JP5057668B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ光を被処理物に照射するためのレーザ照射装置を用いた半導体装置の作製方法に関する。具体的には、本発明は電界効果トランジスタ(以下、FETという)で構成された回路を有する半導体装置に関する。例えば、大規模集積回路(LSI)や、液晶表示パネルに代表される電気光学装置や、有機発光素子を有する発光表示装置や、ラインセンサなどのセンサ装置や、SRAM、DRAMなどのメモリ装置を部品として搭載した電子機器に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device using a laser irradiation apparatus for irradiating a workpiece with laser light. Specifically, the present invention relates to a semiconductor device having a circuit composed of a field effect transistor (hereinafter referred to as FET). For example, parts include large-scale integrated circuits (LSIs), electro-optical devices represented by liquid crystal display panels, light-emitting display devices having organic light-emitting elements, sensor devices such as line sensors, and memory devices such as SRAM and DRAM. It is related with the electronic equipment carried as.
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。 Note that in this specification, a semiconductor device refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics, and an electro-optical device, a semiconductor circuit, and an electronic device are all semiconductor devices.
近年、LSIの微細化および高集積化はますます進みつつあり、例えば、半導体基板に形成されたMOSトランジスタのゲート長はサブミクロンレベルにまで縮小されつつある。MOSトランジスタを単純に微細化すると、実効的なチャネル長が短くなり、ソースドレイン間で短チャネル効果が生じ、MOSトランジスタのしきい値電圧が低下してしまう。加えて、短チャネル効果によりパンチスルーの多発や、リーク電流の増大等が顕著になってしまう。 In recent years, the miniaturization and high integration of LSIs are becoming more and more advanced. For example, the gate length of a MOS transistor formed on a semiconductor substrate is being reduced to a submicron level. If the MOS transistor is simply miniaturized, the effective channel length is shortened, a short channel effect is generated between the source and the drain, and the threshold voltage of the MOS transistor is lowered. In addition, due to the short channel effect, frequent punch-throughs, an increase in leakage current, and the like become prominent.
短チャネル効果を防ぐためにLDD構造を採用したり、トランジスタに形成される拡散層の接合深さを浅くする構造を採用したりしている。拡散層の接合深さを浅くする構造は、極浅接合と呼ばれているものである。なお、極浅接合は、エクステンションとも呼ばれる。 In order to prevent the short channel effect, an LDD structure is employed, or a structure in which the junction depth of the diffusion layer formed in the transistor is reduced is employed. The structure in which the junction depth of the diffusion layer is shallow is called an ultra-shallow junction. Note that the ultra-shallow junction is also called an extension.
所望の領域や深さに不純物をドーピングする技術とともに、ドーピングされた不純物を活性化させるためのアニール技術が検討されている。 Annealing techniques for activating doped impurities are being studied together with techniques for doping impurities in a desired region and depth.
このような従来のアニール技術の一つとして、不純物が添加された半導体基板全体を1000℃程度に赤外線ランプ等を用いて加熱するRTA法が知られ、多用されている。しかしながら、RTA法は、微細化に限界がある。RTAによるアニール法は、加熱時間が数秒で、半導体基板全体が高温に加熱されるために不純物が半導体基板の深部へ拡散する恐れがあるため、今後のさらなる微細化に対応することが困難である。 As one of such conventional annealing techniques, the RTA method in which the entire semiconductor substrate to which impurities are added is heated to about 1000 ° C. using an infrared lamp or the like is known and widely used. However, the RTA method has a limit in miniaturization. In the annealing method using RTA, the heating time is several seconds, and the entire semiconductor substrate is heated to a high temperature, so that impurities may diffuse into the deep portion of the semiconductor substrate, so that it is difficult to cope with further miniaturization in the future. .
そこで、今後のさらなる微細化に対応する技術としてレーザーアニール法が注目されている。レーザを用いた従来技術としては、308nmのXeClエキシマレーザを照射してシリコン基板の表面を溶融した後、シリコン原子を再結晶化する技術がアニール法として知られている。 Therefore, the laser annealing method has attracted attention as a technology corresponding to further miniaturization in the future. As a conventional technique using a laser, a technique of recrystallizing silicon atoms after irradiating a 308 nm XeCl excimer laser to melt the surface of a silicon substrate is known as an annealing method.
レーザアニール法の特徴は、輻射加熱あるいは伝導加熱を利用するアニール法と比較して処理時間を大幅に短縮できることや、半導体基板を選択的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えないことなどがあげられている。 The characteristics of the laser annealing method are that the processing time can be significantly shortened compared to the annealing method using radiant heating or conduction heating, and the semiconductor substrate is selectively heated to cause little thermal damage to the substrate. And so on.
レーザアニール法に用いられるレーザ発振器はその発振方法により、パルス発振と連続発振の2種類に大別される。レーザアニール法には、しばしばパルス発振のエキシマレーザから発振されたレーザ光(レーザビームとも言う)が用いられる。エキシマレーザは出力が大きく、高い繰り返し周波数での繰り返し照射が可能であるという利点を有している。 Laser oscillators used in laser annealing are roughly classified into two types, pulse oscillation and continuous oscillation, depending on the oscillation method. In laser annealing, laser light (also referred to as a laser beam) emitted from a pulsed excimer laser is often used. The excimer laser has an advantage that it has a large output and can be repeatedly irradiated at a high repetition frequency.
また、エキシマレーザから発振されるレーザ光は半導体としてよく用いられるシリコンに対する吸収係数が高いという利点を有する。 Further, laser light oscillated from an excimer laser has an advantage of a high absorption coefficient for silicon often used as a semiconductor.
例えば、レーザ光の照射の際には、照射面におけるレーザ光の形状が線状となるように光学系(ビームホモジナイザーなど)にて整形し、レーザ光の照射位置を照射面に対し相対的に移動させて照射する。この方法は、一度に広い面積の半導体をアニールすることができ、高い生産性を持つため工業的に優れている。(以下、照射面において、線状の形状を有するレーザ光を線状ビームと称する。) For example, when irradiating a laser beam, the laser beam is shaped with an optical system (such as a beam homogenizer) so that the shape of the laser beam on the irradiation surface is linear, and the irradiation position of the laser beam is relative to the irradiation surface. Move and irradiate. This method is industrially superior because it can anneal a large area of semiconductor at a time and has high productivity. (Hereinafter, laser light having a linear shape on the irradiated surface is referred to as a linear beam.)
レーザーアニール法によるシリコンの再結晶化の主たる目的は、不純物イオンの打ち込みにより損傷を受けた不純物領域をできるだけ単結晶に近づけ、不純物領域を電気的に活性化することである。 The main purpose of recrystallization of silicon by the laser annealing method is to bring the impurity region damaged by the implantation of impurity ions as close as possible to the single crystal and to electrically activate the impurity region.
パルス発振のエキシマレーザから発振されたレーザ光を用いた従来のレーザアニール法においても解決すべきいくつかの課題を抱えており、例えばレーザーアニールによって発生する溶融再結晶化時における結晶欠陥の発生といった課題を抱えている。 The conventional laser annealing method using laser light oscillated from a pulsed excimer laser also has some problems to be solved, such as generation of crystal defects during melt recrystallization caused by laser annealing. I have a problem.
そこで、これらの課題を解決するための方法の一つとして、ArレーザやYVO4レーザのような連続発振のレーザ発振器(以下、CWレーザと称す。)、あるいは繰り返し周波数が10MHz以上と非常に高いパルス発振のレーザ発振器(以下、擬似CWレーザと称す)を用いる方法が挙げられる。 Therefore, as one of the methods for solving these problems, a continuous oscillation laser oscillator (hereinafter referred to as a CW laser) such as an Ar laser or a YVO 4 laser, or a repetitive frequency of 10 MHz or more is very high. A method using a pulsed laser oscillator (hereinafter referred to as a pseudo CW laser) can be used.
しかし、レーザ媒質が固体であるCWレーザまたは擬似CWレーザを適用する場合、その基本波の波長域は赤から近赤外域であり、半導体でのレーザ光吸収効率は極めて低い。ちなみに、半導体への吸収効率が良いレーザ光は、可視あるいは紫外域の波長を持ったレーザ光である。 However, when a CW laser or a pseudo CW laser whose laser medium is solid is applied, the wavelength range of the fundamental wave is from red to near infrared, and the laser light absorption efficiency in the semiconductor is extremely low. Incidentally, laser light with good absorption efficiency into a semiconductor is laser light having a visible or ultraviolet wavelength.
従って、CWレーザまたは擬似CWレーザをレーザアニール法に使用する場合は、非線形光学素子を用いて波長を可視域以下の高調波に変換して用いる。例えば、大出力を得やすい近赤外の基本波を第二高調波であるグリーンのレーザ光に変換する方法において、最も変換効率が高くなると考えられている。 Accordingly, when a CW laser or a pseudo CW laser is used for the laser annealing method, the wavelength is converted into a harmonic wave below the visible range using a nonlinear optical element. For example, in a method of converting a near-infrared fundamental wave that easily obtains a large output into a green laser beam that is the second harmonic, it is considered that the conversion efficiency is the highest.
高調波はレーザ媒質から発振した基本波を非線形光学素子に入射させることで得られる。しかし、レーザの出力が大きくなると、多光子吸収などの非線形光学効果により、非線形光学素子にダメージが与えられ、ブレークダウンにつながるなどの問題がある。よって、現在、生産されている可視域のCWレーザは、非線形光学素子の問題から、最大でも15W程度である。 Harmonics are obtained by making a fundamental wave oscillated from a laser medium enter a nonlinear optical element. However, when the output of the laser increases, there is a problem that the nonlinear optical element is damaged due to nonlinear optical effects such as multiphoton absorption, leading to breakdown. Therefore, the CW laser in the visible range currently produced is about 15 W at the maximum due to the problem of nonlinear optical elements.
また、CWレーザまたは擬似CWレーザを用いてレーザアニールを行った場合、エキシマレーザを用いた場合に比べ生産性が悪く、更なる生産性の向上が必要である。例えば、10Wの532nmのCWレーザを長手方向が300μm、短手方向が10μm程度の線状に整形してレーザアニールを行う場合、一度の走査でアニールできる領域の幅は200μm程度となる。このため、量産プロセスで用いられる直径が100mm〜300mmの半導体ウェーハ全面に照射するためには、ビームスポットの走査を無数に繰り返す必要がある。なお、本明細書では、照射面においてレーザビームがどんな形を有していても、照射面におけるレーザビームの長い側を長手方向、短い側を短手方向と言う。 Further, when laser annealing is performed using a CW laser or a pseudo CW laser, productivity is worse than when an excimer laser is used, and further improvement in productivity is necessary. For example, when laser annealing is performed by shaping a 10 W 532 nm CW laser into a linear shape having a longitudinal direction of about 300 μm and a short side direction of about 10 μm, the width of the region that can be annealed in one scan is about 200 μm. For this reason, in order to irradiate the entire surface of a semiconductor wafer having a diameter of 100 mm to 300 mm used in the mass production process, it is necessary to scan the beam spot innumerably. Note that in this specification, regardless of the shape of the laser beam on the irradiation surface, the long side of the laser beam on the irradiation surface is referred to as the longitudinal direction, and the short side is referred to as the short direction.
そこで、本発明は、レーザ光を非線形光学素子に通すことなく基本波のままとし、高強度、且つ、繰り返し周波数の高いパルスのレーザ光を半導体ウェーハに照射してレーザアニールを行うことを特徴とする。 Therefore, the present invention is characterized in that laser annealing is performed by irradiating a semiconductor wafer with laser light having a high intensity and high repetition frequency while keeping the laser light as a fundamental wave without passing through the nonlinear optical element. To do.
