JP2626485B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2626485B2 JP5202083A JP20208393A JP2626485B2 JP 2626485 B2 JP2626485 B2 JP 2626485B2 JP 5202083 A JP5202083 A JP 5202083A JP 20208393 A JP20208393 A JP 20208393A JP 2626485 B2 JP2626485 B2 JP 2626485B2
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silicon oxide
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は絶縁層上に半導体層を有
し、この半導体層に素子を形成したSOI構造の半導体
装置に関し、特に半導体層のウェル抵抗を低減するとと
もに、その表面濃度の増大を防止した半導体装置製造
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having an SOI structure in which a semiconductor layer is formed on an insulating layer, and an element is formed on the semiconductor layer. the method of manufacturing a semiconductor device which prevents increase.

【0002】[0002]

【産業上の利用分野】従来のSOI構造の半導体装置、
例えばMOSトランジスタの製造方法を図に示す。図3
(a)のように、予め所要の濃度のボロンを導入してあ
るn型シリコン基板21の表面側から酸素をイオン注入
し、表面から0.6μm程度の深さ位置にシリコン酸化
膜22を形成する。次いで、図3(b)のように、前記
シリコン酸化膜22の表面とシリコン基板21の界面近
傍の深さに向けて前記シリコン基板21の表面からボロ
ンをイオン注入する。その後、イオン注入による結晶欠
陥を回復するために1000℃、30分の窒素アニール
を行い、これにより、図3(c)のように、前記シリコ
ン酸化膜22の直上の領域に高濃度P型層23を形成す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION Semiconductor devices having a conventional SOI structure,
For example, a method of manufacturing a MOS transistor is shown in FIG. FIG.
As shown in (a), oxygen is ion-implanted from the surface side of the n-type silicon substrate 21 in which boron of a required concentration has been introduced in advance, and a silicon oxide film 22 is formed at a depth of about 0.6 μm from the surface. I do. Next, as shown in FIG. 3B, boron ions are implanted from the surface of the silicon substrate 21 toward a depth near the interface between the surface of the silicon oxide film 22 and the silicon substrate 21. After that, nitrogen annealing is performed at 1000 ° C. for 30 minutes to recover crystal defects caused by ion implantation. As a result, as shown in FIG. 3C, a high-concentration P-type layer is formed in a region immediately above the silicon oxide film 22. 23 are formed.

【0003】しかる上で、図3(d)のように、熱酸化
法によりシリコン基板21の表面に200Å程度のゲー
ト酸化膜24を形成し、気相成長法によりポリシリコン
を形成し、これをリソグラフィ技術により選択エッチン
グしてゲート電極25を形成する。更に、シリコン基板
21に砒素をイオン注入し、N型ソース・ドレイン領域
26を形成し、NチャネルのMOSトランジスタが完成
される。図4(a)及び(b)は、それぞれ前記したシ
リコン酸化膜22を形成した後にボロンをイオン注入し
たとき、及びその後に窒素アニールしたときのそれぞれ
の濃度分布図である。
Then, as shown in FIG. 3D, a gate oxide film 24 of about 200 ° is formed on the surface of the silicon substrate 21 by a thermal oxidation method, and polysilicon is formed by a vapor phase growth method. The gate electrode 25 is formed by selective etching using a lithography technique. Further, arsenic is ion-implanted into the silicon substrate 21 to form an N-type source / drain region 26, and an N-channel MOS transistor is completed. FIGS. 4A and 4B are concentration distribution diagrams when boron ions are implanted after the formation of the silicon oxide film 22 and nitrogen annealing is performed thereafter.

