JP2006066686A - Method and apparatus for introducing impurities - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、不純物導入方法および不純物導入装置に係り、特に不純物を半導体基板等の固体試料の表面に導入する不純物導入方法に関する。 The present invention relates to an impurity introduction method and an impurity introduction apparatus, and more particularly to an impurity introduction method for introducing impurities into the surface of a solid sample such as a semiconductor substrate.
不純物を固体試料の表面に導入する技術としては、不純物をイオン化して低エネルギーで固体中に導入するプラズマドーピング法が知られている(例えば、特許文献1参照)。図10は、前記特許文献1に記載された従来の不純物導入方法としてのプラズマドーピング法に用いられるプラズマ処理装置の概略構成を示している。図10において、真空容器41内に、シリコン基板よりなる試料42を載置するための試料電極43が設けられている。真空容器41内に所望の元素を含むドーピング原料ガス、例えばB2H6を供給するためのガス供給装置44、真空容器41内の内部を減圧するポンプ45が設けられ、真空容器41内を所定の圧力に保つことができる。マイクロ波導波管46より、誘電体窓としての石英板47を介して、真空容器41内にマイクロ波が放射される。このマイクロ波と、電磁石48から形成される直流磁場の相互作用により、真空容器41内に有磁場マイクロ波プラズマ(電子サイクロトロン共鳴プラズマ)49が形成される。試料電極43には、コンデンサ50を介して高周波電源51が接続され、試料電極43の電位が制御できるようになっている。なお、ガス供給装置44から供給されたガスは、ガス導入口52から真空容器41内に導入され、排気口53からポンプ45へ排気される。
As a technique for introducing impurities into the surface of a solid sample, a plasma doping method is known in which impurities are ionized and introduced into a solid with low energy (see, for example, Patent Document 1). FIG. 10 shows a schematic configuration of a plasma processing apparatus used in a plasma doping method as a conventional impurity introduction method described in
このような構成のプラズマ処理装置において、ガス導入口52から導入されたドーピング原料ガス、例えばB2H6は、マイクロ波導波管46及び電磁石48から成るプラズマ発生手段によってプラズマ化され、プラズマ49中のボロンイオンが高周波電源51によって試料42の表面に供給される。
In the plasma processing apparatus having such a configuration, the doping source gas introduced from the
ところで、B2H6よりなるドーピング原料ガスのように、シリコン基板等の試料に供給されると電気的に活性となる不純物を含むガスは、一般に、人体に有害であったり、反応性が高く、危険性が高いという問題がある。 By the way, in general, a gas containing impurities that become electrically active when supplied to a sample such as a silicon substrate, such as a doping source gas made of B 2 H 6 , is harmful to humans or has high reactivity. There is a problem that the risk is high.
また、プラズマドーピング法は、ドーピング原料ガスに含まれている物質の全てが試料に導入される。B2H6よりなるドーピング原料ガスを例にとって説明すると、試料に導入されたときに有効な不純物はボロンのみであるが、水素も同時に試料中に導入される。水素が試料中に導入されると、エピタキシャル成長等、引き続き行なわれる熱処理時に試料において格子欠陥が生じるという問題がある。 In the plasma doping method, all of the substances contained in the doping source gas are introduced into the sample. Taking a doping source gas made of B 2 H 6 as an example, boron is the only effective impurity when introduced into the sample, but hydrogen is also introduced into the sample at the same time. When hydrogen is introduced into the sample, there is a problem that lattice defects occur in the sample during subsequent heat treatment such as epitaxial growth.
そこで、試料に導入されると電気的に活性となる不純物を含む不純物固体を真空容器内に配置すると共に、真空容器内において希ガスのプラズマを発生させ、不活性ガスのイオンにより不純物固体をスパッタリングすることにより、不純物固体から不純物を分離させ、分離された不純物を試料に供給する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。図11は、前記特許文献2に記載された従来の不純物導入方法としてのプラズマドーピング法に用いられるプラズマドーピング装置の概略構成を示している。図11において、真空容器41内に、シリコン基板よりなる試料42を載置するための試料電極43が設けられている。真空容器41内に不活性ガスを供給するためのガス供給装置44、真空容器41内の内部を減圧するポンプ45が設けられ、真空容器41内を所定の圧力に保つことができる。そして、マイクロ波導波管46より、誘電体窓としての石英板47を介して、真空容器41内にマイクロ波が放射される。このマイクロ波と、電磁石48から形成される直流磁場の相互作用により、真空容器41内に有磁場マイクロ波プラズマ(電子サイクロトロン共鳴プラズマ)49が形成される。試料電極43には、コンデンサ50を介して高周波電源51が接続され、試料電極43の電位が制御できるようになっている。また、不純物元素例えばボロンを含む不純物固体54が、固体保持台55上に設けられ、固体保持台55の電位が、コンデンサ56を介して接続された高周波電源57によって制御される。なお、ガス供給装置44から供給されたガスは、ガス導入口52から真空容器41内に導入され、排気口53からポンプ45へ排気される。
Therefore, an impurity solid containing impurities that become electrically active when introduced into the sample is placed in a vacuum vessel, and plasma of a rare gas is generated in the vacuum vessel, and the impurity solid is sputtered by ions of the inert gas. Thus, a method has been proposed in which impurities are separated from impurity solids and the separated impurities are supplied to a sample (see, for example, Patent Document 2). FIG. 11 shows a schematic configuration of a plasma doping apparatus used in a plasma doping method as a conventional impurity introduction method described in Patent Document 2. In FIG. 11, a
