TWI225712B - Semiconductor manufacturing method and annealing device - Google Patents

Description

1225712 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 、本發明係關於半導體裝置之製造方法，特別是關於雜質 之擴散以及活性化工序所需要之熱處理。 【先前技術】 近年來，LSI (Large Scale lntegrated Circuh，大型積體 兒路）之性疋升係透過提向積體度亦即藉由構成LSI元件 <細微化而達成。然而，由於隨著元件之細微化容易產生 寄生電阻與短通道效果，為了防止這些情形之發生，以低 電阻形成淺pn接合變得很重要。 淺pn接合，亦即於井形成淺雜質擴散層（源極/汲極區域） 之方法，一般使用以低加速能源進行離子注入，透過短時 間進行之後之退火處理（熱處理）淺淺地調整擴散深度之方 法，例如··短時間之退火處理方法使用採用函素燈之秒單 位之短時間熱處理（RTA : Rapid Thermal Anneal)。 然而，要求細微化之同時，pn接合之深度也更加被要求 ▲溝化灰彳于要求未滿20 nm之極淺接合之形成。現在，p 型雜質主要採用硼（B)、n形雜質為磷（p)或坤（As)，稱為B、 P或As<雜質之矽（Si)基板中之擴散係數較大之故，即使使 用RTA，未滿20 nm之深度之極淺？11接合之形成是困難的。 此外’使用自素燈之情形時，將發光時間調整至數百ms 以下是困難的，退火處理之短時間化有其極限，另一方 面，為了抑制雜質擴散，一旦減低退火溫度，亦即發光能 源強度’雜’之活性化率大幅度降低，雜質擴散層之電阻 86194.doc -6- 1225712 將上升。因此，採用鹵素燈之RTA處理欲形成低電阻且深 度20 nm以下之淺雜質擴散層是困難的。 取近’本件發明者等改變使用以往之自素燈之RTA處理 万法’正在探討使用氙（Xe)閃光燈之閃光燈退火法。心閃 光燈係在從可視區域至近紅外線區域之廣泛範圍擁有發 光波長之白色光，而且可於數〜之極短時間發 光4光源。藉由採用此Xe閃光燈之閃光燈退火法可達成於 高溫之瞬間退火，其結果不隨著被注入離子之雜質之擴 散，可使雜質活性化，能形成淺且低電阻之叩接合。 一般而言，在採用多結晶矽閘極（多晶矽閘）<MQS電晶 體之製造工序，為了將閘極低電阻化，離子注入雜質於半 導體基板時，一併也將雜質以離子注入於閘極，於退火工 序將被注入於半導體基板中之雜質活性化之同時，使閘極 層中之雜質擴散至閘極全體，藉由活性化謀求低電阻化。 知用Xe閃光燈之退火方法由於燈之發光時間極短，可進 行極短時間退火處理，因為不必擴散半導體基板中之雜質 即可進行活性化，可形成淺源極/汲極區域。然而，另一方 面由於退火時間極短，被注入於閘極内之雜質無法擴散至 閘極全體，閘極中雜質殘留於擴散不足之區域。此雜質不 足區域形成空乏化，引起電容之降低，結果招致電晶體之 驅動力之降低。 如此，採用Xe閃光燈之退火方法，雖然能形成具有低電 阻且淺接合之雜質擴散層（源極/汲極區域），由於於閘極中 田下2 <層，即使形成細微之電晶體，卻無法獲得伴隨細 86l94.doc 1225712 微化之高性能之電晶體特性。 【發明内容】 本發明之目的係有鑑於上述之以往之問題，提供擁有低 電阻且淺接合之雜質擴散層、與能製作具備良好驅動力之 電晶體之半導體裝置之製造方法以及使用此製造方法之 退火裝置。 本發明之半導體裝置之製造方法之特徵在於包含：在單 結晶之半導體基板上形成閘絕緣膜之工序；在閘絕緣膜上 形成包含多結晶導電膜之閘極之工序；將雜質注入於閘極 中及鄰接或離開閘極之半導體基板之表面層中之工序；以 使主要被注入於閘極中之雜質擴散，並抑制被注入於半導 體基板之表面層中之雜質之擴散之溫度，施行熱處理之第 1熱處理工序；及以活化被注入於半導體基板中之雜質之 溫度，利用比第1熱處理更高溫纟’短時間地施行熱處理 之第2熱處理工序。 