JP2014138173A - Method of manufacturing semiconductor device, and substrate processing system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten the time to use an accelerator for forming an n-layer.SOLUTION: A method of manufacturing a semiconductor device comprises: an irradiation step (S10) of irradiating a substrate with a particle beam by an accelerator; and an annealing step (S12) of heat-treating the substrate in an atmosphere containing hydrogen in order to form an n-layer in the substrate. In the irradiation step (S10), the substrate is irradiated with the particle beam containing hydrogen ions so as not to reach the hydrogen quantity required for forming the n-layer, or the substrate is irradiated with the particle beam containing no hydrogen ion.

Description

本発明は、半導体装置の製造方法、及び基板処理システムに関する。   The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a substrate processing system.

シリコン基板にプロトン(水素イオン)をイオン注入して熱処理し抵抗率を低下させチャンネルストップ層を形成することを含むシリコン半導体装置の製造方法が知られている。   2. Description of the Related Art There is known a method for manufacturing a silicon semiconductor device including ion implantation of protons (hydrogen ions) into a silicon substrate and heat treatment to reduce resistivity and form a channel stop layer.

特開平9−260639号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-260639 特開2008−10846号公報JP 2008-10846 A

近年、ある種の半導体装置においては、高濃度で厚いn層を設けることが望まれることがある。IGBTはその代表的な例である。n層を形成する処理には、加速器を使用して水素を基板に注入する工程が含まれる場合がある。目的とするn層が高濃度で厚いほど水素の注入量が多くなり、加速器を使用する時間は長くなる。加速器は運転コストが比較的高い。そのため、加速器の使用時間が長くなると、結果として得られるデバイスの製造コストも高くなる。   In recent years, in certain types of semiconductor devices, it may be desired to provide a thick n layer with a high concentration. IGBT is a typical example. The process of forming the n layer may include a step of injecting hydrogen into the substrate using an accelerator. The higher the concentration and thickness of the target n-layer, the greater the amount of hydrogen injected and the longer the time for using the accelerator. The accelerator is relatively expensive to operate. Therefore, the longer the accelerator usage time, the higher the manufacturing cost of the resulting device.

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、n層を形成するための加速器の使用時間を短くすることができる半導体装置の製造方法、及び基板処理システムを提供することにある。   One exemplary object of an aspect of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device and a substrate processing system that can shorten the use time of an accelerator for forming an n layer.

本発明のある態様によると、加速器を使用して粒子線を基板に照射する照射工程と、前記基板にn層を形成するために、水素を含む雰囲気で前記基板の熱処理をするアニール工程と、を備える半導体装置の製造方法が提供される。前記照射工程は、前記n層を形成するための水素必要量に達しないように水素イオンを含む粒子線を前記基板に照射すること、または、水素イオンを含まない粒子線を前記基板に照射することを備える。   According to an aspect of the present invention, an irradiation step of irradiating the substrate with a particle beam using an accelerator, and an annealing step of heat-treating the substrate in an atmosphere containing hydrogen to form an n layer on the substrate, A method for manufacturing a semiconductor device is provided. In the irradiation step, the substrate is irradiated with a particle beam containing hydrogen ions so as not to reach a required hydrogen amount for forming the n layer, or a particle beam not containing hydrogen ions is irradiated onto the substrate. Prepare for that.

前記水素イオンを含まない粒子線は、水素イオンを除く軽イオンを含んでもよい。前記粒子線はヘリウムイオンビームであってもよい。   The particle beam not containing hydrogen ions may contain light ions excluding hydrogen ions. The particle beam may be a helium ion beam.

前記加速器は、円形加速器、線形加速器、または静電加速器であってもよい。前記加速器は、サイクロトロンであってもよい。   The accelerator may be a circular accelerator, a linear accelerator, or an electrostatic accelerator. The accelerator may be a cyclotron.

