JPH04102314A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （目次） 概要 ・産業上の利用分野 ・従来の技術（第３図） ・発明が解決しようとする課題 課題を解決するだめの手段 ・作用 ・実施例（第１図、第２図） ・発明の効果 〔概要〕 半導体装置の製造方法に関し、更に詳しく言えば、イオ
ン注入により導電型不純物が導入された半導体基板を加
熱処理して浅い不純物領域層を形成する工程を含む半導
体装置の製造方法に関し、結晶欠陥に起因する導電型不
純物の増速拡散を防止し、かつ必要な不純物濃度を有す
る薄い厚さの不純物領域層を形成することができる半導
体装置の製造方法を提供することを目的とし、半導体基
板に導電型不純物粒子をイオン注入する工程と、前記半
導体基板表面に導入された導電型不純物粒子が一部残存
するように該半導体基板の表面層を除去する工程と、前
記半導体基板を加熱処理して導入された導電型不純物粒
子を活性化又は拡散し、該活性化又は拡散された導電型
不純物粒子を含む不純物領域層を形成する工程とを含み
構成する。

〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の製造方法に関し、更に詳しく言
えば、イオン注入により導電型不純物が導入された半導
体基板を加熱処理して浅い不純物領域層を形成する工程
を含む半導体装置の製造方法に関する。

〔従来の技術］ 従来、電界効果トランジスタ（ＭＩＳＴ）などを高密度
化・高速化する場合、Ｓ　／　Ｄ　領域層を浅く形成す
る必要がある。このための手段として高い制御性と汎用
性を備えたイオン注入法が良く知られている。

ところで、Ｓ　／　Ｄ　９Ｍ域層など不純物領域層を浅
く形成するためには、 ■イオン注入のエネルギーをできるだけ下げる。

■半導体基板がＳｉ基板の場合、導電型不純物粒子のイ
オン注入の前に、Ｓｉ粒子又はＧｅ粒子などをイオン注
入によりＳｉ基板に導入して半導体基板表面を非晶質化
（アモルファス化）し、又は完全に非晶質化されないま
でも衝突粒子を増やすことにより、導電型不純物粒子の
チャネリングを抑制すという手段が考えられる。

しかし、第１の手段では、加速エネルギーを１ＯｋｅＶ
以下にすることは実用的に困難であるという問題があり
、必要とされる浅い不純物領域層の形成が難しい。

また、第２の手段では、Ｓｉ基板表面を非晶質化等する
ことにより打ち込みイオンとＳ１基板の結晶粒子との衝
突を増し、導電型不純物粒子の平均飛程（Ｒｐ）を十分
に小さくすることができるが、イオン注入の際のイオン
衝撃により新たな結晶欠陥が導入される場合がある。こ
のため、続く加熱処理によりこの結晶欠陥に沿って導電
型不純物が増速拡散するという問題があり、浅い不純物
領域層が得られない。

従来、結晶欠陥を除去する方法については、文献［Ｊｏ
ｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ−ｃ　Ｍａｔｅ
ｒｉａｌｓ　Ｖｏｌ、１８Ｎｏ、２．１９８９．　ｐｐ
１４５〜］や特開昭６１−１２４１２７号公報に記載さ
れている。これらによると、イオン注入し、続いてアニ
ールした後に結晶欠陥を含む表面層を除去するため、１
０００人〜２０００人程度程度５板表面をエツチングし
ている。

第３図は、特開昭６１）２４１２７号広報に示されてい
る従来の不純物領域の作成方法を説明する図である。左
図が５１基板の断面図、右図がＳｉ基板中の不純物濃度
を示す図である。

