JP2001156292A

JP2001156292A - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP2001156292A
Application number: JP2000277592A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Noda; 泰史野田; Hiroyuki Umimoto; 博之海本; Shinji Odanaka; 紳二小田中
Original assignee: Matsushita Electronics Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 2000-09-13
Publication date: 2001-06-08
Anticipated expiration: 2020-09-13
Also published as: JP3426573B2

Abstract

(57)【要約】【課題】エクステンション高濃度不純物拡散層の接合
位置を浅くすることにより、ＭＩＳ型トランジスタの駆
動力の向上を図る。【解決手段】半導体基板１０上にゲート絶縁膜１１を
介してゲート電極１２が形成されており、該ゲート電極
１２の下側にはｐ型の不純物拡散層１３が形成されてい
る。ｐ型の不純物拡散層１３の両側には、浅い接合を持
つｎ型のエクステンション高濃度不純物拡散層１５及び
深い接合を持つｎ型の高濃度不純物拡散層１４が形成さ
れている。エクステンション高濃度不純物拡散層１５の
下側には、質量の大きい第１導電型の不純物が拡散され
ることにより形成されたｐ型のポケット不純物拡散層１
６が形成されている。ポケット不純物拡散層１６は、質
量の大きいｐ型不純物例えばインジウムが偏析してなる
偏析部を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路の
超高集積化を実現できる微細な構造を持ち、高速で且つ
低消費電力で動作可能な半導体装置及びその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の超高集積化に伴って、
ＭＩＳ型トランジスタの微細化が要請されており、その
実現のためには浅い接合を有するＭＩＳ型トランジスタ
が求められている。

【０００３】図５は、浅い接合を有する従来のＭＩＳ型
トランジスタの断面構造を示しており、ｐ型の半導体基
板１の上にはゲート絶縁膜２を介してゲート電極３が形
成されている。半導体基板１の表面部におけるゲート電
極３の両側つまりソース又はドレインとなる領域には、
ｎ型不純物例えばヒ素が拡散されてなり、深い接合を持
つ高濃度不純物拡散層５、高濃度不純物拡散層５の内側
に位置し、ｎ型不純物例えばヒ素が拡散されてなり、高
濃度不純物拡散層５よりも浅い接合を持つエクステンシ
ョン高濃度不純物拡散層６、エクステンション高濃度不
純物拡散層６の下側に位置し、ｐ型不純物例えばボロン
が拡散されてなるポケット不純物拡散層７がそれぞれ形
成されている。また、ゲート電極３の側面には絶縁膜か
らなるサイドウォール８が形成されている。

【０００４】以下、図６（ａ）〜（ｅ）を参照しなが
ら、従来のＭＩＳ型トランジスタの製造方法について説
明する。

【０００５】まず、図６（ａ）に示すように、ｐ型の半
導体基板１の上にゲート絶縁膜２を介してゲート電極３
を形成する。

【０００６】次に、ゲート電極３をマスクとして、ｎ型
不純物であるヒ素イオン及びｐ型不純物であるボロンイ
オンを順次イオン注入して、図６（ｂ）に示すように、
ｎ型イオン注入層６Ａ及びｐ型イオン注入層７Ａをそれ
ぞれ形成する。

【０００７】次に、半導体基板１の上に全面に亘ってシ
リコン窒化膜を７００℃程度の温度で堆積した後、該シ
リコン窒化膜に対して異方性エッチングを行なって、図
６（ｃ）に示すように、ゲート電極３の側面にサイドウ
ォール８を形成する。

【０００８】次に、ゲート電極２及びサイドウォール８
をマスクとしてｎ型不純物であるヒ素イオンをイオン注
入した後、９００℃〜１０００℃程度の温度下で１０秒
間程度の熱処理を行なって、図６（ｄ）に示すように、
深い接合を持つｎ型の高濃度不純物拡散層５、該高濃度
不純物拡散層５の内側に位置し該高濃度不純物拡散層５
よりも浅い接合を持つｎ型のエクステンション高濃度不
純物拡散層６、及び該エクステンション高濃度不純物拡
散層６の下側に位置するｐ型のポケット不純物拡散層７
をそれぞれ形成する。

【０００９】次に、スパッタリング法により、半導体基
板１の上に、１０ｎｍ程度の膜厚を有するコバルト膜及
び２０ｎｍ程度の膜厚を有する窒化チタン膜を順次堆積
した後、５５０℃程度の温度下で１０秒間程度の熱処理
を行ない、その後、窒化チタン膜と未反応のコバルト膜
を、硫酸と過酸化水素と水との混合液で選択的にエッチ
ングして除去する。次に、８００℃程度の温度下で１０
秒間程度の熱処理を行なって、図６（ｅ）に示すよう
に、ゲート電極３の表面部及び高濃度不純物拡散層５の
表面部に、３０ｎｍ程度の膜厚を有するコバルトシリサ
イド層９を自己整合的に形成する。

