JP2004095645A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】不純物濃度の深さ方向の均一性を向上させつつ、横方向拡散を低減させる。
【解決手段】Ｓｉまたは不活性ガスのイオン注入ＩＰ１を行うことにより、欠陥導入層３を形成した後、不純物のイオン注入ＩＰ２を行うことにより、不純物注入層４を形成し、不純物注入層４の不純物を欠陥導入層３に沿うようにして熱拡散させる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体装置のウェル形成に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置では、不純物の熱拡散により、ウェル層を形成することが行われていた。
図６は、従来の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
図６（ａ）において、フォトリソグラフィー技術を用いることにより、ウェル２３に対応するパターンが形成されたフォトレジスト２２を、半導体基板２１上に形成する。
【０００３】
そして、フォトレジスト２２をマスクとして、Ｂ、ＡｓまたはＰなどの不純物のイオン注入ＩＰ４を行うことにより、深さＨ４の不純物注入層２３を形成する。
次に、図６（ｂ）において、フォトレジスト２２を除去し、ウェル深さＨ５に達するまで、不純物注入層２３に注入された不純物の熱拡散を行うことにより、ウェル層２４を形成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、不純物の熱拡散によりウェル層２４を形成する方法では、不純物が半導体基板２１内で等方的に拡散するため、縦方向拡散ＶＤ３の速度と横方向拡散ＨＤ３の速度とが等しくなる。
このため、ウェル層２４の横方向拡散幅Ｗ３が増大し、このウェル層２４の横方向拡散幅Ｗ３を予め見込んで、素子配置の設計を行う必要があるため、半導体装置の高密度化の妨げになるという問題があった。
【０００５】
一方、不純物層を深い位置に形成するため、高エネルギーイオン注入を用いる方法がある。
図７（ａ）は、高エネルギーイオン注入を用いた不純物層の構成を示す断面図、図７（ｂ）は、高エネルギーイオン注入を用いた不純物層の不純物プロファイルを示す図である。
【０００６】
図７（ａ）において、半導体基板３１上に形成されたフォトレジスト３２をマスクとして、不純物のイオン注入ＩＰ５を高エネルギーで行うことにより、深さＨ６の不純物注入層３３が形成される。
しかしながら、高エネルギーイオン注入を用いる方法では、図７（ｂ）に示すように、不純物が深さＨ６の位置に偏って分布し、半導体基板３１表面付近の不純物濃度が低くなるため、ウェル層の深さ方向全体に渡って不純物濃度を均一化することが難しいという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、不純物濃度の深さ方向の均一性を向上させつつ、横方向拡散を低減させることが可能な半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の半導体装置によれば、欠陥導入層に沿って、不純物層が拡散されていることを特徴とする。
これにより、欠陥導入層に沿って、不純物の拡散速度を増大させることが可能となり、不純物の拡散速度に異方性を持たせることが可能となる。
【０００９】
このため、不純物を所定の方向に拡散させることが可能となり、不純物濃度の深さ方向の均一性を向上させつつ、横方向拡散を低減させることが可能となる。
また、請求項２記載の半導体装置によれば、前記不純物層はウェル層であることを特徴とする。
これにより、ウェル層の深さ方向の不純物濃度の均一化を測りつつ、ウェル層の横方向拡散幅を低減することが可能となり、ウェル層の横方向拡散幅を少なく見込んで、素子配置の設計を行うことが可能となる。
【００１０】
このため、半導体装置の素子分離構造を複雑化することなく、半導体装置の高密度化を図ることが可能となる。
また、請求項３記載の半導体装置によれば、Ｓｉまたは不活性ガスのイオン注入により、半導体基板内に欠陥導入層を形成する工程と、不純物のイオン注入により、前記欠陥導入層に不純物層を形成する工程と、熱処理により、前記不純物層に注入された不純物を拡散させる工程と、熱処理により、前記欠陥導入層に形成されている欠陥を回復させる工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
これにより、所定の領域に欠陥導入層を容易に形成することが可能となるとともに、不要になった欠陥導入層を容易に消滅させることが可能となり、素子の特性に悪影響を及ぼすことなく、不純物の拡散方向に異方性を持たせることが可能となる。
