JP3052348B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特にMOS集積
回路の装置の製造に用いれば好適なものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method suitable for use in manufacturing a MOS integrated circuit device.
従来の技術 近年、MOSLSIの発展にはめざましいものがあり、特に
低消費電力という長所を充分に生かせるという意味合い
で、その高集積化は他の半導体装置の追随を許さない。
高集積化が進む中で、最近のLSI開発にとって大きな問
題の1つにトランジスタのショートチャネル効果やパン
チスルー現象がある。ショートチャネル効果は素子の微
細化、特にゲート長の縮小にともないゲート下のチャネ
ル部領域の電荷がゲート電圧のみではなくソース及びド
レイン領域の空乏層電荷や電界及び電位分布の影響を強
く受け素子の特性を劣悪させる現象である。このショー
トチャネル効果はゲート長とゲート酸化膜厚、ソースド
レイン拡散層の接合深さに大きく依存する。一方パンチ
スルー現象はゲート長の縮小にともないソースドレイン
拡散層距離が縮小し、ソースの空乏層とドレインの空乏
層が接続してしまい、ドレイン電流がゲート電圧では制
御できなくなる現象である。2. Description of the Related Art In recent years, there has been remarkable progress in the development of MOS LSIs. In particular, in the sense that the advantages of low power consumption can be fully utilized, high integration does not allow other semiconductor devices to follow.
As the degree of integration increases, one of the major problems for recent LSI development is the short channel effect of transistors and the punch-through phenomenon. With the short channel effect, the charge in the channel region under the gate is strongly affected not only by the gate voltage but also by the depletion layer charge in the source and drain regions, the electric field, and the potential distribution as the device is miniaturized, particularly as the gate length is reduced. This is a phenomenon that deteriorates the characteristics. This short channel effect largely depends on the gate length, the gate oxide film thickness, and the junction depth of the source / drain diffusion layers. On the other hand, the punch-through phenomenon is a phenomenon in which the distance between the source and drain diffusion layers is reduced as the gate length is reduced, the depletion layer of the source is connected to the depletion layer of the drain, and the drain current cannot be controlled by the gate voltage.
従って、素子の微細化が要求されている現在、ショー
トチャネル効果やパンチスルー現象を防ぐ半導体装置の
製造方法が望まれている。Accordingly, at present, there is a demand for miniaturization of elements, and there is a demand for a method of manufacturing a semiconductor device which prevents a short channel effect and a punch-through phenomenon.
また、素子の微細化に伴い各種コンタクト径も縮小さ
れている。ゲート多結晶シリコンのコンタクトも例外で
はない。半導体製造プロセス途中で多結晶シリコン表面
に所要せぬ不純物が混入したり酸化物が形成されると、
素子の微細化に伴いコンタクト特性の顕著な劣化が予想
される。従って、ゲート多結晶シリコンのコンタクト特
性を安定して信頼性のある良好な特性を持つプロセスも
要望されている。In addition, various contact diameters have been reduced along with miniaturization of elements. Gate polysilicon contacts are no exception. Unwanted impurities or oxides are formed on the polycrystalline silicon surface during the semiconductor manufacturing process,
It is expected that the contact characteristics will remarkably deteriorate with the miniaturization of the element. Therefore, there is also a demand for a process having stable and reliable contact characteristics of gate polycrystalline silicon and having favorable characteristics.
