JPH0567579A - 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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JPH0567579A
JPH0567579A JP22571291A JP22571291A JPH0567579A JP H0567579 A JPH0567579 A JP H0567579A JP 22571291 A JP22571291 A JP 22571291A JP 22571291 A JP22571291 A JP 22571291A JP H0567579 A JPH0567579 A JP H0567579A
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JP
Japan
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impurities
impurity
region
heat treatment
fluorine
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JP22571291A
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English (en)
Inventor
Yoshiyuki Shibata
義行 柴田
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はシリコン基板中に形成した不純物層
に熱処理を施す場合、従来の熱処理条件で不純物の拡散
を抑制し、微細な半導体装置を製造することを目的とす
る。 【構成】 シリコン基板12にMOSトランジスタ11
の構成要素であるゲート酸化膜13、このゲート酸化膜
13に形成された多結晶シリコンゲート電極15、さら
に素子分離用の絶縁膜14を形成する。その後、このシ
リコン基板12へ第1の不純物として、ボロンイオン1
6をイオン注入により導入し第1の不純物層17を形成
する。続いて、この不純物層17に隣接する位置にボロ
ンイオンと結合エネルギーの強い第2の不純物19の第
1の不純物層18をイオン注入により形成し、熱処理と
して900度、30分のアニールを施す。この熱処理中
に拡散するボロンイオン16を第2の不純物19の逆方
向への拡散により抑制する。このように従来の熱処理条
件で不純物の拡散を抑制し、微細化を図ることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、微細なデバイスを形成
する半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、デバイスの微細化に伴い、イオン
注入後の熱処理による不純物のプロファイルの垂直方向
および水平方向の広がりを抑制することが必要となって
いる。
【0003】その方法として、イオン注入の加速エネル
ギーを低くし、熱処理前の深さをあらかじめ浅くする方
法(例えば、IEEE TRANS. ELEC. DEV.アイイーイーイー トランサ゛ク
ションエレクトリック テ゛ヘ゛ロッフ゜メント VOL.38,NO.3,1991 P476))、
又、イオン注入後の熱処理を短時間で行い、不純物の拡
散を抑える方法(例えば、APPL. PHYS. LETT.アフ゜ライス゛ト゛
ヒ゜シ゛ックス レター VOL.50, NO.7, 1987 P417)がある。
【0004】上記した従来の半導体装置の製造方法の
内、不純物導入のためのイオン注入の加速エネルギーを
低くする方法について説明する。注入装置で加速エネル
ギーを低くする方法もあるが、ビーム電流値が大きくと
れない、均一性が悪くなるなどのため、十分に加速エネ
ルギーを低くすることは難しい。そこで、必要なイオン
を分子イオンとして、注入する方法がある。不純物とし
て、朋素(B)を選択した場合、注入するイオンをB+
とし、これを例えば49KeVで注入すると飛程は約1
60nmとなる。これに対して、BF2を49KeVで
注入した場合、BF2分子は基板表面に衝突後すぐに解
離し、B+イオンとなり、又、そのエネルギーは49K
eV×11(朋素原子の質量数)/(11+19(弗素
原子の質量数)×2)=49KeV×11/49=11
KeVとなるため、B+イオンの飛程は約30nmに抑
えられる。これにより、不純物のプロファイルを浅くで
きる。
【0005】又、熱処理時間を短くして、不純物の広が
りを抑制する方法がある。以下図面を参照しながら、上
記した従来の半導体装置の製造方法の一例について説明
する。図2は従来の熱処理方法を用いた半導体装置の製
造方法を示す工程断面図である。図2(a)は従来のM
OSトランジスタの工程断面図を示す。図2(a)にお
いて、2はシリコン基板、3はゲート酸化膜、4は素子
間分離用の絶縁膜、5は多結晶シリコンゲート電極であ
る。図2(b)では、シリコン基板2において、イオン
ビーム(Bイオン注入)6により不純物層7を形成す
る。さらに、図2(c)では、基板2に熱処理を施し
て、注入不純物の活性化及び注入ダメージの回復を図
る。この時、熱処理後の不純物プロファイルは、垂直方
向及び水平方向に拡散8を起こし、不純物の所望のプロ
ファイルより広がってしまい、デバイスの微細化の妨げ
となる。その対策として急速に高温まで昇温し、熱処理
