JP4244396B2 - Capacitance of semiconductor integrated circuit and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路の容量及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、MOS構造の容量及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路において、多くのケースで容量が使用される。例えば、D−RAMでは容量がマトリクス状に配置され、デジタル信号を記憶するのに使用されている。また、固体撮像素子などでは、一次的に信号電荷を蓄積するために容量が使用されている。
【0003】
このような半導体集積回路に配置される容量の構造には幾つか提案されている。例えば、配線などに使用する金属を二層に配置してこれを電極としその間を絶縁膜で互いに絶縁したものが挙げられる。また、シリコン基板を第一の電極とし、配線に使用する金属やポリシリコンを第二の電極としその間を酸化膜で絶縁したいわゆるMOS構造のものも提案されている。前者は多層メタルプロセスが必要なのに対して、後者は単層メタルプロセスでも形成することが可能である。
【0004】
ところで、近年、半導体集積回路は微細化が進められている。容量においても微細化が求められており、MOS構造の容量は、容量値を保ったまま面積を小さくするために酸化膜厚を薄くすることが行われている。
また、容量を高速に充放電するために酸化膜下の半導体の不純物濃度は高められ、低抵抗にされる。
【0005】
ただし、酸化膜厚を薄くすると絶縁破壊耐圧が小さくなるので、MOSトランジスタのゲートや配線下等の比較的高耐圧が要求される部分では酸化膜を厚くし、MOS容量の部分では酸化膜を薄くする事によって、MOSトランジスタなどに悪影響を与えることなくMOS容量を微細化することがなされている。
図7は、従来の半導体集積回路の容量平面図、図8は図7のB−B’部分断面図である。P型Si基板201の表面にN型拡散層202が形成され、N型拡散層202内には金属配線とオーミックコンタクトを取るためのN+型拡散層203が形成されている。また、Si基板表面には厚い酸化膜204と薄い酸化膜205が形成されている。薄い酸化膜205はN型拡散層202上の一部に設置され、その上はN+型ポリシリコン206に覆われている。N+型拡散層203にはアルミ配線207が接続されている。
【0006】
N型拡散層202は容量の一方の電極であり、N+型ポリシリコン206は、容量の他方の電極である。電荷は、薄い酸化膜205の両側に配置されたこれらの電極に蓄積される。N型拡散層202に蓄積される電荷は、アルミ配線207及びN+型拡散層203を介して入出力される。単に電極としての機能だけを必要とするなら、N型拡散層202は不要であり、シリコン基板をそれに代えて使用しても構わない。しかし、容量を高速に充放電するには、この部分の抵抗を下げるのが好ましい。また、シリコン基板の不純物濃度が低いとバイアス条件によってはシリコン基板の表面が空乏化し、容量値が変化してしまう。この点からも高濃度のN型拡散層202を設けるのが好ましい。
【0007】
なお、N型拡散層202内には、後に説明するイオン注入によって生じた二次欠陥208が存在する。
図9から図12は、従来の半導体集積回路の容量製造方法の各工程における容量断面図である。これらの図を参照して製造方法を説明する。
まず、P型シリコン基板201を熱酸化して厚い酸化膜204を形成し、次にフォトリソグラフィー技術によって、N型拡散層202を形成する領域を開口するようにフォトレジスト209を設ける。そして、加速エネルギー100KeV、ドーズ量5×1014cm-2の条件で、イオン注入法に従い31+を開口部に注入する(図9)。
【0008】
フォトレジスト209を剥離した後、900度Cで30分間アニールすることによりイオン種31+を活性化させ、拡散層202を形成する。次に、フォトリソグラフィー技術によって、薄い酸化膜205を形成する部分が開口するようにフォトレジスト210を設ける。次いで、これをマスクとして厚い酸化膜204をエッチングにより除去する。この状態を示したのが図10である。
【0009】
フォトレジスト210を剥離した後、上記の工程で厚い酸化膜204を除去した領域に熱酸化によって薄い酸化膜205を形成する。次に、N+型ポリシリコン206を減圧CVDにより堆積し、フォトリソグラフィー技術によって、薄い酸化膜205を覆う部分にフォトレジスト211を形成する(図11)。
このフォトレジスト211をマスクとしてN+型ポリシリコン206をエッチングする。残留するN+型ポリシリコン206は、容量素子の2つの電極の内の一方の電極となる。フォトレジスト211を剥離した後、フォトリソグラフィー技術及びイオン注入法に従い、N型拡散層202内に31+を注入する。次いで、950度Cで30分間アニールしすることによりイオン種31+を活性化させ、N+型拡散層203を設ける。
【0010】
