JP3476433B2 - アニール中制御された低レベル酸素周囲を使用して半導体ウエーハに浅部ジャンクションを形成する方法 - Google Patents
アニール中制御された低レベル酸素周囲を使用して半導体ウエーハに浅部ジャンクションを形成する方法Info
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Description
【０００１】発明の分野
本発明は，ドープ剤を活性化するために半導体ウエーハ
の熱処理が続いて行われる，ドープ剤のイオン注入によ
り半導体ウエーハに浅部ジャンクションを形成する方法
に関し，とくに熱処理チェンバー内の酸素濃度を制御す
ることにより熱処理中に，ドープ剤の拡散を阻止するた
めの方法に関する。
の熱処理が続いて行われる，ドープ剤のイオン注入によ
り半導体ウエーハに浅部ジャンクションを形成する方法
に関し，とくに熱処理チェンバー内の酸素濃度を制御す
ることにより熱処理中に，ドープ剤の拡散を阻止するた
めの方法に関する。
【０００２】発明の背景
イオン注入は半導体ウエーハに，伝導性を変えるドープ
剤を導入するための標準的な技術である。在来のイオン
注入システムでは，所望のドープ剤がイオン源でイオン
化され，そのイオンは所定のエネルギーをもつイオンビ
ームを形成するために加速され，イオンビームはウエー
ハの表面に向けられる。ビーム中のエネルギーをもつイ
オンは半導体材の大半に浸透し，半導体材の結晶格子内
に埋め込まれる。イオン注入に続いて，半導体ウエーハ
はドープ材の活性化のためにアニールされる。アニール
は半導体を，所定の時間の間に所定の温度に加熱するこ
とに関する。
剤を導入するための標準的な技術である。在来のイオン
注入システムでは，所望のドープ剤がイオン源でイオン
化され，そのイオンは所定のエネルギーをもつイオンビ
ームを形成するために加速され，イオンビームはウエー
ハの表面に向けられる。ビーム中のエネルギーをもつイ
オンは半導体材の大半に浸透し，半導体材の結晶格子内
に埋め込まれる。イオン注入に続いて，半導体ウエーハ
はドープ材の活性化のためにアニールされる。アニール
は半導体を，所定の時間の間に所定の温度に加熱するこ
とに関する。
【０００３】半導体業界において，デバイスをより小さ
く，より高速にする傾向がある。とくに，半導体デバイ
スにおける横方向の寸法および特徴的な要素の深さが減
少している。半導体デバイス技術の情勢は，ジャンクシ
ョン深さが1000オングストローム以下になるように要求
し，次第にジャンクション深さが200オングストローム
以下になるように要求してきている。
く，より高速にする傾向がある。とくに，半導体デバイ
スにおける横方向の寸法および特徴的な要素の深さが減
少している。半導体デバイス技術の情勢は，ジャンクシ
ョン深さが1000オングストローム以下になるように要求
し，次第にジャンクション深さが200オングストローム
以下になるように要求してきている。
【０００４】ドープ剤の注入深さは，半導体ウエーハに
注入されるイオンのエネルギーにより決定される。浅部
ジャンクションは低い注入エネルギーにより得られる。
しかし，注入されたドープ剤の活性化のために利用され
るアニール処理は，ドープ剤を半導体ウエーハの注入領
域から拡散させてしまう。この拡散の結果，ジャンクシ
ョン深さはアニールにより増加する。アニールによりな
されるジャンクションの深さの増加を防止するために，
注入エネルギーを減少させ，その結果アニール後に所望
のジャンクション深さを得ることができる。このアプロ
ーチは，超浅部ジャンクションの場合を除き，満足のい
く結果をもたらす。アニール中に生じるドープ剤の拡散
のため，注入エネルギーの減少により得ることができる
ジャンクション深さは限界に達している。さらに，イオ
ン注入器は典型的に非常に低い注入エネルギーでは効率
よく操作することができない。
注入されるイオンのエネルギーにより決定される。浅部
ジャンクションは低い注入エネルギーにより得られる。
しかし，注入されたドープ剤の活性化のために利用され
るアニール処理は，ドープ剤を半導体ウエーハの注入領
域から拡散させてしまう。この拡散の結果，ジャンクシ
ョン深さはアニールにより増加する。アニールによりな
されるジャンクションの深さの増加を防止するために，
注入エネルギーを減少させ，その結果アニール後に所望
のジャンクション深さを得ることができる。このアプロ
ーチは，超浅部ジャンクションの場合を除き，満足のい
く結果をもたらす。アニール中に生じるドープ剤の拡散
のため，注入エネルギーの減少により得ることができる
ジャンクション深さは限界に達している。さらに，イオ
ン注入器は典型的に非常に低い注入エネルギーでは効率
よく操作することができない。
【０００５】急速な熱処理が，アニール中に生じる拡散
を最小にするために使用することができる。しかし，ア
ニール温度の減少といった，アニール処理に対する重大
な変化は，活性化されるドープ剤の量を減少させ，半導
体デバイスの動作特性に逆の影響を与える。
を最小にするために使用することができる。しかし，ア
ニール温度の減少といった，アニール処理に対する重大
な変化は，活性化されるドープ剤の量を減少させ，半導
体デバイスの動作特性に逆の影響を与える。
【０００６】低エネルギーホウ素注入の技術（よい電気
的な活性化のため，1050℃の典型的な温度でアニールさ
れる）の現在の状況では，ジャンクション深さは1050オ
ングストロームを越えたものとなっている。低エネルギ
ーのホウ素に対するジャンクション深さを減少させる従
来の試みには限界があった。過渡的強化拡散（transien
t enhanced diffusion(TED)）のプロセスは，ホウ素の
シリコン割り込み強化拡散が超浅部ジャンクションの達
成の困難性を説明するために提案されてきた。たとえ
ば，M. I. Current等の“20da eV（200ev）から20keVホ
ウ素注入およびSi(100)の急速熱アニーリング：SIMSお
よびTEM研究”，第4国際研究会，超薄部ドーピングプロ
ファイルの測定，特徴およびモデル化，1997年4月，第4
1.1〜41.12頁，ならびにE. J. H. Collart等の“低エネ
ルギー（100eV-10keV）ホウ素イオン注入の特徴”，第4
国際研究会，超薄部ドーピングプロファイルの測定，特
徴およびモデル化，1997年4月，第6.1〜6.9頁を参照。
的な活性化のため，1050℃の典型的な温度でアニールさ
れる）の現在の状況では，ジャンクション深さは1050オ
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ーのホウ素に対するジャンクション深さを減少させる従
来の試みには限界があった。過渡的強化拡散（transien
t enhanced diffusion(TED)）のプロセスは，ホウ素の
シリコン割り込み強化拡散が超浅部ジャンクションの達
成の困難性を説明するために提案されてきた。たとえ
ば，M. I. Current等の“20da eV（200ev）から20keVホ
ウ素注入およびSi(100)の急速熱アニーリング：SIMSお
よびTEM研究”，第4国際研究会，超薄部ドーピングプロ
ファイルの測定，特徴およびモデル化，1997年4月，第4
1.1〜41.12頁，ならびにE. J. H. Collart等の“低エネ
ルギー（100eV-10keV）ホウ素イオン注入の特徴”，第4
国際研究会，超薄部ドーピングプロファイルの測定，特
徴およびモデル化，1997年4月，第6.1〜6.9頁を参照。
【０００７】“ホウ素のホウ素強化拡散：超浅部ジャン
クションの制限要因”，IEDM97，1997年第467-470頁に
おいて，A. Agarwal等により，ホウ素強化拡散（BED）
が，ホウ素注入エネルギーが1keV以下で，10秒間，1050
℃でアニールされて，浅部ジャンクションを形成するた
めの制限要因であることが報告された。ホウ素のエネル
ギーをどれほど低くして注入しても，1eＶ分子ビームエ
ピタキシ付着のためでさえ，ジャンクション深さは1000
オングストローム以上となる結果が報告された。ホウ素
強化拡散は，シリコン内に割り込み注入を行い，この強
化拡散を進めるSiB4層の形成により，生じると報告され