を短時間で行ない、急速に冷却することによって不純物
の拡散を抑制するラピッドサーマルアニーリング法が知
られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記に示
す、分子イオン注入では、その後の熱処理中の拡散の影
響を抑制できないこと、横方向への拡散を抑制できない
こと、又、ラピッドサーマルアニーリングでは、枚葉式
で各々のウェハにつきセッティング、昇温、一定温度で
の保持、降温で約5分間を要し、スループットが落ち、
又、コストがかかるので、量産が困難であるという問題
点を有していた。
【0007】本発明は、上記問題点に鑑み、半導体基板
中にイオン注入と熱処理を行なうことにより活性化した
不純物層を形成した場合において、従来の熱処理方法を
用いても熱処理中の不純物の拡散を抑制する半導体装置
の製造方法を提供するものである。
【0008】
【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、上記課題を解決するため、半導体基板中の所
定の深さ及び所定の位置に第1の不純物を含む第1の領
域を選択的なイオン注入により形成する工程と、前記第
1の領域に隣接する第2の不純物を含む第2の領域を選
択的なイオン注入により形成する工程と、前記半導体基
板の熱処理を行う工程とを有することにより不純物の拡
散を抑制することを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明は上述の構成により、第1の領域に隣接
する第2の不純物を含む第2の領域を選択的なイオン注
入により形成するので、半導体基板中にイオン注入と熱
処理を行うことにより活性化した不純物層を形成した場
合において、この熱処理としてラピッドサーマルアニー
リングを用いずとも、熱処理中の不純物の拡散を抑制す
ることが可能となる。
【0010】
【実施例】以下本発明の一実施例の半導体装置の製造方
法について、図面を参照しながら説明する。図1は本発
明の半導体装置の製造方法を示す要部断面図である。
【0011】例えば、シリコン半導体基板12へ第1不
純物として朋素(B)を、ゲート酸化膜13上に形成さ
れたゲート電極15及び素子分離領域をなす絶縁膜14
をマスクとして、イオン注入により所望の濃度導入し
て、第1の領域となる第1不純物層17を形成し、続い
てこの朋素(B)領域17に隣接した位置へ、注入され
た不純物層の垂直方向への分布中、ほぼ中央部に位置す
る不純物のピーク濃度点があるように、朋素と結合エネ
ルギーが高い1種類あるいは複数の種類の第2の不純
物、例えば弗素(F)をイオン注入により導入して第2
の領域となる第2不純物層18を形成する。
【0012】この後、注入により生じたダメージの回復
および不純物の活性化のための熱処理を行うと、第1の
不純物である朋素(B)は、シリコン基板に対して垂直
方向20および水平方向へ拡散するが、同時に隣接した
位置に存在する弗素(F)も朋素(B)の拡散方向20
と逆方向21に拡散する。この時、両者の結合エネルギ
ー186Kcal/モルにより、朋素(B)と弗素
(F)の原子間引力が作用し、相互に拡散を抑制するよ
うに働く。この働きにより第1の不純物(B)領域17
の広がりを制御できる。
【0013】又、この第1の不純物と化合物を形成する
イオンを第2の不純物として選択した場合には、この化
合物がその生成に続く第1の不純物(B)の拡散を制御
することができる。第1の不純物を朋素(B)とした場
合、従来例に示した弗素(F)の他に、窒素(N),酸
素(O),イオウ(S),塩素(Cl),臭素(Br)な
ども第2の不純物として選択してもよい。このように所
望の不純物層に隣接して、結合エネルギーの強い第2の
不純物層を導入することにより、熱処理としてラピッド
サーマルアニーリングを用いずとも、900℃、30分
の熱処理条件で所望の不純物の拡散を制御できる。
【0014】次に図3及び図4は、製造方法を含めた実
施例の断面図を示す。以下、図3及び図4を用いて実施
例1,2の説明を行う。
【0015】(実施例1)図3は、本発明の実施例1に
おける半導体装置の製造方法の工程断面図を示す。以下
図3を用いて本実施例における半導体装置の製造方法を
説明する。
【0016】図3(a)では、シリコン基板12にMO
Sトランジスタ11の構成要素であるゲート酸化膜1
3、このゲート酸化膜13に形成された多結晶シリコン
ゲート電極15、さらに素子分離用の絶縁膜14を形成
する。
【0017】図3(b)では、このシリコン基板12へ
の第1の不純物として朋素(B)イオン16を所望の位
置へイオン注入により導入する。このイオン注入工程に
おいてシリコン基板12内には第1の不純物を含む領域
17が形成される。
【0018】図3(c)では、第1の領域17の形成に
続いて、第1の領域17に対して垂直方向に隣接する位
置に注入マスク25aを用いて、朋素(B)と結合エネ
ルギーの強い第2の不純物弗素(F)19を、そのピー
ク濃度点が位置するようにイオン注入によって第2の領
域18を形成する。
【0019】図3(d)では、注入マスク25aを除去
した後に、第1の領域17を形成したシリコン基板12
に、900℃、30分間の熱処理を施し、イオン注入で
導入されたダメージの回復と不純物の活性化を行う。こ
の熱処理の際、朋素(B)は拡散により水平方向および
垂直方向20に拡散するが、同時に朋素(B)の拡散と
