JPH02172220A - Ion implantation - Google Patents

Ion implantation

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JPH02172220A
JPH02172220A JP63325791A JP32579188A JPH02172220A JP H02172220 A JPH02172220 A JP H02172220A JP 63325791 A JP63325791 A JP 63325791A JP 32579188 A JP32579188 A JP 32579188A JP H02172220 A JPH02172220 A JP H02172220A
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JP
Japan
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mask
impurity
region
ion implantation
substrate
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JP63325791A
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Japanese (ja)
Inventor
Shizunori Oyu
大湯 静憲
Tadashi Suzuki
匡 鈴木
Nobuyoshi Kashu
夏秋 信義
Yasuko Adachi
安立 靖子
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To facilitate formation of a retrograded impurity introduced layer whose surface impurity concentration is controlled by a method wherein a first mask region composed of a mask material which blocks the implantation is provided on a substrate except the impurity introduced region and a second mask region composed of a patterned mask material is provided on the impurity introduced region. CONSTITUTION:A mask material 3 on the impurity introduced region 2 of a semiconductor substrate 1 is patterned and a mask 6 which blocks implanted ions perfectly is provided on a region 5 into which the impurity is not introduced. The paths of the implanted ions 4 are changed by the patterned mask material 3 on the impurity introduced region 2 and the impurity ions are implanted into the surface of the semiconductor substrate 1 with various angles and energies. In other words, if the implanted ions 4 come close to the mask 3 of the impurity introduced region 2, they are scattered in the mask 3 and the impurity ions 4 coming out of the mask 3 is implanted into the substrate 1 with various angles and energies. With this constitution, a region 17 having uniform impurity concentration can be formed near the surface of the substrate 1.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、不純物導入層の形成方法に係り、特に、半導
体基板表面から1〜2μmの深さまで均一な濃度分布を
有する不純物導入層の形成に好適なイオン打込み方法に
関する。
Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for forming an impurity-introduced layer, and in particular, to a method for forming an impurity-introduced layer having a uniform concentration distribution from the surface of a semiconductor substrate to a depth of 1 to 2 μm. The present invention relates to an ion implantation method suitable for.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の半導体装置、特に、 MO5LSIにおけるウェ
ル等の不純物導入層は、特開昭63−136661号公
報に記載のように、表面領域に不純物打込みを行なつた
のち、高温で長時間の不純物拡散を行なうことにより形
成していた。また、ウェル等の深い不純物導入層は、ア
イ・イー・イー・イー、トランザクション オン エレ
クトロン デバイス、イーデイ−32,203(198
5)第203頁から第204頁(IEEE、Trans
、Electron DevLcess、ED32゜2
03(1985)pp203−204)に論じられてい
るように、高エネルギイオン打込みを用いて形成してい
た。
In conventional semiconductor devices, especially in MO5LSI, impurity implantation layers such as wells are formed by implanting impurities into the surface region and then performing impurity diffusion at high temperature for a long time, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 136661/1983. It was formed by doing. In addition, deep impurity-introduced layers such as wells are described in IE, Transaction on Electron Devices, E.D.-32, 203 (198
5) Pages 203 to 204 (IEEE, Trans
, Electron DevLcess, ED32゜2
03 (1985) pp. 203-204) using high energy ion implantation.

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

上記不純物拡散を用いた従来技術では、素子特性を制御
するため基板表面から1〜2μm程度の深さまでほぼ同
じ濃度にする必要があり、得られる不純物拡散層が必要
以上に深くなるため、半導体装置の微細化を困尤にして
いた。また、熱拡散であるため濃度制御が困難であり、
拡散時間が長−いという問題があった。また、上記高エ
ネルギイオン打込みを用いた従来技術では、素子特性を
決める基板表面濃度を制御できないため、基板表面濃度
を制御するための不純物導入工程が必要となり、不純物
導入工程が複雑であるという問題があつた。
In the conventional technology using impurity diffusion described above, in order to control device characteristics, it is necessary to maintain the same concentration from the substrate surface to a depth of about 1 to 2 μm, and the resulting impurity diffusion layer becomes deeper than necessary, resulting in a problem with semiconductor devices. This made miniaturization difficult. In addition, concentration control is difficult due to thermal diffusion;
There was a problem that the diffusion time was long. In addition, with the conventional technology using high-energy ion implantation described above, it is not possible to control the substrate surface concentration that determines the device characteristics, so an impurity introduction process is required to control the substrate surface concentration, and the impurity introduction process is complicated. It was hot.

本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、簡素かつ高
信頼性の不純物導入工程を提供することを目的としてお
り、本発明のイオン打込み後の半導体装置の製造工程を
簡素化できる工程を提供することを目的とする。
The present invention aims to solve the above-mentioned problems of the prior art and provide a simple and highly reliable impurity introduction process. The purpose is to provide.

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

上記目的は、第1図で示すように、半導体基板1におけ
る不純物導入領域2において、マスク材3をパターニン
グしたのち、不純物イオン4を打込むことにより達成さ
れる。ここで、不純物導入を行なわない領域5は、上記
打込みイオン4を完全に阻止するマスク6を必要とする
。これにより、基板1の表面近傍で均一な濃度分布の不
純物導入層を簡便に形成する。
The above object is achieved by implanting impurity ions 4 after patterning a mask material 3 in an impurity introduction region 2 of a semiconductor substrate 1, as shown in FIG. Here, the region 5 where no impurity is introduced requires a mask 6 to completely block the implanted ions 4. Thereby, an impurity-introduced layer with a uniform concentration distribution near the surface of the substrate 1 can be easily formed.

