JPH0689869A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

半導体素子の製造方法

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JPH0689869A
JPH0689869A JP1304091A JP1304091A JPH0689869A JP H0689869 A JPH0689869 A JP H0689869A JP 1304091 A JP1304091 A JP 1304091A JP 1304091 A JP1304091 A JP 1304091A JP H0689869 A JPH0689869 A JP H0689869A
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JP
Japan
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ion
junction
amorphous layer
substrate
depth
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Application number
JP1304091A
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English (en)
Inventor
Akira Tanaka
陽 田中
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 浅いPN接合を形成することで良好な電圧−
電流特性の半導体素子を製造することにある。 【構成】 不活性な第一のイオンを注入して半導体表面
に非晶質層を形成したのち、電気的に活性な第二のイオ
ンを注入し熱処理することでPN接合を形成するもので
あって、非晶質層の領域外における第一のイオン濃度が
残留結晶欠陥の形成しきい値濃度以下となるように第一
のイオン注入を行うものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、微細LSIの製造に適
した半導体素子の製造方法に関するものであり、特に、
良好な電圧−電流特性を持つ浅いPN接合を形成するこ
とのできる半導体素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、多くのICメーカによって、IC
の集積度を上げるため微細LSIの研究開発が進められ
ている。ゲート長0.5μm程度以下の微細LSIを実
現するためには、MOSFETのソース、ドレインとし
ての接合は深さ0.1μm程度以下の浅い接合が不可欠
である。従来、この種の技術としては、特開昭63−1
55720号公報に記載されるものがあり、第2図にそ
の製造方法が、また、第3図にこの製造方法による場合
のBの深さ方向の濃度分布が示されている。
【0003】これらの図において、21はN型半導体
(Si)基板、22はフィールド酸化膜、23はゲート
酸化膜、24は低抵抗多結晶シリコンゲート電極、25
は非晶質膜、26はソース・ドレイン用P+ 層、27は
非晶質層形成のためのイオン注入に伴う結晶欠陥、28
は層間絶縁膜、29はAl電極である。この従来技術に
おいては、Bのイオン注入の際のチャネリングを抑える
ために、まず、Si+ イオン等、半導体の電気特性に影
響を与えない不活性イオンを半導体基板21に注入して
半導体基板表面に非晶質層25を形成し(第2図
(b))、その後、電気的に活性なBF2 イオンを注入
することによってBを浅く打ち込むようにしている(第
2図(c),第3図)。
【0004】しかしながら、このままでは、非晶質層形
成のためのイオン注入に伴い、非晶質層と結晶層の界面
近傍に生じる残留結晶欠陥27(第2図(d))のため
にリーク電流が増大し、電圧−電流特性が劣化する問題
がある。このため、Bを浅く打ち込んだ後、熱処理を施
して不純物を拡散させ、P+ N接合を前記非晶質の深さ
よりもさらに深くすることによって欠陥部の影響を小さ
くし、リーク電流を低く抑え、電圧−電流特性の良好な
浅いP+ N接合を形成しようというものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法によると、できるだけ浅いP+ N接合を形成したい
にもかかわらず、残留結晶欠陥部の影響を小さくするた
め、P+ N接合の深さを、前記残留結晶欠陥部の影響が
充分小さくなるところまで、さらに深くしなければなら
ないという問題があった。 本発明は、良好な電圧−電
流特性を持ち、かつ、より浅いP+ N接合の形成を可能
とする半導体素子の製造方法を提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するため、不活性な第一のイオンを注入して半導体表
面に非晶質層を形成した後、電気的に活性な第二のイオ
ンを注入し熱処理することによってPN接合層を形成す
る半導体素子の製造方法において、前記非晶質層の領域
外における前記第一のイオン濃度が残留結晶欠陥の形成
しきい値濃度以下となるように、前記第一のイオン注入
がなされるようにしたものである。
【0007】
【作用】非晶質化のための第一のイオン注入は残留結晶
欠陥の原因となるものであるが、本発明の製造方法にお
いては、形成される非晶質層の領域外における第一のイ
オン濃度が残留結晶欠陥の形成しきい値濃度以下となる
ように行われるため、非晶質層と結晶の界面近傍に残留
結晶欠陥は形成されない。したがって、残留結晶欠陥の
影響を考慮する必要はなく、浅いPN接合を形成するこ
とができる。
【0008】
【実施例】本発明は、半導体の電気特性に影響を与えな
い不活性な第一のイオン、たとえばSiイオンを注入し
て半導体表面に非晶質層を形成した後、電気的に活性な
第二のイオン、たとえばBF2 イオンを注入し熱処理す
ることによって浅いPN接合層を形成する半導体素子の
製造方法において、前記非晶質層の領域外における前記
第一のイオン濃度が残留結晶欠陥の形成しきい値濃度以
下となるように、前記第一のイオン注入を行い、残留結
晶欠陥が形成されないようにして、PN接合をより深く
する必要がないようにしたものである。
【0009】本発明は、発明者が多くの実験と研究を重
ねた結果得られた知見、すなわち、残留結晶欠陥の形成
は、非晶質化のために注入されたイオンの基板中での濃
度がある値以上である場合にのみ生じるという事実に基
いている。そのしきい値は、透過電子顕微鏡写真で観測
した残留結晶欠陥層の位置とシミュレーションで求めた
イオンの濃度分布との比較から得ることができる。Si
イオン注入の場合のしきい値は、2×1019cm-3であ
る。
【0010】第1図(a) 〜(e) は、本発明をMOSLS
I製造に適用した場合の一実施例であって、P−チャネ
