JPH0251224A - Method for implanting impurity - Google Patents

Method for implanting impurity

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JPH0251224A
JPH0251224A JP20296588A JP20296588A JPH0251224A JP H0251224 A JPH0251224 A JP H0251224A JP 20296588 A JP20296588 A JP 20296588A JP 20296588 A JP20296588 A JP 20296588A JP H0251224 A JPH0251224 A JP H0251224A
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JP
Japan
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impurity
chip
substrate
laser
mask
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JP20296588A
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Toshiaki Hongo
俊明 本郷
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Tokyo Electron Ltd
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Tokyo Electron Ltd
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Abstract

PURPOSE:To largely shorten a processing time as compared with that of selective formation by a laser scanning by irradiating an impurity film with a patterned high energy beam, and implanting impurity into a substrate to be processed. CONSTITUTION:A sample stage 5 is driven in a two-dimensional manner, one chip of a semiconductor wafer 6 is positioned to a reticle mask 3, and a laser beam is oscillated by an excimer laser oscillator 1. The intensity distribution of this beam is made uniform and enlarged by a homogenizer 2, and the beam is incident to the mask 3. The beam patterned by passing it through the mask 3 is contracted to the size to be projected to the one chip through a projecting contraction lens 4 and introduced into the one chip of the wafer 6. Here, a substrate 10 is melted at the irradiated position, and the As of an impurity layer 16 formed on the molten part is injected into the substrate. When the laser beam is extinguished, the Si substrate 10 is recrystallized, and a chip having a junction layer 18 containing the impurity can be formed.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、不純物の注入方法に関する。[Detailed description of the invention] [Purpose of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to a method for implanting impurities.

(従来の技術) 従来より、半導体集積回路の主fM造工程の一つである
回路バターニング工程では、イオン注入装置を用いてシ
リコンなどの半導体基板に不純物を注入することか行わ
れている。
(Prior Art) Conventionally, in a circuit patterning process, which is one of the main fM manufacturing processes for semiconductor integrated circuits, impurities are implanted into a semiconductor substrate such as silicon using an ion implantation device.

このイオン注入装置を用いたイオン注入方法では、注入
すべき不純物すなわちイオン粒子を一定巣の加速電圧で
加速して半導体基板にイオンを打ち込む方法であるため
、不純物が基板内に深く注入される傾向にあった。
In the ion implantation method using this ion implantation device, the impurity to be implanted, that is, the ion particles, is accelerated with a constant acceleration voltage and the ions are implanted into the semiconductor substrate, so the impurity tends to be implanted deeply into the substrate. It was there.

ここで、近年は半導体デイバイスの高密度化・高集積化
が進み、現状では例えばIMDRAMが主流であるが、
近い将来には4MDRAM、16MDRAM、64MD
RAMに順次移行するよう予想されている。そして、各
DRAMの不純物の打ち込む幅W及びその深さDは集積
度が高まるにつれ粂件が厳しくなり IMDRAM:  W=1.2μm。
In recent years, semiconductor devices have become more dense and highly integrated, and currently, for example, IMDRAM is the mainstream.
In the near future, 4MDRAM, 16MDRAM, 64MD
It is expected that they will be gradually migrated to RAM. The impurity implant width W and depth D of each DRAM become more strict as the degree of integration increases, and for IMDRAM: W=1.2 μm.

D =0 、2〜0 、3 AZ rn4MDRAM:
  W=0.8μrn。
D = 0, 2~0, 3 AZ rn4MDRAM:
W=0.8 μrn.

D=0.2μm 16MDRAM: W=0.5.urr+。D=0.2μm 16MDRAM: W=0.5. urr+.

