JP2013247272A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor element capable of improving driving ability of the semiconductor element and suppressing deterioration in element characteristics.SOLUTION: There is provided a method of manufacturing a semiconductor element comprising: a step S1 of forming a layer on a surface of a substrate, the layer having a melting point higher than the substrate; a step S2 of heating the layer by irradiating the layer with laser and melting a part of the surface of the substrate, thereby making the part of the surface of the substrate in a wave pattern; a step S3 of removing the layer and exposing the part of the surface of the substrate; and a step S4 of forming a semiconductor element including the exposed part of the surface of the substrate.

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

シリコン基板等の基板上にトランジスタ等の半導体素子が形成された半導体装置が知られている。従来、半導体装置の製造方法として、半導体素子の駆動能力の向上を図ることが可能な方法が提案されている。   A semiconductor device in which a semiconductor element such as a transistor is formed on a substrate such as a silicon substrate is known. Conventionally, as a method for manufacturing a semiconductor device, a method capable of improving the driving capability of a semiconductor element has been proposed.

このような半導体装置の製造方法としては、例えば、基板上に矩形状の溝やV字状の溝を形成することにより、半導体素子のチャネル領域を増大させる(実効チャネル幅を大きくする)方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。   As a method for manufacturing such a semiconductor device, for example, there is a method of increasing a channel region of a semiconductor element (increasing an effective channel width) by forming a rectangular groove or a V-shaped groove on a substrate. It is known (see, for example, Patent Document 1).

特開平5−75121号公報JP-A-5-75121

特許文献1の半導体装置の製造方法では、基板上に形成される矩形状の溝やV字状の溝の角部に電界が集中しやすくなる。そのため、当該角部においてリーク電流が発生しやすくなり、素子特性が損なわれてしまうという問題がある。   In the method of manufacturing a semiconductor device disclosed in Patent Document 1, an electric field tends to concentrate on the corners of a rectangular groove or a V-shaped groove formed on a substrate. Therefore, there is a problem that a leak current is likely to be generated at the corner portion, and element characteristics are impaired.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、半導体素子の駆動能力の向上を図るとともに素子特性の低下を抑制することが可能な半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor element capable of improving the driving capability of the semiconductor element and suppressing the deterioration of the element characteristics. To do.

上記の課題を解決するため、本発明の半導体装置の製造方法は、基板の一面に前記基板よりも融点の高い層を形成する工程と、前記層にレーザーを照射して前記層を加熱することにより前記基板の一面側の部分を溶融させ、前記基板の一面側の部分を波形形状とする工程と、前記層を除去して前記基板の一面側の部分を露出させる工程と、露出した前記基板の一面側の部分を含んだ半導体素子を形成する工程と、を含むことを特徴とする。   In order to solve the above problems, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a layer having a higher melting point than the substrate on one surface of the substrate, and heating the layer by irradiating the layer with a laser. Melting a portion on one side of the substrate to form a waveform on the one side of the substrate, exposing the portion on the one side of the substrate by removing the layer, and exposing the substrate Forming a semiconductor element including a portion on the one surface side.

この半導体装置の製造方法によれば、基板を直接加熱することなく、レーザーの波長、強度等を適宜に調整することにより、基板の一面側の部分を選択的に溶融させることができる。また、基板を直接加熱しないことで、基板の蒸発を回避することができる。このように基板の一面側の部分を溶融させて形成した波形形状は、表面に鋭角な部分の無い滑らかな波形形状となる。そのため、基板の波形形状とした部分に局所的に電界が集中することを抑制でき、リーク電流の発生を抑制できる。また、基板の一面側の部分が波形形状となるため、半導体素子のチャネル領域を増大させることができる。よって、半導体素子の駆動能力の向上を図るとともに素子特性の低下を抑制することができる。   According to this method for manufacturing a semiconductor device, it is possible to selectively melt the portion on the one surface side of the substrate by appropriately adjusting the wavelength, intensity, etc. of the laser without directly heating the substrate. Also, evaporation of the substrate can be avoided by not heating the substrate directly. The corrugated shape formed by melting the portion on the one surface side of the substrate in this way is a smooth corrugated shape having no acute angle portion on the surface. Therefore, it is possible to suppress local concentration of the electric field on the corrugated portion of the substrate, and it is possible to suppress the occurrence of leakage current. Further, since the portion on the one surface side of the substrate has a corrugated shape, the channel region of the semiconductor element can be increased. Therefore, it is possible to improve the driving capability of the semiconductor element and suppress deterioration of the element characteristics.