本発明のある態様によると、粒子線を基板に照射するための加速器を備える粒子線照射装置と、前記基板にn層を形成するために、水素を含む雰囲気で前記基板の熱処理をするアニール装置と、を備える基板処理システムが提供される。前記粒子線照射装置は、前記n層を形成するための水素必要量に達しないように水素イオンを含む粒子線を前記基板に照射し、または、水素イオンを含まない粒子線を前記基板に照射する。   According to an aspect of the present invention, a particle beam irradiation apparatus including an accelerator for irradiating a substrate with a particle beam, and an annealing apparatus that heat-treats the substrate in an atmosphere containing hydrogen to form an n layer on the substrate. A substrate processing system is provided. The particle beam irradiation apparatus irradiates the substrate with a particle beam containing hydrogen ions so as not to reach a required hydrogen amount for forming the n layer, or irradiates the substrate with a particle beam not containing hydrogen ions. To do.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。   Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, and the like are also effective as an aspect of the present invention.

本発明によれば、n層を形成するための加速器の使用時間を短くすることができる。   According to the present invention, it is possible to shorten the use time of the accelerator for forming the n layer.

本発明のある実施の形態に係る製造システムの概略構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically schematic structure of the manufacturing system which concerns on one embodiment of this invention. 本発明のある実施の形態に係る粒子線照射装置の概略構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically schematic structure of the particle beam irradiation apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 本発明のある実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one embodiment of this invention.

図1は、本発明のある実施の形態に係る製造システム1の概略構成を模式的に示す図である。製造システム1は、半導体基板(以下では単に基板と呼ぶこともある)に水素を導入するために使用される基板処理システムである。製造システム1は、粒子線照射装置2とアニール装置3とを備える。製造システム1は、まず粒子線照射装置2で基板を処理し、次にその基板をアニール装置3で処理する。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a schematic configuration of a manufacturing system 1 according to an embodiment of the present invention. The manufacturing system 1 is a substrate processing system used for introducing hydrogen into a semiconductor substrate (hereinafter also simply referred to as a substrate). The manufacturing system 1 includes a particle beam irradiation device 2 and an annealing device 3. The manufacturing system 1 first processes a substrate with the particle beam irradiation device 2, and then processes the substrate with the annealing device 3.

製造システム1において処理される半導体基板は、最終的にいわゆる縦型の半導体デバイスが形成される基板(例えばウェハ)である。縦型のデバイスとは一般に、基板の一方の表面(以下、前面ともいう)と他方の表面(以下、背面ともいう)との間で縦方向に電流経路を有するデバイスであり、典型的には電力制御の用途で使用される。こうした縦型デバイスには例えばIGBTや電力制御用のダイオードなどがある。なお本実施形態に係る水素導入方法は任意の半導体基板に適用することが可能であり、上述の特定のデバイスの製造工程での使用には限られない。   A semiconductor substrate processed in the manufacturing system 1 is a substrate (for example, a wafer) on which a so-called vertical semiconductor device is finally formed. A vertical device is generally a device having a current path in a vertical direction between one surface (hereinafter also referred to as a front surface) and the other surface (hereinafter also referred to as a back surface) of a substrate. Used in power control applications. Such vertical devices include, for example, IGBTs and power control diodes. The hydrogen introduction method according to the present embodiment can be applied to any semiconductor substrate, and is not limited to use in the manufacturing process of the specific device described above.

製造システム1における水素導入処理に先立って、半導体基板の前面には通例、配線を含む素子構造が既に形成されている。製造システム1において基板を処理することにより、詳しくは後述するが、基板の背面側のある深さ範囲にn層が形成される。   Prior to the hydrogen introduction process in the manufacturing system 1, an element structure including wiring is usually already formed on the front surface of the semiconductor substrate. By processing the substrate in the manufacturing system 1, as will be described in detail later, an n layer is formed in a certain depth range on the back side of the substrate.

図2は、本発明のある実施の形態に係る粒子線照射装置2の概略構成を模式的に示す図である。粒子線照射装置2は、加速器10を使用して粒子線Bを基板Wに照射するよう構成されている。粒子線照射装置2は、粒子線源としての加速器10と、粒子線Bの照射のために基板Wを保持し搬送する基板搬送装置12と、加速器10から出射された粒子線Bを基板搬送装置12へと導くビーム輸送ダクト14と、を備える。後述するように、粒子線Bはヘリウムイオンを含む。   FIG. 2 is a diagram schematically showing a schematic configuration of the particle beam irradiation apparatus 2 according to an embodiment of the present invention. The particle beam irradiation apparatus 2 is configured to irradiate the substrate W with the particle beam B using the accelerator 10. The particle beam irradiation apparatus 2 includes an accelerator 10 as a particle beam source, a substrate transfer apparatus 12 that holds and transfers the substrate W for irradiation of the particle beam B, and a particle transfer B emitted from the accelerator 10 as a substrate transfer apparatus. A beam transport duct 14 leading to 12. As will be described later, the particle beam B contains helium ions.

