JP3057253B2 - ホウ素含有半導体層の形成方法 - Google Patents

ホウ素含有半導体層の形成方法

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JP3057253B2 JP1105194A JP10519489A JP3057253B2 JP 3057253 B2 JP3057253 B2 JP 3057253B2 JP 1105194 A JP1105194 A JP 1105194A JP 10519489 A JP10519489 A JP 10519489A JP 3057253 B2 JP3057253 B2 JP 3057253B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本願の発明は、ホウ素を含有する半導体層を半導体層
中へのホウ素のイオン注入によって形成するホウ素含有
半導体層の形成方法に関するものである。
〔発明の概要〕
請求項1の発明は、上記の様なホウ素含有半導体層の
形成方法において、薄膜状の半導体層中へ絶縁膜を介し
てホウ素をイオン注入し、ホウ素よりも質量数が大きく
且つ電気的に不活性な元素を露出状態の半導体層中へイ
オン注入してこの半導体層を一旦非晶質化させた後のア
ニールで結晶化させることによって、厚さが薄く、絶縁
膜による特性の影響が少なく、しかも、シート抵抗が低
いホウ素含有半導体層を形成することができる様にした
ものである。
請求項2の発明は、上記の様なホウ素含有半導体層の
形成方法において、所望の厚さよりも厚い半導体層中へ
ホウ素をイオン注入し、ホウ素よりも質量数が大きく且
つ電気的に不活性な元素を半導体層中へイオン注入して
この半導体層を一旦非晶質化させた後のアニールで結晶
化させ、ホウ素のイオン注入後で且つ結晶化後に所望の
厚さまで半導体層を薄膜化することによって、厚さが薄
く、しかも、シート抵抗が低いホウ素含有半導体層を高
いスループットで形成することができる様にしたもので
ある。
〔従来の技術〕
ホウ素は、代表的なp型不純物であり、pチャネルMO
Sトランジスタのソース・ドレイン領域の形成や、p型
領域とコンタクトする半導体層のコンタクト抵抗の低減
等のために用いられている。
一方、半導体層等に不純物を含有させるために種々の
方法があるが、不純物の総量を精度よく且つオンライン
で測定できる点でイオン注入法が優れている。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、薄膜トランジスタや薄膜抵抗等では、半導
体層の厚さが薄い。例えば、薄膜トランジスタを形成す
るためのSi層の厚さは、500Å程度以下である。
この様に薄い半導体層では、シート抵抗が高いので、
このシート抵抗を低減させるために、少なくとも2〜5
×1015cm-2程度の不純物を含有させる必要がある。
しかし、この様な高ドーズ量のイオン注入装置では、
注入エネルギを15keV程度以下とすることは難しい。一
方、ホウ素の質量数は11と小さいので、質量数が大きい
物質に比べると、注入エネルギが同じでも投影飛程が長
い。
従って、薄膜状の半導体層の厚さの半分程度を投影飛
程とする様にホウ素をイオン注入することは難しく、厚
さの薄いホウ素含有半導体層をイオン注入で形成するこ
とが難しかった。
〔課題を解決するための手段〕
請求項1のホウ素含有半導体層の形成方法は、薄膜状
の半導体層12中へ絶縁膜13を介してホウ素15をイオン注
入する工程と、ホウ素15よりも質量数が大きく且つ電気
的に不活性な元素16を露出状態の前記半導体層12中へイ
オン注入してこの半導体層12を非晶質化させる工程と、
前記非晶質化後のアニールで前記半導体層12を結晶化さ
せる工程とを具備することを特徴としている。
請求項2のホウ素含有半導体層の形成方法は、所望の
厚さよりも厚い半導体層12中へホウ素15をイオン注入す
る工程と、ホウ素15よりも質量数が大きく且つ電気的に
不活性な元素16を前記半導体層12中へイオン注入してこ
の半導体層12を非晶質化させる工程と、前記非晶質化後
のアニールで前記半導体層12を結晶化させる工程と、前
記ホウ素15のイオン注入後で且つ前記結晶化後に前記所
望の厚さまで前記半導体層12を薄膜化する工程とを具備
することを特徴としている。
〔作用〕
請求項1のホウ素含有半導体層の形成方法では、絶縁
膜13を介して半導体層12中へホウ素15をイオン注入する
ので、ホウ素15が絶縁膜13を通過する間にその注入エネ
ルギが絶縁膜13に吸収され、しかもホウ素15は質量数が
小さいために絶縁膜13に対するノックオン効果が少な
い。
また、ホウ素15よりも質量数が大きく且つ電気的に不
活性な元素16を半導体層12中へイオン注入してこの半導
体層12を一旦非晶質化させた後のアニールで結晶化させ
るので、半導体層12を一旦は完全に非晶質化させること
ができて、その後のアニールによって半導体層12の結晶
化を十分に進めることができる。
しかも、半導体層12を一旦非晶質化させるための元素
16のイオン注入時に半導体層12が露出状態であるので、
半導体層12を一旦非晶質化させるための元素16をイオン
注入しても絶縁膜13に対するノックオン効果がなく、半
