(57)【要約】      （修正有）【課題】低いシート抵抗を得る不純物活性化方法、および、ソース・ドレイン拡張部を均一な深さで再現性よく形成する製造方法を提供。【解決手段】半導体基板２１において半導体基板２１よりも不純物濃度が高いボロンイオン注入層４３が形成されており、ボロンイオン注入層４３にパルス幅が１０〜１０００フェムト秒のパルスレーザー光を照射して、ボロンイオン注入層４３を活性化させる。パルスレーザー光におけるパルス幅、レーザーフルーエンスおよび照射パルス数を含む照射条件を変更することにより、パルスレーザー光照射後のボロンイオン注入層４３のシート抵抗を制御する。【選択図】図１４
2011014914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板において該半導体基板よりも不純物濃度が高い不純物層が形成されており、
該不純物層にパルス幅が１０〜１０００フェムト秒のパルスレーザー光を照射して、不純物層を活性化させる不純物活性化方法であって、
前記パルスレーザー光におけるパルス幅、レーザーフルーエンスおよび照射パルス数を含む照射条件を変更することにより、パルスレーザー光照射後の不純物層のシート抵抗を制御することを特徴とする不純物活性化方法。
【請求項２】
前記パルスレーザー光のパルス幅と、パルスレーザー光照射後の不純物層のシート抵抗との関係において、前記パルス幅に対する前記シート抵抗の勾配が、所定のパルス幅閾値を境に変化し、該パルス幅閾値以下の領域における前記勾配が、パルス幅閾値以上の領域よりも大きく、
前記パルス幅閾値以下のパルス幅で、不純物層にパルスレーザー光を照射することを特徴とする請求項１に記載の不純物活性化方法。
【請求項３】
前記パルスレーザー光のレーザーフルーエンスとパルスレーザー光照射後の不純物層のシート抵抗との関係において、前記レーザーフルーエンスに対する前記シート抵抗が極小値をとり、
前記シート抵抗が略極小値をとるときのレーザーフルーエンスで、不純物層にパルスレーザー光を照射することを特徴とする請求項１に記載の不純物活性化方法。
【請求項４】
前記パルスレーザー光の照射パルス数とパルスレーザー光照射後の不純物層のシート抵抗との関係において、前記照射パルス数に対する前記シート抵抗が極小値をとり、
前記シート抵抗が略極小値をとるときの照射パルス数で、不純物層にパルスレーザー光を照射することを特徴とする請求項１に記載の不純物活性化方法。
【請求項５】
前記パルスレーザー光の照射の前に、前記不純物層に対して電磁波を照射することにより価電子を伝導帯に励起することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の不純物活性化方法。
【請求項６】
前記電磁波が、前記半導体基板におけるバンドギャップより高いエネルギーに相当する波長を有していることを特徴とする請求項５に記載の不純物活性化方法。
【請求項７】
前記パルスレーザー光の偏光が円偏光であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の不純物活性化方法。
【請求項８】
前記不純物層が形成される際、あるいは、前記不純物層が形成される前に、該不純物層が形成される領域に半導体原子が添加または導入され、非晶質化されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の不純物活性化方法。
【請求項９】
前記半導体基板がシリコンであり、前記半導体原子がシリコンまたはゲルマニウムであることを特徴とする請求項８に記載の不純物活性化方法。
【請求項１０】
半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、該ゲート電極が形成されたチャンネル領域を挟むように、ソース側高濃度不純物領域およびドレイン側高濃度不純物領域が前記半導体基板に形成された半導体装置の製造方法であって、
チャンネル領域とソース側高濃度不純物領域との間、およびチャンネル領域とドレイン側高濃度不純物領域との間において、所定の深さに不純物元素を注入して不純物層を形成する不純物層形成工程と、
前記不純物層を、請求項１から９の何れか１項に記載の不純物活性化方法により活性化させる不純物層活性化工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばシリコン基板等の固体試料の表面近傍のみを改質する固体試料の表面改質方法、半導体基板において形成された不純物層を活性化させる不純物活性化方法、および、半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報通信技術を駆使したマルチメディア時代を迎え、情報処理量や処理速度が増大するとともに、機能が複雑化している。そのため、超大規模集積回路（ＵＬＳＩ）に用いられるＭＯＳトランジスタは、微細化、高密度集積化の一途をたどっている。
【０００３】
ＭＯＳトランジスタの微細化に伴って生じるショートチャンネル効果の抑制とデバイスの高速化のため、ソース・ドレイン拡張部では極めて浅い接合深さを実現することが原理的に必要不可欠となっている。例えば、デザインルール０．１ミクロン世代のデバイスでの接合深さは５０ｎｍ、さらに０．０５ミクロン世代での接合深さは１０ｎｍ程度とすることが要求されている。
【０００４】
そのため、１０ｎｍ程度の極めて浅い接合深さに導入された半導体不純物層（極浅接合層）を半導体として活性化させるための技術の開発が必須となっている。また、ソース・ドレイン拡張部の接合深さが浅くなると、寄生抵抗値も上昇するため、デバイスの高速化を達成することが困難となる。すなわち、極めて浅い接合深さ且つ抵抗値の低い接合を形成するという極めて厳しい要求を実現しなくてはならない。このため、極浅接合層への高濃度ドーピング技術と共に、原子拡散を抑制した状態で低抵抗の極浅接合層として電気的に活性化させる技術の成否が、ＭＯＳテクノロジーの発展を左右するプロセス限界の一つとなっている。特に、０．１ミクロン世代以降のＭＯＳトランジスタでは、１０〜３０ｎｍ領域の極浅接合層を１ｋΩ／□以下の低いシート抵抗（面積抵抗率）で実現することが要求されている。
【０００５】
これに対して、従来の半導体不純物活性化技術として、瞬時熱アニール法（RTA）ならびにレーザー表面溶融法（ナノ秒パルス照射）が知られているが、これらは何れも熱的なアニール原理に基づく活性化技術である。
【０００６】
これらの熱的な原理に基づく活性化技術では、基板深部への不必要な熱拡散が同時に生じるため、特にＰＭＯＳトランジスタ（ホウ素（Ｂ）ドーパント層を有するトランジスタ）への適用が困難であることが問題となっている。一例として、接合深さ２０ｎｍのＢドーパント層を典型的な条件［1000℃、10秒］でＲＴＡ処理を施して活性化させた場合、Ｂは４０ｎｍ程度の深さまで拡散してしまう。
【０００７】
この原子拡散を抑制した状態で極浅接合層を形成するための従来技術として、超短パルスレーザー光を照射することにより半導体ドーパント層を低温活性化する技術が知られている（特許文献１参照）。この技術によれば、超短パルスレーザー照射に伴うフォノンの直接あるいは選択励起によりドーパント層を低温活性化し、極浅接合層を形成することができる。なお、フォノンに関する文献としては、非特許文献１〜３がある。
【０００８】
一方、極浅接合層の形成において、上記のドーパント層自体の低温活性化技術と並行して、極浅接合層とソース・ドレイン領域を形成するプロセス技術（エレベーティッド ソース・ドレイン技術）が提案されている（特許文献２参照）。該エレベーティッド ソース・ドレイン技術は、国際ロードマップにおける特に１０ｎｍ以下の深さが要求される世代での主流となることが予測されている（非特許文献４参照）。
【０００９】
エレベーティッド ソース・ドレイン技術とは、反応性プラズマエッチングにより半導
体基板のゲート電極周辺に浅い窪みを形成し、この窪み内にドーパントを含むシリコン層をエピタキシャル成長させることにより、極浅の拡張部（極浅接合層）とソース・ドレイン領域を形成する。
【００１０】
