JPS6412088B2 - - Google Patents

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JPS6412088B2
JPS6412088B2 JP55045694A JP4569480A JPS6412088B2 JP S6412088 B2 JPS6412088 B2 JP S6412088B2 JP 55045694 A JP55045694 A JP 55045694A JP 4569480 A JP4569480 A JP 4569480A JP S6412088 B2 JPS6412088 B2 JP S6412088B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアニール工程を含む半導体装置の製造
方法に関するものであり、さらに詳しく述べると
二酸化シリコン上の非晶質又は多結晶シリコンを
アニールする工程を含む半導体装置の製造方法に
関するものである。
イオン打込みした半導体表面の結晶欠陥を回復
させるためにアニールする必要があるがアニール
のための新しい手段として大出力レーザーによる
光照射法が利用されていることは周知である。
非晶質又は多結晶シリコンに対してイオン注入
した後にアニールするレーザーとしては非晶質又
は多結晶シリコンに対して光吸収系数が大きい
YAG（イツトリウムアルミニウムガーネツト）、
ルビー、アルゴン等が用いられている。多結晶シ
リコンを用いるデバイスは多種あるが単結晶シリ
コン基板上の部分的に開口された二酸化シリコン
膜上にシリコン膜を被着させ二酸化シリコン上に
被着したシリコンは多結晶となり単結晶シリコン
基板上に被着されたシリコンは単結晶となつてお
り、単結晶シリコン膜にはMOS―FETのソー
ス；ドレーン及びゲートを多結晶シリコン膜には
ソース及びドレーンの電極と配線を形成するよう
にしたBOMOS（Buried Oxide Metal Oxide
Semiconductor）がソース，ドレーンとシリコン
基板間の接合容量を少なくしうるものとして優れ
ていることが知られている。以下このような単結
晶シリコン基板の上に逐次二酸化シリコン及び多
結晶シリコンが形成された構造に従来のレーザ
ー・アニール方法を応用した例を第１図を用いて
説明する。１は単結晶シリコン基板、２は二酸化
シリコン、３は多結晶シリコン、４はレーザー反
射用ミラー、５はレーザー（以後第１レーザーと
いう）である。５のレーザーとしては前述の如く
YAG、ルビー、アルゴンのうちいづれかを用い
る事が多かつた。このようなレーザー・アニール
方法によつて多結晶シリコン３にレーザー５を照
射しアニール熱処理を実施すると、多結晶シリコ
ン３の表面は瞬間的（数10ns）に高温（1000℃〜
1500℃程度）に加熱され、多くの例では溶融し、
レーザー照射終了と同時に急速に冷却される。こ
の急速冷却時に多結晶シリコン３と下地二酸化シ
リコン２との間に約1000℃程度の温度差による熱
歪を生ずる問題がある。そしてこの熱歪が原因と
なつてオレンジピールパターン（orange peel
pattern）、点欠陥等を多結晶シリコン３に発生す
るのである。また前述の熱歪を減少させることを
目的として、300〜500℃程度の温度で単結晶シリ
コン基板１の下方からヒーター加熱をしていた。
しかしながらこの加熱もあまり高温にすると非熱
平衡的低温プロセスとしてのレーザー・アニール
技術の特徴を減じてしまう為、その温度には限界
があり、多結晶シリコン３と二酸化シリコンとの
間の熱歪を十分に是正するものでなかつた。すな
わち、レーザー・アニールでは活性化過程が数百
ns〜数μsと非常に速く、また、イオン注入された
イオンが格子位置に入る割合は高く、活性化率も
高いが、熱的には非平衡な状態にある。従つてヒ
ーター加熱によりあまり高温に加熱すると、イオ
ン注入されたイオンが熱的に平衡状態となるよう
に格子位置と格子間位置とに存在するようにな
り、格子間位置にあるイオンは電気的に非活性で
あるので、全体として活性化率が低下する。
本発明は、上記のような問題点を解決して、二
酸化シリコン上の非晶質又は多結晶シリコンのレ
ーザー・アニール後の、多結晶シリコンと下地二
酸化シリコンの間の熱歪を減少させ良好な半導体
装置を製造することを目的とする。
本発明の目的は基板上に形成された絶縁膜上に
被着された半導体膜を第１のレーザーを用いてア
ニールする際に、同時に該半導体膜の少なくとも
第１のレーザーが照射されている領域直下の該絶
縁膜を、該絶縁膜に対して該第１のレーザーより
吸収率の高い第２のレーザーを用いて選択的に照
射して該絶縁膜を第２のレーザーにより加熱する
工程を含む半導体装置の製造方法を提供するもの
である。具体的には基板上に形成された絶縁膜例
えば二酸化シリコン膜上に被着されたシリコン膜
をレーザーを用いてアニールする際に、二酸化炭
素の第２レーザーにより二酸化シリコンを照射
し、且つ同時に二酸化炭素レーザーより多結晶シ
リコン膜中の光の吸収係数が大きい第１レーザー
で多結晶シリコン膜を照射する方法によつて達成
される。
本願の方法によれば、次のような効果が奏され
る。
(1) 二酸化炭素レーザーを用いない場合は表面の
非晶質又は多結晶シリコンのみが加熱され続く
急冷時に下地二酸化シリコンとの間に大きな熱
歪を生じる欠点があつたが、下地二酸化シリコ
ンも積極的に加熱することによつて多結晶シリ
コンと二酸化シリコンとの間の歪を減少しオレ
ンジピールパターンの様な熱歪に起因する半導
