TWI360882B - - Google Patents

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TWI360882B
TWI360882B TW093115860A TW93115860A TWI360882B TW I360882 B TWI360882 B TW I360882B TW 093115860 A TW093115860 A TW 093115860A TW 93115860 A TW93115860 A TW 93115860A TW I360882 B TWI360882 B TW I360882B
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Bunji Mizuno
Yuichiro Sasaki
Cheng-Guo Jin
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Sumitomo Heavy Industries
Panasonic Corp
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Description

1360882 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於半導體裝置的製造方法，尤指關於具備 :藉由雷射光的照射，令添加於半導體材料所構成之基板 上的雜質活性化的步驟之半導體裝置的製造方法。 【先前技術】 爲了重產聞極（gate)長度爲50nm以下的MOSFET ’而要求實現以低電阻且形成得以改善短通道效果之極淺 的pn接合之技術。爲了實現該技術，尤其期待將雜質導 入矽中的方法，以及將所導入之雜質電性活性化的方法之 技術革新。
目前，量產步驟所使用之雜質的活性化處理中，快速 熱退火（RTA: rapid thermal annealing)乃爲主流：。RTA 中，雜質原子的擴散和活性化率是妥協性（trade-off )的 關係。亦即，欲抑制雜質的擴散，將接合深度變淺的話， 則無法提高活性化率。另一方面，欲提高活性化率的話， 則雜質會進行擴散，使接合變深。因此，採用RTA時’ 難以一邊維持得以滿足閛極長度爲50nm以下的M0SFET ，—邊進行量產。 - 就抑制雜質的擴散，且提升活性率的方法而言’雷射 退火備受囑目。 專利文獻I及專利文獻2中’揭示有將植入有雜質的 矽基板，以準分子雷射進行退火的方法。使用準分子雷射 (2) (2)1360882 進行退火的技術，其他乃報告於「IEDM Tech. Digest ρ·93 1 ( 1 999 ) j 、「IEDM Tech. Digest, p.509 ( 1 999 ) j 、 「Symp. on VLSI T e c h _，p · 1 3 8 ( 2 0 0 2 )」、「 Electroshem. Soc. Symp. Proc., 2000 — 9,95 ( 2000)」、 「Symp. VLSI Tech. Digest, p.69 ( 200 1 ) j 、「Extended Abstracts of International Workshop on Junction Technology 2002，p.27 — 30」、「Extended Abstracts of
International Workshop on Junction Technology 2002, p.31 — 3 4 j 、 「Extended Abstracts of International
Workshop on Junction Technology 2 002, p.35— 36」、 「 應用物理學會砂技術硏究會No.3 9, p.2 3 ( 2 002 )」等。 根據「應用物理學會矽技術硏究會Νο.39，ρ.23·( 2 002 )」，準分子是紫外光區域的脈衝雷射，所以照射於 砂之準分子雷射的能量，以約1 〇ns的短時間吸收。因此 ，得以防止雜質的擴散，形成極淺的pn接合。 說明揭不於1 Extended Abstracts of International Workshop on Junction Technology 2002，p.31-34」的’雷 射退火方法。 