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JPH1140801A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

Info

Publication number
JPH1140801A
JPH1140801A JP18986397A JP18986397A JPH1140801A JP H1140801 A JPH1140801 A JP H1140801A JP 18986397 A JP18986397 A JP 18986397A JP 18986397 A JP18986397 A JP 18986397A JP H1140801 A JPH1140801 A JP H1140801A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
forming
insulating film
diffusion
semiconductor device
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
JP18986397A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideki Kimura
秀樹 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.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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 Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP18986397A priority Critical patent/JPH1140801A/en
Publication of JPH1140801A publication Critical patent/JPH1140801A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコン半導体層3において不純物の増速拡
散を抑えて、浅く、且つ低抵抗な接合を形成できる半導
体装置の形成方法を提供する。 【解決手段】 LDD拡散層21を有するMOS型トラ
ンジスタを半導体層3に形成する半導体装置の製造方法
において、半導体層3上にゲート電極9を形成し、半導
体層3にイオン注入を行ってアモルファス化層13を形
成する。第1の熱処理を行うと、アモルファス化層と結
晶層の界面に転位ループ15が形成される。更に、LD
D拡散層の不純物を含有する拡散源絶縁膜17を半導体
層3上に形成する。この絶縁膜17をエッチバックしゲ
ート電極9の両側面に側壁絶縁膜19を形成する。この
後に第2の熱処理を行い、側壁絶縁膜19から半導体層
3に不純物を固相拡散させる。転位ループ15に格子間
シリコンが吸収されるので、LDD拡散層21の形成に
際して不純物の増速拡散が抑えられる。
(57) Abstract: A method for forming a semiconductor device capable of forming a shallow and low-resistance junction by suppressing accelerated diffusion of impurities in a silicon semiconductor layer 3 is provided. SOLUTION: In a method of manufacturing a semiconductor device in which a MOS transistor having an LDD diffusion layer 21 is formed in a semiconductor layer 3, a gate electrode 9 is formed on the semiconductor layer 3, and ion implantation is performed on the semiconductor layer 3 to make the semiconductor layer 3 amorphous. The layer 13 is formed. When the first heat treatment is performed, dislocation loops 15 are formed at the interface between the amorphous layer and the crystal layer. Furthermore, LD
A diffusion source insulating film containing an impurity of a D diffusion layer is formed on the semiconductor layer. This insulating film 17 is etched back to form side wall insulating films 19 on both side surfaces of the gate electrode 9. Thereafter, a second heat treatment is performed to diffuse impurities from the sidewall insulating film 19 to the semiconductor layer 3 in a solid phase. Since the interstitial silicon is absorbed by the dislocation loop 15, the enhanced diffusion of impurities is suppressed when the LDD diffusion layer 21 is formed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特にシリコン半導体層に転位ループを形成
しこれにより不純物の増速拡散を抑えて、微細な大規模
集積回路(LSI)に好適な浅い接合の拡散層を製造す
る方法に関する。
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 for forming a dislocation loop in a silicon semiconductor layer to thereby suppress the accelerated diffusion of impurities, which is suitable for fine large-scale integrated circuits (LSI). The present invention relates to a method for manufacturing a diffusion layer having a shallow junction.

【0002】[0002]

【従来の技術】金属−酸化膜−半導体(Metal-Oxide-Se
miconductor:MOS)型半導体装置を有するLSI
は、微細化を進めることにより高集積化、高性能化を両
立させてきたが、このためにMOS型半導体装置のドレ
イン拡散層(SD拡散層)の近傍において電界強度が次
第に強くなってきた。この電界の集中を緩和するため
に、SD拡散層のチャネル側面近傍にSD拡散層より濃
度の薄い、いわゆるLDD(Lightly Doped Drain)
拡散層を形成している。
2. Description of the Related Art Metal-Oxide-Se
LSI having a semiconductor (MOS) type semiconductor device
Has achieved both high integration and high performance by promoting miniaturization. For this reason, the electric field strength has gradually increased in the vicinity of the drain diffusion layer (SD diffusion layer) of the MOS type semiconductor device. In order to reduce the concentration of the electric field, a so-called LDD (Lightly Doped Drain) having a lower concentration than the SD diffusion layer is provided near the channel side surface of the SD diffusion layer.
A diffusion layer is formed.

【0003】従来の製造方法においては、LDD拡散層
を以下のように形成していた。まず、シリコン半導体層
上にゲート電極を形成する。次いで、ゲート電極に対し
自己整合的にイオン注入を行いシリコン半導体層へ不純
物を導入する。更に、熱処理を行うことによりアニール
と活性化を行ってLDD拡散層を形成する。この後に、
ゲート電極の側面に側壁酸化膜を形成して、ゲート電極
および側壁酸化膜に対して自己整合的にイオン注入を行
いSD拡散層を形成していた。このような方法によっ
て、SD拡散層のチャネル側面近傍にLDD拡散層が形
成される。
In a conventional manufacturing method, an LDD diffusion layer is formed as follows. First, a gate electrode is formed on a silicon semiconductor layer. Next, ions are implanted into the gate electrode in a self-aligned manner to introduce impurities into the silicon semiconductor layer. Further, annealing and activation are performed by performing heat treatment to form an LDD diffusion layer. After this,
A sidewall oxide film is formed on the side surface of the gate electrode, and ions are implanted into the gate electrode and the sidewall oxide film in a self-aligned manner to form an SD diffusion layer. By such a method, an LDD diffusion layer is formed near the channel side surface of the SD diffusion layer.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このように、MOS型
半導体装置を有するLSIにおいて、より一層の微細化
を進めつつ、且つ高集積化、高性能化を両立させるため
には、更に浅く、且つ低抵抗なLDD拡散層を形成する
技術が必要である。 例えば、設計ルールが0.13μ
m世代のMOSLSIでは、接合の深さXjが40[n
m]以下、シート抵抗ρsが2[kΩ/□]以下の特性
が要求される。
As described above, in an LSI having a MOS type semiconductor device, in order to promote further miniaturization and achieve both high integration and high performance, it is necessary to further reduce the depth of the LSI. A technique for forming a low-resistance LDD diffusion layer is required. For example, if the design rule is 0.13μ
In the m-generation MOS LSI, the junction depth Xj is 40 [n].
m] or less, and a sheet resistance ρs of 2 [kΩ / □] or less is required.

【0005】しかし、従来の形成方法では、活性化、ア
ニールのための熱処理の際にLDD拡散層の不純物が増
速拡散するのために、微細化に必要な上記特性の拡散層
を形成することが困難になりつつある。この現象は、唯
一の実用的なP型不純物、つまりP型ドーパントである
ボロン(B)において特に顕著である。
However, according to the conventional formation method, the diffusion layer having the above-described characteristics required for miniaturization is formed because impurities in the LDD diffusion layer are diffused at a high speed during heat treatment for activation and annealing. Is becoming more difficult. This phenomenon is particularly remarkable for boron (B), which is the only practical P-type impurity, that is, a P-type dopant.

【0006】この不具合を改善する技術として、ゲート
電極の側壁にLDD拡散層のための不純物を含む酸化
膜、例えばボロンがドープされたシリコン酸化膜(Boro
Silicate Glass:BSG)を形成し、この酸化膜からシ
リコン半導体層にボロンを高温、短時間の熱処理によっ
て拡散させるBSG固相拡散法が注目されている。
As a technique for solving this problem, an oxide film containing an impurity for an LDD diffusion layer, for example, a silicon oxide film doped with boron (Boro) is formed on the side wall of the gate electrode.
The BSG solid-phase diffusion method of forming boron (silicate glass: BSG) and diffusing boron from the oxide film into the silicon semiconductor layer by high-temperature, short-time heat treatment has been attracting attention.

