JP3238159B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3238159B2
JP3238159B2 JP06713491A JP6713491A JP3238159B2 JP 3238159 B2 JP3238159 B2 JP 3238159B2 JP 06713491 A JP06713491 A JP 06713491A JP 6713491 A JP6713491 A JP 6713491A JP 3238159 B2 JP3238159 B2 JP 3238159B2
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多佳子 岡田
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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、半導体装置の製造方法
に係り、特に不純物の導入方法に関する。
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 method for introducing impurities.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体集積回路においては、素子
の微細化が進み、導電層も0.2μm を下まわる領域に
形成されるようになってきた。これに伴い導電性不純物
の拡散も従来以上の精密な制御が要求されるようになっ
てきている。
2. Description of the Related Art In recent years, in semiconductor integrated circuits, elements have been miniaturized, and conductive layers have also been formed in areas smaller than 0.2 μm. Along with this, the diffusion of conductive impurities is required to be controlled more precisely than before.

【0003】シリコン基板中におけるリン、ヒ素、ボロ
ン等の導電性不純物の拡散制御は、従来、熱処理温度と
熱処理時間を変化させることによって行われている。例
えば、MOSトランジスタの製造においてソース領域や
ドレイン領域を形成するためには、同じ導電型の不純物
の中から拡散係数の小さな不純物を選択し、所定の領域
にイオン注入などの手法を用いて導入した後、低温で短
時間の不純物活性化熱処理を行い、深さ方向および横方
向への不純物の拡散長を小さく抑えることが提案されて
いる。また、ウェル領域を形成するためには、高温で長
時間の熱処理を行い、不純物の拡散長を大きく伸ばすこ
とが行われている。
Conventionally, diffusion control of conductive impurities such as phosphorus, arsenic, and boron in a silicon substrate has been performed by changing a heat treatment temperature and a heat treatment time. For example, in order to form a source region and a drain region in the manufacture of a MOS transistor, an impurity having a small diffusion coefficient is selected from impurities of the same conductivity type and introduced into a predetermined region by using a technique such as ion implantation. Thereafter, it has been proposed to perform a short-time impurity activation heat treatment at a low temperature to reduce the diffusion length of the impurity in the depth direction and the lateral direction. Further, in order to form a well region, a long-time heat treatment is performed at a high temperature to greatly increase the diffusion length of impurities.

【0004】このような熱処理工程におけるシリコン中
の不純物拡散長は、一般にDtの平方根に比例すること
が知られている。ここでDは不純物の拡散係数、tは熱
処理時間である。この拡散係数Dの値はシリコン基板中
の格子欠陥濃度(空格子濃度Cv ・格子間シリコン原子
濃度C1 )が熱平衡状態(Cv ・C1 =一定)にある場
合に対して求められている。
It is known that the diffusion length of impurities in silicon in such a heat treatment step is generally proportional to the square root of Dt. Here, D is the diffusion coefficient of the impurity, and t is the heat treatment time. The value of the diffusion coefficient D is obtained for a case where the lattice defect concentration (vacancy concentration Cv · interstitial silicon atom concentration C1) in the silicon substrate is in a thermal equilibrium state (Cv · C1 = constant).

【0005】さらに1970年代にはシリコン基板の酸
化中には基板中の不純物の拡散が熱平衡状態の場合より
も著しく速く進行することが報告されている。
In the 1970's, it was reported that during oxidation of a silicon substrate, diffusion of impurities in the substrate proceeded much faster than in the case of thermal equilibrium.

【0006】この現象は、酸化増速拡散(OED)と呼
ばれている。その原因はシリコン基板の酸化中には酸化
膜とシリコンとの界面において格子間シリコン原子が多
量に発生し、それが基板内部に拡散し、その過程で不純
物の拡散を促進することになる。
[0006] This phenomenon is called oxidation enhanced diffusion (OED). The reason is that during the oxidation of the silicon substrate, a large amount of interstitial silicon atoms are generated at the interface between the oxide film and the silicon and diffuse into the substrate, thereby promoting the diffusion of impurities in the process.

【0007】またアンチモンについては、逆にシリコン
基板酸化時に拡散がむしろ減速することが報告されてい
る。この現象は、酸化減速拡散(ORD)と呼ばれてお
り、その原因は、アンチモンの拡散には空格子の拡散が
関与しており、酸化時に発生する格子間シリコン原子が
空格子の濃度を再結合反応により減少させることにあ
る。
On the other hand, it has been reported that diffusion of antimony is rather slowed down during oxidation of a silicon substrate. This phenomenon is called oxidation slowed diffusion (ORD) because the diffusion of vacancies is involved in the diffusion of antimony, and the interstitial silicon atoms generated during oxidation reduce the concentration of vacancies. It is to reduce by a binding reaction.

【0008】このように不純物の拡散現象は格子欠陥の
型や濃度にそれぞれ依存していることがわかっている
が、その定量的な値は正確には知られておらず、従来
は、不純物拡散への格子欠陥の影響は極力抑制すること
に視点がおかれ、格子欠陥の積極的な利用は全く考えら
れていない状態であった。また、従来の技術において
は、広い濃度領域で格子欠陥濃度を制御するのは極めて
困難であった。
As described above, it is known that the impurity diffusion phenomenon depends on the type and concentration of the lattice defect, but the quantitative value is not known exactly. The focus was on minimizing the effect of lattice defects on GaN, and active utilization of lattice defects was not considered at all. Further, in the conventional technique, it is extremely difficult to control the lattice defect concentration in a wide concentration region.

【0009】例えば、不純物を拡散する拡散技術におい
てさまざまの問題がある。その1つに不純物拡散層の深
さがある。すなわち、素子の微細化に際して不純物拡散
層の深さを浅くしなければならないが、比較的高濃度
に、浅く打ち込むことは極めて困難であり、不純物層を
浅くするには限界がある。
For example, there are various problems in the diffusion technique for diffusing impurities. One of them is the depth of the impurity diffusion layer. That is, the depth of the impurity diffusion layer must be reduced when the element is miniaturized. However, it is extremely difficult to implant the impurity diffusion layer at a relatively high concentration and shallow, and there is a limit to reducing the impurity layer.

【0010】例えば、シリコン基板に対してp型の不純
物として一般的に用いられているボロンを含むガラス層
(BSG)を拡散源として、シリコン基板中にボロンを
拡散するドープトオキサイド法の場合には、ガラス層中
の拡散係数はシリコン基板中の拡散係数に対して2桁以
上も小さくなる。このため、このような不純物の拡散に
あってはガラス層中の不純物の拡散で律速される場合が
多い。
For example, in the case of a doped oxide method in which boron is diffused into a silicon substrate by using a glass layer (BSG) containing boron, which is generally used as a p-type impurity for a silicon substrate, as a diffusion source. Is that the diffusion coefficient in the glass layer is smaller than the diffusion coefficient in the silicon substrate by two digits or more. Therefore, the diffusion of such impurities is often limited by the diffusion of impurities in the glass layer.

【0011】従って、シリコン基板にボロンの不純物を
例えば1020cm-3以上の高濃度に導入しようとする場合
には、上記濃度以上のより高濃度のボロンを含むBSG
膜を用い、1000℃以上の比較的高温の雰囲気中で拡
散処理を行わなければならない。このような拡散処理に
おいては、ウェハへのストレスを抑制するために徐々に
拡散炉へ搬入または搬出する必要がある。このため、こ
の間に不純物が拡散されて、不純物が導入される領域が
広がってしまう。このように、浅い不純物拡散層を形成
するのは極めて困難である。
Therefore, when boron impurities are to be introduced into the silicon substrate at a high concentration of, for example, 10 20 cm −3 or more, BSG containing boron at a higher concentration than the above concentration is required.
Diffusion treatment must be performed in a relatively high temperature atmosphere of 1000 ° C. or higher using a film. In such a diffusion process, it is necessary to gradually carry the wafer into or out of the diffusion furnace in order to suppress stress on the wafer. For this reason, the impurities are diffused during this time, and the region into which the impurities are introduced is widened. Thus, it is extremely difficult to form a shallow impurity diffusion layer.

【0012】また、ランプ加熱炉を利用して、短時間で
熱拡散を行う方法がある。この方法では、不純物層を浅
くすることは可能であるが、反面ばらつきが大きくな
り、所望の不純物層を安定して得ることは困難となる。
このため、生産歩留まりが低下するという問題があっ
た。
There is also a method of performing heat diffusion in a short time by using a lamp heating furnace. With this method, it is possible to make the impurity layer shallow, but on the other hand, the dispersion increases, making it difficult to obtain a desired impurity layer stably.
For this reason, there was a problem that the production yield was reduced.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】このように、不純物拡
散を制御するのは極めて困難であり、素子の微細化に際
して不純物拡散層の深さを浅くしなければならないが、
比較的高濃度に、浅く打ち込むことは極めて困難であ
り、不純物層を浅くするには限界がある等種々の問題が
あった。
As described above, it is extremely difficult to control the impurity diffusion, and it is necessary to reduce the depth of the impurity diffusion layer when miniaturizing the element.
It is very difficult to implant a shallow impurity layer at a relatively high concentration, and there are various problems such as a limit in making the impurity layer shallow.

【0014】本発明は、前記実情に鑑みてなされたもの
で、半導体層への不純物の拡散に際し、容易に制御性よ
く、拡散層を形成する方法を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a method of easily forming a diffusion layer with good controllability when diffusing an impurity into a semiconductor layer.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の第1では、半導
体基板表面または内部に第1の不純物を導入し、欠陥源
を形成する欠陥源形成工程と、前記半導体基板に、第2
の不純物を有する拡散源を前記欠陥源と離れた位置に形
成する拡散源形成工程と、熱処理を施して前記第1の不
純物を前記欠陥源から拡散させ、熱平衡状態における濃
度よりも大きい格子欠陥濃度を持つ格子欠陥を生成する
格子欠陥生成工程とを有し、前記生成した格子欠陥の存
在下で、前記拡散源から前記第2の不純物を拡散させて
いる。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a defect source forming step of forming a defect source by introducing a first impurity into or on a semiconductor substrate;
Forming a diffusion source having an impurity at a position away from the defect source; and performing heat treatment to diffuse the first impurity from the defect source, thereby forming a lattice defect concentration higher than a concentration in a thermal equilibrium state. And a lattice defect generating step of generating a lattice defect having the following formula: wherein the second impurity is diffused from the diffusion source in the presence of the generated lattice defect.

【0016】望ましくはこの格子欠陥生成工程は、高濃
度のリン拡散層を形成する工程である。
Preferably, the lattice defect generating step is a step of forming a high-concentration phosphorus diffusion layer.

【0017】望ましくはこの格子欠陥生成工程は、基板
表面に金属膜例えばチタン層やニッケル層等を形成しシ
リサイデーションによって空格子を形成する空格子生起
工程である。
Desirably, the lattice defect generation step is a vacancy generation step of forming a vacancy by silicidation by forming a metal film such as a titanium layer or a nickel layer on the substrate surface.

