(57)【要約】【課題】  局所的に必要以上にエネルギーが供給されることなく結晶構造を乱す効果を低減させながら半導体基板に不純物拡散領域を形成すると共に、半導体基板に注入して機能領域として用いられる新規な不純物を提供する。【解決手段】  チャンバー１、２内部に挿入された不純物注入後の半導体基板３にフラッシュランプ８を用いてインコヒーレントな光を短時間照射することにより不純物の活性化を行う。Ｉｎ等のＳｉに比較して原子半径の大きい元素を半導体基板中の不純物拡散領域を形成する不純物とすることができる。このようなインコヒーレントな光を短時間照射するランプには、フラッシュランプを用いる。フラッシュランプにはＸｅランプを初め、希ガスランプ、水銀ランプ、水素ランプなどがある。インコヒーレントな光を用いるので多光子過程や干渉などのエネルギーの過度な強め合いがなくなる。【選択図】  図１
2007274007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に不純物を注入する工程と、前記半導体基板に主たる波長の広がりが１μｍ以下であるインコヒーレントな光を０．１ｓｅｃ以下照射して前記注入された不純物を活性化させ、この不純物で構成される不純物拡散領域を形成する工程とを備え、前記光の光源は、フラッシュランプであり、前記半導体基板は、前記インコヒーレントな光を照射する前に６５０℃以下で予備加熱され、前記予備加熱の熱源は、前記半導体基板を挟んで前記光源と対向配置されており、前記半導体基板に不純物を注入する工程は、イオン注入装置のチャンバー内で行なわれ、前記チャンバーは、可動光学的反射板を備え、前記チャンバーの側壁には石英ガラス窓が設けられ、前記チャンバーの外部に設置されたフラッシュランプ導入ロッドから導入された前記インコヒーレントな光が石英ガラス窓から前記チャンバーの内部に導入されて前記可動光学的反射板で反射して前記半導体基板表面に照射されるように構成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体基板に不純物を注入する工程と、前記半導体基板に主たる波長の広がりが１μｍ以下であるインコヒーレントな光を０．１ｓｅｃ以下照射して前記注入された不純物を活性化させ、この不純物で構成される不純物拡散領域を形成する工程とを備え、前記光の光源は、フラッシュランプであり、前記半導体基板は、前記インコヒーレントな光を照射する前に６５０℃以下で予備加熱され、前記予備加熱の熱源は、前記半導体基板を挟んで前記光源と対向配置されており、前記半導体基板に不純物を注入する工程は、イオン注入装置のチャンバー内で行なわれ、前記不純物を活性化する工程は、熱処理装置で行なわれ、前記熱処理装置は、真空搬送チャンバーを介して、前記チャンバーに密閉状態で接続されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記インコヒーレントな光を照射する工程は、アルゴン、窒素、酸素の内いずれかの雰囲気中で行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記インコヒーレントな光を照射する工程は、１Ｐａ以下の、減圧状態で行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記インコヒーレントな光を照射する工程において、前記光源と前記半導体基板との間に光学的フィルタを配置することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記インコヒーレントな光を照射する工程において、前記光源と前記半導体基板との間に光学的開口部を持つマスクを配置することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
