JPS63181421A - イオン注入に対するマスク材料 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体装置の製造に際し、イオン注入により半
導体基板内に埋め込み絶縁物層を形成し、絶縁物上の半
導体膜中に半導体素子を形成するＳＩＭＯＸ構造（５ｅ
ｐａｒａｔｉｏｎ　ｂｙ　ＩＭｐｌａｎｔｅｄＯＸｙｇ
ｅｕ　）に於いて、絶縁物層を部分的に形成する際に注
入イオンがマスク材自身と化合物を形成する事によりマ
スク下部の半導体基板への注入イオンの到達を抑制する
イオン注入に対するマスク材料に関する。

従来の技術 酸素イオンを注入してシリコン基板中に部分的に埋め込
み酸化物（５１０２）層を形成する際のマスクについて
第４図、第５図を用いて説明する。マスク材として提案
されているものは第４図（、）の様にシリコン基板２上
に酸化物（Ｓ　ｉ　０２　）層４によってマスクを形成
し、これに酸素イオンビーム６を照射し伽）の様に埋め
込み酸化物層８を得る。１６は表面に残された基板２の
一部よシ成る表面シリコン層である。尚表面シリコン層
１６にＭＯＳＦＥＴ等が形成される。又、第６図の様に
シリコン基板２上にゲート酸化膜１ｏをつけポリシリコ
ンゲート１２を設けＭＯ８構造にした後ゲート１２上に
絶縁物層１４を堆積させてから酸素イオンビーム８を照
射し埋め込み酸化物層８を形成した後、更に半導体素子
に用いる部位の表面シリコン層１６を周辺酸化物層１８
で取シ囲み所定の方法で第５図（ｂ）の如（ＭＯ！３Ｆ
ＥＴ２０を形成する方法がある。第４図の方法は例えば
特公昭５７−９５０６号公報に、第５図の方法は例えば
特開昭６０−２３５４３４号公報に示されている。

発明が解決しようとする問題点 半導体基板内にイオン注入を用いて部分的に絶縁物層を
形成する際に、例えば酸化イオン６をエネルギー２００
ＫｅＶ　、ドーズ２Ｘ１０１８ｉｏｎｓ／ｃ４程ｍする
と約４００ｎｍ程度の８１０２層８が出来、これによっ
ておよそ２００　ｎｍの体積膨張が生じる。

この様な状況に於いて、例えばＳｉＯ□をマスク材とし
て用いると注入された酸素イオンはマスク材４の５ＩＱ
２を形成している酸素原子と交換する過程で拡散しく　
Ｊ、Ａ、Ｋ１１ｎｅｒ　ｅｔ　ａｌ、　Ｎｕｃｌｅａｒ
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　
　ｉｎ　ｐｈｙｓｉｃｓＲｅｓａｒｃｈ　にュークリャ
　インスツルメンツ　アンドメリット　イン　フィジク
ス　リサーチ）Ｂ　Ｔ／８　（１９８５）２９３−２９
８）マスク下部のシリコンは第４図伽）の様にマスク下
部に酸化物層２２が形成される為シリコン基板°２の表
面２人は最大２００　ｎｍ下降する事になり都合段差は
４００ｎｍに及ぶ場合がある。最悪の場合は表面シリコ
ン層の連続性が失われ、半導体素子形成にあたって好ま
しくない。

又第５図の様にＭＯＳ）ランジスタのゲートチャネル領
域へのイオン注入を避ける為にあらかじめゲート酸化膜
１ｏ及びポリシリコンゲート１２を形成した後、ポリシ
リコンゲート１２上に絶縁膜１４を堆積し酸素イオン６
を注入した場合には、引き続き行う高温（１１００℃以
上）の熱処理時にゲート酸化膜１０を介してポリシリコ
ン１２から不純物がゲート酸化膜下のシリコンにドーピ
ングされ閾電圧が変動する。又、ゲート酸化膜１ｏ自体
の破壊等の問題点がある。

問題点を解決するための手段 本発明では、半導体基板内にイオン注入によって部分的
に埋め込み絶縁物層を形成する場合のマスク材料として
、注入イオンと化合物を形成する材料を用いる。

作　　用 マスク材料に注入されたイオンをマスク材料自体との化
合物形成により捕捉する事により、注入イオンがマスク
下部の半導体基板に到達する事なく、従ってマスク下部
の半導体基板の絶縁物化を防ぐ事が出来る。

実施例 （実施例１） 第１図を用いて、注入イオンとして酸素イオンを用い、
半導体基板としてシリコン単結晶を用い、マスク材料ト
シて、シリコン又ハケルマニューム又はチタン又はアル
ミニューム又はメンタル又はタングステンもしくはモリ
ブデンを含む材料を用いた本発明の一実施例について説
明する。以下の説明では特にマスク材料にポリシリコン
を含む場合について詳しく説明する。シリコン基板２に
酸素イオンビーム６を照射して、シリコン基板内に埋め
込み酸化物層８を形成する場合、選択的に形成を避ける
部分にイオン注入に対するマスク４などを設ける。この
マスク材の一部として、注入酸素原子によシ安定な酸化
物（Ｓ　１０２　、融点１７Ｑ３℃）となるポリシリコ
ン膜２４を注入酸素イオンドーズに見合った厚さ、例え
ば酸素イオンをドーズＤｅｍ−２注入するならおよそ１
．Ｘ１Ｏ−２３ＸＤ備設ける。２８と４はポリシリコン
膜２４を注入エネルギー、注入ドーズに対して適切な位
置に設定する為の５ｌｏ２層である。