【0018】また本発明の第2では、拡散しようとする
不純物の拡散速度を支援する欠陥の逆の型すなわち空格
子に対しては格子間原子、格子間原子に対しては空格子
を発生し、再結合によって不純物拡散に寄与する当該型
の格子欠陥の濃度を低下せしめるように制御するように
している。
According to the second aspect of the present invention, an interstitial atom is generated for an inverse type of defect which supports the diffusion speed of an impurity to be diffused, that is, a vacancy is generated for an interstitial atom. In addition, control is performed so as to reduce the concentration of lattice defects of the type that contribute to impurity diffusion by recombination.

【0019】本発明の第3では、請求項1または請求項
2記載の半導体装置の製造方法において、前記拡散源
は、前記半導体基板の裏面に形成されるようにしてい
る。
According to a third aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first or second aspect, the diffusion source is formed on a back surface of the semiconductor substrate.

【0020】望ましくは格子欠陥の濃度を欠陥源と基板
との接触面積を調整することによって不純物拡散に寄与
する当該型の格子欠陥の濃度を制御するようにしてい
る。
Desirably, the concentration of the lattice defect is controlled by adjusting the contact area between the defect source and the substrate to control the concentration of the lattice defect of the type contributing to impurity diffusion.

【0021】本発明の第4では、請求項1または請求項
2記載の半導体装置の製造方法において、前記拡散源
は、前記半導体基板の裏面に局所的に形成されるように
している。
According to a fourth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first or second aspect, the diffusion source is locally formed on a back surface of the semiconductor substrate.

【0022】本発明の第5では、請求項1乃至4記載の
半導体装置の製造方法において、前記格子欠陥生成工程
に先立ち、前記半導体基板の裏面に凹凸を形成する凹凸
形成工程を含むようにしている。
According to a fifth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the first to fourth aspects, prior to the lattice defect generating step, an irregularity forming step of forming irregularities on the back surface of the semiconductor substrate is included.

【0023】[0023]

【作用】本発明は、不純物の拡散現象は格子欠陥の型や
濃度にそれぞれ依存している点に着目し、広い濃度領域
で格子欠陥濃度を制御し、不純物拡散を制御するように
したものである。
The present invention focuses on the fact that the diffusion phenomenon of impurities depends on the type and concentration of lattice defects, and controls the concentration of lattice defects in a wide concentration region to control impurity diffusion. is there.

【0024】上記構成によれば、熱平衡状態における濃
度よりも大きい所望の格子欠陥濃度をもつような格子欠
陥を発生せしめ、拡散のための熱工程においてこの格子
欠陥が拡散を支援または抑制するようにしているため、
極めて制御性よく所望の拡散長を得る事が可能となる。
さらに低温下での拡散が可能となり、既に形成されてい
る層への影響を防止しつつ所望の拡散層を形成すること
も可能となる。
According to the above arrangement, a lattice defect having a desired lattice defect concentration higher than the concentration in a thermal equilibrium state is generated, and the lattice defect assists or suppresses the diffusion in a thermal process for diffusion. Because
It is possible to obtain a desired diffusion length with extremely controllability.
Further, diffusion at a low temperature becomes possible, and it becomes possible to form a desired diffusion layer while preventing influence on the already formed layer.

【0025】ところで、不純物の拡散を制御する格子欠
陥には、前述したように空格子と格子間シリコン原子と
があるが、大きくわけて2つの方法がある。その1つ
は、空格子または格子間シリコン原子を直接発生せしめ
て不純物拡散を制御する方法であり、もう1つは、逆の
型すなわち空格子に対しては格子間原子、格子間原子に
対しては空格子を発生し、再結合によって不純物拡散に
寄与する当該型の格子欠陥の濃度を低下せしめるように
制御する方法である。
As described above, the lattice defects for controlling the diffusion of impurities include vacancies and interstitial silicon atoms, as described above. One method is to directly generate vacancies or interstitial silicon atoms to control impurity diffusion, and the other is to use the opposite type, that is, interstitial atoms for vacancies and interstitial atoms for vacancies. In this method, vacancies are generated and the concentration of lattice defects of this type that contribute to impurity diffusion by recombination is reduced.

【0026】いずれによっても高精度に不純物拡散を制
御することができる。
In any case, impurity diffusion can be controlled with high precision.

【0027】また、このような格子欠陥の発生方法にも
大きく分けて2つの方法がある。
There are two general methods for generating such lattice defects.

【0028】その第1は、高濃度にリンを含有するガラ
スからシリコン基板にリンを拡散する方法、イオンビー
ム照射工程など高濃度にリンをイオン注入する方法等、
高濃度のリンの導入であり、これによって格子間シリコ
ン原子が生起される。
The first is a method of diffusing phosphorus from a glass containing a high concentration of phosphorus into a silicon substrate, a method of ion-implanting a high concentration of phosphorus such as an ion beam irradiation step, and the like.
The introduction of a high concentration of phosphorus, which produces interstitial silicon atoms.

【0029】第2は、チタンやニッケル等の金属をシリ
コン基板表面に接触せしめ、シリサイデーションを生起
せしめることにより、界面に空格子を発生せしめる方法
である。
The second is a method in which a metal such as titanium or nickel is brought into contact with the surface of a silicon substrate to generate silicidation, thereby generating a vacancy at the interface.

【0030】また、このような格子欠陥の発生は基板表
面に限定されることなく、シリコン基板表面近傍の状況
すなわち他の拡散層の形成や種々の膜の形成状況に応じ
て基板表面に発生させることができない場合には、基板
の裏面に上述したような方法で生起させるようにしても
よい。この場合は、裏面から、目的の不純物拡散層まで
の距離を設定する必要がある。この場合、格子欠陥の発
生源を小さく、しかも横方向への拡散を無視できる程度
に拡散源までの距離を小さくすることにより、局所的な
拡散を選択的に支援することもできる。
The occurrence of such lattice defects is not limited to the surface of the substrate, but is generated on the surface of the substrate according to the situation near the surface of the silicon substrate, that is, the formation of other diffusion layers or various films. If this is not possible, it may be made to occur on the back of the substrate in the manner described above. In this case, it is necessary to set the distance from the back surface to the target impurity diffusion layer. In this case, local diffusion can be selectively supported by reducing the source of the lattice defect and reducing the distance to the diffusion source to such an extent that lateral diffusion can be ignored.

【0031】さらに、格子欠陥の濃度は、欠陥源の形成
密度によって制御することができる。例えば、所望の密
度で窓を形成したマスクを介して基板上に欠陥源を形成
することにより、制御可能である。また、シリコン基板
の表面の凹凸を形成しこの凹凸の上に欠陥源を形成する
ことにより欠陥濃度の実効値を増大させることができ
る。すなわち格子欠陥濃度をどの程度変化させるかは、
欠陥を生成させるにあたり欠陥導入面積を変化させるこ
とにより調整する。例えば欠陥を導入する方法としてシ
リコンと各種金属との化学反応を利用する場合には金属
をシリコン表面に張り付けるに当たり欠陥発生源面積で
ある金属を張り付ける面積を変化させる。また例えば高
濃度リン拡散層の面積を変化させる。さらに格子欠陥濃
度をより顕著に増大させるために、格子欠陥の発生総量
を増大させるべくシリコン基板の裏面に凹凸を形成す
る。これにより欠陥発生面積の実効値を増大させること
ができる。 このように、本発明では、半導体層への不
純物の導入後、拡散のための熱工程に先立ち、熱平衡状
態における濃度よりも大きい所望の格子欠陥濃度をもつ
ような格子欠陥を発生せしめ、格子欠陥により不純物の
拡散を抑制または促進することができ拡散深さを高精度
に制御することができる。
Further, the concentration of lattice defects can be controlled by the density of formation of defect sources. For example, it can be controlled by forming a defect source on a substrate through a mask having windows formed at a desired density. Further, the effective value of the defect concentration can be increased by forming irregularities on the surface of the silicon substrate and forming a defect source on the irregularities. That is, how much the lattice defect concentration is changed depends on
In generating a defect, the defect is adjusted by changing the defect introduction area. For example, when a chemical reaction between silicon and various metals is used as a method for introducing a defect, an area where the metal, which is a defect source area, is applied when the metal is attached to the silicon surface. Further, for example, the area of the high-concentration phosphorus diffusion layer is changed. Further, in order to increase the lattice defect concentration more remarkably, irregularities are formed on the back surface of the silicon substrate in order to increase the total amount of lattice defects. Thereby, the effective value of the defect generation area can be increased. As described above, according to the present invention, after the impurity is introduced into the semiconductor layer, prior to the thermal process for diffusion, a lattice defect having a desired lattice defect concentration higher than the concentration in the thermal equilibrium state is generated, and the lattice defect is generated. Thereby, diffusion of impurities can be suppressed or promoted, and the diffusion depth can be controlled with high precision.

【0032】また、イオン注入、高濃度にリンを含有す
るガラス層からの拡散等により、高濃度のリン拡散層を
形成することにより界面に格子間原子が発生し、これに
よりリンやボロンの拡散を促進することができる。
Further, by forming a high-concentration phosphorus diffusion layer by ion implantation or diffusion from a glass layer containing high-concentration phosphorus, interstitial atoms are generated at the interface, thereby diffusing phosphorus and boron. Can be promoted.

【0033】また、基板表面にチタン層やニッケル層等
を形成しシリサイデーションによる空格子の発生によ
り、アンチモンやヒ素の拡散を促進することができる。
In addition, the diffusion of antimony and arsenic can be promoted by forming a titanium layer or a nickel layer on the substrate surface and generating vacancies by silicidation.

【0034】また本発明の第2では、拡散しようとする
不純物の拡散速度を支援する欠陥の逆の型すなわち空格
子に対しては格子間原子、格子間原子に対しては空格子
を発生し、再結合によって不純物拡散に寄与する当該型
の格子欠陥の濃度を低下せしめるように制御することに
より、拡散を抑制し、浅い拡散層を形成することができ
る。
According to the second aspect of the present invention, an interstitial atom is generated for an opposite type of defect which supports the diffusion speed of an impurity to be diffused, ie, a vacancy, and a vacancy is generated for an interstitial. By controlling the concentration of lattice defects of the type contributing to impurity diffusion by recombination to be reduced, diffusion can be suppressed and a shallow diffusion layer can be formed.

【0035】この、基板表面近傍の欠陥濃度を制御する
には基板表面の再結合中心をどの程度形成するかで調節
する。これには反応性イオンエッチング(RIE)のエ
ッチング時間でダメージ量を制御性良くコントロールし
たり、NH3ガスにより表面を窒化してその温度および
時間により量を制御しながら空孔を表面に注入したりし
て行うことができる。
In order to control the defect concentration in the vicinity of the surface of the substrate, the concentration of the recombination center on the substrate surface is adjusted. This is done by controlling the amount of damage with good controllability by the etching time of reactive ion etching (RIE), or by injecting holes into the surface while nitriding the surface with NH 3 gas and controlling the amount by the temperature and time. Or you can do it.

【0036】本発明の第3では、基板の裏面側に格子欠
陥を生起せしめ、欠陥の拡散により不純物拡散に寄与す
る当該型の格子欠陥の濃度を制御することにより、表面
に他の層が形成されている場合にも容易に制御する事が
可能である。
In the third aspect of the present invention, another layer is formed on the surface by generating lattice defects on the back surface side of the substrate and controlling the concentration of the lattice defects of the type contributing to impurity diffusion by diffusion of the defects. In this case, it can be easily controlled.