【0007】ところが、三宅の報告(J.Electrochem. S
oc.,Vol.138, No.10, October 1991, "Diffusion of Bo
ron into Silicon from Borosilicate Glass Using Rap
id Thermal Processing")によれば、BSG膜中にB2
3の形を基本に含まれているボロンは、以下の機構に
よってシリコン半導体層中を拡散すると報告されてい
る。まず、加熱すると、 2B23+3Si → 4B+2SiO2 (1) の反応によりBが分解、放出されて熱拡散する。このと
き、放出される酸素によってシリコン基板も酸化され、
同時に結晶格子間にシリコン原子(格子間シリコン)も
放出される。このボロンと格子間シリコンとの相互作用
によってボロンの増速拡散が生じるという機構である。
このようにドーパントの増速拡散が生じると、注目され
ている上記方法においても浅い接合の形成が困難になる
という問題がある。
However, Miyake's report (J. Electrochem. S.
oc., Vol. 138, No. 10, October 1991, "Diffusion of Bo
ron into Silicon from Borosilicate Glass Using Rap
According to “id Thermal Processing”), B 2
It has been reported that boron, which is basically contained in the form of O 3 , diffuses in the silicon semiconductor layer by the following mechanism. First, when heated, B is decomposed and released by the reaction of 2B 2 O 3 + 3Si → 4B + 2SiO 2 (1) and thermally diffused. At this time, the silicon substrate is also oxidized by the released oxygen,
At the same time, silicon atoms (interstitial silicon) are also emitted between crystal lattices. The mechanism is that the interaction between boron and interstitial silicon causes enhanced diffusion of boron.
When the enhanced diffusion of the dopant occurs as described above, there is a problem that it is difficult to form a shallow junction even in the above-mentioned method, which has attracted attention.

【0008】加えて、実際のLSIの製造プロセスで
は、温度が700[℃]程度、成長時間が数時間である
CVD工程が複数存在するために、これらの工程でも同
様な機構によって反応が進行してボロンの増速拡散が起
こり、結果として接合を浅く形成できないおそれがあ
る。
In addition, in an actual LSI manufacturing process, since there are a plurality of CVD steps in which the temperature is about 700 ° C. and the growth time is several hours, the reaction proceeds in a similar mechanism in these steps. As a result, accelerated diffusion of boron occurs, and as a result, a junction may not be formed to be shallow.

【0009】一方、シリコン半導体中における不純物拡
散に関しては、シミュレーションモデルに関する報
告("A New Boron Diffusion Model Incorporating the
Dislocation Loop Growth", International Electron
Device Meeting, IEDM94-873, 35.4.1)がある。この報
告では、拡散によるボロンの再配置のシミュレーション
モデルと共に、高温状態では結晶格子間に存在するシリ
コンが転位ループによって吸収されることが開示されて
いる。
On the other hand, regarding impurity diffusion in a silicon semiconductor, a report on a simulation model ("A New Boron Diffusion Model Incorporating the
Dislocation Loop Growth ", International Electron
Device Meeting, IEDM94-873, 35.4.1). This report, together with a simulation model of boron rearrangement due to diffusion, discloses that silicon present between crystal lattices is absorbed by dislocation loops at high temperatures.

【0010】そこで、本発明の目的は、シリコン半導体
層において不純物の増速拡散を抑えて、LSIに好適な
浅く、且つ低抵抗な接合を形成できる半導体装置の形成
方法を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a method of forming a semiconductor device capable of forming a shallow and low-resistance junction suitable for LSI by suppressing accelerated diffusion of impurities in a silicon semiconductor layer.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段および作用】したがって、
本発明は次のような構成とした。
Means and action for solving the problem
The present invention has the following configuration.

【0012】本発明に係わる半導体装置の製造方法は、
LDD拡散層を有するMIS型半導体装置をシリコン半
導体層に形成する半導体装置の製造方法において、シリ
コン半導体層上にゲート電極を形成するゲート電極形成
工程と、シリコン半導体層にイオン注入を行って、アモ
ルファス構造をシリコン半導体層に形成するアモルファ
ス化層形成工程と、このアモルファス化層形成工程の後
に、シリコン半導体層に転位ループを形成するための第
1の熱処理を行う熱処理工程と、この熱処理工程の後
に、LDD拡散層のための不純物を含有する拡散源絶縁
膜をシリコン半導体層上に形成する絶縁膜形成工程と、
この拡散源絶縁膜をエッチングしゲート電極側面に側壁
絶縁膜を形成する側壁形成工程と、この側壁絶縁膜から
シリコン半導体層に不純物を固相拡散させLDD拡散層
を形成する第2の熱処理を行う拡散工程と、を備える。
[0012] A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises:
In a method of manufacturing a semiconductor device in which a MIS type semiconductor device having an LDD diffusion layer is formed in a silicon semiconductor layer, a gate electrode forming step of forming a gate electrode on the silicon semiconductor layer, and ion implantation into the silicon semiconductor layer are performed. An amorphized layer forming step of forming a structure in the silicon semiconductor layer; a heat treatment step of performing a first heat treatment for forming dislocation loops in the silicon semiconductor layer after the amorphized layer forming step; Forming an impurity-containing diffusion source insulating film for an LDD diffusion layer on a silicon semiconductor layer,
A side wall forming step of etching the diffusion source insulating film to form a side wall insulating film on the side surface of the gate electrode and a second heat treatment of solid-phase diffusing impurities from the side wall insulating film into the silicon semiconductor layer to form an LDD diffusion layer are performed. And a diffusion step.

【0013】このように、イオン注入を行って半導体層
の結晶構造をアモルファス構造にした後に熱処理を行う
と、半導体層の結晶構造が回復する際にアモルファス化
した半導体層と結晶部分の界面近傍に転位ループが形成
される。また、ゲート電極の側面に側壁絶縁膜を形成し
て、第2の熱処理を行ってこの側壁絶縁膜から半導体層
に不純物を固相拡散させると、上記(1)式の反応の結
果として発生する格子間シリコンが上記転位ループに吸
収される。このため、LDD拡散層を形成するに際し
て、上記不純物と格子間シリコンとの相互作用によって
起こる不純物の増速拡散を抑えることができる。
As described above, when heat treatment is performed after the crystal structure of the semiconductor layer is changed to an amorphous structure by performing ion implantation, when the crystal structure of the semiconductor layer recovers, the vicinity of the interface between the amorphous semiconductor layer and the crystal portion is formed. A dislocation loop is formed. When a sidewall insulating film is formed on the side surface of the gate electrode and a second heat treatment is performed to diffuse solid-phase impurities from the sidewall insulating film to the semiconductor layer, the impurity is generated as a result of the reaction of the above formula (1). Interstitial silicon is absorbed in the dislocation loop. Therefore, when forming the LDD diffusion layer, it is possible to suppress the accelerated diffusion of the impurity caused by the interaction between the impurity and the interstitial silicon.

【0014】本発明に係わる半導体装置の製造方法は、
アモルファス化層形成工程では、XをIV族元素、Yを
VII元素、n=1、2、3とするXYn +型イオンの少
なくとも1種のイオン種を用いてイオン注入を行うよう
にしてもよい。
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises:
In the amorphized layer forming step, ion implantation may be performed using at least one ion species of XY n + type ions where X is a group IV element, Y is a VII element, and n = 1, 2, and 3. Good.

【0015】このようなXYn +型イオン種を用いてアモ
ルファス化層形成を行うと、イオン注入のエネルギはそ
れぞれの構成原子に対し、(イオン注入エネルギ)×
(X、あるいはY原子の質量数)と((X原子の質量
数)+(Y原子の質量数)×n)との比に従って分配さ
れるので、各構成原子の運動エネルギを小さくできる。
これを利用して、各構成原子の運動エネルギを変化させ
てイオンの投影飛程を制御すれば、アモルファス化させ
るシリコン層の深さを変更できる。したがって、転位ル
ープが形成される深さを変えることができるので、接合
が形成される深さを制御できる。また、イオン種がXY
n +型なので、このためのイオン種の選択の幅も広がる。
When an amorphous layer is formed using such XY n + type ion species, the energy of ion implantation is (ion implantation energy) × (ion implantation energy) ×
Since the distribution is performed according to the ratio of (mass number of X or Y atom) and ((mass number of X atom) + (mass number of Y atom) × n), the kinetic energy of each constituent atom can be reduced.
By utilizing this to control the projection range of ions by changing the kinetic energy of each constituent atom, the depth of the silicon layer to be made amorphous can be changed. Therefore, the depth at which the dislocation loop is formed can be changed, so that the depth at which the junction is formed can be controlled. Also, if the ion species is XY
Since it is an n + type, the range of choice of ion species for this is also widened.

【0016】本発明に係わる半導体装置の製造方法は、
ゲート電極形成工程前に、MIS型半導体装置を分離す
るための分離絶縁膜を素子分離領域に形成する素子分離
工程を更に備え、アモルファス化層形成工程前にゲート
電極形成工程を行うと共に、アモルファス化層形成工程
におけるイオン注入をゲート電極および分離絶縁膜に対
し自己整合的に行うようにしてもよい。
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises:
The method further includes an element isolation step of forming an isolation insulating film for isolating the MIS type semiconductor device in the element isolation region before the gate electrode formation step. The ion implantation in the layer forming step may be performed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode and the isolation insulating film.