D = 0 、1〜0 、 15 、L(m程度となっ
ている。そして、上述したイオン注入装置による方法で
は、4MDRAMまでは1.産が可能であるが、16M
DRAMの製造の実現は疑問視され、64MDRAM以
降の高集積度の半導体デイバイスの製造は困難となって
いる6そこで、上記のようなイオン注入装置に代わって
、高密度半導体デバイスのソース、ドレインなどの浅い
接合の形成に好適な方法として、レーザードーピング方
法が注目されている。
D = 0, 1 to 0, 15, L (approximately m).The method using the ion implantation device described above can produce up to 4M DRAM, but up to 16M DRAM.
The realization of DRAM manufacturing has been questioned, and it has become difficult to manufacture highly integrated semiconductor devices beyond 64M DRAM. Laser doping is attracting attention as a suitable method for forming shallow junctions.

このレーサードーピング方法は未だ実用化するまでに至
っていないか、原理的にはレーザー光をシリコン等の半
導体表面に照射して溶解し、これを再結晶することで不
純物を半導体基板内に注入するもので、イオン注入装置
よりも不純物の注入を浅くできる点で注1]されている
This laser doping method has not yet been put to practical use, but in principle, laser light is irradiated onto the surface of a semiconductor such as silicon to melt it, and this is recrystallized to inject impurities into the semiconductor substrate. Note 1) that it is possible to implant impurities more shallowly than with an ion implanter.

(発明か解決しようとする問題点) 上記のようなレーザードーピングを実現するに際して、
レーサー光をスキャンして半導体ウェハの各チップ内の
多数の不純物注入位置を選択的に照射し、これをウェハ
内の全てのチップに対して実行する方法が学界等で発表
されている。
(Problem to be solved by the invention) In realizing the above laser doping,
A method has been announced in academia and the like in which laser light is scanned to selectively irradiate a large number of impurity implantation positions within each chip of a semiconductor wafer, and this is applied to all chips within the wafer.

しかしながら、通常1チツプ内には100万箇所ものイ
オン注入箇所があり、また、6インチウェハで200個
ものチップか存在するので、このようなスキャン方式に
より不純物注入を実行すると1枚の半導体ウェハを処理
するのに数時間を要し、量産には不向きな方法であった
。また、レーザー光の走査光学系をも要するので装置が
大型化・複雑化するという問題もあった。
However, there are usually as many as one million ion implantation locations in one chip, and there are as many as 200 chips in a 6-inch wafer, so if impurity implantation is performed using this scanning method, one semiconductor wafer can be implanted. It took several hours to process and was not suitable for mass production. Furthermore, since a laser beam scanning optical system is also required, there is a problem that the apparatus becomes larger and more complicated.

そこで、本発明の目的とするところは、」−述した従来
の問題点を解決し、比較的短時間でレーザードーピング
を実行し、かつ、構成も簡易にすることができる不純物
の注入方法を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide an impurity implantation method that solves the above-mentioned conventional problems, performs laser doping in a relatively short time, and has a simple configuration. It's about doing.

[発明の構成コ 〈問題点を解決するための手段) 本発明は、被処理基板」二に不純物の膜を形成した後に
、 パターンイヒされた高エネルギービームを1−記不純物
の膜に照射して、上記不純物を被処理基板内に注入する
不純物の注入方法にある。
[Structure of the Invention (Means for Solving Problems)] The present invention provides the following method: After forming an impurity film on a substrate to be processed (2), the impurity film described in (1) is irradiated with a patterned high-energy beam. The present invention provides an impurity implantation method for implanting the impurity into a substrate to be processed.

(作用) 本発明方法では、パターン化された高エネルギービーム
を照射するもので短時間に不純物の注入が実効できる特
徴がある。
(Function) The method of the present invention is characterized in that impurity implantation can be effectively performed in a short period of time by irradiating a patterned high-energy beam.

(実施例) 以下、本発明方法を半導体ウェハの各チップに不純物を
注入する場合に適用しな一実施例について、図面を参照
して具体的に説明する。
(Example) Hereinafter, an example in which the method of the present invention is not applied to implanting impurities into each chip of a semiconductor wafer will be specifically described with reference to the drawings.