【0037】このように低温でのシリコン基板中の導電
性不純物の拡散は点欠陥の量に大きく影響をうける。点
欠陥の量が多ければ不純物の拡散は増速される。しかも
点欠陥の拡散は導電性不純物の拡散より数桁速い。図1
6および図18に格子間シリコンの拡散速度とシリコン
中のボロンおよびリンの拡散速度とを測定した結果を示
す。例えば点欠陥である格子間シリコンは800℃では
ボロンやリンの拡散速度より6桁も速い。そこで点欠陥
の量を制御することにより不純物の拡散を制御して従来
より低い800℃から850℃の熱処理により任意の不
純物分布を得ることができる。
As described above, the diffusion of the conductive impurities in the silicon substrate at a low temperature is greatly affected by the amount of point defects. The greater the amount of point defects, the faster the diffusion of impurities. Moreover, the diffusion of point defects is several orders of magnitude faster than the diffusion of conductive impurities. FIG.
6 and 18 show the results of measuring the diffusion rate of interstitial silicon and the diffusion rates of boron and phosphorus in silicon. For example, interstitial silicon which is a point defect at 800 ° C. is 6 orders of magnitude faster than the diffusion rate of boron or phosphorus. Therefore, by controlling the amount of point defects, the diffusion of impurities can be controlled, and an arbitrary impurity distribution can be obtained by a heat treatment at 800 ° C. to 850 ° C., which is lower than in the prior art.

【0038】とくに基板表面で点欠陥の再結合を促進す
ることによって基板表面のごく近傍における点欠陥の量
を減少させ、基板表面の不純物のみを残して熱処理によ
って不純物を基板深く拡散させる。これによって基板表
面の非常に浅い領域に接合を形成することができる。
In particular, by promoting recombination of point defects on the substrate surface, the amount of point defects in the immediate vicinity of the substrate surface is reduced, and impurities are diffused deeply into the substrate by heat treatment while leaving only the impurities on the substrate surface. This allows a junction to be formed in a very shallow region of the substrate surface.

【0039】さらに、格子欠陥をシリコン基板中に導入
した場合に、格子欠陥濃度増加が導電性不純物の拡散を
増速する程度を測定した。
Further, when lattice defects were introduced into a silicon substrate, the extent to which the increase in the concentration of lattice defects accelerated the diffusion of conductive impurities was measured.

【0040】その結果を図18に示すように、厚さ10
μm のシリコン基板の表面近傍にあらかじめボロン拡散
層を形成しておき、裏面に高濃度にリンを含有するガラ
スを張り付けた後、850℃において熱処理した場合の
ボロンの不純物のプロファイルをSIMS分析等によっ
て求め、これから拡散係数を算出した結果を示す。また
ガラスを張り付けないで同じ条件で熱処理した場合のボ
ロンの拡散係数も図18に示した。図18によれば高濃
度リン拡散層から発生する格子欠陥によりボロンの拡散
係数が大きく増加することがわかる。このとき張り付け
るガラスのシリコン基板に接する面積により欠陥の濃度
Ciを制御し、その結果も示す。Ceqは熱平衡濃度を示
す。これらの結果からボロンの拡散係数は、熱平衡濃度
条件よりも格子間シリコンの量を2桁増やすとこれにほ
ぼ比例して2桁速くなっていることがわかる。これは不
純物としてリンを用いた場合にも同様である。また、低
温にするほど不純物に対する影響は大きくなることがわ
かる。さらに他の格子欠陥導入方法を用いた場合にも同
様の結果をしめすことがわかる。
The results are shown in FIG.
A boron diffusion layer is formed in advance in the vicinity of the surface of a silicon substrate having a thickness of μm, a glass containing high concentration of phosphorus is attached to the back surface, and a profile of boron impurities when heat-treated at 850 ° C. is obtained by SIMS analysis or the like. The result of the calculation and the diffusion coefficient calculated from this is shown. FIG. 18 also shows the diffusion coefficient of boron when heat treatment was performed under the same conditions without attaching glass. According to FIG. 18, it can be seen that the diffusion coefficient of boron greatly increases due to lattice defects generated from the high-concentration phosphorus diffusion layer. At this time, the concentration Ci of the defect is controlled by the area of the glass to be attached to the silicon substrate, and the result is also shown. Ceq indicates the thermal equilibrium concentration. From these results, it can be seen that the diffusion coefficient of boron is approximately two orders of magnitude faster when the amount of interstitial silicon is increased by two orders of magnitude than the thermal equilibrium concentration condition. This is the same when phosphorus is used as an impurity. Also, it can be seen that the effect on the impurities increases as the temperature decreases. It can be seen that similar results are obtained when other methods for introducing lattice defects are used.

【0041】またPSGを用いた欠陥導入方法の場合に
はそのガラス中のリン濃度によっても導入する欠陥の量
を制御することがわかる。例えば図17に示すように8
00℃においてリン濃度2×1021atom/cm3にすると
800℃における平衡格子間シリコン原子濃度より2桁
高い量の欠陥を導入することができる。したがってボロ
ンの拡散速度を2桁速くすることができる。これは80
0℃において1000℃でボロンを拡散させるのに匹敵
する拡散を行うことができることを意味する。本発明の
第4では、基板の裏面側に局所的に格子欠陥を生起せし
め、欠陥の局所的拡散により、不純物拡散に寄与する当
該型の格子欠陥の濃度を増大するようにすれば、局所的
に深い拡散を行うことが可能となる。
Further, in the case of the defect introduction method using PSG, it can be seen that the amount of defects to be introduced is controlled also by the phosphorus concentration in the glass. For example, as shown in FIG.
If the phosphorus concentration is 2 × 10 21 atom / cm 3 at 00 ° C., it is possible to introduce defects whose quantity is two orders of magnitude higher than the equilibrium interstitial silicon atom concentration at 800 ° C. Therefore, the diffusion speed of boron can be increased by two orders of magnitude. This is 80
This means that diffusion comparable to diffusing boron at 1000C at 0 ° C can be performed. According to the fourth aspect of the present invention, if a lattice defect is locally generated on the rear surface side of the substrate and the concentration of the lattice defect of the type contributing to impurity diffusion is increased by local diffusion of the defect, the local It is possible to perform a deep diffusion.

【0042】拡散速度の制御は次のようにしても行うこ
とができる。
The control of the diffusion speed can also be performed as follows.

【0043】格子欠陥発生源の総面積が異なっていると
き、格子欠陥発生源近傍においては格子欠陥濃度の等濃
度線は発生源を中心としてほぼ同心円状に分布するが、
発生源から離れていくと濃度は拡散により均一化する。
この均一化した濃度は格子欠陥発生源の分布密度(総面
積)を変化させることで調整することができる。つまり
同じ距離だけ離れた場所の格子欠陥濃度は分布密度が高
いほど(総面積が大きいほど)高くなる。従って、不純
物の動きは格子欠陥濃度が高い順に速くなる。PSG膜
から高濃度リン拡散を行い、高濃度リン拡散層から発生
する格子欠陥総量を拡散窓の分布密度(総面積)で変化
させて、ボロン拡散層の動きを制御すると、ボロンの動
きと分布密度の平方根は綺麗な直線関係になる。したが
ってボロンの動きを分布密度をパラメータとして制御す
ることができる。
When the total area of the lattice defect sources is different, in the vicinity of the lattice defect source, the isoconcentration lines of the lattice defect concentration are distributed almost concentrically around the source.
As one moves away from the source, the concentration becomes uniform by diffusion.
This uniformized concentration can be adjusted by changing the distribution density (total area) of the lattice defect sources. In other words, the lattice defect concentration at locations separated by the same distance increases as the distribution density increases (the total area increases). Therefore, the movement of the impurities becomes faster in the order of higher lattice defect concentration. By performing high-concentration phosphorus diffusion from the PSG film and changing the total amount of lattice defects generated from the high-concentration phosphorus diffusion layer by the distribution density (total area) of the diffusion window, the movement and distribution of boron are controlled. The square root of density has a clean linear relationship. Therefore, the movement of boron can be controlled using the distribution density as a parameter.

【0044】[0044]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0045】実施例1 まず、p型シリコン基板101内に形成されたリン(n
型)埋め込み層104Sからの拡散制御について説明す
る。
Example 1 First, phosphorus (n) formed in a p-type silicon substrate 101 was formed.
(Type) Diffusion control from the buried layer 104S will be described.

【0046】この方法は、図1(a) に示すように、あら
かじめ深さ10μm の位置にリン(n型)埋め込み層1
04S(破線で示す領域)の形成されたp型シリコン基
板101の表面に、窒化シリコン層からなるマスクパタ
ーン102を介して、高濃度のリンを含有するガラス層
103を形成しこのガラス層からのリンの導入により選
択的に高濃度のリン拡散層105を形成し、この高濃度
のリン拡散層105から発生する格子間シリコン原子1
06によって埋め込み層からのリン拡散を支援しようと
するものである。900℃1時間の熱処理後、実線で示
すように高濃度のリン拡散層105に対向する領域では
拡散長さがのび、リン(n型)埋め込み層104が厚く
なっているのに対し、対向しない領域ではほとんど拡散
長ののびはみられない。
In this method, as shown in FIG. 1A, a phosphorus (n-type) buried layer 1 is previously placed at a depth of 10 μm.
A glass layer 103 containing a high concentration of phosphorus is formed on the surface of the p-type silicon substrate 101 on which the 04S (region indicated by the broken line) is formed via a mask pattern 102 made of a silicon nitride layer. A high-concentration phosphorus diffusion layer 105 is selectively formed by introducing phosphorus, and interstitial silicon atoms 1 generated from the high-concentration phosphorus diffusion layer 105 are formed.
06 intends to support phosphorus diffusion from the buried layer. After the heat treatment at 900 ° C. for 1 hour, the diffusion length increases in the region opposed to the high-concentration phosphorus diffusion layer 105 as shown by the solid line, and the phosphorus (n-type) buried layer 104 is thicker but not opposed. There is almost no diffusion length extension in the region.

【0047】この方法では、表面の高濃度のリン拡散層
105で発生した格子間シリコン原子が拡散し、拡散源
としてのリン(n型)埋め込み層104Sの近傍に到達
しリンの拡散を支援することにより拡散長が伸び、局所
的に厚い埋め込み層104が形成される。
In this method, the interstitial silicon atoms generated in the high-concentration phosphorus diffusion layer 105 on the surface diffuse and reach the vicinity of the phosphorus (n-type) buried layer 104S as a diffusion source to support the diffusion of phosphorus. As a result, the diffusion length is increased, and a locally thick buried layer 104 is formed.

