JP3064330B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3064330B2
JP3064330B2 JP2118167A JP11816790A JP3064330B2 JP 3064330 B2 JP3064330 B2 JP 3064330B2 JP 2118167 A JP2118167 A JP 2118167A JP 11816790 A JP11816790 A JP 11816790A JP 3064330 B2 JP3064330 B2 JP 3064330B2
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Japan
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boron
oxide film
channel stopper
region
implanted
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義久 松原
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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、特に半導体基
板上の電気的分離領域へ不純物が注入されたシリコン基
板領域(以後、チャネルストッパー領域と称す)の製造
方法に関する。
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 a silicon substrate region (hereinafter referred to as a channel stopper region) in which an impurity is implanted into an electrical isolation region on a semiconductor substrate. )).

〔従来の技術〕 トランジスタサイズの縮小による集積度の向上に伴
い、各トランジスタ間の素子分離領域も縮小される。こ
の素子分離領域が縮まると各トランジスタ間の拡散層間
でパンチスルーが生じやすくなる。そのため、素子分離
領域に形成されたフィールド酸化膜下のチャネルストッ
パー領域には不純物濃度がシリコン基板より高いチャネ
ルストップ層が形成されている。
[Prior Art] With an increase in integration degree due to a reduction in transistor size, an element isolation region between transistors is also reduced. When the element isolation region is reduced, punch-through easily occurs between diffusion layers between transistors. Therefore, a channel stop layer having a higher impurity concentration than the silicon substrate is formed in the channel stopper region below the field oxide film formed in the element isolation region.

従来のチャネルストップ層の製造方法をBi−CMOS素子
の場合を例に取り第3図を用いて説明する。
A conventional method of manufacturing a channel stop layer will be described with reference to FIG. 3 taking a Bi-CMOS device as an example.

まず、1014〜1015atom/cm3の不純物濃度を有する低濃
度P型の単結晶シリコン基板301表面に不純物濃度が1
×1021cm-3程度のn+埋込み層と1×10+17cm-3程度のP+
埋込み層303をイオン注入によって形成した後、通常の
エピタキシャル技術を用いて、膜厚1μm程度のn型エ
ピタキシャル層304を形成する(図3.a)。
First, an impurity concentration of 1 is formed on the surface of a low-concentration P-type single-crystal silicon substrate 301 having an impurity concentration of 10 14 to 10 15 atom / cm 3.
N + buried layer of about × 10 21 cm -3 and P + of about 1 × 10 +17 cm -3
After the buried layer 303 is formed by ion implantation, an n-type epitaxial layer 304 having a thickness of about 1 μm is formed using a normal epitaxial technique (FIG. 3.a).

次に前記エピタキシャル層304表面に500Å程度の熱酸
化膜305を形成した後、通常のフォトリソグラフィー技
術を用いてP型ウェルを形成する領域が開孔するように
レジスト306をパターニングした後ボロンをイオン注入
する(図3.b)。
Next, after a thermal oxide film 305 of about 500 ° is formed on the surface of the epitaxial layer 304, a resist 306 is patterned using a normal photolithography technique so that a region for forming a P-type well is formed, and then boron is ionized. Inject (Figure 3.b).

次に2000Å程度の窒化膜307を成長した後、トランジ
スタの活性領域が残るようにレジスト308をパターニン
グして、通常のドライエッチング技術を用いて窒化膜30
7を除去する。ここで、n型ウェル領域の拡散層間とバ
イポーラとグラフトベースとn型ウェル間の素子分離耐
性を保つために、全面にリン(以後GRリンと称す)を注
入してn型ウェル領域とバイポーラ領域にチャネルスト
ッパ層309が形成される(図3.c)。
Next, after growing a nitride film 307 of about 2000 mm, the resist 308 is patterned so that the active region of the transistor remains, and the nitride film 30 is formed using a normal dry etching technique.
Remove 7 Here, in order to maintain element isolation resistance between the diffusion layer in the n-type well region, the bipolar, the graft base, and the n-type well, phosphorus (hereinafter referred to as GR phosphorus) is implanted into the entire surface and the n-type well region and the bipolar region Then, a channel stopper layer 309 is formed (FIG. 3.c).

