JP2023022864A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents
Semiconductor device manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023022864A JP2023022864A JP2021127906A JP2021127906A JP2023022864A JP 2023022864 A JP2023022864 A JP 2023022864A JP 2021127906 A JP2021127906 A JP 2021127906A JP 2021127906 A JP2021127906 A JP 2021127906A JP 2023022864 A JP2023022864 A JP 2023022864A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- implantation
- species
- ion implantation
- ion
- implantation step
- 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
Links
Images
Landscapes
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
Description
共注入を用いた半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device using co-implantation.
キャリア移動度の高いゲルマニウム基板へのイオン注入プロセスでは、接合形成技術が課題の一つ挙げられている。この課題に対するアプローチとして、様々な手法を用いて基板に注入されるドーパント種の注入プロファイルをコントロールすることが行われている。 Junction formation technology is one of the issues in the ion implantation process for germanium substrates with high carrier mobility. Approaches to this problem have used various techniques to control the implantation profile of the dopant species implanted into the substrate.
例えば、特許文献1では、基板に注入するドーパント種に加えてカーボンやアルミニウムイオン等の他のイオン種を追加で注入する、共注入と呼ばれる注入技術を用いてドーパントの注入深さ方向への拡散を抑制し、注入プロファイルをコントロールすることが提案されている。
For example, in
特許文献1に記載の共注入を用いることで、ドーパントの注入深さ方向への拡散を抑制し、注入プロファイルをコントロールできるものの、この注入プロセスを経たデバイスのシート抵抗は高く、高移動度を実現する上では更なる改善が求められている。
By using the co-implantation described in
また、アルミニウムイオンはゲルマニウム基板に注入されるドーパントと電気的に同じか逆の性質を付与するものであるため、ドーパントの注入量への影響が大きく、取り扱いが難しいものとされていた。 In addition, since aluminum ions impart the same or opposite properties electrically to dopants implanted into germanium substrates, they have been considered to be difficult to handle because they greatly affect the amount of dopants implanted.
そこで、本発明では、ゲルマニウム基板でのドーパントの拡散抑制に用いられる共注入のプロセスにおいて、ドーパントの注入量への影響をなくし、半導体装置の電気特性を改善することのできる半導体装置の製造方法を提供する。 Accordingly, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device capable of improving the electrical characteristics of the semiconductor device by eliminating the effect on the dopant injection amount in the co-implantation process used to suppress dopant diffusion in the germanium substrate. offer.
半導体装置の製造方法は、
ゲルマニウム基板に対して不純物を添加するイオン注入工程で、
前記ゲルマニウム基板にN型もしくはP型の電気特性を付与するドーパント種の注入を行う第1のイオン注入工程と、
前記第1のイオン注入工程の前に実施される注入工程で、
前記ゲルマニウム基板の前記ドーパント種が注入される領域に、質量がゲルマニウムよりも重く、4族元素であるイオンを注入する第2のイオン注入工程とを備えている。
A method for manufacturing a semiconductor device includes:
In the ion implantation process of adding impurities to the germanium substrate,
a first ion implantation step of implanting a dopant species that imparts N-type or P-type electrical properties to the germanium substrate;
In an implantation step performed before the first ion implantation step,
and a second ion implantation step of implanting ions of a Group 4 element having a mass heavier than that of germanium into a region of the germanium substrate into which the dopant species is implanted.
第2のイオン注入工程で4族元素であるゲルマニウムと同族元素を用いることから、ゲルマニウムに電気的特性を付与しない。つまり、N型やP型の形成に寄与しないことから、N型やP型の形成に使用されるドーパント種の注入には影響しない。よって、半導体装置の電気特性を改善することができる。 Since germanium, which is a group 4 element, is used in the second ion implantation process, germanium does not have electrical properties. That is, it does not contribute to the formation of N-type or P-type, and thus does not affect the implantation of dopant species used to form N-type or P-type. Therefore, electrical characteristics of the semiconductor device can be improved.
各イオン注入工程でのイオン注入量の関係は、
前記第2のイオン注入工程のイオン注入量が、前記第1のイオン注入工程のイオン注入量に比べて少ないことが望ましい。
The relationship of the ion implantation amount in each ion implantation process is
It is preferable that the amount of ions to be implanted in the second ion implantation step is smaller than the amount of ions to be implanted in the first ion implantation step.