まず、同ＩＦ（ａ）に示すように、ＳｉＯ□Ｗｉ、２の
開口部２ａを介してｓｉｚ板１に砒素（Ａｓ’）を加速
エネルギー７０ｋｅＶでイオン注入法する。このとき、
文献（Ｇｉｂｂｏｎｓその他によるｒＰｒｏｊｅｃｔｅ
ｄ　ＲａｎｇｅＳｔａｔｉｓｔｉｃｓ　　Ｓｅｍ１ｃｏ
ｎｄｕｃｔｏｒｓ　ａｎｄ　Ｒｅ１ａｔｅｄ　Ｍａｔｅ
ｒｉａｌｓ、　２ｎｄ　ｅｄｉｔｉｏｎ　、　１（ａｌ
ｓｔｅａｄ　Ｐｒｅｓｓ、１９７５　Ｊ　〕に記載のイ
オン注入の平均飛程（Ｒｐ）及び標準偏差（ΔＲρ）の
データによれば、Ｒｐは約４３０人となっている。

次いで、同図（ｂ）に示すように、アニールを行い、砒
素（Ａ　ｓ　’）粒子を活性化するとともに、より深く
拡散し、不純物領域層４を形成する。

次に、同図（ｃ）に示すように、アニールの際形成され
たＳｉＯ□膜１）を除去した後、Ｓｉ基板１の表面層５
を約１２００Å以上エツチング・除去する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、この方法によれば、アニール前においては、
イオン注入により導入された結晶欠陥はそのまま残存し
、この結晶欠陥はアニールによってＳｉ基板１内部に拡
散する。従って、注入不純物もこの結晶欠陥に沿って深
く拡散し、厚い不純物領域層４が形成される。更にその
後、結晶欠陥を含む表面Ｎ５を除去するため、１２００
Å以上Ｓｉ基板１表面を除去する必要がある。

しかし、第３図（ｃ）に示すように、かなり不純物濃度
の低下したところまでＳｉ基板１を除去することになる
ので、薄い厚さの不純物領域１４を形成するため、Ｒｐ
をＳｉ基板１表面から数百人のところに形成している場
合、必要な不純物濃度を有する不純物領域層４を残存す
ることができなくなるという問題がある。

これを避けるため、更に商工フルギーのイオン注入を行
い、Ｒｐを深いところに形成することが考えられるが、
結晶欠陥が更に増加し、かつ更に深いところまで存在す
るようになる不都合があり、好ましくない、更に、除去
すべき表面層の厚さが、残存する不純物領域層の厚さと
同程度或いはそれ以上になり、不純物領域層の厚さを精
度よく制御するのが難しくなるという問題がある。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので
、結晶欠陥に起因する′ｓｔ型不純物の増速拡散を防止
し、かつ必要な不純物濃度を有する、薄い厚さの不純物
領域層を形成することができる半導体装置の製造方法を
提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、第１に、半導体基板に導電型不純物粒子を
イオン注入する工程と、前記半導体基板表面に導入され
た導電型不純物粒子が一部残存するように該半導体基板
の表面層を除去する工程と、前記半導体基板を加熱処理
して導入された導電型不純物粒子を活性化又は拡散し、
該活性化又は拡散された導電型不純物粒子を含む不純物
領域層を形成する工程とを有することを特徴とする半導
体装置の製造方法によって解決され、 第２に、第１の発明に記載の導電型不純物粒子としてボ
ロン原子、ボロンを含む分子、リン原子又は砒素原子を
用いることを特徴とする半導体装置の製造方法によって
解決され、 第３に、第１の発明に記載の半導体基板として表面が非
晶質化されている、又は特定の導電型を示さない中性粒
子が表面に導入されている半導体基板を用いることを特
徴とする半導体装置の製造方法によって解決され、 第４に、第１の発明に記載の表面層の除去方法として、
フッ化水素酸（ＨＦ）を含むエツチング液によるウェッ
トエツチング法を用いることを特徴とする半導体装置の
製造方法によって解決され、第５に、第１の発明に記載
の表面層として前記半導体基板の表面から深さ方向に導
電型不純物粒子が最大濃度を示す面まで除去することを
特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。