なお、高強度とは、単位時間あたり単位面積あたりに高い尖頭出力を持つことを指しており、本発明におけるレーザ光の尖頭出力の範囲は、1GW/cm2〜1TW/cm2とする。 High intensity means having a high peak output per unit area per unit time, and the range of the peak output of laser light in the present invention is 1 GW / cm 2 to 1 TW / cm 2 . .
波長が1μm程度の基本波は、半導体ウェーハに照射してもあまり吸収されず、吸収効率が低いが、本発明者らは、パルス幅をピコ秒台、或いはフェムト秒(10−15秒)台のパルスレーザから射出される基本波であれば、高強度のレーザ光が得られ、照射領域に非線形光学効果(多光子吸収)が生じ、半導体ウェーハに吸収させることができることを見いだした。 A fundamental wave having a wavelength of about 1 μm is not absorbed much even when irradiated on a semiconductor wafer, and the absorption efficiency is low. However, the present inventors have set the pulse width in the picosecond range or the femtosecond range ( 10-15 seconds). It was found that a high-intensity laser beam can be obtained with the fundamental wave emitted from the pulse laser, and a non-linear optical effect (multiphoton absorption) occurs in the irradiated region, which can be absorbed by the semiconductor wafer.
通常、半導体のエネルギーギャップに比べ、1光子あたりのエネルギーが小さい場合には、光子は半導体に吸収されない。そのため、従来では前述したように非線形光学素子を用いて基本波を高調波に変換することで、1光子あたりのエネルギーを増大させて用いている。波長λのn次の高調波を用いた場合、1光子あたりのエネルギーEはプランク定数、光速cを用いて次式で表すことができる。 Usually, when the energy per photon is smaller than the energy gap of the semiconductor, the photon is not absorbed by the semiconductor. For this reason, conventionally, as described above, the fundamental wave is converted into a harmonic using a nonlinear optical element to increase the energy per photon. When the n-th harmonic of the wavelength λ is used, the energy E per photon can be expressed by the following equation using the Planck constant and the speed of light c.
高強度のレーザ光を用いると、レーザ光が照射された材料中で高電磁場が生じ、非線形光学効果(多光子吸収)が起こる。多光子吸収により、1光子あたりのエネルギーが半導体のエネルギーバンドギャップに比べて小さい場合にも、光子を同時に多段的に吸収することができ、光を通過することなく吸収することができる。 When a high-intensity laser beam is used, a high electromagnetic field is generated in the material irradiated with the laser beam, and a nonlinear optical effect (multiphoton absorption) occurs. With multiphoton absorption, even when the energy per photon is smaller than the energy band gap of the semiconductor, photons can be absorbed simultaneously in multiple stages and can be absorbed without passing light.
本発明は、非線形光学素子を用いず、且つ、高調波に変換しないため、15Wよりも大きな出力、例えば40Wの出力を有するレーザ発振器をレーザアニール法に用いることが可能となる。従って、一度の走査で活性化される不純物領域の幅を拡大することができるため、格段に生産性を向上させることができる。 Since the present invention does not use a nonlinear optical element and does not convert to a harmonic, a laser oscillator having an output larger than 15 W, for example, 40 W can be used for the laser annealing method. Therefore, since the width of the impurity region activated by one scan can be increased, productivity can be significantly improved.
本明細書で開示する本明細書で開示する発明の構成は、
半導体基板に選択的に不純物を導入して不純物領域を形成する工程と、基本波であるレーザビームを前記不純物領域の表面にて長いビームに加工し、前記長いビームに対して前記不純物領域の表面を相対的に移動しながらレーザビームを走査して前記不純物を活性化する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法である。
The structure of the invention disclosed in this specification disclosed in this specification is as follows.
A step of selectively introducing impurities into a semiconductor substrate to form an impurity region; and processing a laser beam, which is a fundamental wave, into a long beam on the surface of the impurity region, and the surface of the impurity region with respect to the long beam. And a step of activating the impurity by scanning a laser beam while relatively moving the semiconductor device.
また、上記各構成において、前記半導体基板は、単結晶シリコン基板または化合物半導体基板であり、代表的には、N型またはP型の単結晶シリコン基板、GaAs基板、InP基板、GaN基板、SiC基板、サファイヤ基板、又はZnSe基板である。また、半導体基板を用いて集積回路を形成した半導体素子としては、代表的には、電源回路、送受信回路、メモリ、又は音声処理回路のアンプを含む。 In each of the above structures, the semiconductor substrate is a single crystal silicon substrate or a compound semiconductor substrate. Typically, the semiconductor substrate is an N-type or P-type single crystal silicon substrate, a GaAs substrate, an InP substrate, a GaN substrate, or a SiC substrate. , Sapphire substrate, or ZnSe substrate. A semiconductor element in which an integrated circuit is formed using a semiconductor substrate typically includes a power supply circuit, a transmission / reception circuit, a memory, or an amplifier of a sound processing circuit.
また、SOI基板を用いてもよく、他の発明の構成は、SOI基板の半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、SOI基板の半導体層に選択的に不純物を導入して不純物領域を形成する工程と、基本波であるレーザビームを前記不純物領域の表面にて長いビームに加工し、前記長いビームに対して前記不純物領域の表面を相対的に移動しながらレーザビームを走査して前記不純物を活性化する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法である。 In addition, an SOI substrate may be used, and other configurations include a step of forming a gate insulating film on a semiconductor layer of the SOI substrate, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and a semiconductor of the SOI substrate. A step of selectively introducing an impurity into the layer to form an impurity region; and processing a laser beam, which is a fundamental wave, into a long beam on the surface of the impurity region, and the surface of the impurity region with respect to the long beam And a step of activating the impurity by scanning a laser beam while moving relatively.
上記各構成において、前記不純物領域は、電界効果トランジスタのソース領域またはドレイン領域であることを特徴としている。ソース領域またはドレイン領域にはn型の導電型を半導体に付与する不純物(As、P等)、或いは、p型の導電型を半導体に付与する不純物(B)を高濃度に含ませて低抵抗化を図っている。本発明により、選択的にレーザー光を照射することによって、所望の箇所のみを活性化して低抵抗化させることができる。 In each of the above structures, the impurity region is a source region or a drain region of a field effect transistor. The source region or the drain region has a low resistance by containing an impurity (As, P, etc.) imparting n-type conductivity to the semiconductor or an impurity (B) imparting p-type conductivity to the semiconductor at a high concentration. We are trying to make it. According to the present invention, by selectively irradiating laser light, only a desired portion can be activated and the resistance can be reduced.
また、上記各構成において、前記不純物領域は、電界効果トランジスタのエクステンション領域であることを特徴としている。エクステンション領域の接合深さは、前記ソース領域及びドレイン領域の接合深さよりも浅く形成されている。また、エクステンション領域にはn型の導電型を半導体に付与する不純物、或いは、p型の導電型を半導体に付与する不純物を含んでいる。加えて、n型の導電型を半導体に付与する不純物とp型の導電型を半導体に付与する不純物との両方を含んでもよい。 In each of the above structures, the impurity region is an extension region of a field effect transistor. The extension depth of the extension region is shallower than the junction depth of the source region and the drain region. In addition, the extension region contains an impurity that imparts n-type conductivity to the semiconductor or an impurity that imparts p-type conductivity to the semiconductor. In addition, both an impurity imparting n-type conductivity to the semiconductor and an impurity imparting p-type conductivity to the semiconductor may be included.
また、上記各構成において、前記基本波であるレーザビームは、パルス幅が1フェムト秒以上10ピコ秒以下で発振することを特徴としている。パルス幅を1フェムト秒以上10ピコ秒以下の範囲とすることで、多光子吸収を引き起こすのに十分な高強度を得ることができる。パルス幅が10ピコ秒より長い数十ピコ秒のレーザビームでは多光子吸収が生じない。また、パルス幅が150フェムト秒のレーザビームを用いて半導体の加熱を行う実験を実施したところ、加熱されたことが確認でき、このことから多光子吸収が引き起こされたと思われる。 In each of the above structures, the laser beam as the fundamental wave oscillates with a pulse width of 1 femtosecond or more and 10 picoseconds or less. By setting the pulse width in the range of 1 femtosecond or more and 10 picoseconds or less, high intensity sufficient to cause multiphoton absorption can be obtained. Multiphoton absorption does not occur in a laser beam having a pulse width of several tens of picoseconds longer than 10 picoseconds. In addition, when an experiment was performed in which a semiconductor was heated using a laser beam having a pulse width of 150 femtoseconds, it was confirmed that the semiconductor was heated. From this, it is considered that multiphoton absorption was caused.
多光子吸収を引き起こすのに十分な高強度を得ることができるレーザとして、パルス幅がピコ秒あるいはフェムト秒のパルスレーザがある。該パルスレーザとして用いることができるのは、Sapphire、YAG、セラミックスYAG、セラミックスY2O3、KGW、KYW、Mg2SiO4、YLF、YVO4、GdVO4などの結晶に、Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Erなどのドーパントを添加したものが挙げられる。 As a laser capable of obtaining an intensity high enough to cause multiphoton absorption, there is a pulse laser having a pulse width of picosecond or femtosecond. As the pulse laser, Sapphire, YAG, ceramics YAG, ceramics Y 2 O 3 , KGW, KYW, Mg 2 SiO 4 , YLF, YVO 4 , GdVO 4, etc. can be used for crystals such as Nd, Yb, Cr , Ti, Ho, Er and other dopants.
なお、本発明で用いるレーザの繰り返し周波数は10MHz以上とすることも特徴の一つである。本発明で用いるレーザの繰り返し周波数は、従来のパルス発振のレーザで用いられている数十Hz〜数百Hzの周波数帯よりも著しく高い周波数帯を用いる。パルス発振でレーザ光を半導体に照射してから半導体が完全に固化するまでの時間は数十nsec〜数百nsecと言われており、10MHz以上のパルスレーザ発振器を用いると、半導体がレーザ光によって溶融してから固化するまでに、次のパルスのレーザ光を照射できる。 One feature of the present invention is that the repetition frequency of the laser used in the present invention is 10 MHz or more. The repetition frequency of the laser used in the present invention is a frequency band significantly higher than the frequency band of several tens to several hundreds of Hz used in the conventional pulse oscillation laser. It is said that the time from irradiation of a laser beam to a semiconductor by pulse oscillation until the semiconductor is completely solidified is several tens to several hundreds nsec. When a pulse laser oscillator of 10 MHz or more is used, the semiconductor is The laser light of the next pulse can be irradiated from the melting to the solidification.
この数十nsec〜数百nsecの時間内に同一箇所に再びレーザ光が照射されれば、溶融状態を保つことができるため、10MHz以上の繰り返し周波数のパルスレーザであれば、擬似的にCWレーザと同様に考えることができ、そのようなレーザは、擬似CWレーザと呼ぶ。 If the laser beam is irradiated again at the same location within the time of several tens of nsec to several hundred nsec, the molten state can be maintained. Therefore, if it is a pulse laser with a repetition frequency of 10 MHz or more, a pseudo CW laser Such a laser is called a pseudo-CW laser.
なお、本明細書でいうレーザアニール法とは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層やアモルファス層を再結晶化する技術や、基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させる技術、及び、半導体層に添加されたドーパントを活性化する技術を指している。また、半導体基板又は半導体膜の平坦化や表面改質に適用される技術も含んでいる。 Note that the laser annealing method in this specification refers to a technique for recrystallizing a damaged layer or an amorphous layer formed on a semiconductor substrate or a semiconductor film, or crystallizing an amorphous semiconductor film formed on a substrate. The technique and the technique which activates the dopant added to the semiconductor layer are pointed out. Moreover, the technique applied to planarization and surface modification of a semiconductor substrate or a semiconductor film is also included.
