JPH04323818A - 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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- JPH04323818A JPH04323818A JP9211591A JP9211591A JPH04323818A JP H04323818 A JPH04323818 A JP H04323818A JP 9211591 A JP9211591 A JP 9211591A JP 9211591 A JP9211591 A JP 9211591A JP H04323818 A JPH04323818 A JP H04323818A
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Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の製造方
法の改良に関し、特に、半導体基板に不純物イオンを導
入した後に行う熱処理による不純物の拡散を、所望の範
囲に制御できるようにしたものである。
法の改良に関し、特に、半導体基板に不純物イオンを導
入した後に行う熱処理による不純物の拡散を、所望の範
囲に制御できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体基板へ不純物を導入する方法とし
ては、主に、不純物を熱的に導入する拡散法と、イオン
化された不純物を加速して半導体基板に打ち込むイオン
打ち込み法とが有るが、不純物の濃度や分布を高精度に
制御できるイオン打ち込み法の方が、半導体装置の微細
化要求に応じられるため、近年は主流となっている。
ては、主に、不純物を熱的に導入する拡散法と、イオン
化された不純物を加速して半導体基板に打ち込むイオン
打ち込み法とが有るが、不純物の濃度や分布を高精度に
制御できるイオン打ち込み法の方が、半導体装置の微細
化要求に応じられるため、近年は主流となっている。
【０００３】そして、イオン打ち込み法でイオンを導入
すると、打ち込まれたイオンと半導体基板内の電子や原
子核との衝突によって結晶中に欠陥を発生させ、半導体
基板内に電気的に不活性な非晶質状態の領域が形成され
てしまうという欠点があるため、イオン打ち込み法では
、イオンを打ち込んだ後に、熱処理を行って不純物原子
を格子点に位置させて電気的に活性化させるアニールが
必要不可欠である。
すると、打ち込まれたイオンと半導体基板内の電子や原
子核との衝突によって結晶中に欠陥を発生させ、半導体
基板内に電気的に不活性な非晶質状態の領域が形成され
てしまうという欠点があるため、イオン打ち込み法では
、イオンを打ち込んだ後に、熱処理を行って不純物原子
を格子点に位置させて電気的に活性化させるアニールが
必要不可欠である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、イオン
打ち込み後に熱処理を行うと、確かに電気的な活性化は
得られるが、同時に熱拡散による不純物の再分布が生じ
てしまうため、不純物拡散層を所望の範囲に制御するこ
とが難しく、例えば、デバイスの微細化を図るために浅
い領域のみにイオンを打ち込んでも、熱処理を行ってし
まえば比較的深い範囲まで拡散層が広がってしまい、要
求される微細化が達成できないという不具合があった。
打ち込み後に熱処理を行うと、確かに電気的な活性化は
得られるが、同時に熱拡散による不純物の再分布が生じ
てしまうため、不純物拡散層を所望の範囲に制御するこ
とが難しく、例えば、デバイスの微細化を図るために浅
い領域のみにイオンを打ち込んでも、熱処理を行ってし
まえば比較的深い範囲まで拡散層が広がってしまい、要
求される微細化が達成できないという不具合があった。
【０００５】なお、このような不具合に対処するために
、例えば、Ｐ型拡散層を形成するためのＢ（ボロン）系
イオンの注入前に、他のイオンを予め半導体基板に注入
して基板をアモルファス化することにより、Ｂ（ボロン
）系イオン注入時のチャネリングテールを抑える方法や
、基板表面にＢ（ボロン）系化合物を堆積させた後に、
