JPH04196416A

JPH04196416A - 半導体装置の製造方法と製造装置

Info

Publication number: JPH04196416A
Application number: JP2327493A
Authority: JP
Inventors: Masataka Kase; 正隆加勢; Haruhisa Mori; 森　治久; Takashi Igarashi; 崇五十嵐
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1992-07-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕イオン注入装置のウェハの温度制御方法と機構に関し。

注入温度を下げてビームアニールを防止する際に、ウェ
ハ表面に付着する汚染の低減と、装置の処理能力の向上
を目的とし。

１）ウェハをウェハ保持板上に載せ、該ウェハ保持板内
の配管に一酸化炭素を流して該ウェハを冷却し、該ウェ
ハ上にビームを照射して処理を行うように構成する。

２）前記一酸化炭素が大気圧以上に加圧されているよう
に構成する。

３）ウェハを載せ，一酸化炭素を流して該ウェハを冷却
する配管を設けたウェハ保持板と、該配管に一酸化炭素
を流すための手段と、該ウェハ上にビームを照射する手
段を有するように構成する。

４）冷媒を循環する手段と、該冷媒を冷却する熱交換器
とをウェハ保持板内に有するように構成する。

５）前記４）の冷媒が一酸化炭素であるように構成する
。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置の製造方法と製造装置に係り、特に
イオン注入装置のウェハの温度制御方法と機構に関する
。

近年のイオン注入装置は、高処理能力化に対応して高電
流化が行われるようになり、　２０ｍＡ程度の注入機が
市販されている。

また、高エネルギー化された注入機も開発されており、
従来２００ＫｅＶ程度であったのが３　ＭｅＶ程度まで
実用化されている。

上記の高電流注入では、ビームアニール効果により、注
入層への悪影響が懸念されている。

例えば、注入層への悪影響として、ビームアニールによ
るアモルファス結晶界面の湾曲、アモルファス化遷移領
域の拡大等が示唆されている＋１０１）　Ｍ、に、Ｅｌ
−Ｇｈｏｒ　ｅｔ　ａｌ、。

５ｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉ
ｏｎ　ｏｆ　ｄａｍａｇｅ　ｉｎ　５ｉ（１００）　ｐ
ｒｏｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ＭｅＶ　Ｓｉ”　ｉｏｎ　ｉｍ
ｐｌａｎｔａｔｉｏｎａｎｄ　ａｎｎｅａｌｉｎｇ、。

Ｊ、Ｍａｔｅ、Ｒｅｓ、　Ｖｏｌ、５．　Ｎｏ、２．ｐ
３５２．（Ｆｅｂ、１９９０）。

、本発明は上記のビームアニールを防止する方法および
装置として利用できる。

〔従来の技術〕

イオン注入装置は、イオンビームの照射を受けてウェハ
が高温になるのを防ぐため、ウェハ保持板をフロンの冷
却媒体、または純水により冷却している。この場合、フ
ロン冷却は一３０°Ｃ２水冷では０℃までウェハを冷却
できる。このような冷却は主に、注入中におけるフォト
レジストの保護を目的としている。

さらに、上記注入層への悪影響を防止するため。

ウェハを液体窒素温度まで冷却することて、上記ビーム
アニール効果を防ぐことができると報告されているわ。

２）　Ｊ、Ｎａｒａｙａｎ　ａｎｄ　Ｏ，Ｗ、Ｈｏ１ｌ
ａｎｄ。

Ｃｈｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｉｏｎ−Ｉｍｐ
ｌａｎｔａｔｉｏｎ　Ｄａｍａｇｅｓａｎｄ　Ａｎｎｅ
ａｌｉｎｇ　Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ　ｉｎ　Ｓｅｍ１ｃｏ
ｎｄｕｃｔｏｒ。

Ｊ、　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ、　Ｓａｃ、、　Ｖｏｌ
、１３１．　Ｎｏ、Ｉｌ、ｐ２６５１゜（１９８４）。

そこで、従来は注入温度を下げてビームアニールを防止
するために９手軽に入手できる液体窒素が採用されてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

実用上、ウェハを液体窒素温度に冷却するとっぎのよう
な問題が生ずる。

イオン注入後、液体窒素温度に冷却したウェハを装置よ
り取り出したとき、大気中の酸素または窒素が液化して
ウェハに付着する。

そのとき、ウェハ表面に付着した液滴が、微粒子（塵埃
）を集め、蒸発した後除去困難な微粒子の固形物を残す
。

さらに、ウェハを液体窒素温度まで冷却する場合は、注
入位置ヘウエハをロードして温度を下げる時間、また注
入後ウェハを収納するウェハカセットまでアンロードし
て常温まで温度を上げる時間が長（、装置の処理量を低
減する。

