JPH07120702B2 - A method of manufacturing a semiconductor device - Google Patents

A method of manufacturing a semiconductor device

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JPH07120702B2
JPH07120702B2 JP13655686A JP13655686A JPH07120702B2 JP H07120702 B2 JPH07120702 B2 JP H07120702B2 JP 13655686 A JP13655686 A JP 13655686A JP 13655686 A JP13655686 A JP 13655686A JP H07120702 B2 JPH07120702 B2 JP H07120702B2
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正文 久保田
文二 水野
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松下電器産業株式会社
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はイオン注入により半導体装置の製造方法に関するものであり、特にシリコン層と組成比の正しい絶縁物層が急峻な界面で接するSOI(Silicon on Insulator) DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is related to a method of manufacturing a semiconductor device by ion implantation, SOI (Silicon on Insulator particular contact in the correct insulator layer is steep interface between the silicon layer and the composition ratio )
基板からなる半導体装置の製造方法に関する。 The method of manufacturing a semiconductor device comprising a substrate.

従来の技術 例えば、酸素イオンを注入してSOI構造を作り、この構造に半導体素子を作り込むSIMOX技術(Separation bu I Description of the Related Art For example, making an SOI structure by implanting oxygen ions, SIMOX technique (Separation bu I to fabricate the semiconductor device in this structure
Mplanted OX−ygev)の場合について第3図を用いて説明する。 It will be described with reference to FIG. 3 for the case of Mplanted OX-ygev). 第3図(a)の様にシリコン単結晶2の(10 Figure 3 of the silicon single crystal 2 as the (a) (10
0)面20aに、 16 O + 21を80KeVの加速エネルギーで、1×1 0) plane 20a, the 16 O + 21 at an acceleration energy of 80 KeV, 1 × 1
0 18 ious/cm 2注入し、窒素雰囲気中1150℃でアニールを行って絶縁物層21を形成した後、第3図(b)の様に1 0 18 ious / cm 2 injected, after forming the insulating layer 21 annealed at 1150 ° C. in a nitrogen atmosphere, 1 as of FIG. 3 (b)
μm程度のエピタキシャル層22を積み、この層22に第3 Masonry μm approximately epitaxial layer 22, the third to the layer 22
図(c)の様に所定の半導体素子23を形成している。 Forming a predetermined semiconductor element 23 as in FIG. (C). 24 twenty four
は周辺絶縁物領域、25はゲート電極、26,27はソース, The peripheral insulator region, 25 denotes a gate electrode, a source 26, 27,
ドレイン電極、28はゲート絶縁膜である。 Drain electrode, 28 denotes a gate insulating film.

この様な方法で形成されたSOI構造基板は表面エピタキシャル層を除くと、第3図(d)の様に表面側から、基板の一部からなるシリコン単結晶層20、照射損傷を受け酸素を不純物として多量に含む層29、組成比の正しいSi When SOI structure substrate formed in such a way excluding the surface epitaxial layer from the surface side as in FIG. 3 (d), a silicon single crystal layer 20 composed of a portion of the substrate, the oxygen irradiated damage layer 29 containing a large amount as an impurity, the correct Si composition ratio
O 2層21となる。 The O 2 layer 21.

発明が解決しようとする問題点 従来の方法ではイオン注入に際して生じる照射損傷の為、表面シリコン層20とSiO 2層21との間に第3図のごとく広く損傷層29が残る。 Invention for radiation damage caused during the ion implantation is trying to problems conventional method resolution, wide damaged layer 29 as in the Figure 3 between the surface silicon layer 20 and the SiO 2 layer 21 remains. この層29がSi−SiO 2界面の急峻性を低下させ、又、表面シリコン層に半導体素子を形成した場合リーク電流の経路となる。 This layer 29 reduces the steepness of the Si-SiO 2 interface, also in the case of forming a semiconductor element on a surface silicon layer a path for leakage current. 其の為に現状の装置では第3図のごとく表面シリコン層上にエピタキシャル層22を積み、この層22に素子を形成している。 Therefore the apparatus of the current situation in Masonry epitaxial layer 22 to a third view of as surface silicon layer to form a device on the layer 22. この場合半導体素子の不純物拡散層たとえば26,27はSi−SiO 2界面に達しておらず、SOI構造の寄生容量が小さいという特徴が生かされず、又エピタキシャル層22を積む為、高価にもなる。 Impurity diffusion layer for example 26 and 27 in this case semiconductor element has not reached the Si-SiO 2 interface, is not alive, characterized in that the parasitic capacitance of the SOI structure is small, and since the gain epitaxial layer 22, also becomes expensive.