また、本明細書で「多光子吸収」とは、2つ以上の光子の同時吸収のことで、同じエネルギーの一光子だけの吸収ではエネルギー的に到達できない反応性のある電子励起状態に達するようなものを意味する。なお、「同時」とは10−14秒以下の時間内に発生する2つの事象を意味する。また、「電子励起状態」とは分子の電子基底状態より高いエネルギーにある分子の電子的状態のことであり、電磁放射の吸収により達成され、寿命が10−13秒より長い状態を意味する。 Further, in this specification, “multiphoton absorption” means simultaneous absorption of two or more photons, and reaches a reactive electronically excited state that cannot be reached energetically by absorption of only one photon of the same energy. Means something. “Simultaneous” means two events that occur within a time of 10 −14 seconds or less. In addition, the “electronic excited state” is an electronic state of a molecule at an energy higher than the electronic ground state of the molecule, and means a state that is achieved by absorption of electromagnetic radiation and has a lifetime longer than 10 −13 seconds.
また、上記作製方法により得られるデバイスも本発明の一つであり、その構成は、電界効果トランジスタを含む集積回路を有する半導体装置であり、半導体層上に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極の下方に位置する半導体層に形成されるチャネル形成領域と、前記チャネル形成領域の両側にn型またはp型の不純物元素が導入されたエクステンション領域と、前記エクステンション領域に接するソース領域またはドレイン領域とを有し、前記エクステンション領域は、前記ソース領域またはドレイン領域よりも接合深さが浅く形成され、前記チャネル形成領域の長さ(チャネル長)が5nm以上80nm以下であることを特徴とする半導体装置である。 A device obtained by the above manufacturing method is also one embodiment of the present invention, and the structure thereof is a semiconductor device including an integrated circuit including a field effect transistor, and includes a gate insulating film provided over a semiconductor layer and the gate. A gate electrode provided on the insulating film; a channel formation region formed in a semiconductor layer located below the gate electrode through the gate insulating film; and an n-type or a p-type on both sides of the channel formation region An extension region into which an impurity element is introduced; and a source region or a drain region in contact with the extension region, wherein the extension region is formed with a shallower junction depth than the source region or the drain region, and the channel formation region The length (channel length) of the semiconductor device is 5 nm to 80 nm.
本発明により、極めて精密にレーザー光を選択的に照射して活性化することができるため、電界効果トランジスタのチャネル形成領域の長さを5nm以上80nm以下の範囲で自由に設定することが可能である。 According to the present invention, activation can be performed by selectively irradiating laser light with high precision, so that the length of the channel formation region of the field effect transistor can be freely set within a range of 5 nm to 80 nm. is there.
また、上記構成において、前記チャネル形成領域の長さと前記ゲート電極の幅は同一であることを特徴としている。ゲート電極と重なる位置に存在するチャネル形成領域にはレーザー光は照射されず、拡散もほとんど生じないため、チャネル形成領域の長さと前記ゲート電極の幅が同一となる。 In the above structure, the length of the channel formation region and the width of the gate electrode are the same. Since the channel formation region existing at the position overlapping with the gate electrode is not irradiated with laser light and hardly diffuses, the length of the channel formation region is the same as the width of the gate electrode.
また、上記構成において、前記集積回路は、コントローラ、CPU、またはメモリのうち少なくとも一つを含むことを特徴としている。 In the above structure, the integrated circuit includes at least one of a controller, a CPU, and a memory.
本発明により、波長変換のための非線形光学素子を必要とせず、非常に大出力なレーザビーム、例えば高調波の2倍以上のエネルギーをもつもの、を得ることができる。また、本発明により、活性化した不純物が基板の深部へ不必要に拡散することを防止することができる。従って、再結晶化時において、半導体基板を十分低い基板温度に保った状態において、照射領域の不純物を効率よく活性化することができ、より高性能なデバイスの開発に利用できる。 According to the present invention, it is possible to obtain a laser beam having a very large output, for example, one having energy more than twice that of a harmonic without requiring a nonlinear optical element for wavelength conversion. Further, according to the present invention, it is possible to prevent the activated impurities from unnecessarily diffusing into the deep portion of the substrate. Therefore, at the time of recrystallization, the impurities in the irradiated region can be efficiently activated in a state where the semiconductor substrate is kept at a sufficiently low substrate temperature, which can be used for development of a higher performance device.
また、本発明により、接合深さの浅い極浅接合を形成することができる。極浅接合を形成することができれば、リーク電流を低減することができ、低消費電力を実現することもできる。加えて、半導体集積回路のさらなる微細化や高集積度化が可能となる。 In addition, according to the present invention, an ultra-shallow junction having a shallow junction depth can be formed. If an ultra-shallow junction can be formed, leakage current can be reduced and low power consumption can be realized. In addition, the semiconductor integrated circuit can be further miniaturized and highly integrated.
また、非線形光学素子は変質しやすいため、固体レーザの利点であるメンテフリーの状態を長く保てないという欠点があったが、本発明は非線形光学素子を用いないため、その欠点を克服することができる。即ち、本発明によりレーザ照射装置自体の安定性および信頼性が向上する。 In addition, since nonlinear optical elements are easily altered, there is a drawback that the maintenance-free state, which is an advantage of solid-state lasers, cannot be maintained for a long time, but the present invention does not use nonlinear optical elements, so that the disadvantages are overcome. Can do. That is, the present invention improves the stability and reliability of the laser irradiation apparatus itself.
本発明の実施形態について、以下に説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなく、その形態及び詳細を様々に変更できる。 Embodiments of the present invention will be described below. However, the present invention can be implemented in many different modes, and various changes can be made in form and details without departing from the spirit and scope of the present invention.
(実施の形態1)
図1は、本発明のレーザ照射装置の一例を示す斜視図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a laser irradiation apparatus of the present invention.
図1に示すレーザ発振器101は、パルス幅がフェムト秒(10−15秒)台で発振するレーザ(フェムト秒レーザともいう)のレーザ発振器を用いる。該レーザ発振器として用いることができるのは、Sapphire、YAG、セラミックスYAG、セラミックスY2O3、KGW、KYW、Mg2SiO4、YLF、YVO4、GdVO4などの結晶に、Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Erなどのドーパントを添加したレーザなどが挙げられる。なお、レーザ発振器101は、非線形光学素子を内蔵しておらず、レーザビームの基本波が射出される。レーザ発振器101は、レーザ媒質より発振された光を高調波に変換するための非線形光学素子を含まないが、半導体において十分に非線形光学効果(多光子吸収)を起こすだけの光の強度を持つものである。
As the
まず、レーザ発振器101から射出されたレーザビームは、スリット102を通る。スリット102は、レーザビームにおけるエネルギーの弱い部分を遮断することができ、照射面におけるレーザビームの長尺方向の長さを調整することができる。本発明において使用するスリット102については特に制限されることはなく、スリットを通過した際に強度の弱い部分を遮断できる構造あるいは形状のものを使用することができる。
First, the laser beam emitted from the
次いで、スリット102を通ったレーザビームはミラー103で方向を変えられて、半導体基板106の方向に偏向される。なお、方向を変えた後のレーザビームの方向は、半導体基板に対して垂直方向でも斜め方向でも構わない。
Next, the direction of the laser beam that has passed through the
次いで、ミラー103で方向を変えられたレーザビームは、一方向にのみ作用する第1のシリンドリカルレンズ104によって、スリット102の像を照射面である半導体基板106上に投影する。さらに、レーザビームは第1のシリンドリカルレンズ104と90度回転した一方向にのみ作用する第2のシリンドリカルレンズ105によって集光され、半導体基板106に照射される。第1のシリンドリカルレンズ104、と第2のシリンドリカルレンズ105により、照射面にて線状または楕円状または矩形状のビーム照射領域111が得られる。第1のシリンドリカルレンズ104は、ビーム照射領域111の長尺方向にビームの整形を行い、第2のシリンドリカルレンズ105は、ビーム照射領域111の短尺方向にビームの整形を行っている。本発明で用いるシリンドリカルレンズとしては、入射側、射出側のいずれか一方に凸面が形成されているものでも、両側に凸面が形成されているものでもよいが、低収差、精度の面で入射側に凸面が形成されているものを使用することが好ましい。
Next, the laser beam whose direction is changed by the
図2を用いて、本発明の光学系について詳しく説明する。なお、図2中にて用いている符号は、図1で用いたものと共通の符号を用いている。図2(a)はビーム照射領域の長尺方向を表し、図2(b)は短尺方向を表している。レーザ発振器101から射出したレーザビームはスリット102によってレーザビームの一部を遮られ、レーザビームの強度が強い部分のみがスリットを通過する。通過したレーザビームは第1のシリンドリカルレンズ104によってスリット102でできた像を半導体基板106に投影するものである。なお、図1中の実線で示すレーザビーム110は、ビーム照射領域111の中心を通るレーザビームを示している。
The optical system of the present invention will be described in detail with reference to FIG. Note that the reference numerals used in FIG. 2 are the same as those used in FIG. 2A shows the long direction of the beam irradiation region, and FIG. 2B shows the short direction. The laser beam emitted from the
ここで、本発明の特徴の一つである、第1のシリンドリカルレンズ104と、スリット102と、照射面となる半導体基板106との間の位置関係について詳しく説明する。スリット102を用いる理由は、レーザビームにおけるエネルギーの弱い部分が半導体基板に照射されるのを防ぐためである。そのようなレーザビームが半導体基板に照射されると表面に凹凸を多く有する比較的結晶粒の小さな多結晶の領域(ここでは結晶性不良領域と称する。)が形成され、好ましくない。そこで、スリット102を用い、そのような領域が半導体基板に形成されないようにする。なお、通常、レーザビームをスリットで一部遮光するとレーザの干渉性に起因する回折と呼ばれる現象が起こるが、これによりレーザビームに回折縞が発生する。以下は、そのような回折縞が照射面において発生しない方法について説明する。
Here, the positional relationship among the first
以下の2式において第1のシリンドリカルレンズ104の焦点距離をfとし、スリット102の開口の幅をsとする。このとき、スリット102と第1のシリンドリカルレンズ104の間隔をM1とし、第1のシリンドリカルレンズ104と半導体基板106の間隔をM2とする。また、照射面となる半導体基板106上での線状レーザビームの長尺方向の長さをLとする。このとき、次の2式が成り立つ。
In the following two formulas, the focal length of the first
上記2つの数式より、次の2式が成り立つ。 From the above two formulas, the following two formulas hold.
これらの関係を満たす位置にスリット、第1のシリンドリカルレンズ、照射面を配置することで、回折による縞は半導体基板に伝達されなくなる。これにより、結晶性不良領域がほとんど発生しないレーザ照射が実現できる。 By arranging the slit, the first cylindrical lens, and the irradiation surface at a position that satisfies these relationships, the fringes due to diffraction are not transmitted to the semiconductor substrate. As a result, it is possible to realize laser irradiation in which almost no poor crystallinity region is generated.
また、射出したレーザビームのビーム径、出力、ビームの形状をそのまま用いることができる場合は、シリンドリカルレンズを必ずしも2つ用いる必要はない。また、射出したレーザビームの長尺と短尺の長さの比を保ったまま集光を行う場合は、シリンドリカルレンズの代わりに、球面レンズを用いても良い。 Further, when the beam diameter, output, and beam shape of the emitted laser beam can be used as they are, it is not always necessary to use two cylindrical lenses. In addition, when focusing is performed while maintaining the ratio between the long and short lengths of the emitted laser beam, a spherical lens may be used instead of the cylindrical lens.
