JPH10233457A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH10233457A
JPH10233457A JP9341307A JP34130797A JPH10233457A JP H10233457 A JPH10233457 A JP H10233457A JP 9341307 A JP9341307 A JP 9341307A JP 34130797 A JP34130797 A JP 34130797A JP H10233457 A JPH10233457 A JP H10233457A
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JP
Japan
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annealing
temperature
impurities
semiconductor device
manufacturing
Prior art date
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Application number
JP9341307A
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Japanese (ja)
Inventor
Teru Mineji
輝 峰地
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To inhibit speedy diffusion of impurities implanted at a low energy, by a method wherein the impurities are implanted in the source and drain regions of a semiconductor substrate by an ion-implantation using a gate electrode which is formed on the substrate as a mask, and an activation annealing of the introduced impurities is performed in a short time at a high temperature. SOLUTION: A field oxide film 2 is selectively formed in the surface of a silicon substrate 1, a gate oxide film 3 and a polysilicon film are deposited on a region defend by the film 2, and these of the film 3 and the polysilicon film are patterned to form a poysilicon gate 4, which is used as a gate electrode. Then, an ion-implantation for forming a shallow junction is performed in the substrate, an ion-implanted region 5 in low acceleration is formed and after that, a lamp annealing is performed and shallow diffused layers 6 are formed. An impurity ion-implantation is performed in source-drain ion-implanted regions 8 formed in the layers 6, a lamp annealing for activating the implanted impurities is performed and source-drain diffused layers 9 are formed in the substrate 1.

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
方法に関し、主として微細なゲート電極及びシャロージ
ャンクションを有するMOS構造デバイスで構成された
高集積なCMOSLSI、特にロジックやメモリデバイ
スにおいて、しきい値の変動が抑制され、高性能でかつ
工程数の簡略化された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 highly integrated CMOS LSI having a MOS structure device having a fine gate electrode and a shallow junction, particularly a threshold voltage in a logic or memory device. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device which suppresses fluctuations in the performance and has a high performance and a simplified number of steps.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOSFETの微細化に伴い短チャンネ
ル効果の抑制および駆動力の向上を目的とした場合、ソ
ース/ドレイン(S/D)拡散層領域を浅くする(シャ
ロージャンクション化)ことが必要である。
2. Description of the Related Art In order to suppress the short channel effect and improve the driving force with the miniaturization of MOSFETs, it is necessary to make the source / drain (S / D) diffusion layer region shallow (shallow junction). is there.

【0003】近年、シャロージャンクションの形成方法
として、固相拡散,気相拡散,プラズマドーピング、お
よびレーザードーピング等が検討されている。イオン注
入で不純物の導入を行った場合、特にp型半導体のドー
パントに一般的に用いられているボロンのプロファイル
を浅く形成するのが困難であるためである。
In recent years, solid-phase diffusion, vapor-phase diffusion, plasma doping, laser doping, and the like have been studied as methods for forming shallow junctions. This is because, when an impurity is introduced by ion implantation, it is particularly difficult to form a shallow boron profile generally used as a dopant for a p-type semiconductor.

【0004】この原因としては、注入した不純物の活性
化のためのアニール時に、不純物注入時に同時に基板中
に導入された欠陥の作用で、不純物の拡散が促進され
(増速拡散)、シャロージャンクション化が困難になる
ためである。
The cause of this is that during annealing for activating the implanted impurities, the diffusion of the impurities is promoted by the action of defects introduced into the substrate at the same time as the implantation of the impurities (accelerated diffusion), and the shallow junction is formed. This is because it becomes difficult.

【0005】しかし、S/D拡散層へのドーピング方法
としてのイオン注入技術は、均一性,再現性,制御性お
よびスループット等が、前述した他の技術に比べて優れ
ているため、不純物の導入はイオン注入で行い、活性化
アニール時の増速拡散を抑制することが良好なシャロー
ジャンクションの形成方法としては適している。
However, the ion implantation technique as a method of doping the S / D diffusion layer is superior in uniformity, reproducibility, controllability, throughput, etc. as compared with the other techniques described above, and therefore, the introduction of impurities. Is performed by ion implantation, and it is suitable as a method for forming a shallow junction in which it is preferable to suppress accelerated diffusion during activation annealing.

【0006】一方、前述したようにイオン注入技術の問
題点として、活性化アニール時の不純物の増速拡散が挙
げられ、このアニール方法の最適化が最も重要な課題で
ある。浅い拡散層には、同時に低抵抗化が要求されるた
め、注入した不純物の活性化率を向上させなければなら
ない。活性化率はアニール温度が高い程、またアニール
時間が長い程向上するが、同時に不純物の拡散が増速さ
れる。このため、拡散層が深くなったり、チャネル領域
の不純物の再分布が起こる。これらの場合、短チャネル
効果が発生しゲート電極の縮小化が実現しなくなる他、
しきい値の制御が困難になる等の問題が発生する。
On the other hand, as described above, the problem of the ion implantation technique is the accelerated diffusion of impurities during activation annealing. Optimization of this annealing method is the most important issue. Since a shallow diffusion layer is required to have a low resistance at the same time, the activation rate of the implanted impurity must be improved. The activation ratio increases as the annealing temperature increases and the annealing time increases, but at the same time, the diffusion of impurities is accelerated. For this reason, the diffusion layer becomes deeper and redistribution of impurities in the channel region occurs. In these cases, a short channel effect occurs and the gate electrode cannot be reduced in size.
Problems such as difficulty in controlling the threshold value occur.

