JP2926344B2 - Method for manufacturing field effect transistor - Google Patents
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- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、絶縁ゲート電界効果トランジスタの構造及
び製造方法に関し、特にチャネル領域のパンチスルーや
短チャネル効果を効果的に防止する為のチャネルストッ
パー領域の構成及び形成方法に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure and a manufacturing method of an insulated gate field effect transistor, and more particularly to a channel stopper for effectively preventing punch-through and a short channel effect in a channel region. The present invention relates to a region configuration and a formation method.
従来から、半導体の基板表面内に離間して形成された
ソース領域及びドレイン領域と、これら領域の間に形成
されたチャネル領域と、チャネル領域の上にゲート絶縁
膜を介して形成されたゲート電極とから構成されている
絶縁ゲート電界効果トランジスタが知られている。集積
回路技術の進歩に伴い、トランジスタの微細化が進み、
チャネル領域の長さはますます短くなってきている。そ
の為、チャネル領域の両端部に存在する空乏層が互いに
近接しいわゆる短チャネル効果やパンチスルー等の原因
となっていた。これら短チャネル効果やパンチスルーを
防止する為にチャネルストッパー領域を形成する異が提
案されている。チャネルストッパー領域はチャネル領域
の下に配置された高濃度不純物層であり空乏層がチャネ
ル方向に広がるのを防止するものである。Conventionally, a source region and a drain region formed separately in a semiconductor substrate surface, a channel region formed between these regions, and a gate electrode formed on the channel region via a gate insulating film An insulated gate field effect transistor composed of the following is known. With the advance of integrated circuit technology, the miniaturization of transistors has progressed,
The length of the channel region is becoming shorter and shorter. Therefore, the depletion layers existing at both ends of the channel region are close to each other, causing a so-called short channel effect and punch-through. In order to prevent such a short channel effect and punch-through, a method of forming a channel stopper region has been proposed. The channel stopper region is a high-concentration impurity layer disposed below the channel region and prevents the depletion layer from spreading in the channel direction.
しかしながら、チャネルストッパー領域はチャネル領
域の下に配置された高濃度不純物である為その形成は極
めて困難であり且つ複雑であった。即ち従来のイオン注
入技術や不純物拡散技術では有効なチャネルストッパー
領域を形成する事ができなかった。加えて従来において
は、N型の不純物ヒ素を含む高濃度不純物層からなるチ
ャネルストッパー領域のみが知られており、P型の高濃
度不純物層からなるチャネルストッパー領域は知られて
いなかった。However, since the channel stopper region is a high-concentration impurity disposed below the channel region, its formation is extremely difficult and complicated. That is, an effective channel stopper region cannot be formed by the conventional ion implantation technique or impurity diffusion technique. In addition, conventionally, only a channel stopper region including a high-concentration impurity layer containing N-type impurity arsenic is known, and a channel stopper region including a P-type high-concentration impurity layer is not known.
本発明は上述した従来の技術の問題点に鑑み、チャネ
ルストッパー領域を効率的に形成する事ができる絶縁ゲ
ート電界効果トランジスタの製造方法及びP型のチャネ
ルストッパー領域を有する絶縁ゲート電界効果トランジ
スタの構造を提供する事を目的とする。The present invention has been made in view of the above-described problems of the related art, and has a method of manufacturing an insulated gate field effect transistor capable of efficiently forming a channel stopper region, and a structure of an insulated gate field effect transistor having a P-type channel stopper region. The purpose is to provide.