半導体基板に不純物を注入する工程と、前記半導体基板に主たる波長の広がりが１μｍ以下であるインコヒーレントな光を０．１ｓｅｃ以下照射して前記注入された不純物を活性化させ、この不純物で構成される不純物拡散領域を形成する工程とを備え、前記光の光源は、フラッシュランプであり、前記半導体基板は、前記インコヒーレントな光を照射する前に６５０℃以下で予備加熱され、前記予備加熱の熱源は、半導体基板に離間して配置されたランプであり、前記半導体基板を挟んで前記光源と対向配置されている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、半導体装置の製造方法に関し、とくに半導体基板に不純物を注入後にインコヒーレントな光を短時間照射して注入された不純物を活性化する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、コンピュータや通信機器の重要部分には、多数のトランジスタや抵抗等を電気回路を構成するように結び付けて１チップ状に集積化した大規模集積回路（ＬＳＩ）が多用されている。このため、機器全体の性能は、半導体装置であるＬＳＩ単体の性能と大きく結び付いている。ＬＳＩ単体の性能向上は、集積度を高めること、つまり半導体装置を構成する素子の微細化により実現できる。素子の微細化は、例えば、ソース／ドレイン領域などの不純物拡散領域やゲート絶縁膜直下のチャネル領域などの機能領域を形成する際のイオン注入及びその後の熱処理（アニール）を最適化することにより可能となる。
【０００３】
前述したイオン注入後の熱処理（アニール）というのは、一般に活性化と呼ばれ、半導体基板中に導入された不純物を電気的にキャリアが発生する位置もしくは置換位置に配列するために行われる（特許文献１参照）。この熱処理（アニール）というのが、以前は１０００℃、３０分等の条件で行われていた。このようなアニールでは、不純物の活性化と同時に不純物拡散も起こっていた。そこで、不純物の活性化は行われるものの拡散ができるだけ起こらないように最小限の時間だけ熱処理する、１０００℃、１０秒程度の条件によるラピットサーマルアニール（ＲＴＡ）の導入がなされたが、近年この短時間のアニールでも尚アニール後に不純物の拡散が起こり、所望の不純物のプロファイルを得ることができなくなってきている。そこで、活性化に必要なエネルギーを瞬時に供給する方法としてレーザアニールが検討されているが、レーザはもともと指向性の良い光なので、多光子過程が起こったり、干渉が起こったり、もともとの光も単位時間、単位体積当たりのエネルギー密度が高くなり過ぎて、シリコン半導体基板の表面を溶かしたり、蒸発、レーザアブレーションとも言える状況を引き起こしてしまうため、活性化後の半導体基板の表面のモフォロジーが劣化したりすることが指摘されている。
また、シリコン半導体基板に導入する不純物もＢ、Ｐ、Ａｓ等だけではなく、質量数が高く同じ加速エネルギーによるイオン注入でもよりシャープな分布を持たせることができるＳｂ、Ｉｎ、Ｇａなどの検討がされている。しかし、これらの物質はシリコンに比べ原子半径が大きく、シリコンの置換位置に入ることで大きくシリコン結晶をゆがめてしまう。また、とくにこの中のＩｎなどは固溶限も低いために、なかなか発生しないという問題がある。
【特許文献１】特開昭５７−２０７３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、局所的に必要以上にエネルギーが供給されることなく結晶構造を乱す効果を低減させながら半導体基板に不純物拡散領域を形成すると共に、半導体基板に注入して機能領域として用いられることが可能な新規な不純物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、不純物注入後の半導体基板にインコヒーレントな光を短時間照射することにより不純物の活性化を行うことを特徴とする。また、インジウム（Ｉｎ）などシリコンに比較して原子半径の大きい元素を半導体基板中の不純物拡散領域を形成する不純物とすることに特徴がある。従来ラピッドサーマルアニール（ＲＴＡ）で活性化のために少なくとも数秒、６５０℃を越える高温になっていた時間を、光のパルスという方法を用いることにより、非常に短時間にするため、余分なエネルギーの注入が低減される。このため、不純物の活性化は起こっても不純物が拡散する時間が少なく、従来よりも活性化後の不純物の分布が活性化前の分布に近いものになる。このようなインコヒーレントな光を短時間照射するランプには、フラッシュランプを用いる。フラッシュランプにはＸｅランプを初め、希ガスランプ、水銀ランプ、水素ランプなどがある。
【０００６】
