JP2002368012A - 不純物拡散層の形成方法 - Google Patents

不純物拡散層の形成方法

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JP2002368012A
JP2002368012A JP2001170644A JP2001170644A JP2002368012A JP 2002368012 A JP2002368012 A JP 2002368012A JP 2001170644 A JP2001170644 A JP 2001170644A JP 2001170644 A JP2001170644 A JP 2001170644A JP 2002368012 A JP2002368012 A JP 2002368012A
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polysilicon
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diffusion layer
impurity
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Masashi Matsushita
政志 松下
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Rohm Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 不純物拡散層を浅く狭く形成することであ
る。 【解決手段】 半導体基板1上にポリシリコン膜を形成
し、ポリシリコン膜の上からBをイオン注入する。次
に、ポリシリコン膜を熱酸化してポリシリコン酸化膜5
を形成後、ポリシリコン酸化膜5をエッチングしてコン
タクトホール8a,8bを形成する。ポリシリコン膜を
熱酸化する際に、Bが活性化されるとともに半導体基板
1の表面に拡散し、ソース/ドレイン領域6a,6b及
びLDD領域7a,7bが形成される。短時間の熱酸化
によりポリシリコンを酸化できるので、Bが広い範囲で
拡散するのを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、不純物拡散層の形
成方法、特に、LSI製造に使用される不純物拡散層の
形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】LSI上に、CMOSやバイポーラトラ
ンジスタを形成する場合には、通常、不純物拡散層によ
りソース/ドレイン領域やベース、エミッタ、コレクタ
領域などを形成する。また、電極との接合部における接
触抵抗を低減するために、電極との接合部分に高濃度の
不純物拡散層である低抵抗接触層を形成したり、ドレイ
ン領域の不純物の濃度分布を緩やかにするためにLDD
(Lightly Doped Drain)領域を形成する必要がある。
【0003】このような不純物拡散領域を形成するに
は、制御性の良いイオン注入法が用いられている。イオ
ン注入法では、半導体基板の表面に酸化膜を形成し、酸
化膜上から不純物をイオン注入し、その後、アニール又
は熱酸化を行い不純物を活性化させて不純物拡散層を形
成している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】LSIの高密度化、高
性能化のためには、不純物を浅く狭い範囲に拡散させる
ことにより不純物拡散層を小さく形成することが好まし
い。しかし、粒子径の小さい不純物(例えば、ボロン
B)を酸化膜上からイオン注入する場合には、Bが半導
体基板の深い位置にまで達し、p+拡散層を浅く形成す
ることが困難である。
【0005】一方、不純物粒子が深い位置に到達しない
ように粒子径の大きい不純物(例えば、BF2)を酸化
膜上からイオン注入した場合には、Si表面の結晶欠陥
が大きくなる。この結晶欠陥は不純物粒子の拡散を促進
するため、Bが半導体基板の深くに拡散してしまい、結
局、浅い不純物拡散層を形成することは困難である。
【0006】また、結晶欠陥が半導体基板に生じないよ
うに酸化膜を厚く形成することが考えられる。しかし、