【0007】したがって、高温で長時間の熱が基板に加
わり、不純物の拡散を抑えることができない通常の電気
炉でのアニール方法に代わる技術として、例えば特開平
1−205522号公報,特開昭63−56915号公
報および特開平2−353号公報に開示されたような、
ランプ加熱による900℃〜1100℃での数秒〜十数
秒の高温短時間のアニール方法が考えられ、アニール時
間を短くすることで不純物の拡散距離を最小限にするこ
とが試みられている。
[0007] Therefore, as an alternative to the usual annealing method in an electric furnace in which high-temperature heat is applied to the substrate for a long time at a high temperature and the diffusion of impurities cannot be suppressed, for example, JP-A-1-205522 and JP-A-63-1988. As disclosed in JP-A-56915 and JP-A-2-353,
An annealing method at 900 ° C. to 1100 ° C. for a few seconds to several tens of seconds at a high temperature and a short time by lamp heating is considered, and attempts have been made to minimize the diffusion distance of impurities by shortening the annealing time.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】従来技術で示されたラ
ンプアニールにより、電気炉アニールで行った場合より
も不純物の拡散は抑えられ、ある程度は接合深さ(X
j)の浅い拡散層の形成が可能である。
The lamp annealing shown in the prior art suppresses the diffusion of impurities as compared with the electric furnace annealing, and to some extent the junction depth (X
A j) shallow diffusion layer can be formed.

【0009】しかしながら、次世代の微細デバイスに要
求される0.1μm、或いは0.05μm以下のXjを
達成するためには、現時点では、イオン注入の低エネル
ギー化に限界があるため、不純物の拡散を極力抑えるこ
とが本質的な課題となっている。
However, in order to achieve Xj of 0.1 μm or 0.05 μm or less required for the next-generation microdevice, at present, there is a limit to lowering the energy of ion implantation. Has been an essential issue.

【0010】従来のランプアニール法では、単にアニー
ル時間の短縮により不純物の拡散距離を短くしているだ
けで、増速拡散が抑制されているわけではない。従来技
術により実際に行った実験では、例えばBを1KeVで
注入を行った直後のXjが0.03μmでも、1000
℃−10秒のランプアニールを行うと、Xjは0.08
μm程度まで深くなる。即ち、従来例のアニール方法で
も増速拡散は発生しており、実際に0.05μm以下の
シャロージャンクションを形成するためには、従来技術
では検討が不十分であり、増速拡散を抑制するためには
何らかの施策を行うことが必要である。
In the conventional lamp annealing method, the diffusion length of the impurity is simply shortened by shortening the annealing time, but the enhanced diffusion is not suppressed. In an experiment actually performed by the conventional technique, for example, even if Xj is 0.03 μm immediately after B is implanted at 1 KeV, even if
When the lamp annealing is performed for 10 ° C. for 10 seconds, Xj becomes 0.08.
It becomes deep to about μm. That is, accelerated diffusion occurs even in the conventional annealing method. In order to actually form a shallow junction having a thickness of 0.05 μm or less, the prior art is insufficiently studied. Requires some measures to be taken.

【0011】LSIの高速化および低消費電力化を実現
するためには、半導体素子の高性能化が必要となり、M
OS型トランジスタの微細化に伴う短チャンネル効果の
抑制のために、浅い拡散層を有するMOSFETを形成
しなければならない。
In order to realize high speed and low power consumption of LSI, it is necessary to improve the performance of semiconductor elements.
A MOSFET having a shallow diffusion layer must be formed in order to suppress the short channel effect accompanying the miniaturization of the OS transistor.

【0012】本発明の目的は、チャネル領域またはS/
D拡散層領域に導入された不純物の拡散を抑制し、動作
の安定性を向上させるばかりでなく、S/Dの浅接合化
の実現による短チャンネル効果の抑制された微細MOS
型トランジスタの製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a channel region or S / S
Diffusion of the impurity introduced into the D diffusion layer region is suppressed, and not only the operation stability is improved, but also the fine MOS in which the short channel effect is suppressed by realizing a shallow S / D junction.
It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a type transistor.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体装置の製造方法は、不純物導入
工程と、アニール工程とを有する半導体装置の製造方法
であって、不純物導入工程は、半導体基板上にゲート酸
化膜を介して形成されたゲート電極をマスクとして、基
板のソース/ドレイン領域へイオン注入により不純物を
導入する処理であり、アニール工程は、前記ソース/ド
レイン領域に注入した不純物の活性化アニールを高温短
時間で行う処理である。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device having an impurity introducing step and an annealing step. Using a gate electrode formed on a semiconductor substrate via a gate oxide film as a mask to introduce impurities into the source / drain regions of the substrate by ion implantation, and performing the annealing process in the source / drain regions. This is a process in which activation annealing of impurities is performed at a high temperature for a short time.

