JPH0963980A - 半導体集積回路装置の製造方法および製造装置 - Google Patents

半導体集積回路装置の製造方法および製造装置

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JPH0963980A
JPH0963980A JP21456395A JP21456395A JPH0963980A JP H0963980 A JPH0963980 A JP H0963980A JP 21456395 A JP21456395 A JP 21456395A JP 21456395 A JP21456395 A JP 21456395A JP H0963980 A JPH0963980 A JP H0963980A
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JP
Japan
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semiconductor wafer
substrate
semiconductor substrate
semiconductor
manufacturing
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JP21456395A
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English (en)
Inventor
Hisako Sato
久子 佐藤
Hiroo Masuda
弘生 増田
Nobuyoshi Kashu
信義 夏秋
Katsumi Tsuneno
克己 常野
Jinko Aoyama
仁子 青山
Takahide Nakamura
高秀 中村
Tadashi Suzuki
匡 鈴木
Hisaaki Kunitomo
久彰 国友
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 イオン打ち込み時の結晶欠陥による不純物の
増速拡散を抑えて浅い拡散層を形成する。 【構成】 本発明のアニール装置1は、ステージ4に設
置した冷却機構8とパイロメータ9とによって、ステー
ジ4の上面に搭載された半導体ウエハ3を所望の温度に
冷却できるようにしたものである。これにより、半導体
ウエハ3の表面をハロゲンランプ6で加熱する際、ステ
ージ4に接触している半導体ウエハ3の裏面側が冷却さ
れるので、半導体ウエハ3の内部を高温にすることな
く、表面の浅い領域のみを高温にすることが可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置の
製造技術に関し、特に、半導体基板への不純物のイオン
注入による拡散層の形成に適用して有効な技術に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、LSIの製造工程において、MI
SFETのソース、ドレイン領域や、バイポーラトラン
ジスタのベース領域などの拡散層は、もっぱらイオン注
入法による不純物の打ち込みとその後のアニールによる
不純物の拡散とによって形成されている。
【0003】上記不純物の打ち込み後のアニールは、通
常、ホットウォール型電気炉などを使って行われるが、
LSIの高集積化、高速化を実現するために浅い拡散層
(浅接合)の要求が高まっていることから、最近では短
時間アニール(Rapid Thermalannealing; RTA) 技術
を利用したRTP(Rapid Thermal Processing)装置が
使われている。
【0004】しかし、イオン注入による不純物の打ち込
みは、シリコン基板へのダメージが避けられないという
問題がある。とりわけ、拡散層形成プロセスで問題とな
るのは、増速拡散である。これは、イオン打ち込みによ
って生じたシリコン基板中の結晶欠陥部を経路にして不
純物が基板内に深く侵入し、浅い拡散層の形成を妨げる
現象である。
【0005】上記した増速拡散については、例えば R.
B.Faired. Academic Press Inc.(1933) "Science and T
echnology. Rapid Thermal Processing" において論じ
られており、アニールの初期段階で増速拡散が顕著にな
ることが報告されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、イオ
ン注入技術とRTA技術とを利用して半導体基板に浅い
拡散層を形成するためには、イオン打ち込み時の結晶欠
陥に起因する不純物の増速拡散を有効に抑える対策が必
要となる。
【0007】本発明の目的は、半導体基板に浅い拡散層
を形成することのできる技術を提供することにある。
【0008】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【0009】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
【0010】(1)本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、半導体基板の表面に不純物をイオン注入した
後、前記半導体基板をアニールすることによって拡散層
を形成する際、前記半導体基板の裏面を冷却することに
よって、前記半導体基板の表面側と裏面側とに温度差を
設けるものである。
【0011】(2)本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、半導体基板の表面に不純物をイオン注入した
後、前記半導体基板の表面に、前記半導体基板を透過せ
ず、かつ基板の表面でのみ吸収される波長を持った光源
を照射することによって拡散層を形成するものである。
【0012】
【作用】上記した手段(1)によれば、半導体基板の裏
面側の温度を低くした状態でアニールを行うことによ
り、基板の表面が高温になっても基板の内部は低温に保
たれるため、イオン打ち込みによって生じたシリコン基
板中の結晶欠陥領域を通じて不純物が基板内に深く侵入
する増速拡散を抑制することができる。