このような構成のプラズマドーピング装置において、ガス導入口11から導入された不活性ガス、例えばアルゴン(Ar)は、マイクロ波導波管46及び電磁石48から成るプラズマ発生手段によってプラズマ化され、不純物固体54からスパッタリングによりプラズマ中に飛び出した不純物元素の一部がイオン化され、試料42の表面に導入される。
In the plasma doping apparatus having such a configuration, an inert gas, for example, argon (Ar) introduced from the gas introduction port 11 is converted into plasma by the plasma generating means including the
通常、試料42の表面に熱酸化膜などからなるゲート酸化膜を形成し、この上層にCVD法等によりゲート電極となる導電性層を形成し、これをパターニングし、ゲート電極のパターンを形成する。このようにしてゲート電極の形成された試料42をプラズマドーピング装置にセットし、前述した方法によりゲート電極をマスクとして自己整合的に不純物の導入がなされ、ソース・ドレイン領域を形成することによりMOSトランジスタが得られる。ただし、プラズマドーピング処理によって不純物を導入しただけでは、トランジスタを構成することはできないため、活性化処理を行う必要がある。活性化処理とは、不純物を導入した層を、レーザーアニール、フラッシュランプアニールなどの方法を用いて加熱し、結晶中で活性な状態にする処理をいう。このとき、不純物を導入した極薄い層を効果的に加熱することにより、浅い活性化層を得ることができる。不純物を導入した極薄い層を効果的に加熱するには、不純物を導入する前に、不純物を導入しようとする極薄い層における、レーザー、ランプなどの光源から照射される光に対する吸収率を高めておく処理が行われる。この処理はプレアモルファス化と呼ばれるもので、先に示したプラズマ処理装置と同様の構成のプラズマ処理装置において、Heガスなどのプラズマを発生させ、生じたHeなどのイオンをバイアス電圧によって基板に向けて加速して衝突させ、基板表面の結晶構造を破壊して非晶質化するものであり、既に本件発明者らによって提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
Usually, a gate oxide film made of a thermal oxide film or the like is formed on the surface of the
しかしながら、上記方式では、非晶質化するために専用の高価な真空処理装置が必要であるため、経済的でないという問題点があった。プラズマドーピング処理を行う真空処理装置と、非晶質化処理する真空処理装置を兼用で用いることも不可能ではないが、繰り返し使用する場合、真空容器内壁に付着したボロンなどの堆積物が非晶質化の過程でも基板表面に導入されるため、全体としての不純物導入量を精密に制御することが難しいという問題点があった。また、非晶質化された部分と結晶部分とが比較的明瞭な境界を形成するため、活性化処理の過程で非晶質部分の深い部位(結晶部分との境界付近)が過剰に加熱され、不純物が深く拡散してしまうという問題があった。
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、経済的で、不純物導入量を精密に制御でき、浅い不純物領域を形成することのできる不純物導入方法及び装置を提供することを目的としている。
However, the above method has a problem that it is not economical because an expensive vacuum processing apparatus for exclusive use is required to make the material amorphous. It is not impossible to use both a vacuum processing apparatus for performing plasma doping and a vacuum processing apparatus for amorphizing, but when repeatedly used, deposits such as boron adhering to the inner wall of the vacuum vessel are amorphous. Since it is introduced into the substrate surface even during the qualitative process, there is a problem that it is difficult to precisely control the amount of impurities introduced as a whole. In addition, since the amorphous part and the crystal part form a relatively clear boundary, the deep part of the amorphous part (near the boundary with the crystal part) is excessively heated during the activation process. There is a problem that the impurities diffuse deeply.
In view of the above-described conventional problems, an object of the present invention is to provide an impurity introduction method and apparatus that is economical, can accurately control the amount of impurity introduction, and can form a shallow impurity region.
そこで本発明の不純物導入方法は、試料に紫外線を照射する工程と、試料の表面に不純物イオンを供給する工程と、試料の表面層を加熱して活性化する工程とを含むことを特徴とする。
この構成により、紫外線の照射によって基板表面を非晶質化する工程と、試料の表面に不純物イオンを供給する工程とが別々に実施可能なため、経済的な処理が可能となり、また、不純物導入量を精密に制御できる。また、この紫外線照射による非晶質化処理によって非晶質化された部分と結晶部分とが比較的不明瞭な境界を形成するため、活性化処理の過程で非晶質部分の深い部位(結晶部分との境界付近)が過剰に加熱されることもなく、不純物が深く拡散するのを防止することができる。
Therefore, the impurity introduction method of the present invention includes a step of irradiating the sample with ultraviolet light, a step of supplying impurity ions to the surface of the sample, and a step of heating and activating the surface layer of the sample. .
With this configuration, the process of amorphizing the substrate surface by ultraviolet irradiation and the process of supplying impurity ions to the surface of the sample can be carried out separately, making it possible to perform economical processing and introducing impurities. The amount can be controlled precisely. In addition, since the portion made amorphous by the amorphization treatment by ultraviolet irradiation and the crystal portion form a relatively unclear boundary, a deep portion of the amorphous portion (crystal It is possible to prevent the impurities from being diffused deeply without excessively heating the vicinity of the boundary with the portion.
