JP2735079B2 - Boron doping method - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、時に低雑音性を備えた半導体装置を製造す
る際に、好適に用いられるホウ素ドーピング方法に関す
る。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a boron doping method that is suitably used when manufacturing a semiconductor device sometimes having low noise.
従来、イオン注入法は、絶縁物ゲート電界効果トラン
ジスタにおいて、そのしきい値電圧を制御するために、
また高周波バイポーラトランジスタでは、そのベース領
域やエミッタ領域を形成するために用いられる。しかし
ながら、イオン注入法による場合には、何れの種類のト
ランジスタにおいても雑音が大きいという欠点がある。Conventionally, ion implantation has been used to control the threshold voltage of an insulator gate field effect transistor.
In a high-frequency bipolar transistor, it is used to form its base region and emitter region. However, in the case of the ion implantation method, there is a disadvantage that noise is large in any type of transistor.
シリコン基板に不純物、特にホウ素をイオン注入法に
よってドープする場合は、例えばシリコン基板表面に
SiO2からなり、後に行うホウ素イオン注入(イオン打ち
込み)の加速エネルギーを勘案し、このイオンのシリコ
ンに対する注入を完全に阻止できる程度のマスク層を熱
酸化によって形成し、フォトエッチングによってホウ
素イオンの注入を行わんとする部分に窓を開け、次に
再び薄い保護酸化膜を形成し、その窓を通じてホウ素
イオンの注入を行った後、900℃程度の熱処理を行っ
て注入されたホウ素を活性化するためのアニール処理を
行い、ついでドープされたホウ素を拡散させるために
1100℃程度の熱処理によるドライブイン処理を行うこと
が知られている(特開昭50−122873号公報)。上記イオ
ン注入のための薄い保護酸化膜は、一次欠陥のピーク値
がシリコン基板中に存在しないための工夫である。When an impurity, particularly boron, is doped into a silicon substrate by ion implantation, for example,
Consists SiO 2, taking into account the acceleration energy of the boron ion implantation (ion implantation) performed after the mask layer to the extent that the implantation into the silicon of the ion can be completely prevented formed by thermal oxidation, implantation of boron ions by photoetching A window is opened in the portion where the process is to be performed, then a thin protective oxide film is formed again, and boron ions are implanted through the window, and a heat treatment at about 900 ° C. is performed to activate the implanted boron. Annealing process and then to diffuse the doped boron
It is known to perform a drive-in process by heat treatment at about 1100 ° C. (Japanese Patent Laid-Open No. 50-122873). The thin protective oxide film for the ion implantation is a device for preventing the peak value of the primary defect from being present in the silicon substrate.
しかしながら、かかる保護酸化膜を設けても、結晶基
板中に生じたイオン注入時の空格子の如き一次欠陥が核
となって二次欠陥を生じ、雑音特性の改善に困難があっ
た。かかる、二次欠陥を減少させるために、イオン注入
の後に非酸化性雰囲気中、例えばN2ガス中で1100℃以上
で15分間以上の特殊アニール処理が提案されている(特
開昭50−122874号公報)。However, even if such a protective oxide film is provided, a primary defect such as a vacancy at the time of ion implantation generated in the crystal substrate becomes a nucleus to generate a secondary defect, and it is difficult to improve noise characteristics. In order to reduce such secondary defects, a special annealing treatment at a temperature of 1100 ° C. or more for 15 minutes or more in a non-oxidizing atmosphere, for example, N 2 gas after ion implantation has been proposed (Japanese Patent Application Laid-Open No. 50-122874). No.).
イオン注入の際に照射損傷として発生する一次欠陥及
びこの欠陥から誘起された二次欠陥については、田村、
池田、徳山、第2回半導体イオン注入国際会議(Proc.I
I International Conf.on Ion Implantation in Semico
nductors p.96−102)に詳しく述べられている。Regarding primary defects that occur as irradiation damage during ion implantation and secondary defects induced by these defects, Tamura,
Ikeda, Tokuyama, Second International Conference on Semiconductor Ion Implantation (Proc.I
I International Conf.on Ion Implantation in Semico
nductors p.96-102).
