JPS6321825A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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】 以下の順序に従って本発明を説明する。

Ａ、産業上の利用分野 Ｂ１発明の概要 Ｃ６背景技術［第６図コ Ｄ１発明が解決しようとする問題点［第７図コＥ０問題
点を解決するための手段 Ｆ１作用 Ｇ、実施例［第１図乃至第５図コ Ｈ０発明の効果 （Ａ、産業上の利用分野） 本発明は半導体装置の製造方法、特に導電性不純物原子
と他の原子とで分子イオンをつくりこれを半導体基板に
注入することにより接合深さの浅い不純物拡散層を形成
する半導体装置の製造方法に関する。

（Ｂ、発明の概要） 本発明は、導電性不純物原子と他の原子とで分子イオン
をつくりこれを半導体基板に注入することにより接合深
さの浅い不純物拡散層を形成する半導体装置の製造方法
において、 不純物拡散層内に不純物原子とて分子イオンをつくる上
記他の原子が残らないようにするため、分子イオンの住
人後に熱処理により上記他の原子を拡散させるようにし
たものであり、従って、本発明半導体装置の製造方法に
よれば上記他の原子を熱処理により拡散させるので不純
物拡散層内に他の原子を残存させないようにすることが
できる。

（Ｃ，背景技術）「第６図」 ＭＯ３ＬＳＩ、バイポーラＩＣは共に非常に高集積化が
進み、それを構成するＭＯＳトランジスタ素子、バイポ
ーラトランジスタ素子等の半導体素子は微細化の一途を
辿っているが、半導体素子の微細化は必然的に半導体基
板の表面部に形成する不純物拡散層の接合深さを浅くす
ることを必要とする。というのは、拡散層が深くなると
必然的に拡散層の横方向への拡がりが大きくなり、半導
体素子の微細化が阻まれるからである。ちなみに、ＩＭ
のダイナミックＲＡＭはラインアンドスペースが１．３
μｍに設定されているのが一般的であり、そして、不純
物拡散層の接合深さが００２５〜０３０μｍであるのに
対して、４ＭのダイナミックＲＡＭになるとラインアン
トスペースを０８−１．０μｍルールにする必要性があ
り、その場合には不純物拡散層の接合深さを０゜２〜０
．２５μｍにすることが必要となる。

しかし、接合深さの浅い拡散層を形成することは特にシ
リコンに対する拡散係数の大きいポロンＢ＋の注入によ
りＰ“型の拡散層を形成する場合において難しい。その
ため、種々の研究が行われ、低エネルギーのＢ“イオン
注入技術と共に分子イオンによる質量−エネルギー分配
を利用したＢＦ２”イオン注入技術が開発された。

第６図はイオン注入エネルギーを横軸にとり、形成され
る拡散層の接合深さを縦軸にとってその両者の関係をＢ
　（Ｂｏｒｏｎ）＋の場合とＢＦ２”の場合とについて
示すものである（尚、９５０゜Ｃｌ２Ｏ分のアニール処
理を行った場合）。この図から明らかなようにホウ素を
Ｂ＋の状態でイオン注入するよりもフッ素Ｆとホウ素Ｂ
とによって分子イオンＢＦ２”をつくりそれをイオン注
入した方が接合深さを浅くすることができるのであり、
上記Ｂ　Ｆ　２”４オン注入技術はその原理を利用した
ものである。この技術を駆使すれば接合深さが０２μｍ
以下のＰ゛型型数散層つくることも充分に可能である。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）［第７図］ ところで、上記ＢＦ２＋イオン注入技術には不純物拡散
層内にフッ素原子Ｆ“が多く存在し、そのフッ素原子Ｆ
＋の振舞いが特性を不安定にし、半導体素子の特性を劣
化させるという問題があった。

この問題について具体的に説明すると、第７図は（１０
０）而でスライスしたｎ型のシリコン半導体基板の表面
に１００人のＳ　ｉ　Ｏ２ＷＡを形成し、インブラント
エネルギー２０ＫｅＶてＢＦ２”を３Ｘ１０′５／ｃｍ
２程度イオンて主人した後１１００℃で５秒間ハロゲン
ランプによるアニールをしたときのホウ素Ｂ＋及びフッ
ｉＦ＋の濃度分布を示すものであり、横軸が深さ、縦軸
が原子の濃度を示す。これはＳｒＭＳにて濃度分布を調
べた結果得られたものであり、これにより０．２μｍよ
りも浅いところに接合が形成されていることが明らかで
あるが、その反面において接合よりも浅いところに高濃
度（３ｘ　１０”／ａｍ２）のフッ素原子か存在してい
ることも示されている。