以下に従来のNMOSトランジスタの製造方法の一例を記
す。第4図は従来NMOSトランジスタの一例の構造概略断
面図である。従来の製造技術は、P型シリコン基板400
にNMOSが形成されるPウェル層401(1E15cm-3程度)を
設け、次に薄いゲ−ト酸化膜(10nm〜25nm)402を形成
した後、CVD法により多結晶シリコンを約300nm程度堆積
し、次にPOCl3拡散により、前記多結晶シリコンに燐を
拡散する(約1E20cm-3〜1E21cm-3)。そして、フォトリ
ソグラフィ技法及びエッチングによりゲ−ト電極加工を
行う。次にゲート電極403をマスクとして燐をイオン注
入(加速電圧40KeV,注入量1〜3E13cm-2)し表面濃度が
〜1E18cm-3程度になるようにn-層404、すなわちLDD(Li
ghtly Doped Drain)層を形成する(同図(a))。
次に基板全面にCVDSiO2膜を150nm〜250nm堆積した後、
異方性エッチングつまり垂直方向のみに前記CVDSiO2の
堆積膜厚分をエッチングし、ゲ−ト電極403の側面部に1
50nm〜250nm幅のサイドウオ−ル405を形成する。次に、
ヒ素(80KeV,6E15cm-2)を注入しNMOSのソ−スドレイン
406領域を形成する。その後ソース・ドレイン領域に注
入した不純物を電気的に活性化するために、900℃程度
の高温で約30〜40分程度の熱処理を行う(同図
(b))。つぎにリンガラス膜408を700nm程度堆積して
層間絶縁膜とする。次に、この層間絶縁膜408を平坦化
するために900℃程度で約30〜40分程度リフローする。
そして、フォトリソグラフィ技法及びエッチングにより
所望の箇所にソースドレイン電極窓409、ゲート電極窓4
10を形成する。そしてAL−Si−Cu411を800nm程度堆積、
加工して電極とする。An example of a conventional method for manufacturing an NMOS transistor will be described below. FIG. 4 is a schematic sectional view of an example of a conventional NMOS transistor. Conventional manufacturing technology uses a P-type silicon substrate 400
Is provided with a P-well layer 401 (about 1E15 cm -3 ) on which an NMOS is to be formed, then a thin gate oxide film (10 nm to 25 nm) 402 is formed, and then about 300 nm of polycrystalline silicon is deposited by a CVD method. Then, phosphorus is diffused into the polycrystalline silicon by POCl 3 diffusion (about 1E20 cm −3 to 1E21 cm −3 ). Then, gate electrode processing is performed by photolithography and etching. Next, using the gate electrode 403 as a mask, phosphorus is ion-implanted (acceleration voltage: 40 KeV, implantation amount: 1 to 3E13 cm −2 ), and the n − layer 404, that is, LDD (Li) is formed so that the surface concentration becomes about 1E18 cm −3.
ghtly doped drain) layer is formed (FIG. 3A).
Next, after depositing a CVD SiO 2 film on the entire surface of the substrate by 150 nm to 250 nm,
Anisotropic etching, that is, etching of the deposited film thickness of the CVD SiO 2 only in the vertical direction,
A sidewall 405 having a width of 50 nm to 250 nm is formed. next,
Arsenic (80 KeV, 6E15 cm -2 ) is implanted and the source drain of NMOS
406 regions are formed. Thereafter, in order to electrically activate the impurities implanted in the source / drain regions, heat treatment is performed at a high temperature of about 900 ° C. for about 30 to 40 minutes (FIG. 9B). Next, a phosphor glass film 408 is deposited to a thickness of about 700 nm to form an interlayer insulating film. Next, in order to flatten the interlayer insulating film 408, reflow is performed at about 900 ° C. for about 30 to 40 minutes.
Then, the source / drain electrode window 409 and the gate electrode window 4 are formed at desired locations by photolithography and etching.
Form 10. Then, about 800 nm of AL-Si-Cu411 is deposited,
Processed to form electrodes.
発明が解決しようとする課題 従来のMOSトランジスタの製造方法であると、イオン
注入によりソース・ドレイン領域を形成しているため、
及びその電気的活性化のための熱処理、またその後の平
坦下のためのリンガラス膜堆積後のリフロー時の熱処理
等のため、ソースドレイン拡散層は深くなる傾向にあ
る。(1μm近辺のデバイスでは拡散層は約0.2〜0.3μ
m程度である。)拡散層が深くなれば、トランジスタの
ショートチャネル効果やパンチスルー効果が助長され、
また今後の微細化・高集積化に伴ってその効果は顕著に
現れてくる。その課題を解決するためにイオン注入の加
速エネルギーを減少させて拡散層を形成するという手段
が考えられるが、NMOS,PMOS両方の拡散層とも1E15cm-2
程度の高ドーズ量が必要であり低加速エネルギーで実現
するのは非常に困難である。逆にドーズ量を減少して拡
散層を浅くするという手段も考えられるが、それでは拡
散層の層抵抗が増加し、素子特性の劣化を引き起こす。According to the conventional method for manufacturing a MOS transistor, the source / drain regions are formed by ion implantation.
The source / drain diffusion layer tends to be deep due to heat treatment for electrical activation thereof, heat treatment at the time of reflow after depositing a phosphorus glass film for flattening, and the like. (For devices around 1 μm, the diffusion layer is about 0.2-0.3 μm.
m. ) If the diffusion layer is deeper, the short channel effect and punch-through effect of the transistor are promoted,
In addition, the effect becomes remarkable with miniaturization and high integration in the future. In order to solve the problem, it is conceivable to reduce the acceleration energy of ion implantation to form a diffusion layer, but both the NMOS and PMOS diffusion layers are 1E15 cm -2
A high dose is required, and it is very difficult to realize it with low acceleration energy. Conversely, a method of reducing the dose to make the diffusion layer shallower is also conceivable, but this increases the layer resistance of the diffusion layer and causes deterioration of device characteristics.