在以（1 〇〇 )結晶面爲主面的n型矽晶圓上，以加速 能量0.5keV、劑量5 X 1 014cm - 2的條件，離子植入硼。此 外’以加速.能量5keV、劑量1 X 1 01 5cm - 2的條件，離子植 入鍺。藉由該離子植入，矽晶圓的表層部得以非晶質化。 非晶質化層的厚度大約是1 2nm。 在該矽晶圓上’照射一次波長2 4 8 n m的準分子雷射 -6 - (3) 1360882 。該準分子雷射的脈衝寬度可從]0ns、33ns、38ns、55ns 及62ns來選擇，而矽晶圓表面之脈衝能羹密度可從4〇〇 至921mJ/cm2的範圍來選擇。雷射照射後，試樣表層部的 雜質分布可藉由—次離子質量分析（SIMs)、法來f平彳賈， 然後，再測試薄膜電阻。 當脈衝寬度和脈衝能量密度的組合爲〇 n s、 5 00m J/cm2 ) 、 ( 10ns、600mJ/cm2 ) ' ( 3 3 ns、
7 00m J/cm2 ) 、 （ 3 8ns、7 00m J/cm2 ) 、 （ 3 8ns、 8 00mJ/cm2 ) 、 ( 5 5ns、8 00m J/cm2 )及（55ns、 900mJ/cm2)時’ pn接合深度爲30nm以下，且萍膜電阻 爲1000Ώ/□以下。此外’接合的涂度乃定義爲：硼濃度 爲1 xlO18 cm— 3的深度。
第10圖是表不將脈衝寬度設爲38ns，以進行退火之 試'樣在深度方向的硼濃度分布。此外，硼濃度分布係藉由 SIMS測試。橫軸是以單位「nm」表示深度，縱軸是以單 位「c m _ 3」表示硼濃度。添附於各曲線的數値是表示藉 由雷射退火所使用之脈衝雷射之試樣表面的脈衝能量密度 將硼濃度爲1M018 cm—3的位置定義爲接合深度時， 則得知當脈衝能量密度爲700nU/cm2時，接合深度爲大約 1 7 n m。此時的薄膜電阻爲大約4 Ο Ο Ω / □。又，將脈衝能量 密度設爲800mj/cm2時’則接合深度爲約26nm，薄膜電 阻爲約4 Ο Ο Ω / □。 脈衝能量密度爲5 0 0 m c m2時，接合深度與沒有進行 (4) (4)1360882 雷射退火的情況大致相同。此時關於薄膜電阻幾乎沒有記 載，可推測硼幾乎沒有活性化。 說明關於掲示於專利文獻3的雷射退火技術。揭示於 專利文獻3之發明的特徵爲：MOSFET之閘極電極中的雜 質濃度係隨著接近閘極絕緣膜而變低，並且揭示有藉由雷 射退火令閘極電極中的雜質活性化的步驟。 首先’在矽基板的表面上，形成閘極絕緣膜，並且藉 由濺鏟將摻雜有硼的SiGe層和未摻雜的Si層積層於其上 。以加速能量7 k e V、劑量4 X 1 0 15 cm - 2的條件，離子植 入硼。其後’以照射能量密度500m J/cm2的條件，以一次 照射兩晶片的單發照射方式，照射準分子雷射。亦可以照 射能量密度22〇mJ/CIn2的條件，進行兩發照射。藉由該雷 射退火’ S i G e層得以結晶化，低電阻化。 使用於雷射退火之紫外線的脈衝光乃記載有：可使用 準分子雷射光或全固體雷射光。Nd: YAG等一般之全固 體雷射基本波的波長爲大約lOOOnm。因此，在此所言及 的全固體雷射光乃意味：基本波的三倍或更高次的高諧波 〇 由硼之離子植入的加速能量爲7keV，可推知硼濃度 1 X 1 0" cm - 3的深度爲I 〇〇nm以上。並未掲示關於形成深 度爲lOOnm以下之極淺的接合之技術。 非專利文獻1及非專利文獻2中揭示有：使用波長 5 3 2 n m的雷射光，進行雷射退火的技術。 第Π圖是表示揭示於非專利文獻1及非專利文獻2 -8- (5) 1360882 之接合深度和脈衝能量密度的關係。橫軸是以單位r mJ/cm2」表示脈衝能量密度，縱軸是以單位「nm」表示 接合深度。脈衝能量密度位於350至46〇mJ/cm2的範圍， 可確保接合深度爲大約26nm’且得知即使在該範圍內脈 衝能量密度發生偏差，接合深度的變動也很小。 [專利文獻1 ] 曰本特表200 1 - 5093 1 6號公報
[專利文獻2 ] 曰本特表2002 - 524846號公報 [專利文獻3 ] 日本特開平1 1 一 3 3 0463號公報 [非專利文獻1 ]
