JPH01128521A - Ion implantation - Google Patents

Ion implantation

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JPH01128521A
JPH01128521A JP28669287A JP28669287A JPH01128521A JP H01128521 A JPH01128521 A JP H01128521A JP 28669287 A JP28669287 A JP 28669287A JP 28669287 A JP28669287 A JP 28669287A JP H01128521 A JPH01128521 A JP H01128521A
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Japan
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ion
ion implantation
impurity
semiconductor
layer
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JP28669287A
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Yoshihiko Nagayasu
芳彦 長安
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Fuji Electric Co Ltd
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PURPOSE:To precisely and easily control the depth of an outside layer without misregistration of the outside layer and the inside layer by ion-implanting impurities giving prescribed electrically conductive form on the surface of a semiconductor through a second ion implantation in which a second impurity ion is implanted in shallower and higher peak concentration than a first ion implantation. CONSTITUTION:A mask 5 attached to the surface of a semiconductor is commonly used in a first ion-implantation process and a second ion-implantation process, and both the ion-implantation process is continuously performed without inserting heat treatment and the like between the first ion-implantation process and the second ion-implantation process. This peak concentration Np2 is higher than that Np1 of the first ion-implantation process, for example, ion-implantation is X10<21>atom/cm<3> and ion-implantation depth X2 is shallower than the first ion-implantation depth X1, for example, 0.13mum. Therefore, misregistration of an outside layer 12 and an inside layer 22 is not produced. Further, since the depth of the outside layer 12 is determined in a heat treatment process, the depth of the outside layer 12 can be controlled precisely.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電界効果トランジスタやバイポーラトランジス
タなど用に半導体層を半導体内に作り込むに適するイオ
ン注入方法、すなわち半導体の表面部に所定の導電形を
付与する不純物をイオン注入する方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to an ion implantation method suitable for forming a semiconductor layer in a semiconductor for field effect transistors, bipolar transistors, etc. The present invention relates to a method of ion-implanting impurities that provide .

〔従来の技術〕[Conventional technology]

上述の電界効果トランジスタやバイポーラトランジスタ
の基本的な性能の一つにこれらのトランジスタの耐電圧
値があり、この性能を向上してトランジスタの適用範囲
を拡大する上では、これらトランジスタを構成する半導
体層の少なくとも一部3例えば電界効果トランジスタの
ソースおよびドレインやバイポーラトランジスタのベー
ス層を内外2層構成の半導体層として、2層とも同じ導
電形であるがその外側層を不純物濃度が比較的低く深さ
が比較的大な半導体層とし、その内側層を外側層よりも
不純物濃度が高く深さが小な半導体層とするのが有利で
ある。かかる2層構成の半導体層では、不純物濃度の低
い外側層の方がそれと半導体基板との間の接合により高
電圧を負担し、不純物濃度の高い内側層の方が該2層構
成の半導体層を流れる電流によりないしはそれと電極膜
との間に生じる電圧降下を減少させる役目を果たす。
One of the basic performances of the above-mentioned field effect transistors and bipolar transistors is the withstand voltage value of these transistors, and in order to improve this performance and expand the range of applications of transistors, it is important to improve the semiconductor layer that makes up these transistors. For example, the source and drain of a field effect transistor or the base layer of a bipolar transistor are two-layered semiconductor layers, both of which have the same conductivity type, but the outer layer has a relatively low impurity concentration and is deep. It is advantageous to have a relatively large semiconductor layer, the inner layer of which has a higher impurity concentration and smaller depth than the outer layer. In such a two-layer semiconductor layer, the outer layer with a lower impurity concentration bears a higher voltage due to the junction between it and the semiconductor substrate, and the inner layer with a higher impurity concentration carries the two-layer semiconductor layer. It serves to reduce the voltage drop caused by the flowing current or between it and the electrode film.

もちろん、かかる2層構成の半導体層はもちろん高耐圧
用のダイオードに対しても有用である。第6図はよく知
られていることであるが、かかる2層構成の半導体層を
イオン注入法を利用しながら半導体内に作り込む従来方
法を示すものである。
Of course, such a two-layer semiconductor layer is also useful for high voltage diodes. As is well known, FIG. 6 shows a conventional method of forming such a two-layered semiconductor layer into a semiconductor using ion implantation.

第6図+a)において、半導体基板31ないしはエピタ
キシャル層は例えば図示のようにn形であって、その表
面に酸化膜32を被着し、さらにその上に塗着したフォ
トレジストないしはマスク膜33の窓33aを用いてそ
の部分の酸化膜32をエツチングにより取り除き、この
窓を通してp形の不純物としてBのイオンをイオン注入
により打ち込む、この打ち込まれたp形の不純物34a
は、マスク33を除去した上で高温下の熱拡散によって
所定の深さまで再拡散され、同図〜)に示すようにp形
の外側層34が基板31内にまず作り込まれる。同図(
C)は2回目のイオン注入工程であって、マスク膜35
を再度酸化膜32上に塗着し、それに前の窓33aより
はやや狭い窓35aを明けてその下の酸化膜32をエツ
チングにより取り除き、この窓35aを通して再度例え
ばBのイオンをイオン注入法により前回よりも高い濃度
で打ち込む、これにより打ち込まれた不純物36aは、
前と同様にマスク35の除去の高温の熱拡散により再拡
散され、これにより同図(dlに示すように強いp形の
内側層36が外側層34の内側に作り込まれる。この2
回目の熱拡散時に外側層34の深さも前回よりも若干大
きくなる0以上によって所定の深さをもつ外側層34と
それよりも浅いが不純物濃度の高い内側層36とからな
る2層構成の半導体層が半導体基板1内に作り込まれる
In FIG. 6+a), the semiconductor substrate 31 or epitaxial layer is, for example, n-type as shown in the figure, and has an oxide film 32 deposited on its surface, and a photoresist or mask film 33 coated thereon. The oxide film 32 in that part is removed by etching using the window 33a, and B ions are implanted as a p-type impurity through this window by ion implantation to remove the implanted p-type impurity 34a.
After removing the mask 33, the p-type outer layer 34 is re-diffused to a predetermined depth by thermal diffusion under high temperature, and a p-type outer layer 34 is first formed in the substrate 31, as shown in FIGS. Same figure (
C) is the second ion implantation step, in which the mask film 35
is again applied on the oxide film 32, a window 35a which is slightly narrower than the previous window 33a is opened, the oxide film 32 underneath is removed by etching, and ions of, for example, B are again implanted through this window 35a by ion implantation. The impurity 36a implanted in this way is implanted at a higher concentration than the previous time.
As before, it is re-diffused by high temperature thermal diffusion upon removal of the mask 35, thereby creating a strong p-type inner layer 36 inside the outer layer 34, as shown in the figure (dl).
During the second thermal diffusion, the depth of the outer layer 34 is slightly larger than that of the previous time. A semiconductor with a two-layer structure consisting of an outer layer 34 having a predetermined depth of 0 or more, and an inner layer 36 shallower than that but having a high impurity concentration. A layer is built into a semiconductor substrate 1 .

