JPH04314330A - 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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- JPH04314330A JPH04314330A JP3353907A JP35390791A JPH04314330A JP H04314330 A JPH04314330 A JP H04314330A JP 3353907 A JP3353907 A JP 3353907A JP 35390791 A JP35390791 A JP 35390791A JP H04314330 A JPH04314330 A JP H04314330A
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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
- H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S148/071—Heating, selective
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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。
め要約のデータは記録されません。
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 ， Ｓ
ｉ３ 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 ， Ｓ
ｉ３ 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。
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。
【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。
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。
【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。
、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
）。
）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。
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。
【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（Ｓｕｂｍｉｃｒｏｎｉｃ
ｓ 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（Ｓｕｂｍｉｃｒｏｎｉｃ
ｓ 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。
、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
Claims (11)
- 【請求項１】 半導体装置を囲むようにマイクロ波フ
ィールドを発生させて、集束電子ビームまたはイオン・
ビームを装置の基板に印加する半導体装置の処理方法で
あって、電子ビームまたはイオン・ビームの存在により
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、強化されたマイクロ波フィール
ドが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】 半導体装置が、その上に集積回路を有
するウェーハから構成される請求項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】 電子ビームが材料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イオンの移動（ｉｏｎ ｍｉｇｒ
ａｔｉｏｎ） 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＋１６ イオンｃｍ−３である請求項１記載
の方法。 - 【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】 添付の図面により実質的に説明される
請求項１記載の方法。 - 【請求項９】 半導体装置を囲むようにマイクロ波フ
ィールドを発生する手段と、電子ビームまたはイオン・
ビームを発生する手段と、基板上にビームを集束する手
段とから構成される半導体装置を処理するための装置で
あって、その構成は、強化されたマイクロ波フィールド
がビームの領域に発生され、基板内に局部的なアニーリ
ング作用を生じせしめることを特徴とする装置。 - 【請求項１０】 発生手段が、基板を収容する処理室
を有する走査電子顕微鏡と、マイクロ波発生装置と、処
理室の領域で発生装置を顕微鏡に結合させる導波手段と
から構成される請求項９記載の装置。 - 【請求項１１】 添付の図面の図１を参照して実質的
に説明されるされる請求項９記載の装置。
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