【００１０】ところで、従来のＭＩＳ型トランジスタの
製造方法においては、ＭＩＳ型トランジスタの駆動力を
向上させるために、エクステンション高濃度不純物拡散
層６を形成するためのｎ型イオン注入層６Ａのヒ素イオ
ンの注入エネルギーを低くして、エクステンション高濃
度不純物拡散層６の接合を浅くしようとしている。ま
た、この場合、ソース領域とドレイン領域との寄生抵抗
を小さくするために、ヒ素イオンの注入ドーズ量を大き
くする傾向にある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ヒ素イオン
を高い注入ドーズ量で且つ低い注入エネルギーでイオン
注入してｎ型イオン注入層６Ａを形成すると、その後に
行なわれるサイドウォール８を形成する際の低温の熱処
理プロセス、すなわち７００℃程度の比較的低温の熱処
理によって、ｎ型イオン注入層６Ａの不純物であるヒ素
及びポケット不純物拡散層７の不純物であるボロンの過
渡増速拡散（ＴＥＤ）が起こってしまい、設計通りの浅
い接合を持つエクステンション高濃度不純物拡散層６及
びポケット不純物拡散層７を形成することができなくな
るという問題がある。尚、過渡増速拡散とは、格子間に
過剰に存在する点欠陥と注入された不純物とが相互作用
して拡散するため、不純物がその熱平衡状態の拡散係数
以上に拡散してしまう現象のことをいう。

【００１２】図７は、エクステンション高濃度不純物拡
散層６及びポケット不純物拡散層７を構成する不純物イ
オンの深さ方向（図５のＡ−Ａ’線に沿う方向）の分布
を示している。図７から分かるように、エクステンショ
ン高濃度不純物拡散層６を構成するヒ素の深さ方向の分
布は、熱処理時の過度増速拡散の影響で深く拡散してい
る。ポケット不純物拡散層７を構成するボロンも過度増
速拡散の影響を大きく受けて深く拡散し、分布の急峻さ
を失っている。この図７からも、従来の方法では、不純
物分布が浅く且つ急峻であって、短チャネル特性に優れ
たエクステンション高濃度不純物拡散層及びポケット不
純物拡散層を目標通りに形成することが困難であると分
かる。

【００１３】前記に鑑み、本発明は、エクステンション
高濃度不純物拡散層の接合位置及びポケット不純物拡散
層の接合位置を浅くでき、且つ接合リーク電流の増大を
防止できる半導体装置及びその製造方法を提供すること
を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る半導体装置は、半導体領域上にゲート
絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、半導体領域に
おけるゲート電極の側方の部位に形成され、第１の不純
物が拡散されてなる第１導電型のエクステンション高濃
度不純物拡散層と、エクステンション高濃度不純物拡散
層の下側に形成され、重イオンが拡散されてなる第２導
電型のポケット不純物拡散層とを備え、ポケット不純物
拡散層は、重イオンが偏析してなる偏析部を有してい
る。

【００１５】本発明に係る半導体装置によると、ポケッ
ト不純物拡散層は質量の大きい第２導電型の不純物（例
えばインジウム）が拡散することにより形成されてお
り、質量の大きい不純物は熱平衡時の拡散係数が小さい
と共に、注入ダメージにより発生した過剰点欠陥が転位
ループ欠陥層に多く取り込まれて、拡散に寄与できる自
由な点欠陥が減少するので、ポケット不純物拡散層の不
純物プロファイルは急峻になる。また、ポケット不純物
拡散層の内部に転位ループ欠陥層が形成され、転位ルー
プ欠陥層に質量の大きい不純物が偏析してなる偏析部が
形成されている。

【００１６】このため、ポケット不純物拡散層の基板表
面側に形成されるエクステンション高濃度不純物拡散層
においては、質量の大きい第２導電型の不純物により形
成されるアモルファス層によって第１導電型の第１の不
純物のチャネリングが抑制される。また、ポケット不純
物拡散層の偏析部によって第１の不純物の拡散が抑制さ
れて接合が浅くなる。従って、トランジスタの駆動力を
向上させることができると共に、短チャネル効果を抑制
できるのでトランジスタの微細化を図ることができる。

【００１７】本発明に係る半導体装置の製造方法は、半
導体領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成す
る第１の工程と、ゲート電極をマスクとして、半導体領
域中に重イオンの注入を行なって、少なくとも上部領域
がアモルファス層になっている第１のイオン注入層を形
成する第２の工程と、ゲート電極をマスクとして、アモ
ルファス層が形成された半導体領域中に第１の不純物の
イオン注入を行なって、第１導電型の第２のイオン注入
層を形成する第３の工程と、第１及び第２のイオン注入
層を活性化するための第１の熱処理を行なって、第１の
不純物が拡散されてなる第１導電型のエクステンション
高濃度不純物拡散層、及びエクステンション高濃度不純
物拡散層の下側に位置し重イオンが拡散されてなるポケ
ット不純物拡散層をそれぞれ形成する第４の工程とを備
え、ポケット不純物拡散層は、重イオンが偏析してなる
偏析部を有している。

