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JP2010192758A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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JP2010192758A
JP2010192758A JP2009036904A JP2009036904A JP2010192758A JP 2010192758 A JP2010192758 A JP 2010192758A JP 2009036904 A JP2009036904 A JP 2009036904A JP 2009036904 A JP2009036904 A JP 2009036904A JP 2010192758 A JP2010192758 A JP 2010192758A
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silicon
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silicon film
light
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JP2009036904A
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Japanese (ja)
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Tomohiro Kubo
智裕 久保
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Fujitsu Semiconductor Ltd
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Fujitsu Semiconductor Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】半導体基板の表面を均一にアニールする半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板に第1不純物元素を注入する工程と、前記半導体基板上に絶縁膜となる酸化膜または窒化膜を形成する膜成膜工程と、前記絶縁膜上にシリコン膜を形成するシリコン膜成膜工程と、前記シリコン膜に第2不純物元素を注入する注入工程と、前記第2不純物元素が注入された前記シリコン膜にシリコンの吸収端の波長よりも短い波長の光を照射する短波長光アニール工程と、前記短波長光アニール工程の後、前記シリコン膜にシリコンの吸収端の波長よりも長い波長の光を照射する長波長光アニール工程と、を有する半導体装置の製造方法により上記課題を解決する。
【選択図】 図3
A semiconductor device manufacturing method for uniformly annealing a surface of a semiconductor substrate is provided.
A step of implanting a first impurity element into a semiconductor substrate, a film formation step of forming an oxide film or a nitride film to be an insulating film over the semiconductor substrate, and a silicon film over the insulating film are formed. A silicon film forming step, an implantation step of implanting a second impurity element into the silicon film, and irradiating the silicon film into which the second impurity element has been implanted with light having a wavelength shorter than the wavelength of the absorption edge of silicon. By a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a short wavelength light annealing step; and a long wavelength light annealing step of irradiating the silicon film with light having a wavelength longer than the wavelength of the absorption edge of silicon after the short wavelength light annealing step. Solve the above problems.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

微細で高性能なトランジスタを得るためには、ソースドレインエクステンション部の寄生抵抗を低減させることが必要であり、その為には、浅く、低抵抗で、ドーパントプロファイルが急峻なソースドレインエクステンション部を形成することが必要とされる。しかしながら、アニール時間が10秒程度のRTA(Rapid Thermal annealing)及び、アニール時間が1秒程度のsRTA(spikeRTA)では、浅い接合を形成するためにアニール温度を下げるとドーパントの活性化率が低下しシート抵抗が上昇してしまう。また、シート抵抗を下げるためアニール温度を上げると、ドーパントの拡散が増加し接合が深くなってしまう。このため、近年では、フラッシュランプアニール及び、レーザーアニールのように1msec程度の極短時間に1200℃を超える温度に加熱することが可能なミリ秒アニール技術が検討されている(例えば、非特許文献1)。   In order to obtain a fine and high-performance transistor, it is necessary to reduce the parasitic resistance of the source / drain extension. For this purpose, a shallow, low-resistance source / drain extension with a sharp dopant profile is formed. It is necessary to do. However, in RTA (Rapid Thermal Annealing) with an annealing time of about 10 seconds and sRTA (spikeRTA) with an annealing time of about 1 second, the activation rate of the dopant decreases when the annealing temperature is lowered to form a shallow junction. Sheet resistance will increase. Further, when the annealing temperature is raised to lower the sheet resistance, the dopant diffusion increases and the junction becomes deep. For this reason, in recent years, a millisecond annealing technique capable of heating to a temperature exceeding 1200 ° C. in an extremely short time of about 1 msec, such as flash lamp annealing and laser annealing, has been studied (for example, non-patent literature). 1).

ところで、電極等のパターンの形成された半導体基板において光を照射して加熱を行った場合、電極等のパターンの形成された領域と形成されていない領域における光の吸収率の相違により、パターンに依存した温度分布のムラが生じてしまう。このため、電極等のパターンの形成された半導体基板においては、直接光を照射することにより半導体基板全体を均一に加熱することができないという問題点を有していた。また、ミリ秒アニール技術によるアニールでは、アニール時間が極めて短いため、アニール中の半導体基板における熱の拡散長がRAT等のアニールに比べて短い。このためミリ秒アニール技術によるアニールは、RAT等のアニールに比べ、パターンに依存した温度分布のムラが一層生じやすい。   By the way, when heating is performed by irradiating light on a semiconductor substrate on which a pattern such as an electrode is formed, due to a difference in light absorption rate between a region where a pattern such as an electrode is formed and a region where the pattern is not formed, the pattern is changed. Uneven temperature distribution depending on the temperature will occur. For this reason, a semiconductor substrate on which a pattern such as an electrode is formed has a problem that the entire semiconductor substrate cannot be uniformly heated by direct light irradiation. Further, in the annealing by the millisecond annealing technique, since the annealing time is extremely short, the heat diffusion length in the semiconductor substrate being annealed is shorter than the annealing such as RAT. Therefore, annealing by the millisecond annealing technique is more likely to cause unevenness in temperature distribution depending on the pattern than annealing such as RAT.

このような半導体基板における温度分布のムラを抑制する方法としては、半導体基板表面にアブソーバー膜を形成し加熱する方法、パターンの配置を最適化する方法、ブリュースターアングルでp偏光の光を入射させる方法等がある。この中で、パターンの配置を最適化する方法は、パターンの形状や配置が制限されるため実用的ではなく、また、ブリュースターアングルでp偏光の光を入射させる方法では、パターンに依存した温度分布のムラを完全には解消することができない。このためアブソーバー膜を形成し加熱する方法が最も有望な方法である。この方法は、パターンの形成された半導体基板の表面に、光を吸収するアブソーバー膜を形成し、このアブソーバー膜に加熱のための光を照射する方法である。これによりアブソーバー膜において均一に光を吸収し、アブソーバー膜を介して形成されたパターンに依存することなく半導体基板の表面を均一に、加熱をすることができる。   As a method for suppressing such uneven temperature distribution in the semiconductor substrate, an absorber film is formed on the surface of the semiconductor substrate and heated, a method of optimizing the pattern arrangement, and p-polarized light is incident at a Brewster angle. There are methods. Among them, the method for optimizing the pattern arrangement is not practical because the shape and arrangement of the pattern are limited, and the method depending on the pattern is not suitable for the method in which p-polarized light is incident at the Brewster angle. The uneven distribution cannot be completely eliminated. Therefore, the most promising method is to form and heat the absorber film. In this method, an absorber film that absorbs light is formed on the surface of a semiconductor substrate on which a pattern has been formed, and this absorber film is irradiated with light for heating. As a result, light can be absorbed uniformly in the absorber film, and the surface of the semiconductor substrate can be heated uniformly without depending on the pattern formed through the absorber film.

このようなアブソーバー膜に用いられる材料としては、Si、Ti、TiN、Ta、W、Pt等の材料が挙げられる(例えば、特許文献1、2)。   Examples of the material used for such an absorber film include Si, Ti, TiN, Ta, W, Pt, and the like (for example, Patent Documents 1 and 2).

アブソーバー膜が形成された半導体基板について、ミリ秒アニールを短時間で高温のアニールが可能なCOレーザーを用いた場合、Ti等の金属膜ではCOレーザー光の10.6μmの波長の光を反射してしまう。また、アブソーバー膜としてSiを用いた場合、COレーザー光の10.6μmの波長の光は、Siの吸収端における波長よりも長い波長の光であるため、アブソーバー膜となるシリコンを透過してしまう。 When a CO 2 laser capable of high-temperature annealing in a short time is used for a semiconductor substrate on which an absorber film is formed, a metal film such as Ti emits light with a wavelength of 10.6 μm of CO 2 laser light. It will be reflected. In addition, when Si is used as the absorber film, the light having a wavelength of 10.6 μm of the CO 2 laser beam is light having a wavelength longer than the wavelength at the absorption edge of Si, and thus transmits through the silicon serving as the absorber film. End up.

