JPH1131664A - Method for manufacture and evaluation of semiconductor device - Google Patents

Method for manufacture and evaluation of semiconductor device

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JPH1131664A
JPH1131664A JP18555397A JP18555397A JPH1131664A JP H1131664 A JPH1131664 A JP H1131664A JP 18555397 A JP18555397 A JP 18555397A JP 18555397 A JP18555397 A JP 18555397A JP H1131664 A JPH1131664 A JP H1131664A
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JP
Japan
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type
semiconductor device
oxide film
diffusion layer
silicon substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP18555397A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Nagami
旭 永見
Manabu Fujito
学 藤戸
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method, in which a semiconductor device having a few defects can be manufactured and to provide an evaluation method for a semiconductor device, in which the manufacturing process, the measuring circuit and the measuring procedure of a device to be evaluated are simple. SOLUTION: First, an oxide film 12 is formed on a silicon substrate 11. Then, N-type impurities (phosphorus, arsenic or the like) and P-type impurities (boron, BF2 or the like) are ion-implanted in such a way that the concentration of the P-type impurities becomes about two to five times the concentration of the N-type impurities. Then, a thermal diffusion operation at 1150 deg.C and for about 10 hours takes place in a nitrogen atmosphere, and a P-type well 13 is formed. After that, the P-type well is heated at 1000 deg.C and for about two to four hours in a wet atmosphere, and a thermal oxide film 14 is formed on the surface. Then, due to the difference in segregation coefficients, the P-type impurities are absorbed into the thermal oxide film 14, and the N-type impurities are segregated on the surface of the silicon substrate 11. Through such a phenomenon, an N-type diffused layer 15 is formed on the surface of the silicon substrate 11.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、浅いPN接合を有
する半導体装置の製造方法、及びこの評価方法に関す
る。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a shallow PN junction and a method for evaluating the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSIの微細化に伴い、より浅い拡散層
によるPN接合の形成が必要とされており、これを実現
する従来技術としてRTA(apid hermal nnea
ling)技術を用いた製造方法がある。この技術について
図7を参照しながら以下に説明する。
With miniaturization of Related Art LSI, there is a need for the formation of the PN junction by a shallower diffusion layers, RTA (R apid T hermal A nnea as prior art to achieve this
ling) technology. This technique will be described below with reference to FIG.

【0003】先ず図7(a) に示す如くシリコン基板41上
に 500Å程度の酸化膜42を形成し、P型不純物として例
えばホウ素をイオン注入する。次に図7(b) に示す如く
このP型不純物を熱拡散することにより、Pウェル43を
形成した後、熱酸化によってフィールド酸化膜44を形成
する(図7(c) )。そして図7(d) に示す如くフォトリ
ソグラフィ技術及びエッチングによってフィールド酸化
膜44を部分的に取り除き、さらに200 Å程度の酸化膜46
を形成する。そして図7(e) に示す如くエッチングによ
って形成された凹部に、N型不純物であるヒ素をイオン
注入し、最後にランプアニール炉で約1000℃で数秒間の
アニールを行う (最新版超LSI プロセスデータハンドブ
ック、pp.251〜256)。これによりイオン注入されたヒ素
が活性化されて、図7(f) に示す如き浅い(約0.2μm
)N型拡散層45がPウェル43表面近傍に形成され、接
合深さが浅いPN接合が得られる。
First, as shown in FIG. 7A, an oxide film 42 of about 500.degree. Is formed on a silicon substrate 41, and for example, boron is ion-implanted as a P-type impurity. Next, as shown in FIG. 7B, the P-type impurity is thermally diffused to form a P well 43, and then a field oxide film 44 is formed by thermal oxidation (FIG. 7C). The field oxide film 44 is partially removed by photolithography and etching as shown in FIG.
To form Then, arsenic, which is an N-type impurity, is ion-implanted into the concave portion formed by the etching as shown in FIG. 7E, and finally, annealing is performed at about 1000 ° C. for several seconds in a lamp annealing furnace. Data Handbook, pp. 251-256). As a result, the ion-implanted arsenic is activated and becomes shallow (about 0.2 μm) as shown in FIG.
3.) An N-type diffusion layer 45 is formed near the surface of the P well 43, and a PN junction having a shallow junction depth is obtained.