〔作用］ 第１の発明の半導体装置の製造方法によれば、導電型不
純物のイオン注入後加熱処理の前に、半導体基板の表面
層を除去しているので、イオン衝撃により表面層に導入
される結晶欠陥をほぼ完全に除去し、これにより、加熱
処理の際導電型不純物粒子の増速拡散を抑制して浅い不
純物領域層を形成することが可能となる。

調査によれば、イオン注入後、導入される結晶欠陥は掻
めて薄い表面層、特に導入された導電型不純物粒子の最
大濃度面から表面側に集中することが判明した。従って
、第５の発明のように、導入された導電型不純物粒子の
最大濃度面から表面側の半導体基板の表面層を除去する
ようにすれば、はとんどの結晶欠陥を除去することがで
きる。

従って、表面層の除去後に加熱処理を行えば、結晶欠陥
による増速拡散を抑制することができるとともに、不純
物濃度の低下をも防止することができる。

また、第３の発明のように、表面が非晶質化されている
、又は特定の導電型を示さない中性粒子が表面に導入さ
れている半導体基板に第１の発明の製造方法を適用すれ
ば、イオン注入される導電型不純物粒子と中性粒子等と
の衝突を増やすことによりチャネリングを防止でき、−
１！浅い不純物領域層を得ることができる。

更に、第４の発明のように、フッ化水素酸（ＨＦ）を含
むエツチング液を用いたウェットエンチング法により表
面層を除去することにより、新たな結晶欠陥の導入を防
止することができる。これにより１．−層浅い不純′ｊ
ｊｙＪｆｉＭ域層を得ることができる。

また、第２の発明のように、導電型不純物粒子としてポ
ロン原子、ポロンを含む分子、リン原子又は砒素原子を
用いることにより、特に半導体基板としての５ｉｊｌ板
にＰ型及びｎ型の浅い不純物領域層を容易に形成するこ
とができる。

〔実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。

第１図（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施例のイオン注入
法を用いた浅い不純物領域層の作成方法について説明す
る図で、左の図は半導体基板の断面図を示し、右の図は
半導体基板中に導入された粒子の濃度分布を示す。

まず、第１図（ａ）！こ示すようここ、ｎ型、１０Ωｃ
ＩＩｌのＳｉ基板６に加速エネルギー４０ｋｅＶ、　　
ドズ量２．３　ＸＩＯｌｃｍ−”の条件で、５１粒子（
中性粒子）をイオン注入する。これにより、Ｓｉ’粒子
の濃度分布は平均飛程（Ｒｐ）約５５０人、標準偏差（
ΔＲｐ）約１４０人のガウス分ｔｉ似の分布（文献：　
Ｇｉｂｂｏｎｓその他による’Ｐｒｏｊｅｃｔｅｄ　Ｒ
ａｎｇｅ　　５ｔａｔｉｓｔｉｃｓ　　　Ｓｅｍ１ｃｏ
ｎｄｕｃｔｏｒｓ　　ａｎｄ　　Ｒｅ１ａｔｅｄ　　Ｍ
ａｔｅｒｉａｌｓ、　２ｎｄ　ｅｄｉｔｉｏｎ　、　Ｈ
ａｌｓｔｅａｄ　Ｐｒｅｓｓ、１９７５　Ｊに記載のイ
オン注入の平均飛程（Ｒｐ）及び標準偏差（ΔＲｐ）の
データに基づく数値）を示し、原理的には、 Ｎ（ｘ）＝Ｑ／（（、／′２　π）　・ΔＲｐ）Ｘｅｘ
ｐ（−（ｘ−Ｒｐ　）”／（２・ΔＲＰ　”））但り、
Ｎ（ｘ）　：　８度分布 Ｘ；基板表面からの深さ Ｑ：全打ち込み量 の式に従って分布する。

この弐より、上記の条件で厚さ約４００人のＳｉ導入層
７が形成されると考えられる。なお、このＳｉ導入層７
は更にドーズ量を増せば非晶質になるが、實絶倒程度の
ドーズ量では非晶質化されていない。

