JPH05299434A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH05299434A
JPH05299434A JP12973292A JP12973292A JPH05299434A JP H05299434 A JPH05299434 A JP H05299434A JP 12973292 A JP12973292 A JP 12973292A JP 12973292 A JP12973292 A JP 12973292A JP H05299434 A JPH05299434 A JP H05299434A
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JP
Japan
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gate electrode
ion
polysilicon
region
polysilicon layer
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JP12973292A
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English (en)
Inventor
Hironori Tsukamoto
弘範 塚本
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 単純なプロセスにより安定な動作しきい値電
圧を有するMOS型半導体装置を製造する方法を提供す
る。 【構成】 素子分離領域を形成した半導体基板上に、酸
化膜とポリシリコン層を形成し、ポリシリコン層にp型
不純物、特にボロン、をイオン注入した後パターニング
してポリシリコンゲート電極を形成した後、所定の導電
型の不純物をイオン注入してソース・ドレイン領域ある
いはLDD領域を形成し、その後、全面に反射防止膜を
形成してから、パルスレーザを照射してポリシリコンゲ
ート電極およびイオン注入した領域をともに活性化する
ようにする。LDD領域を形成した場合は、その後同じ
導電型の不純物をイオン注入してソース・ドレイン領域
を形成し、別途、パルスレーザを照射してソース・ドレ
イン領域を活性化する。

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、特にMOS型半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】最近の半導体装置の高集積化、微細化に
伴い、CMOSトランジスタ(CMOST)により構成
されるMOSLSIが注目されており、しかも、微細加
工の容易さからゲート材料としてポリシリコンが用いら
れてきている。CMOSTは、pMOSTとnMOST
とから構成されており、特にnMOSTの性能の安定化
が重要な課題である。
【0003】従来のn型半導体装置、特にnMOSTの
製造工程においては、その安定な動作しきい値電圧を確
保するために、ボロンによってp型にドーピングされた
ポリシリコンをゲート電極に使用し、パターニング工程
を経て、ソース・ドレイン領域へのイオン注入後、ゲー
トの低抵抗化とソース・ドレインの活性化を同時に行う
ために電気炉アニールやRTA(ラピッドサーマルアニ
ーリング)を行なっている。
【0004】しかしながら、このアニーリング工程にお
いて、ゲート電極中のボロンがゲート酸化膜中を拡散
し、ゲート下のチャネル層へ突き抜けてしまうという現
象が生じる。その結果、半導体装置の動作しきい値電圧
が変動し、素子特性がバラついたり、チャネル層の不純
物濃度が高くなってチャネル抵抗が増加する等の問題が
あった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このようなボロン突き
抜けの根本的な原因は、ソース・ドレインをアニールす
る間にボロンがゲート酸化膜を拡散し、基板へ到達する
ことにある。そこで、これを防止するためには、アニー
ル時間を短縮したり、ゲート酸化膜に窒素化アニール工
程を加えてボロンが拡散しにくい性質にする等が考えら
れる。しかし、単純にアニール時間を短縮してボロンの
突き抜けを防止するようにしても、ゲートおよびソース
・ドレインの抵抗は低減せず、MOSTの寄生抵抗とな
って動作速度を著しく低下させてしまうこととなり、ボ
ロンの突き抜け防止とゲート等の低抵抗化とをともに実
現しうるアニール技術は未だ見い出されていないという
問題がある。
【0006】一方、窒素化アニールは、窒素濃度を上げ
すぎると基板に格子欠陥が発生したり、濃度が低すぎる
とSiO2 /Siにおける界面準位が多く発生して半導
体装置の性能を悪化させるので、適度な窒素化を行なう
ためにアニール温度、アニール時間、窒素含有ガス圧等
の多くのパラメータを制御性よく行なう必要があり、実
際のプロセスを複雑にするという問題がある。
【0007】また、本出願人は、半導体装置の高集積
化、微細化のためにソース・ドレイン領域の接合を浅く
し、また、微細化に伴うホットキャリア対策のためのL
DD(Lightly Doped Drain )領域においても浅い接合
を維持する必要から、それらの領域における活性化アニ
ールをパルスレーザを用いて行なうことを提案してい
る。(特願平4ー18341号参照)
【0008】この提案においては、ソース・ドレイン領
域およびLDD領域に対して浅い接合を維持しつつ活性
化を行うことのできるアニール技術が提示されてはいる
が、ゲート電極のアニール処理は従来と同様に電気炉ア
ニールあるいはRTAにより行なっており、1000℃
付近で電気炉アニールでは10〜30分、RTAでは5
〜10秒という比較的長時間の活性化アニールであるこ
とから、上記したゲート電極のアニール時におけるボロ
ン突き抜けの防止について特に考えられているものでは
ない。
【0009】そこで、本発明は、上記した従来技術にお