【００１８】本発明に係る半導体装置の製造方法による
と、質量の大きい重イオンをイオン注入して半導体領域
中にアモルファス層を形成した後、第１導電型の第１の
不純物をイオン注入するため、該第１の不純物がチャネ
リングを起こす事態を防止できる。また、イオン注入後
の熱処理時にアモルファス・クリスタル界面付近に転位
ループ層が形成され、過度増速拡散の原因となる格子間
シリコンが転位ループ層に吸収される。さらに、ポケッ
ト不純物拡散層に重イオンが偏析してなる偏析部が形成
されるので、第１導電型の第１の不純物の拡散が抑制さ
れるので、エクステンション高濃度不純物層の接合を浅
くすることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
ＭＩＳ型トランジスタの構造について、図１（ａ）を参
照しながら説明する。

【００２０】図１（ａ）に示すように、ｐ型シリコンか
らなる半導体基板１０の上には、シリコン酸化膜又はシ
リコン酸化窒化膜からなるゲート絶縁膜１１を介して、
ポリメタル又はポリシリコンからなるゲート電極１２が
形成されている。半導体基板１０の表面部におけるゲー
ト電極１２の下側には、例えばインジウムが拡散されて
おりチャネル領域となるｐ型の不純物拡散層１３が形成
されている。

【００２１】ｐ型の不純物拡散層１３の両側つまりソー
ス及びドレインとなる領域には、ｎ型不純物例えばヒ素
が拡散されてなり、深い接合を持つ高濃度不純物拡散層
１４、高濃度不純物拡散層１４の内側に位置し、ｎ型不
純物例えばヒ素が拡散されてなり、高濃度不純物拡散層
１４よりも浅い接合を持つｎ型のエクステンション高濃
度不純物拡散層１５、及びエクステンション高濃度不純
物拡散層１５の下側に位置し、質量の大きいｐ型不純物
例えばインジウムが拡散されてなるポケット不純物拡散
層１６がそれぞれ形成されている。後述するように、ポ
ケット不純物拡散層１６は偏析部を有しており、該偏析
部によって以下の効果が得られる。

【００２２】（浅い接合を持つポケット不純物拡散層）
図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ’線における基板表
面から深さ方向に向かう距離と不純物濃度との関係を示
している。図１（ｂ）から分かるように、ポケット不純
物拡散層１６には、質量の大きいｐ型不純物例えばイン
ジウムが偏析してなる偏析部が形成されている。この偏
析部は、インジウムイオンの注入時にポケット不純物拡
散層１６の内部にEnd-of-Range転位ループ欠陥層が形成
され、該転位ループ欠陥層にインジウムイオンが偏析す
ることにより形成される。このため、ポケット不純物拡
散層１６は基板の深さ方向に拡がらずに急峻な濃度プロ
ファイルを持つので、浅い接合が可能となる。

【００２３】ポケット高濃度不純物拡散層１６は、イン
ジウムのように大きい質量を持つ不純物のイオン（重イ
オン）が拡散することにより形成されている。また、質
量の大きい不純物は熱平衡状態での拡散係数が小さい。
さらに、転位ループ欠陥層に過渡増速拡散を引き起こす
原因となる格子間シリコンがトラップされることにより
格子間シリコンの数が少なくなるので、インジウムイオ
ンの過度増速拡散が起こり難くなる。よって、ポケット
不純物拡散層の接合を浅くすることができる。

【００２４】また、不純物の拡散自体が抑制されるた
め、チャネル領域の下側において横方向への不純物の拡
散も抑制されるので、トランジスタの逆チャネル特性も
抑制される。

【００２５】（浅い接合を持つエクステンション高濃度
不純物層）前述のようなポケット不純物層１６を形成す
るため、つまりインジウムのように大きい質量を持つ不
純物イオン（重イオン）をイオン注入するため、イオン
注入層の表面領域がアモルファス化される。このため、
その後に行なわれる、エクステンション高濃度不純物拡
散層１５を形成するためのヒ素イオンのイオン注入工程
において、ヒ素イオンのチャネリングを抑制することが
できる。

【００２６】また、イオン注入時に発生し、過度増速拡
散の原因となる格子間シリコンが転位ループ層にトラッ
プされるため、ヒ素イオンの過度増速拡散を抑制できる
ので、エクステンション高濃度不純物拡散層１５の接合
を浅くすることができる。

