JP4483775B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関するものであり、特に、不純物拡散領域をイオン注入および熱拡散により形成する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming an impurity diffusion region by ion implantation and thermal diffusion.
不純物拡散領域をイオン注入および熱拡散により形成する場合、イオン注入された領域は、イオン注入によって結晶性が悪化するため、イオン注入後に、単に、ドライブインを行ったのでは、不純物拡散領域およびその周辺に、結晶欠陥が発生してしまう。 When the impurity diffusion region is formed by ion implantation and thermal diffusion, the crystallinity of the ion implanted region deteriorates due to the ion implantation. Crystal defects will occur in the periphery.
そこで、従来では、この対策方法として、半導体基板にイオン注入した後、結晶性の回復を目的とした第1の熱処理を行い、その後、不純物を活性化させ熱拡散させるというドライブインを目的とし、第1の熱処理よりも高温での第2の熱処理を行う方法が提案されている(例えば、特許文献1、2、3参照)。
Therefore, conventionally, as a countermeasure method, after the ion implantation into the semiconductor substrate, the first heat treatment for the purpose of recovering the crystallinity is performed, and then the drive-in for activating and thermally diffusing the impurities, A method of performing a second heat treatment at a higher temperature than the first heat treatment has been proposed (see, for example,
この方法によれば、結晶欠陥の発生を抑制でき、製造した半導体装置のリーク不良の発生を抑制できる。
しかし、上記した従来の半導体装置の製造方法では、半導体基板に一領域を挟む位置にトレンチを形成し、トレンチ内を埋め込み材で埋め込んだ後、その一領域にイオン注入により不純物拡散領域を形成する場合、イオン注入後に第1の熱処理を施しても、十分に結晶性を回復できない。 However, in the above-described conventional method for manufacturing a semiconductor device, a trench is formed at a position sandwiching a region in the semiconductor substrate, and the trench is filled with a filling material, and then an impurity diffusion region is formed in the region by ion implantation. In this case, even if the first heat treatment is performed after the ion implantation, the crystallinity cannot be sufficiently recovered.
この理由としては、イオン注入領域にトレンチの埋め込み材から応力が加わっているため、結晶性を回復させるためには、イオン注入領域がトレンチに挟まれていない場合と比較して、大きなエネルギーが必要であるところ、上記した従来の方法は、第1の熱処理での熱処理温度が第2の熱処理温度よりも低温であるため、結晶性を回復させるにはエネルギーが不足することが推測される。 The reason for this is that stress is applied to the ion-implanted region from the trench filling material, so that greater energy is required to restore crystallinity than when the ion-implanted region is not sandwiched between trenches. However, in the conventional method described above, since the heat treatment temperature in the first heat treatment is lower than the second heat treatment temperature, it is estimated that the energy is insufficient to recover the crystallinity.
このように上記した従来の半導体装置の製造方法は、イオン注入領域に応力が加わっていない場合に有効な方法であるが、イオン注入領域にトレンチの埋め込み材から応力が加わっている場合では、十分に効果を発揮できないと考えられる。 As described above, the above-described conventional method for manufacturing a semiconductor device is an effective method when no stress is applied to the ion implantation region. However, when the stress is applied from the trench filling material to the ion implantation region, the method is sufficient. It is thought that the effect cannot be exhibited.
本発明は、上記点に鑑み、半導体基板のトレンチに挟まれた領域に、イオン注入法により、不純物拡散領域を形成する場合に、不純物拡散領域およびその周辺での結晶欠陥の発生を抑制できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above, the present invention provides a semiconductor capable of suppressing the occurrence of crystal defects in and around the impurity diffusion region when an impurity diffusion region is formed in a region sandwiched between trenches of a semiconductor substrate by an ion implantation method. An object is to provide a method for manufacturing a device.
上記目的を達成するため、本発明は、半導体基板(4)にトレンチ(6)を形成するトレンチ形成工程(S2)と、トレンチ(6)内に埋め込み材(7、8)を埋め込む埋め込み工程(S3)と、半導体基板(4)のうちの埋め込み材(7、8)からの応力を受けるトレンチ(6)周辺の領域(5)にイオン注入するイオン注入工程(S6)と、第1熱処理工程(S7)と、第2熱処理工程(S8)とを有し、第1熱処理工程(S7)は、第2熱処理工程(S8)での熱処理温度および熱処理時間よりも高温かつ短時間で熱処理を行うこと特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention provides a trench forming step (S2) for forming a trench (6) in a semiconductor substrate (4), and a burying step for embedding a filling material (7, 8) in the trench (6) ( S3), an ion implantation step (S6) for implanting ions into a region (5) around the trench (6) that receives stress from the filling material (7, 8) in the semiconductor substrate (4), and a first heat treatment step (S7) and a second heat treatment step (S8), and the first heat treatment step (S7) performs the heat treatment at a temperature higher and shorter than the heat treatment temperature and heat treatment time in the second heat treatment step (S8). It has a feature.