また、上記均一な部分の濃度制御のために、不純物導入
領域2でのマスク3の幅およびマスク間隔は、上記打込
みイオン4のマスク3内での飛程の標準偏差の1/4倍
から4倍の範囲の値にした。
Further, in order to control the concentration in the uniform portion, the width and mask interval of the mask 3 in the impurity introduction region 2 are set to 1/4 to 4 times the standard deviation of the range of the implanted ions 4 within the mask 3. The value was set to double the range.

さらに、上記均一な部分の濃度制御のために、上記打込
みイオン4の打込み角度7は、基板1の表面に対して6
0度以上にした。
Furthermore, in order to control the concentration in the uniform portion, the implantation angle 7 of the implantation ions 4 is set at 6.0 degrees with respect to the surface of the substrate 1.
It was over 0 degrees.

上記マスク3とマスク6の材質は必ずしも同じでなくと
も良く、有機レジスト、高融点金属、高融点金属の化合
物、シリコンおよびシリコン化合物のいずれか、または
、これらの組み合せたものにする。また、不純物導入領
域2でのマスク3のパターニング形状は半導体素子の電
極または配線等の加工形状と一致させた。本イオン打込
み工程後の工程簡素化のために、上記レジスト3,6の
構成と上記レジスト3の加工形状を一致させるようにし
た。
The materials of the masks 3 and 6 do not necessarily have to be the same, and may be any one of an organic resist, a high melting point metal, a compound of a high melting point metal, silicon and a silicon compound, or a combination thereof. Furthermore, the patterning shape of the mask 3 in the impurity-introduced region 2 was made to match the processed shape of the electrodes, wiring, etc. of the semiconductor element. In order to simplify the process after the main ion implantation process, the structure of the resists 3 and 6 and the processed shape of the resist 3 were made to match.

〔作用〕[Effect]

上記不純物導入領域2でのパターニングされたマスク3
は、打込みイオン4の軌道を変え、半導体基板1の表面
に対して種々の角度とエネルギを持って不純物が打込ま
れるように働く。
Patterned mask 3 in the impurity introduced region 2
changes the trajectory of the implanted ions 4 so that impurities are implanted into the surface of the semiconductor substrate 1 at various angles and energies.

上記マスク3の端部近傍では、打込みイオン4は第2図
に示すよう打込まれる。
In the vicinity of the end of the mask 3, the implanted ions 4 are implanted as shown in FIG.

すなわち不純物導入!ej2から十分離れた部分8では
、打込みイオン4はマスク6内の領域9にとどまり、そ
の離れた距離が、マスク6内での打込み分布のat準偏
差の4〜6倍以上となれば、打込みイオン4は不純物導
入N2に殆んど達しない。
In other words, impurities are introduced! In a portion 8 sufficiently far away from ej2, the implanted ions 4 remain in a region 9 within the mask 6, and if the distance is 4 to 6 times or more the at standard deviation of the implantation distribution within the mask 6, the implantation is completed. Ion 4 hardly reaches the impurity introduced N2.

次に、不純物導入領域2から上記8$偏差程度の距離だ
け離れた部分10では、マスク6内の領域11に止まる
不純物の他に、マスク6内で散乱されてマスク6外に飛
び出す不純物があるため、不純物導入領域2に苅して様
々な角度とエネルギを持って基板1の領域12aに不純
物が達する。
Next, in a portion 10 that is away from the impurity introduction region 2 by a distance of about 8 $ deviation, in addition to the impurities that stay in the region 11 within the mask 6, there are impurities that are scattered within the mask 6 and jump out of the mask 6. Therefore, impurities are applied to the impurity introduced region 2 and reach the region 12a of the substrate 1 at various angles and energies.

さらに、不純物導入領域2の境界部分13では、マスク
6内で散乱されてマスク6外に飛び出す不純物と、マス
ク6側壁で散乱される不純物により、不純物導入領域2
に様々な角度とエネルギで領域12bに打込まれる。
Further, in the boundary portion 13 of the impurity introduced region 2, impurities scattered within the mask 6 and flying out of the mask 6 and impurities scattered by the side walls of the mask 6 cause the impurity introduced region 2 to
are driven into region 12b at various angles and energies.

ここで、マスク6の無い部分14では、そのまま、基板
1の領域15に入射する。従って、上記マスク6端の近
傍では、第3図に示すような等類度線の不純物8度分布
16を持つようになる。
Here, in the portion 14 without the mask 6, the light enters the region 15 of the substrate 1 as it is. Therefore, in the vicinity of the end of the mask 6, an impurity distribution 16 of 8 degrees of similarity lines as shown in FIG. 3 is obtained.

さて、第4図のように、不純物導入領域2のマスフ3が
近接してくると、上記説明のように、イオンはマスク3
内で散乱され、マスク3外に飛び出した不純物イオンが
基板1に対して様々な角度とエネルギで打込まれるよう
になり、基板1の表面近傍に濃度の均一な領域17が形
成される。ここで、マスク6を通過しない不純物は、打
込み当初のエネルギで基板1に打込まれ、上記領域17
より、やや高濃度の領域18が形成される。
Now, as shown in FIG. 4, when the mask 3 of the impurity-introduced region 2 approaches, the ions are transferred to the mask 3 as explained above.
Impurity ions scattered within the mask 3 and ejected to the outside of the mask 3 are implanted into the substrate 1 at various angles and energies, forming a region 17 with a uniform concentration near the surface of the substrate 1. Here, impurities that do not pass through the mask 6 are implanted into the substrate 1 with the initial energy of implantation, and are implanted into the region 17.
As a result, a slightly higher concentration region 18 is formed.