【0048】この変形例として、図1(b) に示すよう
に、埋め込み拡散層がヒ素(n型)埋め込み層205S
であった場合には、表面に形成した高濃度のリン拡散層
105に代えて、チタン膜203をマスクパターン20
2上に形成しシリコンとの界面でチタンシリサイド層2
04を形成し、これによって空格子を発生しこの空格子
の拡散によって、埋め込み層からのヒ素拡散を支援しよ
うとするものである。850℃1時間の熱処理後、実線
で示すようにチタンシリサイド層204に対向する領域
では拡散長さがのび、ヒ素(n型)埋め込み層205は
厚くなっているのに対し、対向しない領域ではほとんど
拡散長ののびはみられない。
As a modification, as shown in FIG. 1B, the buried diffusion layer is an arsenic (n-type) buried layer 205S.
In this case, the titanium film 203 is replaced with the mask pattern 20 instead of the high-concentration phosphorus diffusion layer 105 formed on the surface.
2 and a titanium silicide layer 2 at the interface with silicon.
No. 04 is formed, thereby generating a vacancy, and the diffusion of the vacancy intends to support arsenic diffusion from the buried layer. After the heat treatment at 850 ° C. for 1 hour, the diffusion length increases in the region facing the titanium silicide layer 204 and the arsenic (n-type) buried layer 205 increases in the region facing the titanium silicide layer 204 as indicated by the solid line, whereas almost the region in the region not facing the titanium silicide layer 204 does No diffusion length spread is observed.

【0049】このようにして、格子間原子または空格子
によって局所的に拡散長を制御することができる。さら
にこの方法では不純物の低温での活性化率を向上させる
ことができる。
In this way, the diffusion length can be locally controlled by the interstitial atoms or vacancies. Further, in this method, the activation rate of impurities at a low temperature can be improved.

【0050】この例では、格子欠陥は拡散で基板中に導
入される。従って、格子欠陥の拡散係数を考慮して目的
の不純物拡散層までの距離(深さ)を設定する必要があ
る。900℃5時間の熱処理後の格子欠陥濃度と深さと
の関係を測定した。その結果を図2に示す。ちなみに図
16から900℃における格子欠陥の拡散係数は1×1
-9cm2 /sであった。この図から欠陥源からの距離は
100μm 以下に抑えるのが望ましいことがわかる。
In this example, lattice defects are introduced into the substrate by diffusion. Therefore, it is necessary to set the distance (depth) to the target impurity diffusion layer in consideration of the diffusion coefficient of the lattice defect. The relationship between the lattice defect concentration and the depth after the heat treatment at 900 ° C. for 5 hours was measured. The result is shown in FIG. Incidentally, the diffusion coefficient of the lattice defect at 900 ° C. is 1 × 1 from FIG.
It was 0 -9 cm 2 / s. From this figure, it can be seen that it is desirable to keep the distance from the defect source to 100 μm or less.

【0051】なお、この実施例では埋め込み層としてリ
ン(n型)埋め込み層を形成したが、ボロン等のp型埋
め込み層の形成にも適用可能であることはいうまでもな
い。
In this embodiment, a phosphorus (n-type) buried layer is formed as a buried layer. However, it is needless to say that the present invention can be applied to the formation of a p-type buried layer of boron or the like.

【0052】実施例2 また、本発明の第2の実施例として、格子欠陥による拡
散速度の変化を定量的に測定するために次のような実験
を行った。
Embodiment 2 As a second embodiment of the present invention, the following experiment was conducted to quantitatively measure a change in diffusion rate due to lattice defects.

【0053】ここでは図示しないが、厚さ10μm 程度
のn型シリコン基板の表面近傍にあらかじめp型不純物
であるボロンの拡散層を形成しておき、裏面に欠陥源と
しての高濃度リンを含有するガラス層を形成し、850
℃で熱処理を行った場合の、5時間後および16時間後
のボロン拡散深さを測定した結果を図3(a) に示す。比
較のために裏面に高濃度リンを含有するガラス層を形成
しない場合の5時間後および16時間後のボロン拡散深
さを測定した結果を図3(b) に示す。これらの比較か
ら、欠陥の導入によりボロンの拡散係数は、欠陥を導入
しない場合の50倍以上となり、拡散が大幅に促進され
ていることがわかる。
Although not shown here, a diffusion layer of boron as a p-type impurity is previously formed near the surface of an n-type silicon substrate having a thickness of about 10 μm, and the back surface contains high-concentration phosphorus as a defect source. Forming a glass layer, 850
FIG. 3 (a) shows the results of measuring the boron diffusion depths after 5 hours and 16 hours when the heat treatment was performed at ℃. For comparison, FIG. 3 (b) shows the results of measuring the boron diffusion depth after 5 hours and 16 hours when the glass layer containing high concentration phosphorus was not formed on the back surface. From these comparisons, it can be seen that the diffusion coefficient of boron becomes 50 times or more that of the case where no defect is introduced due to the introduction of the defect, and the diffusion is greatly promoted.

【0054】これは高濃度リンの導入によって発生した
格子間シリコン原子がボロンの拡散を支援し、拡散長を
大きくしたものと思われる。特にリンの場合は拡散温度
を低温化するほどこの格子欠陥の影響は顕著となる。
This is presumably because interstitial silicon atoms generated by the introduction of high-concentration phosphorus assisted boron diffusion and increased the diffusion length. In particular, in the case of phosphorus, the effect of the lattice defect becomes more remarkable as the diffusion temperature is lowered.

【0055】また、この基板の厚さを5μm 変化させ、
同様にして裏面に格子欠陥を発生し、ボロンの拡散係数
を測定すると5μm 基板では9×10-15 cm2 /sとな
るのに対し10μm 厚さの基板では8×10-15 cm2
sと減少する。また、拡散温度850℃では50μm 以
上となると格子欠陥の裏面からの導入による拡散係数の
増大効果はみられない。
The thickness of the substrate was changed by 5 μm,
Similarly, a lattice defect is generated on the back surface, and the diffusion coefficient of boron is measured to be 9 × 10 −15 cm 2 / s for a 5 μm substrate, whereas it is 8 × 10 −15 cm 2 / s for a 10 μm thick substrate.
s. When the diffusion temperature is 50 μm or more at a diffusion temperature of 850 ° C., the effect of increasing the diffusion coefficient by introducing lattice defects from the back surface is not observed.

【0056】実施例3 次に、本発明の第3の実施例として、格子欠陥発生源の
面積の変化による格子欠陥濃度の制御を行う方法につい
て説明する。
Embodiment 3 Next, as a third embodiment of the present invention, a method of controlling the lattice defect concentration by changing the area of the lattice defect source will be described.

【0057】この方法では、図4(a) に示すように、シ
リコン基板301の表面に窒化シリコン膜からなるマス
ク302を形成し、このマスクに領域A乃至Cに3段階
の密度で開口Hを形成し、この上層に高濃度リンを含有
するガラス層を形成して格子欠陥発生源303をこの開
口Hの密度に応じて形成している。
In this method, as shown in FIG. 4A, a mask 302 made of a silicon nitride film is formed on the surface of a silicon substrate 301, and openings H are formed in the masks in regions A to C at three levels of density. Then, a glass layer containing high-concentration phosphorus is formed as an upper layer, and lattice defect sources 303 are formed in accordance with the density of the openings H.

【0058】このときの格子欠陥濃度は等濃度線304
で示すように、格子欠陥発生源303の濃度が大きくな
る領域のCABの順に深くなっていることがわかる。
At this time, the lattice defect density is equal to the density line 304.
It can be seen from the graph that CAB in the region where the concentration of the lattice defect source 303 increases becomes deeper in the order of CAB.

【0059】この同様の拡散源を形成してボロン(p
型)埋め込み層305からの拡散を行った場合、図4
(b) に示すように拡散長の伸びは格子欠陥発生源303
の濃度が大きくなる領域のCABの順に大きくなってい
ることがわかる。
A similar diffusion source is formed to form boron (p
FIG. 4 shows a case where diffusion from the buried layer 305 is performed.
As shown in (b), the extension of the diffusion length depends on the lattice defect source 303.
It can be seen that CAB increases in the order of CAB in the region where the density of the GaN increases.

【0060】ところでこの開口Hは1μm 程度の円形で
これが規則的に配列されている。この開口Hから格子欠
陥は同心円城に広がっているが深さZが増大するとXY
方向の濃度は拡散により均一化する。この均一化した濃
度は領域A,Bのように格子欠陥発生源の分布密度(総
面積)を変化させることによって調整可能である。
The openings H have a circular shape of about 1 μm and are regularly arranged. The lattice defect spreads concentrically from this opening H, but when the depth Z increases, XY
The concentration in the direction is made uniform by diffusion. This uniform concentration can be adjusted by changing the distribution density (total area) of the lattice defect sources as in the regions A and B.

【0061】この格子欠陥発生源面積を総面積に対して
(基板厚さ10μm )1/4,1/9,1/16,1/
25,1/36,1/49と変化させた場合のボロン拡
散層の伸びを測定した結果を図5にaで示す。また、基
板の厚さを5μm としたときの同様の測定結果を図5に
bで示す。これらの結果から、ボロンの拡散長の伸びと
拡散源密度の平方根とは直線関係にあることがわかる。
従ってこの分布密度を制御することによってボロンの拡
散長の伸びを制御することができることがわかる。
The area of the lattice defect source is calculated as 1/4, 1/9, 1/16, 1 /
FIG. 5A shows the result of measuring the elongation of the boron diffusion layer when it was changed to 25, 1/36, and 1/49. FIG. 5B shows a similar measurement result when the thickness of the substrate is 5 μm. From these results, it is understood that the elongation of the diffusion length of boron and the square root of the diffusion source density have a linear relationship.
Therefore, it can be understood that the elongation of the diffusion length of boron can be controlled by controlling the distribution density.

【0062】この開口の形状は円形に限定される事なく
図6に示すように適宜変形可能である。
The shape of this opening is not limited to a circle, but can be modified as shown in FIG.

【0063】また、この変形例として、逆に図7に示す
ように格子欠陥を発生させる面に凹凸をつけ表面積を大
きくすることも可能である。
As a modified example, conversely, as shown in FIG. 7, it is possible to increase the surface area by forming irregularities on the surface where lattice defects are generated.

【0064】この場合は、図7に示すように、シリコン
基板401の裏面に次第に密度が変化するように、凹凸
を形成し高濃度にリンを含有するガラス層402を形成
し、格子欠陥の総量を増大させるようにしたものであ
る。この結果欠陥の等濃度線405を示すように、凹凸
の形成密度の増大に従って深く欠陥が拡散されているこ
とがわかる。ここで402は高濃度のリン拡散層、40
3は低濃度のリン拡散層である。表面積を10倍にすれ
ばほぼ10倍の欠陥濃度を増大せしめることができる。
In this case, as shown in FIG. 7, a glass layer 402 containing a high concentration of phosphorus is formed on the back surface of the silicon substrate 401 so that the density gradually changes, and a glass layer 402 containing a high concentration of phosphorus is formed. Is to be increased. As a result, as shown by the isoconcentration line 405 of the defect, it can be seen that the defect is diffused deeper as the formation density of the unevenness increases. Here, reference numeral 402 denotes a high-concentration phosphorus diffusion layer;
Reference numeral 3 denotes a low-concentration phosphorus diffusion layer. If the surface area is increased ten times, the defect concentration can be increased approximately ten times.

【0065】実施例4 以下、実際のデバイスへの適用例について説明する。Embodiment 4 Hereinafter, an example of application to an actual device will be described.

【0066】図8 (a)乃至図8(e) は、本発明実施例の
方法を用いてMOSFETのソ−ス・ドレイン領域とし
て極めて薄いp+ 型拡散層を形成する場合の製造工程を
示す工程断面図である。
FIGS. 8A to 8E show a manufacturing process in the case where an extremely thin p + type diffusion layer is formed as a source / drain region of a MOSFET by using the method of the embodiment of the present invention. It is a process sectional view.