逆方向21に拡散する弗素(F)により、その拡散は抑
制できる。
【0020】図3(e)では、第2の不純物に第1の不
純物である朋素(B)16と容易に結合して化合物を形
成する不純物を第2の不純物19として選択した場合
に、形成された化合物22により朋素(B)の拡散を抑
制できる。
【0021】以上のように本実施例によれば、第1の不
純物の垂直方向への、所望する以上の拡散を抑制するこ
とができる。なお、第1の不純物である朋素(B)の注
入と第2の不純物である弗素(F)の注入の順序を交換
しても、同様の効果が得られる。
【0022】(実施例2)図4は、本発明の実施例2に
おける半導体装置の製造方法の工程断面図を示すもので
ある。以下図4を用いて本実施例における半導体装置の
製造方法を説明する。
【0023】図4(a)では、実施例1の図3(b)と
同様に第1の不純物朋素(B)16を含む第1の領域1
7をイオン注入により形成する。
【0024】図4(b)では、第2の不純物弗素(F)
23を含む第2の領域24を第1の領域17に水平方向
に隣接する位置に注入マスク25bを用いて、イオン注
入により形成する。
【0025】図4(c)では、注入マスク25bを除去
した後、第1の領域17を形成したシリコン基板12
に、900℃、30分間の熱処理を施し、イオン注入で
導入されたダメージの回復と不純物の活性化を行う。こ
の熱処理の際、朋素(B)は拡散により水平方向26お
よび垂直方向に拡散するが、同時にこの朋素(B)の拡
散と逆方向27に拡散する弗素(F)により、その拡散
は抑制できる。
【0026】図4(d)では、第2の不純物に朋素
(B)16と容易に結合して化合物を形成する不純物を
第2の不純物23として選択した場合に形成した化合物
28により第1の不純物の拡散を抑制できる。
【0027】以上のように本実施例によれば、第1の不
純物の水平方向への、所望する以上の拡散を抑制するこ
とができる。なお、第1の不純物である朋素(B)の注
入と第2の不純物である弗素(F)の注入の順序を交換
しても同様の効果が得られる。
【0028】第1の不純物を朋素(B)とした場合、第
2の不純物として、弗素(F)の他に窒素(N)、酸素
(O)、イオウ(S)、塩素(Cl)、臭素(Br)、
水素(H)を選択してもよい。
【0029】又、実施例1及び2について、第2の不純
物として、弗素(F)、窒素(N)、酸素(O)、イオ
ウ(S)、塩素(Cl)、臭素(Br)、水素(H)を
含む複数の不純物を選択してもよい。
【0030】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、第1の不
純物層に隣接する位置に、第1の不純物と強い結合エネ
ルギーを持つ第2の不純物層を導入することにより、従
来のラピッドサーマルアニーリング法を用いなくても、
第1の不純物の拡散を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における半導体装置の製
造方法の要部断面図
【図2】従来の半導体装置の製造方法の工程断面図
【図3】本発明の第1の実施例における半導体装置の製
造方法の工程断面図
【図4】本発明の第2の実施例における半導体装置の製
造方法の工程断面図
【符号の説明】
12 基板 17 第1不純物層 18 第2不純物層 20,21 拡散

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板中の所定の深さ及び所定の位置
    に第1の不純物を含む領域を選択的なイオン注入により
    形成する工程と、前記第1の領域に隣接する前記第1の
    不純物と結合エネルギーの強い第2の不純物を含む領域
    を選択的なイオン注入により形成する工程と、前記半導
    体基板の熱処理を行う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. 【請求項2】請求項1記載の第2の不純物として複数の
    不純物とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP22571291A 1991-09-05 1991-09-05 半導体装置の製造方法 Pending JPH0567579A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07111251A (ja) * 1993-10-12 1995-04-25 Nippondenso Co Ltd 不純物の活性化方法
JPH08181085A (ja) * 1994-12-21 1996-07-12 Nec Corp 半導体装置の製造方法
US6475887B1 (en) 1993-09-16 2002-11-05 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method of manufacturing semiconductor device
US9650297B2 (en) 2012-09-03 2017-05-16 Lg Chem, Ltd. Additive including cross-linked polycarboxylic copolymer and cement composition comprising the same

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