また、本発明の不純物導入方法は、試料に紫外線を照射する工程における紫外線の波長が、100nm以上380nm以下であるものを含む。
この構成により、効率的な非晶質化処理を行うことが可能となる。
Moreover, the impurity introduction | transduction method of this invention contains what the wavelength of the ultraviolet-ray in the process of irradiating a sample with an ultraviolet-ray is 100 to 380 nm.
With this configuration, an efficient amorphization process can be performed.
さらにまた、本発明の不純物導入方法は、試料に紫外線を照射する工程における紫外線の波長が、147nm以上380nm以下であるものを含む。
この構成により、安価な光源、安価な窓材料を用いることが可能となり、極めて経済的に非晶質化処理を行うことができる。
Furthermore, the impurity introduction method of the present invention includes a method in which the wavelength of ultraviolet rays is 147 nm or more and 380 nm or less in the step of irradiating the sample with ultraviolet rays.
With this configuration, an inexpensive light source and an inexpensive window material can be used, and the amorphization process can be performed extremely economically.
さらにまた、本発明の不純物導入方法は、前記不純物イオンを供給する工程が、不純物元素を含むガスを供給しつつ、プラズマ源に高周波電力を供給し、プラズマを発生させ、前記試料の表面に不純物イオンを供給する工程であるものを含む。
また、試料の表面に不純物イオンを供給する工程が、真空容器内の試料電極に試料を載置し、ガス供給装置より真空容器内に不純物元素を含むガスを供給しつつ真空容器内を排気し、真空容器内を所定の圧力に制御しながら、プラズマ源に高周波電力を供給することにより真空容器内にプラズマを発生させるとともに、試料電極に電圧を供給することによって、試料の表面に不純物イオンを供給するようにするのが望ましい。
この構成により、浅い接合を容易に得ることができる。
Furthermore, in the impurity introduction method of the present invention, the step of supplying the impurity ions is performed by supplying high-frequency power to a plasma source while supplying a gas containing an impurity element, generating plasma, and generating impurities on the surface of the sample. Includes a process for supplying ions.
In addition, the step of supplying impurity ions to the surface of the sample places the sample on the sample electrode in the vacuum vessel, and evacuates the vacuum vessel while supplying the gas containing the impurity element into the vacuum vessel from the gas supply device. In addition, while controlling the inside of the vacuum vessel to a predetermined pressure, plasma is generated in the vacuum vessel by supplying high frequency power to the plasma source, and by supplying voltage to the sample electrode, impurity ions are generated on the surface of the sample. It is desirable to supply.
With this configuration, a shallow junction can be easily obtained.
さらにまた、本発明の不純物導入方法は、前記活性化する工程が、レーザー光を照射する工程を含む。
この構成により、レーザー光は経時変化が少ないため、安定した活性化が可能となる。
Furthermore, in the impurity introduction method of the present invention, the step of activating includes a step of irradiating a laser beam.
With this configuration, since the laser light hardly changes over time, stable activation is possible.
さらにまた、本発明の不純物導入方法は、前記活性化する工程が、フラッシュランプの放射光を照射する工程を含む。
この構成により、フラッシュランプは安価であるため、低コスト化が可能となる。
Furthermore, in the impurity introduction method of the present invention, the step of activating includes a step of irradiating the flash lamp.
With this configuration, since the flash lamp is inexpensive, the cost can be reduced.
本発明の不純物導入装置は、紫外線光源を備え、試料に紫外線を照射し、前記試料の表面を非晶質化する非晶質化処理室と、プラズマ源を備え、前記試料の表面に不純物イオンを供給するイオン供給処理室と、アニール用光源を備え、前記アニール用光源により前記試料の表面層を加熱して活性化する活性化処理室とを備えたことを特徴とする。
この構成により、紫外線の照射によって基板表面を非晶質化する非晶質化処理室と試料の表面に不純物イオンを供給する不純物供給処理室とが別々に構成されているため、同一装置で非晶質化処理と不純物供給処理とを行なう場合のように、装置に付着した不純物によって汚染された状態で非晶質化処理を行なうことがなくなり、不純物導入量を精密に制御することができる。また並行して処理することが可能であり、高速かつ経済的な処理が可能となる。さらに、紫外線照射により非晶質化しているため、非晶質化された部分と結晶部分とが比較的不明瞭な境界を形成するため、活性化処理の過程で非晶質部分の深い部位(結晶部分との境界付近)が過剰に加熱されることもなく、不純物が深く拡散するのを抑制することができる。
The impurity introduction apparatus of the present invention comprises an ultraviolet light source, irradiates the sample with ultraviolet light, and comprises an amorphization treatment chamber for amorphizing the surface of the sample, a plasma source, and impurity ions on the surface of the sample And an activation light treatment chamber that includes an annealing light source and heats and activates the surface layer of the sample by the annealing light source.
With this configuration, the amorphization process chamber for amorphizing the substrate surface by ultraviolet irradiation and the impurity supply process chamber for supplying impurity ions to the surface of the sample are configured separately. Unlike the case where the crystallization process and the impurity supply process are performed, the amorphization process is not performed in a state of being contaminated by impurities attached to the apparatus, and the impurity introduction amount can be precisely controlled. In addition, processing can be performed in parallel, and high-speed and economical processing is possible. Furthermore, since it has become amorphous due to ultraviolet irradiation, the amorphous part and the crystalline part form a relatively unclear boundary. It is possible to suppress deep diffusion of impurities without excessively heating the vicinity of the boundary with the crystal portion.
