JP2002026261A - Mos型キャパシタの製造方法 - Google Patents

Mos型キャパシタの製造方法

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JP2002026261A
JP2002026261A JP2000202634A JP2000202634A JP2002026261A JP 2002026261 A JP2002026261 A JP 2002026261A JP 2000202634 A JP2000202634 A JP 2000202634A JP 2000202634 A JP2000202634 A JP 2000202634A JP 2002026261 A JP2002026261 A JP 2002026261A
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oxide film
phosphorus
arsenic
gate oxide
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Akira Yamada
山田  明
Yoshiaki Nakayama
喜明 中山
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Denso Corp
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Denso Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 良質なゲート酸化膜を形成するMOS型キャ
パシタの製造方法を提供する。 【解決手段】 SOIウェハ1の素子形成基板13に対
して、不純物をイオン注入して不純物を拡散させること
によりN+領域5を形成し、素子形成基板13の表面の
うちN+領域5上にゲート酸化膜7を形成し、ゲート酸
化膜7上にゲート電極8を形成してなるMOS型キャパ
シタの製造方法において、不純物としてリンとヒ素とを
用い、イオン注入をリンのドーズ量ycm-2とヒ素のド
ーズ量xcm-2とが、y+0.5x≧4×1015、を満
足するような関係で行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板に不純
物をドーピングすることによって形成されたMOS型キ
ャパシタの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】複合ICは絶縁分離用のトレンチ技術を
用いて、SOIウェハ上にCMOS、バイポーラトラン
ジスタ、パワーデバイス等を形成し1チップ化した半導
体集積回路である。この複合ICに用いられるキャパシ
タの製造方法について概略を説明する。まず、SOIウ
ェハの素子形成基板にリン等をドーピングし、その上の
SOIウェハ表面に誘電体としてのゲート酸化膜を形成
する。そして、ゲート酸化膜上にPolySi等からな
る電極を形成して、この電極、及び素子形成基板のうち
リンがドーピングされた部位の各々と配線とを電気的に
接続する。このようにしてMOSキャパシタが完成す
る。
【0003】このような複合ICに用いられるキャパシ
タの中には、動作時に極性が変化するキャパシタがあ
る。このようなキャパシタでは、極性の変化に伴う容量
変化を少なくするため、素子形成基板に高濃度のリンを
注入したN+領域を形成し、その上にゲート酸化膜を形
成するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リンの
濃度が濃い領域には重金属などの不純物が集まりやすい
ため、この重金属不純物がゲート酸化膜に影響を及ぼし
てゲート酸化膜の耐圧不良が多くなる。そのため、この
キャパシタにおいては、印加電圧の制限やその他の使用
制限があるといった問題点がある。
【0005】本発明は上記問題点に鑑み、良質なゲート
酸化膜を形成するMOS型キャパシタの製造方法を提供
することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明では、シリコン基板(1)に
不純物をイオン注入し、該不純物を拡散させることによ
り第1の電極(5)を形成し、シリコン基板の表面(1
a)における第1の電極上にゲート酸化膜(7)を形成
し、該ゲート酸化膜上に第2の電極(8)を形成してな
るMOS型キャパシタの製造方法において、第1の電極
の不純物としてリンとヒ素とを用い、イオン注入を、リ
ンのドーズ量y(cm-2)とヒ素のドーズ量x(c
-2)とが、y+0.5x≧4×1015、を満足するよ
うな関係で行うことを特徴としている。
【0007】この様な条件でリンとヒ素とをシリコン基
板に注入すると、良質なゲート酸化膜を形成することが
できる。
【0008】この場合、請求項2に記載の発明のよう
に、リンとヒ素とを、同一のレジスト(4)を用いてシ
リコン基板に注入することで、製造工程数を低減するこ
とができる。
【0009】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図1にMOSキャパシタの断面構成
を概略断面図にて示す。また、図2及び図3にMOSキ
ャパシタの製造工程を概略断面図にて示す。
【0011】まず、図1を参照して、本発明のMOS型
キャパシタの構成について説明する。図1に示すよう
に、MOSキャパシタは、支持基板11、及び支持基板
11の上に配置された埋め込み酸化膜12、及び埋め込
み酸化膜12の上に配置された素子形成基板13を備え
たSOIウェハ1に構成されている。本実施形態ではS
OIウェハ1の素子形成基板がN型のものを用いてい