次に、周知の配線形成技術によってN+型拡散203にアルミ電極207を接続して図7、図8に示された容量が完成する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体集積回路の容量は、上記のようにN型拡散層202を低インピーダンスにし、拡散層の空乏化を防ぐために、一般的には1×1014cm-2以上のイオン注入が行われる。ところで、イオン注入を行うと、半導体基板に結晶欠陥(二次欠陥)が発生する。この結晶欠陥は、アニール処理による再結晶化により消滅することが知られている。しかしながら、注入量が1×1014cm-2のように高濃度であると、アニール処理を行っても完全に再結晶化せず、結晶欠陥が残留する。結晶欠陥が残留したままその上に薄い酸化膜を形成すると、酸化膜に微細な凹凸が生じることにより膜質が悪くなり、耐圧不良が発生するという問題があった。
【0012】
本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、高濃度にイオン注入した基板上に形成した酸化膜を誘電体として用いた容量素子の絶縁不良を防止する事を目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
請求項1の半導体集積回路の容量は「P型シリコン基板上の第一の領域に膜厚が60nm以下である第一の酸化膜が配置され、前記第一の領域における前記第一の酸化膜を介して150KeV以上の加速エネルギーで 31 + イオン注入した不純物拡散領域が配置され、前記第一の領域内における第二の領域に膜厚が30nm以下である第二の酸化膜が配置され、少なくとも前記第二の領域における前記第二の酸化膜を覆って電極が配置された」ことを特徴とする。
【0014】
150KeV以上の加速エネルギーで膜厚が60nm以下の酸化膜で覆われている半導体中に、不純物をイオン注入してアニールすると、その拡散領域は、残留欠陥が生じにくいことが本発明者により突き止められた。その理由は定かではない。しかし、二次欠陥が残留するメカニズムは、酸化膜から酸素原子が基板内に弾かれる量と不純物の注入量(ドーズ量)によって変化するという説がある(Japanese Journal of Applied Physics vol.27,No.12,December,1998,pp2209〜2217)。
【0015】
この説に従えば、本発明では酸化膜厚と加速エネルギーが最適化されているため、イオン注入によって生じた結晶欠陥がほぼ完全に消滅すると推定される。そして、残留する結晶欠陥が低減されているため、この上の酸化膜厚をこれまで以上に薄膜化して容量を作成しても、高耐圧を保持できるのである。また、イオン種によっても、残留する結晶欠陥の密度が異なる。イオン種が 31 + であるなら、ほぼ完全に再結晶化される。
請求項2の半導体集積回路の容量は、請求項1に記載の容量において「前記第二の領域は前記第一の領域の一部に設けられ、前記電極はポリシリコンであり、 前記不純物拡散領域が容量の一方の電極であり、前記ポリシリコンが容量の他方の電極であり、前記容量に蓄積される電荷は、前記第二の酸化膜の両側に蓄積される」ことを特徴とする
【0016】
請求項3の半導体集積回路の容量は、請求項1に記載の容量において「前記第一の酸化膜及び第二の酸化膜はいずれも5nm以上の膜厚である」ことを特徴とする。元々、この酸化膜は、プロテクト酸化膜と称されており、各種プロセスによるシリコン結晶へのダメージを防いだり、アニール中にシリコンにドープした不純物が失われることを防ぐ役目を持つ。しかし、鋭意研究の結果、5nm以上あれば、その目的は十分果たせることを突き止め、発明に至った。
【0017】
請求項4の容量製造方法は「P型シリコン基板の表面を熱酸化して少なくとも第一の領域に60nm以下の第一の酸化膜を形成する工程と、フォトリソグラフィー技術を用いて前記第一の領域における前記第一の酸化膜を介して加速エネルギーを150KeV以上として 31 + イオン注入する工程と、前記半導体基板をアニールする工程と、フォトリソグラフィー技術によって前記第一の領域内の前記第一の酸化膜をエッチングによって除去して、前記第一の領域内に第二の領域を形成する工程と、前記P型シリコン基板を熱酸化して前記第二の領域に30nm以下の第二の酸化膜を形成する工程と、フォトリソグラフィー技術によって少なくとも前記第二の領域における前記第二の酸化膜を覆って電極を形成する工程とを有する」ことを特徴とする。
【0018】
請求項5の容量製造方法は、請求項4の容量製造方法において「前記第二の領域を形成する工程では、前記第一の領域における一部の前記第一の酸化膜をエッチングし、前記電極を形成する工程では、前記電極をポリシリコンで形成することによって、前記不純物拡散領域を容量の一方の電極とし、前記ポリシリコンを容量の他方の電極として、蓄積される電荷が前記第二の酸化膜の両側に蓄積されるように形成する」ことを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施の形態に係る半導体回路の容量平面図、図2は、図1のA−A’部分断面図である。P型Si基板101の表面にN型拡散層102(第一の領域)が形成され、N型拡散層102内には金属配線とオーミックコンタクトを取るためのN+型拡散層103が配置されている。また、Si基板表面には厚さ50nmの第一の酸化膜104と厚さ15nmの第二の酸化膜105が配置されている。第二の酸化膜105はN型拡散層102上の一部(第二の領域)に設置され、その上はN+型ポリシリコン106に覆われている。N+型拡散層103にはアルミ配線107が接続されている。
【0020】