また、高濃度に不純物拡散されたゲート多結晶シリコ
ンの電極窓も、素子の微細化が要望され縮小化がなされ
てきている。それに伴って、製造プロセス途中で、多結
晶シリコン表面が酸化されたり、所望せぬ不純物汚染が
あると、ゲート多結晶シリコン表面の不純物濃度が低く
なり、ゲート電極コンタクトの特性が劣悪になる可能性
が大きくなってきている。Also, the electrode window of gate polycrystalline silicon in which impurities are diffused at a high concentration has been required to be miniaturized, and the size thereof has been reduced. Along with this, if the polycrystalline silicon surface is oxidized or undesired impurity contamination occurs during the manufacturing process, the impurity concentration on the gate polycrystalline silicon surface may be lowered and the characteristics of the gate electrode contact may be deteriorated. Is getting bigger.
本発明は、上述の問題点に鑑みて為されたもので、ソ
ース・ドレイン部の拡散層の深さを浅くする効果を有す
ることができ、またゲート多結晶シリコン表面の不純物
濃度を増加させ、ゲート電極窓のコンタクト抵抗を安定
して提供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-described problems, and can have an effect of reducing the depth of a diffusion layer in a source / drain portion, and can increase an impurity concentration on a surface of a gate polycrystalline silicon, An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of stably providing a contact resistance of a gate electrode window.
課題を解決するための手段 本発明は上述の問題点を解決するため、半導体基板に
不純物層を形成する工程と、前記不純物層の一部にイオ
ン注入により非晶質層を形成する工程と、前記半導体基
板に熱処理を加え前記非晶質層に不純物を集結させる工
程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法で
ある。Means for Solving the Problems The present invention solves the above-mentioned problems, a step of forming an impurity layer on a semiconductor substrate, and a step of forming an amorphous layer by ion implantation in part of the impurity layer, Applying a heat treatment to the semiconductor substrate to collect impurities in the amorphous layer.
また第4族元素,フッ素,フッ化物,不活性ガスをイ
オン注入することにより半導体基板を非晶質化すること
を特徴とする。Further, the semiconductor substrate is made amorphous by ion-implanting a Group 4 element, fluorine, fluoride, or an inert gas.
さらに詳述すると本発明は、シリコン基板上にゲート
酸化膜を形成する工程と、前記ゲート酸化膜上に多結晶
シリコンを形成する工程と、前記多結晶シリコンに不純
物を拡散する工程と、前記多結晶シリコンをパターンニ
ングすることによりゲート電極を形成する工程と、前記
ゲート電極をマスクとしてイオン注入によりソースドレ
イン層を形成する工程と、前記半導体基板上不純物層及
びゲート電極の一部にイオン注入により非晶質層を形成
する工程と、前記半導体基板及びゲート電極に熱処理を
加え前記非晶質層に不純物を集結させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法である。More specifically, the present invention comprises a step of forming a gate oxide film on a silicon substrate, a step of forming polycrystalline silicon on the gate oxide film, a step of diffusing impurities into the polycrystalline silicon, Forming a gate electrode by patterning crystalline silicon, forming a source / drain layer by ion implantation using the gate electrode as a mask, and ion-implanting a part of the impurity layer and the gate electrode on the semiconductor substrate. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming an amorphous layer; and a step of performing a heat treatment on the semiconductor substrate and the gate electrode to collect impurities in the amorphous layer.
作用 本発明は上述の構成によって、所望の位置に不純物拡
散層を集結させることができ、従って容易に、ソースド
レイン拡散層の深さを浅くすることができ、ショートチ
ャネル効果及びパンチスルー現象を抑制でき、さらにゲ
ート多結晶シリコンの電極窓コンタクト特性も安定して
提供でき、特性が良好で信頼性の高い微細な半導体装置
を得ることが可能となる。According to the present invention, the impurity diffusion layer can be concentrated at a desired position by the above-described configuration, and therefore, the depth of the source / drain diffusion layer can be easily reduced, and the short channel effect and the punch-through phenomenon can be suppressed. In addition, the electrode window contact characteristics of the gate polycrystalline silicon can be stably provided, and a fine semiconductor device having good characteristics and high reliability can be obtained.
実施例 以下、図面を参照して本発明の半導体装置の製造方法
について詳細に説明する。簡単のため、本発明をNMOSに
採用した例を記載する。Embodiment Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. For simplicity, an example in which the present invention is applied to an NMOS will be described.