【0004】図8は深さ方向におけるキャリア濃度分布
を示すグラフである。キャリア濃度は、N型拡散層45の
表面で最も高く、PN接合界面に向けて急峻に低くなっ
ている。そしてPウェル43表面では急峻に高くなってお
り、極大値を経て深部に向けて徐々に低くなっている。
FIG. 8 is a graph showing a carrier concentration distribution in a depth direction. The carrier concentration is highest on the surface of the N-type diffusion layer 45 and sharply decreases toward the PN junction interface. Then, on the surface of the P well 43, the height is sharply increased, and gradually decreases toward the deep portion after passing through the maximum value.

【0005】このようなPN接合を有するシリコンウエ
ハの品質評価についても年々厳しくなっており、LS
I、特にDRAM−LSIの大容量化、微細化に伴って
より高精度、高感度が求められている。この評価には、
シリコンバルク内部に存在する結晶欠陥により発生する
電流成分と、シリコン−酸化膜界面準位による発生電流
成分とを分離する必要があり、図9に示す如きゲートコ
ントロールドダイオードを用いた評価方法が従来から実
施されている。
The quality evaluation of silicon wafers having such a PN junction is becoming stricter year by year.
With the increase in capacity and miniaturization of DRAMs, especially DRAM-LSIs, higher precision and higher sensitivity are required. For this assessment,
It is necessary to separate the current component generated by crystal defects existing inside the silicon bulk from the current component generated by the silicon-oxide film interface state, and an evaluation method using a gate controlled diode as shown in FIG. Has been implemented since.

【0006】この方法では、ゲートコントロールドダイ
オードのN+ 拡散層51とP型ウェル52との間に数Vの一
定の逆バイアス電圧を印加し、ゲート53に正のバイアス
電圧を0Vから掃引して印加する。このときのゲート電
圧の変化に対するリーク電流の変化を図10に示す。ゲー
ト電圧がある値X1 以上になると、ゲート53直下のシリ
コン基板56表面は空乏化し、シリコン−酸化膜界面準位
により発生する電流分57だけリーク電流が増加し、さら
にゲート電圧を高くするとある電圧値X2 でシリコン基
板56表面はN型に反転する(55)。これによりリーク電
流は減少し、シリコンバルク内部に存在する結晶欠陥に
より発生する電流分58のみになる。
In this method, a constant reverse bias voltage of several V is applied between the N + diffusion layer 51 of the gate controlled diode and the P-type well 52, and the positive bias voltage is swept from 0V to the gate 53. To apply. FIG. 10 shows a change in leakage current with respect to a change in gate voltage at this time. There is only current component 57 generated by the oxide film interface state leak current increases, further increasing the gate voltage - if a value X 1 or where there is a gate voltage, the silicon substrate 56 surface immediately under the gate 53 is depleted, silicon silicon substrate 56 surface by a voltage value X 2 is inverted to N type (55). As a result, the leak current is reduced, and only the current 58 generated by the crystal defect existing inside the silicon bulk is obtained.

【0007】さらにゲート電圧を、N+ 拡散層51の電圧
より高い値に維持し反転層55を形成した状態で、N+
散層51の電圧(逆バイアス電圧)を大きくした(図11)
場合、空乏層54はシリコン基板56の深部に向かって拡が
って、基板バルク中の欠陥を取り込むため、図11に示す
如くリーク電流は増加する。
Further, while the gate voltage is maintained at a higher value than the voltage of the N + diffusion layer 51 and the inversion layer 55 is formed, the voltage (reverse bias voltage) of the N + diffusion layer 51 is increased (FIG. 11).
In this case, the depletion layer 54 extends toward the deep portion of the silicon substrate 56 and takes in defects in the substrate bulk, so that the leakage current increases as shown in FIG.

【0008】この評価方法では、リーク電流の変化をモ
ニタすることにより、シリコンバルク内部に存在する結
晶欠陥による発生電流成分と、シリコン−酸化膜界面準
位による発生電流成分とを分離して評価する(半導体デ
バイスの基礎、pp.332〜339)。
In this evaluation method, a change in leakage current is monitored to separate and evaluate a current component generated by a crystal defect existing inside a silicon bulk and a current component generated by a silicon-oxide interface level. (Basics of semiconductor devices, pp.332-339).

