JPS59920A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS59920A
JPS59920A JP57108003A JP10800382A JPS59920A JP S59920 A JPS59920 A JP S59920A JP 57108003 A JP57108003 A JP 57108003A JP 10800382 A JP10800382 A JP 10800382A JP S59920 A JPS59920 A JP S59920A
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矢羽野 俊
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (al  発明の技術分野 本発明は半導体装置の製造方法に係り・特にイオン注入
法を用いて不純物拡散領域を形成する方法に関する・ (b)  技術の背景 半導体装置が高密度高集積化され素子が微細化されるに
伴って、均一なa[1gファイルを持りた不純物拡散領
域を精度良く形成する手段としてイオン注入法が多く用
いられるようになつてきた0イオン注入法は、注入層の
シート抵抗のばらつきを小さくできる。不純物純111
1高めることができる。比較的低混成るいは短時間でプ
ロセスを行うことができる、接合深さの制(dlnJt
が良く且つ複雑な不純物グI271イルな比較的容易に
作り得る、パターン精度が同上できる1等熱拡散法に比
ベニ種々の利点を持りている〇 (C)  従来技術と問題点 半導体基体内に不純物を尋人する際、この不純−が熱平
衡状!!1に於て半導体基体中に固浴し得る臨界固浴曳
より低い点に、その不純物が半導体基体内に於て電気的
に活性になり得る限界の固MRがあることが判りて米て
hる・この固溶度を亀気活性固溶度と称し、例えばシリ
コン(81)基体中にひ素(A8)を不純物として導入
する際には2〜6X10”(atm/em’ )程度テ
あル。ソシテ不純物導入領域内に上記電気的活性固溶(
を越えて導入不純物が存在する場合には、この過剰不純
物がキャリアのトラップになったり、キャリアのモビリ
ティを低下せしめて不純物導入領域のシート抵抗を高め
、半導体素子の性能を低下せしめる。
従来Asを不純物としイオン注入法を用いてnチャネル
MO8IC等を形成するに際しては、通常第1図(イ)
に示すように、素子間分離酸化膜1−及+ びp 型チャネルカット領域2によって分離表出された
1 0 ” (atm/Cm’ ) 程io不純物ar
tヲ有するp型Si基板3面に、厚さ500ω程度のゲ
ート酸化膜4を形成し、該ゲート酸化膜4上に3000
〜4oooQ程度の厚さの多結晶Stゲ=ト電極5を形
成した後、該ゲート電極5をマスクにし前記ゲート酸化
膜4を通してp型3i基板3面に、100〜150(K
ey)の範囲例えば120(Kev〕で4 X I Q
 ’ ” (a trn/ cm” )程1tc)ひ素
イオン(As  )を注入する(6′はA8 注入領域
)。
このようにして形成したA’S注入領域のAs $度グ
ロファイルを示したのが第2図である。図に於て、Cは
A8I!kJt、dは深さ、Sは1100cC)に於け
る臨界固i@It、EASは電気活性固溶度、Slow
はゲート酸化膜領域、Siはp型Si基板領域を示して
いる。
n米方法に於ては、所要のシート抵抗を得るのに必要な
量のA8が注入され、特に電気的活性固溶度を考慮した
注入はされない。従りて第2図に示すようにピークに於
けるAsの固溶度は電気活性固溶度を上廻っている0し
かし従来方法に於ては、後工程の熱処理によりASが再
分布し)でピーク部のAJllffl、は必然的に低下
するので問題にならない。
次いで該基板を窒素〔Nt〕雰囲気中に於て1o o 
o (e)程度の高温で30(6)程度電気炉加熱し。
前記A吉注入領域5の活性化アニールを行う。前記のよ
うにこの工程でA8の再分布が行われる。
このアニール後の状態を示したのが第1図(ロ)で図に
於て6は前記A4注入領域をアニールして形成したAs
