(57)【要約】【課題】レーザアニールを行う前に、パターン上にレーザ光を全反射する反射パターンを形成することで、レーザアニールの際のパターン損傷、消失等の発生防止を可能にする。【解決手段】パターン（ゲート電極）１３が形成された半導体基板１１にレーザ光Ｌを照射する工程を備えた半導体装置の製造方法において、前記レーザ光Ｌを照射する前に、前記パターン１３上に絶縁膜１９を形成する工程と、前記パターン１３上の前記絶縁膜１９との界面において前記レーザ光Ｌを全反射するもので傾斜面を有する反射パターン２１を形成する工程を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2007088323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンが形成された半導体基板にレーザ光を照射する工程を備えた半導体装置の製造方法において、
前記レーザ光を照射する前に、前記パターン上に絶縁膜を形成する工程と、
前記パターン上の前記絶縁膜との界面において前記レーザ光を全反射するもので傾斜面を有する反射パターンを形成する工程
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記絶縁膜と前記反射パターンとの界面において前記レーザ光を全反射するように、前記反射パターンの傾斜面を形成する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記反射パターンは、
前記反射パターンの傾斜面に対する前記レーザ光の入射角をθ１、前記反射パターン内部への前記レーザ光の入射角をθ２、前記絶縁膜と前記反射パターンとの界面への前記レーザ光の入射角をθ３、前記絶縁膜の屈折率をｎｇ、前記反射パターンの屈折率をｎｃとすると、
ｎｃ＞ｎｇであり、
θ１−θ２＝θ３であり、
かつ、θ３＞ｓｉｎ-1（ｎｇ／ｎｃ）
なる条件を満たす傾斜面に形成される
ことを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記反射パターンを形成する工程は、
前記パターン上に形成した前記絶縁膜を被覆する反射パターン形成膜を成膜する工程と、
前記反射パターン形成膜上にレジスト膜を形成する工程と、
前記反射パターンを形成する領域上に、前記レジスト膜とともに前記反射パターン形成膜をエッチバックした際に、形成しようとする反射パターンと前記絶縁膜との界面において前記レーザ光が全反射するような傾斜面が前記反射パターンに形成されるように、前記レジスト膜を加工して傾斜面を有するレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンとともに前記反射パターン形成膜をエッチバックして、前記反射パターンを形成する工程と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記レーザ光を照射する前に、前記半導体基板に不純物が導入されている
ことを特徴とする請求項１記載の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、レーザアニールを適用した半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＯＳトランジスタは高性能化に向けて微細化が進んでおり、それに伴いソース・ドレイン拡散層、ソース・ドレイン・エクステンション拡散層の接合を浅くかつ低抵抗に形成する必要が生じている。接合が深くなる主な原因は熱拡散であるため、近年では、これらの拡散層の不純物活性化はハロゲンランプを用いた短時間のRapid Thermal Anneal（spike ＲＴＡ）が用いられている。
【０００３】
ところが微細化が進むにつれて、これらの拡散層にはさらなる浅い接合が要求されており、spike ＲＴＡでは形成が困難になりつつある。
【０００４】
この問題を解決するため、近年注目されているのがレーザ光を用いた極短時間アニールである。このアニール処理は、レーザ光照射領域での熱拡散が抑制されるため、イオン注入で導入した不純物プロファイルと同様な接合深さを実現でき、かつ高温にできるためシート抵抗値も十分低くすることができる。しかし、ウエハ表面に形成されているゲート電極やＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）による素子分離領域はイオン注入した拡散層と光学的、熱的性質が異なるため、アニールのパターン依存が発生する。
【０００５】
具体的な一例として、ゲート酸化膜上のポリシリコンゲート電極を挙げる。ゲート酸化膜を構成する酸化シリコン（ＳｉＯ2）の熱伝導率（０．０１４Ｗ／ｃｍ・ｄｅｇ）はＳｉ基板の熱伝導率（１．５Ｗ／ｃｍ・ｄｅｇ）よりはるかに低く、ポリシリコンゲート中ではレーザアニールによる熱が蓄えられて熱集中（Thermal Budget）が起こる。その結果、ポリシリコンゲートの倒れ、消失が起こる。