この製造プロセスでは、１０ｎｍ程度の浅い窪みの形成において、半導体基板へのイオン注入により表面近傍の１０ｎｍオーダーの浅い領域を非晶質化し、ハロゲンガスを用いた反応性プラズマエッチングにおいて結晶相よりも非晶質相の方が選択的にエッチングされることを利用したプロセス技術が提案されている（特許文献３参照）。この技術によれば、イオン注入による非晶質化およびエッチングプロセスに次いで、シリコン層（半導体不純物を含む）を窪みにエピタキシャル成長を用いて埋めることにより、制御性よく極浅接合層を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−３３８８９４（２００１年１２月７日公開）
【特許文献２】特開平８−１５３６８８（１９９６年６月１１日公開）
【特許文献３】特開２００３−１０９９６９（２００３年４月１１日公開）
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】F.Favot and A.D.Corso,“Phys.Rev.B” 60 (1999) p11427
【非特許文献２】中島真一，長谷宗明，溝口幸司，「日本物理学会誌」第53巻、第8号（1999）、pp.607-611
【非特許文献３】足立智，R.M.Koehl and K.A.Nelson、「日本物理学会誌」第54巻、第5号（1999）、pp.357-363
【非特許文献４】International technology Roadmap for Semiconductors, 2001 Edition, Front End Processes
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に記載したプロセス技術では、量産化に際して解決すべき問題がある。その最大の問題は、超短パルスレーザー光照射に伴う半導体表面の損傷とそれに起因する再現性である。すなわち、量産時には、チップ全体にわたって損傷の無いプロセスを再現性よく行うことが要求されるが、超短パルスレーザー光照射に伴う極めて高い電界強度のために半導体表面のアブレーションが生じやすくなる。なお、アブレーションとは、超短パルスレーザーにより物質が融点を超える温度に加熱され蒸発あるいは昇華が起こり、加熱部が除去される現象のことをいう。特に、接合深さが浅くなるにつれて、半導体表面近傍の損傷のために、極浅のドーパント層自体および電気的特性に与える影響（シート抵抗の増大）は顕著となり、均一な深さの接合を再現性よく形成できなくなっている。
【００１４】
また、特許文献３に開示されたプロセス技術では、エピタキシャル成長が安定に行われるためにはシリコンの清浄表面を得る必要があるが、イオン注入により非晶質化を実現しているため、エッチング後の界面にはイオン注入により導入された元素が存在することとなる。注入イオンとして半導体基板と同一の元素を用いる場合であっても、イオン注入における深さ方向のイオン飛程には分布があることから、注入欠陥が界面に残存することが避けられない。つまり、エピタキシャル成長における格子不整合の要因となる異種原子（異種原子の注入により存在）あるいは格子欠陥（同種原子の注入により発生）が界面に残存し、エピタキシャル成長にとって好ましくない界面が形成されるという問題がある。この非晶質化された領域をエッチングして形成された凹部に半導体層を埋め込むため、ソース・ドレイン拡張部を均一な深さで、良質な半導体不純物層をエピタキシャル成長により形成することができない。
【００１５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、シート抵抗が従来よりも低い不純物活性化方法、および、ソース・ドレイン拡張部を均一な深さで再現性よく形成する半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の不純物活性化方法は、上記の課題を解決するために、半導体基板において該半導体基板よりも不純物濃度が高い不純物層が形成されており、該不純物層にパルス幅が１０〜１０００フェムト秒のパルスレーザー光を照射して、不純物層を活性化させる不純物活性化方法であって、前記パルスレーザー光におけるパルス幅、レーザーフルーエンスおよび照射パルス数を含む照射条件を変更することにより、パルスレーザー光照射後の不純物層のシート抵抗を制御することを特徴としている。
【００１７】
上記の構成によれば、パルスレーザー光におけるパルス幅、レーザーフルーエンスおよび照射パルス数を含む照射条件を変更することにより、パルスレーザー光照射後の不純物層のシート抵抗を制御する。パルスレーザー光照射後の不純物層のシート抵抗は、パルスレーザー光におけるパルス幅、レーザーフルーエンスおよび照射パルス数を含む照射条件に大きく依存する。したがって、該照射条件を変更して、パルスレーザー光照射後の不純物層のシート抵抗を制御することにより、容易にパルスレーザー光照射後の不純物層のシート抵抗を所望の値とし、シート抵抗を減少させることができるという効果を奏する。
【００１８】
さらに、本発明の不純物活性化方法は、上記の構成に加えて、前記パルスレーザー光のパルス幅と、パルスレーザー光照射後の不純物層のシート抵抗との関係において、前記パルス幅に対する前記シート抵抗の勾配が、所定のパルス幅閾値を境に変化し、該パルス幅閾値以下の領域における前記勾配が、パルス幅閾値以上の領域よりも大きく、前記パルス幅閾値以下のパルス幅で、不純物層にパルスレーザー光を照射することを特徴としている。
【００１９】
上記の構成によれば、パルス幅閾値以下のパルス幅で、不純物層にパルスレーザー光を照射する。そのため、パルスレーザー光照射後の不純物層のシート抵抗をより一層低下させることができるという効果を奏する。
【００２０】
さらに、本発明の不純物活性化方法は、上記の構成に加えて、前記パルスレーザー光のレーザーフルーエンスとパルスレーザー光照射後の不純物層のシート抵抗との関係において、前記レーザーフルーエンスに対する前記シート抵抗が極小値をとり、前記シート抵抗が略極小値をとるときのレーザーフルーエンスで、不純物層にパルスレーザー光を照射することを特徴としている。
【００２１】
上記の構成によれば、シート抵抗が略極小値をとるときのレーザーフルーエンスで、不純物層にパルスレーザー光を照射する。そのため、パルスレーザー光照射後の不純物層のシート抵抗をより一層低下させることができるという効果を奏する。
【００２２】
さらに、本発明の不純物活性化方法は、上記の構成に加えて、前記パルスレーザー光の照射パルス数とパルスレーザー光照射後の不純物層のシート抵抗との関係において、前記照射パルス数に対する前記シート抵抗が極小値をとり、前記シート抵抗が略極小値をとるときの照射パルス数で、不純物層にパルスレーザー光を照射することを特徴としている。
【００２３】
上記の構成によれば、シート抵抗が略極小値をとるときの照射パルス数で、不純物層にパルスレーザー光を照射する。そのため、パルスレーザー光照射後の不純物層のシート抵抗をより一層低下させることができるという効果を奏する。
【００２４】
さらに、本発明の不純物活性化方法は、上記の構成に加えて、前記パルスレーザー光の照射の前に、前記不純物層に対して電磁波を照射することにより価電子を伝導帯に励起することを特徴としている。
【００２５】
上記の構成によれば、パルスレーザー光を照射する際に、照射対象である不純物層が励起状態となっている。パルスレーザー光を照射する際の不純物層の励起状態が高いほど、パルスレーザー光による励起効果が顕著となり、パルス励起過程が非線形に増大する。したがって、レーザーフルーエンスを増大させることなく（アブレーションを促すことなく）、パルスレーザー光による表面励起を実現することができ、不純物層の活性化を行うことができるという効果を奏する。
【００２６】
さらに、本発明の不純物活性化方法は、上記の構成に加えて、前記電磁波が、前記半導体物質におけるバンドギャップより高いエネルギーに相当する波長を有していることを特徴としている。
【００２７】