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上述の従来技術では、2重構成の半導体層を半導体内に
作り込むために、2回のイオン注入工程と2回の熱拡散
工程ないしはいわゆるドライブイン工程が必要であり、
単一構成の半導体層を作り込む場合と比べて当然2倍の
手間が掛かることになる。またイオン注入工程ごとに半
導体表面にマスクを付ける要があり、それだけフォトプ
ロセスの手間がかかり、かつ2回目のフォトプロセス時
にはいわゆるマスク合わせを入念にする要があり、この
マスク合わせ精度が不充分であると前の第6図に示すよ
うに外側層34と内側層36との図の左右方向の位置に
ずれが発生しやすい、この際、内側層36が外側層34
の範囲を食み出すと、2重構成半導体層としての機能が
失われるので耐圧不良が発生する。また外側層34の方
は2回のドライブイン工程時にそれぞれ再拡散されるか
ら、2回の拡散条件のばらつきによってその深さにばら
つきが出やすく、従って耐圧値の管理がやりにくい問題
がある。
In the above-mentioned conventional technology, two ion implantation steps and two thermal diffusion steps or a so-called drive-in step are required in order to create a double-structured semiconductor layer in a semiconductor.
Naturally, this requires twice as much effort as when manufacturing a semiconductor layer with a single configuration. In addition, it is necessary to attach a mask to the semiconductor surface for each ion implantation process, which takes time and effort for the photo process, and requires careful mask alignment during the second photo process, which may result in insufficient mask alignment accuracy. If there is, as shown in FIG.
If it protrudes beyond the range of , the function as a double semiconductor layer is lost, resulting in breakdown voltage failure. Furthermore, since the outer layer 34 is re-diffused during each of the two drive-in steps, its depth tends to vary due to variations in the two-time diffusion conditions, making it difficult to manage the breakdown voltage value.

本発明はかかる問題点を解消して、比較的不純物濃度が
低く深い外側層と同じ導電形であるが不純物濃度が高く
浅い内側層とからなる2重構成の半導体層を従来よりも
少ない工程数で半導体内に作り込むことができ、外側層
と内側層との位置ずれの問題がなく、かつとくに外側層
の深さを精密に管理しやすいイオン注入方法を得ること
を目的とする。
The present invention solves these problems and creates a semiconductor layer with a double structure consisting of a deep outer layer with a relatively low impurity concentration and a shallow inner layer of the same conductivity type but with a high impurity concentration, using fewer steps than before. The object of the present invention is to provide an ion implantation method that can be incorporated into a semiconductor, eliminates the problem of positional misalignment between the outer layer and the inner layer, and particularly facilitates precise control of the depth of the outer layer.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は上述の2重構成の半導体層を半導体内に作り込
むため、半導体の表面にマスク膜を被着した上で不純物
をイオン注入すべき場所に窓を明けてイオン注入に対す
るマスクとするマスク形成工程と、このマスクを用いて
半導体に所定の導電形を付与する第1の不純物イオンを
所定の深さおよびピーク濃度でイオン注入する第1のイ
オン注入工程と、第1のイオン注入工程と同じマスクを
用いて半導体に第1の不純物イオンによると同じ導電形
を付与する第2の不純物イオンを第1のイオン注入工程
におけるよりは浅(かつ高いピーク濃度でイオン注入す
る第2のイオン注入工程とを含む工程を経て、半導体の
表面部に所定の導電形を付与する不純物をイオン注入す
ることにより上の目的の達成ないしは課題の解決に成功
したものである。
In order to create the above-mentioned double-structured semiconductor layer in a semiconductor, the present invention provides a mask film that is applied to the surface of the semiconductor, and then a window is opened at the location where impurity ions are to be implanted, and the mask is used as a mask for ion implantation. a first ion implantation step of implanting first impurity ions to a predetermined depth and peak concentration using the mask to impart a predetermined conductivity type to the semiconductor; and a first ion implantation step. A second ion implantation process uses the same mask to implant second impurity ions that give the semiconductor the same conductivity type as the first impurity ions, at a shallower depth (and a higher peak concentration) than in the first ion implantation step. By ion-implanting an impurity that imparts a predetermined conductivity type to the surface of the semiconductor through steps including the above steps, the above object or problem was successfully achieved.

〔作用〕[Effect]

上述の構成かられかるように、本発明はマスク形成工程
で半導体の表面上に付けられたマスクを第1のイオン注
入工程と第2のイオン注入工程において共通に用い、前
述の外側層のための第1のイオン注入工程と内側層のた
めの第2のイオン注入工程とはいずれを先にしてもよい
が、第1のイオン注入工程と第2のイオン注入工程との
間に熱処理等の工程を挿入することなしに両イオン注入
工程を続けて行なうものである。この本発明の構成によ
れば、マスクが両イオン注入工程に共通に用いられるの
でフォトプロセスが1回ですみ、かつ外側層と内側層と
の位置ずれが起こり得ない。
As can be seen from the above structure, the present invention uses a mask attached on the surface of the semiconductor in the mask forming process in common in the first ion implantation process and the second ion implantation process, and Either of the first ion implantation step and the second ion implantation step for the inner layer may be performed first, but heat treatment etc. may be performed between the first ion implantation step and the second ion implantation step. Both ion implantation steps are performed consecutively without inserting any additional steps. According to this configuration of the present invention, since a mask is used in common for both ion implantation steps, only one photo process is required, and misalignment between the outer layer and the inner layer cannot occur.

また、熱処理ないしは再拡散を伴う熱処理は両イオン注
入工程が済んだ後にすればよいので、熱処理が1回です
み、かつこの1回の熱処理工程で外側層の深さが決まる
ので、従来技術によるよりも外側層の深さを正確に管理
することができる。
In addition, since heat treatment or heat treatment involving re-diffusion can be performed after both ion implantation steps are completed, only one heat treatment is required, and the depth of the outer layer is determined by this one heat treatment step. The depth of the outer layer can be controlled more accurately.

もちろん、2重構成の半導体層を作り込むためには、第
1のイオン注入工程と第2のイオン注入工程とでは、同
じ導電形を半導体に付与する工程ではあるが、イオン注
入の仕方ないしは条件を異ならせる要があり、このため
には両イオン注入工”  程に用いられる不純物イオン
の種類を異ならせ、あるいはイオンの種類は同じであっ
てもイオンに与える加速電圧が互いに異なるようにイオ
ン注入条件が選ばれる。この要領を少しく理論的に述べ
ると次のとおりである。
Of course, in order to create a semiconductor layer with a double structure, the first ion implantation step and the second ion implantation step are steps of imparting the same conductivity type to the semiconductor, but the ion implantation method or conditions must be changed. To achieve this, the types of impurity ions used in both ion implantation processes must be different, or even if the types of ions are the same, the ion implantation can be performed with different accelerating voltages applied to the ions. Conditions are selected.This point can be explained a little theoretically as follows.

ある種類の不純物イオンをある加速電圧で半導体に打ち
込んだとき、半導体の表面領域内にはある決まった飛程
R,に相当する深さの所にピーク濃度をもちある広がり
をもった不純物の分布が生じ、ピーク濃度spは次式で
表わされる。
When impurity ions of a certain type are implanted into a semiconductor at a certain acceleration voltage, there will be a distribution of impurities within the surface area of the semiconductor with a certain spread and a peak concentration at a depth corresponding to a certain range R. occurs, and the peak concentration sp is expressed by the following equation.

φ ただし、φはドーズ量(原子/−)、ΔRPは飛程Rp
の標準偏差である。一方、不純物濃度の分布はこの標準
偏差ΔRpをもつガウス分布であって、深さXの場所に
おける不純物濃度Nは次式で表わされる。
φ However, φ is the dose (atom/-), ΔRP is the range Rp
is the standard deviation of On the other hand, the impurity concentration distribution is a Gaussian distribution with this standard deviation ΔRp, and the impurity concentration N at a location of depth X is expressed by the following equation.

