JPH06208965A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH06208965A
JPH06208965A JP5001589A JP158993A JPH06208965A JP H06208965 A JPH06208965 A JP H06208965A JP 5001589 A JP5001589 A JP 5001589A JP 158993 A JP158993 A JP 158993A JP H06208965 A JPH06208965 A JP H06208965A
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JP
Japan
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semiconductor device
oxide film
manufacturing
dopant
atoms
Prior art date
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Application number
JP5001589A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hidekazu Murakami
英一 村上
Shinichiro Kimura
紳一郎 木村
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPH06208965A publication Critical patent/JPH06208965A/en
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Abstract

PURPOSE:To reduce the number of doping processes by forming a pattern on a natural oxidation film to be used as a mask and, through selective adsorption of dopant atoms, forming a dopant atom layer pattern. CONSTITUTION:After an Sb atom 14 is adsorbed to an Si substrate 10, surface oxidation is performed in the oxygen atmosphere of 1Pa, so that a surface oxidation film 15 is formed. At that time, the Sb atoms boundary-segregate on the Si side of an oxidation film/Si boundary. Then, a part of the surface oxidation is irradiated with excimer laser light 12 for heating, sublimation, and eventual its removal. At this time, the Sb atoms also thermally desorb for its removal. Then HBO2 molecule 13 is selectively adsorbed on the Si surface, and lastly drive-in diffusion is performed in nitrogen so as to remove anoxidation film by etching, thus a well layer for CMOS is formed. With this, the number of doping processes can be reduced by more than a half.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係り、特に不純物ドーピング方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method, and more particularly to an impurity doping method.

【0002】[0002]

【従来の技術】SiLSIにおいては、微細化による高
集積化・高速化が進行する中で、同時に低電圧・低消費
電力化が求められている。高集積化には構造の簡単な金
属−酸化膜−半導体型電界効果型半導体装置(Meta
l−Oxide−Semiconductor Fie
ld Effect Transistor :MOS
FET)が適しており、低消費電力化には、nチャネル
FETとpチャネルFETとを同一基板上に混載した相
補型MOSFETが好適である。相補型MOSFETに
おいて、しきい値電圧の制御、及び、ソース・ドレイン
領域形成は、n,p独立にチャネルイオン打ち込みを行
うことによってなされている。さらに、微細MOSFE
Tにおいては、ソース・ドレイン間を基板を通って電流
が流れるパンチスルーなどの短チャネル効果が問題であ
り、チャネル直下に基板と同じ導電型のドーパントを高
濃度にイオン打ち込みし、パンチスルーストッパ層を設
ける方法がとられている。ところで、ゲート長0.1μ
m以下の素子においてはパンチスルーストッパ層の深さ
を浅くしていく必要があるが、イオン打ち込み法ではイ
オンのエネルギーを下げても不純物分布の拡がりを10
nm以下に抑えることができない。従って、表面の不純
物濃度が高くなり、しきい値電圧が高くなってしまうと
いう問題が生じる。将来的に、1.5Vレベルの低電圧
動作を実現するためには、しきい値電圧を±0.3V以
下に設定する必要があり、イオン打ち込みによる方法で
は、しきい値電圧の制御性が十分でないと言う問題点が
指摘されている。そこで、分子線エピタキシーなどの低
温エピタキシャル成長法を用い、高濃度ドーピング層を
形成し、その上に低濃度チャネル層を成長する技術がア
プライド・フィジックス・レターズ、第54巻(198
9)1869頁(Applied PhysicsLe
tters,54,(1989)p.1869)におい
て提案されている。また、ソース・ドレインのpn接合
の深さもイオン打ち込み法では、浅接合化に限界がある
ため、B26などのガス中でエキシマレーザをSi表面
に照射し、ドーピングを行う方法がジャーナル・オブ・
アプライド・フィジックス、第67巻(1990)72
04頁(Journal of Applied Ph
ysics,67,(1990)p.7204)におい
て報告されている。
2. Description of the Related Art In Si LSIs, while higher integration and higher speed due to miniaturization are progressing, lower voltage and lower power consumption are required at the same time. For high integration, a metal-oxide film-semiconductor type field effect semiconductor device (Meta) having a simple structure is used.
l-Oxide-Semiconductor Fie
ld Effect Transistor: MOS
FET) is suitable, and for low power consumption, a complementary MOSFET in which an n-channel FET and a p-channel FET are mixedly mounted on the same substrate is suitable. In the complementary MOSFET, the control of the threshold voltage and the formation of the source / drain regions are performed by implanting channel ions independently of n and p. In addition, fine MOSFE
In T, a short channel effect such as punch-through in which a current flows between the source and drain through the substrate is a problem, and a dopant of the same conductivity type as that of the substrate is ion-implanted under the channel at a high concentration to form a punch-through stopper layer. Has been adopted. By the way, the gate length is 0.1μ
For elements having a thickness of m or less, it is necessary to reduce the depth of the punch-through stopper layer, but with the ion implantation method, even if the energy of ions is lowered, the spread of the impurity distribution is reduced to 10%.
It cannot be suppressed to below nm. Therefore, there arises a problem that the impurity concentration on the surface becomes high and the threshold voltage becomes high. In order to realize a low voltage operation of 1.5V level in the future, it is necessary to set the threshold voltage to ± 0.3V or less, and the ion implantation method has a lower threshold voltage controllability. It has been pointed out that the problem is not enough. Therefore, a technique for forming a high-concentration doping layer and growing a low-concentration channel layer on the high-concentration doping layer using a low-temperature epitaxial growth method such as molecular beam epitaxy is applied Physics Letters, Vol. 54 (198).
9) 1869 (Applied Physics Le)
tters, 54, (1989) p. 1869). In addition, the depth of the pn junction of the source / drain has a limit to the shallow junction in the ion implantation method. Therefore, a method of irradiating an Si surface with an excimer laser in a gas such as B 2 H 6 and performing doping is a journal method. of·
Applied Physics, Vol. 67 (1990) 72
Page 04 (Journal of Applied Ph
ysics, 67, (1990) p. 7204).