電気特性を付与するドーパント種とは目的が異なり、共注入に使用されるイオン種の過度な注入は注入プロセスの時間を無駄に引き延ばすことになる。イオン注入量を上述した関係にすることで、イオン注入工程を効率的に実施することが可能となる。 Unlike the dopant species that impart electrical properties, excessive implantation of the ion species used for co-implantation unnecessarily prolongs the implantation process. The ion implantation process can be performed efficiently by setting the ion implantation doses to the above-described relationship.
具体的には、次に示す製造方法を採用することが望ましい。
前記第1のイオン注入工程後に前記ゲルマニウム基板のアニール工程を有し、
前記第2のイオン注入工程はイオン種を変えて2回実施されるイオン注入工程であり、
前記アニール工程後の前記ドーパント種の注入プロファイルにおいて、
前記第2のイオン注入工程は、1つのイオン種の注入が、基板表面から注入深さが深い領域で前記第1のイオン注入工程による注入プロファイルの拡散を抑制し、
他のイオン種の注入が、基板表面から注入深さが浅い領域で前記第1のイオン注入工程による注入プロファイルの拡散を抑制する。
Specifically, it is desirable to employ the following manufacturing method.
Having an annealing step of the germanium substrate after the first ion implantation step,
the second ion implantation step is an ion implantation step performed twice with different ion species;
In the dopant species implantation profile after the annealing step,
In the second ion implantation step, the implantation of one ion species suppresses the diffusion of the implantation profile by the first ion implantation step in a region where the implantation depth is deep from the substrate surface,
Implantation of other ion species suppresses diffusion of the implantation profile due to the first ion implantation step in regions where the implantation depth is shallow from the substrate surface.
より具体的には、
前記1つのイオン種が錫であり、前記他のイオン種がハフニウムである、半導体装置の製造方法。
More specifically,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the one ion species is tin and the other ion species is hafnium.
4族元素であるゲルマニウムと同族元素を用いることから、ゲルマニウムに電気的特性を付与しない。つまり、N型やP型の形成に寄与しないことから、N型やP型の形成に使用されるドーパント種の注入には影響しない。よって、半導体装置の電気特性を改善することができる。 Since an element homologous to germanium, which is a Group 4 element, is used, germanium does not have electrical properties. That is, it does not contribute to the formation of N-type or P-type, and thus does not affect the implantation of dopant species used to form N-type or P-type. Therefore, electrical characteristics of the semiconductor device can be improved.
図1は、シート抵抗の共イオン注入種依存性を表すグラフである。このグラフでは、ゲルマニウム基板に対してドーパント種であるリン(P)に加えて、他のイオン種(共注入種)を追加で注入している。リンの注入深さと共注入種の注入深さを同一にし、リンのドーズ量(1.0×1015atoms/cm2)に比べて共注入種のドーズ量(5.0×1014atoms/cm2)を少なくしている。
アニール温度はピーク熱処理時の温度を640~800℃に設定し、各アニール温度でアニール後のシート抵抗を測定している。
FIG. 1 is a graph showing the dependence of sheet resistance on co-ion implantation species. In this graph, in addition to phosphorus (P), which is a dopant species, other ion species (co-implantation species) are additionally implanted into the germanium substrate. When the implantation depth of phosphorus and the implantation depth of the co-implantation species are the same, the dose of the co-implantation species (5.0×10 14 atoms/cm 2 ) is larger than the dose of phosphorus (1.0×10 15 atoms/cm 2 ). cm 2 ).
The annealing temperature was set to 640 to 800° C. during the peak heat treatment, and the sheet resistance after annealing was measured at each annealing temperature.
図1の実線と破線のグラフは、従来技術である特許文献1と同じく共注入種としてアルミニウム(Al)とカーボン(C)をそれぞれ注入したときのものである。
これに対して、一点鎖線で示すグラフは、共注入種として錫(Sn)を注入したときのものである。
グラフを比較すればわかるように、錫(Sn)を注入した場合、従来のアルミニウムやカーボンを共注入種に使用するよりも、シート抵抗を低く抑えることができる。シート抵抗の低減理由は、ベースとなる基板材料であるゲルマニウムに対する固溶度がアルミニウムやカーボン等の従来の共注入種に比べて優れていることに起因している。
The solid line and broken line graphs in FIG. 1 are obtained when aluminum (Al) and carbon (C) are respectively implanted as co-implantation species as in
On the other hand, the graph indicated by the dashed-dotted line is obtained when tin (Sn) is implanted as the co-implantation species.
