JP2003059857A - Annealing method and method and device for forming ultra-shallow junction layer - Google Patents

Annealing method and method and device for forming ultra-shallow junction layer

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JP2003059857A
JP2003059857A JP2002157795A JP2002157795A JP2003059857A JP 2003059857 A JP2003059857 A JP 2003059857A JP 2002157795 A JP2002157795 A JP 2002157795A JP 2002157795 A JP2002157795 A JP 2002157795A JP 2003059857 A JP2003059857 A JP 2003059857A
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substrate
electromagnetic wave
ultra
semiconductor substrate
shallow junction
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Japanese (ja)
Inventor
道彦 ▲高▼瀬
Michihiko Takase
Tetsuhisa Yoshida
哲久 吉田
Bunji Mizuno
文二 水野
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an annealing method for preventing activated impurities from unnecessarily diffusing to the deep part of a substrate. SOLUTION: The annealing method is for annealing the substrate to which impurities are introduced. The method comprises a recrystalization process for recrystallizing atoms constituting the substrate by thermally treating the substrate, so that the substrate becomes thermally balanced state at a substrate temperatures which is sufficiently low, to the degree that the impurities introduced to the substrate are not activated and an electromagnetic wave irradiation process for irradiating the substrate with electromagnetic waves having a prescribed frequency band, so that the lattice vibration (phonons) of the atoms is directly excited for activating the impurities in a thermally non-balanced state, in a state in which the substrate is kept at a sufficiently low substrate temperature after the recrystalization process.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、不純物が導入され
た基板を構成する原子に生じた格子欠陥を回復させるた
めに原子を再結晶化させた後、基板に導入された不純物
を活性化するアニール方法、極浅接合層形成方法および
極浅接合層形成装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention reactivates the impurities introduced into a substrate after recrystallizing the atoms to recover the lattice defects generated in the atoms constituting the substrate into which the impurities are introduced. The present invention relates to an annealing method, an ultra-shallow junction layer forming method, and an ultra-shallow junction layer forming apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、シリコン単結晶ウェハーを基板と
して形成される超大規模集積回路(LSI)をはじめと
する半導体装置においては、半導体装置のデザインルー
ルの縮小に伴って、ショートチャンネル効果を防止する
と共に半導体装置を高速に動作させるために、半導体装
置に設けられたトランジスタに形成される拡散層の接合
深さを浅くする必要性が生じている。このため、ダイナ
ミック即時呼び出し記憶装置(DRAM)等に用いられ
るMOSFETないしバイポーラトランジスタにおいて
は、例えば、ゲート長が100ナノメータ程度のゲート
を有するトランジスタに形成される拡散層の接合深さは
50ナノメータ程度に浅くすることが要求されている。
さらに、ゲート長が50ナノメータ程度のゲートを有す
るトランジスタに形成される拡散層の接合深さは10ナ
ノメータ程度に浅くすることが要求されている。このた
め、10ナノメータないし50ナノメータ程度の深さを
有する極浅接合層に不純物を高濃度にドーピングする技
術と共に、このような極浅接合層にドーピングされた不
純物を活性化させるためのアニール技術が検討されてい
る。
2. Description of the Related Art In recent years, in a semiconductor device such as an ultra-large scale integrated circuit (LSI) formed by using a silicon single crystal wafer as a substrate, the short channel effect is prevented as the design rule of the semiconductor device is reduced. At the same time, in order to operate the semiconductor device at high speed, it is necessary to reduce the junction depth of the diffusion layer formed in the transistor provided in the semiconductor device. For this reason, in a MOSFET or a bipolar transistor used for a dynamic immediate call storage device (DRAM) or the like, for example, the junction depth of a diffusion layer formed in a transistor having a gate with a gate length of about 100 nanometers is about 50 nanometers. It is required to be shallow.
Furthermore, the junction depth of the diffusion layer formed in a transistor having a gate with a gate length of about 50 nanometers is required to be as shallow as about 10 nanometers. Therefore, an annealing technique for activating the impurities doped in such an ultra-shallow junction layer as well as a technique for doping the ultra-shallow junction layer having a depth of about 10 to 50 nanometers with a high concentration of impurities. Is being considered.

【0003】このような従来のアニール技術の一つとし
て、不純物が注入された基板の全体を1000℃程度に
赤外線ランプ等を用いて加熱する赤外線急速熱処理(R
TA)による固相拡散過程を利用した熱平衡状態での活
性化法が知られている。又、レーザを用いた従来技術と
しては、308nmのXeClエキシマレーザを照射し
てシリコン基板の表面を溶融した後、シリコン原子を再
結晶化する技術がレーザアニールとして知られている。
ここでは、例えば、0.35J/cm2のレーザアニー
ルと800℃10秒のRTAとを組み合わせて熱処理を
行っている(参考文献 Ken−ich Goto他、
p931−933.、International E
lectron Device Meeting 19
99 at Washington DC)。
As one of such conventional annealing techniques, an infrared rapid heat treatment (R) in which the entire substrate into which impurities are implanted is heated to about 1000 ° C. using an infrared lamp or the like.
An activation method in a thermal equilibrium state using a solid phase diffusion process by TA) is known. As a conventional technique using a laser, a technique of irradiating a 308 nm XeCl excimer laser to melt the surface of a silicon substrate and then recrystallizing silicon atoms is known as laser annealing.
Here, for example, heat treatment is performed by combining laser annealing of 0.35 J / cm 2 and RTA of 800 ° C. for 10 seconds (reference document Ken-ich Goto et al.,
p931-933. , International E
electron Device Meeting 19
99 at Washington DC).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱平衡
状態での赤外線急速熱処理(RTA)による固相拡散過
程を利用する前述した従来のアニール技術は、不純物ド
ープ層を活性化させるためには有効であるけれども、基
板の全体が1000℃程度の高温に加熱されるために、
注入された不純物が基板の深部へ拡散してしまうおそれ
があるという問題があった。例えば、低エネルギーによ
り得られた深さ20ナノメータの硼素原子注入層は、1
000度℃における急速加熱処理を10秒間行うことに
より、深さが50ナノメータ程度となり、加熱前の2.
5倍の深さになってしまうという問題があった。
However, the above-mentioned conventional annealing technique utilizing the solid-phase diffusion process by infrared rapid thermal annealing (RTA) in a thermal equilibrium state is effective for activating the impurity-doped layer. However, since the whole substrate is heated to a high temperature of about 1000 ° C,
There is a problem that the implanted impurities may diffuse into the deep part of the substrate. For example, a boron atom implantation layer having a depth of 20 nanometers obtained by low energy is 1
By performing the rapid heat treatment at 000 ° C. for 10 seconds, the depth becomes about 50 nanometers, and 2.
There was a problem that the depth would be 5 times.

【0005】また、複数回の不純物導入プロセスを必要
とするLSI製造工程において、従来の熱処理技術では
基板の全体が、不純物が拡散する高温に加熱されるため
に、拡散が不必要な位置に存在する不純物まで拡散する
おそれがあるという問題があった。
Further, in the LSI manufacturing process which requires a plurality of impurity introduction processes, the conventional heat treatment technique heats the entire substrate to a high temperature at which the impurities diffuse, so that the diffusion exists at a position where the diffusion is unnecessary. There is a problem that even the impurities that do exist may be diffused.

【0006】さらに、エキシマレーザを照射する前述し
た従来技術では、基板の深部への不必要な拡散は相当程
度抑制されるけれども、不純物が導入された基板を構成
する原子に生じた格子欠陥を充分に回復させることがで
きないために、作成した半導体装置に形成されたトラン
ジスタにおいて生じる漏れ電流が大きくなるおそれがあ
るという問題があった。
Further, in the above-mentioned conventional technique of irradiating the excimer laser, unnecessary diffusion to the deep portion of the substrate is suppressed to a considerable extent, but the lattice defects generated in the atoms constituting the substrate into which impurities are introduced are sufficiently reduced. However, there is a problem that the leakage current generated in the transistor formed in the manufactured semiconductor device may be large because it cannot be recovered.