そして、不純物拡散層内のフッ素は接合リーク特性を劣
化させ、また、拡散層とその表面の金属とのオーミック
特性に悪い影習を及ぼす虞れがある。

本発明はこのような問題点を解決すべく為されたもので
あり、導電性不純物原子と他の原子とで分子イオンをつ
くりこれを半導体基板に注入することにより接合深さの
浅い不純物拡散層を形成する半導体装置の製造方法にお
いて、不純物拡散層に上記他の原子が残らないようにす
ることを目的とするものである。

（Ｅ、問題点を解決するための手段） 本発明半導体装置の製造方法は上記問題点を解決するた
め、半導体基板に不純物原子と他の原子との分子イオン
を注入した１支上記不純物原子が拡散しにくく且つ上記
他の原子が拡散し易い低温で拡散処理し、その後、熱処
理をすることを特徴とするものである。

ＣＦ１作用ン 本発明半導体装置の製造方法によれば、上記低温での拡
散処理により不純物原子とで分子イオンをつくった原子
のみを半導体基板外に拡散させることができるのでその
不純物原子とで分子イオンをつくった原子が残存しない
不純物拡散層を形成することができる。

（Ｇ、実施例）［第１図乃至第５図］ 以下、本発明半導体装置の製造方法を図示実施例に従っ
て詳細に説明する。

第１図は本発明半導体装置の製造方法の一つの実施例を
工程順に示すフロー図である。

（イ）不純物原子であるホウ素Ｂと、フッ素Ｆとからな
る分子イオンＢＦ２＋を半導体基板の表面部にイオン注
入する。このイオン注入は例えば（ｉｏｏ）面でスライ
スしたｎ型のシリコン半導体基板に１００人のＳ　ｉ　
Ｏ２膜を形成した後、２０ＫｅＶのインブラントエネル
ギー、３×１０１５／ｃｍ２の濃度で行い０．１５μｍ
の接合深さのＰ型の不純物拡散層をつくる。

（ロ）次に、例えば５５０℃、１６時間程度の低温長時
間熱処理を施す。この熱処理は不純物拡散層中のフッ素
Ｆを半導体基板外に拡散させるためのものである。

（ハ）その後、１１００℃、５秒間程度の高温短時間ア
ニールによりホウ素Ｂを活性化する。

第２図は第１図に示すプロセスでＰ＋型拡散層を形成し
た場合のホウ素Ｂ＋とフッ素Ｆ０の原子濃度分布（″Ｓ
ＩＭＳ解析による）を示すものである。この図から明ら
かなように、ホウ素Ｂの濃度分布が第７図に示す従来の
場合と全く変らないのに対して、フッ素Ｆの濃度は第７
図に示す従来の場合に比較して１０分の１以下になって
いる。即ち、上記ステップ（ロ）の低温長時間熱処理に
よって不純物拡散層中のフッ素Ｆを不純物原子であるホ
ウ素Ｂの濃度、濃度分布を変えることなく半導体基板外
へ拡散させることができる。

そして、ホウ素Ｂの濃度分布に影響を与えることなくフ
ッ素Ｆのみを半導体基板外に拡散させることができると
いうのは、ホウ素Ｂとフッ素Ｆとはシリコン中での拡散
係数が第３図に示すように異なり、フッ素Ｆの拡散係数
がホウ素Ｂの拡散係数よりも大きく、しかも５５０℃と
いうように温度が低くなる程その両者の差が大きくなる
ためである。即ち、第３図は横軸に１／絶対温度をとり
、縦軸に拡散係数をとったものであり、どの温度でもフ
ッ素Ｆの方がホウ素Ｂよりも拡散係数が大きいが、特に
低い温度になる程ホウ素Ｂの拡散係数とフッ素Ｆの拡散
係数との差が大きい。従って、５５０℃程度の拡散温度
としては非常に低い温度で熱処理することとすれば、ホ
ウ素Ｂをほとんど拡散させないでフッ素Ｆのみを半導体
基板外に拡散させることができるのである。

第４図は本発明半導体装置の製造方法の他の実施例を示
すものである。

この実施例は、（イ）の分子イオン注入を行い、次に（
ロ）のフッ素拡散のための低温長時間熱処理を行う前に
シリコンイオン注入工程（ニ）を行うようにしたもので
あり、該イオン注入工程（ニ）の後には低温長時間熱処
理（ロ）を行い、その後活性化処理（ハ）を行う。そし
て、分子イオン注入（イ）、低温長時間熱処理（ロ）、
活性化（ニ）は第１図に示した実施例の場合と同じよう
に行う。そして、（ハ）のシリコンイオン注入は６０に
ｅＶのインブラントエネルギー、２×１０１５／ｃｍ２
の濃度で行う。