【0067】まず、図8(a) に示すように、n型シリコ
ン基板1内に、通常のLOCOS法により素子分離絶縁
膜2を形成し、さらに、熱酸化法により、膜厚10nmの
酸化シリコン層および膜厚300nmの多結晶シリコン膜
を堆積し、フォトリソ法および反応性イオンエッチング
法によってこれらをパターニングし、ゲ−ト絶縁膜3g
およびゲ−ト電極3を形成したのち、p型不純物として
ボロンをソース・ドレイン領域にイオン注入し、イオン
注入層4を形成する。
First, as shown in FIG. 8A, an element isolation insulating film 2 is formed in an n-type silicon substrate 1 by a normal LOCOS method, and then a 10-nm-thick silicon oxide film is formed by a thermal oxidation method. A layer and a polycrystalline silicon film having a thickness of 300 nm are deposited and patterned by a photolithography method and a reactive ion etching method to form a gate insulating film 3g.
After forming the gate electrode 3, boron is ion-implanted into the source / drain region as a p-type impurity to form an ion-implanted layer 4.

【0068】この後、ボロンの活性化のためのアニール
を行うに先立ち、シリコン基板1裏面をエッチング等に
よって削り、100μm の厚さとなるようにし、基板1
の裏面に、CVD法により酸化シリコン膜5を堆積す
る。(また、この状態で100μm となるようにあらか
じめ出発材料としてのシリコン基板の厚みを設定してお
くようにしても良い。)この後図8(b) に全体図を示す
ように、フォトリソ法により1μm ×1μm の正方形の
開口hを形成する。
Thereafter, prior to annealing for activating boron, the back surface of the silicon substrate 1 is shaved by etching or the like so as to have a thickness of 100 μm.
A silicon oxide film 5 is deposited on the back surface of the substrate by a CVD method. (Also, the thickness of the silicon substrate as a starting material may be set in advance so as to be 100 μm in this state.) Thereafter, as shown in the overall view in FIG. A square opening h of 1 μm × 1 μm is formed.

【0069】そして図8(c) に示すように、基板1の裏
面全体にチタン膜6を形成する。なお、ここでチタン膜
に代えてニッケル膜を用いても良い。
Then, as shown in FIG. 8C, a titanium film 6 is formed on the entire back surface of the substrate 1. Here, a nickel film may be used instead of the titanium film.

【0070】この状態で、800℃の真空中あるいは不
活性ガス雰囲気中でアニールを行い,裏面の開口h中の
チタンを界面反応によりチタンシリサイド7と化す。こ
のとき図8(d) に示すように、基板裏面から空格子8が
発生し表面に向かって拡散していく。このためこの空格
子が基板表面近傍にある格子間シリコン原子と再結合
し、基板表面近傍の格子間シリコン原子を減少させるこ
とになる。ここで基板表面に注入されてイオン注入層4
を形成しているボロン9は格子間シリコン原子によって
拡散が支援される不純物である。従って、図8(b) に示
した工程により開口部hの密度を、再結合により両格子
欠陥濃度が減少するように設定するようにすれば、この
再結合による格子間シリコン原子の減少により、ボロン
の拡散を支援する格子欠陥が減少し拡散速度は遅くな
る。この結果浅い拡散層10の形成が可能となる。
In this state, annealing is performed in a vacuum at 800 ° C. or in an inert gas atmosphere to convert titanium in the opening h on the back surface into titanium silicide 7 by an interface reaction. At this time, as shown in FIG. 8D, vacancies 8 are generated from the back surface of the substrate and diffuse toward the front surface. As a result, the vacancies recombine with interstitial silicon atoms near the substrate surface, and reduce interstitial silicon atoms near the substrate surface. Here, the ion-implanted layer 4 is implanted into the substrate surface.
Is an impurity whose diffusion is assisted by interstitial silicon atoms. Therefore, if the density of the openings h is set by the process shown in FIG. 8B so that the concentration of both lattice defects is reduced by recombination, the number of interstitial silicon atoms is reduced by the recombination. Lattice defects that support boron diffusion are reduced and the diffusion rate is reduced. As a result, a shallow diffusion layer 10 can be formed.

【0071】そして図8(d) に示すように、裏面のチタ
ン6およびチタンシリサイド膜7を酸を用いた処理液で
洗浄して剥離し、さらに表面を窒化シリコン膜等で被覆
保護した状態で裏面の酸化シリコン膜5を弗酸等により
剥離し、表面の保護膜を除去し浅いソースドレイン拡散
層10を有するMOSFETを得ることができる。
Then, as shown in FIG. 8 (d), the titanium 6 and the titanium silicide film 7 on the back surface are peeled off by washing with a treatment solution using an acid, and the surface is covered and protected with a silicon nitride film or the like. The silicon oxide film 5 on the back surface is peeled off with hydrofluoric acid or the like, and the protective film on the front surface is removed, so that a MOSFET having a shallow source / drain diffusion layer 10 can be obtained.

【0072】この後、既知の方法によってバリアメタル
および引き出し配線等を形成してMOSトランジスタが
完成せしめられる。
Thereafter, a barrier metal, a lead wiring, and the like are formed by a known method to complete the MOS transistor.

【0073】このように、本発明実施例の方法によれ
ば、より浅いp+ 拡散層を形成することが可能となる。
As described above, according to the method of the embodiment of the present invention, a shallower p + diffusion layer can be formed.

【0074】実施例5 図9 (a)乃至図9(d) は、本発明実施例の方法を用いて
MOSFETのソ−ス・ドレイン領域として極めて薄い
n+ 型拡散層を形成する場合の製造工程を示す工程断面
図である。
Embodiment 5 FIGS. 9 (a) to 9 (d) show a case where an extremely thin n + type diffusion layer is formed as a source / drain region of a MOSFET using the method of the embodiment of the present invention. It is a process sectional view showing a process.

【0075】まず、図9(a) に示すように、p型シリコ
ン基板11内に、通常のLOCOS法により素子分離絶
縁膜12を形成し、さらに、熱酸化法により、膜厚10
nmの酸化シリコン層および膜厚300nmの多結晶シリコ
ン膜を堆積し、フォトリソ法および反応性イオンエッチ
ング法によってこれらをパターニングし、ゲ−ト絶縁膜
13gおよびゲ−ト電極13を形成したのち、n型不純
物としてアンチモンをソース・ドレイン領域にイオン注
入し、イオン注入層14を形成する。
First, as shown in FIG. 9A, an element isolation insulating film 12 is formed in a p-type silicon substrate 11 by a normal LOCOS method, and a film thickness of 10 nm is formed by a thermal oxidation method.
After depositing a silicon oxide layer having a thickness of 300 nm and a polycrystalline silicon film having a thickness of 300 nm and patterning them by a photolithography method and a reactive ion etching method, a gate insulating film 13g and a gate electrode 13 are formed. Antimony as a type impurity is ion-implanted into the source / drain regions to form an ion-implanted layer 14.

【0076】この後、このアンチモンの活性化のための
アニールを行うに先立ち、シリコン基板11裏面をエッ
チング等によって削り、100μm の厚さとなるように
し、基板11の裏面に、CVD法により膜厚500オン
グストロームの窒化シリコン膜15を堆積する。(ま
た、この状態で100μm となるようにあらかじめ出発
材料としてのシリコン基板の厚みを設定しておくように
しても良い。)この後図9(b) に全体図を示すように、
フォトリソ法により1μm ×1μm の円形の開口Hを形
成する。
Thereafter, prior to annealing for activation of antimony, the back surface of the silicon substrate 11 is shaved by etching or the like so as to have a thickness of 100 μm. An Angstrom silicon nitride film 15 is deposited. (Also, the thickness of the silicon substrate as a starting material may be set in advance so as to be 100 μm in this state.) Thereafter, as shown in FIG.
A circular opening H of 1 μm × 1 μm is formed by photolithography.

【0077】そして図9(c) に示すように、基板11の
裏面全体に膜厚2000オングストロームの高濃度にリ
ンを含有したガラス層16をCVD法により形成すると
共に、基板11表面にスパッタリング法によりニッケル
膜19を堆積する。
Then, as shown in FIG. 9C, a glass layer 16 containing a high concentration of phosphorus and having a thickness of 2,000 Å is formed on the entire back surface of the substrate 11 by the CVD method, and the surface of the substrate 11 is formed by the sputtering method. A nickel film 19 is deposited.

【0078】この状態で、850℃の真空中あるいは不
活性ガス雰囲気中でアニールを行い,表面のシリコンと
接触している領域すなわちソースドレイン領域のイオン
注入層14表面上のニッケルを界面反応によりニッケル
シリコンサイド17と化す。このシリサイデーション時
に空格子が発生するのと同時に、一方基板の裏面ではこ
のとき高濃度リン含有ガラス層16から格子間シリコン
原子20が発生し表面に向かって拡散していく。格子間
シリコン原子20は空格子18よりも早く拡散するため
表面近傍で良好し両欠陥が出会い再結合する。
In this state, annealing is performed in a vacuum at 850 ° C. or in an inert gas atmosphere, and nickel on the surface of the ion-implanted layer 14 in the region in contact with silicon, ie, in the source / drain region, is subjected to nickel by an interface reaction. Turns into silicon side 17. At the same time as vacancies are generated during the silicidation, interstitial silicon atoms 20 are generated from the high-concentration phosphorus-containing glass layer 16 on the back surface of the substrate and diffuse toward the surface. Since the interstitial silicon atoms 20 diffuse faster than the vacancies 18, they are good near the surface and both defects meet and recombine.

【0079】従って、この場合も図9(b) に示した工程
により開口部Hの密度を、再結合により両格子欠陥濃度
が減少するように設定するようにすれば、この再結合に
よる空格子の減少により、アンチモンの拡散を支援する
格子欠陥が減少し拡散速度は遅くなる。この結果浅い拡
散層21の形成が可能となる。
Therefore, also in this case, if the density of the openings H is set by the process shown in FIG. The reduction in the number of lattice defects that support the diffusion of antimony is reduced, and the diffusion speed is reduced. As a result, a shallow diffusion layer 21 can be formed.

【0080】そして図9(d) に示すように、裏面の高濃
度リン含有ガラス層16を剥離除去したのち、表面のニ
ッケル19およびニッケルシリサイド膜17をパターニ
ングして配線を形成し、さらに表面を酸化シリコン膜等
で被覆保護した状態で裏面の窒化シリコン膜15を弗酸
等により剥離し、表面の保護膜を除去し浅いソースドレ
イン拡散層21を有するMOSFETを得ることができ
る。
Then, as shown in FIG. 9D, after the high-concentration phosphorus-containing glass layer 16 on the back surface is peeled off, the nickel 19 and the nickel silicide film 17 on the front surface are patterned to form wirings, and the surface is further formed. The silicon nitride film 15 on the back surface is peeled off with hydrofluoric acid or the like while being covered and protected by a silicon oxide film or the like, and the protective film on the front surface is removed, whereby a MOSFET having a shallow source / drain diffusion layer 21 can be obtained.

【0081】この後、既知の方法によってバリアメタル
および引き出し配線等を形成してMOSトランジスタが
完成せしめられる。
Thereafter, a barrier metal, a lead wiring, and the like are formed by a known method to complete a MOS transistor.