酸化膜中での不純物の拡散係数が半導体基板中よりも約
2桁小さくほとんど動かないないため、半導体基板に不
純物を拡散させるのに長時間の熱処理が必要になり、不
純物が半導体基板に深く拡散してしまう。
【0007】本発明の目的は、LSI製造において、不
純物拡散層を小さく形成することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】第1発明に係る不純物拡
散層の形成方法は、半導体基板上に不純物拡散層を形成
する方法であって、半導体基板の表面にポリシリコン層
を形成する第1工程と、ポリシリコン層上から第1導電
型不純物を注入する第2工程と、ポリシリコン層を熱酸
化してポリシリコン酸化膜を形成する第3工程と、ポリ
シリコン酸化膜を取り除く第4工程とを含んでいる。
【0009】第1発明に係る不純物拡散層の形成方法で
は、酸化膜を介して半導体基板上に不純物を直接イオン
注入するのではなく、ポリシリコン層上から不純物をイ
オン注入する。次に、ポリシリコン層を熱酸化すること
により不純物を活性化させて、不純物拡散層を形成す
る。その後、ポリシリコン酸化膜をエッチングにより取
り除く。ここで、ポリシリコンは、多結晶体であるため
原子間の結合が弱く、単結晶体の半導体基板に比べて酸
化速度が速く、短時間で酸化される。そのため、半導体
基板をほとんど酸化させないでポリシリコン層のみを選
択的に酸化させることができ、ポリシリコン酸化膜のみ
を選択的にエッチングすることができる。
【0010】第1発明に係る不純物拡散層の形成方法で
は、半導体基板上に形成された酸化膜の上から不純物を
注入するのではなく、半導体基板上に形成されたポリシ
リコン層の上から不純物を注入する。ポリシリコン中で
は粒界を通じて不純物が拡散するために、ポリシリコン
層の拡散係数は、Si半導体基板中よりも1〜2桁も大
きい。そのため、不純物をイオン注入した後に熱処理を
すると、不純物がポリシリコン中を非常に速く拡散する
が、Si半導体基板中に達した不純物は非常に遅く拡散
し、ポリシリコン層及び半導体基板の界面付近に不純物
濃度の界面を有するようになる。従って、短時間の熱酸
化により、半導体基板に濃度が低く、浅い不純物拡散層
を形成することができる。また、さらに、不純物が注入
されたポリシリコン層を酸化して取り除くので、半導体
基板には浅い不純物拡散層を形成することができる。ま
た、ポリシリコン層の酸化は短時間で良いので、熱酸化
により不純物が半導体基板の広い範囲に拡散するのを防
止することができる。この結果、不純物を浅く狭い範囲
に拡散させ、半導体基板上に不純物拡散層を小さく形成
することができるようになる。
【0011】なお、ポリシリコン層に生じた結晶欠陥は
熱酸化して取り除かれるため、性能の劣化を防止でき
る。例えば、粒子径の大きい不純物BF2をイオン注入
する場合も、ポリシリコン層を熱酸化して取り除くの
で、半導体基板に形成される不純物拡散領域の結晶欠陥
を低減できる。
【0012】第2発明に係る不純物拡散層の形成方法
は、第1発明の不純物拡散層の形成方法において、第1
導電型不純物はボロンB又は二フッ化ボロンBF2であ
る。第2発明に係る不純物拡散層の形成方法では、ボロ
ン又は二フッ化ボロンをイオン注入して、p+拡散層を
小さく形成することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】〔第1実施形態例〕 〔pチャンネルMOS〕図1から図6は、本発明の一実
施形態例に係るpチャンネルMOSのLDD(Lightly
Doped Drain)構造の形成方法を説明するための図であ
る。
【0014】まず、図1に示すように、n型不純物を含
むSi基板である半導体基板1の素子形成領域の表面を
850〜1000℃の温度で熱酸化して、ゲート絶縁膜
2となる膜厚100〜1000ÅのSiO2膜を形成す
る。続いて、ゲート電極3となる膜厚2000〜600
0Åの第1ポリシリコン膜を形成し、この第1ポリシリ
コン膜に800〜900℃の温度でPを熱拡散させる。
【0015】次に、ゲート電極3となる領域をレジスト
によりマスクして第1ポリシリコン膜をエッチングし、
図2に示すようなゲート電極3を形成する。レジストを