加速器10は、荷電粒子を加速し、荷電粒子線を出射する。本実施形態では加速器10はサイクロトロンである。基板搬送装置12は、搬送プレート16に搭載されている基板Wに粒子線Bを照射するための照射チャンバ18と、照射チャンバ18において搬送プレート16を移動する移動機構20と、を備える。搬送プレート16は、複数の基板Wを搭載する。移動機構20は、一つの搬送プレート16に搭載されている全ての基板Wに粒子線Bを順次照射するよう搬送プレート16を移動する。移動機構20は、照射処理済みの搬送プレート16を照射チャンバ18から搬出し、次の搬送プレート16を照射チャンバ18に搬入する。また、ビーム輸送ダクト14の途中には、内部を真空に維持する真空ポンプやビームの方向を補正する電磁コイル等が設けられている。   The accelerator 10 accelerates charged particles and emits charged particle beams. In the present embodiment, the accelerator 10 is a cyclotron. The substrate transport apparatus 12 includes an irradiation chamber 18 for irradiating the substrate W mounted on the transport plate 16 with the particle beam B, and a moving mechanism 20 that moves the transport plate 16 in the irradiation chamber 18. The transport plate 16 mounts a plurality of substrates W. The moving mechanism 20 moves the transport plate 16 so that all the substrates W mounted on one transport plate 16 are sequentially irradiated with the particle beam B. The moving mechanism 20 carries out the irradiation-treated transport plate 16 from the irradiation chamber 18 and loads the next transport plate 16 into the irradiation chamber 18. Further, in the middle of the beam transport duct 14, a vacuum pump for maintaining the inside in a vacuum, an electromagnetic coil for correcting the beam direction, and the like are provided.

上述のように、製造システム1はアニール装置3を備える。アニール装置3は、粒子線照射装置2による照射処理がなされた基板Wに熱処理をする。アニール装置3は、水素を含む雰囲気で基板Wの熱処理をするよう構成されている。後述のように、アニール装置3は、水素ガス含有雰囲気でのアニールによって基板Wに水素を導入するとともに、基板Wの水素導入層を電気的に活性化する。こうして基板Wにn層を形成することができる。なおアニール装置3としては公知の適切な任意のアニール装置を用いることができる。   As described above, the manufacturing system 1 includes the annealing device 3. The annealing apparatus 3 heat-treats the substrate W that has been irradiated by the particle beam irradiation apparatus 2. The annealing apparatus 3 is configured to heat the substrate W in an atmosphere containing hydrogen. As will be described later, the annealing apparatus 3 introduces hydrogen into the substrate W by annealing in a hydrogen gas-containing atmosphere and electrically activates the hydrogen introduction layer of the substrate W. In this way, an n layer can be formed on the substrate W. As the annealing apparatus 3, any known appropriate annealing apparatus can be used.

ところで、水素を用いて半導体基板にn層を形成する典型的な手法は、基板への水素イオン注入とそれに続いて行われるアニール処理とからなる。この場合一般に、水素イオン注入の処理時間はアニール処理で所定のキャリア(例えば電子)濃度に達するように設定される。処理時間を長くするほどキャリア濃度が高くなる傾向がある。そのため、厚く濃度の高いn層を形成するためには、長い処理時間が必要になる。また、アニール処理は窒素などの不活性ガス雰囲気で通例行われる。   By the way, a typical method for forming an n layer on a semiconductor substrate using hydrogen includes hydrogen ion implantation into the substrate and subsequent annealing treatment. In this case, generally, the processing time of hydrogen ion implantation is set so as to reach a predetermined carrier (for example, electron) concentration by annealing. The carrier concentration tends to increase as the processing time is increased. Therefore, a long processing time is required to form a thick n-layer with a high concentration. Further, the annealing treatment is usually performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen.

