JPH0922876A - Production of semiconductor device - Google Patents

Production of semiconductor device

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JPH0922876A
JPH0922876A JP16970495A JP16970495A JPH0922876A JP H0922876 A JPH0922876 A JP H0922876A JP 16970495 A JP16970495 A JP 16970495A JP 16970495 A JP16970495 A JP 16970495A JP H0922876 A JPH0922876 A JP H0922876A
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JP
Japan
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film
layer
substrate
gate
impurity
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Application number
JP16970495A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaki Yamada
雅基 山田
Atsushi Murakoshi
篤 村越
Kyoichi Suguro
恭一 須黒
Yoshiaki Kitaura
義昭 北浦
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a shallow impurity layer with a small parasitic resistance by allowing the peak position of concentration distribution of a first element to exist in an element separation film so that the depth of the first impurity layer may be smaller than that of a second element, by forming an element separation film on a semiconductor substrate prior to irradiation. SOLUTION: A field oxide film 12 is formed on the surface of a silicon substrate 11. A gate oxide film 13, first-layer gate electrode 14a, second-layer gate electrode 14b, and gate upper insulation film 15 are successively formed on the substrate 11, and the laminated layer is etched to form a gate part therein. Then, a shallow p-type source/drain layer 16 is formed by means of a silicon oxide film 13a. The film 13a including C1 is removed to form a drain layer 16 and a gate-side wall insulation film 17 is formed through anisotropic etching. Ions are implanted to the surface of the substrate while the gate part and film 17 are used as a mask, so as to form a p-type source/drain layer 18. Thus an impurity layer with a samll parasitic resistance can be formed.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に係り、特に不純物層の形成方法に特徴がある半導
体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device characterized by a method of forming an impurity layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、コンピュ−タ−や通信機器の重要
部分には、多数のトランジスタや抵抗等を電気回路を達
成するようにむすびつけ、1チップ上に集積化して形成
した大規模集積回路(LSI)が多用されている。この
ため、機器全体の性能は、LSI単体の性能と大きく結
び付いている。
2. Description of the Related Art In recent years, a large-scale integrated circuit (IC) formed by integrating a large number of transistors, resistors and the like into an important part of a computer or a communication device so as to achieve an electric circuit has been integrated on one chip. LSI) is frequently used. For this reason, the performance of the entire device is greatly related to the performance of the LSI alone.

【0003】LSI単体の性能向上は、集積度を高める
こと、つまり、素子の微細化により実現できる。しか
し、素子の微細化に関して現在ではプロセス上種々の問
題が発生している。
[0003] The performance of an LSI alone can be improved by increasing the degree of integration, that is, by miniaturizing elements. However, with respect to miniaturization of elements, various process problems are currently occurring.

【0004】例えば、MOSトランジスタを例にとると
以下のような問題がある。微細化に伴いソース・ドレイ
ン層の寄生抵抗は高くなるので、ソース・ドレイン層の
不純物濃度を高くする必要がある。また、微細化に伴い
ショートチャネル効果は顕著になるので、ソース・ドレ
イン層の深さを浅くする必要がある。
For example, taking a MOS transistor as an example, there are the following problems. Since the parasitic resistance of the source / drain layers increases with miniaturization, it is necessary to increase the impurity concentration of the source / drain layers. In addition, since the short channel effect becomes remarkable with miniaturization, it is necessary to make the depth of the source / drain layer shallow.

【0005】ソース・ドレイン層は通常イオン注入法に
より形成されている。しかし、イオン注入法による形成
の場合、注入エネルギーの低加速化には限界があるの
で、より浅いソース・ドレイン層を形成するのは困難で
ある。
The source / drain layers are usually formed by an ion implantation method. However, in the case of forming by the ion implantation method, it is difficult to form a shallower source / drain layer because there is a limit to lowering the implantation energy.

【0006】イオン注入法に代わるドーピング法として
は、例えばプラズマドーピング法やイオンシャワードー
ピング法がある。これらドーピング法によれば、低加速
電圧で不純物源のドーピングを行なえるので、浅いソー
ス・ドレイン層の形成が可能となる。
As an alternative doping method to the ion implantation method, there are, for example, a plasma doping method and an ion shower doping method. According to these doping methods, since the impurity source can be doped with a low acceleration voltage, shallow source / drain layers can be formed.

【0007】しかしながら、この種のドーピング法には
以下のような問題があった。まず、不純物源の質量分離
を行なわないでドーピングするため、不純物層の形成に
寄与しない不純物(異種不純物)までもドーピングされ
てしまう。
However, this type of doping method has the following problems. First, since doping is performed without performing mass separation of the impurity source, impurities (different impurities) that do not contribute to the formation of the impurity layer are also doped.

【0008】例えば、プラズマドーピング法の場合、不
純物源としてはB26 が使用されている。B26
電離効率が高いことから一般に使用されている不純物源
である。しかし、HはBよりも軽い元素であるため、H
はBよりも深い領域にまでドーピングされ、Hにより深
い領域には多数の欠陥が形成されてしまう。また、Hは
その後の熱処理でも不純物層から除去されないので、H
の影響は後々とまで残る。
For example, in the case of the plasma doping method, B 2 H 6 is used as an impurity source. B 2 H 6 is a commonly used impurity source because of its high ionization efficiency. However, since H is an element lighter than B, H
Is doped to a region deeper than B, and H causes many defects to be formed in a deep region. In addition, since H is not removed from the impurity layer by the subsequent heat treatment, H
The effect of will remain until later.