上記の構成によれば、電磁波が半導体物質に吸収されやすく、容易に不純物層を励起状態にすることができる。これにより、パルスレーザー光による励起効果を一層向上させることができるという効果を奏する。
【００２８】
さらに、本発明の不純物活性化方法は、上記の構成に加えて、前記パルスレーザー光の偏光が円偏光であることを特徴としている。
【００２９】
レーザーフルーエンスが同じである場合、円偏光の方が直線偏光に比べて、電界強度は、（２の平方根）分の１となる。したがって、上記の構成のように、パルスレーザー光の偏光が円偏光であることにより、アブレーションが生じにくくなり、不純物層の表面における損傷を一層低減することができる。
【００３０】
さらに、本発明の不純物活性化方法は、上記の構成に加えて、前記不純物層が形成される際、あるいは、前記不純物層が形成される前に、該不純物層が形成される領域に半導体原子が添加または導入され、非晶質化されていることを特徴としている。
【００３１】
さらに、本発明の不純物活性化方法は、上記の構成に加えて、前記半導体基板がシリコンであり、前記半導体原子がシリコンまたはゲルマニウムであることを特徴としている。
【００３２】
上記の構成によれば、不純物層が形成される領域において、プリ・アモルファイゼーションが行われている。これにより、パルスレーザー光照射による活性化時において、不純物イオンの増速拡散が抑制されるために、精度の高い不純物分布制御が可能となるという効果を奏する。
【００３３】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、該ゲート電極が形成されたチャンネル領域を挟むように、ソース側高濃度不純物領域およびドレイン側高濃度不純物領域が前記半導体基板に形成された半導体装置の製造方法であって、チャンネル領域とソース側高濃度不純物領域との間、およびチャンネル領域とドレイン側高濃度不純物領域との間において、所定の深さに不純物元素を注入して不純物層を形成する不純物層形成工程と、前記不純物層を、上記不純物活性化方法により活性化させる不純物層活性化工程とを含むことを特徴としている。
【００３４】
上記の構成によれば、不純物層活性化工程において、不純物層を、上記不純物活性化方法により活性化させる。これにより、基板深部への不純物原子の拡散を抑制した状態で表面近傍の不純物層を活性化して、極浅の半導体接合層を形成することができる。それゆえ、半導体装置の性能を向上させることができるという効果を奏する。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の不純物活性化方法は、パルスレーザー光におけるパルス幅、レーザーフルーエンスおよび照射パルス数を含む照射条件を変更することにより、パルスレーザー光照射後の不純物層のシート抵抗を制御する。これにより、容易にパルスレーザー光照射後の不純物層のシート抵抗を所望の値とし、シート抵抗を減少させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（ａ）〜（ｇ）は、本発明の一参考形態に係る半導体装置の製造工程の流れを説明する断面図である。
【図２】超短パルスレーザー光を固体試料に照射するための照射装置を示す平面図である。
【図３】超短パルスレーザー光が照射されたシリコン単結晶基板の断面写真である。
【図４】超短パルスレーザー光が照射されたシリコン単結晶基板のＴＥＭによる断面写真である。
【図５】シリコン単結晶基板におけるアブレーション率と、超短パルスレーザー光のレーザーフルーエンスとの関係を示すグラフである。
【図６】（ａ），（ｂ）は、ゲルマニウムが表面に注入されたシリコン単結晶基板における、超短パルスレーザー光の照射前後のＴＥＭによる断面写真である。
【図７】不純物層のシート抵抗を測定するための検査用素子（ＴＥＧ）の構造を示す断面図である。
【図８】上記ＴＥＧのシート抵抗と、超短パルスレーザー光のパルス幅との関係を示すグラフである。
【図９】上記ＴＥＧのシート抵抗と、超短パルスレーザー光の規格化レーザーフルーエンスとの関係を示すグラフである。
【図１０】上記ＴＥＧのシート抵抗と、超短パルスレーザー光のレーザーパルス照射回数との関係を示すグラフである。
【図１１】反射型ポンプ−プローブ法を用いて固体試料の表面付近における誘電率の時間分解測定を行う測定装置の平面図である。
【図１２】反射型ポンププローブ法による反射率の時間分解測定結果を示すグラフである。
【図１３】２個のポンプ光を用いたときの反射率の時間分解測定結果を示すグラフであり、（ａ）は、該２個のポンプ光を個別に用いて測定したものであり、（ｂ）〜（ｄ）は、該２個のポンプ光の時間差をそれぞれ０フェムト秒、１００フェムト秒、１７０フェムト秒としたときのものである。
【図１４】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の他の実施形態に係る半導体装置の製造工程の流れを説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
〔参考形態１〕
本発明の一参考形態について図２ないし図６に基づいて説明すると以下の通りである。
【００３８】
図２は、本参考形態における超短パルスレーザーの照射装置１の平面図である。図２に示されるように、照射装置１は、レーザー発生源２と、偏光器３と、照射光学器４と、チャンバー５とを含んでいる。
【００３９】
レーザー発生源２は、パルス幅が１０〜１０００フェムト秒（周波数帯域幅が１〜１００ＴＨｚ）の超短パルスレーザー光を出力するものであり、例えば、チタンサファイアレーザー装置が用いられる。レーザー発生源２は、出力するレーザー光のパルス幅、レーザーフルーエンス、パルス照射回数、レーザー波長を制御することができる。なお、レーザーフルーエンスとは、放射エネルギー密度である。なお、レーザーフルーエンスの制御は、レーザー発生源２から出力されるレーザー光の出力エネルギー値とレーザー光のスポット径とにより行われる。
【００４０】
偏光器３は、レーザー発生源２から出力されたレーザー光を偏光するためのものであり、偏光子等から構成される。偏光器３により、レーザー光は、直線偏光、円偏光、または楕円偏光に偏光される。
【００４１】
照射光学器４は、偏光器３から出力されたレーザー光を、チャンバー５内の固体試料７に均一に照射させる所定の光学部品で構成される。照射光学器４は、偏光器３を透過したレーザー光を適当な照射コヒーレント電磁波に変換して、固体試料７に照射する。
【００４２】
チャンバー５は、不活性ガス（例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン）雰囲気、還元性雰囲気（例えば、水素）もしくは、１×１０−６Ｔｏｒｒ（１Ｔｏｒｒ＝１３３．３２２Ｐａ）以下の真空度に保つ空間である。チャンバー５は、その内部に試料台６を備えている。この試料台６の上に置かれた固体試料７に対して、照射均一器４により均一化されたレーザー光が照射される。
【００４３】
＜参考例１−１＞
上記超短パルスレーザー光の照射装置１を用いて、固体試料の表面近傍を改質した一例を示す。本参考例１では、レーザー発生源２として、チタンサファイアレーザー装置を使用した。照射するレーザー光は、波長８００ｎｍ、パルス幅１００フェムト秒、レーザーフルーエンス２５０ｍＪ／ｃｍ２、ショット数１０パルス、パルス繰り返し周波数１ｋＨｚとした。また、固体試料７として、シリコン単結晶基板を用いた。
【００４４】
図３および図４は、上記条件で超短パルスレーザー光を照射した後のシリコン単結晶基板の表面付近における高分解能透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による格子観察像である。なお、図４は、図３の拡大写真である。
【００４５】
図３および図４に示されるように、シリコン単結晶基板の最表面のナノ領域（本参考例では、厚さ２４ｎｍ程度）において、格子が無秩序化していることが確認でき、結晶相から非晶質相（アモルファス）に変化していることがわかる。また、結晶相と非晶質相との界面がほぼ平らであり、均一化されていることがわかる。
【００４６】