【0007】本発明は前述した問題を解決するためにな
されたものであり、その目的は、活性化した不純物が基
板の深部へ不必要に拡散することを防止することができ
るアニール方法を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide an annealing method capable of preventing activated impurities from unnecessarily diffusing into a deep portion of a substrate. Especially.

【0008】本発明の他の目的は、接合深さの浅い極薄
接合層を形成することができる極浅接合層形成方法およ
び極浅接合層形成装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide an ultra-shallow junction layer forming method and an ultra-shallow junction layer forming apparatus capable of forming an ultra-thin junction layer having a shallow junction depth.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係るアニール方
法は、不純物が導入された基板をアニールするためのア
ニール方法であって、前記基板に導入された前記不純物
が活性化しない程度に十分低い基板温度において前記基
板が熱的平衡状態となるように前記基板を熱処理するこ
とによって、前記基板を構成する原子を再結晶化させる
再結晶化工程と、前記再結晶化工程の後で、前記十分低
い基板温度に前記基板を保った状態において、熱的非平
衡状態において前記不純物を活性化するために、前記原
子の格子振動(フォノン)を直接励起するように、所定
の周波数帯域を有する電磁波を前記基板に照射する電磁
波照射工程とを包含することを特徴とする。
An annealing method according to the present invention is an annealing method for annealing a substrate having impurities introduced therein, and is sufficiently low so that the impurities introduced into the substrate are not activated. A recrystallization step of recrystallizing atoms constituting the substrate by heat-treating the substrate so that the substrate is in a thermal equilibrium state at the substrate temperature; In order to activate the impurities in a thermal non-equilibrium state while keeping the substrate at a low substrate temperature, an electromagnetic wave having a predetermined frequency band is directly excited so as to directly excite the lattice vibration (phonon) of the atom. And an electromagnetic wave irradiation step of irradiating the substrate.

【0010】前記において格子振動(フォノン)とは、
熱運動あるいは外部からの強制振動によって、結晶格子
位置に存在する原子間に原子の微小変位に対してフック
の法則に従う復元力(バネ力)として働く原子間力に起
因する原子の振動が隣の原子へ伝わる連成振動をいう。
In the above, the lattice vibration (phonon) is
Due to thermal motion or forced vibration from the outside, atomic vibration caused by the interatomic force acting as a restoring force (spring force) according to Hooke's law between the atoms existing at the crystal lattice position according to Hooke's law It is a coupled vibration transmitted to atoms.

【0011】本発明に係る極浅接合層形成方法は、不純
物が導入された半導体基板に極浅接合層を形成するため
の極浅接合層形成方法であって、前記半導体基板に導入
された前記不純物が活性化しない程度に十分低い基板温
度において前記半導体基板が熱的平衡状態となるように
前記半導体基板を熱処理することによって、前記半導体
基板を構成する半導体原子を再結晶化させる再結晶化工
程と、前記再結晶化工程の後で、前記十分低い基板温度
に前記半導体基板を保った状態において、熱的非平衡状
態において前記不純物を活性化して極浅接合層を形成す
るために、前記半導体原子の格子振動(フォノン)を直
接励起するように、所定の周波数帯域を有する電磁波を
前記半導体基板に照射する電磁波照射工程とを包含する
ことを特徴とする。
An ultra-shallow junction layer forming method according to the present invention is an ultra-shallow junction layer forming method for forming an ultra-shallow junction layer on a semiconductor substrate having impurities introduced therein, A recrystallization step of recrystallizing semiconductor atoms constituting the semiconductor substrate by heat-treating the semiconductor substrate so that the semiconductor substrate is in a thermal equilibrium state at a substrate temperature sufficiently low that impurities are not activated. And in order to form the ultra-shallow junction layer by activating the impurities in a thermal non-equilibrium state in a state where the semiconductor substrate is kept at the sufficiently low substrate temperature after the recrystallization step, An electromagnetic wave irradiation step of irradiating the semiconductor substrate with an electromagnetic wave having a predetermined frequency band so as to directly excite atomic lattice vibrations (phonons).

【0012】前記において極浅接合層とは、半導体装置
に設けられたトランジスタに形成される拡散層であっ
て、その接合深さが約20ナノメータ以下約1ナノメー
タ以上の拡散層をいう。
In the above description, the ultra-shallow junction layer is a diffusion layer formed in a transistor provided in a semiconductor device and has a junction depth of about 20 nanometers or less and about 1 nanometer or more.

【0013】本発明に係る極浅接合層形成装置は、不純
物が導入された半導体基板に極浅接合層を形成するため
の極浅接合層形成装置であって、前記半導体基板に導入
された前記不純物が活性化しない程度に十分低い基板温
度において前記半導体基板が熱的平衡状態となるように
前記半導体基板を熱処理することによって、前記半導体
基板を構成する半導体原子を再結晶化させる再結晶化手
段と、前記再結晶化手段によって前記半導体原子が再結
晶化した前記半導体基板を前記十分低い基板温度に保っ
た状態において、熱的非平衡状態において前記不純物を
活性化して極浅接合層を形成するために、前記半導体原
子の格子振動(フォノン)を直接励起するように、所定
の周波数帯域を有する電磁波を前記半導体基板に照射す
る電磁波照射手段とを具備することを特徴とする。
An ultra-shallow junction layer forming device according to the present invention is an ultra-shallow junction layer forming device for forming an ultra-shallow junction layer on a semiconductor substrate having impurities introduced therein, wherein the ultra-shallow junction layer forming device is provided on the semiconductor substrate. Recrystallization means for recrystallizing semiconductor atoms constituting the semiconductor substrate by heat-treating the semiconductor substrate so that the semiconductor substrate is in a thermal equilibrium state at a substrate temperature sufficiently low that impurities are not activated. And, in a state in which the semiconductor substrate in which the semiconductor atoms are recrystallized by the recrystallization means is kept at the sufficiently low substrate temperature, the impurities are activated in a thermal non-equilibrium state to form an ultra-shallow junction layer. In order to directly excite the lattice vibration (phonon) of the semiconductor atom, an electromagnetic wave irradiating means for irradiating the semiconductor substrate with an electromagnetic wave having a predetermined frequency band. Characterized by including the.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明に係る極浅接合層形成方法
において、前記半導体基板は、シリコンとシリコン化合
物とのいずれかによって構成されていることが好まし
い。シリコン基板に形成された半導体装置を得ることが
できるからである。前記再結晶化工程において、700
℃以下の基板温度において前記半導体基板を熱処理する
ことが好ましい。半導体基板に導入された不純物が熱的
平衡状態において活性化しない程度に十分低い基板温度
だからである。前記再結晶化工程において、電気炉とラ
ンプ加熱炉とのいずれかによって前記半導体基板を熱処
理することが好ましい。簡単な構成によって熱処理する
ことができるからである。前記電磁波照射工程において
照射される前記コヒーレント電磁波は、10フェムト秒
以上1000フェムト秒以下のパルス幅を有する超短パ
ルスレーザ光を含んでいることが好ましく、また10G
Hz以上1THz以下の周波数帯域幅を有する連続波出
力レーザ光を含んでいることが好ましく、また10GH
z以上100GHz以下の発振周波数を有するミリ波帯
電磁波を含んでいることが好ましい。前記電磁波照射工
程において照射される前記コヒーレント電磁波はまた、
前記半導体原子と前記不純物との間の結合エネルギーに
対応する周波数帯域を有していることが好ましい。半導
体原子の格子振動(フォノン)をより確実に励起するこ
とができるからである。前記電磁波照射工程は、前記十
分低い基板温度に前記半導体基板を保つように前記半導
体基板を冷却しながら、前記電磁波を前記半導体基板に
照射することが好ましい。冷却によって、熱的平衡状態
では不純物が実質的に活性化しない程度に十分低い基板
温度に半導体基板を確実に保つことができるので、活性
化した不純物が半導体基板の深部へ不必要に拡散するこ
とをより確実に防止することができるからである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the ultra-shallow junction layer forming method according to the present invention, it is preferable that the semiconductor substrate is made of either silicon or a silicon compound. This is because a semiconductor device formed on a silicon substrate can be obtained. In the recrystallization process, 700
It is preferable to heat-treat the semiconductor substrate at a substrate temperature of ℃ or less. This is because the substrate temperature is sufficiently low that the impurities introduced into the semiconductor substrate are not activated in the thermal equilibrium state. In the recrystallization step, it is preferable that the semiconductor substrate be heat-treated by either an electric furnace or a lamp heating furnace. This is because the heat treatment can be performed with a simple structure. The coherent electromagnetic wave irradiated in the electromagnetic wave irradiation step preferably contains ultrashort pulsed laser light having a pulse width of 10 femtoseconds or more and 1000 femtoseconds or less.
It is preferable to include a continuous wave output laser beam having a frequency bandwidth of 1 Hz or higher and 10 GHz or lower.
It is preferable to include a millimeter wave band electromagnetic wave having an oscillation frequency of z or more and 100 GHz or less. The coherent electromagnetic wave irradiated in the electromagnetic wave irradiation step also includes
It is preferable to have a frequency band corresponding to the binding energy between the semiconductor atom and the impurity. This is because the lattice vibration (phonons) of semiconductor atoms can be excited more reliably. In the electromagnetic wave irradiation step, it is preferable that the semiconductor substrate is irradiated with the electromagnetic wave while cooling the semiconductor substrate so as to keep the semiconductor substrate at the sufficiently low substrate temperature. Cooling ensures that the semiconductor substrate is kept at a substrate temperature that is low enough that the impurities are not substantially activated in thermal equilibrium, so that activated impurities do not needlessly diffuse deep into the semiconductor substrate. This is because it is possible to more reliably prevent