【0009】また、プラズマドーピング法やイオンシャ
ワードーピング法等のドーピング法の場合、半導体基板
をプラズマ雰囲気に晒すため、プラズマやイオンにより
基板表面に損傷が生じる。
Further, in the case of a doping method such as a plasma doping method or an ion shower doping method, since the semiconductor substrate is exposed to a plasma atmosphere, the substrate surface is damaged by the plasma and ions.

【0010】したがって、上記ドーピング方法により、
高濃度にB等の不純物をドーピングして浅いソース・ド
レイン層を形成しても、ソース・ドレイン層中のH等の
異種不純物や基板表面の損傷により、寄生抵抗の低減が
困難であった。
Therefore, by the above doping method,
Even if a shallow source / drain layer is formed by doping impurities such as B at a high concentration, it is difficult to reduce the parasitic resistance due to foreign impurities such as H in the source / drain layers and damage to the substrate surface.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のプ
ラズマドーピング法やイオンシャワードーピング法によ
れば、イオン注入法よりも浅いソース・ドレイン層の形
成が可能であったが、ソース・ドレイン層中の異種不純
物や基板表面の損傷により、寄生抵抗の低減が困難であ
った。
As described above, according to the conventional plasma doping method or ion shower doping method, it is possible to form the source / drain layer shallower than the ion implantation method. It was difficult to reduce the parasitic resistance due to foreign impurities inside and damage to the substrate surface.

【0012】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、不純物層の寄生抵抗の
低減を図ることができる半導体装置の製造方法を提供す
ることにある。さらに、本発明は、寄生抵抗の小さい浅
い不純物層を形成することができる半導体装置の製造方
法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of reducing the parasitic resistance of an impurity layer. A further object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device, which can form a shallow impurity layer having a small parasitic resistance.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る半導体装置の製造方法(請求項1)
は、水素元素よりも高質量の第1の元素と、水素元素よ
りも高質量かつ前記第1の元素よりも軽質量の第2の元
素とのみからなる物質を不純物源として、半導体基板に
質量分離せずに照射して、前記半導体基板の表面部に不
純物層を形成するに際して、前記照射の前に前記半導体
基板上に元素分離膜を形成し、この元素分離膜により、
前記半導体基板の表面部に形成される前記第1の元素の
不純物層の深さが前記第2の元素のそれよりも浅くなる
ように、前記照射された不純物源を第1の元素と第2の
元素とに分離するとともに、前記第1の元素の濃度分布
のピーク位置が前記元素分離膜中になるようにすること
を特徴とする。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention (claim 1).
Is a substance composed of only a first element having a mass higher than that of hydrogen and a second element having a mass higher than that of hydrogen and a mass lower than that of the first element as an impurity source, Irradiation without separation, when forming an impurity layer on the surface portion of the semiconductor substrate, an element separation film is formed on the semiconductor substrate before the irradiation, and by this element separation film,
The irradiated impurity source is changed to the first element and the second element so that the depth of the impurity layer of the first element formed on the surface portion of the semiconductor substrate is shallower than that of the second element. And the peak position of the concentration distribution of the first element is in the element separation film.

【0014】ここで、第1の元素は1個の元素のみを意
味しているのではなく、複数種の元素からなる複数個の
元素をも意味している。同様に、第2の元素は1個の元
素のみを意味しているのではなく、複数種の元素からな
る複数個の元素をも意味している。
Here, the first element does not mean only one element, but also a plurality of elements composed of a plurality of kinds of elements. Similarly, the second element does not mean only one element, but also a plurality of elements composed of a plurality of kinds of elements.

【0015】また、本発明に係る他の半導体装置の製造
方法(請求項2)は、上記半導体装置の製造方法(請求
項1)において、前記半導体基板がシリコン基板、前記
不純物源が前記第1の元素をClまたはBrとし、前記
第2の元素がBとするBCl3 またはBBr3 、前記元
素分離膜がシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜である
ことを特徴とする。
Another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention (claim 2) is the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 wherein the semiconductor substrate is a silicon substrate and the impurity source is the first source. Is ClCl or Br, and the second element is B, BCl 3 or BBr 3 , and the element isolation film is a silicon oxide film or a silicon nitride film.

【0016】また、本発明に係る他の半導体装置の製造
方法(請求項3)は、上記半導体装置の製造方法(請求
項1)において、前記元素分離膜の厚さが1nm以上1
0nm未満であることを特徴とする。
Another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention (claim 3) is the same as the method of manufacturing a semiconductor device (claim 1), wherein the element isolation film has a thickness of 1 nm or more and 1 nm or more.
It is characterized by being less than 0 nm.

【0017】また、本発明に係る他の半導体装置の製造
方法(請求項4)は、上記半導体装置の製造方法(請求
項1)において、前記不純物源の物質をプラズマドーピ
ング法またはイオンシャワードーピング法により加速し
て前記半導体基板に照射することを特徴とする。
Another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention (claim 4) is the same as the method of manufacturing a semiconductor device (claim 1), wherein the substance of the impurity source is a plasma doping method or an ion shower doping method. And accelerates the irradiation to irradiate the semiconductor substrate.

【0018】また、本発明に係る他の半導体装置の製造
方法(請求項5)は、上記半導体装置の製造方法(請求
項4)において、前記不純物源の物質の加速電圧が1.
5KeV以下であることを特徴とする。
Another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention (claim 5) is the same as the method of manufacturing a semiconductor device (claim 4), wherein the acceleration voltage of the impurity source material is 1.
It is characterized by being 5 KeV or less.

