JPH0415950A - Complementary field-effect semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Complementary field-effect semiconductor device and manufacture thereof

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JPH0415950A
JPH0415950A JP2117687A JP11768790A JPH0415950A JP H0415950 A JPH0415950 A JP H0415950A JP 2117687 A JP2117687 A JP 2117687A JP 11768790 A JP11768790 A JP 11768790A JP H0415950 A JPH0415950 A JP H0415950A
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JP
Japan
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well
layer
junction
ion implantation
amorphous layer
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JP2117687A
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Japanese (ja)
Inventor
Masayasu Miyake
三宅 雅保
Kamimori Uga
宇賀 神守
Kazuo Imai
和雄 今井
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication of JPH0415950A publication Critical patent/JPH0415950A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain a complementary field effect semiconductor device in which a leakage current is suppressed by disposing a crystal defect layer generated upon recrystallization of an amorphous layer at a deeper position than a depleted layer extended from a PN junction between a P-well or N-well and a substrate into the substrate. CONSTITUTION:A depleted layer of a junction between a P-well 5, an N<+> type buried diffused layer 2 and an N-well 6, a junction between a source and a drain is extended, but since the depleted layer of the source, drain is disposed in the P-well, a crystal defect layer 7 generated upon formation of amorphous state does not exist therein, and does not affect an influence to the junction characteristics of the source, the drain. The depleted layer of the well junction is extended into the well 5, the well 6 and the layer 2, but the depth W1 of the layer 7 is set deeper than the depth (depth of the deeper depleted layer end) W2 of the depleted layer end extended from the well junction into the layer 2. The layer 7 does not exist in the depleted layer of a well junction and does not affect the junction characteristics of the well junction.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、逆傾斜ウェル(リトログレードウェル)構造
を有しリーク電流の抑制された電流−電圧特性を持つ相
補型電界効果半導体装置およびその製造方法に関するも
のである。
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a complementary field-effect semiconductor device having a reverse slope well (retrograde well) structure and a current-voltage characteristic with suppressed leakage current, and a complementary field effect semiconductor device thereof. This relates to a manufacturing method.

[従来の技術] 近年、LSIは、高集積化、高性能化に向けてさらに微
細化の研究が進められている。高集積化の点で優れてい
るMO3LSIは、消費電力を極めて小さくできる相補
型MOSLSI (CMOSLSI)が主流となってい
る。CMO8においては、NチャネルMO3FETとP
チャネルMO3FETとを同一シリコン基板上に製作す
る必要があるので、シリコン基板にそれぞれ別の導電型
の島状領域(ウェル)を形成している。高集積化。
[Prior Art] In recent years, research on further miniaturization of LSIs has been progressing toward higher integration and higher performance. Among MO3LSIs that are superior in terms of high integration, complementary MOSLSIs (CMOSLSIs), which have extremely low power consumption, are mainstream. In CMO8, N channel MO3FET and P
Since it is necessary to manufacture the channel MO3FET on the same silicon substrate, island-like regions (wells) of different conductivity types are formed on the silicon substrate. High integration.

高性能化に向けて微細化を推し進めて行くと、ウェルを
介した寄生バイポーラ効果、いわゆるラッチアップ現象
が起き、LSIが動作しなくなる。このため、ラッチア
ップ耐性の高いCMOS椹遣が高集積化されたCMOS
LSIを実現するうえで重要となる。ラッチアップ耐性
を高くするためには、表面から奥に向かって不純物濃度
が高くなっている逆傾斜ウェル(リトログレードウェル
)構造を用いることが有効である。このリトログレード
ウェル構造は、深い所にピーク濃度がくるように高いエ
ネルギで不純物をイオン注入により導入することにより
得られる。
As miniaturization advances toward higher performance, a parasitic bipolar effect via the well, a so-called latch-up phenomenon, occurs, causing the LSI to stop operating. For this reason, a CMOS device with high latch-up resistance is used as a highly integrated CMOS device.
This is important in realizing LSI. In order to increase the latch-up resistance, it is effective to use a reverse slope well (retrograde well) structure in which the impurity concentration increases from the surface toward the back. This retrograde well structure is obtained by introducing impurities by ion implantation at high energy so that the peak concentration is located deep.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、イオン注入を行うと、シリコン基板にダ
メージが導入されるため、イオン注入条件によってはピ
ーク濃度を与える深さよりやや浅い所に結晶欠陥層が発
生する。このような結晶欠陥層が発生すると、ウェル中
に製作したMOS FET特性に影響を与え、特にソー
ス、ドレイン接合のリーク電流の増大をもたらす。この
ため、結晶欠陥層が発生しないようなイオン注入条件に
する必要があり、イオン注入の本来の目的である不純物
濃度分布制御を自由に行うことができず、デバイス特性
上必要な濃度分布の設計ができないという問題があった
[Problems to be Solved by the Invention] However, when ion implantation is performed, damage is introduced into the silicon substrate, so depending on the ion implantation conditions, a crystal defect layer is generated at a slightly shallower depth than the depth that provides the peak concentration. When such a crystal defect layer occurs, it affects the characteristics of the MOS FET manufactured in the well, and particularly causes an increase in leakage current at the source and drain junctions. For this reason, it is necessary to set ion implantation conditions such that crystal defect layers do not occur, and it is not possible to freely control the impurity concentration distribution, which is the original purpose of ion implantation, and it is necessary to design the concentration distribution necessary for device characteristics. The problem was that it was not possible.