このように、シリコン単結晶基板に超短パルスレーザー光を照射することで、表面近傍のナノ領域において、結晶相から非晶質相に改質させることが確認できた。これによると、従来のイオン注入による非晶質化と異なり、他元素が残存することがない。また、イオン注入と比較して、異種原子や注入欠陥のない均一な界面となる。この結果、非晶質相に改質させた領域を反応性プラズマエッチングによりエッチングし、シリコン層（半導体不純物を含む）をその窪みにエピタキシャル成長を用いて埋めることにより、制御性よく極浅接合層を形成することができる。
【００４７】
次に、レーザーフルーエンスを変化させたときの１パルス照射当りのアブレーション率を測定した。１パルス照射当りのアブレーション率とは、１パルスの照射（ショット）においてアブレーションにより消失した固体試料７の厚みである。図５は、波長８００ｎｍ、パルス幅１００フェムト秒における測定結果を示すグラフである。図５に示されるように、レーザーフルーエンスが約０．４Ｊ／ｃｍ２において、レーザーフルーエンスに対するアブレーション率の勾配が最大となり、このレーザーフルーエンスを閾値として、アブレーション率が急激（急速かつ明瞭）に変化する。すなわち、レーザーフルーエンスが該閾値（ここでは、０．４Ｊ／ｃｍ２）以下では、アブレーション率が０に近くなり、アブレーションを抑えるとともに、シリコン単結晶基板の表面を結晶相から非晶質相に改質することができる。これにより、非晶質相の厚みをより一層均一化することができる。なお、図３および図４に示した非晶質化は、レーザーフルーエンスに対するアブレーション率の勾配が最大を示す閾値よりも低い照射条件（レーザーフルーエンス：０．２５Ｊ／ｃｍ２）でレーザー照射を行っている。
【００４８】
＜参考例１−２＞
本参考例は、上記参考例１とは逆に、非晶質相を結晶質に改質させた例である。上記参考例と同様に、レーザー発生源２として、チタンサファイアレーザー装置を使用した。また、固体試料７として、５ｋｅＶでＧｅイオンを注入し、厚み約１０ｎｍの非晶質層を表面に形成したシリコン単結晶基板を用いた。
【００４９】
図６は、超短パルスレーザー光の照射前後における、上記非晶質層が形成されたシリコン単結晶基板の表面付近における高分解能透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による格子観察像である。なお、図６（ｂ）は、図６（ａ）の拡大写真である。
【００５０】
図６に示されるように、超短パルスレーザー光を照射することにより、表面深さ１０ｎｍに形成されていた非晶質層が結晶化していることが確認できた。すなわち、非晶質相に超短パルスレーザー光を照射することで、結晶化できることが確認できた。
【００５１】
＜参考例１−３＞
本参考例は、超短パルスレーザー光の照射によるシリコン基板に形成された不純物層の活性化に関するものである。上述したように、活性化された不純物層におけるシート抵抗の低抵抗化が課題となっている。そこで、超短パルスレーザー光の照射によって活性化された不純物層のシート抵抗測定のため、本参考例では、図７に示すような構造を有する検査用素子（Test Element Group：以下、ＴＥＧと称する）７１を作成した。
【００５２】
ここで、ＴＥＧの作成方法について説明する。
まず、Ｎ型のシリコン単結晶基板１１の表面に幅１６４μｍ、間隔２００μｍの２本の電極領域を除く領域にレジストを形成する。そして、該レジストをマスクにして、イオン注入法により、ボロン不純物を１５〜１００ｋｅＶの注入エネルギーで、３〜４×１０１５イオン／ｃｍ２注入する。その後、アニール熱処理を行い、電極領域にＰ＋領域１３を形成する。
【００５３】
次に、レジストでマスクした状態のまま、基板上面にコバルト（Ｃｏ）薄膜を付着させ、シリコン単結晶基板を加熱する。これにより、コバルトがシリコンと反応してコバルトシリサイド（ＣｏＳｉ２）層１４が形成される。
【００５４】
その後、レジストを除去したのち、コバルトシリサイド層１４が形成された２本の電極領域を除く領域を別のレジストで保護する。そして、該レジストをマスクとして、２本の電極領域間に、ボロン不純物を０．５ｋｅＶの注入エネルギーで、１×１０１５イオン／ｃｍ２注入し、不純物層１６を形成する。
【００５５】
そして、レジストを除去することにより、図７に示されるような、Ｐ＋層１３の表面にコバルトシリサイド層１４を持つ２つの電極領域と、該２つの電極領域に挟まれた不純物層１６とを有するＴＥＧ７１が形成される。このとき、２つの電極領域間のシート抵抗値は、４０ｋΩ／□と高抵抗を示した。これは、２つの電極領域に挟まれた不純物層１６が活性化されていない点、および、２つの電極領域とシリコン単結晶基板１１との間がＰＮＰの逆バイアス構造である点による。
【００５６】
このようにして形成されたＴＥＧ７１を固体試料７として、上記照射装置１により、超短パルスレーザー光を所定条件で照射し、不純物層１６を活性化させ、２つの電極領域間のシート抵抗を測定した。なお、不純物層１６が活性化されると、該不純物層１６とＰ＋層１３とがオーミックコンタクトすることにより、シート抵抗が低くなる。したがって、２つの電極領域間のシート抵抗を測定することにより、レーザー照射による電気的活性化の効果を評価することができる。
【００５７】
図８は、レーザー発生源２としてチタンサファイアレーザー装置を用いて、波長８００ｎｍ、パルス繰り返し周波数１ｋＨｚのレーザー光を照射したときの電極領域間のシート抵抗とパルス幅との関係を示す実験結果である。
【００５８】
図８に示されるように、照射するレーザー光のパルス幅を短くするにつれてシート抵抗が低下する。パルス幅が３００フェムト秒以下においてシート抵抗は２ｋΩ／□以下となる。また、パルス幅に対するシート抵抗の勾配は、パルス幅における所定の閾値（図８では、約１５０フェムト秒）を境に変化する。すなわち、該閾値より短いパルス幅の領域では、閾値よりも長いパルス幅の領域と比較して、パルス幅に対するシート抵抗の勾配が大きくなる。よって、パルス幅を該閾値以下の領域に設定することで、シート抵抗を一層低くすることができる。また、パルス幅を５０フェムト秒未満にする場合、該レーザー光の発生に要するコストが高くなるという問題が生じる。
【００５９】
以上から、シート抵抗を初期の４０ｋΩ／□から１桁以上低下させるためには、パルス幅を５０〜３００フェムト秒に設定することが好ましい。さらに、パルス幅に対するシート抵抗の勾配がパルス幅の増大に応じて低くなるときのパルス幅閾値以下にパルス幅を設定することが好ましい。これにより、シート抵抗を低下させることができる。
【００６０】
図９は、レーザー発生源としてチタンサファイアレーザー装置を用いて、波長８００ｎｍ、パルス幅１００フェムト秒、パルス繰り返し周波数１ｋＨｚのレーザー光を照射したときの不純物層の抵抗値とレーザーフルーエンスとの関係を示す実験結果である。なお、横軸は、使用したチタンサファイアレーザー装置の最大出力エネルギー値におけるレーザーフルーエンス値を１として規格した規格化レーザーフルーエンスである。
【００６１】
図９に示されるように、規格化レーザーフルーエンスに対するシート抵抗は、ある値（図９では、規格化レーザーフルーエンス：約０．６１）において極小を示すことが確認できた。この現象は、次のような原因によるものである。すなわち、レーザーフルーエンスが極めて小さい領域では、不純物層１６の活性化させるのに十分ではないため、シート抵抗は、Ｂイオン注入時と同程度である。そして、レーザーフルーエンスを大きくしていくと、不純物層１６の活性化が起こり、シート抵抗は急激に減少する。さらに、レーザーフルーエンスを大きくすると、デバイスの損傷（非晶質化やアブレーション）が生じるため、シート抵抗は増大する。
【００６２】
このように、レーザーフルーエンスに対するシート抵抗は極小値を持つことがわかった。これにより、不純物層１６の抵抗値を低抵抗化するためには、該極小値を持つときのレーザーフルーエンスにより、レーザー光照射することが好ましい。
【００６３】