これらの式における飛程Rpと標準偏差ΔR,はいずれ
も不純物イオンの種類や加速電圧で決まる量である。イ
オン注入される半導体には必ずなにがしかの不純物を含
んでおり、この不純物濃度が上式の打ち込まれた不純物
濃度と等しくなる場所まで、不純物が打ち込まれたとす
ることができるから、このイオン注入の深さをxjとす
ると、上式でx−xjとおいて、 いま、不純物濃度N−10I&原子/−であるp形め半
導体内にPを加速電圧90kVでドーズ量φ−101s
原子/dで打ち込んだとすると、飛程Rp=0.11u
The range Rp and the standard deviation ΔR in these equations are both determined by the type of impurity ion and the accelerating voltage. A semiconductor that is ion-implanted always contains some kind of impurity, and it can be assumed that the impurity has been implanted to a point where the impurity concentration is equal to the implanted impurity concentration in the above equation. Letting the depth be xj, let x-xj in the above equation, and now the dose of P is φ-101s at an acceleration voltage of 90kV in a p-type semiconductor with an impurity concentration of N-10I & atoms/-.
If it is implanted at atoms/d, the range Rp = 0.11u
.

標準偏差ΔRp−0,042isであるから+1)式か
らピーク濃度NP−9,5X 10’雫原子/−となり
、偉)式からイオン注入深さ1j−0,24μとなる。
Since the standard deviation ΔRp-0,042is, the peak concentration NP-9,5×10' drop atom/- is obtained from the equation +1), and the ion implantation depth is 1j-0,24μ from the equation I).

また、不純物としてAsを加速電圧80kVでドーズ量
φ−5X10”原子/−で打ち込んだとすると、飛程R
p−0,048tna。
Furthermore, if As is implanted as an impurity at an acceleration voltage of 80 kV and a dose of φ-5×10" atoms/-, the range R
p-0,048tna.

標準偏差Δup ”” 0.017−であるから、同様
にしてピーク濃度N9− I X 10”原子/j、イ
オン注入深さxj −0,13jImとなる。これから
れかるようにPを第1の不純物イオンとしAsを第2の
不純物イオンとして第1のイオン注入と第2のイオン注
入とをそれぞれ行なえば、第1のイオン注入工程におけ
るPのピーク濃度9.5 X 10”原子/−よりも、
第2のイオン注入工程におけるAsのピーク濃度l×1
011原子/dを高くすることができ、また第1のイオ
ン注入工程におけるPのイオン注入深さ0.24nより
第2のイオン注入工程におけるAsのイオン注入深さ0
.13nを浅くすることができる。
Since the standard deviation Δup "" is 0.017-, the peak concentration N9-I If the first ion implantation and the second ion implantation are performed using As as the impurity ion and As as the second impurity ion, the peak concentration of P in the first ion implantation step is 9.5 x 10" atoms/-. ,
Peak concentration of As in the second ion implantation step l×1
011 atoms/d can be made higher, and the As ion implantation depth in the second ion implantation step is 0.
.. 13n can be made shallow.

この例かられかるように、不純物イオンの種類およびイ
オン注入の加速電圧を適宜に選択することにより、第1
のイオン注入工程および第2のイオン注入工程によるイ
オン注入の深さと不純物のピーク濃度とを前記の構成に
いうように互いに異ならせることが可能になるわけであ
る。
As can be seen from this example, by appropriately selecting the type of impurity ions and the accelerating voltage for ion implantation, the first
This makes it possible to make the ion implantation depth and impurity peak concentration in the second ion implantation step and the second ion implantation step different from each other as in the above configuration.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図を参照しながら本発明の詳細な説明する。第1
図は同図(e)に見られるようにp形の半導体2内にい
ずれもn形の外側層12と内側N22とからなる2重構
成の半導体層を作り込む例を示す。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1st
The figure shows an example in which a double semiconductor layer consisting of an n-type outer layer 12 and an inner layer N22 is formed in a p-type semiconductor 2, as shown in FIG. 2(e).

同図(Jl)はマスク形成工程および第1のイオン注入
工程終了後の状態を示す、n形の基板ないしはエピタキ
シャル層lにはp形の半導体層2が例えば電界効果トラ
ンジスタ用のウェル領域として拡散されており、このp
形層2内に例えば電界効果トランジスタのソースまたは
ドレイン用にn形の2重構成の半導体層が作り込まれる
ものとする。
The same figure (Jl) shows the state after the completion of the mask formation step and the first ion implantation step, in which a p-type semiconductor layer 2 is diffused into an n-type substrate or epitaxial layer l, for example, as a well region for a field effect transistor. and this p
It is assumed that an n-type double-structured semiconductor layer is formed in the type layer 2, for example, for the source or drain of a field effect transistor.

マスク形成工程において、半導体表面には酸化膜3が被
着され、さらにその上に塗着されたフォトレジストのマ
スク5にフォトプロセスで明けられた窓5aの下の酸化
膜3がエツチングにより除去され、そのあとに0.02
5μ程度のごく薄い酸化膜4がイオン注入用に付けられ
る。よく知られているように、この薄い酸化膜はイオン
注入時に半導体表面の結晶構造が回復不能なまでに大き
く乱されるのを防止する上で有用である。続く第1のイ
オン注入工程では、第1の不純物イオン10として例え
ば前述のようにPが加速電圧90kVで1×10IS原
子/−のドーズ量でp形Ji12の表面に打ち込まれ、
これによってピーク濃度Nplが9.5 X 10”原
子/−でイオン注入深さ×1が0.24−の図の右側に
示されたような不純物濃度Nの分布をもつイオン注入層
11が形成される。なお、図の深さX方向の寸法は図を
見やすくするためにかなり誇張されていることを諒解さ
れたい。
In the mask forming process, an oxide film 3 is deposited on the semiconductor surface, and the oxide film 3 under the window 5a formed by the photo process in the photoresist mask 5 coated thereon is removed by etching. , followed by 0.02
A very thin oxide film 4 of about 5 μm is provided for ion implantation. As is well known, this thin oxide film is useful in preventing the crystal structure of the semiconductor surface from being irretrievably disturbed during ion implantation. In the subsequent first ion implantation step, as the first impurity ions 10, for example, P is implanted into the surface of the p-type Ji 12 at an acceleration voltage of 90 kV and a dose of 1 x 10 IS atoms/- as described above.
As a result, an ion implantation layer 11 is formed having a distribution of impurity concentration N as shown on the right side of the figure where the peak concentration Npl is 9.5 x 10'' atoms/- and the ion implantation depth x 1 is 0.24-. It should be understood that the dimension in the depth X direction of the figure is considerably exaggerated to make the figure easier to read.

同図中)は第2のイオン注入工程完了後の状態を示し、
この工程では図かられかるようにマスク5が以前のまま
の状態で第2の不純物イオン20として、前述のAsの
イオンが80kVの加速電圧で5X10”原子71以上
のドーズ量でイオン注入層11内に打ち込まれる。この
場合のピーク濃度Np2は第1のイオン注入工程のピー
ク濃度Nplよりも高(、例えば前述のようにイオン注
入xlQ!I原子/dで、イオン注入深さ×2は第1の
イオン注入工程の深さXiよりも浅く例えば0.13μ
になる。この様子はその右側の線図に示されており、断
面図に見られるようにこのA3のイオン注入層21はP
のイオン注入層11の内側に形成される。
(in the same figure) shows the state after the completion of the second ion implantation process,
In this step, as can be seen from the figure, with the mask 5 in its original state, the aforementioned As ions are added to the ion-implanted layer 11 as the second impurity ions 20 at an acceleration voltage of 80 kV and at a dose of 5 x 10'' atoms 71 or more. The peak concentration Np2 in this case is higher than the peak concentration Npl of the first ion implantation step (for example, as described above, the ion implantation xlQ!I atoms/d, the ion implantation depth x 2 is For example, 0.13μ is shallower than the depth Xi of the ion implantation step 1.
become. This state is shown in the diagram on the right side, and as seen in the cross-sectional view, the ion-implanted layer 21 of A3 is P
is formed inside the ion-implanted layer 11 of.