【0019】[0019]

【作用】本発明(請求項1〜請求項5)によれば、不純
物源として、水素元素よりも高質量の第1の元素と、水
素元素よりも高質量かつ前記第1の元素よりも軽質量の
第2の元素とのみからなる物質、つまり、水素元素を含
まない物質を照射して不純物層を形成しているので、水
素元素に起因する寄生抵抗の上昇を防止できる。
According to the present invention (Claims 1 to 5), as an impurity source, a first element having a mass higher than that of hydrogen and a mass higher than that of hydrogen and lighter than the first element are used. Since the impurity layer is formed by irradiating the substance consisting of only the second element of the mass, that is, the substance not containing the hydrogen element, it is possible to prevent the parasitic resistance from increasing due to the hydrogen element.

【0020】さらに、本発明(請求項1〜請求項5)に
よれば、第1の元素の不純物層の深さが第2の元素のそ
れよりも浅くなるので、第2の元素を所定の導電型を形
成する不純物元素として用いれば、半導体基板と接合を
形成するのは第2の元素の不純物層である。したがっ
て、半導体基板と所定の導電型を形成しない第1の元素
の不純物層との接合に起因する問題(例えば接合リー
ク)は生じない。
Further, according to the present invention (claims 1 to 5), since the depth of the impurity layer of the first element is shallower than that of the second element, the second element is set to a predetermined amount. When used as an impurity element forming a conductivity type, it is the impurity layer of the second element that forms a junction with the semiconductor substrate. Therefore, a problem (for example, junction leak) due to the junction between the semiconductor substrate and the impurity layer of the first element which does not form a predetermined conductivity type does not occur.

【0021】図3は、半導体基板としてシリコン基板、
元素分離膜としてSiO2 膜、不純物源としてBBr3
を用いた場合の各元素の濃度分布を示す図である。この
図3から、Br(第1の元素)の濃度分布のピーク位置
はSiO2 膜内あり、Brは基板表面部にはほとんど存
在せず、その大部分はSiO2 膜内に存在している。こ
れに対して、B(第2の元素)はSiO2 膜内のみなら
ず、基板表面部にも多量の存在していることが分かる。
さらに、Bはどの深さにおいてBrよりも濃度が高く、
かつBrよりも深い領域にも高濃度で存在していること
も分かる。
FIG. 3 shows a silicon substrate as a semiconductor substrate,
SiO 2 film as an element separation film, BBr 3 as an impurity source
It is a figure which shows the concentration distribution of each element at the time of using. From FIG. 3, the peak position of the Br (first element) concentration distribution is in the SiO 2 film, and Br is almost absent on the substrate surface portion, and most of it is present in the SiO 2 film. . On the other hand, it is understood that a large amount of B (second element) is present not only in the SiO 2 film but also on the substrate surface portion.
Furthermore, B has a higher concentration than Br at any depth,
It is also found that the high concentration exists in the region deeper than Br.

【0022】すなわち、SiO2 膜により、シリコン基
板の表面部に形成されるBrの不純物層の深さがBのそ
れよりも浅くなるように、BBr3 がBrとBとに分離
されるとともに、Brの濃度分布のピーク位置がSiO
2 膜内になっていることが分かる。
That is, BBr 3 is separated into Br and B by the SiO 2 film so that the depth of the impurity layer of Br formed on the surface of the silicon substrate is shallower than that of B, and The peak position of the Br concentration distribution is SiO
It can be seen that it is in two films.

【0023】図4に、本発明の創作のきっかけとなった
実験結果を示す。図4は、表面に酸化膜を形成したシリ
コン基板にBCl3 、BBr3 をプラズマドーピング
(加速電圧1keV,1.5keV)した場合の各元素
の基板面密度と酸化膜厚との関係を示す特性図である。
FIG. 4 shows the experimental results that triggered the creation of the present invention. FIG. 4 is a characteristic showing the relationship between the substrate surface density of each element and the oxide film thickness when BCl 3 and BBr 3 are plasma-doped (accelerating voltage 1 keV, 1.5 keV) on a silicon substrate having an oxide film formed on the surface. It is a figure.

【0024】この図4から、ClおよびBrの基板面密
度は、酸化膜厚の増加とともに減少し、1keVの場合
には5nm、1.5keVの場合には10nmを越える
あたりから急激に低下することが分かる。一方、Bの基
板面密度は酸化膜厚が20nmあたりまで厚くならない
と急激な減少は起こらないことが分かる。すなわち、酸
化膜厚に関係なく、軽い元素の方が基板面密度が高くな
ることが分かった。
From FIG. 4, the substrate areal densities of Cl and Br decrease with an increase in the oxide film thickness, and sharply decrease from 5 nm in the case of 1 keV and 10 nm in the case of 1.5 keV. I understand. On the other hand, it can be seen that the substrate areal density of B does not decrease sharply until the oxide film thickness increases to around 20 nm. That is, it was found that the lighter element has a higher surface areal density regardless of the oxide film thickness.

【0025】また、本発明(請求項3)のように元素分
離膜の厚さを設定すれば、大部分の第1の元素は半導体
基板にまで達しないで元素分離膜にトラップされる。し
たがって、後工程で元素分離膜を除去すれば大部分の第
2の元素を除去できる。さらに、第1の元素による半導
体基板の表面のエッチングを効果的に防止できる。
When the thickness of the element separation film is set as in the present invention (claim 3), most of the first element is trapped in the element separation film without reaching the semiconductor substrate. Therefore, most of the second element can be removed by removing the element separation film in a later step. Furthermore, etching of the surface of the semiconductor substrate by the first element can be effectively prevented.