る。素子形成基板13には絶縁分離用のトレンチ2が形
成されている。トレンチ2の側壁2aは酸化され、トレ
ンチ2の内部はトレンチ埋め込み用のPolySi2b
で充填されている。
【0012】また、素子形成基板13の表層部にはN+
領域5が形成されており、このN+領域5が第1の電極
となっている。N+領域5は不純物としてリンとヒ素と
が注入されてなり、N+領域5のうちの表層部5aが主
としてヒ素の領域になっており、下層部5bが主として
リンの領域になっている。なお、N+領域5の深さは、
例えば12.8μmとなっている。
【0013】SOIウェハ1の表面1aには、ゲート酸
化膜7とLOCOS酸化膜6とが形成されている。ゲー
ト酸化膜7の厚さは、例えば8.4×10-8mである。
そして、ゲート酸化膜7上にゲート電極(請求項でいう
第2の電極)8が形成されている。このゲート電極8に
は、例えばPolySiを用いている。
【0014】さらに、LOCOS酸化膜6、及びゲート
電極8の上にBPSG膜9が形成されている。また、こ
のBPSG膜9にはコンタクトホール(図示例では2部
位)9aが形成されており、このコンタクトホール9a
にAl配線10が形成され、各々N+領域5及びゲート
電極8と電気的に接続されている。このようにして、M
OS型キャパシタが構成されている。
【0015】次に、上記構成のMOS型キャパシタの製
造方法について、図2及び図3を参照して説明する。
【0016】〔図2(a)に示す工程〕まず、SOIウ
ェハ1を用意し、素子形成基板13の所望の部位に、S
OIウェハ1の表面1aから埋め込み酸化膜12まで達
するトレンチ2を形成する。このトレンチ2は、例えば
ドライエッチングによって形成することができる。そし
て、トレンチ2の側壁2aを酸化し、トレンチ2の内部
をトレンチ埋め込み用のPolySi2bで充填する。
【0017】〔図2(b)に示す工程〕SOIウェハ1
の表面1aに下敷き酸化膜としてのPad酸化膜3を形
成する。そして、リンやヒ素の注入を行わない領域(図
示例では、トレンチ2の上部)にレジスト4をパターン
ニングして形成する。その後、レジスト4に対して開口
しているPad酸化膜3をスルー膜として、リンとヒ素
とをイオン注入する。つまり、リンとヒ素とを同一のレ
ジスト4を用いて素子形成基板13に注入する。
【0018】この際、リンの加速電圧を1.602×1
-14J(100keV)とし、ヒ素の加速電圧を1.
922×10-14J(120keV)とする。また、リ
ンのドーズ量をycm-2、ヒ素のドーズ量をxcm-2
して、これらのドーズ量x、yが、y+0.5x≧4×
1015、を満足するような関係でイオン注入する。な
お、この関係の詳細については後述する。
【0019】〔図2(c)に示す工程〕レジスト4を除
去し、リンとヒ素の熱拡散を同一の熱処理で行ってN+
領域5を形成する。この時の条件は、温度を1050
℃、時間を60分とすることができる。この熱拡散によ
り、拡散係数の小さいヒ素が素子形成基板13の表層部
に残り、N+領域5の表面濃度を高濃度に保持すること
ができる。このようにして、表層部5aが主としてヒ素
であり、下層部5bが主としてリンであるN+領域5が
形成される。その後、Pad酸化膜3を除去する。
【0020】〔図3(a)に示す工程〕Pad酸化膜の
付け直しをする。これは、イオン注入によってPad酸
化膜3中にリンとヒ素が残っており、そのまま後の熱処
理を行うとアウトディフュージョンを起こしてしまうた
めである。その後、Si34膜を堆積して、Si34
における所望の領域(図示例では、トレンチ2やN+
域5上)にホトマスクを形成し、エッチングによってS
34膜をパターンニングする。そして、素子形成基板
13を熱酸化することによりLOCOS酸化膜6を形成
する。
【0021】その後、Si34膜およびPad酸化膜を
除去してN+領域5を熱酸化することにより、LOCO
S酸化膜6間にゲート酸化膜7を形成する。このとき、
上述のようにN+領域5の表層部5aの不純物濃度が高
くなっているため、好適にゲート酸化膜7を増速成長さ
せることができ、所望の耐圧が得られる程度の厚いゲー
ト酸化膜7を形成することができる。そして、配線とN
+領域5とを電気接続する領域のゲート酸化膜を除去す
る。
【0022】〔図3(b)に示す工程〕ゲート電極用の
PolySiを全面に形成した後、ゲート酸化膜7およ
びその端部のLOCOS酸化膜6上にPolySiが残
るようにホトマスクを形成し、エッチングを行うことに
よりPolySiをパターンニングしてゲート電極8を
形成する。
【0023】〔図3(c)に示す工程〕BPSG膜9を
全面に成膜した後、所望の領域にホトマスクを形成し、
エッチングを行うことによりコンタクトホール9aを形
成する。その後、BSPG膜9およびコンタクトホール
9a上の全面にAl層を形成し、所望の領域にホトマス
クを形成し、エッチングを行うことによりAl配線10
を形成する。
【0024】この上記各工程を経る製造方法では、リン
とヒ素とを同一のレジスト4を用いて素子形成基板13
に注入するようにしているため、製造工程数を低減する
ことができる。また、リンとヒ素の拡散係数の違いを利
用することにより、リンとヒ素を同一の熱処理によって
拡散しても、ヒ素をN+領域5の表層部5aに残して素
子形成基板13の表面における不純物濃度を高濃度に保
持している。従って、リンとヒ素を別々に熱拡散する場
合と比較して1回の熱処理を行えばよいため、製造工程
数を低減することができる。
【0025】以上の工程を経て、MOS型キャパシタが
製造される。
【0026】ここで、上記リンのドーズ量とヒ素のドー
ズ量との関係を示す数式を導き出す経緯について説明す