【0003】また、ULSIは微細化と共に工程数が増
加する傾向にあり、今後も集積化を進めるには工程削減
に有効なプロセス技術が求められるようになってきた。
この観点から見ても、従来のイオン打込み法は、選択的
ドーピングができないため、レジストマスクを用いる必
要があり、工程数が多くなるという問題点がある。しか
も、全ホト工程の約半数がイオン打込みのために用いら
れている。
In ULSI, the number of steps tends to increase with miniaturization, and in the future, in order to proceed with integration, a process technology effective in reducing steps has been required.
From this point of view, the conventional ion implantation method has a problem in that it is necessary to use a resist mask because the selective doping cannot be performed, and the number of steps is increased. Moreover, about half of all photo processes are used for ion implantation.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】以上の観点から見る
と、イオン打込みに代わるべき上記の方法には、多くの
課題がある。すなわち、上記の第一の方法には、ウエハ
面内で選択的にドーピングが行えないという問題点があ
り、相補型FETなどへの応用が難しいという問題点が
あった。また、上記の第二の方法では、ドーピングされ
る原子の量がガス流量、基板温度、レーザパワーなどに
複雑に依存し、ドーピング量が原子層レベルで制御でき
ないため、デバイス応用上の用途が限定されると言う問
題点があった。 そこで、本発明の目的は、原子層レベ
ルで制御されたドーパントを面内においても選択的に形
成する、即ちパターニングする方法を提供することにあ
る。
From the above point of view, there are many problems with the above method which should replace the ion implantation. That is, the above-mentioned first method has a problem that doping cannot be selectively performed within the wafer surface, and there is a problem that it is difficult to apply it to a complementary FET or the like. Further, in the above second method, the amount of doped atoms is complicatedly dependent on the gas flow rate, substrate temperature, laser power, etc., and the doping amount cannot be controlled at the atomic layer level. There was a problem that it would be done. Therefore, an object of the present invention is to provide a method for selectively forming, ie, patterning, a dopant controlled at the atomic layer level even in a plane.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決する方
法を図1を用いて説明する。まず、Si10表面に、1
nm程度の膜厚の自然酸化膜11をSi表面上に形成
し、これをエキシマレーザ12などの照射により局所加
熱し、昇華させパターン上に加工する。次に、HBO2
分子13,Sb原子14などのドーパント原子(分子)
を原子層レベルで制御して吸着させる。この時、我々
は、自然酸化膜の昇華温度であるSi基板温度800℃
以下の低温で、Si表面上には吸着が起こるが、自然酸
化膜上には吸着されないという現象を新たに見出した。
A method for solving the above problem will be described with reference to FIG. First, 1 on the Si10 surface
A native oxide film 11 having a film thickness of about nm is formed on the Si surface, and this is locally heated by irradiation of an excimer laser 12 or the like, sublimated, and processed into a pattern. Next, HBO 2
Dopant atom (molecule) such as molecule 13 and Sb atom 14
Is controlled and adsorbed at the atomic layer level. At this time, we consider the Si substrate temperature of 800 ° C, which is the sublimation temperature of the natural oxide film.
It has been newly found that the adsorption occurs on the Si surface but not on the natural oxide film at the following low temperature.

