JPH03248419A - Semiconductor production device - Google Patents

Semiconductor production device

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JPH03248419A
JPH03248419A JP4637790A JP4637790A JPH03248419A JP H03248419 A JPH03248419 A JP H03248419A JP 4637790 A JP4637790 A JP 4637790A JP 4637790 A JP4637790 A JP 4637790A JP H03248419 A JPH03248419 A JP H03248419A
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JP
Japan
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plasma
implanted
wafer
implantation
increased
Prior art date
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Pending
Application number
JP4637790A
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Japanese (ja)
Inventor
Takehisa Yamaguchi
偉久 山口
Takashi Kuroi
隆 黒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPH03248419A publication Critical patent/JPH03248419A/en
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Abstract

PURPOSE:To eliminate non-uniformity of implantation distribution and enable the amount of implantation to be increased by applying light or laser light onto a semiconductor substrate surface, a plasma region, or a partial region along with occurrence of plasma in an impurity implantation process. CONSTITUTION:An ArF laser light 14 is applied onto an entire region within a plasma, one part within plasma, a surface of a wafer 4, or a part of the wafer where an impurity is be implanted. When laser is irradiated into plasma, the energy enables a molecule within plasma which is not ionized to be decomposed, amount of existing ions such as plasma AS<+> and B<+> to be increased, the number of implanted ions per unit area to be increased, and a density 13 of the implanted ion seed to be increased. When laser light is applied onto a surface of the wafer, excitation energy by laser light enables activation rate to be increased, thus promoting substrate surface reaction. Therefore, process time is reduced, inferior influence of a natural oxide film 12 which exists on the surface of the wafer can be prevented, and non-uniformity of an implanted distribution 11 and the amount of implantation can be fully avoided.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は半導体製造装置に関し、特に、不純物層の形
成を行う半導体製造装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and particularly to a semiconductor manufacturing apparatus that forms an impurity layer.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体装置の作製においては、多数回の不純物層形成工
程がある。不純物層の形成方法としてはイオン注入法や
ドーピングガス、ドープドガラスを用いた熱拡散法等が
ある。ところで、近年のLSIの著しい発展においては
その集積度が上昇するとともにそのLSIを構成するト
ランジスタの面積は縮小される方向にあり、そのような
トランジスタにおいて発生する問題の1つであるショー
トチャネル効果を抑制するためには浅い接合形成が重要
なプロセスの1つとして挙げられる。従来の方法である
イオン注入法においては、その原理も深く理解されてい
るが、注入時に発生する結晶欠陥を回復させるにはある
程度の熱処理が必要であり、その熱処理の結果、接合深
さを浅くするにはある程度問題を残すこととなっていた
。また、トレンチ構造の側壁等にドーピングを行う場合
には注入角度に制限が加わるために、希望する注入分布
、量が得られないという問題が発生する。
In manufacturing a semiconductor device, there are many steps for forming an impurity layer. Methods for forming the impurity layer include ion implantation, doping gas, and thermal diffusion using doped glass. By the way, with the remarkable development of LSI in recent years, the degree of integration has increased and the area of the transistors that make up the LSI has been reduced, and the short channel effect, which is one of the problems that occur in such transistors, has been reduced. Formation of shallow junctions is one of the important processes to suppress this. The principle of the conventional ion implantation method is well understood, but a certain amount of heat treatment is required to recover crystal defects that occur during implantation, and as a result of the heat treatment, the junction depth can be reduced. This meant that some problems remained. Furthermore, when doping the sidewalls of the trench structure, restrictions are placed on the implantation angle, resulting in the problem that the desired implantation distribution and amount cannot be obtained.

