JP2534967B2 - 二重注入による半導体素子の浅い接合の形成方法 - Google Patents
二重注入による半導体素子の浅い接合の形成方法Info
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Description
e Implantation)による半導体素子の浅
い接合の形成方法に関するものであり、特に、半導体素
子で浅い接合を形成するためにシリコン層に1段階で4
9BF2 ソースを注入し、2段階で11Bソースを注入
する、浅い接合の形成方法に関するものである。
のタイプを持つシリコン層に他のタイプを持つ不純物ソ
ースを注入して接合を形成する。たとえば、PMOSF
ETを形成するためには、N型シリコン層の上部にゲー
ト酸化膜とゲート電極を形成し、Pタイプの不純物ソー
スをシリコン層に注入してソース/ドレインを形成す
る。
シリコン層に注入されて深い接合(Deep Junc
tion)を形成する場合、サブミクロン(Sub−M
icron)級のMOSFETでは、ショートチャンネ
ル効果(Short Cha1nel Effec
t)、深いパンチスルー(Deep Punch−Th
rough)によるリーク電流の増加、消費電力の増加
および耐圧(Break−Down Voltage)
が低下する、といった短所が発生する。
型不純物ソースを予定の条件で注入して接合を形成する
方法は次のとおりである。
Vエネルギーと、1×1012cm-2のドース(dos
e)量(不純物注入量)でN型シリコン層に注入する方
法がある。
35KeVエネルギーと、1×1011cm-2の不純物注
入量でN型シリコン層に注入し、2段階で11Bをたと
えば30〜35KeVエネルギーと、1×1012cm-2
の不純物注入量でN型シリコン層に注入する方法があ
る。
エネルギーと、1×1012cm-2の不純物注入量でN型
シリコン層に注入する方法等がある。
方法で接合を形成する場合、いろいろの問題点が発生す
る。
方法であるが、半導体素子の製造のとき、P−チャンネ
ルのしきい値(threshold)電圧だけでなく、
N−チャンネルのしきい値電圧をも考慮すべきであるの
で、N−チャンネルのしきい値電圧を調節のための追加
的な工程が必要となる。
電圧を調節する注入工程とP−チャンネルのしきい値電
圧を調節する注入工程のとき、注入される不純物注入量
を適当に調節し、上記の第1の方法の短所を補完した方
法である。この第2の方法は、上記の第1の方法と同様
に、11Bソースがもたらす特性のため、深い接合(D
eep Junction)が形成される。
F2 ソースをシリコン層に注入することによって、シリ
コン層の表面に損傷(damage)を与えることにな
る。この損傷は、キャリアを捕獲(trapping)
する役割をすることになって、移動度が減少する現象が
発生する。また、49BF2 ソースは飛程(pathl
ength)が短いので、全体的なドーパント(dop
ant)の均一性の制御が難しい。
ースを注入した後、シリコン層の損傷程度をテストした
TWマップ(Thermal Wave Map)によ
って測定した標準偏差と、シリコン層に不純物ソースを
注入させた後、950℃で30分アニールした後、接合
の深さを測定したデータを表1に示す。
標準偏差が一番小さいが接合の深さが深く、第3の方法
は接合の深さは一番浅いがTWマップの標準偏差が一番
大きく表れることがわかる。
さが深くなる問題点と、イオン注入されるドーパントの
均一性を表すTWマップの標準偏差が大きく表れる問題
点を解決することができる、二重注入による半導体素子
の浅い接合の形成方法を提供することにある。
による半導体素子の浅い接合の形成方法は、注入工程に
より半導体素子の接合領域を形成する方法において、N
型シリコン層に1段階で49BF2 ソースを45KeV
のエネルギと2.0×1011cm-2の不純物注入量で注
入する工程と、2段階で11Bソースを35KeVのエ
ネルギと1.15×1012cm-2の不純物注入量で注入
する工程とを備え、1段階の49BF2ソースのシリコ