【0015】以下、図面を参照して本実施の形態を説明
する。図1は、本実施の形態に係る不純物が導入された
シリコン基板2の断面図である。シリコン基板2の表面
には、不純物層3が形成されている。不純物層3は、例
えばイオン注入法またはプラズマドーピング法によって
不純物をシリコン基板2へ導入することにより形成され
る。
The present embodiment will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a silicon substrate 2 having impurities introduced therein according to the present embodiment. An impurity layer 3 is formed on the surface of the silicon substrate 2. The impurity layer 3 is formed by introducing impurities into the silicon substrate 2 by, for example, an ion implantation method or a plasma doping method.

【0016】図2は、本実施の形態に係る再結晶化工程
を実行するための電気炉4を模式的に示す断面図であ
る。電気炉4は、チャンバー14を備えている。チャン
バー14の内部には、不純物層3が予め形成されたシリ
コン基板2が収容されている。チャンバー14には、チ
ャンバー14の内部に収容されたシリコン基板2を加熱
するためのヒータ7が設けられている。チャンバー14
の一方の側壁にはチャンバー14の内部へ窒素(N2
ガスを導入するためのガス導入管5が設けられており、
チャンバー14の他方の側壁にはチャンバー14の内部
におけるガスをチャンバー14の外部へ排出するための
ガス排出管6が設けられている。
FIG. 2 is a sectional view schematically showing an electric furnace 4 for carrying out the recrystallization step according to this embodiment. The electric furnace 4 includes a chamber 14. Inside the chamber 14, the silicon substrate 2 in which the impurity layer 3 is formed in advance is accommodated. The chamber 14 is provided with a heater 7 for heating the silicon substrate 2 housed inside the chamber 14. Chamber 14
Nitrogen (N 2 ) flows into the chamber 14 on one side wall of the
A gas introduction pipe 5 for introducing gas is provided,
A gas exhaust pipe 6 for exhausting gas inside the chamber 14 to the outside of the chamber 14 is provided on the other side wall of the chamber 14.

【0017】このように構成された電気炉4において、
不純物層3が予め形成されたシリコン基板2をチャンバ
ー14の中に収容した後、窒素(N2)ガスをガス導入
管5を通してチャンバー14の内部へ導入し、チャンバ
ー14の内部に存在するガスをガス排出管6を通して排
出することによって、チャンバー14の内部を窒素(N
2)ガス雰囲気とした。
In the electric furnace 4 thus constructed,
After accommodating the silicon substrate 2 on which the impurity layer 3 is formed in advance in the chamber 14, nitrogen (N 2 ) gas is introduced into the chamber 14 through the gas introduction pipe 5 to remove the gas existing in the chamber 14. By discharging the gas through the gas discharge pipe 6, the inside of the chamber 14 is filled with nitrogen (N
2 ) A gas atmosphere was used.

【0018】そして、シリコン基板2の基板温度が、シ
リコン基板2が熱的に平衡な状態である熱的平衡状態で
は不純物が実質的に活性化しない程度に十分低い700
℃以下になるように、シリコン基板2をヒータ7によっ
て加熱した。例えば、シリコン基板2が約600℃の基
板温度において熱的平衡状態になるように約5時間の間
シリコン基板2を加熱した。加熱されたシリコン基板2
を構成するシリコン原子は、約600℃の基板温度にお
いて再結晶化し、不純物が導入されたシリコン基板2を
構成するシリコン原子に生じた格子欠陥が回復した。
The substrate temperature of the silicon substrate 2 is sufficiently low 700 that impurities are not substantially activated in the thermal equilibrium state in which the silicon substrate 2 is in the thermal equilibrium state 700.
The silicon substrate 2 was heated by the heater 7 so as to be equal to or lower than ° C. For example, the silicon substrate 2 was heated for about 5 hours so that the silicon substrate 2 was in a thermal equilibrium state at a substrate temperature of about 600 ° C. Heated silicon substrate 2
Was recrystallized at a substrate temperature of about 600 ° C., and the lattice defects generated in the silicon atoms constituting the silicon substrate 2 into which the impurities were introduced were recovered.

【0019】このような熱処理によって、シリコン基板
2を構成するシリコン原子が再配列し、シリコン原子に
生じた格子欠陥が消滅した。この熱処理における重要な
ポイントは、シリコン原子を再結晶化させる際の基板温
度を、熱的平衡状態では不純物が実質的に活性化しない
程度に十分低い700℃以下とすることである。
By such heat treatment, the silicon atoms forming the silicon substrate 2 are rearranged, and the lattice defects generated in the silicon atoms disappear. An important point in this heat treatment is to set the substrate temperature at the time of recrystallizing silicon atoms to 700 ° C. or lower, which is sufficiently low so that impurities are not substantially activated in a thermal equilibrium state.

【0020】図3は、本実施の形態に係る電磁波照射工
程を実行するための電磁波照射装置8を模式的に示す断
面図である。電磁波照射装置8は、チャンバー9を備え
ている。チャンバー9の内部には、載置台13が設けら
れている。載置台13の上には、前述した電気炉4によ
って熱処理されたシリコン基板2が、不純物層3が上側
になるように載置されている。
FIG. 3 is a sectional view schematically showing an electromagnetic wave irradiation device 8 for performing the electromagnetic wave irradiation step according to the present embodiment. The electromagnetic wave irradiation device 8 includes a chamber 9. A mounting table 13 is provided inside the chamber 9. On the mounting table 13, the silicon substrate 2 heat-treated by the electric furnace 4 described above is mounted with the impurity layer 3 on the upper side.

【0021】電磁波照射装置8は、コヒーレント電磁波
源10を有している。コヒーレント電磁波源10は、入
射コヒーレント電磁波12を生成する。チャンバー9に
は、載置台13に載置されたシリコン基板2に形成され
た不純物層3に対向するように照射光学系11が設けら
れている。照射光学系11は、コヒーレント電磁波源1
0によって生成された入射コヒーレント電磁波12を照
射コヒーレント電磁波1に変換して、不純物層3が形成
されたシリコン基板2へ照射する。照射光学系11はま
た、シリコン基板2へ照射される照射コヒーレント電磁
波1の照射均一性を確保するために必要な所定の光学部
品によって構成されている。チャンバー9の内部は、例
えば、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス雰囲気
に保たれている。
The electromagnetic wave irradiation device 8 has a coherent electromagnetic wave source 10. The coherent electromagnetic wave source 10 generates an incident coherent electromagnetic wave 12. An irradiation optical system 11 is provided in the chamber 9 so as to face the impurity layer 3 formed on the silicon substrate 2 mounted on the mounting table 13. The irradiation optical system 11 is a coherent electromagnetic wave source 1
The incident coherent electromagnetic wave 12 generated by 0 is converted into the irradiation coherent electromagnetic wave 1 and irradiated on the silicon substrate 2 on which the impurity layer 3 is formed. The irradiation optical system 11 is also composed of predetermined optical components necessary for ensuring irradiation uniformity of the irradiation coherent electromagnetic wave 1 with which the silicon substrate 2 is irradiated. The inside of the chamber 9 is kept in an inert gas atmosphere such as nitrogen, helium, or argon.

