JP3221484B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、不純物拡散層を有
する半導体装置の製造方法に関し、特に浅い接合の形成
された半導体装置の製造方法に関する。
する半導体装置の製造方法に関し、特に浅い接合の形成
された半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のイオン打ち込み技術の一例を図３
に示す。この方法では、加速エネルギーを５〜８０ｋｅ
Ｖとして基板に対して直接にイオンを打ち込み、その
後、基板表面を露出した状態で酸素を含む窒素雰囲気下
でアニールを行うことにより拡散層を形成するものであ
る。
に示す。この方法では、加速エネルギーを５〜８０ｋｅ
Ｖとして基板に対して直接にイオンを打ち込み、その
後、基板表面を露出した状態で酸素を含む窒素雰囲気下
でアニールを行うことにより拡散層を形成するものであ
る。
【０００３】しかしこの方法では、イオン打ち込みの際
に目的とする不純物以外の不純物が注入されるという問
題があった。また、イオン打ち込みやアニールの際にシ
リコン基板表面がエッチング等により損傷を受けること
があった。
に目的とする不純物以外の不純物が注入されるという問
題があった。また、イオン打ち込みやアニールの際にシ
リコン基板表面がエッチング等により損傷を受けること
があった。
【０００４】これらの問題を解消するため、基板上にシ
リコン酸化膜を形成し、このシリコン酸化膜を介してイ
オン打ち込みを行うという方法が行われるようになった
（以下、この酸化膜を適宜「スルー酸化膜」と称す
る）。この方法は、たとえば特開昭５８−９６７６３号
公報に示されている。具体的手順を図４に示す。この方
法では、基板表面に１００ｎｍを超える厚みのシリコン
酸化膜を形成し、このシリコン酸化膜を介してイオン打
ち込みを行う。イオン打ち込み時の加速電圧は４０ｋｅ
Ｖとする。この後、シリコン酸化膜を残したまま、ある
いはシリコン酸化膜を一度除去した後に再度シリコン酸
化膜を形成した状態で、窒素雰囲気下でアニールを行う
ことにより拡散層を形成する。この方法によれば、シリ
コン酸化膜の存在により注入しようとするイオン以外の
不純物の注入を防ぐことができる。
リコン酸化膜を形成し、このシリコン酸化膜を介してイ
オン打ち込みを行うという方法が行われるようになった
（以下、この酸化膜を適宜「スルー酸化膜」と称す
る）。この方法は、たとえば特開昭５８−９６７６３号
公報に示されている。具体的手順を図４に示す。この方
法では、基板表面に１００ｎｍを超える厚みのシリコン
酸化膜を形成し、このシリコン酸化膜を介してイオン打
ち込みを行う。イオン打ち込み時の加速電圧は４０ｋｅ
Ｖとする。この後、シリコン酸化膜を残したまま、ある
いはシリコン酸化膜を一度除去した後に再度シリコン酸
化膜を形成した状態で、窒素雰囲気下でアニールを行う
ことにより拡散層を形成する。この方法によれば、シリ
コン酸化膜の存在により注入しようとするイオン以外の
不純物の注入を防ぐことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
技術の方法では、いずれもシート抵抗が上昇するという
共通の問題を有していた。この問題について本発明者が
検討したところ、注入された不純物が酸化膜中に偏析す
ることが原因であると判明した。シリコン酸化膜を形成
する方法では、注入された不純物がシリコン酸化膜中に
偏析し、拡散層の不純物濃度が低下する。またシリコン
酸化膜を形成しないで基板に直接イオン注入を行う方法
においても、従来技術では基板表面の荒れを防止するた
め酸素含有量数％の窒素雰囲気でアニールしており、ア
ニール中に基板表面に酸化膜が形成されるため酸化膜を
形成した状態でアニールを行った場合と同様に不純物の
偏析が発生する。このため拡散層の不純物濃度が低下す
る。従来技術におけるシート抵抗の上昇は以上の理由に
よるものである。
技術の方法では、いずれもシート抵抗が上昇するという
共通の問題を有していた。この問題について本発明者が
検討したところ、注入された不純物が酸化膜中に偏析す
ることが原因であると判明した。シリコン酸化膜を形成
する方法では、注入された不純物がシリコン酸化膜中に
偏析し、拡散層の不純物濃度が低下する。またシリコン
酸化膜を形成しないで基板に直接イオン注入を行う方法
においても、従来技術では基板表面の荒れを防止するた
め酸素含有量数％の窒素雰囲気でアニールしており、ア
ニール中に基板表面に酸化膜が形成されるため酸化膜を
形成した状態でアニールを行った場合と同様に不純物の
偏析が発生する。このため拡散層の不純物濃度が低下す
る。従来技術におけるシート抵抗の上昇は以上の理由に
よるものである。
【０００６】また、現在では半導体素子の微細化にとも
ない、より浅い接合拡散が要求されるようになってきて
おり、かかる要求を満たすためにはイオン打ち込みの際
の加速電圧を低く、具体的には３ｋｅＶ以下とする必要
がある。ところが、このような低い加速電圧とした場