したがって本発明は、従来の逆傾斜ウェルM遣の問題を
解決し、リーク電流の抑制された相補型電界効果半導体
装置およびその製造方法を提供することを目的としてい
る。
Therefore, an object of the present invention is to solve the problem of the conventional reverse tilt well M design and to provide a complementary field effect semiconductor device with suppressed leakage current and a method of manufacturing the same.

[課題を解決するための手段] このような課題を解決するために本発明に係る相補型電
界効果半導体装置は、Pウェル中に形成したNチャネル
電界効果トランジスタおよびNウェル中に形成したPチ
ャネル電界効果トランジスタよりなる相補型電界効果半
導体装置において、PウェルあるいはNウェルと基板と
のPN接合から基板中に伸びる空乏層より深い位置に非
晶質層再結晶化に伴い発生する結晶欠陥層を配置したも
のである。
[Means for Solving the Problems] In order to solve these problems, a complementary field effect semiconductor device according to the present invention includes an N-channel field effect transistor formed in a P-well and a P-channel field-effect transistor formed in an N-well. In a complementary field effect semiconductor device consisting of a field effect transistor, a crystal defect layer generated due to recrystallization of an amorphous layer is formed at a position deeper than a depletion layer extending into the substrate from a PN junction between the P well or N well and the substrate. This is what was placed.

本発明に係る他の相補型電界効果半導体装置は、Pウェ
ル中に形成したNチャネル電界効果トランジスタおよび
Nウェル中に形成したPチャネル電界効果トランジスタ
相補型電界効果半導体装置において、Pウェルあるいは
Nウェルと基板とのPN接合がらウェル中に伸びる空乏
層より浅く、ウェル中に形成した電界効果トランジスタ
のソース、ドレイン接合がらウェル中に伸びる空乏層よ
り深い位置に非晶質層再結晶化に伴い発生する結晶欠陥
層を配置したものである。
Other complementary field effect semiconductor devices according to the present invention include an N channel field effect transistor formed in a P well and a P channel field effect transistor formed in an N well. An amorphous layer occurs due to recrystallization at a position shallower than the depletion layer extending into the well from the PN junction between the PN junction and the substrate, and deeper than the depletion layer extending into the well from the source and drain junctions of the field effect transistor formed in the well. A crystal defect layer is arranged.

本発明に係る相補型電界効果半導体装置の製造方法は、
相補型電界効果半導体装置のウェル形成のためのイオン
注入に先だっであるいはその後に半導体の電気特性に影
響を与えない不活性な第1のイオンをイオン注入し非晶
質層を形成する第1の工程と、ウェル形成用の電気的に
活性な第2のイオンをイオン注入する第2の工程と、上
記非晶質層の再結晶化および該第2のイオン注入により
導入された不純物の活性化用熱処理を行う第3の工程と
を含むものである。
The method for manufacturing a complementary field effect semiconductor device according to the present invention includes:
A first method of ion-implanting inert first ions that do not affect the electrical characteristics of the semiconductor to form an amorphous layer before or after ion implantation for forming a well of a complementary field-effect semiconductor device. a second step of ion-implanting electrically active second ions for well formation, and recrystallization of the amorphous layer and activation of the impurity introduced by the second ion implantation. and a third step of performing chemical heat treatment.

本発明に係る他の相補型電界効果半導体装置の製造方法
は、相補型電界効果半導体装置のウェル形成のためのイ
オン注入に先だっであるいはその後に半導体の電気特性
に影響を与えない不活性な第1のイオンをイオン注入し
非晶質層を形成する第1の工程と、ウェル形成用の電気
的に活性な第2のイオンをイオン注入する第2の工程と
、上記非晶質層の再結晶化および該第2のイオン注入に
より導入された不純物の活性化用熱処理を行う第3の工
程とを含み、上記第1のイオン注入の注入エネルギは、
該イオン注入により形成される非晶質層を再結晶化した
ときに発生する結晶欠陥層の深さが、ウェルと基板との
PN接合から基板中に伸びる空乏層の深さに一致すると
きの注入エネルギよりも大きくしたものである。
Another method of manufacturing a complementary field effect semiconductor device according to the present invention includes implanting an inert material that does not affect the electrical characteristics of the semiconductor before or after ion implantation for forming a well of the complementary field effect semiconductor device. A first step of implanting first ions to form an amorphous layer, a second step of implanting electrically active second ions for forming a well, and a second step of implanting the amorphous layer. a third step of performing recrystallization and heat treatment for activating the impurities introduced by the second ion implantation, and the implantation energy of the first ion implantation is:
When the depth of the crystal defect layer generated when the amorphous layer formed by the ion implantation is recrystallized matches the depth of the depletion layer extending into the substrate from the PN junction between the well and the substrate. This is greater than the implantation energy.

[作用コ 本発明においては、ウェル形成のための不純物のイオン
注入に先だっであるいはその後にウェルとなるべき領域
の少なくとも〜部を非晶質化することにより、結晶欠陥
層の影響のないリトログレードウェル構造を実現させ、
素子特性に影響を与える深さでの結晶欠陥の発生を防止
する。
[Function] In the present invention, at least a portion of the region to become a well is made amorphous before or after the ion implantation of impurities for well formation, so that retrofitting without the influence of crystal defect layers can be achieved. Achieving a grade well structure,
Prevents crystal defects from occurring at depths that affect device characteristics.

[実施例] 以下1図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。[Example] Embodiments of the present invention will be described in detail below using one drawing.

