JP2004056069A - 半導体素子の高電圧接合形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ゲート酸化膜及びゲート電極が積層構造で形成された半導体基板の接合領域に二重拡散ドレイン接合を形成する段階と、コンタクトプラグが形成されるべき領域の二重拡散ドレイン接合のみを露出させる段階と、第1イオン注入工程で不純物を注入しながら、二重拡散ドレイン接合を第1の深さまで非晶質化する段階と、第2イオン注入工程で第1の深さより浅い第2の深さに不純物の濃度が目標値となるように不純物を注入する段階と、二重拡散ドレイン接合に注入された不純物を熱処理工程で活性化させる段階とを含む。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の高電圧接合形成方法に係り、特に、高電圧が印加される接合構造を形成する過程で格子欠陥が発生することを最小化し、ブレークダウン電圧(Breakdown voltage)及び面抵抗の低い接合構造を浅く形成することが可能な半導体素子の高電圧接合領域方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体素子は駆動電圧によって高電圧素子と低電圧素子に区分される。高電圧素子には、フラッシュメモリ素子において高電子のプログラム電圧または消去電圧を生成するためのチャージポンプ回路に使用される高電圧トランジスタがある。高電圧トランジスタのような高電圧素子の接合構造(例えば、高電圧トランジスタのソース及びドレイン:以下、「高電圧接合構造」という)には通常のトランジスタに印加される電圧より高い電圧(例えば、15V)が印加される。
【0003】
このような高電圧接合構造は、高電圧DDDジャンクション(HVN Double Diffused Drain Junction)を形成した後、N+ソース/ドレインマスクを用いたイオン注入工程で形成する。このように形成されたN+接合構造は高電圧DDDジャンクションと隣接する。従って、一般的にNAND素子において20V以上の高電圧ジャンクションブレークダウンが要求されても有効長さ(Effective Length;Leff)を減少させない観点から、DDDジャンクションを無限定増加させることはできない。
【0004】
一方、満足すべきドレイン電流を維持するためには、相対的に狭い地域に高濃度の不純物を注入しなければならないが、このような高電圧接合構造を形成するためにイオン注入工程で単一ドーパントとしてヒ素Asのみを注入すると、過度なAsイオンによって格子欠陥が発生し、接合構造の漏洩電流が増加する。Asイオン注入による格子欠陥を除去するためには950℃以上の高温で熱工程を実施しなければならないが、このように高温熱処理工程を実施すると、不純物の拡散によって高電圧接合構造を浅く形成することができない。また、950℃の高温熱処理工程でAs活性率(Activation rate)が30%程度なので、高温接合構造の抵抗が非正常的に増加するという問題点が発生する。
【0005】
高濃度イオン注入工程時に単一ドーパントとしてAsの代りにPを注入すると、高電圧接合構造の面抵抗を低めるとともに欠陥発生を最小化することができる。ところが、高温熱工程におけるPの広い拡散特性と激しいチャネリング(channeling)現象によって、高電圧接合構造の深さが増加し、高集積素子において短チャネル効果現象が発生するという問題点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、かかる問題点を解決するためのもので、その目的は、二重拡散ドレイン接合を形成し、二重拡散ドレイン接合に注入された不純物より原子量が大きい不純物を注入して二重拡散ドレイン接合を第1の深さまで非晶質化した後、第1の深さより浅い第2の深さに不純物の濃度が目標値となるように不純物を注入し、熱処理工程で不純物を活性させて高電圧接合構造を形成することにより、不純物の拡散を抑制して面抵抗を減少させ、接合の深さを低めてチャネリング現象を抑制すると同時に、活性化のための後続熱処理工程を高温で実施することが可能となることにより、不純物を十分活性化させ、格子欠陥を除去して工程の信頼性及び素子の電気的特性を向上させることが可能な半導体素子の高電圧接合形成方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体素子の高電圧接合形成方法は、ゲート酸化膜及びゲート電極が積層構造で形成された半導体基板の接合領域に二重拡散ドレイン接合を形成する段階と、コンタクトプラグが形成されるべき領域の二重拡散ドレイン接合のみを露出させる段階と、第1イオン注入工程で不純物を注入しながら、二重拡散ドレイン接合を第1の深さまで非晶質化する段階と、第2イオン注入工程で第1の深さより浅い第2の深さに不純物の濃度が目標値となるように不純物を注入する段階と、二重拡散ドレイン接合に注入された不純物を熱処理工程で活性化させる段階とを含むことを特徴とする。
【0008】
前記において、ゲート酸化膜は湿式酸化方式で形成し、200〜400Åの厚さを有することを特徴とする。
【0009】
