JP2002164301A - 欠陥性表面応力の緩和方法 - Google Patents
欠陥性表面応力の緩和方法Info
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Abstract
せることなく半導体基板中の欠陥性表面応力を緩和し、
結晶欠陥の低減を実現する欠陥性表面応力の緩和方法を
提供する。 【解決手段】 半導体デバイス製造工程において半導体
デバイスに発生した欠陥性表面応力の緩和方法であっ
て、プラズマを発生させ、半導体基板(2)に対して正
の電圧を印加し、プラズマから電子(5)を選択的に照
射する。
Description
面応力の緩和方法に関するものである。さらに詳しく
は、この出願の発明は、半導体デバイスの製造において
問題となる欠損性表面応力を瞬間的に緩和する方法に関
するものである。
て、活性層の形成に際して半導体基板上にイオン注入さ
れる不純物をキャリアとして機能させるために、注入不
純物を所望の結晶格子位置に配置することが可能となる
ような高精度の構造制御が求められている。特に、注入
時に生じる内部応力に伴う絶縁層やソースドレイン層の
結晶欠陥は、その後の半導体デバイス製造プロセスでの
処理時間に影響を与えるばかりか、接合リーク電流の増
加や絶縁破壊などの原因となることから、その検出およ
び制御が、今後の半導体デバイスの高集積化および小型
化に対応する上で、ますます重要となると考えられてい
る。
ニール処理と呼ばれる高温の熱処理が行われてきた。と
ころが、アニール処理においては、基板上に新たな熱歪
みや欠陥が発生してしまう危険性が伴い、温度や時間な
どの処理環境を極めて厳密に管理する必要があった。ま
た、熱に弱い半導体材料に対しては適用できないといっ
た制限もあることが、欠点として考えられていた。
事情に鑑みてなされたものであり、半導体基板上に新た
な熱歪みや欠陥を発生させることなく半導体基板中の欠
陥性表面応力を緩和し、結晶欠陥の低減を実現する欠陥
性表面応力の緩和方法を提供することを課題としてい
る。
の課題を解決するものとして、プラズマを発生させ、半
導体基板に対して正の電圧を印加し、プラズマから電子
を選択的に照射することを特徴とする欠陥性表面応力の
緩和方法を提供する。
製造工程において半導体デバイスに発生した欠陥性表面
応力の緩和方法であって、半導体基板に対して、熱電子
または冷陰極から発生された電子を照射することを特徴
とする欠陥性表面応力の緩和方法を提供する。
応力の緩和方法は、欠陥性表面応力に起因して半導体デ
バイスに発生した欠陥が点在する欠陥層に対して、電子
の基板に対する侵入深さが欠陥層の層厚となるように電
子エネルギーが設定された電子を照射することを特徴と
する。
または、有機物質を加工対象物とする微細加工工程にお
いて加工対象物に発生した欠陥性表面応力の緩和方法で
あって、正の電圧が印加された加工対象物に対して、プ
ラズマから電子を選択的に照射することを特徴とする欠
陥性表面応力の緩和方法、および、金属、半導体、また
は、有機物質を加工対象物とする微細加工工程において
加工対象物に発生した欠陥性表面応力の緩和方法であっ
て、加工対象物に対して、熱電子または冷陰極から発生
された電子を照射することを特徴とする欠陥性表面応力
の緩和方法をも提供する。
特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態につい
て説明する。
イオン衝撃などの半導体デバイス製造工程において発生
する半導体デバイスの欠陥性表面応力を、アニールなど
の熱処理を施すことなく瞬間的に緩和する方法である。
具体的には、この出願の発明においては、半導体基板に
対して低エネルギーかつ低電流の電子を照射すること
で、半導体基板の欠陥性表面応力が緩和または消去され
るものである。
和方法において、半導体基板に対して電子を照射するた
めに、例えば、プラズマを発生せしめ、半導体基板に対
して正のバイアス電圧を印加することで、このプラズマ
から電子が選択的に照射される。また、半導体基板に対
して、熱電子または冷陰極から発生された電子を照射す
ることでも、欠陥性表面応力の緩和がなされる。
表面応力の緩和方法においては、半導体基板に対して照
射される電子は、低エネルギーかつ低電流である。従
来、電子照射による熱アニールが知られているが、半導
体基板に対して照射される電子のエネルギーは、電子照
射による熱アニールと比較して、十分に小さく設定され
るものであり、原理的にまったく異なるものである。
導体基板に対して照射される電子のエネルギーは、欠陥
性表面応力に起因して半導体デバイスに発生した欠陥が
点在する欠陥層の層厚に侵入するに十分な電子エネルギ
ーであれば、欠陥性表面応力は緩和される。したがっ
て、半導体基板内に温度上昇を生じることなく、欠陥性
表面応力の緩和を行うことが可能となる。
理論のひとつとして知られるIED(Ionizati
on Enhanced Diffusion)モデル
を表面欠陥の拡散現象に対応させた現象に基づく原理的
発明であり、前述の通り、各種加熱処理による欠陥性表
面応力の緩和方法とは本質的に異なるものである。
力の緩和方法は、半導体デバイスの製造プロセスに対し
てのみ適用されるものではなく、例えば、金属、半導
体、または、有機物質などを加工対象物とする微細加工
工程においても適用可能であることは言うまでもない。
加工対象物に対して電子を照射することで、これらの加
工対象物に発生した欠陥性表面応力の緩和がなされる。
に、プラズマを発生せしめ、加工対象物に対して正のバ
イアス電圧を印加することで、このプラズマから電子が
選択的に照射される。また、加工対象物に対して、熱電
子または冷陰極から発生された電子を照射することで
も、欠陥性表面応力の緩和がなされる。
ギーは相関性を有しているが、これら条件については、
実際の電子照射に際しては、電子の侵入深さと照射電子
のエネルギーとの関係についての理論と実験とのフィッ
ティングカーブから求めた概算を考慮することができ
る。
であるが、以下に実施例を示し、さらに具体的に説明す
る。
