JP2010045374A - Semiconductor device - Google Patents

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JP2010045374A JP2009207723A JP2009207723A JP2010045374A JP 2010045374 A JP2010045374 A JP 2010045374A JP 2009207723 A JP2009207723 A JP 2009207723A JP 2009207723 A JP2009207723 A JP 2009207723A JP 2010045374 A JP2010045374 A JP 2010045374A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having shallow impurity regions. <P>SOLUTION: The semiconductor device includes a semiconductor including a channel forming region, and gate electrode parts 752, 753 formed on the channel forming region with a floating gate 762 and a control gate 763. In the semiconductor on the side of one of the gate electrode parts 752, 753, a first impurity region 755 is formed which is overlapped with the floating gate 762. In the semiconductor on the side of the other floating gate 762, second impurity regions 757, 758 are formed with laser doping treatment whose depths are 0.1 μm or smaller and which are not overlapped with the floating gate 762. The length of the channel forming region is 0.3 μm or smaller. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体集積回路等の半導体装置を作製する工程においてドーピング処理を行
う技術および上記技術によって作製された半導体装置(素子)に関するものである。
The present invention relates to a technique for performing a doping process in a process of manufacturing a semiconductor device such as a semiconductor integrated circuit, and a semiconductor device (element) manufactured by the above technique.

従来、ドーピングを行う技術として、熱拡散法やイオン打ち込み法が知られている。熱
拡散法は500度〜1200度という高温雰囲気中で不純物を半導体中に拡散させる方法
であり、イオン打ち込み法はイオン化した不純物を電界で加速し所定の場所に打ち込む方
法である。もっとも、イオン打ち込み法では、高エネルギーイオンによって結晶構造が著
しく破壊され、アモルファスもしくはそれに近い状態になり、電気特性が著しく劣化する
ので、前記熱拡散法を同程度の熱処理を必要とした。イオン打ち込み法は熱拡散法に比べ
て不純物濃度を制御することが容易であるので、VLSIやULSIを製造するには必要
不可欠な技術となった。
Conventionally, a thermal diffusion method or an ion implantation method is known as a doping technique. The thermal diffusion method is a method in which impurities are diffused into a semiconductor in a high temperature atmosphere of 500 degrees to 1200 degrees, and the ion implantation method is a method in which ionized impurities are accelerated by an electric field and implanted into a predetermined place. However, in the ion implantation method, the crystal structure is remarkably broken by high energy ions and becomes amorphous or close to it, and the electrical characteristics are remarkably deteriorated. Therefore, the heat diffusion method requires the same heat treatment. Since the ion implantation method is easier to control the impurity concentration than the thermal diffusion method, it has become an indispensable technique for manufacturing VLSI and ULSI.

しかし、イオン打ち込み法においても問題がなかったわけではない。最大の問題は、注
入されたイオンの拡散を制御することが困難なことであった。これは、特にデザインルー
ルが0.5μm以下のいわゆるクウォーターミクロンデバイスでは大きな問題となった。
また、近年では不純物の拡散された領域(拡散領域)
を浅く形成することが求められているが、0.1μm以下の深さの拡散領域を再現性良く
形成することはイオン注入法では困難であった。以上の点については、図2を用いて説明
する。
However, the ion implantation method was not without problems. The biggest problem was that it was difficult to control the diffusion of the implanted ions. This is a big problem especially in so-called quarter micron devices having a design rule of 0.5 μm or less.
In recent years, regions in which impurities are diffused (diffusion regions)
However, it is difficult to form a diffusion region having a depth of 0.1 μm or less with good reproducibility by the ion implantation method. The above points will be described with reference to FIG.

第1の問題点に関しては、イオン打ち込みによって、半導体中に打ち込まれたイオンが
2次散乱によって、横方向に拡散してしまうことと、熱処理工程によって熱的に周囲に拡
がってしまうことのためである。このような効果は、デザインルール(典型的にはMOS
FETのゲート電極の幅)が1.0μm以上の場合にはほとんど問題ではなかったが、そ
れ以下では、上記の効果による拡散部分が、図2(A)に示すように、ゲート電極の幅に
比して大きくなり、ゲート電極205と拡散領域(ソース、ドレイン)202、203の
幾何学的重なりが生じる。
このような重なりはゲート電極とソース、ドレインの寄生容量のもととなり、動作速度の
低下をもたらす。
The first problem is that, due to ion implantation, ions implanted in the semiconductor diffuse laterally due to secondary scattering and thermally spread around the heat treatment process. is there. Such an effect depends on design rules (typically MOS
When the width of the gate electrode of the FET was 1.0 μm or more, there was almost no problem, but below that, the diffusion portion due to the above effect was reduced to the width of the gate electrode as shown in FIG. As a result, the gate electrode 205 and the diffusion regions (source and drain) 202 and 203 are geometrically overlapped.
Such an overlap becomes a source of parasitic capacitance between the gate electrode, the source, and the drain, and lowers the operation speed.

第2の問題点に関しては、大きく分けて2つの効果が原因である。1つは第1の問題点
で指摘したような熱的な要因による拡散の効果である。このため、拡散領域の厚さを0.
1μm以下にすることは難しい。もう1つの効果は、半導体が結晶性の場合に顕著である
が、イオン打ち込みにおけるチャネリングの効果である。これは、結晶面に垂直に入射し
た場合には、イオンが全く散乱を受けないために基板の深部にまで到達するという効果で
ある。
The second problem is largely due to two effects. One is the diffusion effect due to thermal factors as pointed out in the first problem. For this reason, the thickness of the diffusion region is set to 0.
It is difficult to make it 1 μm or less. Another effect, which is remarkable when the semiconductor is crystalline, is the effect of channeling in ion implantation. This is an effect that, when incident perpendicularly to the crystal plane, ions do not receive any scattering and reach the deep part of the substrate.

従来は、このチャネリング効果を避けるために、結晶面に対して数°の傾きを持たせて
イオン打ち込みをおこなう。しかしながら、このような工夫をおこなっても、半導体内部
で軌道の曲げられたイオンがチャネリング条件に合致することがある。したがって、図2
(B)に示すように、深い位置までイオンが入り込んでしまう。また、多結晶半導体にイ
オンを注入する場合には、結晶面はランダムであるので、イオンの深さは全くバラバラと
なってしまう。
Conventionally, in order to avoid this channeling effect, ion implantation is performed with an inclination of several degrees with respect to the crystal plane. However, even if such a contrivance is made, ions whose orbits are bent inside the semiconductor may meet the channeling conditions. Therefore, FIG.
As shown in (B), ions enter deeply. In addition, when ions are implanted into a polycrystalline semiconductor, the crystal planes are random, so that the ion depths are completely different.

