JP2003282473A - Method and apparatus for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method and apparatus for manufacturing semiconductor device

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JP2003282473A
JP2003282473A JP2002087375A JP2002087375A JP2003282473A JP 2003282473 A JP2003282473 A JP 2003282473A JP 2002087375 A JP2002087375 A JP 2002087375A JP 2002087375 A JP2002087375 A JP 2002087375A JP 2003282473 A JP2003282473 A JP 2003282473A
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To control the depth of a junction by suppressing excessively rate- increased diffusion when a shallow junction is formed in the manufacturing process of a MOSFET. <P>SOLUTION: A semiconductor substrate after ion implantation is exposed to high-density plasma and then subjected to heat treatment for activation. When the semiconductor substrate is exposed to the high-density plasma, a temperature becomes high only on the extreme surface of the substrate and quickly drops along the thickness of the substrate, so that this property is used to repair a spot defect with heat generated on the surface without advancing diffusion. Activating heat treatment is carried out after the spot defect is repaired, and since the diffusion along the thickness is not advanced by the excessively rate-increased diffusion, the junction which has exact desired thickness can be formed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特に半導体素子を構成する不純物拡散層の浅
い接合(シャロージャンクション)の形成方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a shallow junction (shallow junction) of an impurity diffusion layer which constitutes a semiconductor element.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOSFET(Metal Oxide Semiconduc
tor Field-effect Transistor)の微細化に伴い、ソー
ス/ドレイン拡散層を、ゲート電極に近い領域は浅く、
それ以外の領域は深く形成する「ダブルドレイン構造」
が検討されている。この構造で、ゲート電極近傍の浅い
拡散層領域はエクステンション領域と呼ばれる。短チャ
ンネル効果を抑制するとともに駆動能力の低下を防ぐた
めには、エクステンション領域は、できるだけ浅く、か
つソース−ドレイン間の抵抗値を低く抑えなければなら
ない。
2. Description of the Related Art MOSFET (Metal Oxide Semiconducer)
With the miniaturization of the tor field-effect transistor, the source / drain diffusion layer is shallow in the region near the gate electrode,
"Double drain structure" that deeply forms other regions
Is being considered. In this structure, the shallow diffusion layer region near the gate electrode is called an extension region. In order to suppress the short channel effect and prevent the driving ability from decreasing, the extension region must be as shallow as possible and the resistance value between the source and the drain must be kept low.

【0003】拡散層領域を形成する方法としては、まず
拡散層領域となる領域にイオン注入により不純物を導入
し、その後、熱処理を施してその不純物を活性化させる
方法が一般的である。しかし、イオン注入では、イオン
と結晶格子との核衝突によってシリコン基板に空孔や格
子間シリコン原子など様々な結晶欠陥が生じることが知
られている。特に格子間シリコン原子は、導入された不
純物と結合し、熱処理が行われたときに、平衡拡散係数
の数千倍から数万倍の拡散係数で拡散する。したがっ
て、イオン注入の段階で比較的浅い領域にのみ不純物を
導入しても、熱処理時に拡散が深く進んでしまうことが
ある。この現象は、過度増速拡散(TED:Transient
Enhanced Diffusion)と呼ばれ、シャロージャンクショ
ン形成における問題点として知られている。
As a method for forming the diffusion layer region, an impurity is generally introduced into the region to be the diffusion layer region by ion implantation, and then heat treatment is performed to activate the impurity. However, it is known that in ion implantation, various crystal defects such as vacancies and interstitial silicon atoms are generated in a silicon substrate due to nuclear collision between ions and a crystal lattice. In particular, interstitial silicon atoms combine with the introduced impurities, and when heat treatment is performed, they diffuse with a diffusion coefficient that is thousands to tens of thousands times the equilibrium diffusion coefficient. Therefore, even if impurities are introduced only in a relatively shallow region at the stage of ion implantation, diffusion may deepen during heat treatment. This phenomenon is caused by excessively enhanced diffusion (TED).
It is known as Enhanced Diffusion) and is known as a problem in shallow junction formation.