第1図(a)では、P型シリコン基板100にNMOSが形
成されるPウエル層101(1E15cm-3程度)を設ける。薄
いゲ−ト酸化膜102(10nm〜25nm)を形成した後、CVD法
により多結晶シリコンを〜300nm堆積する。その後POCl3
拡散により多結晶シリコンに燐を約1E21cm-3程度ドープ
して低抵抗化を行う。次に前記多結晶シリコン膜をフォ
トリソグラフィ技法及びエッチングによりゲ−ト電極加
工を行う。次に、このゲート電極103をマスクにして、
燐をイオン注入(加速電圧40KeV、注入量1〜3E13c
m-2)し、表面濃度が〜1E18cm-3程度になるようにn-層1
04を形成しLDD層とする。In FIG. 1A, a P-well layer 101 (about 1E15 cm −3 ) on which an NMOS is formed is provided on a P-type silicon substrate 100. After forming a thin gate oxide film 102 (10 nm to 25 nm), polycrystalline silicon is deposited to a thickness of 300 nm by CVD. Then POCl 3
The resistance is reduced by doping phosphorus into the polycrystalline silicon by about 1E21 cm -3 by diffusion. Next, gate electrode processing is performed on the polycrystalline silicon film by photolithography and etching. Next, using this gate electrode 103 as a mask,
Phosphorus ion implantation (acceleration voltage 40 KeV, implantation amount 1-3E13c
m- 2 ), and the n - layer 1 has a surface concentration of about 1E18cm- 3.
04 is formed as an LDD layer.
次に第1図(b)では、基板全面に絶縁膜例えばCVDS
iO2膜を150〜250nm堆積した後、異方性のエッチングつ
まり垂直方向のみに前記CVDSiO2の堆積膜厚分をエッチ
ングし、ゲート電極103の側壁に150〜250nm幅のサイド
ウォール105を形成する。次に前記サイドウォール付き
ゲート電極をマスクとしてヒ素(80KeV、6E15cm-2)を
注入しNMOSのソ−スドレイン106領域を形成する。Next, in FIG. 1 (b), an insulating film such as CVDS is formed on the entire surface of the substrate.
After depositing an iO 2 film of 150 to 250 nm, anisotropic etching, that is, etching of the deposited film thickness of the CVD SiO 2 only in the vertical direction, to form a sidewall 105 of 150 to 250 nm width on the side wall of the gate electrode 103. . Next, arsenic (80 KeV, 6E15 cm -2 ) is implanted using the gate electrode with the sidewall as a mask to form an NMOS source drain 106 region.
次に第1図(c)では、この工程が本発明の特徴の1
つであるが、ソースドレイン層及びゲート電極にシリコ
ンを例えば40keV,2E15cm-2でイオン注入する。ソースド
レイン層及びゲート多結晶シリコン中ではその飛程距離
より、半導体基板表面、ゲート多結晶シリコン表面より
約50nm程度のところに非晶質層107が形成される。Next, in FIG. 1 (c), this step is one of the features of the present invention.
First, silicon is ion-implanted into the source / drain layer and the gate electrode at, for example, 40 keV and 2E15 cm −2 . In the source / drain layer and the gate polycrystalline silicon, the amorphous layer 107 is formed at a position of about 50 nm from the semiconductor substrate surface and the gate polycrystalline silicon surface due to the range.
次に900℃,30分程度の熱処理を加える。そうすると、
第1図(d)に示すようにソースドレイン層では非晶質
層107に燐やヒ素がパイルアップして、ソースドレイン
層表面から約50nm程度のところの濃度が高くなり、(こ
の高くなった原因は半導体基板中の不純物(この場合は
燐、ヒ素)が集まったから)ソースドレイン拡散層を浅
くすることができるのである。また、ゲート多結晶シリ
コン103中でも同様の現象が起きる。例えばこの熱処理
前にゲート多結晶シリコン中に不純物や、多結晶シリコ
ン表面に酸化膜などができて、表面の不純物濃度(この
場合は燐濃度)が低くなったとしても(コンタクト抵抗
の異常増加が予想される)、本発明を用いることにより
ゲート多結晶シリコン表面から約50nm程度の位置の不純
物濃度(この場合は燐濃度)を高めることができ、ゲー
ト多結晶シリコン電極のコンタクト特性を安定して良好
に提供することができる。イオン種としてシリコンを用
いたが、その他の第4族元素、もしくは第4族のフッ化
物を用いても良い。また、フッ素などの原子量が小さい
物質でも、その導伝型の影響がデバイスに悪影響を及ぼ
さないので、非晶質形成用イオン注入材料に使用しても
良い。また不活性ガスを非晶質形成用イオン注入材料に
使用しても良い。またソ−スドレイン層とゲート多結晶
シリコンの導電型が同じであれば、その導電型と同じイ
オン種や同導電型のフッ化物を用いても良いことは言う
までもない。Next, heat treatment is performed at 900 ° C. for about 30 minutes. Then,
As shown in FIG. 1D, in the source / drain layer, phosphorus and arsenic pile up in the amorphous layer 107, and the concentration at about 50 nm from the surface of the source / drain layer becomes high. The cause is that impurities (phosphorus and arsenic in this case) in the semiconductor substrate are gathered, and the source / drain diffusion layer can be made shallower. A similar phenomenon occurs in the gate polycrystalline silicon 103. For example, even if impurities are formed in the gate polycrystalline silicon or an oxide film is formed on the polycrystalline silicon surface before the heat treatment, and the impurity concentration on the surface (in this case, the phosphorus concentration) is reduced, the contact resistance may be abnormally increased. It is expected that the present invention can increase the impurity concentration (in this case, the phosphorus concentration) at a position of about 50 nm from the surface of the gate polycrystalline silicon, and stabilize the contact characteristics of the gate polycrystalline silicon electrode. Can be provided well. Although silicon was used as the ion species, other Group 4 elements or Group 4 fluorides may be used. Even a substance having a small atomic weight, such as fluorine, may be used as an ion implantation material for forming an amorphous substance, since the influence of the conductivity type does not adversely affect the device. Further, an inert gas may be used for the ion implantation material for forming an amorphous phase. If the source drain layer and the gate polycrystalline silicon have the same conductivity type, it is needless to say that the same ion type or the same conductivity type fluoride as the conductivity type may be used.
