JPH04333239A - 不純物拡散領域の形成方法 - 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】本発明は主に絶縁ゲート電界効果
トランジスタに代表される半導体装置の製造工程におい
て、ＤＤＤ（Ｄｏｕｂｌｅ　Ｄｏｐｅｄ　Ｄｒａｉｎ）
　領域を形成する際に用いられる不純物ドーピングの方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】不純物ドーピングを代表する技術として
は従来より広くイオン注入法が用いられている。イオン
注入法においては、不純物導入量を正確に制御できるこ
と、あるいは絶縁膜を介して不純物ドーピングが容易に
できること等の利点を有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらイオン注
入法は、従来より以下のような問題点を有していた。即
ち、イオン注入法は不純物イオンを加速して不純物の導
入を行うので、不純物イオンがもつ運動エネルギーによ
って試料表面に損傷を与えてしまう。また加速された不
純物イオンは、その加速エネルギーで決まる分散を有す
る正規分布状に分布するため、不純物濃度が高くかつ接
合深さが浅い不純物層を形成することや、深い部分に急
峻な濃度プロファイルを形成する事が困難である。さら
にイオン注入法では、不純物イオンを直線的に加速する
ため、不純物イオンの導入に際して入射方向依存性があ
る。従ってチャネリングを防止するために斜めイオン注
入を行う場合、シャドウ現象により素子の特性に非対称
性を生ずる。

【０００４】とりわけ半導体装置の製造工程においては
素子の微細化に伴い、浅い接合を有するＤＤＤ構造を形
成することが急務であり、従来はイオン注入法を用いて
図２（ａ）〜（ｅ）に示すような方法で行われていたが
、上述の理由により特に浅い接合を有する高濃度Ｐ＋　
不純物拡散層２７を形成することが容易にできなかった
。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記従来技術の問題点に
鑑み、本発明は半導体領域の表面に対して損傷を与える
ことなく不純物を導入でき、導入された不純物の濃度プ
ロファイルを急峻にでき、浅い接合を有するＤＤＤ構造
を実現する不純物のドーピング方法を提供することを目
的とする。

【０００６】この目的を達成するために、本発明におい
ては図３に示す不純物ドーピング装置を用いて以下の手
順にて不純物のドーピングを行っている。第１手順にお
いて半導体基板３１を所定の温度で所定時間、真空下で
加熱処理し、自然酸化膜に代表される不活性被膜を除去
し、半導体基板３１の活性表面を露出する。第２手順に
おいて半導体基板３１を加熱した状態で真空チャンバー
内３２に不純物成分を有するガスを所定量導入し、半導
体基板表面に不純物吸着膜を形成する。第３手順におい
て半導体基板３１に対する加熱処理を行い不純物の半導
体基板内部への拡散を行う。第４手順においては、第３
手順における加熱処理よりもより高温かつより短時間で
の加熱処理を施している。

【０００７】少なくとも上記第１及び第２の手順を実施
する上で図３に示すような構成要件を有する不純物ドー
ピング装置を用いることは必須である。好ましくは、第
３の手順は図３に示す不純物ドーピング装置、あるいは
通常の拡散炉を用いて行われる。好ましくは、第４の手
順はＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ａｎｎｅａ
ｌ）　装置を用いて行われる。

【０００８】

【作用】本発明にかかる不純物ドーピングの方法は、不
純物原子の活性化された半導体表面への化学吸着に基づ
いた不純物の導入方法である。本発明においては基板表
面に形成される不純物吸着膜が不純物拡散源となるため
、浅い接合を有する高濃度不純物拡散層が容易に形成さ
れる。不純物拡散を無視できる基板温度において基板上
に十分な量の不純物元素から成る不純物吸着膜が形成さ
れれば、その後の基板加熱処理における温度と時間を調
節することにより、拡散する不純物の量と深さ方向での
濃度プロファイルを正確に制御することができ、容易に
浅い接合を有するＬＤＤ構造を形成することができる。