まず、不純物注入装置について説明すると、レーザー光
源として例えば308nn+の紫外線KI域の波長で1
j/cl11の高エネルギービームを出力するエキシマ
レーザ−QNN13設けられている。このエキシマレー
ザ−発振器1より出力されたビームはホモジナイザ−2
に入力され、該ビームの大きさを調整すると共に、強度
分布が均一になるように成形されることになる。すなわ
ち、エキシマレーザの強度分布が長方形の拡がりを持ち
、しかもガウス分布状に分布しているため、上記ホモジ
ナイザー2としては、一般に直交する2組の平行ビーム
作成用のシリンドリカルレンズや光分布均−化用フライ
・アイ・レンズを用いて所望の大きさの成形ビームにす
るようになっている。
First, to explain about the impurity implantation device, as a laser light source, for example, the wavelength of 308nn+ ultraviolet KI region is
An excimer laser QNN13 that outputs a high energy beam of j/cl11 is provided. The beam output from this excimer laser oscillator 1 is homogenizer 2
The beam size is adjusted and the beam is shaped to have a uniform intensity distribution. In other words, since the intensity distribution of the excimer laser has a rectangular spread and is distributed in a Gaussian distribution, the homogenizer 2 is generally made of two orthogonal sets of cylindrical lenses for creating parallel beams or a light distribution equalizer. A fly-eye lens is used to shape the beam to the desired size.

ホモジナイザー2を通過したビームは、レチクルマスク
3を通過することで、不純物の注入領域に対応する領域
のみ透過したパターン化されたビームとされる。このレ
チクルマスク3は、例えば5i02基板七にレーザービ
ームを透過さ゛ぜない領域のみEB描画法等によってク
ロムの膜を形成することで構成され、少なくとも半導体
ウェハの1チツプ内の不純物を注入すべき全領域(例え
ば100万箇所)が透過パターンとして形成されている
。なお、このレチクルマスク3のパターンは、半導体ウ
ェハの1チツプの大きさの5倍程度の大きさに拡大して
形成されている。
The beam that has passed through the homogenizer 2 passes through the reticle mask 3, thereby becoming a patterned beam that passes through only the area corresponding to the impurity implantation area. This reticle mask 3 is constructed by forming a chromium film using an EB lithography method or the like only in the areas where the laser beam does not pass through the 5i02 substrate 7, for example, and covers at least all the areas in one chip of the semiconductor wafer where impurities are to be implanted. (for example, 1 million locations) are formed as a transparent pattern. Note that the pattern of this reticle mask 3 is formed to be enlarged to about five times the size of one chip of a semiconductor wafer.

このレチクルマスク3を通過することでパターン化され
たビームを、半導体ウェハの1チツプに縮小して投影す
るための縮小投影レンズ4が設けられ、このレンズ4の
下方に少なくともX−Y移動またはθ方向の移動が可能
なX−Yステージ等の試料aW台5が配置され、この試
料載置台5の上に被処理基板である半導体ウェハ6か載
置して支持されている。
A reduction projection lens 4 is provided to reduce and project the beam patterned by passing through the reticle mask 3 onto one chip of a semiconductor wafer. A sample aW table 5 such as an X-Y stage that is movable in directions is arranged, and a semiconductor wafer 6, which is a substrate to be processed, is placed and supported on the sample mounting table 5.

次に、上記の不純物注入装置を用いての本発明方法の一
例について第2図を参照して説明する。
Next, an example of the method of the present invention using the above impurity implantation apparatus will be explained with reference to FIG.

第2図(A)は、処理前の半導体ウェハのNMO8の断
面を示すもので、Si基板10上にはそノ両端4.:S
 i02 jPJl 2.12と、その中央部にゲート
電極となる多結晶5i14が形成されている。
FIG. 2(A) shows a cross section of the NMO 8 of the semiconductor wafer before processing. :S
i02 jPJl 2.12 and a polycrystalline 5i14 serving as a gate electrode is formed in the center thereof.