同図(C1は不純物の再拡散を伴う熱処理後の状態を示
す、この熱処理は例えば1000℃の高温で行なわれる
が、この温度でのPとA3・の拡散係数の比に5:1の
開きがあるので、この拡散係数の差を利用してPのイオ
ン注入層11の深さを大にして外側l112とすること
ができる。Pの再拡散の結果、その最大濃度Nmlは前
のピーク濃度よりかなり下がるが、外側層12の深さd
lは前のイオン注入層11の深さxlよりもかなり大に
なる。一方、ピーク濃度Np2で深さが×2であったA
sのイオン注入膏21は最大濃度Ns+2で拡散深さが
d2である内側層22となるが、^Sの拡散係数が小な
ので不純物濃度の低下率および深さの増大率はPの場合
よりも小さい、従って、PとAsとのイオン注入層のピ
ーク濃度の比がl:lO程度であったものが再拡散後は
最大濃度の比が1=50程度に高まり、イオン注入層の
深さの比も1.8:l程度であったものが再拡散後は3
:1程度に高まる。これにより内側層22の不純物濃度
が外側7123よりもずっと大で、かつ外側層23の深
さが大な2重構成の半導体層が図示のように得られる。
The same figure (C1 shows the state after heat treatment accompanied by re-diffusion of impurities. This heat treatment is carried out at a high temperature of 1000°C, for example, and there is a 5:1 difference in the ratio of the diffusion coefficients of P and A3 at this temperature. Therefore, by utilizing this difference in diffusion coefficient, the depth of the P ion-implanted layer 11 can be increased to the outer layer 112. As a result of re-diffusion of P, its maximum concentration Nml is equal to the previous peak concentration. The depth d of the outer layer 12 is considerably lower than
l is considerably larger than the previous depth xl of the ion implantation layer 11. On the other hand, A with a peak concentration Np2 and a depth of ×2
The ion-implanted plaster 21 of s becomes an inner layer 22 with a maximum concentration Ns+2 and a diffusion depth of d2, but since the diffusion coefficient of ^S is small, the rate of decrease in impurity concentration and the rate of increase in depth are lower than in the case of P. Therefore, although the peak concentration ratio of P and As in the ion-implanted layer was approximately 1:1O, after re-diffusion, the maximum concentration ratio increased to approximately 1 = 50, and the depth of the ion-implanted layer increased. The ratio was also about 1.8:l, but after re-diffusion it became 3.
: Increases to about 1. As a result, a semiconductor layer having a double structure in which the impurity concentration of the inner layer 22 is much higher than that of the outer layer 7123 and the depth of the outer layer 23 is obtained as shown in the figure.

この第1図のようにp形の半導体層内にn形の2重構成
の半導体層を作り込むためには、第1のイオン注入工程
における第1の不純物イオンとして2価のP−を用い、
第2のイオン注入工程における第2の不純物イオンとし
て1価のP゛を用いることもできる。この場合、加速電
圧およびドーズ量を両不純物イオンに対して同じくそれ
ぞれ90kV、  I Xl0IS原子/cdとして打
ち込んだとすると、2価のP”に対して飛程Rp=0.
23pm+標準偏差ΔR1+ −0,072−であるの
で、第1図山)の2価のP・・のイオン注入層11のピ
ーク濃度はNp−5X 10”原子/cd、イオン注入
深さはxi −0,53−となり、1価のP゛のイオン
注入層21は前と同じ(ピーク濃度がNpm 9.5 
X 10”原子/−でイオン注入深さがx2=0.24
μとなる。従って、外側層12用のイオン注入層11と
内側層22用のイオン注入層12とは深さ比でほぼ2 
: 1. ピーク濃度比でほぼ1:2となり、この場合
の不純物はいずれもPでその拡散係数が同じであるから
熱処理後もこの比は変わらないが、前と同様に表面不純
物濃度が高く拡散深さの大な2重構成のn形の半導体層
が得られ、この実施例の場合第1のイオン注入工程によ
るイオン注入層の深さが前の実施例よりも大であるから
、熱処理時間を短縮できる利点がある。
In order to create an n-type double structure semiconductor layer in a p-type semiconductor layer as shown in FIG. 1, divalent P- is used as the first impurity ion in the first ion implantation step. ,
Monovalent P′ can also be used as the second impurity ion in the second ion implantation step. In this case, assuming that both impurity ions are implanted at the same accelerating voltage and dose at 90 kV and IXlOIS atoms/cd, the range Rp=0.
23 pm + standard deviation ΔR1+ -0,072-, so the peak concentration of the ion-implanted layer 11 of divalent P (see Fig. 1) is Np-5X 10" atoms/cd, and the ion implantation depth is xi- 0.53-, and the monovalent P ion implantation layer 21 is the same as before (peak concentration is Npm 9.5
Ion implantation depth x2=0.24 at X 10” atoms/-
becomes μ. Therefore, the depth ratio of the ion implantation layer 11 for the outer layer 12 and the ion implantation layer 12 for the inner layer 22 is approximately 2.
: 1. The peak concentration ratio is approximately 1:2, and since both impurities in this case are P and have the same diffusion coefficient, this ratio does not change after heat treatment, but as before, the surface impurity concentration is high and the diffusion depth is low. A large double-structured n-type semiconductor layer is obtained, and in this example, the depth of the ion implantation layer by the first ion implantation step is greater than in the previous example, so the heat treatment time can be shortened. There are advantages.

第2図は同図(C1に示すようにn形の半導体基板ない
しはエピタキシャル層1内にいずれもp形の外側711
2と内側層22とからなる2重構成の半導体層を作り込
む実施例を示すものである。この場合の第1の不純物イ
オンとしては例えばB原子が。
Figure 2 is the same figure (as shown in C1, there is a p-type outer layer 711 inside the n-type semiconductor substrate or epitaxial layer 1).
2 shows an example in which a double-layered semiconductor layer consisting of a semiconductor layer 2 and an inner layer 22 is fabricated. In this case, the first impurity ion is, for example, a B atom.