この不純物導入装置は、例えば、少なくとも3つの処理室を備えた不純物導入装置であって、試料台と紫外線光源を備えた非晶質化処理室と、真空容器と、試料電極と、真空容器内にガスを供給するガス供給装置と、真空容器内を排気する排気装置と、真空容器内の圧力を制御する圧力制御装置と、プラズマ源と、プラズマ源に高周波電力を供給する高周波電源と、試料電極に電圧を供給する電圧源とを備えたイオン供給処理室と、試料台とアニーる用光源を備えたアニール処理室とを備えたことを特徴とする。 This impurity introducing device is, for example, an impurity introducing device having at least three processing chambers, an amorphization processing chamber having a sample stage and an ultraviolet light source, a vacuum vessel, a sample electrode, and a vacuum vessel. A gas supply device for supplying gas to a gas, an exhaust device for exhausting the inside of the vacuum vessel, a pressure control device for controlling the pressure in the vacuum vessel, a plasma source, a high frequency power source for supplying high frequency power to the plasma source, An ion supply processing chamber provided with a voltage source for supplying a voltage to the electrode, and an annealing processing chamber provided with a sample stage and a light source for annealing are provided.
また、本発明の不純物導入装置は、前記アニール用光源がレーザ光源であるものを含む。 Moreover, the impurity introduction apparatus of the present invention includes one in which the annealing light source is a laser light source.
また、本発明の不純物導入装置は、前記アニール用光源がフラッシュランプ光源であるものを含む。 Moreover, the impurity introduction apparatus of the present invention includes an apparatus in which the annealing light source is a flash lamp light source.
また、本発明の不純物導入装置は、前記紫外線の波長が、100nm以上380nm以下であるものを含む。
この構成により、効率的な非晶質化処理を行うことが可能となる。
Moreover, the impurity introduction | transduction apparatus of this invention contains what the wavelength of the said ultraviolet-ray is 100 to 380 nm.
With this configuration, an efficient amorphization process can be performed.
また、本発明の不純物導入装置は、前記紫外線の波長が、147nm以上380nm以下であるものを含む。
この構成により、安価な光源、安価な窓材料を用いることが可能となり、極めて経済的に非晶質化処理を行うことができる。
また、好適には、紫外線光源がXeランプであることが望ましい。あるいは、紫外線光源がArFレーザーであってもよく、あるいは、紫外線光源がKrFレーザーであってもよい。
このような構成により、安価な光源、安価な窓材料を用いることが可能となり、極めて経済的に非晶質化処理を行うことができる。
Moreover, the impurity introduction | transduction apparatus of this invention contains the thing whose wavelength of the said ultraviolet-ray is 147 nm or more and 380 nm or less.
With this configuration, an inexpensive light source and an inexpensive window material can be used, and the amorphization process can be performed extremely economically.
Preferably, the ultraviolet light source is an Xe lamp. Alternatively, the ultraviolet light source may be an ArF laser, or the ultraviolet light source may be a KrF laser.
With such a configuration, an inexpensive light source and an inexpensive window material can be used, and an amorphization process can be performed extremely economically.
以上説明してきたように、本発明の不純物導入方法及び装置によれば、経済的で、不純物導入量を精密に制御でき、不純物が深く拡散するのを抑制し、浅い不純物領域を形成することの可能な不純物導入方法及び装置を提供することができる。 As described above, according to the impurity introduction method and apparatus of the present invention, it is economical, the impurity introduction amount can be precisely controlled, the impurity is prevented from being deeply diffused, and the shallow impurity region is formed. A possible impurity introduction method and apparatus can be provided.
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1について、図1乃至図7を参照しつつ詳細に説明する。
本実施の形態では、不純物の導入に先立ち紫外線を照射することにより、不純物を導入すべき領域を非晶質化し、この後不純物を供給し、活性化処理を行なうようにしたことを特徴とするもので、非晶質化工程と、不純物を供給する工程と、活性化処理工程とを別の処理装置内で行なうようにしており、ここではまず非晶質化工程について述べる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
Hereinafter,
The present embodiment is characterized in that, by irradiating ultraviolet rays prior to the introduction of the impurities, the region to which the impurities are to be introduced is made amorphous, and then the impurity is supplied to perform the activation treatment. Therefore, the amorphization process, the impurity supply process, and the activation process are performed in separate processing apparatuses, and here, the amorphization process will be described first.