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】RTA技術でPN接合
を形成した場合、アニール時間が短いために、イオン注
入時に導入された結晶欠陥が充分に回復しない。また急
速加熱、急速冷却を行っているので、熱応力によってウ
エハが反り、PN接合に電流リークが生じるという問題
がある。
When a PN junction is formed by the RTA technique, the crystal defects introduced during ion implantation cannot be sufficiently recovered due to a short annealing time. Further, since rapid heating and rapid cooling are performed, there is a problem that the wafer is warped by thermal stress and current leakage occurs at the PN junction.

【0010】またゲートコントロールドダイオードを用
いた従来の評価方法では、ゲート電極を形成する必要が
あるため、評価デバイスの作製工程が多いという欠点を
有する。また測定回路及び測定手順が繁雑であるという
問題もある。
In addition, the conventional evaluation method using a gate controlled diode has a disadvantage that the number of steps for manufacturing an evaluation device is large because a gate electrode needs to be formed. There is also a problem that the measurement circuit and the measurement procedure are complicated.

【0011】本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたも
のであり、両導電型の不純物を導入し、一方を吸い出し
て拡散層を形成することにより、従来より浅いPN接合
を容易に作成することができ、欠陥が少ない半導体装置
を製造することが可能な方法を提供することを目的とす
る。また空乏層の拡散によるリーク電流の変化を利用す
ることにより、ゲート電極を必要とせず、測定回路及び
測定手順が簡単な半導体装置の評価方法を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and a PN junction shallower than the conventional one can be easily formed by introducing impurities of both conductivity types and sucking out one to form a diffusion layer. It is an object of the present invention to provide a method capable of manufacturing a semiconductor device having few defects. It is another object of the present invention to provide a method for evaluating a semiconductor device which does not require a gate electrode and uses a simple measurement circuit and a simple measurement procedure by utilizing a change in leakage current due to diffusion of a depletion layer.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の半導体装
置の製造方法は、半導体基板の表面近傍にPN接合を有
する半導体装置を製造する方法において、前記半導体基
板の表面に、P型不純物及びN型不純物を実質的同一深
さに導入し、熱拡散により一導電型のウェル層を形成
し、その後、この表面を熱酸化し、このときの不純物の
偏析係数の差によって他導電型の不純物を前記ウェル層
の表面に偏析させることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device having a PN junction near a surface of a semiconductor substrate. An N-type impurity is introduced at substantially the same depth, a well layer of one conductivity type is formed by thermal diffusion, and then the surface is thermally oxidized. Is segregated on the surface of the well layer.

【0013】導入された両導電型の不純物濃度は、表面
からの厚みが略同じになるように設定される必要があ
る。導入不純物を熱処理することにより、所望する拡散
層の導電型の不純物を偏析係数の違いによって基板表面
に偏析させ、逆導電型の不純物を吸い出すことにより、
拡散層を形成する。拡散層は不純物の基板表面における
偏析によって形成されるので、厚みが薄い拡散層を容易
に形成することができる。
It is necessary to set the impurity concentration of the introduced two conductivity types so that the thickness from the surface is substantially the same. By subjecting the introduced impurities to heat treatment, the impurities of the conductivity type of the desired diffusion layer are segregated on the substrate surface by the difference in the segregation coefficient, and the impurities of the opposite conductivity type are sucked out.
A diffusion layer is formed. Since the diffusion layer is formed by segregation of impurities on the substrate surface, a diffusion layer having a small thickness can be easily formed.