根據上述本發明《特徵’相較單結晶之半導體基板中， 在多結晶之閘極中利用雜質較低溫、容易擴散之性質，首 先，因為藉由第i熱處理工序，半導體基板中之雜質擴散 被抑制，選擇性地擴散閑極中之雜質，使雜質擴散至間極 ^體丄防止擴散不^所導致之電極底部之空乏化。其次， 精由弟2熱處理工序之高溫短時間熱處理將半導體基板中 以及間極中之雜質活性化4第2熱處翻為以高溫短時 =理’幾乎不擴散雜質而能進^活性化。因&，形成於 丰導體基板中之雜f擴散層即使以此二階段之熱處理也 86194.doc 1225712 能維，接合深度為淺之狀態，可製作不帶來閑極之空乏化 又問碭、更細微、擁有更淺接合之電晶體等之半導體裝置。 =上!半導體裝置之製造方法中，注入雜質之工序也可 =帛1離子汪入工彳’其係在鄰接於閘極之區域之半 導體基板之表面層施行離子注入，以形成第!雜質離子、、主 二J域者；及第2離子注入工程，其係將離子注入於離開 ΓΓ區域之半導體基板之表面層，以形成比前述第1雜 貝、子/王入區域更深之第2雜質離子注入區域者。 此一情形，可於鄰接閘極之半導 I㈤基板〈表面層形成更 二:擴政區域，亦即擴張區域’因此，於製作更細微之 私曰曰骨豆時可抑制短通道效果。 人料，第㈣子注人工序後、第場子注人工序前，可包 δ興上述第2熱處理工序同一條件之第3熱處理工序。 ，此h況下’於第】離子注入工序後進行之第3處理工 序，因與第2熱處理工序同樣進行古、w Η水運仃间/皿短時間熱處理， 得到具有淺接合之擴張區域。 上述之多結晶導電膜可列舉多結晶Si膜。 上述第1熱處理工序以退火溫度_°c以上95〇t以下以 及依照溫度條件’退火時間…小時至5秒之條件進行為理 想。 卜逗第1熱處理工序可採用紅外燈或電埶板實 施，在此，紅外燈可列舉齒素燈。 … 上述弟2熱處理工序以熱處理時間為_阳以下為理 想。此外’上述罘2熱處理工序可使用照射時間⑽⑽以 86194.doc =、可凋差又光源來實施。而且，此光源以使用照射能源 山又為1 0 60 J/Cm之光源為理想，例如··此光源可列舉^ 閃光燈。而且，進一步以心閃光燈之照射時間為1〇 ms以 下為理想’另外’ Xe閃光燈以外也可使用準分子雷射或 YAG雷射。 上述第2熱處理工序以事先較第丨熱處理工序之熱處理 /皿度為低 < 溫度為理想，以預備加熱之狀態處理半導體基 板。 藉由預備加熱，可防止因短時間高溫處理之急遽之基板 溫度上升產生對基板所帶來之損害。 上述預備加熱溫度以200〜60(rc為理想，此外，上述預 備加熱可使用紅外燈或電熱板來實施。 上述第1之熱處理工序與第2之熱處理工序可採用單一 之退火裝置、於同一反應室内連續執行。 此一情形下，可節省第1之熱處理工序與第2之熱處理工 序之間之基板進出與前處理之時間，不因二階段之熱處理 而犧牲產能。 上述退火裝置可使用包含密閉收納基板之反應室、與位 於反應室内’擁有照射時間1 00 ms以下、照射能源密度 1 〇〜60 J/cm2之光源之第1加熱源、與包含齒素燈或電熱板 之第2加熱源，此外，第1加熱源以Xe閃光燈為理想。 本發明之退火裝置之特徵係包含密閉收納基板之反應 室、與位於反應室内，擁有照射時間1〇〇 ms以下、照射能 源密度10〜60 J/cm2之光源之第丨加熱源、與包含齒素燈或 86194.doc -10- 1225712 電熱板之第2加熱源。此外，上述^加熱源進—步以心閃 光燈為理想。 根據上述本發明之退火裝置，包含上述本發明之半導體 裝置之製造万法之第1熱處理工序與第2熱處理工序之二 階段錢理因可反應室内連續地進行，可不犧牲產 能、實施上述本發明之半導體裝置之製造方法。 【具體實例】 以下，一面參照圖式一面說明本發明之實施型態。 (實施之型態） ^ 圖1(a)〜圖1(f)係顯示關於本發明之實施型態之半導體裝 置之製造万法之工序圖，在此，以形成於[◦以匚電路與記 憶體區域之細微ρ型M0S電晶體之製造工序為例作說明。 本貫施型態之製造方法之主要特徵係以預退火工序（第i 熱處理工序）與閃光燈退火工序（第2熱處理工序）之二階段 進行為了形成源極/汲極區域所進行之離子注入工序後之 退火處理。以下一邊參照圖式一邊具體說明此製造方法。 首先，如圖1(a)所示，依據通常之13型1^[〇8電晶體之製造 方法，為了劃定活性化區域，於n型單結晶或ρ型單結晶之 表面區域摻雜η型雜質之矽（Si)基板丨形成元件分離區域 2。此元件分離區域2如圖所示，以採STI (ShaU〇w 丁『⑶ch

Isolation:淺溝槽絕緣）較理想。STI構造係以於矽基板工形成 溝，以Si〇2膜等之絕緣膜填入此溝，使表面平坦所得。之 後，形成約未滿3 nm之薄絕緣膜例如义〇2膜作為閘絕緣膜 3，更進一步於閘絕緣膜3上，藉由形成厚約175 之多結 86194.doc 1225712 晶Sl膜、選擇性之蝕刻，形成包含多結晶Si膜之閘極4。 其次，如圖1(b)所示，為了形成源極/沒極之擴張區域， 採用閘極4作為離子注入掩膜，於Si基板1之表面層離子注 入硼（B )。離子注入之條件例如為加速能源〇·2 keV、劑量 lXl015cm_2,以此離子注入，淺雜質離子注入區域5被形成 於鄰接閘極4之Si基板1之表面層。

其次，為了活性化此雜質離子注入區域5中之雜質離 子，進行退火處理。此退火處理雖可採以往之卣素燈之A 處理，但以進行採氤（Xe)閃光燈之高溫短時間之閃光燈退 火處理為理想。此外，此閃光燈退火處理係以與稍後敘述 之為形成源極/汲極區域之第2熱處理工序條件同樣之條件 進行。

圖2係表示此閃光燈退火處理條件之圖表。如該圖所 示，閃光燈退火處理事先採用電熱板與其它加熱器將以基 板1加熱至400 C左右之溫度後，以極短之時間將Xe閃光燈 之光照射至例如約i ms、Si基板丨全面’此時心閃光燈之照 射能源密度舉例約35 J/cm2。Si基板丨表面由於此短時間之 Xe閃光燈之照射，被離子注入之雜質元素達到充分活性化 之溫度，例如1 1 0 〇乞以上。 採用Xe閃光燈之閃光燈退火處理由於較以往採鹵素燈 之RTA處理進一步進行極短時間之退火處理，能恢復雜質 離子/主入區域之結晶缺陷、達到活性化之同時，被注入之 雜質離子幾乎不擴散至深度方向。其結果如圖丨⑷所示， 深度約1 0 nm左右之極淺、而且低電阻之擴張區域6被形成。 86194.doc 12 1225712 再者’替代閃光燈退火處理，進行採用素燈之RTA之 情況’以基板溫度800°C以下為理想、加熱時間為10秒左 右。利用此RTA，雜質也不會擴散至基板深處、雜質元素 被活性化之同時，可恢復雜質離子注入區域5之結晶缺 陷’形成源極/汲極之擴張區域6。 其次’如圖1 (d)所示，於閘極4之側壁形成多層構造之側 壁間隔。採用CVD法依序堆積矽氮化膜（siN膜）7以及矽氧 化膜（Si〇2膜）8 ’ 接著以 RiE(Reactive 1〇11 Etching，反應性 籲 離子姓刻）法，藉由進行各異方性蝕刻，僅於閘極4之側壁 選擇性地保留SiN膜7以及Si〇2膜8,可得到如該圖所示之多 層構造之側壁間隔。 如圖1(e)所不’採用包含閘極4與SiN膜7以及Si02膜8之 側壁間隔作為離子注入掩膜，再離子注入卩型雜質之B+， 離子注入條件例如加速能源5 keV、劑量3 χ 1〇15cm_2。利用 此離子注入於從閘極4之端部分開之Si基板丨之表面層形成 深雜質離子注入區域9，此時包含多結晶Si之閘極4中也被 ^ 注入相當量之雜質離子B+。 · 八/入為了；某求雜質離子注入區域9之活性化以及注入 、 於閘極中之離子之擴散，進行退火處理。在此，本實施之 型態與以往不同，以第丨熱處理工序與第2熱處理工序之二 階段進行此退火處理。 