JP2004022616A

JP2004022616A - 半導体装置の製造方法および半導体装置

Info

Publication number: JP2004022616A
Application number: JP2002172178A
Authority: JP
Inventors: Yoji Kawasaki; 川崎　洋司
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】極浅の不純物領域を所望の箇所に形成することができる半導体装置の製造方法を得ることを目的とする。
【解決手段】半導体基板１０上のｐ型の不純物領域の形成領域を開口する第１のレジスト膜１１を形成し、第１のレジスト膜１１をマスクとして半導体基板１０上にプラズマドーピング法によりｐ型のドーパンド含有膜１２を形成し、半導体基板１０上のｎ型の不純物領域の形成領域を開口する第２のレジスト膜１３を形成し、第２のレジスト膜１３をマスクとして半導体基板１０上にプラズマドーピング法によりｎ型のドーパンド含有膜１４を形成し、両ドーパンド含有膜１２、１４に対してイオン注入１５を行い、ドーパンド含有膜中のドーパンドをイオン注入１５によりノックオンして半導体基板１０に導入しｐ型およびｎ型の不純物領域１６、１７を形成するものである。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、極浅の不純物領域を、必要とする箇所のみに作成することができる半導体装置の製造方法および半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンデバイスの接合形成工程の一つとしてドーピング工程がある。本来この工程では、イオン注入によってシリコン基板にドーパンドを直接的に導入する方法が用いられている。近年のデバイスの微細化により、５００オンク゛ストローム以下の極めて浅い（極浅）接合が要求され、極めて低いエネルギーでのイオン注入を行ない、ドーパンド分布を極めて浅くすることが行われている。
【０００３】
例えば深さ１００オンク゛ストロームのボロン注入分布を形成する場合、イオン注入のエネルギーは２００ｅＶ程度となる。しかしこのような極低エネルギーのイオン注入では、一旦シリコン基板に注入されたドーパンドが後方散乱によって再び外部放出される割合が大きくなる問題がある。また、注入エネルギーが１００ｅＶ以下になると、生成されたイオンのほぼすべてが輸送途中で消滅するため、実質的には注入不可能になる、というような現象が発生する。
【０００４】
また、シリコン基板に照射されるイオンビームは、空間電荷の影響を受けているため加速エネルギーを低くするにつれて、それの拡がりは顕著になる。そのことにより、例えば、シリコン基板へのイオンの入射角度の揺らぎ幅が大きくなり、ＭＯＳＦＥＴのソース／ドレイン領域形成の際にこの方法を用いた場合、一部はゲート電極の側壁に注入されてしまい、半導体基板まで到達しなくなる。そして、同時に側壁へのダメージをもたらすという問題点があった。
【０００５】
これらのことを解決するものとして、例えば特開平９−６３９８２号公報に示されている従来の半導体装置の製造方法がある。図５は例えば特開平９−６３９８２号公報に示された従来の半導体装置の製造方法を示す図である。図において、１は半導体基板、２は薄膜、３はフォトレジスト、４は注入イオン、５は注入イオンのドーピング層、６はノックオンによるドーピング層である。
【０００６】
このように、半導体基板１上に薄膜２を形成する。次に薄膜２上にフォトレジスト３を形成する。次に、薄膜２およびフォトレジスト３を介してイオン注入を行う。注入イオン４は薄膜２を通り抜け、半導体基板１の内部に達し、注入イオンのドーピング層５を形成する。この注入イオン４が薄膜２を通り抜けるときに、薄膜２の原子をノックオンする。その結果、薄膜２の原子が半導体基板１の中に入る。そして、ノックオンによるドーピング層６が形成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体装置の製造方法では、薄膜を形成し、イオン注入により浅いノックオンによりドーピング層を形成しているが、ｎ型またはｐ型のいずれかのドーピング層しか形成することができない。また、イオン注入によりイオンが基板に注入され、注入イオンのドーピング層が形成され、浅いドーピング層のみを形成することができないという問題点があった。
【０００８】
この発明は上記のような問題を解決するためになされたもので極浅の不純物領域をｎ型およびｐ型のいずれのドーピング層も容易に形成することができる半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る請求項１の半導体装置の製造方法は、半導体基板上の不純物領域の形成領域を開口するレジスト膜を形成し、レジスト膜をマスクとして半導体基板上にプラズマドーピング法によりドーパンド含有膜を形成し、ドーパンド含有膜に対してイオン注入を行い、ドーパンド含有膜中のドーパンドをイオン注入によりノックオンして半導体基板に導入し不純物領域を形成するものである。