上記目的を達成する為に、本発明にかかる絶縁ゲート
電界効果トランジスタの製造方法は、第一導電型の第一
半導体層を覆う酸化膜を除去し化学的に活性な面を露出
する第一工程と、該活性面に対して第一導電型の不純物
成分を有する気体を供給し第一導電型の不純物元素から
成る吸着層を形成する第二工程と、該不純物層の上に所
定の厚みの第二半導体層を付加する第三工程と、付加さ
れた第二半導体層の上にゲート絶縁膜及びゲート電極を
順次形成する第四工程とを含んでいる。さらに続いて、
ゲート電極によって平面的に分離された一対の領域に対
して選択的に第二導電型の不純物を該不純物層の水平位
置を越える深度まで半導体層に導入しソース領域及びド
レイン領域を形成する事により、ソース領域とドレイン
領域の間において該第二半導体層の表面部にチャネル領
域を規定するとともに、チャネル領域の下方に該第一導
電型の不純物層からなるチャネルストッパー領域を配置
する為の第五工程を有している。In order to achieve the above object, a method of manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the present invention includes a first step of removing an oxide film covering a first semiconductor layer of a first conductivity type and exposing a chemically active surface. And a second step of supplying a gas having a first conductivity type impurity component to the active surface to form an adsorption layer made of the first conductivity type impurity element, and having a predetermined thickness on the impurity layer. The method includes a third step of adding a second semiconductor layer, and a fourth step of sequentially forming a gate insulating film and a gate electrode on the added second semiconductor layer. Further on,
By selectively introducing a second conductivity type impurity into a semiconductor layer to a depth exceeding a horizontal position of the impurity layer with respect to a pair of regions planarly separated by a gate electrode to form a source region and a drain region A fifth region for defining a channel region on the surface of the second semiconductor layer between the source region and the drain region, and disposing a channel stopper region made of the first conductivity type impurity layer below the channel region; Process.
好ましくは、第二工程はP型のシリコン基板からなる
第一半導体層の活性面に対してP型の不純物成分ボロン
を有する気体ジボランを基板の加熱下供給してボロンの
吸着を生ぜしめてP型のボロン不純物層を形成する工程
である。そして第三工程は不純物層に対してエピタキシ
ャル成長によりシリコンからなる第二半導体層を形成す
る工程である。さらに第五工程はシリコンからなるP型
半導体層にヒ素からなるN型不純物をイオン注入により
導入しN型のソース領域及びドレイン領域を形成する工
程である。Preferably, in the second step, a gaseous diborane having a P-type impurity component, boron, is supplied to the active surface of the first semiconductor layer made of a P-type silicon substrate under heating of the substrate to cause the adsorption of boron to generate a P-type impurity. Forming a boron impurity layer. The third step is a step of forming a second semiconductor layer made of silicon on the impurity layer by epitaxial growth. The fifth step is a step of forming an N-type source region and a drain region by introducing an N-type impurity made of arsenic into a P-type semiconductor layer made of silicon by ion implantation.
上述した製造方法によって製造された電界効果トラン
ジスタはP型のシリコン半導体基板と、該半導体基板の
表面部に形成されたN型のソース領域及びドレイン領域
と、ソース領域とドレイン領域の間に規定されたチャネ
ル領域の下方に配置され且つソース領域及びドレイン領
域の底部よりも上方に配置されたボロンを含むP+型不純
物層からならチャネルストッパー領域と、チャネル領域
の上部に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜の上
部に形成されたゲート電極とからなる構造を有してい
る。The field-effect transistor manufactured by the above-described manufacturing method is defined between a P-type silicon semiconductor substrate, N-type source and drain regions formed on the surface of the semiconductor substrate, and between the source and drain regions. A channel stopper region formed of a P + -type impurity layer containing boron disposed below the channel region and above the bottom of the source region and the drain region, and a gate insulating film formed on the channel region. And a gate electrode formed on the gate insulating film.
本発明によれば、まず半導体基板の表面を覆う酸化膜
が除去され化学的に活性な面が露出される。露出された
活性面に対して不純物成分を有する気体例えばジボラン
を供給し吸着してP型の不純物層を形成する。この吸着
は基板を加熱して行なわれ、極めて安定した薄いP型不
純物層が形成される。不純物層の厚さは供給される気体
の蒸気圧や供給時間を調節する事により最適に設定する
事ができる。続いて不純物層の上に例えばエピタキシャ
ル成長法を用いて単結晶半導体層を形成する。さらに、
この単結晶半導体層の上にゲート絶縁膜及びゲート電極
を順次形成し、ゲート電極をマスクにしてイオン注入等
の技術により半導体層内にソース領域及びドレイン領域
を形成する。この時イオン注入における加速電圧を適当
に設定し、P型不純物層の水平位置を越える深度までイ
オンを打込む必要がある。この結果、イオンの照射を受
けなかったゲート電極の下にはチャネル領域が形成され
るとともに、そのチャネル領域の下方にP型の不純物層
が配置される事になるので、チャネルストッパー領域を
形成する事ができる。According to the present invention, first, the oxide film covering the surface of the semiconductor substrate is removed to expose the chemically active surface. A gas having an impurity component, for example, diborane is supplied to and adsorbed to the exposed active surface to form a P-type impurity layer. This adsorption is performed by heating the substrate, and an extremely stable thin P-type impurity layer is formed. The thickness of the impurity layer can be optimally set by adjusting the vapor pressure of the supplied gas and the supply time. Subsequently, a single crystal semiconductor layer is formed over the impurity layer by using, for example, an epitaxial growth method. further,
A gate insulating film and a gate electrode are sequentially formed over the single crystal semiconductor layer, and a source region and a drain region are formed in the semiconductor layer by a technique such as ion implantation using the gate electrode as a mask. At this time, it is necessary to appropriately set the acceleration voltage in the ion implantation and implant ions to a depth exceeding the horizontal position of the P-type impurity layer. As a result, a channel region is formed below the gate electrode that has not been irradiated with ions, and a P-type impurity layer is disposed below the channel region, so that a channel stopper region is formed. Can do things.