N型拡散層102は容量の一方の電極であり、N+型ポリシリコン106は、容量の他方の電極である。電荷は、薄い酸化膜105の両側に蓄積される。N型拡散層102に蓄積される電荷は、アルミ配線107及びN+型拡散層103を介して入出力される。N型拡散層102は第一の領域を低抵抗にして容量が高速読み出しに適するようにされると共に、シリコン表面が空乏化して容量値が変化するのを防ぐように設けられる。なお、108は結晶欠陥が再結晶化された領域を示している。
【0021】
図3から図6は、本発明による半導体集積回路の容量製造方法の各工程における容量断面図である。これらの図を参照して製造方法を説明する。
まず、P型基板101を熱酸化して厚さ50nmの第一の酸化膜104を形成し、次にフォトリソグラフィー技術によって、N型拡散層102を形成する領域を開口するようにフォトレジスト109を設ける。そして、加速エネルギー170KeVでドーズ量5×1014cm-2の条件で、イオン注入法に従い31+を開口部に注入する(図3)。
【0022】
フォトレジスト109を剥離した後、900度Cで30分間アニールすることによりイオン種の31+を活性化させてN型拡散層102を形成する。次に、フォトリソグラフィー技術によって、後述する第二の酸化膜105を形成する部分が開口するようにフォトレジスト110を設ける。次いで、これをマスクとしてこの部分の第一の酸化膜104をエッチングにより除去する。この状態を示したのが図4である。
【0023】
フォトレジスト110を剥離した後、上記の工程で第一の酸化膜104を除去した領域(第二の領域)に、熱酸化によって厚さ15nmの第二の酸化膜105を形成する。次に、N+型ポリシリコン106を減圧CVDにより堆積し、フォトリソグラフィー技術によって、第二の酸化膜105を覆う部分にフォトレジスト111を形成する(図5)。
【0024】
このフォトレジスト111をマスクとしてN+型ポリシリコン106をエッチングする。残留するN+型ポリシリコン106は、容量素子の2つの電極の内の一方の電極となる。フォトレジスト111を剥離した後、フォトリソグラフィー技術及びイオン注入法によって、N型拡散層102内に31+を注入する。次いで、950度Cで30分間アニールすることによりイオン種31+を活性化させ、N+型拡散層103を設ける。
【0025】
次に、周知の配線形成技術によってN+型拡散103にアルミ電極107を接続して図1、図2に示された本発明に係る半導体集積回路の容量が完成する。
本発明では、イオン注入条件と酸化膜耐圧不良の発生との関係を調べることによって耐圧不良の発生しない条件を見出した。本発明では、イオン注入の2次欠陥108が無いか、或いは極低密度にしか存在しないと推測される。
【0026】
本発明に従って容量素子を作成し酸化膜耐圧を測定したところ、従来は不良発生率が7%であったが、0%に改善された。
【0027】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明によれば高濃度のイオン注入を行っても、その後のアニールにより結晶欠陥が確実に再結晶化され、残留欠陥を低減することができる。従って、高濃度のイオン注入を施した拡散部上に良好な膜質の酸化膜を形成することができ、このため、酸化膜をより薄膜化しても、耐圧の良好な容量素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る半導体回路の容量平面図である。
【図2】図1のA−A’部分断面図である。
【図3】本発明による半導体集積回路の容量製造方法の各工程における容量断面図である。
【図4】本発明による半導体集積回路の容量製造方法の各工程における容量断面図である。
【図5】本発明による半導体集積回路の容量製造方法の各工程における容量断面図である。
【図6】本発明による半導体集積回路の容量製造方法の各工程における容量断面図である。
【図7】従来の半導体集積回路の容量平面図である。
【図8】図7のB−B’部分の断面図である。
【図9】従来の半導体集積回路の容量製造方法の各工程における容量断面図である。
【図10】従来の半導体集積回路の容量製造方法の各工程における容量断面図である。
【図11】従来の半導体集積回路の容量製造方法の各工程における容量断面図である。
【図12】従来の半導体集積回路の容量製造方法の各工程における容量断面図である。
【符号の説明】
101、201・・・P型半導体基板
102、202・・・N型拡散層
103、203・・・N+型拡散層
104、105・・・第一の酸化膜
106、206・・・N+型ポリシリコン
107、207・・・Al配線
108・・・結晶欠陥消滅部分
109,110,111・・・フォトレジスト
204・・・厚い酸化膜
205・・・薄い酸化膜
208・・・イオン注入による結晶欠陥
209,210,211・・・フォトレジスト
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a capacity of a semiconductor integrated circuit and a manufacturing method thereof, and more particularly to a capacity of a MOS structure and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor integrated circuit, a capacitor is used in many cases. For example, in a D-RAM, capacitors are arranged in a matrix and are used for storing digital signals. Further, in a solid-state imaging device or the like, a capacitor is used to temporarily accumulate signal charges.