R. Murto et al·， An Investigation of Species Dependence in Germanium P r e - am o r p h i z e d an d Laser Thermal Annealed Ultra-Shallow Abrupt Junctions，”2000 International Conference on Ion Implantation Technology Proceedings”，（ US) IEEE, 2000 年 9 月 17〜22 日.， p. 1 82 _ 18 5 [非專利文獻2] R. Murto et a ]. ? Activation and Deactivation Studies of Laser Thermal Annealed Boron，Arsenic, Phosphorous, and Antimony Ultra'Shallow Abrupt Junctions, 55 2000 International Conference on Ion Implantation Technology Proceedings”，（ US ) IEEE，2000 年 9 月 1 7 〜2 2 日，p . 1 5 5 — -9- (6) (6)1360882 148 【發明內容】 [發明所欲解決之課題] 第1 2圖是表示揭示於非專利文獻1及非專利文獻2 的薄膜電阻和脈衝能量密度的關係。橫軸是以單位「 mJ/cm2」表示脈衝能量密度，縱軸是以單位「Ω/〇」來表 示薄膜電阻。當薄膜電阻設爲RS ( Ω/d )、脈衝能量密 度設爲E(mJ/cm2)時，第12圖所示的曲線圖爲： 【數1】 近似於 Rs=〇.〇938xE2-89xE+21258· · . (ι) 。由式子（1 )得知，當脈衝能量密度以430 mJ/cm2爲基 準‘’變動1%時，薄膜電阻的變動量爲約10.2%。上述文 獻乃記載有：波長5 3 2nm之脈衝雷射振盪器的能量安定 性爲±3%。當脈衝能量密度變動±3%時，薄膜電阻變動 ±30.6%。由於薄膜電阻的變動幅度較大，故難以將該雷 射退火方法導入工業量產步驟。 本發明的目的在於提供一種可將薄膜電阻的變動縮小 的雷射退火方法。 [解決課題之手段] 根據本發明之一觀點，乃提供一種半導體裝置的製造 方法，其特徵爲具備下列步驟：（a )在比半導體材料所 構成之基板的深度1 〇 〇 n m更淺的表層部，添加雑質的步 -10 - (7) (7)1360882 驟；（b)將從雷射二極體激發型全固體雷射振盪器射出 的雷射光或高諧波光束，照射在上述基板，且令上述雜質 活性化的步驟。 藉由使用雷射二極體激發型全固體雷射振盪器，可提 高能量安定性，且可縮小退火條件的偏差。藉此方式，可 縮小薄膜電阻的變動。 【實施方式】 第1圖是表示本發明第1實施例所使用之雷射退火裝 置的槪略圖。雷射退火裝置是由：處理室40、搬送室82 、搬出入室83、84、雷射光源71、均化器（homogenizer )72、CCD 相機 88 及影像監視器（video monitor ) 89 所構成。處理室4〇中安裝有直動機構60，而該直動機構 11包括風箱（bellows ) 67、結合構件63、65、線性引導 機構64及線性馬達66等。直動機構60可令配置於處理 室60內的平台44並進移動。 處理室40和搬送室82介由閘閥（gate valve) 85結 合’而搬送室82和搬出入室83、以及搬送室82及搬出 入室84 ’則分別介由閘閥86及87結合。處理室40、搬 出入室83及84，分別安裝有真空泵91、92及93，可將 各室內部加以真空排氣。 搬送室82內收容有搬送用機器人94。搬送用機器人 94係在處理室40、搬出入室S3及84等各室彼此之間， 移送處理基板。 -11 - (8) (8)1360882 在處理室4〇的上面，設有雷射光穿透用石英窗38。 此外’也可使用BK7等可見光光學玻璃，來取代石英。 從雷射光源71輸出的脈衝雷射光，通過衰減器76，射入 均化器7 2。均化器7 2得以將雷射光的剖面形狀變成細長 的形狀，同時使其長軸方向及短軸方向的強度接近均勻化 。亦即，使光強度分布形成頂平（top-flat )形狀。通過 均化器7 2的雷射光’穿透與光束之剖面形狀相對應的細 長石英窗38，入射至保持於處理室40內之平台44上的 處理基板。調整均化器7 2與處理基板的相對位置，俾使 基板表面與均化器面一致。 平台44透過直動機構60並進移動的方向，是與石英 窗38的長度方向垂直的方向。因此，可將雷射光照射在 基板表面較廣泛的區域。基板表面可藉由CCD相機88來 拍:攝’而處理中的基板表面可透過影像監視器8 9觀察。 