部分近傍の不純物導入領域１６が赤外線Ｒの光量に応じて局所的に加熱され、その加熱により不純物導入領域１６中の不純物が活性化されて拡散し、各不純物拡散層３２〜３４が同時に形成される。
その結果、各不純物拡散層３２〜３４が形成された基板１５を備えた半導体装置４０が作製される。

［第４実施形態の作用・効果］
第４実施形態によれば、第１実施形態の前記［２］［３］と同様の作用・効果を得ることができる。

そして、フィルタ３１において、部分３１ａは赤外線Ｒの透過率が１００％であり、各部分３１ｂ，３１ｃは赤外線Ｒの透過率が１００％未満であり、部分３１ｂに比べて部分３１ｃは赤外線Ｒの透過率が低く設定されている。
そのため、フィルタ３１の各部分３１ａ〜３１ｃの直下に位置する基板１５の表面上に照射される赤外線Ｒの光量は、部分３１ａが最も大きく、次に部分３１ｂが大きく、部分３１ｃが最も小さくなる。
よって、基板１５の表面上において、フィルタ３１の部分３１ａを透過した赤外線Ｒが照射された部分近傍が最も強く加熱され、フィルタ３１の部分３１ｃを透過した赤外線Ｒが照射された部分近傍が最も弱く加熱される。

基板１５において、フィルタ３１の部分３１ａを透過した赤外線Ｒが照射された部分近傍には不純物拡散層３２が形成され、フィルタ３１の部分３１ｂを透過した赤外線Ｒが照射された部分近傍には不純物拡散層３３が形成され、フィルタ３１の部分３１ｃを透過した赤外線Ｒが照射された部分近傍には不純物拡散層３４が形成される。
すなわち、不純物拡散層３２は、光量の最も大きな赤外線Ｒによって基板１５の不純物導入領域１６が強く加熱されることで形成される。また、そして、不純物拡散層３４は、光量の最も小さな赤外線Ｒによって基板１５の不純物導入領域１６が弱く加熱されることで形成される。そして、不純物拡散層３３は、光量が中間の赤外線Ｒによって基板１５の不純物導入領域１６が加熱されることで形成される。

その結果、不純物拡散層３２の拡散深さが最も深く、次に不純物拡散層３３の拡散深さが深く、不純物拡散層３４の拡散深さが最も浅くなる。
そして、各不純物拡散層３２〜３４は、第１工程で形成された同じ不純物導入領域１６から形成される。
そのため、拡散深さが最も浅い不純物拡散層３４は不純物濃度が最も高くなり、拡散深さが最も深い不純物拡散層３２は不純物濃度が最も低くなり、拡散深さが中間の不純物拡散層３３は不純物濃度も中間になる。

従って、第４実施形態では、第２工程における赤外線Ｒの照射条件と、フィルタ３１の各部分３１ａ〜３１ｃにおける赤外線Ｒの透過率とを最適化することにより、各不純物拡散層３２〜３４の拡散深さや不純物濃度を所望の状態に設定することができる。
尚、赤外線Ｒの照射条件やフィルタ３１の各部分３１ａ〜３１ｃにおける赤外線Ｒの透過率については、カット・アンド・トライにより実験的に最適な条件を見つけて設定すればよい。

また、第４実施形態では、フィルタ３１における部分３１ａ〜３１ｃの形成箇所を適宜設定することにより、基板１５の表面上における所望の箇所に適宜な光量の赤外線Ｒを照射して局所的に加熱させ、その加熱した部分近傍だけに不純物拡散層３２〜３４を形成することができる。

このように、第４実施形態では、拡散深さや不純物濃度の異なる３つの不純物拡散層３２〜３４を、第２工程による１回の熱処理で基板１５に形成可能であるため、第１〜第３実施形態よりも更に多種類の半導体デバイスを同一の基板１５上に同時に形成することができる。
尚、フィルタ３１に赤外線Ｒの透過率が異なる材質から成る部分を４つ以上形成すれば、拡散深さや不純物濃度の異なる４つ以上の不純物拡散層を、第２工程による１回の熱処理で基板１５に形成することもできる。

そして、第４実施形態では、第３実施形態と同じく、第２工程にて１回の熱処理を行うだけであるため、熱処理の工程数が少ない分だけ第１実施形態に比べて製造コストを削減できる。

＜別の実施形態＞
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記各実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。