拡散領域(n 型ソース・ドレイン領域)である0゛ 図に示すように、上記アニール処理によって注入Asは
拡散され深さくd)が4oooQ程度のAI拡散預域(
ソース・ドレイン領域)6が形成される。
そして該As拡散領域は下方とほぼ同様な寸法(1)だ
けマスク端7から横方向に拡がる( 1=3000の程
度)。
そのため従来方法には、該横方向の拡がりが素子の高密
度高集積化を阻害するという間融がある〇゛又更上記高
温度加熱アニール法に於ては、拡散領域のAs ll[
:プロファイルを厳密に制御することができないので横
方向の拡がり寸法が変動し。
該MOg ICのチャネル長が変わるので、素子特性が
ばらつくという問題がありた0 そこで上記問題を軽減するために、拡散領域を浅く形成
することも試みられたが、この場合拡散領域内のAll
ll総革足し所望の低いシート抵抗値が得られない。
(d)  発明の目的 1 本発明//所要のシート抵抗を得るのに必要な不鈍物濃
度プロファイルをイオン注入法によ)形成し、このm度
グロファイルを維持したままイオン注入領域を活性化し
て不純物拡散領域を形成する方法を提供し、上記問題点
を除去することを目的とする・ (61発明の構成 即ち本発明は半導体装置の製造方法に於て、イオン注入
法を用いて半導体基体に不純物領域を形成するに際して
、不純物をその電気活性固溶度を越えない濃度に、注入
エネルギーを変えて分散注入し、次いでエネルギビーム
照射アニールによって実質的に不純物を再分布させずに
前記不純物注入領域を活性化する工程を有することを特
徴とする特にイオン注入法を用いてシリコン基体にひ素
含有領域を形成するに際しては、ひ累を6X10”(に
よって実質的にひ素を再分布させずに前記ひ素注入領域
を活性化する工程を有することを特徴とする。
げ)発明の実施例 以下本発明を一実施例について、第3図(イ)乃至に)
K示す工程断面図、及び第4図に示す同実施例に於ける
ひ素(As)注入領域のAs@Itプロファイル図を用
いて詳細に説明する@ 本発明の方法により例えばnチャネルMO3II程度の
p型シリコン(Si)基板11面が素子分離酸化膜12
及びp型チャネル・カット領域13に。
よりて分離表出されてなる被処理基板を用いる。
そして第3図(ロ)に示すように1通常の熱酸化法によ
りp型Sj  基板11の表出面上に厚さ例えば50 
ocL程度のゲート酸化膜14を形成し1次いで通常の
化学気相成長、パターニング工程を経て前記ゲート酸化
膜14上に多結晶Siゲート電極15を形成する。
次いで本発明の方法に於ては、従来電気炉加熱アニール
方法で形成した場合と同様20〜30〔Ωロ〕−程度の
シート抵抗を有するへ8拡散領域を形成するために1例
えば注入エネルギー110(KeV)、注入量6X10
” (atm/cm’ )。
注入エネルギー160 (KeV)、注入線7X10”
(atm/cm”’)11注入エネルギー240 (K
ey)注入量9,5XIQ”(atnl/C1n” )
、注入zネルギ−320(Key)、注入ji2.2X
10”(atln/Cm” )の、全注入量が電気活性
固溶度6 x’l O” (atllVcm’)を越え
てなることのない四注入条件に分け、前記素子分離酸化
膜12及び多結晶Siゲート電極15をマスクにし、前
記ゲート酸化膜14を通してp型Si基板11面KA8
 を分散注入する(16′はAS 注入領域)。   
     へ第4図に示した実線のカーブは、上記条件
で分散注入を行9たP型Si基板に於けるA8#Rのプ
ロファイルである。
線図に於てCはAs濃H,dは深さを表わしている。な
お線図に於ける点線のカーブは、それぞれの条件で単独
注入を行った際のA8−Ftグロファイルで参考のため
に示しである。
線図かられかるように前記分散注入の条件はAsの電気
活性固溶1’1EAsを2.5 x 10 ” (a 
1m/cm”付近と想定し、分散注入後のAa#[’プ
ロファイルがピーク部に於て前記EASを越えないよう
に設定される。そして更にピーク部に近いAS!tut
の領域Chが出来るだけ深い領域まで保たれるように注
入条件を設定することが望ましい。又前述したよう’I
C10’ ” (a trr7cm’ )程度の不純物