ている。このホウ素強化拡散は，ホウ素浅部ジャンクシ
ョンを形成するときに，制限要因になると報告された。
クションの制限要因”，IEDM97，1997年第467-470頁に
おいて，A. Agarwal等により，ホウ素強化拡散（BED）
が，ホウ素注入エネルギーが1keV以下で，10秒間，1050
℃でアニールされて，浅部ジャンクションを形成するた
めの制限要因であることが報告された。ホウ素のエネル
ギーをどれほど低くして注入しても，1eＶ分子ビームエ
ピタキシ付着のためでさえ，ジャンクション深さは1000
オングストローム以上となる結果が報告された。ホウ素
強化拡散は，シリコン内に割り込み注入を行い，この強
化拡散を進めるSiB4層の形成により，生じると報告され
ている。このホウ素強化拡散は，ホウ素浅部ジャンクシ
ョンを形成するときに，制限要因になると報告された。
【０００８】本出願人が知る限り，従来技術は選択され
たジャンクション深さおよび面積抵抗率（とくに，必要
な超浅部ジャンクションが注入エネルギーを減少するこ
とにより単純には得られない）の超浅部ジャンクション
を形成する，満足のいくプロセスを提供していない。し
たがって，半導体ウエーハに超浅部ジャンクションを形
成する改良方法，および熱処理により半導体ウエーハ内
の注入されたドープ剤を活性化する改良方法の必要性が
ある。
たジャンクション深さおよび面積抵抗率（とくに，必要
な超浅部ジャンクションが注入エネルギーを減少するこ
とにより単純には得られない）の超浅部ジャンクション
を形成する，満足のいくプロセスを提供していない。し
たがって，半導体ウエーハに超浅部ジャンクションを形
成する改良方法，および熱処理により半導体ウエーハ内
の注入されたドープ剤を活性化する改良方法の必要性が
ある。
【０００９】発明の要約
本発明の第一の態様にしたがって，半導体ウエーハに浅
部ジャンクションを形成する方法が提供される。本方法
は，半導体ウエーハにドープ剤を注入する工程，熱処理
チェンバー内で，選択された時間，選択された温度で半
導体ウエーハを熱処理することにより，ドープ剤を活性
化する工程，およびドープ剤を活性化する工程中に，熱
処理チェンバー内の酸素濃度を制御する工程を含む。酸
素濃度は，熱処理チェンバーがプロセスガスで満たされ
ているとき典型的に存在するバックグランドレベルより
低いレベルに，またはその付近に制御される。
部ジャンクションを形成する方法が提供される。本方法
は，半導体ウエーハにドープ剤を注入する工程，熱処理
チェンバー内で，選択された時間，選択された温度で半
導体ウエーハを熱処理することにより，ドープ剤を活性
化する工程，およびドープ剤を活性化する工程中に，熱
処理チェンバー内の酸素濃度を制御する工程を含む。酸
素濃度は，熱処理チェンバーがプロセスガスで満たされ
ているとき典型的に存在するバックグランドレベルより
低いレベルに，またはその付近に制御される。
【００１０】熱処理チェンバー中の酸素濃度は好適に，
B+またはBF2イオンが注入される半導体ウエーハに対
し，約30〜300ppm（parts per million）の範囲内にあ
る選択されたレベルまたはその付近に制御される。さら
に好適には，酸素濃度は約30〜40ppmの範囲内にある選
択されたレベルまたはその付近に制御される。
B+またはBF2イオンが注入される半導体ウエーハに対
し，約30〜300ppm（parts per million）の範囲内にあ
る選択されたレベルまたはその付近に制御される。さら
に好適には，酸素濃度は約30〜40ppmの範囲内にある選
択されたレベルまたはその付近に制御される。
【００１１】酸素濃度は，除去または真空排気すること
により，所望のレベルより低く酸素濃度を減少させ，選
択された酸素濃度レベルを達成するために，制御された
量の酸素を導入することにより制御することができる。
他のアプローチにおいて，熱処理チェンバーは，選択さ
れた酸素濃度レベルまたはその付近の，酸素を含むプロ
セスガスで戻し充填（backfill）される。選択された酸
素濃度レベルは適切なガス制御技術を使用して達成さ
れ，制御されてもよい。
により，所望のレベルより低く酸素濃度を減少させ，選
択された酸素濃度レベルを達成するために，制御された
量の酸素を導入することにより制御することができる。
他のアプローチにおいて，熱処理チェンバーは，選択さ
れた酸素濃度レベルまたはその付近の，酸素を含むプロ
セスガスで戻し充填（backfill）される。選択された酸
素濃度レベルは適切なガス制御技術を使用して達成さ
れ，制御されてもよい。
【００１２】本発明のプロセスは，1000オングストロー
ムより浅いジャンクション深さを形成するために，低エ
ネルギーホウ素注入に関連して使用するのに利点があ
る。
ムより浅いジャンクション深さを形成するために，低エ
ネルギーホウ素注入に関連して使用するのに利点があ
る。
【００１３】本発明の他の態様にしたがって，半導体ウ
エーハに浅部ジャンクションを形成する方法が提供され
る。本方法は，半導体ウエーハにドープ剤を注入する工
程と，熱処理チェンバー内で，選択された時間，選択さ
れた温度で半導体ウエーハを熱処理することにより，ド
ープ剤を活性化する工程，およびドープ剤を活性化する
工程中に熱処理チェンバー内の酸素濃度を制御する工程
とを含む。熱処理チェンバー内の酸素濃度は，1000ppm
より低い，選択されたレベルまたはその付近に制御され
る。
エーハに浅部ジャンクションを形成する方法が提供され
る。本方法は，半導体ウエーハにドープ剤を注入する工
程と，熱処理チェンバー内で，選択された時間，選択さ
れた温度で半導体ウエーハを熱処理することにより，ド
ープ剤を活性化する工程，およびドープ剤を活性化する
工程中に熱処理チェンバー内の酸素濃度を制御する工程
とを含む。熱処理チェンバー内の酸素濃度は，1000ppm
より低い，選択されたレベルまたはその付近に制御され
る。
【００１４】本発明の他の態様にしたがって，半導体ウ
エーハに注入されたドープ剤を活性化する方法が提供さ
れる。半導体ウエーハは，熱処理チェンバー内におい
て，選択された時間，選択された温度でアニールされ
る。熱処理チェンバー内の酸素濃度は，熱処理チェンバ
ーがプロセスガスで満たされるとき，典型的に存在する
バックグランドレベルよりも低い，選択されたレベルま
たはその付近に，アニールの間，制御される。
エーハに注入されたドープ剤を活性化する方法が提供さ
れる。半導体ウエーハは，熱処理チェンバー内におい
て，選択された時間，選択された温度でアニールされ
る。熱処理チェンバー内の酸素濃度は，熱処理チェンバ
ーがプロセスガスで満たされるとき，典型的に存在する
バックグランドレベルよりも低い，選択されたレベルま
たはその付近に，アニールの間，制御される。
【００１５】本発明の他の態様にしたがって，半導体ウ
エーハの熱処理方法が提供される。注入されたドープ剤
を含む半導体ウエーハが熱処理チェンバー内に配置され
る。熱処理チェンバー内の酸素濃度はゼロのレベルまた
はその付近に減少させられる。つぎに，酸素が，熱処理
チェンバーがプロセスガスで満たされたとき，典型的に
存在するバックグランドレベルより低い，選択された酸
素濃度レベルまたはその付近で，熱処理チェンバーに導
入される。ドープ剤は，選択された濃度レベルにまたは
その付近に制御された熱処理チェンバーの酸素濃度でも
って，選択された時間，選択された温度で，熱処理チェ
ンバー内の半導体ウエーハを熱処理することにより活性
化される。
エーハの熱処理方法が提供される。注入されたドープ剤
を含む半導体ウエーハが熱処理チェンバー内に配置され
る。熱処理チェンバー内の酸素濃度はゼロのレベルまた
はその付近に減少させられる。つぎに，酸素が，熱処理
チェンバーがプロセスガスで満たされたとき，典型的に
存在するバックグランドレベルより低い，選択された酸
素濃度レベルまたはその付近で，熱処理チェンバーに導
入される。ドープ剤は，選択された濃度レベルにまたは
その付近に制御された熱処理チェンバーの酸素濃度でも
って，選択された時間，選択された温度で，熱処理チェ
ンバー内の半導体ウエーハを熱処理することにより活性
化される。
【００１６】本発明のプロセスは，ホウ素の浅部ジャン
クションにおける，前述した制限を解消し，1keVで一層
