JPH02205018A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH02205018A
JPH02205018A JP2384489A JP2384489A JPH02205018A JP H02205018 A JPH02205018 A JP H02205018A JP 2384489 A JP2384489 A JP 2384489A JP 2384489 A JP2384489 A JP 2384489A JP H02205018 A JPH02205018 A JP H02205018A
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JP
Japan
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implantation
oxygen
semiconductor device
layer
impurity
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Pending
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JP2384489A
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English (en)
Inventor
Tadashi Suzuki
匡 鈴木
Nobuyoshi Kashu
夏秋 信義
Hidekazu Goshima
五嶋 秀和
Shizunori Oyu
大湯 静憲
Masao Tamura
田村 誠男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、埋込み不純物層を有する半導体装置に係わり
、特に高加速エネルギのイオン打込みを用いて該埋込み
層を形成した半導体装置の製造方法に関する。
〔従来の技術〕
高エネルギイオン打込み技術は、半導体基板内に簡便に
埋込み不純物層を形成できるという特徴をもっており、
近年、種々の素子への応用の検討が盛んになってきてい
る。その応用例としては、ラッチアップ抑制やソフトエ
ラー低減時の効果が得られる0MO8素子におけるリト
ログレードウェル形成や埋込みグリッド形成、ROMの
書込み、バイポーラトランジスタにおける埋込みサブコ
レクタ形成・等があげられる。
イオン打込みを半導体装置製造に適用する場合。
克服しなければならない問題として、打込み欠陥の問題
がある。即ち、イオン打込みによって生じた半導体基板
の損傷をいかに残留欠陥を残さないように回復させるか
がイオン打込み技術を実用化する上でのポイントとなる
。これは、高加速エネルギでのイオン打込みにおいても
同様であい、従来は、例えば、アイ・イー・イー・イー
 トランザクションズ・オン・エレクトロン・デバイシ
ズ。
イー・デイ−35,(1988年)第1029頁から第
1034頁(IHEE Trans、 Electro
nDevices、 HD−35(1988) pp、
1029−1034)に記載のように、既に実用化され
ている1 00 K e V程度のエネルギでの打込み
で行なわれている損傷回復方法と同様に、イオン打込み
後の熱処理によって対処していた。
〔発明が解決しようとする課題〕
10101Ba”程度の比較的低濃度の打込みに関して
は、打込み後の熱処理によって、打込み領域をほぼ無欠
陥の状態に戻すことができ、リトログレードウェル形成
に代表されるように実用レベルに近いところまで技術は
確立されてきている。しかしながら、101018a”
以上の高濃度の打込みに関しては、熱処理後においても
高密度の結晶欠陥が残留してしまうため、半導体装置に
おける埋込み層として十分な特性をもつものは得られて
いなかった。
結晶欠陥の問題の解決策の方針としては、次の2つが考
えられる。1つは、結晶欠陥の発生自体の抑制である。
これは、最も望ましい方向ではあるが、高温、長時間の
熱処理を要し、実際のLSIプロセスに組み入れること
は難しい。もう1つは、結晶欠陥の局在化である。たと
え結晶欠陥が発生したとしても、その存在領域が局在化
しており、活性素子領域に及んでいなければ、該結晶欠
陥が素子特性に影響を与えることはなく、目的は達成さ
れる。
本発明の目的は、高エネルギイオン打込みにおける結晶
欠陥の問題の解゛決策として、結晶欠陥の発生領域を局
在化させる方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、イオン打込みによる第1の
