JPH0855813A - 不純物の拡散方法 - Google Patents
不純物の拡散方法Info
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- JPH0855813A JPH0855813A JP18917494A JP18917494A JPH0855813A JP H0855813 A JPH0855813 A JP H0855813A JP 18917494 A JP18917494 A JP 18917494A JP 18917494 A JP18917494 A JP 18917494A JP H0855813 A JPH0855813 A JP H0855813A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 不純物の拡散方法に関し、非酸化性雰囲気に
おいて長時間の熱処理を要することなく、イオン注入さ
れた不純物を深く拡散する。 【構成】 半導体基板に不純物をイオン注入したのち、
主要加熱源以外に注入した不純物の固有格子振動の吸収
波長に相当する赤外光を照射しながらアニールする。
おいて長時間の熱処理を要することなく、イオン注入さ
れた不純物を深く拡散する。 【構成】 半導体基板に不純物をイオン注入したのち、
主要加熱源以外に注入した不純物の固有格子振動の吸収
波長に相当する赤外光を照射しながらアニールする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は不純物の拡散方法に関す
るものであり、特に、シリコン半導体基板に注入したボ
ロン（Ｂ）やリン（Ｐ）等の不純物の拡散を増速する方
法に関するものである。
るものであり、特に、シリコン半導体基板に注入したボ
ロン（Ｂ）やリン（Ｐ）等の不純物の拡散を増速する方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体基板に対する不純物の導入
方法としては、熱拡散法とイオン注入法とがあり、イオ
ン注入法の方が導入する不純物の量（ドーズ量）の制御
性及び導入する深さの制御性に優れているが、イオン注
入後に熱処理をして注入したイオンを活性化すると共
に、所定の拡がりを有する不純物領域を形成するための
ドライブイン拡散を行う必要がある。
方法としては、熱拡散法とイオン注入法とがあり、イオ
ン注入法の方が導入する不純物の量（ドーズ量）の制御
性及び導入する深さの制御性に優れているが、イオン注
入後に熱処理をして注入したイオンを活性化すると共
に、所定の拡がりを有する不純物領域を形成するための
ドライブイン拡散を行う必要がある。
【０００３】そして、このようなイオン注入後の熱処理
は、既に形成している各種領域に影響を及ぼさないため
比較的短時間で行った方が望ましいものの、このような
短時間の熱処理では注入したイオンの拡散が十分でな
く、例えばＣＭＯＳ半導体装置のウエル領域を形成する
場合に、所望の深さを有する領域を形成することが困難
であった。
は、既に形成している各種領域に影響を及ぼさないため
比較的短時間で行った方が望ましいものの、このような
短時間の熱処理では注入したイオンの拡散が十分でな
く、例えばＣＭＯＳ半導体装置のウエル領域を形成する
場合に、所望の深さを有する領域を形成することが困難
であった。
【０００４】また、従来、長時間の処理を要する熱アニ
ールの欠点を改善するためにレーザ光を用いたレーザア
ニール、電子ビームを用いたＥＢアニール、或いは、ハ
ロゲンランプを用いた赤外線ランプアニール等が行われ
ている。図３はこのような各種アニール方法の処理条件
を比較したものであり、図３からも明らかなように、レ
ーザ光等のエネルギー密度の高いエネルギー源を用いた
場合には短時間の熱処理ですむことになる。
ールの欠点を改善するためにレーザ光を用いたレーザア
ニール、電子ビームを用いたＥＢアニール、或いは、ハ
ロゲンランプを用いた赤外線ランプアニール等が行われ
ている。図３はこのような各種アニール方法の処理条件
を比較したものであり、図３からも明らかなように、レ
ーザ光等のエネルギー密度の高いエネルギー源を用いた