浅いジャンクションを与え，エネルギーをさらに減少さ
せたとき，より浅いジャンクションを与える。ホウ素強
化拡散が，低エネルギー注入とともに，浅部ジャンクシ
ョンの形成を妨げる制限要因でないことが分かった。
クションにおける，前述した制限を解消し，1keVで一層
浅いジャンクションを与え，エネルギーをさらに減少さ
せたとき，より浅いジャンクションを与える。ホウ素強
化拡散が，低エネルギー注入とともに，浅部ジャンクシ
ョンの形成を妨げる制限要因でないことが分かった。
【００１７】半導体ウエーハ10の略示した，部分断面図
が図１に示されている。当業者には分かるように，不純
物領域が，イオン注入により半導体ウエーハ内に形成さ
れる。ドープ剤のイオンビーム12がウエーハ10に向けら
れ，注入領域14を形成する。ウエーハ10は典型的に急速
熱処理器において，ドープ剤を活性化するためにアニー
ルされる。アニール処理により，注入領域14よりも大き
な不純物領域20にドープ剤が拡散する。不純物領域20
は，半導体ウエーハ10の表面から垂直な不純物領域20の
深さである，ジャンクション深さXjによりと特徴付けら
れる。ジャンクション深さは，部分的ではあるが，イオ
ンビーム12のエネルギーおよびアニール処理のパラメー
タに依存する。アニール中に生じるジャンクション深さ
の増加は，本発明にしたがって制限される。
が図１に示されている。当業者には分かるように，不純
物領域が，イオン注入により半導体ウエーハ内に形成さ
れる。ドープ剤のイオンビーム12がウエーハ10に向けら
れ，注入領域14を形成する。ウエーハ10は典型的に急速
熱処理器において，ドープ剤を活性化するためにアニー
ルされる。アニール処理により，注入領域14よりも大き
な不純物領域20にドープ剤が拡散する。不純物領域20
は，半導体ウエーハ10の表面から垂直な不純物領域20の
深さである，ジャンクション深さXjによりと特徴付けら
れる。ジャンクション深さは，部分的ではあるが，イオ
ンビーム12のエネルギーおよびアニール処理のパラメー
タに依存する。アニール中に生じるジャンクション深さ
の増加は，本発明にしたがって制限される。
【００１８】本発明にしたがって，熱処理チェンバー内
の酸素濃度は，アニールの間，酸素濃度を制御できない
従来技術にしたがって，熱処理チェンバーがプロセスガ
スで満たされるとき，典型的に存在するバックグランド
レベルよりも低いレベルまたはその付近に，制御され
る。このバックグランドレベルは，典型的に1000ppmま
たはそれより大きいもので，このバックグランドレベル
は制御できない。本発明にしたがって，酸素濃度は，典
型的に1000ppmより小さい選択されたレベルまたはその
付近に制御され，さらに好適には，約30〜300ppmの範囲
にある選択されたレベルまたはその付近に制御される。
本発明はとくに，ドープ剤がホウ素または二フッ化ホウ
素（BF 2 ）であり，そして必要なジャンクション深さが1
000オングストロームよりも浅いときに，超浅部ジャン
クションを形成するために利用される。しかし，本発明
は，本実施例に制限されず，他のドープ剤（限定ではな
いが，ヒ素やリンを含む）の活性化のために適用するこ
とができる。
の酸素濃度は，アニールの間，酸素濃度を制御できない
従来技術にしたがって，熱処理チェンバーがプロセスガ
スで満たされるとき，典型的に存在するバックグランド
レベルよりも低いレベルまたはその付近に，制御され
る。このバックグランドレベルは，典型的に1000ppmま
たはそれより大きいもので，このバックグランドレベル
は制御できない。本発明にしたがって，酸素濃度は，典
型的に1000ppmより小さい選択されたレベルまたはその
付近に制御され，さらに好適には，約30〜300ppmの範囲
にある選択されたレベルまたはその付近に制御される。
本発明はとくに，ドープ剤がホウ素または二フッ化ホウ
素（BF 2 ）であり，そして必要なジャンクション深さが1
000オングストロームよりも浅いときに，超浅部ジャン
クションを形成するために利用される。しかし，本発明
は，本実施例に制限されず，他のドープ剤（限定ではな
いが，ヒ素やリンを含む）の活性化のために適用するこ
とができる。
【００１９】本発明にしたがって，半導体ウエーハの熱
処理のためのシステム例のブロック図が図２に示されて
いる。熱処理器50が熱処理チェンバー54内に設けられた
ヒータ52を含む。半導体ウエーハ60が，選択された時
間，選択された温度で，熱処理を行うために，ヒータ52
に近接して配置されている。適切な熱処理器50の例とし
ては，STEAG AST elektroniks製のModel SH2800εのよ
うな急速熱処理器がある。しかし，種々の急速熱処理器
および在来の熱処理オーブンが，本発明の範囲内で使用
することができる。
処理のためのシステム例のブロック図が図２に示されて
いる。熱処理器50が熱処理チェンバー54内に設けられた
ヒータ52を含む。半導体ウエーハ60が，選択された時
間，選択された温度で，熱処理を行うために，ヒータ52
に近接して配置されている。適切な熱処理器50の例とし
ては，STEAG AST elektroniks製のModel SH2800εのよ
うな急速熱処理器がある。しかし，種々の急速熱処理器
および在来の熱処理オーブンが，本発明の範囲内で使用
することができる。
【００２０】熱処理チェンバー54は入口64を通してガス
制御システムからプロセスガスを受け入れる。プロセス
ガスは排気口66を通して熱処理チェンバー54から出て行
く。ガス制御システム62はプロセスガス源70および酸素
源を含んでもよい。プロセスガス源70は典型的に，窒素
ガスではあるが，他の適切プロセスガス（限定するわけ
ではないが，アルゴンおよびアンモニアを含む）を供給
してもよい。ガス源70は，ガスを，質量流量コントロー
ラ74を通して熱処理器50の入口64に供給する。酸素源72
は酸素を，流量質量コントローラ76を通して熱処理器54
の入口に供給する。質量流量コントローラ74および76を
適切に調節することにより，熱処理チェンバーに供給さ
れる酸素およびプロセスガスの相対的な濃度を制御する
ことができる。酸素源モニター80が，熱処理チェンバー
54内の酸素濃度を測定するために，出口66に連結されて
いる。ひとつの例として，質量流量コントローラ74およ
び76はそれぞれBronkhorst Hi-Tec F200シリーズのもの
である。
制御システムからプロセスガスを受け入れる。プロセス
ガスは排気口66を通して熱処理チェンバー54から出て行
く。ガス制御システム62はプロセスガス源70および酸素
源を含んでもよい。プロセスガス源70は典型的に，窒素
ガスではあるが，他の適切プロセスガス（限定するわけ
ではないが，アルゴンおよびアンモニアを含む）を供給
してもよい。ガス源70は，ガスを，質量流量コントロー
ラ74を通して熱処理器50の入口64に供給する。酸素源72
は酸素を，流量質量コントローラ76を通して熱処理器54
の入口に供給する。質量流量コントローラ74および76を
適切に調節することにより，熱処理チェンバーに供給さ
れる酸素およびプロセスガスの相対的な濃度を制御する
ことができる。酸素源モニター80が，熱処理チェンバー
54内の酸素濃度を測定するために，出口66に連結されて
いる。ひとつの例として，質量流量コントローラ74およ
び76はそれぞれBronkhorst Hi-Tec F200シリーズのもの
である。
【００２１】本発明に関連したプロセスステップのフロ
ーチャートが図３に示されている。ステップ100におい
て，ドープ剤が半導体ウエーハに注入される。ドープ剤
の種類，量およびエネルギーは半導体ウエーハにおける
所望の深さの不純物領域および伝導性を形成するために
選択される。上述したように，ドープ剤はホウ素，B
F2，ヒ素，リンまたは他の所望のドープ剤である。本発
明は，ホウ素およびBF2注入に関連して，とくに利点が
ある。注入エネルギーは典型的に10KeVよりも小さく，
超浅部ジャンクションを達成するためには2keVより小さ
いことが望ましい。本発明のプロセスはとくに，2keVよ
り低いホウ素の注入に有用で，2keVより低い注入エネル
ギーで顕著な結果をもたらす。例示すると，ドープ剤
は，Varian Associates, Incにより製造販売されている