濃度を有するp型Si基板を用いているので、ジャンク
シ百ン深さはほぼ4ooo(4程同となる。
なお本実施例に於ては上記のよう九四条件に分けてAs
中の分散注入を行りたが、注入装置が得られるならば、
連続的に注入条件を変えて分散注入Jることがより望ま
しい。
次いで、該基板を例えば基板温度を450〜550(°
clに上昇゛せしめた状態で、As 注入領域面に26
(J/Cm’)程度の強さの光を400〔μS〕程度の
短時間照射し、注入18を再分布させずに活性化する。
なお光瀝にはキセノン・ランプ等を用いる。該活性化処
理により83図()Jに示すよう尤深さ4000(i程
度のAs拡散領域即ちN+型ソース・ドレイン領域16
a及び16bが形成される〇なお上記光照射アニールに
よりて形成されたAs拡散領域16B、16bのシート
抵抗は、従来高温度加熱アニールで形成した場合と同様
に20〜30〔功程度の低い値が得られる◎しがも該光
熱アニールに於ては、A8の再分布が行わねないので拡
散領域がマスク11a17から横方向に始んど拡がるこ
とはない0従9て本発明の方法に於けるAsわ、る0 以後通常の方法に従って第3図に)に示すよう圧線基板
上への絶縁膜18の形成、該絶縁膜への電極窓の形成ン
ース・ドレイン配線19a、19aの形成等がなされて
、nチャネルMO3ICが提供される。
上巳実施例に於ては、シート抵抗をできるだけ低くする
ためにAs  の注入量を、その笥1気活性同溶度に近
い値になるように調節したが、シート抵抗が更に高い値
で良い場合注入総量は当然実施例の値より低く選ばれる
父上記実施例に於ては1本発明をソース・ドレイン領域
について説明したが、不発明の方法はp型Sl基板面K
A8拡散領域からなるビット配線等を形成する際にも適
用される0 更に又本発明はMOS型に限らずバイポーラ型応半導体
装置にも適用され、注入不純物としてはりん(日、はう
素(B)等As以外の不純物も適用できる。また活性化
アニールのためのエネルギビームとしてはレーザビー′
ムや電子ビーム等、照射により瞬時加熱可能なものであ
れば適用可能である。
(g)発明の詳細 な説明したように本発明によれば、イオン注入法を用い
て低−シート抵抗を有する不純物拡散頭載を形成する際
、該不純物拡散領域の横方向への拡がり及び領域寸法の
ばらつきを極めて小さく抑えることができる0 従って本発明は半導体装置の高密度高集積化及び特性の
均一化に対して有効である0
【図面の簡単な説明】
第1図(イ)及び(ロ)は従来方法の工程断面し、第2
図は従来方法に於けるひ素礒邸プロファイル図。 第3図(イ)乃至に)は本発明の方法における一実施例
の工程断面図、第4図は同実施例にす・・けるひ素濃度
プロファイル図である〇 図に於て、11はp型シリコン基板、12は素+ 予分離酸化膜、13はp 型チャネルeカット領域、1
4はゲート酸化膜、15は多結晶シリコンゲート電極、
16′はひ素注入領域、16a、16bはひ素拡散領域
(n 型ンースードレイン領域)。 17はリスク端、Cはひ素濃r[、dは深さ、EASは
電気活性固溶度を示す。 晃1 図 第 2 図 笥3 図 都 4[!1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、イオン注入法を用いて、半導体基体に不純物領域を
    形成するに際し℃、不純物をその電気活性固溶度を越え
    ない製置に、注入エネルギーを変えて分散注入し1次い
    でエネルギービーム照射アニールにより実質的に不純物
    を再分布させずKI11iI記不純物注入領域を活性化
    する工程を有することを特徴とする牛導体W装置の製造
    方法◎ 2、ひ素を68 l O” (atm/cm” )を越
    えなhIlll#tに注入エネルギーを変え″C分散注
    入し1次いでエネルギビーム照射アニールにより実質的
    にひ累を再分布させずK11I記ひ素注入領域を活性化
    する工程を有することを特徴とする特許請求の範囲#!
    1撫記載の半導体装置の製造方法◎
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