場合には短時間の熱処理ですむことになる。
【０００５】さらに、不純物の拡散を増速させる方法と
しては、酸化雰囲気中での熱処理も知られているが、例
えば、ウエル領域のアニール工程に用いた場合には、ウ
エル領域の表面に厚い酸化膜が形成されることになる。
しては、酸化雰囲気中での熱処理も知られているが、例
えば、ウエル領域のアニール工程に用いた場合には、ウ
エル領域の表面に厚い酸化膜が形成されることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】エネルギー密度の高い
エネルギー源を用いたアニールの場合には、半導体基板
の表面のみが加熱されることになるので、ウエル領域等
の比較的深い領域を形成する場合の熱処理には不向きな
ものであり、また、酸化性雰囲気中での熱処理の場合に
は、熱処理に伴って形成される厚い酸化膜は、他に特別
の目的が無い限り不所望なものであるので、一般的には
採用できない工程である。
エネルギー源を用いたアニールの場合には、半導体基板
の表面のみが加熱されることになるので、ウエル領域等
の比較的深い領域を形成する場合の熱処理には不向きな
ものであり、また、酸化性雰囲気中での熱処理の場合に
は、熱処理に伴って形成される厚い酸化膜は、他に特別
の目的が無い限り不所望なものであるので、一般的には
採用できない工程である。
【０００７】したがって、本発明は、非酸化性雰囲気に
おいて長時間の熱処理を要することなく、イオン注入さ
れた不純物を深く拡散することを目的とする。
おいて長時間の熱処理を要することなく、イオン注入さ
れた不純物を深く拡散することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基体に
不純物をイオン注入したのちの熱処理工程において、注
入した不純物の固有格子振動の吸収波長に相当する波長
の光を照射しながらアニールすることを特徴とするもの
である。
不純物をイオン注入したのちの熱処理工程において、注
入した不純物の固有格子振動の吸収波長に相当する波長
の光を照射しながらアニールすることを特徴とするもの
である。
【０００９】また、本発明は、熱処理工程における主要
加熱源として、ハロゲンランプ或いはアークランプを用
いたランプアニールを用いることを特徴とする。
加熱源として、ハロゲンランプ或いはアークランプを用
いたランプアニールを用いることを特徴とする。
【００１０】
【作用】熱処理炉を用いた熱アニール或いはランプアニ
ールにより熱処理を行う際に、これらの主要加熱源とは
別個に、注入した不純物の固有格子振動の吸収波長に相
当する波長の光を照射することにより、不純物の格子振
動が誘起され、不純物拡散における拡散の活性化エネル
ギーが低下するので、即ち、低いエネルギーでも不純物
の移動がスムーズになるので、拡散が増速する。
ールにより熱処理を行う際に、これらの主要加熱源とは
別個に、注入した不純物の固有格子振動の吸収波長に相
当する波長の光を照射することにより、不純物の格子振
動が誘起され、不純物拡散における拡散の活性化エネル
ギーが低下するので、即ち、低いエネルギーでも不純物
の移動がスムーズになるので、拡散が増速する。
【００１１】また、主要加熱源として、ハロゲンランプ
或いはアークランプを用いたランプアニールを用いるこ
とにより、熱処理装置が小型化すると共に、熱処理時間
も短縮される。
或いはアークランプを用いたランプアニールを用いるこ
とにより、熱処理装置が小型化すると共に、熱処理時間
も短縮される。
【００１２】
【実施例】先ず、ボロンを用いた実施例について説明す
ると、ボロンをドープした固有抵抗１０Ω・ｃｍのＣＺ
（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）結晶からなるｐ型シリコン
半導体ウェハにボロンを加速エネルギー１８０ＫｅＶで
８×１０12ｃｍ-2のドーズ量をイオン注入したのち、常
圧の窒素雰囲気にした熱処理炉において、ボロンの固有
格子振動の吸収波長に相当する波数３２０ｃｍ-1（約３
１．３μｍ）近傍の赤外光を照射しながら１１５０℃の
温度で３００分間熱処理する。