また、前記半導体装置の製造方法においては、基板がシリコン基板であることが望ましい。   In the method for manufacturing a semiconductor device, the substrate is preferably a silicon substrate.

このようにすれば、シリコン基板の一面側の部分を波形形状とする工程において、シリコン基板の一面側の部分を溶融させ、溶融したシリコンを堆積膨張させた後、再結晶化させることができる。これにより、シリコン基板の一面側の部分に結晶欠陥が生じることを抑制でき、接合リーク電流の発生を抑制できる。   In this way, in the step of forming the waveform on the one surface side of the silicon substrate, the portion on the one surface side of the silicon substrate can be melted, and the molten silicon can be deposited and expanded, and then recrystallized. Thereby, it can suppress that a crystal defect arises in the part of the one surface side of a silicon substrate, and generation | occurrence | production of junction leakage current can be suppressed.

また、前記半導体装置の製造方法においては、前記層が炭素層または炭化タンタル層であることが望ましい。   In the method for manufacturing a semiconductor device, the layer is preferably a carbon layer or a tantalum carbide layer.

このようにすれば、層の融点を基板の融点よりも格段に高くできるため、基板の一面側の部分を選択的に溶融することが容易となる。例えば、基板をシリコン基板(融点1400℃程度)とし、層を炭素層(融点3000℃以上)としたとき、基板の融点と層の融点との差を1600℃以上にすることができる。   In this way, since the melting point of the layer can be markedly higher than the melting point of the substrate, it becomes easy to selectively melt the portion on the one surface side of the substrate. For example, when the substrate is a silicon substrate (melting point of about 1400 ° C.) and the layer is a carbon layer (melting point of 3000 ° C. or more), the difference between the melting point of the substrate and the melting point of the layer can be 1600 ° C. or more.

また、前記半導体装置の製造方法においては、前記レーザーがエキシマレーザーであることが望ましい。   In the semiconductor device manufacturing method, the laser is preferably an excimer laser.

このようにすれば、主に紫外領域の波長を有するため、照射エネルギーのほとんどが層に吸収されて熱となる。よって、層を十分に高い温度に加熱することが可能となる。   In this way, since it mainly has a wavelength in the ultraviolet region, most of the irradiation energy is absorbed by the layer and becomes heat. Thus, the layer can be heated to a sufficiently high temperature.

また、前記半導体装置の製造方法においては、前記シリコン基板の一面側の部分を波形形状とする工程では、前記エキシマレーザーのエネルギー密度を、0.2J/cm以上2.0J/cm以下にすることが望ましい。 Also, in the method for manufacturing a semiconductor device, a portion of one surface of the silicon substrate in the step of the waveform shape, the energy density of the excimer laser, 0.2 J / cm 2 or more 2.0 J / cm 2 below It is desirable to do.

このようにすれば、基板の一面側の部分を確実に溶融させることができ、基板の一面側の部分を規則正しい波形形状とすることができる。仮に、エキシマレーザーのエネルギー密度が0.2J/cm未満であると、基板の一面側の部分を溶融させることが困難となる。一方、2.0J/cmを超えると、シリコンの沸点(2300℃以上)を超えて気化する可能性があり、基板の一面側の部分を規則正しい波形形状にすることが困難となる。 In this way, the portion on the one surface side of the substrate can be reliably melted, and the portion on the one surface side of the substrate can be formed into a regular corrugated shape. If the energy density of the excimer laser is less than 0.2 J / cm 2 , it becomes difficult to melt the portion on the one surface side of the substrate. On the other hand, if it exceeds 2.0 J / cm 2 , it may vaporize beyond the boiling point of silicon (2300 ° C. or higher), making it difficult to form a regular corrugated portion on one side of the substrate.

本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 図1に続く、製造工程を説明するための断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process following FIG. 1. 本発明の半導体装置の製造方法のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を説明するためのSEM(走査型電子顕微鏡)写真を示す図である。It is a figure which shows the SEM (scanning electron microscope) photograph for demonstrating the manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor device of this invention.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. This embodiment shows one aspect of the present invention, and does not limit the present invention, and can be arbitrarily changed within the scope of the technical idea of the present invention. Moreover, in the following drawings, in order to make each structure easy to understand, an actual structure and a scale, a number, and the like in each structure are different.