【００１０】
また、この発明に係る請求項２の半導体装置の製造方法は、請求項１において、不純物領域としてｎ型およびｐ型の両不純物領域を形成する場合、半導体基板上のｎ型またはｐ型不純物領域の形成領域のいずれか一方が開口する第１のレジスト膜を形成し第１のレジスト膜をマスクとして半導体基板上にプラズマドーピング法によりｎ型またはｐ型不純物領域の形成領域のいずれか一方上にｎ型またはｐ型のドーパンド含有膜のいずれか一方を形成し、半導体基板上のｎ型またはｐ型不純物領域の形成領域のいずれか他方が開口する第２のレジスト膜を形成し第２のレジスト膜をマスクとして半導体基板上にプラズマドーピング法によりｎ型またはｐ型不純物領域の形成領域のいずれか他方上にｎ型またはｐ型のドーパンド含有膜のいずれか他方を形成し、各ドーパンド含有膜に対してイオン注入を同時に行い、各ドーパンド含有膜中の各ドーパンドをノックオンして半導体基板に導入し、ｎ型およびｐ型不純物領域を同時に形成するものである。
【００１１】
また、この発明に係る請求項３の半導体装置の製造方法は、請求項１または請求項２において、イオン注入として、Ｇｅ、Ｓｉ、窒素、Ｈｅ、水素、アルゴンのいずれかを用いるものである。
【００１２】
また、この発明に係る請求項４の半導体装置の製造方法は、請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、ドーパンド含有膜形成後で、イオン注入前に、ドーパンド含有膜にアニール処理を行うものである。
【００１３】
また、この発明に係る請求項５の半導体装置の製造方法は、請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、イオン注入時に、ドーパンド含有膜の温度が−１０℃ないし−３０℃と成るように冷却するものである。
【００１４】
また、この発明に係る請求項６の半導体装置は、半導体基板上に形成されたゲート電極と、半導体基板にゲート電極を挟んで形成されたソース／ドレイン領域と、ゲート電極の側壁に形成されたサイドウォールとを備えた半導体装置において、ソース／ドレイン領域を請求項１ないし請求項５のいずれかの半導体装置の製造方法における不純物領域にて形成し、サイドウォールとソース／ドレイン領域との間にドーパンド含有膜を残存させたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１の半導体装置の製造方法を示す断面図である。図に基づいて実施の形態１の半導体装置の製造方法について説明する。まず、半導体基板１０上のｐ型の不純物領域の形成領域が開口する第１のレジスト膜１１を形成する。次に、第１のレジスト膜１１をマスクとして、半導体基板１０上にプラズマドーピング法によりｐ型の不純物領域の形成領域上にｐ型のドーパンド含有膜１２を形成する（図１（ａ））。
【００１６】
従来、プラズマドーピング法とは半導体基板に不純物を注入する方法であるが、この発明においては、このプラズマドーピング法により半導体基板には不純物が注入されることなく、薄膜（ドーパンド含有膜）を形成する方法を用いる。具体的には、例えば、ｐ型のドーパンド含有膜１２としてボロン薄膜を形成する場合では、ＢＦ_３ガスを用いてバイアス８０ｅＶ以下、面密度１Ｅ１６／ｃｍ^２以上の条件を用いる。このような条件にてプラズマドーピング法が行われると、一般的なイオン注入の場合と比較すると、短いビーム輸送経路や低いビーム密度を有するため、極低エネルギーのバイアスであっても照射が可能となり、薄膜のみが形成される。
【００１７】
以上の方法を用いることにより、１０オンク゛ストロームから１００オンク゛ストロームの膜厚を有する薄膜（ｐ型のドーパンド含有膜１２）が形成される。次に、第１のレジスト膜１１を除去する。次に、ｎ型の不純物領域の形成領域が開口する第２のレジスト膜１３を形成する。次に、この第２のレジスト膜１３をマスクとして半導体基板１０上に、上記に示した場合と同様に、プラズマドーピング法によりｎ型の不純物領域の形成領域上にｎ型のドーパンド含有膜１４として、例えばＰが含有する膜を形成する（図１（ｂ））。
【００１８】
次に、第２のレジスト膜１３を除去する。次に、各ドーパンド含有膜１２、１４に対して例えばＧｅイオンのイオン注入１５を、例えばエネルギー７０ｋｅｖ以下の条件にて同時に行う。そして、各ドーパンド含有膜１２、１４中の各ドーパンド（ここではＢおよびＰ）をノックオンして半導体基板１０に導入し、ｐ型およびｎ型不純物領域１６、１７を同時に形成する（図２（ｃ））。