ると、ボロンをドープした固有抵抗１０Ω・ｃｍのＣＺ
（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）結晶からなるｐ型シリコン
半導体ウェハにボロンを加速エネルギー１８０ＫｅＶで
８×１０12ｃｍ-2のドーズ量をイオン注入したのち、常
圧の窒素雰囲気にした熱処理炉において、ボロンの固有
格子振動の吸収波長に相当する波数３２０ｃｍ-1（約３
１．３μｍ）近傍の赤外光を照射しながら１１５０℃の
温度で３００分間熱処理する。
【００１３】図１（ａ）は、熱処理後の結果を示すもの
で、実線が本発明の熱処理を行った時のキャリア濃度プ
ロファイルであり、破線が従来のボロンの固有格子振動
の吸収波長に相当する赤外光の照射を伴わない熱処理を
行った時のキャリア濃度プロファイルである。なお、こ
のボロン（Ｂ）の固有格子振動とは、単結晶シリコン基
板において、格子点にあるＳｉの一部を置換したＢの固
有の格子振動をいうものであり、他の不純物についても
同様である。
で、実線が本発明の熱処理を行った時のキャリア濃度プ
ロファイルであり、破線が従来のボロンの固有格子振動
の吸収波長に相当する赤外光の照射を伴わない熱処理を
行った時のキャリア濃度プロファイルである。なお、こ
のボロン（Ｂ）の固有格子振動とは、単結晶シリコン基
板において、格子点にあるＳｉの一部を置換したＢの固
有の格子振動をいうものであり、他の不純物についても
同様である。
【００１４】図１（ａ）において、実線で示す本発明に
おいては、深さ約４μｍまで約１０ 16ｃｍ-3程度の濃度
で略平坦に分布し、また、約５μｍの深さまで不純物が
拡散していることを示しているが、破線で示す従来例に
おいては、約１μｍの深さから４μｍの深さにかけて勾
配をもって分布しており、本発明の方が同じ熱処理時間
及び熱処理温度で深い拡散が起きている。即ち、拡散が
増速されている。なお、図における約１０15ｃｍ-3の平
坦な線は、基体自体のボロン濃度に起因するキャリア濃
度、即ち、バックグラウンドのキャリア濃度を表すもの
である。
おいては、深さ約４μｍまで約１０ 16ｃｍ-3程度の濃度
で略平坦に分布し、また、約５μｍの深さまで不純物が
拡散していることを示しているが、破線で示す従来例に
おいては、約１μｍの深さから４μｍの深さにかけて勾
配をもって分布しており、本発明の方が同じ熱処理時間
及び熱処理温度で深い拡散が起きている。即ち、拡散が
増速されている。なお、図における約１０15ｃｍ-3の平
坦な線は、基体自体のボロン濃度に起因するキャリア濃
度、即ち、バックグラウンドのキャリア濃度を表すもの
である。
【００１５】また、上記の熱処理において、波数３２０
ｃｍ-1（約３１．３μｍ）近傍の赤外光は、グローバー
（ｇｌｏｂａｒ）ランプの光をフィルタを用いて取り出
したものであり、その照射強度は１０００ｍＷ／ｃｍ2
以上であり、連続的に半導体基板を照射するものであ
る。
ｃｍ-1（約３１．３μｍ）近傍の赤外光は、グローバー
（ｇｌｏｂａｒ）ランプの光をフィルタを用いて取り出
したものであり、その照射強度は１０００ｍＷ／ｃｍ2
以上であり、連続的に半導体基板を照射するものであ
る。
【００１６】ここで、グローバー（ｇｌｏｂａｒ）ラン
プを簡単に説明しておくと、グローバーランプとは、Ｓ
ｉＣの焼結体からなる棒状のランプであり、通常２００
〜３００Ｗの消費電力で１１００〜１５００Ｋの温度が
得られ、波長としても約１００μｍまでの遠赤外光が得
られるものであり、必要とする波長の光はフィルタを介
して取り出すものである。
プを簡単に説明しておくと、グローバーランプとは、Ｓ
ｉＣの焼結体からなる棒状のランプであり、通常２００
〜３００Ｗの消費電力で１１００〜１５００Ｋの温度が
得られ、波長としても約１００μｍまでの遠赤外光が得
られるものであり、必要とする波長の光はフィルタを介
して取り出すものである。
【００１７】次いで、りんを用いた実施例について説明
すると、同じくボロンをドープした固有抵抗１０Ω・ｃ
ｍのＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）結晶からなるｐ型