このため、低エネルギーで不純物を注入した場合においても、不純物を所定の方向に深く導入することが可能となり、不純物濃度の深さ方向の均一性を向上させつつ、横方向拡散を低減させることが可能となる。
【００１２】
また、請求項４記載の半導体装置の製造方法によれば、ウェル領域に対応したフォトレジストを半導体基板上に形成する工程と、前記フォトレジストをマスクとして、半導体基板内にＳｉまたは不活性ガスのイオン注入を行うことにより、欠陥導入層を形成する工程と、前記フォトレジストをマスクとして、前記欠陥導入層の深さよりも浅い位置に不純物のイオン注入を行う工程と、前記フォトレジストを除去する工程と、前記欠陥導入層に注入された不純物を熱拡散させることにより、ウェル層を形成する工程と、熱処理により、前記欠陥導入層に形成されている欠陥を回復させる工程とを備えることを特徴とする。
【００１３】
これにより、欠陥導入層の形成に用いたマスクを用いて、不純物のイオン注入を行うことが可能となり、不純物層を欠陥導入層に対して自己整合的に形成することが可能となる。
このため、欠陥導入層および不純物層をイオン注入で形成する場合においても、欠陥導入層および不純物層の横方向の位置ずれを防止しつつ、不純物の横方向拡散を低減させることが可能となり、素子配置のマージンを低減して、半導体装置の高密度化を図ることが可能となる。
【００１４】
また、請求項５記載の半導体装置の製造方法によれば、前記欠陥導入層の深さは、前記ウェル層に深さよりも深いことを特徴とする。
これにより、ウェル層の深さ方向の不純物の拡散速度を増大させることが可能となり、ウェル層の横方向拡散幅を低減しつつ、深さの深いウェル層を形成することが可能となる。
【００１５】
このため、ウェル層の横方向拡散幅を少なく見込んで、素子配置の設計を行うことが可能となり、ＳＴＩなどの複雑な素子分離構造を用いることなく、半導体装置の高密度化を図ることが可能となる。
また、請求項６記載の半導体装置の製造方法によれば、Ｓｉまたは不活性ガスのイオン注入により、半導体基板内に欠陥導入層を形成する工程と、ドーピングガス雰囲気中で熱処理を行うことにより、前記欠陥導入層に不純物を拡散させる工程と、熱処理により、前記欠陥導入層に形成されている欠陥を回復させる工程とを備えることを特徴とする。
【００１６】
これにより、所定の領域に欠陥導入層を容易に形成することが可能となるとともに、不要になった欠陥導入層を容易に消滅させることが可能となり、素子の特性に悪影響を及ぼすことなく、不純物の拡散方向に異方性を持たせることが可能となる。
このため、不純物のイオン注入を用いることなく、不純物を所定の方向に深く導入することが可能となり、不純物濃度の深さ方向の均一性を向上させつつ、横方向拡散を低減させることが可能となる。
【００１７】
また、欠陥導入層に不純物を導入する際に、イオン注入を用いる必要がなくなることから、製造工程の複雑化を抑制しつつ、半導体装置の高密度化を図ることが可能となる。
また、請求項７記載の半導体装置の製造方法によれば、素子分離絶縁膜を半導体基板上に形成する工程と、前記素子分離絶縁膜をマスクとして、半導体基板内にＳｉまたは不活性ガスのイオン注入を行うことにより、欠陥導入層を形成する工程と、前記素子分離絶縁膜をマスクとして、ドーピングガス雰囲気中で熱処理を行うことにより、前記欠陥導入層に不純物を拡散させる工程と、熱処理により、前記欠陥導入層に形成されている欠陥を回復させる工程とを備えることを特徴とする。
【００１８】
これにより、欠陥導入層の形成に用いたマスクを用いて、不純物の拡散を行うことが可能となり、ウェル層を欠陥導入層に対して自己整合的に形成することが可能となるとともに、イオン注入を１回で済ませることが可能となる。
このため、欠陥導入層をイオン注入で形成した後、熱拡散により不純物のドーピングを行う場合においても、欠陥導入層および不純物層の横方向の位置ずれを防止しつつ、不純物の横方向拡散を低減させることが可能となり、素子配置のマージンを低減して、半導体装置の高密度化を図ることが可能となるとともに、製造工程の複雑化を抑制することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
図１、２は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図、図３（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の欠陥密度のプロファイルを示す図、図３（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の不純物プロファイルを示す図である。
【００２０】
図１（ａ）において、フォトリソグラフィー技術を用いることにより、図２のウェル５に対応するパターンが形成されたフォトレジスト２を、半導体基板１上に形成する。