その後、第1図(e)では、リンガラス膜108を700nm
程度堆積して層間絶縁膜とし、次にこの層間絶縁膜を平
坦化するために900℃程度で約30〜40分程度リフローす
る。そして、フォトリソグラフィ技法及びエッチングに
より所望の箇所にソースドレイン電極窓109、ゲート電
極窓110を形成する。そしてAL−Si−Cu膜を111を800nm
程度堆積、加工して電極とする。Thereafter, in FIG. 1E, the phosphor glass film 108 is
A degree of deposition is performed to form an interlayer insulating film. Next, in order to flatten the interlayer insulating film, reflow is performed at approximately 900 ° C. for approximately 30 to 40 minutes. Then, a source / drain electrode window 109 and a gate electrode window 110 are formed at desired locations by photolithography and etching. Then, the AL-Si-Cu film is changed to
The electrode is deposited and processed to a certain degree.
非晶質層に不純物が集まるという現象のデータを補足
しておく。燐拡散したゲート多結晶シリコン中に逆導電
型のフッ化物であるBF2を注入し、熱処理を行った実験
結果を示す。この実験は、N型ゲート多結晶シリコン中
にBなどの逆導電型(P型)の不純物がまいこんで来た
場合を想定して(単にB汚染のみでは異常なコンタクト
抵抗増加が予想される。)、そこに本発明の特徴である
イオン注入により非晶質層をつくり熱処理を行うとゲー
ト多結晶シリコンのコンタクト抵抗はどうなるかという
実験と等価である。実験の内容を詳しく述べると、3E20
cm-3程度に高濃度に燐拡散した多結晶シリコン300nmにB
F2を注入しない試料と、40keV,3E15cm-3で注入した試料
を作成し、その後、900℃でN2雰囲気中で40分熱処理を
加えた。そして、層間膜、コンタクト、アルミ電極を形
成した。第2図に2つの試料のケルビン法による2.0μ
m□の多結晶シリコンとアルミ電極のコンタクト抵抗の
結果を示す。BF2を40keV,3E15cm-3の条件で注入したも
のと、全く注入しない試料のコンタクト抵抗の差は約3
倍程度の増加にとどまった。前記条件でBF2を注入する
とBの多結晶シリコン表面の濃度は、ほぼP(燐)の濃
度と同程度の約3E20cm-3と予想され、相殺効果により抵
抗の異常増加が予想されるところである。しかし、実際
は約3倍程度の増加にとどまった。Supplementary data on the phenomenon that impurities collect in the amorphous layer will be added. The results of an experiment in which BF 2 , which is a fluoride of the opposite conductivity type, is implanted into phosphorus-doped gate polycrystalline silicon and subjected to a heat treatment are shown. This experiment is based on the assumption that impurities of the opposite conductivity type (P type) such as B come into the N-type gate polycrystalline silicon (abnormal contact resistance is expected to increase only with B contamination alone). This is equivalent to an experiment on what happens to the contact resistance of the gate polycrystalline silicon when an amorphous layer is formed by ion implantation and heat treatment is performed, which is a feature of the present invention. To explain the details of the experiment, 3E20
B in 300 nm of polycrystalline silicon diffused with phosphorus at a high concentration of about cm -3
A sample into which F 2 was not injected and a sample into which 40 keV and 3E15 cm −3 were injected were prepared, and then heat treatment was performed at 900 ° C. in an N 2 atmosphere for 40 minutes. Then, an interlayer film, a contact, and an aluminum electrode were formed. FIG. 2 shows the Kelvin method of 2.0 μm for two samples.
