JPH04329633A - Treatment of semiconductor substrate - Google Patents

Treatment of semiconductor substrate

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JPH04329633A
JPH04329633A JP12668391A JP12668391A JPH04329633A JP H04329633 A JPH04329633 A JP H04329633A JP 12668391 A JP12668391 A JP 12668391A JP 12668391 A JP12668391 A JP 12668391A JP H04329633 A JPH04329633 A JP H04329633A
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Abstract

PURPOSE:To selectively laser-anneal only microregions of a semiconductor substrate. CONSTITUTION:A mask 4 consisting of an SiO2 film 2 as the thermal insulating film and an Si film 3 as the photoabsorption film is formed on an Si substrate 1, which is in turn irradiated with pulse laser light 12 by excimer laser. This process allows selective laser annealing of the Si substrate 1 at a part uncovered with the mask 4.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は、半導体基体の処理方
法に関し、特に、半導体基体のレーザアニール技術に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for processing semiconductor substrates, and more particularly to a laser annealing technique for semiconductor substrates.

【0002】0002

【従来の技術】レーザアニール技術は、絶縁体上の単結
晶半導体膜の形成や接合の形成などに用いられ、従来よ
り盛んに研究が行われている。そして、近年では、エキ
シマレーザによる紫外域のパルスレーザ光を用いたレー
ザアニール技術が注目を集めている。
2. Description of the Related Art Laser annealing technology is used for forming single crystal semiconductor films on insulators, forming junctions, etc., and has been actively researched. In recent years, laser annealing technology using pulsed laser light in the ultraviolet region using an excimer laser has been attracting attention.

【0003】このようなパルスレーザ光を用いて半導体
基板の微細領域だけを選択的にレーザアニールしようと
する場合、半導体基板上にリソグラフィーによりレジス
トパターンを形成し、このレジストパターンをマスクと
してレーザアニールを行うことが考えられる。
When attempting to selectively laser anneal only minute regions of a semiconductor substrate using such pulsed laser light, a resist pattern is formed on the semiconductor substrate by lithography, and the laser annealing is performed using this resist pattern as a mask. It is possible to do so.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】しかし、レーザアニー
ルを行うために必要なエネルギー密度のレーザ光の照射
に対して、耐熱性が低い通常のレジストでは耐えられな
い。このため、半導体基板の微細領域のレーザアニール
を行うことは困難であった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, ordinary resists with low heat resistance cannot withstand the irradiation of laser light with the energy density necessary for laser annealing. For this reason, it has been difficult to perform laser annealing on minute areas of a semiconductor substrate.

【0005】従って、この発明の目的は、半導体基体の
微細領域だけを選択的にレーザアニールすることができ
る半導体基体の処理方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for processing a semiconductor substrate that allows selective laser annealing of only minute regions of the semiconductor substrate.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、半導体基体の処理方法において、半導
体基体(1)上に熱絶縁膜(2)及び光吸収膜(3)か
ら成るマスク(4)を選択的に形成し、半導体基体(1
)にパルスレーザ光(12)を照射するようにしたもの
である。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides a method for processing a semiconductor substrate, which comprises a thermal insulation film (2) and a light absorption film (3) on a semiconductor substrate (1). A mask (4) is selectively formed and the semiconductor substrate (1
) is irradiated with pulsed laser light (12).

【0007】[0007]

【作用】上述のように構成されたこの発明の半導体基体
の処理方法によれば、熱絶縁膜(2)及び光吸収膜(3
)から成るマスク(4)を選択的に形成した半導体基体
(1)にパルスレーザ光(12)を照射した場合、マス
ク(4)の部分ではパルスレーザ光(12)を光吸収膜
(3)により吸収することができるとともに、パルスレ
ーザ光(12)の照射により発生する熱が半導体基体(
1)に伝導するのを熱絶縁膜(2)により抑えることが
できる。これによって、マスク(4)に覆われていない
部分の半導体基体(1)だけにパルスレーザ光(12)
が選択的に照射され、レーザアニールが行われる。
[Operation] According to the method for processing a semiconductor substrate of the present invention configured as described above, the thermal insulating film (2) and the light absorbing film (3)
) When a pulsed laser beam (12) is irradiated onto a semiconductor substrate (1) on which a mask (4) consisting of In addition, the heat generated by irradiation with the pulsed laser beam (12) can be absorbed by the semiconductor substrate (
1) can be suppressed by the thermal insulating film (2). As a result, the pulsed laser beam (12) is applied only to the part of the semiconductor substrate (1) that is not covered by the mask (4).
is selectively irradiated to perform laser annealing.