首先，以採用#素燈之RTA進行帛i熱處理（預退火），圖 3顯不了預退火條件。如今圖所+ 如4圖所7F預退火條件舉例基板 溫度為900°c、退火時間為20秒。 86194.doc -13 - w —般而言’比較被注入於多結晶材料之雜質與被注入於 早結晶材料《雜質後，被注人於多結晶材料之雜質溫度更 低、谷易擴散’ 14是由於多結晶材料存在雜質容易擴散之 、口曰曰粒界。根據此雜質擴散之特性，如上述預退火溫度條 :’多結晶閘極中之雜質擴散，單結晶半導體基板中之雜 質〈擴散設定在被抑制之溫度條件。被注人包含多結晶^ <閘極4中之B依據濃度斜率擴散至深度方向，遍及厚約 175 nm<閘極層全體，被注入於單結晶之以基板1之b 幾乎不擴散、停留於離子注入區域9内。如此僅促進閘極4 中之B之擴散足同時，已經形成之擴張區域^之雜質b則不 擴散、可維持淺接合深度。 、接著，使用Xe閃光燈進行第2熱處理。此第2熱處理亦即 為了雉貝擴散領域 < 活性化之閃光燈退火條件可採用與 〈則為了形成擴張區域6所訂之閃光燈退火條件幾乎同樣 <钴件。如圖2所示，例如以事先將基板加熱至4〇(Γ(：左右 < /凰度 < 狀怨，將Xe閃光燈之光照射至基板全面。照射時 間照射旎源密度舉例為約1 ms、35 J/cm2，恢復雜質離 子被/王入 < 區域 < 結晶缺陷，注入離子瞬間活性化基板表 面層之溫度’此時之基板到達溫度為llOOt：以上。 园（f)所示’利用此閃光燈退火，被離子注入之雜質 m生化之同日寺’雜質離子注人區域9之結晶缺陷恢復， 可得到彳之閘極4之端部分開之深源極/汲極區域丨〇。而且， 由於係極短時間之退火處理，擴張區域6之雜質之擴散被 抑制，可維持淺的接合深度。 S6l94.doc -14- 此後之工序圖式中未顯示，依據一般之M〇s電晶體之製 造方法’例如透過常壓CVD法以成膜溫度4〇〇°c，全面形 成作為層間絕緣膜之Si〇2膜。之後，於層間絕緣膜開一接 觸孔，於源極/汲極區域1 〇以及閘極4個別形成必須之引導 配線。 關於本實施之型態之半導體裝置之製造方法，源極/汲極 區域之形成所採用之退火處理工序在抑制被注入於單結 曰曰之S1基板1中之雜質之擴散之同時，由於包含以可促進被 王入於包含多結晶Si之閘極4中之雜質之擴散之溫度條件 ，行預退火工序（第丨熱處理工序）與、以可活性化被注入於 單結晶之Si基板丨中之雜質之條件，進行極短時間之閃光燈 込火工序（第2熱處理工序），可兼顧電晶體特性之改善與20 nm以下之極淺接合之形成。 (評估1) 為了凋查知用本實施型態之製造方法所得到之閘極之 ^性，使用與上述之實施型態所示之製造方法相同條件， 1作具有圖4(a)所示之構造之助8電容器（以下稱為實施 例之電容器)’測量c-v特性。而且，作為第”之比較例， 不進订預退火（第i熱處理工序），僅進行閃光燈退火（第2熱 處理工序）’其它條件採用與關於實施型態之製造方法相同 :件，製作同樣之M0S電容器(以下稱為比較例i之電容 备）。此外，作為第2之比較例，以以往方法之⑻代、ι〇 :之條件僅進行RTA，其它條件以與實施例同樣之條件製 MOS電容器（以下稱為比較例2之電容），測量各刪電容 86194.doc -15- 1225712 器之c-v特性，結果顯示於圖4(b)。 實施例之MOS電容器之情形，閘電容以閘電壓2.5V、頻 率100 kHz得到約6 X 10·7 F/cm2，此一值等於以僅進行採鹵 素燈之RTA處理之比較例2(以往例）所得之MOS電容器之 閘電容值，而且C-V特性也幾乎一致。相對於此，僅進行 閃光燈退火之比較例1之情形下，MOS電容之閘電容以同 閘電壓、同頻率條件下約2.6 X 10_7 F/cm2。 僅進行閃光燈退火之比較例1之MOS電容之情形下，閘 電容降低，閘極下之絕緣膜外觀上與厚的形成者係同樣之 結果。