【0004】この問題を解決するための方法としては、
特開平11−176765号公報に、イオン注入後の基
板に電子ビームを照射することによって、損傷が生じた
基板を復旧する方法が開示されている。しかし、製造ラ
インに電子ビーム照射のための新たな装置を導入し、製
造プロセスに新たに1つの工程を加えることは、製造コ
ストや生産工期の増大を招き、現実的な解決策とはいえ
ない。
As a method for solving this problem,
Japanese Patent Laid-Open No. 11-176765 discloses a method of recovering a damaged substrate by irradiating the substrate after ion implantation with an electron beam. However, introducing a new apparatus for electron beam irradiation into the manufacturing line and adding a new step to the manufacturing process leads to an increase in manufacturing cost and production period, and is not a realistic solution. .

【0005】また、シャロージャンクション形成時のも
う1つの問題は、不純物の外方拡散である。シャロージ
ャンクションを形成する場合、イオン注入工程では、不
純物はシリコンの表層にのみ導入される。そのような分
布状態で不純物を活性化させるための高温熱処理を施す
と、表層の不純物の外方拡散が発生し、不純物濃度が低
下してしまう。従来、この問題は、熱処理を施す前に、
ウェハ上に、外方拡散の防止を目的とした保護絶縁膜形
成することにより解決されてきた。
Another problem at the time of forming the shallow junction is outward diffusion of impurities. When forming a shallow junction, impurities are introduced only into the surface layer of silicon in the ion implantation process. When high-temperature heat treatment for activating the impurities in such a distribution state is performed, outward diffusion of the impurities in the surface layer occurs, and the impurity concentration decreases. Conventionally, this problem is
This has been solved by forming a protective insulating film on the wafer for the purpose of preventing outward diffusion.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、MOSFE
Tの製造過程でシャロージャンクションを形成する場合
に過度増速拡散を抑制して接合の深さを制御できるよう
にすることを目的とする。これにより、シャロージャン
クション形成技術、言うなれば微細MOSFETの成形
技術の核となる技術を確立し、動作が安定した、高性能
の半導体装置を供給できるようにする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a MOSFE
It is an object of the present invention to suppress excessive accelerated diffusion when a shallow junction is formed in the manufacturing process of T so that the depth of the junction can be controlled. As a result, a shallow junction forming technology, that is, a core technology of a fine MOSFET forming technology is established, and a high-performance semiconductor device with stable operation can be supplied.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板の
所定の領域にイオン注入により不純物を導入するイオン
注入工程と、その半導体基板を高密度プラズマにさらす
高密度プラズマ処理工程と、導入された不純物を活性化
させるための熱処理工程とを含むことを特徴とする半導
体装置の製造方法である。高密度プラズマの密度は、1
×1012以上とすることが好ましい。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention introduces an ion implantation step of introducing impurities into a predetermined region of a semiconductor substrate by ion implantation, and a high density plasma treatment step of exposing the semiconductor substrate to high density plasma. And a heat treatment step for activating the impurities. The density of high density plasma is 1
It is preferably x10 12 or more.

【0008】高密度プラズマに半導体基板をさらした場
合、基板の極表面のみが高温になり基板の深さ方向では
急速に温度が低下する。この性質を利用すれば、基板内
部の拡散を進めることなく、表面に発生した熱で点欠陥
を修復することができる。その後に活性化熱処理を行え
ば、過度増速拡散は生じず、接合の深さを思い通りに制
御することができる。
When a semiconductor substrate is exposed to high-density plasma, only the extreme surface of the substrate becomes hot, and the temperature rapidly drops in the depth direction of the substrate. By utilizing this property, the point defect can be repaired by the heat generated on the surface without promoting the diffusion inside the substrate. If the activation heat treatment is performed thereafter, excessive accelerated diffusion does not occur and the junction depth can be controlled as desired.

【0009】また、前記高密度プラズマ処理工程におい
て、高密度プラズマCVD装置などを用いて半導体基板
表面に絶縁膜を形成すれば、熱処理時の外方拡散を防止
することもできる。例えば、反応ガスとしてシランガス
を使用し、酸化ケイ素を主体とする絶縁膜を形成する。
Further, in the high-density plasma processing step, if an insulating film is formed on the surface of the semiconductor substrate using a high-density plasma CVD apparatus or the like, it is possible to prevent outward diffusion during heat treatment. For example, silane gas is used as a reaction gas, and an insulating film mainly containing silicon oxide is formed.

