JP2653304B2 - 半導体装置の処理方法および処理装置 - Google Patents
半導体装置の処理方法および処理装置Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、集積回路およびその他
の半導体装置の処理に関する。さらに詳しくは、このよ
うな装置の熱アニーリングに関する。
の半導体装置の処理に関する。さらに詳しくは、このよ
うな装置の熱アニーリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路チップまたはウェーハの処理に
は、通常、以下の段階が含まれる： １．電子ビームを用いて感光層を選択的に重合する（ウ
ェーハ上へ直接書き込む）段階。
は、通常、以下の段階が含まれる： １．電子ビームを用いて感光層を選択的に重合する（ウ
ェーハ上へ直接書き込む）段階。
【０００３】２．重合層をマスクとして用いてドーピン
グ・ウィンドウを開口し、絶縁層（ＳｉＯ2 ， Ｓｉ3
Ｎ4 など）をエッチングして除去する段階。
グ・ウィンドウを開口し、絶縁層（ＳｉＯ2 ， Ｓｉ3
Ｎ4 など）をエッチングして除去する段階。
【０００４】３．イオン注入または固相拡散を用いて半
導体の選択された領域をドーピングする段階（いわゆる
前被着（predeposition ）段階）。
導体の選択された領域をドーピングする段階（いわゆる
前被着（predeposition ）段階）。
【０００５】４．熱アニーリングを用いてドーパント・
イオンを置換部位に移す段階（ドーパントの電気的活性
化）。これには、拡散炉または高速熱アニール装置（Ｒ
ＴＡ）内で、基板材料（ウェーハ）全体に対して非局所
的な熱処理を行うことが含まれる。
イオンを置換部位に移す段階（ドーパントの電気的活性
化）。これには、拡散炉または高速熱アニール装置（Ｒ
ＴＡ）内で、基板材料（ウェーハ）全体に対して非局所
的な熱処理を行うことが含まれる。
【０００６】選択的酸化が必要な場合は、酸素ビームを
段階３で用いて、段階４の熱処理で酸素イオンの共有結
合を形成する。
段階３で用いて、段階４の熱処理で酸素イオンの共有結
合を形成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記の処理の欠点は、
アニーリング段階で時間がかかり、ウェーハの反りなど
の問題が起こることである。
アニーリング段階で時間がかかり、ウェーハの反りなど
の問題が起こることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、基板全
体のアニーリング処理の必要がない、ウェーハ，集積回
路またはその他の半導体装置の処理を行う方法を提供す
ることである。
体のアニーリング処理の必要がない、ウェーハ，集積回
路またはその他の半導体装置の処理を行う方法を提供す
ることである。
【０００９】本発明により、マイクロ波フィールドが半
導体装置を囲むように発生して、集束された電子ビーム
またはイオン・ビームが基板に印加され、電子ビームま
たはイオン・ビームの存在によって導電領域ができる。
そのために、その領域内のマイクロ波フィールドの強度
が増大し、強化されたマイクロ波フィールドが基板内に
局部的な熱効果を生じて、局部的なアニーリング作用を
行なう。
導体装置を囲むように発生して、集束された電子ビーム
またはイオン・ビームが基板に印加され、電子ビームま
たはイオン・ビームの存在によって導電領域ができる。
そのために、その領域内のマイクロ波フィールドの強度
が増大し、強化されたマイクロ波フィールドが基板内に
局部的な熱効果を生じて、局部的なアニーリング作用を
行なう。
【００１０】このように、本発明により、アニーリング
はイオン注入と同時に行われるので、その後のアニーリ
ング効果に対する必要がなくなる。
はイオン注入と同時に行われるので、その後のアニーリ
ング効果に対する必要がなくなる。
【００１１】基板に印加されるイオン・ビームについて
は、ヒ素，ホウ素，燐イオンのビームを選択的注入に用
いるとよい。または、酸素イオン・ビームを用いて基板
の選択的酸化を行ってもよい。この場合、局部的なアニ
ーリング作用が共有結合の発生を助ける。
は、ヒ素，ホウ素，燐イオンのビームを選択的注入に用
いるとよい。または、酸素イオン・ビームを用いて基板
の選択的酸化を行ってもよい。この場合、局部的なアニ
ーリング作用が共有結合の発生を助ける。
【００１２】基板への直接書き込みに電子ビームを用い
る場合は、局所アニーリング効果を利用して、たとえば
燐またはホウ素によりドーピングされたシリコン・ガラ
スの層に書き込みを行う例などがある。アニーリング効
果は、電子ビームが基板に当たる領域内にドーパント・
