JP2000164600A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2000164600A
JP2000164600A JP10340265A JP34026598A JP2000164600A JP 2000164600 A JP2000164600 A JP 2000164600A JP 10340265 A JP10340265 A JP 10340265A JP 34026598 A JP34026598 A JP 34026598A JP 2000164600 A JP2000164600 A JP 2000164600A
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junction
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device where a junction leak is prevented from occurring, by a method wherein boron of specific concentration or above is introduced into an b-type layer which is located within a range of a depletion layer that extends from the junction surface of a pn junction. SOLUTION: A silicon oxide film 2 is formed on a p-type silicon substrate 1 which includes interstitial oxygen, and a resist pattern 4 with an opening located in a region 3 which serve as an n-type well layer is formed thereon. n-type impurity ions 5 are implanted into the surface of the substrate 1 using the resist pattern 4 as a mask, and then the resist pattern 4 is removed. Then, boron ions 6 are implanted into all the surface of the substrate 1. The substrate 1 is annealed under a prescribed condition, and an n-type well layer 8 and a p-type well layer 9 as deep as prescribed are formed. Furthermore, boron of density above about 1.0×1017 cm3 is introduced into the n-type well layer 8. By this setup, a junction leak can be restrained from occurring even if oxygen deposits 11 are formed inside the n-type well layer 8 and the p-type well layer 9.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基板内に
ゲッタリングサイトとしての酸素析出物が形成された半
導体装置に関する。
The present invention relates to a semiconductor device in which an oxygen precipitate as a gettering site is formed in a silicon substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の高速化、高機能化および高
集積化のために、これに用いられる個々の半導体素子の
微細化およびその大規模集積化に対する要求は時を追っ
て増大している。しかし、半導体装置を構成する代表的
な半導体素子であるMOSFETの微細化を考えた場
合、これには様々な困難が伴う。
2. Description of the Related Art In order to increase the speed, function, and integration of a semiconductor device, the demand for miniaturization and large-scale integration of individual semiconductor elements used for the semiconductor device is increasing with time. However, when miniaturization of a MOSFET, which is a typical semiconductor element constituting a semiconductor device, is considered, this involves various difficulties.

【0003】まず、微細化によってチャネル長が縮小す
ると、それに伴いしきい値電圧が下降する(短チャネル
効果)。実際に形成された素子のしきい値電圧が半導体
回路の設計時に意図したしきい値電圧と異なると、設計
の意図とは異なる素子動作を引き起こし、回路全体の機
能を損なう。
First, when the channel length is reduced due to miniaturization, the threshold voltage is reduced accordingly (short channel effect). If the threshold voltage of the actually formed element is different from the threshold voltage intended at the time of designing the semiconductor circuit, the element operates differently from the intention of the design, thereby impairing the function of the entire circuit.

【0004】さらにゲート電極の加工寸法に、しきい値
電圧が依存するため、わずかな加工ずれでも、目途の特
性の素子を得ることが不可能となる。これは、多数の均
一な素子を必要とする半導体回路、例えばDRAM(Dy
namic Random Access Memory)の製造にとっては極めて
不都合である。
Further, since the threshold voltage depends on the processing dimensions of the gate electrode, it is impossible to obtain an element having the intended characteristics even with a slight processing deviation. This is because semiconductor circuits requiring a large number of uniform elements, such as DRAM (Dy
This is extremely inconvenient for the manufacture of a dynamic random access memory.

【0005】短チャネル効果が発生する理由は、チャネ
ル長が短くなることによって、ソースおよびドレイン電
極部分での電界の歪みが、チャネル領域にまで影響を与
えるようになるからである。この影響はMOSFETの
位置する基板領域(ウェル領域)の不純物濃度を高くす
ることで緩和される。
The reason why the short channel effect occurs is that when the channel length is shortened, the distortion of the electric field at the source and drain electrode portions affects the channel region. This effect is mitigated by increasing the impurity concentration in the substrate region (well region) where the MOSFET is located.

【0006】一方、CMOS回路を用いる論理演算素子
の場合には、その集積化に伴い、近接したnチャネルM
OSFETのソース・ドレインとpチャネルMOSFE
Tのソース・ドレインとの間に電流が貫通してしまうと
いうラッチアップ現象が起こり易くなる。一度ラッチア
ップ現象が生じると電流が継続して流れるため、回路の
機能は損なわれてしまう。
On the other hand, in the case of a logical operation element using a CMOS circuit, an n-channel M
OSFET source / drain and p-channel MOSFET
The latch-up phenomenon that a current penetrates between the source and the drain of T easily occurs. Once the latch-up phenomenon occurs, the current continues to flow, thus impairing the function of the circuit.

【0007】このようなラッチアップ現象は、nチャネ
ルMOSFET,pチャネルMOSFETの位置するp
型ウェル層およびn型ウェル層中の不純物濃度をそれぞ
れ高くし、nチャネルMOSFETおよびpチャネルM
OSのソース間およびドレイン間の電気的相互作用を遮
断することで回避できる。
Such a latch-up phenomenon is caused by the p-channel MOSFET where the n-channel MOSFET and the p-channel MOSFET
The impurity concentration in each of the n-type well layer and the n-type well layer is increased, and the n-channel MOSFET and the p-channel M
This can be avoided by cutting off electrical interaction between the source and the drain of the OS.

【0008】また、半導体装置の集積度が向上するにつ
れて、放射性物質または宇宙線起因のα線によってシリ
コン基板中に電子、正孔対が生じ、これらの電荷により
回路が誤作動する、ソフトエラーという現象が生じてく
る。
Further, as the degree of integration of a semiconductor device increases, electrons and hole pairs are generated in a silicon substrate due to radioactive substances or α rays originating from cosmic rays, and these charges cause a malfunction of a circuit, called a soft error. A phenomenon occurs.

【0009】メモリ機能を持つロジック回路やDRAM
でソフトエラーで起こると、pn接合に照射された放射
線により、シリコン基板中に多量の電子、正孔対が発生
して大電流が流れ、この大電流によって保持電荷の消失
などメモリの一時的な情報錯乱が生じる。
A logic circuit or DRAM having a memory function
When a soft error occurs in the pn junction, a large amount of electrons and hole pairs are generated in the silicon substrate due to the radiation applied to the pn junction, causing a large current to flow. Information confusion occurs.

【0010】ソフトエラーは、発生した電子、正孔対を
速やかに再結合させることにより抑制できる。再結合の
確率を高くするためには、シリコン基板およびウェルの
不純物濃度を高くしなければならない。
[0010] Soft errors can be suppressed by quickly recombining the generated electron and hole pairs. In order to increase the probability of recombination, the impurity concentration of the silicon substrate and the well must be increased.

【0011】このように半導体装置の高速化、高機能化
および高集積化に際しては、単チャネル効果、ソフトエ
ラーを抑制するために、基板およびウェルの不純物濃度
を高くしなければならないという要求があった。
As described above, when the speed, function and integration of a semiconductor device are increased, there is a demand that the impurity concentration of the substrate and the well must be increased in order to suppress the single channel effect and the soft error. Was.

【0012】一方、ULSI用半導体基板としては、通
常、チョクラルスキー(CZ)法で形成されたウェハが
用いられる。CZ法では、石英坩堝中にシリコンを溶融
し、これを引き上げる。
On the other hand, as the ULSI semiconductor substrate, a wafer formed by the Czochralski (CZ) method is usually used. In the CZ method, silicon is melted in a quartz crucible and pulled up.

【0013】しかし、この過程で、石英坩堝から酸素が
融液中に溶け込み、シリコン結晶中に過飽和の酸素が混
入される。この酸素は、格子間位置に存在し、転位を固
着する効果があるので、結晶の機械的強度を高める働き
がある。
However, in this process, oxygen from the quartz crucible dissolves into the melt, and supersaturated oxygen is mixed into the silicon crystal. This oxygen exists at the interstitial position and has the effect of fixing dislocations, and thus has the function of increasing the mechanical strength of the crystal.

