JP5865806B2 - 半導体装置の製造方法及び半導体製造装置 - Google Patents
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Description
本実施形態にかかる半導体装置の製造方法を、図1を用いて説明する。この図1は、第1の実施形態にかかる半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。ここでは、半導体基板上にアモルファスシリコン膜を形成し、マイクロ波をアモルファスシリコン膜に照射してシリコン結晶膜を形成する場合を例として説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の工程や材料にも適用することができる。
P=E2/R=E2×tanδ×2πfC(式1)
ここでPは発熱に係る電力、Eは交流電圧、Rは誘電体膜の抵抗、tanδは誘電正接、πは円周率、fはマイクロ波の周波数、Cは誘電体膜の誘電体容量である。この式から、より高い周波数を用いると誘電体膜の発熱電力が大きくなることがわかる。
第2の実施形態は、5.8GHzよりも高い周波数を有するマイクロ波22を半導体基板1に照射して、アモルファスシリコン膜2中により確実に効率よく結晶核を生成した後に、5.8GHz周辺の周波数を有するマイクロ波21を半導体基板1に照射して、各々の結晶核を大きく成長させる点で、第1の実施形態と異なっている。このようにすることにより、マイクロ波22による結晶核生成工程と、マイクロ波21による結合の組み換え(結晶成長)工程とを連続的に行うというものである。なお、2つの異なる周波数を有するマイクロ波21、22の照射は、同一のプロセスチャンバー内で連続的に行ってもよいし、異なるプロセスチャンバー内で連続的に行ってもよく、製造工程等に応じて最適なものを選択することが好ましい。
第3の実施形態は、5.8GHz周辺の周波数を有するマイクロ波21を照射する際に半導体基板1を裏面から冷却する点で、第2の実施形態と異なっている。このようにすることで、5.8GHz周辺の周波数を有するマイクロ波21の特性を引出し、効率よく原子結合の組み換えを起こし、各々の結晶核を大きく成長させることができる。
第4の実施形態は、照射するマイクロ波21、22をそれぞれ周波数変調又は位相変調させる点で、これまで説明した第1から第3の実施形態と異なっている。マイクロ波21、22を周波数変調又は位相変調させることにより、半導体基板1上に定在波が形成されることを避け、マイクロ波21、22の照射による効果を半導体基板1上に均一に与えることができる。
fm=fc+Δfcos(2πfs・t)(式2)
ここでfcは被変調波の中心周波数で、搬送波の周波数と同じであり、Δfは最大周波数偏移、tは時間(秒)である。
第5の実施形態は、信号波として正弦波ではなくパルス波を用いて、マイクロ波21、22を周波数変調又は位相変調させる点で、第4の実施形態と異なっている。第4の実施形態と同様に、マイクロ波21、22を周波数変調又は位相変調させることにより、半導体基板1上に定在波が形成されることを避け、マイクロ波21、22の照射による効果を半導体基板1上に均一に与えることができる。
まず一例としては、トランジスタ等の半導体装置の製造工程において、半導体基板上の半導体層にP、B、As等といった導電型不純物を注入する際に、これまで説明したような実施形態のように、2つの異なる周波数を有するマイクロ波21及び22を照射しても良い。このようにすることにより、導電型不純物を活性化させるとともに、イオン注入により生じた半導体層中の結晶欠陥を回復することができ、結晶欠陥が連続して存在することのない不純物注入層を形成することができる。さらに、回復された領域については、結晶粒界の少ない良質な層として得ることができる。
また他の変形例としては、半導体装置の製造工程における絶縁膜の形成の際に、2つの異なる周波数を有するマイクロ波21及び22を照射しても良い。このようにすることにより、これまで説明した実施形態と同様に、結晶粒界の少ない絶縁性の高い絶縁膜を得ることができる。加えて、マイクロ波を照射して絶縁膜を形成することにより、不要な水分や有機物質を膜外に排出することができ、絶縁膜をより高密度化することもできる。より具体的には、トランジスタのゲート絶縁膜の形成の際に2つの異なる周波数を有するマイクロ波21及び22を照射することにより、ゲート絶縁膜中における結晶粒径を大きくし、結晶粒界の少ない良質なゲート絶縁膜を得ることができ、従って、トランジスタの界面準位密度や固定電荷密度の低減等を行うことができる。