多結晶半導体を使用する場合には別な問題もある。すなわち、多結晶半導体では、ドー
ピングされた不純物の熱的な拡散は結晶の粒界を通して進行する傾向があるため、図2(
C)に示すように、均等にドーピングをおこなうことができない。これらの問題は、イオ
ン打ち込みと熱処理による再結晶化という従来の方法によっては解決が困難であった。も
ちろん、熱拡散法によっては到底解決できなかった。
There are other problems when using polycrystalline semiconductors. That is, in a polycrystalline semiconductor, the thermal diffusion of doped impurities tends to proceed through crystal grain boundaries, and therefore FIG.
As shown in C), the doping cannot be performed uniformly. These problems have been difficult to solve by the conventional methods of ion implantation and recrystallization by heat treatment. Of course, the thermal diffusion method could not be solved at all.

本発明の解決すべき課題は以下のようにまとめられる。すわなち、第1に不純物の横方
向の拡散を防止することであり、第2にその拡散の深さを制御して、0.1μm以下、好
ましくは50nm以下とすることである。本発明は、この2点の問題点において、単結晶
もしくは多結晶あるいはそれらに準ずる半導体材料の一部あるいは全部において、少なく
とも1つを解決する方法を提供することを目的とする。以上の条件を満たすことによって
、チャネル長1.0μm以下、典型的には0.1〜0.3μmのMOSデバイスを安定し
て作製することができる。
The problems to be solved by the present invention are summarized as follows. That is, the first is to prevent the lateral diffusion of impurities, and the second is to control the diffusion depth to 0.1 μm or less, preferably 50 nm or less. An object of the present invention is to provide a method for solving at least one of these two problems in part or all of a single crystal, polycrystal, or a semiconductor material equivalent thereto. By satisfying the above conditions, a MOS device having a channel length of 1.0 μm or less, typically 0.1 to 0.3 μm, can be stably produced.

本発明は、上記の課題を解決するために、半導体に導電型を付与する不純物を含む高純
度の反応性気体(不純物ガス)やそれを水素、フッ素、ヘリウム、アルゴン等の比較的安
定なガスに希釈した雰囲気中で、試料半導体表面に対してパルスレーザー光を照射するこ
とによって、不純物を前記試料半導体中にドーピングする。この方法では、レーザー照射
によって、瞬間的に加熱された半導体表面において、付近の不純物ガスが分解、あるいは
半導体表面と反応し、半導体表面のごく薄い部分にのみ不純物がドーピングされる。その
厚さは半導体表面の保持されている温度にも依存するが、0.1μm以下とすることが可
能である。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a high-purity reactive gas (impurity gas) containing impurities that impart conductivity to a semiconductor, or a relatively stable gas such as hydrogen, fluorine, helium, or argon. Impurities are doped into the sample semiconductor by irradiating the surface of the sample semiconductor with pulsed laser light in an atmosphere diluted in a small amount. In this method, an impurity gas in the vicinity of the semiconductor surface heated instantaneously by laser irradiation is decomposed or reacted with the semiconductor surface, and impurities are doped only in a very thin portion of the semiconductor surface. The thickness depends on the temperature at which the semiconductor surface is held, but can be 0.1 μm or less.

また、このような反応では、熱的な拡散は、レーザー光のパルス幅を1μsec以下、
好ましくは100nsec以下とすることによって、実質的になくすことができる。また
、本発明では、イオン打ち込みにおいて問題となったチャネリングや2次散乱はなく、し
たがって、図1(A)に示すように、極めて理想的な拡散領域が形成され、その深さ方向
の不純物濃度分布は、図1(B)に示すように必要とする深さにのみ集中的に分布し、半
導体に形成された不純物領域における深さ方向の不純物の分布は、分布曲線106で示さ
れる。厳密には横方向の拡散も存在するが、その大きさは典型的には50nm以下で、現
実のデバイスにおいては無視できるものである。
In such a reaction, thermal diffusion causes the pulse width of laser light to be 1 μsec or less,
Preferably, it can be substantially eliminated by setting it to 100 nsec or less. Further, in the present invention, there is no channeling or secondary scattering that has become a problem in ion implantation. Therefore, as shown in FIG. 1A, an extremely ideal diffusion region is formed, and the impurity concentration in the depth direction is formed. The distribution is concentrated only at a required depth as shown in FIG. 1B, and the impurity distribution in the depth direction in the impurity region formed in the semiconductor is indicated by a distribution curve 106. Strictly speaking, there is also lateral diffusion, but the size is typically 50 nm or less, which can be ignored in real devices.

さらに、粒界を有する半導体材料においても、熱的な影響が無いので、図1(C)に示
すように拡散領域が粒界に影響されることはない。付け加えて言えば、本発明では、パル
スレーザーによる加熱という非熱平衡状態を利用するため、従来では不可能であったよう
な高濃度の不純物拡散が可能である。
Further, since there is no thermal influence even in a semiconductor material having a grain boundary, the diffusion region is not affected by the grain boundary as shown in FIG. In addition, in the present invention, since a non-thermal equilibrium state of heating by a pulse laser is used, it is possible to diffuse an impurity at a high concentration that was impossible in the past.

本発明においては、不純物濃度は、レーザーのエネルギーや、雰囲気中の不純物ガスの
濃度、半導体表面温度等を加減することによって目的とする値を得ることができる。本発
明においては、不純物が拡散されるべき半導体表面は露出されていても、他の被膜で覆わ
れていてもよい。他の被膜で覆われている場合には、被膜の化学的、物理的性質によって
、不純物がブロッキングされ、その結果、半導体中への拡散濃度、拡散深さが制御される
In the present invention, the target concentration can be obtained by adjusting the energy of the laser, the concentration of the impurity gas in the atmosphere, the semiconductor surface temperature, and the like. In the present invention, the semiconductor surface where the impurity is to be diffused may be exposed or covered with another coating. When covered with another film, impurities are blocked by the chemical and physical properties of the film, and as a result, the diffusion concentration and diffusion depth into the semiconductor are controlled.

本発明における不純物とは、半導体として珪素半導体(シリコン)を用いた場合におい
て、P型を付与するのであれば、3価の不純物、代表的にはであるB(ボロン)等を用い
ることができ、N型を付与するのであれば、5価の不純物、代表的にはP(リン)やAs
(砒素)等を用いることができる。そしてこれらの不純物を含む反応性気体としてAsH
3 ,PH3 ,BF3 ,BCl3 ,B(CH3 3 等を用いることができる。
In the present invention, when a silicon semiconductor (silicon) is used as a semiconductor and a p-type is imparted, a trivalent impurity, typically B (boron) or the like can be used. If N-type is added, a pentavalent impurity, typically P (phosphorus) or As
(Arsenic) or the like can be used. And AsH as reactive gas containing these impurities
3 , PH 3 , BF 3 , BCl 3 , B (CH 3 ) 3 and the like can be used.

