JP3314683B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
法関わるものであり、特に微細な能動半導体素子を高性
能に製造する方法に関するものである。
は、不純物を半導体基板に導入する様々な工程が存在
し、この不純物の導入によってトランジスタのソース・
ドレイン領域の形成や、トランジスタの動作しきい値制
御を行っている。そこで、以下では従来の半導体装置の
製造方法について図3を参照しながら説明する。
板100に素子分離領域110を形成する。この分離領
域110は所謂LOCOS分離法やトレンチ分離法で作
成することができ、また、必要に応じて分離部分の表面
110aはシリコン基板100の表面aと同一の平面に
近く形成してもよい。次にこの状態で残された活性領域
120に先ずBF2イオンを注入する。具体的な注入条
件としては、例えば30keVのエネルギーで、ドーズ
量として1×1013cm-2程度注入する。この工程が所
謂しきい値制御であり、注入された層は図1(b)に示
すようにBF2ドーピング層125となる。なお、図1
(b)に示す工程では、熱酸化等により、ゲート酸化膜
140を形成するとともに、ゲート電極150を形成し
ている。
ステンション領域160を形成すべくAsイオン注入を
ゲート電極150をマスクとして行う。具体的な注入条
件としては、例えばAsイオンを20keVで5×10
13cm-2程度注入する。
150の側面にSiO2等の絶縁膜材料からなるサイド
ウォール170を形成した後、図1(e)に示すように
ゲート電極150及びサイドウォール170をマスクと
してAsイオンの注入を行って深いソース・ドレイン領
域180を形成する。この領域180は金属電極とのコ
ンタクト形成時などに利用し、また、電気的抵抗を下げ
るために、金属とシリコンの化合物を形成する時にも必
要となる。
性化のための熱処理を行うわけであるが、この熱処理は
例えば800〜900℃で1時間程度行われる。
従来の半導体装置の製造方法では、今後の微細化(特に
0.18μmルール以降)に伴って下記に示すような問
題点が生じる。
・ドレイン領域の形成のために半導体基板に導入される
不純物元素としてはAsを用いている。これは、活性化
の熱処理の際に、AsのほうがPよりも拡散しにくいた
め、トランジスタを微細化してチャネルの長さが短くな
っても制御性よく所望の特性のトランジスタを形成する
ことができ、また、AsのほうがPよりも質量が小さい
ため、半導体基板に導入する際に浅く導入することが容
易であることに起因している。
した後の熱処理による活性化の促進という点では、本来
PのほうがAsよりも容易である。そこで本発明は、活
性化率の高いPをソース・ドレイン領域形成用に不純物
として導入しつつ、活性化のための熱処理によるPの拡
散を抑制することのできる半導体装置の製造方法を提供
することを主たる目的とする。
めに本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板にし
きい値制御用の高質量の第1の不純物を導入する工程
と、半導体基板上に形成されたゲート電極を少なくとも
マスクとして半導体基板に第2の不純物として燐を導入
した後、第1の不純物及び第2の不純物の活性化のため
の熱処理を行う工程とを有する構成となっている。
半導体基板にソース・ドレイン間のパンチスルー防止用
の高質量の第1の不純物を導入する工程と、半導体基板
上に形成されたゲート電極を少なくともマスクとして半
導体基板に第2の不純物として燐を導入した後、第1の
不純物及び第2の不純物の活性化のための熱処理を行う
工程とを有する構成となっている。
しては、例えばインジウムを用いる。
いものの、拡散しやすい材料を用いてソース・ドレイン
領域を形成してもInなどの高質量不純物の存在によ
り、燐の拡散を抑制することができる。
半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明
する。
1における半導体装置の製造方法の製造工程断面図を示
したものである。本実施の形態は、しきい値制御用の不
純物として半導体基板に高質量の不純物としてInをイ
オン注入するものであり、以下では図1を参照しながら
順を追って説明する。
板100に分離領域110を形成する。この分離領域1
10は所謂LOCOS分離法やトレンチ分離法で作成す
ることができ、また、必要に応じて分離部分の表面11
