JP2743451B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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polysilicon
oxide film
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、イオ
ン注入後のイオン注入によるダメージの回復に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to recovery from damage due to ion implantation after ion implantation.

従来の技術 従来、この種の半導体装置の製造方法としては、シリ
コン基板が露出した状態でイオン注入を行い、続いて酸
素を数パーセント含んだ不活性ガス雰囲気(例えば窒
素)中でアニールを行う方法が知られている。また、シ
リコン基板上に例えば熱酸化工程により形成されたシリ
コン酸化膜を介してイオン注入を行った後に、酸素を全
く含まない不活性ガス雰囲気中でアニールを行う方法も
知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for manufacturing a semiconductor device of this type, a method in which ion implantation is performed in a state where a silicon substrate is exposed, followed by annealing in an inert gas atmosphere (eg, nitrogen) containing several percent of oxygen. It has been known. There is also known a method of performing ion implantation through a silicon oxide film formed on a silicon substrate by, for example, a thermal oxidation process, and then performing annealing in an inert gas atmosphere containing no oxygen.

発明が解決しようとする課題 半導体装置のサイズが小さくなるに連れて、例えばCM
OS構造の半導体装置の場合には、耐ラッチアップ性を高
くするために、半導体基板内に形成されるウェルの濃度
を高くしなければならない。Pウェルを形成するために
ボロン(11B+)をイオン注入するが、このボロン注入の
ドーズ量を高くすると、以下に示す課題が発生する。
Problems to be Solved by the Invention As the size of semiconductor devices becomes smaller, for example, CM
In the case of a semiconductor device having an OS structure, the concentration of a well formed in a semiconductor substrate must be increased in order to increase latch-up resistance. Ion implanting boron (11 B +) in order to form a P-well, but the higher the dose of the boron implantation, the following problems may occur.

シリコン基板が露出した状態でイオン注入を行った後
に、アニールを行う場合に酸素を全く含まない不活性ガ
ス雰囲気中で高温(1000℃以上)のアニールを行うと、
シリコン基板表面が不活性ガス中に含まれている微量不
純物によりアタックされて荒れるので酸素の添加が必要
である。ここでボロン注入のドーズ量を高くするとイオ
ン注入によるダメージ密度が増加し、アニールの工程で
シリコン基板が雰囲気中の酸素で酸化されることによ
り、酸化誘起欠陥(以後OSFと略記する)が成長してし
まう。このOSFは半導体装置製造工程の最終工程まで残
留し、製造工程中の汚染を捕獲し不純物準位を形成し、
例えば拡散層の逆方向リーク電流の増加を惹き起こし、
半導体装置の特性劣化につながる。
After performing ion implantation with the silicon substrate exposed, if annealing is performed at a high temperature (1000 ° C. or more) in an inert gas atmosphere containing no oxygen,
Since the surface of the silicon substrate is attacked and roughened by trace impurities contained in the inert gas, it is necessary to add oxygen. Here, when the dose amount of boron implantation is increased, the damage density due to ion implantation increases, and the silicon substrate is oxidized by oxygen in the atmosphere during the annealing process, so that oxidation-induced defects (hereinafter abbreviated as OSF) grow. Would. This OSF remains until the final step of the semiconductor device manufacturing process, captures contamination during the manufacturing process and forms impurity levels,
For example, it causes an increase in the reverse leakage current of the diffusion layer,
This leads to deterioration of the characteristics of the semiconductor device.