合、スルー酸化膜を介してイオン打ち込みを行う方法で
は拡散の深さを十分に浅くすることは困難な上、前述し
たシート抵抗の増大がより顕著となるという問題があっ
た。表１に、酸化膜形成の有無とシート抵抗値との関係
を示す。ボロン注入エネルギーが小さいほどスルー酸化
膜形成による抵抗値の増大が顕著となっている。
ない、より浅い接合拡散が要求されるようになってきて
おり、かかる要求を満たすためにはイオン打ち込みの際
の加速電圧を低く、具体的には３ｋｅＶ以下とする必要
がある。ところが、このような低い加速電圧とした場
合、スルー酸化膜を介してイオン打ち込みを行う方法で
は拡散の深さを十分に浅くすることは困難な上、前述し
たシート抵抗の増大がより顕著となるという問題があっ
た。表１に、酸化膜形成の有無とシート抵抗値との関係
を示す。ボロン注入エネルギーが小さいほどスルー酸化
膜形成による抵抗値の増大が顕著となっている。
【０００７】
【表1】
【０００８】さらに、ボロンまたはボロン系の化合物の
イオン注入を行う場合、シリコン基板上にシリコン酸化
膜が存在した状態でアニールを行うと、アニール時にボ
ロンの拡散が進み、接合の深さが設計値よりも深くなっ
てしまうことがあった。この現象を以下、「増速拡散」
と称する。増速拡散の起こるメカニズムについてはこれ
まで明らかにされていなかったが、ボロンまたはボロン
系の化合物のイオン注入の際に特異的に起こる現象であ
ることが確認されている。
イオン注入を行う場合、シリコン基板上にシリコン酸化
膜が存在した状態でアニールを行うと、アニール時にボ
ロンの拡散が進み、接合の深さが設計値よりも深くなっ
てしまうことがあった。この現象を以下、「増速拡散」
と称する。増速拡散の起こるメカニズムについてはこれ
まで明らかにされていなかったが、ボロンまたはボロン
系の化合物のイオン注入の際に特異的に起こる現象であ
ることが確認されている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明によれば、シリコン基板中に不純物拡散層を有する半
導体装置の製造方法において、シリコン基板に対し、該
シリコン基板上に形成された２．５ｎｍ以下の厚みのシ
リコン酸化膜を介して３ｋｅＶ以下の加速電圧で不純物
を注入した後、前記酸化膜を残した状態で前記シリコン
基板をアニールすることを特徴とする半導体装置の製造
方法が提供される。
明によれば、シリコン基板中に不純物拡散層を有する半
導体装置の製造方法において、シリコン基板に対し、該
シリコン基板上に形成された２．５ｎｍ以下の厚みのシ
リコン酸化膜を介して３ｋｅＶ以下の加速電圧で不純物
を注入した後、前記酸化膜を残した状態で前記シリコン
基板をアニールすることを特徴とする半導体装置の製造
方法が提供される。
【００１０】また本発明によれば、シリコン基板中に不
純物拡散層を有する半導体装置の製造方法において、シ
リコン基板に対し、該シリコン基板上に形成された２．
５ｎｍ以下の厚みのシリコン酸化膜を介して３ｋｅＶ以
下の加速電圧で不純物を注入した後、前記酸化膜を除去
し、前記シリコン基板上にカバー酸化膜を形成した後、
前記シリコン基板をアニールすることを特徴とする半導
体装置の製造方法が提供される。ここでカバー酸化膜と
は、アニールを行う際に基板表面を覆うシリコン酸化膜
をいう。カバー酸化膜はＣＶＤ法等により形成される。
厚みについては特に制限がないがたとえば１００ｎｍ程
度とする。
純物拡散層を有する半導体装置の製造方法において、シ
リコン基板に対し、該シリコン基板上に形成された２．
５ｎｍ以下の厚みのシリコン酸化膜を介して３ｋｅＶ以
下の加速電圧で不純物を注入した後、前記酸化膜を除去
し、前記シリコン基板上にカバー酸化膜を形成した後、
前記シリコン基板をアニールすることを特徴とする半導
体装置の製造方法が提供される。ここでカバー酸化膜と
は、アニールを行う際に基板表面を覆うシリコン酸化膜
をいう。カバー酸化膜はＣＶＤ法等により形成される。
厚みについては特に制限がないがたとえば１００ｎｍ程
度とする。
【００１１】また本発明によれば、シリコン基板中に不
純物拡散層を有する半導体装置の製造方法において、シ
リコン基板に対し、該シリコン基板上に形成された２．
５ｎｍ以下の厚みのシリコン酸化膜を介して３ｋｅＶ以
下の加速電圧で不純物を注入し、前記酸化膜を除去した
後、前記シリコン基板を、表面を露出した状態でアニー
ルすることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供さ
れる。
純物拡散層を有する半導体装置の製造方法において、シ
リコン基板に対し、該シリコン基板上に形成された２．
５ｎｍ以下の厚みのシリコン酸化膜を介して３ｋｅＶ以
下の加速電圧で不純物を注入し、前記酸化膜を除去した
後、前記シリコン基板を、表面を露出した状態でアニー
ルすることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供さ
れる。
【００１２】