【0082】このように、本発明実施例の方法によれ
ば、より浅いn+ 拡散層を形成することが可能となる。
As described above, according to the method of the embodiment of the present invention, a shallower n + diffusion layer can be formed.

【0083】なお、この実施例では、拡散速度の低減に
ついて説明したが、表面のシリサイデーションによる空
格子の発生のみで、裏面からの格子間シリコン原子の拡
散を行わないようにすれば、拡散速度は増大され、深い
拡散層が形成されることはいうまでもない。
In this embodiment, the reduction of the diffusion rate has been described. However, if only the generation of vacancies due to the silicidation of the front surface and the diffusion of interstitial silicon atoms from the back surface are not performed, the diffusion speed is reduced. It goes without saying that the speed is increased and a deep diffusion layer is formed.

【0084】また、拡散しようとする不純物がリン等、
格子間シリコン原子によって拡散が支援されるものであ
る場合は、表面でシリサイデーションを行うのみで、シ
リサイデーションによる空格子の発生によって表面近傍
に存在する格子間シリコン原子がこの空格子と再結合
し、結果として格子間シリコン原子濃度が低下し、拡散
を抑制し浅い拡散を行うことも可能である。
The impurity to be diffused is phosphorus or the like.
When diffusion is assisted by interstitial silicon atoms, silicidation is only performed at the surface, and the generation of vacancies due to silicidation causes interstitial silicon atoms present near the surface to be re-established. As a result, the concentration of interstitial silicon atoms is reduced, so that diffusion can be suppressed and shallow diffusion can be performed.

【0085】実施例6 図10 (a)および図10(b) は、本発明実施例の方法を
用いてバイポーラトランジスタの埋め込みコレクタコン
タクト層を表面電極と結ぶp+ 拡散層を方向性を持たせ
て低温下で形成する場合の製造工程を示す工程断面図で
ある。
Embodiment 6 FIGS. 10 (a) and 10 (b) show that a p + diffusion layer connecting a buried collector contact layer of a bipolar transistor to a surface electrode by using the method of the present invention has directionality. FIG. 4 is a process cross-sectional view showing a manufacturing process when forming at a low temperature.

【0086】まず、図10(a) に示すように、通常の方
法によりp型シリコン基板31表面に、アンチモンをn
型不純物として含む、埋め込みコレクタコンタクト層と
なるn+ 層32を形成した後、エピタキシャル成長法に
よりp型シリコン層を堆積し、この表面からこのn+ 層
32に到達するようにコレクタとしてのn型拡散層33
を形成し、さらにこのn型拡散層33内にベース層とし
てのp型拡散層34、エミッタ層としてのn+ 拡散層3
5を形成する。
First, as shown in FIG. 10A, antimony is applied to the surface of the p-type silicon substrate 31 by n-type.
After forming an n @ + layer 32 serving as a buried collector contact layer containing a p-type impurity, a p-type silicon layer is deposited by an epitaxial growth method, and n-type diffusion as a collector is reached so as to reach the n @ + layer 32 from the surface. Layer 33
Are further formed in the n-type diffusion layer 33, and a p-type diffusion layer 34 as a base layer and an n @ + diffusion layer 3 as an emitter layer are formed.
5 is formed.

【0087】この状態で埋め込みコレクタコンタクト層
にコンタクトするためのn+ 拡散層36を形成するわけ
であるが、表面の所定の領域に選択的にリンをイオン注
入し、この後、このリンの活性化のためのアニールを行
うに先立ち、シリコン基板31裏面をエッチング等によ
って削り、20μm の厚さとなるようにし、基板31の
裏面に、CVD法により膜厚500オングストロームの
窒化シリコン膜37を堆積し、フォトリソ法により表面
のイオン注入領域に対向する領域に基板表面に向かって
開口が狭くなるようなテーパ面を有する1μm ×1μm
の円形の開口Hを形成する。
In this state, an n + diffusion layer 36 for contacting the buried collector contact layer is formed. Phosphorus ions are selectively implanted into a predetermined region of the surface, and thereafter, the activity of this phosphorus is reduced. Prior to annealing for the formation of silicon, the back surface of the silicon substrate 31 is shaved by etching or the like so as to have a thickness of 20 μm, and a silicon nitride film 37 having a thickness of 500 Å is deposited on the back surface of the substrate 31 by CVD. 1 μm × 1 μm having a tapered surface such that the opening narrows toward the substrate surface in a region facing the ion implantation region on the surface by photolithography
Is formed.

【0088】そして、実施例5と同様、基板31の裏面
全体に膜厚10μm のシリコン層38を形成しこの表面
に凹凸を形成した後、さらに膜厚2000オングストロ
ームの高濃度にリンを含有したガラス層39をCVD法
により形成する。
Then, in the same manner as in Example 5, a 10 μm-thick silicon layer 38 is formed on the entire back surface of the substrate 31, and irregularities are formed on the surface. The layer 39 is formed by a CVD method.

【0089】この状態で、800℃の真空中あるいは不
活性ガス雰囲気中でアニールを行い,リンイオン注入層
から縦方向に選択的に拡散を行いコレクタコンタクト層
32に到達するようにn+ コンタクト層36を形成す
る。
In this state, annealing is performed in a vacuum at 800 ° C. or in an inert gas atmosphere to selectively diffuse vertically from the phosphorus ion-implanted layer and to reach the n + contact layer 36 so as to reach the collector contact layer 32. To form

【0090】このとき、基板の裏面では高濃度リン含有
ガラス層39から格子間シリコン原子40が発生する
が、表面に凹凸が形成されているため発生する格子間シ
リコン原子を増大させしかも開口Hのテーパによって方
向性を持たせ、表面に向かって拡散させることができ、
所望の位置での格子間シリコン原子濃度を数百〜数千倍
に増大させることができる。
At this time, the interstitial silicon atoms 40 are generated from the high-concentration phosphorus-containing glass layer 39 on the back surface of the substrate. The taper gives directionality and can be diffused toward the surface,
The interstitial silicon atom concentration at a desired position can be increased several hundred to several thousand times.

【0091】このようにして、格子間シリコン原子40
は低温下でも早く、表面に向かって拡散せしめられ、リ
ンの拡散を支援し、方向性をもったn+ コンタクト層3
6を形成することができる。
Thus, the interstitial silicon atoms 40
Is rapidly diffused toward the surface even at low temperatures, supports the diffusion of phosphorus, and has a directional n + contact layer 3.
6 can be formed.

【0092】一方、空格子で拡散が支援されるアンチモ
ンを含む埋め込みコレクタコンタクト層の場合は、この
空格子が裏面から拡散してきた格子間シリコン原子と再
結合し、結果として近傍の空格子を減少させることにな
り、拡散は抑制される。
On the other hand, in the case of a buried collector contact layer containing antimony whose diffusion is assisted by vacancies, the vacancies recombine with interstitial silicon atoms diffused from the back surface, and as a result, the number of nearby vacancies decreases. And diffusion is suppressed.

【0093】この方法では低温下での深い拡散が選択的
に可能となるため、他の拡散層に影響を与えることなく
コンタクト層を形成することができる。
In this method, deep diffusion can be selectively performed at a low temperature, so that a contact layer can be formed without affecting other diffusion layers.

【0094】このように、本発明実施例の方法によれ
ば、局所的に深いn+ 拡散層を形成することが可能とな
る。
As described above, according to the method of the embodiment of the present invention, it is possible to locally form a deep n + diffusion layer.

【0095】実施例7 図11 (a)乃至図11(c) は、本発明実施例の方法を用
いてMOSFETのソ−ス・ドレイン領域として極めて
浅いn+ 型拡散層を形成する場合の製造工程を示す工程
断面図である。
Embodiment 7 FIGS. 11 (a) to 11 (c) show a case where an extremely shallow n + type diffusion layer is formed as a source / drain region of a MOSFET using the method of the present invention. It is a process sectional view showing a process.

【0096】まず、図11(a) に示すように、p型シリ
コン基板11内に、通常のLOCOS法により素子分離
絶縁膜12を形成し、p型不純物としてボロンをイオン
注入し、表面近くにイオン注入層54を形成する。
First, as shown in FIG. 11 (a), an element isolation insulating film 12 is formed in a p-type silicon substrate 11 by a normal LOCOS method, and boron is ion-implanted as a p-type impurity. An ion implantation layer 54 is formed.

【0097】この後、図11(b) に示すように、このボ
ロンの活性化のためのアニールを行うに先立ち、シリコ
ン基板11表面のソースドレイン形成領域ににPSG膜
55を形成し、これをパターニングすることにより、チ
ャネル領域の基板表面を露出させる。そしてこのPSG
膜55からのリン拡散によりソースドレイン領域53を
形成する。ここでまず950℃5分の熱処理により不純
物の活性化を行っておくようにし、次に800℃30分
の熱処理を行う。このとき、リンの拡散に伴い多量の点
欠陥(格子間シリコン原子)が基板に注入される。この
拡散速度の非常に速い多量の点欠陥によって先に注入し
たボロンの拡散が増速される。
Thereafter, as shown in FIG. 11 (b), before annealing for activating boron, a PSG film 55 is formed in the source / drain formation region on the surface of the silicon substrate 11, and this is formed. By patterning, the substrate surface in the channel region is exposed. And this PSG
A source / drain region 53 is formed by diffusion of phosphorus from the film 55. Here, the impurities are activated by heat treatment at 950 ° C. for 5 minutes, and then heat treatment at 800 ° C. for 30 minutes. At this time, a large amount of point defects (interstitial silicon atoms) are injected into the substrate along with the diffusion of phosphorus. The diffusion of the previously implanted boron is accelerated by the large number of point defects having a very high diffusion rate.

【0098】このようにして図11(c) に示すように素
子のチャネルに相当する領域の基板表面の近傍のボロン
以外は深く拡散し、結果としてチャネル領域に深さ30
nmの浅いp型拡散層を形成することができた。ここでチ
ャネルに相当する表面近傍では、表面での点欠陥の再結
合などにより、ボロンの拡散を増速する点欠陥の量が少
なくなる。このため、前述したように、チャネルに相当
する表面近傍のボロンは拡散せずに残った。
In this way, as shown in FIG. 11C, the region other than boron near the substrate surface in the region corresponding to the channel of the device diffuses deeply, and as a result, the channel region has a depth of 30%.
A p-type diffusion layer having a shallowness of nm could be formed. Here, in the vicinity of the surface corresponding to the channel, the amount of point defects that accelerates the diffusion of boron decreases due to recombination of point defects on the surface. Therefore, as described above, boron near the surface corresponding to the channel remained without being diffused.

【0099】この後、ゲート絶縁膜およびゲート電極を
形成してMOSFETが完成する。このように、本発明
実施例の方法によれば、より浅いチャネル層を形成する
ことが可能となる。
Thereafter, a gate insulating film and a gate electrode are formed to complete the MOSFET. Thus, according to the method of the embodiment of the present invention, a shallower channel layer can be formed.

【0100】従来は、ソースドレイン領域およびチャネ
ル領域にそれぞれリンおよびボロンなどの不純物を注入
し熱処理を行うようにしていたが、チャネル領域のボロ
ンが深く拡散してしまい浅い拡散層を得ることができな
いという問題があった。
Conventionally, impurities such as phosphorus and boron are implanted into the source / drain region and the channel region, respectively, and heat treatment is performed. However, boron in the channel region diffuses deeply, and a shallow diffusion layer cannot be obtained. There was a problem.