図1及び図2は、本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を説明するための断面図である。図3は、本発明の半導体装置の製造方法のフローチャートを示す図である。図4は、本発明の半導体装置の製造方法の製造工程を説明するためのSEM(走査型電子顕微鏡)写真を示す図である。   1 and 2 are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. FIG. 3 is a flowchart of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. FIG. 4 is a view showing an SEM (scanning electron microscope) photograph for explaining a manufacturing process of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

本実施形態の半導体装置の製造方法では、まず、図1(a)に示すようにシリコン単結晶基板(以下、シリコン基板と記す)1を用意する。ここで、シリコン基板1は本発明の基板となるものであり、その一面1aに単結晶シリコン膜を有したものとなる。なお、このシリコン基板1の一面1aに露出する単結晶シリコンの結晶面は、例えば、ミラー指数(100)で表される結晶面(以下、単に(100)面と略記する。)をなすものとされるが、(100)面以外にも、(100)面に対して54.73°傾斜した(111)面であってもよい。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, first, a silicon single crystal substrate (hereinafter referred to as a silicon substrate) 1 is prepared as shown in FIG. Here, the silicon substrate 1 is a substrate of the present invention, and has a single crystal silicon film on one surface 1a thereof. The crystal plane of the single crystal silicon exposed on the one surface 1a of the silicon substrate 1 is, for example, a crystal plane represented by a Miller index (100) (hereinafter simply abbreviated as (100) plane). However, in addition to the (100) plane, a (111) plane inclined by 54.73 ° with respect to the (100) plane may be used.

続いて、このシリコン基板1の一面1aに形成された自然酸化膜を除去(洗浄)する。
自然酸化膜の除去(洗浄)については、例えば、シリコン基板1を真空チャンバー内に配置し、減圧雰囲気下でアニール処理を行う。これにより、シリコン基板1の一面1aに付着した自然酸化膜(SiO)を除去する。
Subsequently, the natural oxide film formed on the one surface 1a of the silicon substrate 1 is removed (cleaned).
For removal (cleaning) of the natural oxide film, for example, the silicon substrate 1 is placed in a vacuum chamber and annealing is performed in a reduced pressure atmosphere. Thereby, the natural oxide film (SiO 2 ) adhering to the one surface 1a of the silicon substrate 1 is removed.

なお、アニール処理の際、真空チャンバー内に水素ガスを導入し、水素ガスと自然酸化膜とを反応させて、シリコン基板1の一面1aから自然酸化膜を除去してもよい。
また、アニール処理に代えて、フッ化水素酸(HF)等のエッチング液でシリコン基板1の一面1aをエッチングし、自然酸化膜を除去してもよい。
In the annealing process, hydrogen gas may be introduced into the vacuum chamber, the hydrogen gas may react with the natural oxide film, and the natural oxide film may be removed from the one surface 1a of the silicon substrate 1.
Instead of the annealing treatment, the natural oxide film may be removed by etching the one surface 1a of the silicon substrate 1 with an etchant such as hydrofluoric acid (HF).

次に、図1(b)に示すように、シリコン基板1の一面1aに、スパッタリング法によって炭素層2を形成する(図3に示すステップS1)。   Next, as shown in FIG. 1B, a carbon layer 2 is formed on one surface 1a of the silicon substrate 1 by a sputtering method (step S1 shown in FIG. 3).

炭素層2の融点は3000℃以上であり、シリコン基板1の融点(1400℃程度)よりも高い。なお、炭素層2は、炭素を主成分としたものであれば、炭素以外の成分を不純物として含んでいてもよい。炭素層2としては、例えばアモルファスカーボンやグラファイト、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)等からなる層が挙げられる。   The melting point of the carbon layer 2 is 3000 ° C. or higher, which is higher than the melting point of the silicon substrate 1 (about 1400 ° C.). The carbon layer 2 may contain a component other than carbon as an impurity as long as it contains carbon as a main component. Examples of the carbon layer 2 include a layer made of amorphous carbon, graphite, diamond-like carbon (DLC), or the like.

