JPH04215425A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
係わり、特にＣＭＯＳ構造における不純物領域の形成に
用いられる方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のＣＭＯＳ構造の半導体装置を製造
する方法について、図面を参照して説明する。図１８に
、ＣＭＯＳ構造の装置の一般的な縦断面構造を示す。 一導電型の例えばｎ型半導体基板５１の表面部分に、反
対導電型であるｐ型不純物領域５２が形成されている。 ｎ型半導体基板５１の表面には、ｐ＋　型不純物層５７
及び５８と、酸化膜を介して形成されたゲート電極５９
から成るＰチャネルＭＯＳトランジスタが形成され、ｐ
型不純物領域５２の表面には、ｎ＋　型不純物層５４及
び５５とゲート電極５６から成るＮチャネルＭＯＳトラ
ンジスタが形成されている。

【０００３】このような構造を有する装置を製造する際
に、不純物領域の形成は次のようにして行われていた。 図１９（ａ）のように、ｎ型半導体基板５１の表面に酸
化膜５３を形成した後レジストを塗布し、ｐ型不純物領
域５２を形成すべき領域が除去されたレジスト膜６２を
形成する。このレジスト膜６２をマスクとしてボロンイ
オン（Ｂ＋　）を注入し、不純物領域６１を形成する。 熱拡散を行い、不純物領域６１の不純物を拡散させて、
図１９（ｂ）に示されたようなｐ型不純物領域５２を形
成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来の製
造方法には次のような問題があった。

【０００５】第１に、ｎ型半導体基板５１の表面付近に
不純物イオンを打ち込んで形成した不純物領域６１を熱
拡散により拡げていくため、深さ方向のみならず、ｎ型
半導体基板５１に平行な横方向にも拡散されていく。従
って、レジスト膜６２の端部から距離Ｄだけずれて、ｐ
型不純物領域５２が形成される。この距離Ｄは、ｐ型不
純物領域５２の深さ方向の距離にほぼ等しく、通常は２
〜数μｍ程度である。この距離Ｄの部分は不純物濃度が
一定でなく、素子を形成すると良好な特性が得られない
。そこで通常は、距離Ｄの部分は無効領域とするため、
高集積化の妨げとなっていた。

【０００６】第２に、一回のイオン注入で不純物領域６
１を形成し、熱拡散により拡散したのでは、表面に近付
くにつれて不純物濃度が高くなる。深さ方向の不純物濃
度を制御しようとして、イオン注入を複数回に渡って行
ったのでは、熱処理工程が複雑化し、コスト上昇を招く
ことになる。

【０００７】第３に、不純物領域６１を熱により拡散さ
せようとすると、１２００度という高温で数時間に渡っ
て処理する必要がある。従ってスループットの低下を招
いており、さらに高温での処理は汚染の影響を受け易い
という問題もあった。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、不純物領域を形成する際に不純物の横方向への拡
がりを抑制して高集積化を可能とすると共に、スループ
ットを向上させ、半導体基板が汚染されるのを防止し得
る半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体基板の表面部分に同一の不純物イオン
を注入して不純物領域を形成する際に、加速電圧を時間
的に変化させて注入深さを制御しつつ不純物領域を形成
する工程と、形成された不純物領域の結晶性を回復させ
るためアニール処理を行う工程とを備えたことを特徴と
している。

【００１０】ここで、加速電圧のみならずドーズ量を時
間的にそれぞれ変化させて、注入深さと不純物濃度を制
御しつつ不純物領域を形成してもよい。

【００１１】あるいは、加速電圧のみならず不純物イオ
ンの種類を時間的に変化させて、導電型の異なる不純物
領域をそれぞれ所望の深さに形成してもよい。

【００１２】

【作用】加速電圧を時間的に変化させて同一の不純物イ
オンを注入することで、半導体基板の表面から所望の深
さの位置に不純物領域が形成される。この不純物領域に
はアニール処理が必要があるが、この場合の熱処理は結
晶性を回復させればよいため、不純物イオンを注入させ
た後熱拡散させる場合よりも低い温度で短時間熱処理を
行えばよい。これにより横方向への不純物の拡がりを抑
制し、不純物プロファイルを容易に制御することができ
る。また高温で長時間に渡って行われる熱処理が不要な
ため、半導体基板が汚染されるのを防止することができ
、処理時間も短縮される。