【００２７】以上のように、本実施形態に係るＭＩＳ型
トランジスタにおいては、ポケット不純物拡散層１６に
偏析部を形成し、これを利用することにより、浅い接合
を持つポケット不純物拡散層１６、及び浅い接合を持つ
エクステンション高濃度不純物拡散層１５を備えてい
る。

【００２８】尚、前記の実施形態においては、チャネル
領域となる不純物拡散層１３にドープされる不純物とし
てはインジウムイオンを用いたが、これに代えて、ボロ
ンイオン又はボロンイオンとインジウムイオンとの両方
を用いてもよい。

【００２９】また、前記の実施形態は、ｎチャネルＭＩ
Ｓ型トランジスタであったが、これに代えて、ｐチャネ
ルＭＩＳ型トランジスタでもよい。ｐチャネルＭＩＳ型
トランジスタの場合には、ポケット不純物拡散層１６に
イオン注入される質量の大きい不純物としては、アンチ
モンイオン又はアンチモンよりも質量数の大きい３Ｂ族
のイオンを用いてもよい。

【００３０】以下、本発明の一実施形態に係るＭＩＳ型
トランジスタの製造方法について、図２（ａ）〜（ｃ）
及び図３（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。

【００３１】まず、図２（ａ）に示すように、ｐ型シリ
コンからなる半導体基板１００にｐ型の不純物例えばイ
ンジウムイオンを、２００ｋｅＶの注入エネルギー及び
１×１０¹²／ｃｍ²程度の注入ドーズ量でイオン注入し
て、ｐ型イオン注入層を形成する。このイオン注入を行
なった後に、半導体基板１００を１００℃／秒の昇温レ
ートで９５０〜１０５０℃の高温まで昇温し、該温度下
で１〜１０秒間程度の短時間保持する第１回目の熱処理
（高速熱処理：ＲＴＡ）を行なうことにより、半導体基
板１００の表面部にチャネル領域となるｐ型の不純物拡
散層１０３を形成する。

【００３２】次に、図２（ｂ）に示すように、半導体基
板１００の上に、２．５ｎｍ程度の膜厚を持つゲート絶
縁膜１０１を介して、２５０ｎｍ程度の膜厚を持つポリ
シリコン膜又はポリメタルからなるゲート電極１０２を
形成する。

【００３３】次に、半導体基板１００にゲート電極１０
２をマスクにして、質量の大きいｐ型の不純物例えばイ
ンジウムイオンを例えば１５ｋｅＶの注入エネルギー及
び１×１０¹⁴／ｃｍ²程度の注入ドーズ量でイオン注入
する。このインジウムイオンの注入は、ポケット不純物
拡散層１６を形成するためのものであるが、このインジ
ウムイオンの注入におり、半導体基板１００中の上部領
域にアモルファス層を有する第１のイオン注入層が形成
される。その後、エクステンション高濃度不純物拡散層
１５を形成するため、半導体基板１００にゲート電極１
０２をマスクにして、ｎ型の不純物例えばヒ素イオンを
例えば１０ｋｅＶの注入エネルギー及び５×１０¹⁴／ｃ
ｍ²程度の注入ドーズ量でイオン注入して、第２のイオ
ン注入層を形成する。次に、１００℃／秒〜１５０℃／
秒の昇温レートで９５０〜１０５０℃の高温まで昇温
し、該温度下で１〜１０秒間程度の短時間保持する第２
回目の熱処理（ＲＴＡ）を行なうことにより、図２
（ｃ）に示すように、半導体基板１００のソース又はド
レインとなる領域に、ヒ素イオンが拡散されてなり浅い
接合を持つｎ型のエクステンション高濃度不純物拡散層
１０５及び該エクステンション高濃度不純物拡散層１０
５の下側に位置しインジウムイオンが拡散されてなるｐ
型のポケット不純物拡散層１０６を形成する。

【００３４】次に、半導体基板１００の上に全面に亘っ
て例えば５０ｎｍの膜厚を持つシリコン窒化膜を堆積し
た後、該シリコン窒化膜に対して異方性エッチングを行
なうことにより、図３（ａ）に示すように、ゲート電極
１０２の側面にサイドウォール１０７を形成する。尚、
シリコン窒化膜に代えてシリコン酸化膜からなるサイド
ウォール１０７を形成してもよい。

【００３５】次に、半導体基板１００にゲート電極１０
２及びサイドウォール１０７をマスクとして、ｎ型の不
純物例えばヒ素イオンを、３０ｋｅＶの注入エネルギー
及び３×１０¹⁵／ｃｍ²程度の注入ドーズ量でイオン注
入してｎ型高濃度イオン注入層を形成した後、１００℃
／秒の昇温レートで９５０〜１０５０℃の高温まで昇温
した後、該温度下で１〜１０秒間程度の短時間保持する
第３回目の熱処理（ＲＴＡ）を行なうことにより、図３
（ｂ）に示すように、半導体基板１００のソース領域及
びドレイン領域となり、ポケット不純物拡散層１０６よ
りも深い位置に接合を持つｎ型の高濃度不純物拡散層１
０４を形成する。