特表2007−525844号公報Special table 2007-525844 米国特許第6300208号明細書US Pat. No. 6,300,208

Akio Shima, Yun Wang, Somit Talwar and Atsushi Hiraiwa, “Ultra-shallowjunction formation by non-melt laser spike annealing for 50-nm gate CMOS”, 2004Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers.Akio Shima, Yun Wang, Somit Talwar and Atsushi Hiraiwa, “Ultra-shallow junction formation by non-melt laser spike annealing for 50-nm gate CMOS”, 2004 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers.

レーザーアニールを使用してシリコン基板中の不純物の活性化を行う工程において、シリコン基板中の不純物の拡散を抑制し、シリコン基板の温度均一性を高めるためのアブソーバー技術の開発が必要となっている。   In the process of activating the impurities in the silicon substrate using laser annealing, it is necessary to develop an absorber technique for suppressing the diffusion of impurities in the silicon substrate and improving the temperature uniformity of the silicon substrate. .

本実施の形態の一観点によれば、半導体基板に第1不純物元素を注入する工程と、前記半導体基板上に絶縁膜となる酸化膜または窒化膜を形成する膜成膜工程と、前記絶縁膜上にシリコン膜を形成するシリコン膜成膜工程と、前記シリコン膜に第2不純物元素を注入する注入工程と、前記第2不純物元素が注入された前記シリコン膜にシリコンの吸収端の波長よりも短い波長の光を照射する短波長光アニール工程と、前記短波長光アニール工程の後、前記シリコン膜にシリコンの吸収端の波長よりも長い波長の光を照射する長波長光アニール工程と、を有する。   According to one aspect of the present embodiment, a step of implanting a first impurity element into a semiconductor substrate, a film formation step of forming an oxide film or a nitride film serving as an insulating film on the semiconductor substrate, and the insulating film A silicon film forming step of forming a silicon film thereon, an injection step of injecting a second impurity element into the silicon film, and a wavelength of an absorption edge of silicon in the silicon film into which the second impurity element has been injected A short-wavelength light annealing step of irradiating light of a short wavelength; and a long-wavelength light annealing step of irradiating the silicon film with light having a wavelength longer than the wavelength of the absorption edge of silicon after the short-wavelength light annealing step. Have.

また、本実施の形態の別の観点によれば、半導体基板に第1不純物元素を注入する工程と、前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に熱CVD法により第2不純物元素を含むシリコン膜を形成する工程と、前記シリコン膜に、シリコンの吸収端の波長よりも長い波長の光を照射する長波長光アニール工程と、を有する。   According to another aspect of the present embodiment, a step of implanting a first impurity element into a semiconductor substrate, a step of forming an insulating film on the semiconductor substrate, and a thermal CVD method on the insulating film are performed by a thermal CVD method. A step of forming a silicon film containing two impurity elements, and a long-wavelength light annealing step of irradiating the silicon film with light having a wavelength longer than the wavelength of the absorption edge of silicon.

また、本実施の形態の別の観点によれば、半導体基板上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板に第1不純物元素を注入する工程と、第1不純物元素が注入された前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に第2不純物を含有するシリコン膜を形成する工程と、前記シリコン膜にシリコンの吸収端の波長よりも長い波長の光を照射する工程と、前記シリコン膜を除去する工程と、を有する。   According to another aspect of the present embodiment, a step of forming a gate electrode on a semiconductor substrate, a step of implanting a first impurity element into the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask, and a first impurity A step of forming an insulating film on the semiconductor substrate into which the element is implanted; a step of forming a silicon film containing a second impurity on the insulating film; and a wavelength longer than the absorption edge of silicon in the silicon film A step of irradiating light of a wavelength, and a step of removing the silicon film.

開示の半導体装置の製造方法によれば、シリコンの吸収端における波長よりも長い波長の光を用いたアニールにより、半導体基板にドープされた不純物元素を均一に活性化することができる。   According to the disclosed method for manufacturing a semiconductor device, the impurity element doped in the semiconductor substrate can be uniformly activated by annealing using light having a wavelength longer than the wavelength at the absorption edge of silicon.

第1の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図(1)Process drawing (1) of the manufacturing method of the semiconductor device in 1st Embodiment 第1の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図(2)Process drawing (2) of the manufacturing method of the semiconductor device in the first embodiment 第1の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図(3)Process drawing (3) of the manufacturing method of the semiconductor device in the first embodiment 第1の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図(4)Process drawing (4) of the manufacturing method of the semiconductor device in the first embodiment ドーパントを含むシリコン膜22の膜厚と透過率及び吸収率との関係図Relationship between the thickness of the silicon film 22 containing the dopant, the transmittance and the absorptance TMAHによるエッチング時間とエッチングされたシリコン膜の膜厚との関係図Relationship diagram between etching time by TMAH and film thickness of etched silicon film

実施するための形態について、以下に説明する。   The form for implementing is demonstrated below.

〔第1の実施の形態〕
第1の実施の形態における半導体装置の製造方法について説明する。図1から図4は、本実施の形態におけるCMOSトランジスタの製造方法の工程を示すものである。尚、図1(a)から図4(o)において、左側の図は半導体基板における半導体素子(トランジスタ)が形成される領域を示すものであり、右側の図は半導体基板における抵抗素子が形成される領域を示すものである。
[First Embodiment]
A method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described. 1 to 4 show steps of a method for manufacturing a CMOS transistor according to the present embodiment. 1A to 4O, the left diagram shows a region where a semiconductor element (transistor) is formed on the semiconductor substrate, and the right diagram shows a resistor element formed on the semiconductor substrate. It shows the area to be.

最初に、図1(a)に示すように、半導体基板であるシリコン基板1にnチャネル用活性領域3、pチャネル用活性領域4を画定する素子分離領域2を形成する。例えば、シリコン基板1上に酸化膜及び窒化膜を積層形成し、レジストパターンを用いてパターンニングし、窒化膜のパターンを形成する。次に、この窒化膜のパターンをマスクとして、シリコン基板をエッチングして素子分離用のシャロートレンチ(溝)を形成する。この後、必要に応じてトレンチ表面に酸化膜、窒化膜のライナを形成し、高密度プラズマ(HDP)化学気相堆積法(CVD法)による酸化膜により、形成されたトレンチ内を埋め、不要となる酸化膜を化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)により除去する。このようにしてシャロートレンチアイソレーション(STI)による素子分離領域2を形成する。次に、nチャネル用活性領域3にp型不純物を注入してpウェル(nチャネル領域)3aを形成し、pチャネル用活性領域4にn型不純物を注入してnウェル(pチャネル領域)4aを形成する。次に、nチャネル用活性領域3及びpチャネル用活性領域4の表面を熱酸化し、必要に応じて窒素を導入してゲート絶縁膜5を形成する。この後、ゲート絶縁膜5上には、多結晶シリコン膜をCVD法により堆積させ、レジストマスクを形成した後エッチングを行うことにより、ゲート電極6a及び6bを形成する。尚、素子分離領域2は、抵抗素子が形成される領域においても同様に形成する。   First, as shown in FIG. 1A, an element isolation region 2 that defines an n-channel active region 3 and a p-channel active region 4 is formed in a silicon substrate 1 that is a semiconductor substrate. For example, an oxide film and a nitride film are stacked on the silicon substrate 1 and patterned using a resist pattern to form a nitride film pattern. Next, using this nitride film pattern as a mask, the silicon substrate is etched to form shallow trenches (grooves) for element isolation. After that, if necessary, an oxide film and a nitride film liner are formed on the trench surface, and the formed trench is filled with an oxide film formed by a high-density plasma (HDP) chemical vapor deposition method (CVD method). The oxide film to be formed is removed by chemical mechanical polishing (CMP). In this way, the element isolation region 2 is formed by shallow trench isolation (STI). Next, a p-type impurity is implanted into the n-channel active region 3 to form a p-well (n-channel region) 3a, and an n-type impurity is implanted into the p-channel active region 4 to form an n-well (p-channel region). 4a is formed. Next, the surfaces of the n-channel active region 3 and the p-channel active region 4 are thermally oxidized, and nitrogen is introduced as necessary to form the gate insulating film 5. Thereafter, a polycrystalline silicon film is deposited on the gate insulating film 5 by a CVD method, a resist mask is formed, and then etching is performed to form gate electrodes 6a and 6b. The element isolation region 2 is formed in the same manner also in the region where the resistance element is formed.