また、シリコン酸化膜を介してイオン注入を行う場合
には、酸素を含まない不活性雰囲気中で高温アニールし
てもシリコン基板表面はシリコン酸化膜により保護され
ているためにシリコン基板は荒れない。よってイオン注
入後のアニールを酸素を含まない不活性雰囲気中で行う
ことにより、イオン注入ダメージによるOSFの成長を抑
えることができる。しかしながら、この場合、シリコン
酸化膜を介してイオン注入を行うために、シリコン酸化
膜中の酸素がシリコン基板中にノックオンされこれがア
ニール工程においても回復せず、転位として残留してし
まう。この転位はやはり半導体装置製造工程中の汚染と
結び付いて、半導体装置の特性劣化を惹き起こす。
Further, when ion implantation is performed through a silicon oxide film, the silicon substrate is not roughened even if high-temperature annealing is performed in an inert atmosphere containing no oxygen because the silicon substrate surface is protected by the silicon oxide film. Therefore, by performing annealing after ion implantation in an inert atmosphere containing no oxygen, growth of OSF due to ion implantation damage can be suppressed. However, in this case, since the ions are implanted through the silicon oxide film, oxygen in the silicon oxide film is knocked on in the silicon substrate, and this is not recovered even in the annealing process, and remains as dislocation. These dislocations are also associated with contamination during the semiconductor device manufacturing process, causing deterioration in the characteristics of the semiconductor device.

本発明は従来の上記実情に鑑みてなされたものであ
り、従って本発明の目的は、従来の技術に内在する上記
諸欠点を解消することを可能とした半導体装置の新規な
製造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional circumstances, and accordingly, an object of the present invention is to provide a novel method of manufacturing a semiconductor device which can eliminate the above-mentioned drawbacks inherent in the conventional technology. It is in.

発明の従来技術に対する相違点 上述した従来の半導体装置の製造方法に対し、本発明
は、シリコン基板が露出した状態でイオン注入を行い、
続いてCVD法によりポリシリコンを堆積させることによ
り、続く高温アニール工程においてシリコン基板が直接
酸素に接触することがないために、OSFの成長を抑える
ことができ、またイオン注入時にはシリコン基板が露出
しているので酸素がシリコン基板中にノックオンされる
こともないという相違性を有する。
Differences from the Prior Art of the Invention In contrast to the conventional method of manufacturing a semiconductor device described above, the present invention performs ion implantation with the silicon substrate exposed,
Subsequently, by depositing polysilicon by the CVD method, OSF growth can be suppressed because the silicon substrate does not come into direct contact with oxygen in the subsequent high-temperature annealing step, and the silicon substrate is exposed during ion implantation. Therefore, there is a difference that oxygen is not knocked on into the silicon substrate.

ここでCVD法によりポリシリコンを堆積する代わりにC
VD法によりシリコン酸化膜を堆積する方法も考えられる
が、シリコン酸化膜を堆積する際に反応ガスとして用い
られる酸素などによりOSFが成長してしまう。よって堆
積の際に非酸化性雰囲気となるポリシリコンが最も適し
ている。
Here, instead of depositing polysilicon by CVD, C
A method of depositing a silicon oxide film by the VD method is also conceivable, but OSF grows due to oxygen or the like used as a reaction gas when depositing the silicon oxide film. Therefore, polysilicon which becomes a non-oxidizing atmosphere during deposition is most suitable.

課題を解決するための手段 前記目的を達成する為に、本発明に係る半導体装置の
製造方法は、シリコン基板が露出した状態でイオン注入
を行う工程と、続いてシリコン基板上にCVD法によりポ
リシリコンを堆積する工程と、アニール工程とを有して
いる。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises the steps of: performing ion implantation with a silicon substrate exposed; The method includes a step of depositing silicon and an annealing step.

アニール工程としては、全く酸素を含まない不活性雰
囲気で行うとポリシリコン表面が荒れるので、まず酸素
を含む雰囲気中でシリコン基板は酸化されず、ポリシリ
コンの一部が酸化される条件でポリシリコンの上層一部
をシリコン酸化膜に変え、次に完全な不活性雰囲気中で
アニールを行う。
If the annealing process is performed in an inert atmosphere that does not contain oxygen at all, the polysilicon surface will be roughened. First, the polysilicon substrate is not oxidized in an atmosphere containing oxygen, and the polysilicon is partially oxidized. Is changed to a silicon oxide film, and then annealing is performed in a completely inert atmosphere.