これは、上記マスク3の幅およびマスク3の間隔が、打
込みの標準飛程の値と同等以下の時実現される。尚、マ
スク3の幅とマスク間隔を選ぶことにより、不純物の散
乱を制御して基板表面の濃度を制御することができる。
This is achieved when the width of the mask 3 and the spacing between the masks 3 are equal to or less than the value of the standard range of implantation. Note that by selecting the width of the mask 3 and the mask interval, it is possible to control scattering of impurities and control the concentration on the substrate surface.

また、打込み角度7が60度以上であると、マスク3の
側壁での不純物の散乱が生じるので不純物は基板1に打
込まれるが、上記角度7がそれ以下では、打込まれない
領域が生ずる。この打込み角度を選ぶことにより、不純
物の散乱を制御して基板表面の濃度を制御する。
Furthermore, if the implantation angle 7 is 60 degrees or more, impurities will be scattered on the sidewalls of the mask 3, so that the impurities will be implanted into the substrate 1, but if the angle 7 is less than 60 degrees, there will be areas where the impurities are not implanted. . By selecting this implantation angle, scattering of impurities is controlled to control the concentration on the substrate surface.

不純物導入領域でパターニングされたマスク3の材質を
、有機レジストの他に、高融点金属や高融点金属化合物
にすることにより、打込みイオン4に対する阻止能を高
めることができ、マスク3の膜厚を小さくできる。これ
により、より微細なパターニングが可能となる。さらに
、高融点金属を含むマスク3を、電極や配線の加工形状
にパタニングすることで、上記不純物導入層の形成後の
電極や配線工程を省略できるようになる。尚、ここで、
高融点金属の代わりにシリコン膜を用いることで上記と
同様の工程簡素化ができる。
By using a high melting point metal or a high melting point metal compound as the material of the mask 3 patterned in the impurity-introduced region, in addition to an organic resist, the blocking ability against the implanted ions 4 can be increased, and the film thickness of the mask 3 can be increased. Can be made smaller. This enables finer patterning. Further, by patterning the mask 3 containing a high melting point metal into the processed shape of the electrodes and wiring, it becomes possible to omit the electrode and wiring process after forming the impurity-introduced layer. Furthermore, here,
By using a silicon film instead of a high melting point metal, the same process as above can be simplified.

また、上記有機レジストや高融点金属を含む材質のマス
ク3において、半導体基板が汚染される可能性がある場
合、上記マスク3の露出部をシリコンまたはシリコン化
合物で覆うことにより、上記汚染を防止する。
Furthermore, if the semiconductor substrate is likely to be contaminated by the mask 3 made of a material containing an organic resist or a high melting point metal, the exposed portion of the mask 3 is covered with silicon or a silicon compound to prevent the contamination. .

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を第5図乃至第10図を用いて説
明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 5 to 10.

〔実施例1)−・・第5図(a)、(b)にシリコン(
Si)基板18にp型リトログレードウェル層19を形
成した例の平面図および断面図を示す。
[Example 1]--Silicon (
A plan view and a cross-sectional view of an example in which a p-type retrograde well layer 19 is formed on a Si) substrate 18 are shown.

(100)面方位、10Ω・口のn型Si基板18の表
面に、膜厚が30Ωmのシリコン酸化膜(SiOx)2
0を形成し、膜厚が4μmのホトレジストマスク21を
堆積したのち、上記ウェル形成領域22において短冊状
にマスク21を加工した((a)および(b))、この
加工は、通常のホトエツチング法を用い、マスク幅およ
びマスク間隔を1μmとなるようにした。その後、ホウ
素(B)イオンを0 、8 M a Vのエネルギ、1
×1018/cdの打込み量で打込み、レジストマスク
21を除去シた後、窒素(N2)中で1OOO’C。
A silicon oxide film (SiOx) 2 with a thickness of 30Ωm is formed on the surface of an n-type Si substrate 18 with a (100) plane orientation of 10Ω.
After depositing a photoresist mask 21 with a film thickness of 4 μm, the mask 21 was processed into a rectangular shape in the well formation region 22 ((a) and (b)). This processing was performed using a normal photoetching method. was used, and the mask width and mask interval were set to 1 μm. Thereafter, boron (B) ions were injected at 0,8 M a V energy, 1
After implanting with an implantation amount of x1018/cd and removing the resist mask 21, it was heated to 100'C in nitrogen (N2).

10分間の熱処理を行なって、同図中(C)の濃度分布
を持つp型リトログレードウェル層19を形成した。同
図(C)において、実[23はマスクのない部分の分布
であり、また、破線24は短冊状のマスク21直下の部
分の分布である。尚、表面近傍の濃度は2 X 10 
”/am’であった。
A heat treatment was performed for 10 minutes to form a p-type retrograde well layer 19 having a concentration distribution as shown in (C) in the figure. In the same figure (C), the actual [23] is the distribution of the part without a mask, and the broken line 24 is the distribution of the part directly under the strip-shaped mask 21. In addition, the concentration near the surface is 2 × 10
It was ``/am'.