イオンの移動(migration) を生じさせることがある。こ
れにより、イオン注入用の領域をあらかじめ規定するた
めに基板のマスキングと選択的重合を行なう必要がなく
なる。
る場合は、局所アニーリング効果を利用して、たとえば
燐またはホウ素によりドーピングされたシリコン・ガラ
スの層に書き込みを行う例などがある。アニーリング効
果は、電子ビームが基板に当たる領域内にドーパント・
イオンの移動(migration) を生じさせることがある。こ
れにより、イオン注入用の領域をあらかじめ規定するた
めに基板のマスキングと選択的重合を行なう必要がなく
なる。
【００１３】マイクロ波フィールドの強度を高めるため
の物理的なメカニズムは、電子ビームを供給するか、あ
るいはイオン・ビーム注入部位を囲む二次電子の「クラ
ウド（cloud ）」の存在により、自由電子の存在と結び
付いている。これによってその領域の導電率が高まり、
その領域の電磁透過性または磁化率を実質的に向上す
る。
の物理的なメカニズムは、電子ビームを供給するか、あ
るいはイオン・ビーム注入部位を囲む二次電子の「クラ
ウド（cloud ）」の存在により、自由電子の存在と結び
付いている。これによってその領域の導電率が高まり、
その領域の電磁透過性または磁化率を実質的に向上す
る。
【００１４】アニーリング効果は、１０+12 ないし１０
+13 から１０+16 の広い範囲のイオン・ビーム濃度で起
こることがわかっている。イオン・ビーム濃度の最低閾
値があることもわかっており、この閾値よりも濃度が低
いと、局所アニーリング効果は起こらない。この閾値
は、イオンの種類などのさまざまな要因に依存し、特定
の用途の閾値は実験により簡単に判定できる。しかし、
典型的な閾値の値は、３０ないし４０ワットｃｍ-2の最
低エネルギー流である。
+13 から１０+16 の広い範囲のイオン・ビーム濃度で起
こることがわかっている。イオン・ビーム濃度の最低閾
値があることもわかっており、この閾値よりも濃度が低
いと、局所アニーリング効果は起こらない。この閾値
は、イオンの種類などのさまざまな要因に依存し、特定
の用途の閾値は実験により簡単に判定できる。しかし、
典型的な閾値の値は、３０ないし４０ワットｃｍ-2の最
低エネルギー流である。
【００１５】本発明の望ましいマイクロ波周波数の範囲
は、２ないし４ＧＨｚである。ＵＨＦのような低い周波
数では、充分な加熱効果が生まれず、周波数が高すぎる
と充分な加熱効果が生じなかったり、かつ／またはこの
効果を発生させることが困難になる場合がある。
は、２ないし４ＧＨｚである。ＵＨＦのような低い周波
数では、充分な加熱効果が生まれず、周波数が高すぎる
と充分な加熱効果が生じなかったり、かつ／またはこの
効果を発生させることが困難になる場合がある。
【００１６】そのため、本発明では、局所加熱は２つの
物理的効果の結合、すなわち、半導体材料との集束ビー
ムの直接的な相互作用によりきわめて高密度の自由電子
を発生させること、および高電力マイクロ波と自由電子
のクラウドとを選択的結合することにより生じる。
物理的効果の結合、すなわち、半導体材料との集束ビー
ムの直接的な相互作用によりきわめて高密度の自由電子
を発生させること、および高電力マイクロ波と自由電子
のクラウドとを選択的結合することにより生じる。
【００１７】分解能を高くするためにミクロン以下のス
ポットが必要となるため、電子ビームのみを用いて熱ア
ニーリングを行なうことはできない。これは、ビーム強
度とビーム・サイズとの間の物理的な制約（空間電荷効
果）によるためである。本発明は、マイクロ波の助けを
借りた電子ビームを用いて局所アニーリングを行うため
に必要な最適エネルギーを発生する。
ポットが必要となるため、電子ビームのみを用いて熱ア
ニーリングを行なうことはできない。これは、ビーム強
度とビーム・サイズとの間の物理的な制約（空間電荷効
果）によるためである。本発明は、マイクロ波の助けを
借りた電子ビームを用いて局所アニーリングを行うため
に必要な最適エネルギーを発生する。
【００１８】本発明はの利点として − 現場(in situ) アニーリングによるマスクの要らな
い操作 − 低バルク温度動作により、ドーパント分布の再分配
（前のドーピング段階からの）が必要ない − 安価な多層装置技術（積層トランジスタ）への道が
開けるなどが挙げられる。
い操作 − 低バルク温度動作により、ドーパント分布の再分配
（前のドーピング段階からの）が必要ない − 安価な多層装置技術（積層トランジスタ）への道が
開けるなどが挙げられる。
【００１９】
【実施例】他のエネルギ源と比較してマイクロ波を用い
ることの利点は、エネルギが小さな体積に集約されて、