【0014】また、この種の酸素は、熱処理に伴い凝集
し酸素析出物を形成するため、イントリンシクゲッタリ
ングに利用される。すなわち、酸素析出物は、半導体装
置の製造プロセス中に混入した重金属不純物などを捕獲
し、有害な不純物を素子領域から排除する、ゲッタリン
グサイトとして働く。
This kind of oxygen is used for intrinsic gettering because it coagulates with heat treatment to form oxygen precipitates. That is, the oxygen precipitate functions as a gettering site for capturing heavy metal impurities and the like mixed in during the manufacturing process of the semiconductor device and removing harmful impurities from the element region.

【0015】高集積化を達成するために半導体素子を微
細化する結果、製造プロセスの高度化、複雑化が進み、
重金属などの有害な不純物に汚染される機会は増大す
る。また、半導体素子の高機能高集積化は、許容される
汚染物資濃度を低下させ、極めて微量な汚染物資が問題
となる傾向がある。そのため、イントリンシクゲッタリ
ングは半導体素子形成プロセスに不可欠のものである。
As a result of miniaturization of semiconductor elements to achieve high integration, the manufacturing process has become more sophisticated and complicated.
The chance of contamination by harmful impurities such as heavy metals increases. In addition, high-performance and high-integration of a semiconductor element lowers an allowable concentration of contaminants, and an extremely small amount of contaminants tends to become a problem. Therefore, intrinsic gettering is indispensable in a semiconductor device forming process.

【0016】従来、ウェハに高温の熱処理を施し、基板
表面の酸素を外方拡散させ、表面部分には析出物を作ら
ず、基板深部で酸素析出物を形成するという手法が取ら
れていた。
Conventionally, a method has been adopted in which a wafer is subjected to a high-temperature heat treatment to diffuse oxygen on the surface of the substrate outward, and to form an oxygen precipitate deep in the substrate without forming a precipitate on the surface portion.

【0017】イントリンシクゲッタリングによって、素
子形成領域中の汚染物を効果的に除去するためには、酸
素析出物を素子領域の直下近傍に形成する必要があるの
に、基板深部に酸素析出物を形成していたのは以下の理
由による。
In order to effectively remove contaminants in the element formation region by intrinsic gettering, it is necessary to form an oxygen precipitate immediately below the element region. The object was formed for the following reason.

【0018】すなわち、酸素析出物の形成領域を制御よ
く調整することは困難であるため、素子領域の直下近傍
まで酸素析出物を形成しようとすると、ある確率で酸素
析出物が素子領域内にも形成され、この酸素析出物が素
子領域内のpn接合の作る空乏層にかかると接合リーク
を生じ、半導体素子の正常な動作が妨げられるという問
題が起こるからである。
That is, since it is difficult to control the formation region of the oxygen precipitate with good control, if the oxygen precipitate is to be formed immediately below the element region, there is a certain probability that the oxygen precipitate is also formed in the element region. This is because, when this oxygen precipitate is formed and reaches the depletion layer formed by the pn junction in the element region, a junction leak occurs, which causes a problem that the normal operation of the semiconductor element is hindered.

【0019】一方、生産性を高めるために、半導体基板
(ウェハ)の大口径化が進行している。しかし、大口径
の半導体基板の全面に渡って、一様に酸素析出物を形成
させることは困難である。
On the other hand, the diameter of a semiconductor substrate (wafer) has been increasing to improve productivity. However, it is difficult to uniformly form oxygen precipitates over the entire surface of a large-diameter semiconductor substrate.

【0020】基板中に不均一に酸素析出物が形成される
と、ある確率で、酸素析出物が素子領域内にも形成さ
れ、これがpn接合の作る空乏層にかかると接合リーク
を生じ、半導体素子の正常な動作げられるという問題が
起こる。
When oxygen precipitates are formed non-uniformly in the substrate, there is a certain probability that oxygen precipitates are also formed in the element region, and when this is applied to a depletion layer formed by a pn junction, a junction leak occurs to cause a semiconductor leak. There is a problem that the device can operate normally.

【0021】特に、我々の詳細な研究の結果、以上述べ
た接合リークは、pn接合が形成されるウェルの不純物
濃度が1×1017cm-3以上の高不純物濃度になると顕
著に現れることが分かった。
In particular, as a result of our detailed research, the above-described junction leakage appears remarkably when the impurity concentration of the well in which the pn junction is formed becomes a high impurity concentration of 1 × 10 17 cm −3 or more. Do you get it.

【0022】上述したように、単チャネル効果、ソフト
エラーを抑制するためには、基板およびウェルの不純物
濃度を高くする必要があるので、半導体装置の高速化、
高機能化および高集積化が進むほど上述した接合リーク
の問題は深刻となる。
As described above, in order to suppress the single channel effect and the soft error, it is necessary to increase the impurity concentration of the substrate and the well.
The junction leak problem described above becomes more serious as the functionality and integration increase.

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、イントリ
ンシクゲッタリングによって、素子形成領域中の汚染物
を効果的に除去するためには、酸素析出物を素子領域の
直下近傍に形成する必要があったが、素子領域の直下近
傍まで酸素析出物を形成しようとすると、接合リークの
問題が起こるので、従来は基板深部に酸素析出物を形成
していた。そのため、従来は素子形成領域中の汚染物を
効果的に除去することはできなかった。
As described above, in order to effectively remove contaminants in the element formation region by intrinsic gettering, it is necessary to form an oxygen precipitate immediately below the element region. However, if an attempt is made to form an oxygen precipitate immediately below the element region, a problem of junction leakage occurs. Therefore, conventionally, an oxygen precipitate was formed deep in the substrate. Therefore, conventionally, contaminants in the element forming region cannot be effectively removed.

【0024】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、接合リークを招くこと
なく、イントリンシクゲッタリングによって、素子形成
領域中の汚染物を効果的に除去することのできる半導体
装置を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and it is an object of the present invention to effectively prevent contaminants in an element formation region by intrinsic gettering without causing junction leakage. It is to provide a semiconductor device which can be removed.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】[構成]上記目的を達成
するために、本発明(請求項1)に係る半導体装置は、
シリコン基板内に形成されたゲッタリングサイトとして
の酸素析出物と、前記シリコン基板に形成された半導体
素子を構成する、不純物濃度が1×1017cm-3を超え
るn型層とp型層によって構成されたpn接合と、この
pn接合の接合面から伸びる空乏層の範囲内にある前記
n型層内に導入され、かつ濃度が1×1017cm-3を超
えるボロンとを備えていることを特徴とする。
Means for Solving the Problems [Structure] To achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention (claim 1)
An oxygen precipitate as a gettering site formed in a silicon substrate and an n-type layer and a p-type layer having an impurity concentration exceeding 1 × 10 17 cm −3 , constituting a semiconductor element formed on the silicon substrate. A pn junction formed, and boron introduced into the n-type layer within a depletion layer extending from the junction surface of the pn junction and having a concentration exceeding 1 × 10 17 cm -3 . It is characterized by.

【0026】[作用]本発明者らは、素子領域内に酸素
析出物が形成され、さらにこの酸素析出物が素子領域内
のpn接合の作る空乏層にかかると、なぜ接合リークが
生じるかを詳細に調べた。
[Operation] The present inventors have investigated why an oxygen precipitate is formed in an element region and the oxygen precipitate is applied to a depletion layer formed by a pn junction in the element region, thereby causing a junction leak. Investigated in detail.

【0027】その結果、接合リークの原因は、酸素析出
物近傍に存在する高濃度の格子間酸素原子数個が熱処理
により凝縮し、サーマルドナー(Thermal Donor:T
D)といわれる浅いドナー準位を形成し、この浅いドナ
ー準位に「シリコン/酸素析出物」界面を伝わって電子
が供給されるために起こることが明らかとなった。
As a result, the cause of the junction leakage is that a few high-concentration interstitial oxygen atoms existing near the oxygen precipitates are condensed by the heat treatment, and the thermal donor (Thermal Donor: T)
It was clarified that a shallow donor level called D) was formed, and electrons were supplied to the shallow donor level through the “silicon / oxygen precipitate” interface.