第５図は第４図に示すようにシリコンイオン注入工程を
加えた場合のホウ素Ｂゝとフッ素Ｆ１の濃度分布を示す
もの（５１ＭＳ解析による）である。この図から明らか
なようにフッ素Ｆゝの濃度は第２図に示した場合よりも
更に少くすることができる。具体的にはフッ素Ｆゝの濃
度が第２図に示した場合の工／２０〜１／３０程度にな
っている。このように、フッ素Ｆ１の濃度を更に低くす
ることかできたのは上記シリコンイオン注入により半導
体基板の表面か６０，１２μｍの深さまでをアモルファ
ス化したためである。この点について具体的に説明する
と次のとおりである。

！１１！１ち、第２図に示す濃度分布を見るとフッ素Ｆ
゛の濃、度は半導体基板表面から２５０人の深さ′のと
ころがピークになっている。ところで、この深さはＢＦ
２ゝのイオン注入により半導体基板に形成されたアモル
ファス層の深さと一致している。

これは半導体基板のアモルファスと単結晶との界面の不
整部にフッ素Ｆ１が偏析しとり込まれているためである
。そこで、その界面をもっと深くしてフッ素Ｆ”の濃度
の低かった例えば０．１２μｍまで移動させれば拡散層
中におけるフッ素Ｆ＋の濃度を更に低下させることがで
きる筈である。

そこで、ＢＦ２”のイオン注入により出来たアモルファ
ス部よりも更に深いところまでアモルファス化するため
にシリコンＳｉ＋のイオン注入を行う形成することがで
きる。

ことにより第７図に示すように実際にホウ素Ｆ゛の濃度
を第１図に示した場合よりも更に小さくすることができ
た。

尚、シリコンイオン注入の工程（ニ）はＢＦ２”のイオ
ン注入工程（イ）の前に行うようにしても良い。

（Ｈ，発明の効果ン 以上に述へたように、本発明半導体装置の製造方法は、
半導体基板に不純物原子と他の原子との分子イオンを注
入する工程と、上記不純物原子か拡散しにくく且つ上記
他の原子が拡散し易い低温で熱処理して上記他の原子を
半導体基板外へ拡散させる工程と、上記不純物原子を活
性化する工程とを順次有することを特徴とする。

従って、本発明半導体装置の製造方法によれば、上記低
温での熱処理により不純物原子とで分子イオンをつくっ
た原子を半導体基板外に拡散させることができるのでそ
の不純物原子とで分子イオンをつくった原子が存在しな
い不純物拡散層を

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明半導体装置の製造方法の一つ
の実施例を説明するためのもので、第１図は製造方法の
工程の順序を示すフロー図、第２図は不純物原子（Ｂｏ
）と他の原子（Ｆ”）の濃度分布図、第３図は不純物原
子（Ｂｏ）と他の原子（Ｆ”　）についての温度と拡散
係数との関係図、第４図及び第５図は本発明半導体装置
の製造方法の他の実施例を説明するだめのもので、第４
図は製造方法の工程の順序を示ずフロー図、第５図は不
純物原子（Ｂ＋）と他の原子（Ｆｌ）の濃度分布図、第
６図は背景技術を説明するためのインプラントエネルキ
ーと接合深さとの関係図、第７図は本発明が解決しよう
とする問題点を説明するための不純物原子（Ｂｏ）と他
の原子（Ｆ＋）についての温度と拡散係数との関係図で
ある。 一原子濃度（原子／　ｃｍ’　） Ｃ）−（）−（１−０−ロ、、ＯＮ”ｒｌ−Ｎ　　　　
　　＠　　　　　噛　　　　　　。　　　　　　−８，
ロー　０−　　。−〇、ｖＯ，ｅ。 ＄　　　　　　＋４　　　　−　　　　４　　　　　　
＠　　　　　　＋−）　　　　　５．　　　　　−ノ　
　　　　　ζノ−浬予Ｊ！Ｌ　　（原子／　ｃｍ’　）
−接＆潔さ　（μｍ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板に不純物原子と他の原子との分子イオ
   ンを注入する工程と、 上記不純物原子が拡散しにくく且つ上記他の原子が拡散
   し易い低温で熱処理して上記他の原子を半導体基板外へ
   拡散させる工程と、 上記不純物原子を活性化する工程とを順次有する ことを特徴とする半導体装置の製造方法