半導体としては、従来のウェファー状の単結晶のシリコン半導体に加えて、TFTを作
製するのであれば、気相成長法やスパッタ法等によって成膜した非晶質シリコン半導体薄
膜が一般的には用いられる。また、液相成長によって絶縁基板上に作製した多結晶または
単結晶のシリコン半導体でも本発明が適用できる。さらに、シリコン半導体に限定されず
、他の半導体であってもよいことはいうまでもない。
As a semiconductor, in addition to a conventional wafer-like single crystal silicon semiconductor, an amorphous silicon semiconductor thin film formed by a vapor deposition method, a sputtering method, or the like is generally used if a TFT is manufactured. It is done. The present invention can also be applied to a polycrystalline or single crystal silicon semiconductor formed on an insulating substrate by liquid phase growth. Furthermore, it is needless to say that the semiconductor is not limited to a silicon semiconductor and may be other semiconductors.

レーザー光としては、パルス発振型のエキシマレーザー装置を用いることが有用である
。これは、パルス発振レーザーでは、試料の加熱が瞬間的で、しかも表面だけに限定され
、基板に影響を与えないからである。連続発振レーザーによる加熱は、上記のような非熱
平衡状態を実現することが不可能な上、局所的な加熱であるがゆえ、加熱部分と基板との
熱膨張の著しい違いなどによって、加熱部分が剥離してしまうことがある。この点、パル
スレーザーでは、熱緩和時間は、熱膨張のような機械的応力の反応時間に比べて圧倒的に
小さく、機械的なダメージを与えない。
As the laser light, it is useful to use a pulse oscillation type excimer laser device. This is because in a pulsed laser, the sample is heated instantaneously and is limited to the surface only, and does not affect the substrate. The heating by the continuous wave laser is impossible to realize the non-thermal equilibrium state as described above and is a local heating. Therefore, the heating part may be caused by a significant difference in thermal expansion between the heating part and the substrate. May peel. In this respect, in the pulse laser, the thermal relaxation time is overwhelmingly smaller than the reaction time of mechanical stress such as thermal expansion, and no mechanical damage is caused.

特に、エキシマーレーザー光は、紫外光であり、シリコンを初めとする多くの半導体に
効率良く吸収される上、パルスの持続時間は10nsecと短い。また、エキシマーレー
ザーは既に、アモルファスシリコン薄膜をレーザー照射によって結晶化させて、結晶性の
高い多結晶シリコン薄膜を得るという実験に使用された実績がある。具体的なレーザーの
種類としては、ArFエキシマレーザー(波長193nm)、XeClエキシマレーザー
(波長308nm)、XeFエキシマレーザー(波長351nm)、KrFエキシマレー
ザー(248nm)等を用いることが適当である。
In particular, excimer laser light is ultraviolet light that is efficiently absorbed by many semiconductors including silicon and has a short pulse duration of 10 nsec. In addition, the excimer laser has already been used in experiments in which an amorphous silicon thin film is crystallized by laser irradiation to obtain a highly crystalline polycrystalline silicon thin film. As a specific type of laser, it is appropriate to use an ArF excimer laser (wavelength 193 nm), a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm), a XeF excimer laser (wavelength 351 nm), a KrF excimer laser (248 nm), or the like.

本発明においては、半導体表面を加熱あるいは冷却しても構わない。半導体表面の温度
を制御することによって、不純物の拡散を促進あるいは抑制することが可能となるので、
本発明を実施する者は、目的とする不純物濃度や拡散深さを得るために温度制御をおこな
うことが勧められる。
In the present invention, the semiconductor surface may be heated or cooled. By controlling the temperature of the semiconductor surface, it becomes possible to promote or suppress the diffusion of impurities,
Those who implement the present invention are recommended to perform temperature control in order to obtain the target impurity concentration and diffusion depth.

本発明において、不純物ガスの分解を促進するために、直流や交流の電気エネルギーを
用いて、不純物ガスをプラズマ化することも有効である。この目的のために加えられる電
磁エネルギーとしては、13.56MHzの高周波エネルギーが一般的である。この電磁
エネルギーによるドーピングガスの分解によって、ドーピングガスを直接分解できないレ
ーザー光を用いた場合でも効率よくドーピングを行うことができる。電磁エネルギーの種
類としては、13.56MHzの周波数に限定されるものではなく、例えば2.45GH
zのマイクロ波を用いるとさらに高い活性化率を得ることができる。さらに2.45GH
zのマイクロ波と875ガウスの磁場との相互作用で生じるECR条件を用いてもよい。
また、ドーピングガスを直接分解できる光エネルギーを用いることも有効である。
In the present invention, in order to promote the decomposition of the impurity gas, it is also effective to convert the impurity gas into plasma using direct current or alternating current electric energy. The electromagnetic energy applied for this purpose is generally high frequency energy of 13.56 MHz. By the decomposition of the doping gas by the electromagnetic energy, doping can be performed efficiently even when a laser beam that cannot directly decompose the doping gas is used. The type of electromagnetic energy is not limited to a frequency of 13.56 MHz, for example 2.45 GH
A higher activation rate can be obtained by using z microwaves. 2.45GH
ECR conditions generated by the interaction of the z microwave and the 875 Gauss magnetic field may be used.
It is also effective to use light energy that can directly decompose the doping gas.

本発明の装置の概念図を図3および図4に示す。図3は基板加熱装置を具備したもの、
図4は、それに加えてプラズマを発生させる為の電磁装置をも具備したものを示している
。これらの図面は概念的なものであるので、当然のことながら、実際の装置においては、
必要に応じてその他の部品を具備することがある。以下、その使用方法について概説する
A conceptual diagram of the apparatus of the present invention is shown in FIGS. FIG. 3 includes a substrate heating device,
FIG. 4 shows an apparatus equipped with an electromagnetic device for generating plasma in addition to that. Since these drawings are conceptual, of course, in an actual device,
Other parts may be provided as necessary. In the following, the method of use will be outlined.

図3において、試料304は試料ホルダー305上に設置される。最初に、チャンバー
301は排気装置に接続した排気系307によって真空排気される。この場合には、でき
るだけ高真空に排気することが望まれる。すなわち、大気成分である炭素や窒素、酸素は
半導体にとっては一般に好ましくないからである。このような元素は、半導体中に取り込
まれるが、同時に添加された不純物の活性度を低下させることがある。また、半導体の結
晶性を損ない、粒界における不対結合手の原因となる。したがって、10-6torr以下
、好ましくは10-8torr以下にまでチャンバー内を真空引きすることが望まれる。
In FIG. 3, the sample 304 is placed on the sample holder 305. First, the chamber 301 is evacuated by an exhaust system 307 connected to an exhaust device. In this case, it is desirable to exhaust as high a vacuum as possible. That is, carbon, nitrogen, and oxygen, which are atmospheric components, are generally not preferable for semiconductors. Such an element is taken into the semiconductor, but may reduce the activity of impurities added at the same time. In addition, the crystallinity of the semiconductor is impaired, and it causes a dangling bond at the grain boundary. Therefore, it is desirable to evacuate the chamber to 10 −6 torr or less, preferably 10 −8 torr or less.