本実施例によれば、Si基板18の表面附近で均一なへ
一度分布を形成できるため、上記ウェル中に形成したM
OSトランジスタの特性制御が容易となった。また、第
5図(C)に示した分布を得たことにより、ウェル層1
9の抵抗を従来ウェル層の半分にでき、CMO8のラッ
チアップ耐性を3倍程度に向上でき、さらに、MOSメ
モリのα線耐性の向上もできた。そして、従来ウェルの
173程度の浅いウェル層が形成できることにより、M
O3LSIの微細化が容易となるなどの効果が得られる
According to this embodiment, since a uniform distribution can be formed near the surface of the Si substrate 18, the M
It has become easier to control the characteristics of OS transistors. Furthermore, by obtaining the distribution shown in FIG. 5(C), the well layer 1
The resistance of the CMO8 can be reduced to half that of the conventional well layer, the latch-up resistance of the CMO8 can be improved by about three times, and the resistance of the MOS memory to alpha rays can also be improved. By being able to form a well layer as shallow as 173 mm compared to conventional wells, M
Effects such as facilitating miniaturization of O3LSI can be obtained.

〔実施例2〕・・・上記実施例のP型リトログレードウ
ェル層の下に、n型のシールド層を形成した例を、第6
図の断面図および濃度分布図を用いて説明する6 CZ、(100)、10Ω・〔のp型シリコン基板25
の表面に熱酸化法により膜厚が1100nのSi○2膜
26膜形6したのち、スパッタ法により膜厚が2μmの
タングステンシリサイド膜27(タングステンとシリコ
ンの組成比は1:1とした)を堆積して、通常のホトエ
ツチング法により上記シリサイド膜27を加工した0次
いで、膜厚が4μmのレジスト膜28を堆積して、ホト
エツチングにより加工した(図(ai)、加工形状は第
5図で示したものと同じである。また、マスク幅を0.
8μmとし、マスク間隔を1.2μmにした。
[Example 2] The example in which an n-type shield layer was formed under the P-type retrograde well layer of the above example was changed to the sixth example.
A p-type silicon substrate 25 of 6 CZ, (100), 10 Ω, which will be explained using the cross-sectional view and concentration distribution diagram in the figure.
After forming a Si○2 film 26 with a thickness of 1100 nm on the surface by thermal oxidation, a tungsten silicide film 27 with a thickness of 2 μm (the composition ratio of tungsten and silicon was 1:1) was formed by sputtering. The silicide film 27 was deposited and processed by a normal photoetching method.Next, a resist film 28 with a thickness of 4 μm was deposited and processed by photoetching (Figure (ai), the processed shape is shown in Figure 5). Also, the mask width is set to 0.
8 μm, and the mask interval was 1.2 μm.

この後、Bを実施例1と同条件でイオン打込みして、B
打込み層29を形成した。
After this, ions of B were implanted under the same conditions as in Example 1.
A implanted layer 29 was formed.

次に、等方性のドライエツチング法により、レジスト膜
28を1.5 μm分だけエツチング除去した。この時
、短冊状に形成されたマスクは完全になくなり、上記シ
リサイド膜27上に2.5μmのレジスト28が残った
。そして、この状態でリン(P)を4 M a Vのエ
ネルギで5 X 10”/at(だけイオン打込みして
、P打込みN30を形成した(図(b))。
Next, the resist film 28 was etched away by 1.5 μm using an isotropic dry etching method. At this time, the strip-shaped mask completely disappeared, leaving a resist 28 of 2.5 μm on the silicide film 27. Then, in this state, phosphorus (P) was ion-implanted at an amount of 5×10”/at at an energy of 4 M a V to form P implantation N30 (FIG. (b)).

その後、上記レジスト膜28およびシリサイド膜27を
除去してから、Nx雰囲気中で1000℃、10分の熱
処理を行なって、同図CC)に示すような不純物濃度分
布のp型ウェル層31およびn型シールド層32を形成
した。尚p型ウェル層の表面近傍の濃度は3X1016
■δとなった。
Thereafter, after removing the resist film 28 and the silicide film 27, heat treatment is performed at 1000° C. for 10 minutes in an Nx atmosphere to form a p-type well layer 31 and an n-type well layer 31 with an impurity concentration distribution as shown in CC) in the figure. A mold shield layer 32 was formed. The concentration near the surface of the p-type well layer is 3X1016
■It became δ.

本実施例によれば、実施例1で述べた効果を有するp型
ウェル層の下に、容易にn型シールド層を形成できるの
で、上記構造でMOSメモリを作製することにより、α
線および基板ノイズに対してほぼ完全なシールドができ
るようになり、デバイスの信頼性が著しく向上できるた
According to this example, an n-type shield layer can be easily formed under the p-type well layer having the effect described in Example 1, so that by manufacturing a MOS memory with the above structure, α
Almost complete shielding against line and board noise can now be achieved, significantly improving device reliability.

〔実施例3〕・・・実施例1で示したp型ウェル層の形
成直後に、打込み用マスクを構成するマスク材の一部を
用いて素子分離形成を行なった例を、第7図の平面図お
よび断面図を用いて説明する。
[Example 3] Immediately after forming the p-type well layer shown in Example 1, an example in which element isolation was formed using a part of the mask material constituting the implantation mask is shown in Fig. 7. This will be explained using a plan view and a sectional view.