以下図面に従って本発明の好適な実施例を詳細に説明
する。第1図は本発明にかかる絶縁ゲート電界効果トラ
ンジスタの製造方法を示す工程図である。まず第1図
(A)に示す様に、シリコン単結晶基板1を用意する。
基板1の表面は通常自然酸化膜2で覆われている。Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a process chart showing a method for manufacturing an insulated gate field effect transistor according to the present invention. First, as shown in FIG. 1A, a silicon single crystal substrate 1 is prepared.
The surface of the substrate 1 is usually covered with a natural oxide film 2.
第1図(B)に示す工程において、自然酸化膜2は除
去されシリコン単結晶基板1の活性面3が露出する。こ
の自然酸化膜除去工程は、例えばシリコン単結晶基板1
を850℃に加熱し10-4Pa以下の真空状態に保持する事に
より行なわれる。この際水素ガスを導入すると、自然酸
化膜2の除去が促進される。In the step shown in FIG. 1B, the natural oxide film 2 is removed, and the active surface 3 of the silicon single crystal substrate 1 is exposed. This natural oxide film removing step is performed, for example, on the silicon single crystal substrate 1.
Is heated to 850 ° C. and maintained in a vacuum state of 10 −4 Pa or less. At this time, when hydrogen gas is introduced, removal of the native oxide film 2 is promoted.
第1図(C)に示す工程において、活性面3に対して
ジボランガス(B2H6)を供給する。この時、基板1は80
0℃に加熱されており、ジボランは窒素ガスを用いて5
%に希釈された原料ガスとして1×10-2Paの蒸気圧で50
秒間供給される。この結果基板1の活性面3には不純物
ボロンを高濃度に含むP型不純物層4が形成される。そ
の膜厚は100Å以下であった。P型不純物層4は活性面
に対して強固に吸着されており、且つ一部のボロンは基
板を加熱している為半導体中に拡散し安定な不純物拡散
層となっている。In the step shown in FIG. 1C, diborane gas (B 2 H 6 ) is supplied to the active surface 3. At this time, the substrate 1 is 80
It is heated to 0 ° C, and diborane is
50% at a vapor pressure of 1 × 10 -2 Pa
For a second. As a result, a P-type impurity layer 4 containing impurity boron at a high concentration is formed on the active surface 3 of the substrate 1. The film thickness was 100 ° or less. The P-type impurity layer 4 is firmly adsorbed on the active surface, and a part of boron diffuses into the semiconductor because the substrate is heated, thereby forming a stable impurity diffusion layer.
第1図(D)に示す工程において、P型不純物層4の
上にシリコン単結晶層5が形成される。シリコン単結晶
層5の形成は例えばエピタキシャル成長法によって行な
われ、所望の厚さにシリコン単結晶層がP型不純物層4
の上に成長する。本実施例においては、シランガス(Si
H4)を0.1Paの蒸気圧で導入し、且つ基板を800℃に加熱
してシリコン単結晶の成長を行なった。この他にエピタ
キシャル成長技術については、分子層エピタキシャル成
長法、分子線エピタキシャル成長法、化学気相成長法等
を用いる事ができる。In the step shown in FIG. 1D, a silicon single crystal layer 5 is formed on P-type impurity layer 4. The formation of the silicon single crystal layer 5 is performed by, for example, an epitaxial growth method.