そして、半導体基板106を適切な速度にて移動させてレーザ照射を行う。半導体基板106は、レーザ照射の際に基板が落ちないように、吸着手段または機械的に固定する手段によって基板固定ステージ107に固定されている。また、基板固定ステージ107は、Xステージ108、Yステージ109を用いて半導体基板の表面と平行な基板固定ステージの面内をX方向またはY方向に移動させることができるようになっている。Xステージ108、およびYステージ109は、基板固定ステージ107に固定された半導体基板を100〜1000mm/secの速度で移動させることが可能である。ここでは、固定されたレーザビームの照射領域に対して、半導体基板が設置されたステージをX方向(またはY方向)に移動させてレーザ光を走査させる方式としている。なお、本発明人らの経験から予想される最適な走査の速度は、400mm/sec前後である。
Then, laser irradiation is performed by moving the
また、Xステージ108、およびYステージ109を移動させる方式に限定されず、ガルバノミラーやポリゴンミラーによりレーザ光を走査させてもよく、基板の縦方向(Y方向)に沿って、
帯状に形成されたレーザビームを照射し、その照射領域を基板に対して相対的に横方向(X方向)に移動させてレーザ光を走査させることができればよい。
Further, the method is not limited to the method of moving the
It is only necessary that the laser beam formed in a band shape is irradiated and the irradiation region is moved in the lateral direction (X direction) relative to the substrate to scan the laser light.
本発明によりレーザ照射を活性化処理に用いて、適宜、FETなどの半導体素子を作製することで、より高性能なデバイスの開発に利用できる。 According to the present invention, laser irradiation is used for activation treatment, and a semiconductor element such as an FET can be appropriately manufactured, which can be used for development of a higher performance device.
また、レーザのパルス幅に対する不純物の拡散距離を次に示す式で求めることができる。 Further, the diffusion distance of impurities with respect to the pulse width of the laser can be obtained by the following equation.
ここで、τLは時間、即ちレーザのパルス幅を指している。また、DFは材料の熱拡散係数であり、DF=KT/ρCPである。ただし、KTは熱伝導率、ρは密度、CPは比熱容量である。結晶シリコンの熱伝導率KTは、148W/m・Kであり、結晶シリコンの密度ρは、2330kg/cm3であり、結晶シリコンの比熱容量CPは、700J/(kg・K)である。従って、結晶シリコンの熱拡散係数DFは、9.074×10−5m2/sとなる。 Here, τ L indicates time, that is, the pulse width of the laser. Further, D F is the thermal diffusivity of the material, a D F = K T / ρC P . However, K T is the thermal conductivity, [rho is the density, C P is the specific heat capacity. The thermal conductivity K T of the crystalline silicon is 148 W / m · K, the density ρ of crystalline silicon, was 2330kg / cm 3, the specific heat capacity C P of the crystalline silicon is the 700J / (kg · K) . Thus, the thermal diffusion coefficient D F crystalline silicon becomes 9.074 × 10 -5 m 2 / s .
例えば、レーザのパルス幅を1psとした時、結晶シリコンの熱拡散距離LDは、9.525853nmと算出できる。このようにパルス幅をピコ秒台、或いはフェムト秒(10−15秒)台のパルスレーザから射出されるレーザビームを用いた場合、結晶シリコンの熱拡散距離は極めて小さく、レーザビームで照射された部分のみが高温高密度エネルギー状態となり、熱拡散により熱影響層がほとんどでないことを示している。即ち、パルス幅をピコ秒台、或いはフェムト秒(10−15秒)台のパルスレーザから射出されるレーザビームを半導体に添加された不純物の活性化に用いた場合、接合深さの浅い極浅接合を形成することができる。 For example, when the laser pulse width is 1 ps, the thermal diffusion length L D of the crystalline silicon can be calculated as 9.525853Nm. When a laser beam emitted from a pulse laser with a pulse width in the picosecond or femtosecond ( 10-15 seconds) range is used as described above, the thermal diffusion distance of crystalline silicon is extremely small, and the laser beam is irradiated with the laser beam. Only the part is in a high-temperature and high-density energy state, indicating that there is almost no heat-affected layer due to thermal diffusion. That is, when a laser beam emitted from a pulse laser with a pulse width on the order of picoseconds or femtoseconds ( 10-15 seconds) is used to activate impurities added to the semiconductor, the junction depth is very shallow. A bond can be formed.
また、本発明において、レーザのパルス幅などの照射条件を適宜設定することで接合深さを自由に調節することもできる。 In the present invention, the junction depth can be freely adjusted by appropriately setting the irradiation conditions such as the pulse width of the laser.
また、ここでは活性化に用いた例を示したが、特に限定されず、シリサイド形成処理などで代表される様々なレーザアニール処理に適用することができる。 Although an example used for activation is shown here, the present invention is not particularly limited, and can be applied to various laser annealing processes represented by a silicide formation process or the like.
(実施の形態2)
以下に本発明を用いたFETの作製手順を簡略に図3(A)及び図3(B)を用いて示す。ここでは不純物が導入された不純物領域に対して、近赤外領域の波長をもつ基本波であり、且つ、パルス幅が10ps程度以下のレーザ光を照射し、照射領域に非線形光学効果(多光子吸収)を生じさせて活性化を行う例を示す。
(Embodiment 2)
A procedure for manufacturing an FET using the present invention will be briefly described below with reference to FIGS. 3 (A) and 3 (B). Here, a fundamental wave having a wavelength in the near-infrared region and a pulse width of about 10 ps or less is irradiated to the impurity region into which the impurity is introduced, and a nonlinear optical effect (multiphoton) is applied to the irradiation region. An example of performing activation by causing absorption) will be described.
まず、単結晶シリコンからなるシリコン基板301を用意する。そして、シリコン基板の主面(素子形成面または回路形成面)の第1の素子形成領域にn型ウェル302を、第2の素子形成領域にp型ウェル303をそれぞれ選択的に形成する。
First, a
次いで、第1の素子形成領域と第2の素子形成領域とを区画するための素子分離領域となるフィールド酸化膜306を形成する。フィールド酸化膜306は厚い熱酸化膜であり、公知のLOCOS法を用いて形成すればよい。なお、素子分離法は、LOCOS法に限定されず、例えば素子分離領域はトレンチ分離法を用いてトレンチ構造を有していてもよいし、LOCOS構造とトレンチ構造の組み合わせであってもよい。
Next, a
次いで、シリコン基板の表面を、例えば熱酸化させることによってゲート絶縁膜を形成する。ゲート絶縁膜は、CVD法を用いて形成してもよく、酸化窒化珪素膜や酸化珪素膜や窒化珪素膜やそれらの積層膜を用いることができる。例えば、熱酸化により得られる膜厚5nmの酸化珪素膜とCVD法で得られる膜厚10nm〜15nmの酸化窒化珪素膜の積層膜を形成する。 Next, a gate insulating film is formed by thermally oxidizing the surface of the silicon substrate, for example. The gate insulating film may be formed by a CVD method, and a silicon oxynitride film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a stacked film thereof can be used. For example, a stacked film of a silicon oxide film having a thickness of 5 nm obtained by thermal oxidation and a silicon oxynitride film having a thickness of 10 nm to 15 nm obtained by a CVD method is formed.
次いで、ポリシリコン層311a、317aとシリサイド層311b、317bとの積層膜を全面に形成し、リソグラフィ技術およびドライエッチング技術に基づき積層膜をパターニングすることによってゲート絶縁膜上にポリサイド構造を有するゲート電極311、317を形成する。ポリシリコン層311a、317aは低抵抗化するために予め、1021/cm3程度の濃度でリン(P)をドープしておいても良いし、ポリシリコン膜311a、317aを形成した後で濃いn型不純物を拡散させても良い。また、シリサイド層311b、317bを形成する材料はモリブデンシリサイド(MoSix)、タングステンシリサイド(WSix)、タンタルシリサイド(TaSix)、チタンシリサイド(TiSix)などを適用することが可能であり、公知の方法に従い形成すれば良い。
Next, a laminated film of
次いで、エクステンション領域を形成するために、ゲート絶縁膜を介してシリコン半導体基板にイオン注入を行う。本実施の形態においては、各ソース領域およびドレイン領域とチャネル形成領域との間に形成された不純物領域をエクステンション領域と呼ぶ。エクステンション領域307、313の不純物濃度は、ソース領域およびドレイン領域の不純物濃度よりも低い場合もあるし、同等の場合もあるし、高い場合もある。即ち、エクステンション領域の不純物濃度は、半導体装置に要求される特性に基づいて決定すればよい。
Next, in order to form an extension region, ion implantation is performed on the silicon semiconductor substrate through the gate insulating film. In this embodiment mode, an impurity region formed between each source region and drain region and a channel formation region is referred to as an extension region. The impurity concentration of the
本実施の形態は、CMOSを製造する場合であるので、pチャネル型FETを形成すべき第1の素子形成領域をレジスト材料で被覆し、n型不純物であるヒ素(As)やリン(P)をシリコン基板に注入する。また、nチャネル型FETを形成すべき第2の素子形成領域をレジスト材料で被覆し、p型不純物であるボロン(B)をシリコン基板に注入する。 Since this embodiment is a case of manufacturing a CMOS, a first element formation region in which a p-channel FET is to be formed is covered with a resist material, and arsenic (As) or phosphorus (P) that are n-type impurities. Is injected into the silicon substrate. Further, the second element formation region in which the n-channel FET is to be formed is covered with a resist material, and boron (B) that is a p-type impurity is implanted into the silicon substrate.
次いで、イオン注入された不純物の活性化および、イオン注入によって発生したシリコン基板における結晶欠陥を回復するために、第1回目の活性化処理を行う。本実施の形態においては、実施の形態1に示すように、基本波であり、且つ、パルス幅が10ps以下のレーザ光を照射し、非線形光学効果(多光子吸収)を生じさせて活性化を行う。本プロセスを効率よく行うため、レーザの繰り返し周波数は、10MHz以上としてもよい。Siの融点程度の温度まで半導体基板を加熱し、表面の薄い層を局所的に加熱して活性化する。このとき、Si内の不純物は非常に短い時間で加熱されるため、その間に移動できる距離は極めて短い。しかしながら、Siの格子点に移動するには十分な距離であるため、本プロセスにより、注入されている不純物を十分に活性化することができる。また、先の議論でも述べたとおり、本プロセスによる不純物の移動距離は1nm程度以下と短く、これによって不純物の拡散を極力抑えることができる。 Next, a first activation process is performed in order to activate the ion-implanted impurities and recover crystal defects in the silicon substrate generated by the ion implantation. In the present embodiment, as shown in the first embodiment, activation is performed by irradiating a laser beam having a fundamental wave and a pulse width of 10 ps or less to generate a nonlinear optical effect (multiphoton absorption). Do. In order to perform this process efficiently, the repetition frequency of the laser may be 10 MHz or more. The semiconductor substrate is heated to a temperature about the melting point of Si, and the thin layer on the surface is locally heated to be activated. At this time, since the impurities in Si are heated in a very short time, the distance that can be moved during that time is extremely short. However, since the distance is sufficient to move to the lattice point of Si, the implanted impurity can be sufficiently activated by this process. In addition, as described in the previous discussion, the migration distance of impurities by this process is as short as about 1 nm or less, which can suppress the diffusion of impurities as much as possible.