【0014】また従来のように一導電型のウェル層に他
導電型の不純物を導入することにより拡散層を形成する
のではなく、両導電型の不純物が存在する層から一方を
吸い出すので導入する不純物濃度は従来より低くてよ
く、得られる拡散層の不純物濃度も従来より低い。さら
に従来方法における、拡散層を形成するためのイオン注
入工程及び短時間加熱工程を省略することができるの
で、欠陥が少なくリーク電流が少ない半導体装置を得る
ことができる。また工程数も削減される。
Further, instead of forming a diffusion layer by introducing impurities of another conductivity type into a well layer of one conductivity type as in the prior art, one is extracted from a layer in which impurities of both conductivity types are present, so that it is introduced. The impurity concentration may be lower than before, and the impurity concentration of the obtained diffusion layer is also lower than before. Furthermore, since the ion implantation step and the short-time heating step for forming the diffusion layer in the conventional method can be omitted, a semiconductor device with few defects and little leak current can be obtained. Also, the number of steps is reduced.

【0015】請求項2記載の半導体装置の製造方法は、
請求項1記載の方法において、前記半導体基板がシリコ
ン基板であり、前記ウェル層がP型ウェル層であり、前
記シリコン基板の表面に導入する前記P型不純物の濃度
は、前記N型不純物の濃度の2〜5倍とすることを特徴
とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device.
2. The method according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is a silicon substrate, the well layer is a P-type well layer, and a concentration of the P-type impurity introduced into a surface of the silicon substrate is a concentration of the N-type impurity. 2 to 5 times as large as

【0016】請求項3記載の半導体装置の製造方法は、
請求項1又は2記載の方法において、前記P型不純物が
硼素又はフッ化硼素であり、前記N型不純物がリン又は
砒素であることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device.
3. The method according to claim 1, wherein the P-type impurity is boron or boron fluoride, and the N-type impurity is phosphorus or arsenic.

【0017】請求項4記載の半導体装置の評価方法は、
一導電型のウェル層が形成された基板表面に他導電型の
拡散層が形成されてなるPN接合を有し、その上に酸化
膜が形成された半導体装置の評価方法において、前記拡
散層に逆バイアス電圧を上昇させながら印加することに
より、空乏層を基板−酸化膜界面まで到達せしめ、この
ときのリーク電流を測定することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device evaluation method comprising:
In a method for evaluating a semiconductor device having a PN junction in which a diffusion layer of another conductivity type is formed on the surface of a substrate on which a well layer of one conductivity type is formed, and an oxide film is formed thereon, By applying the reverse bias voltage while increasing it, the depletion layer reaches the interface between the substrate and the oxide film, and the leakage current at this time is measured.

【0018】逆バイアス電圧の印加によって空乏層が拡
散し基板−酸化膜界面まで到達したときに、リーク電流
が急激に上昇することを利用して、基板−酸化膜界面準
位による発生電流を測定する。従って評価対象である半
導体装置は、拡散層の不純物濃度が低く、またその厚み
が薄いことが必要である。よってこの方法は本発明に係
る製造方法で製造された半導体装置の評価に適する。ま
た従来のようにゲート電極を必要としないので、これを
形成する工程が不要となる。さらにリーク電流の測定に
使用する測定回路及び測定手順が簡略化される。
When a depletion layer is diffused by application of a reverse bias voltage and reaches a substrate-oxide film interface, a current generated by a substrate-oxide film interface level is measured by utilizing a sudden rise of a leak current. I do. Therefore, the semiconductor device to be evaluated needs to have a low impurity concentration in the diffusion layer and a small thickness. Therefore, this method is suitable for evaluating a semiconductor device manufactured by the manufacturing method according to the present invention. Further, since a gate electrode is not required unlike the related art, a step of forming the gate electrode is not required. Further, the measuring circuit and the measuring procedure used for measuring the leak current are simplified.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面に基づき具体的に説明する。図1は本発明に係
る半導体装置の製造方法の各工程を説明するための模式
的断面図である。先ず図1(a) に示す如く、比抵抗が約
10Ω・cmであるシリコン基板11上に膜厚約 200〜500 Å
の酸化膜12を形成し、その後、N型不純物(リン、ヒ素
等)及びP型不純物(ホウ素、BF2 等)を、P型不純
物濃度がN型不純物濃度の約2〜5倍となるようにイオ
ン注入する。そして窒素雰囲気において1150℃、約10時
間の熱拡散を行い、図1(b) に示す如きP型ウェル13を
形成する。ここでイオン注入する濃度比が、2倍以下で
ある場合はウェルがN型化し、また5倍以上である場合
は後工程の熱酸化で表面をN型化することができない。
言い換えると、濃度比が2倍以下である場合、基板がN
型化するが、濃度比が5倍を越えた場合は、N型の拡散
層が形成されない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below with reference to the drawings showing the embodiments. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining each step of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. First, as shown in FIG.
Approximately 200-500 膜厚 on silicon substrate 11 of 10Ωcm
The oxide film 12 is formed of, then, N-type impurity (phosphorus, arsenic, etc.) and P-type impurity (boron, BF 2 or the like), so that the P-type impurity concentration of about 2 to 5 times the N-type impurity concentration Ion implantation. Then, thermal diffusion is performed at 1150 ° C. for about 10 hours in a nitrogen atmosphere to form a P-type well 13 as shown in FIG. 1B. If the ion implantation concentration ratio is less than 2 times, the well becomes N-type. If the concentration ratio is 5 times or more, the surface cannot be made N-type by thermal oxidation in a later step.
In other words, when the concentration ratio is 2 times or less, the substrate becomes N
When the concentration ratio exceeds 5 times, an N-type diffusion layer is not formed.