【0006】図2、3は、半分が自然酸化膜で覆われた
Si基板に、HBO2(及び、Sb)をKセル温度90
0℃(430℃)、基板温度600℃で1時間(10
分)吸着させた試料のオージェ電子分光(AES)スペ
クトルである。ここで、横軸は、オージェ電子のエネル
ギーであり、軸を共通にして表示した。Bスペクトル2
1は、179eVにピークを持つKLL遷移、Sbスペ
クトル31は、454eVにピークを持つMNN遷移、
Siスペクトル22は1619eVにピークを持つKL
L遷移に注目した。B,Sb濃度の指標として、B,S
bスペクトルのpeak to peak 値をSi値で規格化した
値(B/Si,Sb/Si)を用いた。この条件は、B
で約0.5ML(原子層)(Sbで約1ML)に対応し
ている。Si上においては、B及びSbのピークが明瞭
に認められるのに対し、自然酸化膜上ではほとんど認め
られない。すなわち、HBO2及びSbはSi表面上に
選択的に吸着することが判った。ガスソースのB26
825℃においてSiO2上にほとんど吸着しない(1
%以下)ことは既に報告されているが、濃度制御性の高
い固体ソースであるHBO2及びSbに対して、初めて
見出された。ここで、基板温度が800℃以下という比
較的低温であることが、大きな意味がある。すなわち、
この後、800℃以上の熱処理を行えば、マスクの役割
をしていた自然酸化膜を加熱昇華させてしまうことがで
きるからである。必要とされる選択比は、デバイス応用
によって異なるが、基板温度を700℃まで高めれば、
選択比100以上が得られることがわかった(図4)。
ここで、基板温度が800℃以下という比較的低温であ
ることが、大きな意味がある。すなわち、この後、80
0℃以上の熱処理を行えば、マスクの役割をしていた自
然酸化膜を加熱昇華させてしまうことができるからであ
る。実際に、図2には、800℃、10分のUHV中ア
ニール後のAESスペクトルも示した。アニール後でO
のピークはほとんど消えているが、Bのピークはほとん
ど変化していない。この様子をアニール時間を変えて調
べた結果を、図5(a)にまとめた。800℃、90分
までのアニールでBの強度は緩やかに減少しているが、
これは、BがSi中に内方拡散していることを2次イオ
ン質量分析法により確認している。一方、同図(b)は
Sbの場合であり、アニール温度は750℃である。S
b強度は指数関数的に減少しており、熱脱離を起こして
いることを明瞭に示している。すなわち、以上の実験結
果から、自然酸化膜はドーパント原子(分子)のマスク
となる。Bの場合は、その後の真空中加熱により、ドラ
イブイン拡散と自然酸化膜マスクの昇華除去を行うこと
ができる(図1(a))。一方、Sbの場合は、表面酸
化膜15を形成し、SiO2/Si界面のSi側への界
面偏析をおこさせた後、表面酸化膜をエッチング除去す
ればよい。
In FIGS. 2 and 3, HBO 2 (and Sb) is added to a Si substrate half of which is covered with a natural oxide film, at a K cell temperature of 90.
0 ° C (430 ° C), substrate temperature 600 ° C for 1 hour (10
Min) is an Auger electron spectroscopy (AES) spectrum of the adsorbed sample. Here, the horizontal axis is the energy of Auger electrons, and the axes are shown in common. B spectrum 2
1 is a KLL transition having a peak at 179 eV, Sb spectrum 31 is a MNN transition having a peak at 454 eV,
Si spectrum 22 has a KL peak at 1619 eV
Focused on the L transition. As an index of B, Sb concentration, B, S
Values (B / Si, Sb / Si) obtained by normalizing the peak-to-peak value of the b spectrum by the Si value were used. This condition is B
Corresponds to about 0.5 ML (atomic layer) (about 1 ML for Sb). The peaks of B and Sb are clearly observed on Si, but hardly observed on the natural oxide film. That is, it was found that HBO 2 and Sb were selectively adsorbed on the Si surface. B 2 H 6 as a gas source hardly adsorbs on SiO 2 at 825 ° C. (1
However, it was found for the first time with respect to HBO 2 and Sb, which are solid sources having high concentration controllability. Here, it is significant that the substrate temperature is a relatively low temperature of 800 ° C. or lower. That is,
After that, if the heat treatment is performed at 800 ° C. or higher, the natural oxide film that has been functioning as a mask can be heated and sublimated. The required selectivity depends on the device application, but if the substrate temperature is raised to 700 ° C,
It was found that a selectivity of 100 or more was obtained (Fig. 4).
Here, it is significant that the substrate temperature is a relatively low temperature of 800 ° C. or lower. That is, after this, 80
This is because if the heat treatment is performed at 0 ° C. or higher, the natural oxide film that has served as a mask can be heated and sublimated. In fact, FIG. 2 also shows the AES spectrum after annealing in UHV at 800 ° C. for 10 minutes. O after annealing
The peak of B has almost disappeared, but the peak of B has hardly changed. The results of examining this state by changing the annealing time are summarized in FIG. Although the strength of B gradually decreased by annealing at 800 ° C for 90 minutes,
This confirms that B is inwardly diffused in Si by secondary ion mass spectrometry. On the other hand, FIG. 9B shows the case of Sb, and the annealing temperature is 750 ° C. S
The b intensity decreases exponentially, clearly indicating that thermal desorption has occurred. That is, from the above experimental results, the natural oxide film serves as a mask for dopant atoms (molecules). In the case of B, the drive-in diffusion and the sublimation removal of the natural oxide film mask can be performed by the subsequent heating in vacuum (FIG. 1A). On the other hand, in the case of Sb, the surface oxide film 15 is formed, the interface segregation of the SiO 2 / Si interface to the Si side is caused, and then the surface oxide film may be removed by etching.