図１０は、レーザー発生源としてチタンサファイアレーザー装置を用いて、波長８００ｎｍ、パルス幅１００フェムト秒、パルス繰り返し周波数１ｋＨｚの超短パルスレーザー光を照射したときのシート抵抗とパルス照射回数との関係を示す実験結果である。なお、該測定は、偏光器３における偏光が直線偏光である場合と、円偏光である場合との２種について行った。
【００６４】
図１０に示されるように、何れの偏光においても、パルス照射回数に対するシート抵抗値は、極小を示すことがわかった。極小を示すときの照射回数以下の領域では、パルス照射回数が増大するにつれてシート抵抗値が低下する。これは、Ｂイオン不純物の活性化が進行するためである。一方、極小を示すときの照射回数を越えた領域において、パルス照射回数が増大するにつれてシート抵抗が上昇する。これは、アブレーションが生じるために、不純物が表面近傍から失われるためである。
【００６５】
このように、パルス照射回数に対するシート抵抗は極小値を持つことがわかった。これにより、シート抵抗を低抵抗化するためには、該極小値を持つときのパルス照射回数で超短パルスレーザー光照射することが好ましい。
【００６６】
また、図１０に示されるように、直線偏光と円偏光とを比較すると、円偏光を用いた場合の方が、シート抵抗がより低くなることがわかった。これは、レーザーフルーエンスが同一である場合、円偏光の電界強度は、直線偏光に比べて、（２の平方根）分の１となり、アブレーションが生じにくくなるからである。これにより、照射する超短パルスレーザー光は円偏光であることが好ましい。
【００６７】
このように、本参考形態にいれば、イオン注入による異種原子や格子欠陥の残存がなく、界面が均一である固体試料の表面改質方法を提供することができる。
【００６８】
そして、本参考形態の表面改質方法は、固体試料に対して、パルス幅が１０〜１０００フェムト秒のパルスレーザー光を照射し、前記固体試料の表面層のみを、結晶相から非晶質相に、あるいは、非晶質相から結晶相に改質させることを特徴としている。
【００６９】
固体試料中において存在する原子間には原子間力が働いている。この原子間力は微小変位に対してフックの法則に従う復元力（バネ力）として働くので、熱運動あるいは外部からの強制振動によって生じる原子の振動は隣の原子へと伝わり連成振動を生じる。これを格子振動といい、固体試料中では量子化されているためフォノンと呼ばれる。さらに、原子の質量、原子間距離ならびに復元力のバネ定数に相当する原子間力は、個々の物質で固有の値を持つため、フォノンの振動数と波数は互いに依存関係にあり、これを分散関係という。
【００７０】
固体試料に光を照射した場合、局所的な温度上昇（熱的結合）あるいは誘電分極の擾乱（光弾性結合）により、光と結合した弾性歪みが生じる。この弾性歪みを外力として、フォノン振動数の領域にある光（電磁波）を固体試料に照射すると、誘導ラマン散乱により位相のそろったコヒーレントフォノンを励起することが可能である。例えば、シリコン単結晶において知られているフォノンの分散関係（非特許文献１参照）によると、フォノンの振動数は１０ＧＨｚ〜１０ＴＨｚの間に存在するが、その周波数帯域内におけるコヒーレント電磁波として、１０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの周波数帯域（ミリ波領域）ではジャイロトロン等のミリ波発振管を用いることが可能であるのに対し、１００ＧＨｚ〜１０ＴＨｚの周波数帯はテラヘルツ輻射と呼ばれる未開拓の電磁波領域で、単一の発振源では実現されていない。
【００７１】
そこで、１０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの周波数帯域ではジャイロトロン等により得られるミリ波領域のコヒーレント電磁波を固体試料に照射し、コヒーレント電磁波による交番電界により固体試料表面の誘電分極をコヒーレントに振動させることによって、フォノンの励起が可能である。
【００７２】
さらに、１００ＧＨｚ〜１０ＴＨｚのテラヘルツ輻射と呼ばれる電磁波領域では、周波数がω1およびω2（ω1＞ω2）で波長がわずかに異なる２つのコヒーレント電磁波を結晶に入射させ、ω0をフォノンの振動周波数として、その周波数差ω1−ω2が
ω1−ω2＝ω0 （１）
を満たすようにすると、誘導散乱が生じてコヒーレントフォノンが発生する。このため、ω0よりも広いスペクトル幅（周波数帯域幅）をもつコヒーレント電磁波源を用いると、
スペクトル内の異なる周波数成分どうしが、式（１）を満たすω1とω2の役割を果たすため、単一のコヒーレント電磁波源でこの条件が満足される。この原理に基づくコヒーレントフォノン励起に関する研究は、励起されたフォノンのイメージングをはじめとする物性研究でも用いられている（非特許文献２，３参照）。
【００７３】
また、コヒーレント電磁波ビームにおけるパルス幅（Δｔ）と周波数帯域幅（Δω）は、Δｔ・Δω ＜ ２ln2 / π （２）
を満たすため、例えばチタンサファイアレーザー装置等を用いて発生させることが可能な、パルス幅が１０〜１０００フェムト秒のコヒーレント電磁波は、周波数帯域幅が１〜１００ＴＨｚとなり、周波数領域で差周波を用いることにより式（１）を満足することが可能である。
【００７４】
このため、本参考形態では、上記の構成のように、パルス幅が１０〜１０００フェムト秒のパルスレーザー光を照射することで、固体試料の表面層のみを原子再配列を選択に行い、結晶相から非晶質相、あるいは、非晶質相から結晶相に改質させる。それゆえ、イオン注入することなく固体試料の表面を改質することができる。それゆえ、他イオンの残存がなく、界面が均一な改質層を形成することができるという効果を奏する。
【００７５】
さらに、本参考形態の固体試料の表面改質方法は、上記の構成に加えて、パルスレーザー光の照射による前記固体試料のアブレーション率と、前記パルスレーザー光のレーザーフルーエンスとの関係において、レーザーフルーエンスに対するアブレーション率の勾配が最大値を示すときのレーザーフルーエンスをレーザーフルーエンス閾値とし、前記レーザーフルーエンス閾値以下のレーザーフルーエンスで、固体試料にパルスレーザー光を照射することを特徴としている。
【００７６】
上記の構成によれば、レーザーフルーエンスに対するアブレーション率の勾配が最大値を示すときのレーザーフルーエンスをレーザーフルーエンス閾値とし、前記レーザーフルーエンス閾値以下のレーザーフルーエンスで、固体試料にパルスレーザー光を照射する。レーザーフルーエンスに対するアブレーション率の勾配は、所定のレーザーフルーエンス閾値で急速かつ明瞭に変化し、最大値をもつ。したがって、レーザーフルーエンス閾値以下のレーザーフルーエンスで、固体試料にパルスレーザー光を照射することにより、アブレーション率を低くすることができる。これにより、改質した層における損傷を一層低減することができるという効果を奏する。
【００７７】
さらに、本参考形態の固体試料の表面改質方法は、上記の構成に加えて、前記固体試料が半導体物質であり、前記パルスレーザー光の照射の前に、前記半導体物質に電磁波を照射することにより価電子を伝導帯に励起することを特徴としている。
【００７８】
上記の構成によれば、固体試料が半導体物質であり、パルスレーザー光の照射の前に、半導体物質において、価電子が伝導帯に励起される。そのため、パルスレーザー光を照射する際に、照射対象である半導体物質は、励起状態となっている。パルスレーザー光を照射する際の半導体物質の励起状態が高いほど、パルスレーザー光による励起効果が顕著となり、パルス励起過程が非線形に増大する。したがって、レーザーフルーエンスを増大させることなく（アブレーションを促すことなく）、パルスレーザー光による表面励起を実現することができ、半導体物質の表面を結晶質から非晶質、あるいは、非晶質から結晶質に改質させることができるという効果を奏する。
【００７９】
さらに、本参考形態の固体試料の表面改質方法は、上記の構成に加えて、前記電磁波が、前記半導体物質におけるバンドギャップより高いエネルギーに相当する波長を有していることを特徴としている。
【００８０】
上記の構成によれば、電磁波が半導体物質に吸収されやすく、容易に半導体物質を励起状態にすることができる。これにより、パルスレーザー光による励起効果を一層向上させることができるという効果を奏する。