さらに、配線やコンタクトプラグ等といった導電層の形成の際に、2つの異なる周波数を有するマイクロ波21及び22を照射しても良い。これまでの説明と同様に、導電層における結晶粒径を大きくし結晶粒界の少ない良質な層を得ることができ、導電層の抵抗の低減を行うことができる。例えば、この一例としてシリサイド膜の形成に適用することが挙げられる。より具体的には、2つの異なる周波数を有するマイクロ波21及び22、すなわち、5.8GHz周辺の周波数を有するマイクロ波21と5.8GHzよりも高い周波数を有するマイクロ波22とを照射しつつ、シリコン原子を含む層の上に、Ni、Al、Ti、Ni、Co、Cu、Mo、Pd、Ag、Sn、 Mn、La、Hf、Ta、W等から選択された少なくとも1つの原子を含む金属膜、半金属膜、又は、金属化合物膜からなる導電膜を堆積し、シリコン原子と導電膜が含む原子とを反応させて、シリサイド膜を形成する。このようにすることにより、各結晶粒の結晶粒径を大きくし、結晶粒界の少ない良質なシリサイド膜を形成することができ、ひいてはシリサイド膜の抵抗値のさらなる低減を行うことができる。
2 アモルファスシリコン膜
3 シリコン結晶膜
4 結晶核
5 成長した結晶粒
11、15、17 半導体製造装置
12 プロセスチャンバー
13、14 導波管
16 冷却装置
18、19 マイクロ波変調装置
21、22 マイクロ波
36 導電性不純物
37 層間絶縁膜
39 不純物注入層
Claims (11)
- 5.8GHz又はその周辺の周波数帯の第1の周波数を有する第1のマイクロ波と、前記第1の周波数よりも高く5.8GHzよりも高い第2の周波数を有する第2のマイクロ波とを、基板上のシリコン原子を含む膜に照射し、前記第2のマイクロ波の照射により結晶核を形成し、前記第1のマイクロ波の照射により前記結晶核を成長させることにより前記膜を結晶化する、ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 前記基板を冷却しつつ前記第1のマイクロ波を前記基板上の膜に照射する、ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の周波数は、8GHz以上の周波数であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の周波数は、20GHzから30GHzの範囲の周波数であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1のマイクロ波は、前記第2のマイクロ波が前記基板上の前記膜に照射された後に、前記基板上の前記膜に照射される、ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1のマイクロ波及び前記第2のマイクロ波の少なくともいずれかが周波数変調又は位相変調される、ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 周波数変調された前記第1および前記第2のマイクロ波の周波数は、2.45GHzから9.15GHzの間に含まれる周波数であることを特徴とする請求項1乃至3および5のいずれか一項に係る限りにおける請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記基板上の前記膜は、アモルファスシリコンを含む膜である、ことを特徴とする請求項3又は4に記載の半導体装置の製造方法。
- シリコン原子を含む膜が形成された基板が設置される成膜室と、
5.8GHz又はその周辺の周波数帯であって結晶核を成長させる第1の周波数を有する第1のマイクロ波を前記成膜室に導入して前記基板上の前記膜に照射する第1の導波管と、
前記第1の周波数よりも高く5.8GHzよりも高い、前記結晶核を形成する第2の周波数を有する第2のマイクロ波を前記成膜室に導入して前記基板上の前記膜に照射する第2の導波管と、
を備えることを特徴とする半導体製造装置。 - 前記第1のマイクロ波及び前記第2のマイクロ波の少なくともいずれかを周波数変調又は位相変調するためのマイクロ波変調装置をさらに備える、ことを特徴とする請求項9に記載の半導体製造装置。
- 前記半導体基板を冷却する冷却装置をさらに備える、ことを特徴とする請求項9又は10に記載の半導体製造装置。
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