【0020】P型ウェル13を形成した後、ウェット雰囲
気で1000℃、2〜4時間程度加熱することにより、表面
に熱酸化膜14を形成する。そうすると偏析係数の違いか
ら、P型不純物は熱酸化膜14中に吸収され、N型不純物
はシリコン基板11表面に偏析する。このような現象によ
り図1(c) に示す如くシリコン基板11の表面にN型拡散
層15が形成される。深さ方向におけるキャリア濃度分布
は、図2に示す如くであり、従来のPN接合における分
布(図8)と同様である。即ち、キャリア濃度は、N型
拡散層15の表面で最も高く、PN接合界面に向けて急峻
に低くなっている。そしてPウェル13表面では急峻に高
くなっており、極大値を経て深部では徐々に低くなって
いる。
After the P-type well 13 is formed, the substrate is heated in a wet atmosphere at 1000 ° C. for about 2 to 4 hours to form a thermal oxide film 14 on the surface. Then, due to the difference in segregation coefficients, the P-type impurities are absorbed in the thermal oxide film 14 and the N-type impurities are segregated on the surface of the silicon substrate 11. Due to such a phenomenon, an N-type diffusion layer 15 is formed on the surface of the silicon substrate 11 as shown in FIG. The carrier concentration distribution in the depth direction is as shown in FIG. 2, and is similar to the distribution in the conventional PN junction (FIG. 8). That is, the carrier concentration is highest on the surface of the N-type diffusion layer 15 and sharply decreases toward the PN junction interface. Then, the temperature rises sharply on the surface of the P well 13 and gradually decreases in the deep portion after passing through the maximum value.

【0021】従来の方法では、P型の基板にN型の不純
物を導入してN型拡散層45を形成するため、多くの不純
物を必要とし、不純物濃度は通常1020cm-3であった。し
かしながら上述した方法では、P型及びN型の不純物が
存在する層からP型不純物を吸い出すことによってN型
拡散層15を得ている。従って不純物濃度は比較的低く、
1017〜1018cm-3程度である。また従来の方法で形成され
るN型拡散層45の厚みは通常0.2μm 程度であり、これ
より薄くしようとすると、不純物濃度及び拡散層厚のバ
ラツキ、並びにPN接合リークが増大するので、非常に
困難であった。しかしながら本発明では、熱拡散時の酸
化膜−シリコン界面での不純物の吸い出し、偏析現象を
利用しているため、その半分の厚み(0.1μm 程度)の
N型拡散層15を容易に作成することができる。N型拡散
層15の厚みを薄くすることで、これの平面サイズの縮小
が容易となり、高集積化が図れる。
In the conventional method, since an N-type impurity is introduced into a P-type substrate to form an N-type diffusion layer 45, many impurities are required, and the impurity concentration is usually 10 20 cm −3 . . However, in the above-described method, the N-type diffusion layer 15 is obtained by extracting the P-type impurity from the layer where the P-type and N-type impurities are present. Therefore, the impurity concentration is relatively low,
It is about 10 17 to 10 18 cm -3 . Further, the thickness of the N-type diffusion layer 45 formed by the conventional method is usually about 0.2 μm. If the thickness is made smaller than this, variations in impurity concentration and diffusion layer thickness and PN junction leakage increase, so Was difficult. However, in the present invention, since the impurity is sucked out and segregated at the oxide film-silicon interface during thermal diffusion, the N-type diffusion layer 15 having a half thickness (about 0.1 μm) is easily formed. be able to. By reducing the thickness of the N-type diffusion layer 15, its planar size can be easily reduced, and high integration can be achieved.