【0013】上記した手段(2)によれば、半導体基板
を透過せず、かつ基板の表面でのみ吸収される波長の光
源を照射することにより、基板を高温に加熱することな
く不純物を活性化することができるので、増速拡散を防
止することができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。
【0015】(実施例1)図1は、本実施例のアニール
装置を示す構成図である。このアニール装置1は短時間
アニール(RTA) を行うためのRTP装置であって、
金属製のチャンバ2の中央に半導体ウエハ3を搭載する
ステージ4を備えている。チャンバ2の最上部には石英
窓5が設けられており、この石英窓5の上方には半導体
ウエハ3をアニールするための加熱源であるハロゲンラ
ンプ6が設置されている。ハロゲンランプ6のさらに上
方には内側を鏡面仕上げした反射板7が設置されてい
る。
【0016】本実施例のアニール装置1の特徴は、ステ
ージ4に設置した冷却機構8とパイロメータ9とによっ
て、ステージ4の上面に搭載された半導体ウエハ3を所
望の温度に冷却することができるようにしたことにあ
る。これにより、半導体ウエハ3の表面をハロゲンラン
プ6で加熱する際、ステージ4に接触している半導体ウ
エハ3の裏面側が冷却されるので、半導体ウエハ3の内
部を高温にすることなく、表面の浅い領域のみを高温に
することが可能となる。
【0017】上記アニール装置1を使って半導体ウエハ
3の主面に拡散層、例えばMOSFETのソース、ドレ
イン領域を形成するには、あらかじめ図2に示すよう
に、ゲート電極10をマスクにしてその両側の基板(半
導体ウエハ3)に不純物(リン、ヒ素などのn型不純
物、あるいはホウ素などのp型不純物)11を打ち込ん
だ後、この半導体ウエハ3をアニール装置1のステージ
4に搭載する。不純物11の打ち込みは、周知のイオン
注入装置を使って行う。
【0018】そして、半導体ウエハ3の温度を室温程度
に保った状態でチャンバ2の上方に設置したハロゲンラ
ンプ6を点灯し、半導体ウエハ3の表面を短時間(通
常、1〜数10秒程度)、高温(通常、850〜100
0℃程度)でアニールして上記不純物を拡散させること
により、図3に示すように、ゲート電極10の両側の基
板(半導体ウエハ1)にソース、ドレイン領域12を形
成する。
【0019】図4は、上記したアニールを行った時の半
導体ウエハ1の温度分布を示すグラフである。図示のよ
うに、半導体ウエハ1の温度はその表面が最も高く、表
面からの深さにほぼ比例して低くなり、裏面はステージ
4の温度(室温)とほぼ等しくなっている。
【0020】このように、本実施例のアニール装置1を
使用することにより、半導体ウエハ3の内部を高温にす
ることなく、表面の浅い領域のみを高温にすることが可
能となるので、イオン打ち込みによって生じた基板(半
導体ウエハ1)中の結晶欠陥領域を通じて不純物11が
基板内に深く侵入する増速拡散を抑制することができ、
これにより、浅いソース、ドレイン領域12を形成する
ことができる。
【0021】また、本実施例によれば、不純物11が基
板内に深く侵入することがないので、基板の表面を十分
に高い温度でアニールすることが可能となり、これによ
り、イオン打ち込みによって生じた結晶欠陥を有効に回
復させることができるので、リーク電流の少ない高信頼
度のMOSFETを形成することができる。
【0022】(実施例2)図5は、本実施例のイオン注
入装置20を示す構成図である。図中の符号21はイオ
ン・ソース電源、22はフリーマン(Freeman)・ソース
などのイオン・ソース、23はイオン・ソース22など
から排出されたガスを排気するための真空排気系、24
はイオン・ソース22から引出されたイオンの中から所
望のイオンを選び出すための質量分析管、25は質量分
析管24を高真空に保持するための真空排気系、26は
所望のイオンのみを高純度で選択するビーム・フィルタ
用スリット電極、27、28は真空排気系、29は後段
加速管、30はチャージ・アップによる半導体ウエハの
静電破壊を防止するためにイオン・ビーム31に電子を
付加する電子シャワー生成器、32は電子シャワー生成
器30の電流を監視し、設置値からある一定値以上低下
したときは、イオン・ソース22からのイオン放出を自
動停止する電子シャワー・モニタ、33はイオン打込み
を実行するためのチャンバ、34は複数枚の半導体ウエ
ハ3を搭載して高速回転しながら平行移動する回転ステ
ージ、35はロード・ロック室であり、半導体ウエハ3
のロードまたはアンロードの際、真空排気系36によ
り、その内部が所定の真空度または外気圧まで調整され
る。
【0023】本実施例のイオン注入装置20の特徴は、
チャンバ33内の回転ステージ34の近傍に、例えば紫
外線レーザーまたはエキシマレーザーのように、半導体
ウエハ3を透過せず、かつ半導体ウエハ3の表面でのみ
吸収される短波長光を発生する光源37を設置したこと
にある。
【0024】このイオン注入装置20を使って半導体ウ
エハ3の主面に拡散層、例えばMOSFETのソース、
ドレイン領域を形成するには、回転ステージ34に搭載
した半導体ウエハ3の主面にイオン・ソース22で発生
した不純物イオンを打ち込んだ後、半導体ウエハ3を光
源37の近傍に移動し、その表面に紫外線レーザーまた
はエキシマレーザーを照射する。
【0025】紫外線レーザーやエキシマレーザーは、前
記実施例1で用いたハロゲンランプ6から発生する赤外
線よりもエネルギーが高いので、半導体ウエハ3に打ち
込んだ不純物を低温で活性化することができる。つま
り、半導体ウエハ3を高温アニールすることがないの
で、従来のアニール装置を使用したときのような増速拡
散を防止することができる。
【0026】このように、本実施例のイオン注入装置2
0を使用することにより、半導体ウエハ3を高温にする
ことなく、表面の浅い領域の不純物のみを活性化するこ
とができるので、浅い拡散層(ソース、ドレイン領域)
を形成することができる。
【0027】また、本実施例によれば、イオン注入装置
20のチャンバ33内に光源37を設置したことによ
り、イオン注入による不純物の打ち込みとその後の不純
物の活性化を連続して行うことができるので、拡散層形
