JPH0448723A

JPH0448723A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH0448723A
Application number: JP15504890A
Authority: JP
Inventors: Mario Fuse; マリオ布施; Yoshio Nishihara; 義雄西原; Ichiro Asai; 浅井　市郎
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1990-06-15
Filing date: 1990-06-15
Publication date: 1992-02-18

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）本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に効率よく半
導体層表面にドーパント層を形成するための方法に関す
る。

（従来の技術）従来、半導体層表面にドーパント層を得るためには、ド
ープすべき半導体層を有する試料を真空容器内に導入し
、この真空容器にドーパントを含む反応ガスを導入する
とともに、半導体層上にレーザ光を照射して半導体層表
面を融解させて不純物をドーピング（添加）することに
より、半導体層表面にドーパント層を形成していた。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら上記方法によると、レーザ光を照射するこ
とにより半導体層表面を融解させ、その際にドーパント
を含む反応ガスが半導体層に入射してドーピングが行わ
れるため、半導体層表面が融解している時間を長く設定
する必要がある。そのためには、レーザ光の多数回照射
が必要となり、ドーピング効率が良くないという問題点
があった。

特に、大面積基板上で上記方法を行なう場合、レーザ光
の多数回照射はプロセス時間を長くし、製造工程に時間
を要するという欠点があった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、効率よく半
導体層表面にドーパント層を形成するための半導体装置
の製造方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）上記従来例の問題点を解消するため本発明に係る半導体
装置の製造方法は、ドーパントガス雰囲気中で半導体層
を冷却する工程と、前記半導体層にレーザ光を照射する
工程とを具備することを特徴としている。

すなわち本発明方法は、試料及びその表面の半導体層を
冷却することによりドーパント元素を含む反応ガスの半
導体表面への吸着を十分行ない、その後、レーザ光の照
射を行なう。

（作用）本発明方法によれば、真空容器に配置された試料を冷却
しているので、真空容器に導入された反応ガス分子の大
部分は試料表面の半導体層に吸着される。そして、この
状態でレーザ光が照射されて半導体層表面が融解しドー
パントが注入される。

試料表面の半導体層に吸着される単位面積当たりの反応
ガス分子の数は、単位時間当たりに気体中から試料表面
に入射する単位面積当たりの反応ガス分子の数に比較し
て圧倒的に多いので、レーザ光を照射した場合のドーピ
ング効率の向上を図ることができる。

また、試料の冷却を続けなからレーザ光を複数回照射す
る場合、レーザ照射後において瞬時に再吸着が始まり、
複数回照射により半導体層の比較的深い位置までドーピ
ングすることができる。

従って、半導体層の膜厚が比較的厚い（１０００Ａ程度
）薄膜トランジスタ素子においてソース。

ドレイン電極形成のためドーピング層を得るような場合
、膜厚深さまで十分にドーパントを注入することができ
る。

（実施例）本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する
。

第２図は本発明方法を実施するための装置の概略図であ
る。

真空チェンバー１には、真空チェンバ−１内部の圧力を
調整するための真空ポンプ２と、真空チェンバ−１内部
にドーパント元素を含んだ反応性ガスを供給するための
反応ガス供給系３とが連設されている。真空チェンバー
１内の底面には、液体窒素によるクライオパネル等で構
成された冷却ステージ４が配置されている。真空チェン
バー１の上面にはレーザ光導入窓５が配置され、このレ
ザ光導入窓５を通して真空チェンバ−１外部よリレーザ
光６が前記冷却ステージ４上に照射できるようにし、冷
却ステージ４上に配置された試料７のレーザアニールを
行なうようになっている。

本発明方法は上述した装置を用いて冷却ステージ４上に
試料７を配置し、この試料７を冷却（２０℃〜−２００
℃）しながら反応ガス供給系３よりドーパント元素を含
んだ反応性ガスを供給する。供給された反応性ガスは、
真空チェンバー１内において、低温に維持されている試
料７の表面の半導体層部分に十分吸着する。この状態で
試料７の上部よりレーザ光６を照射させると、試料７の
表面の半導体層が融解してドーパントの注入が行われる
。

照射されるレーザ光は、半導体層の表面で吸収されるよ
うな波長を選択する。すなわち、半導体層が結晶シリコ
ンの場合は紫外線、アモルファスシリコンの場合は紫外
線または可視光線が好ましい。また、冷却ステージ４上
に試料７を配置し冷却した場合、冷却温度によっては、
試料表面で反応性ガスが液化或いは固化することがある
が、レーザアニールを行なうに際して何等差し支えない
。

また、試料の冷却を続けなからレーザ光を照射した場合
の半導体層表面の膜厚方向の深さと温度との関係は、第
３図の実線で示すようになる。すなわち、レーザアニー
ル後においても冷却状態が継続されるので、放熱が十分
行われるので融点以下の温度において不純物の拡散が抑
制される。従って、ドーピング層のドーパント濃度が均
一化し、急峻な濃度プロファイルを得ることができる。

これに対して従来方法であると、第３図の点線で示すよ
うに、多数回照射を行なうことにより膜厚方向の深さに
より温度差が生じ、融点以下の温度において熱拡散が行
われる。従って、ドーピング層のドーパント濃度が不均
一化し、濃度プロファイルが崩れる。

