JPH07249762A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

Info

Publication number
JPH07249762A
JPH07249762A JP3810394A JP3810394A JPH07249762A JP H07249762 A JPH07249762 A JP H07249762A JP 3810394 A JP3810394 A JP 3810394A JP 3810394 A JP3810394 A JP 3810394A JP H07249762 A JPH07249762 A JP H07249762A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
semiconductor substrate
oxidation
oxide film
gate oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3810394A
Other languages
English (en)
Inventor
Yutaka Kujirai
裕 鯨井
Hidekazu Murakami
英一 村上
Shinichiro Kimura
紳一郎 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP3810394A priority Critical patent/JPH07249762A/ja
Publication of JPH07249762A publication Critical patent/JPH07249762A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】急峻な不純物分布及びSiGe/Siヘテロ構
造を有する半導体上に、それらのプロファイルを崩さず
に電気的特性の優れたゲート絶縁膜を有する半導体装置
を提供する。 【構成】急峻な不純物分布及びSiGe/Siヘテロ構
造を有する半導体上に、水蒸気を含んだ酸化法と、Si
エッチングからSiO2 堆積へ連続的に行う化学気相法
を用いてゲート酸化膜を形成し、MOSFETを作製す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係り、特に、急峻なドーピングプロファイルを有する
Si及びSiGe/Siヘテロ構造を基板とする超微細
電界効果トランジスタの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】Si集積回路では、微細化による高集積
化・低消費電力化が進行している。高集積化には構造の
簡単な金属−酸化膜−半導体型電界効果トランジスタ
(MetalOxide Semiconductor Feild Efect Transisto
r;MOSFET)が適しており、低消費電力化には、
nチャネルMOSFETとpチャネルMOSFETを混
載した相補型MOSFETが適している。
【0003】ここで、ゲート長がディープサブミクロン
レベルのMOSFETでは、ソース・ドレイン間でチャ
ネル以外のところに電流が流れるパンチスルーなどの、
短チャネル効果の抑制が大きな課題となっている。この
ため、現在、チャネルの直下に基板と同じ導電型の不純
物をイオン打ち込みすることにより、パンチスルースト
ッパ層を形成する方法がとられている。素子を微細化す
るに従いパンチスルーストッパ層の深さを浅くしていく
必要があるが、イオン打込み法では不純物分布の拡がり
を10nm以下に抑えることができないため、基板表面
の不純物濃度が高くなり、キャリア移動度が低下すると
いう問題がある。
【0004】そこで、エピタキシャル成長法を用いて、
高濃度ドープした基板上に低濃度ドープ層を形成する技
術が、アイイーディーエム,テクニカルダイジェスト(1
993)p.909(IEDM Technical Digest p.909(1993))
で報告されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述したような方法を
用いることで、イオン打ち込み法では実現できない急峻
な不純物分布が形成でき、その結果、ゲート寸法が非常
に小さいMOSFETを正常動作させることが可能とな
る。しかし、更なる素子の微細化は、低濃度ドープ層の
薄膜化をもたらすことになる。その結果、表面不純物濃
度を上昇させる原因となる、高濃度層からの不純物熱拡
散が無視できなくなってきた。従って、低濃度層形成、
及び、その後のプロセスの低温化が必然的となった。
【0006】プロファイルを崩さない低温で絶縁膜を形
成する技術の代表的なものとして、プラズマを利用した
気相成長法(プラズマCVD法)がある。しかし、この
方法は、熱酸化法に比べてSiO2/Si 界面の準位密
度が大きいという欠点があり、高品質のゲート酸化膜を
形成するには、どうしても熱酸化法を用いなければなら
ない。
【0007】ところが、図2に示したように、ボロンの
拡散は、酸化性雰囲気での熱処理の方が非酸化性雰囲気
よりも、更にウエット酸化はドライ酸化よりも拡散が速