【0028】TDは二価のドナーで、図8に示す構造を
とることが知られている(P. Deaket. al., Phys, Rev.
B45 p11612 (1992))。TDの中心部には、酸素原子が
取り込まれ、Si−O−O−Siという結合が形成され
ている。
TD is a bivalent donor and is known to have a structure shown in FIG. 8 (P. Deaket. Al., Phys, Rev.
B45 p11612 (1992)). At the center of the TD, an oxygen atom is taken in and a bond of Si—O—O—Si is formed.

【0029】我々の分子軌道法を用いたシミュレーショ
ンの結果、シリコン基板中に存在するボロン原子は、酸
素原子との結合力が強く、Si−O−O−Siという結
合に積極的に取り込まれ、Si−O−B−O−Siとい
う構造を形成し、TDの構造を破壊することが明らかと
なった。このとき、ボロンは負に帯電しTDのドナーの
性質を消失させる。
As a result of a simulation using our molecular orbital method, boron atoms existing in the silicon substrate have a strong bonding force with oxygen atoms, and are positively incorporated into the bond of Si—O—O—Si. It was found that a structure of Si-OBO-Si was formed and the structure of TD was destroyed. At this time, boron is negatively charged and loses the nature of the TD donor.

【0030】また、TDの形成時には、格子間シリコン
が放出される。格子間シリコンは、格子位置にあるボロ
ン原子を格子間に打ち出し、ボロンの拡散を著しく増大
する(N.E.B.Cowern et. at., Phys. Rev. Lett., 65 p
2434 (1990) )。
In forming the TD, interstitial silicon is released. Interstitial silicon launches boron atoms at interstitial sites in the interstitial space and significantly increases the diffusion of boron (NEBCowern et. At., Phys. Rev. Lett., 65 p.
2434 (1990)).

【0031】そのため、高濃度のn型ウェル層内にn型
の性質を打ち消さない範囲で高濃度のボロンを導入する
と、素子領域内に酸素析出物が形成された場合において
は、その酸素析出物近傍に存在する高濃度の格子間酸素
が熱処理により凝縮しTDを形成するにあたって、格子
間シリコンが放出され、その周囲のボロン原子が格子間
に打ち出されて、ボロンの拡散が促進される。
Therefore, if high-concentration boron is introduced into the high-concentration n-type well layer within a range that does not negate the n-type property, when oxygen precipitates are formed in the element region, the oxygen precipitates When high-concentration interstitial oxygen existing in the vicinity is condensed by heat treatment to form TD, interstitial silicon is released, and boron atoms around the interstitial are ejected between the lattices, thereby promoting the diffusion of boron.

【0032】格子間に打ち出されたボロン原子は、Si
−O−O−Siという結合に積極的に取り込まれる。こ
のとき、ボロンは負に帯電し、TDのドナーの性質を消
失させる。
The boron atoms launched between the lattices are Si
It is positively incorporated into the bond -OO-Si. At this time, the boron is negatively charged and loses the TD donor properties.

【0033】TDのドナーの性質が消失すると、「シリ
コン/酸素析出物」界面を伝わる電子の導伝帯への出口
がふさがれるので、酸素析出物による接合リークは起こ
らない。一方、p型ウェル層はp型不純物としてボロン
を用いて形成すれば、もとよりここでは酸素析出物によ
る接合リークは起こらない。
When the nature of the TD donor disappears, the junction leak due to the oxygen precipitate does not occur because the exit of the electron passing through the "silicon / oxygen precipitate" interface to the conduction band is blocked. On the other hand, if the p-type well layer is formed using boron as the p-type impurity, the junction leak due to the oxygen precipitate does not occur here.

【0034】また、ボロンの拡散は、TDを形成するに
あたって放出される格子間シリコンにより起こるので、
低温でかつTDが形成される近傍でのみ整合的に行われ
る。したがって、半導体素子製造工程後半の高温熱処理
が行えないプロセス中にTDが形成されたとしても、特
別の熱処理を必要とせずに酸素析出物による接合リーク
の抑制を達成できる。
Since the diffusion of boron is caused by interstitial silicon released when forming TD,
It is performed consistently only at low temperature and in the vicinity where TD is formed. Therefore, even if the TD is formed during a process in which the high-temperature heat treatment cannot be performed in the latter half of the semiconductor device manufacturing process, it is possible to suppress the junction leak due to the oxygen precipitate without requiring any special heat treatment.

【0035】また、ボロンは半導体製造工程ですでに使
用されているので、その導入は特別の配慮を必要とせず
達成できる。
Further, since boron is already used in the semiconductor manufacturing process, its introduction can be achieved without requiring special consideration.

【0036】また、ボロンの導入は、n型ウェル層とな
る領域へのリン(P)のようなn型不純物の導入に引き
続き行えば良いので、ボロンの導入に際してリソグラフ
ィのような特別の工程を何ら追加せずに行うことができ
る。すなわち、n型不純物の導入に用いたマスクをその
ままボロンの導入に用いることができる。
In addition, boron may be introduced following the introduction of an n-type impurity such as phosphorus (P) into a region to be an n-type well layer. Can be done without any additions. That is, the mask used for the introduction of the n-type impurity can be used as it is for the introduction of boron.

【0037】特に、n型ウェル層およびp型ウェル層を
形成するツインタブ(twin−tub)構造の半導体
素子を形成する場合、n型ウェル層の形成工程に引き続
きp型ウェル層の形成工程が行われるので、n型ウェル
層へのボロン導入をp型ウェル層を形成するために行う
ボロンの注入にかねて行うことができる。
In particular, when a semiconductor device having a twin-tub structure for forming an n-type well layer and a p-type well layer is formed, a step of forming a p-type well layer is performed following the step of forming an n-type well layer. Therefore, boron can be introduced into the n-type well layer in conjunction with the boron implantation for forming the p-type well layer.

【0038】そのため、従来の手法に比べ、全く何の工
程を追加することなく、あるいは従来の工程を省略し
て、ボロンの導入が行える。したがって、プロセスの複
雑化を招くことなく、酸素析出物による接合リークを抑
止できる。
Therefore, boron can be introduced without adding any process or omitting the conventional process as compared with the conventional method. Therefore, the junction leak due to the oxygen precipitate can be suppressed without complicating the process.

【0039】酸素析出物による接合リークを抑止できる
結果、たとえ酸素析出物が素子領域に形成されたとして
も、半導体素子の機能は損なわれない。そのため、酸素
析出物を素子領域の直下近傍にまで形成することが許さ
れる。
As a result of suppressing the junction leak due to the oxygen precipitate, even if the oxygen precipitate is formed in the element region, the function of the semiconductor element is not impaired. Therefore, it is permitted to form oxygen precipitates immediately below the element region.

【0040】ここで、多少の確率揺らぎまたは不均一性
によって酸素析出物が素子領域に形成されても半導体装
置の歩留まりは落ちない。逆に、イントリンシクゲッタ
リングの効果を最大限に活用できる。その結果、半導体
装置の歩留まりは向上する。
Here, the yield of the semiconductor device does not decrease even if oxygen precipitates are formed in the element region due to some probability fluctuation or non-uniformity. Conversely, the effect of intrinsic gettering can be maximized. As a result, the yield of the semiconductor device is improved.

【0041】また、従来ならば、極めて均一な酸素析出
を達成するために要求されてきた半導体基板中に含まれ
る酸素濃度の均一性に対する要求が緩和される。その結
果、大口径のシリコン基板(ウェハ)を用いることが可
能となり、製造コストの削減を図れる。
Further, conventionally, the requirement for uniformity of the concentration of oxygen contained in the semiconductor substrate, which has been required to achieve extremely uniform oxygen precipitation, is relaxed. As a result, a large-diameter silicon substrate (wafer) can be used, and manufacturing costs can be reduced.