As can be seen by comparing the graphs, when tin (Sn) is implanted, the sheet resistance can be kept lower than when conventional aluminum or carbon is used as the co-implantation species. The reason for the reduction in sheet resistance is that the solid solubility in germanium, which is the base substrate material, is superior to that of conventional co-implantation species such as aluminum and carbon.
図2は、ゲルマニウム基板に対して図1と同じ共注入種を用いてイオン注入し、760℃のアニールを実施した後のSIMSプロファイルを比較したグラフであり、グラフ横軸の注入深さがゼロの場所は基板表面である。
基板表面から深い領域(30nm~40nm)に着目して、注入プロファイルの広がりを比較すると、従来使用されていたアルミニウムやカーボンに比べ、錫を用いることでドーパント種(P)の拡散が抑制できていることがわかる。なお、錫(Sn)を共注入種としたときのドーパント種のプロファイルは、その形状からボックスプロファイルと呼ばれている。
FIG. 2 is a graph comparing SIMS profiles after ion implantation using the same co-implantation species as in FIG. is the substrate surface.
Focusing on a deep region (30 nm to 40 nm) from the substrate surface and comparing the spread of the implantation profile, it was found that the diffusion of dopant species (P) can be suppressed by using tin compared to conventionally used aluminum and carbon. I know there is. Note that the dopant species profile when tin (Sn) is used as the co-implantation species is called a box profile because of its shape.
錫(Sn)を共注入種に用いることで、従来の共注入種に比べて低いシート抵抗とドーパント種の基板表面から深い領域での拡散をより顕著に抑制することが可能となる。
また、錫(Sn)は、ゲルマニウムと同じ4族元素であることからゲルマニウム基板でのN型やP型の不純物領域の形成に寄与しない。つまり、ゲルマニウム基板に電気特性を付与するドーパント種である3族や5族のイオンの注入に影響を与えることがないので、不純物領域の電気特性が改善される。
By using tin (Sn) as a co-implantation species, the sheet resistance is lower than that of conventional co-implantation species, and diffusion of the dopant species in a deep region from the substrate surface can be suppressed more remarkably.
Further, since tin (Sn) is a Group IV element like germanium, it does not contribute to the formation of N-type or P-type impurity regions in the germanium substrate. In other words, since there is no influence on the implantation of group III or group V ions, which are dopant species that impart electrical properties to the germanium substrate, the electrical properties of the impurity region are improved.
図2では、錫(Sn)の共注入によって、基板表面から深い領域でドーパント種の拡散抑制効果が得られる点について述べたが、基板表面からより浅い領域でドーパント種の拡散を抑制するようにしてもよい。 In FIG. 2, co-implantation of tin (Sn) has described the effect of suppressing the diffusion of dopant species in a region deep from the substrate surface. may
例えば、ハフニウム(Hf)を共注入すると、基板表面付近の浅い領域で比較的高濃度のドーパント種の拡散を抑制することができる。図3には、共注入種のハフニウム(Hf)の有無で、リンのプロファイルが変化する様子が描かれている。図3に示されるように、ハフニウム(Hf)を共注入することで、図示される領域Aの場所ではアニールを行わないときのリン(P)のプロファイル(一点鎖線)と同程度の注入濃度を維持することができる。また、リン(P)の注入濃度が比較的高濃度な領域Bの場所でも、アニールを経たときのドーパント種の拡散を十分に抑制することができる。
このように、注入深さが浅い領域(基板表面付近)で、高濃度のドーパントの拡散を抑制することができるので、コンタクト抵抗の低減を図ることができる。
For example, co-implantation of hafnium (Hf) can suppress the diffusion of relatively high concentrations of dopant species in shallow regions near the substrate surface. FIG. 3 depicts how the phosphorus profile changes depending on the presence or absence of hafnium (Hf) as a co-implantation species. As shown in FIG. 3, by co-implanting hafnium (Hf), the implantation concentration at the location of region A shown in the figure is approximately the same as the profile of phosphorous (P) when no annealing is performed (one-dot chain line). can be maintained. Further, even in the region B where the implantation concentration of phosphorus (P) is relatively high, it is possible to sufficiently suppress the diffusion of dopant species during annealing.