次に、図1(b)に示すように、pチャネル用活性領域4を覆うレジストマスク7を形成する。この後、レジストマスク7から露出するnチャネル用活性領域3において、ゲート電極6aをマスクとして、ゲート電極6aの両側にp型不純物であるボロン(B)をチルト角0°〜45°の対照的な4方向から注入する。このときの加速エネルギーは3keV〜10keV、ドーズ量は5×1012cm−2〜2×1013cm−2であり、これによりp型ポケット領域11を形成する。尚、チルト角については、対照的な4方向からイオン注入する場合における角度を示すものである。また、ドーズ量は一方向からのドーズ量を示すものであり、4方向からイオン注入した場合の総ドーズ量は上記ドーズ量の4倍となる。p型不純物としては、インジウム(In)を用いてもよい。インジウムを用いる場合には、チルト角0°〜45°の対照的な4方向から、加速エネルギー30keV〜100keV、ドーズ量5×1012cm−2〜2×1013cm−2でイオン注入する。尚、上記のレジストマスク7は抵抗素子が形成される領域においても同様に形成する。 Next, as shown in FIG. 1B, a resist mask 7 covering the p-channel active region 4 is formed. Thereafter, in the n-channel active region 3 exposed from the resist mask 7, the gate electrode 6a is used as a mask and boron (B), which is a p-type impurity, is contrasted at a tilt angle of 0 ° to 45 ° on both sides of the gate electrode 6a. Inject from 4 directions. The acceleration energy at this time is 3 keV to 10 keV, and the dose amount is 5 × 10 12 cm −2 to 2 × 10 13 cm −2 , thereby forming the p-type pocket region 11. Note that the tilt angle indicates the angle in the case of ion implantation from four contrasting directions. The dose amount indicates a dose amount from one direction, and the total dose amount when ions are implanted from four directions is four times the dose amount. Indium (In) may be used as the p-type impurity. When indium is used, ions are implanted from four contrasting directions with a tilt angle of 0 ° to 45 ° with an acceleration energy of 30 keV to 100 keV and a dose of 5 × 10 12 cm −2 to 2 × 10 13 cm −2 . The resist mask 7 is similarly formed in the region where the resistance element is formed.

次に、図1(c)に示すように、n型エクステンション領域を形成するためのイオン注入を行う。具体的には、レジストマスク7から露出するnチャネル用活性領域3に、ゲート電極6aをマスクとして、ゲート電極6aの両側にn型不純物、ここではヒ素(As)をイオン注入し、n型エクステンション領域13を形成する。ヒ素のイオン注入の条件は、加速エネルギー1keV〜5keV(0.5keV〜10keVでもよい)、ドーズ量5×1014cm−2〜2×1015cm−2、チルト角0°〜10°(0°〜30°でもよい)である。n型不純物としては、リン(P)を用いてもよい。リンのイオン注入の条件は、加速エネルギー0.5keV〜3keV(0.3keV〜5keVでもよい)、ドーズ量5×1014cm−2〜2×1015cm−2とし、チルト角を0°〜10°(0°〜30°でもよい)である。その後、レジストマスク7を除去する。 Next, as shown in FIG. 1C, ion implantation for forming an n-type extension region is performed. Specifically, n-type impurities, here arsenic (As), are ion-implanted into the n-channel active region 3 exposed from the resist mask 7 using the gate electrode 6a as a mask on both sides of the gate electrode 6a. Region 13 is formed. The conditions for ion implantation of arsenic are as follows: acceleration energy 1 keV to 5 keV (may be 0.5 keV to 10 keV), dose 5 × 10 14 cm −2 to 2 × 10 15 cm −2 , tilt angle 0 ° to 10 ° (0 It may be from 30 ° to 30 °. As the n-type impurity, phosphorus (P) may be used. The conditions for phosphorus ion implantation are acceleration energy of 0.5 keV to 3 keV (may be 0.3 keV to 5 keV), a dose of 5 × 10 14 cm −2 to 2 × 10 15 cm −2 , and a tilt angle of 0 ° to It is 10 ° (may be 0 ° to 30 °). Thereafter, the resist mask 7 is removed.

次に、図1(d)に示すように、nチャネル用活性化領域3を覆うレジストマスク8を形成する。この後、レジストマスク8から露出するpチャネル用活性領域4において、ゲート電極6bをマスクとして、ゲート電極6bの両側にn型不純物であるアンチモン(Sb)をチルト角0°〜45°の対照的な4方向から注入する。このときの加速エネルギーは30keV〜100keV、ドーズ量は5×1012cm−2〜2×1013cm−2であり、これによりn型ポケット領域14を形成する。尚、n型不純物としては、アンチモンに代えてヒ素やリンを用いてもよい。また、レジストマスク8は、抵抗素子が形成される領域においても同様に形成する。 Next, as shown in FIG. 1D, a resist mask 8 covering the n-channel activation region 3 is formed. After that, in the p-channel active region 4 exposed from the resist mask 8, the gate electrode 6b is used as a mask and antimony (Sb), which is an n-type impurity, is contrasted with a tilt angle of 0 ° to 45 ° on both sides of the gate electrode 6b. Inject from 4 directions. The acceleration energy at this time is 30 keV to 100 keV, and the dose is 5 × 10 12 cm −2 to 2 × 10 13 cm −2 , thereby forming the n-type pocket region 14. As the n-type impurity, arsenic or phosphorus may be used instead of antimony. The resist mask 8 is formed in the same manner in the region where the resistance element is formed.

次に、図2(e)に示すように、p型エクステンション領域を形成するためのイオン注入を行う。具体的には、レジストマスク8から露出するpチャネル用活性領域4に、ゲート電極6bをマスクとして、ゲート電極6bの両側にp型不純物であるボロン(B)をイオン注入し、p型エクステンション領域16を形成する。ボロンのイオン注入の条件は、加速エネルギー0.5keV以下(1keV以下でもよい)、ドーズ量1×1014cm−2〜2×1015cm−2とし、チルト角を0°〜10°(0°〜30°でもよい)である。この後、レジストマスク8を除去する。 Next, as shown in FIG. 2E, ion implantation for forming a p-type extension region is performed. Specifically, boron (B), which is a p-type impurity, is ion-implanted into both sides of the gate electrode 6b into the p-channel active region 4 exposed from the resist mask 8 using the gate electrode 6b as a mask. 16 is formed. The boron ion implantation conditions were acceleration energy of 0.5 keV or less (or 1 keV or less), a dose of 1 × 10 14 cm −2 to 2 × 10 15 cm −2 , and a tilt angle of 0 ° to 10 ° (0 It may be from 30 ° to 30 °. Thereafter, the resist mask 8 is removed.

次に、図2(f)に示すように、CVD法等により全面にシリコン酸化膜を堆積し、このシリコン酸化膜を異方性エッチング(エッチバック)することにより、シリコン酸化膜を各ゲート電極6a及び6bの側面にのみ残るようにサイドウォール9を形成する。   Next, as shown in FIG. 2F, a silicon oxide film is deposited on the entire surface by a CVD method or the like, and this silicon oxide film is anisotropically etched (etched back), so that the silicon oxide film is removed from each gate electrode. Sidewalls 9 are formed so as to remain only on the side surfaces of 6a and 6b.