【0007】ここで、自然酸化膜パターン形成方法は、
上記に限らない。エッチングガス中での電子線、イオン
ビーム照射による酸化膜エッチングを用いてもよい。ま
た、酸素ガス中でレーザ照射して局所酸化する方法、水
素終端Si表面の一部に電子線照射し、水素を除去した
後、酸素中で水素の無い部分にだけ自然酸化膜を成長さ
せる方法等も可能である。
The natural oxide film pattern forming method is as follows.
Not limited to the above. Oxide film etching by electron beam or ion beam irradiation in an etching gas may be used. Further, a method of irradiating a laser in oxygen gas for local oxidation, a method of irradiating a part of the hydrogen-terminated Si surface with an electron beam to remove hydrogen, and then growing a natural oxide film only in a part without hydrogen in oxygen. Etc. are also possible.

【0008】また、ドーパント材料としては、HBO2
と同様に、B23、B26も可能である。また、Sbと
同様に、P、PH3、As、AsH3、SbH3なども可
能である。
Further, as the dopant material, HBO 2
Similarly, B 2 O 3 and B 2 H 6 are also possible. Further, like Sb, P, PH 3 , As, AsH 3 , SbH 3 and the like are also possible.

【0009】[0009]

【作用】この結果、同一半導体基板内に、導電型が異な
る領域を形成することが可能となり、しかも、その不純
物分布は、従来のイオン打ち込み法と異なり、非常に急
俊なものである。
As a result, it becomes possible to form regions having different conductivity types in the same semiconductor substrate, and the impurity distribution thereof is very rapid unlike the conventional ion implantation method.

【0010】[0010]

【実施例】【Example】

実施例1 まず、本発明を用いてSi相補型MOSFET(CMO
S)用ウエル層を作製した例その1について、図6を用
いて説明する。
Example 1 First, according to the present invention, Si complementary MOSFET (CMO
An example 1 of producing the S) well layer will be described with reference to FIG.

