JP2007517393A - 固相エピタキシャル再成長を用いてドーピングプロファイルの深さを低減した半導体基板及び同半導体基板の生産方法 - Google Patents
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Abstract
半導体デバイスの生産方法であって、a)半導体基板を準備し、b)半導体基板の最上面上に絶縁層を設け、c)適当な注入によって、前記半導体基板の最上層中にアモルファス層を作り、d)所定のドーピングプロファイルを伴う前記アモルファス層を作るための前記絶縁層を通して、前記半導体基板中へドーパントを、前記ドーピングプロファイルが前記絶縁層内に位置するピーク値を持つように注入し、e)前記アモルファス層を再成長させ、前記ドーパントを活性化する固相エピタキシャル再成長作用を適用することを含む半導体デバイスの生産方法。
Description
本発明は、
a)半導体基板を準備し、
b)前記半導体基板の最上面上に絶縁層を設け、
c)適当な注入によって、前記半導体基板の最上層中にアモルファス層を作成し、
d)所定のドーピングプロファイルを有する前記アモルファス層を設けるための前記絶縁層を通して、前記半導体基板中へドーパントを注入し、
e)前記アモルファス層を再成長させ、前記ドーパントを活性化する固相エピタキシャル再成長作用を適用する
ことを含む半導体デバイスの生産方法に関する。
a)半導体基板を準備し、
b)前記半導体基板の最上面上に絶縁層を設け、
c)適当な注入によって、前記半導体基板の最上層中にアモルファス層を作成し、
d)所定のドーピングプロファイルを有する前記アモルファス層を設けるための前記絶縁層を通して、前記半導体基板中へドーパントを注入し、
e)前記アモルファス層を再成長させ、前記ドーパントを活性化する固相エピタキシャル再成長作用を適用する
ことを含む半導体デバイスの生産方法に関する。
上記方法は、US−A−6063682号公報から知られる。この先行技術文献によれば、重イオンは、シリコン基板中へ注入される。注入された重イオンは、基板の最上面にアモルファス層を作る。アモルファス層にはチャネルが無い。次に、シリコン注入ステップが、基板の最上層内の侵入型原子と比較して過剰な空格子点を作るために行われる。アモルファス化された(amorphized)シリコン層にはチャネルが無いので、注入の深さは、このアモルファス化されたシリコン層に主に制限される。
注入ステップでは、例えば、ホウ素(B)は、15keV以下のエネルギーレベル、1013〜1015cm2の範囲内のドーズ量で利用される。この先行技術文献の図に示されるように、ホウ素注入は、シリコン基板の最上面から十分に離れた場所でピーク値を持つ。以下の詳細な説明に示されるように、このことは、シリコン基板内の最上層、おおよそ、最上面から10nmまでの距離、で乏しい導電性プロファイルをもたらす。
本発明の目的は、デバイスの最上層でより良い導電性プロファイルをもたらすような冒頭で述べられた半導体デバイスを生産する方法を提供することである。
この目的を達成するために、本発明は、上記作用d)において、ドーピングプロファイルが絶縁層内に位置するピーク値を持つように注入が行われるような上記に画定された方法を提供する。
この後者の作用を行うことによって、シリコン基板の最上層は、改善されたシート抵抗及び十分に低減された接合深さを有する接合を形成する。実質的な接合深さの低減は30%まで期待される。
実施例では、ドーパントは、大体は最上面に位置するピーク導電値を持つ導電性プロファイルを伴う作用e)の後に、アモルファス層を設けるために活性化される。
アモルファス層は、Ge、GeF2、Si、Xe又はAr原子の少なくとも1つを用いて、Si半導体基板中に作られても良い。Ge原子が利用される場合は、1015atoms/sm2のドーズ量及び2keVと30keVの間のエネルギーが適用されても良い。
本発明はまた、固相エピタキシャル再成長技術によって作られる半導体デバイスであって、大体は表面でピーク導電値を持つ導電性プロファイルを伴う半導体基板の表面の最上層を含む半導体デバイスにも関する。
別の実施例では、本発明は、上記デバイスを含む金属酸化膜半導体デバイスに関する。