Model VIIS ion 80 PLUSを使用して注入することができ
る。
ーチャートが図３に示されている。ステップ100におい
て，ドープ剤が半導体ウエーハに注入される。ドープ剤
の種類，量およびエネルギーは半導体ウエーハにおける
所望の深さの不純物領域および伝導性を形成するために
選択される。上述したように，ドープ剤はホウ素，B
F2，ヒ素，リンまたは他の所望のドープ剤である。本発
明は，ホウ素およびBF2注入に関連して，とくに利点が
ある。注入エネルギーは典型的に10KeVよりも小さく，
超浅部ジャンクションを達成するためには2keVより小さ
いことが望ましい。本発明のプロセスはとくに，2keVよ
り低いホウ素の注入に有用で，2keVより低い注入エネル
ギーで顕著な結果をもたらす。例示すると，ドープ剤
は，Varian Associates, Incにより製造販売されている
Model VIIS ion 80 PLUSを使用して注入することができ
る。
【００２２】ステップ102において，ウエーハは図２に
示され，上述したように熱処理器50のような熱処理器内
に配置される。ステップ104において，熱処理チェンバ
ー54の酸素が除去される。このことは，プロセスガス源
70からのガスを，熱処理チェンバー54を通して流し，酸
素源72に連結された質量流量コントローラ76を止めるこ
とで達成される。典型的に，窒素がプロセスガスとして
使用される。酸素モニター80が，熱処理チェンバー54内
の酸素濃度がゼロppm付近であることを示すとき，酸素
は，質量流量コントローラ76を適切に調節することによ
り，選択された濃度レベルまたはその付近で，熱処理チ
ェンバー54（ステップ108）に導入される。上記のよう
に，選択された酸素濃度レベルは，熱処理チェンバーが
プロセスガスで満たされると，典型的に存在するバック
グランドレベルより小さい。好適な酸素濃度レベルは以
下で詳説する。
示され，上述したように熱処理器50のような熱処理器内
に配置される。ステップ104において，熱処理チェンバ
ー54の酸素が除去される。このことは，プロセスガス源
70からのガスを，熱処理チェンバー54を通して流し，酸
素源72に連結された質量流量コントローラ76を止めるこ
とで達成される。典型的に，窒素がプロセスガスとして
使用される。酸素モニター80が，熱処理チェンバー54内
の酸素濃度がゼロppm付近であることを示すとき，酸素
は，質量流量コントローラ76を適切に調節することによ
り，選択された濃度レベルまたはその付近で，熱処理チ
ェンバー54（ステップ108）に導入される。上記のよう
に，選択された酸素濃度レベルは，熱処理チェンバーが
プロセスガスで満たされると，典型的に存在するバック
グランドレベルより小さい。好適な酸素濃度レベルは以
下で詳説する。
【００２３】選択された酸素濃度に達したとき（酸素濃
度モニター80により示される），ウエーハ60の熱処理が
ステップ110において行われる。ウエーハは選択された
時間，選択された温度で処理される。アニール時間およ
び温度は，製造される半導体デバイスの所望の特徴に依
存する。典型的アニール処理は，時間が約30秒の時間
で，温度が約950度〜1050℃の範囲であるが，これらの
範囲に限定されない。アニール処理は，本発明の範囲内
の，種々の温度ランプレート，冷却レート，温度および
時間でもって行うことができる。さらに，いわゆる“ス
パイクアニール”（非常に短時間の過渡的温度がウエー
ハに適用される）が本発明の範囲に含まれる。
度モニター80により示される），ウエーハ60の熱処理が
ステップ110において行われる。ウエーハは選択された
時間，選択された温度で処理される。アニール時間およ
び温度は，製造される半導体デバイスの所望の特徴に依
存する。典型的アニール処理は，時間が約30秒の時間
で，温度が約950度〜1050℃の範囲であるが，これらの
範囲に限定されない。アニール処理は，本発明の範囲内
の，種々の温度ランプレート，冷却レート，温度および
時間でもって行うことができる。さらに，いわゆる“ス
パイクアニール”（非常に短時間の過渡的温度がウエー
ハに適用される）が本発明の範囲に含まれる。
【００２４】従来のアニール処理の間，存在する酸素の
バックグランドレベルが典型的に，1000ppmかそれ以上
である。さらに，従来技術では酸素濃度は制御できなか
った。さらに，制御不能な酸素の存在が，とくにホウ素
の注入に対して，浅くかつ繰り返し可能なジャンクショ
ンの形成にとって有害であることが分かった。酸素濃度
を制御することにより，従来技術のアニール処理と比較
して，繰り返し性およびジャンクション深さの減少がも
たらされる。過渡的強化拡散および近年定義されたホウ
素強化拡散が実際，大きな酸素強化拡散（OED）または
酸素強化TEDまたはBEDであると信じられている。ここで
説明した結果は，熱処理チェンバーにおいて，非常に低
レベルの，制御酸素濃度になることで，超浅部ジャンク
ションの形成が可能となることを示す。
バックグランドレベルが典型的に，1000ppmかそれ以上
である。さらに，従来技術では酸素濃度は制御できなか
った。さらに，制御不能な酸素の存在が，とくにホウ素
の注入に対して，浅くかつ繰り返し可能なジャンクショ
ンの形成にとって有害であることが分かった。酸素濃度
を制御することにより，従来技術のアニール処理と比較
して，繰り返し性およびジャンクション深さの減少がも
たらされる。過渡的強化拡散および近年定義されたホウ
素強化拡散が実際，大きな酸素強化拡散（OED）または
酸素強化TEDまたはBEDであると信じられている。ここで
説明した結果は，熱処理チェンバーにおいて，非常に低
レベルの，制御酸素濃度になることで，超浅部ジャンク
ションの形成が可能となることを示す。
【００２５】1000ppmよりも低い選択レベルまたはその
付近の制御酸素濃度により，繰り返し可能な超浅部ジャ
ンクションを形成することができる。選択された酸素濃
度レベルは，アニール温度および時間，前アニール酸化
またはキャッピング層の厚さ，注入の種類，量およびエ
ネルギーの関数である。ゼロまたはその付近の酸素濃度
は，強化拡散を最小にするが，ウエーハ表面のエッチン
グおよび/またはウエーハ表面からのドープ剤の蒸発を
生じさせる。ホウ素およびBF2に対する酸素濃度は好適
には，約30〜300ppmの範囲内の選択されたレベルまたは
その付近に制御され，より好適には，約30〜40ppmの範
囲内の選択されたレベルまたはその付近に制御される。
さらに，酸素濃度は，適用例に依存して，選択されたレ
ベルもしくはその付近で，または濃度範囲内で制御する
ことができる。
付近の制御酸素濃度により，繰り返し可能な超浅部ジャ
ンクションを形成することができる。選択された酸素濃
度レベルは，アニール温度および時間，前アニール酸化
またはキャッピング層の厚さ，注入の種類，量およびエ
ネルギーの関数である。ゼロまたはその付近の酸素濃度
は，強化拡散を最小にするが，ウエーハ表面のエッチン
グおよび/またはウエーハ表面からのドープ剤の蒸発を
生じさせる。ホウ素およびBF2に対する酸素濃度は好適
には，約30〜300ppmの範囲内の選択されたレベルまたは
その付近に制御され，より好適には，約30〜40ppmの範
囲内の選択されたレベルまたはその付近に制御される。
さらに，酸素濃度は，適用例に依存して，選択されたレ
ベルもしくはその付近で，または濃度範囲内で制御する
ことができる。
【００２６】酸素濃度の制御は，プロセスガス源70，酸
素源72ならびに質量流量コントローラ74および76を含む
ガス制御システム62（図２）と関連して上述してきた。
一般に，適切なガス制御システムは，熱処理チェンバー
内の酸素濃度を確立し，制御するために使用することが
できる。たとえば，熱処理チェンバーは真空排気され，
選択された酸素濃度レベルをもつプロセスガスで戻し充
填されてもよい。
素源72ならびに質量流量コントローラ74および76を含む
ガス制御システム62（図２）と関連して上述してきた。
一般に，適切なガス制御システムは，熱処理チェンバー
内の酸素濃度を確立し，制御するために使用することが
できる。たとえば，熱処理チェンバーは真空排気され，
選択された酸素濃度レベルをもつプロセスガスで戻し充
填されてもよい。