トレンチに埋め込み材が埋め込まれたとき、トレンチの周辺の領域は、この埋め込み材から応力が加えられた状態となるが、本発明では、第1熱処理工程で、第2熱処理工程よりも高温で熱処理をするので、この領域に対してイオン注入しても、この領域内の結晶性を回復でき、不純物拡散領域およびその周辺での結晶欠陥の発生を抑制できる。なお、第1熱処理工程での熱処理時間は短時間なので、その後に、ドライブインを目的とした第2熱処理工程を行っても、所望の拡散深さの不純物領域を形成できる。 When the filling material is buried in the trench, the region around the trench is in a state where stress is applied from the filling material. In the present invention, the first heat treatment step is performed at a higher temperature than the second heat treatment step. Therefore, even if ions are implanted into this region, the crystallinity in this region can be recovered, and the generation of crystal defects in the impurity diffusion region and its periphery can be suppressed. Since the heat treatment time in the first heat treatment step is short, an impurity region having a desired diffusion depth can be formed even after the second heat treatment step for the purpose of drive-in.
具体的には、半導体基板を用意する工程(S1)では、第1半導体層(1)、絶縁層(2)、第2半導体層(3)の順に積層された構造の半導体基板(4)を用意し、トレンチ形成工程(S2)では、第2半導体層(3)の表面から絶縁層(2)に到達する深さであって、第2半導体層(3)の一領域(5)を取り囲む位置に、トレンチ(6)を形成する。そして、イオン注入工程(S6)では、この一領域(5)にイオン注入する。 Specifically, in the step of preparing a semiconductor substrate (S1), a semiconductor substrate (4) having a structure in which a first semiconductor layer (1), an insulating layer (2), and a second semiconductor layer (3) are stacked in this order is formed. In the trench formation step (S2) prepared, the depth reaches the insulating layer (2) from the surface of the second semiconductor layer (3) and surrounds one region (5) of the second semiconductor layer (3). A trench (6) is formed at the position. In the ion implantation step (S6), ions are implanted into this region (5).
このように、基板表面上のレイアウトにおいて、一領域(5)がトレンチに取り囲まれている場合、一領域にかかる応力が大きいことから、この場合に、本発明を適用することが特に有効である。 Thus, in the layout on the substrate surface, when one region (5) is surrounded by the trench, the stress applied to the one region is large. Therefore, in this case, it is particularly effective to apply the present invention. .
また、トレンチ形成工程(S2)では、一領域(5)の面積が2.5×104μm未満となるように、トレンチ(6)を形成することが好ましい。 In the trench formation step (S2), it is preferable to form the trench (6) so that the area of one region (5) is less than 2.5 × 10 4 μm.
この場合、これよりも一領域の面積が大きな場合と比較して、一領域に加えられる応力が大きいので、この場合に本発明を適用することが特に有効である。 In this case, since the stress applied to one region is larger than the case where the area of one region is larger than this, it is particularly effective to apply the present invention to this case.
また、トレンチ形成工程(S2)では、深さが11〜16μmであるトレンチ(6)を形成することが好ましい。 In the trench formation step (S2), it is preferable to form a trench (6) having a depth of 11 to 16 μm.
上記した構造の半導体装置では、第2半導体層(3)の厚さが2〜3μmであり、トレンチ深さが2〜3μmであることが一般的であるが、このような半導体装置と比較して、トレンチの深さが11〜16μmのときの方が、一領域に加えられる応力が大きいので、この場合に本発明を適用することが特に有効である。 In the semiconductor device having the above-described structure, the second semiconductor layer (3) generally has a thickness of 2 to 3 μm and a trench depth of 2 to 3 μm. Since the stress applied to one region is larger when the depth of the trench is 11 to 16 μm, it is particularly effective to apply the present invention in this case.
また、イオン注入工程(S6)では、イオン種としてボロンを用いることが好ましい。イオン種として、ボロンを用いた場合、他のイオン種を用いた場合よりも、結晶欠陥が発生しやすいので、この場合に、本発明を適用することが特に有効である。 In the ion implantation step (S6), it is preferable to use boron as the ion species. When boron is used as the ion species, crystal defects are more likely to occur than when other ion species are used. In this case, it is particularly effective to apply the present invention.