【0017】このように、アモルファス化層形成のため
のイオン注入をゲート電極および分離絶縁膜に対し自己
整合的に行うようにすれば、LDD拡散層を形成するた
めに必要な部分を含む領域に選択的に転位ループを形成
できる。
As described above, if the ion implantation for forming the amorphous layer is performed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode and the isolation insulating film, the region including the portion necessary for forming the LDD diffusion layer can be formed. Dislocation loops can be formed selectively.

【0018】また、本発明に係わる半導体装置の製造方
法は、アモルファス化層形成工程では、XをIV族元
素、YをVII元素、n=1、2、3とするXYn +型イ
オンおよびX+型イオンのいずれかのイオン種と、イオ
ン注入による不純物分布においてイオン投影飛程をRp
[nm]および標準偏差を△Rp[nm]とし、LDD
拡散層の接合の深さをXj[nm]として、Xj>Rp
+4×△Rpとなる注入エネルギと、1×1014[cm
ー2]以上5×1015[cmー2]以下のイオン注入のドー
ズ量と、によってイオン注入を行なうようにしてもよ
い。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the step of forming an amorphized layer, X is a group IV element, Y is a VII element, XY n + type ions with n = 1, 2, 3 and X The ion projection range is Rp for any ion species of the + type ion and impurity distribution by ion implantation.
[Nm] and standard deviation as △ Rp [nm], LDD
Assuming that the junction depth of the diffusion layer is Xj [nm], Xj> Rp
+ 4 × △ Rp and 1 × 10 14 [cm
−2 ] to 5 × 10 15 [cm −2 ] or less, and the ion implantation may be performed depending on the dose of the ion implantation.

【0019】このようにイオン種を必要に応じて選択す
れば、各構成原子に対して分配されるエネルギ、つまり
実効的なイオン注入エネルギを変化させることができ
る。このため、各イオンの投影飛程等を変更できるの
で、Xj>Rp+4×△Rpの実現が容易になる。この
ようなエネルギ、ドーズ量によってイオン注入を行って
Xj>Rp+4×△RpとなるXjを実現すれば、好適
な位置にアモルファス化層を形成でき、ほとんどの転位
ループをLDD拡散層内に含ませることができるため、
良好な特性の接合を形成できる。
If the ion species is selected as necessary, the energy distributed to each constituent atom, that is, the effective ion implantation energy can be changed. For this reason, since the projection range of each ion can be changed, it is easy to realize Xj> Rp + 4 × △ Rp. If Xj> Rp + 4 × △ Rp is realized by performing ion implantation with such energy and dose, an amorphous layer can be formed at a suitable position, and most dislocation loops are included in the LDD diffusion layer. Because you can
A bond with good characteristics can be formed.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明を説明する。また、同一の部分には同一の符号を付
して、重複する説明は省略する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, the same portions are denoted by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted.

【0021】(第1の実施の形態)図1(a)〜(c)
および図2(a)〜(c)は、本発明の半導体装置の製
造方法の一実施の形態を示す工程断面図である。これら
の図面に基づいて、シリコン半導体層としてシリコン半
導体基板(以下、基板という)を用い、MIS型半導体
装置としてMOS型Pチャネルトランジスタを例示にし
て、このLDD拡散層(SD extension)を形成する場合
について説明する。なお、シリコン半導体層としてはシ
リコン基板に限ることなく、この絶縁層上にシリコン層
をエピタキシャル成長したもの等を使用してもよい。ま
た、導電型としてN型基板を使用するが、P型基板にN
型ウエル等を形成し、この内側にトランジスタを形成し
てもよい。
(First Embodiment) FIGS. 1 (a) to 1 (c)
2A to 2C are process cross-sectional views showing one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. Based on these drawings, a case in which a silicon semiconductor substrate (hereinafter, referred to as a substrate) is used as a silicon semiconductor layer and a MOS type P-channel transistor is used as an example of a MIS type semiconductor device to form this LDD diffusion layer (SD extension) Will be described. Note that the silicon semiconductor layer is not limited to a silicon substrate, and a silicon semiconductor layer epitaxially grown on this insulating layer may be used. Also, an N-type substrate is used as the conductivity type, but N-type
A transistor may be formed inside a mold well or the like.

【0022】まず、MOS型トランジスタを分離するた
めの分離絶縁膜5を基板3の素子分離領域に形成する素
子分離工程を行う(図1(a))。この領域に形成され
る絶縁膜5はトランジスタ形成領域を囲んで形成され、
これによりそれぞれのトランジスタ領域が電気的に分離
される。この絶縁膜5として、例えばLOCOS法、L
OPOS法等によって形成されるシリコン酸化膜、また
化学的気相成長(Chemical Vapor Deposition:CV
D)法によって形成される酸化膜等を用いることができ
る。
First, an element isolation step of forming an isolation insulating film 5 for isolating a MOS transistor in an element isolation region of the substrate 3 is performed (FIG. 1A). The insulating film 5 formed in this region is formed so as to surround the transistor forming region,
Thereby, the respective transistor regions are electrically separated. As the insulating film 5, for example, LOCOS method, L
A silicon oxide film formed by the OPOS method or the like, and a chemical vapor deposition (CV)
An oxide film or the like formed by the method D) can be used.

【0023】続いて、MOS型トランジスタのしきい値
を制御するための不純物、パンチスルー防止をための不
純物をチャネル直下に導入する(図示せず)。これら
は、例えばイオン注入法等によって行うことができる。
次いで、チャネル部上を覆ってゲート絶縁膜7を形成す
る。この絶縁膜7としては、例えば基板3を熱酸化する
ことにより形成されるシリコン酸化膜を用いることがで
きる。続いて、ゲート電極9をゲート絶縁膜7上に形成
する。この電極は、例えばポリシリコン、ポリサイド等
を基板3上に堆積し、フォトリソグラフィ技術を用いて
ゲート電極9のパターンを形成し異方性エッチングして
形成される。
Subsequently, an impurity for controlling the threshold value of the MOS transistor and an impurity for preventing punch-through are introduced immediately below the channel (not shown). These can be performed by, for example, an ion implantation method or the like.
Next, the gate insulating film 7 is formed so as to cover the channel portion. As the insulating film 7, for example, a silicon oxide film formed by thermally oxidizing the substrate 3 can be used. Subsequently, a gate electrode 9 is formed on the gate insulating film 7. This electrode is formed by depositing, for example, polysilicon, polycide, or the like on the substrate 3, forming a pattern of the gate electrode 9 using photolithography, and performing anisotropic etching.

【0024】次に、イオン注入11を行ってトランジス
タ形成領域内にアモルファス化層13を形成するアモル
ファス化層形成工程に進む(図1(b))。アモルファ
ス化層13は、LDD拡散層を形成する部分を少なくと
も含む領域に形成される。このために、フォトリソグラ
フィ技術を用いることができる。また、トランジスタ形
成領域の全体に形成してもよい。このためには、素子分
離領域5およびゲート電極9に対してイオン注入11を
自己整合的に行うことが好ましい。このようにイオン注
入11を行うと、アモルファス化層13が自己整合的
に、言い換えればトランジスタ形成領域であってゲート
電極9下のチャネル部を除いた部分に、形成される。つ
まり、チャネル部の側面に沿う基板表層に形成される。
従って、後に形成される転位ループ15も自己整合的に
形成される。すなわち、目合わせ余裕を必要せずにソー
ス/ドレイン拡散層(SD拡散層)およびLDD拡散層
の領域に転位ループ15が形成されるので、これらの拡
散層の内側に多くの転位ループ15を含ませることが可
能である点で好ましい。また、アモルファス化層13を
形成したくない領域があれば、このイオン注入前にフォ
トリソグラフィ技術を用いて、例えばレジスト等のマス
ク材(図示せず)によって当該領域を覆ってもよい。例
示すれば、PチャネルトランジスタおよびNチャネルト
ランジスタの一方にのみ転位ループ15を形成する場合
等である。
Next, the process proceeds to an amorphized layer forming step of forming an amorphized layer 13 in the transistor forming region by performing ion implantation 11 (FIG. 1B). The amorphized layer 13 is formed in a region including at least a portion for forming the LDD diffusion layer. For this purpose, a photolithography technique can be used. Further, it may be formed over the entire transistor formation region. For this purpose, it is preferable to perform the ion implantation 11 on the element isolation region 5 and the gate electrode 9 in a self-aligned manner. When the ion implantation 11 is performed as described above, the amorphized layer 13 is formed in a self-aligned manner, in other words, in a transistor forming region except a channel portion below the gate electrode 9. That is, it is formed on the surface of the substrate along the side surface of the channel portion.
Therefore, the dislocation loop 15 to be formed later is also formed in a self-aligned manner. That is, the dislocation loops 15 are formed in the source / drain diffusion layers (SD diffusion layers) and the LDD diffusion layers without requiring a margin for alignment, so that many dislocation loops 15 are included inside these diffusion layers. This is preferable in that it can be performed. If there is a region where the amorphous layer 13 is not desired to be formed, the region may be covered with a mask material (not shown) such as a resist using a photolithography technique before the ion implantation. As an example, there is a case where the dislocation loop 15 is formed only in one of the P-channel transistor and the N-channel transistor.