問題点を解決するための手段 本発明はSOI基板作製時に用いるイオンの飛程より深くシリコンイオンもしくは希ガスイオンを注入して、照射損傷層を形成し、同一基板にイオン注入により絶縁物層を形成して、この絶縁物層上のシリコン基板の一部に半導体素子を作り込む構造を得る方法である。 Means the present invention for solving the problem is by implanting deep silicon ions or rare gas ions from the projected range of ions to be used when an SOI substrate produced by forming a radiation damage layer, an insulator layer by ion implantation on the same substrate formed to a part of the silicon substrate on the insulator layer is a method of obtaining a structure fabricated a semiconductor device.

作用 イオン注入によって生じた点欠陥はアニールによってSO Point defects caused by the action ion implantation SO by annealing
I構造の絶縁物層の両側に2次欠陥として残るが、別のイオン注入による損傷層にSOI作製時の2次欠陥を捕獲させる事により、表面シリコン層と絶縁物層間の損傷を軽減し、急峻な界面を得る。 It remains as secondary defects on both sides of the insulator layer of the I structure, by which capturing secondary defects in the SOI manufacturing during the damaged layer by another ion implantation, to reduce damage of the surface silicon layer and the insulator layers, obtain a steep interface.

実 施 例 以下に、シリコン基板(100)面にシリコンイオンと酸素イオンを注入した本発明の一実施例について第1図を用いて説明する。 The following implementation example will be described with reference to Figure 1 for one embodiment of the present invention injected with silicon ions and oxygen ions in a silicon substrate (100) plane. 第1図(a)の様にシリコン基板1の(100)表面1aにシリコンイオン2を加速エネルギー200 Figure 1 acceleration energy 200 silicon ions 2 to the silicon substrate 1 (100) surface 1a as in (a)
KeVで1×10 16 cm -2程度注入して照射損傷層3を形成しておく。 Previously forming a radiation damage layer 3 by implanting about 1 × 10 16 cm -2 at KeV. 層3上の基板1の一部は表面シリコン単結晶層 Layer surface silicon single crystal layer is a part of the substrate 1 on 3
1Aとなる。 The 1A. 次に、第1図(b)に示すごとくこれによって生じる照射損傷層3より浅く飛程を設定して酸素イオン4を加速エネルギー100〜120KeVで1×10 18 cm -2程度注入して絶縁物層5を形成する。 Next, FIG. 1 (b) to the 1 × 10 18 cm -2 order of injection to the insulator at an acceleration energy 100~120KeV carry enough oxygen ions 4 to set the shallower than radiation damage layer 3 caused as shown to form a layer 5. その後窒素もしくはアルゴン雰囲気中1000〜1200℃で1〜10時間程度アニールして、酸素イオン注入に伴う欠陥をシリコンオイルによる損傷層3に捕獲させる。 Then nitrogen or by annealing of about 1 to 10 hours at 1000 to 1200 ° C. in an argon atmosphere to capture the defects caused by the oxygen ion implantation damage layer 3 of silicon oil. この方法で作製したSOI基板は第1図(b)のように表面シリコン層1Aと絶縁物層5 Insulator layer and the surface silicon layer 1A as SOI substrate is first diagram produced by this method (b) 5
との界面の損傷を含む欠陥6が少なく、皆面が急峻となる。 Fewer defects 6 including the damage of the interface between, all surface is steep.