【００８１】
さらに、本参考形態の固体試料の表面改質方法は、上記の構成に加えて、前記パルスレーザー光の偏光が円偏光であることを特徴としている。
【００８２】
レーザーフルーエンスが同じである場合、円偏光の方が直線偏光に比べて、電界強度は、（２の平方根）分の１となる。したがって、上記の構成のように、パルスレーザー光の偏光が円偏光であることにより、アブレーションが一層生じにくくなるという効果を奏する。
【００８３】
以上のように、本参考形態の固体試料の表面改質方法は、固体試料に対して、パルス幅が１０〜１０００フェムト秒のパルスレーザー光を照射し、前記固体試料の表面層のみを、結晶質から非晶質に、あるいは、非晶質から結晶質に改質させるため、イオン注入による異種原子や格子欠陥の残存がなく、界面が均一である改質層を固体試料の表面に形成することができるという効果を奏する。
【００８４】
このように、本参考形態の固体試料の表面改質方法によれば、他イオンの残存がなく、界面が均一な改質層を形成することができる。よって、例えば、半導体装置のように極浅接合層を形成する際の非晶質層の形成に適用することができる。
【００８５】
〔実施形態１〕
上記参考形態では、固体試料７に対して、超短パルスレーザー光を照射し、固体試料７の表面を励起状態にして、改質（結晶相から非晶質相への改質など）および不純物層１６の活性化を行った。一般に、表面を励起状態とするには、レーザーフルーエンスを増大すればよいが、上述したように、アブレーションが生じて好ましくない。本実施形態は、アブレーションを抑制した上で、さらに、固体試料７の表面の励起をより一層促進する形態である。
【００８６】
すなわち、本実施形態では、超短パルスレーザー光の照射に先立って、半導体物質である固体試料７において、電磁波を照射することにより、価電子を伝導帯に励起させる。励起させる方法としては、マルチフォトン（多光子）過程などがあり、好ましくは固体試料７に吸収されやすい波長（つまり、固体試料７が有するバンドギャップより高い光子エネルギーに相当する波長）の光を照射させる方法がある。このように、予め価電子帯から伝導帯（導電帯）への励起を行うことにより、超短パルスレーザー光を照射する際の表面の励起状態が高い状態となり、超短パルスレーザー光による励起効果が一層顕著となる。
【００８７】
超短パルスレーザー光の照射に先立って、予め固体試料７にバンドギャップ以上の光子エネルギーを有する波長の光を照射させる上記励起効果の根拠となる実施例について説明する。
【００８８】
＜実施例１−１＞
超短パルスレーザー光照射により励起された最表面の電子状態あるいはフォノンの振動励起状態の緩和過程を調べるため、反射型ポンプ−プローブ法を用いて固体試料の表面付近における誘電率の時間分解測定を行った。これは、誘電率変化の情報をプローブ信号に含まれる反射率の変化として検知する時間分解測定法であり、固体試料にポンプ光による擾乱を与え、ポンプ光に対して時間差を持つプローブ光（ポンプ光よりも十分弱い強度で照射）の反射率の変化を測定する。
【００８９】
図１１は、反射型ポンプ−プローブ法を用いて固体試料の表面付近における誘電率の時間分解測定を行う測定装置の平面図である。図１１に示されるように、チタンサファイアレーザー装置により構成される超短パルスレーザー装置５２からの超短パルスレーザー光を、ハーフミラー５６ａ・５６ｂ・５６ｃにより分岐して２つのポンプ光と１つのプローブ光に分ける。そして、コーナーキューブ５５ａ・５５ｂ・５５ｃを装着したステージをステッピングモータ（図示しない）で駆動することにより光路差を調整する。そして、ポンプ光とプローブ光とは、レンズ５４により集光され、固体試料７に照射する。ここで、ポンプ光とプローブ光の時間差をスキャンして、プローブ光の微分反射率の時間変化を測定した。さらに、拡大光学系（図示しない）とＣＣＤカメラ５１で試料表面の観察を行い、超短パルスレーザー光の照射前後で該照射に伴うアブレーション等の変化が生じていないことを確かめた。なお、Ｈｅ−Ｎｅレーザー装置５３は、上記の表面観察における照明と光学系のアライメント用に設置されているものである。
【００９０】
なお、固体試料７として、Ｎ型のシリコン（１００）単結晶基板を用いた。また、超短パルスレーザー装置５２から照射されるレーザー光を、波長８００ｎｍ、パルス幅１００フェムト秒、パルス繰り返し周波数１ｋＨｚとした。
【００９１】
図１２は、反射型ポンププローブ法による反射率の時間分解測定結果を示すグラフである。なお、図１２は、励起用のポンプ光として１個のパルスのみを用いているときのグラフである。ポンプ光が照射された時刻から最初に立ち上がる信号（図中、時間０．５ピコ秒におけるピークにあたる）は、照射パルスと同程度の幅を有している。その後、約０．５ピコ秒で立ち上がりピーク（図中、時間１．０ピコ秒付近のピークにあたる）を迎える成分は、２ピコ秒以上の長い時定数（１／ｅ：ｅは自然対数の底）で減衰している。この２ピコ秒以上の長い時定数で減衰する成分は、導電帯へ光励起されたキャリアによる電子−正孔プラズマの生成と、バンド端等への緩和に伴う電気感受率あるいは誘電率の時間変化を示している。
【００９２】
図１３は、励起用のポンプ光の数を増やして２個のパルス（ポンプ光Ａ、ポンプ光Ｂ）を用いた際の反射率の時間変化を示すグラフである。
【００９３】
図１３（ａ）は、ポンプ光Ａとポンプ光Ｂとの各々のポンプ光を、個別に用いて測定した反射率の時間変化である。ここでは、２つのポンプ光による複合励起過程の効果を調べるため、ポンプＡとポンプＢとの時間差を０フェムト秒、１００フェムト秒、１７０フェムト秒とし、反射率の時間変化を測定し、測定結果をそれぞれ図１３（ｂ）〜（ｄ）に示す。
【００９４】
図１３（ｂ）〜（ｄ）に示されるように、いずれの時間差においても、図１３（ａ）に示す波形の単純な足し合わせよりも、高い波高値を示している。すなわち、ポンプ光が照射される際の表面の励起状態が高いほど、励起効果が顕著となり、超短パルスレーザー励起過程が非線形に増大することを示している。
【００９５】
以上の測定結果から、超短パルスレーザー光の照射に先だって、電磁波（光）を照射することにより、マルチフォトン（多光子）過程、あるいは、バンドギャップ以上の光子エネルギーを有する電磁波（光）の吸収過程（直接吸収ないし間接吸収）を介して、価電子が伝導帯に励起される。その結果、表面の励起状態が向上し、超短パルスレーザー光の照射に伴う励起効果が顕著となり、アブレーションを抑制した状態で、超短パルスレーザー照射による表面の励起をより一層向上させることができる。
【００９６】
〔参考形態２〕
次に、上記参考形態１において説明した結晶相を非晶質化する参考例を利用して、ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴを製造する製造方法について説明する。なお、本参考形態は、ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴの製造方法にも適用することができる。
【００９７】
図１は、本参考形態におけるｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴの製造方法を示す半導体基板の断面図である。
【００９８】
図１（ａ）に示すように、半導体基板（例えば、シリコン）２１において、素子分離絶縁層２２を形成した後、ゲート絶縁膜に使用する絶縁層（例えば、高誘電率酸化膜：Y2O3, La2O3, ZrO2, HfO2など）、ゲート電極材料層（例えば、不純物を含む多結晶質シリコンや多結晶質SiGe、あるいは金属材料Pt、Ir、Ni、Coや導電性窒化物TaN、WNなど）及び電極保護層（例えば、ポリシリコン、Al等の金属で、反応性エッチングに適し、かつ超短パルスレーザー光に対して吸収の大きい材料）を形成する。その後、フォトリソグラフィーによるレジストのパターニングと反応性イオンエッチングを行うことにより、半導体基板２１上にゲート絶縁膜２３、ゲート電極２４、電極保護膜２５を形成する。なお、半導体基板２１において、ゲート電極２４およびゲート絶縁膜２３が形成されている領域がチャンネル領域となる。