続いて、P型ウェル領域が開孔するようにレジスト31
0をパターニングして、P型ウェル内のチャネルストッ
パー領域へボロンを注入してP型ウェル内にもチャネル
ストッパ層311を形成する(図3.d)。
Subsequently, the resist 31 is opened so that the P-type well region is opened.
By patterning 0, boron is implanted into the channel stopper region in the P-type well to form a channel stopper layer 311 also in the P-type well (FIG. 3.d).

続いて、プラズマを用いたレジスト剥離装置を用い
て、レジスト308と310を剥離した後、6000Å程度の熱酸
化膜312(以後、フィールド酸化膜と称する)を形成す
る(図3.e)。
Subsequently, after the resists 308 and 310 are stripped using a resist stripper using plasma, a thermal oxide film 312 (hereinafter, referred to as a field oxide film) of about 6000 ° is formed (FIG. 3.e).

次に、N型ウェル領域が開孔するようにフォトリソグ
ラフィー技術を用いてレジスト313をパターニングし、
n型ウェルを形成するためのリン(GPH注入と称する)
を注入してn型ウェル314を形成すると同時にVT制御用
のボロンを注入する(図3.f)。
Next, the resist 313 is patterned using photolithography so that the N-type well region is opened,
Phosphorus for forming n-type well (referred to as GPH injection)
When the forming the n-type well 314 by implanting boron is implanted in V T control simultaneously (Figure 3.f).

この工程以後は通常のBi−CMOS製造方法を用いて所定
のBi−CMOS素子を形成している(図3.g)。
After this step, a predetermined Bi-CMOS element is formed using a normal Bi-CMOS manufacturing method (FIG. 3.g).

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

従来のプロセスでは、チャネルストッパー層を形成す
るボロンはフィールド酸化膜前に注入するため、フィー
ルド酸化時に酸化膜中へボロンが取り込まれるため図4.
1に示すようにボロン注入直後のボロン分布は大幅にそ
のピークが減少する。その結果として打ち込んだボロン
の10%程度しか有効化できない。
In the conventional process, boron that forms the channel stopper layer is implanted before the field oxide film, so that boron is incorporated into the oxide film during field oxidation.
As shown in FIG. 1, the peak of boron distribution immediately after boron injection is greatly reduced. As a result, only about 10% of the boron implanted can be activated.

Pウェルの素子分離耐性を10V以上得るには、酸化膜
に吸収されるボロンを見こんで5E13cm-2程度の高いドー
ズ量でボロン注入を行う必要があるが、このような2E13
cm-2以上の高いドーズ量でボロンをイオン注入すると、
シリコン基板表面近傍に結晶欠陥が多く発生し、拡散層
間のリーク電流が増加するという問題点があった。
In order to obtain the isolation resistance of the P-well of 10 V or more, it is necessary to perform boron implantation at a high dose of about 5E13 cm −2 in view of the boron absorbed by the oxide film.
When boron is ion-implanted at a high dose of cm -2 or more,
There is a problem that many crystal defects occur near the surface of the silicon substrate, and the leakage current between the diffusion layers increases.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上の電
気的分離領域に素子分離として作用する熱酸化膜を形成
する工程の前に前記電気的分離領域全域にn型チャネル
ストッパ層を形成するためのリンを注入する工程と、前
記熱酸化膜を介してp型チャネルストッパ層を形成する
ためのボロンをシリコン基板へ注入する工程とを有する
ことを特徴としている。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, an n-type channel stopper layer is formed on the entire electrical isolation region before the step of forming a thermal oxide film acting as element isolation on the electrical isolation region on the semiconductor substrate. And a step of injecting boron for forming a p-type channel stopper layer into the silicon substrate via the thermal oxide film.

〔実施例〕 次に本発明について図面を参照して説明する。Example Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例の縦断面図である。 FIG. 1 is a longitudinal sectional view of one embodiment of the present invention.

本実施例はP型ウェル領域へ高エネルギーでチャネル
ストップのボロンをフィールド酸化後に注入する例であ
る。従来プロセスではフィールド酸化前にチャネルスト
ップボロンを注入していたため、注入不純物の90%近く
はフィールド酸化膜に吸収されてしまうが、本発明はフ
ィールド酸化後にボロンを注入するため、フィールド酸
化膜には吸収されず、注入する不純物を減らすことがで
きる効果がある。
This embodiment is an example in which boron having a high energy and a channel stop is implanted into a P-type well region after field oxidation. In the conventional process, channel stop boron is implanted before field oxidation, so that nearly 90% of the implanted impurities are absorbed by the field oxide film. However, in the present invention, boron is implanted after field oxidation, so that the field oxide film has There is an effect that impurities are not absorbed and impurities to be implanted can be reduced.