本発明の実施の形態1において用いられる不純物導入装置における、非晶質化処理室の断面図を示す。この非晶質化処理室は、図1に示すように、容器1と、容器1内に設けられた試料台2と、試料台2と対向して設けられた窓3と、窓3を挟んで試料台2に対向した紫外線光源としての5本のXeランプ4とを具備している。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the amorphization treatment chamber in the impurity introduction apparatus used in
まず、非晶質化に際しては、図1に示すように、試料台2上に、試料としてゲート絶縁膜およびゲート電極(図示せず)の形成されたシリコン基板5を載置し、Xeランプ4から発せられる紫外線をシリコン基板5の表面に照射すると、シリコン基板5の表面近傍の結晶構造が破壊され、非晶質化する。代表的な処理条件としては、Xeランプの駆動電力:20W×5、全光束:1200ルーメン、照射時間:110秒である。
First, at the time of amorphization, as shown in FIG. 1, a
このとき、シリコン基板表面での酸化反応などの化学的な反応を抑制するため、容器1内に不活性ガス、たとえばHe、Ar、N2などを満たしておくのが望ましい。この場合、容器1に対してガスを導入するガス導入装置(図示せず)を接続しておく。容器1を真空容器として構成し、真空状態で紫外線を照射してもよい。この場合、基板表面での化学的な反応をより効果的に抑制することができる。
At this time, in order to suppress a chemical reaction such as an oxidation reaction on the surface of the silicon substrate, it is desirable to fill the
次に、イオン供給工程について述べる。図2に、ここで用いる不純物導入装置における、イオン供給処理室の断面図を示す。このイオン供給処理室は、図2に示すように、真空容器6と、真空容器6内を排気する排気装置としてのターボ分子ポンプ8と、真空容器6内の圧力を制御する圧力制御装置としての調圧弁9と、試料電極11に対向した誘電体窓12の近傍に設けられたプラズマ源としてのコイル13と、コイル13に13.56MHzの高周波電力を供給する高周波電源10と、試料電極11に電圧を供給する電圧源としての高周波電源14とで構成されている。
Next, the ion supply process will be described. FIG. 2 shows a cross-sectional view of the ion supply processing chamber in the impurity introduction apparatus used here. As shown in FIG. 2, the ion supply processing chamber includes a vacuum vessel 6, a turbo
このイオン供給処理室の真空容器6内にガス供給装置7から所定のガスを導入しつつ、排気装置としてのターボ分子ポンプ8により排気を行い、圧力制御装置としての調圧弁9により真空容器6内を所定の圧力に保つ。そして高周波電源10により、プラズマ源としてのコイル13に13.56MHzの高周波電力をる供給することにより、真空容器6内に誘導結合型プラズマを発生させる。この状態で試料電極11上に、試料としてのシリコン基板5(非晶質化処理を施したもの)を載置する。また、試料電極11には高周波電源14によって高周波電力が供給されており、試料としての基板5がプラズマに対して負の電位をもつように、試料電極11の電位を制御することができるようになっている。
While a predetermined gas is introduced from the
基板5を試料電極11に載置した後、試料電極11の温度を20℃に保ちながら、真空容器6内を排気しつつ、ガス導入装置7により真空容器1内にヘリウムガスを50sccm、ドーピング原料ガスとしてのジボラン(B2H6)ガスを3sccm供給し、調圧弁9を制御して真空容器6内の圧力を3Paに保つ。次に、プラズマ源としてのコイル13に高周波電力を800W供給することにより、真空容器6内にプラズマを発生させるとともに、試料電極11に200Wの高周波電力を供給することにより、ボロンを基板5の表面近傍に打ち込むことができる。
After the
次に、活性化工程について述べる。図3に、本実施の形態1において用いられる不純物導入装置における、活性化処理室としてのレーザーアニール処理室の断面図を示す。図3に示すように、レーザーアニール処理室は、容器15と、試料台16と、窓17と、レーザー光源としての赤外線レーザー18と、ミラー19とから構成されている。
アニールに際しては、試料台16上に、不純物イオンの供給されたシリコン基板5を載置し、赤外線レーザー18からミラー19で反射させたレーザー光をシリコン基板5の表面に照射することにより、シリコン基板5の表面を加熱して活性化することができる。
Next, the activation process will be described. FIG. 3 shows a cross-sectional view of a laser annealing chamber as an activation chamber in the impurity introduction apparatus used in the first embodiment. As shown in FIG. 3, the laser annealing chamber includes a
At the time of annealing, the
なお、活性化工程においては、活性化処理室として、図4に示すようなフラッシュランプ処理室を用いることも可能である。フラッシュランプ処理室は、図4に示すように、容器20と、試料台21と、窓22と、フラッシュランプ23とからなる。試料台21上に、不純物イオンが供給されたシリコン基板5を載置し、フラッシュランプ23からの放射光をシリコン基板5の表面に照射することにより、シリコン基板5の表面を加熱して活性化することができる。
In the activation process, a flash lamp processing chamber as shown in FIG. 4 can be used as the activation processing chamber. As shown in FIG. 4, the flash lamp processing chamber includes a
図5は、非晶質化工程における、照射紫外線のシリコン基板への進入強度を、シリコン基板表面から深さ方向にプロットしたものである。図5は一例であって、波長312nmの紫外線についての計算例である。ここで、強度が1/e(eは自然対数の底)となる深さを、進入深さと定義すると、1/eは約0.37であるから、進入深さは約7nmとなる。 FIG. 5 is a plot of the intrusion intensity of irradiated ultraviolet rays into the silicon substrate in the amorphization step in the depth direction from the silicon substrate surface. FIG. 5 is an example, and is a calculation example for ultraviolet rays having a wavelength of 312 nm. Here, if the depth at which the intensity is 1 / e (e is the base of the natural logarithm) is defined as the penetration depth, 1 / e is about 0.37, so the penetration depth is about 7 nm.