また、排気と前後してヒーター306を作動させ、チャンバー内部に吸着した大気成分
を追い出すことも望ましい。現在の真空装置において使用されているように、チャンバー
以外に予備室を設け、チャンバーが直接、大気に触れないような構造とすることも望まし
い。当然のことながら、ロータリーポンプや油拡散ポンプに比べて、炭素等の汚染の少な
いターボ分子ポンプやクライオポンプを用いることが望ましい。
It is also desirable to activate the heater 306 before and after exhausting to expel atmospheric components adsorbed inside the chamber. As used in the current vacuum apparatus, it is also desirable to provide a spare chamber in addition to the chamber so that the chamber does not directly touch the atmosphere. As a matter of course, it is desirable to use a turbo molecular pump or a cryopump that is less contaminated with carbon or the like than a rotary pump or an oil diffusion pump.

十分に排気されたら、反応性ガスをガス系308によって、チャンバー内に導入する。
反応性ガスは、単独のガスからなっていても、あるいは水素やアルゴン、ヘリウム、ネオ
ン等で希釈されていてもよい。また、その圧力は大気圧でも、それ以下でもよい。これら
は、目的とする半導体の種類と、不純物濃度、不純物領域の深さ、基板温度等を考慮して
選択される。
When exhausted sufficiently, the reactive gas is introduced into the chamber by the gas system 308.
The reactive gas may consist of a single gas, or may be diluted with hydrogen, argon, helium, neon, or the like. The pressure may be atmospheric pressure or lower. These are selected in consideration of the type of the target semiconductor, the impurity concentration, the depth of the impurity region, the substrate temperature, and the like.

次に窓302を通して、レーザー光303が試料に照射される。このとき、試料はヒー
ターによって、一定の温度に加熱されている。レーザー光は、1か所に付き通常1〜50
パルス程度照射される。レーザーパルスのエネルギーのばらつきが極めて大きな状態で、
あまりパルス数がすくない場合には不良発生の確率が大きい。一方、あまりにも多くのパ
ルスを1か所に照射することは量産性(スループット)の面から望ましくない。本発明人
の知見では、上記のパルス数が量産性からも、歩留りの点からも妥当であった。
Next, the sample is irradiated with laser light 303 through the window 302. At this time, the sample is heated to a certain temperature by a heater. Laser light is usually 1-50 in one place
Irradiation is about pulse. With a very large variation in laser pulse energy,
If the number of pulses is too small, the probability of occurrence of a defect is high. On the other hand, it is not desirable from the viewpoint of mass productivity (throughput) to irradiate one place with too many pulses. According to the knowledge of the present inventor, the number of pulses described above was appropriate from the standpoints of mass productivity and yield.

この場合、例えばレーザーのパルスが10mm(x方向)×30mm(y方向)の特定
の長方形の形状をしていた場合に、同じ領域にレーザーパルスを10パルスを照射し、終
了後は、次の部分に移動するという方法でもよいが、レーザーを1パルスにつき、x方向
に1mmづつ移動させていってもよい。
In this case, for example, when the laser pulse has a specific rectangular shape of 10 mm (x direction) × 30 mm (y direction), the same region is irradiated with 10 pulses of laser pulses. Although the method of moving to a part may be used, the laser may be moved by 1 mm in the x direction per pulse.

レーザー照射が終了したら、チャンバー内を真空排気し、試料を室温まで冷却して、試
料を取り出す。このように、本発明では、ドーピングの工程は極めて簡単であり、かつ、
高速である。すなわち、従来のイオン注入プロセスであれば、(1)ドーピングパターン
の形成(レジスト塗布、露光、現像)
(2)イオン注入(あるいはイオンドーピング)
(3)再結晶化という、3工程が必要であった。しかしながら、本発明では、(1)ドー
ピングパターンの形成(レジスト塗布、露光、現像)
(2)レーザー照射という2工程で完了する。
When the laser irradiation is completed, the chamber is evacuated, the sample is cooled to room temperature, and the sample is taken out. Thus, in the present invention, the doping process is very simple, and
It is fast. That is, in the conventional ion implantation process, (1) Doping pattern formation (resist coating, exposure, development)
(2) Ion implantation (or ion doping)
(3) Three steps of recrystallization were necessary. However, in the present invention, (1) Doping pattern formation (resist application, exposure, development)
(2) The process is completed in two steps of laser irradiation.

図4の装置においても、図3の場合とほぼ同じである。最初にチャンバー401内を排
気系407によって真空排気し、ガス系408より反応性ガスを導入する。そして、試料
ホルダー405上の試料404に対して、窓402を通して、レーザー光403を照射す
る。そのときには高周波もしくは交流(あるいは直流)電源410から、電極409に電
力を投入し、チャンバー内部にプラズマ等を発生させて、反応性ガスを活性な状態とする
。図では電極は容量結合型に示されているが、誘導(インダクタンス)結合型であっても
よい。さらに、容量結合型であっても、試料ホルダーを一方の電極として用いてもよい。
また、レーザー照射時には、ヒーター406によって試料を加熱してもよい。
The apparatus in FIG. 4 is almost the same as in FIG. First, the inside of the chamber 401 is evacuated by an exhaust system 407 and a reactive gas is introduced from the gas system 408. The sample 404 on the sample holder 405 is irradiated with laser light 403 through the window 402. At that time, power is supplied to the electrode 409 from a high-frequency or alternating current (or direct current) power supply 410 to generate plasma or the like in the chamber to activate the reactive gas. In the drawing, the electrode is shown as a capacitive coupling type, but may be an inductive (inductance) coupling type. Further, the sample holder may be used as one electrode even if it is a capacitive coupling type.
Further, the sample may be heated by the heater 406 during laser irradiation.

図5には本発明の他のドーピング処置装置の様子を示す。すなわち、チャンバー501
には、無水石英ガラス製のスリット状の窓502が設けられている。レーザー光は、この
窓に合わせて細長い形状に成形される。レーザーのビームは、例えば10mm×300m
mの長方形とした。なおレーザー光の位置は固定されている。チャンバーには、排気系5
07、および反応性ガスを導入するためのガス系508が接続されている。また、チャン
バー内には試料ホルダー505が設けられ、その上には試料504が乗せられ、試料ホル
ダーの下には赤外線ランプ(ヒーターとして機能する)506が設けられている。試料ホ
ルダーは可動であり、試料をレーザーのショットに合わせて移動することができる。
FIG. 5 shows a state of another doping treatment apparatus of the present invention. That is, the chamber 501
Is provided with a slit-like window 502 made of anhydrous quartz glass. The laser beam is formed into an elongated shape in accordance with this window. The laser beam is, for example, 10 mm x 300 m
The rectangle was m. The position of the laser beam is fixed. The chamber has an exhaust system 5
07 and a gas system 508 for introducing a reactive gas are connected. A sample holder 505 is provided in the chamber, a sample 504 is placed thereon, and an infrared lamp (functioning as a heater) 506 is provided below the sample holder. The sample holder is movable and the sample can be moved according to the laser shot.