剥離した後、ゲート電極3をマスクとしてSiO2膜を
ウェットエッチングして、図3に示すようなゲート絶縁
膜2を形成する。
【0016】次に、図4に示すように、半導体基板1及
びゲート電極2の上に膜厚500〜2000Åの第2ポ
リシリコン膜4を形成し、この第2ポリシリコン膜4の
上からBをイオン注入する。このとき、第2ポリシリコ
ン膜4は、ゲート電極3の両端部付近において他の部分
よりも厚い厚膜部4a,4bが形成される。また、Bは
第2ポリシリコン膜4の表面から一定の距離にイオン注
入されるため、厚膜部4a,4bにおいて、イオン注入
されたBは、他の部分よりも半導体基板1の表面から遠
い位置に打ち込まれる。なお、このとき、第2ポリシリ
コン膜4上にBF2を注入しても良い。
【0017】その後、第2ポリシリコン膜4を800〜
900℃の温度で10〜40分の間熱酸化し、図5に示
すようにポリシリコン酸化膜5を形成する。ここで、厚
膜部4a,4bは厚膜部5a,5bとなる。この熱酸化
の際に、第2ポリシリコン膜4中にイオン注入されたB
は、活性化されるとともに、半導体基板1内に拡散す
る。厚膜部4a,4bではBが半導体基板1の表面から
遠い位置に打ち込まれているので、厚膜部4a,4bの
下方の半導体基板1の表面には、Bが他の部分よりも浅
く低濃度にしか拡散されない。このため、厚膜部5a,
5bの下方の半導体基板1の表面には、低濃度のLDD
(Lightly Doped Drain)領域7a,7bが形成され、
厚膜部4a,4bの両端部には、LDD領域7a,7b
よりも深く高濃度のソース/ドレイン領域6a,6bが
形成される。
【0018】この熱酸化工程において、第2ポリシリコ
ン膜4は多結晶であるため原子間の結合が弱く、単結晶
体のシリコンで形成される半導体基板1よりも、短時間
で熱酸化される。そのため、第2ポリシリコン膜2を選
択的にかつ短時間で熱酸化させ、浅く狭い範囲にBを拡
散させることにより、ソース/ドレイン領域6a,6b
及びLDD領域7a,7bを小さく形成することができ
る。
【0019】次に、ソース/ドレイン領域6a,6bの
表面を露出するようにポリシリコン酸化膜5をエッチン
グしてコンタクトホール8a,8bを形成し、これらの
コンタクトホール8a,8bを介してソース/ドレイン
領域6a,6bのそれぞれに電気的に接続されるように
Al又はAlSiによりソース/ドレイン電極9a,9
bを形成する。
【0020】上記実施形態例では、ポリシリコン層4の
短時間の熱酸化により、ポリシリコン層4と半導体基板
1との界面に不純物濃度のピークを持つように不純物が
拡散し、半導体基板1上に低濃度の浅いLDD領域7
a,7bを形成することができる。また、ポリシリコン
層4は全て熱酸化されるため、ポリシリコン層4中の結
晶欠陥は全て酸化膜になり無くなる。
【0021】〔nチャンネルMOS〕上記では、pチャ
ンネルMOSのLDD構造を形成する場合を説明した
が、nチャンネルMOSのLDD構造も同様に形成する
ことができる。nチャンネルMOSでは、p型不純物を
含むSi基板である半導体基板1を使用し、Bの代わり
にP又はAsを第2ポリシリコン膜4に注入する。これ
により、半導体基板1上にソース/ドレイン領域6a,
6b及びLDD領域7a,7bを小さく形成することが
できる。
【0022】〔第2実施形態例〕 〔p型低抵抗接触層〕図7から図10は、本発明の第2
実施形態例に係る低抵抗接触層(p+拡散層)の形成方
法を説明する図である。この低抵抗接触層は、LSI上
に形成されるnMOS、CMOS、バイポーラトランジ
スタ、BiCMOS等の電極との接触部分に用いられ
る。
【0023】まず、図7に示すように、n型不純物を含
むSi基板である半導体基板10の表面を熱酸化して膜
厚2000〜10000ÅのSiO2膜20を形成し、
レジストによりマスクしてSiO2膜20をエッチング
し、開口部21を形成する。SiO2膜20上のレジス
トを剥離した後、図8に示すように、膜厚500〜20
00Åのポリシリコン膜30を形成し、このポリシリコ
ン膜30の上からBをイオン注入する。
【0024】次に、図9に示すように、ポリシリコン膜
30を800〜900℃で10〜40分の間熱酸化して