【0004】ここで、前記シリコン酸化膜22の直上領
域に高濃度P型層23を形成する理由を説明する。この
種のSOI型半導体装置は、シリコン酸化膜22上のシ
リコン基板21の厚さ(深さ)が小さいため、形成され
るMOSトランジスタの基板、即ちウェル領域の深さも
浅いものとなり、ウェル抵抗が高くなる。ウェル抵抗が
高くなると、基板電流によりウェル電位が大きく上昇す
るため、ソース・基板間が順バイアスされて電流が流れ
てしまうことになる。このため、シリコン酸化膜22の
直上領域のシリコン基板21に高濃度P型層23を形成
することで、ウェル抵抗を低下させ、前記した不具合を
防止している。
Here, the reason why the high-concentration P-type layer 23 is formed immediately above the silicon oxide film 22 will be described. In this type of SOI semiconductor device, since the thickness (depth) of the silicon substrate 21 on the silicon oxide film 22 is small, the substrate of the MOS transistor to be formed, that is, the well region is also shallow, and the well resistance is reduced. Get higher. When the well resistance is increased, the well potential is greatly increased by the substrate current, so that the source-substrate is forward-biased and the current flows. Therefore, by forming the high-concentration P-type layer 23 on the silicon substrate 21 immediately above the silicon oxide film 22, the well resistance is reduced, and the above-described problem is prevented.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このようなSOI型半
導体装置のMOSトランジスタを高性能化する場合に
は、シリコン基板11の厚さ、即ちウェルの深さを小さ
くすれば、ソース・ドレイン領域26とウェルとの間の
容量等の寄生容量を低減することができる。しかしなが
ら、前記したようにシリコン酸化膜22の直上領域のシ
リコン基板21に高濃度P型層23を形成した場合に
は、図4(b)に示したように、この高濃度P型層23
を構成するボロンがシリコン基板21の表面側にまで拡
散されて表面濃度を高いものとしているため、MOSト
ランジスタのしきい値電圧の制御が難しくなる等、素子
の特性を改善する上での障害になるという問題が生じ
る。本発明の目的は、ウェルとしての半導体層の抵抗を
低下させる一方で、半導体層の表面における不純物濃度
を低下させて素子の特性改善を可能にした半導体装置
製造方法を提供することにある。
In order to improve the performance of the MOS transistor of such an SOI type semiconductor device, if the thickness of the silicon substrate 11, that is, the depth of the well is reduced, the source / drain region 26 is reduced. The parasitic capacitance such as the capacitance between the gate and the well can be reduced. However, when the high-concentration P-type layer 23 is formed on the silicon substrate 21 in the region immediately above the silicon oxide film 22 as described above, as shown in FIG.
Is diffused to the surface side of the silicon substrate 21 to increase the surface concentration, which makes it difficult to control the threshold voltage of the MOS transistor. Problem arises. An object of the present invention, while lowering the resistance of the semiconductor layer as well, providing a <br/> manufacturing method of lowering the impurity concentration in the surface of the semiconductor layer a semiconductor apparatus capable of improving characteristics of the element It is in.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体基板に酸素をイオン注入して半導体基
板の所定の深さ位置に絶縁層を形成する工程と、前記半
導体基板に不純物をイオン注入して前記絶縁層中に不純
物を導入する工程と、前記半導体基板を加熱処理して前
記絶縁層中の不純物を前記半導体基板の表面にまで達す
ることがない範囲で拡散させて高濃度不純物層を形成す
る工程と、前記半導体基板の表面に素子を形成する工程
とを含んでいる。
SUMMARY OF THE INVENTION A semiconductor device according to the present invention is manufactured.
The method includes the steps of: ion-implanting oxygen into a semiconductor substrate to form an insulating layer at a predetermined depth position in the semiconductor substrate; and ion-implanting impurities into the semiconductor substrate to introduce impurities into the insulating layer. Forming a high-concentration impurity layer by heat-treating the semiconductor substrate to diffuse impurities in the insulating layer to such an extent that the impurity does not reach the surface of the semiconductor substrate; and forming an element on the surface of the semiconductor substrate. Forming a step.

【0007】[0007]

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の半導体装置をその製造工程順に示す
断面図である。先ず、図1(a)のように、予めボロン
を1×1016cm-3程度の濃度に導入したN型シリコン
基板11の表面から酸素をイオン注入し、シリコン基板
1の4000Å程度の深さに約2000Åのシリコン酸
化膜12を形成する。次いで、シリコン基板12の表面
からボロンをイオン注入し、前記シリコン酸化膜12の
膜中にボロンを導入する。このとき、注入されるボロン
の濃度がシリコン酸化膜12の厚さ方向の中央位置より
も、若干上面側に近い位置、例えばこの例ではシリコン
基板11の表面から5000Åよりも小さい深さ位置に
最大濃度となるようにする。このときの濃度分布を図2
(a)に示す。
Next, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device of the present invention in the order of its manufacturing steps. First, as shown in FIG. 1A, oxygen is ion-implanted from the surface of an N-type silicon substrate 11 in which boron is introduced in a concentration of about 1 × 10 16 cm −3 in advance, and a depth of about 4000 ° of the silicon substrate 1 is obtained. Then, a silicon oxide film 12 of about 2000 ° is formed. Next, boron ions are implanted from the surface of the silicon substrate 12 to introduce boron into the silicon oxide film 12. At this time, the concentration of boron to be implanted is set at a position slightly closer to the upper surface side than the center position in the thickness direction of the silicon oxide film 12, for example, a depth position smaller than 5000 ° from the surface of the silicon substrate 11 in this example. So that it becomes the concentration. The density distribution at this time is shown in FIG.
(A).