【0025】イオン注入エネルギは、アモルファス化層
13を形成する深さの応じて選択される。イオン注入1
1のイオン種としては、基板シリコンの導電型、抵抗等
の電気的特性に影響を与えないものであって、且つ製造
プロセスの整合性のよいものであればよい。このような
ものとして、例えばXをIV族元素、YをVII元素、
n=1、2、3とするXYn +型イオンおよびXYn +型イ
オンにおいてn=0とするX+型イオンの少なくともい
ずれかを用いることが好ましい。元素Xとしては、ゲル
マニウム(Ge)、シリコン(Si)等が好ましく、特
にシリコン半導体層と同一元素であるのでSiが最適で
ある。元素Yとしては、フッ素(F)等が好ましい。特
に、フッ素はボロンの不純物導入のためにイオン注入の
イオン種BF2 +として使用されているので、プロセスと
の整合性がよいと考えられる。このXYn +型イオンを例
示すれば、SiF3 +、SiF2 +、SiF+等であり、こ
れらはイオン注入装置内でイオンとして実際に観測され
ている。
The ion implantation energy is selected according to the depth at which the amorphous layer 13 is formed. Ion implantation 1
The one ion species may be any one that does not affect the electrical characteristics of the substrate silicon, such as conductivity type and resistance, and has good manufacturing process consistency. As such, for example, X is a group IV element, Y is a VII element,
It is preferred to use at least one of X + -type ions of n = 0 in XY n + -type ions and XY n + -type ions of n = 1, 2, 3. As the element X, germanium (Ge), silicon (Si), or the like is preferable. In particular, Si is optimal because it is the same element as the silicon semiconductor layer. As the element Y, fluorine (F) or the like is preferable. In particular, since fluorine is used as ion species BF 2 + for ion implantation for introducing boron impurities, it is considered that the compatibility with the process is good. Examples of the XY n + type ions include SiF 3 + , SiF 2 + , and SiF +, which are actually observed as ions in an ion implantation apparatus.

【0026】このようなXYn +型イオン種を用いてイオ
ン注入11を行うと、イオン注入のエネルギはそれぞれ
の構成原子に対し、(イオン注入エネルギ)×(X、あ
るいはY原子の質量数)と((X原子の質量数)+(Y
原子の質量数)×n)との比に従って分配されるので、
イオン注入装置の加速エネルギ自体を変更することな
く、各構成原子の運動エネルギを変化させることができ
る。一例を示せば、装置の加速エネルギを10[ke
V]にしてSiF+のイオン注入を行うと、Siには約
6[keV]、Fには約4[keV]のエネルギがそれ
ぞれ配分される。ただし、シリコン質量数を28、フッ
素の質量数を19とした。つまり、全加速エネルギが構
成原子のそれぞれに分配されて、各原子が全加速エネル
ギより小さな運動エネルギをもつようになる。したがっ
て、XYn +型イオン種を用いれば、各原子のエネルギを
変化させてイオンの投影飛程等を変更できる。これによ
って、アモルファス化させるシリコン層の深さを選択で
きる。
When ion implantation 11 is performed using such XY n + type ion species, the energy of ion implantation is (ion implantation energy) × (X or mass number of Y atoms) for each constituent atom. And ((mass number of X atom) + (Y
Atomic mass number) x n).
The kinetic energy of each constituent atom can be changed without changing the acceleration energy itself of the ion implantation apparatus. As an example, the acceleration energy of the device is set to 10 [ke].
When ions are implanted SiF + in the V], the Si about 6 [keV], the energy of the F approximately 4 [keV] is allocated respectively. However, the silicon mass number was 28 and the fluorine mass number was 19. That is, the total acceleration energy is distributed to each of the constituent atoms, and each atom has a smaller kinetic energy than the total acceleration energy. Therefore, if the XY n + type ion species is used, the projection range of the ions can be changed by changing the energy of each atom. Thereby, the depth of the silicon layer to be made amorphous can be selected.

【0027】また、アモルファス化層13を形成する深
さと形成される接合の深さは、 Xj>Rp+4×△Rp (2) の関係になるようにイオン注入エネルギを選択すること
が好ましい。なお、Rp[nm]はイオン注入のイオン
投影飛程、つまり分布不純物数が最も多い位置を基板表
面から測った距離、△Rp[nm]はイオン注入された
不純物の分布の標準偏差、Xj[nm]はLDD拡散層
の接合の深さである。このようなXjを実現すれば、L
DD拡散層内に多くの転位ループ15を含ませることが
できる好適な位置にアモルファス化層13を形成でき
る。したがって、良好な特性の接合を形成できる。
It is preferable to select the ion implantation energy so that the depth of forming the amorphous layer 13 and the depth of the formed junction satisfy the relationship of Xj> Rp + 4 × △ Rp (2). Here, Rp [nm] is the ion projection range of ion implantation, that is, the distance measured from the substrate surface at the position where the number of distributed impurities is the largest, △ Rp [nm] is the standard deviation of the distribution of ion-implanted impurities, and Xj [ [nm] is the junction depth of the LDD diffusion layer. If such Xj is realized, L
The amorphized layer 13 can be formed at a suitable position where many dislocation loops 15 can be included in the DD diffusion layer. Therefore, a junction having good characteristics can be formed.

【0028】特に、浅い接合を形成する場合にXYn +
イオン種を必要に応じて選択すれば、各構成原子に対し
て分配されたエネルギに対応して各イオンの投影飛程R
p、標準偏差△Rp等を変更できるので、装置の加速エ
ネルギを低くすることなく実効的に低エネルギのイオン
を実現できる。つまり、小さいRpの実現が容易になる
ので、求められるXjに対してXj>Rp+4×△Rp
を満たすことも容易になる。
In particular, if the XY n + type ion species is selected as necessary when forming a shallow junction, the projection range R of each ion corresponding to the energy distributed to each constituent atom can be obtained.
Since p, standard deviation △ Rp, and the like can be changed, low-energy ions can be effectively realized without lowering the acceleration energy of the apparatus. In other words, since it is easy to realize a small Rp, Xj> Rp + 4 × △ Rp
Is also easier to satisfy.

【0029】不純物の分布関数形、Rp、△Rpは、例
えばイオン種、注入エネルギの様々に変えて実験を行
い、2次イオン質量分析(Secondary Ion Mass Spectro
scopy:SIMS)法により不純物分布を調べて、これ
らを決定してもよい。また、LSS(Lindhad,Scharff,
Schott)理論に基づいて求めてもよく、更にLSS理論
は平均Rp、標準偏差△Rpをもつガウス分布で近似で
きるのでガウス分布を用いて簡便に求めてもよく、これ
らに限られることなく他の分布を用いてもよい。
The distribution function forms of impurities, Rp and △ Rp, are changed by, for example, various ion species and implantation energies, and an experiment is performed to perform secondary ion mass spectrometry (Secondary Ion Mass Spectrometry).
These may be determined by examining the impurity distribution by the scopy (SIMS) method. LSS (Lindhad, Scharff,
Schott) theory. Further, since the LSS theory can be approximated by a Gaussian distribution having an average Rp and a standard deviation △ Rp, the LSS theory may be easily obtained using a Gaussian distribution. A distribution may be used.