ここで、このような環境において注目されている不純物
のドーピング方法の1つとしてプラズマドーピング法が
挙げられる。この方法はB2H4やASH3のドーピン
グガスをプラズマ化し、半導体基板と電極間に存在する
電界により半導体基板中にドーピングを行うという方法
である。第2図はこのようなプラズマドーピング装置を
示す断面側面図であり、図において、1はプラズマ反応
容器、2は上部の電極、3は下部の電極、4はウェハ、
6はガス導入口、7はガス排気口、8はマツチングボッ
クス、9はRFt源である。図に示すように、まず、ガ
ス導入口6から導入するガスはHe等の不活性ガスで希
釈したASH:l、B2H2を用いる。次に上下電極間
にプラズマを発生させる。この時、発生したAs”、B
+等のイオンは数百〜数KeV程度に加速され、ウェハ
4に注入される。このようなプラズマを用いることによ
り、高アスペクト比のトレンチ内部に均一に不純物ドー
ピングができるとともに、数百eVの低エネルギーで半
導体基板表面に照射されるために浅い接合形成が可能と
なり、また半導体基板表面へのダメージの発生も抑制さ
れる。
Here, one of the impurity doping methods that is attracting attention in such an environment is a plasma doping method. In this method, a doping gas such as B2H4 or ASH3 is turned into plasma, and the semiconductor substrate is doped by an electric field existing between the semiconductor substrate and an electrode. FIG. 2 is a cross-sectional side view showing such a plasma doping apparatus, and in the figure, 1 is a plasma reaction vessel, 2 is an upper electrode, 3 is a lower electrode, 4 is a wafer,
6 is a gas inlet, 7 is a gas exhaust port, 8 is a matching box, and 9 is an RFt source. As shown in the figure, first, the gas introduced from the gas inlet 6 is ASH:l, B2H2 diluted with an inert gas such as He. Next, plasma is generated between the upper and lower electrodes. At this time, As”, B
Ions such as + are accelerated to several hundred to several KeV and implanted into the wafer 4. By using such plasma, it is possible to uniformly dope impurities inside a trench with a high aspect ratio, and since the surface of the semiconductor substrate is irradiated with low energy of several hundred eV, it is possible to form shallow junctions, and it is also possible to form shallow junctions in the semiconductor substrate. Damage to the surface is also suppressed.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところで、従来のプラズマドーピング法は上述したよう
に有効なプロセスであるが、いくつかの問題点がある。
By the way, although the conventional plasma doping method is an effective process as described above, there are some problems.

その1つは半導体基板表面に存在する自然酸化膜の影響
である。第3図は従来の第2図のプラズマドーピング装
置によるプラズマドーピング時の基板内の注入イオンの
分布状態を示したものであり、4はウェハ、11は注入
イオンの分布状態、12はウェハ4の表面に形成された
自然酸化膜、13は注入イオン種の密度を示している。
One of them is the influence of a natural oxide film existing on the surface of the semiconductor substrate. FIG. 3 shows the distribution of implanted ions in the substrate during plasma doping using the conventional plasma doping apparatus shown in FIG. A natural oxide film formed on the surface, 13, indicates the density of the implanted ion species.

このようなプラズマドーピング法により注入されるイオ
ン種は数百eVという低エネルギーのため、被注入面の
状態に非常に敏感となり基板表面に存在する自然酸化膜
12を影響を受け、この場合、自然酸化膜12が注入イ
オンに対してマスクとして作用し、その結果、不純物の
注入分布の不均一性、注入量の低下をきたすこととなっ
ていた。
The ion species implanted by such a plasma doping method have a low energy of several hundred eV, so they are very sensitive to the condition of the implanted surface, and the natural oxide film 12 existing on the substrate surface is affected. The oxide film 12 acts as a mask for the implanted ions, resulting in non-uniformity in the implanted impurity distribution and a reduction in the implanted amount.

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、プラズマドーピング法における注入分布の不
均一性を解消できるとともに、注入量の増大を図ること
ができる半導体製造装置を提供することを目的とする。
This invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus that can eliminate non-uniformity of implantation distribution in plasma doping and increase the amount of implantation. With the goal.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

この発明に係る半導体製造装置は、プラズマドーピング
装置内において、プラズマ発生時に光またはレーザ光を
、半導体基板表面あるいは不純物注入予定領域、または
、プラズマの全領域あるいは部分域に照射するようにし
たものである。
The semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention is configured such that when plasma is generated, light or laser light is irradiated onto the surface of the semiconductor substrate, the region to be implanted with impurities, or the entire region or partial region of the plasma in the plasma doping device. be.

〔作用〕[Effect]

この発明に係る半導体製造装置のプラズマドーピング法
は、プラズマドーピング装置内においてプラズマ発生時
にレーザ光を半導体基板表面あるいは不純物注入予定領
域、またはプラズマの全領域あるいは部分域に照射する
ため、基板表面反応が促進され、活性化率、ドーズ量が
増大し、均一な浅い接合が形成される。
In the plasma doping method for semiconductor manufacturing equipment according to the present invention, when plasma is generated in the plasma doping apparatus, laser light is irradiated to the semiconductor substrate surface or the region to be implanted with impurities, or to the entire region or partial region of the plasma, so that the substrate surface reaction is prevented. The activation rate and dose increase, and a uniform shallow junction is formed.

