JP2005026442A

JP2005026442A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2005026442A
Application number: JP2003190091A
Authority: JP
Inventors: Yoji Kawasaki; 洋司川崎
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】半導体基板の表層の非晶質化部分中の不安定な半導体原子の大気自然酸化による自然酸化膜により半導体基板へのドーパント注入が阻害されることを防止又は抑制できて、半導体基板へのドーパントの注入効率を向上できる半導体装置の製造方法を得る。
【解決手段】この半導体装置の製造方法は、半導体基板にソースドレインエクステンション部を形成するものであり、その雰囲気圧を減圧状態に保持し続けた状態で、前記半導体基板の表層をプレアモルファス化注入により非晶質化（Ｓ２）すると共に該非晶質化部分１ｆにドーパントを注入（Ｓ３）することにより、前記半導体基板の表層にソースドレインエクステンション部を形成する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＭＯＳＦＥＴ用の半導体基板にソースドレインエクステンション部等のドーパント拡散層を形成する半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の微細化によりＭＯＳＦＥＴのソースドレインエクステンション部を浅く且つ低抵抗に形成する必要がある。その為、例えばＰＭＯＳＦＥＴの場合では、Ｐ型ドーパントの半導体基板中での拡散（イオン注入時のチャネリングによる拡散や熱処理に伴う拡散）によりソースドレインエクステンション部が深くなることを抑制する為に、半導体基板へのＰ型ドーパント注入前に半導体基板の表層をプレアモルファス化注入により非晶質化しておくことによりＰ型ドーパントの半導体基板中での拡散を抑制する方法が用いられている（特許文献１）。
【０００３】
その為、ソースドレインエクステンション部の形成の際には、半導体基板の表層を非晶質化するプレアモルファス化注入工程と、半導体基板の表層の前記非晶質化部分にＰ型ドーパントを注入するＰ型ドーパント注入工程とを経る必要がある。
【０００４】
従来のソースドレインエクステンション部の形成の際の処理工程の流れでは、イオン注入機の注入室内で減圧状態の下で半導体基板に対してプレアモルファス化注入工程が行われた後、一旦注入室からその半導体基板は搬出される。そして、再び注入室にその半導体基板が搬入され、注入室内で減圧状態の下でその半導体基板に対してＰ型ドーパント注入工程が行われている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３２９８６４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、半導体基板の表層がプレアモルファス化注入により非晶質化されると、半導体基板の表層には、結合手の切断された不安定な半導体原子が無秩序に多数に現れる。該不安定な半導体原子は、酸素に暴露されると酸化物となり半導体基板の表面に自然酸化膜を形成する。
【０００７】
従来のソースドレインエクステンション部の形成の際の処理工程の流れでは、注入室内で減圧状態の下で半導体基板に対してプレアモルファス化注入工程が行われた後、一旦注入室からその半導体基板が搬出される為、その搬出の際に半導体基板が大気に暴露され、これにより半導体基板の表層の前記非晶質化部分の表面に、該非晶質化部分中の前記不安定な半導体原子の大気自然酸化による自然酸化膜が生じる。
【０００８】
そして、この自然酸化膜によりＰ型ドーパント注入工程の際のＰ型ドーパントの半導体基板への注入が阻害され（例えばドーパントが自然酸化膜中に溜まることにより半導体基板への注入が阻害され）、半導体基板へのＰ型ドーパントの注入率が低下する問題があった。
【０００９】