不純物理込み層が存在する領域の近傍に、上記第1の不
純物理込み層の元、素とは異なる元素からなる第2の不
純物理込み層を形成、した、ものである。
第1の不純物理込み層を構成する元素としてはほう素、
リン、ひ素のうちの少なくとも一者が!好ましい。一方
、第2の不純物理込み層を構成する元素としては酸素、
炭素、窒素、ふつ・素、:塩素のうちの少なくとも一者
が好ましく、特に酸素が好ましい。
〔作用〕
第2の不純物理込み層を構成する元素は、熱処理中に、
イオン打込みによって形成した第1の不純物理込み層に
生ずる2次欠陥と相互作用を起こ、すため、2次欠陥を
ピン止めさせる効果がある。
したがって、熱処理後の2次欠陥を打込み飛程付近のみ
に局在化させることができ、基板表面側の活性素子領域
に及ぶことがない。このようにして基板中に局在化させ
た欠陥は、熱的に安定で動きにくくなっているため、埋
込み層形成以降に熱負荷を伴なうプロセスを施すことも
可能である。
また、酸素等の元素からなる第2の不純物理込み層は、
基板中に存在する点欠陥や重金属等をゲッタする効果も
ある。基板内部にゲッタリン・グMを形成する技術とし
て、従来、イントリンシック・ゲッタリングがあったが
、上記技術は基板表面から20・〜30μmより深部に
ゲッタリング層が設けられるものであり1本発明におけ
る基板表面下1〜4μm付近に形成した酸素等の埋込み
層は、素子領域に近いため、より大きなゲッタリング効
果が発揮される。
【実施例〕      □         ・以下v
本発明について実施例を用いて詳細に説明する。
(実施例1) 第1図は本発明の一実施例の不純物濃度分布を示す図で
ある。・シリ・コン基板“に酸素を打込みエネルギ2 
M e V、打込み量lXl0工r1cm−”の・条件
でイオン打込みした後、窒素雰囲気中で、800℃、3
0分、及び、1000℃30分の熱処理を上記順で行な
った。次に上記の処理を行なった基板にほう素を打込み
エネルギ2 M e V、打込み量5×10”am−”
の条件でイオン打込みし、窒素雰囲気中で1000℃、
15分の熱処理を行なった。第1図の1,2は、それぞ
れ、打込み直後の酸素及び、打込み直後のほう素の深さ
方向濃度分布を示している。酸素打込みを行なわない場
合には、基板表面から深さ1μmの位置での欠陥密度は
1oe〜107(!!m−”観察されたが、本実施例に
おいては、10’csi−”程度と1/1oo〜1/1
oooに低減された。また、本実施例における酸素打込
み工程直後ニ、炭in tt 1 、8 M e V、
I X 10 iBam−”の条件で、酸素に重ねて打
込む工程を挿入すると、さらに欠陥密度は低減され、約
6 X 10 ’an−”となった。
(実施例2) 第2図は本発明の他の実施例における不純物濃度分布を
示す図である。シリコン基板に酸素を3 M e V、
I X 10 lI)am−”(71条件テ打込ンタ後
、窒素雰囲気中で、800℃、30分さらに続いて10
00℃、30分の熱処理を行ない、リンを2MeV、5
X10工’(m″″2の条件で打込んだ後、1000℃
30分の熱処理を行なった。第2図の1.3は、それぞ
れ、打込み直後の酸素、及び打込み直後のリンの深さ方
向濃度分布である。酸素打込みを行なわない場合では、
基板表面下深さ1μmの位置での欠陥密度は約10’(
!II−”であったが、本実施例では、2 X 10’
(2)−2が得られた。
実施例1のように酸素の打込み位置をドーパントの打込
み位置より基板表面側とした場合では、ドーパント打込
み層からの転位の伸びを酸素析出層が妨害するという効
果が得られるのに対して、本実施例では、主に打込みに
よる点欠陥をゲッタする効果のみであるため、欠陥密度
低減効果は、表面側に酸素析出層を形成した場合より若
干劣るが、本実施例では表面に形成した活性素子への高
濃度酸素の影響が少ないという利点がある。
(実施例3) 第3図(a)〜(Q)は本発明の他の実施例の工程を説
明する図である6P型、10Ω・備のシリコン基板4に
、酸素5を2 M e V、lX101”■−2の条件
でイオン打込みした後(第3図(a))、リン6を3 
M e V、5 X 10 lBam−2で打込み(第
3図(b))、soo℃、30分、さらに1000℃3
0分の条件で熱処理した(第3図(C))。本実施例に
よれば、基板表面下1μmの位置での欠陥7の密度は約
2 X 104個−2で、酸素打込みを行なわない場合
に比して、欠陥密度は約1750となった。本実施例に
おいては、酸素打込み、及び熱処理後にドーパントイオ
ンを打込む場合に比べ、欠陥密度低減効果は若干劣るが
、プロセスが簡便であるという利点がある。