【００１３】これらの発明においては、加速電圧を３ｋ
ｅＶ以下とし、不純物注入時にシリコン基板上に存在す
るシリコン酸化膜を２．５ｎｍ以下の膜厚としているた
め、浅い拡散層を形成できる。また、このシリコン酸化
膜を残したまま、あるいは除去した状態でアニールを行
うので、アニール時に基板上に存在する酸化膜（カバー
酸化膜）の膜厚が２．５ｎｍ以下となる。このため不純
物の酸化膜中への偏析を防止し、不純物濃度の低下にと
もなうシート抵抗の低下を防ぐことができる。
ｅＶ以下とし、不純物注入時にシリコン基板上に存在す
るシリコン酸化膜を２．５ｎｍ以下の膜厚としているた
め、浅い拡散層を形成できる。また、このシリコン酸化
膜を残したまま、あるいは除去した状態でアニールを行
うので、アニール時に基板上に存在する酸化膜（カバー
酸化膜）の膜厚が２．５ｎｍ以下となる。このため不純
物の酸化膜中への偏析を防止し、不純物濃度の低下にと
もなうシート抵抗の低下を防ぐことができる。
【００１４】また加速エネルギーを３ｋｅＶ以下とする
ため、スルー酸化膜の膜厚を薄くした場合、特にスルー
酸化膜を設けない場合に生じるイオン打ち込み時の基板
表面の荒れを最小限に抑えることができる。
ため、スルー酸化膜の膜厚を薄くした場合、特にスルー
酸化膜を設けない場合に生じるイオン打ち込み時の基板
表面の荒れを最小限に抑えることができる。
【００１５】上記の発明において、基板表面に酸化膜を
設けず表面を露出した状態でアニールする場合は、アニ
ール雰囲気を酸素含有量１００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気
下とすることが好ましい。このようにすることによって
アニール時において基板表面に酸化層が形成されること
を防止し、不純物の偏析を防ぐことができる。
設けず表面を露出した状態でアニールする場合は、アニ
ール雰囲気を酸素含有量１００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気
下とすることが好ましい。このようにすることによって
アニール時において基板表面に酸化層が形成されること
を防止し、不純物の偏析を防ぐことができる。
【００１６】またアニールを１０００℃以上１１００℃
以下で行うことが好ましい。このようにすることによっ
てアニール時における基板表面の荒れを防ぐことができ
る。
以下で行うことが好ましい。このようにすることによっ
てアニール時における基板表面の荒れを防ぐことができ
る。
【００１７】本発明における不純物とは、ボロン、フッ
化ボロン、砒素、リン等をいう。不純物としてボロンま
たはフッ化ボロンを用いた場合、酸化膜を設けず表面を
露出した状態でアニールすることが好ましい。ボロン系
の不純物を注入する場合、シート抵抗値の増大のほか、
増速拡散の問題があるからである。
化ボロン、砒素、リン等をいう。不純物としてボロンま
たはフッ化ボロンを用いた場合、酸化膜を設けず表面を
露出した状態でアニールすることが好ましい。ボロン系
の不純物を注入する場合、シート抵抗値の増大のほか、
増速拡散の問題があるからである。
【００１８】増速拡散の現象について図５〜図８を参照
して説明する。図５は、シリコン基板に対して酸化膜を
介さずに直接、ボロンをイオン注入した後、基板表面を
露出したまま、または表面にカバー酸化膜を形成した後
にアニールを行った場合のボロンの深さ方向の濃度分布
を示したものである。アニール雰囲気は、窒素１００％
（酸素含有量１００ｐｐｍ以下）または窒素９０％酸素
１０％の雰囲気とした。ボロン濃度の測定はＳＩＭＳに
より行った。イオン注入の加速電圧は、０．５ｋｅＶと
し、注入イオン濃度は５×１０14ｃｍ-2としたものであ
る。なお図の横軸は原点を基板表面とした基板の深さ方
向の位置を示す。また図６〜８は、不純物の種類を変え
てイオン注入の加速電圧と増速拡散距離との関係を調べ
たものである。図６はボロン、図７はフッ化ボロン、図
８は砒素を用いたものである。図５〜８に示された結果
から以下の知見が得られる。 増速拡散は、ボロン系の不純物を用いた場合に起こ
る。 増速拡散は、基板表面にカバー酸化膜が存在する場合
に起こる。 カバー酸化膜が存在しない場合でも、アニールを酸素
含有雰囲気中で行った場合には、増速拡散が起こる。 増速拡散は、加速電圧が低い場合（注入深さが浅い場
合）に特に顕著となる。したがって、ボロン系の不純物
を用いる場合は、カバー酸化膜を形成せず、またアニー
ルを酸素含有量しない雰囲気中で行うことが好ましく、
これにより増速拡散を効果的に防止できる。
して説明する。図５は、シリコン基板に対して酸化膜を
介さずに直接、ボロンをイオン注入した後、基板表面を
露出したまま、または表面にカバー酸化膜を形成した後
にアニールを行った場合のボロンの深さ方向の濃度分布
を示したものである。アニール雰囲気は、窒素１００％
（酸素含有量１００ｐｐｍ以下）または窒素９０％酸素
１０％の雰囲気とした。ボロン濃度の測定はＳＩＭＳに
より行った。イオン注入の加速電圧は、０．５ｋｅＶと