その上、本発明は、上記半導体デバイス又は上記金属酸化膜半導体デバイスを備えた装置に関する。
ところで、本発明は、本発明を説明することのみが意図されていて、本発明の範囲を限定するものではないいくつかの図面を参照して説明される。本発明の範囲は、この明細書に添付された特許請求の範囲及び特許請求の範囲の技術的均等物のみに限定される。
以下の記述では、同じ参照符号は、全ての図において同じ要素について言及する。図1a〜1fは、本発明が利用される金属酸化膜半導体デバイスの生産について言及する。しかしながら、当業者に明らかなように、本発明の特徴は、浅い接合が望まれるその他のタイプの半導体デバイスの生産に適用されても良い。
図1aは、p型半導体基板1を示す。フィールド酸化膜領域3は、半導体基板1の最上面上に設けられる。ある場所では、薄い酸化膜層5は、当業者に知られる技術によって設けられる。薄い酸化膜層5は、生産されるMOSデバイス内のゲート酸化膜層として、その後に利用され得る。しかしながら、本発明は、以下の記述から明らかになるような所望の効果を得るための薄い酸化膜層5への適用に制限されるものではない。
図1aの構造は、薄い酸化膜層5の上方に開口部を持つ適当なフォトレジスト層30を備える。次に、注入作用は、基板1内のnウェル11を生ずるために行われる。
薄い酸化膜層5は除去されて、新しく、新鮮な酸化膜層によって置換されても良く、生産されるMOSデバイス中のゲート酸化膜として、後で利用される。しかしながら、ここでは、薄い酸化膜層5は、所定の位置に残るものとする。図1cに示されるように、薄い酸化膜層5の最上部では、生産されるMOSデバイスのゲートとして後で利用されるポリシリコン層13が作られる。
アモルファス化の注入15は、基板1の最上部中にアモルファス層を作るために行われる。アモルファス層の深さを画定する注入の深さは、参照番号17を用いて示される。このアモルファス層を作る注入15は、Ge、GeF2又はSiを用いることによって行われても良い。しかしながら、キセノン、アルゴン又はインジウムのような他の原子が代わりに適用されても良い。この注入によって、シリコン基板1中のチャネルは、アモルファス層中で除去される。
このアモルファス層を作るステップは、次のドーパント注入、例えば、ホウ素を伴うドーパント注入に続く。アモルファス層内にはチャネルがないので、ホウ素のようなドーパント注入原子は、アモルファス層よりやや下の深さまでシリコン基板1を貫通する。この次のドーパント注入の深さは、参照番号19を用いて示される。注入19の深さは、アモルファス層17の深さよりやや大きいことが理解されるべきである。破線17と最上面の間の距離及び破線19と基板1の最上面の間の距離は、スケール通りに描かれていない。それらは、本発明の特徴を説明するためにのみ描かれる。
次に、図2を参照する。
図2は、シリコン基板の最上部、アモルファス層17の深さ及び(一例として)ホウ素19の注入の深さを示している。ホウ素プロファイルは、先行技術文献US−A−6063682号公報に示されるようなホウ素プロファイルと一致する。
次の作用は、例えば、固相エピタキシャル再成長(SPER)技術のような、いわゆる低温アプローチを適用することである。SPERでは、シリコン結晶は、最初に、予備アモルファス化され、次に、ドープされ、最後に、典型的には、550℃と750℃の間の温度で再成長する。この温度作用によって、アモルファス層は再成長し、ドーパント(例えば、ホウ素)は活性化される。SPERの主な利点は、ドーパント拡散が制限されること(アモルファス層17からほとんど離れない)及び上記固溶度ドーパント活性化(solid solubility dopant activation)が制限されることである。
本発明者による実験は、図2に示されるようなホウ素プロファイルに関して、温度活性化の後、図2中に示されるような導電性プロファイルをもたらすことを示した。それは、先のアモルファス層17に一致する最上層内の導電性であって、半導体基板表面から図2中の破線20を用いて示されるある距離でのピーク値までの深さの増加が上昇することである。破線20を用いて示される部分を越える深さでは、導電性が落ちる。活性化されたドーパント原子がほとんど無いので、先のアモルファス層の深さに一致する破線17の後ろでは、導電性は劇的に落ちる。
