JPS62219562A - 埋込絶縁層型のsoi素子 - Google Patents
埋込絶縁層型のsoi素子Info
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- JPS62219562A JPS62219562A JP6146586A JP6146586A JPS62219562A JP S62219562 A JPS62219562 A JP S62219562A JP 6146586 A JP6146586 A JP 6146586A JP 6146586 A JP6146586 A JP 6146586A JP S62219562 A JPS62219562 A JP S62219562A
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Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
S OI (Silicon on In5ulat
or)構造の素子において、デバイス形成用シリコン半
導体層の直下の埋込絶縁層を、イオン注入によって形成
したシリコン酸化層(SiO2,)と、他の絶縁層とか
らなる多層構造として、5102層を形成する酸素イオ
ン(0)の注入量を減らし、イオン注入装置のホットフ
ィラメントを酸化しに(くする。
or)構造の素子において、デバイス形成用シリコン半
導体層の直下の埋込絶縁層を、イオン注入によって形成
したシリコン酸化層(SiO2,)と、他の絶縁層とか
らなる多層構造として、5102層を形成する酸素イオ
ン(0)の注入量を減らし、イオン注入装置のホットフ
ィラメントを酸化しに(くする。
本発明は、イオン注入によって埋込絶縁層を形成するS
OI素子に関し、該絶縁層を多層構造にしてSiO2単
層構造の場合の欠点を除去しようとするものである。
OI素子に関し、該絶縁層を多層構造にしてSiO2単
層構造の場合の欠点を除去しようとするものである。
SO■素子を製造する際に、半導体基板中に0+イオン
を深く注入して埋込Sio2層を形成する技術がある。
を深く注入して埋込Sio2層を形成する技術がある。
使用されるイオン打込装置は一般に第7・図(a>のよ
うに、イオンソースからの各種イオンから所望とする0
+イオンをアナライザ・マグネットで選択し、それを加
速、偏向してターゲット部内のウェハに照射する。イオ
ンソースは同図(b)のように構成され、タングステン
(W)又はLaB6などのフィラメントをソースガス中
で加熱し、更に高電圧を印加してプラズマを生じさせる
。
うに、イオンソースからの各種イオンから所望とする0
+イオンをアナライザ・マグネットで選択し、それを加
速、偏向してターゲット部内のウェハに照射する。イオ
ンソースは同図(b)のように構成され、タングステン
(W)又はLaB6などのフィラメントをソースガス中
で加熱し、更に高電圧を印加してプラズマを生じさせる
。
このとき生じたO イオンはスリットを通して取出され
、イオン引出し電極を経由してアナライザ・マグネソ、
トヘ入射する。ソースガスを変えて窒素イオン(N+、
N+2)や炭素イオン(C+ 、 C+2>を発生さ
せこれをイオン打込みすれば、シリコン窒化層(Si3
N<)やシリコン窒化層(S i C)も形成できる。
、イオン引出し電極を経由してアナライザ・マグネソ、
トヘ入射する。ソースガスを変えて窒素イオン(N+、
N+2)や炭素イオン(C+ 、 C+2>を発生さ
せこれをイオン打込みすれば、シリコン窒化層(Si3
N<)やシリコン窒化層(S i C)も形成できる。
ところで、St基板中の埋込絶縁層としては5i02が
最も良い(Siとの界面状態が良好)。
最も良い(Siとの界面状態が良好)。
しかし、SiO2層をその上、下部のSi基板間で十分
な静電容量値が得られる(これは小さいのがよい)よう
に厚く形成するとイオン注入時間が長くなり、その間フ
ィラメントが酸化して寿命が短くなる。これに対し、S
i 3 N 4やSiCでは窒素や炭素を用いるので
フィラメント酸化の問題はない。しかし、S i 3
N aの場合Siとの界面準位によるデバイス特性への
悪影響が避けられない。又SiO2に比ベクラソクが生
じ易く、厚く形成することがむずかしい。SiCの場合
も同様である。
な静電容量値が得られる(これは小さいのがよい)よう
に厚く形成するとイオン注入時間が長くなり、その間フ
ィラメントが酸化して寿命が短くなる。これに対し、S
i 3 N 4やSiCでは窒素や炭素を用いるので
フィラメント酸化の問題はない。しかし、S i 3
N aの場合Siとの界面準位によるデバイス特性への
悪影響が避けられない。又SiO2に比ベクラソクが生