また、従来短い時間でアニールする方法では、パルスレーザが用いられていたが、レーザはコヒーレンシーが良く、尖頭値が高いことから、単位時間単位空間密度あたりのエネルギーが高くなり、半導体基板の蒸発や溶解を引き起こしていたが、本発明ではインコヒーレントな光を用いるので多光子過程や干渉などのエネルギーの過度な強め合いがなくなり、局所的に必要以上にエネルギーが供給されることがなくなって、溶解などの半導体基板の結晶構造を乱す効果を低減できる。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板に不純物を注入する工程と、前記半導体基板に主たる波長の広がりが１μｍ以下であるインコヒーレントな光を０．１ｓｅｃ以下照射して前記注入された不純物を活性化させ、この不純物で構成される不純物拡散領域を形成する工程とを備え、前記光の光源は、フラッシュランプであり、前記半導体基板は、前記インコヒーレントな光を照射する前に６５０℃以下で予備加熱され、前記予備加熱の熱源は、前記半導体基板を挟んで前記光源と対向配置されており、前記半導体基板に不純物を注入する工程は、イオン注入装置のチャンバー内で行なわれ、前記チャンバーは、可動光学的反射板を備え、前記チャンバーの側壁には石英ガラス窓が設けられ、前記チャンバーの外部に設置されたフラッシュランプ導入ロッドから導入された前記インコヒーレントな光が石英ガラス窓から前記チャンバーの内部に導入されて前記可動光学的反射板で反射して前記半導体基板表面に照射されるように構成されていることを特徴としている。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板に不純物を注入する工程と、前記半導体基板に主たる波長の広がりが１μｍ以下であるインコヒーレントな光を０．１ｓｅｃ以下照射して前記注入された不純物を活性化させ、この不純物で構成される不純物拡散領域を形成する工程とを備え、前記光の光源は、フラッシュランプであり、前記半導体基板は、前記インコヒーレントな光を照射する前に６５０℃以下で予備加熱され、前記予備加熱の熱源は、前記半導体基板を挟んで前記光源と対向配置されており、前記半導体基板に不純物を注入する工程は、イオン注入装置のチャンバー内で行なわれ、前記不純物を活性化する工程は、熱処理装置で行なわれ、前記熱処理装置は、真空搬送チャンバーを介して、前記チャンバーに密閉状態で接続されていることを特徴としている。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板に不純物を注入する工程と、前記半導体基板に主たる波長の広がりが１μｍ以下であるインコヒーレントな光を０．１ｓｅｃ以下照射して前記注入された不純物を活性化させ、この不純物で構成される不純物拡散領域を形成する工程とを備え、前記光の光源は、フラッシュランプであり、前記半導体基板は、前記インコヒーレントな光を照射する前に６５０℃以下で予備加熱され、前記予備加熱の熱源は、前記半導体基板に離間して配置されたハロゲンランプであり、前記半導体基板を挟んで前記光源と対向配置されていることを特徴としている。
【０００７】
前記半導体基板は、前記インコヒーレントな光を照射する前に６５０℃以下、好ましくは６００℃以下で予備加熱しておくようにしても良い。このように、半導体基板が固相成長をほとんど始めない条件で熱エネルギーを供給することによって、光のエネルギーだけでは運動量がほとんど注入されないため、活性化が運動量の変化も伴う場合、光だけで活性化を行おうとすると光の照射でエネルギーで状態の変わった電子が緩和する過程で放出する熱と照射した光を足し合わせることで活性化が起こる。そこでこれをより円滑に行うために、予め予備加熱をして熱を与えておくことでより短時間の活性化処理を行うことが可能になる。前記インコヒーレントな光を照射する工程は、アルゴン、窒素、酸素の内いずれかの雰囲気中で行うようにしても良い。活性化の間半導体基板をＡｒ雰囲気にしておくことにより、半導体基板表面に窒素や酸素が存在することで活性化が阻害されたりするのを低減し、高い活性化率が実現できる。また、活性化の間半導体基板を窒素雰囲気にしておくことにより、活性化中の酸化が防がれる。また、活性化の間半導体基板を酸素雰囲気にしておくことにより、半導体基板表面にホウ素などが強く引き寄せられ、半導体基板おくまで拡散することが防がれる。
【０００８】