【0010】また、イオン注入工程において、イオン注
入時の加速電圧を1KeV以下とすれば、不純物が比較
的浅く注入され、浅い接合を形成することができる。本
発明では上記高密度プラズマ処理により点欠陥が除去さ
れているので、低エネルギーでイオン注入したのに熱処
理で接合が深まってしまうという心配はない。
Further, in the ion implantation step, if the acceleration voltage at the time of ion implantation is set to 1 KeV or less, the impurities are relatively shallowly implanted and a shallow junction can be formed. In the present invention, since the point defects are removed by the high-density plasma treatment, there is no concern that the junction will be deepened by the heat treatment even if the ion implantation is performed with low energy.

【0011】また、イオン注入工程では、不純物のドー
ズ量が1×1013個/cmから1×1016個/c
の範囲内となるようにイオン注入を行うことが好ま
しい。抵抗値を低く抑えるためには不純物濃度をある程
度高くする必要があるが、一方で接合を浅く保つために
は濃度が高すぎてもよくないからである。
In the ion implantation step, the dose of impurities is 1 × 10 13 / cm 2 to 1 × 10 16 / c.
It is preferable to carry out the ion implantation so that it is within the range of m 2 . This is because it is necessary to increase the impurity concentration to some extent to keep the resistance value low, but on the other hand, too high a concentration is not enough to keep the junction shallow.

【0012】以上に説明した製造方法を用いれば、不純
物導入領域の接合の深さが0.1μm以下の場合でも、
深さを自由に制御することができ、高品質、高性能な半
導体装置を比較的容易に製造することができる。
By using the manufacturing method described above, even when the junction depth of the impurity-doped region is 0.1 μm or less,
The depth can be freely controlled, and a high quality and high performance semiconductor device can be manufactured relatively easily.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。図1(a)〜(d)は
シャロージャンクション形成工程における半導体基板の
断面を段階的に示したものである。本実施の形態におい
て、シャロージャンクションは、以下のように形成され
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIGS. 1A to 1D show stepwise cross-sections of the semiconductor substrate in the shallow junction forming step. In the present embodiment, the shallow junction is formed as follows.

【0014】はじめに、図1(a)に示すように、N型
シリコン基板1に素子分離用の酸化膜2を形成する。次
に、各素子領域に4nmのゲート酸化膜3を形成し、チ
ャネルドープを行う。その後、ポリシリコンを200n
m堆積し、ドライエッチングによりゲート電極4を形成
する。その後、酸化膜を堆積し、エッチバックによりサ
イドウォール5を形成する。以上は、従来と同じである
ため、詳細な説明は省略する。
First, as shown in FIG. 1A, an oxide film 2 for element isolation is formed on an N-type silicon substrate 1. Next, a 4 nm gate oxide film 3 is formed in each element region, and channel doping is performed. After that, 200n of polysilicon
Then, the gate electrode 4 is formed by dry etching. After that, an oxide film is deposited and the sidewalls 5 are formed by etching back. Since the above is the same as the conventional one, detailed description will be omitted.

【0015】次いで、HF系のエッチング液を用いて自
然酸化膜(図示せず)を除去した後、サイドウォール5
が形成されたゲート電極4をマスクとして、ソース/ド
レイン領域となる領域にイオン注入を行う。これによ
り、図1(b)に示すように、ソース/ドレイン領域と
なる不純物導入領域6が形成される。本実施の形態で
は、イオン注入は、低エネルギーイオン注入機を用い
て、ボロンを含む低分子量の分子(例えばBF分子)
をイオン化したBイオンを、500eVのエネルギー
で加速して注入する。注入する元素イオンは、砒素(A
)、リン(P)、フッ化ボロン(BF )など
でもよい。また、イオン注入は、不純物導入領域6に、
単位面積[cm]あたり1×1013〜1×1016
個のイオンが注入されるように行う。
Next, after removing the natural oxide film (not shown) using an HF-based etching solution, the sidewall 5 is formed.
Ion implantation is performed on the regions to be the source / drain regions by using the gate electrode 4 with the mask formed as a mask. As a result, as shown in FIG. 1B, the impurity introduction regions 6 to be the source / drain regions are formed. In the present embodiment, the ion implantation is performed by using a low energy ion implanter, and a low molecular weight molecule containing boron (for example, BF 3 molecule).
The ionized B + ions are accelerated with an energy of 500 eV and implanted. The elemental ions to be implanted are arsenic (A
s + ), phosphorus (P + ), boron fluoride (BF 2 + ) and the like may be used. Further, the ion implantation is performed on the impurity introduction region 6,
1 × 10 13 to 1 × 10 16 per unit area [cm 2 ]
This is done so that individual ions are implanted.