入射電子流により電子／正孔対が形成されることであ
る。この現象は、高度に集束された電子ビームまたはイ
オン・ビームによる、自由電子のクラウドが発生した後
に、材料の導電率が大幅に局部的に増加することに基づ
く。
ることの利点は、エネルギが小さな体積に集約されて、
入射電子流により電子／正孔対が形成されることであ
る。この現象は、高度に集束された電子ビームまたはイ
オン・ビームによる、自由電子のクラウドが発生した後
に、材料の導電率が大幅に局部的に増加することに基づ
く。
【００２０】入射電子流のエネルギは、印加されるマイ
クロ波のエネルギに比べ無視できるほど小さい。局部的
に導電率を大きくすることにより、マイクロ波の束線が
図２に示されるように集束される。
クロ波のエネルギに比べ無視できるほど小さい。局部的
に導電率を大きくすることにより、マイクロ波の束線が
図２に示されるように集束される。
【００２１】加速電圧がホット・スポット体積を規定
し、走査速度がスポット・サイズを制御し、ビーム強度
とマイクロ波の入射電力がホット・スポットの温度を決
定する。
し、走査速度がスポット・サイズを制御し、ビーム強度
とマイクロ波の入射電力がホット・スポットの温度を決
定する。
【００２２】現在の設定の能力により、ミクロン以下の
面積の半導体材料の気化を制御できる温度に達すること
が可能になる。
面積の半導体材料の気化を制御できる温度に達すること
が可能になる。
【００２３】高度に制御可能なマイクロ波電力は、基板
の温度をきわめて良好に制御することを可能にする。こ
れにより、必要ならば標準のＲＴＡ後処理を行って、再
結晶化欠陥をなくすことができる。
の温度をきわめて良好に制御することを可能にする。こ
れにより、必要ならば標準のＲＴＡ後処理を行って、再
結晶化欠陥をなくすことができる。
【００２４】図１に示されるように、装置は処理室
（２）を有する走査電子顕微鏡より構成される。この処
理室には、シリコン・ウェーハ用のホルダ（図示せず）
が含まれる。処理室（２）は、処理室（２）の上に配置
された集束レンズ（６）を有する走査電子顕微鏡（４）
の電子銃部に接続されている。顕微鏡には、高圧電源
と、フィラメント・ヒータと、ウェネルト(wehnelt) バ
イアス電源とが含まれる。真空部は電子銃に接続され、
ポンプ筒（８）と拡散ポンプ（１０）とより構成されて
いる。また、隔離弁（１２），荒引き弁（１４），空気
抜き弁（１６），高真空弁（１８）および荒引きポンプ
（２０）も設けられる。真空計（２２）も設けられる。
ビデオ信号プロセッサとＣＲＴも設けられる（図示せ
ず）。
（２）を有する走査電子顕微鏡より構成される。この処
理室には、シリコン・ウェーハ用のホルダ（図示せず）
が含まれる。処理室（２）は、処理室（２）の上に配置
された集束レンズ（６）を有する走査電子顕微鏡（４）
の電子銃部に接続されている。顕微鏡には、高圧電源
と、フィラメント・ヒータと、ウェネルト(wehnelt) バ
イアス電源とが含まれる。真空部は電子銃に接続され、
ポンプ筒（８）と拡散ポンプ（１０）とより構成されて
いる。また、隔離弁（１２），荒引き弁（１４），空気
抜き弁（１６），高真空弁（１８）および荒引きポンプ
（２０）も設けられる。真空計（２２）も設けられる。
ビデオ信号プロセッサとＣＲＴも設けられる（図示せ
ず）。
【００２５】マイクロ波はマイクロ波発生装置（２４）
から処理室に印加され、１／４波導波部（２６）を介し
て２ないし４ＧＨｚの領域の信号を与える。導波部（２
６）は結合器部（２８）を介して結合され、この結合器
部には既知の方法で処理室への調波素子（３０）が含ま
れる。
から処理室に印加され、１／４波導波部（２６）を介し
て２ないし４ＧＨｚの領域の信号を与える。導波部（２
６）は結合器部（２８）を介して結合され、この結合器
部には既知の方法で処理室への調波素子（３０）が含ま
れる。
【００２６】一例として、以下の条件を採用した： 電子ビーム サイズ： ５０-1マイクロメータ 電圧： ３０Ｋボルト 強度： １０-8アンペア 走査速度： ２．５センチメータ／秒 マイクロ波 電力： ３０ワット 周波数： ２．４５ＧＨｚ 本発明は他の用途にも用いることができる、たとえば： ａ）液相拡散。液相内の拡散係数は、固体の場合の１０
倍になる。本発明では、拡散時間が大幅に短縮され、ビ
ーム走査速度に比べると、即時アニールと考えられるほ
どまで短縮される。
倍になる。本発明では、拡散時間が大幅に短縮され、ビ
ーム走査速度に比べると、即時アニールと考えられるほ
どまで短縮される。
【００２７】ｂ）マイクロ波の助けによる集束ビームに
誘発された酸化：マイクロ波の助けを借りた集束ビーム
によって、酸化剤と基板との化学反応により局部的な酸