【0014】また、前記高温短時間アニールにおいて、
昇温速度を毎秒400℃以上で行うことにより、不純物
の拡散を抑制し、且つ不純物の活性化率を低下させない
処理を行うものである。
In the high-temperature short-time annealing,
By increasing the temperature at a rate of 400 ° C. or more per second, a process for suppressing the diffusion of impurities and not lowering the activation rate of impurities is performed.

【0015】また、前記高温短時間アニールにおいて、
アニール温度を1000℃以上で、且つアニール時間を
1秒以下にする処理を行うものである。
In the high-temperature short-time annealing,
The annealing temperature is set to 1000 ° C. or more and the annealing time is set to 1 second or less.

【0016】また、不純物を注入直後に前記高温短時間
アニールを行うことにより、その後の工程での熱による
不純物の再分布を抑制し、しきい値変動等の特性の劣化
を防止する処理を行うものである。
Further, by performing the high-temperature short-time annealing immediately after the impurity is implanted, redistribution of the impurity due to heat in the subsequent steps is suppressed, and a process for preventing deterioration of characteristics such as threshold value fluctuation is performed. Things.

【0017】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
は、不純物導入工程と、アニール工程とを有し、0.1
μm以下のpn接合を形成する半導体装置の製造方法で
あって、不純物導入工程は、N型半導体基板に不純物ボ
ロンを導入する処理を行うものであり、アニール工程
は、前記N型半導体基板に導入した不純物の活性化アニ
ール処理を行うものであり、前記アニール工程でのアニ
ール処理は、ランプ加熱により150℃/秒以上の昇温
速度で、1000℃〜1150℃まで昇温し、かつ、こ
の温度での保持時間を1秒以下として、直ちに降温する
処理である。
Further, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes an impurity introducing step and an annealing step,
A method of manufacturing a semiconductor device for forming a pn junction of μm or less, wherein the impurity introducing step is a step of introducing impurity boron into an N-type semiconductor substrate, and the annealing step is introducing the boron into the N-type semiconductor substrate. In the annealing process in the annealing process, the temperature is increased from 1000 ° C. to 1150 ° C. at a rate of 150 ° C./sec or more by lamp heating. This is a process for immediately lowering the temperature by setting the holding time at 1 second or less.

【0018】また、前記アニール工程でのアニール処理
は、ランプ加熱により150℃/秒以上の昇温速度で、
1000℃以上に昇温し、最高到達温度での保持時間を
1秒で直ちに降温し、その後800℃〜850℃の温度
範囲で10分間のアニールを行う処理である。
The annealing in the annealing step is performed by heating the lamp at a rate of 150 ° C./sec or more.
This is a process of raising the temperature to 1000 ° C. or higher, immediately lowering the holding time at the maximum attained temperature in 1 second, and then performing annealing for 10 minutes in a temperature range of 800 ° C. to 850 ° C.

【0019】また、前記アニール工程でのアニール処理
は、前記半導体基板を950℃に加熱した状態で10秒
以下のアニールを行い、かつ、それに引き続いて温度を
下げることなく、高速で1100℃まで昇温し、保持時
間を1秒以下として直ちに室温まで降温する処理であ
る。
In the annealing in the annealing step, annealing is performed for 10 seconds or less while the semiconductor substrate is heated to 950 ° C., and subsequently, the temperature is rapidly increased to 1100 ° C. without lowering the temperature. This is a process in which the temperature is raised to a holding time of 1 second or less and the temperature is immediately lowered to room temperature.

【0020】一般的にボロンの拡散速度は非常に速く、
その拡散係数は、温度の上昇とともに、指数関数的に大
きくなることが知られている。さらに、不純物注入時に
シリコン結晶中に同時に導入された格子間シリコン型の
点欠陥は、ボロンの拡散を増速する作用があることが分
かっており、イオン注入法によって導入されたボロンの
拡散係数は、増速拡散を前提として議論しなければなら
ない。
Generally, the diffusion rate of boron is very high,
It is known that the diffusion coefficient increases exponentially with increasing temperature. Furthermore, it is known that the interstitial silicon type point defects simultaneously introduced into the silicon crystal at the time of impurity implantation have an effect of accelerating the diffusion of boron, and the diffusion coefficient of boron introduced by the ion implantation method is We must discuss it on the premise of accelerated diffusion.

【0021】本来、増速拡散の要因となる点欠陥は、不
純物の拡散速度よりも速いことが知られており、例えば
1000℃における点欠陥の拡散係数は、ボロンに比べ
ると、格子間シリコンタイプで7桁,空孔タイプの点欠
陥で5桁も大きい値であることが分かっている。従って
実際には、秒オーダーの昇温速度では、増速拡散の原因
となる点欠陥自身の拡散を防ぐことは不可能である。
It is known that the point defect which causes the enhanced diffusion is originally faster than the diffusion rate of the impurity. For example, the diffusion coefficient of the point defect at 1000 ° C. is smaller than that of boron in the interstitial silicon type. It is known that the value is 7 orders of magnitude larger, and that of a hole type point defect is 5 orders of magnitude larger. Therefore, in practice, it is impossible to prevent diffusion of point defects that cause accelerated diffusion at a heating rate on the order of seconds.