【0022】このように構成された電磁波照射装置8に
おいて、前述した電気炉4によって約600℃の基板温
度において熱処理されたシリコン基板2を、不活性ガス
雰囲気に保たれているチャンバー9の内部に設けられた
載置台13の上に載置すると、シリコン基板2の基板温
度は、熱的平衡状態では不純物が実質的に活性化しない
程度に十分低い500℃以下に保たれた。
In the electromagnetic wave irradiation device 8 thus constructed, the silicon substrate 2 heat-treated at the substrate temperature of about 600 ° C. by the above-mentioned electric furnace 4 is placed inside the chamber 9 kept in the inert gas atmosphere. When mounted on the mounting table 13 provided, the substrate temperature of the silicon substrate 2 was kept at 500 ° C. or lower, which was sufficiently low so that impurities were not substantially activated in the thermal equilibrium state.

【0023】そして、コヒーレント電磁波源10によっ
て、入射コヒーレント電磁波12を生成した。照射光学
系11は、シリコン基板2へ照射される照射コヒーレン
ト電磁波1の照射均一性を確保するように、入射コヒー
レント電磁波12を照射コヒーレント電磁波1に変換し
て、シリコン基板2が熱的に非平衡な状態である熱的非
平衡状態において、不純物層3に含まれる不純物を活性
化するように、所定の周波数帯域を有する照射コヒーレ
ント電磁波1をシリコン基板2へ照射した。
Then, an incident coherent electromagnetic wave 12 is generated by the coherent electromagnetic wave source 10. The irradiation optical system 11 converts the incident coherent electromagnetic wave 12 into the irradiation coherent electromagnetic wave 1 so as to ensure the irradiation uniformity of the irradiation coherent electromagnetic wave 1 with which the silicon substrate 2 is thermally unbalanced. In the thermal non-equilibrium state, which is the above state, the silicon substrate 2 was irradiated with the irradiation coherent electromagnetic wave 1 having a predetermined frequency band so as to activate the impurities contained in the impurity layer 3.

【0024】所定の周波数帯域を有する照射コヒーレン
ト電磁波1が照射されるシリコン基板2の固体結晶中に
おいては、原子は規則正しく配列しており、結晶格子位
置に存在する原子間には原子間力が働いている。この原
子間力は原子の微小変位に対してフックの法則に従う復
元力(バネ力)として働くので、熱運動あるいは外部か
らの強制振動によって原子が振動すると、その原子の振
動は隣の原子へと伝わり連成振動を生じる。これを格子
振動といい、固体中では量子化されているためフォノン
と呼ばれる。さらに、原子の質量、原子間距離ならびに
復元力のバネ定数に相当する原子間力は、個々の物質に
応じて固有の値を持つため、格子振動(フォノン)の振
動数と波数は互いに依存関係にあり、これを分散関係と
いう。
In the solid crystal of the silicon substrate 2 irradiated with the irradiation coherent electromagnetic wave 1 having a predetermined frequency band, the atoms are regularly arranged, and the interatomic force acts between the atoms existing at the crystal lattice position. ing. This interatomic force acts as a restoring force (spring force) according to Hooke's law for minute displacement of an atom, so when an atom vibrates due to thermal motion or forced vibration from the outside, the vibration of that atom will be transmitted to the adjacent atom. It produces a coupled vibration. This is called lattice vibration and is called phonon because it is quantized in a solid. Furthermore, since the atomic mass, the interatomic distance, and the interatomic force corresponding to the spring constant of the restoring force have unique values depending on the individual substance, the lattice vibration (phonon) frequency and wave number are dependent on each other. And this is called the distributed relationship.

【0025】固体結晶に電磁波を照射した場合、局所的
な温度上昇(熱的結合)あるいは誘電分極の擾乱(光弾
性結合)により、光と結合した弾性歪みが生じる。この
弾性歪みを外力として、格子振動(フォノン)の振動数
の領域にある光(電磁波)を固体結晶に照射すると、誘
導ラマン散乱により位相のそろったコヒーレント格子振
動(フォノン)を励起することができる。
When a solid crystal is irradiated with an electromagnetic wave, an elastic strain coupled with light occurs due to a local temperature rise (thermal coupling) or a disturbance of dielectric polarization (photoelastic coupling). When the solid crystal is irradiated with light (electromagnetic wave) in the frequency range of lattice vibration (phonon) by using this elastic strain as an external force, coherent lattice vibration (phonon) with coherent phase can be excited by stimulated Raman scattering. .

【0026】例えば、シリコン単結晶において知られて
いるフォノンの分散関係(参考文献、例えば、F.Fa
vot and A.D.Corso、Phys.Re
v.B 60、11427(1999).)によると、
格子振動(フォノン)の振動数は10GHz〜10TH
zの間に存在する。
For example, the phonon dispersion relation known in silicon single crystals (reference literature, eg, F. Fa.
vot and A. D. Corso, Phys. Re
v. B 60, 11427 (1999). )according to,
Lattice vibration (phonon) frequency is 10 GHz to 10 TH
exists between z.

【0027】10GHz〜100GHzの周波数帯域
(ミリ波領域)内におけるコヒーレント電磁波を得るた
めには、ジャイロトロン等のミリ波発振管により得られ
るミリ波領域のコヒーレント電磁波をシリコン単結晶に
照射し、コヒーレント電磁波による交番電界によりシリ
コン単結晶表面の誘電分極をコヒーレントに振動させる
ことによって、格子振動(フォノン)を励起することが
できる。
In order to obtain a coherent electromagnetic wave in the frequency band of 10 GHz to 100 GHz (millimeter wave region), a silicon single crystal is irradiated with a coherent electromagnetic wave in the millimeter wave region obtained by a millimeter wave oscillator such as a gyrotron to obtain coherent electromagnetic waves. Lattice vibration (phonons) can be excited by coherently vibrating the dielectric polarization of the silicon single crystal surface by an alternating electric field caused by electromagnetic waves.

【0028】コヒーレント電磁波源10によって生成さ
れる入射コヒーレント電磁波12および照射光学系11
によって入射コヒーレント電磁波12から変換された照
射コヒーレント電磁波1は、発振周波数が10GHz以
上100GHz以下のミリ波帯電磁波によって構成し
た。ミリ波帯電磁波は、ジャイロトロン発振管、クライ
ストロン発振管ないしは進行波管をコヒーレント電磁波
源10に用いて発生することができた。
Incident coherent electromagnetic wave 12 generated by coherent electromagnetic wave source 10 and irradiation optical system 11
The irradiation coherent electromagnetic wave 1 converted from the incident coherent electromagnetic wave 12 is composed of a millimeter wave band electromagnetic wave having an oscillation frequency of 10 GHz or more and 100 GHz or less. Millimeter wave electromagnetic waves could be generated by using a gyrotron oscillation tube, a klystron oscillation tube or a traveling wave tube as the coherent electromagnetic wave source 10.

【0029】シリコン基板2へ照射した照射コヒーレン
ト電磁波1を構成するミリ帯波電磁波は、シリコン基板
2を構成するシリコン原子と不純物との間の結合エネル
ギーに対応する周波数帯域を有していた。
The millimeter band electromagnetic wave constituting the irradiation coherent electromagnetic wave 1 applied to the silicon substrate 2 had a frequency band corresponding to the binding energy between silicon atoms and impurities constituting the silicon substrate 2.