【０００６】
このような蓄熱によるポリシリコンゲートの倒れ、消失等を抑制する構造として、レーザ光の吸収を抑制するキャップ膜を形成する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。例えば、レーザ光に代表される単色光では入射光と反射光の干渉に起因した反射率の表面薄膜の膜厚依存性（キャップ膜厚依存性）があることを利用して、ソース・ドレイン拡散層上のキャップ膜厚を反射率が最小となるようの膜厚に成膜して、レーザ光を効率よく吸収させ、かつゲート電極上のキャップ膜厚を反射率が最大となるように成膜することによって、蓄熱によるポリシリコンゲートの倒れ、消失等を抑制している。ただし、この場合の反射率の最大値は１にはならない。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−５５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
解決しようとする問題点は、ソース・ドレイン拡散層の形成工程、ソース・ドレイン・エクステンション拡散層の形成工程およびその他の半導体装置の熱工程においてレーザアニールを用いる場合、一部のパターンの蓄熱によるパターン損傷、消失等の発生を防止することができない点である。
【０００９】
本発明は、レーザアニールを行う前に、パターン上にレーザ光を反射する反射パターンを形成することで、レーザアニールの際のパターン損傷、消失等の発生防止を可能にすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の半導体装置の製造方法は、パターンが形成された半導体基板にレーザ光を照射する工程を備えた半導体装置の製造方法において、前記レーザ光を照射する前に、前記パターン上に絶縁膜を形成する工程と、前記パターン上の前記絶縁膜との界面において前記レーザ光を全反射するもので傾斜面を有する反射パターンを形成する工程とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
上記半導体装置の製造方法では、レーザ光を照射する前に、前記パターン上の絶縁膜との界面においてレーザ光が全反射するような傾斜面を有する反射パターンを形成する工程を備えたため、上記反射パターンに入射されたレーザ光は上記反射パターンと上記絶縁膜との界面において全反射させられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体装置の製造方法は、レーザ光を照射する前に、パターン上の絶縁膜との界面においてレーザ光が全反射するような傾斜面を有する反射パターンを形成する工程を備えたため、絶縁膜上でレーザ光を全反射させることができる。これによって、レーザ光がパターンに照射されなくなるため、熱蓄積によるパターンの消失というような従来のレーザ光照射による問題点を回避することができる。よって、レーザ光照射による半導体基板の熱処理、例えば、半導体基板にドーピングされている不純物の活性化アニールを行うことが可能になり、より微細なパターンを有する半導体装置へのレーザ光照射処理が可能になるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態例を、図１の製造工程断面図および図２のレーザ光の光路説明図によって説明する。
【００１４】
図１（１）に示すように、半導体基板１１上にはゲート絶縁膜１２を介してパターン（以下、ゲート電極として説明する）１３が形成されている。一例として、上記半導体基板１１はシリコン基板からなり、上記ゲート電極１３はポリシリコンからなり、さらに、上記ゲート電極１３の両側における上記半導体基板１１上にはサイドウォール絶縁膜１４が形成されている。このサイドウォール絶縁膜１４は、例えば酸化シリコン膜と窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との積層構造となっている。
【００１５】
さらに、上記サイドウォール絶縁膜１４下の上記半導体基板１１には、エクステンション領域１５、１６が形成され、さらに、上記ゲート電極１３の両側における半導体基板１１には上記エクステンション領域１５を介してソース・ドレイン領域１７が形成されているとともに、上記エクステンション領域１６を介してソース・ドレイン領域１８が形成されている。上記エクステンション領域１５、１６、ソース・ドレイン領域１７、１８は例えばイオン注入法による不純物導入により形成される。
【００１６】
そして、上記ゲート電極１３上に絶縁膜１９を形成する。一例として、上記絶縁膜１９は酸化シリコン膜からなり、例えば５ｎｍの厚さに形成され、この酸化シリコン膜の屈折率ｎｃは、例えば１．５０となっている。なお、この絶縁膜１９は、前記説明したサイドウォール絶縁膜１４を形成した後の処理でケミカル酸化膜が形成されることもあり、このケミカル酸化膜の屈折率が下記に説明する全反射条件を満たすものであれば省略してもよい。
