JPH06151344A - レーザードーピング処理方法および絶縁ゲイト型半導体 装置とその作製方法 - Google Patents
レーザードーピング処理方法および絶縁ゲイト型半導体 装置とその作製方法Info
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- JPH06151344A JPH06151344A JP4316138A JP31613892A JPH06151344A JP H06151344 A JPH06151344 A JP H06151344A JP 4316138 A JP4316138 A JP 4316138A JP 31613892 A JP31613892 A JP 31613892A JP H06151344 A JPH06151344 A JP H06151344A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 短チャネルのＭＯＳデバイスを作製する際
に、工程の単純で歩留り、スループットの高い不純物ド
ーピング法を提供する。 【構成】 真空チャンバー内に設置された試料に半導体
に導電型を与える不純物をドーピングする方法であっ
て、特にチャネル長が０．５μｍ以下のデバイスや深さ
が０．１μｍ以下の不純物領域を作製するときに、真空
チャンバー内の雰囲気を不純物を含有する雰囲気とし、
この雰囲気中にて、場合によって電極より電磁エネルギ
ー与えながらレーザー光を試料に照射することによっ
て、効率良く試料に対してドーピングを行うことができ
るレーザー処理方法および処理装置。
に、工程の単純で歩留り、スループットの高い不純物ド
ーピング法を提供する。 【構成】 真空チャンバー内に設置された試料に半導体
に導電型を与える不純物をドーピングする方法であっ
て、特にチャネル長が０．５μｍ以下のデバイスや深さ
が０．１μｍ以下の不純物領域を作製するときに、真空
チャンバー内の雰囲気を不純物を含有する雰囲気とし、
この雰囲気中にて、場合によって電極より電磁エネルギ
ー与えながらレーザー光を試料に照射することによっ
て、効率良く試料に対してドーピングを行うことができ
るレーザー処理方法および処理装置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】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。
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。
【０００２】
【従来の技術】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ＵＬ
ＳＩを製造するには必要不可欠な技術となった。
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ＵＬ
ＳＩを製造するには必要不可欠な技術となった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】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０．５μ
ｍ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。
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０．５μ
ｍ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。
【０００４】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のゲイト電極の幅）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、ゲイト
電極の幅に比して大きくなり、ゲイト電極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イト電極とソー
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。
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のゲイト電極の幅）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、ゲイト
電極の幅に比して大きくなり、ゲイト電極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イト電極とソー
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。
【０００５】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。
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。
【０００６】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。
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。
【０００７】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。
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。
【０００８】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。
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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】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。
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。
【００１０】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
布する。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。
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
布する。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。
【００１１】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。
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。
【００１２】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。
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。
【００１３】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ＡｓＨ3 ，ＰＨ3 ，ＢＦ3 ，
ＢＣｌ3 ，Ｂ（ＣＨ3）3 等を用いることができる。
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ＡｓＨ3 ，ＰＨ3 ，ＢＦ3 ，
ＢＣｌ3 ，Ｂ（ＣＨ3）3 等を用いることができる。
【００１４】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。
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。
【００１５】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。
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。
【００１６】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（２４
８ｎｍ）等を用いることが適当である。
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（２４
８ｎｍ）等を用いることが適当である。
【００１７】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。
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。
【００１８】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、１３．５
６ＭＨｚ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２．４５ＧＨｚ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２．４５ＧＨｚ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。
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、１３．５
６ＭＨｚ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２．４５ＧＨｚ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２．４５ＧＨｚ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。
【００１９】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。
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。
【００２０】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。
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。
【００２１】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。
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。
【００２２】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。
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。
【００２３】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。
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。
【００２４】この場合、例えばレーザーのパルスが１０
ｍｍ（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１
０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。