【0030】発振周波数が10GHz以上100GHz
以下のミリ帯波電磁波によって構成される照射コヒーレ
ント電磁波1がシリコン基板2へ照射されると、シリコ
ン原子の格子振動(フォノン)が直接励起され、熱的非
平衡状態において不純物が活性化し、活性化した不純物
が拡散して極薄接合層が形成された。
Oscillation frequency is 10 GHz or more and 100 GHz
When the irradiation coherent electromagnetic wave 1 composed of the following millimeter band electromagnetic waves is irradiated to the silicon substrate 2, lattice vibrations (phonons) of silicon atoms are directly excited, and impurities are activated and activated in a thermal nonequilibrium state. The impurities were diffused to form an ultra-thin bonding layer.

【0031】活性化した不純物は、熱的平衡状態では不
純物が実質的に活性化しない程度に十分低い500℃以
下の基板温度において拡散した。このため、不純物はシ
リコン基板の深部へ不必要に拡散しなかった。その結
果、接合深さが約20ナノメータ以下約1ナノメータ以
上の極浅接合層を形成することができた。
The activated impurities diffused at a substrate temperature of 500 ° C. or lower, which is low enough that the impurities are not substantially activated in the thermal equilibrium state. Therefore, the impurities did not unnecessarily diffuse into the deep portion of the silicon substrate. As a result, it was possible to form an ultra-shallow junction layer having a junction depth of about 20 nanometers or less and about 1 nanometer or more.

【0032】以上のように本実施の形態によれば、シリ
コン基板2に導入された不純物が活性化しない程度に十
分低い基板温度においてシリコン基板2が熱的平衡状態
となるようにシリコン基板2を熱処理することによっ
て、シリコン基板2を構成するシリコン原子を再結晶化
させる再結晶化工程と、再結晶化工程の後で、十分低い
基板温度にシリコン基板2を保った状態において、熱的
非平衡状態において不純物を活性化して極浅接合層を形
成するために、シリコン原子の格子振動(フォノン)を
直接励起するように、所定の周波数帯域を有する電磁波
をシリコン基板2に照射する電磁波照射工程とを包含す
る。
As described above, according to the present embodiment, the silicon substrate 2 is placed in a thermal equilibrium state at a substrate temperature sufficiently low that the impurities introduced into the silicon substrate 2 are not activated. A recrystallization process of recrystallizing silicon atoms constituting the silicon substrate 2 by heat treatment, and a thermal non-equilibrium state after the recrystallization process in a state where the silicon substrate 2 is kept at a sufficiently low substrate temperature. An electromagnetic wave irradiation step of irradiating the silicon substrate 2 with an electromagnetic wave having a predetermined frequency band so as to directly excite lattice vibrations (phonons) of silicon atoms in order to activate the impurities to form an ultra-shallow junction layer. Includes.

【0033】このため、熱的平衡状態では不純物が実質
的に活性化しない程度に十分低い基板温度において不純
物が活性化し、活性化した不純物がこのように十分低い
基板温度において拡散する。その結果、活性化した不純
物がシリコン基板2の深部へ不必要に拡散することを防
止することができるので、接合深さの浅い極浅接合層を
形成することができる。
Therefore, in the thermal equilibrium state, the impurities are activated at a substrate temperature sufficiently low so that the impurities are not substantially activated, and the activated impurities diffuse at such a sufficiently low substrate temperature. As a result, it is possible to prevent the activated impurities from unnecessarily diffusing into the deep portion of the silicon substrate 2, so that it is possible to form an extremely shallow junction layer having a shallow junction depth.

【0034】なお本実施の形態においては、シリコン基
板2を使用する例を示したが、本発明はこれに限定され
ない。シリコン膜等が形成されたガラス材料、高分子材
料等によって構成される基板を使用してもよく、GaA
s等の化合物半導体基板を使用してもよい。さらに、フ
ォトレジスト等のマスク材料を使用してもよい。
In this embodiment, an example using the silicon substrate 2 is shown, but the present invention is not limited to this. A substrate made of a glass material, a polymer material, or the like on which a silicon film or the like is formed may be used.
A compound semiconductor substrate such as s may be used. Further, a mask material such as photoresist may be used.

【0035】また、照射コヒーレント電磁波1がミリ波
帯電磁波によって構成されている例を示したが、本発明
はこれに限定されない。照射コヒーレント電磁波1は、
周波数帯域幅が10GHz以上1THz以下の連続波出
力レーザ光によって構成してもよい。連続波出力レーザ
光は、例えば、半導体レーザ装置をコヒーレント電磁波
源10に用いて発生することができる。照射コヒーレン
ト電磁波1はまた、パルス幅が10フェムト秒以上10
00フェムト秒以下(周波数帯域幅が1THz以上〜1
00THz以下)の超短パルスレーザ光によって構成し
てもよい。超短パルスレーザ光は、例えば、チタンサフ
ァイアレーザ装置をコヒーレント電磁波源10に用いて
発生することができる。照射コヒーレント電磁波1はさ
らに、前述した超短パルスレーザ光、連続波出力レーザ
光およびミリ波帯電磁波のいずれか2つ以上を複合させ
て構成してもよい。
Although the irradiation coherent electromagnetic wave 1 is composed of a millimeter wave band electromagnetic wave, the present invention is not limited to this. The irradiation coherent electromagnetic wave 1 is
You may comprise by the continuous wave output laser beam whose frequency bandwidth is 10 GHz or more and 1 THz or less. The continuous wave output laser light can be generated by using, for example, a semiconductor laser device as the coherent electromagnetic wave source 10. The irradiation coherent electromagnetic wave 1 also has a pulse width of 10 femtoseconds or more 10
00 femtoseconds or less (frequency bandwidth is 1 THz or more ~ 1
It may be configured by ultrashort pulse laser light of 00 THz or less). The ultrashort pulsed laser light can be generated by using, for example, a titanium sapphire laser device for the coherent electromagnetic wave source 10. The irradiation coherent electromagnetic wave 1 may be configured by further combining any two or more of the above-mentioned ultrashort pulse laser light, continuous wave output laser light and millimeter wave band electromagnetic wave.

【0036】10フェムト秒以上1000フェムト秒以
下のパルス幅を有する前述した超短パルスレーザ光をシ
リコン基板2へ照射するときに、シリコン基板2に形成
された不純物層3の表面が溶融するとしても、不純物層
3の溶融固化現象は断熱的かつ局所的に生じるため問題
はない。これは、照射される超短パルスのパルス幅が1
0フェムト秒以上1000フェムト秒以下と短いため
に、シリコン基板2の全体における温度に与える影響は
無視できる程度に小さいためである。
Even when the surface of the impurity layer 3 formed on the silicon substrate 2 melts when the silicon substrate 2 is irradiated with the above-mentioned ultrashort pulse laser light having a pulse width of 10 femtoseconds or more and 1000 femtoseconds or less. The melting and solidification phenomenon of the impurity layer 3 occurs adiabatically and locally, so there is no problem. This is because the pulse width of the emitted ultra-short pulse is 1
This is because it is as short as 0 femtoseconds or more and 1000 femtoseconds or less, so that the influence on the temperature of the entire silicon substrate 2 is negligibly small.

【0037】電磁波照射装置8に設けられたチャンバー
9の内部が不活性化ガス雰囲気に保たれている例を示し
たが、1×10-6Torr以下の真空度に保たれていて
もよい。ここで、1Torr=133.322Paであ
る。
Although an example in which the inside of the chamber 9 provided in the electromagnetic wave irradiation device 8 is kept in an inert gas atmosphere is shown, it may be kept at a vacuum degree of 1 × 10 -6 Torr or less. Here, 1 Torr = 133.322 Pa.

【0038】電気炉4によってシリコン基板2を熱処理
する例を示したが、ランプアニール炉によって熱処理し
てもよい。
Although the example in which the silicon substrate 2 is heat-treated by the electric furnace 4 is shown, the heat treatment may be carried out by the lamp annealing furnace.