実施例 次に、本発明をその好ましい各実施例について図面を
参照して説明する。
Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図(a)〜(b)は本発明による第1の実施例を
示すCMOS構造半導体装置のPウェルの形成工程を工程順
に示す断面図である。
1 (a) and 1 (b) are cross-sectional views showing the steps of forming a P-well of a CMOS semiconductor device according to a first embodiment of the present invention in the order of steps.

第1図(a)〜(d)を参照するに、シリコン基板11
上に熱酸化法により500nmのシリコン酸化膜12を形成す
る。シリコン酸化膜12上にフォトレジスト13を塗布し、
フォトリソグラフィー法によりPウェル形成領域のシリ
コン酸化膜12をエッチング除去する。フォトレジスト13
とシリコン酸化膜12をマスクとしてPウェル形成領域に
ボロンイオン(11B+)を例えば加速エネルギー100KeV、
注入量3×1013cm-2でイオン注入し、P+領域14を形成す
る(第1図(a))。
Referring to FIGS. 1A to 1D, a silicon substrate 11 is shown.
A 500 nm silicon oxide film 12 is formed thereon by a thermal oxidation method. A photoresist 13 is applied on the silicon oxide film 12,
The silicon oxide film 12 in the P-well formation region is etched away by photolithography. Photoresist 13
A silicon oxide film 12, boron ions into the P-well forming region as a mask (11 B +) and an acceleration energy 100 KeV,
Ion implantation is performed at an implantation dose of 3 × 10 13 cm −2 to form a P + region 14 (FIG. 1A).

次にSiH4の熱分解を利用したCVD法により、ポリシリ
コン15を30nm蓄積する(第1図(b))。このポリシリ
コン15の表面の一部を熱酸化法により20nmのポリシリコ
ン酸化膜16に変え、続いて不活性雰囲気中でアニールを
行い、P+領域14中のイオン注入によるダメージを除去す
ると共に、Pウェルの深さを所定の深さとするためにP+
領域14をシリコン基板11中に拡散させる(第1図
(c))。このとき、アニール工程が1000℃を超える高
温で行われる場合には、ポリシリコン酸化膜16を形成し
ないと、不活性雰囲気中の微量不純物がポリシリコン15
と反応して、ポリシリコン15の表面が荒れてしまうため
に、ポリシリコン酸化膜16の形成は必要であるが、アニ
ール工程が1000℃以下の温度で行われる場合にはこのポ
リシリコン酸化膜16を形成することなくアニール工程を
行ってもよい。
Next, polysilicon 15 is accumulated to a thickness of 30 nm by a CVD method utilizing thermal decomposition of SiH 4 (FIG. 1 (b)). A part of the surface of the polysilicon 15 is changed to a 20 nm polysilicon oxide film 16 by a thermal oxidation method, and then annealing is performed in an inert atmosphere to remove damage due to ion implantation in the P + region 14. In order to set the depth of the P well to a predetermined depth, P +
The region 14 is diffused into the silicon substrate 11 (FIG. 1 (c)). At this time, if the annealing step is performed at a high temperature exceeding 1000 ° C., a small amount of impurities in an inert atmosphere
, The surface of the polysilicon 15 is roughened, so that the formation of the polysilicon oxide film 16 is necessary. However, if the annealing step is performed at a temperature of 1000 ° C. or less, the polysilicon oxide film 16 The annealing step may be performed without forming the layer.

P+領域14が所定の深さとなったら、続いて酸化性雰囲
気中でポリシリコン酸化膜16を介してポリシリコン15お
よびシリコン基板11の熱酸化を行う(第1図(d))。
このシリコン酸化膜12をフッ化水素酸でエッチング除去
することによりポリシリコン15の残留しないシリコン基
板表面が得られる。
When the P + region 14 has a predetermined depth, the polysilicon 15 and the silicon substrate 11 are thermally oxidized via the polysilicon oxide film 16 in an oxidizing atmosphere (FIG. 1 (d)).
By etching and removing the silicon oxide film 12 with hydrofluoric acid, a silicon substrate surface on which the polysilicon 15 does not remain can be obtained.