シリコン半導体ウェハにリンを加速エネルギー１８０Ｋ
ｅＶで２×１０13ｃｍ-2のドーズ量をイオン注入したの
ち、常圧の窒素雰囲気にした熱処理炉において、リンの
固有格子振動の吸収波長に相当する波数３１６ｃｍ
-1（約３１．６μｍ）近傍の赤外光を照射しながら１１
５０℃の温度で３００分間熱処理する。
すると、同じくボロンをドープした固有抵抗１０Ω・ｃ
ｍのＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）結晶からなるｐ型
シリコン半導体ウェハにリンを加速エネルギー１８０Ｋ
ｅＶで２×１０13ｃｍ-2のドーズ量をイオン注入したの
ち、常圧の窒素雰囲気にした熱処理炉において、リンの
固有格子振動の吸収波長に相当する波数３１６ｃｍ
-1（約３１．６μｍ）近傍の赤外光を照射しながら１１
５０℃の温度で３００分間熱処理する。
【００１８】図１（ｂ）は、熱処理後の結果を示すもの
で、実線が本発明の熱処理を行った時のキャリア濃度プ
ロファイルであり、破線が従来のリンの固有格子振動の
吸収波長に相当する赤外光の照射を伴わない熱処理を行
った時のキャリア濃度プロファイルである。
で、実線が本発明の熱処理を行った時のキャリア濃度プ
ロファイルであり、破線が従来のリンの固有格子振動の
吸収波長に相当する赤外光の照射を伴わない熱処理を行
った時のキャリア濃度プロファイルである。
【００１９】図１（ｂ）における約１０15ｃｍ-3の平坦
な線は、基体自体のｐ型キャリア濃度、即ち、バックグ
ラウンドのキャリア濃度を表すものであり、中間領域に
おけるキャリア濃度の急激な低下は、基板のボロンに起
因するｐ型キャリアと拡散してリンに起因するｎ型キャ
リアとが相殺してキャリア濃度が低下すること、即ち、
この深さまでリンが拡散していることを示している。し
たがって、実線で示す本発明においては、破線で示す従
来例に比べて約１μｍ程度深く拡散していることが分か
り、リンの場合においてもリンの固有格子振動の吸収波
長に相当する赤外光を照射することにより拡散が増速さ
れている。
な線は、基体自体のｐ型キャリア濃度、即ち、バックグ
ラウンドのキャリア濃度を表すものであり、中間領域に
おけるキャリア濃度の急激な低下は、基板のボロンに起
因するｐ型キャリアと拡散してリンに起因するｎ型キャ
リアとが相殺してキャリア濃度が低下すること、即ち、
この深さまでリンが拡散していることを示している。し
たがって、実線で示す本発明においては、破線で示す従
来例に比べて約１μｍ程度深く拡散していることが分か
り、リンの場合においてもリンの固有格子振動の吸収波
長に相当する赤外光を照射することにより拡散が増速さ
れている。
【００２０】また、上記各実施例においては、主要加熱
源は熱処理炉におけるヒータによる加熱であるものの、
ハロゲンランプを用いたランプアニールでも良いし、ア
ークランプを用いたランプアニールでも良く、どちらの
ランプを用いた場合にも、その照射強度は、１０〜１０
０Ｗ／ｃｍ2 である。
源は熱処理炉におけるヒータによる加熱であるものの、
ハロゲンランプを用いたランプアニールでも良いし、ア
ークランプを用いたランプアニールでも良く、どちらの
ランプを用いた場合にも、その照射強度は、１０〜１０
０Ｗ／ｃｍ2 である。
【００２１】この様な、ランプアニールを用いた場合に
は、通常の熱アニールに比べて、処理時間が短くてす
み、且つ、熱処理装置も小型になる利点がある。
は、通常の熱アニールに比べて、処理時間が短くてす
み、且つ、熱処理装置も小型になる利点がある。
【００２２】次に、図２を用いて本発明の不純物の拡散
方法をＣＭＯＳ半導体装置の製造に用いた場合の製造工
程を説明する。
方法をＣＭＯＳ半導体装置の製造に用いた場合の製造工
程を説明する。
【００２３】図２（ａ）参照 固有抵抗が１〜５Ω・ｃｍのｎ型シリコン半導体基板１
を１１００℃程度の高温の酸化性雰囲気中で熱処理し
て、シリコン半導体基板１上に３５００Å程度のシリコ
ン酸化膜２を形成し、フォトレジストパターン３をマス
クとしてパターニングすることによりウエル形成用開口
部４を設ける。
を１１００℃程度の高温の酸化性雰囲気中で熱処理し
て、シリコン半導体基板１上に３５００Å程度のシリコ