本実施例はn型ウェルのチャネルストッパー層を形成
する工程(3.c)までは従来の製造方法と同じである。
続いてレジスト308を剥離した後6000Å程度の熱酸化膜1
07を形成する。その後、トランジスタの活性領域を覆っ
ていた窒化膜307を除去する(図1.a)。
This embodiment is the same as the conventional manufacturing method up to the step (3.c) of forming the channel stopper layer of the n-type well.
Next, after removing the resist 308, a thermal oxide film 1 of about 6000 mm
Form 07. Thereafter, the nitride film 307 covering the active region of the transistor is removed (FIG. 1.a).

次にP型ウェル領域が開孔するようにレジスト108を
パターニングし、ボロンを250keV程度の加速エネルギー
で1E13cm2程度注入する(図1.b)。
Next, the resist 108 is patterned so that the P-type well region is opened, and boron is implanted at about 1E13 cm 2 at an acceleration energy of about 250 keV (FIG. 1.b).

この工程以降は再び通常のBi−CMOS製造工程を用いて
所定のBi−CMOS素子を形成する。
After this step, a predetermined Bi-CMOS element is formed again using a normal Bi-CMOS manufacturing step.

第2の実施例の縦断面図を第2図に示す。 FIG. 2 shows a longitudinal sectional view of the second embodiment.

第2の実施例では、GRボロンと同様にGRリンもフィー
ルド酸化後にマスクを用いて注入しているため、GRリン
とGRボロンは独立にドーズ量を決められるという効果が
ある。
In the second embodiment, as in the case of GR boron, GR phosphorus is implanted by using a mask after field oxidation, so that the dose of GR phosphorus and GR boron can be determined independently.

本実施例では熱酸化膜305を200Å程度形成した後、窒
化膜307を2000Å程度形成してトランジスタの活性領域
が残るようにターニングするまでは従来の製造方法と同
じである。
In the present embodiment, the process is the same as that of the conventional manufacturing method until the thermal oxide film 305 is formed at about 200 ° and then the nitride film 307 is formed at about 2000 ° and turning is performed so that the active region of the transistor remains.

この後、レジスト308を剥離して、6000Å程度の熱酸
化膜206を形成する。この後窒化膜307を除去する(図2.
a)。
Thereafter, the resist 308 is peeled off to form a thermal oxide film 206 of about 6000 °. Thereafter, the nitride film 307 is removed (FIG. 2.
a).

次に、P型ウェル領域が開孔するようにレジスト207
をパターニングした後、ボロンを250keV程度の加速エネ
ルギーで1E13cm-2程度注入してフィールド酸化膜206の
下にチャネルストッパ層208を形成する。
Next, a resist 207 is formed so that the P-type well region is opened.
After patterning, a channel stopper layer 208 is formed under the field oxide film 206 by implanting boron at about 1E13 cm −2 at an acceleration energy of about 250 keV.

続けて、15keV程度の加速エネルギーでゲートボロン
の注入を行なった後、レジスト207を剥離する。次にP
型ウェル領域が残るようにレジスト209をパターニング
して加速エネルギー500keV程度で6E12cm-2ぐらいリン注
入を行う。これにより、n型ウェルとバイポーラ部のフ
ィールド酸化膜206下にチャネルストッパ層210を形成す
る(図2.c)。
Subsequently, after implanting gate boron at an acceleration energy of about 15 keV, the resist 207 is stripped. Then P
The resist 209 is patterned so that the mold well region remains, and about 6E12 cm -2 of phosphorus is implanted at an acceleration energy of about 500 keV. Thus, a channel stopper layer 210 is formed below the n-type well and the field oxide film 206 in the bipolar portion (FIG. 2.c).

この工程(図2.c)以降は従来の製造方法を用いて所
定のBi−CMOS素子が完成する。
After this step (FIG. 2.c), a predetermined Bi-CMOS device is completed using a conventional manufacturing method.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明は、フィールド酸化工程の
後にチャネルストッパーのボロンを注入することによ
り、酸化膜中にボロンが吸収されるのを防ぎ、その結果
としてイオン注入のドーズ量を下げることができる。
As described above, according to the present invention, by implanting boron of the channel stopper after the field oxidation step, it is possible to prevent boron from being absorbed into the oxide film, and as a result, the dose of ion implantation can be reduced. .

