JPS5949685B2 - イオン注入法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体装置に於ける絶縁膜の絶縁破壊を生ず
ることがないイオン注入法に関する。

近年、イオン注入法は半導体装置を製造する際に適用さ
れる各種技法のうちの一つとして重要なものになつてい
る。ところ力ゝそのイオン注入法を実施した場合に絶縁
膜の絶縁破壊を生ずることが問題になつている。

通常、絶縁膜自体にイオン注入する必要性はないが、例
えば或る種の半導体装置では、二酸化シリコン等の絶縁
膜上に多結晶シリコン膜を成長させ、しかも、それを所
要形状にパターニングした後でイオン圧入を行ない、そ
の多結晶シリコン膜を抵抗膜にする必要がある。この場
合には、多結晶シリコン膜をパターニングすると一部に
絶縁膜が露出されるので、イオン圧入を行なえば、その
絶縁膜にもイオンが圧入されることになる。このイオン
圧入のドーズ量が少なければ問題はないが、例えば１×
１０１５〔ｃｌｎ−２〕以上の高ドーズ量であると、絶
縁膜の表面電位が上昇し、種々の劣化の原因になるが、
特に問題になるのは絶縁破壊である。そこで、このイオ
ン圧入に依る絶縁破壊のメカニズムについて考えてみる
。即ち、第１図に見られるように、半導体基板１に二微
化シリコンからなる絶縁膜２を形成レこれにイオン３を
打込むとその電荷の一部は矢印Ｐ１で表わすようなバス
を通つてそのまま真直ぐに半導体基板１へ抜けてしまう
。また、イオン・ビームを振つて走査している場合等は
、電荷の一部は矢印Ｐ２で表わすようなバス、即ち絶縁
膜２の表面を通つてリークする。しかしながら、これ等
のバスのうち、バスＰ２は高インピーダンスであつて、
該バスＰ２が支配的な場合には全部の電荷を消失させる
ことができないから、絶縁膜２の表面には次第に電荷が
蓄積さ札例えば絶縁膜２上にフローティングした電極等
が存在すると、最後は絶縁膜２の絶縁を破つてその電極
から電荷が半導体基板１へ放出されることになる。その
場合、絶縁膜２は噴火口が形成されたような状態になる
。バスＰ、よりバスＰ２が支配的となつて絶縁膜２に電
荷が蓄積されていく様子は第２図のエネルギ・バンド・
ダイヤグラムに依つて説明される。即ち、絶縁膜２中に
イオン３が圧入されると、その表面には電子ｅ・正孔れ
対が発生する。そして、イオン３の電荷は、正孔れに対
しては基板１の方向に強い電界を発生させるので、通常
であれば、バスＰ１に沿つて正孔れはその電界に依つて
基板１に到達し、また、残つた電子ｅはイオン３で中和
されて表面電荷は消失する筈である。ところ力、実際に
は、絶縁膜２にイオン３が打込まれると、その構造が破
壊され、正孔に対する多数のトラップが形成されるよう
であり、正孔れは第２図に記号れ’で示すようにトラッ
プされ、動けない状態になつていることが観察できる。
即ち、絶縁膜への高ドーズ量のイオン注入処理の際には
、バスＰ、は存在せず、バスＰ２によつてのみイオン電
荷を放准していると予想される。前記のようなメカニズ
ムで、絶縁層２の表面は正方向に高亀位になり、例えば
第３図ａに見られるような設定をして、距離２Ｌ離れた
電極４間の中央、即ち、一方の電極４から距離Ｌの点に
於ける表面電位。は第３図ｂに見られる通りである〇こ
れからすると、半導体ウエハが大型になると、その電位
は急激に高くなることが理解できよう。尚、第３図ｂに
於けるＷ１は５（ニ）（２〔インチ〕）、Ｗ２は７．５
〔Ｃ！！Ｌ）（３〔インチ〕）、Ｗ，は１０Ｃ−（４〔
インチ〕）の各ウエハを表わしている。第３図のデータ
を得た条件は、イオンリボロン（Ｂ＋）、注入エネルギ
：８０〔Ｋｅ〕，１１；８〔μＡ〕（士１．４〔ル！？
〕）、絶縁膜２の厚さ：１．０〔μｍ〕であつた。本発
明は、絶縁膜を有する半導体ウエハにイオン注入を行な
つても、イオン電荷の滞留に依る絶縁破壊が生じないよ
うにするものであり、以下これを詳細に説明する〇本発
明では、前記のように、イオン注入を行なつた際に絶縁
膜２の表面近傍にトラツプされる正孔を解消させるよう
にしている。

具体的には、ターゲツト、即ち、イオン注入されるべき
半導体ウエハの近傍に紫外線源を配置し、紫外線で半導
体ウエハを照射しつつイオン注入を行なうものである。

このようにすると、絶縁膜２の表面近傍にはイオン電荷
は蓄積されず、従つて絶縁破壊も生じない。これを第４
図のエネルギ・バンド・ダイアグラムを参照しつつ説明
する。

さて、イオン注入に依り表面に電子ｅ・正孔ｈ対が発生
することは前記の通りであるが、紫外線照射に依つても
電子ｅ・正孔ｈ対が発生する。

しかも、紫外線に依る場合はイオン江入の場合と異なり
、絶縁膜２の全体、即ち、深いところにも発生する。従
つて、発生した正孔ｈの多くは絶縁膜２の表面近傍のト
ラツプの影響を受けることなく基板１に到達して放出さ
れてしまう。それに依り残つた電子ｅは絶縁膜２の表面
に移動して注入イオン３の中和に作用するものである。
尚、絶縁膜２の表面に於ける前記の如きの正の帯電を解
消するには、例えば、熱電子を打込むことも考えられる
であろうが、その場合、イオン江入量と電子注入量を平
衡させないと、解消が不完全になつたり或いは逆に負の
電荷が蓄積されるようなことが起る。しかしながら、本
発明では、電子ｅと正孔ｈの対を用いることで、その困
難さを除去している。即ち、絶縁膜２の表面に在る正電
荷が解消され、そこの電位が低下してくれば、紫外線照
射で発生した電子ｅ・正孔ｈ対には電界が強く作用しな
いことになり、従つて殆んどその場で再結合に依つて消
滅するものが多くなる。このように、本発明では常に、
自動的に中性を維持する方向に作用が行なわれる。以上
の説明で判るように、本発明に依れば、絶縁膜を有する
半導体ウエハにイオン注入を高ドーズ量で行なつても、
絶縁膜に絶縁破壊を生じる惧れは皆無になる。

そして、その実施には、イオン注入時に半導体ウエハを
紫外線ランプ等で照射するだけであるから容易に行ない
得る。

【図面の簡単な説明】

第１図はイオン注入に依る電荷蓄積に関する説明図、第
２図は正孔のトラツプを説明する為のエネルギ・バンド
・ダイアグラム、第３図はイオン注入に依つて半導体ウ
エハの絶縁膜表面に於ける電位が上昇することを説明す
るデータを表わすものでａはその際の設定を説明する略
図でありｂは線図、第４図は本発明を実施した場合のエ
ネルギ・バンド・ダイアグラムである。 図に於いて、１は基板、２は絶縁嘆、３はイオン、４は
電源、ｅは電子、ｈは正孔である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 表面に絶縁膜を有する半導体ウェハにイオン圧入す
   る際、半導体ウェハに紫外線を照射しつつ行なうことを
   特徴とするイオン注入法。