【0026】図5は、半導体基板としてシリコン基板、
元素分離膜としてSiO2 膜、不純物源としてBBr
3 、BCl3 を用いた場合のシリコン基板表面の削れ量
(Si削れ量)とSiO2 膜の膜厚(酸化膜厚)との関
係を示す特性図である。
FIG. 5 shows a silicon substrate as a semiconductor substrate,
SiO 2 film as element separation film, BBr as impurity source
3 is a characteristic diagram showing the relationship between the amount of shaving (Si shaving amount) on the surface of a silicon substrate and the film thickness (oxide film thickness) of a SiO 2 film when BCl 3 is used.

【0027】この図5から、BBr3 、BClの場合に
は、SiO2 膜の膜厚を3nm以上に設定すれば、Si
削れ量は十分に低くなり、大部分のBr、Clはシリコ
ン基板の表面に達しないでSiO2 膜にトラップされる
ことが分かる。なお、上限は実用的観点から10nmで
ある。このような結果は他の不純物源についても得られ
た。
From FIG. 5, in the case of BBr 3 and BCl, if the film thickness of the SiO 2 film is set to 3 nm or more, Si
It can be seen that the amount of abrasion is sufficiently low, and most of Br and Cl are trapped in the SiO 2 film without reaching the surface of the silicon substrate. The upper limit is 10 nm from a practical viewpoint. Such results were obtained for other sources of impurities.

【0028】また、本発明(請求項4、請求項5)によ
れば、プラズマドーピング法、イオンシャワードーピン
グ法を用いているので、浅い不純物層を形成できる。こ
の場合において、上述したように、水素元素に起因する
問題や接合リークなどの問題は存在せず、さらに基板表
面は元素分離膜により被覆されているのでプラズマやイ
オンによる損傷は生じない。したがって、寄生抵抗の小
さい浅い不純物層を形成することができる。
According to the present invention (claims 4 and 5), since the plasma doping method and the ion shower doping method are used, a shallow impurity layer can be formed. In this case, as described above, there are no problems due to the hydrogen element and no problems such as junction leak, and since the substrate surface is covered with the element separation film, damage due to plasma or ions does not occur. Therefore, a shallow impurity layer having a small parasitic resistance can be formed.

【0029】図6は、BBr3 、B26 によりB濃度
1017cm-3(高濃度)のBの不純物層を形成した場合
のBBr3 、B26 の加速電圧と不純物層の深さとの
関係を示す特性図である。半導体基板としてはシリコン
基板を用い、元素分離膜としてはSiO2 膜を用いてい
る。
[0029] Figure 6, the BBr 3, B 2 H 6 by B concentration 10 17 cm -3 in the case of forming an impurity layer of B (high concentration) BBr 3, B acceleration voltage of 2 H 6 and the impurity layer It is a characteristic view which shows the relationship with depth. A silicon substrate is used as the semiconductor substrate, and a SiO 2 film is used as the element separation film.

【0030】図6から、BBr3 (本発明:水素を含ま
ない不純物源)を用いた場合には、加速電圧を1.5k
eV以下にしても十分に薄い高濃度の不純物層を形成で
きることが分かる。
From FIG. 6, when BBr 3 (the present invention: an impurity source containing no hydrogen) is used, the acceleration voltage is 1.5 k.
It can be seen that a sufficiently thin high-concentration impurity layer can be formed even at eV or less.

【0031】一方、B26 (従来:水素を含む不純物
源)用いた場合には、高濃度の不純物層は形成できる
が、いくら加速電圧を低くしても十分に浅い高濃度の不
純物層は形成できないことが分かる。
On the other hand, when B 2 H 6 (conventional: an impurity source containing hydrogen) is used, a high-concentration impurity layer can be formed, but a sufficiently high-concentration impurity layer can be formed even if the accelerating voltage is lowered. It turns out that cannot be formed.

【0032】このように本発明によれば、1.5keV
以下の低加速電圧でも十分に薄い高濃度の不純物層を形
成できるので、加速電圧が低くできる分、従来に比べて
さらに基板表面の損傷を小さくできる。
Thus, according to the present invention, 1.5 keV
Since a sufficiently thin high-concentration impurity layer can be formed even with the following low acceleration voltage, the acceleration voltage can be lowered, and thus the damage on the substrate surface can be further reduced as compared with the conventional case.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら発明の
実施の形態(実施形態)を説明する。 (第1の実施形態)図1は、本発明の第1の実施形態に
係るMOSトランジスタの形成方法を示す工程断面図で
ある。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. (First Embodiment) FIGS. 1A to 1D are process sectional views showing a method for forming a MOS transistor according to a first embodiment of the present invention.

【0034】まず、図1(a)に示すように、単結晶の
シリコン基板11の表面に熱酸化によりフィールド酸化
膜12を形成する。次に図1(b)に示すように、フィ
ールド酸化膜12により囲まれた素子形成領域の基板上
にゲート酸化膜13となるシリコン酸化膜、第1層のゲ
ート電極14aとなる多結晶シリコン膜、第2層のゲー
ト電極14bとなるタングステン膜、ゲート上部絶縁膜
15となる窒化シリコン膜を順次形成した後、これら積
層膜をエッチングして、ゲート酸化膜13、第1層のゲ
ート電極14a、第2層のゲート電極14b、ゲート上
部絶縁膜15からなるゲート部を形成する。
First, as shown in FIG. 1A, a field oxide film 12 is formed on the surface of a single crystal silicon substrate 11 by thermal oxidation. Next, as shown in FIG. 1B, a silicon oxide film to be the gate oxide film 13 and a polycrystalline silicon film to be the first-layer gate electrode 14a are formed on the substrate in the element formation region surrounded by the field oxide film 12. , A tungsten film to be the second-layer gate electrode 14b, and a silicon nitride film to be the upper-gate insulating film 15 are sequentially formed, and then these laminated films are etched to form the gate oxide film 13, the first-layer gate electrode 14a, A gate portion composed of the second-layer gate electrode 14b and the gate upper insulating film 15 is formed.