この発明は、上述の様な問題を解消する為になされたもので、上記の自然酸化膜により半導体基板へのドーパント注入が阻害されることを防止又は抑制できて、半導体基板へのドーパントの注入効率を向上できる半導体装置の製造方法を得るものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためには、請求項１に記載の発明は、半導体基板にドーパント拡散層を形成する半導体装置の製造方法であって、その雰囲気圧を減圧状態に保持し続けた状態で、前記半導体基板の表層をプレアモルファス化注入により非晶質化すると共に該非晶質化部分にドーパントを注入することにより、前記半導体基板の表層にドーパント拡散層を形成するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
＜実施の形態１＞
この実施の形態１の半導体装置の製造方法は、例えばＭＯＳＦＥＴ用の半導体基板にドーパント拡散層（ここでは例えばソースドレインエクステンション部）を形成するものであり、その雰囲気圧を大気圧よりかなり低い減圧状態（例えば略真空状態）に保持し続けた状態で、半導体基板の表層をプレアモルファス化注入により非晶質化すると共に該非晶質化部分にドーパントを注入することにより、半導体基板の表層にドーパント拡散層を形成するものである。以下、例としてＰＭＯＳＦＥＴ（ＰＭＯＳトランジスタ）の場合で説明する。
【００１２】
この半導体装置の製造方法では、先ず、図１の様に、半導体基板１ａに対して周知の製法によりソースドレインエクステンション部の形成工程の前段の工程までを行ったもの（以後、中間形成物１と称す）を準備する。
【００１３】
ここでは、上記の中間形成物１として、例えば、シリコン基板である半導体基板１ａに、素子分離シリコン酸化膜１ｂと、半導体基板１ａ上に積層されたゲート絶縁膜１ｃと、ゲート絶縁膜１ｃ上に積層されたゲート電極１ｄと、ゲート電極１ｄの側面を被覆する窒化膜オフセットスペーサ１ｅとを形成したものを準備する。
【００１４】
そして、図２及び図３の様に例えば周知構成のイオン注入機（図示省略）を用いて中間形成物１にソースドレインエクステンション部を形成する。
【００１５】
即ち、先ず、事前にイオン注入機のイオンビームをプレアモルファス化注入用のイオンビームに設定しておく。その際のイオンビームのイオンの種類としては、半導体基板１ａを非晶質化する性質を有する原子であれば特に限定されないが、例えばＧｅ＋（７２），Ｇｅ＋（７４），ＧｅＦ＋，Ａｒ＋，Ｓｉ＋の何れかが使用される。そして、中間形成物１をイオン注入機の注入室内に搬入して、該注入室内の雰囲気圧を略真空状態（例えば１×１０−６Ｔｏｒｒ）まで減圧し（Ｓ１）、その減圧状態の下で、その減圧状態を保持し続けた状態で、中間形成物１に対してプレアモルファス化注入工程（Ｓ２）及びイオン注入工程（Ｓ３）を行う。
【００１６】
より詳細には、プレアモルファス化注入工程（Ｓ２）として、図３（ａ）の様に、注入室内で上記の減圧状態の下で、中間形成物１の半導体基板１ａの上面にイオン注入機からのプレアモルファス化注入用のイオンビームＢを照射して半導体基板１ａの表層に所定の注入量のイオンを注入する。これにより半導体基板１ａの表層のソースドレインエクステンション部にすべき部分に非晶質化部分１ｆが形成される。この非晶質化により後述のドーパントの半導体基板１ａ中での拡散が抑制される。そして、イオン注入機からのプレアモルファス化注入用のイオンビームＢの照射を止めた後、イオン注入機のイオンビームの設定をＰ型ドーパント（例えばボロン）のイオンビームの設定に変更する。この変更の間、中間形成物１は注入室内に待機され、注入室内の雰囲気圧は上記の減圧状態に保持され続ける。
【００１７】
そして、引き続き、Ｐ型ドーパント注入工程（Ｓ３）として、図３（ｂ）の様に、上記の減圧状態に保持された注入室内の中間形成物１に対し、その減圧状態の下で、中間形成物１の半導体基板１ａの非晶質化部分１ｆにイオン注入機からのＰ型ドーパント３のイオンビームＢ３を照射して半導体基板１ａの非晶質化部分１ｆに所定の注入量のＰ型ドーパント３を注入する。これにより半導体基板１ａの表層にソースドレインエクステンション部１ｇが形成される。尚、Ｓ２〜Ｓ３の間、中間形成物１は大気に暴露されないので、半導体基板１ａの非晶質化部分１ｆの表面には、該非晶質化部分１ｆ中の不安定な半導体原子の大気自然酸化による自然酸化膜は生じていない。その為、半導体基板１ａへのＰ型ドーパント３注入は、前記自然効酸化膜に阻害されること無く効率良く行われる。
【００１８】
そして、Ｐ型ドーパント注入工程後、注入室内から中間形成物１が搬出される（Ｓ４）。