【００１３】加速電圧のみならずドーズ量も時間的に変
化させて不純物イオンを注入する場合には、所望の深さ
に所望の不純物濃度の不純物領域を自在に形成すること
ができる。また、加速電圧と不純物イオンの種類を時間
的に変化させて、不純物イオンの注入を行う場合には、
導電型の異なる不純物領域を所望の深さに形成すること
ができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。本実施例による半導体装置の製造方法は
、半導体基板表面に注入した不純物を熱処理により拡散
させるのでなく、加速電圧を変えて所望の深さに不純物
領域を形成する点に特徴がある。先ず、図２にボロンイ
オン（Ｂ＋　）を注入させた場合の深さと加速電圧との
関係を示す。加速電圧の増加と共に、不純部物のピーク
位置が比例して深くなっていく。例えば、２ＭｅＶの加
速電圧でボロンイオン（Ｂ＋）を注入すると、半導体基
板の表面から約３μｍの深さに注入される。そして、こ
の場合の注入深さと不純物濃度は図３のようである。ボ
ロンイオン（Ｂ＋）は、約３μｍの深さに約０．２μｍ
の幅を持って注入されることがわかる。

【００１５】図１に、本実施例の方法を用いて、加速電
圧を変えて不純物イオンを半導体基板表面に注入したと
きに形成される不純物領域のプロファイルを示す。図１
（ａ）のように、半導体基板１の表面上に酸化膜２が形
成され、その表面に不純物領域を形成すべき領域を除い
てレジスト膜３が形成されている。このレジスト膜３を
マスクとして不純物イオンが注入される。ここで加速電
圧が高いと、この図１（ａ）のように半導体基板１表面
から深い位置に、局部的に不純物領域４が形成される。

【００１６】次に、加速電圧を徐々に下げて同一の不純
物イオンをさらに注入していくと、図１（ｂ）から図１
（ｃ）に渡って示されたように、不純物領域５，６が形
成された範囲が半導体基板１表面に近付いていく。

【００１７】この後、不純物イオンが注入された領域の
結晶性を回復するために、９００度〜１０００度の温度
雰囲気中でアニールを行い、図１（ｄ）に示されるよう
な不純物領域７を形成する。

【００１８】ここで、本実施例においても不純物イオン
を注入した後熱処理を行っているが、９００度〜１００
０度という低温であり、しかも３０分から１時間という
短時間で行う。このため、１２００度で数時間に渡って
行わなければならない従来の熱拡散処理とは異なり、半
導体基板１に平行な横方法への不純物の拡がりＬは極め
て小さく抑えることができる。これにより、不純物プロ
ファイルの制御が容易で高集積化が可能となる。また、
熱処理に必要な時間が短いためスループットが向上し、
コスト低減が達成されると共に、比較的低温で処理され
るため汚染の影響を受けないようにすることができる。

【００１９】本実施例による半導体装置の製造方法は、
幾つかの変形が可能である。例えば、図４のように半導
体基板１１の表面からの深さに応じて不純物濃度が異な
る不純物領域１４，１５および１６を形成することもで
きる。図５は、半導体基板１１からの深さに応じて不純
物領域１４〜１５の不純物濃度が異なる様子を示してい
る。ここで、縦軸は上方向にｐ型不純物の濃度を示し、
下方向にｎ型不純物の濃度を示している。半導体基板１
１表面に最も近い不純物領域１６では、不純物濃度がｄ
１１から徐々に深くなるに従い高くなっていき、不純物
領域１５では濃度ｄ１２で一定である。不純物領域１４
では、濃度ｄ１３で一定になっている。このような不純
物領域１４〜１６の形成は、次のようにして行う。加速
電圧を図６のように、時間の経過と共に徐々に減少させ
ていく。そして不純物イオンのドーズ量を、図７のよう
に時間の経過と共に変えていく。時間ｔ１までの間は最
も多いドーズ量Ｄ１で一定であり、不純物濃度ｄ１３が
高く一定の不純物領域１４が、最も深い位置に形成され
る。時間ｔ１から時間ｔ２までの間は、Ｄ１よりも少な
い一定のドーズ量Ｄ２でイオン注入が行われ、不純物領
域１５が形成される。時間ｔ２から時間ｔ３の間はドー
ズ量がＤ２からＤ３へ減少しており、半導体基板１１表
面に近付くに従い濃度が低くなる不純物領域１４が形成
される。