【００１７】
上記絶縁膜１９上に、上記絶縁膜１９界面で入射光を全反射させるような屈折率および形状を有する反射パターン２１を形成する。この反射パターン２１は、後の工程で行われるレーザ光照射によるアニール処理において、ゲート電極１３に蓄熱されるのを防止するべく、ゲート電極１３上に形成される絶縁膜１９との界面においてレーザ光が全反射されるように、傾斜面を有している。このときの全反射条件は、図２に示すように、反射パターン２１の傾斜面２１ｓに対するレーザ光Ｌの入射角をθ１、反射パターン２１内部へのレーザ光Ｌの入射角をθ２、絶縁膜１９と反射パターン２１との界面へのレーザ光Ｌの入射角をθ３、絶縁膜１９の屈折率をｎｇ、反射パターン２１の屈折率をｎｃとすると、（１）式〜（３）式を満たすことが必要である。
【００１８】
ｎｃ＞ｎｇ…（１）
【００１９】
θ１−θ２＝θ３…（２）
【００２０】
θ３＞ｓｉｎ-1（ｎｇ／ｎｃ）…（３）
【００２１】
その後、図１（２）に示すように、上記反射パターン２１をマスクにして、上記半導体基板１１の全面にレーザ光Ｌを照射して、上記半導体基板１１の急速加熱による熱処理（ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing））を行う。
【００２２】
上記レーザ光Ｌを照射した際に、上記反射パターン２１によって、レーザ光Ｌは絶縁膜１９と反射パターン２１との界面において全反射されるので、絶縁膜１９の下部に形成されているゲート電極１３がレーザ光Ｌによって直接的に加熱されることが無くなるので、蓄熱によるパターン損傷、消失等の発生を防止することができる。
【００２３】
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施例を、主に図３の製造工程断面図によって説明する。特に、反射パターンの形成方法について具体的に説明する。
【００２４】
図３（１）に示すように、半導体基板１１上にはゲート絶縁膜１２を介してパターン（以下、ゲート電極として説明する）１３が形成されている。一例として、上記半導体基板１１はシリコン基板からなり、上記ゲート電極１３はポリシリコンからなり、さらに、上記ゲート電極１３の両側における上記半導体基板１１上にはサイドウォール絶縁膜１４が形成されている。このサイドウォール絶縁膜１４は、例えば酸化シリコン膜と窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との積層構造となっている。
【００２５】
さらに、上記サイドウォール絶縁膜１４下の上記半導体基板１１には、エクステンション領域１５、１６が形成され、さらに、上記ゲート電極１３の両側における半導体基板１１には上記エクステンション領域１５を介してソース・ドレイン領域１７を形成するとともに、上記エクステンション領域１６を介してソース・ドレイン領域１８を形成する。上記エクステンション領域１５、１６、ソース・ドレイン領域１７、１８は例えばイオン注入法により不純物が導入されて形成されている。
【００２６】
次に、図３（２）に示すように、上記ゲート電極１３上に絶縁膜１９を被覆形成する。上記絶縁膜１９は、例えば酸化シリコン膜で形成され、例えば５ｎｍの厚さに形成される。また上記酸化シリコン膜の屈折率ｎｃは、例えば１．５０となっている。なお、この絶縁膜１９は、前記説明したサイドウォール絶縁膜１４を形成した後の処理でケミカル酸化膜が形成されることもあり、このケミカル酸化膜の屈折率が下記に説明する全反射条件を満たすものであれば省略してもよい。
【００２７】
次に、図３（３）に示すように、上記絶縁膜１９上に反射パターン形成膜２２を成膜する。この反射パターン形成膜２２は、例えばアモルファスシリコンを堆積させて形成する。
【００２８】
さらに、反射パターンを形成する領域上にレジストパターン２３を形成する。このレジストパターン２３は、上記反射パターン形成膜２２上にレジスト膜を成膜した後、露光、現像、レジスト硬化処理等のプロセスを経て形成される。その際、露光を調整してレジストパターン２３の側壁が所望の傾斜面となるようにする。すなわち、後の工程においてレジストパターン２３とともに反射パターン形成膜２２をエッチバックした際に、次工程で形成しようとする反射パターンと前記絶縁膜１９との界面においてレーザ光Ｌを全反射するような傾斜面が反射パターンに形成されるように、前記レジスト膜を加工して傾斜面を有するレジストパターン２３を形成する。
【００２９】