実施例1と同様に、Si基板18の表面に5iOz膜2
0を形成したのち、さらに、CVD法によりシリコン窒
化fJ!X (S i 5N4) 33を120 n 
m堆積した。その後、膜厚が6μmのレジストマスク3
4を形成した(図(b))。尚、ウェル層形成領域(図
(a)の破線35で囲まれた部分)のマスク34の加工
形状は、図(a)のように四角形とされ、四角形状マス
ク36の寸法は2μrn角とし、さらに、マスク34同
士の間隔を1μmとした1次に、ドライエツチング法よ
り5iaNa膜をエツチングした。この状態で、Bを1
.5MeVで2 X I O”/ cmzだけイオン打
込みして、最大深さが約3μmのB打込み層37を形成
したC図(b))、その後、上記レジスト膜34を除去
してから、B38を90keVで4 x I Q”/a
lだけ打込み、チャネルストッパ用のB打込み層39を
形成した(図(C))。
As in Example 1, a 5iOz film 2 is formed on the surface of the Si substrate 18.
0, silicon nitride fJ! is further formed using the CVD method. X (S i 5N4) 33 to 120 n
m deposited. After that, a resist mask 3 with a film thickness of 6 μm is applied.
4 was formed (Figure (b)). The processed shape of the mask 34 in the well layer forming region (the part surrounded by the broken line 35 in Figure (a)) is square as shown in Figure (a), and the dimensions of the square mask 36 are 2 μrn square. Furthermore, the 5iaNa film was first etched using a dry etching method with the distance between the masks 34 being 1 μm. In this state, set B to 1
.. A B implanted layer 37 with a maximum depth of about 3 μm was formed by ion implantation at 5 MeV and 2×IO”/cmz (Figure C (b)). After that, the resist film 34 was removed, and then B38 was implanted. 4 x IQ”/a at 90keV
A B implantation layer 39 for a channel stopper was formed by implanting a B implantation layer 39 for a channel stopper (FIG. (C)).

そして、N2雰囲気中で1000℃、10分熱処理を行
なったのちに、水蒸気酸素雰囲気中で1000℃2時間
の選択酸化を用いない、膜厚が500nmのフィールド
5iOz膜40.チャネルストッパ層41、および、p
型ウェル層42を形成した(図(d))、この後に、5
iaN4膜33を除去し、MOSトランジスタ作製工程
に進めた。
After heat treatment at 1000° C. for 10 minutes in a N2 atmosphere, a field 5iOz film 40 with a film thickness of 500 nm was formed without selective oxidation at 1000° C. for 2 hours in a steam oxygen atmosphere. Channel stopper layer 41 and p
A mold well layer 42 was formed (Figure (d)), after which 5
The iaN4 film 33 was removed and the process proceeded to the MOS transistor manufacturing process.

本実施例によれば、実施例1で示した効果を持つp型ウ
ェル層と、素子分離領域が同時に形成できるため、工程
の簡素化と同時にデバイス特性の信頼性向上が可能であ
る。また、この方法をCMOSプロセスに用いることに
より、nチャネル領域とPチャネル領域を独立した仕様
で形成できる。また。
According to this embodiment, since the p-type well layer having the effect shown in the first embodiment and the element isolation region can be formed at the same time, it is possible to simplify the process and improve the reliability of device characteristics. Further, by using this method in a CMOS process, the n-channel region and the p-channel region can be formed with independent specifications. Also.

上記選択酸化を用いた素子分離形成の他に、第7図(b
)のB打込み直後にSi基板18を異方性ドライエツチ
ングを用いて溝を形成すれば、溝型素子分離形成も可能
となる。
In addition to forming element isolation using the selective oxidation described above,
) If grooves are formed in the Si substrate 18 by anisotropic dry etching immediately after the B implantation, groove-type element isolation can also be formed.

〔実施例4〕・・・実施例1で示したp型ウェル層の形
成直後に、打込み用マスクを用いて、メモリ素子の溝型
キャパシタ用の溝を形成した例を、第8図の平面図およ
び断面図を用いて説明する。
[Example 4] An example in which a trench for a trench capacitor of a memory element is formed using an implantation mask immediately after the formation of the p-type well layer shown in Example 1 is shown in the plan view of FIG. This will be explained using figures and cross-sectional views.

実施例1と同様に、n型Si基板18の表面5i02膜
20を形成したのち、CVD法により、膜厚が200n
mの5iaN番膜43および膜厚が1μmの5iOz膜
44を堆積した。次いで、膜厚が6μmのホトレジスト
膜45を通常のホトエツチング法により、図(a)のよ
うに、ウェル形成領域(破線46で囲まれた部分)で格
子状に加工した。この時、レジストマスク45のない部
分47の大きさは1μm角とした。また、レジストマス
ク45の幅は2μmとした。
As in Example 1, after forming the 5i02 film 20 on the surface of the n-type Si substrate 18, the film thickness was reduced to 200 nm by the CVD method.
A 5iaN film 43 with a thickness of 1 μm and a 5iOz film 44 with a thickness of 1 μm were deposited. Next, the photoresist film 45 having a film thickness of 6 μm was processed into a lattice shape in the well formation region (the area surrounded by the broken line 46) as shown in Figure (a) by a normal photoetching method. At this time, the size of the portion 47 without the resist mask 45 was set to 1 μm square. Further, the width of the resist mask 45 was set to 2 μm.

次に、S i 012膜44および5iaNa膜43を
ドライエツチング法により加工したのち、Bを3M e
 Vで3 X 101a/cJだけイオン打込みしてB
打込み層48を形成した(図(b))、そして、上記レ
ジストマスク45を除去したのち、ドライエツチング法
により、5iOzll!20およびSi基板18をエツ
チングして、深さ4μmの溝49を形成した(図(C)
)。
Next, after processing the Si012 film 44 and the 5iaNa film 43 by dry etching, B is etched with 3M e.
Ion implantation by 3 x 101a/cJ at V
After forming the implantation layer 48 (FIG. (b)) and removing the resist mask 45, 5iOzll! was formed by dry etching. 20 and the Si substrate 18 to form a groove 49 with a depth of 4 μm (Figure (C)
).