まず、第1工程として、不純物の薄膜を形成する必要か
あり、NMO3の場合の不純物であるAsの薄膜16を
例えばCVD等によって100人程度の厚さで形成する
(第2図(B)参照)。
First, as a first step, it is necessary to form a thin film of impurities, and a thin film 16 of As, which is an impurity in the case of NMO3, is formed to a thickness of about 100 mm by, for example, CVD (see Figure 2 (B)). ).

次に、上記不純物注入装置を用いた不純物の注入工程を
実施する。
Next, an impurity implantation process using the impurity implantation apparatus described above is performed.

ここで、まず、試料a置台5の2次元駆動により、レチ
クルマスク3に対する半導体ウェハ6の1チツプを位置
決めし、位置決めが終了した所でエキシマレーザ−発振
罷工よりレーザービームを発振する。
Here, first, one chip of the semiconductor wafer 6 is positioned with respect to the reticle mask 3 by two-dimensional driving of the sample a mounting table 5, and when the positioning is completed, a laser beam is oscillated by an excimer laser oscillation trigger.

そうすると、このビームはホモジナイザー2によって強
度分布の均一化および拡大化が実行され、レチクルマス
ク3に入射することになる。レチクルマスク3は、半導
体ウェハ6の1チツプの5倍程度に拡大された透過パタ
ーンによって、1チツプ内の各不純物注入位置に対応さ
せて上記レーザービームを透過することになる。
Then, the intensity distribution of this beam is made uniform and expanded by the homogenizer 2, and the beam is made incident on the reticle mask 3. The reticle mask 3 has a transmission pattern that is enlarged approximately five times as large as one chip of the semiconductor wafer 6, and allows the laser beam to pass therethrough in correspondence with each impurity implantation position within one chip.

そして、このレチクルマスク3を透過することでパター
ン化されたビームは縮小投影レンズ4によって1チツプ
に投影できる大きさに」1記ビームを縮小させて、半導
体ウェハ6の1チツプに導くことになる。
Then, the patterned beam transmitted through this reticle mask 3 is reduced to a size that can be projected onto one chip by a reduction projection lens 4, and is guided to one chip of the semiconductor wafer 6. .

ここで、上記レーザービームか例えば500 nij/
−以上のレーザエネルギーを有するものであれば、Si
基板10はその照射された位置が溶解し、溶解部上に形
成されていた不純物層16のAsを基板内部に収り込む
ことになる。
Here, the above laser beam is, for example, 500 nij/
- If it has a laser energy of more than
The irradiated portion of the substrate 10 is melted, and the As of the impurity layer 16 formed on the melted portion is trapped inside the substrate.

そして、レーザービームの消光と共にSi基板70は再
結晶化し、第2図<C>に示すように不純物を包含した
接合M18を持ったチップを形成することができる。尚
、第2図(C)はその後不純物層16を除去した状態を
示している。
Then, as the laser beam is extinguished, the Si substrate 70 is recrystallized, and a chip having a junction M18 containing impurities can be formed as shown in FIG. 2<C>. Incidentally, FIG. 2(C) shows a state in which the impurity layer 16 is subsequently removed.

この際、レーザービームが照射されない部分のSXMは
内部にAsを溶かし込むことがなく、したがって不純物
の選択形成を、上記レチクルマスク3によるパターン化
されたビームによって実現することができる。
At this time, the portions of the SXM that are not irradiated with the laser beam do not dissolve As into the interior, and therefore selective formation of impurities can be realized by the beam patterned by the reticle mask 3.

そして、以降はこのような動作を試料載置台5のIIn
次移動、例えば1チツプ毎にステップ・アンド・リピー
トでステップ駆動しながら、半導体ウェハ5全面のチッ
プにAsの接合層18を形成することかできる。
From then on, such an operation will be performed using IIn of the sample mounting table 5.
The bonding layer 18 of As can be formed on the chips over the entire surface of the semiconductor wafer 5 while performing subsequent movement, for example, step-and-repeat driving for each chip.