【0039】図1および図2に示すように、予め不純物
層3が形成されたシリコン基板2を熱処理する例を示し
たが、電気炉4のチャンバー14の内部にイオン源を設
け、イオン源によって、不純物層3が形成される前のシ
リコン基板2に不純物を導入して不純物層3を形成して
もよい。また、チャンバー14の内部にプラズマ電極を
設け、チャンバー14の内部に不純物を含む気体として
ジボラン等を流入させ、プラズマ電極によって発生した
放電中におけるプラズマドーピングによって不純物をシ
リコン基板2へ導入して、不純物層3を形成してもよ
い。
As shown in FIGS. 1 and 2, an example of heat-treating the silicon substrate 2 on which the impurity layer 3 is formed in advance has been shown. However, an ion source is provided inside the chamber 14 of the electric furnace 4 and the ion source is used. The impurity layer 3 may be formed by introducing impurities into the silicon substrate 2 before the impurity layer 3 is formed. Further, a plasma electrode is provided inside the chamber 14, diborane or the like is introduced as a gas containing impurities into the chamber 14, and the impurities are introduced into the silicon substrate 2 by plasma doping during discharge generated by the plasma electrodes. The layer 3 may be formed.

【0040】図4は、本実施の形態に係る極浅接合層形
成方法における熱処理工程および電磁波照射工程の双方
を実行するための極浅接合層形成装置21を模式的に示
す断面図である。図2を参照して前述した電気炉4の構
成要素および図3を参照して前述した電磁波照射装置8
の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し
ている。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略
する。
FIG. 4 is a sectional view schematically showing an ultra-shallow junction layer forming apparatus 21 for carrying out both the heat treatment step and the electromagnetic wave irradiation step in the ultra-shallow junction layer forming method according to the present embodiment. The components of the electric furnace 4 described above with reference to FIG. 2 and the electromagnetic wave irradiation device 8 described above with reference to FIG.
The same components as the components of the above are given the same reference numerals. Therefore, detailed description of these components will be omitted.

【0041】極浅接合層形成装置21は、チャンバー9
Aを備えている。チャンバー9Aの内部には、載置台1
3Aが設けられている。載置台13Aの上には、シリコ
ン基板2が、不純物層3が上側になるように載置されて
いる。載置台13Aには、シリコン基板2に導入された
不純物が熱的平衡状態において活性化しない程度に十分
低い基板温度にシリコン基板2を保つための液体窒素を
流通させる図示しない流路が形成されている。極浅接合
層形成装置21には、載置台13Aに液体窒素を供給す
るための液体窒素供給装置24が設けられている。載置
台13Aには、載置台13Aに形成された流路を流通す
る液体窒素の温度を制御するための冷却装置23が設け
られている。
The ultra-shallow junction layer forming device 21 includes a chamber 9
Equipped with A. The mounting table 1 is provided inside the chamber 9A.
3A is provided. The silicon substrate 2 is mounted on the mounting table 13A with the impurity layer 3 on the upper side. The mounting table 13A is provided with a channel (not shown) through which liquid nitrogen for keeping the silicon substrate 2 at a sufficiently low substrate temperature is maintained so that impurities introduced into the silicon substrate 2 are not activated in a thermal equilibrium state. There is. The ultra-shallow junction layer forming device 21 is provided with a liquid nitrogen supply device 24 for supplying liquid nitrogen to the mounting table 13A. The mounting table 13A is provided with a cooling device 23 for controlling the temperature of the liquid nitrogen flowing through the flow path formed in the mounting table 13A.

【0042】チャンバー9Aの一方の側壁にはチャンバ
ー9Aの内部へ窒素(N2)ガスを導入するためのガス
導入管5が設けられており、チャンバー9Aの他方の側
壁にはチャンバー9Aの内部におけるガスをチャンバー
9Aの外部へ排出するためのガス排出管6が設けられて
いる。
A gas inlet pipe 5 for introducing nitrogen (N 2 ) gas into the chamber 9A is provided on one side wall of the chamber 9A, and the other side wall of the chamber 9A is provided inside the chamber 9A. A gas discharge pipe 6 for discharging gas to the outside of the chamber 9A is provided.

【0043】チャンバー9Aの内部には、載置台13A
の上に載置されたシリコン基板2を加熱するための赤外
線ランプ22が設けられている。
Inside the chamber 9A, there is a mounting table 13A.
An infrared lamp 22 for heating the silicon substrate 2 placed on the above is provided.

【0044】極浅接合層形成装置21は、コヒーレント
電磁波源10を有している。コヒーレント電磁波源10
は、入射コヒーレント電磁波12を生成する。チャンバ
ー9Aには、載置台13Aに載置されたシリコン基板2
に形成された不純物層3に対向するように照射光学系1
1が設けられている。照射光学系11は、コヒーレント
電磁波源10によって生成された入射コヒーレント電磁
波12を照射コヒーレント電磁波1に変換して、不純物
層3が形成されたシリコン基板2へ照射する。
The ultra-shallow junction layer forming device 21 has a coherent electromagnetic wave source 10. Coherent electromagnetic wave source 10
Produces an incident coherent electromagnetic wave 12. The chamber 9A has a silicon substrate 2 mounted on a mounting table 13A.
Irradiation optical system 1 so as to face the impurity layer 3 formed in
1 is provided. The irradiation optical system 11 converts the incident coherent electromagnetic wave 12 generated by the coherent electromagnetic wave source 10 into the irradiation coherent electromagnetic wave 1 and irradiates the silicon substrate 2 on which the impurity layer 3 is formed.

【0045】このように構成された極浅接合層形成装置
21において、不純物層3が予め形成されたシリコン基
板2をチャンバー9Aの中の載置台13Aの上に載置し
た後、窒素(N2)ガスをガス導入管5を通してチャン
バー9Aの内部へ導入し、チャンバー9Aの内部に存在
するガスをガス排出管6を通して排出することによっ
て、チャンバー9Aの内部を窒素(N2)ガス雰囲気と
した。
In the ultra-shallow junction layer forming apparatus 21 thus constructed, the silicon substrate 2 on which the impurity layer 3 is formed in advance is placed on the placing table 13A in the chamber 9A, and then nitrogen (N 2 ) A gas is introduced into the chamber 9A through the gas introduction pipe 5, and the gas existing inside the chamber 9A is discharged through the gas discharge pipe 6, whereby the inside of the chamber 9A is made into a nitrogen (N 2 ) gas atmosphere.

【0046】そして、シリコン基板2の基板温度が、熱
的平衡状態では不純物が実質的に活性化しない程度に十
分低い700℃以下になるように、シリコン基板2を赤
外線ランプ22によって加熱した。例えば、シリコン基
板2が約600℃の基板温度において熱的平衡状態にな
るように約5時間の間シリコン基板2を加熱した。加熱
されたシリコン基板2を構成するシリコン原子は、約6
00℃の基板温度において再結晶化し、不純物が導入さ
れたシリコン基板2を構成するシリコン原子に生じた格
子欠陥が回復した。このような熱処理によって、シリコ
ン基板2を構成するシリコン原子が再配列し、シリコン
原子に生じた格子欠陥が消滅した。
Then, the silicon substrate 2 was heated by the infrared lamp 22 so that the substrate temperature of the silicon substrate 2 was 700 ° C. or lower, which was sufficiently low so that impurities were not substantially activated in the thermal equilibrium state. For example, the silicon substrate 2 was heated for about 5 hours so that the silicon substrate 2 was in a thermal equilibrium state at a substrate temperature of about 600 ° C. About 6 silicon atoms are contained in the heated silicon substrate 2.
It was recrystallized at a substrate temperature of 00 ° C., and the lattice defects generated in the silicon atoms constituting the silicon substrate 2 into which the impurities were introduced were recovered. By such heat treatment, the silicon atoms forming the silicon substrate 2 were rearranged, and the lattice defects generated in the silicon atoms disappeared.

【0047】次に、前述した熱処理が施されたシリコン
基板2が載置された載置台13Aに形成された流路へ液
体窒素供給装置24から液体窒素を供給した。そして、
シリコン基板2が載置された載置台13Aに形成された
流路を流通する液体窒素からの熱伝導によって、熱的平
衡状態では不純物が実質的に活性化しない程度に十分低
い500℃以下にシリコン基板2の基板温度を保つよう
に、載置台13Aに形成された流路を流通する液体窒素
を冷却装置23によって冷却した。
Next, liquid nitrogen was supplied from the liquid nitrogen supply device 24 to the flow path formed in the mounting table 13A on which the silicon substrate 2 which had been subjected to the above-mentioned heat treatment was mounted. And
Due to the heat conduction from the liquid nitrogen flowing through the flow path formed in the mounting table 13A on which the silicon substrate 2 is mounted, the silicon is kept at 500 ° C. or lower, which is sufficiently low that impurities are not substantially activated in a thermal equilibrium state. The liquid nitrogen flowing through the flow path formed in the mounting table 13A was cooled by the cooling device 23 so as to maintain the substrate temperature of the substrate 2.