次に、同図（ｂ）に示すように、平均飛程（Ｒｐ）がＳ
１゛　イオンの平均飛程（Ｒｐ　）とほぼ同しくらいか
少し浅めになるように、加速エネルギー１０ｋｅＶ、　
　ドーズ量３　ＸＩＯ”　ｃ　ｍ−”ノ条件で、ＢＦ、
゛イオンをイオン注入する。これにより、ＢＦ、”イオ
ンの濃度分布はＲｐ約１００人、ΔＲｐ約２３０人のガ
ウス分布類似の分布を示し、厚さ約６００人（４度Ｉ　
ＸＩＯ”ｃ　ｒｒｒ’に対応するＳｉ基板表面からの深
さ）のイオン注入層８が形成される。

次いで、同図（ｃ）に示すように、混合比率１／　３　
／　Ｉ　Ｏの！（Ｆ　／１）ＮＯ３／Ｃ１）３Ｃｏｏｌ
の（ｒＡ合承ｉからなるエツチング液に６０秒浸漬し、
表面からＢＦ。

イオン注入のＲｐにほぼ等しい約１００人までの表面層
９を除去する。これにより、ＢＦ、’　イオンのイオン
注入の際のイオン衝撃によりこの表面層９ニこ導入され
た大部分の結晶欠陥が除去される。

また、表面層９の除去手段がウェットエツチングなので
、ドライエツチングの場合と異なり新たな結晶欠陥の導
入を防止することができる。なお、エツチングにより除
去すべき厚さ（はぼＲｐに等しい）は実験により求めた
ものでもよいし、上記の文献のデータを用いることもで
きる。

次に、同図（ｄ）に示すように、温度８００°Ｃ時間３
０分の条件で、このＳｉ基板６を加熱処理して８粒子を
活性化するとともに、Ｓｉｉ板６中により深く拡散する
と、深さ約１０００人のＰ型の不純物領域ＩＷ１０が形
成される。このとき、従来のように結晶欠陥に起因する
増速拡散が生しないので、浅い不純物領域層１０を形成
することができる。

第２図は、本願発明者の行った寞験結果で、第１図（ｃ
）に示すように、８粒子のイオン注入後アニール前に表
面層９を約１００人除去した試料について、同［ａ（ｄ
）に示すように、温度８００°Ｃ時間３０分の条件でア
ニールした後の８粒子の濃度分布を示す。また、比較の
ため、表面層９を除去していない試料についても濃度分
布の測定を行った。濃度分布の測定は、よく知られたＳ
ＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　５ｐ
ｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）法により行った。

実験結果によれば、アニール後の全不純物領域層１０の
厚さ及び最大不純物濃度は、 表面層９を除去した試料：約９６０人。

約Ｉ　ＸＩＯ”ｃ　ｍ−’ 表面Ｎ９を除去していない試料：約１５１０人約２　ｘ
ｌＱ１９　ｃ　ｍ−’ （なお、上記の厚さは濃度Ｉ　ＸＩＯ”ｃｍ−３（基準
濃度）に対応するＳｉ基板６表面からのものである。

となり、従って、アニール後に広がった不純物領域層１
０の厚さは、上記の厚さから初期のイオン注入の深さ約
６００人を引いて、 表面層９を除去した試料：約３６０人、表面層９を除去
していない試料：約９１０人。

となる。

また、透過型電子顕微鏡によるイオン注入後のＳｉ基板
６の表面観察結果によれば、Ｓｉ基板６に導入された結
晶欠陥は表面からの深さが約１００Å以上になると、急
激に減少していることが判明した。

これにより、上記の実験結果はこの観察結果とよく対応
していることがｎ＋ｑできた。

以上のように、本発明の実施例の不純物領域層１０の作
成方法によれば、イオン注入後加熱処理の前に、５ｉｊ
Ｊｉ６の表面層９を除去しているので、８粒子のイオン
注入の際表面層９に導入された結晶欠陥をほぼ完全に除
去し、これにより、加熱処理の際、８粒子の増速拡散を
抑制することができる。これにより、必要な不純物濃度
を有する浅い不純物領域層１０を形成することが可能と
なる。