そして、フォトレジスト２をマスクとして、Ｓｉまたは不活性ガスのイオン注入ＩＰ１を行うことにより、深さＨ１の欠陥導入層３を形成する。
【００２１】
なお、欠陥導入層３の深さＨ１は、図２のウェル５の深さ以上に設定することが好ましい。
ここで、Ｓｉまたは不活性ガスのイオン注入ＩＰ１を行うと、Ｓｉまたは不活性ガスは、半導体基板１内に欠陥を生成しながら、半導体基板１内に進入するため、図３（ａ）に示すように、欠陥導入層３に形成される欠陥密度を深さ方向にほぼ均一化することが可能となる。
【００２２】
次に、図１（ｂ）において、フォトレジスト２をマスクとして、Ｂ、ＡｓまたはＰなどの不純物のイオン注入ＩＰ２を行うことにより、深さＨ２の不純物注入層４を形成する。
次に、図２（ａ）において、フォトレジスト２を除去し、ウェル深さＨ１に達するまで、不純物注入層４に注入された不純物の熱拡散を行うことにより、ウェル層５を形成する。
【００２３】
ここで、欠陥導入層３での不純物の拡散係数は、欠陥の形成されていない半導体基板１に比べて大きいため、欠陥導入層３では、不純物の拡散が速くなる。
また、欠陥導入層３の形成および不純物注入層４の形成を同一のフォトレジスト２をマスクとして行うとともに、不純物注入層４の深さＨ２を欠陥導入層３の深さＨ１よりも浅くすることにより、不純物注入層４の横方向は半導体基板１と接するようにすることが可能となるとともに、不純物注入層４の縦方向は欠陥導入層３と接するようにすることが可能となる。
【００２４】
このため、横方向拡散ＨＤ１の速度を縦方向拡散ＶＤ１の速度よりも遅くすることが可能となり、ウェル層５の横方向拡散幅Ｗ１を減少させることが可能となる。
また、図３（ａ）に示すように、欠陥導入層３に形成される欠陥密度は、深さ方向にほぼ均一化されているため、図３（ｂ）に示すように、不純物注入層４の不純物を熱拡散させた場合においても、ウェル層５の不純物濃度を深さ方向にほぼ均一化することができる。
【００２５】
次に、図２（ｂ）において、ウェル層５が形成された半導体基板１の熱処理を行うことにより、欠陥導入層３に形成されている欠陥を回復させる。
これにより、不純物の拡散方向に異方性を持たせるため、欠陥導入層３を形成した場合においても、素子の特性に悪影響が及ぶことを防止することが可能となるとともに、ウェル層５の横方向拡散幅Ｗ１を少なく見込んで、素子配置の設計を行うことが可能となり、ＳＴＩなどの複雑な素子分離構造を用いることなく、半導体装置の高密度化を図ることが可能となる。
【００２６】
なお、上述した実施形態では、フォトレジスト２をマスクとして、イオン注入を行う方法について説明したが、酸化膜などをマスクとして、イオン注入を行ってもよい。
また、上述した第１実施形態では、イオン注入を用いて欠陥導入層３および不純物注入層４の双方を形成する行う方法について説明したが、イオン注入を用いて欠陥導入層３を形成し、熱拡散を用いて不純物のドープを行うようにしてもよい。
【００２７】
図４、５は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
図４（ａ）において、ＬＯＣＯＳ法を用いることにより、フィールド酸化膜１２を半導体基板１１上に形成する。
次に、図４（ｂ）において、フィールド酸化膜１２をマスクとして、Ｓｉまたは不活性ガスのイオン注入ＩＰ３を行うことにより、深さＨ３の欠陥導入層１３を形成する。
【００２８】
なお、欠陥導入層１３の深さＨ３は、図５のウェル１４の深さ以上に設定することが好ましい。
ここで、Ｓｉまたは不活性ガスのイオン注入ＩＰ３を行うと、Ｓｉまたは不活性ガスは、半導体基板１１内に欠陥を生成しながら、半導体基板１１内に進入するため、欠陥導入層１３に形成される欠陥密度を深さ方向にほぼ均一化することが可能となる。
【００２９】
次に、図５（ａ）において、フィールド酸化膜１２をマスクとして、ウェル深さＨ３に達するまで、ドーピングガスＤＧの雰囲気中で不純物の熱拡散を行うことにより、ウェル層１４を形成する。
ここで、欠陥導入層１３での不純物の拡散係数は、欠陥の形成されていない半導体基板１１に比べて大きいため、欠陥導入層１３では、不純物の拡散が速くなる。
【００３０】
また、欠陥導入層３の形成および不純物の熱拡散を同一のフィールド酸化膜１２をマスクとして行うことにより、不純物拡散の縦方向は、欠陥導入層１３にのみ接するようにすることが可能となるとともに、不純物拡散の横方向は、半導体基板１１にのみ接するようにすることが可能となる。
このため、横方向拡散ＨＤ１の速度を縦方向拡散ＶＤ１の速度よりも遅くすることが可能となり、ウェル層１４の横方向拡散幅Ｗ２を減少させることが可能となる。
【００３１】