る半導体デバイス製造プロセスの一例としてプラズマプ
ロセス用の真空装置内部においてイオン衝撃を再現し、
この出願の発明の有効性について検討した。
の概要図である。プラズマプロセス用の真空装置(1)
の内部に、シリコン単結晶である試料基板(2)を設置
する。この試料基板(2)の近傍には、プラズマプロセ
スに伴う応力を測定するための、応力センサー試料
(3)を配置する。応力センサー試料(3)は、試料基
板(2)と同様、シリコン単結晶であり、450μm×
10μm×2μmの矩形の片持ち梁とした。応力センサ
ー試料(3)にはレーザー変位計(4)が備え付けられ
ており、微小な変位を測定することで、アルゴンイオン
を衝突させたときに発生する表面応力が測定される。イ
オン衝撃の後には、真空装置(1)内部にプラズマが発
生され、試料基板(2)および応力センサー試料(3)
に対して、正の印加バイアスが付与されることで、発生
したプラズマから電子(5)が選択的に照射される。実
施例では、正電圧5V〜50Vのバイアスが印加され、
照射電子は5eV〜50eVのエネルギーを持つものに
変えることができるものとした。
撃による欠陥生成を2000秒間継続した後、エネルギ
ー10eVの電子を500秒間連続で照射した。その結
果レーザー変位計により測定された表面応力の時系列変
化を、図2に示す。図2より、時間帯(A)におけるイ
オン衝撃により、応力センサー試料(3)には、0.3
8N/mの圧縮性の応力が発生したことがわかる。そし
て、時間帯(B)における電子照射により、応力センサ
ー試料(3)に発生した圧縮性の応力が緩和され、電子
照射後500秒後には、ほぼイオン衝撃をする前の状態
にまで回復したことがわかる。また、電子電流密度を高
めることで、導入電子数が大きくなり、より急速に欠陥
性応力が緩和されることがわかった。
試料基板(2)および応力センサー試料(3)には、表
面から約1nmの深度に計算上、8×1020個/m2の
点欠陥が発生した場合と同等の欠陥性圧縮応力が作用し
ていると考えられる。試料基板(2)および応力センサ
ー試料(3)に対して、欠陥が発生している欠陥層の層
厚程度の侵入深さを示す電子を一定数だけ照射すること
で、この欠陥性圧縮応力は、ほぼ完全に緩和した。試料
温度、電子エネルギー、および、電子電流値を考慮して
も、欠陥性圧縮応力が熱的に緩和しているとは考えられ
ず、前述の通り、固体内の拡散理論として知られるIE
Dモデルで示される拡散現象が表面付近に生じた欠陥の
拡散に対しても発生し、この現象に基づいて欠陥性圧縮
応力の緩和が実現していると考えられる。
みや基板の欠陥を発生させることなく欠陥性表面応力の
緩和を実現する、極めて有効な手法であることが示され
た。
発明により、半導体基板上に新たな熱歪みや欠陥を発生
させることなく半導体基板中の欠陥性表面応力を緩和
し、結晶欠陥の低減を実現する欠陥性表面応力の緩和方
法が提供される。
半導体デバイスに照射するだけで、欠陥性表面応力を瞬
間的に緩和することが可能であり、また、熱処理が望ま
れない材料に対しても適用可能であることから、従来手
法である熱アニールに代わる極めて簡便な手法として広
く実用化されるものと期待される。
材料の微細加工に対しても適用可能であることから、マ
イクロマシン製造への応用など、今後の実用化が強く期
待される。
の構成を示した概要図である。
を示したグラフである。
Claims (5)
- 【請求項1】 半導体デバイスに発生した欠陥性表面応
力の緩和方法であって、プラズマを発生させ、半導体基
板に対して正の電圧を印加し、プラズマから電子を選択
的に照射することを特徴とする欠陥性表面応力の緩和方
法。 - 【請求項2】 半導体デバイスに発生した欠陥性表面応
力の緩和方法であって、半導体基板に対して熱電子また
は冷陰極から発生された電子を照射することを特徴とす
る欠陥性表面応力の緩和方法。 - 【請求項3】 欠陥性表面応力に起因して半導体デバイ
スに発生した欠陥が点在する欠陥層に対して、電子の基
板に対する侵入深さが欠陥層の層厚となるように電子エ
ネルギーが設定された電子を照射することを特徴とする
請求項1または2の欠陥性表面応力の緩和方法。 - 【請求項4】 金属、半導体、または、有機物質を加工
対象物とする微細加工工程において加工対象物に発生し
た欠陥性表面応力の緩和方法であって、正の電圧が印加
された加工対象物に対して、プラズマから電子を選択的
に照射することを特徴とする欠陥性表面応力の緩和方
法。 - 【請求項5】 金属、半導体、または、有機物質を加工
対象物とする微細加工工程において加工対象物に発生し
た欠陥性表面応力の緩和方法であって、加工対象物に対
して、熱電子または冷陰極から発生された電子を照射す
ることを特徴とする欠陥性表面応力の緩和方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2000361747A JP3950951B2 (ja) | 2000-11-28 | 2000-11-28 | 欠陥性表面応力の緩和方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2002164301A true JP2002164301A (ja) | 2002-06-07 |
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JP (1) | JP3950951B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004079812A (ja) * | 2002-08-19 | 2004-03-11 | National Institute For Materials Science | 非熱的結晶回復法および微細加工方法 |
-
2000
- 2000-11-28 JP JP2000361747A patent/JP3950951B2/ja not_active Expired - Lifetime
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