【0035】このとき、ゲート領域以外のゲート酸化膜
13となるシリコン酸化膜13a(元素分離膜)はエッ
チング除去されずに残るようにする。シリコン酸化膜1
3aの膜厚は1nm以上10nm未満にする。
At this time, the silicon oxide film 13a (element isolation film) to be the gate oxide film 13 other than the gate region is left without being removed by etching. Silicon oxide film 1
The film thickness of 3a is 1 nm or more and less than 10 nm.

【0036】次に図1(c)に示すように、プラズマド
ーピング法を用いて、元素分離膜としての残ったシリコ
ン酸化膜13aを介して基板表面にp型不純物を導入し
て、0.15μm以下の浅いp型ソース・ドレイン層1
6を形成する。
Next, as shown in FIG. 1C, a p-type impurity is introduced into the surface of the substrate through the remaining silicon oxide film 13a as an element isolation film by plasma doping to obtain 0.15 μm. Shallow p-type source / drain layer 1 below
6 is formed.

【0037】上記プラズマドーピングは、具体的には、
ドーピングガスとしてBCl3 ガスをチャンバ内に流量
=100SCCMで導入するとともに、チャンバ内の圧
力を1Paに制御した状態で、BCl3 ガスに13.5
6MHz以上の電力0.8KWの高周波を印加して行な
う。また、加速電圧は1.5keV以下に設定する。
Specifically, the plasma doping is
The BCl 3 gas is introduced at a flow rate = 100 SCCM into the chamber as the doping gas, while controlling the pressure in the chamber to 1 Pa, the BCl 3 gas 13.5
It is performed by applying a high frequency of 6 kW or more and a power of 0.8 KW. The acceleration voltage is set to 1.5 keV or less.

【0038】本実施形態では、プラズマドーピング法に
おいて、水素元素を含まないドーピングガスを用い、所
定膜厚のシリコン酸化膜13aを元素分離膜に用い、加
速電圧を1.5keV以下に設定しているので、上述し
た作用により、浅いp型ソース・ドレイン層16の寄生
抵抗、リーク電流を十分に低くできる。
In this embodiment, in the plasma doping method, a doping gas containing no hydrogen element is used, a silicon oxide film 13a having a predetermined thickness is used as an element separation film, and the acceleration voltage is set to 1.5 keV or less. Therefore, the parasitic resistance and the leak current of the shallow p-type source / drain layer 16 can be sufficiently reduced by the above-described operation.

【0039】次に図1(d)に示すように、p型ソース
・ドレイン層16の形成に寄与しないClを含むシリコ
ン酸化膜13aを除去した後、ゲート側壁絶縁膜17と
なるシリコン窒化膜をCVD法により全面に形成し、次
いでこのシリコン窒化膜を異方性エッチング、例えば反
応性イオンエッチングにより全面エッチングして、ゲー
ト部の側壁にシリコン窒化膜を選択的に残置せしめるこ
とにより、ゲート側壁絶縁膜17を形成する。
Next, as shown in FIG. 1D, after removing the silicon oxide film 13a containing Cl that does not contribute to the formation of the p-type source / drain layer 16, a silicon nitride film to be the gate sidewall insulating film 17 is formed. By forming the silicon nitride film on the entire surface by the CVD method and then etching the entire surface of the silicon nitride film by anisotropic etching, for example, reactive ion etching, the silicon nitride film is selectively left on the side wall of the gate portion, thereby insulating the gate side wall. The film 17 is formed.

【0040】このとき、シリコン酸化膜13aを残した
まま、全面にシリコン窒化膜を形成した後、全面エッチ
ングを行なっても良い。この場合、ゲート側壁絶縁膜1
7下部にシリコン酸化膜13aが残る。
At this time, a silicon nitride film may be formed on the entire surface while leaving the silicon oxide film 13a, and then the entire surface may be etched. In this case, the gate sidewall insulating film 1
The silicon oxide film 13a remains at the bottom of 7.

【0041】最後に、同図(d)に示すように、ゲート
部およびゲート側壁絶縁膜17をマスクとしてBを加速
電圧5keV、ドーズ量1×1015cm-2の条件で基板
表面にイオン注入した後、アニール処理を行なってp型
ソース・ドレイン層18を自己整合的に形成して、LD
D構造のMOSトランジスタが完成する。 (第2の実施形態)図2は、本発明の第2の実施形態に
係るMOSトランジスタの形成方法を示す工程断面図で
ある。
Finally, as shown in FIG. 3D, B is ion-implanted into the substrate surface under the conditions of an acceleration voltage of 5 keV and a dose amount of 1 × 10 15 cm -2 using the gate portion and the gate sidewall insulating film 17 as a mask. After that, an annealing process is performed to form the p-type source / drain layer 18 in a self-aligned manner, and the LD
The D structure MOS transistor is completed. (Second Embodiment) FIGS. 2A to 2D are process sectional views showing a method of forming a MOS transistor according to a second embodiment of the present invention.