次いで、ゲート電極の側壁にサイドウォール312、318を形成する。例えば酸化珪素からなる絶縁材料層を全面にCVD法にて体積させ、かかる絶縁材料層をエッチバックすることによってサイドウォールを形成すればよい。エッチバックの際に自己整合的にゲート絶縁膜を選択的に除去してもよい。また、エッチバック後にゲート絶縁膜のエッチングを行ってもよい。こうして、ゲート電極の幅と、そのゲート電極の側壁の両側に設けられたサイドウォールの幅とを合計した幅を有するゲート絶縁膜310、316が形成される。
Next, sidewalls 312 and 318 are formed on the sidewalls of the gate electrode. For example, an insulating material layer made of silicon oxide may be made to have a volume by a CVD method over the entire surface, and the insulating material layer may be etched back to form a sidewall. The gate insulating film may be selectively removed in a self-aligned manner during the etch back. Further, the gate insulating film may be etched after the etch back. Thus,
次いで、ソース領域およびドレイン領域を形成するために、露出したシリコン基板にイオン注入を行う。CMOSを製造する場合であるので、pチャネル型FETを形成すべき第1の素子形成領域をレジスト材料で被覆し、n型不純物であるヒ素(As)やリン(P)をシリコン基板に注入してソース領域314及びドレイン領域315を形成する。また、nチャネル型FETを形成すべき第2の素子形成領域をレジスト材料で被覆し、p型不純物であるボロン(B)をシリコン基板に注入してソース領域308及びドレイン領域309を形成する。
Next, ion implantation is performed on the exposed silicon substrate to form a source region and a drain region. Since the CMOS is manufactured, the first element formation region where the p-channel FET is to be formed is covered with a resist material, and n-type impurities such as arsenic (As) and phosphorus (P) are implanted into the silicon substrate. Thus, a
次いで、イオン注入された不純物の活性化および、イオン注入によって発生したシリコン基板における結晶欠陥を回復するために、第2回目の活性化処理を行う。第2回目の活性化処理も基本波であり、且つ、パルス幅が10ps以下のレーザ光を照射し、非線形光学効果(多光子吸収)を生じさせて活性化を行う。この段階での断面図が図3(A)に相当する。 Next, a second activation process is performed in order to activate the ion-implanted impurities and recover crystal defects in the silicon substrate generated by the ion implantation. The second activation process is also a fundamental wave, and activation is performed by irradiating a laser beam having a pulse width of 10 ps or less to generate a nonlinear optical effect (multiphoton absorption). A cross-sectional view at this stage corresponds to FIG.
そして、活性化後に層間絶縁膜やプラグ電極やメタル配線等を形成する。第1の層間絶縁膜331は、プラズマCVD法や減圧CVD法を用いて酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などで100〜2000nmの厚さに形成する。さらにその上にリンガラス(PSG)、あるいはボロンガラス(BSG)、もしくはリンボロンガラス(PBSG)の第2の層間絶縁膜332が形成する。第2の層間絶縁膜332は、平坦性を上げるため、スピンコート法や常圧CVD法で作製する。
Then, after activation, an interlayer insulating film, a plug electrode, a metal wiring, and the like are formed. The first
ソース電極333、335、及びドレイン電極334、336は、第1の層間絶縁膜331および第2の層間絶縁膜332にそれぞれのFETのソース領域及びドレイン領域に達するコンタクトホールを形成した後に形成するもので、低抵抗材料として通常良く用いられるアルミニウム(Al)を用いると良い。また、Alとチタン(Ti)の積層構造としても良い。
The
また、ここでは図示していないが、第1の層間絶縁膜331および第2の層間絶縁膜332にゲート電極に達するコンタクトホールが設けられ、第2の層間絶縁膜上に設けられている配線と電気的に接続する電極が開口部において第1の層間絶縁膜の一部上に形成する。
Although not shown here, a contact hole reaching the gate electrode is provided in the first
最後に、パッシベーション膜341と第3の層間絶縁膜342を形成し、図3(B)の状態を得る。図3(B)において向かって左側のトランジスタがpチャネル型FET201であり、右側のトランジスタがnチャネル型FET202である。
Finally, a
パッシベーション膜341は、プラズマCVD法で窒化シリコン膜、または酸化シリコン膜、あるいは窒化酸化シリコン膜で形成されている。さらに、第3の層間絶縁膜342は有機樹脂材料で1μm〜2μmの厚さに形成する。有機樹脂材料として、ポリイミド、ポリアミド、アクリル、ベンゾシクロブテン(BCB)などを用いることができる。有機樹脂膜を用いることの利点は、膜の形成方法が簡単である点や、比誘電率が低いので寄生容量を低減できる点、平坦化するのに適している点などがある。勿論、上述した以外の有機樹脂膜を用いても良い。
The
本発明により、パンチスルーや、ゲートリーク等の短チャネル効果を抑制することができ、半導体装置のさらなる微細化を進展させることができる。また、本発明により、FETのソース領域とドレイン領域の間隔やエクステンション領域の幅を自由に設計することが可能となる。従って、本発明によりFETのチャネル長を5nm〜80nmの範囲で自由に設計することが可能である。 According to the present invention, short channel effects such as punch-through and gate leakage can be suppressed, and further miniaturization of a semiconductor device can be promoted. Further, according to the present invention, it is possible to freely design the distance between the source region and the drain region of the FET and the width of the extension region. Therefore, according to the present invention, the FET channel length can be freely designed in the range of 5 nm to 80 nm.
また、本実施の形態は実施の形態1と自由に組み合わせることができる。 Further, this embodiment mode can be freely combined with Embodiment Mode 1.
(実施の形態3)
本発明の半導体装置の作製方法について図面を参照して説明する。本実施の形態は、絶縁層と単結晶半導体層とが積層されたSOI(silicon on insulator)基板を用いる例を示す。
(Embodiment 3)
A method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment shows an example in which an SOI (silicon on insulator) substrate in which an insulating layer and a single crystal semiconductor layer are stacked is used.
SOI基板としては、例えば、SIMOX(separation by implanted oxygen)基板が挙げられる。SIMOX基板510は、単結晶半導体層の表面からわずかに深い部分に酸素分子を埋め込み、それを高熱で酸化させることにより、絶縁層とその絶縁層上に単結晶半導体層を作製した基板であり、第1の単結晶半導体層511と、絶縁層512と、第2の単結晶半導体層513とが積層された基板である(図4(A)参照)。
As an SOI substrate, for example, a SIMOX (separation by implied oxygen) substrate can be cited. The
SIMOX基板510を用いた本発明の半導体装置の作製方法について説明する。まず、SIMOX基板510の一表面の第1の単結晶半導体層511を活性層とした電界効果トランジスタなどの第1の素子を複数形成する。続いて、第1の単結晶半導体層511上に、第2の素子を含む層514を形成する(図4(B)参照)。次に、SIMOX基板510の一表面とは反対の表面の第2の単結晶半導体層513をエッチングして除去する(図4(C)参照)。そうすると、絶縁層512と、第1の単結晶半導体層511と、第2の素子を含む層514とが順に積層された半導体装置516が完成する(図4(D)参照)。
A method for manufacturing a semiconductor device of the present invention using the
なお、第2の単結晶半導体層513の除去は、砥石等の研削研磨装置515を用いて行ってもよいし、エッチング剤を用いて行ってもよいし、研削研磨装置515とエッチング剤を併用して行ってもよい。好ましくは、第2の単結晶半導体層513がある程度の薄さになるまでは研削研磨し、その後、絶縁層512が露出するまで、エッチング剤により第2の単結晶半導体層513を除去するとよい。エッチング剤は、ウエットエッチングであれば、フッ酸を水やフッ化アンモニウムで希釈した混液、フッ酸と硝酸の混液、フッ酸と硝酸と酢酸の混液、過酸化水素と硫酸の混液、過酸化水素とアンモニウム水と水の混液、過酸化水素と塩酸と水の混液等を用いる。また、ドライエッチングであれば、フッ素等のハロゲン系の原子や分子を含む気体、又は酸素を含む気体を用いる。好ましくは、フッ化ハロゲン又はハロゲン間化合物を含む気体又は液体を使用する。例えば、フッ化ハロゲンを含む気体として三フッ化塩素(ClF3)を用いるとよい。
Note that the removal of the second single
SIMOX基板510が含む第2の単結晶半導体層513の厚さは、数十〜数百μmの厚さであるのに対し、第1の単結晶半導体層511の厚さは0.3μm以下と大変薄い。従って、第1の単結晶半導体層511を用いて電界効果トランジスタを複数形成した後に、第2の単結晶半導体層513を除去すれば、小型、薄型、軽量を実現した半導体装置、例えば、超大規模集積回路(ULSI)やSRAM、DRAMなどのメモリ装置を提供することができる。
The thickness of the second single
さらに詳しく説明するため、第1の素子を電界効果トランジスタとし、第2の素子を記憶素子としてDRAMを作製する方法を図5、図6を用いて以下に示す。 In order to describe in more detail, a method for manufacturing a DRAM using a first element as a field effect transistor and a second element as a memory element will be described below with reference to FIGS.
まず、図5(A)に示すように、第1の単結晶半導体層511と、絶縁層512と、第2の単結晶半導体層513とが積層されたSIMOX基板上に無機絶縁膜614を形成する。
First, as illustrated in FIG. 5A, an inorganic
次いで、導電材料からなるゲート電極616を形成し、ゲート電極616をマスクとして無機絶縁膜を自己整合的にエッチングしてゲート絶縁膜615を形成する。この段階で図5(B)の状態が得られる。
Next, a
次いで、エクステンション領域を形成するため、不純物をプラズマドーピング法により導入して第1の不純物領域617aを形成する。プラズマドーピング法を用いることによって極浅の不純物注入を行うことができる。この段階で図5(C)の状態が得られる。
Next, in order to form an extension region, an impurity is introduced by a plasma doping method to form a
次いで、導入した不純物を極浅、且つ、高濃度のプロファイル(分布)のまま活性化を行うために、基本波であり、且つ、パルス幅が10ps以下のレーザ光を照射し、照射領域に非線形光学効果(多光子吸収)を生じさせるレーザアニールを行う。こうして、電気的に活性化された第1の不純物領域617bが形成される。この段階で図5(D)の状態が得られる。
Next, in order to activate the introduced impurity with a very shallow profile (distribution) at a high concentration, a laser beam having a fundamental wave and a pulse width of 10 ps or less is irradiated, and the irradiated region is nonlinearly applied. Laser annealing that produces an optical effect (multiphoton absorption) is performed. Thus, a
次いで、ゲート電極616を覆うように窒化珪素膜を成膜し、膜厚分だけ異方的にドライエッチングする。こうして、図5(E)に示すように、ゲート電極616の側壁部に窒化珪素膜を部分的に残したサイドウォール618を形成する。このサイドウォール618を形成することによってゲート電極616端部で不純物の濃度勾配を形成して、電界効果トランジスタの信頼性を向上させている。
Next, a silicon nitride film is formed so as to cover the
次いで、ソース領域およびドレイン領域を形成するため、不純物をイオンドーピング法により導入して第2の不純物領域619を形成する。イオンドーピング法を用いることによって第1の不純物領域よりも深く不純物注入を行う。この段階で図5(F)の状態が得られる。
Next, in order to form a source region and a drain region, an impurity is introduced by an ion doping method to form a
次いで、第2の不純物領域619の活性化を行う。ここでの活性化としては、YAGレーザ或いはXeClレーザを用いてエネルギ密度0.1〜1J/cm2程度のレーザアニールを行う。なお、このレーザアニールに代えて、基本波であり、且つ、パルス幅が10ps以下のレーザ光を用いるレーザアニールを行うことも可能である。
Next, the
次いで、第1の酸化珪素膜620をCVD法により形成した後、CMPで平坦化し、コンタクトホールをフォトリソグラフィ工程で形成する。第1の酸化珪素膜620をエッチングして形成されたコンタクトホールをポリシリコンで充填し、第2の不純物領域619と接する引出端子(プラグとも呼ぶ)621を形成する。なお、キャパシタ用のプラグ624、625も同時に形成される。次いで、第2の酸化珪素膜622を全面に成膜した後、ビット線を形成する部分を開口する。次いで、スパッタ法によりTiN膜とW膜とを積層成膜し、パターニングしてビット線623を形成する。なお、ビット線623は2つのメモリセルで共通とする。
Next, after a first
次いで、ビット線623のさらに上にキャパシタを形成するために、第3の酸化珪素膜626と窒化珪素膜627をCVD法により形成した後、CMPで平坦化し、コンタクトホールのフォトリソグラフィを行う。第3の酸化珪素膜626及び窒化珪素膜627をエッチングして形成されたコンタクトホールをポリシリコンで充填し、キャパシタ用の第1のプラグ624、625と接するキャパシタ用の第2のプラグ628、629を形成する。
Next, in order to form a capacitor further above the
次いで、円筒形状のキャパシタを形成するため、形成しようとするキャパシタの高さに相当する膜厚で第4の酸化珪素膜をCVD法により形成する。キャパシタの孔パターンをフォトリソグラフィで形成してエッチングする。なお、キャパシタは隣のキャパシタと接触しない範囲で極力大きく設計する。 Next, in order to form a cylindrical capacitor, a fourth silicon oxide film is formed by a CVD method with a film thickness corresponding to the height of the capacitor to be formed. The hole pattern of the capacitor is formed by photolithography and etched. The capacitor is designed to be as large as possible without touching the adjacent capacitor.