図4.(b)に本発明の製造方法を用いたフィールド酸
化膜下のボロン濃度の分布を示す。従来は5E1013cm-2
度必要だったGRボロンのドーズ量を1E1013cm-2程度まで
下げることができる。
FIG. 4 (b) shows the distribution of boron concentration under the field oxide film using the manufacturing method of the present invention. The dose of GR boron, which previously required about 5E10 13 cm -2, can be reduced to about 1E10 13 cm -2 .

さらに本製造方法では厚い酸化膜を介してチャネルス
トッパの不純物を注入するため、注入時にシリコン基板
に加わるストレスが緩和でき、注入時に発生する結晶欠
陥を低減できることから、拡散層間に流れるリーク電流
を減らすことができる。
Furthermore, in the present manufacturing method, since the impurity of the channel stopper is implanted through the thick oxide film, the stress applied to the silicon substrate at the time of implantation can be reduced, and the crystal defects generated at the time of implantation can be reduced. be able to.

本発明をBi−CMOS素子の製造工程に適応すれば、P型
チャネルストッパ領域に注入されたGRリンを打ち返すGR
ボロンのドーズ量がフィールド酸化膜に吸収されず、n
型及びP型チャネルストッパ層の不純物濃度を従来より
5倍近く高められ、その結果としてバイポーラとCMOS領
域の各素子分離域を同時に縮小できる効果がある。
If the present invention is applied to a manufacturing process of a Bi-CMOS device, a GR that counteracts the GR phosphorus injected into the P-type channel stopper region can be obtained.
The boron dose is not absorbed by the field oxide film, and n
The impurity concentration of the p-type and p-type channel stopper layers can be increased about five times as compared with the conventional one, and as a result, there is an effect that each element isolation region of the bipolar and CMOS regions can be reduced at the same time.

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

第1図(a),(b)は本発明の実施例1の製造方法の
縦断面図、第2図(a)〜(c)は本発明の実施例2の
製造方法の縦断面図、第3図(a)〜(g)は従来の技
術を説明するための図、第4図(a)は従来のフィール
ド酸化膜下のボロン濃度分布図、第4図(b)は本発明
のフィールド酸化膜下のボロン濃度分布図である。 101,201,301……シリコン基板、102,202,302……N+埋込
み層、103,203,303……P+埋込み層、104,204,304……n
型エピタキシャル層、105,205……P型ウェル、106,21
0,309……n型チャネルストッパ層、107,206,305,312…
…熱酸化膜、108,207,209,306,308,310……レジスト、1
09,208,311……P型チャネルストッパ層、307……窒化
膜。
1 (a) and 1 (b) are longitudinal sectional views of a manufacturing method according to a first embodiment of the present invention, FIGS. 2 (a) to 2 (c) are longitudinal sectional views illustrating a manufacturing method according to a second embodiment of the present invention, 3 (a) to 3 (g) are diagrams for explaining a conventional technique, FIG. 4 (a) is a conventional boron concentration distribution diagram below a field oxide film, and FIG. 4 (b) is a diagram of the present invention. FIG. 3 is a boron concentration distribution diagram under a field oxide film. 101, 201, 301 ... silicon substrate, 102, 202, 302 ... N + buried layer, 103, 203, 303 ... P + buried layer, 104, 204, 304 ... n
-Type epitaxial layer, 105,205 ... P-type well, 106,21
0,309 ... n-type channel stopper layer, 107,206,305,312 ...
... thermal oxide film, 108, 207, 209, 306, 308, 310 ... resist, 1
09,208,311 ... P-type channel stopper layer, 307 ... Nitride film.

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8249 H01L 21/76 H01L 27/06 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/8249 H01L 21/76 H01L 27/06

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板上の電気的分離領域に素子分離
として作用する熱酸化膜を形成する工程の前に前記電気
的分離領域全域にn型チャネルストッパ層を形成するた
めのリンを注入する工程と、前記熱酸化膜を介してp型
チャネルストッパ層を形成するためのボロンをシリコン
基板へ注入する工程とを有することを特徴とする半導体
装置の製造方法。
1. A method for forming an n-type channel stopper layer over the entire area of an electrical isolation region before implanting a thermal oxide film acting as an element isolation in an electrical isolation region on a semiconductor substrate. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of implanting boron for forming a p-type channel stopper layer through a thermal oxide film into a silicon substrate.
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