第1図(a)〜(f)は、本発明による相補型電界効果
半導体装置一実施例による構成を相補型MO3LSIの
製造方法を用いて説明する工程の断面図である。同図に
おいて、■はN型Si基板、2゛はN1埋め込み拡散層
、3はエピタキシャル成長により形成されたN−3i層
、4は非晶質層、5はPウェル、6はNウェル、7は非
晶質層4の形成のためのイオン注入に伴う結晶欠陥層、
8はフィールド酸化膜、9はゲート酸化膜、1゜は低抵
抗多結晶シリコンゲート電極、11は高濃度N型(N+
)層(NMO3FETのソース、ドレイン)、12は高
濃度P型(P+)層(PMO8FETのソース、トレイ
ン)、13は眉間絶縁膜、14はA1電極である。
FIGS. 1(a) to 1(f) are cross-sectional views illustrating the structure of an embodiment of a complementary field effect semiconductor device according to the present invention using a complementary MO3LSI manufacturing method. In the figure, ■ is an N-type Si substrate, 2 is an N1 buried diffusion layer, 3 is an N-3i layer formed by epitaxial growth, 4 is an amorphous layer, 5 is a P well, 6 is an N well, and 7 is a A crystal defect layer accompanying ion implantation for forming the amorphous layer 4,
8 is a field oxide film, 9 is a gate oxide film, 1° is a low resistance polycrystalline silicon gate electrode, 11 is a high concentration N type (N+
) layer (source and drain of NMO3FET), 12 is a high concentration P type (P+) layer (source and train of PMO8FET), 13 is an insulating film between the eyebrows, and 14 is an A1 electrode.

まず、第1図(a)に示すようにN型Si基板1にN+
埋め込み拡散層2を熱酸化法により形成する。本実施例
では砒素(As)の拡散層を形成した。次にエピタキシ
ャル成長法により厚さ13μmのN−5i層3を形成す
る。次に第1図(b)に示すようにウェル形成のための
イオン注入に先立ってSiイオン注入を行い、N  S
i層3の全領域およびN+埋め込み拡散層2の一部分を
非晶質化して非晶質層4を形成する。本実施例では、S
iイオンのイオン注入条件として以下の多段イオンの条
件、すなわち150KeV  2x10”cm″2,5
00KeV、3x ]、O”cm −21MeV、4x
l ()15cm−2の条件でイオン注入を行った。こ
の条件で表面がら1.5.4zmの深さまでの全ての領
域にわたって非晶質層4を形成することができる。すな
わち非晶質層4と単結晶との界面はN″″埋め込み拡散
層2の中に存在することになる。当然のことながら所望
の非晶質化ずべき領域が浅い場合には、所定の注入エネ
ルギおよび注入菫を有する1回のイオン注入を用いるこ
ともある。本実施例のように2種類以上の注入エネルギ
で重ねてイオン注入(多段イオン注入)する場合には、
その最大の注入エネルギでSi表面からの非晶質層の深
さが決定される。また、多段イオン注入において多種類
のイオンを用いる場合もある。次に第1図(c)に示す
ようにウェル形成のためのイオン注入を行う。NMOS
FETが形成されるべき領域にはホウ素(B)のイオン
注入によりPウェル5を、PMO3FETが形成される
べき領域にはリン(P)のイオン注入によりNウェル6
を形成する。イオン注入の条件は望ましい不純物濃度分
布を考慮して自由に選択すれば良い。本実施例では、例
えばBを500KeV。
First, as shown in FIG. 1(a), an N+
A buried diffusion layer 2 is formed by a thermal oxidation method. In this example, a diffusion layer of arsenic (As) was formed. Next, an N-5i layer 3 having a thickness of 13 μm is formed by epitaxial growth. Next, as shown in FIG. 1(b), prior to ion implantation for well formation, Si ions are implanted, and N S
The entire region of the i-layer 3 and a portion of the N+ buried diffusion layer 2 are made amorphous to form an amorphous layer 4. In this example, S
The i-ion implantation conditions are as follows: 150KeV 2x10"cm"2,5
00KeV, 3x ], O"cm -21MeV, 4x
Ion implantation was performed under the condition of l()15 cm-2. Under these conditions, the amorphous layer 4 can be formed over the entire region from the surface to a depth of 1.5.4 zm. That is, the interface between the amorphous layer 4 and the single crystal exists in the N″″ buried diffusion layer 2. Of course, if the desired region to be amorphized is shallow, a single ion implantation with a predetermined implant energy and implantation violet may be used. When performing ion implantation using two or more types of implantation energies (multistage ion implantation) as in this example,
The maximum implantation energy determines the depth of the amorphous layer from the Si surface. Furthermore, many types of ions may be used in multi-stage ion implantation. Next, as shown in FIG. 1(c), ion implantation is performed to form a well. NMOS
A P well 5 is formed by boron (B) ion implantation in the region where the FET is to be formed, and an N well 6 is formed by phosphorus (P) ion implantation in the region where the PMO3FET is to be formed.
form. The ion implantation conditions may be freely selected in consideration of the desired impurity concentration distribution. In this embodiment, for example, B is set at 500 KeV.