第2の不純物イオンとしてはBを含むBFI分子がそれ
ぞれ用いられる。同図(Jl)のマスク形成工程は第1
図の場合と同じであり、これに続く第1のイオン注入工
程では第1の不純物イオンとしてのB原子が例えば加速
電圧50kVで1×10Is原子/−のドーズ量でごく
薄い酸化膜4を通してエピタキシャル層1に打ち込まれ
、この場合のBの飛程はRp=0.16m、標準偏差は
ΔRp−0,05Irmであるから、エピタキシャル層
lの不純物濃度を1×101B原子/−としてイオン注
入層11のピーク濃度はNp1=8×1OI9原子/−
、イオン注入深さはxi −0,40m程度となる。同
図伽)の第2のイオン注入工程用の第2の不純物イオン
としてのBP1分子を加速電圧5゜kV、  ドーズ量
IXIG”原子/−で打ち込むと、その飛程Rp = 
0.03n 、標準偏差ΔRp=0.017 nから、
そのイオン注入層21のピーク濃度はNp2−2 X 
10”原子/d、イオン注入注入線x2−0.12n程
度となる。この実施例の場合、第1のイオン注入工程に
よるイオン注入深さが0.4Onで電界効果トランジス
タのソースないしはドレイン用としてほぼそのまま使用
できる深さをもつから、同図(C)の熱処理ではその不
純物濃度分布があまり動かない程度の比較的軽い熱処理
を例えば400〜600℃、 30分程度で行なワて、
イオン注入で打ち込んだBを不純物として活性化させる
だけで、p形の外側7112と強いp形の内側層22と
からなる2重構成の半導体層を得ることができる。この
場合の外側層12と内側層22の不純物濃度比Nml:
N霧2は約1:2.5.拡散深さの比di : d2は
約3.3:1である。
BFI molecules containing B are used as the second impurity ions. The mask forming process in the same figure (Jl) is the first step.
This is the same as the case shown in the figure, and in the subsequent first ion implantation step, B atoms as the first impurity ions are epitaxially implanted through a very thin oxide film 4 at an acceleration voltage of 50 kV and a dose of 1 x 10 Is atoms/-. B is implanted into layer 1, and the range of B in this case is Rp = 0.16 m, and the standard deviation is ΔRp - 0.05 Irm. The peak concentration of is Np1=8×1OI9 atoms/-
, the ion implantation depth is approximately xi -0.40 m. When one BP molecule as the second impurity ion for the second ion implantation process shown in Figure 3 is implanted at an acceleration voltage of 5゜kV and a dose of IXIG'' atoms/-, its range Rp =
0.03n, standard deviation ΔRp=0.017n,
The peak concentration of the ion implantation layer 21 is Np2-2
10" atoms/d, and the ion implantation line x2-0.12n. In this example, the ion implantation depth in the first ion implantation step is 0.4 On, and the ion implantation line is approximately 0.12n. Since it has a depth that allows it to be used almost as is, the heat treatment shown in Figure (C) is a relatively light heat treatment that does not change the impurity concentration distribution much, for example, at 400 to 600°C for about 30 minutes.
By simply activating B implanted by ion implantation as an impurity, it is possible to obtain a semiconductor layer with a double structure consisting of a p-type outer layer 7112 and a strong p-type inner layer 22. In this case, the impurity concentration ratio Nml between the outer layer 12 and the inner layer 22:
N fog 2 is approximately 1:2.5. The diffusion depth ratio di:d2 is approximately 3.3:1.

さらにこの第2図において、第1の不純物イオンおよび
第2の不純物イオンをいずれもBとしてその加速電圧だ
けを異ならせることも可能である。
Furthermore, in FIG. 2, it is also possible to set both the first impurity ion and the second impurity ion to be B, and to vary only their acceleration voltages.

この場合の第1のイオン注入工程でのBの加速電圧を例
えば200kVとし、ドーズ量を1×10IS原子/−
とすると、飛程Rp=0.53n、標準偏差ΔRp−0
,092nで、イオン注入層11のピーク濃度はNp1
−4X10’啼原子/−、イオン注入深さはxi −0
,95m程度となる。第2のイオン注入工程でのBの加
速電圧を例えば50kV、  ド、−ズ量を1×101
′原子/−とすると、イオン注入層12のピーク濃度8
92−8X10’雫原子/−、イオン注入深さx2−0
.40−程度となるから、外側層12と内側層22は不
純物濃度比で1=2.拡散深さ比で2.4:1程度とな
り、簡単な熱処理後も不純物濃度比はそれほど高くない
が、充分な拡散深さをもつ2重構成の半導体層が得られ
る。
In this case, the B acceleration voltage in the first ion implantation step is, for example, 200 kV, and the dose is 1 x 10 IS atoms/-.
Then, range Rp=0.53n, standard deviation ΔRp-0
, 092n, the peak concentration of the ion implantation layer 11 is Np1
-4X10' atoms/-, ion implantation depth is xi -0
, approximately 95m. In the second ion implantation step, the B acceleration voltage is, for example, 50 kV, and the dose amount is 1 x 101.
'atom/-, the peak concentration of the ion-implanted layer 12 is 8
92-8X10' drop atom/-, ion implantation depth x2-0
.. Since it is about 40-, the impurity concentration ratio of the outer layer 12 and the inner layer 22 is 1=2. The diffusion depth ratio is approximately 2.4:1, and although the impurity concentration ratio is not so high even after a simple heat treatment, a double-structured semiconductor layer with sufficient diffusion depth can be obtained.

以上、第1図および第2図に示されたいずれの実施例に
おいても、第1のイオン注入工程と第2のイオン注入工
程との順序については原理的には制約はないのであるが
、一般に低不純物の外側層用の第1のイオン注入工程を
先にした方が、半導体の結晶構造に与える乱れを少なく
できる利点がある。また、第2図の場合のように熱処理
を高温で長時間行なわない場合には、前述のように薄い
酸化膜を通してイオン注入をすると、熱処理後の最大濃
度がイオン注入層のピーク濃度とほぼ等しくなるので不
純物濃度の管理上有利である。とくに第2のイオン注入
工程における浅いイオン注入を薄い酸化膜を通してする
と、ピーク濃度位置が半導体と酸化膜との界面にごく近
くなるので、微細な設計ルールにおける半導体層の作り
込みに有利である。
As mentioned above, in both the embodiments shown in FIG. 1 and FIG. 2, there is no restriction in principle on the order of the first ion implantation step and the second ion implantation step, but in general, It is advantageous to perform the first ion implantation step for the outer layer with low impurities first, since it can reduce disturbances to the crystal structure of the semiconductor. In addition, if heat treatment is not performed at high temperature for a long time as in the case of Figure 2, if ions are implanted through a thin oxide film as described above, the maximum concentration after heat treatment will be approximately equal to the peak concentration of the ion implanted layer. This is advantageous in terms of impurity concentration management. In particular, if shallow ion implantation in the second ion implantation step is performed through a thin oxide film, the peak concentration position will be very close to the interface between the semiconductor and the oxide film, which is advantageous for manufacturing the semiconductor layer under fine design rules.

第3図から第5図までを参照しながら、以上説明した本
発明によるイオン注入方法のトランジスタの製作への適
用例を説明する。第3図はnチャネル形電界効果トラン
ジスタのソースとドレインに本発明方法を適用した例を
示すものである0図示のようにn形の基板ないしはエピ
タキシャル層1にp形のウェル2が拡散され、その上に
付けられた0、25m程度の薄いゲート酸化膜4上にゲ
ート6が例えばポリシリコンで設けられている。このゲ
ート6と図示しないフォトレジスト膜をマスクとして、
第1のイオン注入工程ではPを加速電圧90kV、  
ドーズ量lXl0”原子/cd”i”打ち込み、第2の
イオン注入工程ではA3を加速電圧80kV、  ドー
ズ量5X10”原子/dで打ち込んだ上で、950℃。
An example of application of the above-described ion implantation method according to the present invention to the manufacture of a transistor will be described with reference to FIGS. 3 to 5. FIG. 3 shows an example in which the method of the present invention is applied to the source and drain of an n-channel field effect transistor. As shown in the figure, a p-type well 2 is diffused into an n-type substrate or epitaxial layer 1, A gate 6 made of polysilicon, for example, is provided on a thin gate oxide film 4 of about 0.25 m thick. Using this gate 6 and a photoresist film (not shown) as a mask,
In the first ion implantation step, P was accelerated at a voltage of 90 kV.
In the second ion implantation step, A3 was implanted at an acceleration voltage of 80 kV and a dose of 5 x 10" atoms/d at 950°C.

30分程度の短い熱処理によってn形の外側N12と強
いn形の内側層22とからなる2N構成の高耐圧のソー
スおよびドレインを作り込んだものである。
A high breakdown voltage source and drain having a 2N structure consisting of an n-type outer layer N12 and a strong n-type inner layer 22 are formed by a short heat treatment of about 30 minutes.