このように、試料の移動のための機構がチャンバー内に組み込まれている際には、ヒー
ターによる試料ホルダーの熱膨張によって狂いが生じるので、温度制御には細心の注意が
必要である。また、試料移送機構によってホコリが生じるので、チャンバー内のメンテナ
ンスは面倒である。
As described above, when a mechanism for moving the sample is incorporated in the chamber, since the sample holder is thermally distorted by the heater, the temperature is controlled carefully. Further, since dust is generated by the sample transfer mechanism, the maintenance in the chamber is troublesome.

図6(A)には本発明の他のドーピング処置装置の様子を示す。すなわち、チャンバー
601には、無水石英ガラス製の窓602が設けられている。この窓は実施例3の場合と
異なり、試料604全面を覆うだけの広いものである。チャンバーには、排気系607、
および反応性ガスを導入するためのガス系608が接続されている。また、チャンバー内
には試料ホルダー605が設けられ、その上には試料604が乗せられ、試料ホルダーは
ヒーターが内蔵されている。試料ホルダーはチャンバーに固定されている。チャンバーの
下部にはチャンバーの台601aが設けられており、レーザーのパルスに合わせて、チャ
ンバー全体を移動させることによって、逐次、レーザー照射をおこなう。レーザーのビー
ムは、図5の場合と同じく、細長い形状である。例えば、5mm×100mmの長方形と
した。図5と同様、レーザー光の位置は固定されている。図6では、図5と異なり、チャ
ンバー全体が移動する機構を採用する。したがって、チャンバー内には機械部分が存在せ
ず、ホコリ等が生じないのでメンテナンスが容易である。また、移送機構が、ヒーターの
熱の影響を受けることは少ない。
FIG. 6A shows a state of another doping treatment apparatus of the present invention. That is, the chamber 601 is provided with a window 602 made of anhydrous quartz glass. Unlike the case of the third embodiment, this window is wide enough to cover the entire surface of the sample 604. The chamber has an exhaust system 607,
And a gas system 608 for introducing a reactive gas is connected. In addition, a sample holder 605 is provided in the chamber, and a sample 604 is placed thereon, and the sample holder has a built-in heater. The sample holder is fixed to the chamber. A chamber base 601a is provided at the lower portion of the chamber, and laser irradiation is sequentially performed by moving the entire chamber in accordance with a laser pulse. The laser beam has an elongated shape, as in FIG. For example, it was a rectangle of 5 mm × 100 mm. As in FIG. 5, the position of the laser beam is fixed. In FIG. 6, unlike FIG. 5, a mechanism for moving the entire chamber is adopted. Therefore, there is no mechanical part in the chamber, and dust and the like are not generated, so that maintenance is easy. Further, the transfer mechanism is hardly affected by the heat of the heater.

図6の例では、図5の例に比べて上記のような点で優れているだけでなく、以下のよう
な点でも優れている。すなわち、図5の方式では、試料をチャンバーに入れてから、十分
な真空度まで真空排気できるまでレーザー放射をおこなえなかった。すなわちデッドタイ
ムが多かった。しかし、図6の例では、図6(A)のようなチャンバーを多数用意し、そ
れぞれ、順次、試料装填、真空排気、レーザー照射、試料取り出し、というように回転さ
せてゆけば、上記のようなデッドタイムは生じない。そのようなシステムを図6(B)に
示した。
The example of FIG. 6 is superior not only in the above points but also in the following points as compared with the example of FIG. That is, in the method of FIG. 5, laser irradiation could not be performed until the sample was placed in the chamber and then evacuated to a sufficient degree of vacuum. That is, there was a lot of dead time. However, in the example of FIG. 6, if a number of chambers as shown in FIG. 6A are prepared and rotated in order such as sample loading, vacuum evacuation, laser irradiation, and sample removal, respectively, No dead time occurs. Such a system is shown in FIG.

すなわち、未処理の試料を内蔵したチャンバー617、616は、排気工程の間に連続
的な搬送機構618によって、精密な移動がおこなえるステージを有する架台619に向
かう。ステージ上のチャンバー615には、レーザー装置611から放射され、適当な光
学装置612、613で加工されたレーザー光が窓を通して中の試料に照射される。ステ
ージを動かすことによって、必要なレーザー照射がおこなわれたチャンバー614は、再
び、連続的な搬送機構620によって次の段階に送られ、その間にチャンバー内のヒータ
ーは消灯し、排気され、十分温度が下がってから、試料が取り出される。
In other words, the chambers 617 and 616 containing the unprocessed sample are moved to the gantry 619 having a stage that can be accurately moved by the continuous transfer mechanism 618 during the exhaust process. A laser beam emitted from a laser device 611 and processed by appropriate optical devices 612 and 613 is irradiated onto a sample in the chamber 615 on the stage through a window. By moving the stage, the chamber 614 to which the necessary laser irradiation has been performed is sent again to the next stage by the continuous transfer mechanism 620, during which the heater in the chamber is turned off and exhausted, and the temperature is sufficiently high. After lowering, the sample is taken out.

このように、本実施例では連続的な処理がおこなえることによって、排気待ちの時間を
削減することができ、スループットを向上させられる。もちろん、図6の場合には、スル
ープットは向上するけれども、その分、図5の場合よりチャンバーを多く必要とするので
、量産規模や投資規模を考慮して実施すべきである。
As described above, in this embodiment, the continuous processing can be performed, so that the exhaust waiting time can be reduced and the throughput can be improved. Of course, in the case of FIG. 6, although the throughput is improved, a larger number of chambers are required than in the case of FIG. 5, so it should be carried out in consideration of the mass production scale and the investment scale.

以上、図5、図6の例では、レーザービームの形状は細長い線状の長方形であったが、
もちろん、長方形や正方形であってもよい。この場合には図7に示すように、半導体ウェ
ファー等の基板を適当な数の領域(図7では32)に分割し、これに順次、レーザーを照
射してゆくという方式を採用してもよい。例えば、レーザーの繰り返し周波数が200H
zであれば、ウェファー上の一箇所を処理する時間が0.1秒であり、ウェファーが上下
左右(図7の矢印)に移動する時間を考慮しても、1枚のウェファーを処理する時間は1
0秒弱である。ウェファーの自動搬送をおこなえば、1時間に200枚以上のウェファー
を処理できる。この生産性は従来の方式に優るとも劣らない。
As described above, in the examples of FIGS. 5 and 6, the shape of the laser beam is an elongated linear rectangle.
Of course, it may be rectangular or square. In this case, as shown in FIG. 7, a method of dividing a substrate such as a semiconductor wafer into an appropriate number of regions (32 in FIG. 7) and sequentially irradiating the laser may be adopted. . For example, the laser repetition frequency is 200H
If z, the time for processing one place on the wafer is 0.1 second, and the time for processing one wafer is considered even when the time for the wafer to move up, down, left and right (arrows in FIG. 7) is taken into consideration. Is 1
Less than 0 seconds. If the wafers are automatically conveyed, 200 or more wafers can be processed per hour. This productivity is not inferior to the conventional method.