【0016】従来方法では、ここで、シリコン基板表面
に外方拡散防止のための酸化膜(以下、キャップ酸化膜
と称する)を形成していた。1KeV以下の低エネルギ
ーでイオン注入を行った場合には、注入の深さが50n
m程度と比較的浅いため、前述のように熱処理時に不純
物の外方拡散が生ずる。外方拡散によりシリコン基板表
層の不純物濃度が低下すれば、拡散層抵抗が高くなって
しまうので、これを防止するためである。酸化膜の形成
には、通常、低温での成膜が可能な装置、例えば平行平
板型プラズマCVD装置や常圧・準常圧式の熱CVD装
置が使用される。成膜温度は概ね400℃とすることが
一般的である。加熱は、CVD装置のサセプタに内蔵さ
れた抵抗ヒーターを用いて行う。これにより成膜時のウ
ェハ表面温度を400℃以下に保つことができる。
In the conventional method, an oxide film (hereinafter referred to as a cap oxide film) is formed on the surface of the silicon substrate to prevent outward diffusion. When the ion implantation is performed at a low energy of 1 KeV or less, the implantation depth is 50n.
Since it is relatively shallow as about m, impurities are diffused outward during the heat treatment as described above. This is because if the impurity concentration of the surface layer of the silicon substrate decreases due to the out-diffusion, the resistance of the diffusion layer increases, which is to be prevented. For forming the oxide film, an apparatus capable of forming a film at a low temperature, for example, a parallel plate type plasma CVD apparatus or a normal pressure / quasi-normal pressure type thermal CVD apparatus is usually used. The film forming temperature is generally about 400 ° C. The heating is performed using a resistance heater built in the susceptor of the CVD device. As a result, the wafer surface temperature during film formation can be maintained at 400 ° C. or lower.

【0017】これに対し、本実施の形態では、従来方法
で使用していた平行平板型プラズマCVD装置や常圧・
準常圧式の熱CVD装置に代えて、高密度プラズマCV
D装置を使用する。高密度プラズマCVD装置はチャン
バー内に導入されたガスを高密度プラズマ化して、ウェ
ハと反応させて膜を堆積させる装置であり、ICP(In
ductively Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)方式、
ECR(Electron Cyclotron Resonance:サイクロトロ
ン共鳴プラズマ)方式、特殊な磁場を用いた方式など種
々の装置が知られている。
On the other hand, in this embodiment, the parallel plate type plasma CVD apparatus and the normal pressure
High-density plasma CV instead of the quasi-atmospheric pressure type thermal CVD device
Use device D. The high-density plasma CVD apparatus is an apparatus for converting a gas introduced into a chamber into a high-density plasma and reacting with a wafer to deposit a film.
ductively Coupled Plasma) method,
Various devices such as an ECR (Electron Cyclotron Resonance) system and a system using a special magnetic field are known.

【0018】なお、本発明の方法の特徴は、イオン注入
後のウェハの表面を高密度プラズマにさらすことにある
ので、高密度プラズマの生成に、必ずしもCVD装置を
使用する必要はない。しかし、本実施の形態のように、
高密度プラズマCVD装置を使用すれば、点欠陥の除去
と、キャップ酸化膜の形成を同時に行うことができる。
Since the feature of the method of the present invention is that the surface of the wafer after ion implantation is exposed to high-density plasma, it is not always necessary to use a CVD apparatus to generate high-density plasma. However, as in this embodiment,
If a high density plasma CVD apparatus is used, point defects can be removed and a cap oxide film can be formed at the same time.