特に、導入された８粒子の最大濃度面から表面側のｓｉ
ｇ板６の表面層９を除去しているので、最大濃度面から
表面側にほとんどが分布している結晶欠陥を除去するこ
とができる。

また、表面ＧこＳｉ粒子が導入されているので、表面で
の８粒子とＳｉ粒子との衝突が増し、従って８粒子のチ
ャネリングを防止でき、−層浅い不純物領域層９を得る
ことができる。

更に、フッ化水素酸（ＨＦ）を含むエツチング液を用い
たウェットエツチング法により表面層９を除去している
ので、新たな結晶欠陥の導入を防止することができる。

これにより、−層浅い不純物領域層１０を得ることがで
きる。

なお、実施例では導電型不純物粒子としてＢＦ。

イオンを用いているが、Ｂ原子、リン原子又は砒素原子
を用いることもできる。これにより、特に半導体基板と
してのＳｉ基板にＰ型及びｎ型の浅い不純物領域層を容
易に形成することができる。

また、Ｓｉ基板６の表面を非晶質化し、又はこれに準す
る結晶性にする中性粒子としてＳｉ粒子を用いているが
、Ｇｅ粒子を用いることもできる。

（発明の効果ｊ 以上のように、本発明の半導体装置の製造方法によれば
、′ｙ！電型不純物のイオン注入後加熱処理の前に半導
体基板の表面層を除去しているので、表面層の結晶欠陥
をほぼ完全に除去し、浅い不純物領域層を形成すること
が可能となる。

また、表面を非晶質化した、又は表面に中性粒子を導入
した半導体基板に本発明の製造方法を通用すれば、イオ
ン注入される導電型不純物粒子のチャネリングを防止で
き、更に浅い不純物領域層を得ることができる。

更に、フッ化水素酸（ＨＦ）を含むエツチング液を用い
たウェットエツチング法により表面層を除去することに
より、新たな結晶欠陥の導入を防止することができ、更
に浅い不純物領域層を得ることができる。

また、導電型不純物粒子としてボロン原子、ポロンを含
む分子、リン原子又は砒素原子を用いることにより、特
に半導体基板としてのＳｉ基板にｎ型及びｎ型の浅い不
純物領域層を容易に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の不純物領域層の作成方法に
ついて説明する図、 第２図は、本発明の実施例に係る製造方法によるボロン
の濃度分布比較図、 第３図は、従来例の不純物領域層の作成方法について説
明する図である。 〔符号の説明〕 １・・・Ｓｉ基板、 ２．１）・・・５ｉ（ｌｚ膜、 ２ａ・・・開口部、 ３．８・・・イオン注入層、 ４、ｌＯ・・・不純物領域層、 ５．９・・・表面層、 ６・・・５１基板（半導体基板）、 ７・・・Ｓｉ導入層。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板に導電型不純物粒子をイオン注入する
   工程と、 前記半導体基板表面に導入された導電型不純物粒子が一
   部残存するように該半導体基板の表面層を除去する工程
   と、 前記半導体基板を加熱処理して導入された導電型不純物
   粒子を活性化又は拡散し、該活性化又は拡散された導電
   型不純物粒子を含む不純物領域層を形成する工程とを有
   することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. （２）請求項１記載の導電型不純物粒子としてボロン原
   子、ボロンを含む分子、リン原子又は砒素原子を用いる
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. （３）請求項１記載の半導体基板として表面が非晶質化
   されている、又は特定の導電型を示さない中性粒子が表
   面に導入されている半導体基板を用いることを特徴とす
   る半導体装置の製造方法。
4. （４）請求項１記載の表面層の除去方法として、フッ化
   水素酸（ＨＦ）を含むエッチング液によるウェットエッ
   チング法を用いることを特徴とする半導体装置の製造方
   法。
5. （５）請求項１記載の表面層として前記半導体基板の表
   面から深さ方向に導電型不純物粒子が最大濃度を示す面
   まで除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。