また、第2熱処理工程(S8)では、熱処理温度を1050〜1200℃、熱処理時間を10〜80分として、熱処理することが好ましい。 In the second heat treatment step (S8), the heat treatment is preferably performed at a heat treatment temperature of 1050 to 1200 ° C. and a heat treatment time of 10 to 80 minutes.
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in the claim and this column is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
(第1実施形態)
まず、本実施形態で製造する半導体装置について説明する。図1に、本実施形態で製造する半導体装置であるLDMOSの平面図を示し、図2に図1中のA−A線断面図を示す。なお、図1は、主に、半導体基板表面におけるトレンチおよびソース、ドレイン領域のレイアウトを示している。
(First embodiment)
First, the semiconductor device manufactured in this embodiment will be described. FIG. 1 is a plan view of an LDMOS that is a semiconductor device manufactured in the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 1 mainly shows a layout of trenches, source and drain regions on the surface of the semiconductor substrate.
本実施形態で製造する半導体装置は、図1、2に示すように、第1半導体層としての単結晶Si基板1、絶縁層としての酸化膜2、第2半導体層としての単結晶Si層(SOI層)3で構成されたSOI構造の半導体基板4において、SOI層3に、デバイス(トランジスタ)が形成される一領域としての素子領域5と、その素子領域5の周囲の領域とを絶縁分離するための素子分離用トレンチ6が形成された構造となっている。なお、本実施形態では、Siで構成された半導体基板を用いているが、Si以外の材料で構成された半導体基板を用いることもできる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor device manufactured in this embodiment includes a single
素子分離用トレンチ6は、図1に示すように、素子領域5の全周を取り囲んでおり、図2に示すように、半導体基板4中の酸化膜2に到達する深さである。なお、以下では、トレンチ6によって取り囲まれている素子領域5をトレンチ島5と呼ぶ。トレンチ島5の基板表面上での形状は四角形である。
As shown in FIG. 1, the
また、図2に示すように、トレンチ6の内部には、埋め込み材としての酸化膜7とPolySi層8が形成されている。また、SOI層3の表面上には、フィールド絶縁膜としてのLOCOS法で形成された酸化膜9(以下、LOCOS酸化膜9と呼ぶ)と、図示しないゲート絶縁膜およびゲート電極が形成されている。そして、トレンチ島5の表層のうち、LOCOS酸化膜9が形成されていない複数のソース形成領域10とドレイン形成領域11のうち、ソース形成領域10には、チャネル形成用のP型不純物拡散領域(以下、チャネルP型領域と呼ぶ)12と寄生トランジスタの動作を抑制するためのP型不純物拡散領域13が形成されている。このP型不純物拡散領域13は、基板表面からの深さ(以下では、拡散深さと呼ぶ)14が約2μm程度となっている。また、チャネルP型領域12の内部表面側に、図示しないN型ソース領域が形成されている。一方、ドレイン形成領域11には図示しないN型ドレイン領域が形成されている。
Further, as shown in FIG. 2, an
次に、上記した構造の半導体装置の製造方法を説明する。図3に、この製造方法のフローチャートを示す。以下では、この図3および図1、2を参照して説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device having the above structure will be described. FIG. 3 shows a flowchart of this manufacturing method. Hereinafter, description will be given with reference to FIGS.
まず、SOI構造の半導体基板4を用意する工程S1を行う。このとき、図2中のSOI層3の厚さは、例えば、11〜16μmである。
First, step S1 for preparing a
続いて、SOI層3に素子分離用トレンチ6を形成する工程S2を行う。このとき、図1に示すように、SOI層3の素子領域5を完全に取り囲む位置に、基板表面上での形状が四角の枠形状となるように、トレンチ6を形成する。
Subsequently, step S2 of forming an
このとき、図2に示すように、トレンチ6の深さをSOI層3の下の酸化膜2に到達する深さ、すなわち、SOI層3厚さと同じとし、例えば、11〜16μmとする。また、トレンチ6の基板表面上での幅を、例えば、2μmとする。
At this time, as shown in FIG. 2, the depth of the
これにより、トレンチ6で囲まれた素子領域(トレンチ島)5が形成される。言い換えると、トレンチ6によって素子領域5が画定される。なお、トレンチ島5の基板表面上での形状は四角形であり、面積は、例えば、1mm2以下であり、後述する理由により、特に、2.5×104μm2未満とすることが好ましい。
Thereby, an element region (trench island) 5 surrounded by the
続いて、トレンチ6の内部を酸化膜7とPolySi層8で埋め込む工程S3を行う。なお、この工程で、トレンチ6内にPolySi層8が埋め込まれたときに、トレンチ6内の酸化膜7を介して、PolySi層8から素子領域5に対して応力が加えられる。本実施形態では、この素子領域5が特許請求の範囲に記載のトレンチ周辺の領域に相当する。
Subsequently, a process S3 for filling the inside of the
続いて、SOI層3の表面上にLOCOS酸化膜9を形成する工程S4を行う。このとき、LOCOS酸化膜9の厚さを、例えば、950nmとする。
Subsequently, step S4 for forming a
このときも、LOCOS酸化膜9のエッジ9a、9b、9c、9dからトレンチ島5に対して応力が加えられる。ここで、図4に、この工程直後におけるトレンチ島5に加えられている応力を測定した結果を示す。なお、この測定結果は、ラマン分光法により測定した結果である。図4からわかるように、トレンチ島5の面積が1mm2以下のとき、トレンチ島5には約130MPa以上の応力がかかる。
Also at this time, stress is applied to the
続いて、SOI層3の表面上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程S5を行う。 Subsequently, step S5 of forming a gate electrode on the surface of the SOI layer 3 through a gate insulating film is performed.