【0011】Si基板10にSb原子14を、1×10
13/cm2吸着させた後(a)、1Paの酸素雰囲気中
で表面酸化し、厚さ3nmの表面酸化膜15を形成した
(b)この時、Sb原子は、酸化膜/Si界面のSi側
に、界面偏析する。次に、エキシマレーザ光12を照射
し、表面酸化膜15の一部を加熱して、昇華させ除去し
た(c)。この時、Sb原子も一緒に、熱脱離して除去
できる。続いて、Si表面上HBO2分子13をに1×
1013/cm2選択吸着させた(d)。最後に、窒素中
でドライブイン拡散を行い(e)、酸化膜をエッチング
除去して(f)、CMOS用のウエル層61,62を形
成した。
1 × 10 Sb atoms 14 are added to the Si substrate 10.
After adsorbing 13 / cm 2 (a), surface oxidation was performed in an oxygen atmosphere of 1 Pa to form a surface oxide film 15 having a thickness of 3 nm (b). At this time, Sb atoms were Si at the oxide film / Si interface. The interface segregates to the side. Next, the excimer laser beam 12 was irradiated to heat a part of the surface oxide film 15 to sublimate and remove it (c). At this time, Sb atoms can also be removed by thermal desorption together. Then, the HBO 2 molecule 13 on the Si surface is
10 13 / cm 2 was selectively adsorbed (d). Finally, drive-in diffusion was performed in nitrogen (e), the oxide film was removed by etching (f), and CMOS well layers 61 and 62 were formed.

【0012】本発明においては、n型不純物層とp型不
純物層が自己整合的に形成されているため、マスク合わ
せずれがなく、パターンを形成するためのホト工程(エ
キシマレーザ照射)も1回でよい。また、レジストを用
いないため、多くの洗浄工程が必要なくなり、オールド
ライでクリーンなプロセスである。以上の結果、従来1
6工程あったウエル形成工程数を、前洗浄工程も含めて
7工程に削減できた。
In the present invention, since the n-type impurity layer and the p-type impurity layer are formed in a self-aligned manner, there is no mask misalignment, and a photo step (excimer laser irradiation) for forming a pattern is also performed once. Good. Further, since no resist is used, many washing steps are not required, and the process is all dry and clean. As a result of the above, conventional 1
The number of well forming steps, which was 6 steps, can be reduced to 7 steps including the pre-cleaning step.

【0013】実施例2 次に、本発明を用いてSi相補型MOSFET(CMO
S)用ウエル層を作製した例その2について、図7を用
いて説明する。
Embodiment 2 Next, according to the present invention, Si complementary MOSFET (CMO
The second example of the production of the S) well layer will be described with reference to FIG.

【0014】まず、Si基板10にSb原子14を、1
×1013/cm2吸着させた(a)。続いて、1Paの
酸素中でエキシマレーザ光12を照射し、Si表面を局
所酸化し、厚さ3nmの表面酸化膜15を形成した。こ
の時、Sb原子は酸化膜/Si界面のSi側に界面偏析
する(b)。続いて、酸化されなかったSi表面上にH
BO2分子13をに1×1013/cm2選択吸着させた
(d)。最後に、窒素中でドライブイン拡散を行い
(e)、酸化膜をエッチング除去して(f)、CMOS
用のウエル層61,62を形成した。
First, 1 Sb atom 14 is added to the Si substrate 10.
Adsorption was performed at × 10 13 / cm 2 (a). Subsequently, the Si surface was locally oxidized by irradiating the excimer laser beam 12 in oxygen of 1 Pa to form a surface oxide film 15 having a thickness of 3 nm. At this time, Sb atoms segregate on the Si side of the oxide film / Si interface (b). Then, H on the unoxidized Si surface
BO 2 molecule 13 was selectively adsorbed on 1 × 10 13 / cm 2 (d). Finally, drive-in diffusion is performed in nitrogen (e), the oxide film is removed by etching (f), and the CMOS
Well layers 61 and 62 for use were formed.

【0015】本発明においては、n型不純物層とp型不
純物層が自己整合的に形成されているため、マスク合わ
せずれがなく、パターンを形成するためのホト工程(エ
キシマレーザ照射)も1回でよい。また、レジストを用
いないため、多くの洗浄工程が必要なくなり、オールド
ライでクリーンなプロセスである。以上の結果、従来1
6工程あったウエル形成工程数を、前洗浄工程も含めて
7工程に削減できた。
In the present invention, since the n-type impurity layer and the p-type impurity layer are formed in a self-aligned manner, there is no mask misalignment, and a photo step (excimer laser irradiation) for forming a pattern is also performed once. Good. Further, since no resist is used, many washing steps are not required, and the process is all dry and clean. As a result of the above, conventional 1
The number of well forming steps, which was 6 steps, can be reduced to 7 steps including the pre-cleaning step.