ン層への注入により、シリコン層の表面でBF2 ソース
が衝突してBとF2 イオンに分離されてシリコン層内に
注入されながら、シリコン層の単結晶シリコン格子構造
に格子変位が発生して疑似アモルファス領域に変化する
ことを特徴としている。
い質量によってシリコン層の一定の深さが格子変位(L
attice Shift)される特性と、11Bソー
スの注入されたドーパントの均一性の制御が容易である
という特性を利用している。
参照して説明すれば次のとおりである。
BF2 ソースを、45KeVエネルギーにて2.0×1
011cm-2の不純物注入量で注入した後、2段階で11
Bソースを35KeVエネルギーにて1.15×1012
cm-2の不純物注入量で注入する方法である。
コン層に1段階注入工程で49BF2 ソースを注入する
ことにより、単結晶シリコン結晶構造に格子変位が発生
した状態を示す図である。
ン層に49BF2 ソースを1段階に注入すれば、49B
F2 ソースがシリコン層に衝突する場合11B+38F
2 に分離され、シリコン層の単結晶シリコン格子構造の
うちに浸透されながら単結晶シリコン格子構造1が変位
して疑似(quasi)アモルファス領域2が形成され
る。
ルファス格子構造に作ることになれば、2段階での11
B注入のときシリコン層の上部面に注入されたBイオン
が止まる効果は大きくなるが、後継ぎ工程の熱処理工程
でも損傷されたシリコン層の表面が完全に補償されない
ので、移動度が落ちる要因となる。したがって、1段階
の注入工程のときは、シリコン層に損傷を与えないなが
ら、格子変位を起こすことのできる程度に制御すべきで
ある。
層に1段階注入工程後、2段階注入工程で11Bソース
をシリコン層に注入した状態を示す図である。
スを2段階注入し、2段階注入されるBイオンが疑似ア
モルファス領域2に多く捕獲され、その下部の単結晶シ
リコン格子構造1の一部分まで、一部のBイオンが注入
された不純物が注入された領域3ができる。また、図2
より、不純物が注入されて形成される接合の深さは、疑
似アモルファス領域2の深さよりは大きく増大されない
ことがわかる。
ソースを2段階注入した後、注入工程のときシリコン層
の損傷程度をテストしたTWマップ(Thermal
Wave Map)により測定された標準偏差(δ)は
0.38%であり、シリコン層に不純物ソースを2段階
注入した後、950℃で30分間アニールした後、接合
の深さを測定してみると0.38μmであった。すなわ
ち、本発明は従来の技術と比較して、注入工程のときシ
リコン層の損傷程度をテストした標準偏差が一番小さ
い。これは、ドーパントの均一性が向上されることを意
味する。また、アニール工程の後の接合の深さは、従来
技術の第3の方法による接合の深さと同一に浅い接合を
実現することができる。
従来の技術と比べてしきい値電圧を低下させて電力の消
費を減少させることができる。また、耐圧を向上させる
ことによって、パンチスルーによるリーク電流を減少さ
せることができる。
階注入工程で49BF2 ソースを注入することにより、
単結晶シリコン結晶構造に格子変位が発生した状態を示
す図である。
入工程後、2段階注入工程で11Bソースをシリコン層
に注入した状態を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 注入工程により半導体素子の接合領域を
形成する方法において、 N型シリコン層に1段階で49BF2 ソースを45Ke
Vのエネルギと2.0×1011cm-2の不純物注入量で
注入する工程と、 2段階で11Bソースを35KeVのエネルギと1.1
5×1012cm-2の不純物注入量で注入する工程とを備
え、 前記1段階の49BF2 ソースのシリコン層への注入に
より、シリコン層の表面でBF2 ソースが衝突してBと
F2 イオンに分離されてシリコン層内に注入されなが
ら、シリコン層の単結晶シリコン格子構造に格子変位が
発生して疑似アモルファス領域に変化することを特徴と
する、二重注入による半導体素子の浅い接合の形成方
法。
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