二重拡散ドレイン接合は50KeV〜120KeVのイオン注入エネルギーで1E13〜1E14atoms/cm2のPを注入して形成することを特徴とし、Pは0〜22°の角度で注入することができることを特徴とする。
【0010】
第1イオン注入工程は、二重拡散ドレイン接合に注入された不純物より原子量が大きい不純物を注入することを特徴とし、10KeV〜40KeVのイオン注入エネルギーで1E15〜2E15atoms/cm2のAsを注入することを特徴とする。この際、第1の深さは二重拡散ドレイン接合の深さと同一、或いは浅いことを特徴とする。
【0011】
第2イオン注入工程はPを注入することを特徴とし、0.5KeV〜30KeVのイオン注入エネルギーで1E13〜1E14atoms/cm2のPを注入することを特徴とする。Pは0〜22°の角度で注入することができることを特徴とする。
【0012】
熱処理工程はファーネスを用いて800〜950℃の温度で実施し、或いは850〜950℃の温度で急速熱処理によって実施することを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、添付図に基づいて本発明の好適な実施例を詳細に説明する。ところが、本発明は、下記の実施例に限定されるものではなく、様々に変形実現することができる。これらの実施例は本発明の開示を完全にし、当技術分野で通常の知識を有する者に本発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。一方、添付図において、同一の符号は同一の要素を指す。
【0014】
図1a〜図1eは本発明に係る半導体素子の高電圧接合形成方法を説明するための素子の断面図である。
【0015】
図1aを参照すると、半導体基板101上にゲート酸化膜102a、ゲート102b及びハードマスク102cを積層構造で形成し、パターニングした後、イオン注入工程でゲート102bの両縁の半導体基板102に二重拡散ドレイン接合(Double Diffused Drain Junction)103を形成する。
【0016】
前記において、ゲート酸化膜102aは湿式酸化方式で形成し、接合のブレークダウン電圧を高い電圧(例えば、40V)まで増加させるために200〜400Åの厚さに形成する。その後、二重拡散ドレイン接合103は50KeV〜120KeVのイオン注入エネルギーで1E13〜1E14atoms/cm2のリンPを注入して形成する。この際、Pは0〜22°の角度で注入する。
【0017】
図1bを参照すると、全体上部にイオン注入マスク層104を形成した後、コンタクトプラグが形成されるべき領域の二重拡散ドレイン接合103が開放されるように露光/及びエッチング工程によってイオン注入マスク層104に開口部104aを形成する。この際、イオン注入マスク層104はフォトレジストまたは絶縁膜で形成することができる。
【0018】
図1cを参照すると、開口部104aを介してイオン注入工程で二重拡散ドレイン接合103に不純物を注入しながら、二重拡散ドレイン接合103を所定の深さまで非晶質化する。この際、非晶質化特性を向上させるために、二重拡散ドレイン接合103に注入される不純物として、二重拡散ドレイン接合103に注入された不純物より原子量の大きい不純物を使用することができ、二重拡散ドレイン接合103にPが注入された場合、非晶質化のための不純物としてヒ素Asを使用することができる。これにより、二重拡散ドレイン接合103にはヒ素の注入された非晶質層105が形成されるが、その深さが二重拡散ドレイン接合103の深さと同一或いは薄くなるように非晶質層105を形成する。
【0019】
具体的に例を挙げて説明すると、10KeV〜40KeVのイオン注入エネルギーで1E15〜2E15atoms/cm2のヒ素Asを注入して二重拡散ドレイン接合103に非晶質層105を所定の深さで形成する。
【0020】
図2aを参照すると、接合部の不純物の濃度が目標濃度となるように開口部140aを介してイオン注入工程で二重拡散ドレイン接合103にイオン注入層106を形成する。この際、イオン注入層106は不純物を非晶質層105より薄く注入して形成する。この際、不純物としてリンPを注入することができ、0〜22°の角度で注入することができる。
【0021】
具体的に例を挙げて説明すると、0.5KeV〜30KeVのイオン注入エネルギーで1E13〜1E14atoms/cm2のリンPを注入してイオン注入層106を形成する。
【0022】
図2bを参照すると、イオン注入マスク層(図1dの104)を除去した後、熱処理を施して、二重拡散ドレイン接合103に注入された不純物(ヒ素As及びリンP)を活性化する。この際、ファーネスを用いて800〜950℃の温度で実施し、或いは850〜950℃の温度で急速熱処理によって実施する。これにより、半導体素子の高電圧接合107が形成される。
【0023】
この際、熱処理工程を高温で実施することにより、活性化を促進させることができ、非晶質層(図1dの105)を形成するためのイオン注入を行う過程で発生した格子欠陥が残留することを最大限抑制することができる。さらに、熱処理を行う過程でイオン注入層106の不純物は非晶質層105によって拡散が抑制されると共に活性化される。これにより、高温の熱処理工程でも高電圧接合107を薄く形成することができ、薄い接合を用いてチャネリング現象の発生を抑制することができる。