【００１９】
以上の半導体装置の製造方法によれば、その雰囲気圧を大気圧よりかなり低い減圧状態（略真空状態）に保持し続けた状態で、半導体基板１ａの表層をプレアモルファス化注入により非晶質化すると共に該非晶質化部分１ｆにドーパントを注入する為、プレアモルファス化注入工程（Ｓ２）及びドーパント注入工程（Ｓ３）が終了するまで半導体基板１ａが大気に暴露されることを防止でき、これによりドーパント注入工程（Ｓ３）前に半導体基板１ａの表面に、半導体基板１ａの表層の非晶質化部分１ｆ中の不安定な半導体原子の大気自然酸化による自然酸化膜が生じて、該自然酸化膜により半導体基板１ａへのドーパント３の注入が阻害されることを防止できて、半導体基板１ａへのドーパント３の注入効率を向上できる。
【００２０】
＜実施の形態２＞
この実施の形態２の半導体装置の製造方法は、例えばＭＯＳＦＥＴ用の半導体基板にドーパント拡散層（ここでは例えばソースドレインエクステンション部）を形成するものであり、半導体基板中に予め耐酸化性を有する原子（半導体基板中の半導体原子よりも酸素との結合性の強い原子）を導入した後に、半導体基板の表層をプレアモルファス化注入により非晶質化し、該非晶質化部分にドーパントを注入することにより、半導体基板の表層にドーパント拡散層を形成するものである。以下、例としてＰＭＯＳＦＥＴ（ＰＭＯＳトランジスタ）の場合で説明する。
【００２１】
この半導体装置の製造方法では、先ず、図１の様に、半導体基板１ａに対して周知の製法によりソースドレインエクステンション部の形成工程の前段の工程までを行ったもの（以後、中間形成物１と称す）を準備する。
【００２２】
ここでは、前記中間形成物１として、例えば、シリコン基板である半導体基板１ａに、素子分離シリコン酸化膜１ｂと、半導体基板１ａ上に積層されたゲート絶縁膜１ｃと、ゲート絶縁膜１ｃ上に積層されたゲート電極１ｄと、ゲート電極１ｄの側面を被覆する窒化膜オフセットスペーサ１ｅとを形成したものを準備する。
【００２３】
そして、図４及び図５（ａ）の様に、先ず、前記中間形成物１に対し、その半導体基板１ａの表層のうちのソースドレインエクステンション部にすべき部分の表面に耐酸化性を有する原子（例えば窒素）５を導入して占有させる（Ｔ１）。その導入法としては、例えば、中間形成物１を窒化性ガス（例えばＮＨ３やＮ２Ｏ）雰囲気中で熱処理する熱窒化法を用いる。その際の熱処理は、ランプアニールの場合は、温度７００℃以下で時間３０秒以上熱処理し、炉の場合は、温度８００℃以下で時間３０秒以上熱処理する。
【００２４】
そして、以降は、例えば従来の処理工程の流れに従って半導体基板１ａにソースドレインエクステンション部を形成する。即ち、先ず、イオン注入機の注入室内に中間形成物１を搬入して、該注入室内の雰囲気圧を略真空状態まで減圧する（Ｔ２）。
【００２５】
そして、図５（ｂ）の様にその減圧状態の下で中間形成物１に対してプレアモルファス化注入工程を行って半導体基板１ａの表層のうちのソースドレインエクステンション部１ｇにすべき部分に非晶質化部分１ｆを形成して（Ｔ３）、一旦注入室からその中間形成物１を搬出する（Ｔ４）。そして、再び注入室にその半導体基板１ａを搬入して、該注入室内の雰囲気圧を再び略真空状態まで減圧する（Ｔ５）。
【００２６】
尚、Ｔ４〜Ｔ５の間、中間形成物１は大気暴露されて、半導体基板１ａの非晶質化部分１ｆは大気により自然酸化される。しかし、工程Ｔ１で予め半導体基板１ａ中に導入された窒素５の耐酸化作用により半導体基板１ａの非晶質化部分１ｆ中の不安定な半導体原子の大気自然酸化は抑制されるので、半導体基板１ａの非晶質化部分１ｆの表面には、殆ど該非晶質化部分１ｆ中の不安定な半導体原子の大気自然酸化による酸化膜（自然酸化膜）は生じない。
【００２７】
そして、Ｐ型ドーパント注入工程（Ｔ６）として、図５（ｃ）の様に、上記の減圧状態の注入室内の中間形成物１に対し、その減圧状態の下で、その半導体基板１ａの表層の非晶質化部分１ｆにＰ型ドーパント３を注入する。これにより半導体基板１ａの表層にソースドレインエクステンション部１ｇが形成される。このとき、半導体基板１ａの非晶質部分１ｆの表面には上記の通り殆ど自然酸化膜が生じていないので、半導体基板１ａへのＰ型ドーパント３の注入は、前記自然酸化膜に阻害されること無く効率良く行われる。
【００２８】