次に、図３（４）に示すように、上記レジストパターン２３〔前記図３（３）参照〕とともに上記反射パターン形成膜２２をエッチバックして、反射パターン２１を形成する。この反射パターン２１は、後の工程で行われるレーザ光照射によるアニール処理において、ゲート電極１３に蓄熱されるのを防止するべく、ゲート電極１３上に形成される絶縁膜１９との界面においてレーザ光が全反射されるように、傾斜面を有している。このときの全反射条件は、前記図２に示すように、前記反射パターン２１の傾斜面２１ｓに対する前記レーザ光の入射角をθ１、前記反射パターン内部への前記レーザ光の入射角をθ２、前記パターンと前記反射パターンとの界面への前記レーザ光の入射角をθ３、前記パターンの表面側の屈折率をｎｇ、前記反射パターンの屈折率をｎｃとすると、前記説明したのと同様に（１）式〜（３）式を満たすものである。
【００３０】
ｎｃ＞ｎｇ…（１）
【００３１】
θ１−θ２＝θ３…（２）
【００３２】
θ３＞ｓｉｎ-1（ｎｇ／ｎｃ）…（３）
【００３３】
上記反射パターン形成膜２２のエッチングは、一例として、エッチングガスに塩素(Ｃｌ2)と酸素(Ｏ2)との混合ガスを、Ｃｌ2：Ｏ2ｎｏ流量比を８０ｃｍ3／ｍｉｎ：１０ｃｍ3／ｍｉｎに設定し、５００Ｗの出力にて行う。このとき、レジストとの選択比を高め、エッチングによってレジストパターン２３が無くなることが望ましい。この結果、前記図２に示すような傾斜面２１ｓが所望の角度θ１を持つ反射パターン２１を得る。なお、レジストパターン２３が残存している場合には、ウエット処理によって残存しているレジストパターン２３を除去する。
【００３４】
その後、前記図１（２）によって説明したように、上記反射パターン２１をマスクにして、上記半導体基板１１の全面にレーザ光Ｌを照射して、上記半導体基板１１に対して急速加熱による熱処理（ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing））を行う。これにより、ソース・ドレイン領域１７、１８、ソース・ドレイン・エクステンション領域１５、１６の不純物が活性化される。
【００３５】
上記説明したように、本発明では、蓄熱を抑制したいパターン（ゲート電極）１３の部分にレーザ光Ｌの全反射条件が満たされるような形状および屈折率をもつ反射パターン２１を形成し、レーザ光Ｌの入射を遮断することによってパターン１３の蓄熱による倒れ、消失を抑制することができる。
【００３６】
次に、反射パターン２１と絶縁膜１９との界面における全反射条件について詳しく説明する。
【００３７】
レーザ光Ｌは、単色性のほかに単一指向性という特徴をもつ。通常は、レーザ光Ｌは半導体装置に対して垂直に入射されるため、スネルの法則（ｎ１Ｓｉｎθ１＝ｎ２Ｓｉｎθ２：ｎ１は入射角側屈折率、θ１は入射角、ｎ２は屈折角側屈折率、θｎは屈折角とする）から半導体装置の構成材料の屈折率によらないこと、およびレーザ光Ｌの入射光路は垂直のままで変わらないことがわかる。
【００３８】
一方、スネルの法則からはレーザ光Ｌが屈折率の大きな物体から小さな物体へ入射する場合（ｎ１＞ｎ２）、入射光の角度を垂直（θ１＝０）ではなくθ１＞Ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎ１）とすると全反射が起こることがわかる。この場合、屈折側内部に入り込むレーザ光は無くなる。
【００３９】
全反射をゲート電極１３上などの蓄熱を抑制したい部分にのみ起こさせるには、その部分の反射パターン２１の構造を前記図２のようにすればよい。レーザ光Ｌは、一般的に半導体装置に対して垂直に入ってくるが、反射パターン２１がθ１の角度をもった形状であれば、大気もしくは真空中（ｎ＝１）から反射パターン２１（屈折率：ｎｃ）に入った光は１・Ｓｉｎθ１＝ｎｃ・Ｓｉｎθ２を満たす。また、ゲート電極１３上の絶縁膜１９での入射角θ３はθ３＝θ１−θ２となる。この場合、絶縁膜１９表面の屈折率をｎｇとすると、θ３＞Ｓｉｎ−１（ｎｇ/ｎｃ）を満たせば全反射条件となる。
【００４０】
一例として、反射パターン２１をアモルファスシリコンとし、ゲート電極１３表面に形成された絶縁膜１９を酸化膜で形成すると、θ１が上記条件を満たす角度以上の断面三角形状の反射パターン２１であれば、絶縁膜１９との界面で全反射が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態例を示した製造工程断面図である。
【図２】反射パターンにおけるレーザ光の光路説明図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施例を、特に反射パターンの形成方法について具体的に示した製造工程断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１１…半導体基板、１３…パターン（ゲート電極）、１９…絶縁膜、２１…反射パターン、２１ｓ…傾斜面、Ｌ…レーザ光
【図１】
2007088323.tif 000003
【図２】
2007088323.tif 000004
【図３】
2007088323.tif 000005