【0024】
その後、図示されてはいないが、全体上部に層間絶縁膜を形成し、コンタクトホールを形成した後、伝導性物質でコンタクトホールを埋め込んでコンタクトプラグを形成する。この際、層間絶縁膜はIPO(Inter−Poly Oxide)膜として使用されるBPSGで形成することができる。
【0025】
図3は本発明の高電圧接合において電圧による漏洩電流特性を示すための特性グラフである。図3を参照すると、高電圧接合に印加される電圧が20V以下に低い場合に発生する漏洩電流の量は、高電圧接合を形成する工程条件に応じて、100pA〜1nA程度に非常に少ない。以後、高電圧接合に印加される電圧が約20Vより高くなると、ブレークダウンが発生して漏洩電流の量が急激に増加することが分かる。即ち、グラフでは約20Vの高電圧でブレークダウンが発生することが分かる。ところが、高電圧接合の深さ、面積、不純物濃度、熱処理条件などのような工程条件を調節すれば、30V以上のブレークダウン電圧を得ることができる。
【0026】
【発明の効果】
上述したように、本発明は、二重拡散ドレイン接合に非晶質層を形成し、非晶質層に不純物を注入した後、高温熱工程で不純物を活性化することにより、次のような効果を得ることができる。
【0027】
一つ目、非晶質層を用いて不純物の拡散を抑制するので、高電圧接合の深さを低めることができるため、チャネリング現象の発生を防止することができる。
【0028】
二つ目、不純物の拡散を抑制することができるので、高電圧接合の面抵抗の増加を防止することができる。
【0029】
三つ目、活性化のための熱処理工程を高温で実施することができるので、格子欠陥の残留を最小化することができる。
【0030】
四つ目、格子欠陥の残留を最小化して、漏洩電流の発生を最大限抑制することができる。
【0031】
五つ目、不純物の拡散を抑制し面抵抗の増加を防止するので、ブレークダウン電圧を減少させず高電圧接合の面積または深さを減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体素子の高電圧接合形成方法を説明するための素子の断面図である。
【図2】本発明に係る半導体素子の高電圧接合形成方法を説明するための素子の断面図である。
【図3】本発明の高電圧接合において電圧による漏洩電流特性を示すための特性グラフである。
【符号の説明】
101 半導体基板
102a ゲート酸化膜
102b ゲート
102c ハードマスク
103 二重拡散ドレイン接合
104 イオン注入マスク
104a 開口部
105 非晶質層
106 イオン注入層
107 高電圧接合
Claims (11)
- ゲート酸化膜及びゲート電極が積層構造で形成された半導体基板の接合領域に二重拡散ドレイン接合を形成する段階と、
コンタクトプラグが形成されるべき領域の前記二重拡散ドレイン接合のみを露出させる段階と、
第1イオン注入工程で不純物を注入しながら、前記二重拡散ドレイン接合を第1の深さまで非晶質化する段階と、
第2イオン注入工程で第1深さより浅い第2の深さに不純物の濃度が目標値となるように不純物を注入する段階と、
二重拡散ドレイン接合に注入された前記不純物を熱処理工程で活性化させる段階とを含むことを特徴とする半導体素子の高電圧接合形成方法。 - 前記ゲート酸化膜は湿式酸化方式で形成し、200〜400Åの厚さを有することを特徴とする請求項1記載の半導体素子の高電圧接合形成方法。
- 前記二重拡散ドレイン接合は50KeV〜120KeVのイオン注入エネルギーで1E13〜1E14atoms/cm2のリン(P)を注入して形成することを特徴とする請求項1記載の半導体素子の高電圧接合形成方法。
- 前記第1イオン注入工程は、前記二重拡散ドレイン接合に注入された不純物より原子量が大きい不純物を注入することを特徴とする請求項1記載の半導体素子の高電圧接合形成方法。
- 前記第1イオン注入工程は10KeV〜40KeVのイオン注入エネルギーで1E15〜2E15atoms/cm2のヒ素(As)を注入することを特徴とする請求項1または4記載の半導体素子の高電圧接合形成方法。
- 前記第1の深さは前記二重拡散ドレイン接合の深さと同一或いは浅いことを特徴とする請求項1記載の半導体素子の高電圧接合形成方法。
- 前記第2イオン注入工程はリン(P)を注入することを特徴とする請求項1記載の半導体素子の高電圧接合形成方法。
- 前記第2イオン注入工程は0.5KeV〜30KeVのイオン注入エネルギーで1E13〜1E14atoms/cm2のリン(P)を注入することを特徴とする請求項1または7記載の半導体素子の高電圧接合形成方法。
- 前記リン(P)は0〜22°の角度で注入することを特徴とする請求項3または8記載の半導体素子の高電圧接合形成方法。
- 前記熱処理工程はファーネスを用いて800〜950℃の温度で実施することを特徴とする請求項1記載の半導体素子の高電圧接合形成方法。
- 前記熱処理工程は850〜950℃の温度で急速熱処理によって実施することを特徴とする請求項1記載の半導体素子の高電圧接合形成方法。
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