［ａ］上記各実施形態では赤外線Ｒを基板１５に照射しているが、不純物導入領域１６中または不純物拡散層１７中の不純物を活性化させることが可能なエネルギー照射であれば、どのようなエネルギー照射を使用してもよく、例えば、紫外線、放射線、エキシマレーザなどの各種レーザ、電子線などを基板１５に照射してもよい。

また、エネルギー照射を短時間に限定するか、または、エネルギー照射のエネルギー量を低く設定することで、基板１５に導入した不純物をほとんど拡散させることなく、基板１５に導入した不純物の活性化のみを行うことも可能である。
すなわち、上記各実施形態では不純物を熱拡散させる様子を模式的に示したが、エネルギー照射のエネルギー量を絞り込んで最適化することにより、不純物を熱拡散させることなく、不純物を活性化させた領域（不純物拡散層１８，１９，３２〜３４）毎の不純物活性化率を調節することも可能である。

［ｂ］上記各実施形態では、集光レンズ１３から基板１５の表面全体に向けて投射された赤外線Ｒを、マスク１４，２１またはフィルタ３１を通し、基板１５の表面における所望の箇所に照射させるようにしている。
しかし、集光レンズ１３で赤外線Ｒを絞り込むことにより、基板１５の表面における必要な部分にのみ赤外線Ｒを投射させ、その投射された赤外線Ｒをマスク１４，２１またはフィルタ３１を通し、基板１５の表面における所望の箇所に照射させるようにしてもよい。
また、前記［ａ］のように赤外線に替えて各種レーザや電子線を用いる場合には、基板１５の表面を各種レーザや電子線で走査（スキャン）してもよい。

［ｃ］上記各実施形態は単結晶シリコン基板１５に適用したものであるが、本発明は、どのような半導体基板に適用してもよく、例えば、ガリウム・ヒ素基板、インジウム・ガリウム・ヒ素基板、ＳＯＩ（Semiconductor On Insulator）基板上にポリシリコン層やアモルファスシリコン層が形成された基板などに適用してもよい。

本発明を具体化した第１実施形態における半導体装置１０の製造方法で使用されるランプアニール装置１１の概略構成を説明するための説明図。 第１実施形態における半導体装置１０の製造方法を説明するための概略縦断面図。 本発明を具体化した第２実施形態における半導体装置１０の製造方法を説明するための概略縦断面図。 本発明を具体化した第３実施形態における半導体装置３０の製造方法を説明するための概略縦断面図。 本発明を具体化した第４実施形態における半導体装置４０の製造方法を説明するための概略縦断面図。

符号の説明

１０，３０，４０…半導体装置
１１…ランプアニール装置（エネルギー照射装置）
１２…赤外線ランプ
１４，２１…マスク
１４ａ，１４ｂ，２１ａ，２１ｂ…開口部
１５…単結晶シリコン基板
１６…不純物導入領域
１７…不純物拡散層（第１の不純物活性化領域）
１８…不純物拡散層（第２の不純物活性化領域）
１９…不純物拡散層（第３の不純物活性化領域）
３２〜３４…不純物拡散層（不純物活性化領域）
３１…フィルタ
３１ａ〜３１ｃ…フィルタ３１の部分
Ｒ…赤外線
Ｓ…空隙

Claims (5)

1. 半導体基板に不純物を導入して不純物導入領域を形成する第１工程と、
   所定箇所に開口部が形成されたマスクを用い、そのマスクの開口部を通して前記半導体基板の表面にエネルギー照射を行うことにより前記不純物を活性化し、前記不純物導入領域から第１の不純物活性化領域を形成する第２工程と、
   前記半導体基板全体を同時かつ均一に熱処理し、前記不純物導入領域から第２の不純物活性化領域を形成すると共に、前記第１の不純物活性化領域から第３の不純物活性化領域を形成する第３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。
2. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記マスクは、前記エネルギー照射を吸収する材質によって形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記マスクは、前記エネルギー照射を反射する材質によって形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 半導体基板に不純物を導入して不純物導入領域を形成する第１工程と、
   エネルギー照射の透過率が異なる材質から成る複数の部分が所定箇所に配置されたフィルタを用い、そのフィルタを通して前記半導体基板の表面に前記エネルギー照射を行うことにより前記不純物を活性化し、前記不純物導入領域から複数の不純物活性化領域を形成する第２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。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記エネルギー照射は、赤外線、紫外線、放射線、レーザ、電子線から成るグループから選択されたいずれかのエネルギー照射であることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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