【0019】まず、高密度プラズマCVD装置により点
欠陥が除去されるしくみについて説明する。高密度プラ
ズマCVDプロセスは、一般に化学反応と物理的なスパ
ッタリングとを組み合わせたプロセスである。例えばI
CP方式の装置では、まず誘導結合プラズマを発生さ
せ、ウェハの表面近傍の反応領域に高周波(RF)エネ
ルギー(バイアス)を印加することによって反応ガスの
解離を促進して、高反応性イオン種のプラズマを生成す
る。このプラズマをウェハと反応させて膜を堆積させる
(化学反応)。これらの処理は、真空中、もしくはアル
ゴン(Ar)、ヘリウム(He)などの不活性ガス中で
行われる。アルゴン、ヘリウムなどの比較的不活性なイ
オン成分は、RFバイアスの印加によって高い運動量
(電界)を与えられ、被堆積薄膜材料をスパッタ率曲線
に基づき薄膜の断面形状に沿って特定の領域から選択的
に除去する(物理的スパッタリング)。これにより、処
理中にその場スパッタリング(in situ sputtering)お
よび/またはイオン指向性(ion directionality)がも
たらされる。RFバイアスの印加は薄膜の形成において
必須ではないが、形成された薄膜の段差被覆性を向上す
るためにRFバイアスを印加することがある。
First, the mechanism of removing point defects by the high density plasma CVD apparatus will be described. The high density plasma CVD process is generally a process that combines chemical reaction and physical sputtering. For example I
In the CP type apparatus, first, inductively coupled plasma is generated, and radio frequency (RF) energy (bias) is applied to the reaction region near the surface of the wafer to accelerate the dissociation of the reaction gas to generate highly reactive ion species. Generate plasma. This plasma reacts with the wafer to deposit a film (chemical reaction). These treatments are performed in vacuum or in an inert gas such as argon (Ar) or helium (He). Relatively inactive ionic components such as argon and helium are given high momentum (electric field) by applying RF bias, and the thin film material to be deposited is selected from a specific region along the cross-sectional shape of the thin film based on the sputtering rate curve. It (physical sputtering). This provides in situ sputtering and / or ion directionality during processing. The application of the RF bias is not essential for forming the thin film, but the RF bias may be applied in order to improve the step coverage of the formed thin film.

【0020】ここで、RFバイアスを印加すると、イオ
ンがウェハの表面に衝突することによって熱が発生す
る。このため、一般の配線工程で高密度プラズマCVD
プロセスを用いる場合には、発生した熱を抑えるために
冷却用ヘリウムをウェハの界面に流すことがある。一
方、RFバイアスを非常に弱くする場合あるいは印加し
ない場合は、比較的不活性なアルゴン、ヘリウムなどの
イオン成分のウェハへの衝突が減少する。
Here, when an RF bias is applied, the ions collide with the surface of the wafer to generate heat. Therefore, high-density plasma CVD is used in the general wiring process.
When using a process, cooling helium may be flowed to the wafer interface in order to suppress the heat generated. On the other hand, when the RF bias is made extremely weak or not applied, collision of relatively inert ion components such as argon and helium with the wafer is reduced.

【0021】本実施の形態では、プラズマ密度を1×1
12以上とし、RFバイアスは印加せず、かつHeに
よる積極的な冷却も行わない条件で、真空中で、高密度
プラズマCVDプロセスを行う。この場合のウェハ温度
は、裏面の放射温度計による測定で約400℃となっ
た。なお、裏面で測定される温度は最表面で発生した熱
が拡散し、ウェハ全体が熱せられて観測できるものであ
るため、必ずしも最表面の温度と一致するものではない
が、ウェハ表面が相当の高温になることは明らかであ
る。
In this embodiment, the plasma density is set to 1 × 1.
The high density plasma CVD process is performed in a vacuum under the conditions of 0 12 or more, no RF bias is applied, and no positive cooling by He is performed. The wafer temperature in this case was about 400 ° C. as measured by a radiation thermometer on the back surface. The temperature measured on the back surface is not necessarily the same as the temperature on the outermost surface, because the heat generated on the outermost surface is diffused and the entire wafer is heated and can be observed. It is clear that the temperature will rise.

【0022】イオン注入により生じた点欠陥は、この高
密度プラズマの熱で修復されるものと考えられる。但
し、この熱によってウェハの厚み方向への拡散が進行す
ることはない。これは、高密度プラズマの熱はウェハの
極表面でのみ発生し、ウェハの厚み方向では急速に温度
が低下するためと推察される。この性質を利用すれば、
厚み方向に拡散を進めることなく、点欠陥を修復するこ
とができる。
The point defects caused by the ion implantation are considered to be repaired by the heat of this high density plasma. However, this heat does not cause diffusion in the thickness direction of the wafer. This is presumably because the heat of the high-density plasma is generated only on the extreme surface of the wafer, and the temperature rapidly decreases in the thickness direction of the wafer. If you take advantage of this property,
The point defect can be repaired without promoting diffusion in the thickness direction.