本実施例によれば、実施例1で示した効果を持つp型ウ
ェル層の形成と、溝加工を同一ホト工程で形成できる。
According to this embodiment, the formation of the p-type well layer having the effect shown in the first embodiment and the groove processing can be performed in the same photo process.

〔実施例5]・・・第9図の平面図および断面図は、不
純物導入領域のパターニングされたマスクの一部をMO
Sトランジスタのゲート電極として利用した例を説明す
るものである。
[Example 5] The plan view and cross-sectional view of FIG. 9 show a part of the patterned mask of the impurity introduction region
An example of use as a gate electrode of an S transistor will be explained.

不純物導入領域50のマスクの加工形状は、1μm間隔
で1μm幅のものである(a)、この構造は、p型Si
基板51に膜厚が600nmのフィールド酸化膜52お
よび膜厚が10Ωmのゲート酸化膜53を形成したのち
、リンドープされた多結晶Si膜(膜厚=200nm)
54、膜厚が200nmのSi○2膜55を堆積し、さ
らに、タングステンと酸素の組成比が1:1のタングス
テン酸化膜56を2μm堆積してから1通常のホトエツ
チング工程を用いて上記タングステン酸化膜56,5i
Oz膜55および多結晶Si膜54を加工し、最後に、
プラズマを用いた気相成長法によりシリコン窒化膜57
を50Ωm堆積して実現した(図中(b))。
The processed shape of the mask of the impurity introduction region 50 is 1 μm wide at 1 μm intervals (a). This structure is made of p-type Si
After forming a field oxide film 52 with a thickness of 600 nm and a gate oxide film 53 with a thickness of 10 Ωm on a substrate 51, a phosphorus-doped polycrystalline Si film (thickness = 200 nm) is formed.
54. After depositing a Si○2 film 55 with a film thickness of 200 nm, and further depositing a 2 μm thick tungsten oxide film 56 with a tungsten and oxygen composition ratio of 1:1, 1. Membrane 56, 5i
The Oz film 55 and polycrystalline Si film 54 are processed, and finally,
Silicon nitride film 57 is grown by vapor phase growth using plasma.
This was achieved by depositing 50 Ωm ((b) in the figure).

次に、BをI M a Vで3XIO1B/altだけ
イオン打込みしてB打込み層58を形成した1次いで、
上記シリコン窒化膜57およびタングステン酸化膜56
を除去シタノち、N2中で900℃、10分の熱処理を
行ないp型リトログレードウェル層58を形成した。こ
の後、ヒ素を40keVで5XIQIII/aJだけ打
込みして、N2.中で900℃。
Next, a B implantation layer 58 was formed by ion implanting B by 3XIO1B/alt using IMAV.
The silicon nitride film 57 and the tungsten oxide film 56
After removal, heat treatment was performed at 900° C. for 10 minutes in N2 to form a p-type retrograde well layer 58. After this, arsenic was implanted at 40 keV by 5XIQIII/aJ, and N2. 900℃ inside.

1o分の熱処理を行なうことにより、n中型拡散層59
を形成して、MOSトランジスタを作製した(図中(C
))。
By performing heat treatment for 10 minutes, the n-medium diffusion layer 59
was formed to produce a MOS transistor ((C
)).

本実施例によれば、リトログレードウェル形成と同時に
、MOSトランジスタのゲート電極を加工できたため、
MO8素子作製プロセスを簡略化できた。また1通常、
上記タングステン酸化膜56は汚染物を多く含むが、こ
れをシリコン窒化膜57で覆うことにより、打込み時の
汚染物混入を防止できた。さらに、上記多結晶Si膜5
4をタングステン膜に代えることにより、タングステン
ゲートのMOSトランジスタも実現できた。
According to this example, the gate electrode of the MOS transistor could be processed at the same time as the retrograde well was formed.
The MO8 element manufacturing process was simplified. Also 1 usually,
Although the tungsten oxide film 56 contains many contaminants, by covering it with the silicon nitride film 57, contaminants can be prevented from entering during implantation. Furthermore, the polycrystalline Si film 5
By replacing 4 with a tungsten film, a tungsten gate MOS transistor could also be realized.

〔実施例6〕・・・ バイポーラトランジスタの作製に実施した例を第10図
の平面図および断面図を用いて説明する。
[Example 6] An example of manufacturing a bipolar transistor will be described with reference to the plan view and cross-sectional view of FIG. 10.