【0042】まず、図2(a)に示すように、単結晶の
シリコン基板21の表面に熱酸化によりフィールド酸化
膜22を形成する。次に図2(b)に示すように、フィ
ールド酸化膜22により囲まれた素子形成領域の基板上
にゲート酸化膜23となるシリコン酸化膜、第1層のゲ
ート電極24aとなる多結晶シリコン膜、第2層のゲー
ト電極24bとなるタングステン膜、ゲート上部絶縁膜
25となる窒化シリコン膜を順次形成した後、これら積
層膜をエッチングして、ゲート酸化膜23、第1層のゲ
ート電極24a、第2層のゲート電極24b、ゲート上
部絶縁膜25からなるゲート部を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, a field oxide film 22 is formed on the surface of a single crystal silicon substrate 21 by thermal oxidation. Next, as shown in FIG. 2B, a silicon oxide film to be the gate oxide film 23 and a polycrystalline silicon film to be the first-layer gate electrode 24a are formed on the substrate in the element formation region surrounded by the field oxide film 22. , A tungsten film to be the second-layer gate electrode 24b, and a silicon nitride film to be the upper-gate insulating film 25 are sequentially formed, and then these laminated films are etched to form the gate oxide film 23, the first-layer gate electrode 24a, A gate portion including the second-layer gate electrode 24b and the gate upper insulating film 25 is formed.

【0043】このとき、ゲート領域以外のゲート酸化膜
23となるシリコン酸化膜は完全にエッチング除去され
て残らないようにする。次に図2(c)に示すように、
CVD法および熱窒化法を用いて薄いシリコン窒化膜2
6(元素分離膜)を全面に形成した後、プラズマドーピ
ング法により、元素分離膜としてのシリコン窒化膜26
を介して基板表面にp型不純物を導入して、0.15μ
m以下の浅いp型ソース・ドレイン層27を形成する。
シリコン窒化膜26の膜厚は1nm以上10nm未満に
する。
At this time, the silicon oxide film to be the gate oxide film 23 other than the gate region is completely removed by etching so as not to remain. Next, as shown in FIG.
Thin silicon nitride film 2 using CVD method and thermal nitriding method
After 6 (element isolation film) is formed on the entire surface, a silicon nitride film 26 as an element isolation film is formed by a plasma doping method.
P-type impurities are introduced into the substrate surface through 0.15 μm
A shallow p-type source / drain layer 27 of m or less is formed.
The film thickness of the silicon nitride film 26 is 1 nm or more and less than 10 nm.

【0044】上記プラズマドーピングは、具体的には、
ドーピングガスとしてBCl3 ガスをチャンバ内に流量
=100SCCMで導入するとともに、チャンバ内の圧
力を1Paに制御した状態で、BCl3 ガスに13.5
6MHz以上の電力0.8KWの高周波を印加して行な
う。また、加速電圧は1.5keV以下に設定する。
Specifically, the plasma doping is
The BCl 3 gas is introduced at a flow rate = 100 SCCM into the chamber as the doping gas, while controlling the pressure in the chamber to 1 Pa, the BCl 3 gas 13.5
It is performed by applying a high frequency of 6 kW or more and a power of 0.8 KW. The acceleration voltage is set to 1.5 keV or less.

【0045】本実施形態では、プラズマドーピング法に
おいて、水素元素を含まないドーピングガスを用い、所
定膜厚のシリコン窒化膜26を元素分離膜に用い、加速
電圧を1.5keV以下に設定しているので、上述した
作用により、浅いp型ソース・ドレイン層27の寄生抵
抗、リーク電流を十分に低くできる。
In this embodiment, in the plasma doping method, a doping gas containing no hydrogen element is used, a silicon nitride film 26 having a predetermined film thickness is used as an element separation film, and the acceleration voltage is set to 1.5 keV or less. Therefore, the parasitic resistance of the shallow p-type source / drain layer 27 and the leak current can be sufficiently reduced by the above-described operation.

【0046】次に図2(d)に示すように、p型ソース
・ドレイン層27の形成に寄与しないClを含むシリコ
ン窒化膜26を除去した後、ゲート側壁絶縁膜28とな
るシリコン窒化膜をCVD法により全面に形成し、次い
でシリコン窒化膜を異方性エッチング、例えば反応性イ
オンエッチングにより全面エッチングして、ゲート部の
側壁にシリコン窒化膜を選択的に残置せしめることによ
り、ゲート側壁絶縁膜28を形成する。
Next, as shown in FIG. 2D, after removing the silicon nitride film 26 containing Cl that does not contribute to the formation of the p-type source / drain layer 27, a silicon nitride film to be the gate sidewall insulating film 28 is removed. The gate sidewall insulating film is formed by CVD on the entire surface, and then the silicon nitride film is anisotropically etched, for example, by reactive ion etching to leave the silicon nitride film selectively on the sidewalls of the gate portion. 28 is formed.

【0047】このとき、シリコン窒化膜26を残したま
ま、全面にシリコン窒化膜を形成した後、全面エッチン
グを行なっても良い。この場合、ゲート側壁絶縁膜28
の下部にシリコン窒化膜26が残る。
At this time, the entire surface may be etched after forming the silicon nitride film on the entire surface while leaving the silicon nitride film 26. In this case, the gate sidewall insulating film 28
The silicon nitride film 26 remains under the.