この場合、外側層12の深さは0.6〜0.8 nとさ
れる。保護膜や電極膜は図の簡略化のため省略されてお
り、そのかわりにソースS、ドレインDおよびゲートG
の端子が示されている。
In this case, the depth of the outer layer 12 is 0.6 to 0.8 n. The protective film and electrode film are omitted to simplify the diagram, and the source S, drain D, and gate G are shown instead.
terminals are shown.

第4図はnpnバイポーラトランジスタのベース層に本
発明方法を適用した例を示すもので、コレクタとなるn
形の基板l上にいずれもp形の外側層12と内側112
2とからなる2重構成のベース層が作り込まれる0図示
しないマスクを用いて、第1のイオン注入工程ではBが
加速電圧50kV、  ドーズ量5X1014原子/−
で打ち込まれ、第2のイオン注入工程ではBFtが加速
電圧50kV、  ドーズ量5×10′4原子/dで打
ち込まれ、1100℃前後で約1時間の不純物の再拡散
を伴う熱処理によってこれらの外側層12と内側層22
が作り込まれる。内側層22の深さは例えば1.5〜2
.5−とされる、この2重ベース層内にはエミッタ層7
が強いn形で拡散され、これによってコレクタC,ベー
スB、エミッタEを有する縦形のバイポーラトランジス
タが作られる。エミッタ層7が比較的不純物濃度の高い
内側層12内に作り込まれるので、適度の電流増幅率が
それによって得られる。また、ベース層は比較的不純物
濃度が低(かつ拡散深さの大な外側層12を介してコレ
クタ層である基板lと接合を作るので、コレクタ・ベー
ス間耐電圧値の高いバイポーラトランジスタが得られる
Figure 4 shows an example in which the method of the present invention is applied to the base layer of an npn bipolar transistor.
A p-type outer layer 12 and an inner layer 112 are formed on a p-type substrate l.
In the first ion implantation process, using a mask (not shown) in which a base layer with a double structure consisting of 2 and 2 is formed, B is implanted at an acceleration voltage of 50 kV and a dose of 5 x 1014 atoms/-.
In the second ion implantation process, BFt is implanted at an acceleration voltage of 50 kV and a dose of 5 x 10'4 atoms/d, and these outer surfaces are removed by a heat treatment involving re-diffusion of impurities at around 1100°C for about 1 hour. layer 12 and inner layer 22
is created. The depth of the inner layer 22 is, for example, 1.5 to 2
.. There is an emitter layer 7 within this double base layer, which is referred to as 5-.
is diffused in a strong n-type, thereby creating a vertical bipolar transistor with collector C, base B and emitter E. Since the emitter layer 7 is built into the inner layer 12 with a relatively high impurity concentration, a moderate current amplification factor is thereby obtained. In addition, since the base layer has a relatively low impurity concentration (and makes a junction with the substrate l, which is the collector layer, through the outer layer 12 with a large diffusion depth), a bipolar transistor with a high collector-base withstand voltage value can be obtained. It will be done.

第5図はBiMOS回路内のnチャネル電界効果トラン
ジスタのソースおよびドレインとnpnバイポーラトラ
ンジスタのエミッタ層およびコレクタ接続層に本発明方
法を適用した例を示すものである。n形のエピタキシャ
ル層l内に、電界効果トランジスタ用にはウェル2が、
バイポーラトランジスタ用にはベース層8がいずれもp
形であらかじめ拡散されており、本発明による2重構成
の半導体層が前の第3図の例とおなじく第1の不純物イ
オンに゛はPを第2の不純物イオンにはA3を用いて、
ウェル2に対しては電界効果トランジスタのソースおよ
びドレインとして、ベース層8に対してはバイポーラト
ランジスタのエミッタ層として、エピタキシャル層1に
対してはコレクタ用接続層として・いずれもn形で作り
込まれる。これにより、電界効果トランジスタ部ではソ
ースとドレインが外側1112を備えるためにその耐電
圧値が高まり、バイポーラトランジスタ部ではエミッタ
層の外側層の拡散深さが比較的大なので実効ベース幅が
狭まって高い電流増幅率が得られ、かつコレクタ電極の
コレクタ層1との接続抵抗が減少される。従ってこの実
施例では電界効果トランジスタ部を耐電圧値向上を主眼
としながら、バイポーラトランジスタ部にも本発明方法
を共通に適用してその性能向上を図ることができる。
FIG. 5 shows an example in which the method of the present invention is applied to the source and drain of an n-channel field effect transistor and the emitter layer and collector connection layer of an npn bipolar transistor in a BiMOS circuit. In the n-type epitaxial layer l, a well 2 is provided for the field effect transistor.
For bipolar transistors, the base layer 8 is all p.
As in the previous example of FIG. 3, the semiconductor layer of the double structure according to the present invention is pre-diffused in the form of a double-layer semiconductor layer using P as the first impurity ion and A3 as the second impurity ion.
The well 2 is used as the source and drain of the field effect transistor, the base layer 8 is used as the emitter layer of the bipolar transistor, and the epitaxial layer 1 is used as the collector connection layer. All are made in n-type. . As a result, in the field effect transistor part, the source and drain have the outer side 1112, which increases the withstand voltage value, and in the bipolar transistor part, the diffusion depth of the outer layer of the emitter layer is relatively large, so the effective base width is narrowed and the voltage is increased. A current amplification factor is obtained, and the connection resistance between the collector electrode and the collector layer 1 is reduced. Therefore, in this embodiment, while focusing on improving the withstand voltage value of the field effect transistor section, the method of the present invention can also be commonly applied to the bipolar transistor section to improve its performance.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたとおり本発明では、マスク形成工程で作られ
たマスクを第1のイオン注入工程でも第 。
As described above, in the present invention, the mask made in the mask forming process is also used in the first ion implantation process.

2のイオン注入工程でも共通に用いるので、外側層と内
側層とからなる2重構成の半導体層用のフォトプロセス
を1回ですませ、がっその外側層と内側層との間の位置
ずれの問題をなくして不良の発生を有効に予防すること
ができる。また、第1のイオン注入工程と第2のイオン
注入工程との間に熱処理工程を挟むことなく連続して進
めることができるので、イオン注入工程自体に要する手
数も従来より大幅に省くことができ、かつイオン注入層
に対する熱処理は両イオン注入工程の終了後に1回だけ
すればよくなり、これによって外側層の拡散深さを従来
よりも正確に管理できる効果が得られる。
Since it is also used in the ion implantation process in step 2, the photo process for the double-layered semiconductor layer consisting of an outer layer and an inner layer can be performed only once, and the positional deviation between the outer layer and the inner layer can be avoided. Problems can be eliminated and defects can be effectively prevented from occurring. In addition, since the first ion implantation step and the second ion implantation step can be performed continuously without intervening a heat treatment step, the labor required for the ion implantation step itself can be significantly reduced compared to conventional methods. , and the heat treatment for the ion implantation layer only needs to be performed once after the completion of both ion implantation steps, thereby achieving the effect that the diffusion depth of the outer layer can be controlled more accurately than before.