[0003]
Several structures of capacitors arranged in such semiconductor integrated circuits have been proposed. For example, the metal used for wiring etc. is arrange | positioned in two layers, this is made into an electrode, and the thing mutually insulated with the insulating film between them is mentioned. A so-called MOS structure having a silicon substrate as a first electrode and a metal or polysilicon used for wiring as a second electrode and insulated by an oxide film therebetween has also been proposed. The former requires a multilayer metal process, while the latter can also be formed by a single-layer metal process.
[0004]
Incidentally, in recent years, semiconductor integrated circuits have been miniaturized. Miniaturization is also demanded in the capacitance, and the oxide film thickness is reduced in order to reduce the area of the capacitance of the MOS structure while maintaining the capacitance value.
Further, in order to charge and discharge the capacitor at a high speed, the impurity concentration of the semiconductor under the oxide film is increased and the resistance is lowered.
[0005]
However, if the oxide film thickness is reduced, the dielectric breakdown voltage is reduced. Therefore, the oxide film is thickened at a portion where a relatively high breakdown voltage is required such as the gate or under the wiring of the MOS transistor, and the oxide film is thinned at the MOS capacitor portion. By doing so, the MOS capacitance is miniaturized without adversely affecting the MOS transistor or the like.
7 is a capacitance plan view of a conventional semiconductor integrated circuit, and FIG. 8 is a partial cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. An N-type diffusion layer 202 is formed on the surface of the P-type Si substrate 201, and an N + -type diffusion layer 203 for making ohmic contact with the metal wiring is formed in the N-type diffusion layer 202. A thick oxide film 204 and a thin oxide film 205 are formed on the Si substrate surface. A thin oxide film 205 is provided on a part of the N-type diffusion layer 202 and is covered with an N + type polysilicon 206. An aluminum wiring 207 is connected to the N + type diffusion layer 203.