続いて、チャネルP型領域12を形成した後、P型不純物拡散領域13を形成するため、トレンチ島5内の複数のソース形成領域10にイオン注入する工程S6を行う。このとき、例えば、イオン種としてB(ボロン)を用い、ドーズ量:5×1015cm−2、イオン注入エネルギー:70keVとする。
Subsequently, after forming the channel P-
続いて、半導体基板4のトレンチ島5に対して熱処理する第1熱処理(ランプアニール)工程S7を行う。この工程では、熱処理装置として、ランプ加熱方式のRTP(Rapid Thermal Process)装置を使用し、例えば、N2雰囲気で熱処理を行う。
Subsequently, a first heat treatment (lamp annealing) step S7 for performing heat treatment on the
このとき、熱処理温度を、トレンチ6内のPolySi層8からの応力がかかっている状態のトレンチ島5内の結晶性を回復できるように、後述する第2熱処理工程での熱処理温度よりも高温とし、かつ、熱処理時間を、第2熱処理工程で所望の拡散深さのP型不純物拡散領域13が形成できるように、第2熱処理工程での熱処理時間よりも短時間とする。
At this time, the heat treatment temperature is set higher than the heat treatment temperature in the second heat treatment step to be described later so that the crystallinity in the
ここで、図5に、種々の熱処理温度および熱処理時間で第1熱処理工程を行ったときのリーク不良を調査した結果を示す。この結果は、SOI層3の厚さ、イオン注入条件等については、本実施形態で例示した条件であり、トレンチ島5の面積を1.23×103μm2とし、第2熱処理工程での熱処理条件を1050℃×80分として、図3に示す製造工程をすべて行った後に、通常の配線工程を経て、保護膜まで形成した後、ソース-ドレイン間でのリークを調査した結果である。
Here, FIG. 5 shows the results of investigating leakage defects when the first heat treatment step is performed at various heat treatment temperatures and heat treatment times. As a result, the thickness of the SOI layer 3, the ion implantation conditions, and the like are the conditions exemplified in this embodiment. The area of the
図5に示すように、熱処理温度が1050℃のとき、熱処理時間に関わらずリーク不良の発生率が1%を超えていた。また、熱処理温度が1100℃、1150℃、1180℃のときでは、熱処理時間が10秒のとき、リーク不良の発生率が1%未満であり、熱処理時間が30秒と50秒のとき、リーク不良の発生率が0%であった。なお、リーク不良の発生率が1%未満となれば、第1熱処理S7を行わない場合と比較して、リーク不良の発生率が低減されたと言える。 As shown in FIG. 5, when the heat treatment temperature was 1050 ° C., the occurrence rate of leakage failure exceeded 1% regardless of the heat treatment time. Further, when the heat treatment temperatures are 1100 ° C., 1150 ° C., and 1180 ° C., when the heat treatment time is 10 seconds, the occurrence rate of leakage failure is less than 1%, and when the heat treatment time is 30 seconds and 50 seconds, the leakage failure occurs. The occurrence rate of was 0%. Note that if the occurrence rate of the leak failure is less than 1%, it can be said that the occurrence rate of the leak failure is reduced as compared with the case where the first heat treatment S7 is not performed.