なお、同様なレーザードーピング処理装置に関しては、特願平3−283981(平成
3年10月4日出願)、同3−290719(平成3年10月8日出願)、同4−100
479(平成3年3月26日出願)に記述されている。本発明によって、例えば、チャネ
ル長が0.5μm以下のデバイスを再現性良く作製することができ、また、深さ0.1μ
m以下の拡散領域(不純物領域)を形成することができる。逆に本発明は、このような条
件のデバイスを形成する上で特長を示す。以下に実施例を示し、より詳細に本発明を説明
する。
Regarding similar laser doping processing apparatuses, Japanese Patent Application Nos. 3-283978 (filed on Oct. 4, 1991), 3-290719 (filed on Oct. 8, 1991), and 4-100.
479 (filed on March 26, 1991). According to the present invention, for example, a device having a channel length of 0.5 μm or less can be manufactured with good reproducibility, and the depth is 0.1 μm.
A diffusion region (impurity region) of m or less can be formed. On the other hand, the present invention has a feature in forming a device under such conditions. The following examples illustrate the invention in more detail.

本発明によって、チャネル長1.0μm以下、典型的には0.1〜0.3μmのMOS
デバイスを安定して作製すること、および深さ0.1μm以下の浅い不純物領域を作製で
きた。上記の実施例においては単結晶シリコン上の半導体素子についてのものであったが
、多結晶シリコン等を利用した素子に関しても同様に実施してもよいことは言うまでもな
い。このように本発明は工業上有益なものである。
According to the present invention, a MOS having a channel length of 1.0 μm or less, typically 0.1 to 0.3 μm
The device was stably manufactured, and a shallow impurity region having a depth of 0.1 μm or less could be manufactured. In the above embodiment, the semiconductor element is formed on single crystal silicon, but it goes without saying that the element using polycrystalline silicon or the like may be similarly applied. Thus, the present invention is industrially useful.

本発明の効果を概念的に説明する。The effect of the present invention will be conceptually described. 従来技術の問題点を説明する。The problems of the prior art will be described. 本発明の半導体処理(不純物ドーピング)装置の概念図を示す。The conceptual diagram of the semiconductor processing (impurity doping) apparatus of this invention is shown. 本発明の半導体処理(不純物ドーピング)装置の概念図を示す。The conceptual diagram of the semiconductor processing (impurity doping) apparatus of this invention is shown. 本発明の半導体処理(不純物ドーピング)装置の例を示す。An example of a semiconductor processing (impurity doping) apparatus of the present invention is shown. 本発明の半導体処理(不純物ドーピング)装置の例を示す。An example of a semiconductor processing (impurity doping) apparatus of the present invention is shown. 本発明のレーザー照射方法の例を示す。The example of the laser irradiation method of this invention is shown. 本発明を利用した半導体素子の作製方法の例を示す。The example of the manufacturing method of the semiconductor element using this invention is shown. 本発明を利用した半導体素子の作製方法の例を示す。The example of the manufacturing method of the semiconductor element using this invention is shown. 本発明を利用した半導体素子の作製方法の例を示す。The example of the manufacturing method of the semiconductor element using this invention is shown.

本発明を用いて、単結晶シリコン基板上にCMOS回路を形成した。その作製手順を図
8に示す。まず、単結晶シリコン基板701の(100)
面上に、いわゆるLOCOS法によって、フィールド絶縁物702を形成し、さらに、フ
ィールド絶縁物に覆われていない領域の一部にボロンを熱拡散させてP型ウェル703を
形成した。この状態で、P型ウェル以外の領域をマスク材704で覆って、ジボラン(B
2 6 )を2体積%含有する雰囲気中で、レーザー 照射し、P型ウェルの表面から50
nmまでの領域に、ボロンを拡散させ、P+ の領域705を形成した。(図8(A))
Using the present invention, a CMOS circuit was formed on a single crystal silicon substrate. The manufacturing procedure is shown in FIG. First, (100) of the single crystal silicon substrate 701
A field insulator 702 was formed on the surface by a so-called LOCOS method, and boron was thermally diffused in a part of the region not covered with the field insulator to form a P-type well 703. In this state, a region other than the P-type well is covered with a mask material 704, and diborane (B
2 H 6 ) in an atmosphere containing 2% by volume.
Boron was diffused in the region up to nm to form a P + region 705. (Fig. 8 (A))

この際には、マスク材704としては、耐レーザー性のよいものが好ましいが、必ずし
もレーザー光に対して不透明である必要はない。例えば、窒化珪素や酸化珪素は上記の条
件を満たす。また、炭素膜でもよい。
In this case, the mask material 704 is preferably a material having good laser resistance, but is not necessarily opaque to the laser beam. For example, silicon nitride or silicon oxide satisfies the above conditions. A carbon film may also be used.

レーザードーピングは図5に示す装置を用いておこなった。図5に示す装置において、
2 6 /Ar雰囲気下で、試料を加熱せずに、レーザー光を照射してボロン(B)のド
ーピングを行った。レーザーはKrFエキシマーレーザー(波長248nm、パルス幅2
0nsec)を使用し、150〜350mJ/cm2 のエネルギー密度で、一か所につき
2〜20ショットの照射をおこなった。このとき、試料の温度を室温以下、好ましくは−
50℃まで下げると、不純物の拡散が抑制され、不純物のドーピングされたP+ 領域70
5の深さをより浅くできる。しかしながら、ジボランの凝結点、あるいは沸点を下回る温
度にまで下げることは好ましくない。
Laser doping was performed using the apparatus shown in FIG. In the apparatus shown in FIG.
In a B 2 H 6 / Ar atmosphere, boron (B) was doped by irradiating a laser beam without heating the sample. The laser is a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 2
Using the 0 nsec), with an energy density of 150~350mJ / cm 2, it was subjected to irradiation of 2 to 20 shots per location. At this time, the temperature of the sample is below room temperature, preferably-
When the temperature is lowered to 50 ° C., the diffusion of impurities is suppressed, and the P + region 70 doped with impurities is added.
The depth of 5 can be made shallower. However, it is not preferable to lower the temperature to below the condensation point or boiling point of diborane.