0aはシリコン基板100の表面aと同一の平面に近く
形成してもよい。この状態で、残された活性領域120
に先ずしきい値制御用の不純物としてInイオンを注入
する。具体的には、例えば200keVのエネルギー
で、ドーズ量として1×1013cm-2程度注入する。注
入された層は図1(b)に示すようにInドーピング層
185となる。
オン注入の前もしくは後に、熱酸化等により、ゲート酸
化膜140を形成するとともに、ゲート電極150を形
成している。
ステンション領域160を形成すべくAsイオン注入を
行なう。この場合はAsイオンを20keVで5×10
13cm-2程度注入する。なお、ここではAsイオンの注
入により浅いエクステンション領域160を形成した
が、不純物としてはPを用いてもよい。
150の側面にSiO2等の絶縁膜材料からなるサイド
ウオール170を形成した後、図1(e)に示すように
Pイオン注入を行って深いソースドレイン領域180を
形成する。このPイオンの注入の具体的な条件としては
10keVで3×1015cm-2程度注入してやる。この
領域180は金属電極とのコンタクト形成時などに利用
し、また電気的抵抗を下げる為に、金属とシリコンの化
合物を形成する時にも必要となる。
性化のための熱処理を行うわけであるが、この熱処理は
例えば850℃で2時間程度行う。
の特性を評価したところ、Pの拡散深さを抑制すること
ができた。比較例として、しきい値制御用の不純物とし
てBを導入しつつPをソース・ドレイン領域形成用の不
純物として導入したものと本実施の形態により形成され
たものとのPの拡散深さを比較すると、比較例が0.3
μmの深さであったものを、少なくとも10%抑えるこ
とができた。
散を抑制するためにしきい値制御用の不純物として高質
量の不純物であるInを導入することが極めて有用であ
ることが判明した。これは、先ず、Inが質量数115
と非常に重いために、しきい値制御と言った少ないドー
ズでもSi結晶をアモルファス化する効果が高く、先ず
はPイオン注入直後の深い分布をできるだけ浅い方向へ
しかも制御性良く作る事ができ、かつ、熱処理時に殆ど
拡散しないInに強く引っ張られてPの拡散も抑えられ
ることに起因していると考えられる。この点はInP等
の化合物半導体を形成することからも分かる様に、In
とPは化学的に結合性が高くなっていると思われる。
2における半導体装置の製造方法の製造工程断面図を示
したものである。本実施の形態は、ポケット注入用の不
純物として半導体基板にInをイオン注入するものであ
り、以下では図2を参照しながら順を追って説明する。
なお、ポケット注入とはMOSトランジスタに於いて、
ソース・ドレイン電極間のショートを抑え短いチャネル
で高性能のトランジスタを製造する為に必須の技術であ
る。
板100に分離領域110を作成する。分離領域110
は所謂LOCOS分離法やトレンチ分離法で作成し、ま
た、必要に応じて分離領域の表面110aはシリコン基
板100の表面aと同一の平面に近く形成してもよい。
その後、熱酸化等によりゲート酸化膜140を形成し、
さらにゲート電極150を形成する。
オンを注入する。具体的には、例えば200keVのエ
ネルギーで、ドーズ量として1×1013cm-2程度注入
する。これが所謂ポケット注入であり、注入された層は
図2(b)のポケットInドーピング層190となる。
ステンション領域160を形成するためにAsイオン注
入を行なう。この場合はAsイオンを20keVで5×
10 13cm-2程度注入する。なお、ここではAsイオン
の注入により浅いエクステンション領域160を形成し
たが、不純物としてはPを用いてもよい。
150の側面にSiO2等の絶縁膜材料からなるサイド
ウオール170を形成した後、図2(e)に示すよう
に、Pイオンの注入を行なって深いソースドレイン領域
180を形成する。この領域180は金属電極とのコン
タクト形成時などに利用でき、また、電気的抵抗を下げ
る為に、金属とシリコンの化合物を形成する時にも必要
となる。
性化のための熱処理を行うわけであるが、この熱処理は
例えば850℃で2時間程度行う。
の特性を評価したところ、上記した実施の形態1の場合
と同様に、Pの拡散深さを抑制することができた。
散を抑制するためポケット注入用の不純物として高質量
の不純物であるInを導入することが極めて有用である
ことが判明した。これは、上記した実施の形態1の場合
と同様に、Inが質量数115と非常に重いために、少
