JPH027422A - レーザによる高温熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体集積回路装置を製造するプロセスにおい
て、例えばイオン注入法により導入された不純物を活性
化したり、拡散させるためにレーザビームを用いて高温
熱処理する方法に関するものである。

（従来の技術） 半導体集積回路装置の配線材料としては主にＡＱ又はＡ
Ｑ−８ｉ合金が使用される。これらの配線材料は融点が
低いため、配線工程後に高温熱処理を施すことができな
い。

高温熱処理方法としてレーザビームを用いる方法がある
。従来のレーザビームアニール法は、半導体基板のごく
表面層のみを短時間で急熱し急冷する方法である。その
ため、メタル配線工程を過ぎて配線が形成された状態の
ウェハではレーザビームアニールを行なうことはできな
い。

また、ウェハ表面に酸化膜や窒化膜がある状態ではレー
ザビームの入射エネルギーが変化するなどの不具合があ
る。

マスクＲＯＭではプログラミングを行なう工程（コア工
程）の段階により、拡散層マスクコード方式、イオン注
入マスクコード方式、コンタクトマスクコード方式など
種々の方式がある。マスクＲＯＭのように短工期を要求
される半導体集積回路装置では、コア工程はできる限り
後工程であることが望ましいが、配線材料としてＡＱや
ＡＱ金合金使用する限りコア工程はコンタクト形成前あ
るいはコンタクト工程で行なわれる。

第７図には一例としてイオン注入マスクコード方式によ
るマスクＲＯＭの製造プロセスを示す。

（Ａ）１はシリコン基板、２はフィールド酸化膜。

３はソース、４はドレインであり、チャネル領域上には
ゲート酸化膜を介してポリシリコンゲート電極５が形成
されている。この状態は通常のＭＯ８工程の不純物拡散
が終った状態である。

（Ｂ）プログラミングを行なうため、書き込むべき情報
に従がってレジストパターン６を形成し、イオン注入法
によりゲート電極５の直下に不純物７を打ち込む。

（Ｃ）層間絶縁膜８を堆積し、アニールによりデンシフ
ァイして表面を滑らかにする。このときゲート直下に打
ち込まれた不純物が活性化される。

７ａは活性化された不純物を表わしている。

（Ｄ）層間絶縁膜８に写真製版とエツチングによりコン
タクトホール９，１０を形成する。

（Ｅ）メタル層、例えばＡＱ層を堆積し、写真製版とエ
ツチングによりメタル配線１１．１２を形成する。

（Ｆ）パッシベーション膜１３を堆積し、写真製版とエ
ツチングによりパッド用の開口を設け、基板１の裏面を
研磨してマスクＲＯＭの製造工程が完了する。

しかし、この製造工程ではコア工程が比較的前工程にあ
るため、プログラミングから完了まで５〜７日間を要す
る。

本発明は半導体基板の目的とする箇所のみを高温熱処理
できるようにし１例えばマスクＲＯＭにおいてはコア工
程をメタル配線形成後の工程（例えばメタル工程、パッ
シベーション工程及び裏面研磨工程後の最終工程）にす
ることができるような熱処理方法を提供することを目的
とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明では波長が１．２μ
ｍ以上の複数本のレーザビームを半導体基板の目的とす
る箇所で交叉するように照射してその箇所を加熱する。

（作用） 加熱用レーザビームとして波長が１．２μｍ以上のもの
を用いるのは、第４図に示されるように波長が１．２μ
ｍ以上でシリコンウェハの吸収係数が小さくなるからで
ある。特に、波長が５μｍ以上（例えば波長が１０μｍ
のＣＯ２レーザ）では、シリコンウェハの吸収係数が小
さいだけではなく、不純物を添加すると吸収係数が大き
くなり。

したがってイオン注入法により不純物が導入された領域
で選択的にレーザビームが吸収されて高温に加熱される
。加熱用レーザビームの波長を１．２μｍ以上にしたの
は、上記理由に加えて、ウェハ内部を加熱するためには
１０”ｃｍ’″１程度の吸光係数が必要であり、かつ、
レーザビームがウェハを透過する必要があるためである
。

第２図において、例えばＣＯ２レーザ２０を用い、その
レーザビーム２３をレンズ２１で集光してウェハ２２に
照射する。このとき、第３図に示されるように、１本の
レーザビーム２３を用い、で活性化させようとする不純
物２４を加熱するために大きな出力のレーザビーム２３
で照射したとすれば、レーザビーム２３の経路に沿って
ウェハ２２の裏面から内部を通り表面にわたる全域を加
熱してしまう。その結果１表面のＡＭ又はＡＱ金合金配
線を溶融してしまい、また、目的とする領域以外の不純
物の拡散も促進してしまうため、メタル配線形成後の熱
処理としては適さない。

そこで、第１図に示されるように複数本のレーザビーム
２３−１〜２３−３を基板２２の目的とする箇所１例え
ば活性化させようとする不純物２４のある領域で交叉す
るように照射し、かつ、各レーザビーム２３−１〜２３
−３の出力を１本のレーザビームの照射によってはメタ
ル配線や他の箇所の不純物に影響を与えない程度に下げ
ておく。