【００２７】測定結果が図４-図１３に示されている。
それぞれの場合について，図２に示されたシステムが利
用され，上記説明がそのまま使用できる。
それぞれの場合について，図２に示されたシステムが利
用され，上記説明がそのまま使用できる。
【００２８】図４は，二次イオン質量分析計（SIMS）に
より測定されたが，種々の酸素濃度に対し，ウエーハ表
面から深さ（オングストローム）の関数としたホウ素原
子の濃度（原子/cm3）を示す。ホウ素イオンは，1.0keV
のエネルギーおよび1E15イオン/cm2の量（1E15は，単位
平方センチ当たり1×1015個のイオンの注入量を示す）
で注入された。ウエーハは10秒間，1050℃でアニールさ
れた。グラフには，種々の酸素濃度に対して，次のパラ
メータが示されている：面積抵抗率Rs，1E17/cm3の濃度
で測定されたジャンクション深さXj，残留量Dr，および
酸化の厚さTox。示されているように，33ppmの酸素濃度
でアニールされたウエーハでは，ジャンクション深さは
820オングストロームとなり，面積抵抗率は283オーム/
平方となる。
より測定されたが，種々の酸素濃度に対し，ウエーハ表
面から深さ（オングストローム）の関数としたホウ素原
子の濃度（原子/cm3）を示す。ホウ素イオンは，1.0keV
のエネルギーおよび1E15イオン/cm2の量（1E15は，単位
平方センチ当たり1×1015個のイオンの注入量を示す）
で注入された。ウエーハは10秒間，1050℃でアニールさ
れた。グラフには，種々の酸素濃度に対して，次のパラ
メータが示されている：面積抵抗率Rs，1E17/cm3の濃度
で測定されたジャンクション深さXj，残留量Dr，および
酸化の厚さTox。示されているように，33ppmの酸素濃度
でアニールされたウエーハでは，ジャンクション深さは
820オングストロームとなり，面積抵抗率は283オーム/
平方となる。
【００２９】1000ppmの酸素濃度でのプロファイルは，
酸素濃度を減少させるために，何らの手立てが取られな
い，従来技術の処理により典型的に得られたジャンクシ
ョン深さおよび面積抵抗率を示す。酸素濃度が本発明の
プロセスを使用して減少したとき，ジャンクション深さ
は酸素濃度とともに連続して減少することに注意された
い。1000ppmの酸素濃度から，33ppmの酸素濃度までで，
ジャンクション厚さは全体で320オングストローム減少
する。
酸素濃度を減少させるために，何らの手立てが取られな
い，従来技術の処理により典型的に得られたジャンクシ
ョン深さおよび面積抵抗率を示す。酸素濃度が本発明の
プロセスを使用して減少したとき，ジャンクション深さ
は酸素濃度とともに連続して減少することに注意された
い。1000ppmの酸素濃度から，33ppmの酸素濃度までで，
ジャンクション厚さは全体で320オングストローム減少
する。
【００３０】図５は，1keVのホウ素および5keVのBF2 が
注入されたウエーハに対する酸素濃度ppmを関数とし
た，ジャンクションの深さXj（オングストローム）およ
び面積抵抗率Rs（オーム/平方）のグラフを示す。この
ウエーハは10秒間，1050℃でアニールされた。最小のジ
ャンクション深さが，ほぼ33ppmの酸素濃度で生じた。
注入されたウエーハに対する酸素濃度ppmを関数とし
た，ジャンクションの深さXj（オングストローム）およ
び面積抵抗率Rs（オーム/平方）のグラフを示す。この
ウエーハは10秒間，1050℃でアニールされた。最小のジ
ャンクション深さが，ほぼ33ppmの酸素濃度で生じた。
【００３１】図５は，約0（ゼロ）ppmの酸素濃度での，
1keVのホウ素注入がより浅くならず，面積抵抗率が，表
面蒸発か，またはシリコン表面のエッチングかによるド
ープ剤の放出拡散のため増加したことを示す。酸化物を
適所に残すとき，または，または注入の量および/もし
くはエネルギーが0〜33ppmの酸素濃度での操作が好まし
いものであるようなときに該当しよう。
1keVのホウ素注入がより浅くならず，面積抵抗率が，表
面蒸発か，またはシリコン表面のエッチングかによるド
ープ剤の放出拡散のため増加したことを示す。酸化物を
適所に残すとき，または，または注入の量および/もし
くはエネルギーが0〜33ppmの酸素濃度での操作が好まし
いものであるようなときに該当しよう。
【００３２】さらに，図５は，1keVのホウ素注入と，
“同等のエネルギー”のBF2注入との比較を行ってい
る。両ジャンクション深さは約33ppmまで酸素濃度の減
少とともに減少し，BF2の注入はより浅い。33ppmの酸素
濃度で，ジャンクション深さは同等になる。33ppmより
薄いとき，両者の面積抵抗率は増加する。この例におい
ては，両者の場合，33ppmは最小の面積抵抗率をもつ均
衡のある浅部ジャンクションの良好な最適点であるとい
う結論となる。
“同等のエネルギー”のBF2注入との比較を行ってい
る。両ジャンクション深さは約33ppmまで酸素濃度の減
少とともに減少し，BF2の注入はより浅い。33ppmの酸素
濃度で，ジャンクション深さは同等になる。33ppmより
薄いとき，両者の面積抵抗率は増加する。この例におい
ては，両者の場合，33ppmは最小の面積抵抗率をもつ均
衡のある浅部ジャンクションの良好な最適点であるとい
う結論となる。
【００３３】図６は，種々の酸素濃度に対し，1.0keV，
1E15イオン/cm2で注入されたホウ素イオンに対する深さ
（オングストローム）の関数としたホウ素原子の濃度
（原子/cm3）を示す。ウエーハは10秒間，1000℃でアニ
ールされた。ジャンクション深さXjおよび面積抵抗率Rs
が示されている。
1E15イオン/cm2で注入されたホウ素イオンに対する深さ
（オングストローム）の関数としたホウ素原子の濃度
（原子/cm3）を示す。ウエーハは10秒間，1000℃でアニ
ールされた。ジャンクション深さXjおよび面積抵抗率Rs
が示されている。
【００３４】図６において，1000ppmの酸素濃度プロフ
ァイルは従来技術の急速熱処理アニールからの典型的な
プロファイルである。1000ppmの酸素濃度では，ジャン
クション深さは860オングストロームとなり，面積抵抗
率は347オーム/平方となる。ジャンクション深さは，0
（ゼロ）ppmで710オングストロームに減少する。面積抵
抗は，0（ゼロ）ppmで406オーム/平方に増加する。これ
は，ホウ素の表面蒸発またはシリコンのエッチングの結
果である。酸素濃度レベルの最良の選択は，対象物によ
って，使用者により選択することができる。この例にお
いて（1000℃），最良の選択は，酸素濃度が0から33ppm
の間にあるようである。
ァイルは従来技術の急速熱処理アニールからの典型的な
プロファイルである。1000ppmの酸素濃度では，ジャン
クション深さは860オングストロームとなり，面積抵抗
率は347オーム/平方となる。ジャンクション深さは，0
（ゼロ）ppmで710オングストロームに減少する。面積抵
抗は，0（ゼロ）ppmで406オーム/平方に増加する。これ
は，ホウ素の表面蒸発またはシリコンのエッチングの結
果である。酸素濃度レベルの最良の選択は，対象物によ
って，使用者により選択することができる。この例にお
いて（1000℃），最良の選択は，酸素濃度が0から33ppm
の間にあるようである。
【００３５】図７は1keVのホウ素および5keVのBF2が注
入されたウエーハに対し，酸素濃度（ppm）の関数とし
たジャンクション深さXj（オングストローム）および面
積抵抗率Rs（オーム/平方）のグラフである。ウエーハ
は10秒間，1100℃でアニールされた。
入されたウエーハに対し，酸素濃度（ppm）の関数とし
たジャンクション深さXj（オングストローム）および面
積抵抗率Rs（オーム/平方）のグラフである。ウエーハ
は10秒間，1100℃でアニールされた。
【００３６】図７は，1100℃のような高い温度のアニー
ルにおいて，同等の注入エネルギー（約1keVのホウ素）
でのホウ素およびBF2のジャンクション深さが約33ppmま
で減少することを示す。面積抵抗率はしかし，300ppmで
増加し始める。これは，最適な酸素濃度レベルの温度依
存性を示す。とくに，最適な濃度は1000℃では0から33p
pmで，1050℃では約33ppmで，1100℃では300ppmであ