Grow on. In this embodiment, silane gas (Si
H 4 ) was introduced at a vapor pressure of 0.1 Pa, and the substrate was heated to 800 ° C. to grow a silicon single crystal. In addition, as the epitaxial growth technique, a molecular layer epitaxial growth method, a molecular beam epitaxial growth method, a chemical vapor deposition method, or the like can be used.
第1図(E)に示す工程において、シリコン単結晶層
5の上にゲート酸化膜6が形成される。このゲート酸化
膜6は例えば基板1を800℃に加熱し且つ酸素ガス及び
水素ガスを同時に導入して湿式酸化により形成される。In the step shown in FIG. 1E, a gate oxide film 6 is formed on silicon single crystal layer 5. The gate oxide film 6 is formed, for example, by heating the substrate 1 to 800 ° C. and simultaneously introducing oxygen gas and hydrogen gas to perform wet oxidation.
第1図(F)に示す工程において、ゲート電極7がゲ
ート酸化膜6の上に形成される。ゲート電極7は例えば
ゲート酸化膜6の全面シリコン多結晶層を形成し、所定
のパタンに従ってエッチングを行なう事により得られ
る。シリコン多結晶層は例えば化学気相成長法により20
00Å〜4000Åの膜厚でゲート酸化膜上に堆積される。In the step shown in FIG. 1 (F), gate electrode 7 is formed on gate oxide film 6. The gate electrode 7 is obtained, for example, by forming a silicon polycrystalline layer on the entire surface of the gate oxide film 6 and performing etching according to a predetermined pattern. The silicon polycrystalline layer is formed, for example, by chemical vapor deposition.
Deposited on the gate oxide film with a thickness of 00Å to 4000Å.
第1図(G)に示す工程において、ソース領域8及び
ドレイン領域9が形成される。これら領域の形成はゲー
ト電極7によって平面的に分離された一対の領域に対し
て選択的にN型の不純物例えばヒ素を注入する事により
形成される。ヒ素の注入は例えばイオン注入によって行
なわれる。その条件は例えばヒ素イオンの加速電圧90ke
V、ドーズ量7×1015/cm2である。このイオン注入を所
定時間行ない。注入されたヒ素がP型不純物層4の水平
位置を越える深度まで到達する様にする。この結果、注
入されたN型の不純物ヒ素によりソース領域8及びドレ
イン領域9が形成されるとともに、これら領域内に存在
していたP型不純物層4は注入されたN型不純物ヒ素に
よって中和され実質的に消滅する。又ヒ素のイオン注入
はゲート電極7をマスクとして行なわれる為、ゲート電
極7の下にはP-型のチャネル領域10が形成される。さら
にチャネル領域10の下には、そのままP型の不純物層4
が保存されておりチャネルストッパー領域11となる。In the step shown in FIG. 1 (G), a source region 8 and a drain region 9 are formed. These regions are formed by selectively injecting an N-type impurity, for example, arsenic into a pair of regions separated in a plane by the gate electrode 7. Arsenic is implanted, for example, by ion implantation. The conditions are, for example, arsenic ion acceleration voltage 90ke
V, the dose amount is 7 × 10 15 / cm 2 . This ion implantation is performed for a predetermined time. The implanted arsenic is made to reach a depth exceeding the horizontal position of the P-type impurity layer 4. As a result, the source region 8 and the drain region 9 are formed by the implanted N-type impurity arsenic, and the P-type impurity layer 4 existing in these regions is neutralized by the implanted N-type impurity arsenic. Virtually disappears. Since arsenic ion implantation is performed using the gate electrode 7 as a mask, a P − type channel region 10 is formed under the gate electrode 7. Further, under the channel region 10, the P-type impurity layer 4 is left as it is.
Is stored and becomes the channel stopper region 11.
第1図(H)に示す工程において、基板1は900℃で3
0分間加熱処理を施され、チャネルストッパー領域11に
含まれる不純物ボロンを上下の半導体層10及び1に拡散
させ且つ活性化させる。この結果、チャネルストッパー
領域11はP+型の高濃度不純物拡散層となる。なおこの加
熱拡散処理により、チャネルストッパー領域11はその層
厚が500Å〜1000Åに拡大し且つ不純物ボロンの濃度は1
017/cm2程度となる。なお、この加熱拡散処理は必ずし
も必要なものではなく、吸着されたP型不純物層4は各
工程において熱履歴を受けているので、ある程度上下の
半導体層との間で不純物拡散を起こしているものと考え
られる。In the step shown in FIG.