次に本発明方法をポリシリコン薄膜トランジスタの製造
に適用した実施例について第１図（ａ）乃至（ｇ）及び
第２図を参照して説明する。

減圧ＣＶＤ法を用いて５５０℃、　０．　３Ｔｏｒｒの
条件下で石英基板１０上にアモルファスシリコンを１０
０ＯＡの膜厚に着膜する。そして、６００℃で５時間の
類アニールを行ない、前記アモルファスシリコンを結晶
化させてポリシリコン膜を形成し、フォトリソグラフィ
法によりエツチング処理して前記ポリシリコン膜を島状
にパターンニングしてポリシリコン層１１を形成する（
第１図（ａ））。

次に、減圧ＣＶＤ法を用いて膜厚１０００ＡのＳｉｎ、
膜１２．膜厚３０００Ａのポリシリコン膜１３を順次着
膜する。続いて、Ｐ＋イオン注入により高密度にリンが
ドープされたポリシリコン層１３′を形成する（第１図
（ｂ））。

６００℃で２４時間の類アニールを行ない、ドーパント
の活性化を行なった後、フォトリソグラフィ法によりエ
ツチング処理してパターンニングし、ゲート電極１４を
形成する（第１図（Ｃ））。

リアクティブイオンエツチング（ＲＩ　Ｅ）法によりソ
ース、ドレイン領域となる部分のＳｉｎ。

膜１２を除去する（第１図（１））。

次いで、石英基板１０上に上記プロセスを行なった試料
７を第２図に示した真空チェンバー１内の冷却ステージ
４上に設置し、真空チェンバー１内を１０−’　Ｔｏｒ
ｒ以下の真空に排気する。

真空チェンバー１内にＨｅ希釈のＰＨ，ガス（１００ｓ
ｅｃｍ）を導入しながら、真空ポンプ２に接続された圧
力コントロールバルブ（図示せず）を制御して真空チェ
ンバー１内の圧力をＩＴｏｒｒに保つ。

次に冷却ステージ４の冷却を開始し、試料７の温度を一
１００℃に保持する。試料７の表面が冷却されているた
め、ポリシリコン層１１及びゲート電極１４の表面は分
子が吸着しやすい状態となっており、ホスフィン（ＰＨ
，）分子１５の吸着が十分行われる（第１図（ｅ））。

また、真空チェンバー１内で冷却されているのは冷却ス
テージ４だけなので、試料７の表面に効率よく分子が吸
着する。

そして、真空チェンバ−１外部よりエキシマ−レーザ光
６　（ＸｅＣ１，３０８ｎｍ）をレーザ光導入窓５を介
して真空チェンバー１内に導入し、試料７の表面に照射
することにより融解させ、ドーピングの注入が行われた
ドーピング領域１６を形成する。エキシマ−レーザ光の
エネルギー密度は０．８Ｊ／Ｃｍ’で１回の照射でアニ
ールを行なった。その後、冷却ステージ４を室温に戻し
、ＰＨ，ガスをＮ、ガスに置換して真空チェンバ１内を
十分に排気した。

そして、前記試料７を真空チェンバー１の外部に取り出
し、プラズマＣＶＤ法により７０００Ａの膜厚のＳｉｎ
、膜１７を着膜した（第１図（ｆ））。

次いで、ソース、ドレイン領域とゲート電極への電気的
接続をとるため、Ｓｉｎ、膜１７にコンタクト孔１８を
形成した後、アルミニウムの着膜及びパターニングによ
り配線１９を形成して薄膜トランジスタが完成する（第
１図（ｇ））。

従来方法で上記同様のドーピング層を得る場合、エネル
ギー密度が１゜２Ｊ／ｃｍ’のレーザ光で１０回程度の
多重照射を行なう必要があったが、上記実施例ではエネ
ルギー密度が０．８Ｊ／ｃｍ２のレーザ光を用いて１回
の照射て十分な厚さのドーピング層を得ることができた
。

上述したように本実施例によれば、試料表面にドーパン
ト分子を十分吸着させてドーピング効率の向上を図るこ
とができる。従って、特に大面積基板にドーピング層を
得る際、プロセス時間を短縮することができる。

また、薄膜トランジスタ製造方法について適用したが、
本発明方法はＬＳＩ素子など半導体装置の製造に適用す
ることができる。

（発明の効果）本発明方法によれば、半導体層を冷却した状態で反応性
ガスを導入し、反応ガス分子の大部分は試料表面の半導
体層に吸着するので、この状態でレーザ光を照射すると
ドーピング効率の向上を図ることができる。従って、ド
ーピング効率の向上により、レーザ照射時のエネルギー
の低減化に寄与し、従来に比較して浅いＰＮ接合を形成
することができる。

また、試料の冷却を続けなからレーザ光を複数回照射す
る場合、レーザ照射後において瞬時に再吸着が始まり、
多数回照射により半導体層の比較的深い位置までドーピ
ングすることができる。従って、半導体層の膜厚が比較
的厚い（１００ＯＡ程度）薄膜トランジスタ素子におい
てソース、ドレイン電極を形成するような場合、膜厚深
さまで十分にドーパントを注入することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至（ｇ）は本発明方法を使用した薄膜ト
ランジスタの製造方法を示すプロセス図、第２図は本発
明方法を実施するための装置の概略説明図、第３図は本
実施例方法及び従来方法による半導体層表面の熱分布プ
ロファイルを示すグラフである。７・・・・・・試料１・・・・・・真空チェンバー２・・・・・・真空ポンプ３・・・・・・反応ガス供給系４・・・・・・冷却ステージ６・・・・・・レーザ光

Claims

【特許請求の範囲】

　ドーパントガス雰囲気中で半導体層を冷却する工程と
、前記半導体層にレーザ光を照射する工程とを具備する
半導体装置の製造方法。