【００９９】
次に、図１（ｂ）に示すように、半導体基板２１を上記照射装置１のチャンバー５内の試料台６に設置し、超短パルスレーザー光を半導体基板２１の表面に照射する。例えば、チタンサファイアレーザー光（波長８００ｎｍ、パルス幅１００フェムト秒）を半導体基板２１の表面に照射する。このとき、図５に示したように、レーザーフルーエンスに対するアブレーション率の勾配が最大値を示す閾値以下（本参考形態では、４００ｍＪ/ｃｍ２以下）のレーザーフルーエンスでレーザー光を半導体基板２１の表面に照射することで、半導体基板２１の表面におけるアブレーションを抑制することができる。
【０１００】
これにより、例えば図３および図４に示すように、半導体基板の表面領域のみが非晶質化され、図１（ｂ）に示すように、半導体基板２１と電極保護膜２５との表面は、それぞれ非晶質化層２６ａ・２６ｂとなる。
【０１０１】
続いて、ハロゲン系の反応性プラズマを用いたエッチングプロセスを半導体基板２１に対して施すことにより、上記で形成された非晶質層２６ａ・２６ｂを選択的にエッチングして除去する。その結果、図１（ｃ）に示すように、該半導体基板２１の表面には凹部２７が形成される。なお、該凹部２７の深さは、図１（ｂ）において照射する超短パルスレーザー光のレーザーフルーエンスを変化させることで、数ｎｍから３０ｎｍ程度まで調整することができる。
【０１０２】
次いで、半導体基板２１をＣＶＤ装置に搬送し、表面に形成されている自然酸化膜を除去する。その直後に、半導体不純物（本参考形態では、ｐ型であるのでボロン）を含有する半導体層を、上記のエッチングで非晶質層２６ａが除去された凹部２７に埋込み、図１（ｄ）に示すように、半導体埋込層２８を形成する。この行程により、ゲート絶縁膜２３付近に深さが数ｎｍから３０ｎｍ程度のＳ／Ｄ拡張部（ソース・ドレイン拡張部）が形成される。
【０１０３】
次に、半導体基板２１全体にゲート電極２４の上面程度まで、絶縁膜を形成した後、Chemical-Mechanical Polishing (以下、ＣＭＰと記す)を用いて、ゲート電極の高さで平坦化する。その結果、電極保護膜２５が除去される。続いて、反応性イオンエッチングによりエッチングすることにより、図１（ｅ）に示すように、ゲート電極２４の側壁部にサイドウォール２９が形成される。このサイドウォール２９は、この後にＤｅｅｐ拡散層を形成する際のイオン注入時において、Ｓ／Ｄ拡張部を保護するマスクとなる。
【０１０４】
次に、フォトレジストによりマスクを行い、図１（ｆ）に示すように、該ｐチャンネル型Ｓ／Ｄ領域を形成する箇所のみに、Ｂ（ボロン）イオンを注入する。注入条件は、例えば、加速エネルギーが５ｋｅＶのボロンイオンを、１平方ｃｍ当たりのドーズ量にして５×１０１５イオンである。ボロンイオンを注入後、赤外線ランプあるいはフラッシュランプを用いた急速加熱・急速降温プロセスによりアニール処理を施すことにより、図１（ｆ）に示すように、ｐチャンネル型Ｓ／Ｄ領域の主要部であるＤｅｅｐ拡散層３０が形成される。また、同時に、サイドウォール２９によりマスクされていた半導体埋込層２８の一部は、極浅接合層であるＳ／Ｄ拡張部３１となる。
【０１０５】
最後に、高融点金属（例えば、Ｃｏ，Ｎｉなど）膜形成と熱プロセスにより、Ｄｅｅｐ拡散層３０の表面に、シリサイド層３２を形成し、低抵抗のオーミックコンタクト電極を形成する。その後、サイドウォールならびに素子分離絶縁膜上に存在する未反応の高融点金属を、薬液処理を用いたサリサイドプロセスにより除去することにより、図１（ｇ）に示すように、数ｎｍ〜３０ｎｍ程度の浅いＳ／Ｄ拡張部３１を有するｐチャンネル型ＭＯＳＦＥＴが形成される。
【０１０６】
なお、上記の製造方法では、半導体基板２１の非晶質化に超短パルスレーザー照射を用いるプロセスを、凹部２７および半導体埋込層２８の形成に適用した。形成された半導体埋込層２８は、最終的に、その一部がＳ／Ｄ拡張部３１として残る。しかしながら、レジスト等のマスクを用いて、半導体基板２１に超短パルスレーザーを照射し、Ｓ／Ｄ拡張部について浅い凹部を、Ｄｅｅｐ拡散層について深い凹部を形成し、該凹部に半導体埋込層を形成してもよい。この場合、深い凹部に形成された半導体埋込層をそのままＤｅｅｐ拡散層として使用できる。この場合、図１（ｆ）で示したイオン注入処理を行う必要がなくなる。
【０１０７】
また、ゲート電極２４をポリシリコンで形成している場合、ゲート電極２４上にもシリサイド層を形成してもよい。
【０１０８】
以上のように、本参考形態による半導体装置の製造方法は、半導体基板２１上にゲート絶縁膜２３を介してゲート電極２４が形成され、該ゲート電極２４が形成されたチャンネル領域を挟むように、ソース側高濃度不純物領域およびドレイン側高濃度不純物領域となるＤｅｅｐ拡散層３０が半導体基板２１に形成された半導体装置の製造方法であって、チャンネル領域とソース側高濃度不純物領域との間、およびチャンネル領域とドレイン側高濃度不純物領域との間に、パルス幅が１０〜１０００フェムト秒のパルスレーザー光を照射し、非晶質層２６ａを形成する非晶質層形成工程と、前記半導体基板に対して前記非晶質層を選択的にエッチングして凹部２８を形成する凹部形成工程と、前記凹部２８に半導体基板よりも不純物濃度が高い半導体層２８を埋め込み、ソース・ドレイン拡張部３１を形成するソース・ドレイン拡張部形成工程とを含む。
【０１０９】
本参考形態による製造方法により形成されるＭＯＳＦＥＴでは、従来技術のように半導体基板表面の非晶質化にＧｅイオン注入を用いていないため、非晶質層の選択的エッチング後の表面にイオン注入による第二元素が存在することがない。また、注入イオンを半導体基板と同一の元素を用いる場合であっても、従来技術ではイオン注入における深さ方向のイオン飛程には分布があることから注入欠陥が界面に残存するという問題があった。しかしながら、本参考形態によれば、図３および図４に示したように、非晶質相の深さは均一であり、埋込行程でのエピタキシャル成長に適した界面を形成することが可能である。さらに、Ｓ／Ｄ拡張部３１の低抵抗化においても有利となる。
【０１１０】
このように、本参考形態の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、該ゲート電極が形成されたチャンネル領域を挟むように、ソース側高濃度不純物領域およびドレイン側高濃度不純物領域が前記半導体基板に形成された半導体装置の製造方法であって、チャンネル領域とソース側高濃度不純物領域との間、およびチャンネル領域とドレイン側高濃度不純物領域との間に、パルス幅が１０〜１０００フェムト秒のパルスレーザー光を照射し、非晶質層を形成する非晶質層形成工程と、前記半導体基板に対して前記非晶質層を選択的にエッチングして凹部を形成する凹部形成工程と、前記凹部に半導体基板よりも不純物濃度が高い半導体層を埋め込み、ソース・ドレイン拡張部を形成するソース・ドレイン拡張部形成工程とを含むことを特徴としている。
【０１１１】
上記の構成によれば、非晶質層形成工程において、チャンネル領域とソース側高濃度不純物領域との間、およびチャンネル領域とドレイン側高濃度不純物領域との間に、パルス幅が１０〜１０００フェムト秒のパルスレーザー光を照射し、非晶質層を形成する。これにより、イオン注入を行うことなく、半導体基板の表面に非晶質層を形成することができる。そのため、凹部形成工程において形成される凹部にイオンが残存することがない。また、イオン注入の場合、注入欠陥が界面に残存することがあるが、パルスレーザー光を照射する場合、均一にレーザー光を照射することができるため、界面が均一となる。よって、ソース・ドレイン拡張部形成工程により形成されるソース・ドレイン拡張部は、エピタキシャル成長において格子不整合の原因となる異種原子あるいは格子欠陥が界面に残存することなく、良質な半導体不純物層をエピタキシャル成長により形成するのに適した界面を形成することができる。これにより、半導体装置の性能を向上させることができるという効果を奏する。
【０１１２】
〔実施形態２〕