〔実施例〕〔Example〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は発明の一実施例による半導体製造装置であるプ
ラズマドーピング装置を示す側面断面図である。図にお
いて、従来例の第2図と同一符号は同一部分を示し、1
0はArFレーザである。
FIG. 1 is a side sectional view showing a plasma doping apparatus which is a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the invention. In the figure, the same reference numerals as in FIG. 2 of the conventional example indicate the same parts, and 1
0 is an ArF laser.

基本的な装置構造は第2図のプラズマエツチング装置と
同等である。
The basic device structure is the same as the plasma etching device shown in FIG.

まず、ガス導入口6から導入するガスはHe等の不活性
ガスで希釈したA S Hi 、  Bz Hbを用い
る。次に上下電極2.3間にプラズマを発生させる。こ
の時、発生したAs”、B”等のイオンは数百〜数Ke
V程度に加速され、ウェハ4に注入される。この時、A
rFレーザ装置1oがら発生されるArFレーザは、石
英窓5を通ってウェハ4の表面の全域あるいは部分域ま
たはプラズマ中へ照射される。
First, the gas introduced from the gas inlet 6 is A S Hi , Bz Hb diluted with an inert gas such as He. Next, plasma is generated between the upper and lower electrodes 2.3. At this time, the ions such as As'' and B'' generated are several hundred to several Ke
It is accelerated to approximately V and is implanted into the wafer 4. At this time, A
The ArF laser generated by the rF laser device 1o passes through the quartz window 5 and is irradiated onto the entire surface of the wafer 4 or into a partial region or into the plasma.

ここでプラズマドーピング装置におけるArFレーザの
役割について説明する。
Here, the role of the ArF laser in the plasma doping apparatus will be explained.

第4図は本発明の一実施例によるプラズマドーピング装
置によりドーピングを行った場合のドーピング時の注入
分布の様子を示したものである。
FIG. 4 shows the implantation distribution during doping when doping is performed using a plasma doping apparatus according to an embodiment of the present invention.

図に示すように、本実施例は、ArFレーザ光14をプ
ラズマ中あるいはウェハ表面、詳しく言えば、プラズマ
中の全領域あるいはプラズマ中の一部分、または、ウェ
ハ4の表面あるいはウェハの不純物注入を行いたい箇所
に照射するようにしたものである。レーザ照射をプラズ
マ中に行った場合には、そのエネルギーによりプラズマ
中に存在するイオン化されていな分子が分解され、プラ
ズマ中に存在するAs”、B”等のイオン存在量が大き
くなり、単位面積当たりの注入イオンの個数が増加し、
注入イオン種の密度13の増加につながる。またレーザ
光をウェハ表面部に照射した場合は、そのレーザ光によ
る励起エネルギーにより活性化率が上がり、基板表面反
応が促進されることになる。従って、本実施例において
は、これらの効果により、プロセス時間の短縮化を図る
ことができると同時に、従来問題となっていたウェハ表
面に存在する自然酸化膜の悪影響を防止でき、注入分布
、注入量の不均一性を充分に回避でき、基板4内におけ
る注入イオンの分布をほぼ均一にできる。
As shown in the figure, in this embodiment, the ArF laser beam 14 is used to implant impurities into the plasma or the wafer surface, more specifically, the entire region of the plasma or a part of the plasma, the surface of the wafer 4, or the impurity of the wafer. It is designed to irradiate the desired area. When laser irradiation is performed in plasma, the energy decomposes non-ionized molecules existing in the plasma, increasing the amount of ions such as As'' and B'' existing in the plasma, and increasing the amount of ions per unit area. The number of implanted ions increases,
This leads to an increase in the density 13 of the implanted ionic species. Further, when the wafer surface is irradiated with laser light, the activation rate increases due to the excitation energy of the laser light, and the substrate surface reaction is promoted. Therefore, in this example, due to these effects, it is possible to shorten the process time, and at the same time, it is possible to prevent the adverse effects of the native oxide film existing on the wafer surface, which has been a problem in the past, and to improve the implantation distribution and implantation. Nonuniformity in the amount of ions can be sufficiently avoided, and the distribution of implanted ions within the substrate 4 can be made almost uniform.