ける不具合を解消し、かつ、上記提案を改善するもので
あって、単純なプロセスにより、かつ、複雑な制御を必
要とすることなく、安定な動作しきい値電圧を有するM
OS型半導体装置を製造する方法を提供することを目的
とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、素子分
離領域を形成した半導体基板上に、酸化膜とポリシリコ
ン層を形成し、ポリシリコン層にp型不純物、特にボロ
ン、をイオン注入した後パターニングしてポリシリコン
ゲート電極を形成した後、所定の導電型の不純物をイオ
ン注入してソース・ドレイン領域あるいはLDD領域を
形成し、その後、全面に反射防止膜を形成してから、パ
ルスレーザを照射してポリシリコンゲート電極およびイ
オン注入した領域をともに活性化するようにする。LD
D領域を形成した場合は、その後同じ導電型の不純物を
イオン注入してソース・ドレイン領域を形成し、別途、
パルスレーザを照射してソース・ドレイン領域を活性化
する。なお、LDD構造に必要なサイドウォールを、前
工程において堆積した反射防止膜を利用し、ゲート電極
の側面に残すことにより形成することができる。
【0011】
【作用】このように、p+ ポリシリコンゲートのアニー
ルとソース・ドレインあるいはLDD領域のアニールと
をパルスレーザ照射により短時間、かつ、高エネルギー
密度で行なっているので、ソース・ドレインあるいはL
DD領域に浅い接合を維持することができるのみなら
ず、短時間のアニールであることから、p+ ポリシリコ
ン中のボロンがゲート酸化膜を拡散する前にアニール工
程を終わらせてボロンの突き抜けを防止することがで
き、かつ、高エネルギー密度でのアニールであることか
ら、シリコンゲート電極の低抵抗化をも可能とすること
ができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明による半導体装置の製造方法
を、nMOSTの製作に適用した例について説明する。
図1は、本発明を実施したnMOSTの製作プロセスを
説明するための図であり、主要な工程を例示している。
まず、従来の半導体装置製造プロセスにより、p型Si
基板1に素子分離領域となるフィールド酸化膜2および
ゲート酸化膜2’を形成する。その後、基板全面にポリ
シリコン膜3を50〜200nmの厚さに堆積し、通常
のBF2 ソースからのBイオン注入(4)によりポリシ
リコン膜3にp型不純物を導入する。(図1a)
【0013】続いて、ゲート電極のパターニングを行な
って、ゲート酸化膜層5ー2およびポリシリコン層5ー
3からなるシリコンゲート電極5を形成する。(図1
b)次に、これもまた従来と同様に、Asイオン注入
(6)を行なって、n+ 拡散層からなるソース・ドレイ
ン領域7、7を形成する。(図1c)そして、SiO2
の反射防止膜8を50nmの厚さに堆積した後、700
〜1000mJ/cm2 のパルスレーザ照射(9)によ
りシリコンゲート電極5およびソース・ドレイン領域
7、7を同時にアニールして活性化する。(図1d)な
お、この場合のレーザ光源としては、例えばエキシマレ
ーザを用いることができ、これは約20ナノ秒でパルス
状発振し、約250nmの波長を有しており、反射防止
膜の膜厚約50nmで反射が極小となる。以下、従来の
方法により、nMOSTを完成させる。
【0014】この実施例におけるパルスレーザ照射によ
るアニールは、照射時間が20〜100ナノ秒と極めて
短く、かつ、パワー密度が107 W/cm2 と高いた
め、ゲートおよびソース・ドレインを1msec以内で
低抵抗にアニールすることができる。このような短時間
では、ポリシリコン中のボロンはゲート酸化膜中を拡散
して基板まで到達することはできず、ボロンの突き抜け
現象は生じない。これにより、ボロンの突き抜け防止と
ゲート等の低抵抗化とをともに実現することができる。
【0015】このように膜厚が50〜200nmのゲー
トポリシリコンに対してもパルスレーザアニールを適用
することとした点は、本出願人において得た次のような
知見に基づいている。すなわち、ゲートは、ゲート電極
と基板との間に酸化膜が存在するという構造的な特徴を
有しており、一方、パルスレーザは、シリコン膜表面の
10〜20nmの深さまでに吸収されて熱に変わり、し
かも、シリコンの熱伝導率が大きいためにその熱がすば
やく下地へ伝導するという特性を示す。しかし、基板と
ゲート間の酸化膜の熱伝導率はシリコンに比較して1/
50以下と小さく、レーザ照射による熱はゲート中のポ
リシリコン層に一時的に蓄積される。このように1ms
ec以内の短時間では、ゲートポリシリコン中のボロン
はゲート酸化膜中を拡散して基板まで到達することはで
きず、蓄積された熱により効果的に活性化されることと
なるのである。
【0016】本発明による半導体装置の製造方法は、L
DD構造を採用したnMOSTの製作に対しても適用す
ることができる。図2は、本発明を実施したLDD構造
を採用したnMOSTの製作プロセスを説明する図であ
り、主要な工程を例示している。まず、図1の場合と同
様に、従来の半導体装置製造プロセスにより、p型Si
基板11に素子分離領域となるフィールド酸化膜12お
よびゲート酸化膜12’を形成する。その後、基板全面
にポリシリコン膜13を50〜200nmの厚さに堆積
し、通常のBF2 ソースからのBイオン注入(14)に
よりポリシリコン膜13にp型不純物を導入する。(図
2a)
【0017】続いて、ゲート電極のパターニングを行な
って、ゲート酸化膜層15ー2およびポリシリコン層1
5ー3からなるシリコンゲート電極15を形成する。し
かる後、ゲート電極15上のレジストをマスクとして、
Asイオン注入(16)を行なって、n- 拡散層からな
るLDD領域17、17を形成する。(図2b) そして、SiO2 の反射防止膜18を50nmの厚さに
堆積した後、700〜1000mJ/cm2 のパルスレ
ーザ照射(19)によりシリコンゲート電極15および