亦即僅Xe閃光燈退火之情形一般認為由於退火處理 時間極短，閘極中之雜質之B不擴散至閘極深處，閘極底 部留下雜質濃度不充分之區域，因此形成空乏層。由閘電 容值算出此空乏層之厚度在閘極之全厚為175 nm時約達到 23 nm 〇 由此結果，利用為了形成關於本實施型態之源極/汲極區 域所進行之預退火工序（第1熱處理工序），閘極中之雜質之 擴散進行，可確認能防止空乏層之發生。 一旦閘極底部留下空乏層，不僅降低電晶體之驅動力， 也會發生無法發揮原本電晶體之功能之情形。防止閘極之 空乏化之方法係於退火前進行之離子注入工序，為了更深 入地注入雜質離子，提高加速能源之方法，此情況下，因 為被注入於Si基板1之表面層之雜質之深度方向與橫向之 擴散同時進行，很可能引起短通道效果。而且，由於雜質 侵入閘絕緣膜，改變了電晶體之臨界值電壓。這一點若採 86194.doc -16- 用包含上述本實施型態所示之預退火（第1熱處理）與以閃 光燈退火（第2熱處理）之二階段退火方法，於第丨熱處理主 要/、促進多結晶閘極中之雜質之擴散，第2熱處理則幾乎 不影響源極/汲極區域以及擴張區域之深度、因可活性化各 雜質，可抑制短通道效果之發生。 (評估2) 其次，為了調查退火條件與閘極中之雜質3之擴散狀 態，測量以上述實施型態之製造條件製作實施例之1^〇§電 晶體與以只改變退火處理條件之條件製作之比較例之 MOS電晶體之位於gM〇s電晶體之閘極中之雜質⑺）之深 度方向之濃度分布。此比較例之M〇s電晶體之製造方法不 進行預退火（第1熱處理工序），只進行閃光燈退火（第2熱處 理工序）’其[條件係採用與以關於實施型態之製造方法製 作之實施例之MOS電晶體同一條件。 圖5係測量實施例與比較例之各電晶體之閘極中之雜質 (B)之深度方向之濃度分布結果之圖表。如該圖所示，於實 施例之電晶體之閘極，B幾乎以深度方向平均地分布於閘 極全體’可確認得到約l〇2〇cm_3之高雜質濃度。另一方面， 於比較例之電晶體之閘極，淺區域呈現高雜質濃度，愈深 則Bk度減少，往深區域之B之擴散變得不充分，預估B濃 度為1019cm ―3以下之區域則產生空乏化。 (評估3) 圖6係表示以關於實施型態之製造方法所得之源極/汲極 之擴張區域6内之雜質B之濃度分布圖，濃度變為i〇i8cin-3 86194.doc 1225712 之深度，亦即實質之接合深度約14 nm，擴散層電阻為770 Ω /匚]，可確認能形成淺且低電阻之雜質擴散層。由此結果 可確認利用關於本實施型態之二階段退火法可維持擴張 區域6之接合深度於20 nm以下。 此外，不採用閃光燈退火，僅利用鹵素燈之RTA抑制閘 極之空乏化，而且為了將雜質擴散層定於希望之電阻值， 需要10 0 0 °c以上之退火溫度、1 〇秒以上之加熱溫度。此退 火條件由於擴張區域以及源極、汲極區域之雜質擴散至周 圍’無法維持淺接合，引起短通道效果，失去電晶體之功 能。 (其它之實施型態） 於上述之貫施型悲’說明了關於閘極使用多結晶s i電極 之例，為了降低閘極與配線間之接觸電阻，閘極之表層部 分採用矽化物構造之情形也為了形成源極/汲極區域可採 用上述之二階段退火法。 通常，這樣的矽化物層之形成，閘極之表層與源極/汲極 區域之表層邵分以姑（Co)、鈥（Ti)或鎳（Ni)濺鍍成膜，場絕 緣膜與自我整合地矽化物化，形成C〇自行對齊矽化物、Ti 自行對齊矽化物、Ni自行對齊矽化物構造等。此外，矽化 物之厚度以30 nm左右為理想。一旦矽化物層變厚、實質 之多結晶Si閘極之厚度變薄，未完全變為矽化物之上述鈷 寺3d遷移金屬原子由於以與以〇2中之擴散係數大，由閘極 擴散至閘絕緣膜，從閘極流向si基板之漏電流增大。然而， 為抑制上述現象，將矽化物層之厚度設定較3〇 nm為薄後， 86194.doc -18- 這回接觸電阻上升，電晶體之驅動力降低。因此，閘極必 須至少為100 nm以上之厚度，以150 nm以上為理想。 