前記インコヒーレントな光を照射する工程は、１Ｐａ以下の減圧状態で行うようにしても良い。また、前記インコヒーレントな光を照射する工程において、前記光源と前記半導体基板との間に光学的フィルタを配置するようにしても良い。これを配置することにより活性化に効率よく用いられている波長帯を優先的に用いることによって、半導体基板に照射するエネルギーを低減し、結果的に基板全体が準熱平衡状態で到達する温度を低減することが可能になるので、より不純物の再分布化を防ぐことが可能になる。また、前記インコヒーレントな光を照射する工程において、前記光源と前記半導体基板との間に光学的開口部を持つマスクを配置することにより、図９に示す様な半導体基板中の限られた領域のみを活性化することが可能になり、かつ、光によって注入されるエネルギーを適当に保つことで準熱平衡状態での半導体基板全体の温度を６５０℃以下、好ましくは６００℃以下に保つことが可能になって半導体基板上の一部分を選択的に活性化したりしなかったりすることが可能になる。これにより、プロセスの大幅な低減が可能になる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、以上の構成により、従来ラピッドサーマルアニール（ＲＴＡ）で活性化のために少なくとも数秒、６５０℃を越える高温になっていた時間を光のパルスという方法で、非常に短時間で与えるため、余分なエネルギーの注入が低減される。このため、不純物の活性化は起こっても、不純物が拡散する時間が少なく、拡散が起きないので、従来よりも活性化後の不純物の分布が活性化前の分布に近いものになる。また、インコヒーレントな光を用いることにより多光子過程や干渉などのエネルギーの過度な強め合いがなくなり、局所的に必要以上にエネルギーが供給されることがなく、溶解など半導体基板の結晶構造を乱す効果を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１及び図２を参照して実施例１を説明する。図１は、本発明を実施する熱処理装置の概略断面図、図２は、基板に注入されたインジウム（Ｉｎ）を活性化する従来及び本発明の方法による活性化率を示す特性図である。図１に示すように、熱処理装置は、ＯＨ基の濃度が低い石英ガラスからなる上部１及び下部２からなるチャンバーを有している。チャンバー内部には所定の領域にイオン注入されたインジウム不純物を有する基板３が搭載されている。チャンバーの下側には基板予備加熱用ランプハウス６であり、ハロゲンランプが配置されている。チャンバー上部にはＸｅランプなどのフラッシュランプハウス８が配置されている。図１に示すように、チャンバー内部に搭載され、Ｉｎイオンが注入された半導体基板３の上側、下側をＡｒ雰囲気に保つべく、Ａｒガスをガス導入口４から導入し、ガス排気口５からこのガスを排出させる。そして、チャンバー中の半導体基板３の裏面からハロゲンランプからなるランプハウス６で４００℃の予備加熱をしておく。この状態を維持しながらＸｅランプなどの１μｍ以下の主たる波長の広がりを持つフラッシュランプを照射エネルギー２０Ｊｃｍ2 、照射時間２．３ｍｓｅｃの条件で半導体基板３を照射し、インジウム（Ｉｎ）不純物を活性化させる。
【００１２】
この活性化処理によって、図２に示すように、従来の方法に比べ高い活性化率を得ることが可能になる。図２は、従来及び本発明（実施例１）による半導体基板に注入されたインジウム不純物の活性化方法によるインジウムの活性化率を示す特性図であり、縦軸に活性化率（％）が示されている。従来例として、９００℃、３０分及び１０００℃、３０分の条件で行うアニール処理、９００℃、１０秒及び１０００℃、１０秒３０分の条件で行うＲＴＡアニール処理を比較すると、これら従来の方法では活性化率が２０％前後であり、十分な活性化が得られないが、本発明ではインジウム（Ｉｎ）の活性化率は、８０％に近くの高い値が得られる。この様に、この実施例では、従来ＲＴＡ法で活性化のために少なくとも数秒、６５０℃を越える高温になっていた時間を、光のパルスを照射するという方法を用いることにより、非常に短時間に処理が完了するので余分なエネルギーの注入が低減され、その結果不純物の活性化は起こっても不純物が拡散する時間が少なく、従来よりも活性化後の不純物の分布が活性化前の分布に近いものになる。また、半導体基板に注入された不純物の活性化率が著しく高くなるので、従来は用いることができなかった不純物でも十分実用化されるので、使用する不純物の選択幅が広がった。
【実施例２】
【００１３】