【0030】イオン注入11のドーズ量はイオン種によ
って異なるが、一般には、1×1014[cmー2]以上5
×1015[cmー2]以下のドーズ量が好ましい。このよ
うな範囲が好ましいのは、1×1014[cmー2]未満の
ドーズ量ではアモルファス化が起こらずあるいは充分に
は起こらず、また1×1014[cmー2]以上で必要な程
度のアモルファス化が起こり、更に5×1015[c
ー2]を超えてドーズ量を増加させても実用上の利点が
ないからである。
The dose of the ion implantation 11 varies depending on the ion species, but is generally 1 × 10 14 [cm −2 ] or more.
× 10 15 [cm -2] The following dose are preferred. Such a range is preferred because the extent required by the 1 × 10 14 does not occur sufficiently or does not occur amorphization in a dose of less than [cm -2], and 1 × 10 14 [cm -2] or Becomes amorphous, and further 5 × 10 15 [c
This is because there is no practical advantage even if the dose is increased beyond m -2 ].

【0031】本工程におけるイオン注入11は、一回の
みに限られることはなく必要に応じて複数回のイオン注
入を行って所定の深さに、あるいは所定の深さまでアモ
ルファス化層13を形成してもよい。
The ion implantation 11 in this step is not limited to only one time, but may be performed a plurality of times as necessary to form the amorphous layer 13 to a predetermined depth or to a predetermined depth. You may.

【0032】次に、熱処理工程に進む(図1(c))。
この工程では、基板3内に転位ループ15を形成するた
めの第1の熱処理を行う。この熱処理は、例えば非酸化
雰囲気中にて行い、RTA(Rapid Thermal Annealin
g)法を用いることが好ましい。RTA法を用いると、
短時間でイオン注入による結晶性を回復させることがで
きるからである。この方法による条件を例示すれば、温
度1000[℃]、時間10[秒]の条件が好ましい。
なお、この方法に限られることなく、拡散炉内において
非酸化雰囲気中にてアニールを行ってもよい。また、非
酸化雰囲気としては、LSI製造プロセスと整合性のよ
い窒素ガス(N2)、アルゴン(Ar)ガス等が好まし
い。この熱処理によって、アモルファス化層13と基板
3の結晶部分との界面付近に転移ループ15が形成され
ると共に、イオン注入11によって破壊された結晶構造
が回復してアモルファス化層13が消失する。この時に
形成される転移ループの密度として一例を示せば、イオ
ン種がSiF+、注入エネルギが10[keV]、ドー
ズ量が3×1015[cmー2]の条件でイオン注入11を
行い上記のアニール条件で熱処理を行ったとき、1×1
10[cmー2]程度である。なお、転位ループの存在の
有無、位置等は、透過型電子顕微鏡(Transmission ele
ctron Spectroscopy:TEM)による解析によって確認
できる。
Next, the process proceeds to a heat treatment step (FIG. 1C).
In this step, a first heat treatment for forming a dislocation loop 15 in the substrate 3 is performed. This heat treatment is performed, for example, in a non-oxidizing atmosphere, and RTA (Rapid Thermal Annealin).
It is preferable to use the g) method. Using the RTA method,
This is because the crystallinity by ion implantation can be recovered in a short time. As an example of the conditions according to this method, a condition of a temperature of 1000 ° C. and a time of 10 seconds is preferable.
Note that, without being limited to this method, annealing may be performed in a non-oxidizing atmosphere in a diffusion furnace. Further, as the non-oxidizing atmosphere, a nitrogen gas (N 2 ), an argon (Ar) gas, or the like having good compatibility with the LSI manufacturing process is preferable. By this heat treatment, a transition loop 15 is formed near the interface between the amorphized layer 13 and the crystal part of the substrate 3, and the crystal structure destroyed by the ion implantation 11 is recovered and the amorphized layer 13 disappears. As an example of the density of the transition loop formed at this time, ion implantation 11 is performed under the conditions that the ion species is SiF + , the implantation energy is 10 [keV], and the dose is 3 × 10 15 [cm −2 ]. When heat treatment was performed under the annealing conditions of 1.times.1
It is about 0 10 [cm -2 ]. The presence or absence, position, etc. of the dislocation loop is determined by the transmission electron microscope (Transmission electron microscope).
It can be confirmed by analysis using ctron spectroscopy (TEM).

【0033】この第1の熱処理は、非酸化性雰囲気中に
おいて温度が700[℃]以上1100[℃]以下であ
り、時間が1[秒]以上10[時間]以下であるような
条件が好ましい。このような条件が好ましいのは、温度
が700[℃]未満および時間が1[秒]未満では転位
ループが充分に形成されず、温度が1100[℃]を超
えると転位ループが分解してしまうからである。
This first heat treatment is preferably carried out in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 700 ° C. to 1100 ° C. and a time of 1 second to 10 hours. . Such a condition is preferable that a dislocation loop is not sufficiently formed when the temperature is less than 700 [° C.] and the time is less than 1 [second], and the dislocation loop is decomposed when the temperature exceeds 1100 [° C.]. Because.

【0034】なお、アモルファス化層形成工程および熱
処理工程は、ゲート電極9の形成前に行ってもよい。例
えば、LDD拡散層21を形成する領域にフォトリソグ
ラフィによってマスク材の開口部を設けてアモルファス
化層13を形成した後に、ゲート電極9を形成してもよ
い。
The amorphous layer forming step and the heat treatment step may be performed before forming the gate electrode 9. For example, the gate electrode 9 may be formed after the opening of the mask material is provided by photolithography in the region where the LDD diffusion layer 21 is formed to form the amorphous layer 13.

【0035】熱処理工程の後に、絶縁膜形成工程を行う
(図2(a))。この工程では、LDD拡散層のための
不純物、いわゆるドーパントを含有する拡散源絶縁膜1
7を基板3上に形成する。この絶縁膜17は基板3上の
全面に形成され、シリコン酸化膜(SiO2膜)、シリ
コン窒化酸化膜(SiON膜)等にボロン(硼素)を含
有させたもの、例えばBSG膜(Boro-Silicate Glas
s)、あるいはボロン酸化膜(B23膜)等を使用でき
る。これらの膜は、例えばCVD法、物理的気相成長
(Physical Vapor Deposition:PVD)法等を使用し
て形成できる。成長条件の一例を示せば、連続CVD装
置によって6[mol%]のボロン含有BSG膜を15
0[nm]成長する条件として、 となる。なお、所定濃度のフッ化水素酸(HF)で基板
表面を成長前に洗浄している。
After the heat treatment step, an insulating film forming step is performed (FIG. 2A). In this step, the diffusion source insulating film 1 containing an impurity for the LDD diffusion layer, a so-called dopant, is formed.
7 is formed on the substrate 3. The insulating film 17 is formed on the entire surface of the substrate 3 and includes a silicon oxide film (SiO 2 film), a silicon nitride oxide film (SiON film) or the like containing boron (boron), for example, a BSG film (Boro-Silicate). Glas
s) or a boron oxide film (B 2 O 3 film) or the like can be used. These films can be formed using, for example, a CVD method, a physical vapor deposition (PVD) method, or the like. An example of growth conditions is as follows.
As a condition for growing 0 [nm], Becomes The substrate surface is cleaned with a predetermined concentration of hydrofluoric acid (HF) before growth.

【0036】絶縁膜形成工程では、絶縁膜17に含有さ
れる不純物濃度が10[モル%]以上30[モル%]以
下の濃度であるようにしてもよい。このような範囲が好
ましいのは、不純物の濃度が10[モル%]未満では界
面酸化膜の影響が大きくボロンの拡散が充分に起こら
ず、30[モル%]を超えるとB23分解の際に放出さ
れる酸素(O)によりシリコン(Si)が酸化され制御
できないほどに増速拡散が大きくなるからである。
In the step of forming the insulating film, the concentration of the impurity contained in the insulating film 17 may be not less than 10 [mol%] and not more than 30 [mol%]. This range is preferable because when the impurity concentration is less than 10 [mol%], the influence of the interface oxide film is large and boron diffusion does not sufficiently occur, and when the impurity concentration exceeds 30 [mol%], B 2 O 3 decomposition occurs. This is because silicon (Si) is oxidized by oxygen (O) released at that time and the enhanced diffusion becomes so large that it cannot be controlled.

【0037】絶縁物17に含有される不純物は、絶縁膜
17の形成後に別途の工程にて導入してもよいが、絶縁
膜17はLDD形成のための側壁絶縁膜19となるため
上記のように比較的薄い絶縁膜である。このため、不純
物導入の制御性および製造工程の削減の観点から不純物
は絶縁膜17の成長と同時に含有することが好ましい。
なお、別途に導入する方法としてはイオン注入等があ
る。
The impurities contained in the insulator 17 may be introduced in a separate step after the formation of the insulating film 17. However, since the insulating film 17 becomes the side wall insulating film 19 for forming the LDD, the impurities are contained as described above. Is a relatively thin insulating film. For this reason, it is preferable that the impurity be contained simultaneously with the growth of the insulating film 17 from the viewpoint of controllability of impurity introduction and reduction in the number of manufacturing steps.
In addition, as a method of separately introducing, there is ion implantation or the like.