5X10”cm−2で、Pを900KeV、5x101
3cm−2でイオン注入し、ピーク濃度が表面から1ノ
1mの深さにあるリトログレードウェルを形成した。イ
オン注入後、例えば窒素雰囲気中で900℃、30分の
アニールを行い、ウェル形成用の注入不純物を活性化す
るとともに非晶質層4を再結晶化する。このアニールに
より、非晶質層4は単結晶層になるとともにもとの非晶
質層と単結晶との界面付近に非晶質層形成のためのイオ
ン注入に伴う結晶欠陥層7が形成される。本実施例にお
いては、非晶質層と単結晶との界面がN゛埋め込み拡散
層2の中に位置するようにしているので、非晶質層形成
のためのイオン注入に伴う結晶欠陥層7はN+埋め込み
拡散層2の中に位置することになる。この結晶欠陥層7
のデバイス特性への影響については後で詳しく説明する
。なお、本実施例では、Siイオンにより非晶質化した
後、ウェル形成のためのイオン注入を行う場合について
説明したが、ウェル形成のためのイオン注入を先に行い
、その後にSiイオン注入により非晶質化を行っても同
様の効果か得られる。次に第1図(d)に示すように厚
さ5000人のフィールド酸化膜8を形成した後、チャ
ネル部の不純物濃度を調整するためにPウェルにはBを
、NウェルにはPをイオン注入する。このイオン注入条
件は、得ようとするMOSFETの閾値電圧などの特性
に基づいて決定する。しかる後、窒素雰囲気中、900
℃、30分のアニールを行った後に乾燥酸素雰囲気で酸
化を行い、ゲート酸化膜9を形成する。本実施例におい
ては、ゲート酸化膜9の厚さは100人とした。その後
、第1図(e)に示すようにゲート電極として用いる低
抵抗多結晶シリコンを3000人の厚さに堆積し、通常
のフォトリソグラフィあるいは電子ビームリングラフィ
を用いてゲート電極10を形成する。次にソースドレイ
ンとして用いるN+P接合およびP”N接合を形成する
ために例えばフォトレジストをイオン注入のマスクとし
て用い、NMOSFET部分にはAsを40KeV、4
x lQ”(m−2の条件で、PMOSFET部分には
Bを15KeV、2X 10 ”c m−2の条件でイ
オン注入する。しかる後に窒素雰囲気中、900℃、3
0分のアニールを行うことにより、高濃度N型(N1)
層11(NMOSFETのソース、ドレイン)、高濃度
P型(P+)層12 (PMO3FETのソース。
5x10"cm-2, P at 900KeV, 5x101
Ions were implanted at 3 cm-2 to form a retrograde well with a peak concentration at a depth of 1 m from the surface. After the ion implantation, annealing is performed at 900° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere, for example, to activate the implanted impurities for well formation and recrystallize the amorphous layer 4. Through this annealing, the amorphous layer 4 becomes a single crystal layer, and a crystal defect layer 7 is formed near the interface between the original amorphous layer and the single crystal due to ion implantation to form the amorphous layer. Ru. In this example, since the interface between the amorphous layer and the single crystal is located in the N buried diffusion layer 2, the crystal defect layer 7 caused by ion implantation to form the amorphous layer is is located in the N+ buried diffusion layer 2. This crystal defect layer 7
The influence on device characteristics will be explained in detail later. In this example, the case where ion implantation for well formation is performed after amorphization with Si ions has been described, but ion implantation for well formation is performed first, and then Si ion implantation is performed. A similar effect can be obtained by making it amorphous. Next, as shown in FIG. 1(d), after forming a field oxide film 8 with a thickness of 5000, B is ionized into the P well and P is ionized into the N well in order to adjust the impurity concentration in the channel region. inject. The ion implantation conditions are determined based on the characteristics such as the threshold voltage of the MOSFET to be obtained. After that, in a nitrogen atmosphere, 900
After annealing at 30° C. for 30 minutes, oxidation is performed in a dry oxygen atmosphere to form a gate oxide film 9. In this example, the thickness of gate oxide film 9 was 100. Thereafter, as shown in FIG. 1(e), low-resistance polycrystalline silicon to be used as a gate electrode is deposited to a thickness of 3000 nm, and a gate electrode 10 is formed using ordinary photolithography or electron beam lithography. Next, in order to form an N+P junction and a P''N junction to be used as a source/drain, for example, a photoresist is used as a mask for ion implantation, and As is applied to the NMOSFET part at 40 KeV and 4
B is ion-implanted into the PMOSFET part under the conditions of
By performing annealing for 0 minutes, high concentration N type (N1)
layer 11 (source and drain of NMOSFET), high concentration P type (P+) layer 12 (source of PMO3FET).

トレイン)が形成される。以後は通常のMO3LSI製
造工程にしたがって第1図(f)に示すように層間絶縁
膜1B、AI電極14を形成し、相補型電界効果半導体
装置が製造される。
train) is formed. Thereafter, as shown in FIG. 1(f), an interlayer insulating film 1B and an AI electrode 14 are formed according to the usual MO3LSI manufacturing process, and a complementary field effect semiconductor device is manufactured.

第1図(e)、(d)、(e)、(f)に示すようにイ
オン注入で非晶質層を形成した場合には、アニール後、
非晶質層と単結晶との界面付近に結晶欠陥層7が発生す
る。そしてこの結晶欠陥層7か空乏層中にあるときは生
成再結合中心として働くので、PN接合の逆方向のリー
ク電流の増大をもたらす。本発明においては、この非晶
質化に伴う結晶欠陥層7がPN接合の空乏層内に存在し
ないようにすることにより、リーク電流の増大などの特
性劣化が起きないようにした。
When an amorphous layer is formed by ion implantation as shown in FIGS. 1(e), (d), (e), and (f), after annealing,
A crystal defect layer 7 is generated near the interface between the amorphous layer and the single crystal. When this crystal defect layer 7 is in the depletion layer, it acts as a production recombination center, resulting in an increase in leakage current in the reverse direction of the PN junction. In the present invention, by preventing the crystal defect layer 7 caused by this amorphization from existing in the depletion layer of the PN junction, deterioration of characteristics such as an increase in leakage current is prevented from occurring.