したがって、上記した条件下で図3に示す工程を実施する場合では、熱処理温度を1100℃以上とし、熱処理時間を10秒以上とする。なお、より好ましくは、30秒以上とする。30秒以上にすることで、リーク不良の発生率を0%にできるからである。また、熱処理温度の上限については、半導体基板の融点未満が上限となるが、通常、RTP装置の限界温度が1250℃であるため、1250℃が上限となる。また、熱処理時間については、デバイスへの影響度によって異なるが、影響を与えない(第2熱処理工程で所望の拡散深さのP型不純物拡散領域13を形成するため)には、すなわち、不純物イオンの熱拡散が生じないようにするためには、本発明者らが調査したところ、60秒未満が良いことがわかっている。
Therefore, when the process shown in FIG. 3 is performed under the above-described conditions, the heat treatment temperature is set to 1100 ° C. or higher, and the heat treatment time is set to 10 seconds or longer. More preferably, it is 30 seconds or more. This is because the occurrence rate of leakage failure can be reduced to 0% by setting it to 30 seconds or longer. Further, the upper limit of the heat treatment temperature is lower than the melting point of the semiconductor substrate, but since the limit temperature of the RTP apparatus is usually 1250 ° C., the upper limit is 1250 ° C. Further, the heat treatment time varies depending on the degree of influence on the device, but does not have an influence (in order to form the P-type
以上のことから、この工程での熱処理条件を、温度:1100〜1250℃、時間:10〜60秒程度とする。 From the above, the heat treatment conditions in this step are set to temperature: 1100 to 1250 ° C. and time: about 10 to 60 seconds.
なお、この熱処理温度および熱処理時間は、イオン注入工程S6でのイオン注入条件が、イオン種がB(ボロン)で、ドーズ量が5×1015doseの場合についての結果であるが、ドーズ量が多くなれば、熱処理条件の範囲は、より高温・長時間側へ、また、ドーズ量が少なくなれば、より低温・短時間側へ、第2熱処理工程よりも高温かつ短時間という関係を満たす範囲で、シフトすると推定される。 The heat treatment temperature and heat treatment time are the results when the ion implantation conditions in the ion implantation step S6 are ion species B (boron) and the dose amount is 5 × 10 15 dose. If the amount of heat treatment increases, the range of the heat treatment conditions will be higher and longer, and if the dose is reduced, the temperature will be lower and shorter. Therefore, it is estimated to shift.
また、同様に、この熱処理温度および熱処理時間は、SOI層3の厚さ、すなわち、トレンチ6の深さが11〜16μmのときのものであるが、トレンチ島5へのトレンチ6からの応力の影響はトレンチ6の深さ、すなわちSOI層3の厚さに依存することから、11〜16μmと比較して、SOI層3が厚ければ、より高温・長時間側へ、またSOI層3が薄ければ、より低温で短時間側へ、第2熱処理工程よりも高温かつ短時間という関係を満たす範囲で、シフトすると推定される。
Similarly, the heat treatment temperature and the heat treatment time are those when the thickness of the SOI layer 3, that is, when the depth of the
また、同様に、この熱処理温度および熱処理時間は、トレンチ島5の面積が1.23×103μm2、第2熱処理工程での熱処理条件が1050℃×80分のときのものであるため、トレンチ島5の面積や、第2熱処理工程での熱処理条件によって、第2熱処理工程よりも高温かつ短時間という関係を満たす範囲で、変動すると思われる。
Similarly, the heat treatment temperature and the heat treatment time are those when the area of the
その後、半導体基板のトレンチ島5に対して熱処理する第2熱処理(ドライブイン)工程S8を行う。この工程では、熱処理装置としてファーネスを用い、N2雰囲気で熱処理する。
Thereafter, a second heat treatment (drive-in) step S8 is performed to heat-treat the
また、このとき、熱処理温度および熱処理時間を、導入されたイオンを熱拡散させることで不純物拡散領域を形成できる温度および時間とする。例えば、熱処理温度を1000℃以上(より好ましくは1050℃以上)1200℃以下とし、熱処理時間を10分以上80分以下とする。なお、本実施形態では、P型不純物拡散領域13の拡散深さ14を2μm程度にするため、例えば、1050℃×80分としている。これにより、所望の拡散深さ(2μm程度)であるP型不純物拡散領域13が形成される。
At this time, the heat treatment temperature and the heat treatment time are set to a temperature and a time at which the impurity diffusion region can be formed by thermally diffusing the introduced ions. For example, the heat treatment temperature is 1000 ° C. or more (more preferably 1050 ° C. or more) 1200 ° C. or less, and the heat treatment time is 10 minutes or more and 80 minutes or less. In the present embodiment, in order to set the
その後、図示しないが、配線形成工程、ダイシング工程、パッケージング工程等を経て、IC製品(半導体装置)が製造される。 Thereafter, although not shown, an IC product (semiconductor device) is manufactured through a wiring formation process, a dicing process, a packaging process, and the like.
次に、本実施形態の主な効果について説明する。 Next, main effects of this embodiment will be described.