水素イオン源の1つとして上述のようにサイクロトロンがある。ところが、サイクロトロンは運転コストが比較的高い。したがって、厚く濃度の高いn層を形成する場合にはとりわけ、サイクロトロンの運転コストがデバイスの製造コストに大きく影響する。よって、n層を形成するための製造工程において、サイクロトロンの運転時間を短くするか、またはサイクロトロンを使用しないことが望まれる。   One of the hydrogen ion sources is a cyclotron as described above. However, cyclotrons are relatively expensive to operate. Therefore, especially when forming a thick n-layer with a high concentration, the operating cost of the cyclotron greatly affects the manufacturing cost of the device. Therefore, it is desirable to shorten the operation time of the cyclotron or not to use the cyclotron in the manufacturing process for forming the n layer.

水素を用いて半導体基板にn層を形成するためには、目的とする深さ範囲に水素と格子欠陥の両方を有することが必要であると考えられている。本発明者の知見によると、サイクロトロンを使用して水素イオンビームを基板に照射するとき、目的の深さ範囲に水素と格子欠陥とが導入される。水素イオン一個あたりに複数の格子欠陥が形成される。そのため、ある基準量に到達するまでの所要時間は、格子欠陥のほうが水素よりも短い。したがって、既存の水素イオン注入においては、n層を形成するために必要量だけ水素が基板に導入される前に、必要な数の格子欠陥が基板に形成されていると考えられる。   In order to form an n-layer on a semiconductor substrate using hydrogen, it is considered necessary to have both hydrogen and lattice defects in a target depth range. According to the knowledge of the present inventors, when a substrate is irradiated with a hydrogen ion beam using a cyclotron, hydrogen and lattice defects are introduced into a target depth range. A plurality of lattice defects are formed per hydrogen ion. Therefore, the time required to reach a certain reference amount is shorter for lattice defects than for hydrogen. Therefore, in the existing hydrogen ion implantation, it is considered that a necessary number of lattice defects are formed in the substrate before hydrogen is introduced into the substrate in an amount necessary for forming the n layer.

そこで、本実施形態では、水素導入処理と欠陥形成処理とを切り分けている。すなわち、本実施形態では、格子欠陥の形成のためにサイクロトロンを使用し、その後、サイクロトロンを使用せずに水素を基板に導入する。このようにして、サイクロトロンの使用時間を短くすることができる。   Therefore, in this embodiment, the hydrogen introduction process and the defect formation process are separated. That is, in this embodiment, a cyclotron is used to form lattice defects, and then hydrogen is introduced into the substrate without using the cyclotron. In this way, the use time of the cyclotron can be shortened.

図3は、本発明のある実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。この方法は、基板Wにn層を形成するための方法である。図3に示されるように、この方法は、照射工程(S10)と、アニール工程(S12)と、を含む。   FIG. 3 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. This method is a method for forming an n layer on the substrate W. As shown in FIG. 3, this method includes an irradiation step (S10) and an annealing step (S12).

照射工程(S10)においては、粒子線照射装置2(図1及び図2参照)が使用される。粒子線照射装置2は、加速器10を用いて粒子線Bを基板Wに照射し、基板Wの内部に格子欠陥を形成する。本実施形態では、粒子線Bはヘリウムイオンビームである。したがって、加速器10はヘリウムイオンを加速し、ヘリウムイオンビームを基板Wに照射する。このとき、基板Wの背面にヘリウムイオンビームが照射されるように基板Wは保持されている。   In the irradiation step (S10), the particle beam irradiation apparatus 2 (see FIGS. 1 and 2) is used. The particle beam irradiation apparatus 2 irradiates the substrate W with the particle beam B using the accelerator 10, and forms lattice defects inside the substrate W. In the present embodiment, the particle beam B is a helium ion beam. Accordingly, the accelerator 10 accelerates helium ions and irradiates the substrate W with a helium ion beam. At this time, the substrate W is held so that the back surface of the substrate W is irradiated with the helium ion beam.

粒子線Bはヘリウムイオンビームであるから、水素イオンを含まない。よって、照射工程(S10)においては、基板Wに水素は注入されない。   Since the particle beam B is a helium ion beam, it does not contain hydrogen ions. Therefore, hydrogen is not injected into the substrate W in the irradiation step (S10).