第2図は、第1の実施例で説明した方法により形成した
NMOSFET部分の断面構造の拡大図であり、同図に
おいて、11□はNMOSFETのソース、112はN
MOSFETのトレイン、15はウェル接合(Pウェル
とN″′埋め込み層およびNウェルとの接合)の空乏層
端、16はドレインの空乏層端である。同図に示すよう
に動作状態では、PウェルとN+埋め込み拡散層および
Nウェルの接合2ソースおよびドレインの接合の空乏層
が伸びるが、このうちソース、ドレインの空乏層はPウ
ェル中にあるので非晶質化に伴う結晶欠陥層7はその中
に存在せず、ソース、ドレインの接合特性には影響を与
えない。また、ウェル接合の空乏層は、同図に示すよう
にPウェル5中Nウェル6中およびN+埋め込み層2中
に伸びるが、本発明においては、結晶欠陥層7の深さW
lがウェル接合からN+埋め込み層2に伸びる空乏層端
の深さ(深い方の空乏層端の深さ)W2よりも深くなる
ようにするので、結晶欠陥層7はウェル接合の空乏層中
にも存在せず、ウェル接合の接合特性にも影響を与えな
い。以上はNMO3FET部について説明したが、PM
OSFET部においてもソース、ドレインの接合の空乏
層は結晶欠陥層7までは到達せず、良好な接合特性が得
られる。なお、本実施例においては、埋め込み拡散層と
してN+層を用いる場合を説明したが、P+層を用いて
も同様の効果が得られる。あるいは空乏層があまり伸び
ない程度の比較的不純物濃度の高いSi基板を用いれば
埋め込み拡散層を用いる必要はない。
FIG. 2 is an enlarged view of the cross-sectional structure of the NMOSFET portion formed by the method described in the first embodiment. In the figure, 11□ is the source of the NMOSFET, and 112 is the NMOSFET.
In the MOSFET train, 15 is the depletion layer end of the well junction (junction between the P well, the N'' buried layer and the N well), and 16 is the depletion layer end of the drain. The depletion layer at the junction between the well, the N+ buried diffusion layer, and the N well 2 and the junction between the source and drain extends, but since the depletion layer for the source and drain is in the P well, the crystal defect layer 7 due to amorphization is The depletion layer of the well junction does not exist in the P well 5, the N well 6, and the N+ buried layer 2, as shown in the figure. However, in the present invention, the depth W of the crystal defect layer 7
Since l is set to be deeper than W2, the depth of the edge of the depletion layer extending from the well junction to the N+ buried layer 2 (the depth of the edge of the deeper depletion layer), the crystal defect layer 7 is formed in the depletion layer of the well junction. is not present and does not affect the junction characteristics of the well junction. The above explained the NMO3FET section, but the PM
Also in the OSFET section, the depletion layer at the source/drain junction does not reach the crystal defect layer 7, and good junction characteristics can be obtained. In this embodiment, a case has been described in which an N+ layer is used as the buried diffusion layer, but the same effect can be obtained even if a P+ layer is used. Alternatively, if a Si substrate with a relatively high impurity concentration is used so that the depletion layer does not extend much, there is no need to use a buried diffusion layer.