次に、図３を参照して実施例２を説明する。図３は、シリコン半導体層が形成されたＳＯＩ(Silicon On Insulator)などに用いられる半導体基板の断面図である。シリコン半導体基板１１の上にはシリコン酸化膜などの絶縁膜１０が形成され、その上にシリコン単結晶の半導体層９が形成されている。実施例１において、インジウムが注入された半導体基板１１を予備加熱をしないでフラッシュランプにより照射すると、ＳＯＩの様に絶縁膜１０上に１μｍ以下の薄い半導体層９がある場合、波長が１μｍ程度の時には、フラッシュランプから供給されたエネルギーのうちの大部分がこの半導体層９の領域で吸収される。この実施例では、絶縁膜１０は、半導体基板に比べて断熱効果があるため、フラッシュランプの光から供給されたエネルギーは、半導体層９の領域に主にとどまり、効率良く活性化に寄与できるため、予備加熱をなくして少ないエネルギーで効率良く活性化することが可能になる。
【実施例３】
【００１４】
次に、図８を参照して実施例３を説明する。図８は、本発明を実施する熱処理装置の概略断面図である。この実施例は、フラッシュランプと半導体基板の間に光学フィルタを１枚以上挿入することに特徴があり、この熱処理装置を使用して実施例１と同じ様に半導体基板に注入されたインジウムの活性化処理を行う。図８に示すように、熱処理装置は、ＯＨ基の濃度が低い石英ガラスからなる上部及び下部を有するチャンバー２７を備えている。チャンバー２７内部には所定の領域にイオン注入されたインジウム不純物を有する半導体基板２６が搭載されている。チャンバー２７の下側にはハロゲンランプを用いた基板予備加熱用ランプハウス４５が配置されている。チャンバー上部にはＸｅランプなどのフラッシュランプ３５が配置されている。チャンバー内部の半導体基板２６の上側、下側をＡｒ雰囲気に保つべく、Ａｒガスをガス導入口から導入し、ガス排気口からこのガスを排出させる。そして、チャンバー２７中の半導体基板２６の裏面からハロゲンランプからなるランプハウス４５で４００℃の予備加熱をしておく。この状態を維持しながらＸｅランプなどの１μｍ以下の主たる波長の広がりを持つフラッシュランプ３５を照射エネルギー２０Ｊｃｍ2 、照射時間２３ｍｓｅｃの条件で半導体基板２６を照射し、Ｉｎ不純物を活性化させる。このとき、フラッシュランプ３５と半導体基板２６の間に光学フィルタ２８を１枚以上挿入する。活性化に効率よくエネルギーを供給する波長を選択的に供給することができるので、余分なエネルギーの照射を押さえ、余剰に供給されたエネルギーが熱に変わり、不純物を拡散させることを抑制する。
【実施例４】
【００１５】
次に、実施例４を説明する。この実施例では図１に示す熱処理装置を参照する。熱処理装置は、チャンバーを有し、チャンバー内部には所定の領域にイオン注入されたインジウム不純物を有する半導体基板３が搭載されている。チャンバーの下側には基板予備加熱用ランプハウスであり、ハロゲンランプ６が配置されている。チャンバー上部にはＸｅランプなどのフラッシュランプ８が配置されている。そして、チャンバー内部に搭載され、Ｉｎイオンが注入された半導体基板３の上側、下側をＮ2 雰囲気に保つべく、Ｎ2 ガスをガス導入口４から導入し、ガス排気口５からこのガスを排出させる。そして、チャンバー中の半導体基板３の裏面からハロゲンランプからなるランプハウス６で４００℃の予備加熱をしておく。この状態を維持しながらＸｅランプなどの１μｍ以下の主たる波長の広がりを持つフラッシュランプ８を照射エネルギー２０Ｊｃｍ2 、照射時間２３ｍｓｅｃの条件で半導体基板３を照射し、Ｉｎ不純物を活性化させる（図１参照）。この活性化処理によって、従来の方法に比べ高い活性化率を得ることが可能になる。また、活性化処理の間半導体基板を窒素雰囲気にしておくので活性化中の酸化を防止することができる。
【実施例５】
【００１６】
次に、実施例５を説明する。この実施例では図１に示す熱処理装置を参照する。熱処理装置は、チャンバーを有し、チャンバー内部には所定の領域にイオン注入されたインジウム不純物を有する半導体基板３が搭載されている。チャンバーの下側には基板予備加熱用ランプハウスであり、ハロゲンランプ６が配置されている。チャンバー上部にはＸｅランプなどのフラッシュランプ８が配置されている。そして、チャンバー内部に搭載され、Ｉｎイオンが注入された半導体基板３の上側、下側をＯ2 雰囲気に保つべく、Ｏ2 ガスをガス導入口４から導入し、ガス排気口５からこのガスを排出させる。そして、チャンバー中の半導体基板３の裏面からハロゲンランプからなるランプハウス６で４００℃の予備加熱をしておく。この状態を維持しながらＸｅランプなどの１μｍ以下の主たる波長の広がりを持つフラッシュランプ８を照射エネルギー２０Ｊｃｍ2 、照射時間２３ｍｓｅｃの条件で半導体基板３を照射し、Ｉｎ不純物を活性化させる（図１参照）。この活性化処理によって、従来の方法に比べ高い活性化率を得ることが可能になる。また、活性化処理の間半導体基板を酸素雰囲気にしておくので、半導体基板表面にホウ素などが強く引き寄せられるので半導体基板の深くまで拡散することが防止される。