以上説明したように、本実施形態では、イオン注入工程S6の後であって、ドライブインを目的とした第2熱処理工程S8の前に、第2熱処理工程よりも高温かつ短時間で熱処理する第1熱処理工程S7を行っている。 As described above, in this embodiment, after the ion implantation step S6 and before the second heat treatment step S8 for the purpose of drive-in, the first heat treatment is performed at a higher temperature and in a shorter time than the second heat treatment step. One heat treatment step S7 is performed.
これにより、所望の拡散深さであるP型不純物拡散領域13を形成でき、すなわち、狙いのデバイス特性をほぼ変えることなく、トレンチ島5に応力が加わっている状態であっても、イオン注入による半導体基板4のトレンチ島5中のダメージ回復(結晶性の回復)を図ることができ、ダメージに起因する結晶欠陥の発生を抑制できる。この結果、デバイス(LDMOS)のリーク不良を低減できる。
As a result, the P-type
ここで、参考として、図6に、本実施形態の製造方法で製造した半導体装置のリーク不良の有無で調査した歩留まり(リーク歩留まり)とトレンチ島面積との関係を示す。なお、また、図6では、本実施形態の製造方法に対して第1熱処理工程を省略して製造した半導体装置の調査結果も合わせて示している。また、これらの結果は、イオン注入工程S6でのイオン注入条件が、イオン種としてB(ボロン)を用い、ドーズ量が5×1015doseであって、第1熱処理工程S7、第2熱処理工程S8での熱処理条件が、それぞれ、1180℃×30秒、1050℃×80分のときの結果である。 Here, as a reference, FIG. 6 shows the relationship between the yield (leakage yield) and the trench island area investigated based on the presence or absence of leakage defects in the semiconductor device manufactured by the manufacturing method of the present embodiment. In addition, in FIG. 6, the investigation result of the semiconductor device manufactured by omitting the first heat treatment step with respect to the manufacturing method of the present embodiment is also shown. These results also indicate that the ion implantation conditions in the ion implantation step S6 are B (boron) as the ion species, the dose amount is 5 × 10 15 dose, and the first heat treatment step S7 and the second heat treatment step. The heat treatment conditions in S8 are the results when 1180 ° C. × 30 seconds and 1050 ° C. × 80 minutes, respectively.
この図6に示す結果より、トレンチ島5の面積が1mm2以下のとき、本実施形態の方法の方が、第1熱処理工程S7を行わない方法(第1熱処理無し)と比較して、全体的に歩留まりが高いことがわかる。
From the results shown in FIG. 6, when the area of the
特に、図6に示すように、第1熱処理工程S7を行わない方法では、1.23×103μm2(0.00123mm2)のとき、歩留まりが低かった。これは、以下の理由によるものと推察される。図4に示すように、トレンチ島5の面積が2.5×104μm2(0.025mm2)以上のとき、応力値は約130MPaで、ほぼ同等であるが、トレンチ島5の面積が2.5×104μm2(0.025mm2)未満のときでは、7.6×103μm2のとき143MPa、2.3×103μm2のとき156MPa、1.6×103μm2のとき165MPa、5.8×102μm2のとき172MPaであり、面積が小さくなるにつれ応力が大きくなる傾向が見られる。このことから、トレンチ島5の面積が2.5×104μm2よりも面積が小さい場合(この場合、1.23×103μm2のときを含む)、トレンチ島5の内部は、トレンチ6およびLOCOS酸化膜9からの応力の影響を特に強く受けるため、ドライブインを目的とした熱処理だけでは、イオン注入によるダメージ回復が十分に行われにくく、結晶欠陥が発生しやすいからと推察される。
In particular, as shown in FIG. 6, in the method in which the first heat treatment step S7 is not performed, the yield was low at 1.23 × 10 3 μm 2 (0.00123 mm 2 ). This is presumably due to the following reasons. As shown in FIG. 4, when the area of the
これに対して、本実施形態によれば、例えば、1.23×103μm2(0.00123mm2)のときのように、トレンチ島5の面積が小さい場合であっても、第1熱処理工程を行わない方法と比較して、歩留まりを向上させることができる。すなわち、本実施形態の効果は、トレンチ島5の面積が、トレンチ島5にかかる応力が特に大きな範囲の場合、つまり、2.5×104μm2よりも小さな場合に顕著であると言える。
On the other hand, according to the present embodiment, for example, even when the area of the
また、本実施形態の半導体装置の製造方法は、工程設計時に、最初から第1熱処理工程S7を含んで設計することはもちろんであるが、工程設計後に第1熱処理工程S7を追加できるという利点を有している。 In addition, the semiconductor device manufacturing method of this embodiment is designed to include the first heat treatment step S7 from the beginning at the time of the process design. However, the first heat treatment step S7 can be added after the process design. Have.