雷射光源71乃包括：使用半導體雷射二極體作爲激 發用光源的全固體雷振邊器、和波長轉換元件。就全固體 雷射振盪器的雷射介質而言，可使用 Nd: Y-LF、Nd : YAG、Nd: YV04、Cr: Nd: GSGG 等。從雷射光源 71 射 出的脈衝雷射光是藉由此等雷射介質振盪的基本波之第2 高諧波（higherharmonic)。 繼之，說明根據本發明實施例之雷射退火方法。在以 (I 〇〇 )面爲主面之η型矽基板的表層部，以加速能量 6 k e V、劑量1 X ] 〇 14 c m _ 2的條件，植入氬（a r )離子。以 此方式’砂基板1的表層部得以非晶質化’而形成厚度約 -12- (10) (10)1360882 5 0 %以上爲佳。 進行雷射退火前’以進行矽基板的脫氫處理爲佳。脫 氫處理可藉由對基板表面照射雷射光、基板的加熱 '電磁 波的照射等來實行。藉由實行脫氫處理’可防止基板表面 的粗度。藉由雷射光的照射進行脫氫處理時’是使用與繼 後進行活性化退火時相同波長的雷射光’且將基板表面之 脈衝能量密度設爲500mJ/cm2至1 3 00mJ/cm2。藉由該範 圍的脈衝能量，矽基板的表層部不會熔化’氫得以從基板 表面脫離。 第2圖是表示矽基板表面之脈衝能量密度與薄膜電阻 的關係。橫軸是以單位「nU/cm2」表示脈衝能量密度，縱 軸是以單位「Ω/口」表示薄膜電阻。第2圖的黑圓圈記號 是表示以上述實施例的方式所製成之試樣的薄膜電阻。白 圓圈記號是表示將電漿摻雜前所形成之非晶質層的厚度設 爲5ηηι而製成之試樣的薄膜電阻。厚度5nm的非晶質層 乃藉由氬電漿照射而形成者。 如上述實施例所示，將非晶質層的厚度設爲20nm的 情況中，在脈衝能量密度未滿1 3 0 0 m J / c m2的條件下，薄 膜電阻是1 70至1 80Ω/□，與進行雷射退火前的薄膜電阻 大致相同。可推想脈衝密度爲]3 00mJ/cm2以下時，硼幾 乎沒有活性化。 脈衝能量密度在1 3〇〇至1 5 00mJ/cm2的範圍中，隨著 脈衝能量密度的增加’薄膜電阻從180Ω/□增加至600 Ω/□。可推想在該區域中，矽基板的表層部熔化，發生砸 -14 - (11) (11)1360882 的活性化，而活性化的硼濃度不會高到得以補償摻雜至矽 基板之η型雜質的濃度，而得以觀測η型區域的薄膜電阻 。可推知藉由將矽基板表面之脈衝能量密度設得比 1 300mJ/cm2更大，得以令所植入的硼活性化。又，爲了 使硼活性化，以矽基板表層部的溫度爲形成表層部之材料 的熔點以上之方式，設定脈衝能量密度爲佳。 脈衝密度在1 500mJ/cm2以上的區域中，隨著脈衝能 量密度的增加，薄膜電阻從600600Ω/□減少至240Ω/Ε]。 可推想在該區域，進行硼的活性化，在矽基板的表層部形 成P型層，隨著脈衝能量密度的增加，p型層的薄膜電阻 減少。 將非晶質層的厚度設爲5nm時，則如第2圖的白圏 所示，與上述實施例伺樣地，表示隨著脈衝能量密度增加 ，薄膜電阻一次增加到極大値，其後，減少。薄膜電阻的 絕對値係高於上述實施例。 第3圖是表示利用根據上述實施例的方法，以脈衝能 量密度1 5 00m〗/cm2的條件所製成之試樣在深度方向的硼 濃度分布。橫軸是以單位「n m」表示表示深度，縱軸是 以單位「cm—3」表示硼濃度。此外，硼濃度乃藉由SIMS 觀測。第3圖的點群AL是表示雷射退火後的硼濃度。爲 了供當作參考，故以點群BL表示雷射退火前的硼濃度。 將硼濃度在lxicr18的位置定義爲接合深度時，雷 射退火後的接合深度約爲23 nm。 繼後，要求將MOSFET之汲極之延伸部的接合深度 -15- (12) (12)1360882 設爲]3至22nm左右，將薄膜電阻設爲770Ω /□以下。如 上所述，將能量脈衝密度設爲1500mJ/cm2時，接合深度 約爲23nm，此時的薄膜電阻爲600Ω/□(參.考第2圖） 。如上所述，得知延伸部所要求的接合深度和薄膜電阻大 致滿足。 如上所述，藉由上述實施例的方法，可形成接合深度 爲3 Onm以下的雜質擴散區域。此外，欲利用習知RTA， 形成lOOnm以下的淺接合實有困難，但是，藉由適用上 述實施例的方法，可重現性佳地實現深度1 0 0 n m m以下的 接合。 非晶矽的溶點係低於單晶矽的熔點。藉由在較低的溫 度令非晶質層熔化，可抑制非晶質層下之單晶區域的溫度 上昇。藉由將單晶區域維持得較低，可抑制雜質朝深度方 向:擴散。 第4圖是表示非晶矽和單晶矽之光吸收係數的波長依 存性之圖。