し、注入イオン濃度は５×１０14ｃｍ-2としたものであ
る。なお図の横軸は原点を基板表面とした基板の深さ方
向の位置を示す。また図６〜８は、不純物の種類を変え
てイオン注入の加速電圧と増速拡散距離との関係を調べ
たものである。図６はボロン、図７はフッ化ボロン、図
８は砒素を用いたものである。図５〜８に示された結果
から以下の知見が得られる。 増速拡散は、ボロン系の不純物を用いた場合に起こ
る。 増速拡散は、基板表面にカバー酸化膜が存在する場合
に起こる。 カバー酸化膜が存在しない場合でも、アニールを酸素
含有雰囲気中で行った場合には、増速拡散が起こる。 増速拡散は、加速電圧が低い場合（注入深さが浅い場
合）に特に顕著となる。したがって、ボロン系の不純物
を用いる場合は、カバー酸化膜を形成せず、またアニー
ルを酸素含有量しない雰囲気中で行うことが好ましく、
これにより増速拡散を効果的に防止できる。
【００１９】前述のように増速拡散は加速電圧が低い場
合（注入深さが浅い場合）に特に顕著となる。その理由
については必ずしも明らかではないが、本発明者は以下
のように推察している。
合（注入深さが浅い場合）に特に顕著となる。その理由
については必ずしも明らかではないが、本発明者は以下
のように推察している。
【００２０】図１０は、増速拡散が起こる機構を説明す
るための図である。一般に、イオン注入がされた後、シ
リコン基板中には点欠陥が生じる。この点欠陥は、アニ
ールにより表面方向へ移動する。ここで注入深さが浅い
場合、点欠陥層は基板表面に到達して消滅する（図１０
（ａ））。ところが、アニール時にカバー酸化膜が存在
すると、点欠陥は、カバー酸化膜に邪魔されて基板表面
に到達することができず基板中に残存することとなる
（図１０（ｂ））。このように点欠陥が残存する基板中
では不純物の拡散が速くなるために増速拡散が起こるも
のと考えられる。一方、注入深さが深い場合は、点欠陥
の位置から基板表面までの距離が長いため、カバー酸化
膜が存在しなくとも点欠陥は基板表面に到達することが
できず基板中に残存することとなる（図１０（ｃ））。
このためカバー酸化膜の有無による拡散距離の差が発生
せず、増速拡散が起こらないと考えられる。またこの現
象がボロン系の不純物の打ち込みの場合に特異的に起こ
るのは、これらの不純物による点欠陥のサイズが大きい
ことによるものと考えられる。
るための図である。一般に、イオン注入がされた後、シ
リコン基板中には点欠陥が生じる。この点欠陥は、アニ
ールにより表面方向へ移動する。ここで注入深さが浅い
場合、点欠陥層は基板表面に到達して消滅する（図１０
（ａ））。ところが、アニール時にカバー酸化膜が存在
すると、点欠陥は、カバー酸化膜に邪魔されて基板表面
に到達することができず基板中に残存することとなる
（図１０（ｂ））。このように点欠陥が残存する基板中
では不純物の拡散が速くなるために増速拡散が起こるも
のと考えられる。一方、注入深さが深い場合は、点欠陥
の位置から基板表面までの距離が長いため、カバー酸化
膜が存在しなくとも点欠陥は基板表面に到達することが
できず基板中に残存することとなる（図１０（ｃ））。
このためカバー酸化膜の有無による拡散距離の差が発生
せず、増速拡散が起こらないと考えられる。またこの現
象がボロン系の不純物の打ち込みの場合に特異的に起こ
るのは、これらの不純物による点欠陥のサイズが大きい
ことによるものと考えられる。
【００２１】また本発明によれば、シリコン基板中に砒
素拡散層を有する半導体装置の製造方法において、シリ
コン基板に対し、該シリコン基板上に形成された下記式
（１）で表される厚みｄのシリコン酸化膜を介して３ｋ
ｅＶ以下の加速電圧で砒素を注入した後、前記酸化膜を
除去し、または残したまま、前記シリコン基板をアニー
ルすることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供さ
れる。 ｄ≦Ｖ／１．３ （１） （ｄはシリコン酸化膜の厚み（ｎｍ）、Ｖは加速電圧
（ｋｅＶ））
素拡散層を有する半導体装置の製造方法において、シリ
コン基板に対し、該シリコン基板上に形成された下記式
（１）で表される厚みｄのシリコン酸化膜を介して３ｋ
ｅＶ以下の加速電圧で砒素を注入した後、前記酸化膜を
除去し、または残したまま、前記シリコン基板をアニー
ルすることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供さ
れる。 ｄ≦Ｖ／１．３ （１） （ｄはシリコン酸化膜の厚み（ｎｍ）、Ｖは加速電圧
（ｋｅＶ））
【００２２】また本発明によれば、シリコン基板中にボ
ロン拡散層を有する半導体装置の製造方法において、シ
リコン基板に対し、該シリコン基板上に形成された下記
式（２）で表される厚みｄのシリコン酸化膜を介して３
ｋｅＶ以下の加速電圧でボロンを注入した後、前記酸化
膜を除去し、または残したまま、前記シリコン基板をア
ニールすることを特徴とする半導体装置の製造方法が提
供される。 ｄ≦Ｖ／０．７５ （２） （ｄはシリコン酸化膜の厚み（ｎｍ）、Ｖは加速電圧