次に、図2(g)に示すように、レジストマスクを用いてnチャネル用活性領域3及びpチャネル用活性領域4において、それぞれ深いソース/ドレイン領域(ディープSD領域)を形成する。具体的には、nチャネル用活性領域3のみ開口するレジストマスクを形成し、nチャネル用活性領域3にゲート電極6a及びサイドウォール9をマスクとし、ゲート電極6aの両側にn型不純物であるリン(P)をイオン注入し、ディープSD領域17を形成する。リンのイオン注入の条件は、加速エネルギー5keV〜20keV(1keV〜20keVでもよい)、ドーズ量2×1015cm−2〜1×1016cm−2(2×1015cm−2〜2×1016cm−2でもよい)、チルト角0°〜10°(0°〜30°でもよい)である。この後、形成したレジストマスクを除去する。尚、n型不純物としてヒ素を用いてもよい。次に、p型チャネル用活性領域4のみが開口するレジストマスクを形成する。この後、レジストマスクから露出するpチャネル用活性領域4に、ゲート電極6b及びサイドウォール9をマスクとして、ゲート電極6bの両側にp型不純物であるボロン(B)をイオン注入し、ディープSD領域18を形成する。ボロンのイオン注入の条件は、加速エネルギー2keV〜5keV、ドーズ量2×1015cm−2〜1×1016cm−2とし、チルト角0°〜10°である。この後、形成したレジストマスクを除去する。尚、p型不純物のイオンとしてBF を用いてもよい。また、抵抗素子の形成される領域においても、同様に上記工程におけるn型不純物であるリンのイオン注入又はp型不純物であるボロンのイオン注入を行なうことによりディープ領域27を形成する。 Next, as shown in FIG. 2G, deep source / drain regions (deep SD regions) are respectively formed in the n-channel active region 3 and the p-channel active region 4 using a resist mask. Specifically, a resist mask that opens only in the n-channel active region 3 is formed, the gate electrode 6a and the sidewall 9 are used as a mask in the n-channel active region 3, and phosphorous that is an n-type impurity is formed on both sides of the gate electrode 6a. (P) is ion-implanted to form a deep SD region 17. The conditions for the ion implantation of phosphorus are acceleration energy of 5 keV to 20 keV (may be 1 keV to 20 keV), dose amount 2 × 10 15 cm −2 to 1 × 10 16 cm −2 (2 × 10 15 cm −2 to 2 × 10 16 cm −2 ), and a tilt angle of 0 ° to 10 ° (may be 0 ° to 30 °). Thereafter, the formed resist mask is removed. Arsenic may be used as the n-type impurity. Next, a resist mask in which only the p-type channel active region 4 is opened is formed. Thereafter, boron (B), which is a p-type impurity, is ion-implanted into both sides of the gate electrode 6b into the p-channel active region 4 exposed from the resist mask, using the gate electrode 6b and the sidewall 9 as a mask. 18 is formed. The boron ion implantation conditions are acceleration energy of 2 keV to 5 keV, a dose of 2 × 10 15 cm −2 to 1 × 10 16 cm −2 , and a tilt angle of 0 ° to 10 °. Thereafter, the formed resist mask is removed. BF 2 + may be used as the p-type impurity ions. Similarly, in the region where the resistance element is formed, the deep region 27 is formed by performing the ion implantation of phosphorus, which is an n-type impurity, or the ion implantation of boron, which is a p-type impurity, in the above process.

次に、図3(h)に示すように、エッチストップ膜としての絶縁膜21を約1〜20nm、ここでは10nm形成する。この絶縁膜21は、Siとのエッチングの選択性の高い材料の膜であり、例えば、酸化膜又は窒化膜である。尚、この絶縁膜21の成膜は、n型エクステンション領域13及びp型エクステンション領域14、ディープSD領域17及び18において、注入した不純物が拡散しない程度の低温、例えば、500℃以下の温度で行う。ジシラン(Si)とNOを用いた場合、500℃で5nm/min程度のレートで成膜することができる。 Next, as shown in FIG. 3H, an insulating film 21 as an etch stop film is formed to a thickness of about 1 to 20 nm, here 10 nm. The insulating film 21 is a film made of a material having high selectivity for etching with Si, and is, for example, an oxide film or a nitride film. The insulating film 21 is formed at a low temperature such that the implanted impurity does not diffuse in the n-type extension region 13, the p-type extension region 14, and the deep SD regions 17 and 18, for example, a temperature of 500 ° C. or less. . When disilane (Si 2 H 6 ) and N 2 O are used, a film can be formed at a rate of about 5 nm / min at 500 ° C.

次に、図3(i)に示すように、絶縁膜21上に約100nmのシリコン膜22を形成した後、リンのイオン注入を行う。尚、このシリコン膜22の成膜は、n型エクステンション領域13及びp型エクステンション領域14、ディープSD領域17及び18において、注入した不純物が拡散しない程度の低温、例えば、500℃以下の温度で行う。具体的な成膜方法としては、シリコンターゲットを用いたスパッタリング法や、シラン(SiH)ガス又はジシラン(Si)ガスを原料とする熱CVD法やプラズマCVD法が挙げられる。ジシラン(Si)を用いた場合は、480℃で12nm/min程度のレートで成膜することができる。また、シリコン膜22の成膜後において、表面上に凹凸が形成されている場合には、CMP等により平坦化処理を行う。この後イオン注入により、シリコン膜22中にドーパントとして不純物元素を添加するが、ゲート電極6a及び6b、シリコン基板1に不純物元素が到達しないような条件によりイオン注入を行う。この際、イオン注入に用いられる不純物元素としては、リン、ヒ素、ボロン等が適している。これらの不純物元素は、シリコン中において活性化率が高く、特に、リンはシリコン中の固溶限が高いため最も適している。また、イオン注入におけるシリコン膜22の不純物濃度は、1×1020cm−3以上であることが好ましい。 Next, as shown in FIG. 3I, after a silicon film 22 of about 100 nm is formed on the insulating film 21, phosphorus ions are implanted. The silicon film 22 is formed at a low temperature such that the implanted impurity does not diffuse in the n-type extension region 13, the p-type extension region 14, and the deep SD regions 17 and 18, for example, a temperature of 500 ° C. or less. . Specific examples of the film forming method include a sputtering method using a silicon target, a thermal CVD method using a silane (SiH 4 ) gas or a disilane (Si 2 H 6 ) gas, and a plasma CVD method. When disilane (Si 2 H 6 ) is used, the film can be formed at a rate of about 12 nm / min at 480 ° C. Further, after the silicon film 22 is formed, if unevenness is formed on the surface, a planarization process is performed by CMP or the like. Thereafter, an impurity element is added as a dopant into the silicon film 22 by ion implantation. However, the ion implantation is performed under such a condition that the impurity element does not reach the gate electrodes 6 a and 6 b and the silicon substrate 1. At this time, phosphorus, arsenic, boron, or the like is suitable as an impurity element used for ion implantation. These impurity elements are most suitable because they have a high activation rate in silicon, and in particular, phosphorus has a high solid solubility limit in silicon. Further, the impurity concentration of the silicon film 22 in the ion implantation is preferably 1 × 10 20 cm −3 or more.