る。この理由は，ホウ素の放出拡散蒸発レートが温度と
ともに増加するということである。このことを相殺する
ために，酸素により生じた酸化物層がより早く成長しな
ければならず，したがってより高い酸素濃度レベルが要
求される。
ルにおいて，同等の注入エネルギー（約1keVのホウ素）
でのホウ素およびBF2のジャンクション深さが約33ppmま
で減少することを示す。面積抵抗率はしかし，300ppmで
増加し始める。これは，最適な酸素濃度レベルの温度依
存性を示す。とくに，最適な濃度は1000℃では0から33p
pmで，1050℃では約33ppmで，1100℃では300ppmであ
る。この理由は，ホウ素の放出拡散蒸発レートが温度と
ともに増加するということである。このことを相殺する
ために，酸素により生じた酸化物層がより早く成長しな
ければならず，したがってより高い酸素濃度レベルが要
求される。
【００３７】図８は，1keVのホウ素および5keVのBF2が
注入されたウエーハに対し，酸素濃度（ppm）の関数と
したジャンクション深さXj（オングストローム）および
面積抵抗率Rs（オーム/平方）のグラフである。ウエー
ハは10秒間，1000℃でアニールされた。
注入されたウエーハに対し，酸素濃度（ppm）の関数と
したジャンクション深さXj（オングストローム）および
面積抵抗率Rs（オーム/平方）のグラフである。ウエー
ハは10秒間，1000℃でアニールされた。
【００３８】図８は1000℃のアニールに対する温度効果
を示す。ホウ素ジャンクション深さは（ゼロ）ppmの酸
素濃度まで連続した減少し，面積抵抗率は33と0（ゼ
ロ）ppmの間で減少するが，1050℃および1100℃の場合
よりかは緩やかなレートとなっていることに留意された
い。
を示す。ホウ素ジャンクション深さは（ゼロ）ppmの酸
素濃度まで連続した減少し，面積抵抗率は33と0（ゼ
ロ）ppmの間で減少するが，1050℃および1100℃の場合
よりかは緩やかなレートとなっていることに留意された
い。
【００３９】図９は，1keVのホウ素および5keVのBF2が
注入されたウエーハに対し，酸素濃度（ppm）の関数と
したジャンクション深さXj（オングストローム）および
面積抵抗率Rs（オーム/平方）のグラフである。ウエー
ハは10秒間，950℃でアニールされた。ジャンクション
深さが，より低いアニール温度では酸素濃度に敏感でな
くなることが分かった。
注入されたウエーハに対し，酸素濃度（ppm）の関数と
したジャンクション深さXj（オングストローム）および
面積抵抗率Rs（オーム/平方）のグラフである。ウエー
ハは10秒間，950℃でアニールされた。ジャンクション
深さが，より低いアニール温度では酸素濃度に敏感でな
くなることが分かった。
【００４０】図９はさらに，上記の温度および説明を図
示する。1000ppmと0（ゼロ）ppmの酸素濃度の間，効果
はより小さが，しかし，ホウ素注入では，面積抵抗率は
より高い。これは，低い面積抵抗率および高い電気的活
性を得るために，1000℃から1050℃の範囲の温度が利用
されるべきことを示している。
示する。1000ppmと0（ゼロ）ppmの酸素濃度の間，効果
はより小さが，しかし，ホウ素注入では，面積抵抗率は
より高い。これは，低い面積抵抗率および高い電気的活
性を得るために，1000℃から1050℃の範囲の温度が利用
されるべきことを示している。
【００４１】図１０は，2keV，1E15イオン/cm3の量のヒ
素が注入されたウエーハに対し，酸素濃度（ppm）の関
数とした，ジャンクションの深さXj（オングストロー
ム）および面積抵抗率Rs（オーム/平方）のグラフを示
す。このウエーハは10秒間，1050℃でアニールされた。
素が注入されたウエーハに対し，酸素濃度（ppm）の関
数とした，ジャンクションの深さXj（オングストロー
ム）および面積抵抗率Rs（オーム/平方）のグラフを示
す。このウエーハは10秒間，1050℃でアニールされた。
【００４２】ホウ素およびBF2と比較すると，ヒ素も似
たようなものであるが，酸素濃度の減少とともに劇的な
効果が生じる。ジャンクションの深さは約300ppmで減少
がとまる。面積抵抗率は約2500ppmで増加が始まる。使
用者の目的によって，最適な酸素濃度レベルは酸素濃度
300ppmと2500ppmとの間にある。酸素濃度100ppmより低
いと，シリコンのエッチングおよび/またはヒ素蒸発が
著しくなり，面積抵抗率が劇的に増加することに留意さ
れたい。
たようなものであるが，酸素濃度の減少とともに劇的な
効果が生じる。ジャンクションの深さは約300ppmで減少
がとまる。面積抵抗率は約2500ppmで増加が始まる。使
用者の目的によって，最適な酸素濃度レベルは酸素濃度
300ppmと2500ppmとの間にある。酸素濃度100ppmより低
いと，シリコンのエッチングおよび/またはヒ素蒸発が
著しくなり，面積抵抗率が劇的に増加することに留意さ
れたい。
【００４３】図１１は，2keV，1E15イオン/cm3の量のヒ
素が注入されたウエーハに対し，酸素濃度（ppm）の関
数とした，ジャンクションの深さXj（オングストロー
ム）および面積抵抗率Rs（オーム/平方）のグラフを示
す。このウエーハは10秒間，1000℃でアニールされた。
素が注入されたウエーハに対し，酸素濃度（ppm）の関
数とした，ジャンクションの深さXj（オングストロー
ム）および面積抵抗率Rs（オーム/平方）のグラフを示
す。このウエーハは10秒間，1000℃でアニールされた。
【００４４】図１１は，1000℃でヒ素注入の温度依存性
を示す。ジャンクション深さは酸素濃度33ppmまで減少
し，面積抵抗率は300ppmで増加し始める。これは，ヒ素
のアニールに対し成長した酸化物が1000℃で重要であ
り， 300ppmの酸素濃度がドープ剤の蒸発および/または
シリコン表面のエッチングを妨げるために，アニールの
間，十分に早く酸化物を成長するために必要となること
を示す。
を示す。ジャンクション深さは酸素濃度33ppmまで減少
し，面積抵抗率は300ppmで増加し始める。これは，ヒ素
のアニールに対し成長した酸化物が1000℃で重要であ
り， 300ppmの酸素濃度がドープ剤の蒸発および/または
シリコン表面のエッチングを妨げるために，アニールの
間，十分に早く酸化物を成長するために必要となること
を示す。
【００４５】図１２は，2keVで，1E15イオン/cm3の量の
ヒ素が注入されたウエーハに対し，酸素濃度（ppm）の
関数とした，ジャンクションの深さXj（オングストロー
ム）および面積抵抗率Rs（オーム/平方）のグラフを示
す。このウエーハは10秒間，1100℃でアニールされた。
ヒ素が注入されたウエーハに対し，酸素濃度（ppm）の
関数とした，ジャンクションの深さXj（オングストロー
ム）および面積抵抗率Rs（オーム/平方）のグラフを示
す。このウエーハは10秒間，1100℃でアニールされた。
【００４６】図１２は，1100℃でヒ素注入の温度依存性
を示す。ジャンクション深さは0（ゼロ）ppmの酸素濃度
まで減少し続けるが，面積抵抗率は2500ppmで緩やかに
増加し，300ppmから劇的に増加する。
を示す。ジャンクション深さは0（ゼロ）ppmの酸素濃度
まで減少し続けるが，面積抵抗率は2500ppmで緩やかに
増加し，300ppmから劇的に増加する。
【００４７】図１３は，2keVで，1E15イオン/cm3の量の
ヒ素が注入されたウエーハに対し，酸素濃度（ppm）の
関数とした，ジャンクションの深さXj（オングストロー
ム）および面積抵抗率Rs（オーム/平方）のグラフを示
す。このウエーハは10秒間，950℃でアニールされた。
ヒ素が注入されたウエーハに対し，酸素濃度（ppm）の
関数とした，ジャンクションの深さXj（オングストロー
ム）および面積抵抗率Rs（オーム/平方）のグラフを示
す。このウエーハは10秒間，950℃でアニールされた。
【００４８】図１３は，950℃でヒ素注入の温度依存性
を示す。ホウ素およびBF2の場合のように，温度効果は
非常に小さいが，面積抵抗率は1000℃および1050℃で
は，非常に高く，これは電気的活性が乏しいことを示
す。良好な電気的な活性および低面積抵抗率を達成する
ために，ヒ素は好適に，1000℃と1050℃の間でアニール