【0048】最後に、同図(d)に示すように、ゲート
部およびゲート側壁絶縁膜28をマスクとしてBを加速
電圧5keV、ドーズ量1×1015cm-2の条件で基板
表面にイオン注入した後、アニール処理を行なってp型
ソース・ドレイン層29を自己整合的に形成して、LD
D構造のMOSトランジスタが完成する。
Finally, as shown in FIG. 7D, B is ion-implanted into the substrate surface under the conditions of an acceleration voltage of 5 keV and a dose amount of 1 × 10 15 cm -2 using the gate portion and the gate sidewall insulating film 28 as a mask. After that, an annealing process is performed to form the p-type source / drain layer 29 in a self-aligned manner, and the LD
The D structure MOS transistor is completed.

【0049】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。例えば、上記実施では、MOSトラ
ンジスタの場合について説明したが、本発明は他の素子
にも適用できる。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the case of the MOS transistor has been described, but the present invention can be applied to other elements.

【0050】また、上記実施形態では、プラズマドーピ
ング法を用いた場合について説明したが、本発明はイオ
ンシャワードーピング法その他の質量分離を行なわない
ドーピング法にも適用できる。
In the above embodiment, the case where the plasma doping method is used has been described, but the present invention can be applied to the ion shower doping method and other doping methods that do not perform mass separation.

【0051】また、ドーピングガスはp型不純物層を形
成する場合であれば、BCl3 以外には例えばBBr3
その他の III族元素とハロゲン元素との化合物を用いる
ことができる。また、n型不純物層を形成する場合であ
れば、V族元素とハロゲン元素との化合物を用いること
ができる。ただし、本発明の質量関係は満たすものだけ
である。
[0051] Further, if the doping gas in the case of forming a p-type impurity layer, in addition to BCl 3, for example BBr 3
Compounds of other Group III elements and halogen elements can be used. Further, in the case of forming the n-type impurity layer, a compound of a V group element and a halogen element can be used. However, the mass relationship of the present invention is only satisfied.

【0052】また、上記実施形態では不純物層を形成す
る元素は1種類だけであったが、複数種であっても良
い。同様に不純物を形成しない元素も複数であっても良
い。また、上記実施形態では元素分離膜として酸化膜や
窒化膜を用いたが、炭化膜等の他の絶縁膜を用いること
もできる。また、絶縁膜の代わりに半導体膜や、金属膜
や、金属化合物膜を用いても良い。すなわち、不純物源
を第1の元素と第2の元素とに分離でき、所定の通りに
第1の元素の不純物層と第2の元素の不純物を形成でき
れば、どのような種類の膜を用いても良い。
Further, in the above embodiment, the element forming the impurity layer is only one kind, but it may be plural kinds. Similarly, there may be a plurality of elements that do not form impurities. Further, although an oxide film or a nitride film is used as the element isolation film in the above-described embodiment, another insulating film such as a carbide film may be used. Further, a semiconductor film, a metal film, or a metal compound film may be used instead of the insulating film. That is, as long as the impurity source can be separated into the first element and the second element and the impurity layer of the first element and the impurity of the second element can be formed in a predetermined manner, what kind of film is used. Is also good.

【0053】また、上記実施形態は、ドーピング後に元
素分離膜を除去したが、そのまま残しておいても良い。
また、ドーピングを行なうチャンバとして専用のチャン
バを用いずに、エッチングチャンバを利用しても良い。
すなわち、エッチングチャンバ内のエッチングガスをド
ーピングガスに置換して、エッチングチャンバ内でドー
ピングを行なっても良い。このようにすることにより、
同一チャンバ内でエッチング、ドーピングを連続的に行
なうことができるようになる。
Although the element separation film is removed after the doping in the above embodiment, it may be left as it is.
Further, an etching chamber may be used instead of using a dedicated chamber as a chamber for doping.
That is, doping may be performed in the etching chamber by replacing the etching gas in the etching chamber with the doping gas. By doing this,
It becomes possible to continuously perform etching and doping in the same chamber.

【0054】上記説明では装置内のチャンバ数が一つを
想定して説明したが、一つの装置内に複数のチャンバが
ある場合でも同様に各チャンバをエッチング、ドーピン
グに用いても良い。さらに、エッチングを行なう装置と
ドーピングを行なう装置と別個にしても良い。その他、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施で
きる。
In the above description, the number of chambers in the apparatus is assumed to be one, but each chamber may be used for etching and doping even when there are a plurality of chambers in one apparatus. Further, the etching device and the doping device may be separate. Other,
Various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、不
純物源を質量分離せずに半導体基板に照射して基板表面
に不純物層を形成する際に、不純物源として水素元素を
含まないものを用いるとともに、不純物源を元素分離膜
を介して半導体基板に照射することにより、寄生抵抗の
小さい不純物層を形成できるようになる。
As described above in detail, according to the present invention, when the semiconductor substrate is irradiated with the impurity source without mass separation to form an impurity layer on the surface of the substrate, hydrogen element is not contained as the impurity source. It is possible to form an impurity layer having a small parasitic resistance by using the same and irradiating the semiconductor substrate with the impurity source through the element separation film.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係るMOSトランジ
スタの形成方法を示す工程断面図
FIG. 1 is a process sectional view showing a method for forming a MOS transistor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施形態に係るMOSトランジ
スタの形成方法を示す工程断面図
FIG. 2 is a process sectional view showing a method for forming a MOS transistor according to a second embodiment of the present invention.

【図3】表面に酸化膜を形成したシリコン基板にBBr
3 をプラズマドーピングをした場合のB、Brの濃度分
布を示す図
FIG. 3 shows BBr on a silicon substrate having an oxide film formed on its surface.
The figure which shows the concentration distribution of B and Br when 3 is plasma-doped.

