JPH0479215A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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Publication number
JPH0479215A
JPH0479215A JP19371990A JP19371990A JPH0479215A JP H0479215 A JPH0479215 A JP H0479215A JP 19371990 A JP19371990 A JP 19371990A JP 19371990 A JP19371990 A JP 19371990A JP H0479215 A JPH0479215 A JP H0479215A
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JP
Japan
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impurity
semiconductor substrate
semiconductor
wavelength
electromagnetic wave
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Application number
JP19371990A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Sugita
義博 杉田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a semiconductor device where the degree of integration is further improved by activating the impurity atoms, which are introduced into a semiconductor substrate, while irradiating a semiconductor substrate with a supersoft X-ray and applying DC bias. CONSTITUTION:Ion implantation layer 2 is formed at the surface B of an Si substrate 1, and the surface of the implantation layer is coated with a metallic film 3, and the ion implantation layer is irradiated with a supersoft X ray 4 through a metallic film, while applying DC voltage to the board. At this time, the electromagnetic wave is one that the longest wavelength lambda in the effective wavelength region fulfils the relation of lambda>=lambda0, to the shortest wavelength lambda0 that the semiconductor material shows the atomic absorption section area equivalent to the maximum condition, when one has calculated the linear absorption coefficient which becomes the maximum at the depth position being set in the ion implantation layer region, and further heat treatment temperature is set to the temperature at which the element region determined by the concentration of impurity ions does not change, in excess of the allowable range. Further, the electromagnetic wave is synchrotron radiation, and includes the supersoft X-ray of the wavelength equivalent to the L absorbing band of Si.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 本発明はイオン注入された不純物の活性化処理に関し、 より低温、高速の活性化処理法の提供を目的とし、 本発明に包含される導入不純物の活性化処理は、半導体
基板にその導電性に関与する不純物を導入した後、該半
導体基板に電磁波を照射しながら熱処理を施し、該導入
不純物の活性化を行う処理であって、 該半導体基板に直流バイアス電圧を印加すると共に、 該電磁波はその有効波長域の最長波長λが、該半導体材
料の微小深さ幅領域に吸収される該電磁波のエネルギが
、、該不純物導入領域内に設定された深さ位置に於いて
最大となる線吸収計数を算出した時に、 該最大条件に該当する原子吸収断面積を該半導体材料が
示す最短波長λoに対し、λ≧λoなる関係を満たすも
のであり、 更に該熱処理温度は、該半導体基板に導入された不純物
原子の移動によって、該導入不純物の濃度により定まる
素子領域が許容範囲を越えて変化することのない温度で
あることを特徴として構成される。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] The present invention relates to activation processing of ion-implanted impurities, and aims to provide a lower temperature and faster activation processing method, The oxidation treatment is a process in which impurities related to conductivity are introduced into a semiconductor substrate, and then heat treatment is performed while irradiating the semiconductor substrate with electromagnetic waves to activate the introduced impurities. While applying a bias voltage, the energy of the electromagnetic wave is such that the longest wavelength λ in the effective wavelength range of the electromagnetic wave is absorbed in the minute depth width region of the semiconductor material, and the energy of the electromagnetic wave is absorbed at a depth set in the impurity introduction region. When calculating the maximum linear absorption coefficient at the position, the semiconductor material satisfies the relationship λ≧λo with respect to the shortest wavelength λo at which the semiconductor material exhibits an atomic absorption cross section that satisfies the maximum condition, and The heat treatment temperature is such that the element region determined by the concentration of the introduced impurity does not change beyond a permissible range due to the movement of the impurity atoms introduced into the semiconductor substrate.

本発明は特に、イオン注入された不純物の活性化に有効
であり、注入領域の膜質が改善される効果もある。
The present invention is particularly effective in activating ion-implanted impurities, and also has the effect of improving the film quality of the implanted region.

[産業上の利用分野] 本発明は半導体基板に導入された不純物原子の活性化に
関わり、特にイオン注入によって、素子領域を所定の導
電型で所定のキャリア濃度を備えるものとして画定形成
する処理法に関わる。
[Industrial Application Field] The present invention relates to the activation of impurity atoms introduced into a semiconductor substrate, and in particular to a processing method for defining and forming an element region with a predetermined conductivity type and a predetermined carrier concentration by ion implantation. involved.