次に、図3(j)に示すように、0.1〜100秒程度の熱処理を行う。この熱処理は、形成されるCMOSトランジスタに最適化して行うものであり、半導体基板1中の不純物を必要以上に拡散させないために、シリコン基板1及びシリコン膜22は800〜1000℃で1秒程度加熱される。このようなアニール条件では、半導体基板1中の不純物、特にボロンやヒ素の活性化率は低く、抵抗値を所望の値まで下げることは困難であるが、シリコン膜22中に注入された不純物、例えばリンは、5×1020cm−3を超える濃度のキャリアを発生させる事が可能である。また、この熱処理にランプアニールを用いたスパイクアニールの場合の光源は、例えばタングステンハロゲンランプであり、シリコンの吸収端における波長1117nmよりも短い波長の光の成分を多く含んでいる。シリコンの吸収端における波長よりも短い波長の光であれば、シリコン膜22に直接吸収されるためシリコン膜22がアブソーバーとして機能する。従って、この熱処理において形成されたパターンに依存することなく、半導体基板の表面を均一に加熱をすることができる。このスパイクアニールによりシリコン膜22中に注入された不純物は、シリコン膜22内において拡散し活性化する。尚、この工程において用いられる光源は、シリコンの吸収端の波長よりも短い光を発するものであれば、タングステンハロゲンランプ以外のものを用いることも可能である。また、イオン注入された不純物元素がリン又はヒ素である場合には、スパイクアニールにより外方拡散しやすい。このため酸素を含む窒素雰囲気中においてスパイクアニールを行う方法や、シリコン膜22の表面に酸化膜を形成した後スパイクアニールを行う方法により、不純物元素の外方拡散を抑制し、シリコン膜22中における不純物濃度の低下を防ぐことができる。 Next, as shown in FIG. 3J, heat treatment is performed for about 0.1 to 100 seconds. This heat treatment is performed by optimizing the formed CMOS transistor, and the silicon substrate 1 and the silicon film 22 are heated at 800 to 1000 ° C. for about 1 second in order not to diffuse impurities in the semiconductor substrate 1 more than necessary. Is done. Under such annealing conditions, the activation rate of impurities in the semiconductor substrate 1, particularly boron and arsenic, is low, and it is difficult to lower the resistance value to a desired value, but the impurities implanted into the silicon film 22, For example, phosphorus can generate carriers with a concentration exceeding 5 × 10 20 cm −3 . A light source in the case of spike annealing using lamp annealing for this heat treatment is, for example, a tungsten halogen lamp, and contains a lot of light components having a wavelength shorter than the wavelength 1117 nm at the absorption edge of silicon. Since light having a wavelength shorter than the wavelength at the absorption edge of silicon is directly absorbed by the silicon film 22, the silicon film 22 functions as an absorber. Therefore, the surface of the semiconductor substrate can be heated uniformly without depending on the pattern formed in this heat treatment. Impurities implanted into the silicon film 22 by this spike annealing are diffused and activated in the silicon film 22. As the light source used in this step, a light source other than a tungsten halogen lamp can be used as long as it emits light shorter than the wavelength of the absorption edge of silicon. Further, when the ion-implanted impurity element is phosphorus or arsenic, it is easily diffused outward by spike annealing. Therefore, by performing spike annealing in a nitrogen atmosphere containing oxygen, or by performing spike annealing after forming an oxide film on the surface of the silicon film 22, the outward diffusion of impurity elements is suppressed, A decrease in impurity concentration can be prevented.

次に、図3(k)に示すように、1m秒前後のCOレーザー光を照射することによりミリ秒アニールを行う。COレーザー光の波長は10.6μmであり、シリコンの吸収端の波長1117nmよりも長い波長の光である。よって、シリコン単体であれば、光は透過してしまうが、前述のスパイクアニールにより高濃度の不純物元素が拡散し活性化しているためフリーキャリアによりCOレーザー光は吸収される。従って、シリコンの吸収端における波長よりも長い波長の光であっても吸収し、アブソーバー膜として機能する。これにより照射されたCOレーザー光は、不純物が活性化されているシリコン膜22に吸収され熱に変換され、その熱が絶縁膜21を介し、シリコン基板1に伝えられシリコン基板1の表面を均一に加熱する。このCOレーザー光によるミリ秒アニールによりシリコン基板1は図3(j)において行った熱処理よりも高温の1200〜1300℃に加熱される。よって、シリコン基板1の表面におけるn型エクステンション領域13及びp型エクステンション領域14、ディープSD領域17及び18に注入された不純物を高濃度まで活性化させることができる。尚、このミリ秒アニールの時間は、形成されるCMOSトランジスタにより時間を最適化して行うものであり、例えば、0.1m秒から100m秒の範囲で行う。また、スパイクアニールはシリコン膜22における不純物の拡散及び活性化を目的とするものであり、ミリ秒アニールはシリコン基板1における不純物の活性化を目的とするものである。よって、シリコン基板1における温度は、スパイクアニールよりもミリ秒アニールの方が高い温度となる。このように、二つのアニールを組み合わせて半導体基板1中の不純物を活性化することで、ソースドレインエクステンション部の接合深さを浅く保ったままで、ソースドレインエクステンション部の抵抗を低減させることが可能となり、微細で高性能なトランジスタを得ることができる。また、スパイクアニールにおいて、半導体基板1に各種不純物をイオン注入した際に生じた半導体基板1の結晶欠陥(ダメージ)を回復させることもできる。更に、半導体基板1に注入された不純物を適度に拡散させることもできる。 Next, as shown in FIG. 3 (k), millisecond annealing is performed by irradiating CO 2 laser light of about 1 msec. The wavelength of the CO 2 laser light is 10.6 μm, which is light having a wavelength longer than the wavelength 1117 nm of the absorption edge of silicon. Thus, although light is transmitted in the case of silicon alone, CO 2 laser light is absorbed by free carriers because a high concentration impurity element is diffused and activated by the spike annealing described above. Therefore, even light having a wavelength longer than the wavelength at the absorption edge of silicon is absorbed and functions as an absorber film. The irradiated CO 2 laser light is absorbed by the silicon film 22 in which the impurities are activated and converted into heat, and the heat is transmitted to the silicon substrate 1 through the insulating film 21 and passes through the surface of the silicon substrate 1. Heat evenly. By this millisecond annealing with CO 2 laser light, the silicon substrate 1 is heated to 1200 to 1300 ° C., which is higher than the heat treatment performed in FIG. Therefore, the impurities implanted in the n-type extension region 13 and the p-type extension region 14 and the deep SD regions 17 and 18 on the surface of the silicon substrate 1 can be activated to a high concentration. The millisecond annealing time is performed by optimizing the time depending on the formed CMOS transistor, and is performed, for example, in the range of 0.1 msec to 100 msec. The spike annealing is for the purpose of diffusion and activation of impurities in the silicon film 22, and the millisecond annealing is for the purpose of activation of impurities in the silicon substrate 1. Therefore, the temperature in the silicon substrate 1 is higher in the millisecond annealing than in the spike annealing. In this way, by activating the impurities in the semiconductor substrate 1 by combining two annealings, it becomes possible to reduce the resistance of the source / drain extension part while keeping the junction depth of the source / drain extension part shallow. A fine and high-performance transistor can be obtained. In addition, crystal defects (damage) of the semiconductor substrate 1 generated when various impurities are ion-implanted into the semiconductor substrate 1 in spike annealing can be recovered. Further, the impurities implanted into the semiconductor substrate 1 can be appropriately diffused.

次に、図4(l)に示すように、シリコン膜22を剥離する。具体的には、有機アルカリや強アルカリを用いることにより、酸化膜や窒化膜をエッチングすることなく、シリコン膜22をエッチングすることが可能である。尚、後述するように、有機アルカリとしてTMAHを用いる場合には、シリコン膜22においてドーパントとなる不純物元素は、リン又はヒ素であることが好ましい。また、上述したウエットエッチング以外にも、ドライエッチングによりシリコン膜22を除去することも可能である。   Next, as shown in FIG. 4L, the silicon film 22 is peeled off. Specifically, by using organic alkali or strong alkali, the silicon film 22 can be etched without etching the oxide film or the nitride film. As will be described later, when TMAH is used as the organic alkali, the impurity element serving as a dopant in the silicon film 22 is preferably phosphorus or arsenic. In addition to the wet etching described above, the silicon film 22 can also be removed by dry etching.

次に、図4(m)に示すように、絶縁膜21を除去する。この際、抵抗素子が形成される領域に、絶縁膜21を用いてシリサイドブロック膜21aを形成することが可能である。具体的には、絶縁膜21上にレジストマスクを形成し、所望の形状に絶縁膜21を残し、残った絶縁膜21をシリサイドブロック膜21aとすることができる。   Next, as shown in FIG. 4M, the insulating film 21 is removed. At this time, the silicide block film 21a can be formed using the insulating film 21 in the region where the resistance element is formed. Specifically, a resist mask is formed on the insulating film 21, leaving the insulating film 21 in a desired shape, and the remaining insulating film 21 can be used as the silicide block film 21a.