【００１９】
その際の注入イオン１５ａ（Ｇｅイオン）は、図２に示すように、各ドーパンド含有膜１２、１４中のドーパンド２１（ＢまたはＰ）と衝突を繰り返しながらエネルギーを損失して静止する。そして、各衝突は一般に原子核によるものと、電子によるものの二種類の成分を含んでいるが、前者ではドーパンド２１が注入イオン１５ａからエネルギーを与えられノックオンされる。Ｇｅイオンの場合、衝突時のエネルギーが７０ｋｅＶ以下であれば主として原子核での衝突が起こるため、注入エネルギーを７０ｋｅＶ以下に設定すれば膜中のあらゆる部分でドーパンド２１のノックオンが起こる。
【００２０】
図２に示すようにして、膜中全体で様々なエネルギー、様々な反跳方向を有するドーパンドが発生するため、注入イオン１５ａのエネルギーをドーパンド含有膜１２、１４の膜厚に応じて変化すれば、結果的にはドーパンドの一部がノックオンにより半導体基板１０側に混入してドーパンド分布領域すなわち不純物領域が形成される。
【００２１】
またこの際、ドーパンド含有膜と半導体基板との界面に最大投影飛程を有するエネルギーでイオン注入を行えば、半導体基板に混入するドーパンドの大部分が、注入イオンが静止する直前の極めて低いエネルギーを有することとなる。このため、直接的なイオン注入では実現不可能な探さのドーパンド注入分布を形成することができる。
【００２２】
また、上記に示した方法以外に、例えば図３に示すような方法にて形成することもできる。まず、半導体基板１０上のｐ型の不純物領域の形成領域が開口する第１のレジスト膜１１を形成する。次に、第１のレジスト膜１１をマスクとして半導体基板１０上に上記に示した場合と同様に、プラズマドーピング法によりｐ型の不純物領域の形成領域上にｐ型のドーパンド含有膜１２を形成する（図３（ａ））。
【００２３】
次に、第１のレジスト膜１１をマスクとしてｐ型のドーパンド含有膜１２に対して、上に示した場合と同様にイオン注入１５を行う。そして、ｐ型のドーパンド含有膜１２中のドーパンドをノックオンして半導体基板１０に導入し、ｐ型の不純物領域１６を形成する（図３（ｂ））。
【００２４】
次に、第１のレジスト膜１１を除去する。次に、ｎ型の不純物領域の形成領域が開口する第２のレジスト膜１３を形成する。次に、この第２のレジスト膜１３をマスクとして半導体基板１０上に上記に示した場合と同様に、プラズマドーピング法によりｎ型の不純物領域の形成領域上にｎ型のドーパンド含有膜１４として、例えばＰが含有する膜を形成する（図３（ｃ））。
【００２５】
次に、第２のレジスト膜１３をマスクとしてｎ型のドーパンド含有膜１４に対して、上に示した場合と同様にイオン注入１５を行う。そして、ｎ型のドーパンド含有膜１４中のドーパンドをノックオンして半導体基板１０に導入し、ｎ型の不純物領域１７を形成する（図３（ｄ））。このような方法も考えられ、上記図１にて示した場合と同様に形成することができる。この場合、イオン注入を２回実施する必要があるが、イオン注入の際の各レジスト膜にて他の部分が覆われているため、不純物領域を形成する必要の無い、素子を形成しない領域、例えば素子分離領域などにおける不必要なイオン注入が行われることを防止することができる。
【００２６】
また、図１および図３に示した工程の後に、各ドーパンド含有膜は、ドライエッチングおよびウェットエッチングにより必要に応じて除去される。
【００２７】
上記のように構成された実施の形態１の半導体装置は、ドーパンド含有膜を所望の箇所のみに形成することができるため、所望の箇所のみに不純物領域を容易に形成することができる。また、半導体基板上にドーパンド含有膜が存在するので、ドーパンドが半導体基板内での後方散乱によって外部放出されることを低減できる。
【００２８】
また、上記実施の形態１では特に示さなかったが、例えばドーパンド含有膜中のドーパンドを高密度にするため、ドーパンド含有膜形成後に窒素雰囲気中（ドーパンド含有膜に対し反応性を有しない雰囲気であればよい。）でのアニール処理行えばＧｅイオンの衝突の確率が高くなるため、反跳原子が増加する効果がある。
【００２９】
また、上記実施の形態１においては特に示さなかったが、ノックオンの効率を向上させるために、イオン注入時において、ドーパンド含有膜の温度を−１０℃ないし−３０℃の低温にして、格子振動を低下させる。そして、イオン注入を行うと、ノックオン現象が激しく発生し、反跳原子が増加する。この際の−１０℃とは、この程度の温度とすることより、格子振動の低下によるノックオン効率向上の効果を得ることができる温度である。また、−３０℃とは、現実的に設定が可能となり、かつ、効果を得ることができる温度を示したものである。
【００３０】
また、上記実施の形態１では、イオン注入のイオン種としてＧｅイオンを用いる例を示したが、これに限られることはなく、例えばＳｉ、窒素、Ｈｅ、水素、アルゴンなどのイオン種を用いても上記実施の形態１と同様の効果が得ることができる。