い(拡散係数で1.5 倍)。このようにSi基板の内部
に急峻なプロファイルを有する不純物層を形成しても、
酸化処理によってボロンは大きく拡散してしまう問題が
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】しかし、図3のウエット
酸化,ドライ酸化におけるSiO2 膜厚の比較より、前
者の方が後者より酸化速度が速く、同じ膜厚の酸化膜
は、ウエット酸化の方が短い時間で作製できる。このこ
とから、例えば膜厚5nmの場合は、ドライ酸化の1/
5倍の時間で良い。従って、拡散距離〔√(拡散係数×
酸化時間)〕はウエット酸化の方が短くなる。
【0009】図1に示すように、表面から50nmの位
置にB層13を埋め込んだn型Si層14上に、厚さ5
nmのゲート酸化膜15をウエット酸化で形成すると、
表面濃度を5×1016/cm3以下にすることができる。
【0010】一方、低温で絶縁膜が形成できる、プラズ
マあるいは熱CVD法ではSiO2/Si界面準位密度
が高いという問題があるが、それはSiO2 堆積直前に
シラン(SiH4)フッ素(F2)の混合ガスでSiをエ
ッチングし、界面をフッ素と水素で終端することにより
解決できる。
【0011】
【作用】これらの結果、超微細MOSFETに求められ
る5nm以下のゲート酸化膜あるいは窒化膜を、急峻な
不純物分布を損なうことなく、信頼性の高い熱酸化法で
形成できる。また、低温で絶縁膜(酸化膜及び窒化膜)
を形成できるCVD法でも、SiO2 堆積直前にSiを
エッチングすることにより、界面準位密度が少ないSi
2/Si 界面を作製できる。
【0012】
【実施例】
(実施例1)不純物の初期分布が10nm以下の層(δ
ドープ層)をパンチスルーストッパとしたn型MOSF
ETを作製した例について述べる(図1)。
【0013】酸化膜12で分離されたp型Si基板11
に、B26ガスを用いて、Si露出部のみに選択的にボ
ロン13を吸着した(a)。次にシラン,ジボラン(B2
6)によりSi露出部にボロンを5×1016/cm3 ドー
プしたSi層14を50nm選択成長させた(b)。次
に、厚さ5nmのSiO2 ゲート酸化膜15をウエット
酸化800℃5分間で形成した(c)。
【0014】図4にゲート酸化形成後のボロンの深さ方
向プロファイルを示す。図には、同じ酸化膜厚となるド
ライ酸化800℃25分間の結果も載せてある。図から
ウエット酸化の方がボロンの拡散が抑えられていること
が分かった。この時、表面のボロン濃度は5×1016
cm3 以下であった。図2,図3に示したようにウエット
酸化の方が拡散,酸化速度ともに速いが、800℃で膜
厚5nmのSiO2 を作製する条件では、酸化速度が5
倍大きく、従って、拡散距離〔√(拡散係数×酸化時
間)〕が短くなったと考えられる。
【0015】次に酸化膜上にn型に高濃度ドープした多
結晶Siを堆積し、ゲート電極16を加工した。更に側
壁窒化膜17を形成した(d)。最後に、AsまたはP
をイオン打込み法あるいは熱拡散法により、ソース1
8,ドレイン19を形成した(e)。
【0016】この結果、ウエット酸化でゲート酸化膜を
作製した場合の表面不純物濃度が、ドライ酸化のそれよ
りも下がり、ドライ酸化に比べて1.5 倍高いキャリア
移動度が得られた。なお、ウエット酸化では酸化速度が
速いために、酸化膜厚を均一にするのが難しい。そこ
で、ウエハ温度を均一にするため、窒素中で酸化と同じ
温度,同じ時間で熱処理してから酸化を行うが、窒素雰
囲気では増速拡散がないために、プロファイルの変化に
対する影響は少ない。
【0017】(実施例2)図5によりアンチモン(S
b)δドープ層をチャネルとしたn型MOSFETを作
製した例について述べる。
【0018】酸化膜12で分離されたp型Si基板11
に、分子線エピタキシー法を用いて、アンチモン(S
b)21を1×1013/cm2Si 露出部11のみに選択
的に吸着させ、δドープ層21を形成した(a)。その
上にノンドープSi層22を基板温度150℃で30n
mエピタキシャル成長させた(b)。このような低温成
長によりSbの表面偏析を抑制できる。次に素子分離酸
化膜12上のSi層22を除去した(c)。厚さ4nm
のゲート酸化膜23は、100%SiH4と100%O
2 との酸化反応を利用して基板温度400℃で堆積した
(d)。次にドライ酸素雰囲気中で900℃10秒間熱
処理することで、Siエピタキシャル成長層22の結晶
性、及びゲート酸化膜22の耐圧を向上させることがで
きた。また、δドープ層21中のSbの拡散が抑制され
た。酸化膜23上にゲート電極24を加工し、側壁窒化
膜25を形成した(e)。最後に、AsまたはPをイオ
ン打込み法あるいは熱拡散法により、ソース,ドレイン
を形成した(f)。
【0019】その結果、ゲート長0.1μm で、相互コ
ンダクタンスは800mS/mmとなり、従来構造のMO
SFETに比べて高い相互コンダクタンスが得られた。
【0020】(実施例3)図6によりSi/Si0.7
0.3/Siヘテロ構造から成るpチャネルMOSFETを作
製した例について述べる。
【0021】サンプルの作製は超高真空化学気相堆積法
(UHV−CVD法)を用いた。まず、酸化膜12で分