[0006]
The N type diffusion layer 202 is one electrode of the capacitor, and the N + type polysilicon 206 is the other electrode of the capacitor. The charge is accumulated on these electrodes arranged on both sides of the thin oxide film 205. Charges stored in the N-type diffusion layer 202 are input / output via the aluminum wiring 207 and the N + -type diffusion layer 203. If only the function as an electrode is required, the N-type diffusion layer 202 is unnecessary, and a silicon substrate may be used instead. However, in order to charge and discharge the capacitor at high speed, it is preferable to lower the resistance of this portion. Further, when the impurity concentration of the silicon substrate is low, the surface of the silicon substrate is depleted depending on the bias condition, and the capacitance value changes. Also from this point, it is preferable to provide the high concentration N-type diffusion layer 202.
[0007]
In the N-type diffusion layer 202, there are secondary defects 208 generated by ion implantation described later.
9 to 12 are capacitance cross-sectional views in respective steps of a conventional method of manufacturing a capacity of a semiconductor integrated circuit. The manufacturing method will be described with reference to these drawings.
First, the P-type silicon substrate 201 is thermally oxidized to form a thick oxide film 204, and then a photoresist 209 is provided so as to open a region for forming the N-type diffusion layer 202 by photolithography. Then, 31 P + is implanted into the opening according to the ion implantation method under the conditions of an acceleration energy of 100 KeV and a dose of 5 × 10 14 cm −2 (FIG. 9).
[0008]
After removing the photoresist 209, annealing is performed at 900 ° C. for 30 minutes to activate the ion species 31 P + and form the diffusion layer 202. Next, a photoresist 210 is provided by a photolithography technique so that a portion where the thin oxide film 205 is formed is opened. Next, the thick oxide film 204 is removed by etching using this as a mask. FIG. 10 shows this state.
[0009]
After removing the photoresist 210, a thin oxide film 205 is formed by thermal oxidation in the region where the thick oxide film 204 has been removed in the above process. Next, N + type polysilicon 206 is deposited by low pressure CVD, and a photoresist 211 is formed on a portion covering the thin oxide film 205 by photolithography (FIG. 11).
The N + type polysilicon 206 is etched using the photoresist 211 as a mask. The remaining N + type polysilicon 206 becomes one of the two electrodes of the capacitive element. After removing the photoresist 211, 31 P + is implanted into the N-type diffusion layer 202 in accordance with a photolithography technique and an ion implantation method. Next, ionic species 31 P + is activated by annealing at 950 ° C. for 30 minutes, and an N + -type diffusion layer 203 is provided.
[0010]
Next, the aluminum electrode 207 is connected to the N + type diffusion 203 by a well-known wiring formation technique, and the capacitance shown in FIGS. 7 and 8 is completed.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
As for the capacity of a conventional semiconductor integrated circuit, in order to make the N-type diffusion layer 202 have a low impedance as described above and to prevent depletion of the diffusion layer, ion implantation of 1 × 10 14 cm −2 or more is generally performed. . By the way, when ion implantation is performed, crystal defects (secondary defects) are generated in the semiconductor substrate. It is known that this crystal defect disappears by recrystallization by annealing treatment. However, when the implantation amount is as high as 1 × 10 14 cm −2 , even if annealing is performed, recrystallization does not occur completely, and crystal defects remain. If a thin oxide film is formed on the crystal defect with the crystal defects remaining, there is a problem in that fine irregularities are formed in the oxide film, resulting in poor film quality and a breakdown voltage failure.
[0012]
The present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to prevent an insulation failure of a capacitive element using an oxide film formed on a substrate ion-implanted at a high concentration as a dielectric.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
Capacity of the semiconductor integrated circuit according to claim 1 is arranged a first oxide film thickness in the first region of the "P-type silicon substrate is 60nm or less, the first oxidation definitive in the first region is arranged impurity diffusion region by ion implantation of 31 P + in the above acceleration energy 150KeV through the film, the second oxide film thickness in the second region in the first region is 30nm or less arranged And an electrode is disposed so as to cover at least the second oxide film in the second region ”.