【００３６】図４（ａ）は、図２（ｃ）に示す工程にお
いて、インジウムイオン（ポケット不純物拡散層１０６
を形成するためのイオン）及びヒ素イオン（エクステン
ション高濃度不純物拡散層１０５を形成するためのイオ
ン）を注入した直後における基板表面からの距離と不純
物濃度との関係を示しており、図４（ｂ）は、インジウ
ムイオン及びヒ素イオンを注入した後に第２回目の熱処
理を行なったときの基板表面からの距離と不純物濃度と
の関係を示している。

【００３７】本実施形態においては、インジウムイオン
を１×１０¹⁴／ｃｍ²程度の注入ドーズ量でイオン注入
するため、図４（ａ）に示すように、半導体基板１００
の内部にアモルファス・クリスタル界面が形成される。
アモルファス・クリスタル界面は、インジウムの質量効
果により、注入されたインジウムの濃度ピーク（飛程：
Ｒｐ）の近傍にできるのではなく、濃度ピークよりも基
板の深い位置に形成される。アモルファス・クリスタル
界面が形成された状態で熱処理を加えると、アモルファ
ス・クリスタル界面の下側（クリスタル側）にEnd-of-R
ange転位ループ欠陥層が形成される。このため、第２回
目の熱処理によってインジウムを活性化すると、図４
（ｂ）に示すように、転位ループ欠陥層に、インジウム
が偏析してなる偏析部が形成される。従って、ポケット
不純物拡散層１０６は、基板の深さ方向に拡がらずに急
峻な濃度プロファイルとなり、ポケット不純物拡散層１
０６は浅い接合を有する。

【００３８】前述したように、転位ループ層に、過度増
速拡散を引き起こす原因となる格子間シリコンもトラッ
プされるので、インジウムイオンの過度増速拡散を抑制
することができる。よって、ポケット不純物拡散層１０
６の不純物プロファイルは急峻になり、ポケット不純物
拡散層１０６の接合を浅い位置に形成することができ
る。

【００３９】また、ポケット高濃度不純物層１０６の基
板表面側に形成されるエクステンション高濃度不純物拡
散層１０５においては、インジウムのイオン注入によっ
て形成されたアモルファス層により、ヒ素イオンのチャ
ネリングが抑制されるので、接合深さの浅いイオン注入
層を形成することができる。

【００４０】さらに、転位ループ欠陥層に、過度増速拡
散を起こす原因となる格子間シリコンもトラップされる
ので、ヒ素イオンの過度増速拡散を抑制することもでき
る。よって、エクステンション高濃度不純物拡散層１０
５の不純物プロファイルは急峻になり、接合を浅い位置
に形成することができる。

【００４１】以上のように、本実施形態では、トランジ
スタを微細化しても、ドレイン電流の低下が抑制され、
トランジスタの駆動力を向上させることができる。

【００４２】尚、本実施形態においては、インジウムイ
オンを１×１０¹⁴／ｃｍ²程度の注入ドーズ量でイオン
注入したが、５×１０¹³／ｃｍ²以上（好ましくは、１
×１０¹⁶／ｃｍ²以下）の注入ドーズ量でイオン注入す
ると、半導体基板１００の内部にアモルファス層を形成
することができ、これによって、ポケット不純物拡散層
１０６にインジウムの偏析部を形成することができる。

【００４３】また、本実施形態においては、ポケット不
純物拡散層１０６にドープされるインジウムイオンを１
５ｋｅＶの注入エネルギーでイオン注入すると共に、エ
クステンション高濃度不純物拡散層１０５にドープされ
るヒ素イオンを１０ｋｅＶの注入エネルギーでイオン注
入するため、インジウムイオンの飛程（Ｒｐ（Ｉｎ））
とヒ素イオンの飛程（Ｒｐ（Ａｓ））とはほぼ等しくな
り、図４（ａ）に示すような飛程（Ｒｐ（Ｉｎ）、Ｒｐ
（Ａｓ））にすることができる。このように、インジウ
ムイオン及びヒ素イオンの飛程を調整することにより、
アモルファス・クリスタル界面は、ヒ素イオンの濃度ピ
ークよりも深い位置に形成され、且つエクステンション
高濃度不純物層１０５から大きく離れてしまわないよう
にすることができる。このようにインジウムイオンの注
入により形成されるアモルファス・クリスタル界面は、
インジウムイオンの飛程（Ｒｐ（Ｉｎ））よりも深い位
置にできるので、これを考慮して、ポケット不純物拡散
層１０６を形成するインジウムイオンの注入エネルギー
を決める必要がある。