此外，於上述本實施型態說明了製作多結晶Si閘極之情 形，不限於多結晶Si，半導體基板包含單結晶、閘極包含 多結晶之情形也可有效地適用上述二階段退火法。 在上述實施之型態，二階段退火工序中，預退火（第1熱 處理）條件雖設定為900°C、20秒，但預退火條件並不限定 於此，圖7表示了預退火條件例。多結晶si閘極之厚度約175 nm，預退火前之離子注入工序之條件以加速能源〇 2 keV、 劑量：lX1015cnT2離子注入雜質之B時，如該圖所示，可 抑制多結晶Si閘極内之空乏化，而且將已形成之源極/汲極 之擴張區域之接合深度維持於20 nm以下之斜線部所示之 條件即可。 為了抑制Si基板中之擴張區域内之雜質之接合深 度，以未滿20 nm， 950°C以下為理想，需要之預退火時 間視退火溫度條件而定。例如：退火溫度8 〇 〇。(；時為12分 鐘’ 85 0°C則為3分鐘，若900°C、40秒以下即使持續加熱 也可抑制Si基板中之擴張區域内之雜質（B)之接合深度於 20 nm以下之同時，被注入於多結晶Si閘極之雜質擴散至閘 極底部，可抑制空乏化。 此外，雖然多結晶Si閘極之厚度設為175 nm，但100 nm〜200 nm左右亦可，理想是依據膜厚可改變預退火時 間。閘極層之厚度更薄之情況下，以將預退火時間進一步 縮短為理想。 86194.doc -19- 板預借纟本只把《型毖’閃光燈退火事先以400。。將基 ㈣備加熱外，Xe閃光燈之照射能源密度為35 J/cm2、照 目，丨^ 1咖’但不限定於此條件。照射時間若HH) ms以下 J貫用性，為了抑制雜質之擴散，以僅可能縮㈣心 以下為理想。照射時間為lms時，預備加熱溫度於.55〇 c、照射能源密度10〜6(U/cm2之範圍可變更。 照射能源密度超過60 W則由於過剩且急遽之照射能 源所帶來之熱應力之增加，以板内產生縫隙、裂開等損 害。預備加熱係抑制必要之閃光燈之照射能源密度，有抑 制急遽溫度上升對基板所帶來之熱應力之效果。而且，僅 、門光L加熱Si基板表面後，投人於燈泡之能源變大，縮 短燈泡之壽命，因此，預備加熱有抑制必要之燈之照射能 源法、度’延長燈泡壽命之效果。 為了高濃度地活性化雜質，燈泡之照射能源設於6〇j/cm2 以下則以預備加熱溫度2〇〇t：以上為理想。 另一方面，將預備加熱溫度設於較55〇t：以上之高溫 後，由於閃光燈之點燈，全部之能源量變得過剩，閃光燈 熄滅後也因餘熱，Si基板溫度維持高溫，由於雜質之擴散 繼績發生，得到淺接合狀態變得困難。而且，將預備加熱 溫度設定過高由於基板變得脆弱，容易受損，為了防止基 板之損害，以選定適當之溫度範圍為理想。因此，預備加 熱溫度以200〜550°C為理想。 預備加熱手段係可將基板加熱至2〇〇〜55〇°c之手段即 可，利用由素燈之燈泡加熱之外，也可採用電熱板等之加 86194.doc • 20 - 1225712 熱器加熱。 此外，關於實施型能之閃伞吣 队y 土 μ <閃先燈退火之光源雖採用X e閃光 燈，但使用燈之種類 ^不限疋於此’可供給必要之照射能 結晶基板於顯示高吸收率之可視區域〜近紅外線區域擁有 發光波長，可有效率地進行基板加熱，使用其它之光源時 若si單結晶基板也使用具有顯示高吸收率之未滿丨i〇〇 nm 之波長之光源則可提高照射能源之利用效率。 上述之本實施型態之二階段退火法使用包含函素燈之 Λ、’而且可將發光時間調整至極短時間之光源即可。發光 時間’亦即照射時間以⑽ms以下，1()喊下為理想:更 理想為數咖下可調整。例如：也可採用可脈衝振盖之準 刀子田射# YAG雷射等之雷射。另外，Xe閃光燈由於以單 第1退火裝置與包含Xe閃光燈之第2退火裝置，可各自獨立 進行預退火（第1熱處理）與閃光燈退火（第2熱處理），同一反 應室内若採用包含預退火用之加熱源與閃光燈退火用之 加熱源兩者之退火裝置，使用一台之退火裝置可連續地進 行二階段退火。 圖8係連續進行預退火與閃光燈退火時之溫度曲線例， 如圖所示，例如以加熱溫度90°C、加熱時間20秒進行預退 火（第1熱處理）後，連續進行閃光燈退火（第2熱處理）。亦即 將預備加熱溫度降至例如400°C，於固定之溫度，1 ms點亮