（ｋｅＶ））
ロン拡散層を有する半導体装置の製造方法において、シ
リコン基板に対し、該シリコン基板上に形成された下記
式（２）で表される厚みｄのシリコン酸化膜を介して３
ｋｅＶ以下の加速電圧でボロンを注入した後、前記酸化
膜を除去し、または残したまま、前記シリコン基板をア
ニールすることを特徴とする半導体装置の製造方法が提
供される。 ｄ≦Ｖ／０．７５ （２） （ｄはシリコン酸化膜の厚み（ｎｍ）、Ｖは加速電圧
（ｋｅＶ））
【００２３】さらに本発明によれば、シリコン基板中に
ボロン拡散層を有する半導体装置の製造方法において、
シリコン基板に対し、該シリコン基板上に形成された下
記式（３）で表される厚みｄのシリコン酸化膜を介して
３ｋｅＶ以下の加速電圧でフッ化ボロンを注入した後、
前記酸化膜を除去し、または残したまま、前記シリコン
基板をアニールすることを特徴とする半導体装置の製造
方法が提供される。 ｄ≦Ｖ／１．０ （３）
ボロン拡散層を有する半導体装置の製造方法において、
シリコン基板に対し、該シリコン基板上に形成された下
記式（３）で表される厚みｄのシリコン酸化膜を介して
３ｋｅＶ以下の加速電圧でフッ化ボロンを注入した後、
前記酸化膜を除去し、または残したまま、前記シリコン
基板をアニールすることを特徴とする半導体装置の製造
方法が提供される。 ｄ≦Ｖ／１．０ （３）
【００２４】シート抵抗の低下を防止するためにはカバ
ー酸化膜の厚みを一定値以下とすることが有効である
が、その臨界値は不純物の種類、イオン注入時の加速エ
ネルギーにより異なる。本発明者はこの点について検討
を加え、不純物の種類ごとに加速電圧とシリコン酸化膜
厚の臨界値の関係を明らかにした。これに基づいて最適
なスルー酸化膜厚みを設定したものが上記の各発明であ
る。これらの発明によれば、拡散層中の不純物濃度の低
下を防止し、シート抵抗の上昇を防ぎつつ浅い拡散接合
を実現できる。
ー酸化膜の厚みを一定値以下とすることが有効である
が、その臨界値は不純物の種類、イオン注入時の加速エ
ネルギーにより異なる。本発明者はこの点について検討
を加え、不純物の種類ごとに加速電圧とシリコン酸化膜
厚の臨界値の関係を明らかにした。これに基づいて最適
なスルー酸化膜厚みを設定したものが上記の各発明であ
る。これらの発明によれば、拡散層中の不純物濃度の低
下を防止し、シート抵抗の上昇を防ぎつつ浅い拡散接合
を実現できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は本発明の半導体装置の製造方法の一
例を示す図である。この方法では、スルー酸化膜を設け
ずウエハ表面を露出した状態で不純物のイオン注入を行
う。イオン注入の条件は、加速電圧３ｋｅＶ以下とす
る。このような加速電圧とすることによって浅い接合を
好適に形成でき、イオン注入時の基板の荒れを最小限に
することができる。なお本発明において不純物とは、ボ
ロン、フッ化ボロン、リン、砒素、アンチモンなどキャ
リア導入のために一般的に用いられるものをいう。注入
イオン濃度は特に制限はなく適宜な値に設定される。
て説明する。図１は本発明の半導体装置の製造方法の一
例を示す図である。この方法では、スルー酸化膜を設け
ずウエハ表面を露出した状態で不純物のイオン注入を行
う。イオン注入の条件は、加速電圧３ｋｅＶ以下とす
る。このような加速電圧とすることによって浅い接合を
好適に形成でき、イオン注入時の基板の荒れを最小限に
することができる。なお本発明において不純物とは、ボ
ロン、フッ化ボロン、リン、砒素、アンチモンなどキャ
リア導入のために一般的に用いられるものをいう。注入
イオン濃度は特に制限はなく適宜な値に設定される。
【００２６】不純物注入後、不純物を熱拡散し、イオン
打ち込みの際に生じた結晶欠陥を解消するためにアニー
ルを行う。この例ではカバー酸化膜を設けない状態でア
ニールを行っている。アニール雰囲気は酸素含有量１０
０ｐｐｍ以下の窒素雰囲気とする。酸素含有量１００ｐ
ｐｍ以下とすることで基板表面に酸化膜はほとんど形成
されず不純物の偏析を効果的に防止することができる。
酸素の含有率は望ましくは５０ｐｐｍ以下であり、この
ようにすることにより酸化膜の形成および不純物の偏析
は実質的に全く認められなくなる。またアニールの方法
は特に制限されないが、浅い接合を形成する観点からは
ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）によるのが望まし
いことはいうまでもない。
打ち込みの際に生じた結晶欠陥を解消するためにアニー
ルを行う。この例ではカバー酸化膜を設けない状態でア
ニールを行っている。アニール雰囲気は酸素含有量１０
０ｐｐｍ以下の窒素雰囲気とする。酸素含有量１００ｐ
ｐｍ以下とすることで基板表面に酸化膜はほとんど形成
されず不純物の偏析を効果的に防止することができる。
酸素の含有率は望ましくは５０ｐｐｍ以下であり、この
ようにすることにより酸化膜の形成および不純物の偏析
は実質的に全く認められなくなる。またアニールの方法