エキシマレーザー光等を用いて基板内に溶融させる方法
等が研究されているが、これらには、アニール工程の後
に拡散層近くに残留する欠陥により、接合リーク電流が
発生しデバイスの特性が悪化したり、不純物濃度の制御
性が悪く、また、他のプロセスとの整合性が悪い等の欠
点がある。
、例えば、Ｐ型拡散層を形成するためのＢ（ボロン）系
イオンの注入前に、他のイオンを予め半導体基板に注入
して基板をアモルファス化することにより、Ｂ（ボロン
）系イオン注入時のチャネリングテールを抑える方法や
、基板表面にＢ（ボロン）系化合物を堆積させた後に、
エキシマレーザー光等を用いて基板内に溶融させる方法
等が研究されているが、これらには、アニール工程の後
に拡散層近くに残留する欠陥により、接合リーク電流が
発生しデバイスの特性が悪化したり、不純物濃度の制御
性が悪く、また、他のプロセスとの整合性が悪い等の欠
点がある。
【０００６】この発明は、このような従来の技術が有す
る未解決の課題に着目してなされたものであって、従来
のプロセスとの整合性もよく、不純物拡散層を所望の領
域に制御できる方法を提供することを目的としている。
る未解決の課題に着目してなされたものであって、従来
のプロセスとの整合性もよく、不純物拡散層を所望の領
域に制御できる方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、半導体基板に不純物イオンを導入する工
程と、前記不純物イオンが導入された前記半導体基板を
熱処理する工程と、を備えた半導体装置の製造方法にお
いて、前記熱処理を、前記半導体基板を電界中に配置さ
せた状態で行うものである。
に、本発明は、半導体基板に不純物イオンを導入する工
程と、前記不純物イオンが導入された前記半導体基板を
熱処理する工程と、を備えた半導体装置の製造方法にお
いて、前記熱処理を、前記半導体基板を電界中に配置さ
せた状態で行うものである。
【０００８】
【作用】半導体基板に導入された不純物イオンは、熱処
理中、例えばＢイオン等のようにＰ型拡散層を形成する
アクセプタ原子であれば、電子を受け取ることによりマ
イナスに荷電し、Ｐ（リン）イオン等のようにＮ型拡散
層を形成するドナー原子であれば、自由電子を放出する
ことによりプラスに荷電することになる。
理中、例えばＢイオン等のようにＰ型拡散層を形成する
アクセプタ原子であれば、電子を受け取ることによりマ
イナスに荷電し、Ｐ（リン）イオン等のようにＮ型拡散
層を形成するドナー原子であれば、自由電子を放出する
ことによりプラスに荷電することになる。
【０００９】従って、不純物イオンが導入された半導体
基板を電界中に配置させれば、基板内の不純物イオンは
、その電界の方向及び大きさに応じた引力又は斥力を受
けることになる。
基板を電界中に配置させれば、基板内の不純物イオンは
、その電界の方向及び大きさに応じた引力又は斥力を受
けることになる。
【００１０】このため、例えば、不純物イオンに基板表
面側に向かう力が与えられるような電界中に半導体基板
を配置させて熱処理を行うと、不純物イオンの熱拡散が
抑制されるので、単に熱処理のみを行った場合に比べて
浅い部分に拡散層が生成されるし、逆に、不純物イオン
に基板裏面側に向かう力が与えられるような電界中に半
導体基板を配置させて熱処理を行うと、不純物イオンの
熱拡散が促進されるので、単に熱処理を行った場合に比
べて深い部分に拡散層が生成される。
面側に向かう力が与えられるような電界中に半導体基板
を配置させて熱処理を行うと、不純物イオンの熱拡散が
抑制されるので、単に熱処理のみを行った場合に比べて
浅い部分に拡散層が生成されるし、逆に、不純物イオン
に基板裏面側に向かう力が与えられるような電界中に半
導体基板を配置させて熱処理を行うと、不純物イオンの
熱拡散が促進されるので、単に熱処理を行った場合に比
べて深い部分に拡散層が生成される。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の一実施例における熱処理工程の
状態を示していて、半導体基板としてのシリコンウエハ
１は、熱処理装置の一例であるランプを用いたＲＴＡ（
Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ ）
装置２によって加熱されるとともに、電場印加装置３に
よって電界中に配置されている。
する。図１は、本発明の一実施例における熱処理工程の
状態を示していて、半導体基板としてのシリコンウエハ
１は、熱処理装置の一例であるランプを用いたＲＴＡ（
Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ ）
装置２によって加熱されるとともに、電場印加装置３に
よって電界中に配置されている。
【００１２】電場印加装置３は、シリコンウエハ１の表
面に対向して配設された電極板４とシリコンウエハ１の
裏面との間に所定の電圧を印加することにより、シリコ
ンウエハ１に、所定の強さの電場を与える装置である。
面に対向して配設された電極板４とシリコンウエハ１の
裏面との間に所定の電圧を印加することにより、シリコ
ンウエハ１に、所定の強さの電場を与える装置である。
【００１３】なお、シリコンウエハ１には、図２にその
断面の一部を拡大図示するように、ＲＴＡ装置２によっ
て熱処理が行われる前に、表面に薄い酸化膜５を形成す
るとともに、表面側から不純物イオンとしてのＢＦ２
＋（フッ化ボロンイオン）を打ち込むことにより、薄い
酸化膜５の下側の浅い領域にイオン注入層６を形成して
いる。
断面の一部を拡大図示するように、ＲＴＡ装置２によっ
て熱処理が行われる前に、表面に薄い酸化膜５を形成す
るとともに、表面側から不純物イオンとしてのＢＦ２
＋（フッ化ボロンイオン）を打ち込むことにより、薄い
酸化膜５の下側の浅い領域にイオン注入層６を形成して
いる。
【００１４】ここで、シリコンウエハ１にＢＦ２ ＋
が打ち込まれると、ＢＦ２ ＋ は、打ち込みエネルギ
を失って停止するまでに電子や原子核との衝突を繰り返
すため、結晶中に欠陥が発生し、部分的に非晶質状態と
なるが、このようなシリコンウエハ１をＲＴＡ装置２で
加熱すれば、非晶質状態となっていた部分が熱処理によ
り再結晶化するので、欠陥が回復し、電気的な活性化が
図られる。
が打ち込まれると、ＢＦ２ ＋ は、打ち込みエネルギ
を失って停止するまでに電子や原子核との衝突を繰り返
すため、結晶中に欠陥が発生し、部分的に非晶質状態と
なるが、このようなシリコンウエハ１をＲＴＡ装置２で
加熱すれば、非晶質状態となっていた部分が熱処理によ
り再結晶化するので、欠陥が回復し、電気的な活性化が
図られる。
【００１５】そして、熱処理を行うと、熱拡散により打
ち込まれていたボロンの再分布が生じるが、これは、電
場印加装置３によって制御することができる。即ち、打
ち込まれたボロンは、熱処理中、シリコンウエハ１内で
電子を一つ受け取ってマイナスに荷電しているから、電
極板４側がプラスとなるように電場印加装置３が電場を
印加すると、シリコンウエハ１内のボロンは電極板４側
に引っ張られ、シリコンウエハ１の裏面側への拡散が抑
制されることになる。
ち込まれていたボロンの再分布が生じるが、これは、電
場印加装置３によって制御することができる。即ち、打
ち込まれたボロンは、熱処理中、シリコンウエハ１内で
電子を一つ受け取ってマイナスに荷電しているから、電
極板４側がプラスとなるように電場印加装置３が電場を
印加すると、シリコンウエハ１内のボロンは電極板４側
に引っ張られ、シリコンウエハ１の裏面側への拡散が抑
制されることになる。
【００１６】この結果、イオン注入層６を浅く制御する
ことができるから、微細なデバイスを製造する上で非常
に有益である。逆に、ボロンがシリコンウエハ１の裏面
側に引っ張られる方向に電場を与えれば、シリコンウエ
ハ１の裏面側への拡散が促進されるので、拡散速度が速
くなって工程の短縮が図られるとともに、横方向へのイ
オンの拡散が抑制され、さらに、任意の深さ位置にイオ
ン注入層６を分布させることもできる。
ことができるから、微細なデバイスを製造する上で非常
に有益である。逆に、ボロンがシリコンウエハ１の裏面
側に引っ張られる方向に電場を与えれば、シリコンウエ
ハ１の裏面側への拡散が促進されるので、拡散速度が速
くなって工程の短縮が図られるとともに、横方向へのイ