In this way, it is possible to suppress the diffusion of the high-concentration dopant in the region where the implantation depth is shallow (near the substrate surface), so that the contact resistance can be reduced.
上述したように、錫(Sn)やハフニウム(Hf)を共注入種としてゲルマニウム基板に注入することで、シート抵抗やコンタクト抵抗を低減し、半導体装置の電気特性を改善することができる。
また、これらの元素は4族元素であることから、ゲルマニウム基板にN型やP型を形成する際のドーパント種の注入に影響しないため、半導体装置の製造工程における電気特性を改善することができる。なお、本発明における共注入種は錫(Sn)やハフニウム(Hf)に限らず、ゲルマニウムよりも質量が重い4族元素であればよい。
As described above, by implanting tin (Sn) or hafnium (Hf) as co-implantation species into the germanium substrate, the sheet resistance and contact resistance can be reduced, and the electrical characteristics of the semiconductor device can be improved.
In addition, since these elements are Group IV elements, they do not affect the implantation of dopant species when forming N-type or P-type on the germanium substrate, so that electrical characteristics can be improved in the manufacturing process of the semiconductor device. . Note that the co-implantation species in the present invention is not limited to tin (Sn) or hafnium (Hf), and any group 4 element having a mass heavier than germanium may be used.
図4は、本発明に係る半導体装置の製造工程を表すフローチャートである。まず、第2のイオン注入工程1にてゲルマニウム基板に対して共注入種の注入が行われる。次に、第1のイオン注入工程2にてドーパント種の注入が行われる。
共注入種は半導体装置の製造で必要なイオン種ではないため、第2のイオン注入工程1におけるイオン注入量は、第1のイオン注入工程2のイオン注入量に比べて少なくしている。各イオン注入工程が実施された後、アニール工程3が実施される。
FIG. 4 is a flow chart showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the present invention. First, co-implantation species are implanted into the germanium substrate in the second
Since the co-implantation species is not an ion species necessary for manufacturing a semiconductor device, the ion implantation dose in the second
第2のイオン注入工程1は、イオン種を変えて2回実施されてもいい。例えば、上述した錫(Sn)を共注入種としたイオン注入を実施した後、ハフニウム(Hf)を共注入種としたイオン注入を実施する。また、共注入種を注入する順序は逆にしてもよい。共注入種の注入を2回実施することで、錫(Sn)の共注入で得られる効果とハフニウム(Hf)の共注入で得られる効果の両方を得ることができる。
なお、共注入種については、錫(Sn)やハフニウム(Hf)に限定されるものではなく、ゲルマニウムよりも質量が重い4族元素の中から目的に応じて適宜選択される。
The second
Note that the co-implantation species is not limited to tin (Sn) or hafnium (Hf), and is appropriately selected from Group 4 elements having a mass heavier than germanium according to the purpose.
その他、本発明の発展例として、チャネル移動度の向上を図ることができる。図5には、ゲルマニウムをチャネル材にしたMOSFET構造が描かれている。ソース、ドレイン領域にドーパント種と一緒に上述した共注入種を注入することで、p-Geで示される各領域に歪み(図示される矢印方向へのストレス)を発生させ、チャネル移動度の向上を図ることができる。 In addition, as a development example of the present invention, it is possible to improve channel mobility. FIG. 5 depicts a MOSFET structure with germanium as the channel material. By implanting the above-described co-implantation species together with the dopant species into the source and drain regions, strain (stress in the direction of the arrow shown) is generated in each region indicated by p-Ge to improve channel mobility. can be achieved.
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。 In addition, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and that various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.