(実施例4) 酸素の析出層を形成する方法として基板内に元元含まれ
ている酸素を利用する方法もある。第4図は、基板内の
酸素により析出層を形成した本発明の詳細な説明する図
である。
チョクラルスキ法により作製した酸素濃度約10”(1
1−’のシリコン基板に、シリコンを2 MaV、5 
X 10 ”am−”の条件でイオン打込みした後、8
00℃30分、さらに1100℃60分の条件でそれぞ
れ熱処理した。第4図8,9は、熱処理前及び熱処理後
の酸素濃度分布である。上記処理後の基板に、ほう素を
2MeV、5X10より+!−”の条件で打込み、10
00℃、30分の条件で熱処理した。
第4図10は、熱処理後のほう素の深さ方向濃度分布で
ある。
本実施例によれば、深さ1μmの位置での欠陥密度は約
10’(!m−”で、シリコン打込みを行なわない場合
に比して、欠陥密度は約1/100となった。また本実
施例において、シリコン打込みのかわりにゲルマニウム
を3 M e V 、 5 X 10”Ql+−”の条
件で打込んだ場合、欠陥密度低減効果はより顕著であり
、欠陥密度は約1/400になった。
(実施例5) 第5図は、本発明をバイC:MOS素子作製に適用した
例を説明する断面図である。
周知である通常のパイCMO8素子作製工程において、
埋込みn+サブコレクタ12を形成するのにエビタキシ
ャル工程を用いずにイオン打込みを用いた。即ち、2M
eV、lX10工’ Cm −”の条件で酸素イオンを
打込み、800℃30分、及び1000℃、30分の条
件で熱処理を行なった後、リンを2.5MeV、2X1
0工’ all−”の条件で打込み、1000℃、30
分の条件で熱処理して不純物活性化を行ない、n+サブ
コレクタ12を形成した。また、同時に、CMO8部の
ウェル下部にもn十層13を形成した。酸素打込みを行
なわず、リン打込みのみでn+サブコレクタ、n十層を
形成した場合に比べ、接合のリーク電流はC805部で
は約1750、バイポーラ部では約1/100に低減さ
れ、エビタキシャル工程を用いて作製したパイ0MO8
素子の特性と同等であった。
以上述べた実施例では、析出層を構成する元素として、
酸素を用いた例のみを示したが、羨素。
窒素、ふっ素、塩素を用いても同等の効果が得られた。
〔発明の効果〕
本発明によれば、高エネルギのイオン打込みに(工1) よって埋込み層を形成する際、発生する欠陥を打込み飛
程付近と局在化させることができ、基板表面側の素子領
域に及ぶことがなくなるため、信頼性の高い埋込み層を
有する素子を形成することができる。特に、高濃度の打
込みにおいて、本発明の実施効果は顕著である。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図、及び第4図は、本発明の実施例の不純
物濃度分布を示す図、第3図は本発明の一実施例の工程
を説明する断面図、第5図は本発明の一実施例を示す断
面図である。 1・・・打込み直後の酸素濃度分布、2・・・打込み直
後のほう素濃度分布、4・・・シリコン基板、5・・・
酸素(I2)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体基板内にイオン打込みを用いて形成した第1
    の不純物理込み層を有する半導体装置において、上記第
    1の不純物理込み層と異なる元素からなる第2の不純物
    理込み層を深さ方向において第1の不純物理込み層の一
    部もしくは一部を含む近傍の領域に形成することを特徴
    とする半導体装置の製造方法。 2、特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造方法
    において、第1の不純物理込み層を構成する元素が、ほ
    う素、りん、ひ素のいずれかであることを特徴とする半
    導体装置の製造方法。 3、特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造方法
    において、第2の不純物理込み層を構成する元素が、酸
    素、炭素、窒素、ふつ素、塩素のいずれか、もしくは、
    これらの複数の組合せからなることを特徴とする半導体
    装置の製造方法。
JP2384489A 1989-02-03 1989-02-03 半導体装置の製造方法 Pending JPH02205018A (ja)

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Cited By (3)

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