破線20と半導体基板表面の間の距離は2〜7nmでも良い。従って、最上層の導電性は理想的ではない。このことは、基板のこの最上層中の過剰に高いホウ素濃度によって引き起こされる乏しいホウ素活性化が原因であると信じられる。
図3は、半導体基板の最上層中で低減される導電性をさらに説明するためのいくつかの他の実験結果を示す。
図3は、3つの異なる最初のアモルファスの深さを有するp型接合に対するシート抵抗(Rs)の依存性を示す。例えば、同一のインプラントエネルギー1.5keVで、5×1014、1015、1.5×1015、3×1015及び1016ions/cm2のそれぞれに対する9、14及び22nmのそれぞれである。9、14及び22nmの深さは、それぞれ、接合深さである。示されるように、5×1014ions/cm2のドーズ量は、接合活性化のための適量のドーパントを提供するには低すぎる。1015ions/cm2までのドーズ量の増加は、最高の接合活性化のために十分なドーパントを供給する。3×1015ions/cm2までのさらなるドーズ量の増加は、シート抵抗値に大幅に影響することはない。しかしながら、より高いシート抵抗値によって分かるように、ドーズ量をさらに、例えば、1×1016ions/cm2まで、増加させることは、接合内のホウ素活性化を低減する。明らかに、あるレベル以上のドーパントドーズ量は、接合の性能を低減する。
この問題を解決するために、本発明は、図4を参照して説明されるような、異なるドーパントプロファイルを設けることを提案する。半導体基板の最上部では、薄い酸化膜層5(又はその他の適当な絶縁層)がある。2〜4nmの薄さを持っていても良いこの薄い酸化膜層5は、ドーパントプロファイルのピークが酸化膜層5内に位置するようなドーパントプロファイルを作るための適当なドーズ量及びドーパントのエネルギー、例えば、ホウ素に加えて利用される。好ましくは、半導体デバイス内、半導体基板表面でのドーパント濃度の最高値は、図4に示されるように、これらのドーパントによる最大獲得可能導電性が大体は半導体基板表面に位置するように選択される。結果として、半導体基板1内には、低減されるシート抵抗を伴う最上層は無くなる。
図4に示されるようなドーパントプロファイルを得るために、1つの例では、標準的な1015ions/cm2オーダーのドーズ量で、比較的低いエネルギー、すなわち、5keV以下、より好ましくは1.5keV以下を伴うホウ素が利用されても良い。SPERプロセスの間の接合の活性化及び任意のシリサイド形成(本発明と関係がないので、ここでは詳しく説明されていない)は、典型的には、550℃と700℃の間の温度で、典型的には、±1分間行われる。結果として生じる導電層、すなわち、Si表面と線17の間の厚さは、7〜12nmであっても良い。
本発明の方法を適用することによって作られる接合は、全体の深さにおいて、極めて低減されたほとんど同じ導電性を有する。接合深さは、従来技術による方法と比較して30%まで低減される可能性があることが期待される。
その上、箱状(box−like)の接合プロファイルを伴う接合が結果として生じる。ドーパントの活性化は、最初のアモルファス半導体層内であって、接合の最上部分は、過剰に高いドーパント濃度で苦しむことはない。
その上、いくつかの適用において、プロセスフローは、本発明の方法によって単純化されても良い。つまり、典型的な従来技術プロセスにおいて、半導体基板の最上部の絶縁層は、ドーパント注入の前に除去される。しかしながら、ここでは、基板の最上部に上記絶縁層が既に存在する場合には、そのプロセスにおいて意図的に利用される。
提案された接合形成は、すなわち、例えば、ホウ素を利用することによるp型接合に関して利用され得る。しかしながら、本発明は、n型接合に関して、同等にうまく適用され得る。その上、本発明の解決法は、n型ノード及びp型ノードの両方に同時に適用され得る。
次に、図1d〜1fを参照して、生産される半導体デバイスの完成が説明される。