【0022】通常、不純物の活性化アニールとしては、
800℃〜1150℃の温度範囲で行われるのが一般的
であることから、この温度範囲でボロンの拡散係数の変
化を見ると、高温領域では真性拡散係数が非常に大きい
ため、増速された拡散係数と大差ないが、より低温にな
るにつれてその差は広がる傾向にある。例えば800℃
での増速拡散係数は、真性の拡散係数に比べて2桁程度
も大きい値になる。
Normally, the impurity activation annealing is performed as follows.
Since the temperature is generally in the temperature range of 800 ° C. to 1150 ° C., the change in the diffusion coefficient of boron in this temperature range is shown. Although not much different from the diffusion coefficient, the difference tends to widen as the temperature becomes lower. For example, 800 ° C
Is a value that is about two digits larger than the intrinsic diffusion coefficient.

【0023】このことから、例えば1100℃でアニー
ルを行う場合、昇温過程において、ボロンの増速拡散が
最も顕著に現われる800℃〜1000℃の温度領域
に、基板ウエハが晒される時間を可能な限り短くするこ
とが、不純物の拡散の抑制に効果的だと考えられる。
For this reason, for example, when annealing is performed at 1100 ° C., it is possible to allow the substrate wafer to be exposed to a temperature range of 800 ° C. to 1000 ° C. where the enhanced diffusion of boron appears most remarkably in the temperature rising process. It is considered that shortening as much as possible is effective in suppressing the diffusion of impurities.

【0024】したがって、仮にランプレートを100℃
/秒から400℃/秒に高速化した場合、単純に計算し
て800℃から1100℃に到達するまでの時間が1/
4となち、増速拡散の抑制効果は十分に現れる。
Therefore, if the ramp rate is set to 100 ° C.
When the speed is increased from 400 ° C./sec to 400 ° C./sec, it is simply calculated that the time from 800 ° C. to 1100 ° C. is 1 /
After 4, the effect of suppressing the accelerated diffusion appears sufficiently.

【0025】本発明では、不純物注入後の活性化アニー
ルを、昇温速度(ランピングレート)の極めて速いラン
プアニールを行うことにより、不純物の拡散が抑制され
るため、より高温での活性化が可能となり、活性化率の
向上した低抵抗なシャロージャンクションを形成するこ
とができる。
In the present invention, the activation anneal after the impurity implantation is performed by lamp anneal with a very high temperature rising rate (a ramping rate), whereby the diffusion of the impurities is suppressed, so that activation at a higher temperature is possible. Thus, a low-resistance shallow junction with an improved activation rate can be formed.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
より説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0027】(実施形態1)図1は、本発明の実施形態
に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図であ
る。図1に示す半導体装置は、ダブルドレイン構造PM
OSトランジスタを対象としたものである。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view showing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention in the order of steps. The semiconductor device shown in FIG.
It is intended for OS transistors.

【0028】まず図1(a)に示すように、シリコン基
板1の表面に選択的にフィールド酸化膜2を形成し、フ
ィールド酸化膜2で画成された領域にゲート酸化膜3お
よびポリシリコンを積層堆積し、これらをパターニング
して、ゲート電極としてのポリシリコンゲート4を形成
する。
First, as shown in FIG. 1A, a field oxide film 2 is selectively formed on the surface of a silicon substrate 1, and a gate oxide film 3 and polysilicon are formed in a region defined by the field oxide film 2. A polysilicon gate 4 as a gate electrode is formed by stacking and depositing these and patterning them.

【0029】次に図1(a)に示すように、接合深さX
j<50nmのシャロージャンクションを形成するため
のイオン注入を行い、低加速イオン注入領域5を形成す
る。その低速イオン注入は、例えば不純物がボロンであ
れば注入エネルギーは1KeV程度、またBF2であれ
ば注入エネルギーは3KeV以下で行う。その後、図1
(b)に示すように、イオン注した不純物の活性化のた
めに、ランプアニールを行い、浅い拡散層6を形成す
る。
Next, as shown in FIG.
Ion implantation for forming a shallow junction of j <50 nm is performed to form a low-acceleration ion implantation region 5. Its slow ion implantation is performed, for example if an impurity is boron implantation energy of about 1 KeV, also the implantation energy if BF 2 in the following 3 KeV. Then, FIG.
As shown in (b), lamp annealing is performed to activate the ion-implanted impurities, and a shallow diffusion layer 6 is formed.