サイクロトロンなどの加速器を使用してヘリウムイオンビームを基板Wに照射するとき、目的の深さ範囲に格子欠陥が形成される。ヘリウムイオンのほうが水素イオンよりも重いため、イオン一個あたりの欠陥生成率が大きくなり、欠陥形成処理の所要時間を短くすることができる。したがって、欠陥形成処理の所要時間を短くするために、粒子線Bは、水素イオンを含まないことが望ましい。   When the substrate W is irradiated with a helium ion beam using an accelerator such as a cyclotron, lattice defects are formed in a target depth range. Since helium ions are heavier than hydrogen ions, the defect generation rate per ion is increased, and the time required for defect formation processing can be shortened. Therefore, in order to shorten the time required for the defect formation process, it is desirable that the particle beam B does not contain hydrogen ions.

アニール工程(S12)においては、アニール装置3(図1参照)が使用される。粒子線Bによって処理された基板Wが粒子線照射装置2からアニール装置3へと、作業者によって又は適切な搬送手段によって、搬送される。アニール装置3においては、基板Wはその背面を水素ガス含有雰囲気に露出させている。アニール装置3は、水素ガス含有雰囲気で基板Wの熱処理をする。熱処理によって、シリコン基板の格子欠陥に水素が入り込む。n層を形成するための水素の必要量を満たすように基板Wの欠陥形成層に水素が導入され、そうして得られた水素導入層が活性化される。このようにして、基板Wの背面側に、比較的厚みのあるn層を形成することができる。例えば、基板Wの背面から最大深さ1μmないし50μmの深さ範囲にn層が形成される。このn層は例えば、IGBTのn層に適する。 In the annealing step (S12), the annealing apparatus 3 (see FIG. 1) is used. The substrate W processed by the particle beam B is transferred from the particle beam irradiation apparatus 2 to the annealing apparatus 3 by an operator or by an appropriate transfer means. In the annealing apparatus 3, the back surface of the substrate W is exposed to an atmosphere containing hydrogen gas. The annealing device 3 heats the substrate W in an atmosphere containing hydrogen gas. Hydrogen enters lattice defects of the silicon substrate by the heat treatment. Hydrogen is introduced into the defect formation layer of the substrate W so as to satisfy the necessary amount of hydrogen for forming the n layer, and the hydrogen introduction layer thus obtained is activated. In this way, a relatively thick n layer can be formed on the back side of the substrate W. For example, the n layer is formed in the depth range of the maximum depth of 1 μm to 50 μm from the back surface of the substrate W. This n layer is suitable for an n + layer of IGBT, for example.

アニール工程(S12)において、水素ガス含有雰囲気の圧力を比較的高圧(例えば、大気圧またはそれより高圧)とすると、水素の基板Wへの入り込みが促進されるので好ましい。また、基板Wは、150℃から600℃(好ましくは300℃から500℃、より好ましくは350℃から450℃)の範囲から選択される温度に加熱される。この温度範囲の下限は水素導入層の活性化をもたらすよう定められている。温度範囲の上限は基板Wの前面に既に形成されている素子構造への損傷防止を保証するように(例えば配線に使用される金属(例えばアルミニウム)の融点より低温に)定められている。   In the annealing step (S12), it is preferable to set the pressure of the hydrogen gas-containing atmosphere to a relatively high pressure (for example, atmospheric pressure or higher pressure), since the entry of hydrogen into the substrate W is promoted. The substrate W is heated to a temperature selected from the range of 150 ° C. to 600 ° C. (preferably 300 ° C. to 500 ° C., more preferably 350 ° C. to 450 ° C.). The lower limit of this temperature range is determined to bring about the activation of the hydrogen introduction layer. The upper limit of the temperature range is determined so as to prevent damage to the element structure already formed on the front surface of the substrate W (for example, lower than the melting point of a metal (for example, aluminum) used for wiring).