[0014]
The present inventor has found that when a semiconductor covered with an oxide film having a film thickness of 60 nm or less with an acceleration energy of 150 KeV or more is ion-implanted and annealed, the diffusion region is less likely to cause residual defects. It was. The reason is not clear. However, there is a theory that the mechanism in which secondary defects remain varies depending on the amount of oxygen atoms repelled from the oxide film into the substrate and the amount of impurities implanted (dose amount) (Japan Journal of Applied Physics vol. 27, No. 12, December, 1998, pp 2209-2217).
[0015]
According to this theory, since the oxide film thickness and acceleration energy are optimized in the present invention, it is estimated that crystal defects caused by ion implantation are almost completely eliminated. Since the remaining crystal defects are reduced, a high breakdown voltage can be maintained even if a capacitor is created by making the above oxide film thickness thinner than before. Further, the density of remaining crystal defects varies depending on the ion species. If the ionic species is 31 P +, it is almost completely recrystallized.
The capacitance of the semiconductor integrated circuit according to claim 2 is the capacitance according to claim 1, wherein the second region is provided in a part of the first region, the electrode is polysilicon, and the impurity diffusion region Is one electrode of the capacitor, and the polysilicon is the other electrode of the capacitor, and the charge accumulated in the capacitor is accumulated on both sides of the second oxide film .
[0016]
The capacitor of the semiconductor integrated circuit according to claim 3 is characterized in that in the capacitor according to claim 1, "the first oxide film and the second oxide film are each 5 nm or more in thickness". Originally, this oxide film is called a protective oxide film, and serves to prevent damage to the silicon crystal due to various processes and to prevent loss of impurities doped into silicon during annealing. However, as a result of earnest research, it has been found that if the thickness is 5 nm or more, the object can be sufficiently achieved, and the present invention has been achieved.
[0017]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a capacitor manufacturing method comprising: a step of thermally oxidizing a surface of a P-type silicon substrate to form a first oxide film having a thickness of 60 nm or less in at least a first region; a step of the 31 P + ion implantation acceleration energy as more 150KeV through the first oxide film definitive in the region, and annealing the semiconductor substrate, the first of said first region by photolithography Removing one oxide film by etching to form a second region in the first region, and thermally oxidizing the P-type silicon substrate to form a second region of 30 nm or less in the second region. forming an oxide film, and a step of forming the second electrode over the oxide film in at least the second region by photolithography "that And butterflies.
[0018]
The capacitance manufacturing method according to claim 5 is the capacitance manufacturing method according to claim 4 , wherein in the step of forming the second region, a part of the first oxide film in the first region is etched, and the electrode In the step of forming the electrode, polysilicon is used to form the impurity diffusion region as one electrode of the capacitor and the polysilicon as the other electrode of the capacitor, so that the accumulated charges are It is formed so as to be accumulated on both sides of the film ”.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a capacitance plan view of a semiconductor circuit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. An N type diffusion layer 102 (first region) is formed on the surface of the P type Si substrate 101, and an N + type diffusion layer 103 for making ohmic contact with the metal wiring is disposed in the N type diffusion layer 102. . A first oxide film 104 having a thickness of 50 nm and a second oxide film 105 having a thickness of 15 nm are disposed on the surface of the Si substrate. The second oxide film 105 is disposed in a part (second region) on the N-type diffusion layer 102, and is covered with N + -type polysilicon 106. An aluminum wiring 107 is connected to the N + type diffusion layer 103.
[0020]
The N type diffusion layer 102 is one electrode of the capacitor, and the N + type polysilicon 106 is the other electrode of the capacitor. The charge is accumulated on both sides of the thin oxide film 105. Charges accumulated in the N-type diffusion layer 102 are input / output through the aluminum wiring 107 and the N + -type diffusion layer 103. The N-type diffusion layer 102 is provided so that the first region has a low resistance so that the capacitance is suitable for high-speed reading, and the silicon surface is depleted to prevent the capacitance value from changing. Reference numeral 108 denotes a region where crystal defects are recrystallized.
