JPH0612761B2 - レーザによる選択拡散の方法 - Google Patents
レーザによる選択拡散の方法Info
- Publication number
- JPH0612761B2 JPH0612761B2 JP63143486A JP14348688A JPH0612761B2 JP H0612761 B2 JPH0612761 B2 JP H0612761B2 JP 63143486 A JP63143486 A JP 63143486A JP 14348688 A JP14348688 A JP 14348688A JP H0612761 B2 JPH0612761 B2 JP H0612761B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- oxide film
- substrate
- selective diffusion
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体素子の製造プロセスにおいて、半導体
基板中にレーザドーピングにより浅い拡散層を形成する
ために使用する選択拡散の方法に関する。
基板中にレーザドーピングにより浅い拡散層を形成する
ために使用する選択拡散の方法に関する。
（従来の技術） 従来のこの種方法として、シリコン基板上に酸化膜を施
し、エキシマレーザを照射して該シリコン基板中へ不純
物を選択的に拡散させるようにした方法は知られる。
し、エキシマレーザを照射して該シリコン基板中へ不純
物を選択的に拡散させるようにした方法は知られる。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来方法によれば、酸化膜の厚みを
制御しないため、酸化膜が損傷しないように、エキシマ
レーザのエネルギー密度が0.7J／cm2以下の低いエネル
ギー密度に抑えられてしまう欠点があった。
制御しないため、酸化膜が損傷しないように、エキシマ
レーザのエネルギー密度が0.7J／cm2以下の低いエネル
ギー密度に抑えられてしまう欠点があった。
そこで、Laser & Applications,May 1985,page 93-98に
記載のXeClエキシマによるシリコン基板へのレーザドー
ピングに見られるように、マスクとして酸化膜の上にさ
らに高い反射率を有するアルミニウム膜を形成した２層
膜を用いてエキシマレーザのエネルギー密度を1.0J／cm
2近傍と比較的高いエネルギー密度にし、生産性を向上
させるようにした方法のものもあるが、この方法は工程
数が前記従来方法より増え簡便でないばかりでなく、高
濃度のドーピングに適した1.0J／cm2近傍のエネェルギ
ー密度において、マスク材料として用いたアルミニウム
が、エキシマレーザの照射によりスパッタされ、拡散層
が汚染されやすいという欠点があった。
記載のXeClエキシマによるシリコン基板へのレーザドー
ピングに見られるように、マスクとして酸化膜の上にさ
らに高い反射率を有するアルミニウム膜を形成した２層
膜を用いてエキシマレーザのエネルギー密度を1.0J／cm
2近傍と比較的高いエネルギー密度にし、生産性を向上
させるようにした方法のものもあるが、この方法は工程
数が前記従来方法より増え簡便でないばかりでなく、高
濃度のドーピングに適した1.0J／cm2近傍のエネェルギ
ー密度において、マスク材料として用いたアルミニウム
が、エキシマレーザの照射によりスパッタされ、拡散層
が汚染されやすいという欠点があった。
上記したように従来のエキシマレーザによる選択拡散の
方法では、高濃度のドーピングに適した1J／cm2近傍の
高いエネルギー密度において、簡便で、信頼性の高い、
安定な選択拡散が行なえないという欠点があった。
方法では、高濃度のドーピングに適した1J／cm2近傍の
高いエネルギー密度において、簡便で、信頼性の高い、
安定な選択拡散が行なえないという欠点があった。
（課題を解決するための手段） 本発明者は、シリコン基板上にマスクとして二酸化珪素
膜を施し、これにエキシマレーザを照射した場合、シリ
コン基板がレーザにより照射損傷を受けるエネルギー近
傍、すなわちレーザのエネルギー密度が1.6J／cm2にお
いても、二酸化珪素膜が損傷を受けない条件があること
を見い出した。
膜を施し、これにエキシマレーザを照射した場合、シリ
コン基板がレーザにより照射損傷を受けるエネルギー近
傍、すなわちレーザのエネルギー密度が1.6J／cm2にお
いても、二酸化珪素膜が損傷を受けない条件があること
を見い出した。
即ち、第１図に示したように複素屈折率２＝n2−ik2
の光学的に金属とみなせるシリコン基板１上に、屈折率
n1、膜厚d1の透明の二酸化珪素膜２を堆積した場合、反
射率Ｒは次式で与えられる。
の光学的に金属とみなせるシリコン基板１上に、屈折率
n1、膜厚d1の透明の二酸化珪素膜２を堆積した場合、反
射率Ｒは次式で与えられる。
ここで、レーザ光の真空に対する波長をλ0、空気の屈
折率をn0とし、 である。
折率をn0とし、 である。
従って反射率Ｒを極大、即ち反射強度を極大にするとき