【０００９】

【実施例】以下に本発明にかかる不純物ドーピングの方
法を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明にか
かる不純物ドーピングの方法を用いたＰ型のＬＤＤ構造
の製造工程順断面図である。図１（ａ）においては、半
導体領域１の上にゲート酸化膜３及びゲート電極材料で
あるところの、例えば多結晶シリコンを成膜後、フォト
工程とエッチング工程を経て前記多結晶シリコンがパタ
ーニングされてゲート電極４が設けられている。同時に
この場合には、半導体領域１の表面には自然酸化膜２が
形成されている。

【００１０】図１（ｂ）においては前記自然酸化膜２が
除去された活性な半導体表面９に、Ｐ型の不純物元素で
あるボロンを含む不純物ガス５を供給し、図１（ｃ）に
示すようなボロンから成る不純物吸着膜６ａを形成して
いる。図１（ｂ）における前記自然酸化膜２を除去する
方法としては、本発明では真空中における加熱処理を採
用しており、例えば真空度が１．３×１０−６Ｐａ以下
の雰囲気において、例えば基板を８５０℃にて約５分間
保持することにより、自然酸化膜２が除去される。更に
図１（ｂ）において不純物ガス５を導入する条件として
は、ボロンを含む化合物ガスとしてジボラン（Ｂ２Ｈ６
）を用いて、ガス導入時の装置内圧力が１．３×１０−
１Ｐａとなるような流量で、例えば２００秒間連続して
Ｂ２Ｈ６を導入することにより、図１（ｃ）に示すよう
に半導体基板１の表面部分にボロンの不純物吸着膜６ａ
が形成される。

【００１１】次に図１（ｄ）においては、前記不純物吸
着膜６ａを不純物拡散源とした拡散を行いＰ−　型の低
濃度不純物拡散層７が形成される。この場合のプロセス
条件としては、例えば９００℃、１時間の常圧Ｎ２　ア
ニールを施して、表面濃度５×１０１８ｃｍ−３、接合
深さが約０．３μｍのＰ−　領域７が形成されている。 次に図１（ｅ）においては、図１（ｄ）と同様に、前記
不純物吸着膜６ｂを不純物拡散源とした拡散を行いＰ＋
　型の高濃度不純物拡散層が形成される。

【００１２】この場合のプロセス条件としてはＲＴＡ装
置を用い、Ｎ２　雰囲気中で、例えば１０５０℃、３０
秒のアニールを施して、表面濃度１×１０２０ｃｍ−３
、接合深さ（Ｐ−　領域のプロファイルとＰ＋　領域の
プロファイルとが交差する深さと定義する）が約０．１
μｍのＰ＋　領域８が形成されている。このようにして
形成されたＤＤＤ構造は、特にＰ＋　領域８の接合深さ
を従来に比べて浅くでき、かつＰ＋　領域８の表面濃度
が高いという特徴を有し、半導体装置を微細化するうえ
で好適なＬＤＤ構造を提供できる。

【００１３】図３に示す不純物ドーピング装置は石英製
の真空チャンバー３２を備えており、その内部中央付近
にシリコン基板３１を収納するようになっている。基板
３１の温度は赤外線ランプ加熱方式あるいは抵抗加熱方
式を用いた加熱系３３を制御することにより、所定の温
度に保つことが可能である。チャンバー３２の内部はタ
ーボ分子ポンプを主排気ポンプとした複数のポンプから
構成された高真空排気系３４を用いて排気するようにな
っている。チャンバー３２の内部の真空度は圧力計３５
により計測される。シリコン基板３１の搬送は、チャン
バー３２に対してゲートバルブ３６ａを介して接続され
たロード室３７とチャンバー３２との間で、ゲートバル
ブ３６ａを開けた状態で搬送機構３８を用いて行われる
。なおロード室３７は、シリコン基板３１のロード室３
７への出し入れ時と搬送時を除いて、通常はゲートバル
ブ３６ｂを開けた状態でロード室排気系３９により高真
空排気されている。ガス供給源４１からチャンバー３２
へ導入されるガスの導入量、導入モード等はガス導入制
御系４０を用いてコントロールされる。