される。
を示す。ホウ素およびBF2の場合のように，温度効果は
非常に小さいが，面積抵抗率は1000℃および1050℃で
は，非常に高く，これは電気的活性が乏しいことを示
す。良好な電気的な活性および低面積抵抗率を達成する
ために，ヒ素は好適に，1000℃と1050℃の間でアニール
される。
【００４９】要約すると，以下の観察をなすことができ
る。酸素濃度の減少および制御があらゆる種に対しジャ
ンクション深さを減少させる。この効果は，ホウ素およ
びBF2に対し顕著である。最適な酸素濃度レベル（面積
抵抗率およびジャンクション深さが最良）は，使用者に
より選択することができ，アニールの温度および時間に
依存する。酸素濃度レベルは，0から1ppm程度の低さか
ら，ホウ素では300ppm，ヒ素では2500ppmまでの範囲と
することができる。妥協点は二つの競合現象から生じ
る。第一に，ジャンクション深さはOED，BEDおよび/ま
たはTED（種に依存するが）のため，酸素濃度の減少関
数となる。第二に，酸素が表面にわずかな酸化物を形成
し，これが，ドープ剤の表面蒸発および/またはシリコ
ンの表面エッチングによるドープ剤の損失を防止，また
は最小にする。最良の酸素濃度レベルはまた，基板がア
ニールされたとき，基板が二酸化シリコン，窒化シリコ
ンまたは他の層のような本来の酸化物または他のキャッ
ピング層を有するかどうかに依存する。
る。酸素濃度の減少および制御があらゆる種に対しジャ
ンクション深さを減少させる。この効果は，ホウ素およ
びBF2に対し顕著である。最適な酸素濃度レベル（面積
抵抗率およびジャンクション深さが最良）は，使用者に
より選択することができ，アニールの温度および時間に
依存する。酸素濃度レベルは，0から1ppm程度の低さか
ら，ホウ素では300ppm，ヒ素では2500ppmまでの範囲と
することができる。妥協点は二つの競合現象から生じ
る。第一に，ジャンクション深さはOED，BEDおよび/ま
たはTED（種に依存するが）のため，酸素濃度の減少関
数となる。第二に，酸素が表面にわずかな酸化物を形成
し，これが，ドープ剤の表面蒸発および/またはシリコ
ンの表面エッチングによるドープ剤の損失を防止，また
は最小にする。最良の酸素濃度レベルはまた，基板がア
ニールされたとき，基板が二酸化シリコン，窒化シリコ
ンまたは他の層のような本来の酸化物または他のキャッ
ピング層を有するかどうかに依存する。
【００５０】本発明の好適な実施例を示し，考察してき
たが，当業者であれば，特許請求の範囲から逸脱するこ
となく種々の変更，修正をなし得ることは明らかであ
る。 ［図面の簡単な説明］
たが，当業者であれば，特許請求の範囲から逸脱するこ
となく種々の変更，修正をなし得ることは明らかであ
る。 ［図面の簡単な説明］
【図１】図１は，半導体ウエーハの略示，部分断面図で
ある。
ある。
【図２】図２は，本発明にしたがった熱処理システム例
のブロック図である。
のブロック図である。
【図３】図３は，本発明にしたがって浅部ジャンクショ
ンを形成する方法の例を示すフローチャートである。
ンを形成する方法の例を示すフローチャートである。
【図４】図４は，熱処理中に，使用された種々の酸素濃
度に対し，半導体ウエーハの深さを関数としたホウ素濃
度のグラフである。
度に対し，半導体ウエーハの深さを関数としたホウ素濃
度のグラフである。
【図５】図５は，1keVのホウ素および5keVのBF2で注入
され，10秒間，1050℃でアニールされたウエーハの酸素
濃度を関数とした，ジャンクションの深さおよび面積抵
抗率のグラフである。
され，10秒間，1050℃でアニールされたウエーハの酸素
濃度を関数とした，ジャンクションの深さおよび面積抵
抗率のグラフである。
【図６】図６は，熱処理中に使用された種々の酸素濃度
に対し，半導体ウエーハの深さの関数としたホウ素濃度
のグラフである。
に対し，半導体ウエーハの深さの関数としたホウ素濃度
のグラフである。
【図７】図７は，1keVのホウ素および5keVのBF2で注入
され，10秒間，1100℃でアニールされたウエーハの酸素
濃度を関数とした，ジャンクションの深さおよび面積抵
抗率のグラフである。
され，10秒間，1100℃でアニールされたウエーハの酸素
濃度を関数とした，ジャンクションの深さおよび面積抵
抗率のグラフである。
【図８】図８は，1keVのホウ素および5keVのBF2で注入
され，10秒間，1000℃でアニールされたウエーハの酸素
濃度を関数とした，ジャンクションの深さおよび面積抵
抗率のグラフである。
され，10秒間，1000℃でアニールされたウエーハの酸素
濃度を関数とした，ジャンクションの深さおよび面積抵
抗率のグラフである。
【図９】図９は，1keVのホウ素および5keVのBF2で注入
され，10秒間，950℃でアニールされたウエーハの酸素
濃度を関数とした，ジャンクションの深さおよび面積抵
抗率のグラフである。
され，10秒間，950℃でアニールされたウエーハの酸素
濃度を関数とした，ジャンクションの深さおよび面積抵
抗率のグラフである。
【図１０】図１０は2.0keVのヒ素で注入され，10秒間，
1050℃でアニールされたウエーハの酸素濃度を関数とし
た，ジャンクションの深さおよび面積抵抗率のグラフで
ある。
1050℃でアニールされたウエーハの酸素濃度を関数とし
た，ジャンクションの深さおよび面積抵抗率のグラフで
ある。
【図１１】図１１は，2.0keVのヒ素で注入され，10秒
間，1000℃でアニールされたウエーハの酸素濃度を関数
とした，ジャンクションの深さおよび面積抵抗率のグラ
フである。
間，1000℃でアニールされたウエーハの酸素濃度を関数
とした，ジャンクションの深さおよび面積抵抗率のグラ
フである。
【図１２】図１２は，2.0keVのヒ素で注入され，10秒
間，1100℃でアニールされたウエーハの酸素濃度を関数
とした，ジャンクションの深さおよび面積抵抗率のグラ
フである。
間，1100℃でアニールされたウエーハの酸素濃度を関数
とした，ジャンクションの深さおよび面積抵抗率のグラ
フである。
【図１３】図１３は，2.0keVのヒ素で注入され，10秒
間，950℃でアニールされたウエーハの酸素濃度を関数
とした，ジャンクションの深さおよび面積抵抗率のグラ
フである。
間，950℃でアニールされたウエーハの酸素濃度を関数
とした，ジャンクションの深さおよび面積抵抗率のグラ
フである。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 ＤＯＷＮＥＹ Ｄ．Ｆ．， ｅｔ ａ
ｌ．，Ｕｌｔｒａｓｈａｌｌｏｗ ｊｕ
ｎｃｔｉｏｎ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂ
ｙ ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔ ａｎｄ
ＲＴＡ，ＳＯＬＩＤ ＳＴＡＴＥ ＴＥ
ＣＨＮＯＬＯＧＹ，1997年12月，ｖｏ
ｌ．40，ｎｏ．12，ｐｐ．71−82
ＤＯＷＮＥＹ Ｄ．Ｆ．， ｅｔ ａ
ｌ．，Ｒａｐｉｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｐ
ｒｏｃｅｓｓ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ
ｆｏｒ ｔｈｅ ａｎｎｅａｌｉｎｇ
ｏｆ ｕｌｔｒａ−ｓｈａｌｌｏｗ
ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ，Ｍａｔｅｒｉａｌ
ｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｏｃｉｅｔｙ
Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｐｒｏｃｅｅｄ
ｉｎｇｓ Ｓｅｒｉｅｓ，1997年 ４
月，ｖｏｌ．470，ｐｐ．299−311
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/265 602
H01L 29/78
H01L 21/336
Claims (18)
- 【請求項１】半導体ウエーハに浅部ジャンクションを形
成する方法であって， ドープ剤を半導体ウエーハに注入する工程と， 熱処理チェンバーにおいて，選択された時間，選択され