化が可能となる。上述のように、集束ビームを制御する
ことにより、ミクロン以下の酸化直接書き込み（たとえ
ばサブミクロニクス・ロコス（Submicronics Locos））
が可能となる。
誘発された酸化：マイクロ波の助けを借りた集束ビーム
によって、酸化剤と基板との化学反応により局部的な酸
化が可能となる。上述のように、集束ビームを制御する
ことにより、ミクロン以下の酸化直接書き込み（たとえ
ばサブミクロニクス・ロコス（Submicronics Locos））
が可能となる。
【００２８】ｃ）急冷（クエンチ）：本技術を用いる
と、レーザ法や電子法に比べて、はるかに品質の優れた
急冷が可能となる。その理由は、液滴付近のマイクロ波
エネルギの加熱効果により、固相／液相温度勾配が著し
く小さくなるためである。
と、レーザ法や電子法に比べて、はるかに品質の優れた
急冷が可能となる。その理由は、液滴付近のマイクロ波
エネルギの加熱効果により、固相／液相温度勾配が著し
く小さくなるためである。
【００２９】ｄ）ＲＴＡ機能：本発明による技術を、よ
り高温に達することを利用して等温高速熱アニールとし
て用いることができる。
り高温に達することを利用して等温高速熱アニールとし
て用いることができる。
【図１】本発明の方法を実施するための装置である。
【図２】本発明の方法における、マイクロ波と電子ビー
ムとの相互作用のメカニズムを表す。
ムとの相互作用のメカニズムを表す。
２ 処理室 ４ 電子銃 ６ 集束レンズ ８ ポンプ筒 １０ 高真空拡散ポンプ １２ 隔離弁 １４ 荒引き弁 １６ 空気抜き弁 １８ 高真空弁 ２０ 荒引きポンプ ２２ 真空計 ２４ マイクロ波発生装置 ２６ マイクロ波導波装置 ２８ マイクロ波結合器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グリオ・デニス フランス国31170トゥルネフュィーユ、 アンパッセ・フランソワ・ヴァルディエ １ (72)発明者 パジェ・アレネ フランス国31270トロザーネ、ヴィルヌ ーブ、ル・デ・ティレーユ19
Claims (9)
- 【請求項１】 半導体素子を包むようにマイクロ波フィ
ールドを発生させ、同時に集束電子ビームまたはイオン
・ビームを前記素子の基板に印加する半導体基板から成
る半導体素子の処理方法であって、前記電子ビームまた
はイオン・ビームの存在により前記基板に導電領域が生
じ、それによってその領域のマイクロ波フィールド強度
が増大し、前記強化されたマイクロ波フィールドが前記
基板内に局所加熱効果を生じ、局所アニーリング作用を
行なうことを特徴とする方法。 - 【請求項２】 集積回路が前記基板上に形成される請求
項１記載の方法。 - 【請求項３】 イオン・ビームが、基板をドーピングす
るためのヒ素イオン，ホウ素イオンまたは燐イオンから
成る請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 イオン・ビームが、基板を酸化するため
の酸素イオンのビームから成る請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 電子ビームが前記基板の被ドーピング層
に直接書き込むために用いられ、それによって局部的に
加熱された領域に対してドーパントイオンのイオンの移
動（ｉｏｎ ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）を生じさせる請求項
１記載の方法 - 【請求項６】 イオン・ビーム濃度が１０＋１２ないし
１０＋１ ６イオンｃｍ−３である請求項１記載に方法。 - 【請求項７】 マイクロ波周波数が２ないし４ＧＨｚで
ある請求項１記載の方法。 - 【請求項８】 半導体基板を有する半導体素子を処理す
るための装置であって、該装置は前記半導体素子を収容
するための処理室、電子ビームまたはイオン・ビームを
発生させるビーム発生手段、前記基板上に前記ビームを
集束させる手段および前記処理室内でマイクロ波フィー
ルドを同時に発生させるマイクロ波フィールド発生手段
から構成され、強化されたマイクロ波フィールドが、前
記処理室内の前記集束されたビームの領域において発生
され、前記基板内に局所加熱作用を生じせしめ、局所ア
ニーリング作用を生じせしめることを特徴とする装置。 - 【請求項９】 前記ビーム発生手段が前記基板を収容す
る前記処理室を有する走査電子顕微鏡から成り、前記マ
イクロ波フィールド発生手段がマイクロ波発生装置と前
記処理室の領域で前記マイクロ波発生発生装置を前記顕
微鏡に結合させる導波手段とから構成される請求項８記
載の装置。
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