【００１４】図４はＤＤＤ構造における深さ方向での不
純物濃度プロファイルを本発明を用いた場合のプロファ
イル４５と従来のイオン注入を用いた場合のプロファイ
ル４６とについて、それぞれ示した図であり、本発明に
よるプロファイル４５が浅い接合を有し、かつ表面近傍
での不純物濃度が高いという特徴を有していることを示
す。

【００１５】図５は本発明によるＤＤＤ構造における深
さ方向での不純物濃度プロファイルの各工程における変
化を示した図である。図中４７は本発明第３工程終了直
後の不純物プロファイルであり、同じく４８は本発明第
４工程終了直後の新たに導入された不純物のプロファイ
ルである。更に図中４９は本発明第４工程における熱処
理によりプロファイル成分４７が、第４工程直後に４９
となっていることを示す。但し、図５において、第４工
程終了後の正味の不純物プロファイルはプロファイル４
８とプロファイル４９との和であることに留意されたい
。図５から第４工程においてＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ　Ｔｈ
ｅｒｍａｌ　Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置を用いて不純物
拡散を生ぜしめることにより、プロファイル４７から４
９への変化を少なくし、かつ、プロファイル４８の表面
濃度を高くする。換言すれば固容限を高くできることが
分かる。

【００１６】

【発明の効果】既に述べたように、不純物吸着層を不純
物拡散源とした少なくとも２段階のドライブインを行う
ことにより、半導体領域表面近傍の不純物濃度が最も高
いという特徴を有する不純物プロファイルを実現するこ
とができる。これによりコンタクト抵抗が十分に低いＬ
ＤＤ構造が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＬＤＤ構造の製造工程順断面図で
ある。

【図２】従来のイオン注入法によりＬＤＤ構造を製造す
る工程順断面図である。

【図３】本発明の実施に用いた不純物装置を示す概略図
である。

【図４】ＤＤＤ構造における不純物濃度プロファイルを
示す図である。

【図５】本発明による各工程における不純物濃度プロフ
ァイルの変化を示す図である。

【符号の説明】

１　　半導体基板 ２　　自然酸化膜 ３　　ゲート酸化膜 ４　　ゲート電極 ５　　不純物ガス ６ａ　　不純物吸着膜 ６ｂ　　不純物吸着膜 ７　　低濃度不純物拡散層 ８　　高濃度不純物拡散層 ９　　活性な半導体表面 ２１　　半導体基板 ２２　　不活性被膜 ２３　　不純物イオン ２４　　低濃度イオン注入層 ２５　　低濃度不純物拡散層 ２６　　高濃度イオン注入層 ２７　　高濃度不純物拡散層 ３１　　シリコン基板 ３２　　チャンバー ３３　　加熱系 ３４　　高真空排気系 ３５　　圧力計 ３６ａ　　ゲートバルブ ３６ｂ　　ゲートバルブ ３７　　ロード室 ３８　　搬送機構 ３９　　ロード室排気系 ４０　　ガス導入制御系 ４１　　ガス供給源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　第１導電型の半導体領域の表面に存在
   する不活性被膜を除去して、化学的に活性な半導体表面
   を露出させる第１の工程と、前記の化学的に活性な半導
   体表面に第２導電型の不純物元素を含むガスを所定量導
   入し、前記半導体表面に第２導電型の不純物元素から成
   る不純物吸着膜を堆積する第２の工程と、常圧あるいは
   減圧雰囲気の下、所定の温度で一定時間加熱することに
   より前記第２の工程で半導体表面に吸着した不純物を前
   記半導体領域内部に拡散させる第３の工程と、前記第３
   の工程の後で前記第３の工程における熱処理温度よりも
   高い温度で、かつ前記第３の工程における熱処理時間よ
   りも短い時間で再び加熱処理する第４の工程と、からな
   る不純物ドーピングの方法。