【実施例６】
【００１７】
次に、実施例６を説明する。この実施例では図１に示す熱処理装置を参照する。熱処理装置は、チャンバーを有し、チャンバー内部には所定の領域にイオン注入されたインジウム不純物を有する半導体基板３が搭載されている。チャンバーの下側には基板予備加熱用ランプハウスであり、ハロゲンランプ６が配置されている。チャンバー上部にはＸｅランプなどのフラッシュランプ８が配置されている。そして、チャンバー内部に搭載され、Ｉｎイオンが注入された半導体基板３の上側、下側をＡｒ雰囲気に保つべく、Ａｒガスをガス導入口４から導入し、ガス排気口５からこのガスを排出させる。また、チャンバー内部は、１Ｐａ以下に減圧にしている。そして、チャンバー中の半導体基板３の裏面からハロゲンランプからなるランプハウス６で４００℃の予備加熱をしておく。この状態を維持しながらＸｅランプなどの１μｍ以下の主たる波長の広がりを持つフラッシュランプ８を照射エネルギー２０Ｊｃｍ2 、照射時間２３ｍｓｅｃの条件で半導体基板３を照射し、Ｉｎ不純物を活性化させる（図１参照）。この活性化処理によって、従来の方法に比べ高い活性化率を得ることが可能になる。また、チャンバー内を１Ｐａ以下の減圧にして活性化処理を行ので、必要なエネルギーを光で効率よく供給することができ、余剰のエネルギーの半導体基板への流入を抑えることが可能になる。また、半導体基板の温度上昇や降温に時間がかかることを抑止することができる。
【実施例７】
【００１８】
次に、図４及び図５を参照して実施例７を説明する。図４は、イオン注入装置とこの装置内にフラッシュランプの光を導入するシステムを説明する半導体製造装置の概略模式図、図５は、イオン注入装置と本発明の方法を実施する熱処理装置とを密閉状態で接続する半導体製造装置の概略模式図である。この実施例は、実施例６をシステム的に説明するものであり、熱処理装置内の詳細な説明は既に行ったので省略する。図４において、イオン注入装置のチャンバー１３は、半導体基板を搭載するイオン注入装置と、可動光学的反射板１４を備えている。チャンバー１３の側壁には石英ガラス窓１６が設けられている。チャンバー１３の外部に設置されたフラッシュランプ導入ロッド１５から導入され、フラッシュランプより発生したインコヒーレントな光が石英ガラス窓１６からチャンバー１３の内部に導入されて可動光学的反射板１４で反射してシリコンなどの半導体基板１２表面に照射されるように構成されている。また、図５において、不純物が注入された半導体基板を加熱し、且つこの不純物をフラッシュランプにより活性化する熱処理装置１７は、真空搬送チャンバー１９に密閉状態で接続されている。また、この真空搬送チャンバー１９は、イオン注入チャンバー１８に密閉状態で接続されている。
【００１９】
この実施例では、図４に示すように、チャンバー１３内で半導体基板１２にインジウムなどの不純物を注入後、同じチャンバー１３内でフラッシュランプから発生したインコヒーレントな光を外部から導入して半導体基板１２に注入された不純物の活性化を行う。もしくは、図５に示すように、イオン注入チャンバー１８においてイオン注入後、大気圧にさらすことなく、半導体基板を真空搬送チャンバー１９を用いて移動させ、熱処理装置１７においてフラッシュランプの光で不純物を活性化させる。このように密閉状態で工程及び工程間の移動を行うため、大気に触れるために起こる基板表面の汚染が軽減されたり、イオン注入のための真空引きと、真空中でのフラッシュアニールのための真空引きを２回ではなく、１回で済ますことが可能になり、プロセス時間が短縮できる。
【実施例８】
【００２０】