第3IN(a)〜(e)は、本発明による相補型電界効
果半導体装置製造方法の第2の実施例を示す工程の断面
図である。同図において、17は絶縁物が充填された分
離用の溝である。第3図(a)に示すようにN型Si基
板1上にエピタキシャル成長法により厚さ1.3μmの
N−Si層3を形成する6次に第3図(b)に示すよう
にウェル形成のためのイオン注入に先だってSiイオン
注入を行い、N−Si層3の一部分を非晶質化し、非晶
質層4を形成する。本実施例では、Siイオンのイオン
注入条件として以下の多段イオン注入の条件、すなわち
150KeV、2X1015cm−2,500KeV、
3X1015cm−2の条件でイオン注入した。この条
件で表面から約1μmの深さまでの全ての領域にわたっ
て非晶質層4を形成することができ、非晶質層と単結晶
との界面はN−Si層3の中に存在する。次に第3図(
C)に示すようにウェル形成のためのイオン注入を行う
。NMO3FETが形成されるべき領域にはBのイオン
注入によりPウェル5を、PMO3FETが形成される
べき領域にはPのイオン注入によりNウェル6を形成す
る。本実施例では、Bを500KeV、5X10”cm
〜2で、Pを900に、eV、5x l O”cm−2
でイオン注入し、ピーク濃度か表面から約1 )t m
の深さにあるリトログレードウェルを形成した。イオン
注入後、例えば窒素雰囲気中、900℃、30分のアニ
ールを行い、ウェル形成用の注入不純物を活性化すると
とも°に非晶質層4を再結晶化する。このアニルにより
、非晶質層4は単結晶層になるとともにもとの非晶質層
と単結晶との界面付近に非晶質形成のためのイオン注入
に伴う結晶欠陥層7が形成される。本実施例においては
、非晶質と単結晶との界面がN−3i層3の中に位置す
るようにしているので、非晶質層形成のためのイオン注
入に伴う結晶欠陥層7は、同図に示すようにPウェル5
およびNウェル6の中に位置することになる。次に第3
図(d)に示すようにウェル間の分離のために通常の方
法で絶縁物で充填された溝17を1.5μmの深さに形
成した後、チャネル部の不純物濃度を調整するためにP
ウェルにはBを、NウェルにはPをイオン注入する。こ
の後は、第1の実施例と全く同様にして第3図(e)に
示ず相補型電界効果半導体装置が製造される。
3 IN(a) to (e) are cross-sectional views showing steps of a second embodiment of the method for manufacturing a complementary field effect semiconductor device according to the present invention. In the figure, reference numeral 17 denotes an isolation groove filled with an insulator. As shown in FIG. 3(a), an N-Si layer 3 with a thickness of 1.3 μm is formed on the N-type Si substrate 1 by epitaxial growth. Next, as shown in FIG. 3(b), a well is formed. Prior to the ion implantation for this purpose, Si ions are implanted to make a portion of the N-Si layer 3 amorphous, thereby forming an amorphous layer 4. In this example, the ion implantation conditions for Si ions are as follows: 150 KeV, 2X1015 cm-2,500 KeV,
Ion implantation was performed under the conditions of 3×10 15 cm −2 . Under these conditions, the amorphous layer 4 can be formed over the entire region from the surface to a depth of about 1 μm, and the interface between the amorphous layer and the single crystal exists in the N-Si layer 3. Next, Figure 3 (
Ion implantation for well formation is performed as shown in C). A P well 5 is formed by B ion implantation in the region where the NMO3FET is to be formed, and an N well 6 is formed by P ion implantation in the region where the PMO3FET is to be formed. In this example, B is 500KeV, 5X10"cm
~2, P to 900, eV, 5x l O”cm-2
Ions are implanted at a peak concentration of about 1) t m from the surface.
A retrograde well was formed at a depth of . After the ion implantation, annealing is performed at 900° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere, for example, to activate the implanted impurity for well formation and recrystallize the amorphous layer 4. Due to this anil, the amorphous layer 4 becomes a single crystal layer, and a crystal defect layer 7 is formed near the interface between the original amorphous layer and the single crystal due to ion implantation for forming the amorphous layer. . In this example, since the interface between the amorphous and single crystal is located in the N-3i layer 3, the crystal defect layer 7 caused by ion implantation to form the amorphous layer is As shown in the figure, P well 5
and will be located in the N well 6. Then the third
As shown in Figure (d), after forming a trench 17 filled with an insulator to a depth of 1.5 μm using a conventional method for isolation between wells, P was
B is ion-implanted into the well, and P is ion-implanted into the N-well. After this, a complementary field effect semiconductor device (not shown in FIG. 3(e)) is manufactured in exactly the same manner as in the first embodiment.

第4図は、本発明の第2の実施例で説明した製造方法で
形成したNMO3FET部分の断面構造の拡大図である
。同図において、18はPウェル5とSi基板]−との
間の接合がらウェル中に伸びる空乏層の端である。同図
に示すように動作状態ではPウェル5とN型Si基板1
との間の接合ソースおよびドレインの接合の空乏層が伸
びるが、本実施例においては、PN接合のリーク電流の
増大をもたらさないようにするために非晶質化に伴う結
晶欠陥層7が空乏層中に存在しないようにした。すなわ
ち同図に示すように非晶質化に伴う結晶欠陥層7の深さ
Wlは、Pウェル5とN型S1基板1との接合からPウ
ェル5中に伸びる空乏層の端1の深さW3より浅く、ド
レインの空乏層の深さW4より深くなるようにしている
。ただし、この第2の実施例においては、非晶質層より
深い場所にウェルのイオン注入に伴う結晶欠陥が位置し
ないようにする必要があり、ある程度ウェルのイオン注
入条件に制約がある。すなわち第1の実施例で説明した
方法の方がウェルの不純物濃度分布良計の自由度が大き
い。上記のようにすることにより、非晶質化に伴う結晶
欠陥層7はウェル接合の特性およびソース、ドレインの
接合特性には影響を与えず、いずれも良好な接合特性が
得られる。以りはNMOSFET部について説明したが
、PMOSFET部においてもソース、ドレインの接合
の空乏層は結晶欠陥層7までは到達しないような深さに
しているので、良好な接合特性が得られる。以上、説明
した実施例によれば、リーク電流などの他の特性を劣化
させることなく、リトログレードウェルの不純物濃度分
布を自由に設計することができる。
FIG. 4 is an enlarged view of the cross-sectional structure of the NMO3FET portion formed by the manufacturing method described in the second embodiment of the present invention. In the figure, 18 is the end of a depletion layer extending into the well from the junction between the P well 5 and the Si substrate. As shown in the figure, in the operating state, a P well 5 and an N type Si substrate 1 are connected to each other.
However, in this embodiment, the crystal defect layer 7 due to amorphization is depleted in order to prevent an increase in the leakage current of the PN junction. Made it not exist in the layer. That is, as shown in the figure, the depth Wl of the crystal defect layer 7 due to amorphization is the depth of the edge 1 of the depletion layer extending into the P well 5 from the junction between the P well 5 and the N type S1 substrate 1. It is made to be shallower than W3 and deeper than the depth W4 of the drain depletion layer. However, in this second embodiment, it is necessary to prevent crystal defects associated with well ion implantation from being located deeper than the amorphous layer, and there are some restrictions on the well ion implantation conditions. That is, the method described in the first embodiment has a greater degree of freedom in determining the well impurity concentration distribution. By doing as described above, the crystal defect layer 7 caused by the amorphization does not affect the characteristics of the well junction and the junction characteristics of the source and drain, and good junction characteristics can be obtained in both cases. Although the NMOSFET section has been described above, the depletion layer at the source/drain junction in the PMOSFET section is also set to a depth that does not reach the crystal defect layer 7, so that good junction characteristics can be obtained. According to the embodiments described above, the impurity concentration distribution of the retrograde well can be freely designed without deteriorating other characteristics such as leakage current.