【0008】一方、マスク(4)はリソグラフィー及び
エッチングにより形成することができることから、この
マスク(4)により、レーザアニールすべき微細領域を
高い寸法精度で規定することができる。以上により、半
導体基体の微細領域だけを選択的にレーザアニールする
ことができる。
On the other hand, since the mask (4) can be formed by lithography and etching, the fine region to be laser annealed can be defined with high dimensional accuracy using the mask (4). As described above, it is possible to selectively laser anneal only the minute regions of the semiconductor substrate.

【0009】[0009]

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら説明する。図2はこの実施例において用いら
れるレーザアニール装置を示す。図2に示すように、こ
のレーザアニール装置においては、XeClエキシマレ
ーザ11から、波長308nmのパルスレーザ光12が
発生される。このパルスレーザ光12のパルス幅は例え
ば44nsecである。このパルスレーザ光12は、ミ
ラーM1で反射された後、アッテネータ13を介されて
所望の強度とされる。次に、このパルスレーザ光12は
、ミラーM2、M3でそれぞれ反射された後、ビームホ
モジナイザ14を介されてエネルギー密度が均一化され
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 shows a laser annealing apparatus used in this example. As shown in FIG. 2, in this laser annealing apparatus, a pulsed laser beam 12 having a wavelength of 308 nm is generated from an XeCl excimer laser 11. The pulse width of this pulsed laser beam 12 is, for example, 44 nsec. This pulsed laser beam 12 is reflected by a mirror M1 and then passed through an attenuator 13 to have a desired intensity. Next, this pulsed laser beam 12 is reflected by mirrors M2 and M3, respectively, and then passed through a beam homogenizer 14 to make the energy density uniform.

【0010】このようにしてエネルギー密度が均一化さ
れたパルスレーザ光12は、試料ステージ15上に載せ
られた、レーザアニールすべき試料としての基板16に
入射する。そして、ビームホモジナイザ14を図2にお
いて矢印で示すように二次元的に移動させながら、基板
16上にステップアンドリピートでチップ毎にパルスレ
ーザ光12を照射し、レーザアニールを行う。ここで、
このパルスレーザ光12の照射は、単一または複数のパ
ルスで行われる。また、このパルスレーザ光12の照射
によるレーザアニールは通常、真空チャンバー内におい
て行われる。基板16に不純物ドーピングを行う場合に
は、ドーピングガス雰囲気中においてレーザアニールが
行われる。
The pulsed laser beam 12 whose energy density has been made uniform in this manner is incident on a substrate 16 as a sample to be laser annealed, which is placed on a sample stage 15. Then, while moving the beam homogenizer 14 two-dimensionally as shown by the arrow in FIG. 2, the pulsed laser beam 12 is irradiated onto the substrate 16 chip by chip in a step-and-repeat manner to perform laser annealing. here,
Irradiation with this pulsed laser light 12 is performed with a single pulse or multiple pulses. Further, laser annealing by irradiation with this pulsed laser beam 12 is normally performed in a vacuum chamber. When doping the substrate 16 with impurities, laser annealing is performed in a doping gas atmosphere.

【0011】次に、この実施例によるレーザアニール法
について説明する。この実施例においては、図1Aに示
すように、まずアニールを行うべきシリコン(Si)基
板1上に熱絶縁膜としての二酸化シリコン(SiO2 
)膜2を形成した後、このSiO2 膜2上に光吸収膜
としてのSi膜3を形成する。Si膜3としては、形成
が容易な多結晶または非晶質のものを用いることができ
る。 Si基板1は、単結晶Si基板のほか、基板上に多結晶
Si膜または非晶質Si膜を形成したものである。
Next, the laser annealing method according to this embodiment will be explained. In this embodiment, as shown in FIG. 1A, a silicon dioxide (SiO2
) After forming the film 2, a Si film 3 as a light absorption film is formed on this SiO2 film 2. As the Si film 3, a polycrystalline or amorphous film that is easy to form can be used. The Si substrate 1 is not only a single crystal Si substrate but also a polycrystalline Si film or an amorphous Si film formed on the substrate.