上記した従来のイオン注入法によるホウ素のドーピン
グによるも、二次欠陥の発生は、多くの要因、例えば酸
化膜厚、イオン注入の加速エネルギー、イオン注入量、
熱処理雰囲気、同温度等、に基づいて複雑に影響を受け
るため、その制御が困難であり、ホウ素をドープした基
板にエピタキシャル成長法により、単結晶薄層を堆積す
る場合、この単結晶薄層には、ホウ素イオン注入によっ
て基板バルクに発生する二次欠陥に起因する欠陥密度が
多く、またそのレベルに相当のバラツキのあることを発
見した。Even with the above-described boron doping by the conventional ion implantation method, generation of secondary defects is caused by many factors, for example, oxide film thickness, acceleration energy of ion implantation, ion implantation amount,
It is difficult to control because it is affected complicatedly based on the heat treatment atmosphere, the same temperature, etc., and when a single-crystal thin layer is deposited on a boron-doped substrate by epitaxial growth, Discovered that the defect density caused by secondary defects generated in the bulk of the substrate due to boron ion implantation was high, and that the level varied considerably.
本発明は、イオン注入法によりホウ素をドーピングす
る方法において、アニール後に発生する二次欠陥を抑制
し、かかる基板の上にエピタキシャル成長することによ
って得られる単結晶薄層中の結晶欠陥を一定の低レベル
に制御することを可能としたイオン注入法によるホウ素
のドーピング方法を提供することを目的とするものであ
る。The present invention provides a method of doping boron by an ion implantation method, in which secondary defects generated after annealing are suppressed, and crystal defects in a single crystal thin layer obtained by epitaxial growth on such a substrate are reduced to a certain low level. It is an object of the present invention to provide a boron doping method by an ion implantation method, which can control the concentration of boron.
上記目的を達成するため、本発明においては、シリコ
ンウェーハにホウ素イオンを注入し、次いで1100℃〜12
00℃、20分〜180分のアニールを施こすことによってホ
ウ素をドーピングする方法であって、アニール後におい
て下記式(a)を満足するように、ホウ素イオン注入の
加速エネルギー、ホウ素イオン注入量及びアニール条件
を決定し、欠陥の少ないイオン注入法によるホウ素のド
ーピングを達成するものである。In order to achieve the above object, in the present invention, boron ions are implanted in a silicon wafer,
This is a method of doping boron by performing annealing at 00 ° C. for 20 to 180 minutes, and the acceleration energy of boron ion implantation, the amount of boron ion implantation and the amount of boron ion implanted so as to satisfy the following formula (a) after annealing. An annealing condition is determined to achieve boron doping by an ion implantation method with few defects.
ρs・Xj n>M ……(a) 式(a)において、ρsはアニール後のシリコンウェ
ーハのシート抵抗(Ω/□)、Xjはアニール後のシリコ
ンウェーハの拡散深さ(μm)、nは0.2〜0.4及びMは
100〜500である。なお、p型シリコン単結晶ウェーハに
ホウ素をドーピングする場合における上記Xjは次のよう
に定義する。該P型シリコン単結晶ウェーハと同一また
は略同一のドーパント濃度を有するn型シリコン単結晶
ウェーハをXj測定用モニターとして用い、該Xj測定用モ
ニターにより得られるXj(ホウ素イオン注入表面からpn
接合までの距離)を以って、P型シリコン単結晶ウェー
ハにおけるXjとする。ρ s · X j n > M (a) In equation (a), ρ s is the sheet resistance (Ω / □) of the silicon wafer after annealing, and X j is the diffusion depth (μm) of the silicon wafer after annealing. ), N is 0.2-0.4 and M is
100-500. The above X j when doping the p-type silicon single crystal wafer with boron is defined as follows. An n-type silicon single crystal wafer having the P-type silicon single crystal wafer and the same or substantially the same dopant concentration as X j measuring monitor, pn from said X j obtained by measuring the monitor X j (boron ion implantation surface
Xj in the P-type silicon single crystal wafer.