集積回路の製造には半導体基板の特定領域に所定濃度の
不純物を導入する工程が含まれるが、集積回路の高集積
化に伴って、不純物を限定して導入する領域が微細化し
、イオン注入のような非熱的処理が多用されるようにな
っている。
The manufacturing of integrated circuits involves the process of introducing impurities at a predetermined concentration into specific regions of a semiconductor substrate, but as integrated circuits become more highly integrated, the regions where impurities are limited and introduced become smaller, and ion implantation becomes more difficult. Non-thermal treatments such as these are increasingly being used.

通常の如く単結晶半導体基板に素子を作り込む場合には
、基板に導入された不純物原子は半導体結晶の格子点に
位置することによって、即ち置換型不純物となることに
よって、母体の半導体に所定の不純物単位を付与するこ
とになる。
When manufacturing devices on a single-crystal semiconductor substrate as usual, impurity atoms introduced into the substrate are located at lattice points of the semiconductor crystal, that is, become substitutional impurities, so that the impurity atoms are introduced into the base semiconductor in a predetermined manner. This will give an impurity unit.

イオン注入によって基板に導入された不純物原子は、そ
のままでは格子位置を占めるものは僅かであり、素子形
成のためにはこれを置換型不純物とすること、即ち活性
化処理が必要である。この活性化処理は通常は基板を加
熱することによって行われる。
The impurity atoms introduced into the substrate by ion implantation occupy only a few lattice positions as they are, and in order to form a device, it is necessary to convert them into substitutional impurities, that is, to perform an activation process. This activation treatment is usually performed by heating the substrate.

その処理温度は900℃程度の高温であるため、処理時
間が10分程度の単時間であっても不純物の分布状況を
変化させることになる。特に能動素子の形成では複数回
のイオン注入が行われることがあり、高温の熱処理は形
成済の素子領域を変形することになるので、なるべく避
けることが望ましい。
Since the processing temperature is as high as about 900° C., the distribution of impurities changes even if the processing time is only about 10 minutes. In particular, in the formation of active elements, ion implantation may be performed multiple times, and high-temperature heat treatment deforms the formed element region, so it is desirable to avoid it as much as possible.

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕イオン注
入された不純物の活性化は熱処理のみによって行われて
おり、特に補助的な手段を用いることは行われていない
、処理温度は900℃程度の高温であるため、不純物再
分布が問題になる場合には、後続工程で受ける熱処理を
考慮し、最終的に所定の不純物分布が得られるように注
入区画や深さを設定している。
[Prior art and problems to be solved by the invention] Activation of ion-implanted impurities is performed only by heat treatment, and no auxiliary means are used. The treatment temperature is approximately 900°C. If impurity redistribution becomes a problem due to the high temperatures involved, the implantation zone and depth are set in such a way that the desired impurity distribution is finally obtained, taking into account the heat treatment that will be applied in the subsequent process.

現在の状況では、熱処理温度や時間を精密に制御するこ
とで必要とする不純物分布を実現し得ているが、素子の
微細化がさらに進めば、より低温で不純物を活性化する
方法が必要となることは明らかである。
In the current situation, the required impurity distribution can be achieved by precisely controlling the heat treatment temperature and time, but as device miniaturization progresses, a method of activating impurities at lower temperatures will be needed. It is clear that this will happen.

イオン注入によって母体結晶は、程度の軽重はあるが、
アモルファス化される。熱処理による不純物原子の活性
化はその再結晶とも深く関わっている。
Due to ion implantation, the host crystal becomes lighter and heavier, but
Becomes amorphous. Activation of impurity atoms by heat treatment is deeply related to their recrystallization.

イオン注入により基板結晶は表面から不純物濃度最大の
深さまで強く損傷を受ける。それより深い部分では不純
物濃度が減少し、損傷の程度も軽い、これを熱処理する
と、結晶が著しく破壊された領域は速やかに再結晶が進
行し、注入された不純物原子も格子点を占めることによ
って活性化されたものとなる。
Ion implantation severely damages the substrate crystal from the surface to the depth where the impurity concentration is maximum. In deeper regions, the impurity concentration decreases and the degree of damage is light. When this is heat-treated, recrystallization proceeds quickly in areas where the crystal is significantly destroyed, and the implanted impurity atoms also occupy lattice points, resulting in It becomes activated.