その後、シリコン基板表面にも同様の操作をおこない、フォスフィンを用いてリンのド
ーピングをおこなうことによってN+ 領域706を形成した。その後、従来と同様にゲー
ト酸化膜707とゲート電極708および709を形成した。
(図8(B))
Thereafter, the same operation was performed on the surface of the silicon substrate, and phosphorous doping was performed using phosphine to form an N + region 706. Thereafter, a gate oxide film 707 and gate electrodes 708 and 709 were formed as in the conventional case.
(Fig. 8 (B))

その後、PチャネルTFTの領域(図の右側)をマスク材710を被覆し、再び、図5
に示すレーザードーピング装置を用いて、ドーピングをおこなった。この際には不純物ガ
スとしてフォスヒオンを使用し、さらに、基板温度を200〜450℃に加熱した。レー
ザーのエネルギーやショット数は先の条件の範囲内とした。この時、試料は加熱されてい
るため先のドーピングのときに比較して拡散が大きく、ソース、ドレイン領域711には
リンが深くドーピングされ、N型化する。これに対してゲート電極の下部の領域は、ゲー
ト絶縁膜とゲート電極がマスクとなりレーザーが照射されず、ドーピングが行われず、N
+ 型のままである。典型的なドーピング条件は以下の通り。(図8(C))
雰囲気 PH3 5%濃度(H2 希釈)
試料温度 350度 圧力 0.02〜1.00Tor
r レーザー KrFエキシマレーザー(波長248nm)
エネルギー密度 150〜350mJ/cm2 パルス数 10ショッ
Thereafter, the area of the P-channel TFT (right side of the figure) is covered with the mask material 710, and again, FIG.
Doping was performed using the laser doping apparatus shown in FIG. At this time, phosphine was used as an impurity gas, and the substrate temperature was further heated to 200 to 450 ° C. The laser energy and the number of shots were within the range of the previous conditions. At this time, since the sample is heated, the diffusion is larger than that in the previous doping, and the source and drain regions 711 are deeply doped with phosphorus and become N-type. On the other hand, in the region below the gate electrode, the gate insulating film and the gate electrode serve as a mask so that the laser is not irradiated and doping is not performed.
+ Remains a type. Typical doping conditions are as follows. (Fig. 8 (C))
Atmosphere PH 3 5% concentration (H 2 dilution)
Sample temperature 350 degrees Pressure 0.02 to 1.00 Tor
r laser KrF excimer laser (wavelength 248nm)
Energy density 150 to 350 mJ / cm 2 Number of pulses 10 shots

同様に、Pチャネル型TFT(図の右側)に対しても、ジボラン雰囲気でレーザードー
ピングをおこなうことによって、P型領域を形成し、Pチャネル型TFTを形成すること
ができた。
Similarly, by performing laser doping in a diborane atmosphere on a P-channel TFT (right side in the figure), a P-type region can be formed and a P-channel TFT can be formed.

その後、従来と同様に層間絶縁物712を形成し、コンタクトホールを設けて、電極・
配線713を形成した。この電極・配線の材料としては、単層の金属もしくは半導体膜で
あっても、例えば、窒化チタンとアルミニウムのような多層膜であっても構わないことは
いうまでもない。
Thereafter, an interlayer insulator 712 is formed in the same manner as in the prior art, a contact hole is provided, and an electrode
A wiring 713 was formed. Needless to say, the electrode / wiring material may be a single-layer metal or semiconductor film or a multilayer film such as titanium nitride and aluminum.

本実施例のトランジスタはチャネル形成領域の表面はゲートに信号を印加しても反転せ
ず、より深い領域がチャネルとなる、いわゆるベリッド・チャネル型のものである。この
ため、ホットエレクトロン等によってゲート絶縁膜が破壊されることが少なく、信頼性が
向上した。
The transistor of this embodiment is a so-called belly channel type in which the surface of the channel formation region is not inverted even when a signal is applied to the gate, and a deeper region becomes a channel. For this reason, the gate insulating film is hardly broken by hot electrons or the like, and the reliability is improved.

本実施例では、このベリッド・チャネルを形成する際に、レーザードーピング法を使用
したわけであるが、その他にも、例えば、しきい値電圧制御の目的で本発明を使用できる
ことは本実施例の記述から明らかであろう。
In the present embodiment, the laser doping method is used when forming the buried channel. In addition, for example, the present invention can be used for the purpose of threshold voltage control. It will be clear from the description.

本発明を用いて、フローティングゲートを有するMOS素子、例えば、EPROM、E
EPROM、フラッシュメモリーを作製した例を図9に示す。まず、単結晶シリコン基板
の(100)面にフィールド絶縁物751を選択的に形成し、さらにゲート電極部752
、753を形成する。ゲート電極部の詳細な構成は、図9(E)に示される。ここで、7
61はゲート酸化膜、762はリンをドープしたポリシリコンのフローティングゲート、
763はリンをドープしたポリシリコンのコントロールゲート、764はそれらを覆う絶
縁膜である。
好ましくは、この絶縁膜764はコントロールゲート、フローティングゲートの酸化物に
よって構成される。これらを酸化するには陽極酸化法もしくは熱酸化法を用いればよい。
ゲート電極部の幅は0.5μmとした。陽極酸化法を採用する場合には、湿式あるいは乾
式の2つの方法が用いられるが、それらについては、特願平3−278705(平成3年
9月30日出願)また、熱酸化による場合に関しては、特願平3−278706(平成3
年9月30日出願)に記載されて方式を用いればよい。
By using the present invention, a MOS device having a floating gate, for example, EPROM, E
An example in which an EPROM and a flash memory are manufactured is shown in FIG. First, the field insulator 751 is selectively formed on the (100) plane of the single crystal silicon substrate, and the gate electrode portion 752 is further formed.
, 753. A detailed structure of the gate electrode portion is shown in FIG. Where 7
61 is a gate oxide film, 762 is a polysilicon floating gate doped with phosphorus,
763 is a control gate made of polysilicon doped with phosphorus, and 764 is an insulating film covering them.
Preferably, the insulating film 764 is made of an oxide of a control gate and a floating gate. In order to oxidize these, an anodic oxidation method or a thermal oxidation method may be used.
The width of the gate electrode portion was 0.5 μm. When the anodic oxidation method is employed, two methods, wet or dry, are used, and for these, Japanese Patent Application No. 3-278705 (filed on September 30, 1991) and thermal oxidation are used. Japanese Patent Application No. 3-278706 (Heisei 3
The method described in the application filed on Sep. 30, 2010 may be used.

その後、マスク材754を選択的に形成し、このマスク材およびゲート電極部をマスク
として、イオン注入法によって、シリコン基板中にリンを注入し、加熱して拡散せしめ、
N型領域755を形成した。このN型領域は0.2μm程度の深さになるようにした。ま
た、図9(A)に示すように、このとき形成された不純物領域755は、ゲート電極部の
下部に回り込んで拡がっている。
Thereafter, a mask material 754 is selectively formed, phosphorus is implanted into the silicon substrate by an ion implantation method using the mask material and the gate electrode portion as a mask, heated and diffused,
An N-type region 755 was formed. This N-type region was made to have a depth of about 0.2 μm. Further, as shown in FIG. 9A, the impurity region 755 formed at this time extends around the lower portion of the gate electrode portion.

次に図9(B)のように、リンをドープしたポリシリコンの配線756を形成し、これ
をワード線とした。しかしながら、不純物領域755の抵抗が十分に小さかい場合には、
このようなポリシリコンをわざわざ設けなくとも、不純物領域755をワード線とするこ
とができる。
Next, as shown in FIG. 9B, phosphorus-doped polysilicon wiring 756 is formed and used as a word line. However, if the resistance of the impurity region 755 is sufficiently small,
The impurity region 755 can be used as a word line without providing such polysilicon.