【0101】なお、リンあるいはヒ素をイオン注入し、
BSG膜を用いてBSG膜からボロンイオンを注入する
ようにしてもほぼ同様の効果を得ることができた。
It should be noted that phosphorus or arsenic is ion-implanted,
Even when boron ions are implanted from the BSG film using the BSG film, almost the same effect can be obtained.

【0102】実施例8 図12 (a)乃至図12(c) は、本発明の方法を用いてM
OSFETのチャネル領域として極めて浅いp+ 型拡散
層を形成する場合の製造工程を示す工程断面図である。
Embodiment 8 FIGS. 12 (a) to 12 (c) show that the method of the present invention
FIG. 7 is a process cross-sectional view showing a manufacturing process when an extremely shallow p + type diffusion layer is formed as a channel region of an OSFET.

【0103】まず、図12(a) に示すように、p型シリ
コン基板11上に、通常のLOCOS法により素子分離
絶縁膜12を形成したのち、p型不純物としてボロンを
イオン注入し、表面近くにイオン注入層54を形成す
る。そしてさらにPSG膜55を形成してこれをパター
ニングし、チャネル領域の基板表面を露出して、RIE
によりダメージDを与える。
First, as shown in FIG. 12A, an element isolation insulating film 12 is formed on a p-type silicon substrate 11 by a normal LOCOS method, and then boron is ion-implanted as a p-type impurity to form a near-surface region. Next, an ion implantation layer 54 is formed. Then, a PSG film 55 is further formed and patterned, and the substrate surface in the channel region is exposed, and RIE is performed.
Causes damage D.

【0104】この後、図12(b) に示すように850
℃、2時間の熱処理を行うと、PSGから点欠陥(格子
間シリコン原子)が注入されると共に、ダメージのある
表面において注入された点欠陥の再結合が特に多く起こ
り、この基板の極表面では図11に示した場合に比べて
急激に欠陥が消失する。そこでとくにこの表面での点欠
陥の濃度が低減されることによって、表面のわずか数原
子層のみのボロンの拡散のみが極度に遅くなり、他の領
域の拡散は増速された。
Thereafter, as shown in FIG.
When heat treatment is performed at 2 ° C. for 2 hours, point defects (interstitial silicon atoms) are implanted from the PSG, and the recombination of the implanted point defects particularly occurs on the damaged surface. The defect disappears more rapidly than in the case shown in FIG. Thus, especially by reducing the concentration of point defects at this surface, the diffusion of boron in only a few atomic layers of the surface was extremely slowed, and the diffusion in other regions was accelerated.

【0105】このため図12(c) に示すように数原子層
の極めて薄いp層を形成することができた。
As a result, as shown in FIG. 12C, an extremely thin p layer having several atomic layers could be formed.

【0106】この後、例えばLPCVD法により、40
0〜600℃でゲート絶縁膜およびゲート電極を形成し
てMOSFETが完成する。
Thereafter, for example, by LPCVD, 40
A gate insulating film and a gate electrode are formed at 0 to 600 ° C. to complete a MOSFET.

【0107】このように、本発明の方法によれば、より
浅いチャネル層を形成することが可能となる。
As described above, according to the method of the present invention, a shallower channel layer can be formed.

【0108】図13にこの表面での再結合速度と点欠陥
の濃度(格子間濃度)の対数との関係を示した。X(μ
m )は基板表面からの深さである。1×1017atom/cm
3 の点欠陥を導入するようにPSG膜のリン濃度を調節
したとき、表面再結合速度を2.5×10-4cm/h にす
るようにRIEダメージを入れるようにすると、基板表
面から4.0μm の一においてでの点欠陥濃度を2桁下
げることができる。不純物の拡散はほぼこれに比例して
表面での拡散は下方の拡散に比べて2桁遅くすることが
できた。
FIG. 13 shows the relationship between the recombination speed on this surface and the logarithm of the point defect concentration (interstitial concentration). X (μ
m) is the depth from the substrate surface. 1 × 10 17 atom / cm
When the phosphorus concentration of the PSG film is adjusted so as to introduce the point defect of No. 3 , RIE damage is caused so that the surface recombination speed becomes 2.5 × 10 −4 cm / h. The point defect density at a depth of 0.0 μm can be reduced by two orders of magnitude. The diffusion of the impurity was approximately proportional thereto, and the diffusion at the surface could be two orders of magnitude slower than the diffusion below.

【0109】実施例9 図14 (a)乃至図14(c) は、本発明の方法を用いてM
OSFETのチャネル領域として極めて浅いi(イント
リンシック)層を形成する場合の製造工程を示す工程断
面図である。
Embodiment 9 FIGS. 14 (a) to 14 (c) show that M is obtained by using the method of the present invention.
FIG. 9 is a process cross-sectional view showing a manufacturing process when an extremely shallow i (intrinsic) layer is formed as a channel region of an OSFET.

【0110】まず、図14(a) に示すように、p型シリ
コン基板11内に、通常のLOCOS法により素子分離
絶縁膜12を形成したのち、p型不純物としてのボロン
とn型不純物としてのリンとを等量イオン注入し、さら
にRIEにより表面にダメージDを選択的に与えてか
ら、PSG膜55を形成してこれをパターニングし、チ
ャネル領域の基板表面に窓を開け、850℃2時間の熱
処理を行い、PSGから点欠陥(格子間シリコン原子)
を注入する。
First, as shown in FIG. 14A, after an element isolation insulating film 12 is formed in a p-type silicon substrate 11 by a normal LOCOS method, boron as a p-type impurity and boron as an n-type impurity are formed. An equivalent amount of phosphorus is ion-implanted, and the surface is selectively damaged by RIE. Then, a PSG film 55 is formed and patterned, and a window is opened on the substrate surface in the channel region at 850 ° C. for 2 hours. Heat treatment, and point defects (interstitial silicon atoms) from PSG
Inject.

【0111】このとき、図14(b) に示すようにダメー
ジのない表面では、点欠陥の注入により不純物は増速拡
散される。このときのリンとボロンの拡散速度の差によ
り、深いリン拡散層(n- 層)56と、浅いボロン拡散
層(p- 層)57とが形成される。このとき、ダメージ
のある表面では注入された点欠陥の再結合が起こりこの
基板の極表面では欠陥の消失が大きいため不純物の増速
拡散が起きない。そこで、浅いi層58が形成される。
At this time, as shown in FIG. 14 (b), on the surface without damage, the impurity is accelerated and diffused by the injection of the point defect. Due to the difference between the diffusion rates of phosphorus and boron at this time, a deep phosphorus diffusion layer (n − layer) 56 and a shallow boron diffusion layer (p − layer) 57 are formed. At this time, recombination of the implanted point defects occurs on the damaged surface, and the accelerated diffusion of impurities does not occur on the very surface of the substrate because the defects are largely lost. Thus, a shallow i-layer 58 is formed.

【0112】このようにして図14(c) に示すように浅
いi層58からなるチャネル領域と、浅いボロン拡散層
(p- 層)57からなるソースドレイン領域とが形成さ
れる。 この後、ゲート絶縁膜およびゲート電極を形成
してMOSFETが完成する。 このように、本実施例
の方法によれば、より浅いチャネル層を形成することが
可能となる。
Thus, as shown in FIG. 14C, a channel region formed of a shallow i-layer 58 and a source / drain region formed of a shallow boron diffusion layer (p − layer) 57 are formed. Thereafter, a gate insulating film and a gate electrode are formed to complete the MOSFET. Thus, according to the method of the present embodiment, a shallower channel layer can be formed.

【0113】なおこの方法はバイポーラトランジスタの
形成にも適用可能である。
This method can be applied to the formation of a bipolar transistor.

【0114】実施例10 図15 (a)乃至図15(c) は、RIEダメージに変えて
NH3 雰囲気での窒化により生じる格子欠陥を利用し
て、基板表面で格子間シリコン原子と格子欠陥とを結合
させ消滅させるようにしたことを特徴とするものであ
る。
Embodiment 10 FIGS. 15 (a) to 15 (c) show interstitial silicon atoms and lattice defects on a substrate surface by utilizing lattice defects caused by nitridation in an NH 3 atmosphere instead of RIE damage. Are combined and eliminated.

【0115】まず、図15(a) に示すように、p型シリ
コン基板11内に、通常のLOCOS法により素子分離
絶縁膜12を形成したのち、p型不純物としてボロンを
イオン注入し、表面近くにイオン注入層54を形成す
る。そしてさらにPSG膜55を形成してこれをパター
ニングし、チャネル領域の基板表面を露出する。
First, as shown in FIG. 15A, after an element isolation insulating film 12 is formed in a p-type silicon substrate 11 by a normal LOCOS method, boron is ion-implanted as a p-type impurity, Next, an ion implantation layer 54 is formed. Then, a PSG film 55 is further formed and patterned to expose the substrate surface in the channel region.

【0116】この後、図15(b) に示すように、N2
囲気で950℃30分の熱処理を行うことにより表面全
体を窒化シリコン膜60で被覆するとともに、直接窒化
シリコン膜と接する基板表面に窒化によりダメージ(格
子欠陥)Dを形成する。この後850℃2時間の熱処理
を行うと、PSGから点欠陥(格子間シリコン原子)が
注入されると共に、ダメージDのある表面においてこの
ダメージDの格子欠陥と注入された点欠陥との再結合が
起こり、この基板の極表面では欠陥が消失する。そこで
とくにこの表面での点欠陥の濃度が低減されることによ
って、表面のわずか数原子層のみのボロンの拡散が極度
に遅くなり、他の領域の拡散は増速された。 このため
図15(c) に示すように数原子層の極めて薄いp層を形
成することができた。
Thereafter, as shown in FIG. 15B, a heat treatment is performed in an N 2 atmosphere at 950 ° C. for 30 minutes to cover the entire surface with the silicon nitride film 60 and to directly contact the silicon nitride film. A damage (lattice defect) D is formed by nitriding. Thereafter, when heat treatment is performed at 850 ° C. for 2 hours, point defects (interstitial silicon atoms) are implanted from the PSG, and recombination between the lattice defects of the damage D and the implanted point defects is performed on the surface having the damage D. And defects disappear on the very surface of the substrate. In particular, by reducing the concentration of point defects at this surface, the diffusion of boron in only a few atomic layers of the surface was extremely slowed and the diffusion in other regions was accelerated. Therefore, as shown in FIG. 15 (c), an extremely thin p layer having several atomic layers could be formed.

【0117】この後、ゲート絶縁膜およびゲート電極を
形成してMOSFETが完成する。このように、本発明
の方法によれば、より浅いチャネル層を形成することが
可能となる。
Thereafter, a gate insulating film and a gate electrode are formed to complete the MOSFET. Thus, according to the method of the present invention, a shallower channel layer can be formed.

【0118】なお、上記実施例に限定されることなく、
二重拡散層すなわちいわゆるHiC構造の形成、あるい
は、DRAMの形成などにおいて溝の表面に二重の拡散
層を精度よく形成する等種々のデバイスの形成に適用可
能である。
It should be noted that without being limited to the above-described embodiment,
The present invention is applicable to formation of various devices such as formation of a double diffusion layer, that is, a so-called HiC structure, or formation of a double diffusion layer with high precision on the surface of a groove in formation of a DRAM.