なお、前述した実施例では、非晶質化のためのイオン注
入のイオン種としてはSiの場合について説明したが、
他にGe、Arなど最終的に電気特性に影響を与−えな
いものであれば他のものでもよい。また、ウェル形成の
ためのイオン種とじてはBおよびPの場合を説明したが
、もちろん P型の不純物としてBF2あるいはGaを
イオン注入しても良く、N型の不純物としてはAsなど
を用いても良い。さらに熱処理としては電気炉アニール
を用いる場合について説明したが、他のアニール方法、
例えばランプアニール、電子ビームアニール、レーザア
ニールなどであっても良いことは言うまでもない。
In addition, in the above-mentioned embodiment, the case where Si was used as the ion species for ion implantation for amorphization was explained.
Other materials such as Ge and Ar may also be used as long as they do not ultimately affect the electrical characteristics. In addition, although the case of B and P has been explained as the ion species for well formation, of course, BF2 or Ga may be ion-implanted as a P-type impurity, and As or the like may be used as an N-type impurity. Also good. Furthermore, although we have explained the case of using electric furnace annealing as heat treatment, other annealing methods,
It goes without saying that, for example, lamp annealing, electron beam annealing, laser annealing, etc. may be used.

[発明の効果] 以上、説明したように本発明によれば、ウェル形成のた
めのイオン注入に先だっであるいはその後にイオン注入
により非晶質化するので、デバイス特性に影響を与える
部分には結晶欠陥層が存在しないようにすることができ
、トランジスタなどの電流−電圧特性を劣化させること
なく、ウェルの不純物濃度分布を自由に設計できるとい
う極めて優れた効果が得られる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, since the ion implantation is made amorphous before or after the ion implantation for well formation, the portions that affect the device characteristics are It is possible to eliminate the presence of a crystal defect layer, and it is possible to obtain an extremely excellent effect that the impurity concentration distribution of the well can be freely designed without deteriorating the current-voltage characteristics of a transistor or the like.