なお、シリコン基板1の一面1aに形成する層としては、シリコン基板1の融点よりも融点の高い層であれば炭素層2に限らず、種々のものを用いることができる。例えば、炭化タンタル層が挙げられる。   The layer formed on the one surface 1a of the silicon substrate 1 is not limited to the carbon layer 2 as long as it has a higher melting point than the melting point of the silicon substrate 1, and various layers can be used. An example is a tantalum carbide layer.

本実施形態では、カーボンターゲットを用いたスパッタリング法で、シリコン基板1の一面1a上にアモルファスカーボン層を形成することにより、炭素層2を形成する。例えば、シリコン基板1を成膜室内に導入し、成膜室内を3mtorr程度の高真空状態にし、キセノンガスを注入し、シリコン基板1の温度(基板温度)を400℃程度に加熱し、スパッタ出力を5kW程度に設定して行う。   In this embodiment, the carbon layer 2 is formed by forming an amorphous carbon layer on the one surface 1a of the silicon substrate 1 by a sputtering method using a carbon target. For example, the silicon substrate 1 is introduced into the film formation chamber, the inside of the film formation chamber is brought into a high vacuum state of about 3 mtorr, xenon gas is injected, the temperature of the silicon substrate 1 (substrate temperature) is heated to about 400 ° C., and sputter output Is set to about 5 kW.

炭素層2の膜厚は、例えば100nm以上300nm以下程度にするのが好ましい。このような膜厚が好ましいのは、炭素層2を加熱するレーザーとして後述するエキシマレーザーを用いた場合に、シリコン基板1を直接加熱することなく、シリコン基板1の一面1a側の部分を選択的に溶融させることが容易になるからである。なお、本実施形態では、図4(a)に示すように、炭素層2の膜厚を230nm程度にする。   The film thickness of the carbon layer 2 is preferably about 100 nm to 300 nm, for example. Such a film thickness is preferable because, when an excimer laser, which will be described later, is used as a laser for heating the carbon layer 2, a portion on the one surface 1a side of the silicon substrate 1 is selectively used without directly heating the silicon substrate 1. This is because it can be easily melted. In the present embodiment, as shown in FIG. 4A, the film thickness of the carbon layer 2 is set to about 230 nm.

次に、図1(c)に示すように、炭素層2にレーザーを照射して炭素層2を加熱することによりシリコン基板1の一面1a側の部分を溶融させ、図2(a)に示すように、シリコン基板1の一面1a側の部分を波形形状とする(図3に示すステップS2)   Next, as shown in FIG. 1 (c), the carbon layer 2 is irradiated with a laser to heat the carbon layer 2, thereby melting the portion on the one surface 1a side of the silicon substrate 1, as shown in FIG. 2 (a). As described above, the portion on the one surface 1a side of the silicon substrate 1 has a waveform shape (step S2 shown in FIG. 3).

具体的には、炭素層2を形成したシリコン基板1を真空チャンバー内に導入し、真空チャンバー内を1×10−4Pa程度に減圧する。また、シリコン基板1を加熱して基板温度を400℃にまで上昇させる。そして、その状態のもとで、炭素層2にレーザーを照射し、炭素層2を加熱する。 Specifically, the silicon substrate 1 on which the carbon layer 2 is formed is introduced into a vacuum chamber, and the inside of the vacuum chamber is depressurized to about 1 × 10 −4 Pa. Further, the silicon substrate 1 is heated to raise the substrate temperature to 400 ° C. And the carbon layer 2 is irradiated with a laser under the state, and the carbon layer 2 is heated.

このようなレーザーで炭素層2を加熱するにあたっては、レーザーの強度等を炭素層2の膜厚等に対応させて適宜に調整することにより、シリコン基板1を直接加熱することなく、シリコン基板1の一面1a側の部分を選択的に加熱する。詳しくは、炭素層2とシリコン基板1の一面1aとの界面におけるシリコン基板1側を、集中的に加熱する。   In heating the carbon layer 2 with such a laser, the silicon substrate 1 can be directly heated without adjusting the silicon substrate 1 by directly adjusting the intensity of the laser in accordance with the film thickness of the carbon layer 2 or the like. The portion on the one surface 1a side is selectively heated. Specifically, the silicon substrate 1 side at the interface between the carbon layer 2 and the one surface 1a of the silicon substrate 1 is intensively heated.