図1dに示されるように、SPERプロセスの後、低ドープ領域18は、結果として、基板1上のMOSトランジスタのソース/ドレインエクステンション領域をもたらす。これらのドープ領域18の深さは、先のアモルファス層17の深さと大体は(substantionally)等しくなる。
構造体の最上部では、スペーサ材料21が堆積する。スペーサ材料21は、シリコン二酸化膜であっても良い。しかしながら、当業者に知られるような他のスペーサ材料が利用されても良い。
スペーサ材料21は、ポリシリコン層13に隣接したサイドスペーサ23だけが残る様な様式で、適当なエッチャントを使ってエッチングされる。図1eを参照されたい。これは全て従来技術であって、ここでは、さらなる説明は必要ない。エッチングプロセスが原因で、薄い酸化膜層5の一部、すなわち、ポリシリコン層13より下の部分及びサイドスペーサ23より下の部分だけが残ることが注目されるべきである。他の場所にある薄い酸化膜層5の一部は、エッチングプロセスによって除去される。
追加のイオン注入作用が、図1fに示されるように実行される。示される実施例では、これは、p+ソース領域27及びp+ドレイン領域25を作るためのp+注入29である。これらのソース及びドレイン領域27、25は、基板1中で、先のドープ領域18より深く拡張する。サイドスペーサ23は、この後のp+インプラント29から先のドープ領域18の一部を保護するマスクの機能を果たす。従って、エクステンション領域18がこの作用の後に残る。
当業者に知られるように、MOSデバイスの製造は、例えば、ドレイン25、ソース27及びポリシリコン層13の上にゲートの機能を果たすシリサイドを形成する適当なシリサイドプロセスを設けることによって完了する。この後のシリサイドプロセスは、当業者に知られていて、図1fに示されていない。
Claims (10)
- 半導体デバイスの生産方法であって、
a)半導体基板を準備し、
b)半導体基板の最上面上に絶縁層を設け、
c)適当な注入によって、前記半導体基板の最上層中にアモルファス層を作り、
d)所定のドーピングプロファイルを伴う前記アモルファス層を作るための前記絶縁層を通して、前記半導体基板中へドーパントを注入し、
e)前記アモルファス層を再成長させ、前記ドーパントを活性化する固相エピタキシャル再成長作用を適用することを含み、
前記作用d)において、前記注入は、前記ドーピングプロファイルが前記絶縁層内に位置するピーク値を持つように行われる
半導体デバイスの生産方法。 - 請求項1に記載の半導体デバイスの生産方法であって、
前記ドーパントは、大体は前記最上面に位置するピーク導電値を持つ導電性プロファイルを伴う前記作用e)の後に、前記アモルファス層を作るために活性化される
半導体デバイスの生産方法。 - 請求項1又は2に記載の半導体デバイスの生産方法であって、
前記半導体基板はSi基板で、
前記作用c)は、Ge、GeF2、Si、Xe又はAr原子の少なくとも1つを用いて行われる
半導体デバイスの生産方法。 - 請求項3に記載の半導体デバイスの生産方法であって、
前記作用c)は、1015atoms/cm2のドーズ量及び2keVと30keVの間のエネルギーでGeを用いて行われる
半導体デバイスの生産方法。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体デバイスの生産方法であって、
前記作用d)は、5keV以下のエネルギーでBを用いて行われる
半導体デバイスの生産方法。 - 請求項5に記載の半導体デバイスの生産方法であって、
前記作用d)は、B及び1015atoms/cm2のドーズ量を用いて行われる
半導体デバイスの生産方法。 - 請求項6に記載の半導体デバイスの生産方法であって、
前記作用d)は、550〜700℃の温度で約1分間行われる
半導体デバイスの生産方法。 - 大体は前記表面に位置するピーク導電値を持つ導電性プロファイルを伴う半導体基板表面の最上層
を含む固相エピタキシャル再成長技術によって作られる半導体デバイス。 - 請求項8に記載のデバイスを含む金属酸化膜半導体デバイス。
- 請求項8又は9に記載の半導体デバイスを備えた装置。
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