酸化膜たる二酸化珪素膜２の損傷が小さい条件は、次式
で与えられる。
酸化膜たる二酸化珪素膜２の損傷が小さい条件は、次式
で与えられる。
反射率Ｒを極小、即ち反射強度を極小にするとき二酸化
珪素膜２の損傷が大きい条件は、次式で与えられる。
珪素膜２の損傷が大きい条件は、次式で与えられる。
ここで、ｍ＝１、２、３…である。
λ０＝308nm、n1＝1.459、n2＝4.89、k2＝３．６とする
とき、(3)式を満たす条件d1は、1006Å、2062Å、3117
Å等であり、(4)式を満たす条件d1は、478Å、1534Å、
2589Å等である。
とき、(3)式を満たす条件d1は、1006Å、2062Å、3117
Å等であり、(4)式を満たす条件d1は、478Å、1534Å、
2589Å等である。
したがって、(4)式の条件を避け、(3)式を満たすように
膜厚を制御すれば、二酸化珪素膜の損傷を抑えることが
期待できる。第１表に、代表的なレーザに対し、その反
射強度が極大となる酸化膜厚を示した。
膜厚を制御すれば、二酸化珪素膜の損傷を抑えることが
期待できる。第１表に、代表的なレーザに対し、その反
射強度が極大となる酸化膜厚を示した。
ただし、酸化膜が透明とみなせない場合にはレーザ光の
吸収を考慮しなければならない。そこで、酸化膜の複素
屈折率をn1＝n1−ik1とするとき、レーザの反射率は次
式で与えられる。
吸収を考慮しなければならない。そこで、酸化膜の複素
屈折率をn1＝n1−ik1とするとき、レーザの反射率は次
式で与えられる。
ここで、ai、ｂ１（ｉ＝１、…４）は、各波長毎に定ま
るn1、k1、n2、k2で表わされる実数であり、σは次式で
与えられる。
るn1、k1、n2、k2で表わされる実数であり、σは次式で
与えられる。
吸収があるときは、膜厚d1を変え、(5)式のＲが最大と
なるように酸化膜厚を制御すればよい。
なるように酸化膜厚を制御すればよい。
酸化膜の厚みが最適値からずれると、酸化膜のあるシリ
コン基板内へ入射するレーザエネルギーは、シリコン基
板内に直接入射するエネルギーのΔ倍となる。
コン基板内へ入射するレーザエネルギーは、シリコン基
板内に直接入射するエネルギーのΔ倍となる。
ここで、Ｒmaxは最適膜厚における反射率である。Δ
（≧１）が大きくなり、シリコン基板の照射損傷のしき
い値を越えると、酸化膜のあるシリコン基板側が損傷に
到る。
（≧１）が大きくなり、シリコン基板の照射損傷のしき
い値を越えると、酸化膜のあるシリコン基板側が損傷に
到る。
本発明は上記知見に基づき前記した従来方法の欠点を解
消するために提案されたものであって、請求項１の方法
は半導体基板上にマスクとしての酸化膜を施し、レーザ
を照射して該基板中へ不純物を選択的に拡散させるよう
にした方法において、該基板と酸化膜との間で生じる光
学的干渉現象の利用により、該レーザ光の反射強度また
は反射率を極大近傍となるように該酸化膜の厚みを制御
して、該レーザのエネルギー密度が該基板を照射損傷さ
せる高いエネルギー密度近傍にあっても、該酸化膜が損
傷されないようにしたことを特徴とし、請求項２の方法
は請求項１の方法において、使用する半導体基板をシリ
コン基板としたことを特徴とし、請求項３の方法は請求
項１の方法において、使用するレーザをエキシマレーザ
としたことを特徴とする。
消するために提案されたものであって、請求項１の方法
は半導体基板上にマスクとしての酸化膜を施し、レーザ
を照射して該基板中へ不純物を選択的に拡散させるよう
にした方法において、該基板と酸化膜との間で生じる光
学的干渉現象の利用により、該レーザ光の反射強度また
は反射率を極大近傍となるように該酸化膜の厚みを制御
して、該レーザのエネルギー密度が該基板を照射損傷さ
せる高いエネルギー密度近傍にあっても、該酸化膜が損
傷されないようにしたことを特徴とし、請求項２の方法
は請求項１の方法において、使用する半導体基板をシリ
コン基板としたことを特徴とし、請求項３の方法は請求
項１の方法において、使用するレーザをエキシマレーザ
としたことを特徴とする。
（作 用） 本発明は上記構成によるもので、これによれば、レーザ
を照射したとき、酸化膜で反射するレーザ光と該酸化膜
を透過して半導体基板で反射するレーザ光とに位相差を
生じ干渉現象を生じる。このときレーザの反射強度は酸
化膜の厚みが制御されて極大近傍となっているので、そ
の干渉度合が極めて大きく、したがって高いエネルギー
密度のレーザを照射しても酸化膜が損傷されることはな
い。
を照射したとき、酸化膜で反射するレーザ光と該酸化膜
を透過して半導体基板で反射するレーザ光とに位相差を
生じ干渉現象を生じる。このときレーザの反射強度は酸
化膜の厚みが制御されて極大近傍となっているので、そ
の干渉度合が極めて大きく、したがって高いエネルギー
密度のレーザを照射しても酸化膜が損傷されることはな
い。
（実施例） 本発明の方法の具体例を図に基づいて以下に説明する。
第１図は本発明のレーザによる選択拡散の方法の実施例
を示すもので、拡散工程を以下に説明する。
を示すもので、拡散工程を以下に説明する。
先ず、半導体基板たるシリコン基板１上にマスクとして