【図4】表面に酸化膜を形成したシリコン基板にBBr
3 、BCl3 をプラズマドーピングした場合の各元素の
基板面密度と酸化膜厚との関係を示す特性図
FIG. 4 shows BBr on a silicon substrate having an oxide film formed on the surface.
3, characteristic diagram showing the relationship between the substrate surface density and the oxide film thickness of each element in the case of a BCl 3 and plasma doping

【図5】シリコン基板表面の削れ量(Si削れ量)とS
iO2 膜の膜厚(酸化膜厚)との関係を示す特性図
[FIG. 5] Abraded amount (Si abraded amount) of the silicon substrate surface and S
Characteristic diagram showing the relationship with the film thickness (oxide film thickness) of the iO 2 film

【図6】BBr3 、B26 によりB濃度1017cm-3
のBの不純物層を形成した場合の各不純物源の加速電圧
と不純物層の深さとの関係を示す特性図
FIG. 6 is a B concentration of 10 17 cm −3 with BBr 3 and B 2 H 6.
6 is a characteristic diagram showing the relationship between the acceleration voltage of each impurity source and the depth of the impurity layer when the B impurity layer of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…シリコン基板 12…フィールド酸化膜 13…ゲート酸化膜 13a…シリコン酸化膜(元素分離膜) 14a…第1層のゲート電極 14b…第2層のゲート電極 15…ゲート上部絶縁膜 16…浅いp型ソース・ドレイン層 17…ゲート側壁絶縁膜 18…p型ソース・ドレイン層 21…シリコン基板 22…フィールド酸化膜 23…ゲート酸化膜 24a…第1層のゲート電極 24b…第2層のゲート電極 25…ゲート上部絶縁膜 26…シリコン窒化膜26(元素分離膜) 27…浅いp型ソース・ドレイン層 28…ゲート側壁絶縁膜 29…p型ソース・ドレイン層 11 ... Silicon substrate 12 ... Field oxide film 13 ... Gate oxide film 13a ... Silicon oxide film (element isolation film) 14a ... First layer gate electrode 14b ... Second layer gate electrode 15 ... Gate upper insulating film 16 ... Shallow p Type source / drain layer 17 ... gate sidewall insulating film 18 ... p type source / drain layer 21 ... silicon substrate 22 ... field oxide film 23 ... gate oxide film 24a ... first layer gate electrode 24b ... second layer gate electrode 25 ... Gate upper insulating film 26 ... Silicon nitride film 26 (element isolation film) 27 ... Shallow p-type source / drain layer 28 ... Gate sidewall insulating film 29 ... P-type source / drain layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北浦 義昭 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoshiaki Kitaura No. 1 Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Incorporated Toshiba Research and Development Center

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】水素元素よりも高質量の第1の元素と、水
素元素よりも高質量かつ前記第1の元素よりも軽質量の
第2の元素とのみからなる物質を不純物源として、半導
体基板に質量分離せずに照射して、前記半導体基板の表
面部に不純物層を形成するに際して、 前記照射の前に前記半導体基板上に元素分離膜を形成
し、この元素分離膜により、前記半導体基板の表面部に
形成される前記第1の元素の不純物層の深さが前記第2
の元素のそれよりも浅くなるように、前記照射された不
純物源を第1の元素と第2の元素とに分離するととも
に、前記第1の元素の濃度分布のピーク位置が前記元素
分離膜中になるようにすることを特徴とする半導体装置
の製造方法。
1. A semiconductor comprising, as an impurity source, a substance consisting only of a first element having a mass higher than that of hydrogen and a second element having a mass higher than that of hydrogen and a mass lower than that of the first element. When an impurity layer is formed on the surface of the semiconductor substrate by irradiating the substrate without mass separation, an element separation film is formed on the semiconductor substrate before the irradiation, and the element separation film allows the semiconductor If the depth of the impurity layer of the first element formed on the surface of the substrate is the second
Of the irradiated element is separated into a first element and a second element such that the peak position of the concentration distribution of the first element is in the element separation film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項2】前記半導体基板はシリコン基板、前記不純
物源は前記第1の元素をClまたはBrとし、前記第2
の元素をBとするBCl3 またはBBr3 、前記元素分
離膜はシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜であること
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
2. The semiconductor substrate is a silicon substrate, the impurity source is Cl or Br as the first element, and the second element
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the element B is BCl 3 or BBr 3 , and the element separation film is a silicon oxide film or a silicon nitride film.
【請求項3】前記元素分離膜の厚さは1nm以上10n
m未満であ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. The element separation film has a thickness of 1 nm or more and 10 n.
It is less than m, The manufacturing method of the semiconductor device of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
【請求項4】前記不純物源の物質をプラズマドーピング
法またはイオンシャワードーピング法により加速して前
記半導体基板に照射す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。
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity source material is accelerated by plasma doping or ion shower doping to irradiate the semiconductor substrate.
【請求項5】前記不純物源の物質の加速電圧は1.5K
eV以下であることを特徴とする請求項4に記載の半導
体装置の製造方法。
5. The acceleration voltage of the impurity source material is 1.5K.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the method is eV or less.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011529275A (en) * 2008-07-22 2011-12-01 ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド Ion implantation using heavy halogen compounds
JP2016122769A (en) * 2014-12-25 2016-07-07 東京エレクトロン株式会社 Doping method and manufacturing method of semiconductor element

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