【0038】上記ではP型不純物の場合を説明したが、
N型不純物にあってはシリコン酸化膜(SiO2膜)、
シリコン窒化酸化膜(SiON膜)等にリン(燐)を含
有させたもの、例えばPSG膜(Phospho-Silicate Gla
ss)、あるいはリン酸化膜(P25膜)等を使用でき
る。これらの膜もボロンを含有した膜と同様の方法によ
って成長できる。
Although the case of the P-type impurity has been described above,
Silicon oxide film (SiO 2 film) for N-type impurities,
A silicon nitride oxide film (SiON film) containing phosphorus (phosphorus), for example, a PSG film (Phospho-Silicate Gla
ss) or a phosphorylated film (P 2 O 5 film) or the like can be used. These films can be grown by the same method as the film containing boron.

【0039】次に、側壁形成工程を行う(図2
(b))。この工程では、絶縁膜17をエッチングし、
ゲート電極9の少なくともドレイン側面に側壁絶縁膜1
9を形成する。側壁絶縁膜19の形成法として、全面エ
ッチバック法がある。この方法は、異方性エッチングと
なる条件にて絶縁膜17をエッチングし、平坦部の膜厚
分程度をエッチングしたところでエッチングを終了し
て、膜の厚い部分、例えばゲート電極9の両側面に側壁
絶縁膜19を残す方法である。この方法はフォトリソグ
ラフィを使用することなくゲート電極9の両側面に側壁
絶縁膜19を形成できるので、側壁形成に好ましい方法
である。側壁絶縁膜19の形成はこれに限られるもので
はない。例示すれば、エッチング前に、ゲート電極9の
少なくともドレイン側面を含む領域にフォトリソグラフ
ィ技術を用いてマスク材を形成する工程を設けて、この
後にエッチングを行い不要な絶縁膜17を除去してもよ
い。また、フォトリソグラフィ技術を用いてドレイン側
面以外の所定領域にマスク材を形成する工程を設け、こ
の後にエッチバックすれば、マスク材を残した部分にも
固相拡散の不純物源となる側壁絶縁膜19を残すことが
できる。したがって、ゲート電極9の側壁部以外にも同
時に浅い拡散層が形成できる。
Next, a side wall forming step is performed (FIG. 2).
(B)). In this step, the insulating film 17 is etched,
Sidewall insulating film 1 on at least the drain side surface of gate electrode 9
9 is formed. As a method for forming the side wall insulating film 19, there is an overall etch-back method. In this method, the insulating film 17 is etched under the condition of anisotropic etching, and the etching is terminated when the film thickness of the flat portion is about the same as the thickness of the flat portion, for example, on both side surfaces of the gate electrode 9. This is a method in which the sidewall insulating film 19 is left. This method is a preferable method for forming the side wall because the side wall insulating film 19 can be formed on both side surfaces of the gate electrode 9 without using photolithography. The formation of the sidewall insulating film 19 is not limited to this. For example, before the etching, a step of forming a mask material using a photolithography technique in a region including at least the drain side surface of the gate electrode 9 is provided, and thereafter, the unnecessary insulating film 17 is removed by etching. Good. Further, a step of forming a mask material in a predetermined region other than the side surface of the drain by using a photolithography technique is provided, and thereafter, if an etch back is performed, a sidewall insulating film which becomes a source of impurities for solid-phase diffusion also in a portion where the mask material remains. 19 can be left. Therefore, a shallow diffusion layer can be simultaneously formed other than on the side wall of the gate electrode 9.

【0040】次に、基板3に第2の熱処理を行う拡散工
程に進む(図2(b))。この熱処理によって、側壁絶
縁膜19から基板3に不純物を固相拡散させてLDD拡
散層21を形成する。この熱処理は、例えば非酸化雰囲
気中にて行い、RTA法を用いることが好ましい。RT
A法を用いると短時間で不純物を拡散させることができ
るので、浅い接合を形成する場合に好適だからである。
この方法による条件を例示すれば、温度1000
[℃]、時間10[秒]の条件が好ましい。熱処理法
は、RTA法に限られることなく、拡散炉内において非
酸化雰囲気中にて不純物の拡散を行ってもよい。非酸化
雰囲気としては、LSI製造プロセスと整合性のよい窒
素ガス、アルゴンガス等が好ましい。この熱処理によっ
て、側壁絶縁膜19から酸化膜を通して基板3に不純物
が固相拡散され、LDD拡散層21が形成される。
Next, the process proceeds to a diffusion step of performing a second heat treatment on the substrate 3 (FIG. 2B). By this heat treatment, impurities are solid-phase diffused from the side wall insulating film 19 to the substrate 3 to form the LDD diffusion layer 21. This heat treatment is performed, for example, in a non-oxidizing atmosphere, and it is preferable to use the RTA method. RT
This is because the method A can diffuse impurities in a short time and is suitable for forming a shallow junction.
An example of a condition according to this method is as follows.
[° C.] and a time of 10 [seconds] are preferable. The heat treatment method is not limited to the RTA method, and the impurity may be diffused in a non-oxidizing atmosphere in a diffusion furnace. As the non-oxidizing atmosphere, a nitrogen gas, an argon gas, or the like that is compatible with the LSI manufacturing process is preferable. By this heat treatment, impurities are solid-phase diffused from the sidewall insulating film 19 to the substrate 3 through the oxide film, and the LDD diffusion layer 21 is formed.

【0041】なお、第2の熱処理は非酸化性雰囲気中に
おいて、温度が950[℃]以上1050[℃]以下で
あり、時間が1[秒]以上30[秒]以下であるように
してもよい。このような範囲が好ましいのは、温度が9
50[℃]未満、時間が1[秒]未満では拡散層の不純
物が充分な濃度にならず、温度が1050[℃]、時間
が30[秒]を超えると形成される拡散層の深さが0.
2[μm]程度より大きくなり、これでは深すぎるから
である。
The second heat treatment may be performed in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 950 ° C. or more and 1050 ° C. or less and a time of 1 second or more and 30 seconds or less. Good. Such a range is preferable when the temperature is 9
If the temperature is less than 50 [° C.] and the time is less than 1 [second], the impurity in the diffusion layer will not have a sufficient concentration. Is 0.
This is because it is larger than about 2 [μm], which is too deep.

【0042】この熱処理の結果、深さXjのLDD拡散
層21が形成される。また、第2の熱処理は、側壁絶縁
膜19の形成後であって、アルミニウム(Al)、チタ
ン(Ti)等のメタルの堆積前である間にあるいずれの
工程で行ってもよい。
As a result of this heat treatment, an LDD diffusion layer 21 having a depth Xj is formed. The second heat treatment may be performed in any step after the formation of the sidewall insulating film 19 and before the deposition of a metal such as aluminum (Al) or titanium (Ti).