なお、上記実施例ではArFレーザ10を2基用いた場
合について示したが、これは1基もくしはそれ以上の数
周いるようにしてもよい。
In the above embodiment, two ArF lasers 10 are used, but one or more ArF lasers may be used several times.

また、上記実施例においてはレーザ光としてArFレー
ザを用いたが、これはKrFレーザ等。
Further, in the above embodiment, an ArF laser was used as the laser beam, but this may be a KrF laser or the like.

他のレーザでもよく、さらには上記実施例と同様の効果
が得られるのであればレーザ光に限らず、例えば紫外光
等、他の光線を用いても構わない。
Other lasers may be used, and furthermore, other light beams such as ultraviolet light may be used instead of laser beams as long as the same effects as in the above embodiments can be obtained.

また、上記実施例ではレーザ装置10は固定されている
場合を示したが、これは回転式の機構を備えたものであ
ってもよく、その場合にも上記実施例と同様の効果を奏
する。
Further, in the above embodiment, the case where the laser device 10 is fixed is shown, but it may be equipped with a rotating mechanism, and in that case, the same effects as in the above embodiment can be obtained.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明によれば、プラズマドーピング
法によりドーピングを行う際に、ArFレーザ等による
半導体基板表面あるいはプラズマ中への照射を併用する
ようにプラズマドーピング装置を構成したので、基板表
面に存在する自然酸化膜等の影響を受けずに注入分布、
注入量の均一性の良いものが得られるとともに、目的の
注入量を短時間に得ることができる効果がある。
As described above, according to the present invention, when performing doping by the plasma doping method, the plasma doping apparatus is configured to simultaneously use irradiation of the semiconductor substrate surface or plasma with an ArF laser, etc. Implant distribution without being affected by existing natural oxide films, etc.
It is possible to obtain a uniform injection amount and to obtain a desired injection amount in a short period of time.

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

第1図はこの発明の一実施例によるプラズマドーピング
装置を示す断面側面図、第2図は従来のプラズマドーピ
ング装置を示す断面側面図、第3図は従来のプラズマド
ーピング法を用いた場合のドーピング時の模式図、第4
図はこの発明におけるプラズマドーピング法を用いた場
合のドーピング時の模式図である。 図中、1は反応容器、2は上部電極、3は下部電極、4
はウェハ、5は石英窓、6はガス導入口、7はガス排気
口、8はマソチングボフクス、9はRF電源、10はA
rFレーザ、11は注入分布、12は自然酸化膜、13
は注入イオン種の密度、14はArFレーザ光である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
FIG. 1 is a cross-sectional side view showing a plasma doping apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional side view showing a conventional plasma doping apparatus, and FIG. 3 is a doping process using a conventional plasma doping method. Schematic diagram of time, No. 4
The figure is a schematic diagram of doping when using the plasma doping method according to the present invention. In the figure, 1 is a reaction vessel, 2 is an upper electrode, 3 is a lower electrode, 4
is a wafer, 5 is a quartz window, 6 is a gas inlet, 7 is a gas exhaust port, 8 is a machining box, 9 is an RF power supply, 10 is an A
rF laser, 11 is injection distribution, 12 is natural oxide film, 13
is the density of the implanted ion species, and 14 is the ArF laser beam. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体装置の製作における不純物注入工程におい
てプラズマを用いて注入を行う半導体製造装置であって
、 上記プラズマを用いて注入を行う際に、プラズマの発生
とともに、光またはレーザ光を、半導体基板表面あるい
は不純物注入予定領域に、またはプラズマの全領域ある
いは部分域に照射するようにしたことを特徴とする半導
体製造装置。
(1) A semiconductor manufacturing apparatus that performs implantation using plasma in an impurity implantation process in the manufacture of semiconductor devices, and when performing implantation using the plasma, as well as generating plasma, light or laser light is emitted into the semiconductor substrate. 1. A semiconductor manufacturing apparatus characterized in that irradiation is applied to a surface or a region to be implanted with impurities, or to the entire region or a partial region of plasma.
JP4637790A 1990-02-26 1990-02-26 Semiconductor production device Pending JPH03248419A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999065069A1 (en) * 1998-06-08 1999-12-16 Applied Materials Inc. Method of ion implantation
KR100819336B1 (en) * 2004-02-19 2008-04-02 한국과학기술원 A Device and method for low electron temperature plasma generator

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