なお、「シリコン基板1を直接加熱することなく」とは、シリコン基板1が間接的に加熱されることを意味している。すなわち、シリコン基板1と炭素層2とは接しているため、炭素層2を加熱することで炭素層2の温度が上昇すれば、熱伝導によってシリコン基板1の一面1a側の部分の温度が上昇し、シリコン基板1の一面1a側の部分を間接的に加熱することになる。このような間接的な加熱は、後述するシリコン基板1の一面1a側の部分を波形形状とするために機能する。   Note that “without directly heating the silicon substrate 1” means that the silicon substrate 1 is indirectly heated. That is, since the silicon substrate 1 and the carbon layer 2 are in contact with each other, if the temperature of the carbon layer 2 is increased by heating the carbon layer 2, the temperature of the portion on the one surface 1a side of the silicon substrate 1 is increased due to heat conduction. Then, the portion on the one surface 1a side of the silicon substrate 1 is indirectly heated. Such indirect heating functions in order to make a portion on the one surface 1a side of the silicon substrate 1 described later into a corrugated shape.

ここで、レーザーとしては、特に波長が紫外領域となるエキシマレーザーが好適に用いられる。具体的には、波長が308nmのXeClエキシマレーザー、波長が248nmのKrFエキシマレーザーなどが好適に用いられる。   Here, an excimer laser having a wavelength in the ultraviolet region is particularly preferably used as the laser. Specifically, a XeCl excimer laser with a wavelength of 308 nm, a KrF excimer laser with a wavelength of 248 nm, or the like is preferably used.

炭素層2は、ダイアモンド以外の前記したアモルファスカーボンや、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)であれば、紫外領域に吸収領域がある。したがって、このようなエキシマレーザーを用いることにより、炭素層2を良好に加熱することができる。   If the carbon layer 2 is amorphous carbon other than diamond, graphite, or diamond-like carbon (DLC), there is an absorption region in the ultraviolet region. Therefore, the carbon layer 2 can be heated satisfactorily by using such an excimer laser.

本実施形態では、前記したように炭素層2の膜厚を230nm程度にし、レーザーとして波長が308nmのXeClエキシマレーザーを用いる。   In the present embodiment, as described above, the film thickness of the carbon layer 2 is set to about 230 nm, and a XeCl excimer laser having a wavelength of 308 nm is used as the laser.

XeClエキシマレーザーの光照射時間については、過度に加熱するとシリコン基板1全体の溶融を引き起こすおそれがあるため、十分に短い時間とする。具体的には、数ナノ秒(10−9秒)〜数百ナノ秒程度とする。このような光照射時間とすることにより、シリコン基板1全体を融解させるおそれがなくなる。本実施形態では、XeClエキシマレーザーの光照射時間を180ナノ秒程度とする。 The light irradiation time of the XeCl excimer laser is set to a sufficiently short time because excessive heating may cause melting of the entire silicon substrate 1. Specifically, it is about several nanoseconds (10 −9 seconds) to several hundred nanoseconds. By setting such a light irradiation time, there is no possibility of melting the entire silicon substrate 1. In this embodiment, the light irradiation time of the XeCl excimer laser is set to about 180 nanoseconds.

このような時間のレーザー照射を行うことにより、炭素層2とシリコン基板1との界面におけるシリコン基板1側を選択的に加熱し、シリコン基板1の一面1a側の部分をシリコンの融点以上に加熱することが可能になる。   By performing laser irradiation for such a time, the silicon substrate 1 side at the interface between the carbon layer 2 and the silicon substrate 1 is selectively heated, and the portion on the one surface 1a side of the silicon substrate 1 is heated above the melting point of silicon. It becomes possible to do.

前記条件でXeClエキシマレーザーを炭素層2に照射すると、XeClエキシマレーザーはその波長が308nmと十分に短いため、ほとんどの照射エネルギーがアモルファスカーボンからなる炭素層2に吸収される。   When the carbon layer 2 is irradiated with the XeCl excimer laser under the above conditions, since the wavelength of the XeCl excimer laser is sufficiently short as 308 nm, most of the irradiation energy is absorbed by the carbon layer 2 made of amorphous carbon.