次に、上記参考形態１の参考例３において説明した超短パルスレーザー光の照射による不純物層の活性化を利用して、ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴを製造する製造方法について説明する。なお、本実施形態は、ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴの製造方法にも適用することができる。
【０１１３】
図１４は、本実施形態におけるｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴの製造方法を示す半導体基板の断面図である。
【０１１４】
まず、上記参考形態２と同様に、素子分離絶縁層２２を形成した半導体基板２１上にゲート絶縁膜２３、ゲート電極２４、電極保護膜２５を形成する（図１４（ａ）参照）。
【０１１５】
次に、図１４（ｂ）に示すように、次の行程で形成するＳ／Ｄ拡張部に相当する領域であり、ゲート電極を囲む部分をレジスト４１によりマスクする。そして、半導体基板２１の表面にボロンイオンを注入する。注入条件は、例えば、加速エネルギーが５ｋｅＶ、１平方ｃｍ当たりのドーズ量５×１０１５である。ボロンイオンを注入後、赤外線ランプあるいはフラッシュランプを用いた急速加熱・急速降温プロセスによりアニール処理を施し、図１４（ｂ）に示すように、ｐチャネル型Ｓ／Ｄ領域の主要部であるＤｅｅｐ拡散層４２が形成される。なお、アニール処理の前に、レジスト４１をアッシングプロセスにより除去しておく。
【０１１６】
続いて、半導体基板２１上のｐチャネル領域以外の部分をフォトレジストによりマスクし、図１４（ｃ）及び（ｄ）に示すように、該ｐチャネル領域においてゲート絶縁膜２３、ゲート電極２４ならびに電極保護膜２５をマスクにして、自己整合的にボロンイオンを注入して、ボロンイオン注入層４３を形成する。注入条件は、例えば、加速エネルギー０．２ｋｅＶ、１平方ｃｍ当たりのドーズ量４×１０１５である。なお、ゲート絶縁膜２３、ゲート電極２４ならびに電極保護膜２５によるシャドーイングを防止するため、半導体基板２１の表面に対し約６０度の入射角にてソース側とドレイン側の両側からイオン注入する。これにより、半導体基板２１の表面から５ｎｍ程度の深さを有するＳ／Ｄ拡張部４３が形成される。
【０１１７】
なお、ボロンイオンを注入する前に、ゲルマニウムイオンを、例えば、加速エネルギー５ｋｅＶ、１平方ｃｍ当たりのドーズ量１×１０１５で、半導体基板２１の表面に対し約６０度の入射角にてソース側とドレイン側の両側からイオン注入するプリ・アモルファイゼーション（pre-amorphization）を行ってもよい。その結果、半導体基板２１の表面から深さ５ｎｍ程度の領域の半導体が非晶質化されて、非晶質層となり、同時に半導体基板２１に導入されたボロンイオンも、半導体基板２１の表面から５ｎｍ程度の深さを有するボロンイオン注入層４３が形成される。プリ・アモルファイゼーションを行うと、イオン注入時のチャネリングおよび活性化時の増速拡散が抑制されるために、精度の高い不純物分布制御が可能となる。
【０１１８】
次に、上記照射装置１を用いて、超短パルスレーザー光（例えば、波長８００ｎｍ、パルス幅１００フェムト秒のチタンサファイアレーザー光）を半導体基板２１の表面に照射する。このとき、レーザーフルーエンス、照射回数および偏光に関して、図８ないし図１０で示したＴＥＧにおける実験結果を基に、シート抵抗がより小さくなる最適な条件で行うことが好ましい。これにより、Ｓ／Ｄ拡張部におけるシート抵抗を一層低くすることができ、１ｋΩ／□以下にすることができる。
【０１１９】
ここで、超短パルスレーザー光を照射する際、ドーパントであるボロンの深さ方向ならびに半導体基板２１の表面と平行な方向への拡散に顕著な影響を与えない程度の温度、例えば、約５００度℃以下の温度に半導体基板２１を保つことが好ましい。特に、約５００℃の温度に保たれた半導体基板２１に対して超短パルスレーザー光を照射することにより、接合リークを低減することが可能である。
【０１２０】
また、上述の電極保護膜２５がゲート電極２４の上に形成されているため、超短パルスレーザー光の半導体基板２１への照射において、ゲート電極２４におけるアブレーションなどによる損傷を防止することができる。
【０１２１】
このようにして超短パルスレーザー光を半導体基板２１に照射することにより、図１４（ｅ）に示すように、半導体基板２１の表面から５ｎｍ程度の注入深さを有するボロンイオン注入層４３が電気的に活性化され、Ｓ／Ｄ拡張部となり、浅いｐｎ接合が形成される。
【０１２２】
次に、半導体基板２１全体にゲート電極２４の高さ程度まで絶縁膜を形成した後、ＣＭＰによりゲート電極２４の高さで平坦化する。その結果、電極保護膜２５が除去される。続いて、反応性イオンエッチングでエッチングすることにより、図１４（ｆ）に示すように、ゲート電極２４の側壁部にサイドウォール２９が形成される。
【０１２３】
最後に、高融点金属（例えば、Co, Niなど）膜形成と熱プロセスにより、Ｓ／Ｄ領域のＤｅｅｐ拡散層４２の表面に、シリサイド層３２を形成し、低抵抗のオーミックコンタクト電極を形成する。その後、サイドウォール２９ならびに素子分離絶縁膜２２上に存在する未反応の高融点金属を、薬液処理を用いたシリサイドプロセスにより除去する。これにより、図１４（ｆ）に示すように、注入深さが５ｎｍ程度の極めて浅いＳ／Ｄ拡張部を有するｐ型ＭＯＳＦＥＴが形成される。
【０１２４】
以上のように、本実施形態の半導体装置の製造方法は、半導体基板２１上にゲート絶縁膜２３を介してゲート電極２４が形成され、該ゲート電極２４が形成されたチャンネル領域を挟むように、ソース側高濃度不純物領域およびドレイン側高濃度不純物領域となるＤｅｅｐ拡散層４２が半導体基板２１に形成された半導体装置の製造方法であって、チャンネル領域とソース側高濃度不純物領域との間、およびチャンネル領域とドレイン側高濃度不純物領域との間において、所定の深さに不純物元素を注入して不純物層４３を形成する不純物層形成工程と、不純物層４３を、上記実施形態１に記載した方法により活性化させる不純物層活性化工程とを含むことを特徴としている。これにより、活性化された不純物層のシート抵抗を、例えば１ｋΩ／□以下と低くすることができる。
【０１２５】
なお、参考形態２，実施形態２において、上記実施形態１で説明したように、超短パルスレーザー光の照射に先だって、予め基板材料のバンドギャップ以上の光子エネルギーを有する波長の光を照射することにより表面の電子状態を励起してもよい。これにより、アブレーションを抑制した状態で超短パルスレーザー光による結晶相から非晶質相への改質または不純物層の活性化を実現してもよい。
【０１２６】
本発明は上述した各参考形態及び各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる参考形態及び実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明の不純物活性化方法によれば、シート抵抗を減少させることができるため、半導体装置の製造に適用することができる。
【符号の説明】
【０１２８】
７    固体試料
１６    不純物層
２１    半導体基板
２４    ゲート電極
３０・４２    Ｄｅｅｐ拡散層（拡散層）
３１    Ｓ／Ｄ拡張部（ソース・ドレイン拡張部）
３２    シリサイド層（電極部）
４３    ボロンイオン注入層（不純物層）
【図１】
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【図２】
2011014914.tif 000004
【図５】
2011014914.tif 000005
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2011014914.tif 000009
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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