本発明は注入温度を下げてビームアニールを防止する際
に、ウェハ表面に付着する汚染の低減と。

装置の処理能力の向上を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題の解決は。

１）ウェハをウェハ保持板上に載せ、該ウェハ保持板内
の配管に一酸化炭素を流して該ウェハを冷却し、該ウェ
ハ上にビームを照射して処理を行う半導体装置の製造方
法、あるいは２）前記一酸化炭素が大気圧以上に加圧されている前記
１）記載の半導体装置の製造方法、あるいは３）ウェハを載せ，一酸化炭素を流して該ウェハを冷却
する配管を設けたウェハ保持板と、該配管に一酸化炭素
を流すための手段と、該ウェハ上にビームを照射する手
段を有する半導体製造装置。

あるいは４）冷媒を循環する手段と、該冷媒を冷却する熱交換器
とをウェハ保持板内に有する半導体装置の製造装置、あ
るいは５）前記冷媒が一酸化炭素であることを特徴とする前記
４）記載の半導体装置の製造装置により達成される。

〔作用〕

本発明は、冷媒に一酸化炭素（ＣＯ）を用い、注入温度
を液体窒素温度および液体酸素温度より高く設定して、
注入後のウェハを大気または窒素雰囲気中に曝したとき
、昇温中に液体窒素または液体酸素の液滴がウェハに付
着することがないことを利用して、ウェハの汚染を防止
するようにしたものである。

一酸化炭素は数気圧では低温で液化し、　−１５０℃程
度の冷却に適している。

また、冷却温度が液体窒素温度より高いため。

冷却と昇温に要する時間が短く装置の処理能力の低下を
抑制し、冷却と昇温にともなう温度差によるウェハの歪
を緩和できる。

一酸化炭素による冷却程度の温度でも、ビームアニール
防止の効果を示すデータの一例をつぎに説明する。

例えば、　−１００°ＣでＳｉ中の単一空格子が移動し
始めるデータＳ】があり、このことより注入温度が一１
００℃以下であるならば注入による自己アニールは防止
できることが容易に推測できる。

３）　Ｔ、５ｕＺｕｋｉ　ｅｔ　ａｔ、“Ｌｏｗ　Ｔｅ
ｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｉｏｎ　Ｉｍｐｌ−ａｎｔａｔｉ
ｏｎ　ｆｏｒ　Ｂｕｒｒｉｅｄ　Ｌａｙｅｒ　Ｆｏｒｍ
ａｔｉｏｎ″。

Ｅｘｔｅｎｄｅｄ　Ａｂｓｔｅｕｃｔｓ　ｏｆ　２２ｎ
ｄ　（１９９０Ｉｎｔｅｒｎａｔｉ−ｏｎａ１）　Ｃｏ
ｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　５ｏｌｉｄ　５ｔａｔｅ　Ｄ
ｅｖｉｃｅｓ　ａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓ、　５ｅｎｄ
ａｉ、　１９９０．ｐｐ１１６３−１１６４゜〔実施例
〕実施例では通常のイオン注入装置のウェハ保持板に冷却
管を配置し、冷却管に加圧一酸化炭素を流すようにする
。

第１図は本発明の一実施例を説明するウェハ保持板の断
面図である。

図において、１は回転円板、２はウェハ保持板。

３は回転支持部、４は一酸化炭素導出口５は一酸化炭素
導出口５６は一酸化炭素導出口５７は一酸化炭素導出口
５８は一酸化炭素の配管、９はベアリング、１０はパイ
トン０リング、　　１１はベアリング保護用のヒータで
ある。

回転円板１は回転支持部３にベアリング９を介して保持
され、かつパイトン０リング１０により気密を保ちなが
ら中心軸の回りを回転する。

冷却された加圧一酸化炭素は大気側の一酸化炭素導入口
４より１回転支持部３の上面で９回転軸の回りの円周上
に形成された一酸化炭素導入溝６より９回転円板ｌ内に
ウェハ保持板２を経由して設けられた配管８に供給され
る。

ウェハ保持板２を冷却した加圧一酸化炭素は一酸化炭素
導出溝７を経て一酸化炭素導出口５から大気側に導出さ
れる。

実施例に使用した加圧一酸化炭素の圧力は４気圧で温度
は一１５０℃である。

第２図は本発明の他の実施例を説明するウェハ保持板の
断面図である。

この図は９回転運動する回転円板１から熱を熱交換器に
より輸送する例である。

熱交換器１２を回転円板１と回転支持部３との間に設け
，一酸化炭素は循環ポンプ１３により配管８を通してウ
ェハ保持板２と熱交換器１２との間を循環する。

熱交換器１２はＯリング１０により気密が保たれている
。１４は熱交換器１２の熱交換のための冷媒を流す配管
で９回転支持部３内に設けられる。

このときの冷媒は９例えば液体窒素を用いる。

半導体装置の製造方法の実施例として、上記実施例の装
置を用い、加圧一酸化炭素により冷却されたシリコン（
Ｓｉ）基板内に砒素イオン（Ａｓ”）を注入した例を説
明する。