すると、アモルファスカーボンの融点は十分に高温であるため(グラファイトで融点が3550℃)、高い強度でXeClエキシマレーザーを照射しても、炭素層2はレーザーアブレーションを起こすことなく、十分に高温化される。XeClエキシマレーザーによる炭素層2の加熱温度として例えば2000℃程度とすることが好ましい。   Then, since the melting point of amorphous carbon is sufficiently high (melting point of graphite is 3550 ° C.), even if XeCl excimer laser is irradiated with high intensity, the carbon layer 2 is sufficiently heated without causing laser ablation. The The heating temperature of the carbon layer 2 by the XeCl excimer laser is preferably about 2000 ° C., for example.

このような加熱温度を実現するためには、XeClエキシマレーザーのエネルギー密度を、0.2J/cm以上2.0J/cm以下にするのが好ましい。エネルギー密度が0.2J/cm未満であると、シリコン基板1一面1a側の部分を溶融させることが困難となる。一方、2.0J/cmを超えると、シリコンの沸点(2300℃以上)を超えて気化する可能性があり、シリコン基板1の一面1a側の部分を規則正しい波形形状にすることが困難となるからである。本実施形態では、XeClエキシマレーザーのエネルギー密度を、1.0J/cm程度にする。 In order to realize such a heating temperature, the energy density of the XeCl excimer laser, preferably below 0.2 J / cm 2 or more 2.0 J / cm 2. When the energy density is less than 0.2 J / cm 2 , it becomes difficult to melt the portion on the one side 1a side of the silicon substrate 1. On the other hand, if it exceeds 2.0 J / cm 2 , there is a possibility of vaporization exceeding the boiling point of silicon (2300 ° C. or higher), and it becomes difficult to form a regular corrugated portion on the one surface 1a side of the silicon substrate 1. Because. In this embodiment, the energy density of the XeCl excimer laser is set to about 1.0 J / cm 2 .

このようなエネルギー密度でXeClエキシマレーザーを照射することにより、シリコン基板1の一面1a側の部分を選択的に溶融させ、図4(b)に示すように、シリコン基板1の一面1a側の部分を表面に鋭角な部分の無い滑らかな波形形状とすることができる。なお、炭素層2は、シリコン基板1の波形形状とした部分1bに倣って、波形形状の炭素層2Aとなる。   By irradiating the XeCl excimer laser with such an energy density, the portion on the one surface 1a side of the silicon substrate 1 is selectively melted, and the portion on the one surface 1a side of the silicon substrate 1 as shown in FIG. Can have a smooth corrugated shape with no sharp corners on the surface. The carbon layer 2 becomes a corrugated carbon layer 2 </ b> A following the corrugated portion 1 b of the silicon substrate 1.

次に、図2(b)に示すように、波形形状の炭素層2Aを除去してシリコン基板1の一面1a側の部分(波形形状とした部分1b)を露出させる(図3に示すステップS3)。   Next, as shown in FIG. 2B, the corrugated carbon layer 2A is removed to expose a portion of the silicon substrate 1 on the one surface 1a side (a portion 1b having a corrugated shape) (step S3 shown in FIG. 3). ).

炭素層2Aの除去は、例えば、酸素プラズマを用いたアッシング処理により行う。これにより、図4(c)に示すように、露出したシリコン基板1の一面1a側の部分は表面に鋭角な部分の無い滑らかな波形形状となる。   The removal of the carbon layer 2A is performed by, for example, an ashing process using oxygen plasma. As a result, as shown in FIG. 4C, the exposed portion of the silicon substrate 1 on the one surface 1a side has a smooth waveform with no acute angle portion on the surface.

次に、図2(c)に示すように、露出したシリコン基板1の一面1a側の部分(波形形状とした部分1b)を含んだトランジスタ等の半導体素子を形成する(図3に示すステップS4)。   Next, as shown in FIG. 2C, a semiconductor element such as a transistor including the exposed portion of the silicon substrate 1 on the one surface 1a side (corrugated portion 1b) is formed (step S4 shown in FIG. 3). ).