p型、10Ω・cs、(100)面方位のsi基板6o
に膜厚が600nmのフィールド酸化膜61および膜厚
が1100nの5iOz膜62を形成した6次に、2フ
ツ化ホウ素(BFz)イオンを15keVで3X101
番/dだけ打込み、N2.中で1000℃、30秒の熱
処理により、p型ベース563を形成した。そして、上
記5iC)z膜62をパターニングしたのち、Asおよ
びBF2を25keVでI X 101IS/cdを打
込み、Nz中で1000℃、30秒の熱処理を行ない、
それぞれn中層64およびp+M65を形成した。ここ
で、上記p型ベース層63内に形成されたn中層および
p中層はそれぞれエミツタ層および外部ベース層として
用いた。また、他のn中層はコレクタ引き出しn中層と
して用いた。
P-type, 10Ω・cs, (100) oriented Si substrate 6o
A field oxide film 61 with a film thickness of 600 nm and a 5iOz film 62 with a film thickness of 1100 nm were formed on the substrate.Next, boron difluoride (BFz) ions were irradiated with 3×101 at 15 keV.
Insert number /d, N2. A p-type base 563 was formed by heat treatment at 1000° C. for 30 seconds. After patterning the 5iC)z film 62, As and BF2 were implanted with IX 101IS/cd at 25keV, and heat treatment was performed at 1000°C for 30 seconds in Nz.
An n-middle layer 64 and a p+M layer 65 were formed, respectively. Here, the n-middle layer and p-middle layer formed in the p-type base layer 63 were used as an emitter layer and an external base layer, respectively. Further, the other n-middle layer was used as a collector-drawn n-middle layer.

次に、同図(a)に示すように、埋込みコレクタ領域6
6にP打込み用のマスクを形成した。このマスクの構成
は、膜厚が300nmのタングステン膜67と膜厚が4
μmのホトレジスト膜であり、また、マスクの幅および
マスク間隔は1μmとした。さらに、マスクの加工形状
はバイポーラトランジスタのエミッタ、ベース、コレク
タの引き出し電極の加工形状とした。このマスクを用い
て、Pを3 M e Vで5 x 1014/dだけイ
オン打込みし、レジスト膜68を除去したのちN2中で
1000℃、10秒の熱処理を行ない、n型埋込みコレ
クタ層69を形成した。
Next, as shown in FIG.
6, a mask for P implantation was formed. This mask consists of a tungsten film 67 with a thickness of 300 nm and a tungsten film 67 with a thickness of 4 nm.
The photoresist film was 1 μm thick, and the mask width and mask interval were 1 μm. Furthermore, the shape of the mask was the shape of the extraction electrodes of the emitter, base, and collector of a bipolar transistor. Using this mask, P is ion-implanted at 3 M e V by 5 x 1014/d, and after removing the resist film 68, heat treatment is performed in N2 at 1000°C for 10 seconds to form an n-type buried collector layer 69. Formed.

以上の工程により、バイポーラトランジスタを作製した
Through the above steps, a bipolar transistor was manufactured.

本実施例によれば、埋込みコレクタ層69をイオン打込
みを用いて形成できるので、従来のエピタキシャル基板
を用いたトランジスタ作製に比べて、工程が簡便である
他に、安価な作製プロセスを提供できる。さらに、種々
のコレクタ濃度を持つバイポーラトランジスタを、マス
クの加工形状により制御して形成できるので、トランジ
スタ作製の自由度が向上する。
According to this embodiment, since the buried collector layer 69 can be formed using ion implantation, it is possible to provide a manufacturing process that is not only simpler but also cheaper than manufacturing a transistor using a conventional epitaxial substrate. Furthermore, since bipolar transistors having various collector concentrations can be formed by controlling the processing shape of the mask, the degree of freedom in transistor manufacturing is improved.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、1回のイオン打込みで表面濃度を制御
したりトログレード型の不純物導入層を形成できるので
、不純物導入層の形成時間を大幅に(1/2から1/1
0程度まで)短縮できると共に、上記不純物導入層に形
成したデバイス特性を向上し、さらに、浅い低抵抗の不
純物導入層が形成できるため半導体素子の微細化に効果
がある。
According to the present invention, the surface concentration can be controlled and a trograde type impurity introduced layer can be formed with a single ion implantation, so the formation time of the impurity introduced layer can be significantly reduced (from 1/2 to 1/1
In addition to improving the characteristics of the device formed in the impurity-introduced layer, a shallow, low-resistance impurity-introduced layer can be formed, which is effective in miniaturizing semiconductor elements.

また、上記不純物導入領域でのマスクの加工寸法および
イオン打込み角度を任意に選ぶことにより、基板表面附
近の均一な部分での濃度を任意に選ぶことができるので
、同一基板上で種々の表面濃度の不純物導入層が形成で
き、プロセスの簡素化およびデバイス設計の自由度向上
に効果がある。
In addition, by arbitrarily selecting the processing dimensions of the mask and the ion implantation angle in the impurity introduction region, it is possible to arbitrarily select the concentration in the uniform area near the substrate surface, so various surface concentrations can be obtained on the same substrate. This method is effective in simplifying the process and increasing the degree of freedom in device design.

しかも本発明によると、打込み用マスクの材質を選ぶ、
さらに、マスクの加工形状を電極や配線の加工形状に一
致させろことにより、打込み後の電極や配線の作製工程
を省略できるため、プロセスの簡素化が可能である。
Moreover, according to the present invention, selecting the material of the implantation mask,
Furthermore, by matching the processed shape of the mask to the processed shape of the electrodes and wiring, it is possible to omit the step of manufacturing the electrodes and wiring after implantation, thereby simplifying the process.