【0043】図3は、転位ループの作用を説明するため
の模式図である。図3を用いて、基板中の不純物拡散に
ついて説明する。なお、Bとは不純物のボロン、Iとは
格子間シリコンをそれぞれ示す。イオン注入31を行う
ことにより基板30の表層にアモルファス化層33が形
成される(図3(a))。基板30の結晶性を回復させ
るためにアニール(第1の熱処理)を行うと、アモルフ
ァス化層33と結晶部分の界面付近に転移ループ35が
形成されると共に、アモルファス化層33が消失する
(図3(b))。基板30上にBSG膜37を堆積し
て、第2の熱処理を行うと 2B23+3Si → 4B+2SiO2 という反応が進み、この反応の際にボロンが放出、拡散
されると共に、格子間シリコンIが発生する。格子間シ
リコンIはボロンBの複合体形成に伴ってボロンBの増
速拡散を引き起こすことが知られている。発生した格子
間シリコンIは、図3(c)の矢印39のようにボロン
Bと共に基板30中に拡散して行く。転位ループ35が
存在する領域になると、転位ループ35が格子間シリコ
ンIを吸収する性質があるために、格子間シリコンIの
一部はこれに吸収される(図3(c))。このため、ボ
ロンBと格子間シリコンIの複合体形成が抑止され、結
果として図3(c)の矢印41のように、ボロンの増速
拡散を抑えることができる。このため、熱処理の温度と
時間による不純物拡散の制御が容易になり、接合が再現
性のよく形成できる。また、転位ループ35の形成位置
を変えることにより、所望の深さの拡散層を形成でき
る。したがって、転位ループ35を浅い位置に形成する
ことにより、浅い接合の形成が可能となる。本実施の形
態ではボロンを使用する場合について説明しているが、
N型不純物であるリン(P)についても同様の作用が期
待できる。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the function of the dislocation loop. The diffusion of impurities in the substrate will be described with reference to FIG. Note that B indicates boron impurity and I indicates interstitial silicon. By performing the ion implantation 31, an amorphous layer 33 is formed on the surface of the substrate 30 (FIG. 3A). When annealing (first heat treatment) is performed to restore the crystallinity of the substrate 30, a transition loop 35 is formed near the interface between the amorphized layer 33 and the crystal part, and the amorphized layer 33 disappears (FIG. 9). 3 (b)). When a BSG film 37 is deposited on the substrate 30 and a second heat treatment is performed, a reaction of 2B 2 O 3 + 3Si → 4B + 2SiO 2 proceeds, and boron is released and diffused during this reaction, and the interstitial silicon I Occurs. It is known that interstitial silicon I causes enhanced diffusion of boron B with the formation of the boron B complex. The generated interstitial silicon I diffuses into the substrate 30 together with boron B as indicated by an arrow 39 in FIG. In the region where the dislocation loop 35 exists, a part of the interstitial silicon I is absorbed by the dislocation loop 35 because it has a property of absorbing the interstitial silicon I (FIG. 3C). For this reason, the formation of a complex of boron B and interstitial silicon I is suppressed, and as a result, the accelerated diffusion of boron can be suppressed as indicated by an arrow 41 in FIG. Therefore, the control of impurity diffusion by the temperature and time of the heat treatment is facilitated, and the junction can be formed with good reproducibility. Further, by changing the formation position of the dislocation loop 35, a diffusion layer having a desired depth can be formed. Therefore, by forming the dislocation loop 35 at a shallow position, a shallow junction can be formed. Although the case where boron is used is described in the present embodiment,
Similar effects can be expected for phosphorus (P), which is an N-type impurity.

【0044】以上、説明したように増速拡散によるボロ
ンの拡散を抑えて基板中に不純物の導入が可能となる。
このため不純物を十分に導入できるので、低抵抗化され
た浅いLDD拡散層21を形成できる。
As described above, it is possible to introduce boron into the substrate while suppressing diffusion of boron due to enhanced diffusion.
For this reason, impurities can be sufficiently introduced, so that a shallow LDD diffusion layer 21 with reduced resistance can be formed.

【0045】なお、第2の熱処理によって、LDD拡散
層21は、その内側に転位ループ15をほぼ含んで形成
されることが好ましい。例えば、Xj>Rp+4×△R
pの関係を満たすような場合である。このように形成す
ると、更に良好な特性の接合を形成できる。
It is preferable that the LDD diffusion layer 21 be formed so as to substantially include the dislocation loop 15 inside by the second heat treatment. For example, Xj> Rp + 4 × △ R
This is the case where the relationship of p is satisfied. By forming in this manner, it is possible to form a bond having better characteristics.

【0046】以下、図2(c)を参照して説明する。L
DD拡散層21を形成した後に、ソース/ドレイン拡散
層(SD拡散層)22を形成する。SD拡散層22は、
例えば、素子分離領域5、ゲート電極9および側壁絶縁
膜19に対し自己整合的にイオン注入を行って形成され
る。SD拡散層22は、一般にLDD拡散層21よりも
深い接合なので、チャネル領域を除いたトランジスタ形
成領域に形成される転位ループ15が拡散層22の内側
に含まれる。
Hereinafter, description will be made with reference to FIG. L
After forming the DD diffusion layer 21, a source / drain diffusion layer (SD diffusion layer) 22 is formed. The SD diffusion layer 22
For example, it is formed by ion-implanting the element isolation region 5, the gate electrode 9, and the sidewall insulating film 19 in a self-aligned manner. Since the SD diffusion layer 22 is generally deeper than the LDD diffusion layer 21, the dislocation loop 15 formed in the transistor formation region excluding the channel region is included inside the diffusion layer 22.

【0047】続いて、基板3全面に層間絶縁膜23を成
長する。層間絶縁膜23は配線27を形成するために平
坦化されることが好ましい。例えば、CVD法によりB
PSG(Boro-Phopho-silicate Glass)膜等を積層し
て、化学的機械的研磨(Chemical Mechanical Polishin
g:CMP)法により平坦化する。次いで、SD拡散層
22およびゲート電極9に対して電気的な接続をとるた
めに、SD拡散層22上およびゲート電極9上にある層
間絶縁膜23に異方性エッチングによってコンタクト孔
を開口する。このコンタクト孔にタングステン(W)を
選択成長させて埋め込んで埋め込みコンタクト部25を
形成して、この後にメタル層を形成する。メタル層は、
例えばTiN、TiおよびAl等からなる多層膜をスパ
ッタ法等によって成膜する。この上にフォトリソグラフ
ィを用いて配線パターンを形成し、エッチングして配線
27を形成する。配線27によって、MOS型トランジ
スタ等の電極を相互に接続できる。次いで、この上にパ
ッシベーション膜、例えばプラズマSiON膜等を形成
し、ボンディングパッド部のパッシベーション膜をエッ
チングにより除去し開口部を設ける。これによって、半
導体装置が完成する。なお、本実施の形態の説明におい
ては、メタル配線が一層の場合を説明したが、複数層の
配線層を有する半導体装置に適用できることは言うまで
もない。
Subsequently, an interlayer insulating film 23 is grown on the entire surface of the substrate 3. It is preferable that the interlayer insulating film 23 be planarized in order to form the wiring 27. For example, B
A PSG (Boro-Phopho-silicate Glass) film or the like is laminated, and then chemically mechanically polished (Chemical Mechanical Polishing).
g: CMP). Next, a contact hole is opened in the interlayer insulating film 23 on the SD diffusion layer 22 and the gate electrode 9 by anisotropic etching in order to make electrical connection to the SD diffusion layer 22 and the gate electrode 9. Tungsten (W) is selectively grown and buried in the contact hole to form a buried contact portion 25, and thereafter a metal layer is formed. The metal layer is
For example, a multilayer film made of TiN, Ti, Al, or the like is formed by a sputtering method or the like. A wiring pattern is formed thereon using photolithography, and the wiring 27 is formed by etching. By the wiring 27, electrodes such as MOS transistors can be connected to each other. Next, a passivation film, for example, a plasma SiON film or the like is formed thereon, and the passivation film in the bonding pad portion is removed by etching to provide an opening. Thus, the semiconductor device is completed. In the description of the present embodiment, the case where the number of metal wirings is one has been described, but it goes without saying that the present invention can be applied to a semiconductor device having a plurality of wiring layers.