[0021]
3 to 6 are capacitance sectional views in respective steps of the semiconductor integrated circuit capacitance manufacturing method according to the present invention. The manufacturing method will be described with reference to these drawings.
First, a P-type substrate 101 is thermally oxidized to form a first oxide film 104 having a thickness of 50 nm, and then a photoresist 109 is formed so as to open a region for forming the N-type diffusion layer 102 by photolithography. Provide. Then, 31 P + is implanted into the opening according to the ion implantation method under the condition of an acceleration energy of 170 KeV and a dose of 5 × 10 14 cm −2 (FIG. 3).
[0022]
After the photoresist 109 is peeled off, annealing is performed at 900 ° C. for 30 minutes to activate the ion species 31 P + to form the N-type diffusion layer 102. Next, a photoresist 110 is provided by a photolithography technique so that a portion for forming a second oxide film 105 described later is opened. Next, using this as a mask, the portion of the first oxide film 104 is removed by etching. FIG. 4 shows this state.
[0023]
After the photoresist 110 is peeled off, a second oxide film 105 having a thickness of 15 nm is formed by thermal oxidation in the region (second region) from which the first oxide film 104 has been removed in the above process. Next, N + type polysilicon 106 is deposited by low pressure CVD, and a photoresist 111 is formed on the portion covering the second oxide film 105 by photolithography (FIG. 5).
[0024]
The N + type polysilicon 106 is etched using the photoresist 111 as a mask. The remaining N + type polysilicon 106 becomes one of the two electrodes of the capacitive element. After stripping the photoresist 111, 31 P + is implanted into the N-type diffusion layer 102 by photolithography and ion implantation. Next, ionic species 31 P + is activated by annealing at 950 ° C. for 30 minutes, and an N + type diffusion layer 103 is provided.
[0025]
Next, the aluminum electrode 107 is connected to the N + type diffusion 103 by a well-known wiring formation technique, and the capacitance of the semiconductor integrated circuit according to the present invention shown in FIGS. 1 and 2 is completed.
In the present invention, by examining the relationship between the ion implantation conditions and the occurrence of an oxide film breakdown voltage failure, the inventors have found a condition where no breakdown voltage failure occurs. In the present invention, it is presumed that the secondary defect 108 of the ion implantation does not exist or exists only at an extremely low density.
[0026]
When a capacitive element was prepared according to the present invention and the oxide film breakdown voltage was measured, the defect occurrence rate was 7% in the past, but it was improved to 0%.
[0027]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, even if high-concentration ion implantation is performed, crystal defects are reliably recrystallized by subsequent annealing, and residual defects can be reduced. Therefore, an oxide film having a good film quality can be formed on the diffusion portion subjected to high-concentration ion implantation. For this reason, even if the oxide film is made thinner, a capacitor element having a good breakdown voltage can be obtained. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a capacitance plan view of a semiconductor circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a capacitor in each step of a method for manufacturing a capacitor of a semiconductor integrated circuit according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a capacitor in each step of a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor integrated circuit according to the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a capacitor in each step of the semiconductor integrated circuit capacitor manufacturing method according to the present invention;
FIG. 6 is a cross-sectional view of a capacitor in each step of the method for manufacturing a capacitor of a semiconductor integrated circuit according to the present invention.
FIG. 7 is a capacitance plan view of a conventional semiconductor integrated circuit.
FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a capacitor in each step of a conventional method for manufacturing a capacitor of a semiconductor integrated circuit.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a capacitor in each step of a conventional method for manufacturing a capacitor of a semiconductor integrated circuit.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a capacitor in each step of a conventional method for manufacturing a capacitor of a semiconductor integrated circuit.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a capacitor in each step of a conventional method for manufacturing a capacity of a semiconductor integrated circuit.