ないドーズでもSi結晶をアモルファス化する効果が高
く、先ずはPイオン注入直後の深い分布をできるだけ浅
い方向へしかも制御性良く作る事ができ、かつ、熱処理
時に殆ど拡散しないInに強く引っ張られてPの拡散も
抑えられることに起因していると考えられる。この点は
InP等の化合物半導体を形成することからも分かる様
に、InとPは化学的に結合性が高くなっていると思わ
れる。
て実施の形態とともに説明を行ったが、本発明において
は、上記の実施の形態1と実施の形態2を組み合わせて
用いることも可能である。すなわち、ソース・ドレイン
領域形成用にPを注入するに際して、しきい値制御用の
不純物及びポケット注入用不純物として高質量不純物を
用いてやることができる。なお、この高質量不純物とし
て、上記の実施の形態ではInを用いて説明を行った
が、Alなどを用いることも可能である。
導入される不純物としては、Bが多く用いられている
が、このBは、活性化の熱処理の際にゲート電極の両端
部に多く拡散し高濃度ボロン領域を形成する傾向があっ
た。このため、半導体装置の微細化と特性の向上が今後
さらに進むと、ゲート電極の長さが短くなり、実効的に
ゲート電極の下部のボロン濃度が高くなり、結果として
閾値電圧が高くなる逆短チャネル効果が起こってしま
う。しかしながら、本発明のようにIn等の高質量不純
物を用いれば、熱処理を行っても必要以上に拡散が生じ
ないため、Bを導入した際に生じる上記のような問題点
を解決することができる。
置作成時に高質量のイオン注入を実施し、これとソース
・ドレイン領域にPを注入することを組み合わせること
により、従来では避けられなかった、Pの拡散などを抑
制することができ、かつ、高質量による結晶のアモルフ
ァス効果によって、浅く低抵抗の接合を形成でき、高性
能の半導体装置を得ることができる。
造工程断面図
造工程断面図
Claims (2)
- 【請求項1】シリコン基板にしきい値制御用の第1の不
純物としてインジウムまたはアルミニウムを導入してS
i結晶をアモルファス化する工程と、前記シリコン基板
上に形成されたゲート電極を少なくともマスクとして前
記シリコン基板に第2の不純物として燐を導入した後、
前記第1の不純物および第2の不純物の活性化のための
熱処理を行う工程とを有する半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】シリコン基板にソース・ドレイン間のパン
チスルー防止用の第1の不純物としてインジウムまたは
アルミニウムを導入してSi結晶をアモルファス化する
工程と、前記シリコン基板上に形成されたゲート電極を
少なくともマスクとして前記シリコン基板に第2の不純
物として燐を導入した後、前記第1の不純物および第2
の不純物の活性化のための熱処理を行う工程とを有する
半導体装置の製造方法。
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JP24806597A JP3314683B2 (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | 半導体装置の製造方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP24806597A JP3314683B2 (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | 半導体装置の製造方法 |
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JPH1187706A JPH1187706A (ja) | 1999-03-30 |
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JP2002100746A (ja) * | 2000-09-21 | 2002-04-05 | Hitachi Ltd | 半導体集積回路装置およびその製造方法 |
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1997
- 1997-09-12 JP JP24806597A patent/JP3314683B2/ja not_active Expired - Fee Related
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