は特に制限されないが、浅い接合を形成する観点からは
ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）によるのが望まし
いことはいうまでもない。
【００２７】
【実施例】本発明に係る半導体装置の製造方法の一例を
図２に示す。まずシリコンウエハ表面に厚さ２．５ｎｍ
のシリコン酸化膜を形成した。次にこのシリコン酸化膜
を介してボロンをイオン注入した。イオン注入の条件
は、加速電圧２ｋｅＶ、注入イオン濃度５×１０14ｃｍ
-2とした。イオン注入後、シリコン酸化膜を残したまま
ＲＴＡによるアニールを行った。アニール雰囲気は酸素
含有量１００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気下とし、温度プロ
ファイルは以下のようにした。開始温度を室温として１
０秒間で５００℃まで昇温し、３０秒間保持した後、１
０秒間で１０００℃まで昇温し、１０秒間保持した後、
急冷（通常、１００〜１５０℃／秒）した。
図２に示す。まずシリコンウエハ表面に厚さ２．５ｎｍ
のシリコン酸化膜を形成した。次にこのシリコン酸化膜
を介してボロンをイオン注入した。イオン注入の条件
は、加速電圧２ｋｅＶ、注入イオン濃度５×１０14ｃｍ
-2とした。イオン注入後、シリコン酸化膜を残したまま
ＲＴＡによるアニールを行った。アニール雰囲気は酸素
含有量１００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気下とし、温度プロ
ファイルは以下のようにした。開始温度を室温として１
０秒間で５００℃まで昇温し、３０秒間保持した後、１
０秒間で１０００℃まで昇温し、１０秒間保持した後、
急冷（通常、１００〜１５０℃／秒）した。
【００２８】以上によりシリコンウエハに拡散層が形成
された。このシリコンウエハの面内の４９点についてシ
ート抵抗を測定し、平均値を算出したところ２３１．７
Ω／□であった。一方、上記と同じ手順でシリコン酸化
膜を設けずにイオン注入、アニールを行ったウエハでは
２３２．７Ω／□であり、両者の抵抗値は同等であっ
た。すなわち、厚さ２．５ｎｍシリコン酸化膜を設ける
ことによる抵抗値の増大は認められなかった。
された。このシリコンウエハの面内の４９点についてシ
ート抵抗を測定し、平均値を算出したところ２３１．７
Ω／□であった。一方、上記と同じ手順でシリコン酸化
膜を設けずにイオン注入、アニールを行ったウエハでは
２３２．７Ω／□であり、両者の抵抗値は同等であっ
た。すなわち、厚さ２．５ｎｍシリコン酸化膜を設ける
ことによる抵抗値の増大は認められなかった。
【００２９】上記の半導体装置の製造方法と同様の手順
で、イオン加速エネルギー、シリコン酸化膜の膜厚を変
えて、シート抵抗値の評価を行った。結果を図１１に示
す。図中の黒丸は、シリコン酸化膜を設けずにイオン打
ち込み及びアニールを行った場合と比較してシート抵抗
の増大が１％未満となる条件を示す。このレベルであれ
ば実用上問題がない。１％を基準とした理由は、プロセ
スの再現性およびシート抵抗の測定器の精度を考慮した
ことによる。たとえば図中、加速電圧２ｋｅＶ、シリコ
ン酸化膜の膜厚２．５ｎｍの点は黒丸となっているが、
これは、シリコン酸化膜を設けなかったこと以外は、イ
オン注入条件、アニール条件等、他の製造条件をすべて
同じにして拡散層を形成したものを基準としたときに、
シート抵抗値の増分が１％未満であったことを示す（こ
の場合は前述のように、酸化膜なしで２３２．７Ω／
□、酸化膜ありで２３１．７Ω／□であった。）。図に
示された結果から、ボロンを注入する場合、シリコン酸
化膜の厚みｄを下記式を満たすように設定すれば、良好
なシート抵抗値が得られることがわかる。 ｄ≦Ｖ／０．７５（ｄはシリコン酸化膜の厚み（ｎ
ｍ）、Ｖは加速電圧（ｋｅＶ））
で、イオン加速エネルギー、シリコン酸化膜の膜厚を変
えて、シート抵抗値の評価を行った。結果を図１１に示
す。図中の黒丸は、シリコン酸化膜を設けずにイオン打
ち込み及びアニールを行った場合と比較してシート抵抗
の増大が１％未満となる条件を示す。このレベルであれ
ば実用上問題がない。１％を基準とした理由は、プロセ
スの再現性およびシート抵抗の測定器の精度を考慮した
ことによる。たとえば図中、加速電圧２ｋｅＶ、シリコ
ン酸化膜の膜厚２．５ｎｍの点は黒丸となっているが、
これは、シリコン酸化膜を設けなかったこと以外は、イ
オン注入条件、アニール条件等、他の製造条件をすべて
同じにして拡散層を形成したものを基準としたときに、
シート抵抗値の増分が１％未満であったことを示す（こ
の場合は前述のように、酸化膜なしで２３２．７Ω／
□、酸化膜ありで２３１．７Ω／□であった。）。図に
示された結果から、ボロンを注入する場合、シリコン酸
化膜の厚みｄを下記式を満たすように設定すれば、良好
なシート抵抗値が得られることがわかる。 ｄ≦Ｖ／０．７５（ｄはシリコン酸化膜の厚み（ｎ
ｍ）、Ｖは加速電圧（ｋｅＶ））
【００３０】上記と同様にして、加速電圧、シリコン酸