【００２０】図８に示されたように、導電型が半導体基
板２１からの深さ方向で異なる不純物領域２４〜２７を
形成することもできる。不純物領域２４〜２７の導電型
及び不純物濃度は、図９に示されるようである。最も半
導体基板２１に近い位置に形成された不純物領域２７は
、ｐ型であって不純物濃度ｄ２１は高い。次の不純物領
域２６は、導電型がｎ型であり不純物濃度はｄ２３であ
る。不純物領域２５は同じｎ型であるが、不純物濃度ｄ
２４は低くなっている。最も深い位置に形成された不純
物領域２４はｐ型であって、不純物領域２７よりも不純
物濃度が低くｄ２２である。

【００２１】このような不純物領域２４〜２７は、次の
ようにイオン注入することで形成される。加速電圧は、
図１０のように電圧Ｖ１から時間の経過と共に低下させ
ていく。図１１のように、ｐ型不純物イオンとして例え
ばボロンイオン（Ｂ＋　）を、比較的少ない一定のドー
ズ量Ｄ１で時間ｔ１１までの間注入する。これにより、
濃度が比較的低く一定であるｐ型不純物領域２４が、半
導体基板２１表面から最も深い位置に形成される。時間
ｔ１１から時間ｔ１２まではイオン注入を行わず、時間
ｔ１２から時間ｔ１３までの間、Ｄ１よりも多いドーズ
量Ｄ２でイオン注入を行う。これにより、濃度の高いｐ
型不純物領域２７が半導体基板２１の表面に最も近い位
置に形成される。

【００２２】次に、ｎ型不純物イオンとして例えばリン
イオン（Ｐ＋　）の注入を行う。この場合の加速電圧の
時間的変化は図１２のようである。図１０に示されたｐ
型不純物イオンの注入を行ったときの電圧Ｖ１よりも低
い電圧Ｖ２で開始し、時間の経過と共に低下させていく
。 ドーズ量の時間的変化は図１３に示されるようであり、
時間ｔ２１までの間は比較的低いドーズ量Ｄ１１で一定
である。次に、時間ｔ２１から時間ｔ２２までの間、Ｄ
２１よりも多いドーズ量Ｄ１２でイオン注入を行う。こ
れにより、先に形成されたｐ型不純物領域２４と２７と
の間に、ｎ型で濃度の比較的低い不純物領域２５と、同
じくｎ型で相対的に濃度の高い不純物領域２６が順に形
成される。

【００２３】このように、本実施例によれば導電型の異
なる不純物領域を濃度を自由に設定して形成することが
可能である。従って、例えばＣＣＤエリアセンサの画素
部のように、複雑な不純物プロファイルの形成を容易に
行うことができる。

【００２４】また従来の製造方法では、図１４のように
半導体基板３１の表面に導電型の異なる不純物領域３２
及び３３を接近して並べると、間に不純物濃度の異なる
領域３４が形成された。図１５はこの場合の不純物濃度
の横方向の変化を示したものである。幅Ｗ１に渡って、
不純物濃度がｎ型からｐ型へ変化する領域３４が存在す
る。これは、上述したように熱処理により不純物を拡散
させるため横方向にも深さ方向とほぼ同じ寸法だけ拡が
るためである。

【００２５】これに対し、本実施例の製造方法を用いて
、図１６に示されたように半導体基板４１表面にｎ型不
純物領域４２とｐ型不純物領域４３を形成した場合には
、所望の不純物プロファイルを精度よく形成することが
できる。このため、図１７に示されたように、不純物濃
度がｎ型からｐ型へ切り替わる幅Ｗ２を、Ｗ１よりもは
るかに小さく抑えることができる。このため、本実施例
によれば高集積化が可能となる。

【００２６】上述した実施例は一例であり、本発明を限
定するものではなく、例えば不純物イオンの種類やドー
ズ量、加速電圧は必要に応じて任意に設定することがで
きる。