The result of the contact resistance between the polycrystalline silicon of m □ and the aluminum electrode is shown. The difference in contact resistance between the sample injected with BF 2 at 40 keV and 3E15 cm -3 and the sample not injected at all was about 3
The increase was only about twice. When BF 2 is implanted under the above conditions, the concentration of B on the polycrystalline silicon surface is expected to be about 3E20 cm −3, which is almost the same as the concentration of P (phosphorus), and an abnormal increase in resistance is expected due to the canceling effect. . However, the actual increase was only about three times.
第3図に燐ドープ多結晶シリコンにBF2を40keV,3E15c
m-3で注入した試料のP(燐),B,FのSIMS分析結果を示
す。同図から明らかな様にBF2の注入により表面のP
(燐)がパイルアップ300していることがわかる。これ
は、多結晶シリコン表面から約100nm程度のところがBF2
注入により非晶質化し、その後の熱処理によってP
(燐)がパイルアップしたのである。そのため、Bより
P(燐)が多結晶シリコン表面の濃度が高くなり、予想
したよりコンタクト抵抗の増加がみられなかった。FIG. 3 shows that BF 2 is added to phosphorus-doped polycrystalline silicon at 40 keV and 3E15c.
The SIMS analysis result of P (phosphorus), B, and F of the sample injected at m -3 is shown. P of the surface by injection of As is apparent BF 2 from FIG.
It can be seen that (phosphorus) pile-ups 300. This is because BF 2 is about 100 nm from the polycrystalline silicon surface.
Amorphized by implantation, P
(Phosphorus) piled up. Therefore, the concentration of P (phosphorus) on the polycrystalline silicon surface was higher than that of B, and the contact resistance did not increase as expected.
上記に説明したように、熱処理により非晶質化部分に
不純物が集まるといった現象を本発明は利用し、安定な
ゲート多結晶シリコンコンタクト特性を得ることができ
る。またソースドレイン層を浅くする効果を有してお
り、パンチスルー現象やショートチャネル効果を生じな
い安定して良好な半導体装置を提供することができ理想
的な半導体装置の製造方法を提供することができる。さ
らに、本発明の非晶質層形成イオン注入後に行う熱処理
とは、ソースドレイン層活性化に従来必要な熱処理であ
り、結局工程的には非晶質化層形成イオン注入のみの工
程が増えるだけで、特にスループットには大差はない。As described above, the present invention makes use of the phenomenon that impurities are gathered in the amorphized portion by the heat treatment, and can obtain stable gate polycrystalline silicon contact characteristics. Further, it has an effect of making the source / drain layer shallow, and can provide a stable and good semiconductor device which does not cause a punch-through phenomenon or a short channel effect. Thus, it is possible to provide an ideal method of manufacturing a semiconductor device. it can. Further, the heat treatment performed after the ion implantation for forming the amorphous layer according to the present invention is a heat treatment conventionally required for activating the source / drain layer, and only the number of steps of the ion implantation for forming the amorphous layer is increased. In particular, there is no great difference in throughput.
以上のように従来は熱処理を加えることにより、ソー
スドレイン拡散層が深くなっていたが、本発明を用いる
と熱処理を加えても拡散層は深くならず、また非晶質化
を行うイオン注入の条件を変えるだけで所望の位置の不
純物層の濃度を増やすことができる。すなわち工程が簡
単でしかも所望の位置、特に浅い位置にも拡散層を形成
することができ、またゲート多結晶シリコンのコンタク
ト特性も安定して良好に提供することができる。As described above, the source / drain diffusion layer is conventionally deepened by applying the heat treatment. However, when the present invention is used, the diffusion layer does not become deeper even when the heat treatment is applied, and the ion implantation for amorphization is performed. By simply changing the conditions, the concentration of the impurity layer at a desired position can be increased. That is, the diffusion layer can be formed at a desired position, particularly at a shallow position, with a simple process, and the contact characteristics of the gate polycrystalline silicon can be stably and favorably provided.
なお、本実施例ではNMOSを例にして説明したが、PMOS
トランジスタのソースドレイン、ゲート多結晶シリコン
にも採用して良いことは言うまでもない。また本実施例
はウェル構造を持つMOSトランジスタの製造方法を記し
たが、基板導伝型をうまく使えば、すなわちNMOSにはP
型基板を、PMOSにはN型基板を用いればウェル構造は特
に必要ではない。又、ウェル構造の使用有無により基板
導伝型はN,Pどちらでも良い。In this embodiment, the explanation has been given by taking the NMOS as an example.