複数本のレーザビーム２３−１〜２３−３が交叉した箇
所では温度が所定の温度まで上昇し、その箇所の不純物
２４の拡散や活性化が促進される。

（実施例） 第１図は一実施例を表わしたものである。

シリコンウェハ２２に不純物２４がイオン注入法により
導入されているものとする。この不純物２４を活性化し
たり拡散させるために複数本のレーザビーム、例えば３
本のＣ○２レーザビーム２３−１〜２３−３を裏面側か
ら照射する。ウエハ２２の表面側にはポリシリコン、絶
縁膜、メタル配線などが形成されているため、裏面側か
ら照射する方が好ましい。

複数本のレーザビーム２３−１〜２３−３は加熱しよう
とする目的の箇所で交叉させる。これにより、レーザビ
ーム２３−１〜２３−３が交差した箇所の温度だけを所
定の温度以上に上昇させることができる。

第５図はウェハ２２を装着する装置（ウェハチャック）
２５内を冷却水や液体ガスなどの冷却媒体２６を流して
ウェハ２２を冷却できるようにし、選択的な加熱を一層
行ないやすくしている。

第６図は本発明を用いてイオン注入マスクコード方式の
マスクＲＯＭを製造する工程を示す。

（Ａ）従来と同様にＭＯ３工程の不純物拡散まで行なう
。１はシリコン基板、２はフィールド酸化膜、３はソー
ス、４はドレインであり、チャネル領域上にはゲート酸
化膜を介してポリシリコンゲート電極５が形成されてい
る。

（Ｂ）層間絶縁膜８を堆積する。加熱してデンシファイ
し、表面を滑らかにしておく。

（Ｃ）写真製版とエツチングにより、層間絶縁膜８にコ
ンタクトホール９，１０を形成する。

（Ｄ）ＡＱまたはＡＱ合金のメタル膜を堆積し。

写真製版とエツチングによりメタル配線１１，１２を形
成する。

（Ｅ）プログラミングを行なうために記憶すべき情報に
従がって写真製版によりレジストパターン６を形成し、
高エネルギーのイオン注入法により不純物７をゲート電
極５の直下に注入する。

又は（Ｅ′）に示されるように、パッシベーション膜１
３を堆積した後に写真製版によりプログラミング用のレ
ジストパターン６を形成し、高エネルギーイオン注入法
により不純物７を注入してもよい。

（Ｆ）基板１の裏面を研磨した後、裏面側から複数本の
ＣＯ□レーザビーム２３−１〜２３−３を照射し、ゲー
ト電極直下に注入された不純物領域で交叉させ、注入不
純物７を活性化させる。

この例では、コア工程がメタル配線形成後、又はパッシ
ベーション膜形成後というような後工程になるので、プ
ログラミングから半導体集積回路装置完了までを３〜４
日に短縮することができる。

第６図の例のように、プログラミングを行なうメモリ素
子についてのみイオン注入とレーザビーム照射を行なう
ようにしてもよく、又は全てのメモリ素子のゲート電極
直下にイオン注入を行ない、書き込むべき情報に従がっ
て所定のメモリ素子のみにレーザビームを照射してその
メモリ素子の不純物を活性化するようにしてもよい。

本発明の方法はマスクＲＯＭの製造プロセスに限らず、
種々のトランジスタ、ウェル、拡散抵抗などを形成する
際にも従来のレーザアニールに代えて使用することがで
きる。その場合はレーザビームの照射はウェハの表面側
と裏面側のどちらから行なってもよい。

（発明の効果） 本発明では波長が１．２μｍ以上の複数本のレーザビー
ムを半導体基板の目的とする箇所で交叉するように照射
してその箇所を加熱するようにしたので、ＡＱ又はＡＱ
合金の配線形成後にも高温熱処理が可能になる。その結
果５例えばマスクＲＯＭにおいてはコア工程を配線形成
後にすることができ、納期を短縮することができる。

また、２種類以上のトランジスタ、ウェル、拡散抵抗な
どを作成するときにも有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例を示す断面図、第２図は１本のレーザ
ビームを示す構成図、第３図は１本のレーザビームを照
射した場合を示す断面図、第４図はシリコンウェハの光
吸収特性を示す図、第５図は一実施例におけるウェハ装
着装置を一部を断面で示す正面図、第６図（Ａ）から同
図（Ｆ）は本発明を適用したマスクＲＯＭの製造工程を
示す断面図、第７図（Ａ）から同図（Ｆ）は従来のマス
クＲＯＭの製造工程を示す断面図である。 ２２・・・・・・ウェハ、２３−１〜２３−３・・・・
・・ＣＯ２レーザビーム、２４・・・・・・不純物。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）波長が１．２μｍ以上の複数本のレーザビームを
   半導体基板の目的とする箇所で交叉するように照射して
   その箇所を加熱する高温熱処理方法。