Heat treatment is performed for 0 minutes to diffuse and activate the impurity boron contained in the channel stopper region 11 into the upper and lower semiconductor layers 10 and 1. As a result, the channel stopper region 11 becomes a P + type high concentration impurity diffusion layer. By this heat diffusion treatment, the channel stopper region 11 has a layer thickness expanded to 500 to 1000 ° and an impurity boron concentration of 1 to 1.
It is about 0 17 / cm 2 . Note that this heat diffusion treatment is not always necessary, and the absorbed P-type impurity layer 4 has undergone a thermal history in each step, and therefore, the impurity diffusion between the upper and lower semiconductor layers to some extent has occurred. it is conceivable that.
最後に第1図(I)に示す様に、基板1に層間絶縁膜
12が形成され、且つエッチングによりコンタクトホール
が形成される。その上に配線膜13が形成される。Finally, as shown in FIG. 1 (I), an interlayer insulating film is formed on the substrate 1.
12 are formed, and a contact hole is formed by etching. The wiring film 13 is formed thereon.
本発明にかかる製造方法によれば、チャネルストッパ
ー領域11をチャネル領域の下の簡単な方法で形成する事
ができる。チャネルストッパー領域はチャネル領域の両
端に存在する空乏層の広がりを限定しパンチスルーや短
チャネル効果を効果的に防止する事ができる。従って、
従来に比しチャネル長さを小さくする事ができるのでト
ランジスタ素子をより微細化する事が可能である。According to the manufacturing method of the present invention, the channel stopper region 11 can be formed by a simple method below the channel region. The channel stopper region limits the spread of the depletion layer existing at both ends of the channel region, and can effectively prevent punch-through and short channel effects. Therefore,
Since the channel length can be reduced as compared with the related art, the transistor element can be further miniaturized.
以上の説明から明らかな様に、本発明にかかる製造方
法の要部は基板表面の清浄化工程(第1図(B))、不
純物層の吸着工程(第1図(C))及びシリコン単結晶
層のエピタキシャル成長工程(第1図(D))の一連の
処理にある。以下本発明の要部をさらに詳細に説明す
る。第2図はこの一連の処理に対応した実際のプロセス
シーケンスチャートの例である。第2図の横軸は時間、
縦軸は基板温度をそれぞれ示している。基板温度を850
℃まで昇温させ安定化させた後、基板表面の清浄化処理
を行ない活性面を露出させる。次いで基板温度を800℃
に下げジボランガスを導入してボロンの不純物吸着層を
形成する。引続いて吸着層の上にシリコン単結晶層をエ
ピタキシャル成長させる。As is clear from the above description, the main parts of the manufacturing method according to the present invention are a substrate surface cleaning step (FIG. 1 (B)), an impurity layer adsorption step (FIG. 1 (C)), and a silicon unit. It is in a series of processes of a crystal layer epitaxial growth step (FIG. 1 (D)). Hereinafter, the main part of the present invention will be described in more detail. FIG. 2 is an example of an actual process sequence chart corresponding to this series of processing. The horizontal axis in FIG. 2 is time,
The vertical axis indicates the substrate temperature. Substrate temperature 850
After the temperature is raised to ℃ and stabilized, the substrate surface is cleaned to expose the active surface. Then raise the substrate temperature to 800 ° C
Then, a diborane gas is introduced to form a boron impurity adsorption layer. Subsequently, a silicon single crystal layer is epitaxially grown on the adsorption layer.