【００４４】通常、ポケット不純物拡散層１０６はエク
ステンション高濃度不純物拡散層１０５の下側に形成す
るため、エクステンション高濃度不純物層１０５の直下
に濃度プロファイルのピークがくるように飛程を調整す
るが、本実施形態の場合、インジウムイオン注入により
アモルファス・クリスタル界面は、インジウムイオンの
飛程（Ｒｐ（Ｉｎ）の近傍ではなく、より深い位置に形
成されるので、インジウムの飛程（Ｒｐ（Ｉｎ）を浅め
に設定している。設定条件は前述の通りである。図４
（ｂ）に示すように、アモルファス・クリスタル界面の
クリスタル側にインジウムの偏析部が形成されるので、
浅い接合を持つポケット不純物拡散層１０６を形成でき
る。

【００４５】本実施形態では、図４（ａ）に示すよう
に、インジウムの飛程とヒ素の飛程とをほぼ等しくして
いる（図４（ａ）においてＲｐで示す位置）が、インジ
ウムイオンの注入による飛程（Ｒｐ（Ｉｎ）とヒ素イオ
ンの注入による飛程（Ｒｐ（Ａｓ））との関係を、Ｒｐ
（Ｉｎ）≦Ｒｐ（Ａｓ）×３．５に、つまりＲｐ（Ｉ
ｎ）をＲｐ（Ａｓ）の３．５倍以下に設定することによ
り、エクステンション高濃度不純物拡散層１０５のプロ
ファイルから離れた位置にインジウムの偏析部が形成さ
れるのを防止し、図４（ｂ）のように、エクステンショ
ン高濃度不純物層１０５のプロファイルにポケット不純
物拡散層１０６のプロファイル（偏析部）が重なるよう
にすることができる。

【００４６】また、ポケット不純物拡散層１０６にドー
プされるインジウムイオンの注入エネルギーを調整し
て、アモルファス・クリスタル界面が、エクステンショ
ン高濃度不純物拡散層１０５にドープされるヒ素イオン
の飛程よりも深くて、且つソース又はドレインとなる高
濃度不純物拡散層１０４にドープされるヒ素イオンの飛
程よりも浅くなるようにすると、転位ループ欠陥層がソ
ース領域又はドレイン領域の空乏層部分に位置しないの
で、トランジスタにおける接合リークを低減することが
できる。この転位ループ欠陥層がトランジスタの動作中
にできるソース領域・ドレイン領域の空乏層に覆われる
と、ソース領域・ドレイン領域と基板との間に、欠陥に
起因するリーク電流が発生する。ここでは、欠陥層が空
乏層にかからないように設定しているので、接合リーク
は発生しない。

【００４７】尚、ポケット不純物拡散層１０６にドープ
されるインジウムイオンの注入エネルギーを５〜３０ｋ
ｅＶの範囲内に設定すると、該インジウムイオンの飛程
がエクステンション高濃度不純物拡散層１０５の内部に
位置するので、転位ループ欠陥層ひいてはインジウムの
偏析部をポケット不純物拡散層１０６の内部に形成する
ことができる。

【００４８】また、本実施形態においては、ｐ型の半導
体基板１００に質量の大きいインジウムイオンを注入し
て、チャネル領域となるｐ型の不純物拡散層１０３を形
成しているため、チャネル領域における基板の表面に最
も近い領域においては不純物濃度が低いため、微細化し
てもキャリアの移動度が低下しないと共に、チャネル領
域における基板の表面から少し深い領域においては急峻
な不純物濃度が得られるので、トランジスタの駆動力を
低減することなくトランジスタの微細化を図ることがで
きる。

【００４９】また、チャネル領域を形成するための質量
の大きいインジウムイオンを注入した直後に熱処理（Ｒ
ＴＡ）を行なっているため、インジウムイオンの注入に
起因して半導体基板１００が受ける結晶ダメージを回復
することができる。

【００５０】また、本実施形態においては、インジウム
及びヒ素イオンを適切な注入エネルギーで順次イオン注
入した後、第２回目の熱処理工程において高速熱処理を
行なって、エクステンション高濃度不純物拡散層１０５
及びポケット不純物拡散層１０６を形成するため、クリ
スタル層に残った過剰な格子間シリコンが、アモルファ
ス・クリスタル界面付近に形成される転位ループ層に吸
収される。このため、不純物イオンの過度増速拡散を増
大させる過剰な格子間シリコンの量が減るので、エクス
テンション高濃度不純物拡散層１０５及びポケット不純
物拡散層１０６の形成時における過度増速拡散を抑制し
て浅い接合を実現できる。