オンの拡散が抑制され、さらに、任意の深さ位置にイオ
ン注入層６を分布させることもできる。
【００１７】そして、本実施例の構成であれば、従来の
半導体装置の製造プロセスを大幅に変更する必要等もな
いので、技術的にも簡易であり、製造コストの大幅な上
昇を招くこともない。
半導体装置の製造プロセスを大幅に変更する必要等もな
いので、技術的にも簡易であり、製造コストの大幅な上
昇を招くこともない。
【００１８】さらに、図３に示すように、薄い酸化膜５
の表面をＴｉ（チタン）層７で覆い、電極板４を用いる
ことなく、そのＴｉ層７を直接電場印加装置３に接続す
る構成とすることもできる。
の表面をＴｉ（チタン）層７で覆い、電極板４を用いる
ことなく、そのＴｉ層７を直接電場印加装置３に接続す
る構成とすることもできる。
【００１９】即ち、このような構成とすれば、図１に示
すように電極板４を用いた場合に比べて、コンデンサを
構成するシリコンウエハ１及びＴｉ層７間の距離が非常
に近くなるので、電場印加装置３の効率が良くなるとい
う利点がある。
すように電極板４を用いた場合に比べて、コンデンサを
構成するシリコンウエハ１及びＴｉ層７間の距離が非常
に近くなるので、電場印加装置３の効率が良くなるとい
う利点がある。
【００２０】図４は、図３の構成のシリコンウエハ１を
、電場印加装置３によって電場を与えつつＲＴＡ装置２
によって加熱した後の不純物イオンの深さ方向分布（Ａ
）と、電場を与えることなく、ＲＴＡ装置２によって加
熱した後の不純物イオンの深さ方向分布（Ｂ）を示して
いる。
、電場印加装置３によって電場を与えつつＲＴＡ装置２
によって加熱した後の不純物イオンの深さ方向分布（Ａ
）と、電場を与えることなく、ＲＴＡ装置２によって加
熱した後の不純物イオンの深さ方向分布（Ｂ）を示して
いる。
【００２１】ただし、実験条件は、薄い酸化膜５の膜厚
が２５０Å、Ｔｉ層７の膜厚が５００Å、ＢＦ２ ＋
の打ち込みが３０ｋｅＶ，２×１０１５ｃｍ−３、電場
印加装置３によって与えた電圧が１０Ｖ（Ｔｉ層７側が
プラス）、熱処理が１０００℃で３０ｓｅｃである。
が２５０Å、Ｔｉ層７の膜厚が５００Å、ＢＦ２ ＋
の打ち込みが３０ｋｅＶ，２×１０１５ｃｍ−３、電場
印加装置３によって与えた電圧が１０Ｖ（Ｔｉ層７側が
プラス）、熱処理が１０００℃で３０ｓｅｃである。
【００２２】図４に示されるように、熱処理のみを行っ
た分布Ｂでは、広い範囲にボロンが拡散しているが、電
場を与えつつ熱処理を行った分布Ａでは、比較的浅い範
囲にボロンが集中していることが判る。
た分布Ｂでは、広い範囲にボロンが拡散しているが、電
場を与えつつ熱処理を行った分布Ａでは、比較的浅い範
囲にボロンが集中していることが判る。
【００２３】なお、上記実施例では、ＲＴＡ装置２によ
って熱処理を行う場合についてのみ説明したが、これ以
外の装置で加熱する構成であっても、本発明は適用可能
である。
って熱処理を行う場合についてのみ説明したが、これ以
外の装置で加熱する構成であっても、本発明は適用可能
である。
【００２４】また、上記実施例では、Ｐ型拡散層を生成
するＢ系イオンであるＢＦ２ ＋ を導入する場合につ
いて説明したが、これに限定されるものではなく、Ｐ型
拡散層を生成する他のイオン、或いは、Ｎ型拡散層を形
成するＰ（リン）イオン等であっても勿論構わない。た
だし、Ｐイオン等のように、シリコンウエハ１内で自由
電子を放出するドナー原子は、プラスに荷電するため、
アクセプタ原子となるＢ系イオンとは異なり、深さ方向
への拡散を抑制する場合にはウエハの表面側がマイナス
となり、深さ方向への拡散を促進する場合にはウエハの
表面側がプラスとなるように電場を印加する必要がある
。
するＢ系イオンであるＢＦ２ ＋ を導入する場合につ
いて説明したが、これに限定されるものではなく、Ｐ型
拡散層を生成する他のイオン、或いは、Ｎ型拡散層を形
成するＰ（リン）イオン等であっても勿論構わない。た
だし、Ｐイオン等のように、シリコンウエハ１内で自由
電子を放出するドナー原子は、プラスに荷電するため、
アクセプタ原子となるＢ系イオンとは異なり、深さ方向
への拡散を抑制する場合にはウエハの表面側がマイナス