Xe閃光燈。 使用一台之退火裝置連續地進行二階段退火之情形 下，中途不須將基板溫度降低至室溫，因為可節省從反應 86194.doc -21 - 1225712 皇取放基板之時間，可提高產能之同時，也可節省裝置空 間與生產設備之浪費。 圖9係顯示包含預退火用之加熱源與閃光燈退火用之加 熱源退火裝置之概略構成圖，包含上方之X e閃光燈1 3、下 方之齒素燈14，中間係承載基板12之基板台11。預退火（第 1熱處理）僅使用下方之鹵素燈14，閃光燈退火（第2熱處理） 則使用1S素燈14與Xe閃光燈13，以鹵素燈14進行基板12之 預備加熱之同時，以X e閃光燈進行閃光燈退火。此外，鹵 素燈14與Xe閃光燈13各自以複數之棒狀之燈群所構成之 情形下，以鹵素燈14之燈配置方向與以閃光燈13相互交又 來配置為理想。 又，也可使用與基板台一體成型之電熱板，以取代齒素 燈14。再者，也可使用可施行極短時間之脈衝發光之準分 子雷射或YAG雷射，以取代Xe閃光燈。 如以上之說明，根據關於本實施型態之半導體裝置之製 造方法，除了能形成低電阻且淺雜質擴散層外，可抑制閘 極之空乏化，並可精確地控制雜質之分布。此外，若採用 圖8所示之退火裝置，由於不增加工序數，不會降低產能， 可製造低成本且客易細微化對應之高性能M〇s電晶體。 以上依據本實施之型態說明了本發明内容，進一步種種 之變形與可能之改變該業者自行研究。例如：本實施之型 態使用P型雜質之B，也可改為使用可能成為受主之其它ιπ 狹兀素。此外，在上述之例說明了卩型M〇s電晶體，與導 電型相反之η型]ViOS電晶體也可同樣地適用上述之半導體 86I94.doc -22- 1225712 製造方法，此時，為形成源極/汲極區域，只要注入可成為 施主雜質之磷（P)或砷（As)等離子，以作為雜質即可。 【發明之功效】 如上述，根據本發明之半導體裝置之製造方法之特徵， 除了可形成低電阻且淺雜質擴散層外，可充分活性化閘極 ^雜質區域，可抑侧極之空乏化等，並可精確地控制雜 質之分布。因此，可製造包含細微化對應之淺接合之高性 能MOS電晶體。 此外，根據本發明之退火裝置之特徵，因為可於同一反 應室内連續地進行上述本發明之半導體裝置之製造方法 之二階段退火工序，不會降低產能，可製造低成本且容易 細微化對應之高性能M〇S電晶體。 【圖式之簡單說明】 圖l(a)-(f)係表示本發明之實施型態之半導體製造方法 之各工序之半導體裝置之剖面圖。 圖2係表示本發明之實施型態之閃光燈退火工序之溫度 曲線圖。 圖3係表示本發明之實施型態之預退火工序之溫度曲線 圖。 圖4(a)(b)係表示採用關於本發明之實施型態之二階段退 火法所製作之實施例之M〇s閘與取代二階段退火僅採用 閃光燈退火之比較例1以及採用以往之退火方法之比較例 2之各MOS閘之閘電容與閘電壓之關係圖。 圖5係表示採用關於本發明之實施型態之二階段退火法 86194.doc -23 - 所製作之每、& 71、 、 ^ 例之閘極與取代二階段退火僅採用閃光燈 退火法所製# > 0 k 下 < 比較例之閘極之硼（B)之濃度分布圖。 、、.、不以關於本發明之實施型態之製造方法所得到 ”；及極<擴張區域内之硼（Β)之濃度分布圖。 於本發明之實施型態之預退火條件。 火為表丁連哨進订關於本發明之其它實施型態之預退 圖9^、^理）吳閃光燈退火（第2熱處理）時之溫度曲線圖。 圖9係表示於同一 ^ 心至内包含Xe閃光燈與鹵素燈之退 人袈置之概略構成圖。 【圖式代表符號說明】 1 矽基板 元件分離區域 閘絕緣膜 閘極 雜質離子注入區域 擴張區域 矽氮化膜 矽氧化膜 10 源極/汲極區域 86194.doc -24-