さらに、本発明によって、リンのレーザードーピング処理をおこない、浅い(深さ〜5
0nm)不純物領域757、758を形成した。本実施例では、図6に示す装置を用いて
不純物のドーピングを行った。図6(B)に示すように、1枚のウェファーを内蔵した多
数のチャンバー(614〜615)を流し、これにレーザー光を照射した。典型的なドー
ピング条件は以下のとおり。
雰囲気 PH3 5%濃度(H2 希釈)
試料温度 室温 圧力 0.02〜1.00Torr
レーザー KrFエキシマレーザー(波長248nm)
エネルギー密度 150〜350mJ/cm2 パルス数 10ショッ
Furthermore, according to the present invention, phosphorous laser doping treatment is performed, and shallow (depth˜5
0 nm) impurity regions 757 and 758 were formed. In this example, doping of impurities was performed using the apparatus shown in FIG. As shown in FIG. 6 (B), a number of chambers (614 to 615) containing one wafer were flowed and irradiated with laser light. Typical doping conditions are as follows.
Atmosphere PH 3 5% concentration (H 2 dilution)
Sample temperature Room temperature Pressure 0.02 to 1.00 Torr
Laser KrF excimer laser (wavelength 248nm)
Energy density 150 to 350 mJ / cm 2 Number of pulses 10 shots

以上の工程によって、浅い不純物領域が形成された。さらに、従来の方法によって、層
間絶縁物759を堆積し、コンタクトホールと金属電極・配線760、761を形成して
、素子を形成した。図9(D)には、2つのEEPROM素子が記述されており、配線7
60、761がそれぞれのビット線となる。
Through the above steps, a shallow impurity region was formed. Further, an interlayer insulator 759 was deposited by a conventional method, and contact holes and metal electrodes / wirings 760 and 761 were formed to form elements. In FIG. 9D, two EEPROM elements are described, and the wiring 7
60 and 761 are the respective bit lines.

本実施例では、ゲート電極部の左右において、不純物領域の形状が異なる。すなわち、
一方はゲート電極の下部にまで回り込んだ深い不純物領域755であり、他の一方はオー
バーラップが全く無く、むしろゲート電極部の酸化物のためにオフセット領域が形成され
た浅い不純物領域757である。実際に生じる回り込みは50nm以下である。この結果
、フローティングゲートにキャリヤーを注入する際には、図9(E)に矢印で示すように
深い不純物領域から注入される。
In this embodiment, the shape of the impurity region is different on the left and right of the gate electrode portion. That is,
One is a deep impurity region 755 that wraps around to the bottom of the gate electrode, and the other is a shallow impurity region 757 in which there is no overlap at all, but rather an offset region is formed due to the oxide of the gate electrode portion. . The actual wraparound is 50 nm or less. As a result, when carriers are injected into the floating gate, they are injected from deep impurity regions as indicated by arrows in FIG.

本発明を用いて、低濃度ドレイン(LDD)構造を用いたMOSFETを作製した例を
図10に示す。まず、従来の方法によって、単結晶シリコン基板801上にフィールド絶
縁物802を形成し、ゲート絶縁膜803、ゲート電極804を堆積する。そして、本発
明のレーザードーピング法を用いて、燐をドープし、浅い(深さ50nm)低濃度N-
不純物領域805を形成した。
(図10(A))
FIG. 10 shows an example in which a MOSFET using a low concentration drain (LDD) structure is manufactured using the present invention. First, a field insulator 802 is formed on a single crystal silicon substrate 801 by a conventional method, and a gate insulating film 803 and a gate electrode 804 are deposited. Then, using the laser doping method of the present invention, phosphorus was doped to form a shallow (depth 50 nm) low-concentration N -type impurity region 805.
(Fig. 10 (A))

その後、酸化珪素膜806を堆積し(図10(B))、これを異方性エッチングによっ
て、ゲート電極の側壁部分807を残して除去した。そして、この状態でイオン注入法に
よって、高濃度の燐イオンを注入し、N+ 領域808を形成した。この際には、先のN-
領域805は側壁の下部のみが残り、LDD領域809が形成された。(図10(C))
Thereafter, a silicon oxide film 806 was deposited (FIG. 10B) and removed by anisotropic etching leaving the side wall portion 807 of the gate electrode. In this state, high concentration phosphorus ions were implanted by ion implantation to form an N + region 808. At this time, ahead of the N -
In the region 805, only the lower part of the side wall remains, and the LDD region 809 is formed. (Fig. 10 (C))

最後に、層間絶縁物810と金属電極・配線811を形成して素子を完成させた。本実
施例では、従来の方式と本発明のドーピング方法を組み合わせてLDDを形成したが、例
えば、本発明人等の出願である、特願平3−238710(平成3年8月26日出願)、
特願平3−238711(平成3年8月26日出願)
、特願平3−238712(平成3年8月26日出願)等の方法を使用してもよい。
Finally, an interlayer insulator 810 and metal electrodes / wirings 811 were formed to complete the device. In this example, the LDD was formed by combining the conventional method and the doping method of the present invention. For example, Japanese Patent Application No. 3-238710 (filed on Aug. 26, 1991), which is an application of the present inventors. ,
Japanese Patent Application No. 3-238711 (filed on August 26, 1991)
Japanese Patent Application No. 3-238712 (filed on Aug. 26, 1991) may be used.

101 基板
102、103 拡散領域(ソース、ドレイン)
104 ゲート絶縁膜
105 ゲート電極
201 基板
202、203 拡散領域(ソース、ドレイン)
204 ゲート絶縁膜
205 ゲート電極
101 Substrate 102, 103 Diffusion region (source, drain)
104 Gate insulating film 105 Gate electrode 201 Substrate 202, 203 Diffusion region (source, drain)
204 Gate insulating film 205 Gate electrode

Claims (1)

第1の不純物領域と、第2の不純物領域と、前記第1の不純物領域と前記第2の不純物領域との間に形成されたチャネル形成領域と、を含む半導体と、
前記チャネル形成領域上に形成された、フローティングゲートと、コントロールゲートと、前記フローティングゲートと前記コントロールゲートとを覆う絶縁膜と、
前記半導体及び前記絶縁膜上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して前記第2の不純物領域に接続された配線と、を有し、
前記第1の不純物領域は、前記フローティングゲートとオーバーラップしており、
前記第2の不純物領域は、前記フローティングゲートとオーバーラップがなく、
前記第2の不純物領域は、前記絶縁膜の下部への回り込みが50μm以下で、深さが前記第1の不純物領域よりも浅く0.1μm以下であることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor including a first impurity region, a second impurity region, and a channel formation region formed between the first impurity region and the second impurity region;
A floating gate formed on the channel formation region; a control gate; an insulating film covering the floating gate and the control gate;
An interlayer insulating film formed on the semiconductor and the insulating film;
A wiring connected to the second impurity region through a contact hole formed in the interlayer insulating film,
The first impurity region overlaps the floating gate;
The second impurity region has no overlap with the floating gate,
The semiconductor device, wherein the second impurity region has a depth of 50 μm or less and a depth shallower than that of the first impurity region and is 0.1 μm or less.
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