第3図は上記の一連の処理に用いられる装置の構成図
である。図示する様に、シリコン単結晶基板1は石英製
のチャンバ22の内部中央付近に配置されている。基板1
の温度は赤外線ランプ加熱方式あるいは抵抗加熱方式を
用いた加熱系23を制御する事により、所定の温度に保た
れている。チャンバ22の内部はターボ分子ポンプを主排
気ポンプとした複数のポンプから構成された高真空排気
系24を用いて排気可能である。チャンバ22の内部の真空
度は圧力計25により計測される。シリコン基板1の搬送
は、チャンバ22に対してゲートバルプ26aを介して接続
されたロード室27とチャンバ22との間でゲートバルブ26
aを開いた状態で搬送機構28を用いて行なわれる。なお
ロード室27は、シリコン基板1のロード室27への出入れ
時と搬送時を除いて、通常はゲートバルブ26bを開いた
状態でロード室排気系29により高真空に排気されてい
る。チャンバ22にはガス導入制御系30を介してガス供給
源31が接続されている。ガス供給源31は一連の処理に用
いられる種々の原料ガスを貯蔵する複数のガスボンベを
備えている。ガス供給源31からチャンバ22へ導入される
ガスの種類、導入量、導入時間等はガス導入制御系30を
用いて制御される。FIG. 3 is a block diagram of an apparatus used for the above series of processing. As shown in the drawing, the silicon single crystal substrate 1 is disposed near the center of the inside of a quartz chamber 22. Substrate 1
Is maintained at a predetermined temperature by controlling a heating system 23 using an infrared lamp heating method or a resistance heating method. The inside of the chamber 22 can be evacuated using a high vacuum evacuation system 24 composed of a plurality of pumps using a turbo molecular pump as a main evacuation pump. The degree of vacuum inside the chamber 22 is measured by a pressure gauge 25. The transfer of the silicon substrate 1 is performed by a gate valve 26 between a load chamber 27 connected to the chamber 22 via a gate valve 26a and the chamber 22.
This is performed using the transport mechanism 28 with a opened. The load chamber 27 is normally evacuated to a high vacuum by the load chamber exhaust system 29 with the gate valve 26b opened except when the silicon substrate 1 enters and leaves the load chamber 27 and during transport. A gas supply source 31 is connected to the chamber 22 via a gas introduction control system 30. The gas supply source 31 includes a plurality of gas cylinders for storing various source gases used for a series of processes. The type, amount, and duration of gas introduced from the gas supply source 31 to the chamber 22 are controlled using the gas introduction control system 30.
第2図に示すプロセスシーケンスチャートに従って第
3図に示す製造装置を用いて一連の処理を行なう場合の
例を説明する。シリコン基板1はバックグランド圧力が
1×10-4Pa以下に排気された真空チャンバ22の中央部に
セットされる。次いで基板温度を加熱系23を用いて850
℃に設定しガス供給源31から水素ガスを、例えばチャン
バ内部の圧力が1.3×10-2Paになる様な条件で一定時間
導入する。これによってシリコン基板1の表面に形成さ
れていた自然酸化膜が除去され、化学的に活性なシリコ
ン表面が露出する。基板表面の清浄化が完了した後、水
素ガスの導入を停止し基板温度を例えば800℃に設定す
る。この設定温度に到達し且つ安定した後、シリコン基
板1の活性面にボロンを含む化合物ガスであるジボラン
をガス供給源31から供給する。チャンバ22の圧力が6.5
×10-4Paとなる様な条件で一定時間導入する事により、
ボロンあるいはボロンを含む化合物の吸着層が形成され
る。この吸着層は活性面に対して強固に固定されており
極めて安定である。なおボロンの吸着層の形成と同時
に、ジボラン導入時の基板温度及びジボラン導入圧力で
決まる一定の場合でボロンがバルク中へも拡散している
と思われる。An example in which a series of processes are performed using the manufacturing apparatus shown in FIG. 3 according to the process sequence chart shown in FIG. 2 will be described. The silicon substrate 1 is set at the center of a vacuum chamber 22 evacuated to a background pressure of 1 × 10 −4 Pa or less. Next, the substrate temperature was increased to 850 using the heating system 23.
C. and hydrogen gas is introduced from the gas supply source 31 for a certain period of time under conditions such that the pressure inside the chamber becomes 1.3 × 10 −2 Pa, for example. As a result, the natural oxide film formed on the surface of the silicon substrate 1 is removed, and the chemically active silicon surface is exposed. After the cleaning of the substrate surface is completed, the introduction of hydrogen gas is stopped and the substrate temperature is set to, for example, 800 ° C. After the temperature reaches the set temperature and becomes stable, diborane, which is a compound gas containing boron, is supplied from the gas supply source 31 to the active surface of the silicon substrate 1. The pressure in chamber 22 is 6.5
By introducing for a certain period of time under the condition of × 10 -4 Pa,
An adsorption layer of boron or a compound containing boron is formed. This adsorption layer is firmly fixed to the active surface and is extremely stable. At the same time as the formation of the boron adsorption layer, it is considered that boron is diffused into the bulk in a fixed case determined by the substrate temperature and the diborane introduction pressure during diborane introduction.