ルMOSFETの製造工程を示すものである。この図に
おいて、1は低抵抗多結晶シリコンゲート電極、2はゲ
ート酸化膜、3はフィールド酸化膜、4はN型Si基
板、5は非晶質層、6はソース・ドレイン用P+ 層、7
はAl電極、8は層間絶縁膜である。第1図(a) に示す
ように、通常のMOSLSI製造プロセスによってN型
Si基板4の表面に、フィールド酸化膜3、ゲート酸化
膜2を形成した後、低抵抗多結晶シリコンゲート電極1
を形成する。その後、第1図(b) に示すように、N型S
i基板4の表面を非晶質化するため、基板4を温度82
Kに保持した状態で、Siイオンを、注入エネルギ15
0keV,ドーズ量5×1014cm-2で基板表面にイオ
ン注入する。この第一のイオン注入によって、N型Si
基板4のソース・ドレイン部に、表面から深さ230n
mまで非晶質層5が形成される。
【0011】しかし、このイオン注入では深さ230〜
260nmの領域は非晶質化されず、かつ、この領域に
おけるSiイオン濃度が残留結晶欠陥しきい値濃度2×
1019cm-3を越えているため、このままではこの領域
に残留結晶欠陥が形成されてしまう。そこで、さらに第
二のSiイオン注入を、注入エネルギ300keV,ド
ーズ量4×1014cm-2で行う。すると、この注入によ
って深さ150nm〜420nmの領域が非晶質化さ
れ、結局、第一のSiイオン注入の結果と合わせると、
表面から深さ420nmまでが非晶質化されることにな
る。また、非晶質化されていない領域における注入Si
イオン濃度は、深さ420nmで最大値1×1019cm
-3をとり、前記残留結晶欠陥しきい値以下に抑えられる
ため、残留結晶欠陥は形成されない。
【0012】このように、Si基板4の表面から420
nmまでを非晶質化した後、第1図(c)に示すよう
に、ソース・ドレインとして用いるP+ N接合形成のた
めに、BF2 イオンを15keV,2×1015cm-2
条件でイオン注入する。このとき、Bの注入深さは90
nmとなる。その後、900°C,10秒のランプアニ
ールを行い、前記イオン注入により導入されたBの活性
化を行う。このアニールによってBは拡散され、深さ1
00nmの位置にP+ N接合が形成されるとともに、非
晶質層は、結晶欠陥を残すことなく、良質な結晶に回復
する。
【0013】このようにソース・ドレイン用のP+ N接
合を形成した後、通常のMOSLSI製造プロセスによ
って、層間絶縁膜8、Al電極7が形成され、P−チャ
ネルMOSFETが製造される。従来技術によって結晶
欠陥の影響の少ない良好な電圧−電流特性を持つ浅いP
+ N接合を形成するためには、接合深さを110nmと
する必要があったが、上記の方法によれば、接合深さ1
00nmでも良好な電圧−電流特性を持つP+ N接合を
形成することができる。
【0014】なお、上記実施例においては、非晶質化の
ためのイオン注入用イオン種としてSiについてのみ記
載したが、Ge,Ar等、半導体の電気特性に影響を与
えないものであればよいことは言うまでもない。また、
ソース・ドレイン用の接合としてP+ N接合についての
み記載したが、N+ P接合を用いることも可能である。
接合形成用イオン種としてはBF2 についてのみ記載し
たが、B等、他のイオン種をP+ N接合形成用として用
いることもできる。N+ P接合の場合には、P,AS
を用いればよい。また、熱処理方法としてはランプアニ
ールの他、加熱炉,高周波照射等によるサーマルアニー
ル、レーザビームアニール、電子ビームアニール等を用
いることもできる。
【0015】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、従来問題となっていた非晶質層と結晶の界面付
近に生じる残留結晶欠陥層を形成させないようにするこ
とができ、これによって、接合の深さをより深くするこ
となく、良好な電圧−電流特性を持つ浅い接合の形成が
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体素子の製造方法の一実施例
を示す工程図である。
【図2】従来の半導体素子の製造方法の一例を示す工程
図である。
【図3】この従来例による場合のBの深さ方向の濃度分
布を示す特性図である。
【符号の説明】
1 低抵抗多結晶シリコンゲート電極 2 ゲート酸化膜 3 フィールド酸化膜 4 N型Si基板 5 非晶質層 6 ソース・ドレイン用P+ 層 7 Al電極 8 層間絶縁膜
【手続補正書】
【提出日】平成5年9月8日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図3】
【図2】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不活性な第一のイオンを注入して半導体
    表面に非晶質層を形成した後、電気的に活性な第二のイ
    オンを注入し熱処理することによってPN接合層を形成
    する半導体素子の製造方法において、 前記非晶質層の領域外における前記第一のイオン濃度が
    残留結晶欠陥の形成しきい値濃度以下となるように、前
    記第一のイオン注入がなされることを特徴とする半導体
    素子の製造方法。
  2. 【請求項2】 Siイオンを注入して半導体表面に非晶
    質層を形成した後、電気的に活性な第二のイオンを注入
    し熱処理することによってPN接合層を形成する半導体
    素子の製造方法において、 前記非晶質層の領域外におけるSiイオン濃度が2×1
    19cm-3以下となるように、前記Siのイオン注入が
    なされることを特徴とする半導体素子の製造方法。
JP1304091A 1991-01-10 1991-01-10 半導体素子の製造方法 Pending JPH0689869A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5915196A (en) * 1995-11-10 1999-06-22 Nec Corporation Method of forming shallow diffusion layers in a semiconductor substrate in the vicinity of a gate electrode
US6027990A (en) * 1996-07-08 2000-02-22 Micron Technology, Inc. Using implants to lower anneal temperatures
WO2005096357A1 (ja) * 2004-03-31 2005-10-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 半導体装置の製造方法

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