離されたn型Si(100)基板31の上に、リンを1
×1016/cm3 ドープしたn型Si0.7Ge0.3層32お
よびn型Si層33を、基板温度550℃でともに10
nm選択エピタキシャル成長した(a)。ゲート酸化膜
34は、減圧CVD装置で以下のようにして作製した
(b)。
【0022】まず、100%SiH410sccmとN2希釈
された5%F210sccmを圧力0.1Torrで反応させた。
この条件で基板温度を400℃にすると、図7のよう
に、Siを0.1nm/秒でエッチングできる。この条
件で1.0nmSiをエッチングし、F2ガスを止める。
引き続き100%O210sccmを反応室に導入しSiO2
を堆積する。
【0023】このようにSiのエッチングからSiO2
の堆積へ連続的に移行することで、SiO2/Si 界面
不純物の除去、及び界面ダングリングボンドをフッ素で
終端でき、界面準位密度を下げることができた。
【0024】また、窒化膜を作製する場合は、Si
4,F2及びアンモニアガスNH3 を混合させて作製し
た。ゲート電極35と側壁窒化膜36を形成した
(c)。はソース37,ドレイン38は、ボロンを5×
1014/cm3 ,25keVでイオン打ち込み、窒素雰囲
気中750℃30分間の熱処理で形成した(d)。
【0025】pチャネルMOSFETは、300Kで、
ホール移動度は200cm2/v・sとなり、同じ条件の
SipチャネルMOSFETに比べて高いキャリア移動
度が得られた。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、急峻な不純物分布やS
iGe/Siヘテロ界面を損なわずに、電気的特性の優
れた絶縁膜を有する超微細電界効果トランジスタを作製
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理図。
【図2】Bの拡散係数の熱処理温度依存性の特性図。
【図3】800℃におけるドライ酸化とウエット酸化の
酸化時間と酸化膜厚の関係を示す特性図。
【図4】Bの深さ方向分布特性図。
【図5】nチャネルδドープMOSFETの製造工程の
説明図。
【図6】pチャネルSi/Si0.7Ge0.3/Siヘテロ
接合MOSFETの製造工程の説明図。
【図7】SiH4,F2混合ガス系におけるSiの堆積速
度と基板温度との関係を示す特性図。
【符号の説明】
11…p型Si基板、12…素子分離酸化膜、13…ボ
ロン原子、14…p型Si層、15…ゲート酸化膜、1
6…ゲート電極、17…側壁窒化膜、18…ソース、1
9…ドレイン。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基体上に形成したゲート絶縁膜に接
    するゲート電極の電圧を変化させることで前記半導体基
    体と前記ゲート絶縁膜の界面に電子もしくは正孔を誘起
    し、これによってスイッチングを行う装置の製造方法に
    おいて、不純物分布の拡がりが50nm以下である不純
    物層を有する半導体基体上に、前記半導体基体をその成
    分の一つに持つ酸化膜を、水蒸気を含んだ酸素雰囲気で
    形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記半導体基体、及び
    SiGe混晶を含むSi/SiGe/Si薄膜上に、S
    iのエッチングと、前記半導体基体をその成分の一つに
    持つ酸化膜あるいは窒化膜の堆積を同一基板温度で連続
    的に行う工程を有する半導体装置の製造方法。
JP3810394A 1994-03-09 1994-03-09 半導体装置の製造方法 Pending JPH07249762A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3810394A JPH07249762A (ja) 1994-03-09 1994-03-09 半導体装置の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3810394A JPH07249762A (ja) 1994-03-09 1994-03-09 半導体装置の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07249762A true JPH07249762A (ja) 1995-09-26

Family

ID=12516143

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3810394A Pending JPH07249762A (ja) 1994-03-09 1994-03-09 半導体装置の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07249762A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004112139A1 (ja) * 2003-06-10 2004-12-23 Fujitsu Limited 半導体装置とその製造方法