【0042】[0042]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態(以下、実施形態という)を説明する。 (第1の実施形態)図1および図2は、本発明の第1の
実施形態に係るツインタブ(twin-tub)構造のCMOS
FETの製造方法を示す工程断面図である。
Embodiments of the present invention (hereinafter, referred to as embodiments) will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIGS. 1 and 2 show a CMOS having a twin-tub structure according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the FET.

【0043】本実施形態のCMOSFETの特徴は、素
子形成領域の直下10μm以内という従来に比べて浅い
領域内にゲッタリングサイトしての酸素析出物が形成さ
れ、さらにn型ウェル層内には濃度が1×1017cm-3
を超えるp型不純物であるボロンが導入されていること
である。ただし、ボロンの濃度は、n型ウェル層のn型
としての性質を消滅させないレベルである。
The feature of the CMOSFET of the present embodiment is that oxygen precipitates as gettering sites are formed in a shallower region, which is within 10 μm immediately below the element formation region, as compared with the conventional one, and furthermore, a concentration is formed in the n-type well layer. Is 1 × 10 17 cm -3
Of boron, which is a p-type impurity, which exceeds that of boron. However, the concentration of boron is at a level that does not extinguish the n-type properties of the n-type well layer.

【0044】まず、図1(a)に示すように、格子間酸
素を1.4×1018cm-3含有するp型シリコン基板1
上に厚さ100nmのシリコン酸化膜2を形成し、次に
シリコン酸化膜2上にn型ウェル層となる領域3に開口
部を有するレジストパターン4を形成した後、レジスト
パターン4をマスクにして基板表面にn型不純物イオン
としてリン(P)イオン5を150KeVの加速エネル
ギー、1.4×1014cm-2のドーズ量でもって注入す
る。この後、レジストパターン4をアッシング法などの
公知の手法を用いて除去する。
First, as shown in FIG. 1A, a p-type silicon substrate 1 containing 1.4 × 10 18 cm -3 of interstitial oxygen was used.
A silicon oxide film 2 having a thickness of 100 nm is formed thereon, and a resist pattern 4 having an opening in a region 3 serving as an n-type well layer is formed on the silicon oxide film 2 and then using the resist pattern 4 as a mask. Phosphorus (P) ions 5 are implanted as n-type impurity ions into the substrate surface at an acceleration energy of 150 KeV and a dose of 1.4 × 10 14 cm −2 . Thereafter, the resist pattern 4 is removed by a known method such as an ashing method.

【0045】次に図1(b)に示すように、基板全面に
ボロン(B)イオン6を100KeVの加速エネルギ
ー、7.0×1013cm-2のドーズ量でもって注入す
る。
Next, as shown in FIG. 1B, boron (B) ions 6 are implanted into the entire surface of the substrate at an acceleration energy of 100 KeV and a dose of 7.0 × 10 13 cm −2 .

【0046】以上の2回のイオン注入の結果、p型ウェ
ル層となる領域7には7.0×1013cm-2のボロン
が、n型ウェル層となる領域3には7.0×1013cm
-2のボロンおよび1.4×1014cm-2のリンがそれぞ
れ注入されることになる。
As a result of the above-described two ion implantations, the region 7 serving as the p-type well layer has boron of 7.0 × 10 13 cm −2 , and the region 3 serving as the n-type well layer has 7.0 × 10 13 cm −2. 10 13 cm
−2 boron and 1.4 × 10 14 cm −2 phosphorus will be implanted respectively.

【0047】このように、本実施形態のp型ウェル層お
よびn型ウェル層を形成するためのイオン注入工程は、
p型ウェル層を形成するためのイオン注入工程において
リソグラフィ工程を省略できるので、従来のp型ウェル
層およびn型ウェル層を形成するためのイオン注入工程
に比べて、工程数が少なくて済む。したがって、p型ウ
ェル層およびn型ウェル層の形成工程全体も従来よりも
少ない工程数で済む。
As described above, the ion implantation process for forming the p-type well layer and the n-type well layer of the present embodiment
Since the lithography step can be omitted in the ion implantation step for forming the p-type well layer, the number of steps can be reduced as compared with the conventional ion implantation step for forming the p-type well layer and the n-type well layer. Accordingly, the number of steps for forming the p-type well layer and the n-type well layer is smaller than that in the related art.

【0048】もちろん、n型ウェル層となる領域3にリ
ンイオンおよびボロンイオンを注入した後に、フォトリ
ソグラフィを用いてp型ウェル層となる領域7にボロン
イオンを選択的に注入しても良い。この方法は、n型ウ
ェル層中のボロン濃度をp型ウェル層のボロン濃度と関
係なく設定できるという利点がある。
Of course, after phosphorus ions and boron ions are implanted into the region 3 to be the n-type well layer, boron ions may be selectively implanted into the region 7 to be the p-type well layer by using photolithography. This method has an advantage that the boron concentration in the n-type well layer can be set regardless of the boron concentration in the p-type well layer.

【0049】また、ボロンは半導体製造工程ですでに使
用されているので、その導入は特別の配慮を必要とせず
達成でき、しかも本実施形態の場合にはn型不純物とし
てボロンとほぼ同じ拡散係数を持つリンを使用している
ので、次工程のアニールの際に特別の配慮はいらない。
Further, since boron is already used in the semiconductor manufacturing process, its introduction can be achieved without requiring special consideration. In the case of this embodiment, the diffusion coefficient of n-type impurity is almost the same as that of boron. No special considerations are required for annealing in the next step because phosphorus having the above formula is used.

【0050】次に図1(c)に示すように、1190
℃、30分間、窒素雰囲気中のアニールを行って、ほぼ
3μmの深さのn型ウェル層8およびp型ウェル層9を
形成する。n型ウェル層8およびp型ウェル層9の導電
性の不純物濃度は、ほぼ5.0×1017cm-3となり、
1.0×1017cm-3を越える。このような濃度であれ
ば、単チャネル効果やラッチアップ現象の発生を効果的
に抑制できる。
Next, as shown in FIG.
Annealing is performed in a nitrogen atmosphere at 30 ° C. for 30 minutes to form an n-type well layer 8 and a p-type well layer 9 having a depth of about 3 μm. The conductive impurity concentration of the n-type well layer 8 and the p-type well layer 9 is approximately 5.0 × 10 17 cm −3 ,
Exceeds 1.0 × 10 17 cm -3 . With such a concentration, the occurrence of the single channel effect and the latch-up phenomenon can be effectively suppressed.

【0051】上記アニールの際に、基板表面から約5μ
mまでの深さの領域の格子間酸素が外方拡散する。一
方、これよりも深い領域10では格子間酸素が凝集する
ため、100nm程度の大きさで[111]面に囲まれ
た八面体構造の酸素析出物11が形成される。このよう
な酸素析出物11はゲッタリングサイトとして働くこと
になる。
At the time of the above annealing, about 5 μm from the substrate surface
The interstitial oxygen in the region up to m deep diffuses out. On the other hand, in the region 10 deeper than this, since interstitial oxygen is aggregated, an oxygen precipitate 11 having a size of about 100 nm and an octahedral structure surrounded by [111] planes is formed. Such oxygen precipitates 11 function as gettering sites.

【0052】ここで、酸素析出物11の形成は確率過程
であり、これを正確に制御することはできない。そのた
め、従来技術では、酸素析出物11がn型ウェル層8お
よびp型ウェル層9内に形成される確率を小さくするた
めに、n型ウェル層8およびp型ウェル層9を形成する
前に、1200℃で数時間の熱処理を行うことによっ
て、基板表面から50μm以上の深さの領域に酸素析出
物を形成していた。
Here, the formation of the oxygen precipitate 11 is a stochastic process and cannot be controlled accurately. Therefore, in the prior art, in order to reduce the probability that the oxygen precipitate 11 is formed in the n-type well layer 8 and the p-type well layer 9, before forming the n-type well layer 8 and the p-type well layer 9, By performing heat treatment at 1200 ° C. for several hours, oxygen precipitates were formed in a region at a depth of 50 μm or more from the substrate surface.