【００３１】
また、上記実施の形態１では、ｎ型およびｐ型の両不純物領域を形成する場合を説明したが、これに限られることはなく、いずれか一方のみの不純物領域を形成する場合が考えられることは言うまでもない。
【００３２】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２の半導体装置の製造方法で、トランジスタを形成する場合を示す断面図である。図に基づいて実施の形態２の半導体装置の製造方法について説明する。まず、半導体基板１０上のｐ型の不純物領域の形成領域（ここでは、ソース／ドレイン領域に相当する）が開口する第１のレジスト膜１１を形成する。即ちここでは、ソース／ドレイン領域以外の、ゲート電極および素子分離領域の形成領域が第１のレジスト膜１１にて覆われていることとなる。
【００３３】
次に、第１のレジスト膜１１をマスクとして半導体基板１０上に上記実施の形態１に示した場合と同様に、プラズマドーピング法によりｐ型の不純物領域の形成領域上にｐ型のドーパンド含有膜１２を形成する。次に、第１のレジスト膜１１をマスクとしてｐ型のドーパンド含有膜１２に対して、上記実施の形態１に示した場合と同様にイオン注入１５を行う。そして、ｐ型のドーパンド含有膜１２中のドーパンドをノックオンして半導体基板１０に導入し、ｐ型の不純物領域１６（ソース／ドレイン領域と成る）を形成する（図４（ａ））。
【００３４】
次に、第１のレジスト膜１１を除去する。次に、ゲート電極１９を形成する（図４（ｂ））。次に、ゲート電極１９の側壁に、半導体基板１０との間にｐ型のドーパンド含有膜１２ａを残存させてサイドウォール２０を形成する（図４（ｃ））。
【００３５】
上記のように構成された実施の形態２の半導体装置は、上記実施の形態１と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、サイドウォール２０とｐ型の不純物領域１６との間に、ｐ型のドーパンド含有膜１２ａを残存させるようにしたので、後工程の熱処理時にｐ型の不純物領域１６（ソース／ドレイン領域）にノックオンされ導入されたドーパンドがサイドウォール２０に吸い上げられる悪影響を防止できる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１によれば、半導体基板上の不純物領域の形成領域を開口するレジスト膜を形成し、レジスト膜をマスクとして半導体基板上にプラズマドーピング法によりドーパンド含有膜を形成し、ドーパンド含有膜に対してイオン注入を行い、ドーパンド含有膜中のドーパンドをイオン注入によりノックオンして半導体基板に導入し不純物領域を形成するので、所望の領域にのみドーパンド含有膜を形成して不純物領域を形成することができる半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
【００３７】
また、この発明の請求項２によれば、請求項１において、不純物領域としてｎ型およびｐ型の両不純物領域を形成する場合、半導体基板上のｎ型またはｐ型不純物領域の形成領域のいずれか一方が開口する第１のレジスト膜を形成し第１のレジスト膜をマスクとして半導体基板上にプラズマドーピング法によりｎ型またはｐ型不純物領域の形成領域のいずれか一方上にｎ型またはｐ型のドーパンド含有膜のいずれか一方を形成し、半導体基板上のｎ型またはｐ型不純物領域の形成領域のいずれか他方が開口する第２のレジスト膜を形成し第２のレジスト膜をマスクとして半導体基板上にプラズマドーピング法によりｎ型またはｐ型不純物領域の形成領域のいずれか他方上にｎ型またはｐ型のドーパンド含有膜のいずれか他方を形成し、各ドーパンド含有膜に対してイオン注入を同時に行い、各ドーパンド含有膜中の各ドーパンドをノックオンして半導体基板に導入し、ｎ型およびｐ型不純物領域を同時に形成するので、ｎ型およびｐ型の不純物領域を同時に形成することができる半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
【００３８】
また、この発明の請求項３によれば、請求項１または請求項２において、イオン注入として、Ｇｅ、Ｓｉ、窒素、Ｈｅ、水素、アルゴンのいずれかを用いるので、ドーパンドのノックオンを、他に悪影響を与えること無く行うことができる半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
【００３９】
また、この発明の請求項４によれば、請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、ドーパンド含有膜形成後で、イオン注入前に、ドーパンド含有膜にアニール処理を行うので、ドーパンドのノックオン効率を向上させることができる半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