ｍｍ（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１
０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。
【００２５】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。
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。
【００２６】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。
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。
【００２７】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×３００
ｍｍ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５０７、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。
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×３００
ｍｍ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５０７、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。
【００２８】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。
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。
【００２９】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６０
７、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。
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６０
７、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。
【００３０】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。
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。
【００３１】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６
１５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６
１４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。
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６
１５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６
１４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。
【００３２】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。
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。
【００３３】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２００Ｈｚ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１０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２０
０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。
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２００Ｈｚ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１０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２０
０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。
【００３４】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４−１００４７９（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０．１μｍ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。
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４−１００４７９（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０．１μｍ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。
【００３５】
〔実施例１〕 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７
０３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（Ｂ2 Ｈ6 ）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５０ｎｍ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））
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７
０３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（Ｂ2 Ｈ6 ）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５０ｎｍ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））
【００３６】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。
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。
【００３７】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、ＰＨ3 ／Ａ
ｒ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Ｋｒ
Ｆエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０
ｎｓｅｃ）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７０５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。
いておこなった。図５に示す装置において、ＰＨ3 ／Ａ
ｒ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Ｋｒ
Ｆエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２０
ｎｓｅｃ）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７０５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。
【００３８】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、従来と同様にゲイト酸化膜７０７とゲイト電極７０
８および７０９を形成した。（図８（Ｂ））
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、従来と同様にゲイト酸化膜７０７とゲイト電極７０
８および７０９を形成した。（図８（Ｂ））
【００３９】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。これに対してゲイト電極の下部の領域は、ゲイト絶
縁膜とゲイ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 ０．０２〜１．００Ｔｏｒｒ レーザー ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４
８ｎｍ） エネルギー密度 １５０〜３５０ｍＪ／ｃｍ2 パルス数 １０ショット
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。これに対してゲイト電極の下部の領域は、ゲイト絶
縁膜とゲイ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 ０．０２〜１．００Ｔｏｒｒ レーザー ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４
８ｎｍ） エネルギー密度 １５０〜３５０ｍＪ／ｃｍ2 パルス数 １０ショット
【００４０】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。
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。
【００４１】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。
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。
【００４２】本実施例のトランジスタはチャネル形成領
域の表面はゲイ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
ってゲイト絶縁膜が破壊されることが少なく、信頼性が
向上した。
域の表面はゲイ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
ってゲイト絶縁膜が破壊されることが少なく、信頼性が
向上した。
【００４３】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。
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。
【００４４】〔実施例２〕 本発明を用いて、フローテ
ィングゲイトを有するＭＯＳ素子、例えば、ＥＰＲＯ
Ｍ、ＥＥＰＲＯＭ、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
イト電極部７５２、７５３を形成する。ゲイト電極部の
詳細な構成は、図９（Ｅ）に示される。ここで、７６１
はゲイト酸化膜、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イト、７６３はリンをドープした