【0008】次いで、シリコン基板11を1000℃、
30分の窒素アニールを行い、ボロンの活性化、及び結
晶欠陥の回復を行う。この窒素アニールの結果、図1
(c)のように、シリコン酸化膜12中のボロンが上下
に拡散され、シリコン酸化膜12とシリコン基板11と
の界面部に高濃度P型層13が形成される。このとき、
シリコン酸化膜12中におけるボロンの最大濃度は上面
側に近い位置とされているため、シリコン基板11の図
における上側では下側よりも拡散寸法が大きくなり、上
側ではシリコン酸化膜12の上側に略1000Åの高さ
にまで拡散された高濃度P型層13が形成される。下側
の高濃度P型層13は極めて狭い範囲となる。このとき
の濃度分布を図2(b)に示す。なお、シリコン酸化膜
12の下側についての濃度は省略している。
Next, the silicon substrate 11 is heated at 1000 ° C.
Nitrogen annealing is performed for 30 minutes to activate boron and recover crystal defects. As a result of this nitrogen annealing, FIG.
As shown in (c), boron in the silicon oxide film 12 is diffused up and down, and a high concentration P-type layer 13 is formed at the interface between the silicon oxide film 12 and the silicon substrate 11. At this time,
Since the maximum concentration of boron in the silicon oxide film 12 is located closer to the upper surface, the diffusion size is larger on the upper side of the silicon substrate 11 in the drawing than on the lower side, and is substantially above the silicon oxide film 12 on the upper side. A high-concentration P-type layer 13 diffused to a height of 1000 ° is formed. The lower high-concentration P-type layer 13 has an extremely narrow range. FIG. 2B shows the density distribution at this time. Note that the concentration on the lower side of the silicon oxide film 12 is omitted.

【0009】しかる上で、図1(d)のように、熱酸化
法によりシリコン基板11の表面に200Å程度の膜厚
のゲート酸化膜14を形成し、その上に気相成長法によ
り3000Å程度の膜厚のポリシリコンを形成し、これ
をフォトリソグラフィ技術で選択エッチングしてゲート
電極15を形成する。更に、エネルギ70KeV、ドー
ズ量1×1016cm-2で砒素をイオン注入し、ソース・
ドレイン領域16を形成する。その後、図示を省略する
層間絶縁膜、コンタクト、配線層等を形成することによ
り、N型MOSトランジスタが形成される。
Then, as shown in FIG. 1D, a gate oxide film 14 having a thickness of about 200.degree. Is formed on the surface of the silicon substrate 11 by a thermal oxidation method, and about 3000.degree. Is formed, and is selectively etched by photolithography to form a gate electrode 15. Further, arsenic is ion-implanted at an energy of 70 KeV and a dose of 1 × 10 16 cm −2 to
A drain region 16 is formed. Thereafter, an N-type MOS transistor is formed by forming an interlayer insulating film, a contact, a wiring layer, and the like (not shown).

【0010】したがって、このように形成されたMOS
トランジスタは、シリコン酸化膜12上に存在されるシ
リコン基板11の厚さ、即ちウェルの深さは4000Å
と薄くされているため、ソース・ドレイン領域16とウ
ェルとの間の寄生容量を低減することができる。また、
ウェルの深さを薄くしているが、ウェルの底部、即ちシ
リコン酸化膜12の直上領域には高濃度P型層13が形
成されているためウェル抵抗が低減され、MOSトラン
ジスタにおけるソースリーク等の不具合が防止される。
また、一方では、高濃度P型層13はボロンの最大濃度
がシリコン酸化膜12中に存在し、このシリコン酸化膜
12からウェルに向けて拡散されてシリコン酸化膜12
との界面近傍のウェルの底部の1000Å程度の厚さ領
域に存在しているのみであるため、図2(b)に示した
ように、ウェルの表面近傍のボロン濃度が増大されるこ
とはなく、MOSトランジスタのしきい値電圧の制御を
容易に行うことが可能となる。
Therefore, the thus formed MOS
In the transistor, the thickness of the silicon substrate 11 existing on the silicon oxide film 12, that is, the depth of the well is 4000 °
Therefore, the parasitic capacitance between the source / drain region 16 and the well can be reduced. Also,
Although the depth of the well is reduced, the well resistance is reduced because the high-concentration P-type layer 13 is formed at the bottom of the well, that is, the region immediately above the silicon oxide film 12, so that the source resistance and the like in the MOS transistor are reduced. Failure is prevented.
On the other hand, in the high-concentration P-type layer 13, the maximum concentration of boron exists in the silicon oxide film 12, and is diffused from the silicon oxide film 12 toward the well to form the silicon oxide film 12.
As shown in FIG. 2B, the boron concentration does not increase in the vicinity of the surface of the well because it exists only in the thickness region of about 1000.degree. , The threshold voltage of the MOS transistor can be easily controlled.