【００４０】
また、この発明の請求項５によれば、請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、イオン注入時に、ドーパンド含有膜の温度が−１０℃ないし−３０℃と成るように冷却するので、ドーパンドのノックオン効率を向上させることができる半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
【００４１】
また、この発明の請求項６によれば、半導体基板上に形成されたゲート電極と、半導体基板にゲート電極を挟んで形成されたソース／ドレイン領域と、ゲート電極の側壁に形成されたサイドウォールとを備えた半導体装置において、ソース／ドレイン領域を請求項１ないし請求項５のいずれかの半導体装置の製造方法における不純物領域にて形成し、サイドウォールとソース／ドレイン領域との間にドーパンド含有膜を残存させたので、ソース／ドレイン領域のドーパンドのサイドウォールの吸い上げによる悪影響を防止することができる半導体装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２】図１に示した半導体装置の製造方法の詳細な状態を説明するための断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１による他の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態２による半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１０　半導体基板、１１　第１のレジスト膜、
１２，１２ａ　ｐ型のドーパンド含有膜、１３　第２のレジスト膜、
１４　ｎ型のドーパンド含有膜、１５　イオン注入、１５ａ　注入イオン、
１６　ｐ型の不純物領域、１７　ｎ型の不純物領域、１９　ゲート電極、
２０　サイドウォール。

Claims

半導体基板上の不純物領域の形成領域を開口するレジスト膜を形成し、上記レジスト膜をマスクとして上記半導体基板上にプラズマドーピング法によりドーパンド含有膜を形成する工程と、上記ドーパンド含有膜に対してイオン注入を行い、上記ドーパンド含有膜中のドーパンドを上記イオン注入によりノックオンして上記半導体基板に導入し上記不純物領域を形成する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
上記不純物領域としてｎ型およびｐ型の両不純物領域を形成する場合、上記半導体基板上のｎ型またはｐ型不純物領域の形成領域のいずれか一方が開口する第１のレジスト膜を形成し上記第１のレジスト膜をマスクとして上記半導体基板上にプラズマドーピング法により上記ｎ型またはｐ型不純物領域の形成領域のいずれか一方上にｎ型またはｐ型のドーパンド含有膜のいずれか一方を形成する工程と、上記半導体基板上のｎ型またはｐ型不純物領域の形成領域のいずれか他方が開口する第２のレジスト膜を形成し上記第２のレジスト膜をマスクとして上記半導体基板上にプラズマドーピング法により上記ｎ型またはｐ型不純物領域の形成領域のいずれか他方上にｎ型またはｐ型のドーパンド含有膜のいずれか他方を形成する工程と、上記各ドーパンド含有膜に対してイオン注入を同時に行い、上記各ドーパンド含有膜中の各ドーパンドをノックオンして上記半導体基板に導入し、上記ｎ型およびｐ型不純物領域を同時に形成する工程とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
上記イオン注入として、Ｇｅ、Ｓｉ、窒素、Ｈｅ、水素、アルゴンのいずれかを用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
上記ドーパンド含有膜形成後で、上記イオン注入前に、上記ドーパンド含有膜にアニール処理を行う工程を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
上記イオン注入時に、上記ドーパンド含有膜の温度が−１０℃ないし−３０℃と成るように冷却することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
半導体基板上に形成されたゲート電極と、上記半導体基板に上記ゲート電極を挟んで形成されたソース／ドレイン領域と、上記ゲート電極の側壁に形成されたサイドウォールとを備えた半導体装置において、上記ソース／ドレイン領域を請求項１ないし請求項５のいずれかの半導体装置の製造方法における不純物領域にて形成し、上記サイドウォールと上記ソース／ドレイン領域との間に上記ドーパンド含有膜を残存させたことを特徴とする半導体装置。