【0022】次に本発明に係る半導体装置の評価方法に
ついて述べる。図3に示す如く、表面にN型拡散層24が
形成された半導体装置において、電極のためのN+ 拡散
層21とP型ウェル22との間に逆バイアス電圧を0〜数十
Vまで掃引印加する。このときの電圧−電流特性は図4
に示す如くとなる。即ち、逆バイアス電圧の増大につれ
て空乏層23がシリコン基板25の深部まで徐々に拡がる。
この空乏層23中に取り込まれた結晶欠陥により発生する
電流分27だけリーク電流は徐々に増加する。さらに電圧
を大きくすると、空乏層23は上方へも拡がり、ある値X
3 (V)になるとシリコン基板25の表面に達し、シリコ
ン−酸化膜界面準位により発生する電流成分28だけ急激
に増加する。このようなリーク電流の増加をモニタする
ことにより、シリコンバルク内部に存在する結晶欠陥に
より発生する電流成分と、シリコン−酸化膜界面準位由
来の電流成分とを分離して評価することができる。
Next, a method for evaluating a semiconductor device according to the present invention will be described. As shown in FIG. 3, in a semiconductor device having an N-type diffusion layer 24 formed on its surface, a reverse bias voltage is swept from 0 to several tens of volts between an N + diffusion layer 21 for an electrode and a P-type well 22. Apply. The voltage-current characteristics at this time are shown in FIG.
It becomes as shown in. That is, as the reverse bias voltage increases, the depletion layer 23 gradually expands to the deep portion of the silicon substrate 25.
The leak current gradually increases by the current 27 generated by the crystal defects taken into the depletion layer 23. When the voltage is further increased, the depletion layer 23 expands upward, and a certain value X
When the voltage reaches 3 (V), it reaches the surface of the silicon substrate 25 and rapidly increases by the current component 28 generated by the silicon-oxide film interface state. By monitoring such an increase in the leak current, a current component generated by a crystal defect existing inside the silicon bulk and a current component derived from the silicon-oxide film interface state can be separately evaluated.

【0023】この評価方法は、逆バイアス電圧を増加さ
せ、空乏層23がシリコン基板25の表面に達したときにリ
ーク電流が急激に増加することを利用する。従って空乏
層23が拡がり易く、空乏層23がシリコン基板25と酸化膜
との界面に達し得る状況にあることが必要である。空乏
層23の拡がりには不純物濃度が大きく影響し、不純物濃
度が低い程、拡がり易い。上述した製造方法で製造され
た半導体装置は、拡散層の不純物濃度が低く、また拡散
層が薄いので、この評価方法を適用することができる。
This evaluation method utilizes the fact that the reverse bias voltage is increased and the leak current increases sharply when the depletion layer 23 reaches the surface of the silicon substrate 25. Therefore, it is necessary that the depletion layer 23 is easily spread and the depletion layer 23 can reach the interface between the silicon substrate 25 and the oxide film. The expansion of the depletion layer 23 is greatly affected by the impurity concentration, and the lower the impurity concentration, the easier the expansion. In the semiconductor device manufactured by the above-described manufacturing method, the impurity concentration of the diffusion layer is low and the diffusion layer is thin, so that this evaluation method can be applied.

【0024】[0024]

【実施例】図1(a) 〜図1(c) に示す手順に基づいて、
P型のシリコン基板11上に膜厚 200Åの酸化膜12を形成
し、リンを1×1013cm-2でイオン注入し、硼素を2×10
13cm-2でイオン注入する。その後、窒素雰囲気で1150
℃、10時間の熱拡散を行い、最後に1000℃で3時間のウ
ェット酸化を行った。
[Embodiment] Based on the procedure shown in FIGS. 1 (a) to 1 (c),
An oxide film 12 having a thickness of 200 ° is formed on a P-type silicon substrate 11, phosphorus is ion-implanted at 1 × 10 13 cm −2 , and boron is
Implant at 13 cm -2 . Then 1150 in nitrogen atmosphere
Thermal diffusion was performed at 10 ° C. for 10 hours, and finally, wet oxidation was performed at 1000 ° C. for 3 hours.