次に、図６及び図７、図９を参照して実施例８を説明する。図６は、本発明を実施する熱処理装置の概略断面図、図７は、部分的遮光板が近接して配置された半導体基板の平面図、図９は、部分的遮光板により部分的に活性化された領域を有する半導体基板の斜視図である。この実施例は、フラッシュランプと半導体基板の間に光学的な開口部を挿入することに特徴があり、この熱処理装置を使用して実施例１と同じ様に半導体基板に注入されたインジウムの活性化処理を行う。図６に示すように、熱処理装置は、ＯＨ基の濃度が低い石英ガラスからなる上部及び下部を有するチャンバー２１を備えている。チャンバー２１の内部には所定の領域にイオン注入されたインジウム不純物を有する半導体基板２０が搭載されている。チャンバー２１の下側にはハロゲンランプを用いる基板予備加熱用ランプハウス４５が配置されている。チャンバー上部にはＸｅランプなどのフラッシュランプ３４が配置されている。チャンバー内部の半導体基板２１の上側、下側をＡｒ雰囲気に保つべく、Ａｒガスをガス導入口から導入し、ガス排気口からこのガスを排出させる。そして、チャンバー２１内部の半導体基板２１の裏面からハロゲンランプからなるランプハウス４５で４００℃の予備加熱をしておく。この状態を維持しながらＸｅランプなどの１μｍ以下の主たる波長の広がりを持つフラッシュランプ３４を照射エネルギー２０Ｊｃｍ2 、照射時間２３ｍｓｅｃの条件で半導体基板２１を照射し、インジウム不純物を活性化させる。
【００２１】
図７に示すように、半導体基板２０とフラッシュランプ３４との間に光学的な開口部（透過領域）２５及び遮光領域２４を持ち、フラッシュランプの光を一部分だけ透過させて、光が照射された部分のみ活性化を行う部分的遮光板２２を挿入する。半導体基板中の限られた領域のみを活性化することが可能になり、且つ光によって注入されるエネルギーを適当に保つことにより準熱平衡状態での半導体基板全体の温度を６５０℃以下に保つことが可能になり、半導体基板上の一部分を選択的に活性化したり或いはしなかったりすることが可能になるこのことによりプロセスの大幅な低減が可能になる。例えば、図９は、活性化処理を行った半導体基板である。部分的遮光板の透過領域（開口部）３３に当たる領域３１は、活性化され、遮光領域３２に当たる領域は、非活性化領域３０として存在している。
【実施例９】
【００２２】
次に、図１０を参照して実施例９を説明する。図１０は、本発明の活性化処理を実施する熱処理装置の概略断面図である。図１０に示すように熱処理装置は、ＯＨ基の濃度が低い石英ガラスからなる上部３６及び下部３７から構成されたチャンバーを有している。チャンバー内部には所定の領域にイオン注入されたインジウム不純物を有する基板３８が搭載されている。チャンバーの下側には基板予備加熱用ランプハウス４１であり、ハロゲンランプが配置されている。チャンバー上部には石英ロッド４２を介してＸｅランプなどのフラッシュランプハウス４３が配置されている。チャンバー内部に搭載され、Ｉｎイオンが注入された半導体基板３８の上側、下側をＡｒ雰囲気に保つべく、Ａｒガスをガス導入口３９から導入し、ガス排気口４０からこのガスを排出させる。そして、チャンバー中の半導体基板３８の裏面からハロゲンランプからなるランプハウス４１で４００℃の予備加熱をしておく。この状態を維持しながらＸｅランプなどの１μｍ以下の主たる波長の広がりを持つフラッシュランプの光を照射エネルギー２０Ｊｃｍ2 、照射時間２．３ｍｓｅｃの条件で半導体基板３８に照射し、インジウム（Ｉｎ）不純物を活性化させる。この活性化処理によって、従来の方法に比べ高い活性化率を得ることが可能になる。この実施例では石英ロッドを用いているが、石英ロッドは、フラッシュランプの光をガイドするものであり、これを用いると面内均一性の優れた半導体基板が得られる。
【実施例１０】
【００２３】
次に、図１１及び図１２を参照して実施例１０を説明する。図１１及び図１２は、ＭＯＳトランジスタが形成された半導体基板の断面図である。シリコンなどからなるｐ−半導体基板５０の表面領域にｎ＋ソース／ドレイン領域５１が形成されている。ソース／ドレイン領域の互いに対向する先端部分にはエクステンション(extension) 領域５２が形成されており、２つのエクステンション領域５２間の最表面領域は、ｎチャネル領域５４である。ソース／ドレイン領域５１間の上にゲート絶縁膜５６を介してゲート電極５８が形成されている。ゲート電極５８は、窒化シリコン膜などの側壁絶縁膜５７により被覆されている。最表面領域のチャネル領域５４の直下は、基板より濃度の高いｐ不純物拡散領域５３が形成されている（図１１（ａ）参照）。ソース／ドレイン領域５１に沿ってエクステンション領域５２の直下には基板より濃度の高いｐハロドーピング(halo doping) 領域５５が形成されている（図１１（ｂ））。これらｐ不純物拡散領域５３及びハロドーピング領域５５にはインジウム（Ｉｎ）が不純物として用いられている。
【００２４】