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

第1図は本発明の第1の実施例を示す断面図、第2図は
本発明の第1の実施例で示した相補型電界効果半導体装
置のNMOSFET部分を示す拡大断面図、第3図は本
発明の第2の実施例を示寸断面図、第4図は本発明の第
2の実施例で示した相補型電界効果半導体装置のN M
 OS F E T部分を示す拡大断面図である。 ■・・・・N型Si基板、2・・・・N+埋め込み層、
3・・ ・エピタキシャル成長により形成したN−5i
層、4・・・・非晶質層、5・・Pウェル、6・・・・
Nウェル、7・・・・非晶質層形成のためのイオン注入
に伴う結晶欠陥層、8・・・・フィード酸化膜、9・・
・ゲート酸化膜、10・・・・低抵抗多結晶シリコンゲ
ート電極、11・・・・高濃度N型(N+)層、1.1
1  ・ ・・NMOSFETのソース、11゜・・ 
・NMOSFETのドレイン、12、・・、高濃度P型
(P+)層、13・・・・層間絶縁膜、14・・・・A
I電極、15・・・・ウェル接合の空乏層端、16・・
・・ドレインの空乏層端、17・・・・絶縁物が充填さ
れた分離用の清、18・・・・PウェルとSi基板との
間の接合からウェル中に伸びる空乏層の端。 特許出願人 日本電信電話株式会社
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged sectional view showing an NMOSFET portion of a complementary field effect semiconductor device shown in the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a sectional view showing the second embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing the OS FET portion. ■...N-type Si substrate, 2...N+ buried layer,
3... N-5i formed by epitaxial growth
Layer, 4...Amorphous layer, 5...P well, 6...
N well, 7...Crystal defect layer accompanying ion implantation for forming an amorphous layer, 8...Feed oxide film, 9...
・Gate oxide film, 10...Low resistance polycrystalline silicon gate electrode, 11...High concentration N-type (N+) layer, 1.1
1... NMOSFET source, 11°...
・Drain of NMOSFET, 12,..., high concentration P type (P+) layer, 13... interlayer insulating film, 14...A
I electrode, 15... Depletion layer end of well junction, 16...
...Drain depletion layer end, 17...Isolation layer filled with insulator, 18...Drain depletion layer end extending into the well from the junction between the P well and the Si substrate. Patent applicant Nippon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)Pウェル中に形成したNチャネル電界効果トラン
ジスタおよびNウェル中に形成したPチャネル電界効果
トランジスタよりなる相補型電界効果半導体装置におい
て、PウェルあるいはNウェルと基板とのPN接合から
基板中に伸びる空乏層より深い位置に非晶質層再結晶化
に伴い発生する結晶欠陥層を配置することを特徴とした
相補型電界効果半導体装置。
(1) In a complementary field-effect semiconductor device consisting of an N-channel field-effect transistor formed in a P-well and a P-channel field-effect transistor formed in an N-well, from the PN junction between the P-well or N-well and the substrate to the inside of the substrate. A complementary field effect semiconductor device characterized in that a crystal defect layer generated as a result of recrystallization of an amorphous layer is disposed at a deeper position than a depletion layer extending into the amorphous layer.
(2)Pウェル中に形成したNチャネル電界効果トラン
ジスタおよびNウェル中に形成したPチャネル電界効果
トランジスタ相補型電界効果半導体装置において、Pウ
ェルあるいはNウェルと基板とのPN接合からウェル中
に伸びる空乏層より浅く、ウェル中に形成した電界効果
トランジスタのソース、ドレイン接合からウェル中に伸
びる空乏層より深い位置に非晶質層再結晶化に伴い発生
する結晶欠陥層を配置することを特徴とた相補型電界効
果半導体装置。
(2) In an N-channel field-effect transistor formed in a P-well and a complementary field-effect semiconductor device for a P-channel field-effect transistor formed in an N-well, a PN junction between the P-well or the N-well and the substrate extends into the well. A crystal defect layer generated as a result of recrystallization of an amorphous layer is placed at a position shallower than the depletion layer and deeper than the depletion layer extending from the source/drain junction of the field effect transistor formed in the well into the well. Complementary field effect semiconductor device.
(3)相補型電界効果半導体装置のウェル形成のための
イオン注入に先だってあるいはその後に半導体の電気特
性に影響を与えない不活性な第1のイオンをイオン注入
し非晶質層を形成する第1の工程と、ウェル形成用の電
気的に活性な第2のイオンをイオン注入する第2の工程
と、前記非晶質層の再結晶化および該第2のイオン注入
により導入された不純物の活性化用熱処理を行う第3の
工程とを含むことを特徴とした相補型電界効果半導体装
置の製造方法。
(3) Prior to or after ion implantation for forming a well of a complementary field effect semiconductor device, inert first ions that do not affect the electrical characteristics of the semiconductor are implanted to form an amorphous layer. a second step of ion-implanting electrically active second ions for well formation, and recrystallization of the amorphous layer and impurities introduced by the second ion implantation. A method for manufacturing a complementary field effect semiconductor device, comprising: a third step of performing activation heat treatment.
(4)請求項3において、前記第3の工程において前記
非晶質層を再結晶化したときに発生する結晶欠陥層の深
さを、前記相補型電界効果半導体装置のウェルと基板と
のPN接合から基板中に伸びる空乏層の深さよりも深く
形成するべく前記第1の工程におけるイオン注入の注入
量を選定し非晶質層を形成する工程を含むことを特徴と
した相補型電界効果半導体装置の製造方法。
(4) In claim 3, the depth of the crystal defect layer generated when the amorphous layer is recrystallized in the third step is determined by the depth of the crystal defect layer generated when the amorphous layer is recrystallized in the third step. A complementary field effect semiconductor comprising the step of forming an amorphous layer by selecting the amount of ion implantation in the first step so as to form an amorphous layer deeper than the depth of a depletion layer extending from the junction into the substrate. Method of manufacturing the device.
(5)相補型電界効果半導体装置のウェル形成のための
イオン注入に先だってあるいはその後に半導体の電気特
性に影響を与えない不活性な第1のイオンをイオン注入
し非晶質層を形成する第1の工程と、ウェル形成用の電
気的に活性な第2のイオンをイオン注入する第2の工程
と、前記非晶質層の再結晶化および該第2のイオン注入
により導入された不純物の活性化用熱処理を行う第3の
工程とを含み、前記第1のイオン注入の注入エネルギは
、該イオン注入により形成される非晶質層を再結晶化し
たときに発生する結晶欠陥層の深さが、ウェルと基板と
のPN接合から基板中に伸びる空乏層の深さに一致する
ときの注入エネルギよりも大きいことを特徴とした相補
型電界効果半導体装置の製造方法。
(5) Prior to or after ion implantation for forming a well of a complementary field effect semiconductor device, inert first ions that do not affect the electrical characteristics of the semiconductor are implanted to form an amorphous layer. a second step of ion-implanting electrically active second ions for well formation, and recrystallization of the amorphous layer and impurities introduced by the second ion implantation. and a third step of performing activation heat treatment, and the implantation energy of the first ion implantation is set to a depth of a crystal defect layer generated when recrystallizing the amorphous layer formed by the ion implantation. A method for manufacturing a complementary field effect semiconductor device, characterized in that the implantation energy is greater than the implantation energy when the depth matches the depth of a depletion layer extending into the substrate from a PN junction between the well and the substrate.
(6)請求項5において、前記第3の工程において前記
非晶質層を再結晶化したときに発生する結晶欠陥層の深
さを、前記相補型電界効果半導体装置のウェルと基板と
のPN接合から基板中に伸びる空乏層の深さよりも深く
形成するべく前記第1の工程におけるイオン注入の注入
量を選定し非晶質層を形成する工程を含むことを特徴と
した相補型電界効果半導体装置の製造方法。
(6) In claim 5, the depth of the crystal defect layer generated when the amorphous layer is recrystallized in the third step is determined by the PN between the well and the substrate of the complementary field effect semiconductor device. A complementary field effect semiconductor comprising the step of forming an amorphous layer by selecting the amount of ion implantation in the first step so as to form an amorphous layer deeper than the depth of a depletion layer extending from the junction into the substrate. Method of manufacturing the device.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06318559A (en) * 1993-05-07 1994-11-15 Hitachi Ltd Manufacture of semiconductor device by high energy ion implantation
JP2013062432A (en) * 2011-09-14 2013-04-04 Denso Corp Semiconductor device and manufacturing method of the same

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