It goes without saying that the present invention may be applied to the source / drain and gate polycrystalline silicon of the transistor. In this embodiment, a method of manufacturing a MOS transistor having a well structure is described.
If a mold substrate is used and an N-type substrate is used for PMOS, the well structure is not particularly required. The substrate conduction type may be either N or P depending on whether or not a well structure is used.
また本実施例ではソースドレイン層とゲート多結晶シ
リコンの導伝型が同じ例を示したが、違っていても構わ
ない。しかし、その場合は非晶質層形成イオン注入はシ
リコンなどの第4族元素か、第4族元素のフッ化物、ま
たは不活性ガスであることが望ましい。もしくは、ソー
スドレイン層非晶質層形成イオン注入と、ゲート多結晶
非晶質層形成イオン注入とは分けて行ってもよい。Further, in this embodiment, the source / drain layer and the gate polycrystalline silicon have the same conductivity type, but may be different. However, in this case, the ion implantation for forming the amorphous layer is desirably performed with a Group 4 element such as silicon, a fluoride of the Group 4 element, or an inert gas. Alternatively, the ion implantation for forming the source / drain layer amorphous layer and the ion implantation for forming the gate polycrystalline amorphous layer may be performed separately.
また、本発明をCMOS構造で行ってもよい。その際、非
晶質層形成イオン注入材料はシリコンなどの第4族元
素、フッ素、第4族元素のフッ化物、または不活性ガス
などが望ましい。もしくは、NMOSのソースドレイン、N
型ゲート多結晶シリコンを非晶質化するときにはN型の
イオン種またはそのフッ化物で注入し、PMOSのソースド
レイン、P型ゲート多結晶シリコンを非晶質化するとき
はP型のイオン種またはそのフッ化物を注入すれば良
い。Also, the present invention may be implemented with a CMOS structure. At this time, the ion implantation material for forming the amorphous layer is preferably a Group 4 element such as silicon, fluorine, a fluoride of the Group 4 element, or an inert gas. Or NMOS source / drain, N
When the type gate polycrystalline silicon is to be made amorphous, N type ion species or its fluoride is implanted. When the PMOS source / drain and the P type gate polycrystalline silicon are made amorphous, the P type ion species or What is necessary is just to inject the fluoride.
また、本発明の実施例はLDD構造を有する半導体装置
であったが、特にDDD(Double Diffused Drain)構造
を持つ半導体装置、単一ドレイン型半導体装置でも良い
ことは言うまでもない。Although the embodiment of the present invention is a semiconductor device having an LDD structure, it goes without saying that a semiconductor device having a DDD (Double Diffused Drain) structure or a single drain type semiconductor device may be used.
発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ソ
ース・ドレイン拡散層の深さを浅くでき、ショートチャ
ネル効果及びパンチスルー効果を抑制でき、さらにゲー
ト多結晶シリコン表面のコンタクト特性を安定して良好
な信頼性の高い微細な半導体装置を得ることが可能とな
る。As is clear from the above description, according to the present invention, the depth of the source / drain diffusion layer can be reduced, the short channel effect and the punch-through effect can be suppressed, and the contact characteristics of the gate polycrystalline silicon surface can be further reduced. And a highly reliable and fine semiconductor device can be obtained.
第1図は本発明の一実施例に於けるNMOSトランジスタの
プロセスフロ−断面図、第2図は燐ドープ多結晶シリコ
ンにBF2を注入したときと注入しない時のケルビン法に
よるコンタクト抵抗特性図、第3図は燐ドープ多結晶シ
リコンにBF2を注入したときのP(燐),B,FのSIMS分析
特性図、第4図は従来の製造方法を用いて作成したNMOS
トランジスタの構造断面図である。 100,400……シリコン基板、101,401……Pウエル層、10
2,402……ゲ−ト酸化膜、103,403……ゲ−ト電極、104,
404……n-層、105,405……サイドウォール(CVDSiO
2膜)、106,406……ソースドレイン層、107……非晶質
層、108,408……リンガラス膜、109,409ソースドレイン
電極窓、110,410……ゲート電極窓、111,411……AL−Si
−Cu膜、300……燐のパイルアップ。FIG. 1 is a process flow sectional view of an NMOS transistor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a contact resistance characteristic diagram by Kelvin method when BF 2 is implanted into phosphorus-doped polycrystalline silicon and when it is not implanted. FIG. 3 is a graph showing SIMS analysis characteristics of P (phosphorus), B, and F when BF 2 is injected into phosphorus-doped polycrystalline silicon, and FIG. 4 is an NMOS formed by using a conventional manufacturing method.