じ易く、厚く形成することがむずかしい。SiCの場合
も同様である。
従って、これらをINだけ単独に用いたSO■素子には
0、上述の問題が残る。
0、上述の問題が残る。
本発明は、埋込絶縁層を多層構造とすることで、イオン
注入SOIの各問題点を解決しようとするものである。
注入SOIの各問題点を解決しようとするものである。
第1図は本発明の基本構造図で、10はデバイス形成用
のシリコン(St)半導体層、20はその直下の埋込型
シリコン酸化N(SiO2)、30は更に下層の他の絶
縁層である。この絶縁層30は1層とは限らず、複数層
としてもよい。40は最下層で、表面のl1jlOと同
じシリコン半導体層(シリコン基板)である。なおSO
8型の場合はN30はサファイア層で、特に層40はな
い。
のシリコン(St)半導体層、20はその直下の埋込型
シリコン酸化N(SiO2)、30は更に下層の他の絶
縁層である。この絶縁層30は1層とは限らず、複数層
としてもよい。40は最下層で、表面のl1jlOと同
じシリコン半導体層(シリコン基板)である。なおSO
8型の場合はN30はサファイア層で、特に層40はな
い。
第1図のSOI素子は表面Si層10に5i02層20
が接しているので界面状態は良好である。
が接しているので界面状態は良好である。
しかも、必要な静電容量値(埋込絶縁層の厚み)は層2
0と層30で実現できるので、層20は薄くてよい。こ
のため層20を形成する0+イオンの注入時間は少なく
て良いので、フィラメントの酸化度合いを軽減し、長寿
命化が図れる。
0と層30で実現できるので、層20は薄くてよい。こ
のため層20を形成する0+イオンの注入時間は少なく
て良いので、フィラメントの酸化度合いを軽減し、長寿
命化が図れる。
第2図は絶縁層30をS i 3 N aとする本発明
の第1実施例である。製造工程順に説明すると、(11
(100)シリコン(St)基板40の表面に深くN+
イオンを注入してN+層30を形成する。
の第1実施例である。製造工程順に説明すると、(11
(100)シリコン(St)基板40の表面に深くN+
イオンを注入してN+層30を形成する。
(2)N30よりは浅く、しかし一部が重複するように
Oイオンを注入してO層20を形成する。
Oイオンを注入してO層20を形成する。
例えば、N イオンの注入条件は200KeV。
8.0E17とし、また0 イオンの注入条件は150
KeV、1.2E18として、第3図のような注入状態
となるように制御する。同図の横軸は表面からの注入深
さであり、また縦軸はシリコン原子数Nsiに対する酸
素原子数Noまたは窒素原子数NNの比(NN/N5i
またはNN/N5i)である。尚、注入量がN よりO
の方が多いのに、ピークの値がO+の方がN+より低く
なっているのは、0+のピークがSi中では成る値以上
高くならないという特殊事情による。(3)上述したイ
オン注入工程を経ると表面のSt層11はダメージを受
けているので、1200℃のN2雰囲気中で3hr (
時間)アニールし、(100)単結晶5tN10に戻す
。このとき窒化及び酸化も行なわれて層20及び層30
はSiO2層及びS i 3 N 4層になる。
KeV、1.2E18として、第3図のような注入状態
となるように制御する。同図の横軸は表面からの注入深
さであり、また縦軸はシリコン原子数Nsiに対する酸
素原子数Noまたは窒素原子数NNの比(NN/N5i
またはNN/N5i)である。尚、注入量がN よりO
の方が多いのに、ピークの値がO+の方がN+より低く
なっているのは、0+のピークがSi中では成る値以上
高くならないという特殊事情による。(3)上述したイ
オン注入工程を経ると表面のSt層11はダメージを受
けているので、1200℃のN2雰囲気中で3hr (
時間)アニールし、(100)単結晶5tN10に戻す
。このとき窒化及び酸化も行なわれて層20及び層30
はSiO2層及びS i 3 N 4層になる。
尚、絶縁層30をSiCとする場合は、(1)の工程で
C+イオンを200KeV (Rp:0.41 pm)
、1.2E18で注入し、また(2)の工程で0+イオ
ンを150KeV (Rp::0.37.crm)、1
.2E18で注入し、さらに(3)の工程で1250℃
、3hrのアニールを行えばよい。
C+イオンを200KeV (Rp:0.41 pm)
、1.2E18で注入し、また(2)の工程で0+イオ
ンを150KeV (Rp::0.37.crm)、1
.2E18で注入し、さらに(3)の工程で1250℃
、3hrのアニールを行えばよい。
第4図は本発明の第2実施例で、SiCの絶縁N30を
エピタキシャル成長で形成するものである。工程順に説
明すると、先ず(1)で(100)Si基板40の表面
に〜200パスカルの減圧エピタキシャル成長法で0.