シリコン基板面を(111)面にしても、イオンビームとしてのシリコンの代わりに希ガスイオンを用い、酸素の代わりに酸素分子、窒素,窒素分子イオンを用いても同様の結果が得られる事は言うまでもない。 Even if the silicon substrate surface (111) plane, using a rare gas ions instead of silicon as an ion beam, that oxygen molecules instead of oxygen, nitrogen, nitrogen molecular ions similar results using is obtained needless to say. この様にして In this way
SOI構造を作製した後、表面の結晶シリコン層1Aに所定のMOSトランジスタ等の半導体素子23を形成しSOI構造の集積回路構造を形成する。 After producing an SOI structure, the crystalline silicon layer 1A of the surface to form a semiconductor element 23 such as a predetermined MOS transistor forming an integrated circuit structure of SOI structure. 24は、素子23の周囲に形成されたSiO 2等の絶縁膜である。 24 is an insulating film of SiO 2 or the like formed around the element 23.

以下に、シリコン基板(100)面に窒素イオンと酸素イオンを注入した本発明の他の実施例について第2図を用いて説明する。 It will be described below with reference to FIG. 2 for another embodiment of the present invention injected with nitrogen ions and oxygen ions in a silicon substrate (100) plane. 先ず第2図(a)の様にシリコン基板1 First Figure 2 a silicon substrate 1 as in (a)
の(100)表面1Aに窒素イオン11を200KeV程度で、ドーズ2×10 17 〜2×10 18 cm -2注入して窒化物層12を形成し、窒素もしくはアルゴン雰囲気中1000−1200℃でアニールする。 (100) on the surface 1A of the nitrogen ions 11 at about 200 KeV, dose 2 × 10 17 ~2 × 10 18 cm -2 implanted to form a nitride layer 12, annealing at 1000-1200 ° C. in a nitrogen or argon atmosphere to. 次いで第2図(b)の様に酸素イオン4を14 Then oxygen ions 4 as in FIG. 2 (b) 14
0〜180KeVでドーズ1〜3×10 18 cm 2注入して、窒素もしくはアルゴン雰囲気中1000−1200℃でアニールして酸化物層13を形成する。 Dose 1 to 3 × 10 18 to cm 2 implanted at 0~180KeV, annealed at 1000-1200 ° C. in a nitrogen or argon atmosphere to form an oxide layer 13.

以上のプロセスにより先ずSi 3 N 4層12を作製する事によって、この層12がシリコン単結晶層中に大きなストレスを誘起する。 By initially producing the Si 3 N 4 layer 12 by the above process, the layer 12 induces a great stress in the silicon single crystal layer. このストレス層12に酸素イオン注入に伴う欠陥さらには不要注入不純物を捕獲させる。 The stress layer 12 further defects caused by the oxygen ion implantation is captured unnecessary implanted impurities. この方法で作製したSOI基板は表面シリコン層と酸化膜層13との界面の欠陥が少なく、界面が急峻となる。 SOI substrate defect at the interface is small between the surface silicon layer and the oxide layer 13 produced in this way, the interface is steep.

シリコン基板面を(111)面にしても、イオンビームとして、酸素イオンの代わりに酸素分子イオン、窒素イオンの代わりに窒素分子イオンを用いても同様の結果が得られる事は言うまでもない。 Even if the silicon substrate surface (111) plane, as an ion beam, instead of oxygen molecular ion of oxygen ions, is it is needless to say that similar results even with nitrogen molecular ions instead of nitrogen ions. この様にしてSOI構造を作製した後、第1図(c)に示す結晶シリコン層に所定の半導体素子23を形成する。 After producing the SOI structure in this manner, to form a predetermined semiconductor element 23 to the crystal silicon layer shown in FIG. 1 (c).