【0053】このような深い領域に形成された酸素析出
物は、素子領域に混入する有害不純物を捕獲する能力が
小さい。これに比べて、本実施形態の酸素析出物11は
n型ウェル層8およびp型ウェル層9の直下近傍にまで
形成される。そのため、素子領域に混入する有害不純物
を捕獲する能力は大きい。
The oxygen precipitate formed in such a deep region has a small ability to capture harmful impurities mixed in the element region. On the other hand, the oxygen precipitate 11 of this embodiment is formed up to the vicinity immediately below the n-type well layer 8 and the p-type well layer 9. Therefore, the ability to capture harmful impurities mixed in the element region is large.

【0054】本実施形態のように、n型ウェル層8およ
びp型ウェル層9の直下にまで酸素析出物11を形成す
るということは、ある確率でn型ウェル層8およびp型
ウェル層9内にも酸素析出物11が形成されてしまうこ
とを意味する。
The formation of the oxygen precipitate 11 immediately below the n-type well layer 8 and the p-type well layer 9 as in this embodiment means that the n-type well layer 8 and the p-type well layer 9 have a certain probability. This means that the oxygen precipitate 11 is also formed therein.

【0055】しかしながら、本実施形態のように、n型
ウェル層8中に1.0×1017cm-3を越える濃度のボ
ロンを導入すれば、n型ウェル層8およびp型ウェル層
9内に酸素析出物11が形成されても、接合リークの問
題は起こらない。
However, if boron having a concentration exceeding 1.0 × 10 17 cm −3 is introduced into the n-type well layer 8 as in this embodiment, the n-type well layer 8 and the p-type The problem of junction leakage does not occur even if oxygen precipitates 11 are formed in the substrate.

【0056】以下、その理由について説明する。Hereinafter, the reason will be described.

【0057】まず、ボロンを導入しない場合において、
n型ウェル層8に酸素析出物11が形成された場合に起
こる現象について説明する。
First, when boron is not introduced,
A phenomenon that occurs when the oxygen precipitate 11 is formed in the n-type well layer 8 will be described.

【0058】図3は、ボロンを導入しないn型ウェル層
8とこの中に形成されたp型層とによるpn接合の逆バ
イアス電圧VR と逆バイアスリーク電流IR との関係を
調べた結果を示す図である。
FIG. 3 shows the result of examining the relationship between the reverse bias voltage V R of the pn junction and the reverse bias leak current I R by the n-type well layer 8 into which boron is not introduced and the p-type layer formed therein. FIG.

【0059】同図(a)において、Aaはn型ウェル層
8の比較的深い部分に酸素析出物11が形成された場
合、Baは酸素析出物11が形成されなかった場合、同
図(b)において、Abはn型ウェル層8の比較的浅い
位置に酸素析出物11が形成された場合、Bbは酸素析
出物11が形成されなかった場合のリーク電流をそれぞ
れ示している。
In FIG. 7A, Aa indicates the case where the oxygen precipitate 11 was formed in a relatively deep portion of the n-type well layer 8, and Ba indicates the case where the oxygen precipitate 11 was not formed. In ()), Ab indicates a leak current when the oxygen precipitate 11 is formed at a relatively shallow position of the n-type well layer 8 and Bb indicates a leak current when the oxygen precipitate 11 is not formed.

【0060】図から、酸素析出物の位置によらず、ボロ
ンを含まないn型ウェル層8に酸素析出物11が形成さ
れた場合は、酸素析出物11が形成されていない場合に
比べて、逆バイアスリーク電流IR が著しく増加するこ
とが分かる。
As can be seen from the drawing, regardless of the position of the oxygen precipitate, the case where the oxygen precipitate 11 was formed in the n-type well layer 8 containing no boron was larger than the case where the oxygen precipitate 11 was not formed. It can be seen that the reverse bias leak current I R significantly increases.

【0061】図4は、図3(a),(b)の各々の酸素
析出部起因の逆バイアスリーク電流(Aa,Ab)を上
記pn接合下に伸びる空乏層の幅Wの関数として表した
片対数プロット図(I−W特性)である。空乏層の幅W
はpn接合内に存在する電界の一次関数となる。図4の
Aa、Abはそれぞれ図3のAa、Abに対応するもの
である。
FIG. 4 shows the reverse bias leak currents (Aa, Ab) caused by the oxygen precipitates in FIGS. 3A and 3B as a function of the width W of the depletion layer extending below the pn junction. It is a semi-log plot (IW characteristic). Depletion layer width W
Is a linear function of the electric field present in the pn junction. Aa and Ab in FIG. 4 correspond to Aa and Ab in FIG. 3, respectively.

【0062】図5は、I−W特性を片対数プロットした
時に直線成分(Ca,Cb)および空乏層の幅W1/2
比例した成分(Da,Db)を持っていることを示す図
である。図5のAa、Abはそれぞれ図3のAa、Ab
に対応するものである。
FIG. 5 shows that when the IW characteristic is plotted semilogarithmically, it has linear components (Ca, Cb) and components (Da, Db) proportional to the width W 1/2 of the depletion layer. It is. Aa and Ab in FIG. 5 are respectively Aa and Ab in FIG.
It corresponds to.

【0063】空乏層の幅Wはpn接合内に存在する電界
Fの一次関数であるから、I−W特性は以下の関数形で
表現されることになる。
Since the width W of the depletion layer is a linear function of the electric field F existing in the pn junction, the IW characteristic is expressed by the following function.

【0064】 IR=ept・efp/(ept+efp) …… 接合リーク電流(曲線Aa,Ab) ept(F)=exp{αpt+βpt・F} …… 直線成分(直線Ca,Cb) efp(F)=exp{αfp+βfp・F1/2} …… W1/2に比例した成分(曲線Da,Db ) eptはphonon assist tunneling機構を示し、efpはFre
nkel-Poole機構を表すことが分かる。
I R = ept · e fp / (e pt + e fp ) ··· Junction leakage current (curves Aa and Ab) e pt (F) = exp {α pt + β pt · F} linear component ( Straight line Ca, Cb) e fp (F) = exp {α fp + β fp · F 1/2 }... Component (curve Da, Db) proportional to W 1/2 ep indicates phonon assist tunneling mechanism, and efp indicates Fre
It turns out to represent the nkel-Poole mechanism.

【0065】さらにこれらの成分の温度依存性を調べた
ところ、eptは酸素析出物11とシリコンの界面に存在
する準位を電子が伝わるホッピング伝導であり、efpは
浅い2価のCoulomb center、すなわち酸素析出物11の
近傍に形成されたTDからの電子放出であることが判明
した。
Further investigation of the temperature dependence of these components revealed that ept is hopping conduction in which electrons travel through the level existing at the interface between oxygen precipitate 11 and silicon, and efp is a shallow divalent Coulomb center, that is, It was found that electrons were emitted from the TD formed near the oxygen precipitate 11.

【0066】図6は、このような知見を総合した酸素析
出物11による接合リーク機構を示す図である。
FIG. 6 is a view showing a junction leak mechanism based on the oxygen precipitate 11 based on the above findings.

【0067】酸素析出物11がpn接合下に作られる電
界の影響下に入ると、酸素析出物11とシリコンの界面
に存在する界面準位の間で電子が飛び石を伝わるように
ホッピングする。また、価電子帯Ev から電子が供給さ
れる。この伝導機構は電界が強いほど効果的になること
はいうまでもない。
When the oxygen precipitate 11 enters the influence of the electric field created under the pn junction, electrons hop between the interface states existing at the interface between the oxygen precipitate 11 and silicon so as to propagate the stepping stone. Also, electrons are supplied from the valence band Ev. It goes without saying that this conduction mechanism becomes more effective as the electric field becomes stronger.

【0068】一方、酸素析出物11の近傍には、酸素析
出物11から溶け出した格子間酸素が高濃度に存在し、
これがある確率で凝縮しTDとなる。TDは++に帯電
しているのでホッピング中の電子を激しく引き寄せ、ポ
テンシャルの電界によって引き下げられた部分から電子
を導伝帯Ec に放出する。このような電子の導伝帯Ec
への放出によって、接合リークが発生するわけである。
On the other hand, in the vicinity of the oxygen precipitate 11, a high concentration of interstitial oxygen dissolved from the oxygen precipitate 11 exists.
This condenses at a certain probability to become TD. Since the TD is charged to ++, electrons during hopping are strongly attracted, and electrons are emitted to the conduction band Ec from a portion reduced by the potential electric field. Such an electron conduction band Ec
Release causes junction leakage.