【0048】その後、コヒーレント電磁波源10によっ
て、入射コヒーレント電磁波12を生成した。照射光学
系11は、シリコン基板2へ照射される照射コヒーレン
ト電磁波1の照射均一性を確保するように、入射コヒー
レント電磁波12を照射コヒーレント電磁波1に変換し
て、シリコン基板2が熱的に非平衡な状態である熱的非
平衡状態において、不純物層3に含まれる不純物を活性
化するように、冷却装置23によって500℃以下の基
板温度に保たれたシリコン基板2へ照射コヒーレント電
磁波1を照射した。照射コヒーレント電磁波1は、前述
した電磁波照射装置8と同様に、発振周波数が10GH
z以上100GHz以下のミリ波帯電磁波によって構成
した。
After that, the incident coherent electromagnetic wave 12 was generated by the coherent electromagnetic wave source 10. The irradiation optical system 11 converts the incident coherent electromagnetic wave 12 into the irradiation coherent electromagnetic wave 1 so as to ensure the irradiation uniformity of the irradiation coherent electromagnetic wave 1 with which the silicon substrate 2 is thermally unbalanced. In a thermal non-equilibrium state, which is in such a state, the irradiation coherent electromagnetic wave 1 is applied to the silicon substrate 2 kept at the substrate temperature of 500 ° C. or lower by the cooling device 23 so as to activate the impurities contained in the impurity layer 3. . The irradiating coherent electromagnetic wave 1 has an oscillation frequency of 10 GH, like the electromagnetic wave irradiating device 8 described above.
It is constituted by millimeter wave electromagnetic waves of z or more and 100 GHz or less.

【0049】発振周波数が10GHz以上100GHz
以下のミリ帯波電磁波によって構成される照射コヒーレ
ント電磁波1がシリコン基板2へ照射されると、シリコ
ン原子の格子振動(フォノン)が直接励起され、熱的非
平衡状態において不純物が活性化し、活性化した不純物
が拡散して極薄接合層が形成された。
Oscillation frequency is 10 GHz or more and 100 GHz
When the irradiation coherent electromagnetic wave 1 composed of the following millimeter band electromagnetic waves is irradiated to the silicon substrate 2, lattice vibrations (phonons) of silicon atoms are directly excited, and impurities are activated and activated in a thermal nonequilibrium state. The impurities were diffused to form an ultra-thin bonding layer.

【0050】前述した電磁波照射装置8と同様に、活性
化した不純物は、熱的平衡状態では不純物が実質的に活
性化しない程度に十分低い500℃以下の基板温度にお
いて拡散した。このため、不純物はシリコン基板の深部
へ不必要に拡散しなかった。その結果、接合深さが約2
0ナノメータ以下約1ナノメータ以上の極浅接合層を形
成することができた。
Similar to the electromagnetic wave irradiation device 8 described above, the activated impurities diffused at a substrate temperature of 500 ° C. or lower, which is low enough that the impurities are not substantially activated in the thermal equilibrium state. Therefore, the impurities did not unnecessarily diffuse into the deep portion of the silicon substrate. As a result, the junction depth is about 2
It was possible to form an ultra-shallow junction layer of 0 nanometer or less and about 1 nanometer or more.

【0051】このように、極浅接合層形成装置21によ
れば、単一の装置によって極浅接合層を形成することが
できた。なお、シリコン基板2が載置された載置台13
Aに形成された流路を流通する液体窒素を冷却装置23
によって冷却することによって、熱的平衡状態では不純
物が実質的に活性化しない程度に十分低い500℃以下
にシリコン基板2の基板温度を保つ例を示したが、チャ
ンバー9Aの全体を冷却することによってシリコン基板
2の基板温度を500℃以下に保つようにしてもよい。
As described above, according to the ultra-shallow junction layer forming device 21, the ultra-shallow junction layer can be formed by a single device. The mounting table 13 on which the silicon substrate 2 is mounted
The liquid nitrogen flowing through the flow path formed in A is cooled by the cooling device 23.
Although an example is shown in which the substrate temperature of the silicon substrate 2 is kept at 500 ° C. or lower, which is sufficiently low so that impurities are not substantially activated in the thermal equilibrium state, by cooling by The substrate temperature of the silicon substrate 2 may be kept at 500 ° C. or lower.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、活性化し
た不純物が基板の深部へ不必要に拡散することを防止す
ることができるアニール方法を提供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an annealing method capable of preventing activated impurities from unnecessarily diffusing into a deep portion of a substrate.

【0053】また本発明によれば、接合深さの浅い極薄
接合層を形成することができる極浅接合層形成方法およ
び極浅接合層形成装置を提供することができる。
Further, according to the present invention, it is possible to provide an extremely shallow junction layer forming method and an extremely shallow junction layer forming apparatus capable of forming an extremely thin junction layer having a shallow junction depth.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本実施の形態に係る不純物が導入された半導体
基板の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor substrate having an impurity introduced according to the present embodiment.

【図2】本実施の形態に係る再結晶化工程を実行するた
めの電気炉を模式的に示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an electric furnace for performing a recrystallization step according to this embodiment.

【図3】本実施の形態に係る電磁波照射工程を実行する
ための電磁波照射装置を模式的に示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an electromagnetic wave irradiation device for performing an electromagnetic wave irradiation step according to the present embodiment.