注入条件はエネルギー：　　６０ＫｅＶ注入電流：２５ｍＡ基板温度ニー−１５０℃ ドーズ量：　　３ＸＩＯ１５ｃｍ−’ 以下に実施例のデバイスに及ぼす効果について説明する
。

従来の室温注入では、砒素注入層の欠陥回復のため１０
００℃以上のアニール処理が必要とされる。

さらに、アニール処理は欠陥を回復するだけでなく、注
入された不純物を拡散させてｐｎ接合を深（することに
よりリーク電流を少なく抑える効果を持っている。

砒素注入によって形成されたアモルファス層と結晶層の
遷移領域（Ａ／Ｃ遷移領域）に欠陥が残留するために、
ｐｎ接合をその欠陥より深（形成しないと高信頼の接合
が形成できない。

一１００°Ｃ以下の低温注入では砒素注入によるＡ／Ｃ
遷移領域が小さくなり（すなわち深さ方向に薄くなり）
アニール後に発生する結晶欠陥も少なくなる。したがっ
て、アニール温度および時間の低減が可能となり、同時
にリーク電流も減少し。

高信頼のｐｎ接合が得られる。

また、アニール処理の低減により、拡散が抑制され、浅
い接合の形成にも有利で、デバイスの高速化に有効であ
る。

このことは、砒素イオンだけでなく、硼素イオン（Ｂ”
）、りんイオン（Ｐ“）にも有効である。

特に、硼素イオンは軽い元素であるため、室温ではアモ
ルファス層が形成されず、注入層すべてがＡ／Ｃ遷移領
域と同様な構造をとり、アニール後も欠陥が残留するが
、従来は硼素の拡散が速いためｐｎ接合と欠陥とが距離
的に離れやすく、比較的リーク電流の少ないｐｎ接合す
ることができるとされていた。浅いｐ＋層を形成するた
め、　Ｂ＋またはＢＦ２＋を低エネルギーで注入するこ
とが有効であると同時に、拡散を抑制することも重要と
なって（る。そのとき注入層内の欠陥を少なく抑えるた
めに本発明による低温注入が有効な手段となってくる。

また、ウェハを液体窒素温度以下に冷却すると。

真空チャンバ内に残留した窒素がウェハに付着し凝結す
る。凝結部にはイオンが注入されな（なり。

注入量のウェハ内分布の異常等の障害が発生したり、窒
素の液滴に塵を取り込むおそれがあったが。

実施例では液体窒素温度以上の注入温度であるから、こ
のような危惧は全くなくなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、注入温度を下げて
ビームアニールを防止する際に、ウェハ表面に付着する
汚染か低減され、装置の処理能力が向上した。

すなわち、液体窒素温度までウェハを冷却する必要の無
い場合、液体窒素温度以上の温度で注入する方が処理能
力の上から有利である。

また、ウェハを昇温する場合に液体窒素や液体酸素が付
着することがないからウェハの汚染はない。

また、注入温度が液体窒素温度より高いため。

温度差により発生するウェハの歪を緩和することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するウェハ保持板の断
面図。第２図は本発明の他の実施例を説明するウェハ保持板の
断面図である。図において。１は回転円板。２はウェハ保持板。３は回転支持部。４は一酸化炭素導入口。５は一酸化炭素導出口。６は一酸化炭素導入溝。７は一酸化炭素導出溝。８は一酸化炭素の配管。９はベアリング。１０はパイトン０リング。１１はベアリング保護用のヒータ。１２は熱交換器。１３は一酸化炭素の循環ポンプ。１４は熱交換のための冷媒を流す配管

Claims

【特許請求の範囲】１）ウェハをウェハ保持板上に載せ，該ウェハ保持板内
の配管に一酸化炭素を流して該ウェハを冷却し，該ウェ
ハ上にビームを照射して処理を行うことを特徴とする半
導体装置の製造方法。２）前記一酸化炭素が大気圧以上に加圧されていること
を特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。３）ウェハを載せ，一酸化炭素を流して該ウェハを冷却
する配管を設けたウェハ保持板と，該配管に一酸化炭素
を流すための手段と，該ウェハ上にビームを照射する手
段を有することを特徴とする半導体装置の製造装置。４）冷媒を循環する手段と，該冷媒を冷却する熱交換器
とをウェハ保持板内に有することを特徴とする半導体装
置の製造装置。５）前記冷媒が一酸化炭素であることを特徴とする請求
項４記載の半導体装置の製造装置。