すなわち、本実施形態では、第1熱処理工程S7での熱処理温度および熱処理時間は、第2熱処理工程S8で所望の拡散深さのP型不純物拡散領域13を形成できるように、デバイス特性に影響がない温度および時間に設定されている。このため、製造工程の設計時では、第1熱処理工程S7を考慮せず、工程設計を行い、工程設計後に結晶欠陥が発生することがわかった場合に、はじめて第1熱処理工程S7を追加することで、新たに工程を設計し直すことなく、結晶欠陥の発生に対応することが可能となる。
That is, in this embodiment, the heat treatment temperature and heat treatment time in the first heat treatment step S7 have an influence on the device characteristics so that the P-type
なお、上記背景技術の欄で説明した特許文献1〜3に記載の従来技術は、第2の熱処理(ドライブイン)の温度が低いことや時間が短いことからわかるように、拡散深さが浅い(0.1〜0.2μm程度の)不純物拡散層の形成を目的としていた。
Note that the conventional techniques described in
この場合、第1の熱処理時の温度が第2の熱処理よりも高温であると、不純物拡散領域の拡散深さが所望の大きさ以上になってしまう。また、ドライブインが短時間で行われていると、ドライブインに影響せず、ダメージ回復のみを行う目的で、第1の熱処理を第2の熱処理よりも短時間で行うことは困難である。このため、従来では、第1の熱処理温度を第2の熱処理よりも低温にするしかなかった。 In this case, if the temperature during the first heat treatment is higher than that of the second heat treatment, the diffusion depth of the impurity diffusion region becomes greater than a desired size. In addition, if drive-in is performed in a short time, it is difficult to perform the first heat treatment in a shorter time than the second heat treatment for the purpose of performing only damage recovery without affecting the drive-in. For this reason, conventionally, the first heat treatment temperature must be lower than that of the second heat treatment.
これに対して、本実施形態では、基板表面からの深さが、例えば、約2μmという従来の半導体装置の製造方法が対象とする半導体装置よりも深い不純物拡散層を有する半導体装置を対象としているので、第1熱処理工程S7での熱処理温度および熱処理時間を第2熱処理工程よりも高温かつ短時間とすることができる。 In contrast, the present embodiment is intended for a semiconductor device having an impurity diffusion layer deeper than a semiconductor device targeted by a conventional semiconductor device manufacturing method having a depth from the substrate surface of, for example, about 2 μm. Therefore, the heat treatment temperature and heat treatment time in the first heat treatment step S7 can be made higher and shorter than those in the second heat treatment step.
(他の実施形態)
(1)第1実施形態では、トレンチ島5の基板表面上での形状を四角形とする場合を例として説明したが、円や多角形等の他の形状とすることもできる。トレンチ島5が第1実施形態と形状が異なっていても、同等の面積であれば、第1熱処理工程S7での熱処理温度および熱処理時間は同様であると推測される。
(Other embodiments)
(1) In the first embodiment, the case where the shape of the
(2)第1実施形態では、トレンチ6の深さを酸化膜2に到達する深さとしていたが、トレンチ島5に応力がかかる状態であれば、トレンチ6の深さを任意に変更しても良い。例えば、STIのように、トレンチの深さが浅くても良い。
(2) In the first embodiment, the depth of the
(3)第1実施形態では、イオン注入される素子領域5がトレンチ6によって完全に取り囲まれている場合を例として説明したが、必ずしも素子領域が完全に取り囲まれていなくても良く、少なくとも、イオン注入される領域がトレンチの周辺に位置し、トレンチのPolySi層8等の埋め込み材からの応力を受けている場合に、本発明を適用することができる。
(3) In the first embodiment, the case where the
また、第1実施形態では、素子分離を目的としたトレンチを形成する場合を例として説明したが、トレンチゲート等の他の目的のトレンチを形成する場合においても、同様である。 In the first embodiment, the case of forming a trench for element isolation has been described as an example. However, the same applies to the case of forming a trench for another purpose such as a trench gate.
例えば、トレンチゲートのように、トレンチがストライプ状に平面レイアウトされている場合であって、対向する2つのトレンチ同士によって挟まれている領域に、不純物拡散領域を形成する場合に、本発明を適用することもできる。 For example, the present invention is applied when an impurity diffusion region is formed in a region sandwiched between two opposing trenches when the trench is planarly laid out like a trench gate. You can also
(4)第1実施形態では、SOI構造の半導体基板4を用いる場合を例として説明したが、他の構造の半導体基板を用いることもできる。
(4) In the first embodiment, the case where the
(5)第1実施形態では、第1熱処理工程S7の熱処理温度および熱処理時間を、不純物イオンが熱拡散しない温度および時間に設定する場合を例として説明したが、トレンチ島5内の結晶性を回復でき、第2熱処理工程で所望の拡散深さの不純物拡散領域が形成でき、第2熱処理工程よりも高温かつ短時間という範囲内であれば、不純物イオンが熱拡散する温度および時間に設定しても良い。 (5) In the first embodiment, the case where the heat treatment temperature and the heat treatment time in the first heat treatment step S7 are set to a temperature and time at which impurity ions are not thermally diffused has been described as an example. If the impurity diffusion region having a desired diffusion depth can be formed in the second heat treatment step and the temperature is higher than that in the second heat treatment step and within a short time, the temperature and time at which the impurity ions are thermally diffused are set. May be.