【0023】また、本実施の形態では、反応ガスとして
シランガス(SiH、Si、Siなど)
を使用する。これにより、ウェハ上には、図1(c)に
示すように、酸化ケイ素を主体とする200nmのキャ
ップ酸化膜7が形成され、従来同様、熱処理時の不純物
の外方拡散を防止することができる。
In the present embodiment, silane gas (SiH 4 , Si 2 H 6 , Si 3 H 8, etc.) is used as the reaction gas.
To use. As a result, as shown in FIG. 1C, a 200-nm-thick cap oxide film 7 mainly composed of silicon oxide is formed on the wafer, and as in the prior art, it is possible to prevent outward diffusion of impurities during heat treatment. it can.

【0024】なお、本実施の形態では、RFバイアスを
印加せずに酸化膜を形成しているが、ある程度の膜厚ま
で酸化膜を形成した後に、RFバイアスを印加して、ス
パッタリング効果を取り入れても良い。スパッタリング
を行なうと、基板表面温度はより高くなるため、アニー
ル効果を期待できる。
In this embodiment, the oxide film is formed without applying the RF bias. However, after forming the oxide film to a certain thickness, the RF bias is applied to incorporate the sputtering effect. May be. When the sputtering is performed, the substrate surface temperature becomes higher, so that the annealing effect can be expected.

【0025】以上に説明した高密度プラズマCVDプロ
セスにより、イオン注入時に生じたウェハの点欠陥を除
去するとともに、外方拡散のためのキャップ酸化膜を形
成することができる。
By the high-density plasma CVD process described above, it is possible to remove the point defects of the wafer generated at the time of ion implantation and to form the cap oxide film for outward diffusion.

【0026】次に、ウェハに導入された不純物を活性化
させるために、不活性ガス中で(あるいは真空中で)、
ランプを用いて熱処理を施す。近年の主流は、速昇降温
熱処理(RTP:Rapid Thermal Processing)装置を用
いて、ウェハ面の温度を均一に保ちつつ、適応し得る最
高の昇温レートで高温度まで昇温し、最高温度に達する
と同時に降温する手法である。この熱処理は、時間を横
軸、温度を縦軸にとって温度変化をグラフにすると図4
に示すような楔形になるため、「スパイクアニール」と
呼ばれている。熱処理条件は、最高到達温度が1050
℃となるようにする。これにより、図1(d)に示すよ
うにP型のソース/ドレイン領域8が形成され、MOS
トランジスタが形成される。
Next, in order to activate the impurities introduced into the wafer, in an inert gas (or in vacuum),
Heat treatment is performed using a lamp. The mainstream in recent years is to increase the temperature to a maximum temperature by using a rapid thermal processing (RTP: Rapid Thermal Processing) apparatus while keeping the temperature of the wafer surface uniform and at a maximum applicable heating rate. It is a method of lowering the temperature as soon as it reaches. This heat treatment is shown in a graph of temperature change with time on the horizontal axis and temperature on the vertical axis as shown in FIG.
It is called “spike annealing” because it has a wedge shape as shown in FIG. Maximum heat treatment temperature is 1050
Set to ℃. As a result, P-type source / drain regions 8 are formed as shown in FIG.
A transistor is formed.