次に、図4(n)に示すように、シリサイド金属、例えば、ニッケル(Ni)をスパッタリングにより成膜し、シリサイド金属膜23を形成する。   Next, as shown in FIG. 4N, a silicide metal, for example, nickel (Ni) is formed by sputtering to form a silicide metal film 23.

次に、図4(o)に示すように、200℃〜250℃の温度で1〜3分程度の熱処理を行うことにより、ゲート電極6a及び6bの表面におけるシリコンやディープSD領域17、18及びディープ領域27の表面におけるシリコンとニッケルとを反応させて、シリサイド層24を形成する。この後、未反応のニッケルをウエットエッチングにより除去し、シリサイド層を低抵抗化するために350℃〜450℃で1〜3分のアニールを行ってもよい。これにより抵抗素子が形成される領域において、シリサイドブロック膜21aの下のディープ領域27を抵抗部分とする抵抗素子が形成される。   Next, as shown in FIG. 4 (o), by performing heat treatment at a temperature of 200 ° C. to 250 ° C. for about 1 to 3 minutes, silicon and deep SD regions 17 and 18 on the surfaces of the gate electrodes 6a and 6b and The silicide layer 24 is formed by reacting silicon and nickel on the surface of the deep region 27. Thereafter, unreacted nickel may be removed by wet etching, and annealing may be performed at 350 ° C. to 450 ° C. for 1 to 3 minutes in order to reduce the resistance of the silicide layer. As a result, in the region where the resistance element is to be formed, the resistance element having the deep region 27 under the silicide block film 21a as the resistance portion is formed.

さらにこの後、コンタクトエッチストッパ膜の形成、全面を覆う層間絶縁膜の形成、コンタクト孔及びこれを埋め込む配線層の形成等の工程を経て、CMOSトランジスタが作製される。尚、抵抗素子が形成される領域におけるイオン注入は、上述の図2(g)に示す工程以外にも、図1(b)及び図1(c)に示す工程、又は、図1(d)及び図2(e)に示す工程において行なうことにより、同様に拡散層領域27を形成することが可能である。   Thereafter, a CMOS transistor is manufactured through processes such as formation of a contact etch stopper film, formation of an interlayer insulating film covering the entire surface, formation of contact holes and a wiring layer for embedding the contact holes. In addition to the step shown in FIG. 2G, the ion implantation in the region where the resistance element is formed may be the step shown in FIGS. 1B and 1C, or FIG. Further, the diffusion layer region 27 can be formed in the same manner by performing the steps shown in FIG.

本実施の形態における半導体装置の製造方法において用いる絶縁膜21となる酸化膜及び窒化膜は一般的に熱伝導率がシリコンよりも低い。このため、図3(k)に示すCOレーザー光の照射による熱処理により、シリコン基板1の表面に均一に効率よく熱を伝達させるためには、できるだけ薄い方が好ましい。一方、図4(l)に示すシリコン膜22の除去の際には、シリコン基板1の表面を保護する必要があり、また、スパイクアニールやミリ秒アニールによりシリコン膜22中の不純物がシリコン基板1に拡散することを防ぐ必要がある。よって、絶縁膜21は十分な膜厚が必要となる。 In general, the oxide film and the nitride film used as the insulating film 21 used in the method for manufacturing a semiconductor device in the present embodiment have a thermal conductivity lower than that of silicon. For this reason, in order to transmit heat uniformly and efficiently to the surface of the silicon substrate 1 by heat treatment by irradiation with CO 2 laser light shown in FIG. On the other hand, when removing the silicon film 22 shown in FIG. 4L, it is necessary to protect the surface of the silicon substrate 1, and impurities in the silicon film 22 are caused by spike annealing or millisecond annealing. It is necessary to prevent it from spreading. Therefore, the insulating film 21 needs to have a sufficient thickness.

また、図3(i)に示すシリコン膜22への不純物元素の注入量については、不純物元素の注入量を増やし、活性化アニール後のキャリア濃度が増加することにより、COレーザー光の波長である10.6μmにおけるシリコン膜22の吸収係数が高くなることが知られている。 Also, the injection amount of an impurity element into the silicon film 22 shown in FIG. 3 (i), increasing the amount of injected impurity element, by the carrier concentration after activation annealing is increased, the wavelength of CO 2 laser light It is known that the absorption coefficient of the silicon film 22 at a certain 10.6 μm increases.

ここで言う吸収係数とは、光がある媒質に入射した時に、その媒質がどれくらいの光を吸収するかを示す定数で、吸収係数αの媒質を距離dだけ進んだ時の光の強度Iは、媒質に入射する前の光の強度をI0とすると、次の(1)式で示される。
I=I0e-αd・・・・(1)
The absorption coefficient here is a constant indicating how much light the medium absorbs when it enters a certain medium, and the intensity I of light when traveling through a medium with an absorption coefficient α by a distance d is When the intensity of light before entering the medium is I 0 , the following equation (1) is obtained.
I = I 0 e -αd (1)

具体的には、シリコンにおけるキャリア濃度が、1×1020cm−3における吸収係数は、4×10cm−1台であり、キャリア濃度が、5×1020cm−3における吸収係数は、4×10cm−1台である。キャリア濃度が4×10cm−1台であれば、100nm程度の膜厚で90%以上の光を吸収することができる。よって、シリコン膜22中におけるキャリア濃度は、吸収係数が、4×10cm−1以上となる5×1020cm−3以上であることが好ましい。シリコン膜中のキャリア濃度は不純物濃度以上にはならないので、不純物の注入量は要求されるキャリア濃度よりも多くする必要がある。シリコン膜厚が100nmの場合は、1×1016cm−3の不純物を注入し、RTA中の外方拡散による不純物の損失を防げば、シリコン膜中を平均濃度が1×1021cm−3の不純物で満たす事ができる。 Specifically, the absorption coefficient when the carrier concentration in silicon is 1 × 10 20 cm −3 is 4 × 10 4 cm −1 , and the absorption coefficient when the carrier concentration is 5 × 10 20 cm −3 is 4 × 10 5 cm −1 units. If the carrier concentration is 4 × 10 5 cm −1 , 90% or more of light can be absorbed with a film thickness of about 100 nm. Therefore, it is preferable that the carrier concentration in the silicon film 22 is 5 × 10 20 cm −3 or more at which the absorption coefficient is 4 × 10 5 cm −1 or more. Since the carrier concentration in the silicon film does not become higher than the impurity concentration, it is necessary to increase the amount of impurity implantation to a required carrier concentration. When the silicon film thickness is 100 nm, if an impurity of 1 × 10 16 cm −3 is implanted to prevent the loss of impurities due to outward diffusion in the RTA, the average concentration in the silicon film is 1 × 10 21 cm −3. Can be filled with impurities.

また、図5に、形成されるシリコン膜22の膜厚と、COレーザー光を照射した場合のシリコン膜22における吸収率との関係を示す。この図に示されるように、シリコン膜22におけるキャリア濃度が5×1020cm−3である場合は、形成されるシリコン膜22の膜厚が100nmで吸収率が90%以上であり、効率よく均一な加熱を行うことができる。更にシリコン膜22の膜厚を厚くすることにより、より多くの光を吸収することができるため、形成されるシリコン膜22の膜厚は、100nm以上であることが好ましい。 FIG. 5 shows the relationship between the thickness of the silicon film 22 to be formed and the absorption rate in the silicon film 22 when irradiated with CO 2 laser light. As shown in this figure, when the carrier concentration in the silicon film 22 is 5 × 10 20 cm −3 , the formed silicon film 22 has a film thickness of 100 nm and an absorptance of 90% or more, which is efficient. Uniform heating can be performed. Further, since the thickness of the silicon film 22 can be increased to absorb more light, the thickness of the formed silicon film 22 is preferably 100 nm or more.