ポリシリコンのコントロールゲイト、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
ントロールゲイト、フローティングゲイトの酸化物によ
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。ゲイト電極部の幅は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３−２
７８７０６（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。
ィングゲイトを有するＭＯＳ素子、例えば、ＥＰＲＯ
Ｍ、ＥＥＰＲＯＭ、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
イト電極部７５２、７５３を形成する。ゲイト電極部の
詳細な構成は、図９（Ｅ）に示される。ここで、７６１
はゲイト酸化膜、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イト、７６３はリンをドープした
ポリシリコンのコントロールゲイト、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
ントロールゲイト、フローティングゲイトの酸化物によ
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。ゲイト電極部の幅は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３−２
７８７０６（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。
【００４５】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イ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、ゲイト電極部の下部に回り込ん
で拡がっている。
し、このマスク材およびゲイ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、ゲイト電極部の下部に回り込ん
で拡がっている。
【００４６】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。
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。
【００４７】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〜５０ｎｍ）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２４
８ｎｍ） エネルギー密度 １５０〜３５０ｍＪ／ｃｍ2 パルス数 １０ショット
ドーピング処理をおこない、浅い（深さ〜５０ｎｍ）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２４
８ｎｍ） エネルギー密度 １５０〜３５０ｍＪ／ｃｍ2 パルス数 １０ショット
【００４８】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７
５９を堆積し、コンタクトホールと金属電極・配線７６
０、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。
成された。さらに、従来の方法によって、層間絶縁物７
５９を堆積し、コンタクトホールと金属電極・配線７６
０、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。
【００４９】本実施例では、ゲイ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、一方はゲイ
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
イ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、フローティングゲイ
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。
て、不純物領域の形状が異なる。すなわち、一方はゲイ
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
イ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、フローティングゲイ
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。
【００５０】〔実施例３〕 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、ゲイト絶縁膜８０３、ゲイト電極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- 型不純
物領域８０５を形成した。（図１０（Ａ））
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、ゲイト絶縁膜８０３、ゲイト電極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- 型不純
物領域８０５を形成した。（図１０（Ａ））
【００５１】その後、酸化珪素膜８０６を堆積し（図１
０（Ｂ））、これを異方性エッチングによって、ゲイト
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））
０（Ｂ））、これを異方性エッチングによって、ゲイト
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））
【００５２】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Ｌ
ＤＤ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。
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Ｌ
ＤＤ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。
【００５３】
【発明の効果】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。
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。
【図１】 本発明の効果を概念的に説明する。
【図２】 従来技術の問題点を説明する。
【図３】 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。
置の概念図を示す。
【図４】 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。
置の概念図を示す。
【図５】 本発明の半導体処理（不純物ドーピング）装
置の例を示す。
置の例を示す。
【図６】 本発明の半導体処理（不純物ドーピング）装
置の例を示す。
置の例を示す。
【図７】 本発明のレーザー照射方法の例を示す。
【図８】 本発明を利用した半導体素子の作製方法の例
を示す。
を示す。
【図９】 本発明を利用した半導体素子の作製方法の例
を示す。
を示す。
【図１０】 本発明を利用した半導体素子の作製方法の
例を示す。
例を示す。
１０１ 基板 １０２、１０３ 拡散領域（ソース、ドレイン） １０４ ゲイト絶縁膜 １０５ ゲイト電極 ２０１ 基板 ２０２、２０３ 拡散領域（ソース、ドレイン） ２０４ ゲイト絶縁膜 ２０５ ゲイト電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/784 29/788 29/792 Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｂ 8934−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 29/78 ３７１
Claims (8)
- 【請求項１】 第１の導電型の単結晶半導体基板に前記
導電型とは逆の導電型を与える不純物ガス雰囲気でパル
スレーザー光を照射することによって、前記半導体基板
の表面に前記不純物ガスに含有されている不純物をドー
ピングせしめ、よってその導電型の型および／または強
度を変化せしめることを特徴とするレーザードーピング
処理方法。 - 【請求項２】 単結晶基板上に、ゲイト電極を含む部分
を形成する工程と、前記ゲイト電極を含む部分と他のマ
スク材をマスクとして、イオン照射によって、少なくと
もゲイト電極を含む部分に隣接する１つの領域に不純物
を注入して、深い不純物領域を形成する工程と、前記マ
スク材を除去して、一導電型を与える不純物ガス雰囲気
でパルスレーザー光を照射することによって、ゲイト電
極を含む部分に隣接するもう一方の領域に前記不純物ガ
スに含有されている不純物をドーピングせしめ、浅い不
純物領域を形成することを特徴とするレーザードーピン
グ処理方法。 - 【請求項３】 請求項２において、ゲイト電極を含む部
分にはフローティングゲイトが含まれていることを特徴
とするレーザードーピング処理方法。 - 【請求項４】 請求項２において、深い不純物領域は、
浅い不純物領域よりもゲイト電極部との重なりが大きい
ことを特徴とするレーザードーピング処理方法。 - 【請求項５】 請求項２において、ゲイト電極を含む部
分の少なくとも側面は、ゲイト電極材料の陽極酸化物に
よって構成されていること特徴とするレーザードーピン
グ処理方法。 - 【請求項６】 単結晶基板上に、フローティングゲイト
およびコントロールゲイトを形成し、これを酸化するこ
とによって、その表面に酸化物層を形成する工程と、前
記フローティングゲイトおよびコントロールゲイトおよ
びその酸化物層をゲイト電極と他のマスク材をマスクと
して、イオン照射によって、少なくともゲイト電極を含
む部分に隣接する１つの領域に不純物を注入して、深い
不純物領域を形成する工程と、前記マスク材を除去し
て、一導電型を与える不純物ガス雰囲気でパルスレーザ
ー光を照射することによって、前記不純物領域の反対側
の領域に前記不純物ガスに含有されている不純物をドー
ピングせしめ、浅い不純物領域を形成することを特徴と
するフラッシュメモリーの作製方法。 - 【請求項７】 ベリッドチャネル（埋め込みチャネル）
構造を有する絶縁ゲイト型半導体装置において、不純物
ガス雰囲気でパルスレーザー光を照射することによっ
て、半導体基板の表面に前記不純物ガスに含有されてい
る不純物をドーピングせしめることによって該ベリッド
チャネルが形成されたことを特徴とする絶縁ゲイト型半
導体装置。 - 【請求項８】 絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法にお
いて、該絶縁ゲイト型半導体装置のしきい値電圧を制御
するために、ゲイト絶縁膜に接する半導体領域の表面
が、不純物ガス雰囲気でパルスレーザー光を照射するこ
とによって、半導体基板の表面に前記不純物ガスに含有
されている不純物をドーピングせしめることによって形
成されることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置の作
製方法。
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