【0027】図2は、ボロン注入後のボロンの総量をS
IMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)を用いて
測定した結果である。図に示す測定を実施したウエハ面
内の位置は、ウエハ中心部である。図中III は、ボロン
注入直後で熱処理を行う前のSIMS深さプロファイル
である。グラフIは、本方法を用いてキャップ酸化膜を
形成した後に熱処理を行った場合である。IIは比較のた
めに平行平板型のプラズマCVD法を用いてキャップ酸
化膜を形成した場合の分布を示したものである。図か
ら、従来の方法ではキャリア濃度の分布において、濃度
が1.0×10 となる深さは53nm程度であった
が、本方法を用いることで、46nm程度の、より浅い
接合を形成できることがわかる。
FIG. 2 shows the total amount of boron after boron injection is S
It is the result of measurement using IMS (Secondary Ion Mass Spectrometry). The position on the wafer surface where the measurement shown in the figure is performed is the central portion of the wafer. In the figure, III is a SIMS depth profile immediately after boron implantation and before heat treatment. Graph I shows the case where the heat treatment is performed after forming the cap oxide film using this method. For comparison, II shows the distribution when the cap oxide film is formed by using the parallel plate type plasma CVD method. From the figure, in the distribution of carrier concentration in a conventional manner, the concentration is the depth to be 1.0 × 10 1 8 was about 53 nm, by using the present method, the formation of about 46 nm, a shallower junction I know that I can do it.

【0028】また、図3は、熱処理後の層抵抗分布を四
短針法を用いて測定した結果を示す図である。図3
(a)は高密度プラズマCVD装置を用いてキャップ酸
化膜を成膜した場合であり、図3(b)は平行平板型の
プラズマCVD装置を用いてキャップ酸化膜を形成した
場合の抵抗分布を示している。平行平板型のプラズマC
VD装置を用いてキャップ酸化膜を形成した場合、層抵
抗はウエハ面内均一性が悪く、ウエハ周辺部ほど層抵抗
が高くなる傾向が見られる。絶対値で比較した場合、高
密度プラズマCVDを用いる場合の約半分である。つま
り、プラズマ密度が高くてもせいぜい1×1011以下
である平行平板型のプラズマCVD装置では、半導体基
板表面のアニール効果は得られない。一方、高密度プラ
ズマCVDプロセスによれば、前述のように均一な拡散
層抵抗を得ることができる。
FIG. 3 is a diagram showing the result of measurement of the layer resistance distribution after heat treatment using the four-short needle method. Figure 3
3A shows a case where a cap oxide film is formed using a high density plasma CVD apparatus, and FIG. 3B shows a resistance distribution when a cap oxide film is formed using a parallel plate type plasma CVD apparatus. Shows. Parallel plate type plasma C
When the cap oxide film is formed by using the VD apparatus, the layer resistance is poor in the in-plane uniformity of the wafer, and the layer resistance tends to increase toward the peripheral portion of the wafer. When compared in terms of absolute value, it is about half that in the case of using high density plasma CVD. That is, even if the plasma density is high, the annealing effect on the surface of the semiconductor substrate cannot be obtained in the parallel plate type plasma CVD apparatus in which the plasma density is at most 1 × 10 11 or less. On the other hand, according to the high density plasma CVD process, the uniform diffusion layer resistance can be obtained as described above.

【0029】また、本実施の形態の方法は、従来キャッ
プ酸化膜を形成するために使用していた平行平板型プラ
ズマCVD装置を高密度プラズマCVD装置に代えるだ
けで実現できる。新しい装置を開発したり、新しい工程
を追加したりする必要はないので、従来に比べてコスト
や工期を増大させるということなく、従来よりも高性能
かつ高品質の半導体装置を安価に供給することができ
る。
Further, the method of the present embodiment can be realized only by replacing the parallel plate type plasma CVD apparatus conventionally used for forming the cap oxide film with a high density plasma CVD apparatus. Since there is no need to develop a new device or add a new process, it is possible to supply high-performance and high-quality semiconductor devices at lower cost than before without increasing cost and construction period. You can