発明の効果 以上の様に本発明によれば、絶縁物層を形成する為のイオン注入による照射損傷とさらには不要の注入不純物とを、他のイオン注入による損傷層もしくは化合物膜によるストレス層を用いて捕獲させる事により、表面シリコン層と絶縁物層との界面は急峻かつ低欠陥となる。 According to the present invention as described above the effect of the invention and the implanted impurities unnecessary and further radiation damage due to ion implantation for forming the insulator layer, the stress layer due to damage layer or a compound film according to another ion implantation by captured using the interface between the surface silicon layer and the insulator layer becomes steep and low defect. 従って、表面シリコン層に半導体素子を作り込む場合、不純物拡散層の深さを界面まで下げる事が可能と成り、SOI Therefore, when fabricated a semiconductor element on a surface silicon layer, it is possible to reduce the depth of the impurity diffusion layer to the interface, SOI
本来の構成を採用する事が出来、高性能なSOI型の半導体装置作成に寄与するものである。 It is possible to adopt the original configuration, which contributes to creating high-performance SOI type of semiconductor device.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

第1図は本発明の一実施例に於けるシリコン(100)基板面にシリコンイオンを注入し、次に酸素イオンを注入して基板内部に絶縁物層を作製する方法を示す工程断面図、第2図は本発明の他の実施例に於けるシリコン(10 One embodiment the silicon ions are implanted into at silicon (100) substrate surface, then process sectional views showing a method by implanting oxygen ions to prepare an insulator layer within the substrate of Figure 1 according to the present invention, in silicon to another embodiment of FIG. 2 the present invention (10
0)基板面に窒素イオンを注入し窒化物層を作製し、次いで、酸素イオンを注入して酸化物層を作製する方法を示す工程断面図、第3図は従来例を説明するための工程断面図である。 0) The nitrogen ions to produce injected nitride layer on the substrate surface, then, cross-sectional views showing a method by implanting oxygen ions forming the oxide layer, Figure 3 is a process for illustrating a conventional example it is a cross-sectional view. 1……シリコン基板、1A……表面シリコン単結晶層、2 1 ...... silicon substrate, 1A ...... surface silicon single crystal layer, 2
……シリコンイオンビーム、4……酸素イオンビーム、 ...... silicon ion beam, 4 ...... oxygen ion beam,
3……照射損傷層、5,13……絶縁物層、11……窒素イオンビーム、12……窒化物層。 3 ...... radiation damage layer, 5,13 ...... insulator layer, 11 ...... nitrogen ion beam, 12 ...... nitride layer.

Claims (2)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】シリコン単結晶基板中に複数回のイオン注入を行って前記基板中に絶縁物層を形成し、前記絶縁物層上のシリコン層に半導体素子を形成する半導体装置の製造方法であって、シリコンイオンまたは希ガスイオンを注入する第1の工程と、前記第1の工程の後に前記第1の工程で注入されるイオンの飛程より浅く酸素原子を含むイオンまたは窒素原子を含むイオンを注入する第2 In 1. A method for producing a silicon single crystal substrate by performing a plurality of times of ion implantation to form an insulator layer in the substrate, a semiconductor device for forming a semiconductor element on a silicon layer on said insulator layer there, it includes a first step of implanting silicon ions or rare gas ions, ions or nitrogen atom containing the first of said first injected in step shallower oxygen atoms than projected range of ions after the step second implanting ions
    の工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device characterized by having a step.
  2. 【請求項2】シリコン単結晶基板中に複数回のイオン注入を行って前記基板中に絶縁物層を形成し、前記絶縁物層上のシリコン層に半導体素子を形成する半導体装置の製造方法であって、酸素原子を含むイオンまたは窒素原子を含むイオンを注入する第1の工程と、前記第1の工程の後に前記第1の工程で注入されるイオンの飛程より深くシリコンイオンまたは希ガスイオンを注入する第2 In 2. A method for producing a silicon single crystal substrate by performing a plurality of times of ion implantation to form an insulator layer in the substrate, a semiconductor device for forming a semiconductor element on a silicon layer on said insulator layer there, the first step and the first deep silicon ions or rare gas than fly extent of the first step in the implanted ions after the step of implanting ions containing ions or nitrogen atoms containing an oxygen atom second implanting ions
    の工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device characterized by having a step.
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