この様にしてマスクを形成した後、酸素イオンビーム６
を照射して、第１図（ｂ）の様に埋め込み酸化物層８を
形成するとポリシリコン膜２４が酸化されて酸化物層２
６が生じる事によって、マスク下部に酸素原子が拡散し
て新たにＳ　ｉ　０２が形成されるという事は防止され
、基板２の一部から成る表面シリコン層１６と基板２と
の連続性は保たれる事になシ、段差も埋め込み酸化物層
８形成に伴う体積膨張のみで済む事になる。ポリシリコ
ン膜２４の代わりにゲルマニューム又はチタンはアルミ
ニューム又はタンタル又はタングステンもしくはモリブ
デンで出来た膜を形成しておけば、酸素イオン６注人後
は、夫々安定な酸化物層２６となる。第１図（ｃ）の様
に半導体素子（例えばＭＯＳＦＥＴ）２ｏを形成する前
にマスクを除去するが、其の場合のエツチング液として
例えば、７フ化水素酸（Ｓｉｎ２．Ｔａ２Ｏ，）、水（
ａ　ｅ　０２　）　＋濃硫酸（ＴｉＯ２゜Ｔｉ２ｏ３）
、沸騰リン酸（Ａｔ２Ｑ３）等がある。エツチング液に
対して安定な酸化物の場合は、上下のＳ　１０２層４，
２８をフッ化水素酸で除去すれば、同時にはがれ落ちる
。然る後に半導体素子２ｏを形成する。

（実施例２） 第２図を用いて、注入イオンとして窒素イオンを用い、
半導体基板としてシリコン単結晶を用い、マスク材料と
して、シリコン又はアルミニューム又はチタン又はゲル
マニュームもしくはタンタルを含む材料を用いた本発明
の一実施例について説明する。以下の説明では特にマス
ク材料にポリシリコンを含む場合について詳しく説明す
る。

シリコン基板２に窒素イオンビーム５を照射して、シリ
コン基板内に埋め込み窒化物層９を形成する場合、選択
的に形成を避ける部分にイオン注入に対するマスク４な
どを設ける。このマスク材の一部として、注入窒素原子
により安定な窒化物（Ｓｉ３Ｎ４．融点１９００　℃）
となるポリシリコン膜２４を注入窒素イオンドーズに見
合った厚さ、例えば窒素イオンをドーズＤｉ２注入する
なら〜１．５ｘ１ｏ　　ｘＤｃｓ設ける。２８と４はポ
リシリコン膜２４を注入エネルギー、注入ドーズに対し
て適切な位置に設定する為のＳ　ｉ　０２層である。こ
の様にしてマスクを形成した後、窒素イオンビーム６を
照射して、第２図（ロ）の様に埋め込み窒化物層９を形
成するとポリシリコン膜２４が窒化されて窒化物層２７
が生じる事によって、マスク下部に窒素原子が拡散して
新たにＳ　ｉ　３Ｎ　４が形成されるという事は防止さ
れ、基板２の一部から成る表面シリコン層１６と基板２
との連続性は保たれる事になシ、段差も埋め込み窒化物
層９形成に伴う体積膨張のみで済な事になる。ポリシリ
コン膜２４の代わシにアルミニューム又はチタン又はゲ
ルマニュームもしくはタンタルで出来た膜を形成してお
けば、窒素イオン６注人後は、夫々安定な窒化物層２７
となる。第２図（ｃ）の様に半導体素子（例えばＭＯＳ
ＦＥＴ）２０を形成する前に、マスクを除去するが、其
の場合のエツチング液として例えば、沸騰リン酸（ｓ　
ｔ３Ｎ４　）　＋水（ＡｔＮ）等がある。