となり、深さ方向への拡散を促進する場合にはウエハの
表面側がプラスとなるように電場を印加する必要がある
。
【００２５】さらに、不純物イオンの導入方法も、イオ
ン打ち込み法に限定されるものではなく、拡散法により
イオンを導入し、導入後の熱処理を上記実施例のように
電場を印加しつつ行うようにしても、不純物拡散層の分
布状態や拡散速度等を制御することができる。
ン打ち込み法に限定されるものではなく、拡散法により
イオンを導入し、導入後の熱処理を上記実施例のように
電場を印加しつつ行うようにしても、不純物拡散層の分
布状態や拡散速度等を制御することができる。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
不純物イオンが導入された半導体基板を、電界中に配置
させた状態で熱処理を行うため、半導体基板内の不純物
の分布領域を、所望の範囲に制御できるという効果があ
る。
不純物イオンが導入された半導体基板を、電界中に配置
させた状態で熱処理を行うため、半導体基板内の不純物
の分布領域を、所望の範囲に制御できるという効果があ
る。
【図１】本発明の一実施例における熱処理工程の状態を
示す図である。
示す図である。
【図２】シリコンウエハの拡大断面図である。
【図３】シリコンウエハの他の例を示す拡大断面図であ
る。
る。
【図４】不純物濃度の深さ方向分布を示すグラフである
。
。
１ シリコンウエハ（半導体基板）２
ＲＴＡ装置 ３ 電場印加装置 ５ 薄い酸化膜 ６ イオン注入層 ７ Ｔｉ層
ＲＴＡ装置 ３ 電場印加装置 ５ 薄い酸化膜 ６ イオン注入層 ７ Ｔｉ層
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体基板に不純物イオンを導入する
工程と、前記不純物イオンが導入された前記半導体基板
を熱処理する工程と、を備えた半導体装置の製造方法に
おいて、前記熱処理を、前記半導体基板を電界中に配置
させた状態で行うことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9211591A JPH04323818A (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9211591A JPH04323818A (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04323818A true JPH04323818A (ja) | 1992-11-13 |
Family
ID=14045439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9211591A Pending JPH04323818A (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04323818A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998002915A1 (en) * | 1996-07-12 | 1998-01-22 | The Regents Of The University Of California | Dopant activation of heavily-doped semiconductor by high current densities |
-
1991
- 1991-04-23 JP JP9211591A patent/JPH04323818A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998002915A1 (en) * | 1996-07-12 | 1998-01-22 | The Regents Of The University Of California | Dopant activation of heavily-doped semiconductor by high current densities |
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