ン酸化膜２を形成し、フォトレジストパターン３をマス
クとしてパターニングすることによりウエル形成用開口
部４を設ける。
【００２４】図２（ｂ）参照 次いで、フォトレジストパターン３をマスクにしてボロ
ンを加速エネルギー１８０ＫｅＶで８×１０12ｃｍ-2の
ドーズ量をイオン注入して深さ０．５μｍ程度のイオン
注入領域５を形成する。
ンを加速エネルギー１８０ＫｅＶで８×１０12ｃｍ-2の
ドーズ量をイオン注入して深さ０．５μｍ程度のイオン
注入領域５を形成する。
【００２５】図２（ｃ）参照 次いで、常圧の窒素雰囲気にした熱処理炉において、フ
ィルタを用いてグローバーランプから取り出した波数３
２０ｃｍ-1に相当する約３１．３μｍ近傍の赤外光を照
射しながら１１５０℃の温度で３００分間熱処理するこ
とにより、ｐ型ウエル領域６を形成する。
ィルタを用いてグローバーランプから取り出した波数３
２０ｃｍ-1に相当する約３１．３μｍ近傍の赤外光を照
射しながら１１５０℃の温度で３００分間熱処理するこ
とにより、ｐ型ウエル領域６を形成する。
【００２６】図２（ｄ）参照 その後の工程は、通常のＣＭＯＳ半導体装置の製造工程
と同様であり、ｎ型シリコン半導体基板１側にｐチャネ
ルＭＯＳＦＥＴ８を形成し、ｐ型ウエル領域６側にｎチ
ャネルＭＯＳＦＥＴ７を形成してＣＭＯＳ半導体装置を
完成する。
と同様であり、ｎ型シリコン半導体基板１側にｐチャネ
ルＭＯＳＦＥＴ８を形成し、ｐ型ウエル領域６側にｎチ
ャネルＭＯＳＦＥＴ７を形成してＣＭＯＳ半導体装置を
完成する。
【００２７】上記のＣＭＯＳ半導体装置の製造工程にお
いては、熱処理を熱処理炉を用いて行っているものの、
熱処理炉に代えてハロゲンランプ、或いは、アークラン
プを用いたランプアニールによって熱処理を行っても良
いものである。
いては、熱処理を熱処理炉を用いて行っているものの、
熱処理炉に代えてハロゲンランプ、或いは、アークラン
プを用いたランプアニールによって熱処理を行っても良
いものである。
【００２８】また、ＣＭＯＳ半導体装置の製造工程にお
いては、ｐ型ウエル領域６のみをイオン注入で形成して
いるが、ｎ型領域をウエルとしたＣＭＯＳ半導体装置、
或いは、ダブルウエル型のＣＭＯＳ半導体装置のウエル
領域の形成においても本発明の不純物の拡散方法を用い
ても良いものである。
いては、ｐ型ウエル領域６のみをイオン注入で形成して
いるが、ｎ型領域をウエルとしたＣＭＯＳ半導体装置、
或いは、ダブルウエル型のＣＭＯＳ半導体装置のウエル
領域の形成においても本発明の不純物の拡散方法を用い
ても良いものである。
【００２９】上記実施例においては、シリコン半導体基
板に対するボロン及びリンの拡散についてのみ説明して
いるが、砒素やアンチモン等の他の不純物に対しても当
然適用されるものであり、また、ＧａＡｓ等のシリコン
以外の半導体装置にも適用されるものである。
板に対するボロン及びリンの拡散についてのみ説明して
いるが、砒素やアンチモン等の他の不純物に対しても当
然適用されるものであり、また、ＧａＡｓ等のシリコン
以外の半導体装置にも適用されるものである。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、不純物の固有格子振動
の吸収波長に相当する波長の赤外光を照射することによ
って、イオン注入後の熱処理時間の短縮、及び、深い拡
散領域の形成が可能になる。
の吸収波長に相当する波長の赤外光を照射することによ
って、イオン注入後の熱処理時間の短縮、及び、深い拡
散領域の形成が可能になる。
【図１】本発明を実施した場合の結果と従来の結果とを
比較した図である。
比較した図である。
【図２】本発明の不純物の拡散方法をＣＭＯＳ半導体装
置の製造に用いた場合の製造工程を説明する図である。
置の製造に用いた場合の製造工程を説明する図である。
【図３】各種のアニール方法の処理条件を示す図であ
る。
る。
１ シリコン半導体基板 ２ シリコン酸化膜 ３ フォトレジストパターン ４ ウエル形成用開口部 ５ イオン注入領域 ６ ウエル領域 ７ ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ ８ ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体基板に不純物をイオン注入したの