【0012】SiO2 膜2の膜厚は、パルスレーザ光
12の照射時に下地のSi基板1に熱が伝導するのを十
分に抑えることができるように、すなわち十分な熱絶縁
を行うことができるように選ばれ、具体的には例えば3
000Å程度に選ばれる。Si膜3の膜厚は、パルスレ
ーザ光12を十分に吸収することができるように選ばれ
る。紫外域の光に対するSiの吸収係数は約106cm
−1であることから、Si膜3の膜厚が約100Å以上
であれば、パルスレーザ光12に対する光吸収マスクと
なる。このSi膜3の膜厚は、具体的には例えば200
Å程度に選ばれる。
The thickness of the SiO2 film 2 is set so as to sufficiently suppress the conduction of heat to the underlying Si substrate 1 during irradiation with the pulsed laser beam 12, that is, to provide sufficient thermal insulation. Specifically, for example, 3
The thickness is selected to be about 000 Å. The thickness of the Si film 3 is selected so that it can sufficiently absorb the pulsed laser beam 12. The absorption coefficient of Si for light in the ultraviolet region is approximately 106 cm
-1, so if the thickness of the Si film 3 is about 100 Å or more, it becomes a light absorption mask for the pulsed laser beam 12. Specifically, the thickness of this Si film 3 is, for example, 200 mm.
Selected around Å.

【0013】次に、レーザアニールすべき領域に対応す
る部分が開口したレジストパターン(図示せず)をリソ
グラフィーによりSi膜3上に形成した後、このレジス
トパターンをマスクとしてSi膜3及びSiO2 膜2
を例えば反応性イオンエッチング(RIE)法により順
次エッチングする。この後、レジストパターンを除去す
る。これによって、図1Bに示すように、レーザアニー
ルすべき領域を除いた部分のSi基板1の表面に、Si
O2 膜2とその上に形成されたSi膜3とから成るマ
スク4が形成される。
Next, a resist pattern (not shown) having openings corresponding to the regions to be laser annealed is formed on the Si film 3 by lithography, and then the Si film 3 and the SiO2 film 2 are formed using this resist pattern as a mask.
are sequentially etched using, for example, reactive ion etching (RIE). After this, the resist pattern is removed. As a result, as shown in FIG. 1B, Si
A mask 4 consisting of an O2 film 2 and a Si film 3 formed thereon is formed.

【0014】次に、図1Cに示すように、図2に示した
レーザアニール装置を用いて、Si基板1に、エネルギ
ー密度が均一に制御されたパルスレーザ光12を照射す
る。これによって、マスク4に覆われていない部分のS
i基板1がレーザアニールされる。一方、マスク4に覆
われている部分のSi基板1では、パルスレーザ光12
がマスク4のSi膜3により完全に吸収されるとともに
、マスク4のSiO2 膜2により、パルスレーザ光1
2の照射により発生する熱が下地のSi基板1に伝導す
るのが完全に抑えられる。
Next, as shown in FIG. 1C, using the laser annealing apparatus shown in FIG. 2, the Si substrate 1 is irradiated with a pulsed laser beam 12 whose energy density is uniformly controlled. As a result, the S of the part not covered by the mask 4 is
The i-substrate 1 is laser annealed. On the other hand, in the part of the Si substrate 1 covered by the mask 4, the pulsed laser beam 12
is completely absorbed by the Si film 3 of the mask 4, and the pulsed laser beam 1 is completely absorbed by the SiO2 film 2 of the mask 4.
The conduction of the heat generated by the irradiation 2 to the underlying Si substrate 1 is completely suppressed.

【0015】パルスレーザ光12のエネルギー密度は、
Si基板1が基板上に多結晶Si膜または非晶質Si膜
を形成したものである場合には例えば約200mJ/c
m2 とし、Si基板1が単結晶Si基板である場合に
は例えば約800mJ/cm2 とする。Si基板1が
単結晶Si基板である場合は、例えば接合のアニールを
行う場合である。
The energy density of the pulsed laser beam 12 is:
If the Si substrate 1 is a substrate on which a polycrystalline Si film or an amorphous Si film is formed, for example, about 200 mJ/c.
m2, and if the Si substrate 1 is a single-crystal Si substrate, it is, for example, about 800 mJ/cm2. When the Si substrate 1 is a single-crystal Si substrate, this is the case, for example, when bonding is annealed.