【0030】次に図1(c)に示すように、ポリシリコ
ンゲート4の側面にゲート側壁7を形成し、その後、浅
い拡散層6にシリサイド化等による低抵抗化および良好
なコンタクトを形成するために、ある程度の深さのソー
ス・ドレイン拡散層8を形成するためのイオン注入を行
う。ゲート側壁7またはソース・ドレイン領域形成のイ
オン注入条件は、予め形成した浅い拡散層6の特性に影
響を与えないように最適化を行う必要がある。即ち、ソ
ース・ドレイン注入で形成したS/D拡散層9の横方向
への広がりを、浅い拡散層6よりもチャネル領域10に
近づかないように、例えば、ゲート側壁7の幅は100
nm程度とし、イオン注入はBF2を20KeVで3×
1015/cm2で注入を行う。
Next, as shown in FIG. 1C, a gate side wall 7 is formed on the side surface of the polysilicon gate 4, and thereafter, a low resistance and good contact are formed in the shallow diffusion layer 6 by silicidation or the like. For this purpose, ion implantation for forming the source / drain diffusion layer 8 having a certain depth is performed. It is necessary to optimize the ion implantation conditions for forming the gate sidewall 7 or the source / drain regions so as not to affect the characteristics of the shallow diffusion layer 6 formed in advance. That is, the width of the gate side wall 7 is set to, for example, 100 so that the S / D diffusion layer 9 formed by the source / drain implantation does not approach the channel region 10 more than the shallow diffusion layer 6.
BF 2 at 20 KeV and 3 ×
Implant at 10 15 / cm 2 .

【0031】次に図1(d)に示すように、ソース・ド
レイン領域に注入した不純物を活性化するために、ラン
プアニールを行い、S/D拡散層9を形成する。これに
より、ダブルドレイン構造のPMOSの下地が完成す
る。
Next, as shown in FIG. 1D, in order to activate the impurities implanted in the source / drain regions, lamp annealing is performed to form an S / D diffusion layer 9. Thereby, the base of the PMOS having the double drain structure is completed.

【0032】次に本発明の実施形態1において、不純物
の活性化アニール時に、イオン注入によって導入した不
純物の拡散を極力抑えて浅い拡散層を形成する方法、具
体的には図1(b)に示す浅い拡散層6における接合深
さXjを不純物拡散の抑制により浅く形成する方法を図
2〜図7を用いて詳細に説明する。
Next, in Embodiment 1 of the present invention, a method of forming a shallow diffusion layer by minimizing diffusion of impurities introduced by ion implantation during activation annealing of impurities, specifically, FIG. A method for forming the junction depth Xj in the shallow diffusion layer 6 to be shallow by suppressing impurity diffusion will be described in detail with reference to FIGS.

【0033】図2は、低加速イオン注入後のアニール時
の温度シーケンスを示す特性図である。本実施形態1で
は、ランピングレートを550℃/秒とし、1100℃
まで基板を昇温し、1100℃に到達した瞬間にランプ
のパワーをオフにする。すなわち、最高到達温度にホー
ルドする時間を0秒にする。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a temperature sequence during annealing after low-acceleration ion implantation. In the first embodiment, the ramping rate is set to 550 ° C./sec and 1100 ° C.
The temperature of the substrate is raised to 1100 ° C., and the power of the lamp is turned off when the temperature reaches 1100 ° C. That is, the time for holding at the highest temperature is set to 0 second.

【0034】ここで、従来行われていたランピングレー
トが100℃/秒程度のランプアニール法に比べると、
増速拡散が起こりやすい800℃以上に基板が加熱され
ている時間が非常に短い。したがって、図3に示すよう
に、本発明の実施形態1において、アニール時のホール
ド時間が0秒として、異る昇温速度で基板のアニールを
行って比較すると、ボロンの深さ方向分布は昇温速度が
速い程不純物の拡散が抑制される。
Here, compared with the conventional lamp annealing method in which the ramping rate is about 100 ° C./sec,
The time during which the substrate is heated to 800 ° C. or higher, at which accelerated diffusion easily occurs, is very short. Therefore, as shown in FIG. 3, in the first embodiment of the present invention, when the substrate is annealed at different heating rates with the hold time during the annealing being 0 seconds, the distribution of boron in the depth direction is increased. The diffusion of impurities is suppressed as the temperature rate is increased.

【0035】図4は、ボロンを1KeV/1E15/c
2で注入したシリコン基板を、1100℃で0.05
秒間保持するランプアニールを行った後の層抵抗を、昇
温速度に対してそれぞれプロットしたものを示す。昇温
速度を250℃以上にすると、接合深さはほぼ平衡状態
となる。これは、基板が高温の雰囲気に晒される時間が
短縮されたことにより、前述したように、高速昇温化に
よる不純物の拡散を抑制する効果が現われることを裏付
けている。
FIG. 4 shows that boron is 1 KeV / 1E15 / c.
m 2 implanted silicon substrate at 1100 ° C. for 0.05
The layer resistance after the lamp annealing performed for 2 seconds is plotted against the rate of temperature rise. When the rate of temperature rise is 250 ° C. or higher, the junction depth becomes substantially equilibrium. This supports the fact that the effect of suppressing the diffusion of impurities due to the high-speed temperature rise appears as described above, because the time for which the substrate is exposed to the high-temperature atmosphere is shortened.