【0011】なお、前記実施例ではボロンをシリコン酸
化膜12の厚さ方向の中央位置よりも上側において最大
濃度となるようにイオン注入しているが、これはシリコ
ン酸化膜12の上側のシリコン基板11にボロンを10
00Å程度拡散させるためである。したがって、シリコ
ン基板11に形成する高濃度P型層13の濃度分布が前
記実施例と相違するものを構成する場合には、最大濃度
の位置を適宜変更し、或いは窒素アニールの条件を適宜
変更すればよい。また、シリコン酸化膜12の膜厚を変
更することによっても前記した各条件を適宜変更するこ
とができる。ここで、前記実施例ではP型シリコン基板
に本発明を適用した例を示しているが、不純物の導電型
を変更することでN型シリコン基板についても本発明を
適用することができるのは言うまでもない。
In the above embodiment, boron is ion-implanted so as to have a maximum concentration above the central position of the silicon oxide film 12 in the thickness direction. 11 to 10 boron
This is for diffusing by about 00 °. Therefore, when the concentration distribution of the high-concentration P-type layer 13 formed on the silicon substrate 11 is different from that of the above-described embodiment, the position of the maximum concentration may be appropriately changed, or the condition of the nitrogen annealing may be appropriately changed. I just need. Further, the above-described conditions can be appropriately changed by changing the thickness of the silicon oxide film 12. Here, in the above embodiment, an example in which the present invention is applied to a P-type silicon substrate is shown, but it goes without saying that the present invention can be applied to an N-type silicon substrate by changing the conductivity type of impurities. No.

【0012】[0012]

【発明の効果】以上説明したように本発明の製造方法
は、半導体基板に酸素をイオン注入して絶縁層を形成
し、かつこの絶縁層の内部に不純物をイオン注入し、か
つこの不純物を半導体基板の表面にまで達することがな
い範囲で絶縁層から半導体層に熱拡散して半導体層の底
部にのみ高濃度不純物層を形成しているので、ウェルと
しての半導体層の抵抗を低減する一方でその表面濃度の
増大を抑えた半導体層を形成でき、半導体層に形成する
素子の信頼性を高め、かつしきい値電圧の制御を容易に
行うことができる半導体装置の製造を実現可能とする。
As described above, the production method of the present invention
Forms an insulating layer by ion implantation of oxygen into a semiconductor substrate
And, and that it is this impurity in the insulating layer by ion implantation, and reach the impurity on the surface of the semiconductor substrate
As the high-concentration impurity layer is formed only at the bottom of the semiconductor layer by thermal diffusion from the insulating layer to the semiconductor layer in the range, the resistance of the semiconductor layer as a well is reduced while the increase in the surface concentration is suppressed. Can form a semiconductor layer, formed on a semiconductor layer
It is possible to realize the manufacture of a semiconductor device capable of improving the reliability of an element and easily controlling a threshold voltage.

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

【図1】本発明の一実施例を製造工程順に示す断面図で
ある。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.

【図2】 本発明の一実施例の製造工程途中における不純
物の濃度分布図である。
FIG. 2 is a concentration distribution diagram of impurities during a manufacturing process according to one embodiment of the present invention.

【図3】従来の半導体装置を製造工程順に示す断面図で
ある。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a conventional semiconductor device in the order of manufacturing steps.

【図4】従来の半導体装置の製造工程途中における不純
物の濃度分布図である。
FIG. 4 is a concentration distribution diagram of an impurity during a manufacturing process of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 シリコン基板 12 シリコン酸化膜 13 高濃度P型層 14 ゲート酸化膜 15 ゲート電極 16 ソース・ドレイン領域 Reference Signs List 11 silicon substrate 12 silicon oxide film 13 high-concentration p-type layer 14 gate oxide film 15 gate electrode 16 source / drain region

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/76 R ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI Technical indication H01L 21/76 R

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板に酸素をイオン注入して半導
体基板の所定の深さ位置に絶縁層を形成する工程と、前
記半導体基板に不純物をイオン注入して前記絶縁層中に
不純物を導入する工程と、前記半導体基板を加熱処理し
て前記絶縁層中の不純物を前記半導体基板の表面にまで
達することがない範囲で拡散させて高濃度不純物層を形
成する工程と、前記半導体基板の表面に素子を形成する
工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A semiconductor device in which oxygen is ion-implanted into a semiconductor substrate.
Forming an insulating layer at a predetermined depth position on the body substrate;
The impurity is ion-implanted into the semiconductor substrate and
A step of introducing impurities and a heat treatment of the semiconductor substrate.
The impurities in the insulating layer to the surface of the semiconductor substrate.
Diffusion in a range that cannot be reached to form a high-concentration impurity layer
Forming an element on the surface of the semiconductor substrate
And a method of manufacturing a semiconductor device.
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JPH04239153A (en) * 1991-01-11 1992-08-27 Fujitsu Ltd Manufacture of semiconductor device

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