以上の工程により、CMOS構造半導体装置のPウェル領
域を、イオン注入によるダメージをシリコン基板11内に
残すことなく形成することができる。
Through the above steps, the P-well region of the CMOS semiconductor device can be formed without leaving damage due to ion implantation in the silicon substrate 11.

第2図(a)〜(e)は本発明による第2の実施例を
示すバイポーラ・トランジスタの埋込層の形成工程を工
程順に示す断面図である。
2 (a) to 2 (e) are sectional views showing the steps of forming a buried layer of a bipolar transistor according to a second embodiment of the present invention in the order of steps.

第2図(a)〜(e)を参照するに、シリコン基板21
上にフォトリソグラフィー法によりひ素、あるいはアン
チモンを含むシリカからの拡散を用いてN+埋込層22を形
成する。続いて熱酸化法により300nmのシリコン酸化膜2
3を形成し、シリコン酸化層23上にフォトレジスト24を
塗布しフォトリソグラフィー法によりP+埋込層25を形成
する領域のシリコン酸化膜23をエッチング除去する。フ
ォトレジスト24とシリコン酸化膜23をマスクとして、P+
埋込層25を形成する領域にボロンイオンを例えば加速エ
ネルギー100KeV、注入量1×1014cm-2でイオン注入し、
P+埋込層25を形成する(第2図(a))。次にCVD法に
よりポリシリコン26を30nmの膜厚で堆積する(第2図
(b))。このポリシリコン26の表面一部を熱酸化し20
nmのポリシリコン酸化膜27を形成し、次に不活性雰囲気
中でアニールを行う(第2図(c))。このとき、上記
第1の実施例と同様にアニール温度が1000℃以下の場合
には、ポリシリコン酸化膜を形成する工程を省略するこ
とができる。次に、ポリシリコン26を酸化性雰囲気中で
完全に酸化し(第2図(d))、フッ化水素酸を含む溶
液でポリシリコン酸化膜27およびシリコン酸化膜を完全
に除去する。このときポリシリコン26がシリコン基板21
上にわずかでも残留していると、続くエピタキシャルシ
リコン成長において異常成長が起きたり、エピタキシャ
ル層の結晶の質が低下し、半導体装置の電気特性に大き
な影響を与えるので、ポリシリコン26を完全に酸化、除
去する必要がある。次にシリコン基板上にシリコンをエ
ピタキシャル成長し、エピタキシャル層28を形成する。
Referring to FIGS. 2A to 2E, the silicon substrate 21
An N + buried layer 22 is formed thereon by photolithography using diffusion from arsenic or silica containing antimony. Subsequently, a 300 nm silicon oxide film 2 is formed by thermal oxidation.
3 is formed, a photoresist 24 is applied on the silicon oxide layer 23, and the silicon oxide film 23 in a region where the P + buried layer 25 is to be formed is removed by photolithography. Using the photoresist 24 and the silicon oxide film 23 as a mask, P +
Boron ions are implanted into the region where the buried layer 25 is to be formed, for example, with an acceleration energy of 100 KeV and an implantation amount of 1 × 10 14 cm −2 ,
A P + buried layer 25 is formed (FIG. 2A). Next, polysilicon 26 is deposited to a thickness of 30 nm by the CVD method (FIG. 2B). A portion of the surface of the polysilicon 26 is thermally oxidized to 20
After forming a polysilicon oxide film 27 of nm, annealing is performed in an inert atmosphere (FIG. 2C). At this time, when the annealing temperature is 1000 ° C. or lower as in the first embodiment, the step of forming the polysilicon oxide film can be omitted. Next, the polysilicon 26 is completely oxidized in an oxidizing atmosphere (FIG. 2D), and the polysilicon oxide film 27 and the silicon oxide film are completely removed with a solution containing hydrofluoric acid. At this time, the polysilicon 26 is
If a small amount remains on the top, abnormal growth may occur in the subsequent epitaxial silicon growth, or the crystal quality of the epitaxial layer may be deteriorated, greatly affecting the electrical characteristics of the semiconductor device. Need to be removed. Next, silicon is epitaxially grown on the silicon substrate to form an epitaxial layer.