橫軸是以單位「nm」表示波長，縱軸是以單 位「X 1 07cm — 1」表示吸收係數。圖中的黑圈及白圈分別 表示單晶矽的吸收係數及非晶矽的吸收係數。 可知知曉在波長約3 4 0以上的區域，非晶矽的吸收係 數大於單晶矽的吸收係數。藉由使用非晶矽的吸收係數大 於單晶矽的吸收係數之波長區域的光，可可優先加熱形成 於石夕基板之表層部的非晶質層。由於單晶矽區域的加熱受 到抑制’雜質難以擴散至單晶矽區域內，形成淺接合較容 易。 -16- (13) (13)1360882 此外，波長400 nm以上的區域（可見光及紅外光的 波長區域）之非晶矽的吸收係數’係小於紫外光區域的吸 收係數。因此，波長400nm以上的光容易到達非晶砂區 域內之較深的位置。使用紫外光區域的雷射光時’可僅加 熱基板表面之極淺的區域，藉由熱傳導可間接加熱較深的 區域。相對於此，使用波長400nm以上的雷射光時，較 深的區域亦可藉由雷射光的能量直接加熱。因此，可使厚 度方向的溫度分布接近均勻。因此，可使厚度方向之雜質 的活性化率接近均勻。 由於當波長過長時，非晶矽的吸收係數變小 '，故欲難 以有效率地進行加熱。因此，理想的狀態是，將矽基板之 退火用的雷射光波長設爲400至650nm。 如第2圖的白圈所示，得知將非晶質的厚度設爲5nm 時，相較於將厚度設爲2 Onm之實施例的情況，薄膜電阻 變高。再者，得知將非晶質層的厚度設爲5nm時，相較 於厚度設爲20nm之實施例的情形，硼擴散至更深的區域 。可推測這是因爲由於非晶質層太薄時，沒有完全被非晶 質層吸收而到達單晶矽基板，且被單晶矽基板吸收的能量 變大之故。 爲了在更淺的區域有效率地吸收雷射光的能量，故理 想的狀態是將非晶質層的厚度設得比5nm還厚，且爲 3 0 n m以下。 上述實施例中，藉由離子植入氬，以進行從表面至 20ηηι的深度之表層部的非晶質化，然而，亦可植入不會 -17- (14) (14)1360882 對矽的電性特性造成影響的其他元素例如鍺，以進行非晶 質化。此外’除了離子植入外’亦可藉由電漿摻雜，進行 非晶質化。尤其，將5至1 0 n m左右的極淺區域非晶質化 時，電漿摻雜是有效的。 第5圖是表示利用實施例的方法製成之試樣的脈衝能 量密度和薄膜電阻的關係。橫軸是以單位「mj/cm2」表示 脈衝能量密度，縱軸是以單位「Ω/匚]」表示薄膜電阻《第 5圖是擷取第2圖之脈衝能量密度之15〇〇至2000mJ/cm2 的範圍。在該範圍中’薄膜電阻的變動量對脈衝能量密度 的變動量很小。 於脈衝能量密度位於1500至2000mj/cm2的範圍內， 可視爲測定點近似地位於直線L2上。將脈衝能量密度的 變動量設爲OE，薄膜電阻的變動量設爲ars時，當ΛΕ 爲300mJ/cm2時，ARS約爲150Ω/□。若以脈衝能量密度 1 5 0 0 m ]/ c m 2爲基準的話’則可估計當脈衝能量密度變動1 %時，薄膜電阻變動0.75%。 上述實施例中，得以使用以半導體雷射二極體作爲激 發用光源的全固體雷射振盪器。該雷射振盪器具有高能量 安定性，脈衝能量的變動幅度爲± 1 %。因此，當脈衝能 量密度在15〇〇至2000m：I/cm2的範圍內，進行雷射退火時 ，可將薄膜電阻的變動幅度設爲±0.75%以下。 於脈衝能量密度位於】5 00至1 800mJ/cm2的範圍內， 可視爲測定點近似地位於直線L 1。其傾斜的絕對値小於 直線L2之傾斜的絕對値。在脈衝能量密度位於1 5 00至 -18 - (15) (15)!36〇882 1800mJ/cm2的範圍內，進行雷射退火時，亦可預估脈衝 能量密度變動±1%時，薄膜電阻的變動量爲0.3%。 由上述考察得知，以將試樣表面的脈衝能量密度設爲 1500 至 2000mJ/cm2 爲佳，又，設爲 1500 至 1800mJ/cm2 更爲理想。 第6圖是表示利用實施例的方法所製成之試樣的脈衝 能量密度和接合深度的關係。橫軸是以單位「m J/cm2」表 示脈衝能量密度，縱軸是以單位「nm」表示接合深度。 隨著脈衝能量密度的增加，接合深度因而變深。脈衝能量 密度位於]400至1 800「mJ/cm2」的範圍內，對於脈衝能 量密度的變動量400 mJ/cm2的範圍，接合深度的變動量 約爲 25nm。若以脈衝能量密度 1 5 00 m]/cm2爲基準的話 ’對脈衝能量密度1%的變動，接合深度變動0.93 nm。 由於上述實施例所使用之雷射光源的能量安定性爲土 ]%，將脈衝能量密度設定在1400至1800 mJ/cm2的範圍 內時，接合深度的偏差可設在±0.93以下。