成工程のスループットが向上する。また、半導体ウエハ
30をイオン注入装置からアニール装置に搬送する際の
異物の付着を防止することができるので、半導体製造の
歩留まりも向上する。
【0028】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0029】前記実施例1のアニール装置は、ハロゲン
ランプを加熱源に用いたが、例えばアークランプを加熱
源に用いることもできる。
【0030】前記実施例2のイオン注入装置は、紫外線
レーザーやエキシマレーザーなどの短波長光を発生する
光源を用いたが、例えば実施例1と同様、回転ステージ
に冷却機構を設けて半導体ウエハを裏面側から冷却でき
るようにし、光源としてハロゲンランプやアークランプ
のような赤外線を発生する加熱源を用いるようにしても
よい。
【0031】前記実施例1、2では、MOSFETのソ
ース、ドレイン領域を形成する場合について説明した
が、本発明は、例えばバイポーラトランジスタのベース
領域やエミッタ領域など、他の半導体素子の拡散層を形
成する場合に広く適用することができる。
【0032】
【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。
【0033】本発明によれば、半導体基板に浅い拡散層
を形成することができるので、半導体素子の微細化、ひ
いては半導体集積回路装置の高集積化を実現することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1であるアニール装置を示す構
成図である。
【図2】本発明の一実施例であるMOSFETの製造方
法を示す基板(半導体ウエハ)の要部断面図である。
【図3】本発明の一実施例であるMOSFETの製造方
法を示す基板(半導体ウエハ)の要部断面図である。
【図4】本発明のアニール装置を用いてアニールを行っ
た時の半導体ウエハの深さ方向における温度分布を示す
グラフである。
【図5】本発明の実施例2であるイオン注入装置を示す
構成図である。
【符号の説明】
1 アニール装置 2 チャンバ 3 半導体ウエハ(基板) 4 ステージ 5 石英窓 6 ハロゲンランプ 7 反射板 8 冷却機構 9 パイロメータ 10 ゲート電極 11 不純物 12 ソース、ドレイン領域 20 イオン注入装置 21 イオン・ソース電源 22 イオン・ソース 23 真空排気系 24 質量分析管 25 真空排気系 26 ビーム・フィルタ用スリット電極 27 真空排気系 28 真空排気系 29 後段加速管 30 電子シャワー生成器 31 イオンビーム 32 電子シャワー・モニタ 33 チャンバ 34 回転ステージ 35 ロード・ロック室 36 真空排気系 37 光源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 常野 克己 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 青山 仁子 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 中村 高秀 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 鈴木 匡 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 国友 久彰 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の表面に不純物をイオン注入
    した後、前記半導体基板をアニールすることによって拡
    散層を形成する工程を含む半導体集積回路装置の製造方
    法であって、前記半導体基板をアニールする際、前記半
    導体基板の裏面を冷却することによって、前記半導体基
    板の表面側と裏面側とに温度差を設けることを特徴とす
    る半導体集積回路装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体基板の表面に不純物をイオン注入
    した後、前記半導体基板の表面に、前記半導体基板を透
    過せず、かつ基板表面でのみ吸収される波長を持った光
    源を照射することによって拡散層を形成する工程を含む
    ことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の半導体集積回路装置の製
    造方法であって、前記光源は、紫外線レーザーまたはエ
    キシマレーザーであることを特徴とする半導体集積回路
    装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 半導体基板の表面に不純物を打ち込むイ
    オン注入装置の基板ステージの近傍に、前記半導体基板
    をアニールするための加熱源を設けたことを特徴とする
    半導体集積回路装置の製造装置。
  5. 【請求項5】 半導体基板の表面に不純物を打ち込むイ
    オン注入装置の基板ステージの近傍に、請求項2または
    3記載の光源を設けたことを特徴とする半導体集積回路
    装置の製造装置。
JP21456395A 1995-08-23 1995-08-23 半導体集積回路装置の製造方法および製造装置 Pending JPH0963980A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010118674A (ja) * 2010-01-08 2010-05-27 Fuji Electric Systems Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP2013069990A (ja) * 2011-09-26 2013-04-18 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 熱処理装置および熱処理方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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