化膜の膜厚とシート抵抗の変動の有無をボロン以外の不
純物について評価した。結果を図１２、１３に示す。こ
れらの結果から、砒素については、下記式を満たすよう
に設定すれば、良好なシート抵抗値が得られることがわ
かる。 ｄ≦Ｖ／１．３（ｄはシリコン酸化膜の厚み（ｎｍ）、
Ｖは加速電圧（ｋｅＶ））
化膜の膜厚とシート抵抗の変動の有無をボロン以外の不
純物について評価した。結果を図１２、１３に示す。こ
れらの結果から、砒素については、下記式を満たすよう
に設定すれば、良好なシート抵抗値が得られることがわ
かる。 ｄ≦Ｖ／１．３（ｄはシリコン酸化膜の厚み（ｎｍ）、
Ｖは加速電圧（ｋｅＶ））
【００３１】またフッ化ボロンについては、下記式を満
たすように設定すれば、良好なシート抵抗値が得られる
ことがわかる。 ｄ≦Ｖ／１．０（ｄはシリコン酸化膜の厚み（ｎｍ）、
Ｖは加速電圧（ｋｅＶ））
たすように設定すれば、良好なシート抵抗値が得られる
ことがわかる。 ｄ≦Ｖ／１．０（ｄはシリコン酸化膜の厚み（ｎｍ）、
Ｖは加速電圧（ｋｅＶ））
【００３２】またリンについては特に図示していない
が、シリコン酸化膜の厚みの上限値と加速電圧との間
に、上記と同様、一定の関係が存在することは言うまで
もない。
が、シリコン酸化膜の厚みの上限値と加速電圧との間
に、上記と同様、一定の関係が存在することは言うまで
もない。
【００３３】またカバー酸化膜を設けずに窒素雰囲気中
（酸素雰囲気１００ｐｐｍ以下）でアニールを行う場合
は、基板表面の荒れを防止するため、アニールを限界時
間内で完了することが望ましい。「限界時間」について
以下、図９を参照して説明する。図９はボロン注入を行
った場合の限界時間を示すものである。カバー酸化膜を
設けずにボロン注入し、窒素１００％雰囲気でアニール
した場合、一定時間が経過するとウエハ表面の荒れが発
生する。このウエハ表面の荒れが発生するまでの時間を
限界時間と称する。図９では１ｋｅＶ、１×１０15ｃｍ
-2の条件でボロン注入した後、窒素１００％雰囲気でア
ニールし、アニール前のベア・ウエハと同等の表面粗さ
が維持される時間を限界時間としている。ここで表面粗
さはＡＦＭ測定におけるＲａ値をいう。
（酸素雰囲気１００ｐｐｍ以下）でアニールを行う場合
は、基板表面の荒れを防止するため、アニールを限界時
間内で完了することが望ましい。「限界時間」について
以下、図９を参照して説明する。図９はボロン注入を行
った場合の限界時間を示すものである。カバー酸化膜を
設けずにボロン注入し、窒素１００％雰囲気でアニール
した場合、一定時間が経過するとウエハ表面の荒れが発
生する。このウエハ表面の荒れが発生するまでの時間を
限界時間と称する。図９では１ｋｅＶ、１×１０15ｃｍ
-2の条件でボロン注入した後、窒素１００％雰囲気でア
ニールし、アニール前のベア・ウエハと同等の表面粗さ
が維持される時間を限界時間としている。ここで表面粗
さはＡＦＭ測定におけるＲａ値をいう。
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
の製造方法は、イオン打ち込み時およびアニール時に基
板表面に存在する酸化膜の厚みを一定値以下としている
ため、拡散層中の不純物濃度の低下を防止し、シート抵
抗の上昇を防ぎつつ浅い拡散接合を実現できる。
の製造方法は、イオン打ち込み時およびアニール時に基
板表面に存在する酸化膜の厚みを一定値以下としている
ため、拡散層中の不純物濃度の低下を防止し、シート抵
抗の上昇を防ぎつつ浅い拡散接合を実現できる。
【００３４】特にボロン系の不純物を導入する場合にお
いて、酸化膜を設けず基板表面を露出した状態でイオン
打ち込みおよびアニールを行い、さらにアニール雰囲気
を酸素含有量１００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気とすること
により、シート抵抗の上昇を防止するのみならず、増速
拡散の問題を解消し、設定どおりの浅い拡散接合を実現
することができる。
いて、酸化膜を設けず基板表面を露出した状態でイオン
打ち込みおよびアニールを行い、さらにアニール雰囲気
を酸素含有量１００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気とすること
により、シート抵抗の上昇を防止するのみならず、増速
拡散の問題を解消し、設定どおりの浅い拡散接合を実現
することができる。
【図１】本発明の半導体装置の製造方法の一例を示す図
である。
である。
【図２】本発明の半導体装置の製造方法の一例を示す図
である。
である。
【図３】従来の半導体装置の製造方法の一例を示す図で
ある。
ある。
【図４】従来の半導体装置の製造方法の一例を示す図で
ある。
ある。
【図５】ボロンの増速拡散の現象を示す図である。
【図６】ボロンを注入した場合における注入拡散エネル
ギー（イオン注入時の加速電圧）と増速拡散距離との関
係を示す図である。
ギー（イオン注入時の加速電圧）と増速拡散距離との関
係を示す図である。