以上の工程により、イオン注入のダメージのない、バ
イポーラ・トランジスタの埋込層を形成することができ
る。
Through the above steps, a buried layer of a bipolar transistor without damage due to ion implantation can be formed.

以上ボロンイオン(11B+)のイオン注入工程について
実施例をあげてきたが、他のイオン種、例えばひ素イオ
ン(75As+)、リンイオン(31P+)、のイオン注入にお
いても本発明は有効である。
Although the example of the ion implantation step of boron ion ( 11 B + ) has been described above, the present invention is applicable to the ion implantation of other ion species such as arsenic ion ( 75 As + ) and phosphorus ion ( 31 P + ). It is valid.

なお、第1、第2の実施例においては最終的にポリシ
リコンを除去したが、ポリシリコンが残留しても問題の
ない工程、例えばフィールド形成工程、MOSトランジス
タのソース・ドレイン形成工程においてはポリシリコン
を除去する工程を省略することができる。
In the first and second embodiments, the polysilicon is finally removed. However, in a step where there is no problem even if the polysilicon remains, for example, in a field forming step, a source / drain forming step of a MOS transistor, the polysilicon is removed. The step of removing silicon can be omitted.

発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、シリコン基板
が露出した状態でイオン注入を行い、続いてCVD法によ
りポリシリコンを堆積することで、続く高温アニール工
程においてOSFの成長を抑えることができ、半導体装置
製造工程中の汚染がOSFに捕獲されるために起こる半導
体装置の電気的特性の劣化をなくすことができるという
効果が得られる。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, ion implantation is performed in a state where a silicon substrate is exposed, and then polysilicon is deposited by a CVD method, thereby suppressing OSF growth in a subsequent high-temperature annealing step. Thus, an effect is obtained that the deterioration of the electrical characteristics of the semiconductor device can be prevented because the OSF captures the contamination in the semiconductor device manufacturing process.

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

第1図(a)〜(d)は本発明による第1の実施例を工
程順に示す断面図、第2図(a)〜(e)は本発明によ
る第2の実施例を工程順に示す断面図である。 11,21…シリコン基板、12,23…シリコン酸化膜、13,24
…フォトレジスト、14…P+領域、15,26…ポリシリコ
ン、16,27…ポリシリコン酸化膜、22…N+埋込層、25…P
+埋込層、28…エピタキシャル層
1 (a) to 1 (d) are cross-sectional views showing a first embodiment of the present invention in the order of steps, and FIGS. 2 (a) to 2 (e) are cross-sectional views showing a second embodiment of the present invention in the order of steps. FIG. 11,21… Silicon substrate, 12,23… Silicon oxide film, 13,24
... photoresist, 14 ... P + region, 15,26 ... polysilicon, 16,27 ... polysilicon oxide film, 22 ... N + buried layer, 25 ... P
+ Embedded layer, 28… Epitaxial layer

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】シリコン基板中にイオン注入を用いて不純
物拡散層を形成する工程において、シリコン基板が露出
した状態でイオン注入を行う工程と、続いてCVD法によ
りシリコン基板上にポリシリコンを堆積する工程と、ア
ニール工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造
方法。
In the step of forming an impurity diffusion layer in a silicon substrate by ion implantation, ion implantation is performed with the silicon substrate exposed, and then polysilicon is deposited on the silicon substrate by a CVD method. And a step of annealing the semiconductor device.
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