図6は、このように定義した進入深さを、波長に対してプロットしたものである。図6から、波長100nm以上380nmの領域では、進入深さは著しく小さく、シリコン基板表面の極めて浅い領域のみに紫外線が照射されることがわかる。つまり、基板表面の極めて浅い領域のみを効率的に非晶質化するためには、紫外線を照射する工程における紫外線の波長を、100nm以上380nm以下とすることが好ましい。100nm以下の波長をもつ光源は極めて高価であり、実用的ではない。147nm以上の紫外線を透過することのできる固体材料(窓の材料となるもの)には、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化リチウムなどがあり、比較的安価に入手できることから、とくに147nm以上の波長をもつ紫外線源を用いることが好ましい。 FIG. 6 is a plot of the penetration depth thus defined versus wavelength. From FIG. 6, it can be seen that the penetration depth is remarkably small in the wavelength region of 100 nm to 380 nm, and the ultraviolet ray is irradiated only to the extremely shallow region of the silicon substrate surface. That is, in order to efficiently amorphize only a very shallow region of the substrate surface, it is preferable that the wavelength of ultraviolet rays in the step of irradiating ultraviolet rays be 100 nm or more and 380 nm or less. A light source having a wavelength of 100 nm or less is very expensive and impractical. Solid materials that can transmit ultraviolet rays of 147 nm or more (those that become the material of the window) include magnesium fluoride, calcium fluoride, lithium fluoride, and the like, since they are available at a relatively low price. It is preferable to use an ultraviolet light source having a wavelength.
Xeランプが放射する紫外線の波長は、主として共鳴線147nmと分子線172nmである。つまり、Xeランプは、上記の好ましい波長領域の紫外線を安価に効率的に放射できる光源として用いることができる。 The wavelengths of ultraviolet rays emitted from the Xe lamp are mainly a resonance line of 147 nm and a molecular beam of 172 nm. In other words, the Xe lamp can be used as a light source that can efficiently radiate ultraviolet rays in the above preferred wavelength region at low cost.
また、紫外線源としてエキシマレーザーを用いることも可能である。たとえば、ArFレーザー(193nm)、KrFレーザー(248nm)などを用いることができる。 It is also possible to use an excimer laser as an ultraviolet ray source. For example, ArF laser (193 nm), KrF laser (248 nm), or the like can be used.
次に、本発明の実施の形態1の変形例として、非晶質化処理室、イオン供給処理室、活性化処理室を組み合わせて一体化した不純物導入装置について、説明する。図7は、本発明の実施の形態1の変形例の不純物導入装置の概略平面図を示す。この不純物導入装置は、図7に示すように、非晶質化処理室24と、第1移載室25と、イオン供給処理室26と、第2移載室27と、活性化処理室28と、各移載室に設けられた搬送アーム29と、それぞれの処理室及び移載室を連結するゲート30とで構成され、これら非晶質化処理室24と、第1移載室25と、イオン供給処理室26と、第2移載室27と、活性化処理室28とが直線的に配置されている構成である。なお、これら非晶質化処理室24、イオン供給処理室26、活性化処理室28はそれぞれ前記実施の形態1で用いたものと同様に構成されているものとする。
Next, as a modification of the first embodiment of the present invention, an impurity introduction apparatus in which an amorphization treatment chamber, an ion supply treatment chamber, and an activation treatment chamber are combined and integrated will be described. FIG. 7 is a schematic plan view of an impurity introduction apparatus according to a modification of the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the impurity introduction apparatus includes an
この不純物導入装置を用いた処理に際し、まず試料としてのシリコン基板は、まず非晶質化処理室24に投入される。非晶質化処理が完了したシリコン基板は、第1移載室25に設けられた搬送アーム29によってイオン供給処理室26に搬送される。イオン供給処理室26内でイオン供給処理を施されたシリコン基板は、第2移載室27に設けられた搬送アーム29によって活性化処理室28(レーザーアニール処理室、または、フラッシュランプアニール処理室)に搬送され、活性化処理が施される。
In processing using this impurity introduction apparatus, first, a silicon substrate as a sample is first put into the
このように、一連の処理を連続的に行うことにより、極めて効率的な処理システムを実現することができる。 Thus, a very efficient processing system can be realized by continuously performing a series of processes.
本発明の実施の形態1においては、紫外線の照射によって基板表面を非晶質化する工程と試料の表面に不純物イオンを供給する工程が別々に実施可能なため、経済的な処理が可能となり、また、イオン供給処理室における真空容器内壁の堆積物等が非晶質化工程で基板に付着したりして基板に悪影響を及ぼすことが無いため、不純物導入量を精密に制御できる。また、紫外線照射強度が、基板の深さ方向に向かって徐々に弱くなるため、非晶質化された部分と結晶部分とが比較的不明瞭な境界を形成する。したがって、活性化処理の過程で非晶質部分の深い部位(結晶部分との境界付近)が過剰に加熱されることもないため、不純物が深く拡散するのが防止され、浅い拡散深さをもつい不純物の導入が実現可能となる。
In
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2について、図8を参照して説明する。
図8に、本発明の実施の形態2において用いた不純物導入装置の概略平面図を示す。図8において、不純物導入装置は、非晶質化処理室24、第1移載室31、第2移載室32、イオン供給処理室26、活性化処理室28と、各移載室に設けられた搬送アーム29、それぞれの処理室及び移載室を連結するゲート30からなる。非晶質化処理室24、第1移載室31、活性化処理室28が直線的に配置され、第2移載室32及びイオン供給処理室26が直線的に配置された部分が、第2移載室32を第1移載室31に近い側に配置した状態で第1移載室31から分岐している構成であることを特徴とする。
(Embodiment 2)
Hereinafter, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is a schematic plan view of the impurity introduction apparatus used in Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 8, the impurity introduction apparatus is provided in each of the transfer chambers, the
処理に際しては、試料としてのシリコン基板は、まず非晶質化処理室24に投入される。非晶質化処理が完了したシリコン基板は、第1移載室31に設けられた搬送アーム29によって第2移載室32に搬送される。第1移載室31は、常時大気圧であるが、第2移載室32が大気圧と真空を繰り返すのが特徴である。つまり、基板が第2移載室32に運び込まれる際には大気圧状態とし、その後第2移載室32を真空に排気してからイオン供給処理室26への移載を行う。イオン供給処理が終わった基板は、第2移載室32を真空状態にして取り出した後、第2移載室32を大気状態にしてから第1移載室31に移載する。このとき、第2移載室32の搬送アーム29をダブルアームとしておくことにより、基板の出し入れを一度に行うことができるため、極めて効率のよい処理システムを構成することができる。このようにしてイオン供給処理が施された後第1移載室31に運び込まれた基板は、第1移載室31に設けられた搬送アーム29を用いて、活性化処理室(レーザーアニール処理室、または、フラッシュランプアニール処理室)に搬送され、活性化処理が施される。
In processing, a silicon substrate as a sample is first put into the
図7に示した構成では、第1移載室及び第2移載室の両方が、大気圧と真空を繰り返すことになるのに対して、図8に示した構成では、第2移載室のみが大気圧と真空を繰り返すことになるため、一連の処理をより高速に行うことのできる装置構成を実現することができる。 In the configuration shown in FIG. 7, both the first transfer chamber and the second transfer chamber repeat atmospheric pressure and vacuum, whereas in the configuration shown in FIG. 8, the second transfer chamber Since only atmospheric pressure and vacuum are repeated, an apparatus configuration capable of performing a series of processing at higher speed can be realized.