従来インジウムは、濃度が上げられないので半導体基板に注入される不純物としては用いられていなかった。しかし、インジウムは、重いのでアズインプラのプロファイルが急峻になり、熱処理工程での拡散を抑え、高濃度活性化ができれば小さなデバイスに適した不純物ドーパントになり得る。本発明は、このような可能性を実現させたものである。インジウムは、ボロンより急峻なプロファイルを実現させることができる。しかし、従来の熱による活性化では余り高い活性化率は得られない。そこで、本発明を用いることにより十分な活性化率と、急峻なプロファイルを得ることが可能になる。例えば、チャネル領域５４の最表層から数ｎｍのところから急峻に立ち上がるような不純物分布を有するｐ不純物拡散領域５３を形成することが可能になり、トランジスタ特性が向上する（図１１（ａ）参照）。また、図１１（ｂ）に示すハロドーピング領域５５は、不純物分布のプロセスウインドウが狭いことが知られている。そこで、本発明のように、インジウムをフラッシュランプの光で活性化することにより局所的に分布させることができるようになってトランジスタ特性が向上する。
【００２５】
以上、本発明は、従来ラピッドサーマルアニール（ＲＴＡ）で活性化のために少なくとも数秒、６５０℃を越える高温になっていた時間を、光のパルスという方法で、非常に短時間で与えるため、余分なエネルギーの注入が低減される。このため不純物の活性化は、起こっても、不純物が拡散する時間が少なく、従来よりも活性化後の不純物の分布が活性化前の分布に近いものになる。また、従来短い時間でアニールすると言うことでパルスレーザが用いられていたが、レーザはコヒーレンシーが良く、尖頭値が高いことから、単位時間、単位空間密度当たりのエネルギーが高くなり、半導体基板の蒸発や溶解を引き起こしていた。しかし、本発明の様にインコヒーレントな光におきかえることにより多光子過程や干渉などのエネルギーの過度な強め合いがなくなり、局所的に必要以上にエネルギーが供給されることがなくなって溶解など半導体基板の結晶構造を乱す効果を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明を実施する熱処理装置の概略断面図。
【図２】基板に注入されたインジウム（Ｉｎ）を活性化する従来及び本発明の方法による活性化率を示す特性図。
【図３】本発明を説明するシリコン半導体層が形成されたＳＯＩなどに用いられる半導体基板の断面図。
【図４】イオン注入装置とこの装置内にフラッシュランプの光を導入するシステムを説明する本発明の半導体製造装置の概略模式図。
【図５】本発明の方法を実施する熱処理装置とイオン注入装置とを密閉状態で接続する半導体製造装置の概略模式図。
【図６】本発明を実施する熱処理装置の概略断面図。
【図７】本発明を実施する部分的遮光板が近接して配置された半導体基板の平面図。
【図８】本発明を実施する熱処理装置の概略断面図。
【図９】図７に示す部分的遮光板により部分的に活性化された領域を有する半導体基板の斜視図。
【図１０】本発明を実施する熱処理装置の概略断面図。
【図１１】本発明の方法を実施する半導体装置の断面図。
【符号の説明】
【００２７】
１、３６・・・チャンバー上部、  ２、３７・・・チャンバー下部、３、１１、１２、２０、３８、５０・・・半導体基板、４、３９・・・ガス導入口、  ５、４０・・・ガス排出口、６、４５・・・基板予備加熱用ランプハウス、８、４３・・・フラッシュランプ、  ９・・・シリコン層、１０・・・シリコン酸化膜、  １３・・・イオン注入チャンバー、１４・・・可動光学的反射板、１５・・・フラッシュランプ導入ロッド、  １６・・・石英ガラス窓、１７・・・フラッシュランプ活性化装置チャンバー、１８・・・イオン注入装置チャンバー、  １９・・・真空搬送チャンバー、２１、２７、３７・・・半導体基板保持チャンバー２２・・・部分的遮光板、  ２４、３２・・・遮光領域、２５、３３・・・透過領域（開口部）、  ２８・・・光学的フィルタ、３０・・・非活性化領域、 ３１・・・活性化領域、３４、３５・・・フラッシュランプ、  ４２・・・石英ロッド、５１・・・ソース／ドレイン領域、  ５２・・・エクステンション領域５３・・・ｐ不純物拡散領域、  ５４・・・チャネル領域、５５・・・ハロドーピング領域、  ５６・・・ゲート絶縁膜、５７・・・側壁絶縁膜、  ５８・・・ゲート電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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