3μmの厚みにSiCの単結品薄MtJ!30を形成す
る。次いで、(2)富圧、高温(1100〜1200℃
)で層30上に0.6 p mの厚みに81層10をエ
ピタキシャル成長する。成長ガスはAr稀釈10%5i
H2Cj!2を用いる。(3)その表面に200KeV
、1.2E18で○ イオンを注入し、(4)ダメージ
を受けた表面層11を1250’C,5hrのアニール
(N2雰囲気中)で単結晶化する。このとき0 層20
の酸化も行われ、該層20はS i、02層になる。
エピタキシャル成長で形成するものである。工程順に説
明すると、先ず(1)で(100)Si基板40の表面
に〜200パスカルの減圧エピタキシャル成長法で0.
3μmの厚みにSiCの単結品薄MtJ!30を形成す
る。次いで、(2)富圧、高温(1100〜1200℃
)で層30上に0.6 p mの厚みに81層10をエ
ピタキシャル成長する。成長ガスはAr稀釈10%5i
H2Cj!2を用いる。(3)その表面に200KeV
、1.2E18で○ イオンを注入し、(4)ダメージ
を受けた表面層11を1250’C,5hrのアニール
(N2雰囲気中)で単結晶化する。このとき0 層20
の酸化も行われ、該層20はS i、02層になる。
多層型埋込絶縁層の上層5i02層の下層絶縁層は、シ
リコン基板の表面に該絶縁層を部分的に形成し、次いで
シリコンエビ成長を行なって該絶縁層上にも周囲のエビ
層の影響で単結晶化したシリコン層を形成させ、こうし
てエビ層内に取込んだ絶縁層を得る等の、既知の埋込絶
縁層形成手段によっても得ることができる。
リコン基板の表面に該絶縁層を部分的に形成し、次いで
シリコンエビ成長を行なって該絶縁層上にも周囲のエビ
層の影響で単結晶化したシリコン層を形成させ、こうし
てエビ層内に取込んだ絶縁層を得る等の、既知の埋込絶
縁層形成手段によっても得ることができる。
第5図は上述した2層埋込絶縁層型の5OI(層30は
S i 3 N aまたは5iC)に高耐圧MOSデバ
イスを形成する方法の一例である。(11SOIの表面
Si層10(厚み0.4μm)をB イオン注入で10
Ω・口のp型にしてからメサエッチする。(2)次いで
表面をゲート酸化し、その酸化膜51上にリンドープ多
結晶シリコン層52を0゜4μmの厚さに成長させる。
S i 3 N aまたは5iC)に高耐圧MOSデバ
イスを形成する方法の一例である。(11SOIの表面
Si層10(厚み0.4μm)をB イオン注入で10
Ω・口のp型にしてからメサエッチする。(2)次いで
表面をゲート酸化し、その酸化膜51上にリンドープ多
結晶シリコン層52を0゜4μmの厚さに成長させる。
さらに、ゲートパターニング、■thコントロール用の
B イオン注入を経て、オフセント領域となるn一層を
As+イオン注入(2X10 cm 、40KeV
)でSi層10表面に形成する。(3)次にソース、ド
レイン形成用のレジスト53をバターニングし、As+
イオン注入(5xlOcm 、60KeV)を行う。
B イオン注入を経て、オフセント領域となるn一層を
As+イオン注入(2X10 cm 、40KeV
)でSi層10表面に形成する。(3)次にソース、ド
レイン形成用のレジスト53をバターニングし、As+
イオン注入(5xlOcm 、60KeV)を行う。
さらに950℃のN2雰囲気中で30分間活性化アニー
ルを行う。(4)通常の方法でPSG膜54、コンタク
トホール55、Aβ配線56、カバーPSG膜57を形
成する。Sはソース、Dはドレイン、Gはゲートの各電
極である。
ルを行う。(4)通常の方法でPSG膜54、コンタク
トホール55、Aβ配線56、カバーPSG膜57を形
成する。Sはソース、Dはドレイン、Gはゲートの各電
極である。
第6図は本発明の第3実施例で、絶縁層30をサファイ
ア基板としたものである。使用するSO3(Silic
on on 5apphire )ウェハは通常のもの
で、表面のSi層は例えばp型(B〜1 、X 101
5(至))で、5μmの厚みにエピタキシャル成長され
たものである。本発明のSOIはこの表面に200Ke
V (Rp=0.4989μm)で1.2X10 a
mの0 イオンを注入し、Stとサファイア界面に薄い
埋込SiO2層2oを形成する。このイオン注入による
表面Si層のダメージは、1250”C,6hrのN2
中アニールで回復する。
ア基板としたものである。使用するSO3(Silic
on on 5apphire )ウェハは通常のもの
で、表面のSi層は例えばp型(B〜1 、X 101
5(至))で、5μmの厚みにエピタキシャル成長され
たものである。本発明のSOIはこの表面に200Ke
V (Rp=0.4989μm)で1.2X10 a
mの0 イオンを注入し、Stとサファイア界面に薄い
埋込SiO2層2oを形成する。このイオン注入による
表面Si層のダメージは、1250”C,6hrのN2
中アニールで回復する。
第6図(11〜(31はかかるSOIウェハにMO3I