本発明方法により半導体内に作り込まれる2重構成の半
導体層は、その内側層により表面の不純物濃度が高く、
外側層により比較的低濃度で拡散深さの大な接合が得ら
れるので、実施例で示したように電界効果トランジスタ
のソース、ドレインやバイポーラトランジスタのベース
層等に適用して高耐電圧値と低い接続抵抗とを同時に得
ることができる0本発明を実施して低不純物濃度の深い
外側層と高不純物濃度で浅い内側層とからなる2重構成
を得たいときには、第1のイオン注入工程と第2のイオ
ン注入工程とに互いに拡散係数が異なるイオン種を用い
、拡散係数の大な例えばPを第1の不純物イオンとし、
拡散係数の小な例えば^3を第2の不純物イオンとして
、熱処理の温度や時間を適宜に選択することにより、任
意の所望の2M構成半導体層を作ることができる。また
、設計ルールが2−以下の微細パターンの半導体層に本
発明方法を適用する際には、両イオン注入工程後の熱処
理時の再拡散量を余り太き(できないので、イオン注入
時に外側層と内側層の不純物濃度とイオン注入深さが充
分具ならせるようにすることが望ましく、このためには
実施例で述べたように第1の不純物イオンと第2の不純
物イオンとに2価のイオンと1価のイオン、原子イオン
と分子イオンをそれぞれ用い、あるいはイオン種は同じ
でも打ち込みの加速電圧を異ならせることができる。
The double-layered semiconductor layer formed in the semiconductor by the method of the present invention has a higher impurity concentration on the surface due to the inner layer,
Since the outer layer allows a junction with a relatively low concentration and a large diffusion depth to be obtained, it can be applied to the source and drain of a field effect transistor, the base layer of a bipolar transistor, etc. to achieve a high withstand voltage value, as shown in the example. When it is desired to carry out the present invention and obtain a double structure consisting of a deep outer layer with a low impurity concentration and a shallow inner layer with a high impurity concentration, the first ion implantation step and In the second ion implantation step, ion species having different diffusion coefficients are used, and P, which has a large diffusion coefficient, is used as the first impurity ion,
By using, for example, ^3, which has a small diffusion coefficient, as the second impurity ion, and appropriately selecting the temperature and time of the heat treatment, it is possible to form any desired 2M semiconductor layer. In addition, when applying the method of the present invention to a semiconductor layer with a fine pattern with a design rule of 2- or less, it is necessary to increase the amount of re-diffusion during heat treatment after both ion implantation steps. It is desirable to make the impurity concentration of the inner layer and the ion implantation depth sufficiently similar to each other, and for this purpose, as described in the embodiment, the first impurity ion and the second impurity ion are divalent. Ions and monovalent ions, atomic ions and molecular ions can be used, or even if the ion species are the same, the acceleration voltage for implantation can be different.