ここで、このようなレチクルマスク3の使用による方法
では、例えばパルス発振であるエキシマレーザ−が10
rns毎に発振し、1チツプに10パルスのレーザー照
射を実施したとすると、1チツプあたりの処理に要する
時間は位置決め時間を含めて1秒あれば十分であり、6
インチウェハの場合で200チツプを処理するのに20
0秒程度の処理時間で済む、従って、従来のレーザスキ
ャン方式に比べればその処理時間は大幅に短縮され、レ
ーザドーピング方法の実用化に際してのスルーブツトの
向上を確保することができる。
Here, in the method using such a reticle mask 3, for example, the excimer laser which is a pulse oscillation is
Assuming that 10 pulses of laser irradiation are performed on one chip by oscillating every rns, 1 second is sufficient for the processing time per chip, including positioning time, and 6
In the case of inch wafers, 20
The processing time is approximately 0 seconds. Therefore, the processing time is significantly shortened compared to the conventional laser scanning method, and an improvement in throughput can be ensured when the laser doping method is put into practical use.

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
Note that the present invention is not limited to the above embodiments,
Various modifications are possible within the scope of the invention.

例えば、上記実施例では半導体ウェハのしかもNMO3
の場合を例にあげて説明したが、不純物の注入の必要な
他の種々の被処理基板についても本発明を同様に適用す
ることができる。
For example, in the above embodiment, the semiconductor wafer and NMO3
Although the case has been described as an example, the present invention can be similarly applied to various other substrates to be processed that require implantation of impurities.

また、高エネルギービームを1環射するビーム源として
も、被処理基板を溶かしこむことができるものであれば
、エキシマレーザ−発振器に限定されるものでもない4 さらに、本発明は予め被処理基板に不純物の薄膜を形成
することが必要であるが、この不純物の薄膜形成の方法
については、CVDの他種々の膜形成方法を採用するこ
とができる。
Furthermore, the beam source that emits a single high-energy beam is not limited to an excimer laser oscillator as long as it can melt the substrate to be processed. It is necessary to form a thin film of impurities, and various film forming methods other than CVD can be used to form the thin film of impurities.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明方法によればパターン化さ
れた高エネルギービームを被処理基板の不純物のMlに
照射するので、レーザスキャンによって選択形成するも
のに比べて処理時間3大幅に短縮することができる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the method of the present invention, the patterned high-energy beam is irradiated onto the impurity Ml on the substrate to be processed, so the processing time is 3 times shorter than that in which selective formation is performed by laser scanning. It can be significantly shortened.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明方法を実施するための不純物注入装置
の一実施例を説明するための概略説明図、第2図は、本
発明の一実施例方法を説明するための概略説明図である
。 1・・・レーザ源、 2・・・ホモジナイザー 3・・・レチクルマスク、 4・・・縮小投影レンズ、 5・・・試料載置台、 6・・・被処理基板、 16・・・不純物層、 18・・・接合層。
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram for explaining one embodiment of an impurity implantation apparatus for carrying out the method of the present invention, and FIG. 2 is a schematic explanatory diagram for explaining one embodiment of the method of the present invention. be. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Laser source, 2... Homogenizer 3... Reticle mask, 4... Reduction projection lens, 5... Sample mounting stage, 6... Substrate to be processed, 16... Impurity layer, 18... Bonding layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 被処理基板上に不純物の膜を形成した後に、パターン化
された高エネルギービームを上記不純物の膜に照射して
、この不純物を注入することを特徴とする不純物の注入
方法。
An impurity implantation method comprising forming an impurity film on a substrate to be processed, and then irradiating the impurity film with a patterned high-energy beam to implant the impurity.
JP20296588A 1988-08-15 1988-08-15 Method for implanting impurity Pending JPH0251224A (en)

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