た温度で，半導体ウエーハを熱処理することにより，前
記ドープ剤を活性化する工程と， ドープ剤を活性化する工程の間，熱処理チェンバーの酸
素濃度を，熱処理チェンバーがプロセスガスで満たされ
るときに，典型的に存在するバックグランドレベルより
低いレベルに，制御する工程と， を含み， 酸素濃度を制御する工程は，30-300ppmの範囲の選択さ
れたレベルに，酸素濃度を制御することを含む，ところ
の浅部ジャンクションを形成する方法。 - 【請求項２】請求項１に記載の浅部ジャンクションを形
成する方法であって， ドープ剤を注入する工程は，B+イオンまたはBF 2 +イオン
を注入することを含む，ところの浅部ジャンクションを
形成する方法。 - 【請求項３】請求項１に記載の浅部ジャンクションを形
成する方法であって， ドープ剤を注入する工程は，B+イオンを注入することを
含み，酸素濃度を制御する工程は，30-40ppmの範囲の選
択されたレベルに，酸素濃度を制御することを含む，と
ころの浅部ジャンクションを形成する方法。 - 【請求項４】請求項１に記載の浅部ジャンクションを形
成する方法であって， 酸素濃度を制御する工程は，熱処理チェンバー内の酸素
濃度をゼロレベルに減少する工程と，つぎに，酸素を，
選択された濃度レベルに導入する工程を含む，ところの
浅部ジャンクションを形成する方法。 - 【請求項５】請求項４に記載の浅部ジャンクションを形
成する方法であって， 酸素濃度を減少する工程は，熱処理チェンバーを前記プ
ロセスガスで排除することを含み，酸素を導入する工程
は，酸素源と熱処理チェンバーと間に連結された質量流
量コントローラを調節することを含む，ところの浅部ジ
ャンクションを形成する方法。 - 【請求項６】請求項４に記載の浅部ジャンクションを形
成する方法であって， 酸素濃度を減少する工程は，熱処理チェンバーを真空排
気することを含む，ところの浅部ジャンクションを形成
する方法。 - 【請求項７】請求項４に記載の浅部ジャンクションを形
成する方法であって， 酸素を導入する工程は，熱処理チェンバーを，選択され
た酸素濃度レベルの酸素を含む前記プロセスガスで，戻
し充填を行うことを含む，ところの浅部ジャンクション
を形成する方法。 - 【請求項８】請求項１に記載の浅部ジャンクションを形
成する方法であって， 前記プロセスガスは窒素である，ところの浅部ジャンク
ションを形成する方法。 - 【請求項９】請求項１に記載の浅部ジャンクションを形
成する方法であって， 前記ドープ剤を活性化するための，選択された温度は95
0℃から1050℃の範囲にあり，前記ドープ剤を活性化す
る選択された時間は30秒以下である，ところの浅部ジャ
ンクションを形成する方法。 - 【請求項１０】請求項１に記載の浅部ジャンクションを
形成する方法であって， ドープ剤を注入する工程は，2keV以下のエネルギーをも
つB+イオンを注入することを含む，ところの浅部ジャン
クションを形成する方法。 - 【請求項１１】請求項１に記載の浅部ジャンクションを
形成する方法であって， 前記浅部ジャンクションは，1000オングストロームより
も浅いジャンクション深さに形成される，ところの浅部
ジャンクションを形成する方法。 - 【請求項１２】半導体ウエーハ内に注入されたドープ剤
を活性化する方法であって， 熱処理チェンバーにおいて，半導体ウエーハを選択され
た時間，選択された温度で熱処理をする工程と， 熱処理する工程の間，熱処理チェンバーの酸素濃度を，
熱処理チェンバーがプロセスガスで満たされるときに，
典型的に存在するバックグランドレベルより低いレベル
に制御する工程と，を含み， 酸素濃度を制御する工程は，30-300ppmの範囲の選択さ
れたレベルに，酸素濃度を制御することを含む，ところ
の方法 - 【請求項１３】請求項１２に記載の方法であって， 酸素濃度を制御する工程は，熱処理チェンバー内の酸素
濃度をゼロレベルに減少する工程と，つぎに，酸素を，
選択された濃度レベルに導入する工程を含む，ところの
方法。 - 【請求項１４】半導体ウエーハを熱処理する方法であっ
て， 注入されたドープ剤を有する半導体ウエーハを熱処理チ
ェンバーに配置する工程と， 熱処理チェンバー内の酸素濃度をゼロレベルに減少する
工程と， 熱処理チェンバーの酸素濃度を，熱処理チェンバーがプ
ロセスガスで満たされたときに，典型的に存在するバッ
クグランドのレベルより低い，選択された濃度レベル
に，導入する工程と， 熱処理チェンバーにおいて，選択された時間，選択され
た温度で，半導体ウエーハを熱処理することにより，前
記ドープ剤を活性化する工程とを含み， 熱処理チェンバー内の酸素濃度は，選択された濃度レベ
ルに制御され， 酸素を導入する工程は，30-300ppmの範囲の選択された
レベルに酸素濃度を制御することを含む，ところの熱処
理方法。 - 【請求項１５】請求項１４に記載の熱処理方法であっ
て， 酸素濃度を減少する工程は，熱処理チェンバーを真空排
気することを含む，ところの熱処理方法。 - 【請求項１６】請求項１４に記載の熱処理方法であっ
て， 酸素を導入する工程は，熱処理チェンバーを，選択され
た酸素濃度レベルの酸素を含む前記プロセスガスで，戻
し充填を行うことを含む，ところの熱処理方法。 - 【請求項１７】請求項１４に記載の熱処理方法であっ
て， 酸素を導入する工程は，選択されたレベルの酸素を熱処
理チェンバーに与えるために，酸素源と熱処理チェンバ
ーとの間に結合された質量流量コントロールを調節する
ことを含む，ところの熱処理方法。 - 【請求項１８】請求項１４に記載の熱処理方法であっ
て， 前記ドープ剤を活性化するための，選択された温度は95
0℃から1050℃の範囲にあり，前記ドープ剤を活性化す
る選択された時間は30秒以下である，ところの熱処理方
法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/015,640 | 1998-01-29 | ||
| US09/015,640 US6087247A (en) | 1998-01-29 | 1998-01-29 | Method for forming shallow junctions in semiconductor wafers using controlled, low level oxygen ambients during annealing |
| PCT/US1999/001445 WO1999039381A1 (en) | 1998-01-29 | 1999-01-21 | Method for forming shallow junctions in semiconductor wafers using controlled, low level oxygen ambients during annealing |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002502124A JP2002502124A (ja) | 2002-01-22 |
| JP3476433B2 true JP3476433B2 (ja) | 2003-12-10 |
Family
ID=21772598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000529749A Expired - Fee Related JP3476433B2 (ja) | 1998-01-29 | 1999-01-21 | アニール中制御された低レベル酸素周囲を使用して半導体ウエーハに浅部ジャンクションを形成する方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP1051742A1 (ja) |
| JP (1) | JP3476433B2 (ja) |
| KR (1) | KR100571069B1 (ja) |
| TW (1) | TW399269B (ja) |
| WO (1) | WO1999039381A1 (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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