【0036】図5は、接合の深さとランプアニールによ
る保持時間との関係を示すものである。昇温速度を40
0℃/秒として、前記ボロン注入基板を1100℃まで
昇温した後の保持時間を1秒以下にすると、不純物の拡
散が抑制され、接合を浅くすることができる。したがっ
て、1100℃のランプアニールを行う際の保持時間
は、1秒以下にすることが必要である。また、この保持
時間は、当然アニール温度に依存するため、1100℃
より低い温度では多少長くてもよく、1100℃よりも
高い温度で行う時は1秒よりも短くすることが必要であ
る。
FIG. 5 shows the relationship between the junction depth and the holding time by lamp annealing. Heating rate 40
When the holding time after the temperature of the boron-implanted substrate is raised to 1100 ° C. is set to 1 second or less at 0 ° C./second, diffusion of impurities is suppressed and the junction can be made shallower. Therefore, the holding time when performing the lamp annealing at 1100 ° C. needs to be 1 second or less. Further, since this holding time naturally depends on the annealing temperature, 1100 ° C.
Lower temperatures may be somewhat longer, and temperatures higher than 1100 ° C. require less than 1 second.

【0037】図6は、接合深さとアニール温度との関係
を示す図である。アニール温度を高くすると、不純物の
拡散速度が速くなり、接合が深く形成される。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the junction depth and the annealing temperature. When the annealing temperature is increased, the diffusion rate of the impurity is increased, and the junction is formed deeply.

【0038】図7は、層抵抗とアニール温度との関係を
示す図である。不純物の活性化アニールは、低い温度で
行えば、不純物の拡散が抑制され浅い接合が得られる
が、図7に示したように活性化率の低下による層抵抗の
増大という問題が生じる。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the layer resistance and the annealing temperature. If the impurity activation annealing is performed at a low temperature, diffusion of the impurity is suppressed and a shallow junction is obtained. However, as shown in FIG. 7, a problem arises in that the activation rate is reduced and the layer resistance is increased.

【0039】以上述べたように、不純物活性化時のラン
プアニールは、昇温速度を250℃/秒以上で、基板ウ
エハを1100℃に昇温し、保持時間を1秒以内として
直ちに温度を下げることにより、低抵抗で浅い接合を有
する拡散層を形成することができる。
As described above, in the lamp annealing at the time of activating the impurities, the substrate wafer is heated to 1100 ° C. at a heating rate of 250 ° C./sec or more, and the temperature is immediately lowered by setting the holding time within 1 second. Thus, a diffusion layer having a low resistance and a shallow junction can be formed.

【0040】(実施形態2)次に本発明の実施形態2を
図により説明する。実施形態2では、図1(b)に示す
工程において、低加速イオン注入を行った直後にアニー
ルを行うことにより、その後の工程で基板に加わる熱に
よる、浅い拡散層の不純物の再分布を防止することがで
きるという利点を有している。
(Embodiment 2) Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings. In the second embodiment, in the step shown in FIG. 1B, annealing is performed immediately after low-acceleration ion implantation to prevent redistribution of impurities in the shallow diffusion layer due to heat applied to the substrate in a subsequent step. It has the advantage that it can be done.

【0041】図8は、高速昇温(400℃/秒)により
1000℃まで昇温し、0.05秒のランプアニールを
行った後、電気炉アニールで800℃、10分の熱を加
えた時のボロンの深さ方向分布を示す。ランプアニール
を行った後では、800℃の電気炉アニールを行っても
ボロンの再分布は起こらない。一方、ランプアニールを
行わなかった場合には、ボロンは深くまで拡散する。ま
た1000℃に満たない条件で同様の高速昇温ランプア
ニールを行った場合でも、電気炉アニールによるボロン
の再分布は発生する。
FIG. 8 shows that the temperature was raised to 1000 ° C. by a rapid temperature rise (400 ° C./second), lamp annealing was performed for 0.05 seconds, and then heat was applied at 800 ° C. for 10 minutes by electric furnace annealing. 4 shows the distribution of boron in the depth direction at the time. After lamp annealing, boron redistribution does not occur even if electric furnace annealing at 800 ° C. is performed. On the other hand, when lamp annealing is not performed, boron diffuses deeply. Even when the same high-speed ramp annealing is performed under a condition of less than 1000 ° C., redistribution of boron occurs due to electric furnace annealing.

【0042】これらのことは、高速昇温による非常に短
時間のアニールにおいても、1000℃以上に昇温する
ことによって、不純物の拡散を抑制しつつ結晶欠陥の回
復ができることを示している。従来例のように100℃
/秒程度の昇温速度でのランプアニールでは、不純物の
拡散を抑制することが不可能なことから、本発明を用い
ることにより、後工程でかかる熱による再分布を抑制す
ることができる等、プロセスマージンの拡大につなが
り、不純物拡散の制御性に優れ、デバイス設計の簡略化
を図ることができる。
These facts indicate that, even in the case of annealing for a very short time due to a rapid temperature rise, by raising the temperature to 1000 ° C. or higher, it is possible to recover the crystal defects while suppressing the diffusion of impurities. 100 ° C as in the conventional example
Since lamp diffusion at a rate of temperature rise of about 1 / sec cannot suppress diffusion of impurities, redistribution due to heat in a later step can be suppressed by using the present invention. This leads to an increase in process margin, excellent controllability of impurity diffusion, and simplification of device design.