【0016】実施例3 次に、本発明を用いてSiCMOSのパンチスルースト
ッパを形成した例について、図8を用いて説明する。
Embodiment 3 Next, an example in which a punch-through stopper of SiCMOS is formed by using the present invention will be described with reference to FIG.

【0017】nチャネルFET用ウエル層61,及び、
pチャネルFET用ウエル層62を有するSi基板10
を(a),酸素ラジカルビームを用いて、極表面酸化
し、厚さ2.5nm以下の表面酸化膜11を形成した
(c)。次に、エキシマレーザ光12をnチャネルFE
T用ウエル層61に照射し、上記表面酸化膜を加熱昇華
除去した(c)。続いて、HBO2分子13(1×10
13/cm2)を選択吸着させた後(d)、Si基板全体
を真空中で800℃以上に加熱した。この工程で、HB
2分子13は完全に分解し、H,Oが脱離して、B原
子15のみが、Si中に拡散する。また、pチャネルF
ET用ウエル層62上に、残っていた表面酸化膜11も
昇華して除去される。(e)また、ここで、真空中加熱
の代わりに、水素雰囲気中で加熱すると、表面酸化膜1
1に僅かに吸着していたB原子を除去することができ
る。次に、Si単結晶層83成長によりnチャネルFE
T用パンチスルーストッパ層81を形成した(f)。続
いて、Sb原子14(1×1013/cm2)吸着、パタ
ーニング、Si単結晶層84成長により、pチャネルF
ET用パンチスルーストッパ層82を形成した(g,
h,i)。
Well layer 61 for n-channel FET, and
Si substrate 10 having p-channel FET well layer 62
(A), and extremely surface oxidation was performed using an oxygen radical beam to form a surface oxide film 11 having a thickness of 2.5 nm or less (c). Next, the excimer laser light 12 is passed through the n-channel FE.
The T well layer 61 was irradiated and the surface oxide film was removed by heating and sublimation (c). Then, HBO 2 molecule 13 (1 × 10
After selectively adsorbing 13 / cm 2 ) (d), the entire Si substrate was heated to 800 ° C. or higher in vacuum. In this process, HB
The O 2 molecule 13 is completely decomposed, H and O are desorbed, and only the B atom 15 diffuses into Si. Also, p channel F
The surface oxide film 11 remaining on the ET well layer 62 is also sublimated and removed. (E) Further, here, when heating in a hydrogen atmosphere instead of heating in vacuum, the surface oxide film 1
The B atom slightly adsorbed on 1 can be removed. Next, the n-channel FE is grown by growing the Si single crystal layer 83.
A punch through stopper layer 81 for T was formed (f). Subsequently, by adsorbing Sb atoms 14 (1 × 10 13 / cm 2 ), patterning, and growth of the Si single crystal layer 84, p channel F
A punch through stopper layer 82 for ET was formed (g,
h, i).

【0018】この構造を用いてMOSFETを形成する
場合、Si単結晶層83,84の膜厚によって、しきい
値電圧も決定されるため、しきい値電圧制御用のドーピ
ングが不要であるという利点がある。この結果、工程数
は、従来の20工程から8工程に削減された。また、δ
関数的なドーピングプロファイルの実現によって、ゲー
ト長0.1μmのMOSFETがパンチスルーなしで、
高速に動作することがわかった。
When a MOSFET is formed using this structure, the threshold voltage is determined by the film thickness of the Si single crystal layers 83 and 84, so that the doping for controlling the threshold voltage is unnecessary. There is. As a result, the number of steps has been reduced from the conventional 20 steps to 8 steps. Also, δ
By realizing a functional doping profile, a MOSFET with a gate length of 0.1 μm can be used without punch through.
It turns out to work fast.

【0019】実施例4 最後に、本発明を用いてSiCMOSの浅接合ソース、
ドレインを形成した例について,図9を用いて説明す
る。
Example 4 Finally, a shallow junction source of SiCMOS using the present invention,
An example of forming the drain will be described with reference to FIG.