導体層12を一旦非晶質化させるための元素16のイオン注
入時にノックオンされる物質によってアニールによる半
導体層12の結晶化が妨げられることもない。
請求項2のホウ素含有半導体層の形成方法では、ホウ
素15をイオン注入する時点では半導体層12が所望の厚さ
よりも厚いので、ホウ素15の注入エネルギが半導体層12
自体によって吸収され易い。
また、ホウ素15よりも質量数が大きく且つ電気的に不
活性な元素16を半導体層12中へイオン注入してこの半導
体層12を一旦非晶質化させた後のアニールで結晶化させ
るので、半導体層12を一旦は完全に非晶質化させること
ができて、その後のアニールによって半導体層12の結晶
化を十分に進めることができる。
しかも、ホウ素15のイオン注入後で且つ結晶化後に所
望の厚さまで半導体層12を薄膜化するので、結晶化のた
めのアニール時には半導体層12の厚さが未だ所望の厚さ
よりも厚く、半導体層12を結晶化させるためのアニール
を薄膜化後に行う場合に比べて結晶化のためのアニール
の時間が短くてよい。
〔実施例〕
以下、pチャネル薄膜トランジスタの製造に適用した
本願の発明の第1及び第2実施例を、第1図〜第3図を
参照しながら説明する。
第1図が、第1実施例を示している。この第1実施例
では、第1A図に示す様に、SiO2基本11上で薄膜トランジ
スタの活性領域のパターンに厚さ400Å程度のSi層12を
パターニングし、ゲート絶縁膜用の厚さ500Å程度のSiO
2膜13を堆積させ、更にゲート電極のパターンに多結晶S
i層14をパターニングする。
そしてこの状態で、B+15をイオン注入する。すると、
このB+15がSiO2膜13を通過する間にその注入エネルギが
SiO2膜13に吸収される。従って、高ドーズ量でイオン注
入するために注入エネルギの高いイオン注入装置を用い
ても、Si層12の厚さの半分程度の位置へB+15を注入する
ことができる。
しかも、B+15は質量数が小さいので、SiO2膜13中のO
がB+15によってノックオンされてSi層12中へ注入される
というノックオン効果が少ない。
ところが一方、B+15の質量数が小さい故に、B+15がSi
層12中へイオン注入されても、このSi層12は完全には非
晶質化されない。このため、その後のアニールによって
もSi層12で結晶化が十分には進まず、結晶粒径が小さい
ためにSi層12のシート抵抗が大きい。
この様な場合、Si+等の電気的に不活性な元素のイオ
ンを注入することによってSi層12を一旦非晶質化するこ
とが知られている(例えば特開昭61−119079号公報)。
しかし、B+15をイオン注入した後、第1A図の状態のま
までSi+をイオン注入すると、Si+の質量数が28と大きい
ために、SiO2膜13中のOがSi+によってノックオンされ
てSi層12中へ注入される。
そこでこの第1実施例では、第1B図に示す様に、多結
晶Si層14をマスクにしてSiO2膜13をパターニングし、つ
まりSi層12のうちで薄膜トランジスタのソース・ドレイ
ン領域とすべき部分を露出させ、この状態でSi+16をイ
オン注入している。
Si+16は質量数が大きいので、注入エネルギの高いイ
オン注入装置を用い、且つSi層12を露出させた状態でイ
オン注入を行っても、Si層12中へSi+16を効率的に注入
してこのSi層12を完全に非晶質化することができる。
以上の様な第1実施例で製造したpチャネル薄膜トラ
ンジスタでは、B+15が効率的に注入されるために、Si層
12のシート抵抗が低い。
しかも、Si+16のイオン注入によってSi層12が一旦は
完全に非晶質化されるのでその後のアニールによって結
晶化が十分に進み、またSi+16によるノックオンがない
ためにSi層12中へOが注入されず、更にこのOによって
アニール時のSi層12の結晶化が妨げられることもない。
従って、これらのことによってもSi層12のシート抵抗が
低い。
更に、Si層12中へOが注入されないために、Si層12に
おける接合リーク電流も少ない。
なお、以上の第1実施例ではB+15のイオン注入後にSi
+16をイオン注入したが、まず第1B図の状態でSi+16をイ
オン注入し、その後にSiO2膜を堆積してからB+15をイオ
ン注入してもよい。
この場合、堆積させたSiO2膜を残存させたままで、ア
ニール工程等の次の工程を行うことができる。
また、以上の第1実施例ではゲート電極用の多結晶Si
層14を活性領域用のSi層12よりも上層に形成している
が、これとは逆に活性領域用のSi層12をゲート電極用の
多結晶Si層14よりも上層に形成してもよい。
ところで、B+15の代りに質量数の大きなBF2 +等を用い
れば、Si層12を露出させた状態でイオン注入を行って
も、このSi層12の厚さの半分程度の位置へBを注入する
ことができる。
しかし、Fも同時にイオン注入されるために、アニー
ルによるSi層12の結晶化が妨げられ、Si層12のシート抵
抗を低くすることができない。
第2図は、第2実施例を示している。この第2実施例
では、第2A図に示す様に、SiO2基体11上でゲート電極用
の多結晶Si層14をパターニングし、ゲート絶縁膜用のSi
O2膜13を堆積させ、更に活性領域用のSi層12を800Å程
度の厚さに堆積させる。
そして、この状態でチャネル領域以外の部分にB+15を
