TOP > 国内特許検索 > イオン注入方法および半導体装置の製造方法

イオン注入方法および半導体装置の製造方法 実績あり

国内特許コード P110004519
整理番号 S96P13
掲載日 2011年7月19日
出願番号 特願平08-323065
公開番号 特開平10-163123
登録番号 特許第3749924号
出願日 平成8年12月3日(1996.12.3)
公開日 平成10年6月19日(1998.6.19)
登録日 平成17年12月16日(2005.12.16)
発明者
  • 後藤 賢一
  • 加勢 正隆
  • 松尾 二郎
  • 山田 公
  • 竹内 大輔
  • 豊田 紀章
  • 島田 規広
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
  • 富士通セミコンダクター株式会社
発明の名称 イオン注入方法および半導体装置の製造方法 実績あり
発明の概要 【課題】 IV族半導体にボロンを浅くイオン注入する方法に関し、IV族半導体基板に浅いp型不純物ドープ領域を容易に作成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である。
【解決手段】 半導体装置を製造する方法は、デカボランをイオン化する工程と、次いで、イオン化したデカボランを、少なくとも表面にn型シリコン領域を含むシリコンウエハに注入する工程と、次いで、活性化アニールを行いpn接合を形成する工程とを含む。固体デカボランは、減圧雰囲気または加熱によって気化することができる。一個のデカボラン分子は10個のボロン原子を供給し、ボロン原子1個当たりの加速エネルギをデカボラン分子の加速エネルギの約1/10に低減することができる。
従来技術、競合技術の概要


所望導電型の不純物を所望領域にドープすることは半導体デバイス構造作成のため重要な技術である。不純物ドープ方法として、イオン注入が広く用いられている。イオン注入においては、所望のイオンに加速エネルギを与え、対象とする半導体基板にイオン注入し、その後注入した不純物を活性化することによって電気的に活性な不純物ドープ領域を得る。イオン加速エネルギ、ドーズ量を選択することにより不純物ドープ領域の深さ、抵抗値を制御する。シリコン基板にp型領域を形成するためには、通常ボロンイオンが注入される。



半導体デバイスの高速化、高集積化のためには、MOSトランジスタ等のサイズを微細化することが要求される。スケーリング則に従ってMOSトランジスタを微細化すると、ゲート長0.1μmのデバイスでは、ソース/ドレインの接合深さが0.05μm程度となり、従来のイオン注入機では実現が困難となる。



一般的なイオン注入装置は、加速エネルギが小さくなればなる程生成できるビーム電流量は少なくなる。イオンビームは、それ自身が有するビームポテンシャルにより広がろうとする傾向を有する。広がり幅は、ビーム電流値に比例し、エネルギの1.5乗に反比例することが知られている。浅い接合を作るために、加速エネルギを低下させると、ビームの効率が悪化し、ビーム電流の低下を招く。



ゲート長0.1μm以下のMOSトランジスタを作成する場合、ボロンの加速エネルギとしては5keV以下が要求される。Bイオンを加速エネルギ5keVでイオン注入する場合、従来のイオン注入装置では電流量が1mA以下となってしまう。このように低いビーム電流でMOSトランジスタを作成しようとすれば、生産性が極端に低下し、生産コストが上昇してしまう。



イオンを浅く注入するためには、加速エネルギを低下させる他、注入するイオンの質量を増加させる方法がある。ボロンイオンを注入するためにBF2 イオンを使う方法が提案されている。B単体のイオン注入に較べ、BF2 イオンのイオン注入では、Bイオンの加速エネルギが実効的に約1/5になる。従って浅い接合形成に有利となる。



しかしながら、MOSトランジスタをBF2 イオン注入を用いて形成すると、他の問題が生じることが知られてきた。MOSトランジスタのソース/ドレインにイオン注入する場合、同時にゲートにもイオンが注入される。シリコンゲートには、空乏化を防止するために充分量の不純物を注入する必要がある。微細なMOSトランジスタにおいては、ゲート酸化膜も薄くなり、たとえば10nm以下の薄い酸化膜がゲート酸化膜として用いられる。BイオンのソースとしてBF2 イオンを用いると、注入された弗素がゲート酸化膜中のB拡散を増速してしまう。これらのB原子が弗素の影響によりゲート酸化膜を通過してその下のチャネル領域に拡散すると、MOSトランジスタのしきい値を変動させてしまう。従って、薄いゲート酸化膜を持つpチャネルMOSトランジスタにはBF2 イオン注入を簡単に採用することはできない。



また、微細なパターンを有する半導体デバイスにイオンを注入する場合、チャージング現象が問題になる。ゲート電極に正電荷が帯電し、この正電荷がゲート酸化膜を通過して放電すると、ゲート酸化膜が劣化する。この劣化現象は、流れ込むイオン電流が大きいほど顕著となる。

産業上の利用分野


本発明は半導体基板へのイオン注入に関し、特にIV族半導体にボロンを浅くイオン注入する方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】固体のデカボラン(B1014)を気化させる工程と、
気体状のデカボラン分子を加速電圧40V~60Vの電子照射でイオン化させるイオン化工程と、
前記イオン化工程の後に、選択する質量数を107から123の範囲に設定し、前記イオン化したデカボランを質量分析する工程と、
次いで、前記質量分析したデカボランのイオンを電界で加速してターゲットに注入する工程と、
を含むイオン注入方法。
【請求項2】固体のデカボラン(B1014)を気化させる工程と、
気体状のデカボラン分子を加速電圧40V~60Vの電子照射でイオン化するイオン化工程と、
前記イオン化工程の後に、選択する質量数を107から123の範囲に設定し、前記イオン化したデカボランを質量分析する工程と、
次いで、前記質量分析したデカボランのイオンを電界で加速して、少なくとも表面にn型シリコン領域を含むシリコンウエハに注入するイオン注入工程と、
次いで、活性化アニールを行い、pn接合を形成する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項3】前記シリコンウエハが絶縁ゲート電極を備えたn型シリコン表面層を含み、前記イオン注入工程が、pチャネルMOSFETのソース/ドレイン注入工程である請求項2記載の半導体装置の製造方法。
【請求項4】前記イオン注入工程の前に、シリコンウエハに電気的に不活性な元素のイオン注入を行い、表面領域をプリアモルファス化する工程を有する請求項2記載の半導体装置の製造方法。
【請求項5】前記イオン注入工程が、pチャネル型MOSトランジスタのポリシリコン乃至アモルファスシリコンからなるゲート電極へのデカボランイオンの注入工程であり、それによってp型ゲート電極を形成することを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。
【請求項6】前記ゲート電極の高さが0.1μm以下であることを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。
【請求項7】前記イオン注入工程が、pチャネルMOSトランジスタの埋め込みチャネル領域へのデカボランイオンの注入工程であることを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。
国際特許分類(IPC)
画像

※ 画像をクリックすると拡大します。

JP1996323065thum.jpg
出願権利状態 登録
ライセンスをご希望の方、特許の内容に興味を持たれた方は、問合せボタンを押してください。


PAGE TOP

close
close
close
close
close
close
close