【0020】実施例1(あるいは,2)及び、3に述べ
た方法によってSi基板10にウエル層61,62、パ
ンチスルーストッパ層81,82を形成した後、素子分
離用酸化領域91、ゲート酸化膜92,ポリサイドゲー
ト電極93を形成した。次に、Si基板を化学洗浄した
後、Sb原子14を、1×1015/cm2吸着させた後
(a)、酸素ラジカルビームを用いて酸化し、厚さ2.
5nm以下の表面酸化膜11を形成した(b)この時、
Sb原子は、酸化膜/Si界面のSi側に、界面偏析す
る。次に、エキシマレーザ12を照射し、表面酸化膜1
5の一部を加熱して、昇華させ除去した(c)。この
時、Sb原子も一緒に、熱脱離して除去できる。続い
て、Si表面上HBO2分子13を1×1015/cm2
択吸着させた(d)。最後に、窒素中でドライブイン拡
散を行い、nチャネルFET用ソース、ドレイン領域9
4、pチャネルFET用ソース、ドレイン領域95を形
成した(e)。
After forming the well layers 61 and 62 and the punch-through stopper layers 81 and 82 on the Si substrate 10 by the method described in Embodiment 1 (or 2) and 3, the element isolation oxidation region 91 and the gate oxidation are formed. A film 92 and a polycide gate electrode 93 were formed. Next, after chemically cleaning the Si substrate, Sb atoms 14 are adsorbed at 1 × 10 15 / cm 2 (a) and then oxidized with an oxygen radical beam to a thickness of 2.
A surface oxide film 11 having a thickness of 5 nm or less was formed (b) At this time,
Sb atoms segregate on the Si side of the oxide film / Si interface. Then, the excimer laser 12 is irradiated to the surface oxide film 1
Part of 5 was heated to sublimate and removed (c). At this time, Sb atoms can also be removed by thermal desorption together. Subsequently, HBO 2 molecules 13 were selectively adsorbed on the Si surface at 1 × 10 15 / cm 2 (d). Finally, drive-in diffusion is performed in nitrogen to form a source / drain region 9 for the n-channel FET.
4. Source / drain regions 95 for p-channel FET were formed (e).

【0021】本発明により、工程数は、従来の11工程
から5工程に削減された。また、接合深さ0.05μm
以下の、ソース、ドレインpn接合が形成でき、図5に
示した構造のゲート長0.1μm以下の相補型FETの
高速動作が実現できた。
According to the present invention, the number of steps is reduced from 11 steps in the prior art to 5 steps. Also, the junction depth is 0.05 μm
The following source and drain pn junctions could be formed, and high-speed operation of the complementary FET having the structure shown in FIG. 5 and having a gate length of 0.1 μm or less could be realized.

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明によれば、ドーピングの工程数を
半数以下に削減できる。また、原子層レベルで制御され
たドーピング層を形成でき、ゲート長0.1μm以下の
相補型FETの高速動作が可能となる。
According to the present invention, the number of doping steps can be reduced to less than half. Further, a doping layer controlled at the atomic layer level can be formed, and high speed operation of a complementary FET having a gate length of 0.1 μm or less becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の原理図である。FIG. 1 is a principle diagram of the present invention.

【図2】本発明の手段を説明するための実験結果であ
る。
FIG. 2 is an experimental result for explaining the means of the present invention.

【図3】本発明の手段を説明するための実験結果であ
る。
FIG. 3 is an experimental result for explaining the means of the present invention.

【図4】本発明の手段を説明するための実験結果であ
る。
FIG. 4 is an experimental result for explaining the means of the present invention.

【図5】本発明の手段を説明するための実験結果であ
る。
FIG. 5 is an experimental result for explaining the means of the present invention.

【図6】本発明の一実施例であるウエル形成工程を示す
断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a well forming step according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施例であるウエル形成工程を示す
断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a well forming step according to an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の一実施例であるパンチスルーストッパ
形成工程を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a punch-through stopper forming step which is an embodiment of the present invention.

【図9】本発明の一実施例であるソースドレイン形成工
程示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a source / drain formation step which is an embodiment of the present invention.