(実施の形態3)
以下、本発明の実施の形態3について、図9を参照して説明する。
図9に、本発明の実施の形態3において用いた不純物導入装置の概略平面図を示す。この不純物導入装置は、図9に示すように、非晶質化処理室24と、移載室33と、イオン供給処理室26と、活性化処理室28と、各移載室に設けられた搬送アーム29と、それぞれの処理室及び移載室を連結するゲート30とからなる。非晶質化処理室24と、移載室33と、活性化処理室28とが直線的に配置され、イオン供給処理室26が移載室33から分岐している構成であることを特徴とする。
(Embodiment 3)
Hereinafter,
FIG. 9 shows a schematic plan view of the impurity introduction apparatus used in
この不純物導入装置において、試料としてのシリコン基板は、まず非晶質化処理室24に投入される。非晶質化処理が完了したシリコン基板は、移載室33に設けられた搬送アーム29によってイオン供給処理室26へ移載される。そして実施の形態1と同様にしてイオン供給処理が終了した基板は、移載室33に設けられた搬送アーム29によって取り出され、活性化処理室(レーザーアニール処理室、または、フラッシュランプアニール処理室)に搬送され、活性化処理が施される。
In this impurity introduction apparatus, a silicon substrate as a sample is first put into the
図9に示した構成では、移載室は一つだけであるため、安価な装置構成を実現することができる。 In the configuration shown in FIG. 9, since there is only one transfer chamber, an inexpensive device configuration can be realized.
以上述べた本発明の実施の形態においては、本発明の適用範囲のうち、処理室の構成、形状、配置等に関して様々なバリエーションのうちの一部を例示したに過ぎない。本発明の適用にあたり、ここで例示した以外にも様々なバリエーションが考えられることは、いうまでもない。 In the embodiment of the present invention described above, only a part of various variations with respect to the configuration, shape, arrangement, etc. of the processing chamber is illustrated in the scope of application of the present invention. It goes without saying that various variations other than those exemplified here can be considered in applying the present invention.
また、試料がシリコンよりなる半導体基板である場合を例示したが、他の様々な材質の試料を処理するに際して、本発明を適用することができる。 Further, although the case where the sample is a semiconductor substrate made of silicon has been exemplified, the present invention can be applied when processing samples of various other materials.
また、不純物がボロンである場合について例示したが、試料がシリコンよりなる半導体基板である場合、とくに不純物が砒素、燐、ボロン、アルミニウムまたはアンチモンである場合に本発明は有効である。これは、トランジスタ部分に浅い接合を形成することができるからである。 Further, although the case where the impurity is boron is illustrated, the present invention is effective when the sample is a semiconductor substrate made of silicon, particularly when the impurity is arsenic, phosphorus, boron, aluminum, or antimony. This is because a shallow junction can be formed in the transistor portion.
また、本発明は、ドーピング濃度が低濃度である場合に有効であり、とくに、1×1011/cm2乃至1×1017/cm2を狙いとした不純物導入方法として有効である。また、1×1011/cm2乃至1×1014/cm2を狙いとした不純物導入方法として、特に格別の効果を奏する。
In addition, the present invention is effective when the doping concentration is low, and is particularly effective as an impurity introduction method aimed at 1 × 10 11 /
また、イオン供給工程において、真空容器内に供給するガスがドーピング原料を含むガスである場合を例示したが、真空容器内に供給するガスがドーピング原料を含まず、固体状の不純物からドーピング原料を発生させる場合にも本発明は有効である。 Also, in the ion supply process, the case where the gas supplied into the vacuum vessel is a gas containing a doping material is exemplified, but the gas supplied into the vacuum vessel does not contain a doping material, and the doping material is obtained from solid impurities. The present invention is also effective when it is generated.