−ランジスタを作る工程である。(1)はデバイス形成
領域10のSiを島状に残し、フィールドをLOGO3
法等で選択酸化する工程である。61はそのフィールド
酸化膜(SiO2)である。(2)次いで、通常の方法
でゲート酸化膜62、ゲート電極63の各形成、パター
ニングを行い、更にAs+イオンを注入(2,Xl01
5C111−2,60KeV) 、?−−−ルしてソー
ス・ドレイン領域64.65を形成する。(3)熱酸化
膜又はS i 3 N 4膜66でゲート電極63周辺
を覆った後、psc等のカバー1167をつけ、コンタ
クト孔68を開けてA1配線69を施こし、最後にカバ
ー膜7oをつけて完成する。
−ランジスタを作る工程である。(1)はデバイス形成
領域10のSiを島状に残し、フィールドをLOGO3
法等で選択酸化する工程である。61はそのフィールド
酸化膜(SiO2)である。(2)次いで、通常の方法
でゲート酸化膜62、ゲート電極63の各形成、パター
ニングを行い、更にAs+イオンを注入(2,Xl01
5C111−2,60KeV) 、?−−−ルしてソー
ス・ドレイン領域64.65を形成する。(3)熱酸化
膜又はS i 3 N 4膜66でゲート電極63周辺
を覆った後、psc等のカバー1167をつけ、コンタ
クト孔68を開けてA1配線69を施こし、最後にカバ
ー膜7oをつけて完成する。
以上述べた本発明のSOI素子には次の利点がある。(
11同じ静電容量値を得るのに絶縁層30も寄与するの
で、0 イオンの注入量を最小限にすることができ、イ
オンソースのフィラメント寿命を延ばすことができる。
11同じ静電容量値を得るのに絶縁層30も寄与するの
で、0 イオンの注入量を最小限にすることができ、イ
オンソースのフィラメント寿命を延ばすことができる。
また埋込絶縁層を多層化しても、デバイスを作る表面シ
リコン層と接触する側は5102層であるから界面準位
などによる問題はない。(2)実験事実によるとOイオ
ン単独注入に比ベアニール条件が緩和される。例えば0
+単独の1250℃、6h□rはO+、N+併用で12
00℃。
リコン層と接触する側は5102層であるから界面準位
などによる問題はない。(2)実験事実によるとOイオ
ン単独注入に比ベアニール条件が緩和される。例えば0
+単独の1250℃、6h□rはO+、N+併用で12
00℃。
+
3hrになる。(3)O単独に比べ全ドーズ量が少くて
済む。これは3i02の形成にSiの2倍の0+が必要
であるのに対し、3 i 3Naの形成には1.3層3
倍(=Na/5i3)のN+でよいからである。この結
果、注入時間を短縮することができる。(4)全ドーズ
量が少ないと表面シリコン層の損傷が軽減されるので、
再結晶アニールが容易である。また、従来法では必要で
あった、再結晶アニール後にCVD法でSi層を表面に
エピタキシャル成長する工程(デバイスはこのエピタキ
シャル成長層に形成する)を省略することができ、シリ
コン基板層10にデバイスを作ることができる。
済む。これは3i02の形成にSiの2倍の0+が必要
であるのに対し、3 i 3Naの形成には1.3層3
倍(=Na/5i3)のN+でよいからである。この結
果、注入時間を短縮することができる。(4)全ドーズ
量が少ないと表面シリコン層の損傷が軽減されるので、
再結晶アニールが容易である。また、従来法では必要で
あった、再結晶アニール後にCVD法でSi層を表面に
エピタキシャル成長する工程(デバイスはこのエピタキ
シャル成長層に形成する)を省略することができ、シリ
コン基板層10にデバイスを作ることができる。
(5)埋込絶縁層中にCと○が混在する場合は、5i0
2より深い側にイントリンシック・ゲッタリンの原理に
より有害不純物(重金属)のゲッタリングのための核(
Iiit)を形成し易くなる。これで表面層が無欠陥に
なることが期待でき、該表面層にジャンクションリーク
が少ないなどの特性の良いデバイスを作ることができる
。
2より深い側にイントリンシック・ゲッタリンの原理に
より有害不純物(重金属)のゲッタリングのための核(
Iiit)を形成し易くなる。これで表面層が無欠陥に
なることが期待でき、該表面層にジャンクションリーク
が少ないなどの特性の良いデバイスを作ることができる
。
第1図は本発明の基本構成図、
第2図は本発明の第1実施例の説明図、第3図はそのイ
オン注入特性図、 第4図は本発明の第2実施例の説明図、第5図は本発明
のS○■ウェハにMOSデバイスを製造する方法の説明
図、 第6図は本発明の第3実施例の説明図、第7図はイオン
打込装置の説明図である。 図中、10はデバイス形成用シリコン半導体層、20は
埋込型シリコン酸化層、30は埋込型絶縁層である。
オン注入特性図、 第4図は本発明の第2実施例の説明図、第5図は本発明
のS○■ウェハにMOSデバイスを製造する方法の説明
図、 第6図は本発明の第3実施例の説明図、第7図はイオン