【0025】その結果、深さが0.1μm である浅いPN
接合が得られ、その接合リーク電流は図5に示す如く、
従来より1桁低い値が得られた。これは、N型拡散層を
形成するために従来行われていたN型不純物のイオン注
入工程(図7(e))及びこの熱拡散工程(図7(f))が不要
であり、このときに導入されていた欠陥が略存在しない
こと、及び急速加熱、急速冷却を行うRTA処理がない
ためにウエハに反りが生じていないこと、による。
As a result, a shallow PN having a depth of 0.1 μm
A junction is obtained, and the junction leakage current is as shown in FIG.
A value one digit lower than the conventional value was obtained. This eliminates the need for the N-type impurity ion implantation step (FIG. 7 (e)) and the thermal diffusion step (FIG. 7 (f)) conventionally performed to form the N-type diffusion layer. Is almost nonexistent, and the wafer is not warped because there is no RTA process for rapid heating and rapid cooling.

【0026】次に本発明に係る半導体装置の評価方法に
より、ウエハを評価した結果について述べる。図3に示
す如き、電極のためのN+ 拡散層21と、上述した製造方
法により形成した浅いPN接合とを有する評価デバイス
を作製した。そしてN+ 拡散層21に逆バイアス電圧を0
〜30Vまで変化させて印加し、リーク電流を測定した。
その結果、図6に示す如く、逆バイアス電圧が20Vに達
したとき、リーク電流が急激に1桁程度増加した。この
増加前の電流がシリコン基板11中の結晶欠陥による発生
電流であり、増加分がシリコン−酸化膜界面準位による
発生電流であると評価することができる。
Next, the result of evaluating a wafer by the semiconductor device evaluation method according to the present invention will be described. As shown in FIG. 3, an evaluation device having an N + diffusion layer 21 for an electrode and a shallow PN junction formed by the above-described manufacturing method was manufactured. Then, a reverse bias voltage of 0 is applied to the N + diffusion layer 21.
The applied voltage was changed to 3030 V, and the leak current was measured.
As a result, as shown in FIG. 6, when the reverse bias voltage reached 20 V, the leak current sharply increased by about one digit. The current before the increase is a current generated by crystal defects in the silicon substrate 11, and the increased amount can be evaluated as a current generated by the silicon-oxide film interface state.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上のように本発明に係る半導体装置の
製造方法は、拡散層を形成するためのイオン注入工程及
び短時間加熱工程を省略することができるので、欠陥が
少なくリーク電流が少ない半導体装置を得ることができ
る。また工程数も削減される。本発明に係る半導体装置
の評価方法は、拡散層に可変の逆バイアス電圧を直接印
加するので、ゲート電極が不要であり、評価デバイスの
製造工程、並びに測定回路及び測定手順の簡略化が実現
する等、本発明は優れた効果を奏する。
As described above, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention can omit the ion implantation step and the short-time heating step for forming the diffusion layer, so that the defect is small and the leak current is small. A semiconductor device can be obtained. Also, the number of steps is reduced. In the method for evaluating a semiconductor device according to the present invention, since a variable reverse bias voltage is directly applied to the diffusion layer, a gate electrode is not required, and the manufacturing process of the evaluation device and the simplification of the measurement circuit and the measurement procedure are realized. The present invention has excellent effects.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る半導体装置の製造方法の各工程を
説明するための模式的断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining each step of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図2】図1に示す半導体装置の深さ方向におけるキャ
リア濃度分布を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a carrier concentration distribution in a depth direction of the semiconductor device shown in FIG.

【図3】本発明に係る評価方法を説明するための図であ
る。
FIG. 3 is a diagram for explaining an evaluation method according to the present invention.