(作用) 上記式(a)を得るにあたっては、後に詳述するごと
く、p型並びにn型のシリコン単結晶ウェーハを用意
し、保護酸化膜を50〜100nm設けて、これにホウ素イオ
ン注入並びに窒素雰囲気中でアニールし、p型ウェーハ
については、保護膜層を除去後エピタキシャル成長を行
って、単結晶薄層を堆積し、更にこれを選択エッチング
て欠陥密度を測定し、基板ウェーハ中の二次欠陥を評価
し、またn型ウェーハについては保護膜層を除去して、
シート抵抗ρsを更にアングルラップとステインエッチ
による拡散深さXjを測定し、エピタキシャル成長単結晶
薄層上のエッチピット密度とXj及びρsとを対応させ
て、該エッチピット密度がウェーハ面上で平均約10ケ/c
m2を限界として、上記式(a)が得られた。ρs及びXj
は、ホウ素イオン注入の加速エネルギー、イオン注入
量、アニール条件によって変化するが、実験の結果、式
(a)によって間接的に低欠陥の制御されたホウ素ドー
ピング条件が求められたもので、再現性よくイオン注入
法によるホウ素ドーピングの好条件が設定でき、ホウ素
イオン注入を含む各種トランジスタの雑音特性を改良す
ることができる。(Function) In order to obtain the above formula (a), as described in detail below, p-type and n-type silicon single crystal wafers are prepared, a protective oxide film is provided with a thickness of 50 to 100 nm, and boron ion implantation and nitrogen Annealed in an atmosphere, for a p-type wafer, a protective film layer was removed, epitaxial growth was performed, a single-crystal thin layer was deposited, and this was selectively etched to measure the defect density. Was evaluated, and for the n-type wafer, the protective film layer was removed.
Further, the sheet resistance ρ s is measured for the diffusion depth X j by angle wrap and stain etch, and the etch pit density on the epitaxially grown single crystal thin layer is made to correspond to X j and ρ s. On average about 10 pcs / c
The above equation (a) was obtained with the limit of m 2 . ρ s and X j
Depends on the acceleration energy of boron ion implantation, the ion implantation amount, and the annealing conditions. As a result of the experiment, the low-defect, controlled boron doping condition was indirectly determined by the equation (a). Good conditions for boron doping by ion implantation can be set well, and the noise characteristics of various transistors including boron ion implantation can be improved.
(実験例) 以下に本発明の実験例を挙げてさに詳細に説明する。(Experimental Example) Hereinafter, an experimental example of the present invention will be described in detail.
基板として、例えば軸方位(111)導電型p型抵抗率1
5Ωcmと、n型数Ωcmのポリッシュドウェーハを用い、
表面に薄い酸化膜70〜100nmをつけ、ホウ素(B)を注
入する。p型を結晶評価用、n型をシート抵抗及び拡散
深さ測定用に用いた。注入条件は、イオン注入の加速エ
ネルギーが30〜50KeV、イオン注入量が、1×1013〜1
×1015ions/cm2である。これを洗浄後、窒素雰囲気中で
1100〜1200℃、20分〜180分でアニールを行い、その後
酸化膜を除去し、p型ウェーハについてはエピタキシャ
ル成長を行った。エピタキシャル成長条件は、温度1050
〜1170℃で、0.5〜2μm/minの成長速度であった。これ
を選択エッチ処理後表面観察することにより欠陥の密度
(エッチピット密度)を測定した。As the substrate, for example, an axial orientation (111) conductivity type p-type resistivity 1
5Ωcm, n-type using a polished wafer of several Ωcm,
A thin oxide film of 70 to 100 nm is formed on the surface, and boron (B) is implanted. The p-type was used for crystal evaluation, and the n-type was used for measuring sheet resistance and diffusion depth. The implantation conditions are as follows: the ion implantation acceleration energy is 30 to 50 KeV, and the ion implantation amount is 1 × 10 13 to 1
× 10 15 ions / cm 2 . After washing this, in a nitrogen atmosphere
Annealing was performed at 1100 to 1200 ° C. for 20 to 180 minutes, after which the oxide film was removed, and a p-type wafer was epitaxially grown. Epitaxial growth conditions are temperature 1050
At 〜1170 ° C., the growth rate was 0.5-2 μm / min. The defect density (etch pit density) was measured by observing the surface after selective etching.