本実施形態によると、サイクロトロンの運転時間を例えば半減させることができる。一例として、上述の典型的な水素イオン注入においてサイクロトロンの運転時間がおよそ4分であった場合に、それと同様のn層を形成するために要する本方法の照射工程(S10)の所要時間はおよそ2分で充分であると見積もられる。このようにして、本実施形態によると、厚く濃度の高いn層の形成におけるサイクロトロンの運転コストを半減させることができる。アニール工程(S12)は既存の方法でも行われているから、コスト面での影響は軽微である。また、照射工程が枚葉処理であるのに対し、アニール処理はバッチ処理であるため、アニールによる水素導入は低コストである。よって、本実施形態によると、基板のn層形成処理を既存の方法に比べて低コストに行うことができる。   According to this embodiment, the operating time of the cyclotron can be halved, for example. As an example, when the operation time of the cyclotron is about 4 minutes in the above-described typical hydrogen ion implantation, the time required for the irradiation step (S10) of this method required to form the same n layer is about It is estimated that 2 minutes is sufficient. Thus, according to the present embodiment, the operating cost of the cyclotron in forming a thick n-layer with high concentration can be halved. Since the annealing step (S12) is also performed by an existing method, the cost effect is negligible. Further, since the irradiation process is a single wafer process, the annealing process is a batch process, and therefore hydrogen introduction by annealing is low cost. Therefore, according to the present embodiment, the n-layer forming process of the substrate can be performed at a lower cost than the existing method.

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。   In the above, this invention was demonstrated based on the Example. It will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various design changes are possible, various modifications are possible, and such modifications are within the scope of the present invention. By the way.

上述の実施形態では、n層を基板に新たに形成する処理について説明したが、本実施形態に係る方法は、既にn層が形成されている基板に適用することもできる。このようにすれば、既にn層が形成された基板のキャリアの濃度を増大させることも可能である。したがって、ある実施形態に係る半導体装置の製造方法は、既にn層が形成されている基板に加速器を使用して粒子線を照射する照射工程と、水素を含む雰囲気で前記基板の熱処理をするアニール工程と、を備えてもよい。   In the above-described embodiment, the process of newly forming the n layer on the substrate has been described. However, the method according to this embodiment can also be applied to a substrate on which the n layer has already been formed. In this way, it is possible to increase the carrier concentration of the substrate on which the n layer has already been formed. Therefore, a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment includes an irradiation step of irradiating a particle beam using an accelerator on a substrate on which an n layer has already been formed, and an annealing for heat-treating the substrate in an atmosphere containing hydrogen. And a process.

粒子線Bは、ヘリウムイオンビームには限られない。例えば、粒子線Bは、ネオンよりも軽い軽イオンを含む軽イオンビームであってもよい。ただし、粒子線Bは、水素イオンを含まない。これらのイオンは水素イオンよりも重いため、イオン一個あたりの欠陥生成率が大きくなり、欠陥形成処理の所要時間を短くすることができる。   The particle beam B is not limited to a helium ion beam. For example, the particle beam B may be a light ion beam including light ions that are lighter than neon. However, the particle beam B does not contain hydrogen ions. Since these ions are heavier than hydrogen ions, the defect generation rate per ion increases, and the time required for defect formation processing can be shortened.

ある実施形態においては、粒子線Bは、電子を含んでもよい。照射工程(S10)においては、基板Wの内部に格子欠陥を形成するために、加速器10を用いて電子線が基板Wに照射されてもよい。この場合、加速器10を電子線照射装置と呼ぶこともできる。電子線は基板Wの(フィルムやプラスチックなどの)包装を開封することなく照射することができるので、基板Wの取り扱いが容易となり便利である。   In some embodiments, the particle beam B may include electrons. In the irradiation step (S 10), the substrate W may be irradiated with an electron beam using the accelerator 10 in order to form lattice defects inside the substrate W. In this case, the accelerator 10 can also be called an electron beam irradiation apparatus. Since the electron beam can be irradiated without opening the package (such as film or plastic) of the substrate W, the handling of the substrate W is easy and convenient.

ある実施形態においては、粒子線Bは、中性子を含んでもよい。照射工程(S10)においては、基板Wの内部に格子欠陥を形成するために、加速器10を用いて中性子線が基板Wに照射されてもよい。この場合、粒子線照射装置2は、加速器10から出射された荷電粒子線を受けて中性子線を発生させるターゲットをビーム輸送ダクト14の上流に備えてもよい。   In some embodiments, the particle beam B may include neutrons. In the irradiation step (S10), in order to form lattice defects inside the substrate W, the substrate W may be irradiated with a neutron beam using the accelerator 10. In this case, the particle beam irradiation apparatus 2 may include a target that receives the charged particle beam emitted from the accelerator 10 and generates a neutron beam upstream of the beam transport duct 14.