該程度的偏差 在進行工業量產時，乃爲可確保充分的品質安定性之水準 〇 上述第1實施例中，以重疊率5 0 %，對矽基板照射 脈衝雷射光。繼之，說明關於以重疊率95 %，照射脈衝 雷射光的第2實施例。所使用之雷射退火裝置的基本構成 係與第]圖所示的構成同樣。此外。第1圖的平台44是 可朝向2維方向移動的XY平台。 參考第7圖，說明關於第2實施例的雷射退火方法。 -19 - (17) (17)1360882 基板表面的雷射剖面）6，在一方向具有長直線的形狀。 例如，光束入射區域6的寬度爲0.1mm，長度爲17mm。 基板表面之1脈衝左右的能量密度爲1400至2 00 OmJ/cm2 。一邊令光束入射位置朝向光束入射區域6的短軸方向移 動，一邊將雷射光5照射在基板整面。此時，令光束入射 位置移動，使雷射光5的入射區域與上回發射的雷射入射 區域形成部分重疊。將前回發射所照射的區域與這回照射 的光束剖面形成重疊的區域面積，除以光束剖面面積的値 ，即稱爲重疊率。 第8圖是表示重疊率和薄膜電阻的關係。橫軸是以單 位「％」表示重疊率，縱軸是以單位「Ω/口」表示薄膜電 阻。此外，測定第8圖之資料的試樣，係沒有將矽基板的 表層部非晶質化，而進行電漿摻雜。硼的劑量爲2.5 X 1 014Cm_ 2。試樣表面的脈衝能量密度爲1 500 mJ/cm2。 當使重疊率從 75%增加至 98%時，薄膜電阻從 20 5 0Ω/□減少至 84 0Ω/Ο。 由此得知，藉由令重疊率變化，即可控制薄膜電阻。 而薄膜電阻係依存於硼的活性化率及接合深度。亦即，得 知藉由令重疊率變化，即可控制活性化率和接合深度之至 少一者。 實際上，將非晶質層的厚度設爲5nm，將脈衝能量密 度設爲I 5 00 mj/cm2，以進行活性化退火，測定接合的深 度。重疊率爲75%及95%時，接合深度分別是大約6〇nm 及90nm。如上所述，藉由改變重疊率，即得以調整接合 -21 - (18) (18)1360882 的深度。 第9(A)圖是表示調節矽基板1和光束入射區域的 位置關係，以及兩者的相對位置之裝置的方塊圖。在矽基 板1的表面，劃定格子狀的割劃線1 OX及1 OY »各割劃線 I 〇 X係延伸於圖的橫向，各割劃線1 ο γ則延伸於圖的縱向 。藉由格子狀的割劃線1 OX及1 0 Y，即可劃定複數的晶片 1 1 〇 位置感測器45檢測保持於平台44之矽基板1之面內 的並進方向及旋轉方向的位置。位置檢測結果可輸入控制 裝置46。控制裝置46驅動XY平台44，使光束剖面6a 的長度方向與割劃線1 0Y平行，且其兩端位於相鄰的兩 條割劃線1 0X內。再者，基板表面之光束剖面6a在長度 方向的長度，可藉由第1圖所示的均化器72預先調整， 使其長度長於兩條割劃線1 0X的間隔，且短於間隔上達 到割劃線1 0X之寬度兩倍的長度。以一邊照射雷射光束 ，光束剖面6a的兩端一邊移動於割劃線1 0X上的方式， 使矽基板1移動。 此外，亦可使光束剖面的長度爲割劃線1 0X之間距 的整倍數。例如，亦可使割劃線1 0X之間距兩倍長度的 光束入射區域6b的兩端一起移動於割劃線1 ox上。 又，藉由將基板表面之光束剖面的長度設得比割劃線 1 OX的間隔更長，將〗片晶片僅在一方向掃瞄一次，即可 將雷射光照射在晶片內的所有區域。 再者，上述實施例中，一邊令直線狀的光束入射區域 -22- (19) (19)1360882 开多成部分重疊，一邊移動於其短軸方向。使用基板表面之 光束剖面爲正方形的雷射光束’令光束入射位置朝向與正 方向之一邊平行的方向移動時，與移動方向平行的邊相對 應的部分，容易發生退火效果不均勻°由於上述實施例中 ，光束入射區域6a及6b的兩端係移動於割劃線1 ox上’ 故退火效果不均勻的位置’正好與割劃線10 x —致。因 此，在晶片】1內’得以使退火效果均勻。 第9(B)圖是表示光束剖面之長度方向的強度分布 、和割劃線1 〇 X的位置關係。橫軸是表示光束剖面之長 度方向的位置，縱軸是表示強度。在長度方向的兩端附近 ，強度隨著接近端度’逐漸降低。將光束剖面內最大強度 之90%的位置至10%的位置之區域A，稱爲強度傾斜部 。理想的情況是，照射雷射光束，使該強度傾斜部A位 於割劃線1 ox內。以此方式進行照射，光束剖面的兩端 不會通過晶片11內。可避免發生光束剖面的兩端所生之 退火效果的不均。 