1 第2のイオン注入工程
2 第1のイオン注入工程
3 アニール工程
1 Second
Claims (4)
前記ゲルマニウム基板にN型もしくはP型の電気特性を付与するドーパント種の注入を行う第1のイオン注入工程と、
前記第1のイオン注入工程の前に実施される注入工程で、
前記ゲルマニウム基板の前記ドーパント種が注入される領域に、質量がゲルマニウムよりも重く、4族元素であるイオンを注入する第2のイオン注入工程とを備えた半導体装置の製造方法。 In the ion implantation process of adding impurities to the germanium substrate,
a first ion implantation step of implanting a dopant species that imparts N-type or P-type electrical properties to the germanium substrate;
In an implantation step performed before the first ion implantation step,
and a second ion implantation step of implanting ions of a group IV element having a mass heavier than that of germanium into a region of the germanium substrate into which the dopant species is implanted.
前記第2のイオン注入工程はイオン種を変えて2回実施されるイオン注入工程であり、
前記アニール工程後の前記ドーパント種の注入プロファイルにおいて、
前記第2のイオン注入工程は、1つのイオン種の注入が、基板表面から注入深さが深い領域で前記第1のイオン注入工程による注入プロファイルの拡散を抑制し、
他のイオン種の注入が、基板表面から注入深さが浅い領域で前記第1のイオン注入工程による注入プロファイルの拡散を抑制する、請求項1又は2記載の半導体装置の製造方法。 Having an annealing step of the germanium substrate after the first ion implantation step,
the second ion implantation step is an ion implantation step performed twice with different ion species;
In the dopant species implantation profile after the annealing step,
In the second ion implantation step, the implantation of one ion species suppresses the diffusion of the implantation profile by the first ion implantation step in a region where the implantation depth is deep from the substrate surface,
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the implantation of other ion species suppresses diffusion of the implantation profile due to said first ion implantation step in a region having a shallow implantation depth from the substrate surface.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021127906A JP2023022864A (en) | 2021-08-04 | 2021-08-04 | Semiconductor device manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021127906A JP2023022864A (en) | 2021-08-04 | 2021-08-04 | Semiconductor device manufacturing method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2023022864A true JP2023022864A (en) | 2023-02-16 |
Family
ID=85203963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021127906A Pending JP2023022864A (en) | 2021-08-04 | 2021-08-04 | Semiconductor device manufacturing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2023022864A (en) |
-
2021
- 2021-08-04 JP JP2021127906A patent/JP2023022864A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI247384B (en) | Method for forming transistor of semiconductor device | |
| CN102737967B (en) | Semiconductor device and substrate with chalcogen doped region | |
| KR101852673B1 (en) | Method of controlling solid phase diffusion of boron dopants to form ultra-shallow doping regions | |
| US7741699B2 (en) | Semiconductor device having ultra-shallow and highly activated source/drain extensions | |
| JP2005510085A (en) | Method for forming an ultra-shallow junction | |
| JP2012506132A5 (en) | ||
| US20060284249A1 (en) | Impurity co-implantation to improve transistor performance | |
| US20110034014A1 (en) | Cold implant for optimized silicide formation | |
| JP2004289154A (en) | Complementary implant for joint narrowing for ultra-shallow junction | |
| CN1645568A (en) | Method for providing a semiconductor substrate having an active dopant layer structure | |
| US20110097868A1 (en) | Method for fabricating p-channel field-effect transistor (fet) | |
| US6372585B1 (en) | Semiconductor device method | |
| US20100015788A1 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| TW200807514A (en) | Plasma doping method and method for fabricating semiconductor device using the same | |
| CN102738000A (en) | Ultra-shallow junction formation method | |
| WO2022022214A1 (en) | Method for forming semiconductor structure | |
| JP2023022864A (en) | Semiconductor device manufacturing method | |
| CN105206516B (en) | A kind of method for forming field cutoff layer in the semiconductor device | |
| US20130026569A1 (en) | Methods and apparatus related to hot carrier injection reliability improvement | |
| WO2013145412A1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing same | |
| CN104766791B (en) | Semiconductor device and method of forming the same | |
| Current et al. | Microwave and RTA annealing of phos-doped, strained Si (100) and (110) implanted with molecular Carbon ions | |
| CN110364436B (en) | Semiconductor device and method of forming the same | |
| US7947559B2 (en) | Method of fabricating semiconductor device | |
| CN1134051C (en) | Method for generating extended super-shallow source-drain region by combining amorphous pre-injection of Ge with low energy injection |