【0030】なお、本実施の形態では、プラズマ密度を
1×1012以上としているが、この数値は大よその目
安に過ぎず、若干下回る値でも点欠陥を除去できる場合
があることは当業者にとって明らかである。また、上記
実施の形態は、高密度プラズマCVDプロセスという1
つのプロセスにより点欠陥を除去すると同時に絶縁膜
(キャップ酸化膜)を形成できる(従来に比べて工程数
が増えない)という点で特に優れているが、本発明の特
徴は高密度プラズマ処理により点欠陥を除去することに
あるので、絶縁膜は他のプロセスにより形成してもよ
い。また、絶縁膜の種類およびその絶縁膜を形成する場
合の反応ガスの種類はシランガスに限らず他にも種々考
えられる。
In the present embodiment, the plasma density is set to 1 × 10 12 or more, but this value is merely a guideline, and it may be possible for a person skilled in the art to remove point defects even if the value is slightly lower. Is obvious to In addition, the above-described embodiment is called a high density plasma CVD process.
It is particularly excellent in that the point defect can be removed by one process and the insulating film (cap oxide film) can be formed at the same time (the number of steps does not increase compared to the conventional method), but the feature of the present invention is that the high density plasma treatment The insulating film may be formed by another process because it is to remove defects. In addition, the type of the insulating film and the type of the reaction gas for forming the insulating film are not limited to the silane gas, and various other types may be considered.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明の方法では、イオン注入後の半導
体基板を高密度プラズマにさらすことにより基板表面の
点欠陥を除去する。これにより、TED現象を抑制でき
るので、形成する接合の深さを思い通りに制御すること
ができ、シャロージャンクションの形成が容易になる。
In the method of the present invention, the semiconductor substrate after ion implantation is exposed to high density plasma to remove the point defects on the substrate surface. As a result, the TED phenomenon can be suppressed, the depth of the junction to be formed can be controlled as desired, and the shallow junction can be easily formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 シャロージャンクション形成工程における半
導体基板の断面を段階的に示した図。
FIG. 1 is a diagram showing, step by step, a cross section of a semiconductor substrate in a shallow junction forming step.

【図2】 活性化熱処理後の不純物導入層のボロン分布
を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a boron distribution of an impurity introduced layer after activation heat treatment.

【図3】 活性化熱処理後の不純物導入層の抵抗分布を
示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a resistance distribution of an impurity introduced layer after activation heat treatment.

【図4】 スパイクアニールの温度プロファイルの一例
を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a temperature profile of spike annealing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板、 2 酸化膜、 3 ゲート酸化
膜、 4 ゲート電極、5 サイドウォール、 6 不
純物導入領域、 7 キャップ酸化膜、 8ソース/ド
レイン領域。
1 silicon substrate, 2 oxide film, 3 gate oxide film, 4 gate electrode, 5 sidewall, 6 impurity introduction region, 7 cap oxide film, 8 source / drain region.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の所定の領域にイオン注入に
より不純物を導入するイオン注入工程と、 前記半導体基板を高密度プラズマにさらす高密度プラズ
マ処理工程と、 前記導入された不純物を活性化させるための熱処理工程
とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. An ion implantation step of introducing impurities into a predetermined region of a semiconductor substrate by ion implantation; a high-density plasma treatment step of exposing the semiconductor substrate to high-density plasma; and activating the introduced impurities. The method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項2】 前記高密度プラズマの密度を、1×10
12以上とすることを特徴とする請求項1記載の半導体
装置の製造方法。
2. The density of the high density plasma is 1 × 10.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the number is 12 or more.
【請求項3】 前記高密度プラズマ処理工程において、
前記半導体基板表面に絶縁膜を形成することを特徴とす
る請求項1または2記載の半導体装置の製造方法。
3. In the high density plasma processing step,
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein an insulating film is formed on the surface of the semiconductor substrate.
【請求項4】 前記高密度プラズマ処理工程において、
反応ガスとしてシランガスを使用することを特徴とする
請求項1から3のいずれかに記載の半導体装置の製造方
法。
4. In the high density plasma processing step,
4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein silane gas is used as the reaction gas.
【請求項5】 前記イオン注入工程において、イオン注
入時の加速電圧を1KeV以下とすることを特徴とする
請求項1から4のいずれかに記載の半導体装置の製造方
法。
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the ion implantation step, an acceleration voltage during ion implantation is set to 1 KeV or less.
【請求項6】 前記イオン注入工程において、不純物の
ドーズ量が1×10 13個/cmから1×1016
/cmの範囲内となるようにイオン注入を行うことを
特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の半導体装
置の製造方法。
6. In the ion implantation step, impurities of
Dose amount is 1 × 10 ThirteenPieces / cmTwoFrom 1 × 1016Individual
/ CmTwoIon implantation should be performed within the range of
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, which is characterized in that
Manufacturing method.
【請求項7】 請求項1から6のいずれかに記載の半導
体装置の製造方法により製造され、接合の深さが0.1
μm以下の不純物導入領域を有することを特徴とする半
導体装置。
7. A semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the junction depth is 0.1.
A semiconductor device having an impurity introduction region of μm or less.
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