酸化膜たる二酸化珪素膜２を形成する。このとき、二酸
化珪素膜２の厚みをエリプソメータで測定し、前記(3)
式で求めた2062Åの近傍の2188Åに制御した。
酸化膜たる二酸化珪素膜２を形成する。このとき、二酸
化珪素膜２の厚みをエリプソメータで測定し、前記(3)
式で求めた2062Åの近傍の2188Åに制御した。
ホトリソグラフィにより所望のパターンを形成するため
の窓３を開け、マスクとする。
の窓３を開け、マスクとする。
次いでこの基板を反応容器に入れ、容器内の真空度を
１．４×10-6Torrとした後、さらにヘリウムで希釈した
110ppmのジボランガスを20Torrの圧力にして充満させ
る。
１．４×10-6Torrとした後、さらにヘリウムで希釈した
110ppmのジボランガスを20Torrの圧力にして充満させ
る。
最後に、室温において、二酸化珪素膜が形成されたシリ
コン基板上のマスクを覆うように、XeClエキシマレーザ
（波長308nm）を照射する。このとき基板へのレーザ照
射のパルス数を100とし、エネルギー密度を1.6J／cm2と
した。
コン基板上のマスクを覆うように、XeClエキシマレーザ
（波長308nm）を照射する。このとき基板へのレーザ照
射のパルス数を100とし、エネルギー密度を1.6J／cm2と
した。
かくするときは、図面に示すように、シリコン基板１中
へ不純物たる硼素の浅い拡散層４が形成され、二酸化珪
素膜２やシリコン基板１の窓部３に損傷がないことが判
明した。
へ不純物たる硼素の浅い拡散層４が形成され、二酸化珪
素膜２やシリコン基板１の窓部３に損傷がないことが判
明した。
上記した実施例によれば二酸化珪素膜がXeClエキシマレ
ーザにより照射損傷されるときのレーザのエネルギー密
度の値を、二酸化珪素膜の厚みを制御しない従来方法よ
り２倍以上に引上げることができた。
ーザにより照射損傷されるときのレーザのエネルギー密
度の値を、二酸化珪素膜の厚みを制御しない従来方法よ
り２倍以上に引上げることができた。
尚、二酸化珪素膜の厚みを前記(3)式で求めた2062Åの
近傍よりはずれた1700Åとし、これ以外の条件を上記し
た実施例の場合と同条件にして選択拡散を行なった結
果、予想通り二酸化珪素膜のほぼ全面に縞状の損傷を生
じた。
近傍よりはずれた1700Åとし、これ以外の条件を上記し
た実施例の場合と同条件にして選択拡散を行なった結
果、予想通り二酸化珪素膜のほぼ全面に縞状の損傷を生
じた。
第２図に、(1)式を用いて計算した酸化膜厚に対する反
射率Ｒと(7)式のΔの変化を示した。
射率Ｒと(7)式のΔの変化を示した。
XeClレーザ照射では、2062Åの酸化膜厚でＲは極大を示
し、2188Å、1700Åの酸化膜厚ではΔはそれぞれ５．７
％、45％増となる。これにより1700Åの膜厚の方がΔが
大きく、二酸化珪素膜２のほぼ全面の縞状損傷を説明で
きる。
し、2188Å、1700Åの酸化膜厚ではΔはそれぞれ５．７
％、45％増となる。これにより1700Åの膜厚の方がΔが
大きく、二酸化珪素膜２のほぼ全面の縞状損傷を説明で
きる。
尚、上記した実施例では酸化膜を二酸化珪素としたが、
これに限るものではなく、例えばSiO、SiOxであっても
良い。
これに限るものではなく、例えばSiO、SiOxであっても
良い。
さらに、上記した実施例ではエキシマレーザをXeClレー
ザとしたが、これに限るものではなく、例えばXeFレー
ザ、KrFレーザ、ArFレーザ、N2レーザ等であっても良
い。
ザとしたが、これに限るものではなく、例えばXeFレー
ザ、KrFレーザ、ArFレーザ、N2レーザ等であっても良
い。
第３図に、2188Å厚の酸化膜を堆積したシリコン基板の
絶対分光反射率を実線で示した。(1)式を用いた計算結
果を黒丸で示した。両者は良く一致しており、広い波長
範囲のレーザ光で本方法が有効であることを示す。酸化
膜は、製作方法により、光学定数が異なるため、(1)式
または(5)式に基づき、最適膜厚を定めることにより選
択拡散が可能となる。
絶対分光反射率を実線で示した。(1)式を用いた計算結
果を黒丸で示した。両者は良く一致しており、広い波長
範囲のレーザ光で本方法が有効であることを示す。酸化
膜は、製作方法により、光学定数が異なるため、(1)式
または(5)式に基づき、最適膜厚を定めることにより選
択拡散が可能となる。
（発明の効果） このように本発明によるときは、光の干渉現象を利用し
て、レーザのエネルギー密度が高い領域においても、マ
スクとして用いる酸化膜が損傷されないようにしたの
で、この方法を用いることにより信頼性の高い、安定し
た特性の半導体素子を製造することができる効果を有す
る。
て、レーザのエネルギー密度が高い領域においても、マ
スクとして用いる酸化膜が損傷されないようにしたの
で、この方法を用いることにより信頼性の高い、安定し
た特性の半導体素子を製造することができる効果を有す
る。
第１図は本発明の実施の１例を示す截断側面図、第２図
は2188Åの二酸化珪素膜を形成したシリコン基板の膜厚
に対する反射率とΔの変化の関係を示した図、第３図は
2188Åの二酸化珪素膜を形成したシリコン基板の絶対分