ただし、ミリ秒オーダーのアニール中におけるSiの熱の拡散長は100μm程度であり、その拡散長よりも十分に小さい膜厚であればアブソーバー内の温度はほぼ一定であると見なす事ができるが、拡散長と同程度もしくはそれよりも厚いとアブソーバー中で温度勾配(温度低下)が生じてしまい、アブソーバー表面を1300℃以上に加熱しても、半導体基板表面に形成した半導体素子の温度は十分高温まで加熱されなくなってしまうので、熱の拡散長よりは十分に薄い膜厚、例えば1μm以内が望ましい。   However, the heat diffusion length of Si during annealing on the order of milliseconds is about 100 μm, and if the film thickness is sufficiently smaller than the diffusion length, the temperature in the absorber can be regarded as almost constant, If the diffusion length is equal to or thicker than the diffusion length, a temperature gradient (temperature decrease) occurs in the absorber, and even if the absorber surface is heated to 1300 ° C or higher, the temperature of the semiconductor element formed on the semiconductor substrate surface is sufficiently high. Therefore, it is desirable that the film thickness be sufficiently thinner than the heat diffusion length, for example, within 1 μm.

図6に、ポリシリコンにおけるTMAH(テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイド)によるエッチング時間とエッチング量の関係を示す。この図に示されるように、ノンドープのシリコンに比べ、ヒ素及びリンがドープされたシリコンはTMAHによりエッチングされやすく、ボロンがドープされたシリコンは殆どTMAHによりエッチングされない。このため、シリコン膜22をTMAHによりエッチングする場合には、ヒ素又はリンをドープすることが好ましい。   FIG. 6 shows the relationship between the etching time and the etching amount of TMAH (tetramethylmethylammonium hydroxide) in polysilicon. As shown in this figure, compared with non-doped silicon, silicon doped with arsenic and phosphorus is easily etched by TMAH, and silicon doped with boron is hardly etched by TMAH. For this reason, when etching the silicon film 22 by TMAH, it is preferable to dope arsenic or phosphorus.

〔第2の実施の形態〕
次に、第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態は、第1の実施の形態におけるシリコン膜22の成膜及びイオン注入とスパイクアニールに代えて、不純物の混入したシリコン膜22を熱CVD法により成膜する半導体装置の製造方法である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. In the second embodiment, in place of the formation of the silicon film 22 and the ion implantation and spike annealing in the first embodiment, a semiconductor device in which the silicon film 22 mixed with impurities is formed by a thermal CVD method is manufactured. Is the method.

具体的には、第1の実施の形態において図3(h)まで形成したものについて、熱CVD法により不純物を含むシリコン膜22を形成する。熱CVD法により不純物を含むシリコン膜22の形成方法としては、モノシラン(SiH)とフォスフィン(PH)を原料として基板温度500〜550℃で成膜する方法がある。又、別の方法としては、ジシラン(Si)とフォスフィン(PH)を原料として基板温度400〜550℃で成膜する方法がある。尚、シリコン基板1の基板温度は、600℃以下であれば、シリコン基板1における注入された不純物の拡散に影響を与えることは殆どない。また、上記のモノシラン(SiH)又はジシラン(Si)以外にも、ジクロロシラン(SiHCl)、テトラクロロシラン(SiCl)、ヘキサクロロジシラン(SiCl)を用いることも可能である。 Specifically, a silicon film 22 containing an impurity is formed by thermal CVD for those formed up to FIG. 3H in the first embodiment. As a method for forming the silicon film 22 containing impurities by a thermal CVD method, there is a method of forming a film at a substrate temperature of 500 to 550 ° C. using monosilane (SiH 4 ) and phosphine (PH 3 ) as raw materials. As another method, there is a method of forming a film at a substrate temperature of 400 to 550 ° C. using disilane (Si 2 H 6 ) and phosphine (PH 3 ) as raw materials. If the substrate temperature of the silicon substrate 1 is 600 ° C. or less, the diffusion of the implanted impurities in the silicon substrate 1 is hardly affected. In addition to the above monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), tetrachlorosilane (SiCl 4 ), and hexachlorodisilane (Si 2 Cl 6 ) can also be used. It is.

この後、第1の実施の形態における図3(k)に示す1m秒前後のCOレーザー光を照射することによりミリ秒アニールを行う工程以降の工程を行うことにより、第1の実施の形態と同様に半導体装置を製造することができる。本実施の形態では、熱CVD法により形成された不純物の混入したシリコン膜は、通常、成膜直後においても活性化していることから、シリコンの吸収端よりも長波長の光を吸収する。このためシリコンの吸収端よりも短波長の光を照射するスパイクアニールを行なうことなく、長波長の光を照射するミリ秒アニールを行なうことが可能である。 Thereafter, the first embodiment is performed by performing the steps after the step of performing the millisecond annealing by irradiating the CO 2 laser light of about 1 msec shown in FIG. 3 (k) in the first embodiment. A semiconductor device can be manufactured in the same manner as described above. In this embodiment mode, a silicon film containing impurities formed by a thermal CVD method is normally activated immediately after film formation, and therefore absorbs light having a wavelength longer than that of the absorption edge of silicon. Therefore, it is possible to perform millisecond annealing for irradiating light having a long wavelength without performing spike annealing for irradiating light having a shorter wavelength than the absorption edge of silicon.

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。   Although the embodiment has been described in detail above, it is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims.