半導体素子は、従来公知の方法により形成する。例えば、シリコン基板1の波形形状とした部分1bにゲート絶縁膜3を形成し、次にゲート絶縁膜3上にゲート電極4を形成する。ここで、ゲート電極4の底面はゲート絶縁膜3を介してシリコン基板1の波形形状とした部分1bに沿って形成される。次に、ゲート電極4をマスクにしてソース領域及びドレイン領域(領域6)を形成する。ここで、ゲート電極4の下部は滑らかな波形形状の表面を有するチャネル領域7になる。   The semiconductor element is formed by a conventionally known method. For example, the gate insulating film 3 is formed on the corrugated portion 1 b of the silicon substrate 1, and then the gate electrode 4 is formed on the gate insulating film 3. Here, the bottom surface of the gate electrode 4 is formed along the corrugated portion 1 b of the silicon substrate 1 through the gate insulating film 3. Next, a source region and a drain region (region 6) are formed using the gate electrode 4 as a mask. Here, the lower portion of the gate electrode 4 becomes a channel region 7 having a smooth waveform surface.

次に、ゲート電極4上に層間絶縁膜5を形成する。そして、図示はしないが、層間絶縁膜5にソース領域及びドレイン領域(領域6)を表出するコンタクトホールを形成し、それぞれのコンタクトホールにソース配線及びドレイン配線を形成する。
以上の工程により、本実施形態に係る半導体装置が得られる。
Next, an interlayer insulating film 5 is formed on the gate electrode 4. Then, although not shown, contact holes that expose the source region and the drain region (region 6) are formed in the interlayer insulating film 5, and a source wiring and a drain wiring are formed in each contact hole.
Through the above steps, the semiconductor device according to the present embodiment is obtained.

以上に説明した半導体装置の製造方法によれば、シリコン基板1を直接加熱することなく、レーザーの波長、強度等を適宜に調整することにより、シリコン基板1の一面1a側の部分を選択的に溶融させることができる。また、シリコン基板1を直接加熱しないことで、シリコン基板1の蒸発を回避することができる。このようにシリコン基板1の一面1a側の部分を溶融させて形成した波形形状は、表面に鋭角な部分の無い滑らかな波形形状となる。そのため、シリコン基板1の波形形状とした部分1bに局所的に電界が集中することを抑制できる。これにより、ゲートリーク電流(シリコン基板側からゲート電極に向かって電流が流れるようになること)を抑制できる。また、シリコン基板1の一面1a側の部分が波形形状となるため、半導体素子のチャネル領域7を増大させることができる。よって、半導体素子の駆動能力の向上を図るとともに素子特性の低下を抑制することができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device described above, the portion on the one surface 1a side of the silicon substrate 1 is selectively adjusted by appropriately adjusting the wavelength, intensity, etc. of the laser without directly heating the silicon substrate 1. Can be melted. Moreover, evaporation of the silicon substrate 1 can be avoided by not directly heating the silicon substrate 1. The corrugated shape formed by melting the portion on the one surface 1a side of the silicon substrate 1 in this way is a smooth corrugated shape having no acute angle portion on the surface. Therefore, it is possible to suppress local concentration of the electric field on the corrugated portion 1b of the silicon substrate 1. Thereby, gate leakage current (current flowing from the silicon substrate side toward the gate electrode) can be suppressed. Further, since the portion on the one surface 1a side of the silicon substrate 1 has a wave shape, the channel region 7 of the semiconductor element can be increased. Therefore, it is possible to improve the driving capability of the semiconductor element and suppress deterioration of the element characteristics.

また、シリコン基板1の一面1a側の部分を波形形状とする工程S2において、フォトプロセスやエッチングプロセスが不要であるため、製造工程を短縮することができ、製造コストを低く抑えることができる。   In addition, since the photo process and the etching process are unnecessary in the step S2 in which the portion on the one surface 1a side of the silicon substrate 1 is corrugated, the manufacturing process can be shortened and the manufacturing cost can be kept low.

また、基板としてシリコン基板1を用いているため、シリコン基板の一面側の部分を波形形状とする工程S2において、シリコン基板1の一面1a側の部分を溶融させ、溶融したシリコンを堆積膨張させた後、再結晶化させることができる。これにより、シリコン基板1の一面1a側の部分に結晶欠陥が生じることを抑制できる。よって、ソース領域とシリコン基板間やドレイン領域とシリコン基板間で生じるリーク電流(接合リーク電流)の発生を抑制できる。   Further, since the silicon substrate 1 is used as the substrate, the portion on the one surface 1a side of the silicon substrate 1 is melted and the molten silicon is deposited and expanded in step S2 in which the portion on one surface side of the silicon substrate is corrugated. Later, it can be recrystallized. Thereby, it can suppress that a crystal defect arises in the part by the side of the one surface 1a of the silicon substrate 1. FIG. Therefore, generation of leakage current (junction leakage current) generated between the source region and the silicon substrate or between the drain region and the silicon substrate can be suppressed.