【0048】以上、詳細に説明したように本発明に係わ
る半導体装置の製造方法では、イオン注入を行って基板
にアモルファス化層を形成する。この層の結晶性を熱処
理により回復させるときに形成される転位ループを利用
して、格子間シリコンを捕獲する。格子間シリコンは不
純物を基板中に固相拡散させる際に増速拡散の原因とな
るため、格子間シリコンと不純物との複合体形成に伴う
増速拡散を抑えることができる。このため、第2の熱処
理の際の不純物拡散の制御性を向上させることができ
る。したがって、増速拡散の影響なく十分に不純物を導
入できるので、浅く、且つ低抵抗なLDD拡散層を形成
できる。
As described above in detail, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, an amorphous layer is formed on a substrate by performing ion implantation. Interstitial silicon is captured by using dislocation loops formed when the crystallinity of this layer is restored by heat treatment. Since interstitial silicon causes accelerated diffusion when solid-phase diffusion of impurities into a substrate, it is possible to suppress accelerated diffusion accompanying formation of a complex of interstitial silicon and impurities. For this reason, controllability of impurity diffusion at the time of the second heat treatment can be improved. Therefore, impurities can be sufficiently introduced without being affected by the enhanced diffusion, so that a shallow and low-resistance LDD diffusion layer can be formed.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明によ
れば、イオン注入を行ってアモルファス化層を形成した
後に熱処理を行うと、アモルファス化層の界面近傍に転
位ループが形成される。この後に、ゲート電極の側面に
側壁絶縁膜を形成して、第2の熱処理を行いこの絶縁膜
から半導体層に不純物を固相拡散させると、固相拡散の
際に発生する格子間シリコンが上記の転位ループに吸収
される。このため、LDD拡散層を形成するに際して、
上記不純物と格子間シリコンとの相互作用によって起こ
る不純物の増速拡散を抑えることができる。したがっ
て、第2の熱処理の際の不純物拡散の制御性を向上でき
るので、浅く、且つ低抵抗なLDD拡散層を形成でき
る。
As described above in detail, according to the present invention, when heat treatment is performed after ion-implantation to form an amorphized layer, dislocation loops are formed near the interface of the amorphized layer. Thereafter, a side wall insulating film is formed on the side surface of the gate electrode, and a second heat treatment is performed to solid-phase diffuse impurities from the insulating film into the semiconductor layer. Is absorbed by the dislocation loop. Therefore, when forming the LDD diffusion layer,
Accelerated diffusion of impurities caused by the interaction between the impurities and interstitial silicon can be suppressed. Therefore, the controllability of impurity diffusion at the time of the second heat treatment can be improved, so that a shallow and low-resistance LDD diffusion layer can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1(a)〜(c)は、本発明の半導体装置の
製造方法の一実施の形態を説明するための工程断面図で
ある。
FIGS. 1A to 1C are process cross-sectional views illustrating one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図2】図2(a)〜(c)は、本発明の半導体装置の
製造方法の一実施の形態を説明するための工程断面図で
ある。
FIGS. 2A to 2C are process cross-sectional views illustrating one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図3】図3は、転位ループの作用を説明するための模
式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the operation of a dislocation loop.

【符号の説明】 3…シリコン基板、5…分離絶縁膜(素子分離領域)、
7…ゲート絶縁膜、9…ゲート電極、11…イオン注
入、13…アモルファス化層、15…転位ループ、17
…拡散源絶縁膜、19…側壁絶縁膜、21…LDD拡散
層、22…SD拡散層、23…層間絶縁膜、25…埋め
込みコンタクト、27…配線、29…パッシベーション
膜、30…シリコン基板、31…イオン注入、33…ア
モルファス化層、35…転位ループ、37…BSG膜
[Description of References] 3 ... silicon substrate, 5 ... isolation insulating film (element isolation region),
7: gate insulating film, 9: gate electrode, 11: ion implantation, 13: amorphous layer, 15: dislocation loop, 17
... Diffusion source insulating film, 19 ... sidewall insulating film, 21 ... LDD diffusion layer, 22 ... SD diffusion layer, 23 ... interlayer insulating film, 25 ... buried contact, 27 ... wiring, 29 ... passivation film, 30 ... silicon substrate, 31 ... Ion implantation, 33 ... Amorphized layer, 35 ... Dislocation loop, 37 ... BSG film

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 LDD拡散層を有するMIS型半導体装
置をシリコン半導体層に形成する半導体装置の製造方法
において、 前記シリコン半導体層上にゲート電極を形成するゲート
電極形成工程と、 前記シリコン半導体層にイオン注入を行って、アモルフ
ァス構造を前記シリコン半導体層に形成するアモルファ
ス化層形成工程と、 このアモルファス化層形成工程の後に、前記シリコン半
導体層に転位ループを形成するための第1の熱処理を行
う熱処理工程と、 この熱処理工程の後に、前記LDD拡散層のための不純
物を含有する拡散源絶縁膜を前記シリコン半導体層上に
形成する絶縁膜形成工程と、 この拡散源絶縁膜をエッチングし前記ゲート電極側面に
側壁絶縁膜を形成する側壁形成工程と、 この側壁絶縁膜から前記シリコン半導体層に前記不純物
を固相拡散させ前記LDD拡散層を形成する第2の熱処
理を行う拡散工程と、を備える半導体装置の製造方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device in which a MIS type semiconductor device having an LDD diffusion layer is formed in a silicon semiconductor layer, wherein: a gate electrode forming step of forming a gate electrode on the silicon semiconductor layer; An amorphized layer forming step of forming an amorphous structure in the silicon semiconductor layer by performing ion implantation; and, after the amorphized layer forming step, a first heat treatment for forming dislocation loops in the silicon semiconductor layer is performed. A heat treatment step; and after this heat treatment step, an insulation film forming step of forming a diffusion source insulation film containing impurities for the LDD diffusion layer on the silicon semiconductor layer; and etching the diffusion source insulation film to form the gate. Forming a sidewall insulating film on the side surface of the electrode; and forming a sidewall insulating film on the silicon semiconductor layer from the sidewall insulating film. Performing a second heat treatment for forming the LDD diffusion layer by solid-phase diffusion of the impurity.
【請求項2】 前記アモルファス化層形成工程では、 XをIV族元素、YをVII元素、n=1、2、3とす
るXYn +型イオンの少なくとも1種のイオン種を用いて
イオン注入を行う、ことを特徴とする請求項1に記載の
半導体装置の製造方法。
2. The step of forming an amorphized layer, wherein X is a group IV element, Y is a VII element, and at least one ion species of XY n + type ions where n = 1, 2, and 3 is ion-implanted. 2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記ゲート電極形成工程前に、前記MI
S型半導体装置を分離するための分離絶縁膜を素子分離
領域に形成する素子分離工程を更に備え、 前記アモルファス化層形成工程前に前記ゲート電極形成
工程を行うと共に、前記アモルファス化層形成工程にお
けるイオン注入を前記ゲート電極および前記分離絶縁膜
に対し自己整合的に行う、ことを特徴とする請求項1に
記載の半導体装置の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the step of forming the gate electrode comprises:
An element isolation step of forming an isolation insulating film for isolating an S-type semiconductor device in an element isolation region; performing the gate electrode formation step before the amorphization layer formation step; 2. The method according to claim 1, wherein the ion implantation is performed on the gate electrode and the isolation insulating film in a self-aligned manner.
【請求項4】 前記アモルファス化層形成工程では、 XをIV族元素、YをVII元素、n=1、2、3とす
るXYn +型イオンおよびX+型イオンのいずれかのイオ
ン種と、 イオン注入による不純物分布においてイオン投影飛程を
Rp[nm]および標準偏差を△Rp[nm]とし、前
記LDD拡散層の接合の深さをXj[nm]として、X
j>Rp+4×△Rpとなる注入エネルギと、 1×1014[cmー2]以上5×1015[cmー2]以下の
イオン注入のドーズ量と、によってイオン注入を行な
う、ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製
造方法。
4. The step of forming an amorphous layer, wherein X is a group IV element, Y is a VII element, and any one of XY n + type ions and X + type ions with n = 1, 2, and 3 In the impurity distribution by ion implantation, the ion projection range is Rp [nm], the standard deviation is △ Rp [nm], and the junction depth of the LDD diffusion layer is Xj [nm].
The ion implantation is performed with an implantation energy satisfying j> Rp + 4 × △ Rp and an ion implantation dose of 1 × 10 14 [cm −2 ] or more and 5 × 10 15 [cm −2 ] or less. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
【請求項5】 前記第1の熱処理は、 非酸化性雰囲気中で行われ、 温度が、700[℃]以上1100[℃]以下であり、 時間が、1[秒]以上10[時間]以下である、ことを
特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
5. The first heat treatment is performed in a non-oxidizing atmosphere, the temperature is 700 ° C. or more and 1100 ° C. or less, and the time is 1 second or more and 10 hours or less. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein
【請求項6】 前記絶縁膜形成工程は、 前記不純物の濃度が、10[モル%]以上30[モル
%]以下の濃度であり、 前記不純物の元素が、ボロンおよびリンのいずれかであ
る、ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製
造方法。
6. The insulating film forming step, wherein the concentration of the impurity is not less than 10 [mol%] and not more than 30 [mol%], and the element of the impurity is any of boron and phosphorus. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項7】 前記第2の熱処理は、 非酸化性雰囲気中で行われ、 温度が、950[℃]以上1050[℃]以下であり、 時間が、1[秒]以上30[秒]以下である、ことを特
徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
7. The second heat treatment is performed in a non-oxidizing atmosphere, the temperature is 950 [° C.] to 1050 [° C.], and the time is 1 [sec] to 30 [sec]. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6852610B2 (en) 2000-10-26 2005-02-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing the same

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US6852610B2 (en) 2000-10-26 2005-02-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing the same

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