以上の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
半導体基板に第1不純物元素を注入する工程と、
前記半導体基板上に絶縁膜となる酸化膜または窒化膜を形成する膜成膜工程と、
前記絶縁膜上にシリコン膜を形成するシリコン膜成膜工程と、
前記シリコン膜に第2不純物元素を注入する注入工程と、
前記第2不純物元素が注入された前記シリコン膜にシリコンの吸収端の波長よりも短い波長の光を照射する短波長光アニール工程と、
前記短波長光アニール工程の後、前記シリコン膜にシリコンの吸収端の波長よりも長い波長の光を照射する長波長光アニール工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記2)
前記注入工程において、前記シリコン膜に注入される前記第2不純物元素の濃度は、1×1020cm−3以上であることを特徴とする付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記3)
前記短波長光アニール工程に用いられる光源はタングステンハロゲンランプであることを特徴とする付記1または2に記載の半導体装置の製造方法。
(付記4)
前記短波長光アニール工程における光の照射時間よりも、前記長波長光アニール工程における光の照射時間の方が短いことを特徴とする付記1から3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記5)
前記短波長光アニール工程は第1の温度で行われ、前記長波長光アニール工程は第2の温度で行われ、前記第2の温度は前記第1の温度よりも高いことを特徴とする付記1から4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記6)
半導体基板に第1不純物元素を注入する工程と、
前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に熱CVD法により第2不純物元素を含むシリコン膜を形成する工程と、
前記シリコン膜に、シリコンの吸収端の波長よりも長い波長の光を照射する長波長光アニール工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記7)
前記長波長光アニール工程の後、前記シリコン膜を除去するシリコン膜除去工程を有することを特徴とする付記1から6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記8)
前記シリコン膜除去工程は、TMAHを用いたエッチングであることを特徴とする付記7に記載の半導体装置の製造方法。
(付記9)
前記半導体基板の表面には、素子分離領域及び電極が形成されていることを特徴とする付記1から8のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記10)
前記第2不純物元素は、ボロン、リン、ヒ素のいずれかであることを特徴とする付記1から9のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記11)
前記シリコン膜の膜厚は100nm以上であることを特徴とする付記1から10のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記12)
前記長波長光アニール工程に用いられる光源はCOレーザーであることを特徴とする付記1から11のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記13)
前記半導体基板はシリコン基板であって、
前記シリコン膜除去工程の後、前記シリコン基板上における前記絶縁膜の一部を残し除去する絶縁膜除去工程と、
前記残った絶縁膜及び前記シリコン基板の表面にシリサイド金属の成膜を行うシリサイド金属成膜工程と、
熱処理により前記シリコン基板表面のシリコンと前記シリサイド金属とを反応させシリサイド層を形成するシリサイド化工程と、
前記シリサイド化工程においてシリサイドされなかった前記シリサイド金属を除去するシリサイド金属除去工程と、
を有することを特徴とする付記7から12のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記14)
半導体基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板に第1不純物元素を注入する工程と、
第1不純物元素が注入された前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に第2不純物を含有するシリコン膜を形成する工程と、
前記シリコン膜にシリコンの吸収端の波長よりも長い波長の光を照射する工程と、
前記シリコン膜を除去する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Regarding the above description, the following additional notes are disclosed.
(Appendix 1)
Injecting a first impurity element into the semiconductor substrate;
A film forming step of forming an oxide film or a nitride film serving as an insulating film on the semiconductor substrate;
A silicon film forming step of forming a silicon film on the insulating film;
An implantation step of implanting a second impurity element into the silicon film;
A short wavelength light annealing step of irradiating the silicon film into which the second impurity element is implanted with light having a wavelength shorter than the wavelength of the absorption edge of silicon;
After the short wavelength light annealing step, a long wavelength light annealing step of irradiating the silicon film with light having a wavelength longer than the wavelength of the absorption edge of silicon,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(Appendix 2)
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 1, wherein the concentration of the second impurity element implanted into the silicon film in the implantation step is 1 × 10 20 cm −3 or more.
(Appendix 3)
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 1 or 2, wherein a light source used in the short wavelength light annealing step is a tungsten halogen lamp.
(Appendix 4)
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 3, wherein the light irradiation time in the long wavelength light annealing step is shorter than the light irradiation time in the short wavelength light annealing step.
(Appendix 5)
The short wavelength light annealing step is performed at a first temperature, the long wavelength light annealing step is performed at a second temperature, and the second temperature is higher than the first temperature. 5. A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 1 to 4.
(Appendix 6)
Injecting a first impurity element into the semiconductor substrate;
Forming an insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a silicon film containing a second impurity element on the insulating film by a thermal CVD method;
A long wavelength light annealing step of irradiating the silicon film with light having a wavelength longer than the wavelength of the absorption edge of silicon;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(Appendix 7)
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 6, further comprising a silicon film removing step of removing the silicon film after the long wavelength light annealing step.
(Appendix 8)
The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 7, wherein the silicon film removing step is etching using TMAH.
(Appendix 9)
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 8, wherein an element isolation region and an electrode are formed on a surface of the semiconductor substrate.
(Appendix 10)
10. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 9, wherein the second impurity element is any one of boron, phosphorus, and arsenic.
(Appendix 11)
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 10, wherein the thickness of the silicon film is 100 nm or more.
(Appendix 12)
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 11, wherein a light source used in the long wavelength light annealing step is a CO 2 laser.
(Appendix 13)
The semiconductor substrate is a silicon substrate;
After the silicon film removing step, an insulating film removing step for removing a part of the insulating film on the silicon substrate.
A silicide metal film forming step of forming a silicide metal film on the surface of the remaining insulating film and the silicon substrate;
A silicidation step of forming a silicide layer by reacting silicon on the surface of the silicon substrate with the silicide metal by heat treatment;
A silicide metal removal step of removing the silicide metal that was not silicided in the silicidation step;
The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 7 to 12, characterized in that:
(Appendix 14)
Forming a gate electrode on the semiconductor substrate;
Implanting a first impurity element into the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask;
Forming an insulating film on the semiconductor substrate implanted with the first impurity element;
Forming a silicon film containing a second impurity on the insulating film;
Irradiating the silicon film with light having a wavelength longer than the wavelength of the absorption edge of silicon;
Removing the silicon film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:

1 シリコン基板
2 STI
3 nチャネル用活性領域
3a pウェル(nチャネル領域)
4 pチャネル用活性領域
4a nウェル(pチャネル領域)
5 ゲート絶縁膜
6a、6b ゲート電極
7、8 レジストマスク
9 サイドウォール
11 p型ポケット領域
13 n型エクステンション領域
14 n型ポケット領域
16 p型エクステンション領域
17、18 ディープSD領域
21 絶縁膜
22 シリコン膜
23 シリサイド金属膜
24 シリサイド層
27 ディープ領域
1 Silicon substrate 2 STI
3 n channel active region 3a p well (n channel region)
4 p channel active region 4a n well (p channel region)
5 Gate insulating films 6a and 6b Gate electrodes 7 and 8 Resist mask 9 Side wall 11 p-type pocket region 13 n-type extension region 14 n-type pocket region 16 p-type extension regions 17 and 18 Deep SD region 21 Insulating film 22 Silicon film 23 Silicide metal film 24 Silicide layer 27 Deep region

Claims (7)

半導体基板に第1不純物元素を注入する工程と、
前記半導体基板上に絶縁膜となる酸化膜または窒化膜を形成する膜成膜工程と、
前記絶縁膜上にシリコン膜を形成するシリコン膜成膜工程と、
前記シリコン膜に第2不純物元素を注入する注入工程と、
前記第2不純物元素が注入された前記シリコン膜にシリコンの吸収端の波長よりも短い波長の光を照射する短波長光アニール工程と、
前記短波長光アニール工程の後、前記シリコン膜にシリコンの吸収端の波長よりも長い波長の光を照射する長波長光アニール工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Injecting a first impurity element into the semiconductor substrate;
A film forming step of forming an oxide film or a nitride film serving as an insulating film on the semiconductor substrate;
A silicon film forming step of forming a silicon film on the insulating film;
An implantation step of implanting a second impurity element into the silicon film;
A short wavelength light annealing step of irradiating the silicon film into which the second impurity element is implanted with light having a wavelength shorter than the wavelength of the absorption edge of silicon;
After the short wavelength light annealing step, a long wavelength light annealing step of irradiating the silicon film with light having a wavelength longer than the wavelength of the absorption edge of silicon,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記注入工程において、前記シリコン膜に注入される前記第2不純物元素の濃度は、1×1020cm−3以上であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein, in the implantation step, a concentration of the second impurity element implanted into the silicon film is 1 × 10 20 cm −3 or more. 前記短波長光アニール工程は第1の温度で行われ、前記長波長光アニール工程は第2の温度で行われ、前記第2の温度は前記第1の温度よりも高いことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。   The short wavelength light annealing step is performed at a first temperature, the long wavelength light annealing step is performed at a second temperature, and the second temperature is higher than the first temperature. Item 3. A method for manufacturing a semiconductor device according to Item 1 or 2. 半導体基板に第1不純物元素を注入する工程と、
前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に熱CVD法により第2不純物元素を含むシリコン膜を形成する工程と、
前記シリコン膜に、シリコンの吸収端の波長よりも長い波長の光を照射する長波長光アニール工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Injecting a first impurity element into the semiconductor substrate;
Forming an insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a silicon film containing a second impurity element on the insulating film by a thermal CVD method;
A long wavelength light annealing step of irradiating the silicon film with light having a wavelength longer than the wavelength of the absorption edge of silicon;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記長波長光アニール工程の後、前記シリコン膜を除去するシリコン膜除去工程を有することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a silicon film removing step of removing the silicon film after the long-wavelength light annealing step. 6. 前記第2不純物元素は、ボロン、リン、ヒ素のいずれかであることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second impurity element is any one of boron, phosphorus, and arsenic. 半導体基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体基板に第1不純物元素を注入する工程と、
第1不純物元素が注入された前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に第2不純物を含有するシリコン膜を形成する工程と、
前記シリコン膜にシリコンの吸収端の波長よりも長い波長の光を照射する工程と、
前記シリコン膜を除去する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a gate electrode on the semiconductor substrate;
Implanting a first impurity element into the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask;
Forming an insulating film on the semiconductor substrate implanted with the first impurity element;
Forming a silicon film containing a second impurity on the insulating film;
Irradiating the silicon film with light having a wavelength longer than the wavelength of the absorption edge of silicon;
Removing the silicon film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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