ところが、結晶の損傷が軽度であった部分では再結晶の
進行が遅く、従って不純物原子が格子点を占める機会も
増えず、活性化され難いという状況が現れる。このよう
な不純物原子を活性化するにはより高い温度に加熱する
ことが必要であり、前記900″Cといった高温処理が
行われることになる。
However, in areas where the crystal is lightly damaged, recrystallization progresses slowly, and therefore opportunities for impurity atoms to occupy lattice points do not increase, resulting in a situation where activation is difficult. In order to activate such impurity atoms, it is necessary to heat to a higher temperature, and a high temperature treatment such as the above-mentioned 900''C is performed.

それ故、何らかの方法によって損壊度の低い結晶領域を
より低温で再結晶させることが出来れば、それは同時に
不純物原子の低温活性化を実現することにもなる。
Therefore, if a crystalline region with a low degree of damage can be recrystallized at a lower temperature by some method, it will also realize low-temperature activation of impurity atoms.

本発明の目的は、通常の熱処理温度より格段に低温の処
理によって、半導体基板に導入された不純物原子を活性
化する方法を提供することであり、それによって集積度
を更に向上させた半導体装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide a method of activating impurity atoms introduced into a semiconductor substrate by processing at a temperature significantly lower than the normal heat treatment temperature, thereby producing a semiconductor device with further improved integration. It is to provide.

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

上記目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方
法に包含される不純物原子の活性化処理では、 半導体基板にその導電性に関与する不純物を導入した後
、該半導体基板に電磁波を照射しながら熱処理を施すに
際し、 該半導体基板に直流バイアス電圧を印加すると共に、 該電磁波はその有効波長域の最長波長λが、該半導体材
料の微小深さ幅領域に吸収される該電磁波のエネルギが
、、該不純物導入領域内に設定された深さ位置に於いて
最大となる線吸収計数を算出した時に、 該最大条件に該当する原子吸収断面積を該半導体材料が
示す最短波長λoに対し、λ≧λoなる関係を満たすも
のであり、 更に該熱処理温度は、該半導体基板に導入された不純物
原子の移動によつて、該導入不純物の濃度により定まる
素子領域が許容範囲を越えて変化することのない温度に
設定される。
In order to achieve the above object, in the impurity atom activation treatment included in the semiconductor device manufacturing method of the present invention, impurities that are involved in the conductivity of the semiconductor substrate are introduced into the semiconductor substrate, and then electromagnetic waves are irradiated onto the semiconductor substrate. When performing the heat treatment, a DC bias voltage is applied to the semiconductor substrate, and the electromagnetic wave has the longest wavelength λ in its effective wavelength range, and the energy of the electromagnetic wave absorbed in the minute depth width region of the semiconductor material is , when calculating the maximum linear absorption coefficient at the depth position set in the impurity-introduced region, the atomic absorption cross section corresponding to the maximum condition is expressed as λ with respect to the shortest wavelength λo that the semiconductor material exhibits. ≧λo, and furthermore, the heat treatment temperature is set to prevent the element region determined by the concentration of the introduced impurity from changing beyond the allowable range due to the movement of the impurity atoms introduced into the semiconductor substrate. Not set to a temperature.

〔作 用〕[For production]

Si基板にX線を照射すると空格子点と自己格子間原子
が生成することおよびこの格子間Si原子は極めて移動
し易いものであることが知られている。
It is known that vacancies and self-interstitial atoms are generated when a Si substrate is irradiated with X-rays, and that these interstitial Si atoms are extremely mobile.

この現象はBourgouin−Corbett機構と
呼ばれる非熱的拡散機構によって説明される。すなわち
、X線照射下での多量の自由キャリアと格子間原子位置
に相当する単位の相互作用によって拡散障壁が消滅し、
液体ヘリウムのような低温でも拡散が生じるというもの
である。
This phenomenon is explained by a non-thermal diffusion mechanism called the Bourgouin-Corbett mechanism. In other words, the diffusion barrier disappears due to the interaction between a large amount of free carriers and units corresponding to interstitial atomic positions under X-ray irradiation.
Diffusion occurs even at low temperatures, such as in liquid helium.