【００２７】

【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、加速電圧を時間的に変化させて同一の
不純物イオンを注入した後、アニール処理を行って不純
物領域を形成するもので、熱拡散により不純物を拡散さ
せる必要がないため、不純物の横方向への拡散を最小限
に抑制することができ、不純物プロファイルの制御が容
易で、高集積化を達成することができる。また熱拡散処
理が不要なため、高温によって半導体基板が汚染される
のを防止することができ、さらにスループットの短縮が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法
を示した工程別素子断面図。

【図２】同実施例による半導体装置の製造方法における
加速電圧と不純物の深さ方向のピーク位置の関係を示し
た説明図。

【図３】同実施例による半導体装置の製造方法における
不純物の注入深さと不純物濃度との関係を示した説明図
。

【図４】本発明の他の実施例による半導体装置の製造方
法により形成された不純物領域の断面構造を示した縦断
面図。

【図５】図４に示された不純物領域の不純物濃度と深さ
との関係を示した説明図。

【図６】図４に示された不純物領域を形成する際の加速
電圧の時間的変化を示した説明図。

【図７】図４に示された不純物領域を形成する際のドー
ズ量の時間的変化を示した説明図。

【図８】本発明のさらに他の実施例による半導体装置の
製造方法により形成された不純物領域の断面構造を示し
た縦断面図。

【図９】図８に示された不純物領域の不純物濃度と深さ
との関係を示した説明図。

【図１０】図８に示された不純物領域を形成する際の加
速電圧の時間的変化を示した説明図。

【図１１】図８に示された不純物領域を形成する際のド
ーズ量の時間的変化を示した説明図。

【図１２】図８に示された不純物領域を形成する際の加
速電圧の時間的変化を示した説明図。

【図１３】図８に示された不純物領域を形成する際のド
ーズ量の時間的変化を示した説明図。

【図１４】従来の製造方法により導電型の異なる不純物
領域を接近した状態で並べて形成した場合の縦断面図。

【図１５】図１４に示された半導体装置の不純部濃度の
横方向における変化を示した説明図。

【図１６】本発明の一実施例による製造方法を用いて導
電型の異なる不純物領域を接近した状態で並べて形成し
た場合の縦断面図。

【図１７】図１６に示された半導体装置の不純部濃度の
横方向における変化を示した説明図。

【図１８】ＣＭＯＳ構造の半導体装置の断面を示した縦
断面図。

【図１９】従来の製造方法により不純物領域を形成する
場合の工程別素子断面図。

【符号の説明】

１　　半導体基板 ２　　酸化膜 ３　　レジスト膜 ４　　不純物領域 ５　　不純物領域 ６　　不純物領域 ７　　不純物領域 １１　　半導体基板 １２　　酸化膜 １３　　レジスト膜 １４　　不純物領域 １５　　不純物領域 １６　　不純物領域 ２１　　半導体基板 ２２　　酸化膜 ２３　　レジスト膜 ２４　　不純物領域 ２５　　不純物領域 ２６　　不純物領域 ２７　　不純物領域 ４１　　半導体基板 ４２　　不純物領域 ４３　　不純物領域

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板の表面部分に同一の不純物イオ
   ンを注入して不純物領域を形成する際に、加速電圧を時
   間的に変化させて注入深さを制御しつつ不純物領域を形
   成する工程と、形成された前記不純物領域の結晶性を回
   復させるためアニール処理を行う工程とを備えたことを
   特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】半導体基板の表面部分に同一の不純物イオ
   ンを注入して不純物領域を形成する際に、加速電圧とド
   ーズ量を時間的にそれぞれ変化させて、注入深さと不純
   物濃度を制御しつつ不純物領域を形成する工程と、形成
   された前記不純物領域の結晶性を回復させるためアニー
   ル処理を行う工程とを備えたことを特徴とする半導体装
   置の製造方法。
3. 【請求項３】半導体基板の表面部分に不純物イオンを注
   入して不純物領域を形成する際に、不純物イオンを注入
   する時の加速電圧と不純物イオンの種類を時間的に変化
   させて、導電型の異なる不純物領域をそれぞれ所望の深
   さに形成する工程と、形成された前記不純物領域の結晶
   性を回復させるためアニール処理を行う工程とを備えた
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。