【0069】これらの知見から、酸素析出物11による
接合リークには電界の効果が不可欠であることが分か
る。
From these findings, it is understood that the effect of the electric field is indispensable for the junction leak due to the oxygen precipitate 11.

【0070】n型ウェル層8およびp型ウェル層9の不
純物濃度が高くなると、ここに形成されるpn接合の電
界も大きくなり、酸素析出物11による接合リークは大
きな脅威となる。実際、我々の実験では、不純物濃度が
1.0×1017cm-3を越えると接合リークが顕著に発
生することが判明した。
When the impurity concentrations of the n-type well layer 8 and the p-type well layer 9 increase, the electric field of the pn junction formed here also increases, and the junction leak due to the oxygen precipitate 11 poses a serious threat. In fact, in our experiments, it has been found that when the impurity concentration exceeds 1.0 × 10 17 cm −3 , the junction leak significantly occurs.

【0071】以上、実証したように、酸素析出物11に
よる接合リークは、(1)1.0×1017cm-3以上の
ウェル濃度で、(2)TDが酸素析出物近傍に生成され
たとき、に発生する。
As demonstrated above, the junction leak due to the oxygen precipitate 11 was (1) at a well concentration of 1.0 × 10 17 cm -3 or more and (2) TD was generated near the oxygen precipitate. Occurs when.

【0072】ところで、TDは二価のドナーで、TDの
中心部には酸素原子が取り込まれ、Si−O−O−Si
という結合が形成されている。
Incidentally, TD is a divalent donor, and an oxygen atom is incorporated into the center of TD, and Si—O—O—Si
Is formed.

【0073】本発明者らの分子軌道法を用いたシミュレ
ーションの結果、シリコン中に存在するボロン原子は、
酸素原子との結合力が強く、Si−O−O−Siという
結合に積極的に取り込まれ、Si−O−B−O−Siと
いう構造を形成し、TDの構造を破壊することが明らか
となった。
As a result of a simulation using the molecular orbital method of the present inventors, boron atoms existing in silicon
It is clear that it has a strong bond with oxygen atoms, is positively incorporated into the bond Si-OO-Si, forms a structure Si-O-BO-Si, and destroys the TD structure. became.

【0074】また、TDの形成時には格子間シリコンが
放出される。格子間シリコンは、格子位置にあるボロン
原子を格子間に打ち出し、ボロンの拡散を著しく増大す
る。
In forming the TD, interstitial silicon is released. Interstitial silicon launches boron atoms at lattice positions between lattices, significantly increasing boron diffusion.

【0075】そのため、図1(c)に示したアニールに
よって酸素析出物11を形成する工程においては、酸素
析出物11の近傍に存在する高濃度の格子間酸素が上記
アニールにより凝縮してTDが形成され、格子間シリコ
ンが放出されることになる。
Therefore, in the step of forming oxygen precipitates 11 by annealing shown in FIG. 1C, high-concentration interstitial oxygen present in the vicinity of oxygen precipitates 11 is condensed by the above-mentioned annealing to reduce TD. Once formed, interstitial silicon will be released.

【0076】高不純物濃度のn型ウェル層8内には、
5.0×1017cm-3という高濃度のボロンが導入され
ているので、放出された格子間シリコンがその周囲のボ
ロン原子を格子間に打ち出しボロンの拡散を促す。
In the n-type well layer 8 having a high impurity concentration,
Since boron having a high concentration of 5.0 × 10 17 cm −3 has been introduced, the released interstitial silicon drives out the surrounding boron atoms between the lattices to promote the diffusion of boron.

【0077】このボロン原子はSi−O−O−Siとい
う結合に積極的に取り込まれる。このとき、ボロンは負
に帯電し、TDのドナーの性質を消失させる。TDのド
ナーの性質が消失すると、「シリコン/酸素析出物」界
面を伝わる電子の導電帯への出口が塞がれ、酸素析出物
11による接合リークは起こらない。実際、1.0×1
17cm-3のボロン濃度があれば、酸素析出物11によ
る接合リークは起こらないことが、実験によって確認さ
れた。
This boron atom is positively incorporated into the bond Si—O—O—Si. At this time, the boron is negatively charged and loses the TD donor properties. When the nature of the TD donor disappears, the exit of the electrons passing through the “silicon / oxygen precipitate” interface to the conduction band is blocked, and no junction leak due to the oxygen precipitate 11 occurs. Actually, 1.0 × 1
Experiments have confirmed that when the boron concentration is 0 17 cm -3, the junction leak due to the oxygen precipitate 11 does not occur.

【0078】本実施形態では、高濃度(5.0×1017
cm-3)のボロンを含むn型ウェル層8を形成している
ので、図1(c)に示したようにn型ウェル層8中に酸
素析出物11が形成されても、接合リークの原因となる
ドナーの性質を持ったTDが発生することを効果的に抑
制することができる。しかも、酸素析出物11はn型ウ
ェル層8の直下近傍に形成されるので、イントリンシク
ゲッタリングの効果を最大限に得ることができる。
In this embodiment, the high density (5.0 × 10 17)
Since the n-type well layer 8 containing boron (cm −3 ) is formed, even if the oxygen precipitate 11 is formed in the n-type well layer 8 as shown in FIG. It is possible to effectively suppress the occurrence of TD having the property of the donor that causes the TD. In addition, since the oxygen precipitate 11 is formed immediately below the n-type well layer 8, the effect of the intrinsic gettering can be maximized.

【0079】図1(c)の工程後は従来と同じである。
まず、シリコン酸化膜2を除去し、次に図2(d)に示
すように、p型シリコン基板1の表面にSTI(Shallo
wTrench Isolation)による素子分離絶縁膜12を形成
する。この素子分離絶縁膜12は浅い溝内に埋込み形成
されたシリコン酸化膜などの絶縁膜である。
After the step of FIG. 1C, the process is the same as the conventional process.
First, the silicon oxide film 2 is removed, and then, as shown in FIG.
An element isolation insulating film 12 is formed by wTrench Isolation. The element isolation insulating film 12 is an insulating film such as a silicon oxide film buried in a shallow groove.

【0080】次に同図(d)に示すように、n型ウェル
層8およびp型ウェル層9上にゲート絶縁膜13を形成
した後、n型ウェル層8上にはn型不純物を含むポリシ
リコン膜からなるゲート電極14n、p型ウェル層9上
にはp型不純物を含むポリシリコン膜からなるゲート電
極14pを形成する。
Next, as shown in FIG. 2D, after a gate insulating film 13 is formed on the n-type well layer 8 and the p-type well layer 9, the n-type well layer 8 contains an n-type impurity. On the gate electrode 14n made of a polysilicon film and the p-type well layer 9, a gate electrode 14p made of a polysilicon film containing a p-type impurity is formed.

【0081】このようなゲート電極14n,14pの形
成するには、まず、アンドープの厚さ200nmのポリ
シリコン膜を形成し、次にn型ウェル層8に開口部を有
するレジストパターンを形成し、これをマスクにしてn
型ウェル層8上に位置するポリシリコン膜中にn型不純
物を選択的に導入し、次に上記レジストパターンを除去
した後、p型ウェル層9上に開口部を有するレジストパ
ターンを形成し、これをマスクにしてp型ウェル層9上
に位置するポリシリコン膜中にp型不純物を選択的に導
入する。なお、n型不純物とp型不純物の導入順序は逆
でも良い。
To form such gate electrodes 14n and 14p, first, an undoped polysilicon film having a thickness of 200 nm is formed, and then a resist pattern having an opening in the n-type well layer 8 is formed. Using this as a mask, n
An n-type impurity is selectively introduced into the polysilicon film located on the p-type well layer 8, and after removing the resist pattern, a resist pattern having an opening is formed on the p-type well layer 9, Using this as a mask, p-type impurities are selectively introduced into the polysilicon film located on p-type well layer 9. Note that the order of introduction of the n-type impurity and the p-type impurity may be reversed.