このように空格子点と自己格子間原子が生成している状
態は熱的に不平衡な状態であり、これに直流バイアスを
印加した時の格子間原子や自由キャリアの挙動は、現象
的にはおよそ次のように考えることができる。
The state in which vacancies and self-interstitials are generated is a thermally unbalanced state, and when a DC bias is applied to this state, the behavior of interstitials and free carriers is phenomenologically can be thought of roughly as follows.

上の如きX線照射下では母体結晶のSt原子はイオン化
状態と中性状態の中間にあり、見掛は上平面している。
Under X-ray irradiation as shown above, the St atoms in the host crystal are in an intermediate state between an ionized state and a neutral state, and appear to be in an upper plane.

不純物原子も同様であって、例えばボロン(B)は CB)= (B−)+ (h”)   ・・−・・・・
・・・・(1)で示される平衡状態にあると見なし得る
The same applies to impurity atoms, for example, boron (B) is CB) = (B-) + (h”) ・−・・・
... can be considered to be in the equilibrium state shown in (1).

B原子が不純物として活性化されるということは、(1
)式で格子間B原子数(B)が減少し、イオン化した格
子点B原子〔B−〕が増加することであるから、(1)
式の反応を右向きに進めてやることがB原子の活性化を
促進することになる。
The fact that B atoms are activated as impurities means that (1
) formula, the number of interstitial B atoms (B) decreases and the number of ionized lattice B atoms [B-] increases, so (1)
Proceeding the reaction in the formula to the right will promote the activation of the B atom.

従って、Si基板に直流バイアスを印加し、正孔〔h゛
〕を注入外領域に吸収させると(B)→〔B−〕の反応
が進み、B原子が活性化される。
Therefore, when a DC bias is applied to the Si substrate and the holes [h] are absorbed in the region outside the injection region, the reaction (B)→[B-] progresses, and the B atoms are activated.

一方、燐(P)のようなドナー不純物の場合は(P)=
 CP’)+ (e−)   −−−−−−−(2)と
なるから、直流バイアスの極性を反対にすることによっ
て同様の効果が得られる。
On the other hand, in the case of a donor impurity such as phosphorus (P), (P)=
CP')+ (e-) ------- (2) Therefore, the same effect can be obtained by reversing the polarity of the DC bias.

以上の説明はあくまでも表面的な現象に着目してのもの
であり、論理的に確立されたものではないが、X線の照
射によってSi基板にBourgou in −Cor
bett機構が成立する状況を作り出せばSi基板の再
結晶が促進され、更に直流バイアスを印加することによ
って不純物原子の活性化が促進されることは確認されて
いる。
Although the above explanation focuses only on superficial phenomena and is not logically established, Bourgou in -Cor on the Si substrate by X-ray irradiation.
It has been confirmed that recrystallization of the Si substrate is promoted by creating a situation in which the Bett mechanism is established, and that activation of impurity atoms is promoted by applying a DC bias.

次にBourgouin−Corbett機構が成立す
る状況を作り出すためのX線の波長条件について検討す
る。
Next, the wavelength conditions of X-rays for creating a situation in which the Bourgouin-Corbett mechanism is established will be discussed.

通常のX線発生装置から放射されるX線は比較的短波長
であり、物質との相互作用確率は非常に小であるため、
照射されたX線の大部分は表面近傍を透過してしまうの
で、表面に近い領域で固相エピタキシャル再結晶のよう
な構造層転移を起こさせたり、不純物原子を活性するに
は真人な照射量が必要となる。従って、LSIの製造工
程に含まれるような、数十〜数百nm程度のアモルファ
スb 拡散を利用して低温で再結晶させたり、不純物を活性化
することは、従来技術では実現不可能な課題であった。
The X-rays emitted from ordinary X-ray generators have relatively short wavelengths, and the probability of interaction with matter is very small.
Most of the irradiated X-rays pass through the vicinity of the surface, so in order to cause structural layer transitions such as solid-phase epitaxial recrystallization in the region close to the surface, or to activate impurity atoms, a certain amount of irradiation is required. Is required. Therefore, recrystallizing at low temperatures or activating impurities using amorphous b diffusion of several tens to hundreds of nanometers, which is involved in the LSI manufacturing process, is a problem that cannot be achieved with conventional technology. Met.