【0043】(実施形態3)図9は、本発明の実施形態
3に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
(Embodiment 3) FIG. 9 is a view for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 3 of the present invention.

【0044】図9に示す本発明の実施形態3に係る半導
体装置の製造方法では、ソース・ドレインを形成する不
純物をイオン注入後、ランプアニール装置で基板ウエハ
を950℃に加熱し、10秒間保持した後、温度を下げ
ることなく続けて1100℃まで400℃/秒の昇温速
度で加熱し、保持時間を1秒以内として直ちに室温まで
降温する。950℃で10秒のアニールを行うことによ
り、イオン注入時に発生した結晶欠陥が回復し、pn接
合リーク電流を抑制することができ、また不純物の拡散
は殆ど起こらないため、接合深さが増大することはな
い。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 9, after the impurities for forming the source and drain are ion-implanted, the substrate wafer is heated to 950 ° C. by a lamp annealing apparatus and held for 10 seconds. After that, the temperature is continuously raised to 1100 ° C. at a heating rate of 400 ° C./sec without lowering the temperature, and the temperature is immediately lowered to room temperature within a holding time of 1 second. By performing annealing at 950 ° C. for 10 seconds, crystal defects generated during ion implantation are recovered, pn junction leakage current can be suppressed, and diffusion of impurities hardly occurs, so that the junction depth increases. Never.

【0045】さらに、次の高速昇温ランプ加熱にて基板
ウエハを1100℃まで昇温することにより、不純物の
活性化率が向上し、層抵抗を低減することができる。
Furthermore, by raising the temperature of the substrate wafer to 1100 ° C. by the next high-speed heating with a heating lamp, the activation rate of impurities can be improved and the layer resistance can be reduced.

【0046】上述した高速昇温高温短時間アニールで
は、実施形態1で述べたように、不純物の拡散を極力抑
えながら、不純物の活性化率を向上させることができ
る。
As described in the first embodiment, in the above-described high-speed temperature raising, high-temperature, and short-time annealing, the impurity activation rate can be improved while suppressing the diffusion of impurities as much as possible.

【0047】また本発明の実施形態3によれば、高速昇
温時にウエハが950℃に加熱された状態から、高速で
加熱するため、ランプの出力を上げることが容易にで
き、昇温速度をより速く行うことができるばかりでな
く、制御性をも改善することができ、かつ、ウエハ面内
の温度むらが抑制された熱処理を行うことができるとい
う利点を有する。
Further, according to the third embodiment of the present invention, since the wafer is heated at a high speed from a state where the wafer is heated to 950 ° C. at a high temperature, the output of the lamp can be easily increased, and the heating rate can be increased. Not only can it be performed faster, but also controllability can be improved, and there is an advantage that heat treatment can be performed in which temperature unevenness in the wafer surface is suppressed.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ゲ
ート端近傍の不純物拡散層の深さをコントロールし、低
エネルギーで注入した不純物の増速拡散を抑制すること
ができ、したがって微細なデバイスにおいて短チャンネ
ル効果を抑制でき、かつ高性能なデバイス特性を得るこ
とができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to control the depth of the impurity diffusion layer near the gate end, to suppress the accelerated diffusion of the impurity implanted with low energy, and Short channel effects can be suppressed in the device, and high-performance device characteristics can be obtained.

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

【図1】本発明の実施形態1に係るダブルドレイン構造
PMOSトランジスタの製造方法を工程順に示す断面図
である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a double-drain structure PMOS transistor according to Embodiment 1 of the present invention in the order of steps.

【図2】本発明の高速昇温ランプアニールの温度シーケ
ンスを示す特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a temperature sequence of a high-speed ramp-up lamp annealing according to the present invention.

【図3】本発明の実施形態において、ランプアニールを
行った場合のボロン深さ方向分布を示す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a boron depth direction distribution when lamp annealing is performed in the embodiment of the present invention.

【図4】本発明を実証する拡散層の特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram of a diffusion layer that demonstrates the present invention.

【図5】本発明を実証する拡散層の特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram of a diffusion layer that demonstrates the present invention.

【図6】本発明を実証する拡散層の特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram of a diffusion layer that demonstrates the present invention.

【図7】本発明を実証する拡散層の特性図である。FIG. 7 is a characteristic diagram of a diffusion layer that demonstrates the present invention.