体素子特性劣化を軽減する。
(2) 多結晶シリコンの冷却速度がゆるめられるた
め第１のレーザー（Ar，YAG，ルビーレーザ
等）として大口径のもの第２のCO2レーザーと
してこれと同一又はより大きい径のレーザーを
用いれば大きな結晶粒の多結晶シリコンが二酸
化シリコン膜上に成長するから多結晶シリコン
を配線材料として用いる場合の抵抗が減少し動
作速度消費電力等の面で好都合である。
(3) シリコン基板を表出する二酸化シリコン開口
部付近ではシリコン基板によりレーザー照射後
の結晶成長の核が与えられ、熱伝導率はシリコ
ンの方が二酸化シリコンより１桁以上大きく、
温度差も多結晶シリコンと二酸化シリコン間を
400℃以下にすることが出来るに対し、多結晶
シリコンとシリコン基板間の方が温度差が大き
いため冷却は二酸化シリコン開口部から進むた
めに開口部面積に比べ大きな単結晶が被着シリ
コン膜中にレーザービーム照射後得られる。こ
れはBOMOSにおいて従来第３図の如くソース
及びドレイン領域８の一部７がシリコン基板１
上にかかつて形成されていたが本発明を適用し
て形成したBOMOSでは第４図の如くソース及
びドレーン領域８を二酸化シリコン膜２上に位
置させることができソースドレーンとシリコン
基板の間の接合容量をさらに減少させることが
できるのでBOMOSの高速化が図れパワーのロ
スも少なくなり消費電力が小さくなる。なお９
はゲート絶縁膜、１０はゲートである。
(4) 従来、熱歪減少・点欠陥減少のため300℃な
いし500℃程度の基板全体の予備加熱が行なわ
れていたがその必要はない。本願による二酸化
炭素レーザーを二酸化シリコンに照射する方法
によつて二酸化シリコン部を瞬間的に1000℃な
いし1400℃に加熱することが出来る。
以下本発明を、実施例を示した第２図とともに
詳細に説明する。
第２図は本発明の方法の一例を示したものであ
り、第１レーザー及び二酸化炭素の第２レーザー
を照射している状態を示している。
本発明の方法は従来例である第１図と比較して
わかるように、従来の方法に更に同時に二酸化炭
素レーザーを照射することを特徴としている。す
なわち第２図で５′は第１レーザーの一例として
のルビーレーザーを示し、６は二酸化炭素レーザ
ーを示している。レーザー・アニールの照射エネ
ルギーはルビーレーザーが１〜２ジユール／cm2で
あり、二酸化炭素レーザーは0.2〜1.0ジユール／
cm2であり、照射時間はそれぞれ、数10ns，数10〜
数100nsである。二酸化炭素レーザー６はルビー
レーザー５′と同時に照射する必要があり、前述
の照射時間の関係から二酸化炭素レーザー６の照
射中にルビーレーザー５′の照射を行なう。ルビ
ーレーザー照射により多結晶シリコン３は1400℃
程度になり、一方二酸化炭素レーザー照射により
二酸化シリコン２の温度が1000℃〜1400℃とな
る。従つて多結晶シリコン３と二酸化シリコン２
との間の温度差が400℃以下におさえることが可
能であり、従来の温度差に比較しより小さくなり
熱歪が減少する。また従来熱歪防止のために単結
晶シリコン基板を通して二酸化シリコンを加熱し
ていたがこれも本発明では不要となることが容易
に理解されよう。
二酸化炭素レーザーの波長は10.6μｍであり、
単結晶シリコン基板300μｍを通してもシリコン
基板でのレーザー吸収は10％以下と小さいため本
発明の二酸化炭素レーザーの照射は実施例に示し
たように多結晶シリコン３の上方から照射するの
みならず単結晶シリコン基板１の下方から照射し
てもよい。もちろんこの時の二酸化炭素のレーザ
ーの照射はルビーレーザー５′で照射する領域を
含む領域に行なうことはいうまでもない。ただ
し、上方又は下方からの二酸化炭素レーザーの光
軸はミラー４を通過しないようにするのがミラー
４の加熱防止のために必要である。なお本実施例
では絶縁膜としてSiO2膜を用いる例を上げたが、
絶縁膜として例えばSi基板上にエピタキシヤル成
長して形成したサフアイア或はアルミナ等を用い
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来のレーザー・アニール方法の一例
を示す、概略断面図であり、第２図は本発明に係
るレーザー・アニール方法の一実施例を示す概略
断面図であり、第３図は従来のBOMOSの要部断
面図であり、第４図は本発明を適用して形成した
BOMOSの要部断面図である。 １…単結晶シリコン基板、２…二酸化シリコ
ン、３…多結晶シリコン、４…ミラー、５…レー
ザー、５′…ルビーレーザー、６…二酸化炭素レ
ーザー、７…ソース・ドレイン領域の一部、８…
ソース・ドレイン領域、９…ゲート絶縁膜、１０
…ゲート、Ａ…多結晶シリコンと単結晶シリコン
の界面。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 基板上に形成された絶縁膜上に被着された半
    導体膜を第１のレーザーを用いてアニールする際
    に、同時に該半導体膜の少なくとも第１のレーザ
    ーが照射されている領域直下の該絶縁膜を、該絶
    縁膜に対して該第１のレーザーより吸収率の高い
    第２のレーザーを用いて選択的に照射して加熱す
    るアニール工程を含む半導体装置の製造方法。
JP4569480A 1980-04-09 1980-04-09 Manufacture of semiconductor device Granted JPS56142630A (en)

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