【符号の説明】 10−−半導体基板、11−−表面酸化膜、12−−エ
キシマレーザ光、13−−HBO2分子、14−−Sb
原子、15−−B原子、16−−表面酸化膜、21−−
Bスペクトル、22−−Siスペクトル、23−−Oス
ペクトル、31−−Sbスペクトル、61−−nチャネ
ルFET用ウエル層、62−−pチャネルFET用ウエ
ル層、81−−nチャネルFET用パンチスルーストッ
パ層、82−−pチャネルFET用パンチスルーストッ
パ層、83−−Si単結晶層、84−−Si単結晶層、
91−−素子分離用酸化領域、92−−ゲート酸化膜、
93−−ポリサイドゲート電極、94−−nチャネルF
ET用ソース、ドレイン、95−−pチャネルFET用
ソース、ドレイン。
[Explanation of Codes] 10 --- Semiconductor Substrate, 11 --- Surface Oxide Film, 12--Excimer Laser Light, 13--HBO 2 Molecule, 14--Sb
Atoms, 15-B atoms, 16- Surface oxide film, 21-
B spectrum, 22-Si spectrum, 23-O spectrum, 31-Sb spectrum, well layer for 61-n channel FET, well layer for 62-p channel FET, punch through for 81-n channel FET Stopper layer, punch through stopper layer for 82-p channel FET, 83-Si single crystal layer, 84-Si single crystal layer,
91 --- oxidation region for device isolation, 92 --- gate oxide film,
93 --- polycide gate electrode, 94 --- n channel F
Source and drain for ET, source and drain for 95-p channel FET.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】パターン状に形成された厚さ2.5nm以
下のSi酸化膜を有するSi表面上に、第1導電型の半
導体基体と同じ導電型か、もしくは異なる導電型の半導
体領域を形成するための不純物原子もしくは分子(以下
ドーパントと略す。)を選択的に吸着させる工程を有す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A semiconductor region having the same conductivity type as or different from that of a first conductivity type semiconductor substrate is formed on a Si surface having a pattern-formed Si oxide film having a thickness of 2.5 nm or less. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a step of selectively adsorbing impurity atoms or molecules (hereinafter abbreviated as a dopant) for achieving the above.
【請求項2】請求項1記載の半導体装置の製造方法にお
いて、吸着ドーパントをパターン状に形成することによ
り、第1導電型の半導体基体内に、導電型の異なる半導
体領域を形成することを特徴とする相補型電界効果トラ
ンジスタの製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the adsorbing dopant is formed in a pattern to form semiconductor regions having different conductivity types in the semiconductor substrate of the first conductivity type. And a method for manufacturing a complementary field effect transistor.
【請求項3】請求項1記載の半導体装置の製造方法にお
いて、レーザービームあるいは紫外光、X線、電子線な
どのエネルギーを局所的に照射し、上記Si酸化膜のパ
ターニングを行なうことを特徴とする半導体装置の製造
方法。
3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein energy of a laser beam, ultraviolet light, X-ray, electron beam or the like is locally irradiated to pattern the Si oxide film. Of manufacturing a semiconductor device.
【請求項4】請求項1記載の半導体装置の製造方法にお
いて、p型ドーパントとしてHBO2、B23、B26
などを用い、吸着後、真空中で上記Si酸化膜を真空中
で加熱し、昇華除去することを特徴とする半導体装置の
製造方法。
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein HBO 2 , B 2 O 3 and B 2 H 6 are used as p-type dopants.
And the like, and after adsorption, the above Si oxide film is heated in vacuum to be removed by sublimation.
【請求項5】請求項1記載の半導体装置の製造方法にお
いて、n型ドーパントとしてSb,P,PH3などを用
い、吸着後、酸化雰囲気中で処理し、ドーパントをSi
中に拡散させることを特徴とする半導体装置の製造方
法。
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein Sb, P, PH 3 or the like is used as an n-type dopant, and after adsorbing, the dopant is treated in an oxidizing atmosphere to obtain Si as a dopant.
A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that the semiconductor device is diffused therein.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6426300B2 (en) 1999-12-30 2002-07-30 Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. Method for fabricating semiconductor device by using etching polymer
KR100370784B1 (en) * 1999-12-30 2003-02-05 주식회사 하이닉스반도체 Method for manufacturing semiconductor device
WO2013126175A1 (en) * 2012-02-21 2013-08-29 Applied Materials, Inc. Atomic layer deposition lithography

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