ここで、Stのような半導体材料とX線のような電磁波
との相互作用について考察する。
Here, the interaction between semiconductor materials such as St and electromagnetic waves such as X-rays will be considered.

表面からの深さtに位置する厚さΔtの層に吸収される
X線のエネルギΔpは、表面に於ける強度を10とする
と、線吸収係数αの定義式を変形して Δp=Io exp(−αt)XαXΔt  ・−−−
−−(3)と示される。
The energy Δp of X-rays absorbed by a layer with a thickness Δt located at a depth t from the surface is calculated as Δp=Io exp by modifying the formula for the linear absorption coefficient α, assuming that the intensity at the surface is 10. (-αt)XαXΔt ・---
--(3) is indicated.

ここでΔpを最大にするαを求めるため、(3)式をα
で微分し、d(Δp)/dα−〇とおくと、d(Δp 
>ldα= I o exp(−αt)XΔt−Io 
exp(−a t)  XαXΔtxt=工。exp(
−αt)XΔt× (1−α1 > = 0−−一・−−(4)現実にはI
。exp(−αt) XΔt≠0であるから、(4)式
が成立するのは α=1/l の時である。線吸収係数αを原子吸収断面積σと原子数
密度ρの積(α=σ×ρ)とし、t=100〜1000
+vの場合にΔpを最大にする原子吸収断面積σの値を
算出すると、 σ =2.3X10’〜2.3X10’b   (1b
=10−”cm”)となる。
Here, in order to find α that maximizes Δp, equation (3) is changed to α
When differentiated by and set as d(Δp)/dα−〇, d(Δp
>ldα=I o exp(-αt)XΔt-Io
exp(-a t) XαXΔtxt=engine. exp(
−αt)XΔt× (1−α1 > = 0−−1・−−(4) In reality, I
. Since exp(-αt) XΔt≠0, equation (4) holds true when α=1/l. The linear absorption coefficient α is the product of the atomic absorption cross section σ and the atomic number density ρ (α = σ × ρ), and t = 100 to 1000.
When calculating the value of the atomic absorption cross section σ that maximizes Δp in the case of +v, σ = 2.3X10' ~ 2.3X10'b (1b
=10-"cm").

StのLl!!!収端に於ける吸収断面積はσζ6×1
0’ bであるから、tが略380nmより大である場
合には、L吸収帯に該当する99〜200eVの超軟X
線がStに対し効果的に相互作用することがわかる。
Ll of St! ! ! The absorption cross section at the convergence end is σζ6×1
0' b, so if t is larger than approximately 380 nm, the ultrasoft X of 99 to 200 eV, which corresponds to the L absorption band,
It can be seen that the lines interact effectively with St.

かかる長波長のX線は通常のX線管では有効な強度で発
生することは出来ないが、近年その利用技術が急速に開
発されているシンクロトロン放射光(SOR:5ync
hrotron 0rbit Radiation)は
、可視光から超X線におよぶ広い波長範囲の電磁波を包
有し、上記波長帯の超軟X線の白色光源として利用可能
である。
Such long-wavelength X-rays cannot be generated with effective intensity using ordinary X-ray tubes, but synchrotron radiation (SOR: 5 sync
Hrotron 0rbit Radiation) encompasses electromagnetic waves in a wide wavelength range from visible light to ultra-X-rays, and can be used as a white light source for ultra-soft X-rays in the above wavelength range.

具体的には、バンド幅3 X l mradの光を2×
5−の領域に集光し、中心エネルギ120eV、エネル
ギ幅10eVの準単色X線を10”photons/a
m” ・secの強度で取り出すことに成功している。
Specifically, light with a bandwidth of 3 X l mrad is
5-, semi-monochromatic X-rays with a center energy of 120 eV and an energy width of 10 eV are transmitted at 10” photons/a.
It has been successfully extracted with a strength of m”·sec.