第4図に示す様に、吸着拡散層におけるボロンのピー
ク濃度はジボランガスの導入圧力及び導入時間に比例し
ている。従って、これらのパラメータを適当に設定する
事により、最適なボロンピーク濃度を得る事ができる。As shown in FIG. 4, the peak concentration of boron in the adsorption diffusion layer is proportional to the introduction pressure and introduction time of diborane gas. Therefore, by appropriately setting these parameters, an optimum boron peak concentration can be obtained.
最後に、基板温度を800℃に保った状態で、シランガ
ス(SiH4)あるいはジクロロシランガス(SiH2Cl2)を
ガス供給源31からチャンバ22内に導入したシリコン単結
晶層をエピタキシャル成長させる。なお、ボロン吸着層
を形成する前に下地処理として、シリコン基板活性面に
シリコンのエピタキシャル成長層を形成してもよい。Finally, with the substrate temperature kept at 800 ° C., a silicon single crystal layer in which silane gas (SiH 4 ) or dichlorosilane gas (SiH 2 Cl 2 ) is introduced from the gas supply source 31 into the chamber 22 is epitaxially grown. Note that an epitaxial growth layer of silicon may be formed on the active surface of the silicon substrate as a base treatment before forming the boron adsorption layer.
以上述べてきた実施例においては、シリコン半導体の
内部にP型のチャネルストッパー領域を形成する為にジ
ボランガスを用いた。しかしながらP型の不純物吸着層
を形成するには、例えばトリメチルガリウム(TMG)、
三塩化ホウ素(BCl3)等に代表されるIII族元素の気体
化合物も有効である。又シリコン半導体の活性面に対し
てN型の不純物吸着層を形成するのに用いられる気体化
合物としては、アルシン(ASH3)、三塩化リン(PC
l3)、五塩化アンチモン(SbCl5)、ホスフィン(PH3)
等が利用できる。In the embodiment described above, diborane gas is used to form a P-type channel stopper region inside a silicon semiconductor. However, to form a P-type impurity adsorption layer, for example, trimethylgallium (TMG),
A gaseous compound of a group III element represented by boron trichloride (BCl 3 ) is also effective. The gaseous compound used to form the N-type impurity adsorption layer of the active surface of the silicon semiconductor addition, arsine (A S H 3), phosphorus trichloride (PC
l 3 ), antimony pentachloride (SbCl 5 ), phosphine (PH 3 )
Etc. are available.
又以上で述べた実施例においては、基板温度としては
その典型例として、表面浄化処理においては850℃、不
純物吸着処理においては800℃、エピタキシャル成長処
理においては800℃等の数値を示した。発明者はこれま
での研究において、表面清浄化処理における基板温度と
しては、バックグラウンド圧力及び雰囲気ガスとの関連
を含めて、800℃ないし1200℃の範囲が好ましく、又吸
着処理における基板温度としては400℃ないし950℃の範
囲が好ましく、さらにエピタキシャル成長処理における
基板温度として800℃ないし1100℃の範囲が好ましい事
を確認している。In the above-described embodiments, typical values of the substrate temperature are 850 ° C. in the surface cleaning treatment, 800 ° C. in the impurity adsorption treatment, and 800 ° C. in the epitaxial growth treatment. The inventors have found in the previous studies that the substrate temperature in the surface cleaning treatment is preferably in the range of 800 ° C. to 1200 ° C., including the relationship between the background pressure and the atmospheric gas. It has been confirmed that the temperature is preferably in the range of 400 ° C. to 950 ° C., and the substrate temperature in the epitaxial growth process is preferably in the range of 800 ° C. to 1100 ° C.
本発明によれば、半導体基板の清浄化処理、不純物層
の吸着処理及び半導体層のエピタキシャル成長処理の一
連の工程により、チャネルストッパー領域を絶縁ゲート
電界効果トランジスタのチャネル領域の下に極めて効率
よく形成できるという効果がある。このチャネルストッ
パー領域を設ける事により、チャネル領域のパンチスル
ーあるいは短チャネル効果を有効に防止する事ができ、
その結果トランジスタ素子の一層の微細化が可能となる
という効果がある。According to the present invention, the channel stopper region can be formed very efficiently under the channel region of the insulated gate field effect transistor by a series of steps of the cleaning process of the semiconductor substrate, the adsorption process of the impurity layer, and the epitaxial growth process of the semiconductor layer. This has the effect. By providing this channel stopper region, punch-through or short channel effect of the channel region can be effectively prevented,
As a result, there is an effect that the transistor element can be further miniaturized.