ポリシリコン酸化膜40を形成する。この熱酸化の際、
Bイオンは、活性化されるとともに、半導体基板10の
表面に拡散され、p+拡散層からなる低抵抗接触層50
が半導体基板10の表面に形成される。この場合も、ポ
リシリコン膜30は、多結晶体であるため原子間の結合
が弱く、単結晶体の半導体基板10よりも短時間の熱酸
化により酸化される。そのため、ポリシリコン膜30を
選択的にかつ短時間で熱酸化させ、Bを狭く浅い範囲に
拡散させることにより、低抵抗接触層50を小さく形成
することができる。
【0025】その後、図10に示すように、レジストに
よりマスクしてポリシリコン酸化膜40をエッチングし
て、低抵抗接触層50の表面を露出するようにコンタク
トホール41を形成する。ポリシリコン酸化膜40上の
レジストを剥離した後、低抵抗接触層50に電気的に接
続されるように電極60を形成する。
【0026】〔n型低抵抗接触層〕p型の低抵抗接触層
(p+拡散層)50を形成する場合を説明したが、n型
低抵抗接触層(n+拡散層)も同様に形成することがで
きる。n型低抵抗接触層では、p型不純物を含むSi基
板である半導体基板10を使用し、Bの代わりに例えば
P又はAsをポリシリコン膜30に注入する。これによ
り、p型の半導体基板10の表面に、n+拡散層である
低抵抗接触層50を小さく形成することができる。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、ポリシリコン層上から
不純物を注入し、熱酸化によりポリシリコンを熱酸化さ
せて取り除くことにより、不純物拡散層を浅く形成する
ことができる。また、ポリシリコン層の熱酸化は短時間
で行えるので、熱酸化により不純物が半導体基板の広い
範囲で拡散するのを抑制できる。このように、不純物を
浅く狭い範囲に拡散させることにより、不純物拡散層を
小さく形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態例に係るpチャンネルM
OSのLDD構造形成方法(その1)。
【図2】本発明の第1実施形態例に係るpチャンネルM
OSのLDD構造形成方法(その2)。
【図3】本発明の第1実施形態例に係るpチャンネルM
OSのLDD構造形成方法(その3)。
【図4】本発明の第1実施形態例に係るpチャンネルM
OSのLDD構造形成方法(その4)。
【図5】本発明の第1実施形態例に係るpチャンネルM
OSのLDD構造形成方法(その5)。
【図6】本発明の第1実施形態例に係るpチャンネルM
OSのLDD構造形成方法(その6)。
【図7】本発明の第2実施形態例に係るp型低抵抗接触
層の形成方法(その1)。
【図8】本発明の第2実施形態例に係るp型低抵抗接触
層の形成方法(その2)。
【図9】本発明の第2実施形態例に係るp型低抵抗接触
層の形成方法(その3)。
【図10】本発明の第2実施形態例に係るp型低抵抗接
触層の形成方法(その4)。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 ゲート絶縁膜 3 ゲート電極 4 第2ポリシリコン膜 5 ポリシリコン酸化膜 6a,6b ソース/ドレイン領域 7a,7b LDD領域 8a,8b コンタクトホール 9a,9b ソース/ドレイン電極 10 半導体基板 20 SiO2膜 21 開口部 30 ポリシリコン膜 40 ポリシリコン酸化膜 41 コンタクトホール 50 低抵抗接触層 60 電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に不純物拡散層を形成する方
    法であって、 前記半導体基板の表面にポリシリコン層を形成する第1
    工程と、 前記ポリシリコン層上から第1導電型不純物を注入する
    第2工程と、 前記ポリシリコン層を熱酸化してポリシリコン酸化膜を
    形成する第3工程と、 前記ポリシリコン酸化膜を取り除く第4工程と、を含む
    不純物拡散層の形成方法。
  2. 【請求項2】前記第1導電型不純物はボロン又は二フッ
    化ボロンである、請求項1に記載の不純物拡散層の形成
    方法。
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