【図4】本実施の形態に係る再結晶化工程および電磁波
照射工程の双方を実行するための極浅接合層形成装置を
模式的に示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an ultra-shallow junction layer forming device for performing both the recrystallization step and the electromagnetic wave irradiation step according to the present embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 照射コヒーレント電磁波 2 シリコン基板 3 不純物層 4 電気炉 5 ガス導入管 6 ガス排出管 7 ヒータ 8 電磁波照射装置 9 チャンバー 10 コヒーレント電磁波源 11 照射光学系 12 入射コヒーレント電磁波 13 載置台 14 チャンバー 21 極浅接合層形成装置 22 赤外線ランプ 23 冷却装置 24 液体窒素供給装置 1 Irradiation coherent electromagnetic wave 2 Silicon substrate 3 Impurity layer 4 electric furnace 5 gas introduction pipes 6 gas discharge pipe 7 heater 8 Electromagnetic wave irradiation device 9 chambers 10 Coherent electromagnetic sources 11 Irradiation optical system 12 Incident coherent electromagnetic waves 13 table 14 chambers 21 Ultra shallow junction layer forming equipment 22 Infrared lamp 23 Cooling device 24 Liquid Nitrogen Supply Device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水野 文二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Bunji Mizuno             1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric             Sangyo Co., Ltd.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 不純物が導入された基板をアニールする
ためのアニール方法であって、 前記基板に導入された前記不純物が活性化しない程度に
十分低い基板温度において前記基板が熱的平衡状態とな
るように前記基板を熱処理することによって、前記基板
を構成する原子を再結晶化させる再結晶化工程と、 前記再結晶化工程の後で、前記十分低い基板温度に前記
基板を保った状態において、熱的非平衡状態において前
記不純物を活性化するために、前記原子の格子振動(フ
ォノン)を直接励起するように、所定の周波数帯域を有
する電磁波を前記基板に照射する電磁波照射工程とを包
含することを特徴とするアニール方法。
1. An annealing method for annealing a substrate having impurities introduced therein, wherein the substrate is in a thermal equilibrium state at a sufficiently low substrate temperature that the impurities introduced into the substrate are not activated. By heat-treating the substrate, a recrystallization step of recrystallizing atoms constituting the substrate, and a state in which the substrate is kept at the sufficiently low substrate temperature after the recrystallization step, An electromagnetic wave irradiating step of irradiating the substrate with an electromagnetic wave having a predetermined frequency band so as to directly excite the lattice vibration (phonon) of the atom in order to activate the impurities in the thermal non-equilibrium state. An annealing method characterized by the above.
【請求項2】 不純物が導入された半導体基板に極浅接
合層を形成するための極浅接合層形成方法であって、 前記半導体基板に導入された前記不純物が活性化しない
程度に十分低い基板温度において前記半導体基板が熱的
平衡状態となるように前記半導体基板を熱処理すること
によって、前記半導体基板を構成する半導体原子を再結
晶化させる再結晶化工程と、 前記再結晶化工程の後で、前記十分低い基板温度に前記
半導体基板を保った状態において、熱的非平衡状態にお
いて前記不純物を活性化して極浅接合層を形成するため
に、前記半導体原子の格子振動(フォノン)を直接励起
するように、所定の周波数帯域を有する電磁波を前記半
導体基板に照射する電磁波照射工程とを包含することを
特徴とする極浅接合層形成方法。
2. An ultra-shallow junction layer forming method for forming an ultra-shallow junction layer on a semiconductor substrate having impurities introduced therein, the substrate being sufficiently low that the impurities introduced into the semiconductor substrate are not activated. By heat-treating the semiconductor substrate so that the semiconductor substrate is in a thermal equilibrium state at a temperature, a recrystallization step of recrystallizing semiconductor atoms forming the semiconductor substrate, and after the recrystallization step , In the state where the semiconductor substrate is kept at the sufficiently low substrate temperature, the lattice vibration (phonon) of the semiconductor atom is directly excited in order to activate the impurities and form an ultra-shallow junction layer in the thermal non-equilibrium state. As described above, the method for forming an ultra-shallow junction layer, which comprises irradiating the semiconductor substrate with an electromagnetic wave having a predetermined frequency band.
【請求項3】 前記半導体基板は、シリコンとシリコン
化合物とのいずれかによって構成されている、請求項2
記載の極浅接合層形成方法。
3. The semiconductor substrate is composed of either silicon or a silicon compound.
The method for forming an ultra-shallow junction layer as described.
【請求項4】 前記再結晶化工程において、700℃以
下の基板温度において前記半導体基板を熱処理する、請
求項2記載の極浅接合層形成方法。
4. The ultra-shallow junction layer forming method according to claim 2, wherein in the recrystallization step, the semiconductor substrate is heat-treated at a substrate temperature of 700 ° C. or lower.
【請求項5】 前記再結晶化工程において、電気炉とラ
ンプ加熱炉とのいずれかによって前記半導体基板を熱処
理する、請求項2記載の極浅接合層形成方法。
5. The method for forming an ultra-shallow junction layer according to claim 2, wherein in the recrystallization step, the semiconductor substrate is heat-treated by either an electric furnace or a lamp heating furnace.
【請求項6】 前記電磁波照射工程において照射される
前記電磁波は、10フェムト秒以上1000フェムト秒
以下のパルス幅を有する超短パルスレーザ光を含んでい
る、請求項2記載の極浅接合層形成方法。
6. The ultra-shallow junction layer formation according to claim 2, wherein the electromagnetic wave irradiated in the electromagnetic wave irradiation step includes ultrashort pulse laser light having a pulse width of 10 femtoseconds to 1000 femtoseconds. Method.
【請求項7】 前記電磁波照射工程において照射される
前記電磁波は、10GHz以上1THz以下の周波数帯
域幅を有する連続波出力レーザ光を含んでいる、請求項
2記載の極浅接合層形成方法。
7. The method for forming an ultra-shallow junction layer according to claim 2, wherein the electromagnetic wave irradiated in the electromagnetic wave irradiation step includes continuous wave output laser light having a frequency bandwidth of 10 GHz or more and 1 THz or less.
【請求項8】 前記電磁波照射工程において照射される
前記電磁波は、10GHz以上100GHz以下の発振
周波数を有するミリ波帯電磁波を含んでいる、請求項2
記載の極浅接合層形成方法。
8. The electromagnetic wave irradiated in the electromagnetic wave irradiation step includes a millimeter wave band electromagnetic wave having an oscillation frequency of 10 GHz or more and 100 GHz or less.
The method for forming an ultra-shallow junction layer as described.
【請求項9】 前記電磁波照射工程において照射される
前記電磁波は、前記半導体原子と前記不純物との間の結
合エネルギーに対応する周波数帯域を有している、請求
項2記載の極浅接合層形成方法。
9. The ultra-shallow junction layer formation according to claim 2, wherein the electromagnetic wave irradiated in the electromagnetic wave irradiation step has a frequency band corresponding to a binding energy between the semiconductor atom and the impurity. Method.
【請求項10】 前記電磁波照射工程は、前記十分低い
基板温度に前記半導体基板を保つように前記半導体基板
を冷却しながら、前記電磁波を前記半導体基板に照射す
る、請求項2記載の極浅接合層形成方法。
10. The ultra-shallow junction according to claim 2, wherein the electromagnetic wave irradiation step irradiates the semiconductor substrate with the electromagnetic wave while cooling the semiconductor substrate so as to keep the semiconductor substrate at the sufficiently low substrate temperature. Layer forming method.
【請求項11】 不純物が導入された半導体基板に極浅
接合層を形成するための極浅接合層形成装置であって、 前記半導体基板に導入された前記不純物が活性化しない
程度に十分低い基板温度において前記半導体基板が熱的
平衡状態となるように前記半導体基板を熱処理すること
によって、前記半導体基板を構成する半導体原子を再結
晶化させる再結晶化手段と、 前記再結晶化手段によって前記半導体原子が再結晶化し
た前記半導体基板を前記十分低い基板温度に保った状態
において、熱的非平衡状態において前記不純物を活性化
して極浅接合層を形成するために、前記半導体原子の格
子振動(フォノン)を直接励起するように、所定の周波
数帯域を有する電磁波を前記半導体基板に照射する電磁
波照射手段とを具備することを特徴とする極浅接合層形
成装置。
11. An ultra-shallow junction layer forming apparatus for forming an ultra-shallow junction layer on a semiconductor substrate having impurities introduced therein, the substrate being sufficiently low that the impurities introduced into the semiconductor substrate are not activated. Recrystallization means for recrystallizing semiconductor atoms constituting the semiconductor substrate by heat treating the semiconductor substrate so that the semiconductor substrate is in a thermal equilibrium state at a temperature; and the semiconductor by the recrystallization means. In the state where the semiconductor substrate in which the atoms are recrystallized is kept at the sufficiently low substrate temperature, the lattice vibration of the semiconductor atoms (in order to activate the impurities to form an ultra-shallow junction layer in a thermal non-equilibrium state). An electromagnetic wave irradiating means for irradiating the semiconductor substrate with an electromagnetic wave having a predetermined frequency band so as to directly excite phonons). Bonding layer forming apparatus.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006054758A1 (en) * 2004-11-18 2006-05-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method of the same
JP2007212367A (en) * 2006-02-10 2007-08-23 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Micro force sensor by capillary force and its evaluation method and apparatus
JP2013051317A (en) * 2011-08-31 2013-03-14 Renesas Electronics Corp Semiconductor device manufacturing method
JP2014056927A (en) * 2012-09-12 2014-03-27 Toshiba Corp Microwave annealing apparatus and method of manufacturing semiconductor device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006054758A1 (en) * 2004-11-18 2006-05-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method of the same
US7737053B2 (en) 2004-11-18 2010-06-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd Semiconductor device and manufacturing method of the same
JP2007212367A (en) * 2006-02-10 2007-08-23 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Micro force sensor by capillary force and its evaluation method and apparatus
JP4649564B2 (en) * 2006-02-10 2011-03-09 独立行政法人産業技術総合研究所 Micro force sensor by capillary force, its evaluation method and evaluation device
JP2013051317A (en) * 2011-08-31 2013-03-14 Renesas Electronics Corp Semiconductor device manufacturing method
JP2014056927A (en) * 2012-09-12 2014-03-27 Toshiba Corp Microwave annealing apparatus and method of manufacturing semiconductor device

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