打込装置の説明図である。 図中、10はデバイス形成用シリコン半導体層、20は
埋込型シリコン酸化層、30は埋込型絶縁層である。
Claims (1)
- イオン注入法によって、デバイス形成用のシリコン半導
体層(10)の直下に埋込絶縁層を形成してなるSOI
素子において、該絶縁層をイオン注入によって形成した
シリコン酸化層(20)と、その直下の他の絶縁層(3
0)との多層構造にしてなることを特徴とする埋込絶縁
層型のSOI素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6146586A JPS62219562A (ja) | 1986-03-19 | 1986-03-19 | 埋込絶縁層型のsoi素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6146586A JPS62219562A (ja) | 1986-03-19 | 1986-03-19 | 埋込絶縁層型のsoi素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62219562A true JPS62219562A (ja) | 1987-09-26 |
Family
ID=13171815
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6146586A Pending JPS62219562A (ja) | 1986-03-19 | 1986-03-19 | 埋込絶縁層型のsoi素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62219562A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4948742A (en) * | 1987-09-08 | 1990-08-14 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing a semiconductor device |
US5364800A (en) * | 1993-06-24 | 1994-11-15 | Texas Instruments Incorporated | Varying the thickness of the surface silicon layer in a silicon-on-insulator substrate |
WO1999017357A1 (de) * | 1997-09-30 | 1999-04-08 | Infineon Technologies Ag | Erzeugnis umfassend eine funktionsschicht enthaltend silizium und eine isolierschicht aus siliziumdioxid, sowie verfahren zu seiner herstellung |
-
1986
- 1986-03-19 JP JP6146586A patent/JPS62219562A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4948742A (en) * | 1987-09-08 | 1990-08-14 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing a semiconductor device |
US5364800A (en) * | 1993-06-24 | 1994-11-15 | Texas Instruments Incorporated | Varying the thickness of the surface silicon layer in a silicon-on-insulator substrate |
US5548149A (en) * | 1993-06-24 | 1996-08-20 | Texas Instruments Incorporated | Varying the thickness of the surface silicon layer in a silicon-on-insulator substrate |
WO1999017357A1 (de) * | 1997-09-30 | 1999-04-08 | Infineon Technologies Ag | Erzeugnis umfassend eine funktionsschicht enthaltend silizium und eine isolierschicht aus siliziumdioxid, sowie verfahren zu seiner herstellung |
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