【００５１】本実施形態では、ポケット不純物拡散層１
０６を形成するためのイオン注入に、質量数の大きいイ
ンジウムを用いることにより、前述したプリアモルファ
ス化効果に加えて、転位ループ層による格子間シリコン
吸収の効果を自動的に実現することができる。併せて、
インジウムは、転位ループ層に捕獲されて強く偏析する
特徴があるので、ポケット不純物拡散層１０６の低濃度
領域（不純物プロファイルのテール部分）への大きな拡
散が抑制され、浅くてより急峻なポケット不純物拡散層
１０６を実現できる。ポケット不純物拡散層１０６の拡
散を抑制し、急峻なプロファイルを実現することは、イ
ンジウムのチャネル部分への拡散をも抑制できるので、
逆チャネル効果が防止される。

【００５２】本実施形態に係る半導体装置の製造方法に
よると、エクステンション高濃度不純物層１０５及びポ
ケット不純物拡散層１０６の両方を浅く且つ急峻にでき
るので、インジウムのポケット不純物拡散層１０６のみ
が浅く且つ急峻になって、ポケット不純物拡散層１０６
がエクステンション高濃度不純物拡散層１０５に隠れて
しまう事態を防止できる。

【００５３】尚、本実施形態においては、チャネル領域
となる不純物拡散層１０３にはインジウムイオンを注入
したが、これに代えて、ボロンイオン又はボロンイオン
とインジウムイオンとの両方をイオン注入してもよい。

【００５４】また、第２回目の熱処理（図２（ｃ）に示
す工程）を省略してもよい。この場合には、第３回目の
熱処理（図３（ｂ）に示す工程）により、ｎ型のエクス
テンション高濃度不純物拡散層１０５、ｐ型のポケット
不純物拡散層１０６及び高濃度不純物拡散層１０４が同
時に形成される。

【００５５】また、本実施形態は、ｎチャネルＭＩＳ型
トランジスタであったが、これに代えて、ｐチャネルＭ
ＩＳ型トランジスタでもよい。ｐチャネルＭＩＳ型トラ
ンジスタの場合には、ポケット不純物拡散層１０６には
不純物イオンとして、アンチモンイオンを注入すること
が好ましい。

【００５６】

【発明の効果】本発明に係る半導体装置及びその製造方
法によると、ポケット不純物拡散層の形成に、インジウ
ム等の質量数の大きな重イオンを用いることにより、該
重イオンの注入によるプリアモルファス効果、及び転位
ループ層による格子間シリコン吸収の効果に加えて、イ
ンジウムが転位ループ層に捕獲されて偏析し易いことを
利用し、エクステンション高濃度不純物拡散層とポケッ
ト不純物拡散層との両方が、浅く且つ急峻な接合を有す
るようにできる。従って、逆短チャネル効果が抑制され
た微細な半導体装置及びその製造方法を実現することが
できる。

【００５７】また、本発明においては、ポケット不純物
拡散層を形成するためのインジウムイオンの注入を低エ
ネルギー且つ高ドーズ量で行なうことにより、ポケット
不純物拡散層のプロファイルを最適な位置に形成して、
転位ループ欠陥層の位置をソース・ドレイン領域の空乏
層にかからないようにすることにより、リーク電流の低
減を可能にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係るＭＩＳ型ト
ランジスタの断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’
線における基板表面から深さ方向に向かう距離と不純物
濃度との関係を示す図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係るＭ
ＩＳ型トランジスタの製造方法の各工程を示す断面図で
ある。

【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施形態に係るＭ
ＩＳ型トランジスタの製造方法の各工程を示す断面図で
ある。

【図４】（ａ）は、インジウムイオン及びヒ素イオンを
注入した直後における基板表面からの距離と不純物濃度
との関係を示す図であり、（ｂ）は、インジウムイオン
及びヒ素イオンを注入した後に熱処理を行なったときの
基板表面からの距離と不純物濃度との関係を示す図であ
る。

【図５】従来のＭＩＳ型トランジスタの断面図である。

【図６】（ａ）〜（ｅ）は従来のＭＩＳ型トランジスタ
の製造方法の各工程を示す断面図である。

【図７】基板表面からの深さと、不純物濃度との関係を
示す図である。

【符号の説明】

１０半導体基板１１ゲート絶縁膜１２ゲート電極１３不純物拡散層１４高濃度不純物拡散層１５エクステンション高濃度不純物拡散層１６ポケット不純物拡散層１００半導体基板１０１ゲート絶縁膜１０２ゲート電極１０３不純物拡散層１０４高濃度不純物拡散層１０５エクステンション高濃度不純物拡散層１０６ポケット不純物拡散層１０７サイドウォール