イオン注入してソース・ドレイン領域を形成し、更にSi
層12を非晶質化するために第1実施例と同様にSi+をイ
オン注入する。
この場合、Si層12自体の厚さが第1実施例の場合より
も厚いので、B+15の注入エネルギがSi層12自体によって
吸収され易い。従って、B+15がSi層12に効率的に注入さ
れる。
その後、非晶質化したSi層12の結晶化のために、600
℃程度の比較的低音のプリアニールとそれよりも高温の
アニールとを行う。
第3図は、低音プリアニール時の結晶化の速度を示し
ている。この第3図から明らかな様に、Si層12の厚さが
800Å程度であるこの第2実施例では、厚さが400Å程度
の場合に比べて低音プリアニールの時間が短くてよい。
次に、第2B図に示す様に、RIEやNH3+H2O2+H2O等に
よるウェットエッチング等によって、Si層12を400Å程
度の厚さになるまでエッチングする。
この後は、層間絶縁膜の形成、Alの蒸着、パッシベー
ション膜の形成等の通常の工程を行う。
なお、この第2実施例では活性領域用のSi層12をゲー
ト電極用の多結晶Si層14よりも上層に形成しているが、
これとは逆に活性領域用のSi層12をまず形成し、このSi
層12に対するB+15のイオン注入からエッチングまでを行
った後にゲート電極用の多結晶Si層14を形成してもよ
い。
また、以上の第1及び第2実施例は何れも本願の発明
をpチャネル薄膜トランジスタの製造に適用したもので
あるが、コンタクト部にB+をイオン注入する薄膜抵抗の
形成等にも本願の発明を適用できる。
〔発明の効果〕
請求項1のホウ素含有半導体層の形成方法では、ホウ
素が絶縁膜を通過する間にその注入エネルギが絶縁膜に
吸収されるので、薄膜状の半導体層でもその厚さの半分
程度の位置へホウ素をイオン注入することができて、厚
さの薄いホウ素含有半導体層を形成することができる。
しかも、ホウ素は質量数が小さいために絶縁膜に対す
るノックオン効果が少なく、半導体層を一旦非晶質化さ
せるための元素をイオン注入しても絶縁膜に対するノッ
クオン効果がないので、絶縁膜による特性の影響が少な
いホウ素含有半導体層を形成することができる。
また、アニールによって半導体層の結晶化を十分に進
めることができ、半導体層を一旦非晶質化させるための
元素のイオン注入時にノックオンされる物質によってア
ニールによる半導体層の結晶化が妨げられることもない
ので、シート抵抗が低いホウ素含有半導体層を形成する
ことができる。
請求項2のホウ素含有半導体層の形成方法では、ホウ
素の注入エネルギが半導体層自体によって吸収され易い
ので、この半導体層の厚さを後に薄くしても、その薄い
厚さの半分程度の位置へホウ素をイオン注入することが
できて、厚さの薄いホウ素含有半導体層を形成すること
ができる。
また、アニールによって半導体層の結晶化を十分に進
めることができるので、シート抵抗が低いホウ素含有半
導体層を形成することができる。
しかも、半導体層を結晶化させるためのアニールを薄
膜化後に行う場合に比べて結晶化のためのアニールの時
間が短くてよいので、厚さが薄く、しかも、シート抵抗
が低いホウ素含有半導体層を高いスループットで形成す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本願の発明の夫々第1及び第2実施
例を順次に示す側断面図、第3図は結晶化速度のグラフ
である。 なお図面に用いた符号において、 12……Si層 13……SiO2膜 15……B+ である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−187274(JP,A) 特開 昭61−105870(JP,A) 特開 昭63−261880(JP,A) 特開 昭63−237576(JP,A) 特開 昭49−91194(JP,A) 特開 昭50−122873(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/265 H01L 29/786

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】薄膜状の半導体層中へ絶縁膜を介してホウ
    素をイオン注入する工程と、 ホウ素よりも質量数が大きく且つ電気的に不活性な元素
    を露出状態の前記半導体層中へイオン注入してこの半導
    体層を非晶質化させる工程と、 前記非晶質化後のアニールで前記半導体層を結晶化させ
    る工程と を具備することを特徴とするホウ素含有半導体層の形成
    方法。
  2. 【請求項2】所望の厚さよりも厚い半導体層中へホウ素
    をイオン注入する工程と、 ホウ素よりも質量数が大きく且つ電気的に不活性な元素
    を前記半導体層中へイオン注入してこの半導体層を非晶
    質化させる工程と、 前記非晶質化後のアニールで前記半導体層を結晶化させ
    る工程と、 前記ホウ素のイオン注入後で且つ前記結晶化後に前記所
    望の厚さまで前記半導体層を薄膜化する工程と を具備することを特徴とするホウ素含有半導体層の形成
    方法。
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