【0016】なお、レーザアニールを行うべき部分のS
iO2 膜2を完全にエッチング除去せず、図1Cにお
いて一点鎖線で示すようにこのSiO2 膜2を約50
0Åの膜厚だけ残しておくようにすれば、このSiO2
 膜2がXeClエキシマレーザ11による波長308
nmのパルスレーザ光12に対する反射防止膜となるこ
とから、レーザアニールの効率が向上するという利点が
ある。以上のようにしてSi基板1のレーザアニールを
行った後、マスク4をエッチング除去する。
[0016] Note that the S of the part to be laser annealed is
The iO2 film 2 is not completely removed by etching, but the SiO2 film 2 is etched by about 50% as shown by the dashed line in FIG. 1C.
If only a film thickness of 0 Å is left, this SiO2
The film 2 has a wavelength of 308 by the XeCl excimer laser 11.
Since it serves as an antireflection film for the nanometer pulsed laser beam 12, it has the advantage of improving the efficiency of laser annealing. After laser annealing the Si substrate 1 as described above, the mask 4 is removed by etching.

【0017】以上のように、この実施例によれば、レー
ザアニールを行うべき部分のSi基板1上に、熱絶縁膜
としてのSiO2 膜2と光吸収膜としてのSi膜3と
から成るマスク4を選択的に形成し、この状態でパルス
レーザ光12をSi基板1に照射するようにしているの
で、マスク4に覆われていない部分のSi基板1だけを
選択的にレーザアニールすることができる。また、この
パルスレーザ光12によりレーザアニールされるSi基
板1の領域は、リソグラフィーの精度に近い高い寸法精
度で規定することができる。
As described above, according to this embodiment, a mask 4 consisting of an SiO2 film 2 as a thermal insulating film and a Si film 3 as a light absorbing film is placed on the Si substrate 1 in the area where laser annealing is to be performed. is selectively formed and in this state the pulsed laser beam 12 is irradiated onto the Si substrate 1, so that only the portion of the Si substrate 1 not covered by the mask 4 can be selectively laser annealed. . Furthermore, the region of the Si substrate 1 to be laser annealed by this pulsed laser beam 12 can be defined with high dimensional accuracy close to the accuracy of lithography.

【0018】以上、この発明の一実施例につき具体的に
説明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるも
のではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形
が可能である。例えば、上述の実施例においては、レー
ザアニールのためのパルスレーザ光としてXeClエキ
シマレーザ11により発生されたパルスレーザ光12を
用いているが、このレーザアニールのためのパルスレー
ザ光としては、XeClエキシマレーザ以外のエキシマ
レーザにより発生されたパルスレーザ光を用いることが
できることは勿論、エキシマレーザ以外のレーザにより
発生されたパルスレーザ光を用いることも可能である。 また、上述の実施例においては、熱絶縁膜及び光吸収膜
として、それぞれSiO2 膜2及びSi膜3を用いて
いるが、これらの熱絶縁膜及び光吸収膜としては他のも
のを用いることも可能である。
Although one embodiment of the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention. . For example, in the above embodiment, the pulsed laser beam 12 generated by the XeCl excimer laser 11 is used as the pulsed laser beam for laser annealing. Of course, it is possible to use pulsed laser light generated by an excimer laser other than the laser, and it is also possible to use pulsed laser light generated by a laser other than the excimer laser. Further, in the above embodiment, the SiO2 film 2 and the Si film 3 are used as the thermal insulation film and the light absorption film, respectively, but other materials may be used as the thermal insulation film and the light absorption film. It is possible.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
半導体基体上に熱絶縁膜及び光吸収膜から成るマスクを
選択的に形成し、半導体基体にパルスレーザ光を照射す
るようにしているので、半導体基体の微細領域だけを選
択的にレーザアニールすることができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention,
A mask consisting of a thermal insulation film and a light absorption film is selectively formed on the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate is irradiated with pulsed laser light, so that only minute areas of the semiconductor substrate can be selectively laser annealed. Can be done.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】この発明の一実施例によるレーザアニール法を
工程順に説明するための断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a laser annealing method according to an embodiment of the present invention in order of steps.

【図2】この発明の一実施例において用いられるレーザ
アニール装置を示す略線図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a laser annealing apparatus used in an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  Si基板 2  SiO2 膜 3  Si膜 4  マスク 11  XeClエキシマレーザ 12  パルスレーザ光 1 Si substrate 2 SiO2 film 3 Si film 4 Mask 11 XeCl excimer laser 12 Pulsed laser light

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  半導体基体上に熱絶縁膜及び光吸収膜
から成るマスクを選択的に形成し、上記半導体基体にパ
ルスレーザ光を照射するようにした半導体基体の処理方
法。
1. A method for processing a semiconductor substrate, comprising selectively forming a mask made of a thermal insulating film and a light absorption film on the semiconductor substrate, and irradiating the semiconductor substrate with pulsed laser light.
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