エツチング液に対して安定な窒化物の場合は、上下のＳ
　１０２層４，２８を７ツ化水素酸で除去すれば、同時
にはがれ落ちる。然る後に半導体素子２０を形成する。

（実施例３） 第３図を用いて、注入イオンとして炭素イオンを用い、
半導体基板としてシリコン単結晶を用い、マスク材料と
して、シリコン又はモリブデン又はチタンもしくはタン
タルを含む材料を用いた本発明の一実施例について説明
する。以下の説明では特にマスク材料にポリシリコンを
含む場合について詳しく説明する。シリコン基板２に炭
素イオンビーム７を照射して、シリコン基板内に埋め込
み炭化物層１１を形成する場合、選択的に形成を避ける
部分にイオン注入に対するマスク４などを設ける。この
マスク材の一部として、注入炭素原子によ多安定な炭化
物（ＳｉＣ，融点２８２７℃）となるポリシリコン膜２
４を注入炭素イオンドーズに見合った厚さ、例えば炭素
イオンをドーズＤｃｍ−２注入するなら〜２×１０−２
３×Ｄｃｍ設ける。２８と４はポリシリコン膜２４を注
入エネルギー、注入ドーズに対して適切な位置に設定す
る為のＳ　１０２層である。この様にしてマスクを形成
した後、炭素イオンビーム７を照射して、第３図（ト）
）の様に埋め込み炭化物層１１を形成するとポリシリコ
ン膜２４が炭化されて炭化物層２９が生じる事によって
、マスク下部に炭素原子が拡散して新たにＳｉＣが形成
されるという事は防止され、基板２の一部から成る表面
シリコン層１６と基板２との連続性は保たれる事になり
、段差も埋め込み炭化物層１１形成に伴う体積膨張のみ
で済む事になる。ポリシリコン膜２４の代わシにモリブ
デン又はチタンもしくはタンタルで出来た膜を形成して
おけば、炭素イオン７注人後は、夫々安定な炭化物層２
９となる。第３図（Ｃ）の様に半導体素子（例えばＭＯ
ＳＦＥＴ）２ｏを形成する前にマスクを除去するが、エ
ツチング液に対して安定な炭化物の場合は、上下のＳｉ
Ｏ２層４，２８をフッ化水素酸で除去すれば、同時には
がれ落ちる。然る後に半導体素子２０を形成する。

発明の効果 以上のように本発明によれば、イオン注入技術により半
導体基板内部に、部分的に埋め込み絶縁物層を形成する
際の、イオン注入に対するマスク材として、注入イオン
との化合物形成により注入イオンの基板への拡散を防止
する材料を採用する事により、マスク下部の半導体基板
が絶縁物化する事なく、又表面シリコン層の段差を最小
にする事が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図は本発明の実施例を説２・・・
・・・シリコン基板、４・・・・・・Ｓ　１０２　層（
マスク）、６・・・・・・窒素イオンビーム、６・・・
・・・酸素イオンビーム、７・・・・・・炭素イオンビ
ーム、８・・・・・・埋め込み酸化物層、９・・・・・
・埋め込み窒化物層、１ｏ・・・・・・ゲート酸化膜、
１１・・・・・・埋め込み炭化物層、１２・・・・・・
ポリシリコンゲート電極、１４・・・・・・絶縁物層、
１６・・・・・・表面シリコン層、１８・・・・・・周
辺酸化物層、２０・・・・・・ＭＯ８ＦＥＴ１２４・・
・・・・ポリシリコン層、２６・・・・・・酸化された
ポリシリコン層、２８・・・・・・ＳｉＯ３層、２７・
・・・・・窒化されたポリシリコン層、２９・・・・・
・炭化されたポリシリコン層。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名２４
−　ポリシリコン膜 ２６−　　鮫化てわたボゾシ’／コン層５−　菫素イオ
ンヒーム ９−　埋め込与！化物層 ２１１−＃：ソシリコン層牟 ７・−炭素イオンビーム ＩＩ−一　埋め込み友化資層 ２４−　ポリシリコン層岑 第３　図２８−５ｉ０２層 η−炭化二本たボリシｌノコン層 ２−　シリコン墓棟 ２Ａ−（１００）表面 ４　−−　５７０２層（マス力 ６−酸素イオンビーム ？２・−マスク下葡厳化物眉 １０・−ぞヒート赦イヒａ １２−　ポリシリコンチート【極 １４−・絶隷物層 １８−周１１！２散イど、１才 ２０−　　ＭＯＳＦＥＴ 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）注入イオンと化合物を形成する性質を有してなる
   イオン注入に対するマスク材料。（２）イオン注入によ
   って半導体基板内に選択的に埋め込み絶縁物層を形成す
   る際に用いるマスクとして、注入イオンと化合物を形成
   する材料を含んでなるイオン注入に対するマスク材料。 （３）半導体基板として、シリコン単結晶を用いる特許
   請求の範囲第２項記載のイオン注入に対するマスク材料
   。 （４）注入イオンとして酸素原子を含むイオンを用い、
   マスク材料としてはシリコン、ゲルマニューム、チタン
   、アルミニューム、タンタル又はタングステンもしくは
   モリブデンを含んでなる特許請求の範囲第２項又は第３
   項記載のイオン注入に対するマスク材料。 （５）注入イオンとして、窒素原子を含むイオンを用い
   、マスク材料としてはシリコン、アルミニューム、チタ
   ン又はゲルマニュームもしくはタンタルを含んでなる特
   許請求の範囲第２項又は第３項記載のイオン注入に対す
   るマスク材料。 （６）注入イオンとして、炭素原子を含むイオンを用い
   、マスク材料としてはシリコン、モリブデン又はチタン
   もしくはタンタルを含んでなる特許請求の範囲第２項又
   は第３項記載のイオン注入に対するマスク材料。