第1図(A)ないし(I)は絶縁ゲート電界効果トラン
ジスタの製造工程図、第2図は製造工程のプロセスシー
ケンスチャート、第3図は製造工程に用いられる製造装
置の模式図、及び第4図は不純物拡散濃度の原料ガス導
入圧力及び導入時間に対する依存性を示すグラフであ
る。 1……シリコン単結晶基板、2……自然酸化膜 3……活性面、4……P型不純物層 5……シリコン単結晶層、6……ゲート酸化膜 7……ゲート電極、8……ソース領域 9……ドレイン領域、10……チャネル領域 11……チャネルストッパー領域1 (A) to 1 (I) are manufacturing process diagrams of an insulated gate field effect transistor, FIG. 2 is a process sequence chart of the manufacturing process, FIG. 3 is a schematic diagram of a manufacturing apparatus used in the manufacturing process, and FIG. The figure is a graph showing the dependency of the impurity diffusion concentration on the source gas introduction pressure and the introduction time. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon single crystal substrate, 2 ... Natural oxide film 3 ... Active surface, 4 ... P-type impurity layer 5 ... Silicon single crystal layer, 6 ... Gate oxide film 7 ... Gate electrode, 8 ... Source region 9: drain region, 10: channel region 11: channel stopper region
Claims (4)
去し化学的に活性な面を露出する工程と、 前記活性面に対して、ボロンを含むP型の不純物成分を
有する気体を供給し、加熱しながら不純物成分元素ある
いは不純物成分の化合物を吸着して、100Å以下の膜厚
のボロンを含むP型の不純物層を形成する工程と、 前記不純物層の上に所定の厚みで前記不純物層より厚
く、シリコン層をエピタキシャル成長により形成する工
程と、 前記シリコン層の上にゲート絶縁膜及びゲート電極を順
次形成する工程と、 前記ゲート電極によって平面的に分離されたシリコン基
板表面上の一対の領域に対して選択的にN型の不純物を
前記不純物層の水平位置を越える深度まで前記シリコン
基板に導入し、ソース領域及びドレイン領域を形成する
工程とよりなり、 前記ソース領域及びドレイン領域の間において前記シリ
コン層の表面部にチャネル領域を規定するとともに、前
記チャネル領域の下方に、前記チャネル領域の厚さより
も薄く前記P型の不純物層からなるチャネルストッパー
領域を配置することを特徴とする電界効果トランジスタ
の製造方法。A step of removing an oxide film covering a surface of a p-type silicon substrate to expose a chemically active surface; and supplying a gas having a p-type impurity component containing boron to the active surface. Adsorbing the impurity component element or the compound of the impurity component while heating to form a P-type impurity layer containing boron having a thickness of 100 ° or less; and forming the impurity with a predetermined thickness on the impurity layer. A step of forming a silicon layer by epitaxial growth thicker than a layer, a step of sequentially forming a gate insulating film and a gate electrode on the silicon layer, and a pair of steps on a surface of the silicon substrate separated in plane by the gate electrode. Forming a source region and a drain region selectively by introducing an N-type impurity into the silicon substrate to a depth exceeding a horizontal position of the impurity layer with respect to the region. A channel stopper is defined between the source region and the drain region on a surface portion of the silicon layer, and a channel stopper formed of the P-type impurity layer that is thinner than the thickness of the channel region below the channel region. A method for manufacturing a field effect transistor, comprising arranging regions.
記シリコン基板及び前記シリコン層に拡散させ、活性化
する為の加熱工程を含む請求項1に記載の電界効果トラ
ンジスタの製造方法。2. The method according to claim 1, further comprising a heating step of diffusing impurities contained in the impurity layer into the upper and lower silicon substrates and the silicon layer and activating them.
る気体はジボランである請求項1に記載の電界効果トラ
ンジスタの製造方法。3. The method according to claim 1, wherein the gas having a P-type impurity component containing boron is diborane.
工程は、前記シリコン層にヒ素からなるN型不純物をイ
オン注入により導入して形成する工程である請求項1に
記載の電界効果トランジスタの製造方法。4. The method according to claim 1, wherein the step of forming the source region and the drain region is a step of forming an N-type impurity made of arsenic into the silicon layer by ion implantation. Method.
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
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