KR100804146B1 (ko) * 2001-12-31 2008-02-19 주식회사 하이닉스반도체 얕은 채널깊이와 이중 게이트산화막을 갖춘 피모스 제조방법

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100804146B1 (ko) * 2001-12-31 2008-02-19 주식회사 하이닉스반도체 얕은 채널깊이와 이중 게이트산화막을 갖춘 피모스 제조방법
WO2004112139A1 (ja) * 2003-06-10 2004-12-23 Fujitsu Limited 半導体装置とその製造方法
US7414292B2 (en) 2003-06-10 2008-08-19 Fujitsu Limited Semiconductor device and its manufacturing method
US7795100B2 (en) 2003-06-10 2010-09-14 Fujitsu Semiconductor Limited Semiconductor device and its manufacturing method
US7939893B2 (en) 2003-06-10 2011-05-10 Fujitsu Semiconductor Limited Semiconductor device and its manufacturing method
US8158483B2 (en) 2003-06-10 2012-04-17 Fujitsu Semiconductor Limited Semiconductor device and its manufacturing method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9793373B2 (en) Field effect transistor structure with abrupt source/drain junctions
US10170575B2 (en) Vertical transistors with buried metal silicide bottom contact
US8232172B2 (en) Stress enhanced transistor devices and methods of making
US7701019B2 (en) Tensile strained substrate
US6952040B2 (en) Transistor structure and method of fabrication
US6410938B1 (en) Semiconductor-on-insulator device with nitrided buried oxide and method of fabricating
JP2848299B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
US5428234A (en) Semiconductor device
KR20020066191A (ko) Mos 전계 효과 트랜지스터
US20110309416A1 (en) Structure and method to reduce fringe capacitance in semiconductor devices
KR20080005608A (ko) 트라이-게이트 디바이스
JP2007536736A (ja) チャネルキャリア移動度向上のための高応力ライナーを備えたSi−Geに基づく半導体デバイス
JP2925008B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP3874716B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JPH11163343A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JPH10284722A (ja) Mosfet及びその製造方法
US20110001197A1 (en) Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device
JPH07249762A (ja) 半導体装置の製造方法
US8440532B2 (en) Structure and method for making metal semiconductor field effect transistor (MOSFET) with isolation last process
JP2002057118A (ja) 半導体装置とその製造方法
US20080054370A1 (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
JPH07115137A (ja) 半導体装置の製造方法
JP3656867B2 (ja) 微細mosトランジスタの製造方法
JPH06216376A (ja) 電界効果型半導体装置
KR20040043899A (ko) 선택적 에피택셜 성장법을 이용한 규소게르마늄바이씨모스 소자 제조 방법