次いで、第4の酸化珪素膜の孔の内面を含めて全面に薄いポリシリコン膜をCVD法により形成する。次いで、エッチバックを行って部分的にポリシリコン膜を除去すると孔の内面だけにポリシリコン膜が残って円筒形状の電極(キャパシタの下部電極)630が形成される。 Next, a thin polysilicon film is formed on the entire surface including the inner surface of the hole of the fourth silicon oxide film by the CVD method. Next, when the polysilicon film is partially removed by performing etch back, the polysilicon film remains only on the inner surface of the hole, and a cylindrical electrode (lower electrode of the capacitor) 630 is formed.
また、本発明は図6に示すメモリセルの構造に限定されず、たとえば、プレーナ型、スタック型、トレンチ型としてもよい。 Further, the present invention is not limited to the structure of the memory cell shown in FIG. 6, and may be, for example, a planar type, a stack type, or a trench type.
次いで、Ta2O5膜と、TiN膜をCVD法により形成した後、パターニングしてTiN膜からなる上部電極(プレートとも呼ばれる)631を形成する。以上の工程でメモリセルが完成する。なお、Ta2O5膜に代わる誘電体としてBaSrTiO3やSiO2やSi3N4などを用いることができる。 Next, a Ta 2 O 5 film and a TiN film are formed by a CVD method, and then patterned to form an upper electrode (also called a plate) 631 made of the TiN film. The memory cell is completed through the above steps. Note that BaSrTiO 3 , SiO 2 , Si 3 N 4, or the like can be used as a dielectric instead of the Ta 2 O 5 film.
そして、第1の層間絶縁膜632または第2の層間絶縁膜633を形成し、周辺に設けられたCMOS回路(図示しない)を第1の配線と第2の配線とで接続する。上下の配線間は、コンタクトホールの形成とプラグの形成とで電気的に接続させる。
Then, a first
CMOS回路を第1の配線と第2の配線とで接続する。なお、図6に示すようにメモリアレイ上は第1の配線と、第2の配線とが横切るだけである。周辺の電界効果トランジスタに対して、ビット線と、第1の配線と、第2の配線との計3層の配線構造が組まれている。 The CMOS circuit is connected by the first wiring and the second wiring. As shown in FIG. 6, only the first wiring and the second wiring cross over the memory array. A total of three layers of wiring structures including a bit line, a first wiring, and a second wiring are assembled for the peripheral field effect transistor.
また、第1の配線は、TiN膜634aと、Alを主成分とする膜634bの積層で形成する。また、第2の配線もTiN膜635aと、Alを主成分とする膜635bの積層で形成する。
The first wiring is formed by stacking a
そして、いろいろな工程を経たダメージ回復などのために水素雰囲気下でアニールを行う。そして、酸化珪素膜または窒化珪素膜からなる最終保護膜636を形成して、ボンディングパッド(パッケージへの接続端子部分)において第2の配線が露出するように開口する。
Then, annealing is performed in a hydrogen atmosphere in order to recover damage after various processes. Then, a final
最後に、第2の単結晶半導体層513を削り、薄くする。こうして、図6に構造の一部を示したDRAMが完成する。
Finally, the second single
そして、ウェーハからDRAMを有するチップを個々に分離するためにダイシングを行う。ついで、ウェーハからチップを一つずつピックアップし、リードフレームに搭載する。そして、チップの電極端子とリードフレームのインナリードとの間を、直径約20〜30μmの金ワイヤーで電気的導通できるように繋ぐ。次いで、取り扱いが容易になるようにモールド樹脂層で封止する。次いで、リードをはんだメッキして錆を防ぐ。次いで、リードフレームから個々のパッケージに切り離し、リードを成形する。こうして、パッケージを行う。 Then, dicing is performed to separate the chips having DRAM from the wafer. Next, chips are picked up one by one from the wafer and mounted on the lead frame. Then, the electrode terminals of the chip and the inner leads of the lead frame are connected so as to be electrically connected by a gold wire having a diameter of about 20 to 30 μm. Then, it is sealed with a mold resin layer so as to facilitate handling. The leads are then solder plated to prevent rust. Next, the lead frame is cut into individual packages, and the leads are molded. Thus, packaging is performed.
図7に、パッケージが行われたデバイスの断面構造を表す斜視図を示す。図7に示す構造は、ワイヤボンディング法でチップ702がリードフレーム701に接続されている。また、チップ702は、モールド樹脂層703によって封止されている。また、チップ702はリードフレーム701上に、マウント用の接着剤704によりマウントされている。
FIG. 7 is a perspective view showing a cross-sectional structure of a device on which packaging is performed. In the structure shown in FIG. 7, a
また、リードフレーム701は、ソルダーボール705が設けられたボールグリッドアレイ型である。ソルダーボール705は、リードフレーム701のチップ702がマウントされている面とは反対の面に設けられている。そしてリードフレーム701に設けられた配線706は、リードフレームに設けられたコンタクトホールを介して、ソルダーボール705と電気的に接続している。
The
なお、本実施の形態では、チップ702とソルダーボール705との電気的な接続をするための配線706を、リードフレーム701のチップがマウントされている面上に設けているが、リードフレームはこれに限定されない。例えば、リードフレームの内部において配線が多層化されて設けられていても良い。
In this embodiment, the
そして、図7では、チップ702と配線706とが、金ワイヤー707によって電気的に接続されている。チップ702には半導体素子が設けられており、またチップ702のリードフレーム701が設けられている面とは反対の面に、パッドが設けられている。パッドは該半導体素子と電気的に接続されている。そしてパッドは、リードフレーム701に設けられた配線706と、金ワイヤー707によって接続されている。
In FIG. 7, the
また、本実施の形態は実施の形態1または実施の形態2と自由に組み合わせることができる。 Further, this embodiment mode can be freely combined with Embodiment Mode 1 or Embodiment Mode 2.
(実施の形態4)
本発明のレーザアニール法を用いて作製したFETを集積したICチップを搭載し、様々な電子機器を完成させることができる。また、本発明のレーザアニール法を用いて作製したFETをスイッチング素子とし、該スイッチング素子に接続する反射電極を設けることによって反射型のアクティブマトリクス基板とした。その反射型のアクティブマトリクス基板を用いて電子機器の表示部を構成し、様々な電子機器を完成させることができる。
(Embodiment 4)
Various electronic devices can be completed by mounting an IC chip on which FETs manufactured using the laser annealing method of the present invention are integrated. Further, an FET manufactured by using the laser annealing method of the present invention was used as a switching element, and a reflective electrode connected to the switching element was provided to obtain a reflective active matrix substrate. By using the reflective active matrix substrate, a display portion of the electronic device can be formed, and various electronic devices can be completed.
そのような電子機器としては、パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、ビデオカメラ、デジタルカメラ、反射型プロジェクター、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDigital Versatile Disc(DVD))等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイとICチップを備えた装置)などが挙げられる。 Such electronic devices include personal computers, game devices, portable information terminals (mobile computers, mobile phones, portable game machines, electronic books, etc.), video cameras, digital cameras, reflective projectors, navigation systems, sound playback devices. (Car audio, audio component, etc.), an image playback device (specifically, Digital Versatile Disc (DVD)) provided with a recording medium, etc., and a display and an IC chip that can display the image Apparatus).
本発明の電子機器の1つである携帯電話を例に挙げ、パッケージが実際に電子機器に実装されている様子を図8(A)に示す。 A cellular phone which is one of the electronic devices of the present invention is taken as an example, and FIG. 8A shows a state where the package is actually mounted on the electronic device.
図8(A)に示す携帯電話のモジュールは、プリント配線基板816に、メモリ802上に積層されたCPU811、電源回路803、音声処理回路801に積層されたコントローラ829、送受信回路804や、その他、抵抗、バッファ、容量素子等の素子が実装されている。また、パネル800がFPC808によってプリント配線基板816に実装されている。パネル800には、画素部805と、該画素部805が有する画素を選択する走査線駆動回路806と、選択された画素にビデオ信号を供給する信号線駆動回路807とが設けられている。
A cellular phone module illustrated in FIG. 8A includes a printed
プリント配線基板816への電源電圧及びキーボードなどから入力された各種信号は、複数の入力端子が配置されたプリント配線基板用のインターフェース部809を介して供給される。また、アンテナとの間の信号の送受信を行なうためのアンテナ用ポート810が、プリント配線基板816に設けられている。
The power supply voltage to the printed
なお、図8(A)ではパネル800にプリント配線基板816がFPCを用いて実装されているが、必ずしもこの構成に限定されない。COG(Chip on Glass)方式を用い、コントローラ829、音声処理回路801、メモリ802、CPU811または電源回路803をパネル800に直接実装させるようにしても良い。
Note that in FIG. 8A, the printed
また、プリント配線基板816において、引きまわしの配線間に形成される容量や配線自体が有する抵抗等によって、電源電圧や信号にノイズがのったり、信号の立ち上がりが鈍ったりすることがある。そこで、プリント配線基板816に容量素子、バッファ等の各種素子を設けることで、電源電圧や信号にノイズがのったり、信号の立ち上がりが鈍ったりするのを防ぐことができる。
Further, in the printed
また、図8(B)は、FPC上に搭載された集積回路が備えられたモジュールの例を示している。 FIG. 8B illustrates an example of a module provided with an integrated circuit mounted on an FPC.
図8(B)に示すように、FPC908上には、集積回路(コントローラ901、CPU(Central Processing unit)902、メモリ903)が搭載されている。パネル900には、画素部905、および駆動回路(信号線駆動回路907、走査線駆動回路906)が設けられており、これらと外部に設けられた外部電源等(図示せず)を電気的に接続するためのFPC908が、接着剤909によりパネル900上に貼り付けられている。FPC908上に半導体基板を用いた集積回路(コントローラ901、CPU902、メモリ903)を設けることで、電源電圧や信号にノイズがのったり、信号の立ち上がりが鈍ったりするのを防いでいる。
As shown in FIG. 8B, an integrated circuit (controller 901, CPU (Central Processing unit) 902, memory 903) is mounted on the FPC 908. The panel 900 is provided with a pixel portion 905 and a driving circuit (a signal
また、本実施の形態は実施の形態1、実施の形態2、または実施の形態3と自由に組み合わせることができる。 Further, this embodiment mode can be freely combined with Embodiment Mode 1, Embodiment Mode 2, or Embodiment Mode 3.