そして、Ｐ型ドーパント注入工程後、注入室内から中間形成物１が搬出される（Ｔ７）。
【００２９】
以上の半導体装置の製造方法によれば、半導体基板１ａ中に予め耐酸化性を有する原子５を導入した後に、半導体基板１ａの表層をプレアモルファス化注入により非晶質化し、該非晶質化部分１ｆにドーパント３を注入する為、従来同様に、注入室内で半導体基板１ａに対してプレアモルファス化注入工程（Ｔ３）を行った後、一旦注入室からその半導体基板１ａを搬出して、その半導体基板１ａを大気に暴露しても、半導体基板１ａ中に予め導入された耐酸化性の原子５により半導体基板１ａの非晶質化部分１ｆ中の不安定な半導体原子が大気自然酸化されることが抑制される為、半導体基板１ａの非晶質化部分１ｆの表面に該非晶質化部分１ｆ中の前記不安点な半導体原子の大気自然酸化による自然酸化膜が生じることを抑制でき、これにより該自然酸化膜により半導体基板１ａへのドーパント注入が阻害されることを抑制できて、半導体基板１ａへのドーパント３の注入効率を向上できる。
【００３０】
＜実施の形態３＞
実施の形態２では、半導体基板１ａへの窒素（耐酸化性を有する原子）５の導入法として熱窒化法を用いたが、半導体基板１ａへの窒素５の導入法を熱窒化法に限定するものではない。熱窒化法の代わりに、例えばプラズマドーピング法やイオン注入法を用いてもよい。これらの方法を用いる場合は、窒素イオンＮ２＋を加速エネルギ１ＫｅＶ以下で注入量１×１０１１／ｃｍ２の条件で注入することが望ましい。これらの方法を用いた場合も熱窒化法の場合と同様の効果を得る。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、その雰囲気圧を減圧状態に保持し続けた状態で、半導体基板の表層をプレアモルファス化注入により非晶質化すると共に該非晶質化部分にドーパントを注入する為、プレアモルファス化注入工程及びドーパント注入工程が終了するまで半導体基板が大気に暴露されることを防止でき、これによりドーパント注入工程前に半導体基板の表面に、該半導体基板の表層の前記非晶質化部分中の不安定な半導体原子の大気自然酸化による自然酸化膜が生じて、該自然酸化膜により半導体基板へのドーパント注入が阻害されることを防止できて、半導体基板へのドーパントの注入効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１及び実施の形態２の半導体装置の製造方法で用いられる半導体装置の中間形成物の構成概略図の一例図である。
【図２】この発明の実施の形態１の半導体装置の製造方法の処理工程の流れを説明する図である。
【図３】図３（ａ）は、図１のアモルファス注入工程の内容を説明する図であり、図３（ｂ）は、図１のＰ型ドーパント注入工程の内容を説明する図である。
【図４】この発明の実施の形態２の半導体装置の製造方法の処理工程の流れを説明する図である。
【図５】図５（ａ）は、図４の窒素導入工程の内容を説明する図であり、図５（ｂ）は、図４のアモルファス注入工程の内容を説明する図であり、図５（ｃ）は、図４のＰ型ドーパント注入工程の内容を説明する図である。
【符号の説明】
１中間形成物、１ａ半導体基板、１ｂ素子分離シリコン酸化膜、１ｃゲート絶縁膜、１ｄゲート電極、１ｅ窒化膜オフセットスペーサ、１ｆ非晶質化部分、１ｇソースドレインエクステンション部、３ドーパント、５耐酸化性を有する原子（例えば窒素）。

Claims

半導体基板にドーパント拡散層を形成する半導体装置の製造方法であって、
その雰囲気圧を減圧状態に保持し続けた状態で、前記半導体基板の表層をプレアモルファス化注入により非晶質化すると共に該非晶質化部分にドーパントを注入することにより、前記半導体基板の表層にドーパント拡散層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
半導体基板にドーパント拡散層を形成する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板中に耐酸化性を有する原子を導入した後に、前記半導体基板の表層をプレアモルファス化注入により非晶質化し、該非晶質化部分にドーパントを注入することにより、前記半導体基板の表層にドーパント拡散層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。