ち、前記不純物の固有格子振動の吸収波長に相当する波
長の光を照射しながらアニールすることを特徴とする不
純物の拡散方法。 - 【請求項２】 上記アニールを熱処理炉で行うことを特
徴とする請求項１記載の不純物の拡散方法。 - 【請求項３】 上記アニールがハロゲンランプ或いはア
ークランプを用いたランプアニールであることを特徴と
する請求項１記載の不純物の拡散方法。 - 【請求項４】 上記不純物の固有格子振動の吸収波長に
相当する波長の光の光源としてグローバーランプを用い
たことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記
載の不純物の拡散方法。 - 【請求項５】 上記不純物がボロン又はリンであること
を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の不
純物の拡散方法。 - 【請求項６】 上記のイオン注入工程が、ウエル領域の
形成工程であることを特徴とする請求項１記載の不純物
の拡散方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18917494A JPH0855813A (ja) | 1994-08-11 | 1994-08-11 | 不純物の拡散方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18917494A JPH0855813A (ja) | 1994-08-11 | 1994-08-11 | 不純物の拡散方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0855813A true JPH0855813A (ja) | 1996-02-27 |
Family
ID=16236729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18917494A Withdrawn JPH0855813A (ja) | 1994-08-11 | 1994-08-11 | 不純物の拡散方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0855813A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6297113B1 (en) | 1998-04-03 | 2001-10-02 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing a semiconductor device, and a semiconductor device manufactured thereby |
| JP2002141298A (ja) * | 2000-11-02 | 2002-05-17 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
1994
- 1994-08-11 JP JP18917494A patent/JPH0855813A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6297113B1 (en) | 1998-04-03 | 2001-10-02 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing a semiconductor device, and a semiconductor device manufactured thereby |
| JP2002141298A (ja) * | 2000-11-02 | 2002-05-17 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
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