【0119】例えば、ダイナミックRAM(DRAM)
の構成要素であるMOSキャパシタにおいては、シリコ
ン基板表面に溝を掘り、この溝内にキャパシタを形成す
ることにより、占有面積を増大させることなく実質的に
容量の増大をはかるという方法が検討されている。しか
し、キャパシタの経時破壊に対する信頼性を向上させる
ため、上部電極の電位を0V,5Vとすることによって
メモリ内容を区別する必要があり、シリコン基板表面に
基板と反対導電型の10×1018cm-3以上の濃度を有す
る不純物拡散層を形成するという方法がとられている。
For example, a dynamic RAM (DRAM)
In the MOS capacitor which is a component of the method, a method of substantially increasing the capacitance without increasing the occupied area by forming a groove in the surface of the silicon substrate and forming the capacitor in the groove has been studied. I have. However, to improve the reliability of the time dependent breakdown of capacitors, 0V potential of the upper electrode, it is necessary to distinguish between the memory contents by a 5V, 10 × 10 18 cm of the substrate opposite conductivity type on the silicon substrate surface A method of forming an impurity diffusion layer having a concentration of -3 or more has been adopted.

【0120】DRAMの場合、多数個のセルが配列され
ているため、高密度化に際し、溝間の距離が短くなるに
従い、溝内に形成したキャパシタの不純物拡散層間の分
離耐圧が低下するという問題がある。
In the case of a DRAM, since a large number of cells are arranged, the problem that the isolation withstand voltage between the impurity diffusion layers of the capacitors formed in the trenches decreases as the distance between the trenches becomes shorter when the density is increased. There is.

【0121】この問題を解決するため、例えばp型基板
上の溝表面にn型の不純物拡散層を形成する場合、この
溝表面の不純物拡散層の下に、基板濃度よりやや濃度の
高いp型の不純物拡散層を形成し、二重拡散層すなわち
いわゆるHiC構造にするという方法がとられている。
このHiC構造は、容量が小さくなった場合のソフトエ
ラー耐性が強いということもわかっている。
In order to solve this problem, for example, when an n-type impurity diffusion layer is formed on the surface of a groove on a p-type substrate, a p-type impurity having a concentration slightly higher than the substrate concentration is formed below the impurity diffusion layer on the surface of the groove. Is formed to form a double diffusion layer, that is, a so-called HiC structure.
It has also been found that this HiC structure has a strong soft error resistance when the capacitance is reduced.

【0122】従来の方法では、溝の表面に二重の拡散層
を精度よく形成するのは極めて困難であり、ドーピング
技術として、一般的なイオン注入法では、溝の底部と側
壁部の濃度の均一性を確保するのが難しく、また、ドー
プトガラスと呼ばれる不純物を含有する酸化シリコン膜
からの拡散においては、底部と側壁部との濃度の均一性
を確保するのは容易であるが、拡散する不純物毎に成
膜、拡散剥離工程を繰りかえさねばならず、工程数が大
幅に増大してしまうという問題があっが、本発明によれ
ば、裏面から格子欠陥を導入するなど、格子欠陥を制御
することにより、同時に複数の不純物を制御性良く所望
のプロファイルに拡散することが可能となる。また、深
い溝内部への拡散層の形成も極めて制御性良く行うこと
ができる。
With the conventional method, it is extremely difficult to form a double diffusion layer on the surface of the groove with high precision. As a doping technique, the concentration of the bottom and side walls of the groove is reduced by a general ion implantation method. It is difficult to ensure uniformity, and in diffusion from a silicon oxide film containing impurities called doped glass, it is easy to ensure uniformity in the concentration of the bottom and side walls, but it is easy to ensure In each case, the film formation and the diffusion / separation steps must be repeated, and the number of steps is greatly increased. However, according to the present invention, lattice defects are controlled by introducing lattice defects from the back surface. This makes it possible to simultaneously diffuse a plurality of impurities into a desired profile with good controllability. Further, the formation of the diffusion layer inside the deep groove can be performed with extremely high controllability.

【0123】[0123]

【発明の効果】発明の方法によれば、熱平衡状態におけ
る濃度よりも大きい所望の格子欠陥濃度をもつような格
子欠陥を発生せしめ、拡散のための熱工程においてこの
格子欠陥が拡散を支援または抑制するようにしているた
め、極めて制御性よく所望の拡散長を得る事が可能とな
る。さらにまた低温下での拡散も可能となり、既に形成
されている層への影響を防止しつつ所望の拡散層を形成
することも可能となる。
According to the method of the present invention, a lattice defect having a desired lattice defect concentration higher than the concentration in a thermal equilibrium state is generated, and the lattice defect assists or suppresses diffusion in a thermal process for diffusion. Therefore, it is possible to obtain a desired diffusion length with extremely high controllability. Furthermore, diffusion at a low temperature is also possible, and it is possible to form a desired diffusion layer while preventing an effect on an already formed layer.

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

【図1】本発明の第1の実施例の不純物の導入方法を示
す図である。
FIG. 1 is a view showing a method for introducing impurities according to a first embodiment of the present invention.

【図2】900℃5時間の熱処理後の格子欠陥濃度と深
さとの関係を測定した結果を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a result of measuring a relationship between a lattice defect concentration and a depth after a heat treatment at 900 ° C. for 5 hours.

【図3】リン拡散層の存在によるボロン拡散速度との関
係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship with the boron diffusion rate due to the presence of a phosphorus diffusion layer.

【図4】拡散源濃度と拡散との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between diffusion source concentration and diffusion.

【図5】パターン密度とボロン拡散深さとの関係を示す
図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a pattern density and a boron diffusion depth.

【図6】拡散源のパターンの変形例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a modification of the pattern of the diffusion source.

【図7】拡散源の変形例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a modification of the diffusion source.

【図8】本発明の第4の実施例のMOSFETの製造工
程図である。
FIG. 8 is a manufacturing process diagram of the MOSFET according to the fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第5の実施例のMOSFETの製造工
程図である。
FIG. 9 is a manufacturing process diagram of the MOSFET according to the fifth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第6の実施例のバイポーラトランジ
スタの製造工程図である。
FIG. 10 is a manufacturing process diagram of the bipolar transistor according to the sixth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第7の実施例のMOSFETの製造
工程図である。
FIG. 11 is a manufacturing process diagram of the MOSFET according to the seventh embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第8の実施例のMOSFETの製造
工程図である。
FIG. 12 is a manufacturing process diagram of the MOSFET according to the eighth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第8の実施例における表面での再結
合速度と点欠陥の濃度の関係を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the recombination speed on the surface and the concentration of point defects in the eighth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第9の実施例のMOSFETの製造
工程図である。
FIG. 14 is a manufacturing process diagram of the MOSFET according to the ninth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第10の実施例のMOSFETの製
造工程図である。
FIG. 15 is a manufacturing process diagram of the MOSFET according to the tenth embodiment of the present invention.

【図16】格子間シリコン原子の拡散速度と温度との関
係を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the diffusion rate of interstitial silicon atoms and temperature.

【図17】平衡格子間シリコン原子濃度と温度との関係
を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a relationship between equilibrium interstitial silicon atom concentration and temperature.

【図18】格子間原子の拡散係数と温度との関係を示す
図である。
FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the diffusion coefficient of interstitial atoms and temperature.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 素子分離領域 3 ゲート電極 4 拡散層 5 酸化シリコン膜 6 チタン層 7 チタンシリサイド層 8 空格子 9 格子間シリコン原子 10 ソースドレイン領域 12 素子分離領域 54 イオン注入層 55 PSG膜 56 n層 57 p層 58 i層 REFERENCE SIGNS LIST 1 silicon substrate 2 device isolation region 3 gate electrode 4 diffusion layer 5 silicon oxide film 6 titanium layer 7 titanium silicide layer 8 vacancy 9 interstitial silicon atom 10 source / drain region 12 device isolation region 54 ion implantation layer 55 PSG film 56 n layer 57 p-layer 58 i-layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−35720(JP,A) 特開 平1−307215(JP,A) 特開 平2−205016(JP,A) 特開 昭63−313816(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/225 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-2-35720 (JP, A) JP-A-1-307215 (JP, A) JP-A-2-205016 (JP, A) JP-A-63- 313816 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/225

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板表面または内部に第1の不純
物を導入し、欠陥源を形成する欠陥源形成工程と、 前記半導体基板に、第2の不純物を有する拡散源を前記
欠陥源と離れた位置に形成する拡散源形成工程と、 熱処理を施して前記第1の不純物を前記欠陥源から拡散
させ、熱平衡状態における濃度よりも大きい格子欠陥濃
度を持つ格子欠陥を生成する格子欠陥生成工程とを有
し、 前記生成した格子欠陥の存在下で、前記拡散源から前記
第2の不純物を拡散させることを特徴とする半導体装置
の製造方法。
1. A defect source forming step of forming a defect source by introducing a first impurity into or on a surface of a semiconductor substrate, and separating a diffusion source having a second impurity from the defect source into the semiconductor substrate. Forming a diffusion source at a position; and performing a heat treatment to diffuse the first impurity from the defect source to generate a lattice defect having a lattice defect concentration higher than the concentration in a thermal equilibrium state. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: diffusing the second impurity from the diffusion source in the presence of the generated lattice defect.
【請求項2】 半導体基板表面または内部に第1の不純
物を導入し、欠陥源を形成する欠陥源形成工程と、 前記半導体基板に、第2の不純物を有する拡散源を前記
欠陥源と離れた位置に形成する拡散源形成工程と、 熱処理を施して第2の不純物の拡散速度を促進する格子
欠陥の型と逆の型の格子欠陥を前記欠陥源から拡散さ
せ、再結合により前記不純物の拡散速度を促進する型の
格子欠陥濃度を低下させる工程とを有し、 前記拡散源からの前記第2の不純物の拡散を抑制するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. A defect source forming step of forming a defect source by introducing a first impurity into or on a semiconductor substrate, and separating a diffusion source having a second impurity into the semiconductor substrate from the defect source. Forming a diffusion source at a position; diffusing, from the defect source, a lattice defect of a type opposite to the type of the lattice defect that promotes the diffusion rate of the second impurity by performing heat treatment; Reducing the concentration of lattice defects of a type that promotes speed, and suppressing the diffusion of the second impurity from the diffusion source.
【請求項3】 前記拡散源は、前記半導体基板の裏面に
形成されることを特徴とする請求項1または請求項2記
載の半導体装置の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the diffusion source is formed on a back surface of the semiconductor substrate.
【請求項4】 前記拡散源は、前記半導体基板の裏面に
局所的に形成されることを特徴とする請求項1または請
求項2記載の半導体装置の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the diffusion source is locally formed on a back surface of the semiconductor substrate.
【請求項5】 前記格子欠陥生成工程に先立ち、前記半
導体基板の裏面に凹凸を形成する凹凸形成工程を含むこ
とを特徴とする請求項1乃至4記載の半導体装置の製造
方法。
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of forming irregularities on a back surface of said semiconductor substrate prior to said step of generating lattice defects.
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