(実施の形態5)
本発明のレーザアニール法を用いて作製したFETを集積したICチップを薄膜集積回路、または非接触型薄膜集積回路装置(無線ICタグ、RFID(無線認証、Radio Frequency Identification)とも呼ばれる)として用いることもできる。
(Embodiment 5)
An IC chip on which an FET manufactured using the laser annealing method of the present invention is integrated is used as a thin film integrated circuit or a non-contact type thin film integrated circuit device (wireless IC tag, also referred to as RFID (Radio Frequency Identification)). You can also.
アンテナとして機能する導電層1517が設けられたカード状基板1518に本発明のICチップ1516を貼り付けたIDカードの例を図9に示す。このように、本発明のICチップ1516は、小型、薄型、軽量であり、多種多様の用途が実現し、物品に貼り付けても、その物品のデザイン性を損なうことがない。
FIG. 9 shows an example of an ID card in which the
なお、本発明のICチップ1516は、カード状基板1518に貼り付ける形態に制約されず、曲面や様々な形状の物品に貼り付けることもできる。例えば、ICチップを紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類(運転免許証や住民票等)、包装用容器類(包装紙やボトル等)、記録媒体(DVDソフトやビデオテープ等)、乗物類(自転車等)、身の回り品(鞄や眼鏡等)、食品類、衣類、生活用品類等に設けて使用することができる。
Note that the
また、本実施の形態は実施の形態1、実施の形態2、実施の形態3、または実施の形態4と自由に組み合わせることができる。 Further, this embodiment mode can be freely combined with Embodiment Mode 1, Embodiment Mode 2, Embodiment Mode 3, or Embodiment Mode 4.
(実施の形態6)
本発明のレーザアニール法を用いて作製したFETを用いたICチップとして搭載し、様々な電子機器を完成させることができる。その具体例を図10を用いて説明する。
(Embodiment 6)
Various electronic devices can be completed by mounting as an IC chip using an FET manufactured by using the laser annealing method of the present invention. A specific example will be described with reference to FIG.
図10(A)は表示装置であり、筐体1901、支持台1902、表示部1903、スピーカー部1904、ビデオ入力端子1905などを含む。この表示装置は、他の実施の形態で示した作製方法により形成したFETを駆動ICに用いることにより作製される。なお、表示装置には液晶表示装置、発光装置などがあり、具体的にはコンピュータ用、テレビ受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
FIG. 10A illustrates a display device, which includes a
図10(B)はコンピュータであり、筐体1911、表示部1912、キーボード1913、外部接続ポート1914、ポインティングマウス1915などを含む。上述した実施の形態で示した作製方法を用いてFETを形成することにより、その形成したFETを表示部の駆動ICや、本体内部のCPU、メモリなどにも適用が可能である。
FIG. 10B illustrates a computer, which includes a
また、図10(C)は携帯電話であり、携帯情報端末の1つの代表例である。この携帯電話は筐体1921、表示部1922、センサ部1924、操作キー1923などを含む。センサ部1924は、光センサ素子を有しており、センサ部1924で得られる照度に合わせて表示部1922の輝度コントロールを行ったり、センサ部1924で得られる照度に合わせて操作キー1923の照明制御を行うことで携帯電話の消費電流を抑えることができる。また、CCDなどの撮像機能を有する携帯電話であれば、光学ファインダーの近くに設けられたセンサ部1924のセンサ受光量が変化することで撮影者が光学ファインダーを覗いたか否かを検出する。撮影者が光学ファインダーを覗いている場合には、表示部1922をオフとすることで消費電力を抑えることができる。
FIG. 10C illustrates a mobile phone, which is a typical example of a portable information terminal. This mobile phone includes a
上記の携帯電話を初めとして、PDA(Personal Digital Assistants、情報携帯端末)、デジタルカメラ、小型ゲーム機などの電子機器は携帯情報端末であるため、表示画面が小さい。従って、上述した実施の形態で示したFETを用いてCPU、メモリ、センサなどの機能回路を形成して、小型・軽量化を図ることができる。 Since electronic devices such as PDAs (Personal Digital Assistants, information portable terminals), digital cameras, and small game machines are portable information terminals, the display screen is small. Therefore, functional circuits such as a CPU, a memory, and a sensor can be formed using the FET shown in the above-described embodiment, so that the size and weight can be reduced.
また、ICタグを様々な電子機器に貼り付けることにより、電子機器の流通経路などを明確にすることができる。図10(D)は、パスポート1941に無線ICタグ1942を付けている状態を示している。また、パスポート1941に無線ICタグを埋め込んでもよい。同様にして、運転免許証、クレジットカード、紙幣、硬貨、証券、商品券、チケット、トラベラーズチェック(T/C)、健康保険証、住民票、戸籍謄本などに無線ICタグを付けたり埋め込むことができる。この場合、本物であることを示す情報のみを無線ICタグに入力しておき、不正に情報を読み取ったり書き込んだりできないようにアクセス権を設定する。これは、他の実施の形態で示したメモリを用いることにより実現できる。このようにそのようなタグを利用することによって、偽造されたものと区別することが可能になる。
In addition, by attaching the IC tag to various electronic devices, the distribution route of the electronic devices can be clarified. FIG. 10D illustrates a state where the
このほかに、無線ICタグをメモリとして用いることも可能である。図10(E)は無線ICタグ1951を野菜の包装に貼り付けるラベルに用いた場合の例を示している。また、包装そのものに無線ICタグを貼り付けたり埋め込んだりしても構わない。無線ICタグ1951には、生産地、生産者、製造年月日、加工方法などの生産段階のプロセスや、商品の流通プロセス、価格、数量、用途、形状、重量、賞味期限、各種認証情報などを記録することが可能になる。無線ICタグ1951からの情報は、リーダ1952のアンテナ部1953で受信して読み取り、リーダ1952の表示部1954に表示することによって、卸売業者、小売業者、消費者が把握することが容易になる。また、生産者、取引業者、消費者のそれぞれに対してアクセス権を設定することによって、アクセス権を有しない場合は読み込み、書き込み、書き換え、消去ができない仕組みになっている。
In addition, a wireless IC tag can be used as a memory. FIG. 10E illustrates an example in which the
また、無線ICタグは以下のように用いることができる。会計の際に無線ICタグに会計を済ませたことを記入し、出口にチェック手段を設け、会計済みであることを無線ICタグに書き込まれているかをチェックする。会計を済ませていないで店を出ようとすると、警報が鳴る。この方法によって、会計のし忘れや万引きを予防することができる。 The wireless IC tag can be used as follows. At the time of accounting, the fact that accounting has been completed is entered in the wireless IC tag, and a check means is provided at the exit to check whether accounting has been written on the wireless IC tag. If you try to leave the store without checking out, an alarm will sound. This method can prevent forgetting to pay and shoplifting.
さらに、顧客のプライバシー保護を考慮すると、次のような方法にすることも可能である。レジで会計をする段階で、(1)無線ICタグに入力されているデータを暗証番号などでロックする、(2)無線ICタグに入力されているデータそのものを暗号化する、(3)無線ICタグに入力されているデータを消去する、(4)無線ICタグに入力されているデータを破壊する、のいずれかを行う。これらは他の実施の形態にて挙げたメモリを用いることによって実現することができる。そして、出口にチェック手段を設け、(1)〜(4)のいずれかの処理が行われたか、または無線ICタグのデータに何も処理が行われていない状態であるかをチェックすることによって、会計の有無をチェックする。このようにすると、店内では会計の有無を確認することが可能であり、店外では所有者の意志に反して無線ICタグの情報を読み取られることを防止することができる。 Further, in consideration of customer privacy protection, the following method can be used. At the stage of accounting at the cash register, (1) lock the data input to the wireless IC tag with a password, (2) encrypt the data itself input to the wireless IC tag, (3) wireless Either the data input to the IC tag is deleted, or (4) the data input to the wireless IC tag is destroyed. These can be realized by using the memory described in the other embodiments. Then, by providing a check means at the exit, it is checked whether any of the processes (1) to (4) has been performed, or whether the wireless IC tag data has not been processed. Check for accounting. In this way, it is possible to check whether or not there is a transaction in the store, and it is possible to prevent information on the wireless IC tag from being read outside the store against the will of the owner.
本発明を用いることによって、短チャネル効果を抑えつつ、さらなる微細化を図ることができ、無線ICタグに設けられたICチップの小型化を実現できる。ICチップはサイズが小さくなればなるほど耐衝撃強度が増すため、信頼性が向上する。また、本発明のレーザーアニール法により、どの無線ICタグも品質が高く、かつ性能のばらつきがないように製作することができる。 By using the present invention, further miniaturization can be achieved while suppressing the short channel effect, and the miniaturization of the IC chip provided in the wireless IC tag can be realized. The smaller the size of the IC chip, the higher the impact resistance, so that the reliability is improved. Further, by the laser annealing method of the present invention, any wireless IC tag can be manufactured with high quality and no variation in performance.
以上のように、本発明により作製された半導体装置の適用範囲は極めて広く、本発明により作製された半導体装置を様々な分野の電子機器に用いることができる。 As described above, the applicable range of the semiconductor device manufactured according to the present invention is so wide that the semiconductor device manufactured according to the present invention can be used for electronic devices in various fields.
また、本実施の形態は、実施の形態1、実施の形態2、実施の形態3、実施の形態4、または実施の形態5と自由に組み合わせることができる。 This embodiment mode can be freely combined with Embodiment Mode 1, Embodiment Mode 2, Embodiment Mode 3, Embodiment Mode 4, or Embodiment Mode 5.
本発明により、波長変換のための非線形光学素子を必要とせず、非常に大出力なレーザビームで活性化を行うことができる。従って、一度の走査で活性化できる領域の幅を拡大することができるため、格段に生産性を向上させることができる。 According to the present invention, activation can be performed with a laser beam having a very high output without requiring a nonlinear optical element for wavelength conversion. Accordingly, since the width of the region that can be activated by one scan can be increased, productivity can be significantly improved.
また、本発明により、半導体集積回路のさらなる微細化を進めることができ、ICの高集積度化を進めることができる。加えて、本発明により、ウェーハ1枚当たりのチップ数を増やすことができる。 Further, according to the present invention, further miniaturization of the semiconductor integrated circuit can be promoted, and the degree of integration of the IC can be enhanced. In addition, according to the present invention, the number of chips per wafer can be increased.