【0082】次に図2(f)に示すように、p型ウェル
層9を覆う図示しないレジストおよびゲート電極14n
をマスクにして,n型ウェル層8の表面にp型不純物イ
オンを選択的に注入し、次に上記レジストを除去した
後、n型ウェル層8を覆う図示しないレジストおよびゲ
ート電極14pをマスクにして,p型ウェル層9の表面
にn型不純物イオンをっ注入し、続いてアニールを行う
ことによって、上記n型およびp型不純物を活性化し
て、p型ソース・ドレイン拡散層15pおよびn型ソー
ス・ドレイン拡散層15nを形成する。このときのアニ
ールによって、ゲート電極14nのn型不純物およびゲ
ート電極14pのp型不純物も活性化される。
Next, as shown in FIG. 2F, a not-shown resist covering the p-type well layer 9 and the gate electrode 14n
Is used as a mask, p-type impurity ions are selectively implanted into the surface of the n-type well layer 8, then the resist is removed, and then a resist (not shown) covering the n-type well layer 8 and the gate electrode 14p are used as a mask. Then, by implanting n-type impurity ions into the surface of the p-type well layer 9 and subsequently performing annealing, the n-type and p-type impurities are activated, and the p-type source / drain diffusion layers 15p and n-type A source / drain diffusion layer 15n is formed. The annealing at this time also activates the n-type impurity of the gate electrode 14n and the p-type impurity of the gate electrode 14p.

【0083】最後に、周知の層間絶縁膜の堆積工程、コ
ンタクトホールの開口工程、金属配線の設置工程および
実装工程等を経て、素子形成領域の直下10μm以内に
ゲッタリングサイトとしての酸素析出物11を有するツ
インタブ構造のCMOSFETが完成する。 (第2の実施形態)図7は、本発明の第2の実施形態に
係るツインタブ構造のCMOSFETの製造方法を示す
工程断面図である。なお、図1、図2と対応する部分に
は図1、図2と同一符号を付してあり、詳細な説明は省
略する。
Finally, through a well-known interlayer insulating film deposition step, contact hole opening step, metal wiring setting step, mounting step, etc., the oxygen precipitate 11 as a gettering site is formed within 10 μm immediately below the element formation region. The CMOSFET having the twin tub structure having the above structure is completed. (Second Embodiment) FIG. 7 is a process sectional view showing a method of manufacturing a CMOSFET having a twin tub structure according to a second embodiment of the present invention. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2, and the detailed description is omitted.

【0084】本実施形態が第1の実施形態と異なる点
は、ボロンの導入のしかたにある。すなわち、本実施形
態では、図1(b)の工程でn型ウェル層8にボロンを
導入せずに、図2(d)のゲート電極14n,14pの
形成工程まで進む。図7(a)はこの段階の断面を示し
ている。
This embodiment differs from the first embodiment in the way of introducing boron. That is, in the present embodiment, the process proceeds to the step of forming the gate electrodes 14n and 14p in FIG. 2D without introducing boron into the n-type well layer 8 in the step of FIG. FIG. 7A shows a cross section at this stage.

【0085】次に図7(b)に示すように、p型ウェル
層9を覆う図示しないレジストおよびゲート電極14n
をマスクにして、n型ウェル層8にボロンイオンを注入
した後、アニールを行う。
Next, as shown in FIG. 7B, a not-shown resist covering the p-type well layer 9 and the gate electrode 14n
After implanting boron ions into the n-type well layer 8 using the mask as a mask, annealing is performed.

【0086】ここで、ボロン濃度は、n型ウェル層8の
n型不純物濃度を超えず、かつ1.0×1017cm-3
上の範囲、例えば2.0×1017cm-3となるように調
整する。
Here, the boron concentration does not exceed the n-type impurity concentration of the n-type well layer 8 and is in a range of 1.0 × 10 17 cm −3 or more, for example, 2.0 × 10 17 cm −3. Adjust as follows.

【0087】また、ボロン含有領域16の深さは、この
後形成されるpn接合から伸びる空乏層の幅を超えるよ
うに設定する。具体的には、0.5μm以上の深さがあ
ったほうが望ましい。なお、必要な応じて熱処理を行っ
てボロン導入深さを調節しても良い。
The depth of the boron-containing region 16 is set so as to exceed the width of a depletion layer extending from a pn junction formed thereafter. Specifically, it is desirable that the depth be 0.5 μm or more. Note that heat treatment may be performed as necessary to adjust the boron introduction depth.

【0088】このようなボロンの導入方法は、次工程の
p型ソース・ドレイン拡散層15pの形成と一連の工程
として行えるので、新たな工程を追加する必要がない。
さらに、このようなボロンの導入方法は、pチャネルM
OSFETのチャネル領域にはボロンが導入されないた
め、第1の実施形態に比べて、チャネル領域での不純物
散乱が逓減され、素子の高速動作化には有利である。
Since such a method of introducing boron can be performed as a series of steps including the formation of the p-type source / drain diffusion layer 15p in the next step, it is not necessary to add a new step.
Further, such a method for introducing boron is based on p-channel M
Since boron is not introduced into the channel region of the OSFET, the scattering of impurities in the channel region is reduced as compared with the first embodiment, which is advantageous for high-speed operation of the device.

【0089】次に図7(c)に示すように、上記図示し
ないレジストおよびゲート電極14nをマスクにして、
n型ウェル層8にp型不純物イオンを選択的にイオン注
入した後、アニールを行ってp型ソース・ドレイン拡散
層15pを形成する。注入深さは、0.1μm以下に設
定し、不純物濃度は5.0×1019cm-3以上になるよ
うにする。
Next, as shown in FIG. 7C, the resist (not shown) and the gate electrode 14n are used as a mask,
After selectively implanting p-type impurity ions into the n-type well layer 8, annealing is performed to form p-type source / drain diffusion layers 15p. The implantation depth is set to 0.1 μm or less, and the impurity concentration is set to 5.0 × 10 19 cm −3 or more.

【0090】次に同図(c)に示すように、同様に、p
型ウェル層9にn型不純物イオンを選択的に注入した
後、アニールを行ってn型ソース・ドレイン拡散層15
nを形成する。この後の工程は第1の実施形態と同じで
ある。
Next, as shown in FIG.
After selectively implanting n-type impurity ions into the n-type well layer 9, annealing is performed to form n-type source / drain diffusion layers 15.
forming n. Subsequent steps are the same as in the first embodiment.

【0091】本実施形態でも第1の実施形態と同様な効
果が得られ、さらにpチャネルMOSFETのチャネル
領域にはボロンが導入されないため、第1の実施形態に
比べて、素子の動作速度を速くすることができる。
In this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, since boron is not introduced into the channel region of the p-channel MOSFET, the operation speed of the element can be increased as compared with the first embodiment. can do.

【0092】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではなく、例えば基板の格子間酸素濃度、各種膜
の膜厚、n型およびp型不純物イオンの種類、イオン注
入の加速電圧・ドーズ量、アニールの温度・時間・雰囲
気などは適宜することができる。
The present invention is not limited to the above embodiment, but includes, for example, the interstitial oxygen concentration of the substrate, the thickness of various films, the types of n-type and p-type impurity ions, the acceleration voltage for ion implantation, The dose, annealing temperature, time, atmosphere, and the like can be appropriately set.

【0093】また、上記実施形態では基板(ウェハ)の
口径については特に言及しなかったが、作用の項で説明
したように、本発明によれば大口径の基板を用いても接
合リークの問題が起こらないので、製造コストの削減の
観点からは大口径の基板を用いることが望ましい。
In the above embodiment, the diameter of the substrate (wafer) is not specifically mentioned. However, as described in the section of the operation, according to the present invention, the problem of junction leakage can be obtained even if a large-diameter substrate is used. Therefore, it is desirable to use a large-diameter substrate from the viewpoint of reduction in manufacturing cost.