光反射率を表わした図である。 １……シリコン基板（半導体基板） ２……二酸化珪素膜（酸化膜） ３……選択拡散用窓 ４……拡散層 ５、７……入射レーザ光 ６……シリコン基板からの反射光 ８……酸化膜・シリコン層からの反射光 ９……シリコン基板への入射レーザ光
は2188Åの二酸化珪素膜を形成したシリコン基板の膜厚
に対する反射率とΔの変化の関係を示した図、第３図は
2188Åの二酸化珪素膜を形成したシリコン基板の絶対分
光反射率を表わした図である。 １……シリコン基板（半導体基板） ２……二酸化珪素膜（酸化膜） ３……選択拡散用窓 ４……拡散層 ５、７……入射レーザ光 ６……シリコン基板からの反射光 ８……酸化膜・シリコン層からの反射光 ９……シリコン基板への入射レーザ光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山中 守秀 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町205 株式会 社モリリカ内 (72)発明者 長谷川 裕 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町205 株式会 社モリリカ内 (56)参考文献 特開 昭56−69837（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−115384（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】半導体基板上にマスクとしての酸化膜を施
し、レーザを照射して該基板中へ不純物を選択的に拡散
させるようにした方法において、該基板と酸化膜との間
で生じる光学的干渉現象の利用により、該レーザ光の反
射強度または反射率を極大近傍となるように該酸化膜の
厚みを制御して、該レーザのエネルギー密度が該基板を
照射損傷させる高いエネルギー密度近傍にあっても、該
酸化膜が損傷されないようにしたことを特徴とするレー
ザによる選択拡散の方法。 - 【請求項２】使用する半導体基板をシリコン基板とした
ことを特徴とする請求項１記載のレーザによる選択拡散
の方法。 - 【請求項３】使用するレーザをエキシマレーザとしたこ
とを特徴とする請求項１記載のレーザによる選択拡散の
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63143486A JPH0612761B2 (ja) | 1988-06-13 | 1988-06-13 | レーザによる選択拡散の方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63143486A JPH0612761B2 (ja) | 1988-06-13 | 1988-06-13 | レーザによる選択拡散の方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01312824A JPH01312824A (ja) | 1989-12-18 |
| JPH0612761B2 true JPH0612761B2 (ja) | 1994-02-16 |
Family
ID=15339825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63143486A Expired - Lifetime JPH0612761B2 (ja) | 1988-06-13 | 1988-06-13 | レーザによる選択拡散の方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0612761B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100885904B1 (ko) * | 2001-08-10 | 2009-02-26 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 레이저 어닐링장치 및 반도체장치의 제작방법 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5669837A (en) * | 1979-11-12 | 1981-06-11 | Fujitsu Ltd | Manufacture of semiconductor device |
| JPS63115384A (ja) * | 1986-10-31 | 1988-05-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
-
1988
- 1988-06-13 JP JP63143486A patent/JPH0612761B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01312824A (ja) | 1989-12-18 |
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