上述の実施形態では、ヘリウムイオンを使用することにより欠陥形成処理と水素導入処理とを完全に分離しているが、水素イオンを含む粒子線Bを使用することにより基板Wの欠陥形成処理中にもいくらかの水素イオンを注入することも可能である。照射工程における水素の注入量は、n層を形成するための水素の必要量に満たない量でよい。アニール処理で水素を補うことができるからである。この場合においても、既存の方法に比べて粒子線Bの照射時間を短くすることができる。   In the above-described embodiment, the defect formation process and the hydrogen introduction process are completely separated by using helium ions, but during the defect formation process of the substrate W by using the particle beam B containing hydrogen ions. It is also possible to implant some hydrogen ions. The amount of hydrogen injected in the irradiation step may be less than the required amount of hydrogen for forming the n layer. This is because the annealing treatment can supplement hydrogen. Even in this case, the irradiation time of the particle beam B can be shortened as compared with the existing method.

加速器10はサイクロトロンには限られない。比較的運転コストの高いサイクロトロンを使用しないことにより、基板にn層を形成するコストをさらに低減することができる。加速器10は、サイクロトロン以外の円形加速器(例えばシンクロトロン)であってもよい。あるいは、加速器10は、加速粒子を直線上で加速するリニアックなどの線形加速器であってもよいし、バンデグラフやタンデムなどの静電加速器であってもよい。よって、粒子線照射装置2は、高エネルギーイオン注入装置であってもよい。   The accelerator 10 is not limited to a cyclotron. By not using a cyclotron with a relatively high operating cost, the cost of forming the n layer on the substrate can be further reduced. The accelerator 10 may be a circular accelerator other than a cyclotron (for example, a synchrotron). Alternatively, the accelerator 10 may be a linear accelerator such as a linac that accelerates accelerated particles on a straight line, or may be an electrostatic accelerator such as a bandegraph or a tandem. Therefore, the particle beam irradiation apparatus 2 may be a high energy ion implantation apparatus.

1 製造システム、 2 粒子線照射装置、 3 アニール装置、 10 加速器、 B 粒子線、 W 基板。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Manufacturing system, 2 Particle beam irradiation apparatus, 3 Annealing apparatus, 10 Accelerator, B particle beam, W board | substrate.

Claims (6)

加速器を使用して粒子線を基板に照射する照射工程と、
前記基板にn層を形成するために、水素を含む雰囲気で前記基板の熱処理をするアニール工程と、を備え、
前記照射工程は、前記n層を形成するための水素必要量に達しないように水素イオンを含む粒子線を前記基板に照射すること、または、水素イオンを含まない粒子線を前記基板に照射することを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
An irradiation process of irradiating the substrate with particle beams using an accelerator;
An annealing step of heat-treating the substrate in an atmosphere containing hydrogen to form an n-layer on the substrate,
In the irradiation step, the substrate is irradiated with a particle beam containing hydrogen ions so as not to reach a required hydrogen amount for forming the n layer, or a particle beam not containing hydrogen ions is irradiated onto the substrate. The manufacturing method of the semiconductor device characterized by the above-mentioned.
前記水素イオンを含まない粒子線は、水素イオンを除く軽イオンを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the particle beam not containing hydrogen ions contains light ions excluding hydrogen ions. 前記粒子線はヘリウムイオンビームであることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the particle beam is a helium ion beam. 前記加速器は、円形加速器、線形加速器、または静電加速器であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the accelerator is a circular accelerator, a linear accelerator, or an electrostatic accelerator. 前記加速器は、サイクロトロンであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the accelerator is a cyclotron. 粒子線を基板に照射するための加速器を備える粒子線照射装置と、
前記基板にn層を形成するために、水素を含む雰囲気で前記基板の熱処理をするアニール装置と、を備え、
前記粒子線照射装置は、前記n層を形成するための水素必要量に達しないように水素イオンを含む粒子線を前記基板に照射し、または、水素イオンを含まない粒子線を前記基板に照射することを特徴とする基板処理システム。
A particle beam irradiation apparatus including an accelerator for irradiating a particle beam to a substrate;
An annealing apparatus for performing a heat treatment of the substrate in an atmosphere containing hydrogen to form an n layer on the substrate,
The particle beam irradiation apparatus irradiates the substrate with a particle beam containing hydrogen ions so as not to reach a required hydrogen amount for forming the n layer, or irradiates the substrate with a particle beam not containing hydrogen ions. A substrate processing system.
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