FIG. 3 is a structural cross-sectional view of a transistor. 100,400: Silicon substrate, 101, 401: P well layer, 10
2,402: Gate oxide film, 103,403: Gate electrode, 104,
404 …… n - layer, 105,405 …… side wall (CVD SiO
2 ), 106,406 ... source / drain layer, 107 ... amorphous layer, 108,408 ... phosphorus glass film, 109,409 source / drain electrode window, 110,410 ... gate electrode window, 111,411 ... AL-Si
-Cu film, 300 ... Pile up of phosphorus.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/78 H01L 29/62 G (56)参考文献 特開 昭47−37176(JP,A) 特開 昭61−278165(JP,A) 特開 平2−2117(JP,A) 特開 平4−79216(JP,A) 特開 昭59−17244(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/265 H01L 29/78 INSPEC(DIALOG) WPI(DIALOG)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI H01L 29/78 H01L 29 / 62G (56) References JP-A-47-37176 (JP, A) JP-A-61-278165 ( JP, A) JP-A-2-2117 (JP, A) JP-A-4-79216 (JP, A) JP-A-59-17244 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/265 H01L 29/78 INSPEC (DIALOG) WPI (DIALOG)
Claims (11)
前記不純物層の一部に前記不純物層より浅いイオン注入
により非晶質層を形成する工程と、前記半導体基板に熱
処理を行い、前記非晶質層内に前記不純物層中の不純物
を集結させる工程とを有することを特徴とする半導体装
置の製造方法。A step of forming an impurity layer on a semiconductor substrate;
Forming an amorphous layer in a part of the impurity layer by ion implantation shallower than the impurity layer, and performing a heat treatment on the semiconductor substrate to collect impurities in the impurity layer in the amorphous layer And a method for manufacturing a semiconductor device.
導体基板を非晶質化することを特徴とする請求項1記載
の半導体装置の製造方法。2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is made amorphous by ion implantation of a Group 4 element.
基板を非晶質化することを特徴とする請求項1記載の半
導体装置の製造方法。3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is made amorphous by ion implantation of fluorine.
体基板を非晶質化することを特徴とする請求項1記載の
半導体装置の製造方法。4. The method according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is made amorphous by ion implantation of a fluoride.
導体基板を非晶質化することを特徴とする請求項1記載
の半導体装置の製造方法。5. The method according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is made amorphous by ion implantation of an inert gas.
程と、前記ゲート酸化膜上に多結晶シリコンを形成する
工程と、前記多結晶シリコンをパターンニングすること
によりゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を
マスクとしてイオン注入によりソースドレイン層を形成
する工程と、前記ソースドレイン層及びゲート電極の一
部に前記ソースドレイン層より浅いイオン注入により非
晶質層を形成する工程と、前記半導体基板及びゲート電
極に熱処理を行い、前記非晶質層内に前記ソースドレイ
ン層中の不純物を集結させる工程とを有することを特徴
とする半導体装置の製造方法。6. A step of forming a gate oxide film on a semiconductor substrate, a step of forming polycrystalline silicon on the gate oxide film, and a step of forming a gate electrode by patterning the polycrystalline silicon. Forming a source / drain layer by ion implantation using the gate electrode as a mask, forming an amorphous layer by ion implantation shallower than the source / drain layer on a part of the source / drain layer and the gate electrode, Performing a heat treatment on the semiconductor substrate and the gate electrode to collect impurities in the source / drain layer in the amorphous layer.
導体基板を非晶質化することを特徴とする請求項6記載
の半導体装置の製造方法。7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the semiconductor substrate is made amorphous by ion implantation of a Group 4 element.
基板を非晶質化することを特徴とする請求項6記載の半
導体装置の製造方法。8. The method according to claim 6, wherein the semiconductor substrate is made amorphous by ion implantation of fluorine.
導体基板を非晶質化することを特徴とする請求項6記載
の半導体装置の製造方法。9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the semiconductor substrate is made amorphous by ion implantation of an inert gas.
ぞれの不純物の導電型が同一で、非晶質層形式イオン注
入のイオン種が前記導電型と同一であることを特徴とす
る請求項6記載の半導体装置の製造方法。10. The semiconductor device according to claim 6, wherein the conductivity type of each impurity of the source / drain layer and the gate electrode is the same, and the ion type of the amorphous layer type ion implantation is the same as the conductivity type. Of manufacturing a semiconductor device.
導電型が同一で、非晶質型形式イオン注入のイオン種が
前記導電型と同一のフッ化物であることを特徴とする請
求項6記載の半導体装置の製造方法。11. The method according to claim 6, wherein the conductivity type of the source / drain layer and the gate electrode impurity is the same, and the ion type of the amorphous type ion implantation is the same fluoride as the conductivity type. A method for manufacturing a semiconductor device.
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