これがStに照射された場合、表面から数十n−の深さ
に位置する1つの原子層に照射光の1%が吸収されるこ
とになるので、表面から数十n−の深さまでの各原子層
に10”photons/cm”−5eeの光が照射さ
れることになる。
When St is irradiated with this, 1% of the irradiated light will be absorbed by one atomic layer located at a depth of several tens of nanometers from the surface. The atomic layer is irradiated with light of 10"photons/cm"-5ee.

このSOR光の強度をさらに10倍〜100倍に増加さ
せることも現用の技術で可能であり、その場合、各原子
層に吸収される光子数密度は原子数密度と同程度になる
It is also possible with current technology to further increase the intensity of this SOR light by 10 to 100 times, and in that case, the number density of photons absorbed by each atomic layer will be approximately the same as the atomic number density.

上に述べたように、波長を適当に選択したX線を照射す
ることにより、X線のエネルギを必要な範囲の深さに分
布して吸収させることが出来るので、SORの如き光源
を利用すれば、BourgouinCorbett機構
による非熱的拡散を利用してアモルファス層の単結晶化
を速やかに進行させたり、不純物原子を活性化すること
が可能となる。その場合、X線のエネルギの吸収は表面
近傍の必要な領域に限一定されるので、過剰なエネルギ
注入による無用の温度上昇が起こることもない。
As mentioned above, by irradiating X-rays with appropriately selected wavelengths, the energy of the X-rays can be distributed and absorbed within the required range of depth, so it is possible to use a light source such as SOR. For example, by utilizing non-thermal diffusion by the Bourgouin Corbett mechanism, it becomes possible to rapidly convert an amorphous layer into a single crystal or to activate impurity atoms. In this case, the absorption of X-ray energy is limited to a necessary region near the surface, so that unnecessary temperature rise due to excessive energy injection does not occur.

即ち、選択された波長域のX線を照射することによって
Bourgouin−Corbett機構が成立する状
況を実現することは可能であり、更に基板に直流バイア
スを印加することによって格子間原子的性格の不純物原
子が格子点を占めることを促進するすることも可能であ
る。それ故、本発明の手段によりイオン注入などの方法
で半導体基板に導入された不純物を活性化することが出
来る。
That is, it is possible to realize a situation in which the Bourgouin-Corbett mechanism is established by irradiating X-rays in a selected wavelength range, and furthermore, by applying a DC bias to the substrate, impurity atoms with an interstitial character can be removed. It is also possible to encourage occupancy of grid points. Therefore, the means of the present invention can activate impurities introduced into a semiconductor substrate by a method such as ion implantation.

〔実施例〕〔Example〕

第1図はp型不純物を活性化する実施例を示す模式図で
ある。Si基板1の表面にイオン注入層2が存在し、該
注入層表面に15〜20n11の厚さに金属薄膜3が被
着形成されている。注入された不純物はBであり、注入
層の深さは10〜20On11である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of activating p-type impurities. An ion implantation layer 2 is present on the surface of a Si substrate 1, and a metal thin film 3 is formed on the surface of the implantation layer to a thickness of 15 to 20n11. The implanted impurity is B, and the depth of the implanted layer is 10 to 20On11.

基板に対し+IOVの直流電圧を前記金属膜に印加しな
がら、金属薄膜を通してイオン注入層に100〜200
 e Vの超軟X線4を1013photons/c@
” ・secの強度で照射する。基板は600″Cに加
熱されるが、それ以上高温にする必要はない。
While applying a DC voltage of +IOV to the substrate, a voltage of 100 to 200 V was applied to the ion-implanted layer through the metal thin film.
e V ultra-soft X-ray 4 at 1013 photons/c@
The substrate is heated to 600"C, but there is no need to raise the temperature higher than that.