【0094】また、上記実施形態ではCMOSFETの
場合について説明したが、本発明は半導体素子の種類に
関係なく有効である。特に本発明は製造工程の後半に高
温熱処理が行えない半導体素子に対して有効である。そ
の理由は作用の項で説明したように、ボロンの拡散がT
Dを形成するにあたって放出される格子間シリコンによ
り起こり、ボロンの拡散が低温でかつTDが形成される
近傍でのみ整合的に行われるからである。
In the above embodiment, the case of the CMOSFET has been described. However, the present invention is effective regardless of the type of the semiconductor element. In particular, the present invention is effective for semiconductor elements in which high-temperature heat treatment cannot be performed in the latter half of the manufacturing process. The reason is that, as explained in the operation section, the diffusion of boron is T
This is because boron is generated by interstitial silicon released when forming D, and boron diffusion is performed consistently only at a low temperature and in the vicinity of the formation of TD.

【0095】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施できる。
In addition, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0096】[0096]

【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、接
合リークの原因となるTDのドナーとしての性質を消滅
させることができるので、接合リークを招くことなく、
イントリンシクゲッタリングによって、素子形成領域中
の汚染物を効果的に除去することのできる半導体装置を
実現できるようになる。
As described in detail above, according to the present invention, it is possible to extinguish the property of TD as a donor which causes a junction leak without causing a junction leak.
By the intrinsic gettering, a semiconductor device capable of effectively removing contaminants in an element formation region can be realized.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係るツインタブ構造
のCMOSFETの製造方法の前半を示す工程断面図
FIG. 1 is a process sectional view showing the first half of a method for manufacturing a CMOSFET having a twin-tub structure according to a first embodiment of the present invention;

【図2】本発明の第1の実施形態に係るツインタブ構造
のCMOSFETの製造方法の後半を示す工程断面図
FIG. 2 is a process sectional view showing the latter half of the method for manufacturing the twin-tub structure CMOSFET according to the first embodiment of the present invention;

【図3】ボロンを導入しないn型ウェル層とそれに形成
されたp型層によるpn接合について、逆バイアス電圧
R と逆バイアスリーク電流IR との関係を調べた結果
を示す図
[3] The pn junction by n-type well layer not to introduce boron the p-type layer formed on it, shows the results of examining the relationship between the reverse bias voltage V R and the reverse bias leakage current I R

【図4】図3に示した逆バイアスリーク電流(Aa,A
b)をpn接合下に伸びる空乏層の幅Wの関数として表
した図
FIG. 4 shows the reverse bias leak current (Aa, A
b) as a function of the width W of the depletion layer extending below the pn junction

【図5】図4に示したI−W特性(Aa,Ab)が直線
成分(Ca,Cb)および空乏層の幅W1/2 に比例した
成分(Da,Db)を持っていることを示す図
5 shows that the IW characteristics (Aa, Ab) shown in FIG. 4 have linear components (Ca, Cb) and components (Da, Db) proportional to the width W 1/2 of the depletion layer. Illustration

【図6】酸素析出物による接合リーク機構を示すエネル
ギーバンド図
FIG. 6 is an energy band diagram showing a junction leak mechanism caused by oxygen precipitates.

【図7】本発明の第2の実施形態に係るツインタブ構造
のCMOSFETの製造方法を示す工程断面図
FIG. 7 is a process sectional view showing a method for manufacturing a twin-tub structure CMOSFET according to the second embodiment of the present invention.

【図8】TD(Thermal Donor)の構造を示す図FIG. 8 is a diagram showing a structure of a TD (Thermal Donor).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…p型シリコン基板 2…シリコン酸化膜 3…n型ウェル層となる領域 4…レジストパターン 5…リンイオン 6…ボロンイオン 7…p型ウェル層となる領域 8…n型ウェル層 9…p型ウェル層 10…酸素析出物が形成される深い領域 11…酸素析出物 12…素子分離絶縁膜 13…ゲート絶縁膜 14n…ゲート電極(n型ポリシリコン膜) 14p…ゲート電極(p型ポリシリコン膜) 15n…n型ソース・ドレイン拡散層 15p…p型ソース・ドレイン拡散層 16…ボロン含有領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... p-type silicon substrate 2 ... silicon oxide film 3 ... area | region which becomes an n-type well layer 4 ... resist pattern 5 ... phosphorus ion 6 ... boron ion 7 ... area | region which becomes a p-type well layer 8 ... n-type well layer 9 ... p-type Well layer 10 ... Deep region where oxygen precipitate is formed 11 ... Oxygen precipitate 12 ... Element isolation insulating film 13 ... Gate insulating film 14n ... Gate electrode (n-type polysilicon film) 14p ... Gate electrode (p-type polysilicon film) 15n: n-type source / drain diffusion layer 15p: p-type source / drain diffusion layer 16: boron-containing region

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】シリコン基板内に形成されたゲッタリング
サイトとしての酸素析出物と、 前記シリコン基板に形成された半導体素子を構成する、
不純物濃度が1×1017cm-3を超えるn型層とp型層
によって構成されたpn接合と、 このpn接合の接合面から伸びる空乏層の範囲内にある
前記n型層内に導入され、かつ濃度が1×1017cm-3
を超えるボロンとを具備してなることを特徴とする半導
体装置。
An oxygen precipitate as a gettering site formed in a silicon substrate; and a semiconductor element formed on the silicon substrate.
A pn junction formed by an n-type layer and a p-type layer having an impurity concentration exceeding 1 × 10 17 cm −3 , and introduced into the n-type layer within a depletion layer extending from the junction surface of the pn junction. And the concentration is 1 × 10 17 cm -3
A semiconductor device comprising: boron.
【請求項2】シリコン基板内に形成されたゲッタリング
サイトとしての酸素析出物と、 前記シリコン基板に形成された半導体素子を構成する、
不純物濃度が1×1017cm-3を超えるn型層とp型層
によって構成されたpn接合と、 このpn接合の接合面から伸びる空乏層の範囲内にある
前記n型層内に導入され、かつ前記範囲内にある前記n
型層内に存在するサーマルドナーのドナーとしての性質
を消滅させることのできる濃度のボロンとを具備してな
ることを特徴とする半導体装置。
2. An oxygen precipitate as a gettering site formed in a silicon substrate, and a semiconductor element formed on the silicon substrate.
A pn junction formed by an n-type layer and a p-type layer having an impurity concentration exceeding 1 × 10 17 cm −3 , and introduced into the n-type layer within a depletion layer extending from the junction surface of the pn junction. And n within the above range
A boron having a concentration capable of extinguishing the donor properties of a thermal donor present in the mold layer.
【請求項3】前記酸素析出物は、前記シリコン基板の前
記半導体素子の形成領域の表面から10μm以内の深さ
の領域に形成されていることを特徴とする請求項1また
は請求項2に記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the oxygen precipitate is formed in a region within a depth of 10 μm or less from a surface of the semiconductor element formation region of the silicon substrate. Semiconductor device.
【請求項4】前記p型層は、pチャネルMOSFETの
p型ソース・ドレイン拡散層、前記n型層は、前記p型
ソース・ドレイン拡散層が形成されたn型層であること
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装
置。
4. The p-type layer is a p-type source / drain diffusion layer of a p-channel MOSFET, and the n-type layer is an n-type layer on which the p-type source / drain diffusion layer is formed. The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein
【請求項5】前記pチャネルMOSFETのゲート電極
下のチャネル領域は、1×1017cm-3を超える濃度の
ボロンを含まないことを特徴とする請求項4に記載の半
導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the channel region under the gate electrode of the p-channel MOSFET does not contain boron having a concentration exceeding 1 × 10 17 cm −3 .
【請求項6】前記n型層の全体に前記ボロンが導入され
ていることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 4, wherein said boron is introduced into the whole of said n-type layer.
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JP2009272443A (en) * 2008-05-07 2009-11-19 Sumco Corp Silicon wafer and its production process
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