本発明の不純物導入方法及び装置は、簡単な装置構成でよく、経済的で、不純物導入量を精密に制御でき、浅い不純物拡散領域を形成する不純物導入方法及び装置を実現することが可能であり、半導体の不純物導入工程をはじめ、液晶などで用いられる薄膜トランジスタの製造や、各種材料の表面改質等の用途にも適用できる。 The impurity introduction method and apparatus of the present invention may have a simple apparatus configuration, is economical, can accurately control the impurity introduction amount, and can realize an impurity introduction method and apparatus for forming a shallow impurity diffusion region. In addition to semiconductor impurity introduction processes, the present invention can also be applied to the manufacture of thin film transistors used in liquid crystals and the like, and surface modification of various materials.
1 容器
2 試料台
3 窓
4 Xeランプ
5 基板
6 真空容器
7 ガス導入装置
8 ターボ分子ポンプ
9 調圧弁
10 高周波電源
11 試料電極
12 誘電体窓
13 コイル
14 高周波電源
15 容器
16 試料台
17 窓
18 赤外線レーザー
19 ミラー
20 容器
21 試料台
22 窓
23 フラッシュランプ
24 非晶質化処理室
25 第1移載室
26 イオン供給処理室
27 第2移載室
28 活性化処理室
29 搬送アーム
30 ゲート
31 第1移載室
32 第2移載室
1 Container 2
6
Claims (14)
前記試料の表面に不純物イオンを供給する工程と、
前記試料の表面層を加熱して活性化する工程とを含むことを特徴とする不純物導入方法。 Irradiating the sample with ultraviolet light;
Supplying impurity ions to the surface of the sample;
And a step of heating and activating the surface layer of the sample.
前記試料に紫外線を照射する工程は、100nm以上380nm以下の波長をもつ紫外線を照射する工程であることを特徴とする不純物導入方法。 The impurity introduction method according to claim 1,
The step of irradiating the sample with ultraviolet rays is a step of irradiating ultraviolet rays having a wavelength of not less than 100 nm and not more than 380 nm.
試料に紫外線を照射する工程は、147nm以上380nm以下の波長をもつ紫外線を照射する工程であることを特徴とする不純物導入方法。 The impurity introduction method according to claim 1,
An impurity introducing method, wherein the step of irradiating the sample with ultraviolet rays is a step of irradiating ultraviolet rays having a wavelength of 147 nm to 380 nm.
前記不純物イオンを供給する工程は、
不純物元素を含むガスを供給しつつし、プラズマ源に高周波電力を供給し、プラズマを発生させ、前記試料の表面に不純物イオンを供給する工程であることを特徴とする不純物導入方法。 The impurity introduction method according to claim 1,
The step of supplying the impurity ions includes:
An impurity introduction method comprising: supplying a high-frequency power to a plasma source while supplying a gas containing an impurity element, generating plasma, and supplying impurity ions to the surface of the sample.
前記活性化する工程が、レーザー光を照射する工程を含むことを特徴とする不純物導入方法。 The impurity introduction method according to claim 1,
The impurity introducing method, wherein the step of activating includes a step of irradiating a laser beam.
前記活性化する工程は、フラッシュランプの放射光を照射する工程を含むことを特徴とする不純物導入方法。 The impurity introduction method according to claim 1,
The method for introducing an impurity according to claim 1, wherein the step of activating includes a step of irradiating radiation light of a flash lamp.
プラズマ源を備え、前記試料の表面に不純物イオンを供給するイオン供給処理室と、
アニール用光源を備え、前記アニール用光源により前記試料の表面層を加熱して活性化する活性化処理室とを備えたことを特徴とする不純物導入装置。 An amorphization chamber that includes an ultraviolet light source, irradiates the sample with ultraviolet light, and amorphizes the surface of the sample;
An ion supply processing chamber that includes a plasma source and supplies impurity ions to the surface of the sample;
An impurity introducing apparatus comprising: an annealing light source; and an activation treatment chamber that activates the surface layer of the sample by heating with the annealing light source.
前記アニール用光源がレーザ光源であることを特徴とする不純物導入装置。 The impurity introduction device according to claim 7,
An impurity introducing apparatus, wherein the annealing light source is a laser light source.
前記アニール用光源がフラッシュランプ光源であることを特徴とする不純物導入装置。 The impurity introduction device according to claim 7,
An impurity introducing apparatus, wherein the annealing light source is a flash lamp light source.
前記紫外線光源の波長は、100nm以上380nm以下であることを特徴とする不純物導入装置。 An impurity introduction apparatus according to any one of claims 7 to 9,
The wavelength of the ultraviolet light source is not less than 100 nm and not more than 380 nm.
前記紫外線光源の波長は、147nm以上380nm以下であることを特徴とする不純物導入装置。 The impurity introduction device according to claim 10,
The wavelength of the ultraviolet light source is not less than 147 nm and not more than 380 nm.
前記紫外線光源がXeランプであることを特徴とする不純物導入装置。 An impurity introduction apparatus according to any one of claims 7 to 9,
The impurity introducing device, wherein the ultraviolet light source is a Xe lamp.
前記紫外線光源がArFレーザーであることを特徴とする不純物導入装置。 An impurity introduction apparatus according to any one of claims 7 to 9,
An impurity introducing apparatus, wherein the ultraviolet light source is an ArF laser.
前記紫外線光源がKrFレーザーであることを特徴とする不純物導入装置。 An impurity introduction apparatus according to any one of claims 7 to 9,
The impurity introducing device, wherein the ultraviolet light source is a KrF laser.
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