また、層として炭素層2を用いているため、炭素層2の融点をシリコン基板1の融点よりも格段に高くできる。このため、シリコン基板1の一面1a側の部分を選択的に溶融することが容易となる。   Further, since the carbon layer 2 is used as a layer, the melting point of the carbon layer 2 can be markedly higher than the melting point of the silicon substrate 1. For this reason, it becomes easy to selectively melt the portion on the one surface 1a side of the silicon substrate 1.

また、レーザーとしてXeClエキシマレーザーを用いているため、照射エネルギーのほとんどが炭素層2に吸収されて熱となる。よって、炭素層2を十分に高い温度に加熱することが可能となる。   Further, since a XeCl excimer laser is used as the laser, most of the irradiation energy is absorbed by the carbon layer 2 and becomes heat. Therefore, the carbon layer 2 can be heated to a sufficiently high temperature.

また、シリコン基板1の一面1a側の部分を波形形状とする工程S2では、XeClエキシマレーザーのエネルギー密度を、1.0J/cm程度にしているため、シリコン基板1の一面1a側の部分を確実に溶融させることができる。よって、シリコン基板1の一面1a側の部分を規則正しい波形形状とすることができる。 Further, in the step S2 in which the part on the one surface 1a side of the silicon substrate 1 is wave-shaped, the energy density of the XeCl excimer laser is set to about 1.0 J / cm 2, so that the part on the one surface 1a side of the silicon substrate 1 is changed. It can be reliably melted. Therefore, the part on the one surface 1a side of the silicon substrate 1 can be formed into a regular corrugated shape.

なお、本実施形態では、本発明の基板として単結晶シリコン基板を用いたが、例えば石英等からなる基板上に、単結晶シリコン膜を形成したものであってもよい。   In this embodiment, a single crystal silicon substrate is used as the substrate of the present invention. However, a single crystal silicon film may be formed on a substrate made of, for example, quartz.

1…シリコン基板(基板)、1a…シリコン基板の一面(基板の一面)、1b…波形形状とした部分、2…炭素層(層)、2A…波形形状の炭素層(層) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate (substrate), 1a ... One surface of silicon substrate (one surface of substrate), 1b ... Wave-shaped portion, 2 ... Carbon layer (layer), 2A ... Wave-shaped carbon layer (layer)

Claims (5)

基板の一面に前記基板よりも融点の高い層を形成する工程と、
前記層にレーザーを照射して前記層を加熱することにより前記基板の一面側の部分を溶融させ、前記基板の一面側の部分を波形形状とする工程と、
前記層を除去して前記基板の一面側の部分を露出させる工程と、
露出した前記基板の一面側の部分を含んだ半導体素子を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
Forming a layer having a higher melting point than the substrate on one surface of the substrate;
Irradiating the layer with a laser and heating the layer to melt a portion on one side of the substrate, and forming a portion on the one side of the substrate into a corrugated shape;
Removing the layer to expose a portion of one side of the substrate;
Forming a semiconductor element including a portion on one side of the exposed substrate;
A method of manufacturing a semiconductor device including:
前記基板がシリコン基板である請求項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, wherein the substrate is a silicon substrate. 前記層が炭素層または炭化タンタル層である請求項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 the layer is a carbon layer or a tantalum carbide layer. 前記レーザーがエキシマレーザーである請求項1ないし3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the laser is an excimer laser. 前記シリコン基板の一面側の部分を波形形状とする工程では、前記エキシマレーザーのエネルギー密度を、0.2J/cm以上2.0J/cm以下にする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。



In the step of the waveform shape portion of the one surface of the silicon substrate, manufacturing a semiconductor device according to the energy density of the excimer laser, the 0.2 J / cm 2 or more 2.0 J / cm 2 according to claim 4, below Method.



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