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

第1図および第2図は本発明の原理説明のための断面図
、第3図および第4図は本発明で得られる不純物濃度分
布を示す断面図、第5図はp型リトログレードウェル形
成に本発明を実施した時の素子形成部の平面図、断面図
および不純物濃度分布図、第6図はp型リトログレード
ウェル周辺にn型シールド層を形成した実施例の素子形
成部の断面図および不純物濃度分布図、第7図はりトロ
グレードウェル形成マスクを選択酸化マスクに実施した
時の素子形成部の平面図および断面図、第8図はりトロ
グレートウェル形成マスクを溝加工用マスクに実施した
時の素子形成部の平面図および断面図、第9図はりトロ
グレードウェル形成マスクをゲート電極加工マスクに実
施した時の素子形成部の平面図および断面図、第10図
はn型埋込みコレクタ形成マスクをバイポーラトランジ
スタの電極、配線の加工マスクに実施した時の素子形成
部の平面図および断面図である。 1・・・半導体基板、2,22,35,46,50゜6
0・・・不純物導入領域、3.21・・・パターニング
されたマスク、4,8,10,13.14・・・不純物
イオン、9,11,12,13,15,16゜17.1
8・・・不純物導入層、19,29,42゜48.58
・・・p型不純物導入層、30.69・・・n型不純物
導入層。 冨1図 舅 2 図 冨 図 第 区 第 〆 図 S、1(伊1艷面が5のシ了ゴ(P俟2不 図 si&4タレ*面jy5o刀野1(メ4づグし]第 図 冨 図 第 図
Figures 1 and 2 are cross-sectional views for explaining the principle of the present invention, Figures 3 and 4 are cross-sectional views showing the impurity concentration distribution obtained by the present invention, and Figure 5 is a p-type retrograde well formation. FIG. 6 is a plan view, a cross-sectional view, and an impurity concentration distribution diagram of the element forming part when the present invention is implemented, and FIG. 6 is a cross-sectional view of the element forming part in an example in which an n-type shield layer is formed around the p-type retrograde well. and impurity concentration distribution diagram, Fig. 7 Plan view and cross-sectional view of the element forming part when the beam trograde well formation mask is used as a selective oxidation mask, Fig. 8 Beam trograde well formation mask is used as a groove processing mask Fig. 9 is a plan view and a sectional view of the element forming part when the trograde well formation mask is used as a gate electrode processing mask, Fig. 10 is a plan view and a sectional view of the element forming part when the trograde well formation mask is used as a gate electrode processing mask, and Fig. 10 is an n-type buried collector. FIG. 7 is a plan view and a cross-sectional view of an element forming portion when a forming mask is used as a processing mask for electrodes and wiring of a bipolar transistor. 1... Semiconductor substrate, 2, 22, 35, 46, 50°6
0... Impurity introduction region, 3.21... Patterned mask, 4, 8, 10, 13.14... Impurity ion, 9, 11, 12, 13, 15, 16° 17.1
8... Impurity introduced layer, 19, 29, 42° 48.58
... p-type impurity introduced layer, 30.69... n-type impurity introduced layer. Tomi 1 drawing 舅 2 drawing Tomizu 1st section 〆fig. Tomizu Diagram

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、半導体基板内にイオン打込み法を用いて不純物導入
層を形成する際、上記不純物導入領域を除く部分に上記
打込みを阻止するマスク材により第1のマスク領域を設
け、上記不純物導入領域には上記マスク材をパターニン
グした第2のマスク領域を設けることを特徴としたイオ
ン打込み方法。 2、上記特許請求の範囲第1項記載の方法において、上
記第2のマスク領域でのマスク幅およびマスク間隔を、
上記イオン打込みにおける上記マスク内での標準飛程の
1/4倍から4倍の範囲とすることを特徴とするイオン
打込み方法。 3、上記特許請求の範囲第1項記載の方法において、イ
オン打込みの打込み角度は、半導体基板表面に対して6
0度以上にすることを特徴とするイオン打込み方法。 4、上記特許請求の範囲第1項記載の方法において、マ
スク材の材質は、有機レジスト、高融点金属、高融点金
属の化合物、シリコンおよびシリコン化合物のいずれか
、または、これら組み合せたものにすることを特徴とす
るイオン打込み方法。 5、上記特許請求の範囲第1項記載の方法において、第
2のマスク領域のパターニング形状を、半導体素子の電
極または配線等の加工形状とすることを特徴とするイオ
ン打込み方法。
[Scope of Claims] 1. When forming an impurity-introduced layer in a semiconductor substrate using an ion implantation method, a first mask region is provided in a portion other than the impurity-introduced region using a mask material that blocks the implantation, An ion implantation method characterized in that a second mask region formed by patterning the mask material is provided in the impurity introduction region. 2. In the method according to claim 1, the mask width and mask interval in the second mask area are
An ion implantation method characterized in that the ion implantation range is from 1/4 to 4 times the standard range within the mask in the ion implantation. 3. In the method described in claim 1 above, the implantation angle of the ion implantation is 6° with respect to the surface of the semiconductor substrate.
An ion implantation method characterized by increasing the temperature to 0 degrees or higher. 4. In the method described in claim 1 above, the material of the mask material is any one of an organic resist, a high melting point metal, a compound of a high melting point metal, silicon and a silicon compound, or a combination thereof. An ion implantation method characterized by the following. 5. The ion implantation method according to claim 1, wherein the patterning shape of the second mask region is a processed shape of an electrode or wiring of a semiconductor element.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004009521A1 (en) * 2004-02-27 2005-09-15 Austriamicrosystems Ag High-voltage PMOS transistor

Cited By (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004009521A1 (en) * 2004-02-27 2005-09-15 Austriamicrosystems Ag High-voltage PMOS transistor
US7663203B2 (en) 2004-02-27 2010-02-16 Austriamicrosystems Ag High-voltage PMOS transistor
DE102004009521B4 (en) * 2004-02-27 2020-06-10 Austriamicrosystems Ag High-voltage PMOS transistor, mask for manufacturing a tub and method for manufacturing a high-voltage PMOS transistor

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