上述實施例中，係令基板的表層部非晶質化，然而， 亦可令基板的內層部（從表面至某深度所配置之某厚度的 層）非晶質化，且維持表層部的結晶狀態。此時，可令雷 射光束優先吸收至內層部的非晶質層，且可提高內層部的 活性化率。理想的情況是，在表層部的結晶層沒有熔化， 而內層部的非晶質層熔化的條件下，照射雷射光束。該方 法在製造例如雜質濃度分布從表面至某深度的位置，表示 最大値的構造時是有效的。 -23- (20) (20)1360882 上述實施例中，說明令植入矽基板表層部的硼，藉由 雷射退火進行活性化的情況，然而，所植入的雜質並不限 定於硼。例如，亦可令砷（As)、磷（P)等雜質活性化 。又’植入雜質的基板並不限定於矽。亦可使用例如 SiGe等基板。 上述實施例中，說明令使用半導體雷射二極體作爲激 發用光源之全固體雷射振盪器，進行脈衝振盪的情形，但 是，亦可進行連續振盪。使用連續振盪的雷射光，進行雷 射退火時，如參佐第7圖的說明所示，藉由令雷射光的入 射位置移動至基板的表面內，得以進行雜質的活性化。藉 由控制移動的速度，得以控制接合深度或活性化率。 依據上述實施例說明本發明，然而，本發明並不侷限 於此等實施例。例如，可進行各種變更、改良、組合等， 同業者應可明白。 [發明之效果] 如以上之說明，根據本發明，可使用半導體雷射二極 體激發的全固體雷射振盪器作爲雷射光源。由於該雷射振 盪器具有高能量安定性，故可減少退火條件的偏差。藉此 構成，可適用於工業的量產。 【圖式簡單說明】. 第1圖是實施例所使用之雷射退火裝置的槪略圖。 第2圖是表示雷射退火所使用之雷射光的脈衝能量密 -24- (21) (21)1360882 度和薄膜電阻的關係之曲線圖。 第3圖是表示雷射退火前和雷射退火後之深度方向的 硼濃度分布的曲線圖。 第4圖是表示單晶矽和非晶矽之吸收係數的波長依存 性之曲線圖。 第5圖是表示雷射退火所使用之雷射光的脈衝能量密 度和薄膜電阻的關係之曲線圖。 第6圖是表示雷射退火所使用之雷射光的脈衝能量密 度和接合深度的關係之曲線圖。 第7圖是用以說明實施例之雷射退火方法的基板剖視 圖及俯視圖。 第8圖是表示重疊率和薄膜電阻的關係之曲線圖。 第 9 ( A )圖是表示利用實施例的方法進行退火之半 導體基板和雷射光之入射位置的相對位置關係之俯視圖， 以及半導體基板和光束入射區域的位置控制裝置之方塊圖 ，第9(B)圖是表示光束剖面之長度方向的強度分布之 曲線圖。 第1 0圖是表示利用習知方法進行雷射退火之試樣的 硼濃度分布的曲線圖。 第1 1圖是表示利用習知方法進行雷射退火之試樣的 接合深度、和脈衝能量密度的關係之曲線圖。 第1 2圖是表示利用習知方法進行雷射退火之試樣的 薄膜電阻、和脈衝能量密度的關係之曲線圖。 -25- (22) (22)1360882 【主要元件符號說明】 1 :矽基板 2 :抗蝕劑膜 2a :開口 3 :非晶質區域 4 :雜質植入區域 5 :雷射光 6、6a、6b:雷射光入射區域 1 0 X、1 0 Y :割劃線 ]1 : 晶片 3 8 :石英窗 40 :處理室 44 :平台 4 5 :位置感測器 4 6 :控制裝置 6 0 :直動機構 6 3、6 5 :結合構件 64 :線性引導機構 6 6 :線性馬達 6 7 :風箱 7 1 :雷射光源 7 2 :均化器 7 6 :衰減器 8 2 :搬送室 -26- (23) (23)1360882 8 3、8 4 :搬出入室 8 5、8 6、8 7 :閘閥 8 8: C C D相機 8 9 :影像監視器： 9 1、92、93 :真空泵 94 :搬送用機器人
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Claims (1)

1360882
第093 1 1 5860號專利申請案中文申請專利·範-圍修正本_ : „ » 拾、申請專利範圍 1. 一種半導體裝置的製造方法，其特徵爲具備下列步 驟： (a )使矽所構成的基板表層部非晶質化後，在比深 度lOOnm更淺的表層部，添加雜質的步驟；和 (b)將從雷射二極體激發型全固體雷射振盪器射出 之波長400nm以上、65 0nm以下的雷射光，以上述基板 表面的脈衝能量密度爲1500 mJ/cm2〜1800 mJ/cm2的範圍 內的條件來照射在上述基板上，且令上述雜質活性化的步 驟。 2. 如申請專利範圍第1項所記載之半導體裝置的製造 方法’其中，在上述步驟（a)中，非晶質化層的厚度係比 5nm厚且爲30nm以下。 3 .