[Explanation of symbols]
101, 201... P type semiconductor substrate 102, 202... N type diffusion layer 103, 203... N + type diffusion layer 104, 105. Silicon 107, 207 ... Al wiring 108 ... Crystal defect disappearance portion 109, 110, 111 ... Photoresist 204 ... Thick oxide film 205 ... Thin oxide film 208 ... Crystal defects caused by ion implantation 209, 210, 211 ... Photoresist

Claims (5)

P型シリコン基板上の第一の領域に膜厚が60nm以下である第一の酸化膜が配置され、
前記第一の領域における前記第一の酸化膜を介して150KeV以上の加速エネルギーで 31 + イオン注入した不純物拡散領域が配置され、
前記第一の領域内における第二の領域に膜厚が30nm以下である第二の酸化膜が配置され、
少なくとも前記第二の領域における前記第二の酸化膜を覆って電極が配置されたことを特徴とする半導体集積回路の容量。
A first oxide film having a thickness of 60 nm or less is disposed in a first region on a P-type silicon substrate;
The first definitive in the area the first impurity diffusion region of 31 P + ions are implanted at 150KeV more acceleration energy through the oxide film is disposed,
A second oxide film having a thickness of 30 nm or less is disposed in the second region in the first region;
A capacitance of a semiconductor integrated circuit, wherein an electrode is disposed to cover at least the second oxide film in the second region.
前記第二の領域は前記第一の領域の一部に設けられ、前記電極はポリシリコンであり、The second region is provided in a part of the first region, and the electrode is polysilicon;
前記不純物拡散領域が容量の一方の電極であり、前記ポリシリコンが容量の他方の電極であり、  The impurity diffusion region is one electrode of a capacitor, and the polysilicon is the other electrode of the capacitor;
前記容量に蓄積される電荷は、前記第二の酸化膜の両側に蓄積されることを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路の容量。  2. The capacitor of the semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the electric charge accumulated in the capacitor is accumulated on both sides of the second oxide film.
前記第一の酸化膜及び第二の酸化膜はいずれも5nm以上の膜厚であることを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路の容量。  2. The capacitance of a semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein both the first oxide film and the second oxide film have a thickness of 5 nm or more. P型シリコン基板の表面を熱酸化して少なくとも第一の領域に60nm以下の第一の酸化膜を形成する工程と、
フォトリソグラフィー技術を用いて前記第一の領域における前記第一の酸化膜を介して加速エネルギーを150KeV以上として 31 + イオン注入する工程と、
前記半導体基板をアニールする工程と、
フォトリソグラフィー技術によって前記第一の領域内の前記第一の酸化膜をエッチングによって除去して、前記第一の領域内に第二の領域を形成する工程と、
前記P型シリコン基板を熱酸化して前記第二の領域に30nm以下の第二の酸化膜を形成する工程と、
フォトリソグラフィー技術によって少なくとも前記第二の領域における前記第二の酸化膜を覆って電極を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体集積回路の容量製造方法。
Thermally oxidizing the surface of the P-type silicon substrate to form a first oxide film of 60 nm or less in at least the first region;
A step of ion-implantation 31 of P + as above 150KeV acceleration energy via the first oxide film definitive in the first region using a photolithography technique,
Annealing the semiconductor substrate;
Removing the first oxide film in the first region by etching using a photolithography technique to form a second region in the first region;
Thermally oxidizing the P-type silicon substrate to form a second oxide film of 30 nm or less in the second region;
And a step of forming an electrode so as to cover at least the second oxide film in the second region by a photolithography technique.
前記第二の領域を形成する工程では、前記第一の領域における一部の前記第一の酸化膜をエッチングし、In the step of forming the second region, a part of the first oxide film in the first region is etched,
前記電極を形成する工程では、前記電極をポリシリコンで形成することによって、前記不純物拡散領域を容量の一方の電極とし、前記ポリシリコンを容量の他方の電極として、蓄積される電荷が前記第二の酸化膜の両側に蓄積されるように形成することを特徴とする請求項4に記載の半導体集積回路の容量製造方法。In the step of forming the electrode, by forming the electrode from polysilicon, the impurity diffusion region is used as one electrode of the capacitor, and the polysilicon is used as the other electrode of the capacitor, so that the accumulated charge is the second electrode. 5. The method of manufacturing a capacitor of a semiconductor integrated circuit according to claim 4, wherein the capacitor is formed so as to be accumulated on both sides of the oxide film.
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