第2図はn型不純物を活性化する実施例を示す模式図で
ある。ここでも1はSi基板、2はイオン注入層、3は
金属薄膜であり、この金属薄膜に印加される直流バイア
スの極性だけが第1図の場合と異なり、−10■が印加
される。その他、超軟X線の照射条件や基板温度は同じ
である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of activating n-type impurities. Here again, 1 is a Si substrate, 2 is an ion-implanted layer, and 3 is a metal thin film, and only the polarity of the DC bias applied to this metal thin film differs from that in the case of FIG. Other than that, the ultrasoft X-ray irradiation conditions and substrate temperature are the same.

第3図および第4図はSOR光を試料に照射するための
光学系を模式的に示す図である。
FIGS. 3 and 4 are diagrams schematically showing an optical system for irradiating a sample with SOR light.

第3図はバンドパスミラーを用いた光学系であり、シン
クロトロンの電子蓄積リング10から、ベンディング・
マグネット11によって取り出されたSOR光12は集
光−バンドパスミラー13.14によって200〜60
0eVの波長光が選択され、試料17に照射される。こ
の集光−バンドパスミラーは石英或いはSiCの基板に
pt膜をコーティングしたもので、8.6°の斜入射角
で入射した場合、120eV光の反射率は70%を越え
、且つ600eV以上の高エネルギ成分の反射率は1%
以下となる。
Figure 3 shows an optical system using a bandpass mirror, which allows bending and
The SOR light 12 extracted by the magnet 11 is collected by a condensing band-pass mirror 13.
Light with a wavelength of 0 eV is selected and irradiated onto the sample 17. This condensing bandpass mirror is a quartz or SiC substrate coated with a PT film, and when incident at an oblique angle of incidence of 8.6°, the reflectance of 120 eV light exceeds 70%, and the reflectance of 600 eV or more Reflectance of high energy components is 1%
The following is true.

第4図は多層膜ミラーを用いた光学系であり、電子蓄積
リング10から、マグネット11によってSOR光12
が取り出される点は第2図のものと同じである。SOR
光12が先ず入射するのは前置集光ミラー15であり、
その反射光が多層膜分光ミラー16に入射する。
FIG. 4 shows an optical system using a multilayer mirror, in which SOR light 12 is transmitted from an electron storage ring 10 by a magnet 11.
The point in which is extracted is the same as in FIG. SOR
The light 12 first enters the front condensing mirror 15,
The reflected light enters the multilayer spectroscopic mirror 16.

前置集光ミラー15への斜入射角は2″〜10゜多層膜
分光ミラーは石英基板にRhとCを交互に21層コーテ
ィングしたものであって、この光学系を用いることによ
り、L吸収帯の超軟X線を選択的に照射し、被照射領域
の損傷を減することができる。なお、線図に於いても1
7は試料である。
The oblique incidence angle to the front focusing mirror 15 is 2'' to 10°.The multilayer spectroscopic mirror is a quartz substrate coated with 21 layers of Rh and C alternately, and by using this optical system, L absorption It is possible to selectively irradiate ultra-soft X-rays in the band and reduce damage to the irradiated area.
7 is a sample.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明では、半導体基板に超軟X線
を照射しながら、且つ直流バイアスを印加しながらアニ
ールすることによって、イオン注入の様な非熱的方法で
半導体基板に導入された不純物原子を活性化することが
できる。その際、基板温度は導入済の不純物の再分布が
生ずる程度に上げることは不要なので、集積回路製造工
程の任意の時期にイオン注入による不純物導入工程を配
置することが可能である。
As explained above, in the present invention, impurities introduced into the semiconductor substrate by a non-thermal method such as ion implantation are removed by annealing the semiconductor substrate while irradiating the semiconductor substrate with ultra-soft X-rays and applying a DC bias. Atoms can be activated. At this time, it is not necessary to raise the substrate temperature to such an extent that redistribution of the introduced impurities occurs, so it is possible to arrange the step of introducing impurities by ion implantation at any time in the integrated circuit manufacturing process.

また、強度のイオン注入によりアモルファス化した半導
体層の再結晶という観点からも、結晶構造の歪が小であ
るため却って再結晶後の膜質恢復が行われ難い領域の膜
質改善にも本発明は有効である。
In addition, from the perspective of recrystallizing a semiconductor layer that has been made amorphous by intense ion implantation, the present invention is also effective for improving film quality in regions where it is difficult to restore film quality after recrystallization because the strain in the crystal structure is small. It is.