る。従来、リンの濃度が濃い領域には重金属などの不純
物が集まりやすいため、この重金属不純物がゲート酸化
膜に影響を及ぼしてゲート酸化膜の耐圧不良が多くなっ
ていた。そこで、発明者らは、不純物としてリンに加え
てヒ素も注入することで、上記不純物の集中が緩和でき
るものと考え、リンとヒ素のドーズ量を変化させてMO
Sキャパシタを形成し、その各々のMOSキャパシタに
おけるゲート酸化膜7の耐圧試験を行った。
【0027】図4に、上記ゲート酸化膜7の耐圧試験の
結果を示す。図4の縦軸および横軸は、リンおよびヒ素
を素子形成基板13に注入する際に設定したドーズ量を
示す。この結果は、印加電圧が60Vの場合にリーク電
流値が1mA以上となったMOSキャパシタを不良とみ
なし、SOIウェハ1に形成した全てのMOSキャパシ
タに対する不良となったMOSキャパシタの割合を不良
率として求めている。図4の各プロットにおける数値が
不良率である。なお、この時のゲート酸化膜7の面積は
1mm2である。
【0028】図4に示すように、リンとヒ素の注入量の
割合によって、不良率が低い領域と高い領域に分かれ
る。そして、不良率が20%以下となる場合に良質のゲ
ート酸化膜7が形成されたとみなし、図4中、ハッチン
グを施して示している。このハッチングした領域は、リ
ンのドーズ量をycm-2、ヒ素のドーズ量をxcm-2
すると、y+0.5x≧4×1015、で示される。
【0029】従って、この数式を満たすようにして、リ
ンとヒ素を素子形成基板13に注入することにより、濃
度の濃いN+領域上でも良質なゲート酸化膜を形成する
ことができる。なお、リンとヒ素のドーズ量がこの数式
を満たすような値であると、リンとヒ素の注入後、熱処
理によるアウトディフュージョンを抑えることができ
る。
【0030】(他の実施形態)複合ICを製造する場合
は、MOS型キャパシタと同時にNPNバイポーラトラ
ンジスタ(以下、単にトランジスタという)を形成する
こともある。その際には、MOS型キャパシタのN+
域と同様にして、トランジスタのコレクタ領域における
下層部のN+領域を形成する。しかし、トランジスタの
+領域の不純物濃度が高い場合、コレクタ、ベース間
の耐圧が低下してしまう。そこで、MOS型キャパシタ
と同時にトランジスタを形成する場合は、この耐圧の低
下を考慮して、リンとヒ素のドーズ量を決定する必要が
ある。また、製造方法によっては、不純物濃度が高いと
外方拡散(アウトディフュージョン)が起こるため、こ
の点も考慮する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】MOSキャパシタの構成を示す概略断面図であ
る。
【図2】MOSキャパシタの製造工程を概略断面図にて
示す図である。
【図3】図2に続くMOSキャパシタの製造工程を概略
断面図にて示す図である。
【図4】リンのドーズ量とヒ素のドーズ量とを変化させ
た場合のゲート酸化膜の不良率を示すグラフである。
【符号の説明】
1…SOIウェハ、1a…表面、4…レジスト、5…N
+領域、7…ゲート酸化膜、8…ゲート電極。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 27/06 27/08 331 Fターム(参考) 5F038 AC03 AC05 AC06 AC14 AC15 AC18 AV05 EZ06 EZ13 EZ20 5F048 AA05 AA09 AC10 BA16 BB05 BF02 BF03 BG12 BG14 5F082 AA02 BA06 BA22 BC01 BC09 BC13

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板(1)に不純物をイオン注
    入し、該不純物を拡散させることにより第1の電極
    (5)を形成し、前記シリコン基板の表面(1a)にお
    ける前記第1の電極上にゲート酸化膜(7)を形成し、
    該ゲート酸化膜上に第2の電極(8)を形成してなるM
    OS型キャパシタの製造方法において、前記第1の電極
    の前記不純物としてリンとヒ素とを用い、 前記イオン注入を、前記リンのドーズ量y(cm-2)と
    前記ヒ素のドーズ量x(cm-2)とが、y+0.5x≧
    4×1015、を満足するような関係で行うことを特徴と
    するMOS型キャパシタの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記リンと前記ヒ素とを、同一のレジス
    ト(4)を用いて前記シリコン基板に注入することを特
    徴とする請求項1に記載のMOS型キャパシタの製造方
    法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7419874B2 (en) 2005-01-12 2008-09-02 Sanyo Electric Co., Ltd. Method of manufacturing semiconductor device with capacitor and transistor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7419874B2 (en) 2005-01-12 2008-09-02 Sanyo Electric Co., Ltd. Method of manufacturing semiconductor device with capacitor and transistor

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Effective date: 20040615