LDD領域17、17を同時にアニールして活性化す
る。(図2c)
【0018】次に、従来のCVDによるSiO2 酸化膜
堆積工程とRIE(ラディカルイオンエッチング)等の
異方性エッチング工程によりサイドウォール20、20
を形成する。なお、この場合、サイドウォール20、2
0を、前工程における反射防止膜18を利用して、同じ
くRIE等の異方性エッチングによりそのゲート電極側
面部分を残すように処理して形成することもできる。そ
の後、パターニングによりゲート電極15上をレジスト
でマスクし、Asイオン注入(21)を行ない、n-
LDD領域22、22を残して、n+ 拡散層からなるソ
ース・ドレイン領域23、23形成する。(図2d)
【0019】そして、SiO2 の反射防止膜24を50
nmの厚さに堆積した後、700〜1000mJ/cm
2 のパルスレーザ照射(25)により別途ソース・ドレ
イン領域23、23をアニールして活性化する。(図2
e) 以下、従来の方法により、LDD構造を採用したnMO
STを完成させる。この実施例においても、LDD領域
を浅い接合を維持しつつ活性化するとともに、ボロンの
突き抜けを防止しつつゲートの低抵抗化を効果的に実現
することができる。
【0020】以上、本発明をnMOSTの製作に適用し
た実施例により説明したが、本発明は、nMOSTにお
ける動作しきい値電圧の安定化に特に有効ではあるが、
pMOSTの製作のためにも適用しうることはいうまで
もない。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導
体装置の製造方法によれば、MOS型半導体装置の安定
な動作しきい値を確保することができ、特にnMOST
におけるゲート中のボロンの突き抜けによるしきい値の
バラツキを防止することができる。その結果、MOST
の微細化に伴うショートチャネル効果を抑制することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施したnMOSTの製作プロセスを
説明するための図である。
【図2】本発明を実施したLDD構造を採用したnMO
STの製作プロセスを説明する図である。
【符号の説明】
1、11 p型Si基板 2、12 フィールド酸化膜 3、13 ポリシリコン膜 4、14 BイオンあるいはBF2 イオン注入 5、15 ゲート電極 6、16、21 Asイオン注入 7、23 ソース・ドレイン領域 8、18、24 反射防止膜 9、19、25 パルスレーザ照射 17、22 LDD領域 20 サイドウォール
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年7月24日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図2
【補正方法】変更
【補正内容】
【図2】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 8617−4M H01L 21/265 L 7377−4M 29/78 301 H 7377−4M 301 G

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 素子分離領域を形成した半導体基板上
    に、酸化膜とポリシリコン層を形成し、ポリシリコン層
    にp型不純物をイオン注入した後パターニングしてポリ
    シリコンゲート電極を形成した後に所定の導電型の不純
    物をイオン注入する工程と反射防止膜を形成する工程と
    パルスレーザを照射して、ポリシリコンゲート電極およ
    びイオン注入した領域を活性化する工程とを含むことを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 ポリシリコン層に注入されるp型不純物
    としてボロンを用い、かつ、所定の導電型の不純物とし
    てn型の不純物を用いることを特徴とする請求項1に記
    載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 素子分離領域を形成した半導体基板上
    に、酸化膜とポリシリコン層を形成し、ポリシリコン層
    にp型不純物をイオン注入した後パターニングしてポリ
    シリコンゲート電極を形成した後に所定の導電型の第一
    の不純物をイオン注入する工程と第一の反射防止膜を形
    成する工程とパルスレーザを照射して、ポリシリコンゲ
    ート電極および第一の不純物をイオン注入した領域を活
    性化する工程とポリシリコンゲート電極の側面にサイド
    ウォールを形成する工程と所定の導電型の第二の不純物
    をイオン注入する工程と第二の反射防止膜を形成する工
    程とパルスレーザを照射して、第二の不純物をイオン注
    入した領域を活性化する工程とを含むことを特徴とする
    半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 ポリシリコン層に注入されるp型不純物
    としてボロンを用い、かつ、所定の導電型の第一および
    第二の不純物としてn型の不純物を用いることを特徴と
    する請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 ポリシリコンゲート電極の側面にサイド
    ウォールを形成する工程において、第一の反射防止膜を
    ポリシリコンゲート電極の側面に残すことによりサイド
    ウォールを形成すること特徴とする請求項3あるいは請
    求項4に記載の半導体装置の製造方法。
JP12973292A 1992-04-24 1992-04-24 半導体装置の製造方法 Pending JPH05299434A (ja)

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