Claims (1)

1. 拾、申請專利範圍： I —種半導體裝置之製造方法’其特徵在於I有. 在單結晶之半導體基板上形成閉極絕緣膜之工序· 在前述閘極絕緣膜上形成包含多έ士曰 工序· ’、、、口卵導電膜之閘極之 將雜質注入於前述閘極中及盥 前H、# Α β Μ J迂閘極鄰接或離間之 月J述半導體基板之表面層中之工序； :主要使注入於前述閑極中之雜質擴散，並抑制注入 =述+導體基板之表面層中之”擴散之 熱處理之第1熱處理工序；及 又犯仃 以=化注人㈣述半導體基板中之雜質之 比可述第1熱處理高溫短時間施彳干扪用 工序者。 仃熱處理之第2熱處理 2·如以專利㈣第丨項之半導體裝置之製造方法， /王入珂述雜質之工序具有·· 八 導子Γ工序，其係於鄭接前述閘極之區域之半 ’姐基板又表面層進杆鼢 丁 注入區域，·及進仃離m，以形成第1雜質離子 丰2 A 人工序’其係^與瓦逑閉極離間之區域之 雜質離子、、離子、m㈣比”第1 居貝離子汪入區域深的第2雜質離子注入區域。 3.=中4專利範圍第2項之半導體裝置之製造方法 並且 /、T 於前述第1離子、、* λ τ & Μ , 入工序後、π述第2離子注入工序 86I94.doc 具有與前述第2熱處理工序同一條件之第3飫處 序。 ' 4·如申請專利範圍帛1項之半導體裝置之製造方法，其中 前述多結晶導電膜係多結晶Si膜。 5_如申請專利範園第丨項之半導體裝置之製造方法，其中 别述第1熱處理工序係以退火溫度6〇〇它以上950。〇以下 以及依據溫度條件，退火時間1小時至5秒之條件進行。 6·如申請專利範圍第丨項之半導體裝置之製造方法，其中 則逑第1熱處理工序係採用紅外燈或電熱板實施。 7·如申請專利範圍帛6，之半導體裝置之製造方法，其中 前述紅外燈係_素燈。 8·如申請專利範圍帛！項之半導體裝置之製造方法，其中 前述第2熱處理工序係熱處理時間為i〇〇ms以下。 ：申請專利範圍帛8項之半導體裝置之製造方法，其中 前述第2熱處理工序係使用照射時間可調整到⑽邮以 下之光源實施。 方法，其中 10〜60 J/cm2 10.如申請專利範圍第9項之半導體裝置之製造方法 前述第2熱處理工序係使用照射能量密度為1〇〜6 之光源。 之製造方法，其中 11 ·如申請專利範圍第10項之半導體裝置之 前述光源係Xe閃光燈。

   86194.doc 13· 2請專利範圍第1G項之半導體裝置之製造方法，其中 則埏光源係準分子雷射或YAG雷射。 14.:申請專利範圍第！項之半導體裝置之製造方法 可述第2熱處理工序係 /、甲 、在事先以較前述第丨減理王狀熱處理溫度低之溫 度預備加熱前述半導體基板之狀態進行。 15·:申請專利範圍第14項之半導體裝置之製造方法，其中 則述預備加熱之溫度為2〇〇〜6〇〇〇c。 16·如申請專利範圍第14項之半導體裝置之製造方法，其中 珂述預備加熱係使用紅外燈或電熱板實施。 17·如申請專利範圍第1至16項中任一項之半導體裝置之製 造方法’其中前述第1熱處理工序與前述第2熱處理工 序係使用單一退火裝置，於同一反應室内連續地執行。 18.如申請專利範圍第17項之半導體裝置之製造方法，其中 如述退火裝置具有反應室，其係密閉收納基板；第1 加熱源’其具有設於前述反應室内之照射時間i 〇〇 以 下、照射能量密度10〜60 j/cm2之光源；及第2加熱源，其 係包含_素燈或電熱板。 19 ·如申请專利範圍第18項之半導體裝置之製造方法，其中 前述第1加熱源係Xe閃光燈。 •20· —種退火裝置，其特徵在於具有·· 反應室’其係密閉收納基板； 第1加熱源，其具有設於述反應室内之照射時間1 〇〇 以下、照射能量密度1〇〜6〇 j/cm2之光源；及 86194.doc 1225712 第2加熱源，其包含函素燈或電熱板。 21.如申請專利範圍第20項之退火裝置，其中前述第1加熱源 係Xe閃光燈。 86194.doc