このように、本発明方法は半導体装置の製作に実際に適
用するに当たって、その半導体装置に最も適した形で実
施をすることができ、通常の1重構成の半導体層の作り
込みと比較してイオン注入工程を1回増すだけで、実施
例で述べたようにトランジスタやダイオードの耐電圧値
の向上、電極との接続抵抗の低下、電流増幅率の向上環
の効果が得られるので、半導体装置一般に広く適用して
その性能向上の実効を上げる上で非常に実用価値の高い
方法である。
In this way, when the method of the present invention is actually applied to the production of a semiconductor device, it can be carried out in the most suitable form for the semiconductor device, and compared to the production of a normal single-layer semiconductor layer. By adding one ion implantation process, the effects of improving the withstand voltage of transistors and diodes, lowering the connection resistance with electrodes, and improving the current amplification factor can be obtained as described in the example, so semiconductor devices can be improved. This is a highly practical method that can be widely applied to increase the effectiveness of performance improvement.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図から第5図までが本発明に関するもので、第1図
は本発明によるイオン注入方法をp形の半導体内にn形
の2重構成半導体層を作り込むために適用した実施例を
主な工程ごとに示す半導体層の断面図および対応する不
純物濃度分布線図、第2図は本発明方法をn形の半導体
内にp形の2重構成半導体層を作り込むために通用した
実施例を主な工程ごとに示す半導体層の断面図および対
応する不純物濃度の分布線図、第3図から第5図までは
本発明方法をそれぞれ電界効果トランジスタ。 バイポーラ゛トランジスタおよびBiMOS回路装置に
適用した例を示す半導体層の断面図である。 第6rj!Jは従来技術に関し、2重構成半導体層を作
り込む従来方法を主な工程ごとに示す半導体層の断面図
である0図において、 1:半導体基板ないしはエピタキシャル層、2:p形層
ないしはウェル、3:酸化膜、4:イオン注入用の薄い
酸化膜、5:マスクないしはフォトレジスト膜、5a:
マスクの窓、6:ゲート、7:エミッタ層、8:ベース
層、lO:第1の不純物イオン、11:第、1のイオン
注入工程によるイオン注入層、12:2重構成半導体層
の外側層、20:第2の不純物イオン、21:第2のイ
オン注入工程によるイオン注入層、22:2重構成半導
体層の内側層、31:半導体基板、32二酸化膜、33
,35:マスク、33a。 35a:マスクの窓、34a、36a:イオン注入され
た不純物、34:外側層、36:内側層、B:ベース、
C:コレクタ、D=ニドレインdl:外側層の拡散深さ
、d2:内側層の拡散深さ、E:エミッタ、G:ゲート
、N+sl:外側層の不純物最大濃度、Na3:内側層
の不純物最大濃度、Npl :第1のイオン注入工程に
よるイオン注入層の不純物ピーク濃度、Np2:第2の
イオン注入工程によるイオン注入層の不純物ピーク濃度
、X=深さ方向、Xl:第1のイオン注入工程によるイ
オン注入層の深さ、x2:第2のイオン注入工程による
イオン注入層の深さ、である。 (・・ 代理人fげrト 山 口  嶽ゝ2・°・−1第3図 第5図 第6図
1 to 5 relate to the present invention, and FIG. 1 shows an example in which the ion implantation method according to the present invention is applied to create an n-type double structure semiconductor layer in a p-type semiconductor. A cross-sectional view of a semiconductor layer and a corresponding impurity concentration distribution diagram shown for each main process, and FIG. A cross-sectional view of a semiconductor layer and a corresponding impurity concentration distribution diagram showing an example of each main step, and FIGS. 3 to 5 illustrate the method of the present invention for a field effect transistor, respectively. FIG. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor layer showing an example applied to a bipolar transistor and a BiMOS circuit device. 6th rj! J is a cross-sectional view of a semiconductor layer showing each main step of a conventional method of fabricating a double-structured semiconductor layer with respect to the prior art, in Figure 0, 1: semiconductor substrate or epitaxial layer, 2: p-type layer or well, 3: Oxide film, 4: Thin oxide film for ion implantation, 5: Mask or photoresist film, 5a:
Mask window, 6: gate, 7: emitter layer, 8: base layer, lO: first impurity ion, 11: ion implantation layer by first ion implantation step, 12: outer layer of double semiconductor layer , 20: second impurity ion, 21: ion implantation layer by second ion implantation step, 22: inner layer of double semiconductor layer, 31: semiconductor substrate, 32 dioxide film, 33
, 35: Mask, 33a. 35a: mask window, 34a, 36a: ion-implanted impurity, 34: outer layer, 36: inner layer, B: base,
C: Collector, D = Nidorain dl: Diffusion depth of outer layer, d2: Diffusion depth of inner layer, E: Emitter, G: Gate, N+sl: Maximum impurity concentration of outer layer, Na3: Maximum impurity concentration of inner layer , Npl: peak impurity concentration in the ion implantation layer due to the first ion implantation process, Np2: peak impurity concentration in the ion implantation layer due to the second ion implantation process, X=depth direction, Xl: peak concentration of impurities in the ion implantation layer due to the first ion implantation process Depth of ion implantation layer x2: Depth of ion implantation layer in the second ion implantation step. (... Agent Fgert Take Yamaguchi 2・°・-1 Figure 3 Figure 5 Figure 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)半導体の表面部に所定の導電形を付与する不純物を
イオン注入する方法であって、半導体の表面にマスク膜
を被着した上で不純物をイオン注入すべき場所に窓を明
けてイオン注入に対するマスクとするマスク形成工程と
、このマスクを用いて半導体に所定の導電形を付与する
第1の不純物イオンを所定の深さおよびピーク濃度でイ
オン注入する第1のイオン注入工程と、第1のイオン注
入工程と同じマスクを用いて半導体に第1の不純物イオ
ンによると同じ導電形を付与する第2の不純物イオンを
第1のイオン注入工程におけるよりは浅くかつ高いピー
ク濃度でイオン注入する第2のイオン注入工程とを含ん
でなるイオン注入方法。 2)特許請求の範囲第1項記載の方法において、第1の
イオン注入工程の後に第2のイオン注入工程がなされる
ことを特徴とするイオン注入方法。 3)特許請求の範囲第1項記載の方法において、第1の
イオン注入工程および第2のイオン注入工程の後に半導
体に熱処理がなされることを特徴とするイオン注入方法
。 4)特許請求の範囲第3項記載の方法において、熱処理
時に不純物が半導体内に再拡散されることを特徴とする
イオン注入方法。 5)特許請求の範囲第1項記載の方法において、第1の
不純物イオンと第2の不純物イオンとが互いに異なる不
純物イオンであることを特徴とするイオン注入方法。 6)特許請求の範囲第5項記載の方法において、第1の
不純物イオンと第2の不純物イオンとが不純物の元素の
種類について互いに異なることを特徴とするイオン注入
方法。 7)特許請求の範囲第6項記載の方法において、所定の
導電形がn形であり、第1の不純物イオン用の不純物元
素がPであり、第2の不純物イオン用の不純物元素がA
sであることを特徴とするイオン注入方法。 8)特許請求の範囲第5項記載の方法において、第1の
不純物イオンが1価の不純物イオンであり、第2の不純
物イオンが第1の不純物イオン用と同じ元素の2価の不
純物イオンであることを特徴とするイオン注入方法。 9)特許請求の範囲第8項記載の方法において、所定の
導電形がn形であり、第1の不純物イオンおよび第2の
不純物イオン用の不純物元素がPであることを特徴とす
るイオン注入方法。 10)特許請求の範囲第5項記載の方法において、第1
の不純物イオンが原子のイオンであり、第2の不純物イ
オンが第1の不純物イオン用と同じ元素を含む分子のイ
オンであることを特徴とするイオン注入方法。 11)特許請求の範囲第10項記載の方法において、所
定の導電形がp形であり、第1の不純物イオンがB原子
イオンであり、第2の不純物イオンがBF_2分子イオ
ンであることを特徴とするイオン注入方法。 12)特許請求の範囲第1項記載の方法において、第1
の不純物イオンと第2の不純物イオンとが同じイオンで
あり、第1の不純物イオンのイオン注入時の加速電圧が
第2の不純物イオンのイオン注入時の加速電圧よりも高
くされたことを特徴とするイオン注入方法。 13)特許請求の範囲第12項記載の方法において、所
定の導電形がp形であり、第1の不純物イオンおよび第
2の不純物イオンがBのイオンであることを特徴とする
イオン注入方法。 14)特許請求の範囲第1項記載の方法において、第1
のイオン注入工程および第2のイオン注入工程でのイオ
ン注入が半導体表面に付けられたごく薄い酸化膜を通し
てなされることを特徴とするイオン注入方法。 15)特許請求の範囲第1項記載の方法において、第1
のイオン注入工程および第2のイオン注入工程により電
界効果トランジスタ用のソースおよびドレインが半導体
に作り込まれることを特徴とするイオン注入方法。 16)特許請求の範囲第1項記載の方法において、第1
のイオン注入工程および第2のイオン注入工程と両工程
によりイオン注入された不純物の半導体内への再拡散に
よりバイポーラトランジスタのベース層が半導体に作り
込まれることを特徴とするイオン注入方法。 17)特許請求の範囲第1項記載の方法において、第1
のイオン注入工程および第2のイオン注入工程によりB
iMOS回路内のバイポーラトランジスタのエミッタ層
と電界効果トランジスタのソースおよびドレインとが同
時に半導体に作り込まれることを特徴とするイオン注入
方法。
[Claims] 1) A method of ion-implanting an impurity that imparts a predetermined conductivity type to the surface of a semiconductor, the method comprising: depositing a mask film on the surface of the semiconductor, and then implanting the impurity into the location where the ions are to be implanted. A mask forming step in which a window is opened to serve as a mask for ion implantation, and a first ion implantation step in which first impurity ions that impart a predetermined conductivity type to the semiconductor are ion-implanted at a predetermined depth and peak concentration using this mask. an implantation step, using the same mask as in the first ion implantation step, to implant second impurity ions to give the semiconductor the same conductivity type as the first impurity ions, with a shallower and higher peak than in the first ion implantation step; An ion implantation method comprising a second ion implantation step of implanting ions at a high concentration. 2) An ion implantation method according to claim 1, characterized in that a second ion implantation step is performed after the first ion implantation step. 3) The ion implantation method according to claim 1, wherein the semiconductor is subjected to heat treatment after the first ion implantation step and the second ion implantation step. 4) An ion implantation method according to claim 3, characterized in that impurities are re-diffused into the semiconductor during heat treatment. 5) An ion implantation method according to claim 1, wherein the first impurity ion and the second impurity ion are different impurity ions. 6) The ion implantation method according to claim 5, wherein the first impurity ion and the second impurity ion are different in type of impurity element. 7) In the method described in claim 6, the predetermined conductivity type is n-type, the impurity element for the first impurity ion is P, and the impurity element for the second impurity ion is A.
An ion implantation method characterized in that s. 8) In the method described in claim 5, the first impurity ion is a monovalent impurity ion, and the second impurity ion is a divalent impurity ion of the same element as that for the first impurity ion. An ion implantation method characterized by: 9) The method according to claim 8, wherein the predetermined conductivity type is n-type, and the impurity element for the first impurity ion and the second impurity ion is P. Method. 10) In the method according to claim 5, the first
An ion implantation method characterized in that the impurity ions are atomic ions, and the second impurity ions are molecule ions containing the same element as the first impurity ion. 11) The method according to claim 10, characterized in that the predetermined conductivity type is p-type, the first impurity ion is a B atom ion, and the second impurity ion is a BF_2 molecular ion. ion implantation method. 12) In the method according to claim 1, the first
The impurity ions and the second impurity ions are the same ion, and the acceleration voltage when implanting the first impurity ions is higher than the acceleration voltage when implanting the second impurity ions. Ion implantation method. 13) The ion implantation method according to claim 12, wherein the predetermined conductivity type is p-type, and the first impurity ion and the second impurity ion are B ions. 14) In the method according to claim 1, the first
An ion implantation method characterized in that ion implantation in the ion implantation step and the second ion implantation step is performed through a very thin oxide film attached to a semiconductor surface. 15) In the method according to claim 1, the first
An ion implantation method characterized in that a source and a drain for a field effect transistor are formed into a semiconductor by the ion implantation step and the second ion implantation step. 16) In the method according to claim 1, the first
An ion implantation method characterized in that a base layer of a bipolar transistor is built into a semiconductor by re-diffusion of impurities ion-implanted in the ion implantation step and the second ion implantation step into the semiconductor. 17) In the method according to claim 1, the first
B by the ion implantation step and the second ion implantation step.
An ion implantation method characterized in that the emitter layer of a bipolar transistor and the source and drain of a field effect transistor in an iMOS circuit are simultaneously formed into a semiconductor.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5436176A (en) * 1990-03-27 1995-07-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for fabricating a semiconductor device by high energy ion implantation while minimizing damage within the semiconductor substrate
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