フロントページの続き (72)発明者小田中紳二大阪府高槻市幸町１番１号松下電子工業株式会社内Ｆターム(参考） 5F040 DA05 DA13 DC01 EC07 ED03 EF02 EM01 EM02 EM03 FA05 FC14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体領域上にゲート絶縁膜を介して形
成されたゲート電極と、前記半導体領域における前記ゲート電極の側方の部位に
形成され、第１の不純物が拡散されてなる第１導電型の
エクステンション高濃度不純物拡散層と、前記エクステンション高濃度不純物拡散層の下側に形成
され、重イオンが拡散されてなる第２導電型のポケット
不純物拡散層とを備え、前記ポケット不純物拡散層は、前記重イオンが偏析して
なる偏析部を有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】前記ポケット不純物拡散層の偏析部は、
前記エクステンション高濃度不純物拡散層のプロファイ
ルと重なっていることを特徴とする請求項１に記載の半
導体装置。
【請求項３】前記ゲート電極の側面に形成されたサイ
ドウォールと、前記半導体領域における前記サイドウォールの側方の部
位に前記エクステンション高濃度不純物拡散層の外側に
接するように形成され、前記エクステンション高濃度不
純物拡散層よりも深い接合を持ち、第２の不純物が拡散
されてなる第１導電型の高濃度不純物拡散層とをさらに
備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半
導体装置。
【請求項４】前記半導体領域における前記ゲート電極
の下方の部位に形成され、第３の不純物が拡散されてお
りチャネル領域となる不純物拡散層をさらに備えている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の
半導体装置。
【請求項５】前記重イオンは、インジウムであること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導
体装置。
【請求項６】半導体領域上にゲート絶縁膜を介してゲ
ート電極を形成する第１の工程と、前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体領域中に重
イオンの注入を行なって、少なくとも上部領域がアモル
ファス層になっている第１のイオン注入層を形成する第
２の工程と、前記ゲート電極をマスクとして、前記アモルファス層が
形成された前記半導体領域中に第１の不純物をイオン注
入して、第１導電型の第２のイオン注入層を形成する第
３の工程と、前記第１及び第２のイオン注入層を活性化するための第
１の熱処理を行なって、前記第１の不純物が拡散してな
る第１導電型のエクステンション高濃度不純物拡散層、
及び前記エクステンション高濃度不純物拡散層の下側に
位置し前記重イオンが拡散してなるポケット不純物拡散
層をそれぞれ形成する第４の工程とを備え、前記ポケット不純物拡散層は、前記重イオンが偏析して
なる偏析部を有していることを特徴とする半導体装置の
製造方法。
【請求項７】前記ポケット不純物拡散層の偏析部は、
前記エクステンション高濃度不純物拡散層のプロファイ
ルと重なっていることを特徴とする請求項６に記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項８】前記第３の工程よりも後に行なわれ、前
記ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程
と、前記ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクとし
て、前記半導体領域中に第３の不純物をイオン注入し
て、第１導電型の第３のイオン注入層を形成する工程
と、前記第３のイオン注入層を活性化するための第２の熱処
理を行なって、前記エクステンション高濃度不純物拡散
層の外側に位置し、前記エクステンション高濃度不純物
拡散層よりも深い接合を持ち、第２の不純物が拡散して
なる第１導電型の高濃度不純物拡散層を形成する工程と
をさらに備えていることを特徴とする請求項６又は７に
記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】前記第１の工程よりも前に行なわれ、前
記半導体領域の表面部にイオン注入を行なって、第２導
電型の第４のイオン注入層を形成する工程と、前記第４のイオン注入層を活性化するための第３の熱処
理を行なって、チャネル領域となる不純物拡散層を形成
する工程とをさらに備えていることを特徴とする請求項
６〜８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】前記重イオンの注入は、前記第１の不
純物の飛程が前記エクステンション高濃度不純物拡散層
の内部に位置するような注入エネルギーで行なわれるこ
とを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項１１】前記重イオンの注入は、前記重イオン
の飛程が、前記第１の不純物の飛程と同じか又は深く、
且つ前記第１の不純物の飛程の３倍以下となるような注
入エネルギーで行なわれることを特徴とする請求項６〜
１０のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】前記重イオンの注入は、前記重イオン
の注入により形成されるアモルファス・クリスタル界面
が、前記第１の不純物の飛程と同じか又は深く、且つ前
記第１の不純物の飛程よりも浅くなるような注入エネル
ギーで行なわれることを特徴とする請求項８〜１０のい
ずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】前記重イオンは、インジウムイオンで
あることを特徴とする請求項６〜１２のいずれか１項に
記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】前記インジウムイオンの注入ドーズ量
は５×１０¹³／ｃｍ²以上であることを特徴とする請求
項１３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】前記第１の熱処理は、１００℃／秒〜
１５０℃／秒の昇温レートで９５０℃〜１０５０℃の温
度まで昇温し、該温度下で１〜１０秒間保持する急速高
温熱処理であることを特徴とする請求項６〜１４のいず
れか１項に記載の半導体装置の製造方法。