また、欠陥導入層１３に形成される欠陥密度は、深さ方向にほぼ均一化されているため、不純物を熱拡散させた場合においても、ウェル層１４の不純物濃度を深さ方向にほぼ均一化することができる。
次に、図５（ｂ）において、ウェル層１４が形成された半導体基板１１の熱処理を行うことにより、欠陥導入層１３に形成されている欠陥を回復させる。
【００３２】
これにより、イオン注入を１回行うだけで、ウェル層１４の不純物濃度の深さ方向の均一性を向上させつつ、ウェル層１４の横方向拡散幅Ｗ２を減少させることが可能となり、製造工程の複雑化を抑制しつつ、半導体装置の高密度化を図ることが可能となる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、欠陥導入層に沿って不純物を拡散させることにより、不純物の拡散方向に異方性を持たせることが可能となり、不純物濃度の深さ方向の均一性を向上させつつ、横方向拡散を低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の欠陥密度のプロファイルを示す図、図３（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の不純物プロファイルを示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６】従来の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図７】図７（ａ）は、高エネルギーイオン注入を用いた不純物層の構成を示す断面図、図７（ｂ）は、高エネルギーイオン注入を用いた不純物層の不純物プロファイルを示す図である。
【符号の説明】
１、１１　半導体基板、２　フォトレジスト、３、１３　欠陥導入層、４　不純物注入層、５、１４　ウェル、１２　フィールド酸化膜、ＩＰ１、ＩＰ２　イオン注入、Ｗ１、Ｗ２　横方向拡散幅、Ｈ１、Ｈ３　ウェル深さ、Ｈ２　不純物注入層の深さ、ＨＤ１、ＨＤ２　横方向拡散、ＶＤ１、ＶＤ２　縦方向拡散

Claims (7)

1. 欠陥導入層に沿って、不純物層が拡散されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記不純物層はウェル層であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. Ｓｉまたは不活性ガスのイオン注入により、半導体基板内に欠陥導入層を形成する工程と、
   不純物のイオン注入により、前記欠陥導入層に不純物層を形成する工程と、
   熱処理により、前記不純物層に注入された不純物を拡散させる工程と、
   熱処理により、前記欠陥導入層に形成されている欠陥を回復させる工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. ウェル領域に対応したフォトレジストを半導体基板上に形成する工程と、
   前記フォトレジストをマスクとして、半導体基板内にＳｉまたは不活性ガスのイオン注入を行うことにより、欠陥導入層を形成する工程と、
   前記フォトレジストをマスクとして、前記欠陥導入層の深さよりも浅い位置に不純物のイオン注入を行う工程と、
   前記フォトレジストを除去する工程と、
   前記欠陥導入層に注入された不純物を熱拡散させることにより、ウェル層を形成する工程と、
   熱処理により、前記欠陥導入層に形成されている欠陥を回復させる工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 前記欠陥導入層の深さは、前記ウェル層に深さよりも深いことを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
6. Ｓｉまたは不活性ガスのイオン注入により、半導体基板内に欠陥導入層を形成する工程と、
   ドーピングガス雰囲気中で熱処理を行うことにより、前記欠陥導入層に不純物を拡散させる工程と、
   熱処理により、前記欠陥導入層に形成されている欠陥を回復させる工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. 素子分離絶縁膜を半導体基板上に形成する工程と、
   前記素子分離絶縁膜をマスクとして、半導体基板内にＳｉまたは不活性ガスのイオン注入を行うことにより、欠陥導入層を形成する工程と、
   前記素子分離絶縁膜をマスクとして、ドーピングガス雰囲気中で熱処理を行うことにより、前記欠陥導入層に不純物を拡散させる工程と、
   熱処理により、前記欠陥導入層に形成されている欠陥を回復させる工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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