【図７】フッ化ボロンを注入した場合におけるイオン注
入の加速電圧と増速拡散距離との関係を示す図である。
入の加速電圧と増速拡散距離との関係を示す図である。
【図８】砒素を注入した場合におけるイオン注入の加速
電圧と増速拡散距離との関係を示す図である。
電圧と増速拡散距離との関係を示す図である。
【図９】ボロン注入を行ったときのアニール温度と限界
時間の関係を示す図である。
時間の関係を示す図である。
【図１０】増速拡散が起こる機構を説明するための図で
ある。
ある。
【図１１】ボロンを注入した場合におけるイオン加速エ
ネルギー、シリコン酸化膜の膜厚とシート抵抗値の変動
との関係を示す図である。
ネルギー、シリコン酸化膜の膜厚とシート抵抗値の変動
との関係を示す図である。
【図１２】砒素を注入した場合におけるイオン加速エネ
ルギー、シリコン酸化膜の膜厚とシート抵抗値の変動と
の関係を示す図である。
ルギー、シリコン酸化膜の膜厚とシート抵抗値の変動と
の関係を示す図である。
【図１３】フッ化ボロンを注入した場合におけるイオン
加速エネルギー、シリコン酸化膜の膜厚とシート抵抗値
の変動との関係を示す図である。
加速エネルギー、シリコン酸化膜の膜厚とシート抵抗値
の変動との関係を示す図である。
１ シリコン基板 ２ シリコン酸化膜 ３ 注入欠陥層
Claims (9)
- 【請求項１】 シリコン基板中に不純物拡散層を有する
半導体装置の製造方法において、シリコン基板に対し、
該シリコン基板上に形成された２．５ｎｍ以下の厚みの
シリコン酸化膜を介して３ｋｅＶ以下の加速電圧で不純
物を注入した後、前記酸化膜を残した状態で前記シリコ
ン基板をアニールすることを特徴とする半導体装置の製
造方法。 - 【請求項２】 シリコン基板中に不純物拡散層を有する
半導体装置の製造方法において、シリコン基板に対し、
該シリコン基板上に形成された２．５ｎｍ以下の厚みの
シリコン酸化膜を介して３ｋｅＶ以下の加速電圧で不純
物を注入した後、前記酸化膜を除去し、前記シリコン基
板上にカバー酸化膜を形成した後、前記シリコン基板を
アニールすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 シリコン基板中に不純物拡散層を有する
半導体装置の製造方法において、シリコン基板に対し、
該シリコン基板上に形成された２．５ｎｍ以下の厚みの
シリコン酸化膜を介して３ｋｅＶ以下の加速電圧で不純
物を注入し、前記酸化膜を除去した後、前記シリコン基
板を、表面を露出した状態でアニールすることを特徴と
する半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 前記アニールを酸素含有量１００ｐｐｍ
以下の窒素雰囲気下で行うことを特徴とする請求項３に
記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 前記アニールを１０００℃以上１１００
℃以下で行うことを特徴とする請求項４に記載の半導体
装置の製造方法。 - 【請求項６】 前記不純物が、ボロンまたはフッ化ボロ
ンである請求項３乃至５いずれかに記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項７】 シリコン基板中に砒素拡散層を有する半
導体装置の製造方法において、シリコン基板に対し、該
シリコン基板上に形成された下記式（１）で表される厚
みｄのシリコン酸化膜を介して３ｋｅＶ以下の加速電圧
で砒素を注入した後、前記酸化膜を除去し、または残し
たまま、前記シリコン基板をアニールすることを特徴と
する半導体装置の製造方法。 ｄ≦Ｖ／１．３ （１） （ｄはシリコン酸化膜の厚み（ｎｍ）、Ｖは加速電圧
（ｋｅＶ）） - 【請求項８】 シリコン基板中にボロン拡散層を有する
半導体装置の製造方法において、シリコン基板に対し、
該シリコン基板上に形成された下記式（２）で表される
厚みｄのシリコン酸化膜を介して３ｋｅＶ以下の加速電
圧でボロンを注入した後、前記酸化膜を除去し、または
残したまま、前記シリコン基板をアニールすることを特
徴とする半導体装置の製造方法。 ｄ≦Ｖ／０．７５ （２） （ｄはシリコン酸化膜の厚み（ｎｍ）、Ｖは加速電圧
（ｋｅＶ）） - 【請求項９】 シリコン基板中にボロン拡散層を有する
半導体装置の製造方法において、シリコン基板に対し、
該シリコン基板上に形成された下記式（３）で表される
厚みｄのシリコン酸化膜を介して３ｋｅＶ以下の加速電
圧でフッ化ボロンを注入した後、前記酸化膜を除去し、
または残したまま、前記シリコン基板をアニールするこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。 ｄ≦Ｖ／１．０ （３） （ｄはシリコン酸化膜の厚み（ｎｍ）、Ｖは加速電圧
（ｋｅＶ））
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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