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

第1図は本発明のp型不純物を活性化する実施例を示す
模式図、 第2図は本発明のn型不純物を活性化する実施を示す模
式図であって、 図に於いて lはSi基板、 2はイオン注入層、 3は金属薄膜、 4は超軟X線、 10は電子蓄積リング、 11はベンディング・マグネット、 12はSOR光、 13、14は集光−バンドパスミラー 15は前置集光ミラー 16は多層膜分光ミラー 17は試料、 である− p型不純物を活性化する実施例を示す模式図第 図 n型不純物を活性化する実施例を示す模式図第 図 バンドパスミラーを用いた実施例の光学系を示す模式図
第 図 多層膜ミラーを用いた実施例の光学系を示す模式図第 図
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of activating a p-type impurity of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram showing an embodiment of activating an n-type impurity of the present invention, in which l is Si substrate, 2 is an ion implantation layer, 3 is a metal thin film, 4 is an ultra-soft X-ray, 10 is an electron storage ring, 11 is a bending magnet, 12 is an SOR light, 13 and 14 are a focusing-bandpass mirror 15 is The front focusing mirror 16 is a multilayer film, and the spectroscopic mirror 17 is a sample. A schematic diagram showing an optical system of an example using a mirror.A schematic diagram showing an optical system of an example using a multilayer mirror.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体基板にその導電性に関与する不純物を導入
した後、該半導体基板に電磁波を照射しながら熱処理を
施し、該導入不純物の活性化を行う処理を包含する半導
体装置の製造方法であって、該活性化処理は、 該半導体基板に直流バイアス電圧を印加すると共に、 該電磁波はその有効波長域の最長波長λが、該半導体材
料の微小深さ幅領域に吸収される該電磁波のエネルギが
、、該不純物導入領域内に設定された深さ位置に於いて
最大となる線吸収計数を算出した時に、 該最大条件に該当する原子吸収断面積を該半導体材料が
示す最短波長λ_oに対し、λ≧λ_oなる関係を満た
すものであり、 更に該熱処理温度は、該半導体基板に導入された不純物
原子の移動によって、該導入不純物の濃度により定まる
素子領域が許容範囲を越えて変化することのない温度で
あることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(1) A method for manufacturing a semiconductor device, which includes a process of introducing impurities related to conductivity into a semiconductor substrate, and then performing heat treatment while irradiating the semiconductor substrate with electromagnetic waves to activate the introduced impurities. In the activation process, a direct current bias voltage is applied to the semiconductor substrate, and the electromagnetic wave has an energy of the electromagnetic wave whose longest wavelength λ in its effective wavelength range is absorbed in a small depth width region of the semiconductor material. However, when calculating the maximum line absorption coefficient at the depth position set in the impurity-introduced region, the atomic absorption cross section corresponding to the maximum condition is calculated for the shortest wavelength λ_o exhibited by the semiconductor material. , λ≧λ_o, and the heat treatment temperature is set to prevent the element region determined by the concentration of the introduced impurity from changing beyond the allowable range due to the movement of the impurity atoms introduced into the semiconductor substrate. 1. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the temperature is low.
(2)前記半導体基板に導入された不純物がイオン注入
によるものであることを特徴とする請求項1の半導体装
置の製造方法。
(2) The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity introduced into the semiconductor substrate is by ion implantation.
(3)該半導体材料がSiであり、該電磁波がSiのL
吸収帯に相当する波長の超軟X線を含むものであること
を特徴とする請求項1の半導体装置の製造方法。
(3) The semiconductor material is Si, and the electromagnetic wave is L of Si.
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising ultrasoft X-rays having a wavelength corresponding to an absorption band.
(4)該電磁波が電子蓄積リングを光源とするシンクロ
トロン放射光であることを特徴とする請求項1の半導体
装置の製造方法。
(4) The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the electromagnetic wave is synchrotron radiation light using an electron storage ring as a light source.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH06252077A (en) * 1993-02-24 1994-09-09 Nec Corp Method of diffusing impurity
WO2006013846A1 (en) * 2004-08-06 2006-02-09 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method for forming p-type semiconductor region, and semiconductor element

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