【図4】本発明に係る評価方法における逆バイアス電圧
の変化に対するリーク電流の変化を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a change in leakage current with respect to a change in reverse bias voltage in the evaluation method according to the present invention.

【図5】本発明に係る半導体装置の製造方法を用いて製
造された半導体装置の接合リーク電流を示すグラフであ
る。
FIG. 5 is a graph showing a junction leak current of a semiconductor device manufactured by using the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図6】本発明に係る半導体装置の評価方法でリーク電
流を測定した結果を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a result of measuring a leak current by the semiconductor device evaluation method according to the present invention.

【図7】従来の半導体装置の製造方法の各工程を説明す
るための模式的断面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining each step of a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図8】図7に示す半導体装置の深さ方向におけるキャ
リア濃度分布を示すグラフである。
8 is a graph showing a carrier concentration distribution in a depth direction of the semiconductor device shown in FIG.

【図9】ゲートコントロールドダイオードを用いた従来
の評価方法を説明するための図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining a conventional evaluation method using a gate controlled diode.

【図10】従来の評価方法におけるゲート電圧の変化に
対するリーク電流の変化を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing a change in leakage current with respect to a change in gate voltage in a conventional evaluation method.

【図11】従来の評価方法における逆バイアス電圧の変
化に対するリーク電流の変化を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing a change in leak current with respect to a change in reverse bias voltage in a conventional evaluation method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11、25 シリコン基板 13、22 P型ウェル 14、26 熱酸化膜 15、24 N型拡散層 11, 25 Silicon substrate 13, 22 P-type well 14, 26 Thermal oxide film 15, 24 N-type diffusion layer

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の表面近傍にPN接合を有す
る半導体装置を製造する方法において、前記半導体基板
の表面に、P型不純物及びN型不純物を実質的同一深さ
に導入し、熱拡散により一導電型のウェル層を形成し、
その後、この表面を熱酸化し、このときの不純物の偏析
係数の差によって他導電型の不純物を前記ウェル層の表
面に偏析させることを特徴とする半導体装置の製造方
法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device having a PN junction in the vicinity of a surface of a semiconductor substrate, wherein a P-type impurity and an N-type impurity are introduced into the surface of the semiconductor substrate at substantially the same depth, and are thermally diffused. Forming a well layer of one conductivity type,
Thereafter, the surface is thermally oxidized, and impurities of another conductivity type are segregated on the surface of the well layer by a difference in segregation coefficient of the impurities at this time.
【請求項2】 前記半導体基板がシリコン基板であり、
前記ウェル層がP型ウェル層であり、前記シリコン基板
の表面に導入する前記P型不純物の濃度は、前記N型不
純物の濃度の2〜5倍とすることを特徴とする請求項1
記載の半導体装置の製造方法。
2. The semiconductor substrate is a silicon substrate,
2. The method according to claim 1, wherein the well layer is a P-type well layer, and a concentration of the P-type impurity introduced into the surface of the silicon substrate is 2 to 5 times a concentration of the N-type impurity.
The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
【請求項3】 前記P型不純物が硼素又はフッ化硼素で
あり、前記N型不純物がリン又は砒素であることを特徴
とする請求項1又は2記載の半導体装置の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the P-type impurity is boron or boron fluoride, and the N-type impurity is phosphorus or arsenic.
【請求項4】 一導電型のウェル層が形成された基板表
面に他導電型の拡散層が形成されてなるPN接合を有
し、その上に酸化膜が形成された半導体装置の評価方法
において、前記拡散層に逆バイアス電圧を上昇させなが
ら印加し、リーク電流を測定することを特徴とする半導
体装置の評価方法。
4. A method for evaluating a semiconductor device having a PN junction in which a diffusion layer of another conductivity type is formed on the surface of a substrate on which a well layer of one conductivity type is formed and an oxide film is formed thereon. Applying a reverse bias voltage to the diffusion layer while increasing the reverse bias voltage, and measuring a leak current.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016058556A (en) * 2014-09-10 2016-04-21 信越半導体株式会社 Evaluation method of semiconductor substrate

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JP2016058556A (en) * 2014-09-10 2016-04-21 信越半導体株式会社 Evaluation method of semiconductor substrate

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