【図8】本発明の実施形態2における効果を示すボロン
の深さ方向分布を示す特性図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a distribution of boron in a depth direction showing an effect according to the second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施形態3における温度シーケンスを
示す特性図である。
FIG. 9 is a characteristic diagram illustrating a temperature sequence according to the third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Si基板 2 フィールド酸化膜 3 ゲート酸化膜 4 ポリシリコンゲート 5 低加速イオン注入領域 6 浅い拡散層 7 ゲート側壁 8 S/Dイオン注入領域 9 S/D拡散層 10 チャネル領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Si substrate 2 Field oxide film 3 Gate oxide film 4 Polysilicon gate 5 Low acceleration ion implantation area 6 Shallow diffusion layer 7 Gate side wall 8 S / D ion implantation area 9 S / D diffusion layer 10 Channel area

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/336 Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 21/336

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 不純物導入工程と、アニール工程とを有
する半導体装置の製造方法であって、 不純物導入工程は、半導体基板上にゲート酸化膜を介し
て形成されたゲート電極をマスクとして、基板のソース
/ドレイン領域へイオン注入により不純物を導入する処
理であり、 アニール工程は、前記ソース/ドレイン領域に注入した
不純物の活性化アニールを高温短時間で行う処理である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device comprising an impurity introducing step and an annealing step, wherein the impurity introducing step is performed by using a gate electrode formed on a semiconductor substrate via a gate oxide film as a mask. A process of introducing impurities into the source / drain regions by ion implantation; and the annealing step is a process of performing activation annealing of the impurities implanted into the source / drain regions at a high temperature for a short time. Production method.
【請求項2】 前記高温短時間アニールにおいて、昇温
速度を毎秒400℃以上で行うことにより、不純物の拡
散を抑制し、且つ不純物の活性化率を低下させないこと
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 method according to claim 1, wherein in the high-temperature short-time annealing, the temperature is increased at a rate of 400 ° C. or more per second to suppress the diffusion of impurities and not to lower the activation rate of the impurities. The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
【請求項3】 前記高温短時間アニールにおいて、アニ
ール温度を1000℃以上で、且つアニール時間を1秒
以下にすることを特徴とする請求項2に記載の半導体装
置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein in the high-temperature short-time annealing, the annealing temperature is 1000 ° C. or more and the annealing time is 1 second or less.
【請求項4】 不純物を注入直後に前記高温短時間アニ
ールを行うことにより、その後の工程での熱による不純
物の再分布を抑制し、しきい値変動等の特性の劣化を防
止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 according to claim 1, wherein the high-temperature short-time annealing is performed immediately after the impurity is implanted, so that redistribution of the impurity due to heat in a subsequent step is suppressed, and deterioration of characteristics such as threshold fluctuation is prevented. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
【請求項5】 不純物導入工程と、アニール工程とを有
し、0.1μm以下のpn接合を形成する半導体装置の
製造方法であって、 不純物導入工程は、N型半導体基板に不純物ボロンを導
入する処理を行うものであり、 アニール工程は、前記N型半導体基板に導入した不純物
の活性化アニール処理を行うものであり、 前記アニール工程でのアニール処理は、ランプ加熱によ
り150℃/秒以上の昇温速度で、1000℃〜115
0℃まで昇温し、かつ、この温度での保持時間を1秒以
下として、直ちに降温する処理であることを特徴とする
半導体装置の製造方法。
5. A method of manufacturing a semiconductor device having an impurity introducing step and an annealing step and forming a pn junction of 0.1 μm or less, wherein the impurity introducing step introduces impurity boron into an N-type semiconductor substrate. The annealing step is an activation annealing step for activating the impurities introduced into the N-type semiconductor substrate. The annealing step in the annealing step is performed at a rate of 150 ° C./sec or more by lamp heating. 1000 ° C. to 115
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the temperature is raised to 0 ° C., and the holding time at this temperature is set to 1 second or less, and the temperature is immediately lowered.
【請求項6】 前記アニール工程でのアニール処理は、
ランプ加熱により150℃/秒以上の昇温速度で、10
00℃以上に昇温し、最高到達温度での保持時間を1秒
で直ちに降温し、その後800℃〜850℃の温度範囲
で10分間のアニールを行う処理であることを特徴とす
る請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
6. An annealing process in the annealing process,
At a heating rate of 150 ° C / sec or more by lamp heating, 10
6. A process of raising the temperature to 00 ° C. or higher, immediately lowering the holding time at the maximum attained temperature in one second, and thereafter performing annealing for 10 minutes in a temperature range of 800 ° C. to 850 ° C. 13. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 5.
【請求項7】 前記アニール工程でのアニール処理は、
前記半導体基板を950℃に加熱した状態で10秒以下
のアニールを行い、かつ、それに引き続いて温度を下げ
ることなく、高速で1100℃まで昇温し、保持時間を
1秒以下として直ちに室温まで降温することを特徴とす
る請求請5に記載の半導体装置の製造方法。
7. An annealing process in the annealing process,
While the semiconductor substrate is heated to 950 ° C., annealing is performed for 10 seconds or less, and subsequently, without lowering the temperature, the temperature is rapidly increased to 1100 ° C., and the holding time is set to 1 second or less, and the temperature is immediately lowered to room temperature. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein:
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001297995A (en) * 2000-04-13 2001-10-26 Nec Corp Manufacturing method of circuit and manufacturing device of circuit
KR20030033811A (en) * 2001-10-25 2003-05-01 주식회사 하이닉스반도체 Method for forming flash memory device
US6812493B2 (en) 2000-04-04 2004-11-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Thin-film semiconductor element and method of producing same
CN105990148A (en) * 2015-01-26 2016-10-05 美普森半导体公司(股) Method for manufacturing power semiconductor device having process of controlling switching characteristic

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