101 レーザ発振器
102 スリット
103 ミラー
104 第1のシリンドリカルレンズ
105 第2のシリンドリカルレンズ
106 半導体基板
107 基板固定ステージ
108 Xステージ
109 Yステージ
110 レーザビーム
111 ビーム照射領域
201 pチャネル型FET
202 nチャネル型FET
301 基板
302 n型ウェル
303 p型ウェル
306 フィールド酸化膜
307 エクステンション領域
308 ソース領域
309 ドレイン領域
310 ゲート絶縁膜
311 ゲート電極
311a ポリシリコン層
311b シリサイド層
312 サイドウォール
313 エクステンション領域
314 ソース領域
315 ドレイン領域
316 ゲート絶縁膜
317 ゲート電極
317a ポリシリコン層
317b シリサイド層
318 サイドウォール
331 第1の層間絶縁膜
332 第2の層間絶縁膜
333 ソース電極
334 ドレイン電極
335 ソース電極
336 ドレイン電極
341 パッシベーション膜
342 第3の層間絶縁膜
510 SIMOX基板
511 第1の単結晶半導体層
512 絶縁層
513 第2の単結晶半導体層
514 第2の素子を含む層
515 研削研磨装置
516 半導体装置
614 無機絶縁膜
615 ゲート絶縁膜
616 ゲート電極
617a 第1の不純物領域
617b 第1の不純物領域
618 サイドウォール
619 第2の不純物領域
620 第1の酸化珪素膜
621 引出端子
622 第2の酸化珪素膜
623 ビット線
624 プラグ
625 プラグ
626 第3の酸化珪素膜
627 窒化珪素膜
628 プラグ
629 プラグ
630 電極
631 上部電極
632 第1の層間絶縁膜
633 第2の層間絶縁膜
634a TiN膜
634b 主にAlを含む膜
635a TiN膜
635b 主にAlを含む膜
636 最終保護膜
701 リードフレーム
702 チップ
703 モールド樹脂層
704 接着剤
705 ソルダーボール
706 配線
707 金ワイヤー
800 パネル
801 音声処理回路
802 メモリ
803 電源回路
804 送受信回路
805 画素部
806 走査線駆動回路
807 信号線駆動回路
808 FPC
809 インターフェース部
810 アンテナ用ポート
811 CPU
816 プリント配線基板
829 コントローラ
900 パネル
901 コントローラ
902 CPU
903 メモリ
905 画素部
906 走査線駆動回路
907 信号線駆動回路
908 FPC
909 接着剤
1516 ICチップ
1517 導電層
1518 カード状基板
1901 筐体
1902 支持台
1903 表示部
1904 スピーカー部
1905 ビデオ入力端子
1911 筐体
1912 表示部
1913 キーボード
1914 外部接続ポート
1915 ポインティングマウス
1921 筐体
1922 表示部
1923 操作キー
1924 センサ部
1941 パスポート
1942 無線ICタグ
1951 無線ICタグ
1952 リーダ
1953 アンテナ部
1954 表示部
DESCRIPTION OF
202 n-channel FET
301 substrate 302 n-type well 303 p-type well 306 field oxide film 307 extension region 308 source region 309 drain region 310 gate insulating film 311 gate electrode 311a polysilicon layer 311b silicide layer 312 sidewall 313 extension region 314 source region 315 drain region 316 Gate insulating film 317 Gate electrode 317a Polysilicon layer 317b Silicide layer 318 Side wall 331 First interlayer insulating film 332 Second interlayer insulating film 333 Source electrode 334 Drain electrode 335 Source electrode 336 Drain electrode 341 Passivation film 342 Third interlayer Insulating film 510 SIMOX substrate 511 First single crystal semiconductor layer 512 Insulating layer 513 Second single crystal semiconductor layer 514 Layer 5 including second element DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Grinding polisher 516 Semiconductor device 614 Inorganic insulating film 615 Gate insulating film 616 Gate electrode 617a First impurity region 617b First impurity region 618 Side wall 619 Second impurity region 620 First silicon oxide film 621 Lead terminal 622 Second silicon oxide film 623 Bit line 624 Plug 625 Plug 626 Third silicon oxide film 627 Silicon nitride film 628 Plug 629 Plug 630 Electrode 631 Upper electrode 632 First interlayer insulating film 633 Second interlayer insulating film 634a TiN film 634b Film mainly containing Al 635a TiN film 635b Film mainly containing Al 636 Final protective film 701 Lead frame 702 Chip 703 Mold resin layer 704 Adhesive 705 Solder ball 706 Wiring 707 Gold wire 800 Panel 801 Audio processing circuit 802 Mori 803 Power supply circuit 804 Transmission / reception circuit 805 Pixel portion 806 Scan line driving circuit 807 Signal line driving circuit 808 FPC
809
816 Printed wiring board 829 Controller 900 Panel 901 Controller 902 CPU
903 Memory 905 Pixel portion 906 Scanning
909 Adhesive 1516
Claims (9)
前記半導体基板に選択的に第1の不純物を導入して、前記半導体基板に第1の不純物領域を形成する工程と、
線状、楕円形状、又は矩形状の第1のレーザビームを前記第1の不純物領域に照射して、前記第1の不純物領域に含まれる前記第1の不純物を活性化する工程と、
前記第1の不純物を活性化後、前記ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォールを形成後、前記半導体基板に選択的に第2の不純物を導入して、前記半導体基板に第2の不純物領域を形成する工程と、
線状、楕円形状、又は矩形状の第2のレーザビームを前記第2の不純物領域に照射して、前記第2の不純物領域に含まれる前記第2の不純物を活性化する工程と、を含み、
前記第2の不純物は、前記第1の不純物領域よりも深く、前記半導体基板に導入され、
前記第1のレーザビームは基本波であり、
前記第1のレーザビームのパルス幅は、1フェムト秒以上10ピコ秒以下であり、
前記第1のレーザビームの尖頭出力の範囲は、1GW/cm2以上1TW/cm2以下であり、
前記第1のレーザビームは、スリットとシリンドリカルレンズを介して照射面である前記第1の不純物領域に照射され、
前記シリンドリカルレンズは、前記スリットと前記照射面の間に配置され、
前記スリットの開口の幅をs、前記シリンドリカルレンズ焦点距離をf、前記スリットと前記シリンドリカルレンズの間隔をM1、前記シリンドリカルレンズと前記照射面の間隔をM2、前記照射面上での前記第1のレーザビームの長尺方向の長さをLとするとき、M1=f(s+L)/L及びM2=f(s+L)/sを満たすように、前記スリット、前記シリンドリカルレンズ、前記照射面を配置することを特徴とする半導体装置の作製方法。 Forming a gate electrode on the semiconductor substrate;
Selectively introducing a first impurity into the semiconductor substrate to form a first impurity region in the semiconductor substrate;
Irradiating the first impurity region with a linear, elliptical, or rectangular first laser beam to activate the first impurity contained in the first impurity region;
Forming a sidewall on a side surface of the gate electrode after activating the first impurity;
Forming a second impurity region in the semiconductor substrate by selectively introducing a second impurity into the semiconductor substrate after forming the sidewall;
Irradiating the second impurity region with a second laser beam having a linear, elliptical or rectangular shape, and activating the second impurity contained in the second impurity region. ,
The second impurity is introduced into the semiconductor substrate deeper than the first impurity region;
The first laser beam is a fundamental wave;
The pulse width of the first laser beam is 1 femtosecond or more and 10 picoseconds or less,
Range of peak output of the first laser beam, Ri 1 GW / cm 2 or more 1 TW / cm 2 or less der,
The first laser beam is applied to the first impurity region which is an irradiation surface through a slit and a cylindrical lens,
The cylindrical lens is disposed between the slit and the irradiation surface,
The width of the opening of the slit is s, the focal length of the cylindrical lens is f, the distance between the slit and the cylindrical lens is M1, the distance between the cylindrical lens and the irradiation surface is M2, and the first on the irradiation surface is When the length of the laser beam in the longitudinal direction is L, the slit, the cylindrical lens, and the irradiation surface are arranged so as to satisfy M1 = f (s + L) / L and M2 = f (s + L) / s. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層に選択的に第1の不純物を導入して、前記半導体層に第1の不純物領域を形成する工程と、
線状、楕円形状、又は矩形状の第1のレーザビームを前記第1の不純物領域に照射して、前記第1の不純物領域に含まれる前記第1の不純物を活性化する工程と、
前記第1の不純物を活性化後、前記ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程と、
前記サイドウォールを形成後、前記半導体層に選択的に第2の不純物を導入して、前記半導体層に第2の不純物領域を形成する工程と、
線状、楕円形状、又は矩形状の第2のレーザビームを前記第2の不純物領域に照射して、前記第2の不純物領域に含まれる前記第2の不純物を活性化する工程と、を含み、
前記第2の不純物は、前記第1の不純物領域よりも深く、前記半導体層に導入され、
前記第1のレーザビームは基本波であり、
前記第1のレーザビームのパルス幅は、1フェムト秒以上10ピコ秒以下であり、
前記第1のレーザビームの尖頭出力の範囲は、1GW/cm2以上1TW/cm2以下であり、
前記第1のレーザビームは、スリットとシリンドリカルレンズを介して照射面である前記第1の不純物領域に照射され、
前記シリンドリカルレンズは、前記スリットと前記照射面の間に配置され、
前記スリットの開口の幅をs、前記シリンドリカルレンズ焦点距離をf、前記スリットと前記シリンドリカルレンズの間隔をM1、前記シリンドリカルレンズと前記照射面の間隔をM2、前記照射面上での前記第1のレーザビームの長尺方向の長さをLとするとき、M1=f(s+L)/L及びM2=f(s+L)/sを満たすように、前記スリット、前記シリンドリカルレンズ、前記照射面を配置することを特徴とする半導体装置の作製方法。 Forming a gate insulating film on the semiconductor layer of the SOI substrate;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Selectively introducing a first impurity into the semiconductor layer to form a first impurity region in the semiconductor layer;
Irradiating the first impurity region with a linear, elliptical, or rectangular first laser beam to activate the first impurity contained in the first impurity region;
Forming a sidewall on a side surface of the gate electrode after activating the first impurity;
Forming a second impurity region in the semiconductor layer by selectively introducing a second impurity into the semiconductor layer after forming the sidewall;
Irradiating the second impurity region with a second laser beam having a linear, elliptical or rectangular shape, and activating the second impurity contained in the second impurity region. ,
The second impurity is introduced into the semiconductor layer deeper than the first impurity region;
The first laser beam is a fundamental wave;
The pulse width of the first laser beam is 1 femtosecond or more and 10 picoseconds or less,
Range of peak output of the first laser beam, Ri 1 GW / cm 2 or more 1 TW / cm 2 or less der,
The first laser beam is applied to the first impurity region which is an irradiation surface through a slit and a cylindrical lens,
The cylindrical lens is disposed between the slit and the irradiation surface,
The width of the opening of the slit is s, the focal length of the cylindrical lens is f, the distance between the slit and the cylindrical lens is M1, the distance between the cylindrical lens and the irradiation surface is M2, and the first on the irradiation surface is When the length of the laser beam in the longitudinal direction is L, the slit, the cylindrical lens, and the irradiation surface are arranged so as to satisfy M1 = f (s + L) / L and M2 = f (s + L) / s. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記第2の不純物領域は、電界効果トランジスタのソース領域またはドレイン領域であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 In claim 1 or claim 2,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second impurity region is a source region or a drain region of a field effect transistor.
前記第1の不純物領域は、電界効果トランジスタのエクステンション領域であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 In any one of Claim 1 thru | or 3,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the first impurity region is an extension region of a field effect transistor.
前記第1のレーザビームは、レーザの繰り返し周波数が10MHz以上のレーザ発振器から射出されたものであることを特徴とする半導体装置の作製方法。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first laser beam is emitted from a laser oscillator having a laser repetition frequency of 10 MHz or more.
前記レーザ発振器は、Sapphire、YAG、セラミックスYAG、セラミックスY2O3、KGW、KYW、Mg2SiO4、YLF、YVO4、またはGdVO4の結晶に、Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Erのドーパントをいずれか1つまたは複数添加したレーザから選ばれる1種であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 In claim 5,
The laser oscillator is composed of Sapphire, YAG, ceramics YAG, ceramics Y 2 O 3 , KGW, KYW, Mg 2 SiO 4 , YLF, YVO 4 , or GdVO 4 crystal, Nd, Yb, Cr, Ti, Ho, Er. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor device is one selected from lasers to which any one or a plurality of dopants are added.
前記第1のレーザビームは、近赤外領域の波長を持つことを特徴とする半導体装置の作製方法。 In any one of Claims 1 thru | or 6,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the first laser beam has a wavelength in a near infrared region.
前記第2のレーザビームのエネルギー密度は、0.1J/cm2以上1J/cm2以下であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 In any one of Claims 1 thru | or 7,
The energy density of the second laser beam, a method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that at 0.1 J / cm 2 or more 1 J / cm 2 or less.
前記第2のレーザビームは基本波であり、かつ、パルス幅が10ピコ秒以下であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 In any one of Claims 1 thru | or 7,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second laser beam is a fundamental wave and has a pulse width of 10 picoseconds or less.
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