如申請專利範圍第1項所記載之半導體裝置的製造 方法’其中’上述全固體雷射振盪器的雷射介質，是從 Nd ： YLF、Nd: YAG、Nd: YV04 及 Cr: Nd: GSGG 所構 成的群組中選擇一個介質。 4.如申請專利範圍第1項所記載之半導體裝置的製造 方法，其中，上述步驟（b)中，令脈衝雷射光從上述全 固體雷射振盪器射出，且令上述基板表面的脈衝能量密度 大於 1 300 mJ/cm2。 5 .如申請專利範圍第1項所記載之半導體裝置的製造 1360882 方法’其中’上述步驟（b)中，令脈衝雷射光從上述全 固體雷射振盪器射出，且將上述基板表面的脈衝能量密度 設定於1 400mJ/cm2〜1 800J/cm2的範圍内。 6. 如申請專利範圍第丨項所記載之半導體裝置的製造 方法’其中，上述步驟（b)中，以上述基板表層部的溫 度爲形成矽的熔點以上的方式，照射上述雷射光。 7. 如申請專利範圍第丨項所記載之半導體裝置的製造 鲁方法，其中，上述步驟（b)中，在非活性氣體環境中， 將雷射光照射在上述基板上》 8 _如申請專利範圍第7項所記載之半導體裝置的製造 方法’其中，上述非活性氣體包含：從氮氣 '氦氣 '氬氣 所構成的群組中，選擇至少一種氣體。 9. 一種半導體裝置的製造方法，其特徵爲具備下列步 驟： (a) 在比矽所構成之基板的深度1〇〇nm更淺的表層 φ部，添加雜質的步驟；和 (b) 使從雷射二極體激發型全固體雷射振盪器射出 之脈衝雷射光或高諧波光束’以上述基板表面的脈衝能量 密度爲1500 mJ/cm2〜1800 mJ/cm2的範圍內的條件來照射 在上述基板上，且令上述雜質活性化的步驟。 10. —種半導體裝置的製造方法，其特徵爲具備下列 步驟： •(a)在比相互平行的複數割劃線會被劃定於表面之 半導體材料所構成的基板的深度l〇〇nm更淺的表層部， -2 - 1360882 雙貫影印 添加雜質的步驟：和 (b)將從雷射二極體激發型全固體雷射振盪器射出 的雷射光或高諧波光束，照射在上述基板上，且令上述雜 質活性化的步驟， 上述步驟（b)中，上述基板表面之雷射光的光束剖 面具有在一方向較長的形狀，該長度爲上述割劃線的間隔 以上，且令雷射光的入射位置，朝著與光束剖面之長度方 φ向交叉的方向移動。 1 1 .如申請專利範圍第1 0項所記載之半導體裝置的製 造方法，其中，上述步驟（b)包含：使上述基板表面之 雷射光的強度，在光束剖面的長度方向或與其正交的方向 接近均勻的步驟。 12.—種半導體裝置的製造方法，其特徵爲具備下列 步驟： (a )在比相互平行且等間隔地配置的割劃線會被劃 鲁定於表面之半導體材料所構成的基板的深度10 0nm更淺 的表層部，添加雜質的步驟；和 (b)將從雷射二極體激發型全固體雷射振盪器射出 的雷射光或高諧波光束，照射在上述基板上，且令上述雜 質活性化的步驟， 上述步驟（b)中，上述基板表面之雷射光的光束剖 面具有在一方向較長的形狀，且令雷射光的入射位置，朝 著與光束剖面之長度方向交叉的方向移動，並以在該基板 表面的光束剖面之長度方向的兩端，從該光束剖面內之最 -3- 1360882 大強度90%的位置至10%的位置之光束強度傾斜部係位 於上述割劃線內的方式，照射上述雷射光。 13. 如申請專利範圍第12項所記載之半導體裝置的製 造方法，其中，上述步驟（b)包含：使上述基板表面之 雷射光的強度，在光束剖面的長度方向或與其正交的方向 接近均勻的步驟。 14. 一種半導體裝置的製造方法，其特徵爲具備下列 φ步驟： (a) 在比半導體材料所構成之基板的深度100nm更 淺的表層部，添加雜質的步驟； (al)進行被注入雜質之上述基板的脫氫處理；和 (b) 脫氫處理後，將從雷射二極體激發型全固體雷 射振盪器射出的雷射光或高諧波光束，照射在上述基板上 ，且令上述雜質活性化的步驟。 15. 如申請專利範圍第14項所記載之半導體裝置的製 #造方法，其中，上述脫氫處理是從上述基板的加熱、對上 述基板進行雷射照射及對上述基板進行電磁波照射所構成 的群組中，選擇至少一種處理。 16. 如申請專利範圍第13項所記載之半導體裝置的製 造方法，其中，上述步驟（al)中，令與使用於上述步驟 (b)的雷射光相同波長的雷射光，以上述基板表面的脈衝 能量密度形成500mJ/ cm2〜1 300J/cm2的條件來照射至上
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