(6)第1実施形態では、P型不純物拡散領域13の形成において、本発明を適用する場合を例として説明したが、例えば、チャネルP型領域12の形成のように、他の不純物拡散領域の形成に対しても、本発明を適用することができる。すなわち、本発明によって形成可能な不純物拡散領域であって、拡散深さが0.2μmよりも大きな不純物拡散領域の形成に対して、本発明を適用することができる。
(6) In the first embodiment, the case where the present invention is applied to the formation of the P-type
1…単結晶Si基板、2…酸化膜、3…単結晶Si層(SOI層)、
4…半導体基板、5…素子領域(トレンチ島)、6…トレンチ、
7…酸化膜、8…PolySi層、10…ソース形成領域、11…ドレイン形成領域、
12…チャネルP型領域、13…P型不純物拡散領域。
DESCRIPTION OF
4 ... Semiconductor substrate, 5 ... Element region (trench island), 6 ... Trench,
7 ... oxide film, 8 ... PolySi layer, 10 ... source formation region, 11 ... drain formation region,
12 ... Channel P-type region, 13 ... P-type impurity diffusion region.
Claims (6)
前記半導体基板(4)にトレンチ(6)を形成するトレンチ形成工程(S2)と、
前記トレンチ(6)内に埋め込み材(7、8)を埋め込む埋め込み工程(S3)と、
前記半導体基板(4)のうちの前記埋め込み材(7、8)からの応力を受ける前記トレンチ(6)周辺の領域(5)にイオン注入するイオン注入工程(S6)と、
前記イオン注入工程後に、前記領域(5)内の結晶性を回復するために、前記半導体基板(4)に対して熱処理を行う第1熱処理工程(S7)と、
前記第1熱処理工程後に、前記領域(5)に導入されたイオンを熱拡散させることで、前記領域(5)に不純物拡散領域を形成するために、前記半導体基板(4)に対して熱処理を行う第2熱処理工程(S8)とを有し、
第1熱処理工程(S7)は、前記第2熱処理工程(S8)での熱処理温度および熱処理時間よりも高温かつ短時間で熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A step (S1) of preparing a semiconductor substrate (4);
A trench forming step (S2) for forming a trench (6) in the semiconductor substrate (4);
An embedding step (S3) for embedding an embedding material (7, 8) in the trench (6);
An ion implantation step (S6) in which ions are implanted into a region (5) around the trench (6) that receives stress from the filling material (7, 8) of the semiconductor substrate (4);
A first heat treatment step (S7) for performing heat treatment on the semiconductor substrate (4) in order to recover the crystallinity in the region (5) after the ion implantation step;
After the first heat treatment step, the semiconductor substrate (4) is subjected to a heat treatment to form an impurity diffusion region in the region (5) by thermally diffusing ions introduced into the region (5). A second heat treatment step (S8) to be performed,
In the semiconductor device manufacturing method, the first heat treatment step (S7) is performed at a temperature higher and shorter than the heat treatment temperature and the heat treatment time in the second heat treatment step (S8).
前記トレンチ形成工程(S2)では、前記第2半導体層(3)の表面から前記絶縁層(2)に到達する深さであって、前記第2半導体層(3)の一領域(5)を取り囲む位置に、前記トレンチ(6)を形成し、
前記イオン注入工程(S6)では、前記一領域(5)にイオン注入することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 In the step (S1) of preparing the semiconductor substrate, a semiconductor substrate (4) having a structure in which a first semiconductor layer (1), an insulating layer (2), and a second semiconductor layer (3) are stacked in this order is prepared.
In the trench forming step (S2), the depth reaches the insulating layer (2) from the surface of the second semiconductor layer (3), and a region (5) of the second semiconductor layer (3) is formed. Forming the trench (6) in a surrounding position;
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the ion implantation step (S6), ions are implanted into the one region (5).
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the second heat treatment step (S8), the heat treatment is performed at a heat treatment temperature of 1050 to 1200 [deg.] C. and a heat treatment time of 10 to 80 minutes.
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