上記種々のホウ素イオン注入の加速エネルギー、ホウ
素イオン注入量、保護酸化膜厚及びアニール条件で得ら
れたホウ素ドープウェーハにおいて、シート抵抗ρ
s(Ω/□),拡散深さXj(μm)及びエピタキシャル
成長層のエッチピット密度の測定値を第1表に示す。こ
れをグラフにプロットしたところ第1図が得られた(第
1図における各測定点の番号は、第1表に示す試料番号
と同一である)。ここで○印をエピタキシャル成長層の
選択エッチピット密度10ケ/cm2以下、△印を10〜20ケ/c
m2、×を20ケ/cm2以上とすると、結晶欠陥10〜20ケ/cm2
の領域が、直線lで表示される直線状の狭い部分に存在
し、該直線lの上は低結晶欠陥密度、下は高結晶欠陥密
度領域となることがわかる。In the boron-doped wafer obtained under the acceleration energy of various boron ion implantations, the boron ion implantation amount, the protective oxide film thickness and the annealing conditions, the sheet resistance ρ
Table 1 shows the measured values of s (Ω / □), the diffusion depth X j (μm), and the etch pit density of the epitaxial growth layer. When this was plotted on a graph, FIG. 1 was obtained (the number of each measurement point in FIG. 1 is the same as the sample number shown in Table 1). Here, the mark ○ represents the selective etch pit density of the epitaxially grown layer of 10 / cm 2 or less, and the mark Δ represents 10 to 20 / cm
Assuming that m 2 and × are 20 pieces / cm 2 or more, crystal defects 10 to 20 pieces / cm 2
It can be seen that the region exists in a narrow portion of a straight line represented by a straight line l, and the region above the straight line 1 is a region with a low crystal defect density, and the region below is a region with a high crystal defect density.
この直線lは、ρs・Xj 0.3=182であった。基板ウェ
ーハの方位、抵抗率その他の条件変化により上記直線が
変化し、一般にρs・Xj n=Mとなる。そして、nは0.2
〜0.4、Mは100〜500の間で変化する。そして、ρs・X
j n>Mであれば、上述のエッチピット密度は、ほぼ10ケ
/cm2以下を示す。This straight line 1 was ρ s · X j 0.3 = 182. The straight line changes depending on changes in the orientation, resistivity, and other conditions of the substrate wafer, and generally ρ s · X j n = M. And n is 0.2
0.4, M varies between 100 and 500. And ρ s · X
If j n > M, the above etch pit density is approximately 10
/ cm 2 or less.
〔発明の効果〕 以上のように、本発明によれば、シリコンウェーハの
シート抵抗及び拡散深さの一定の関係式を満足するよう
にイオン注入法によりホウ素ドーピングを行えば、シリ
コンウェーハの格子欠陥の密度を所定の範囲内に限定す
ることができるという極めて著大な効果を奏し、トラン
ジスタの雑音特性を向上せしめることができるものであ
る。 [Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, if boron doping is performed by an ion implantation method so as to satisfy a certain relational expression of the sheet resistance and the diffusion depth of the silicon wafer, the lattice defect of the silicon wafer can be improved. Has an extremely remarkable effect that the density can be limited to a predetermined range, and the noise characteristics of the transistor can be improved.
第1図はρs,Xjに対する結晶性の良否を示すグラフであ
る。FIG. 1 is a graph showing the quality of crystallinity with respect to ρ s and X j .
Claims (1)
し、次いで1100℃〜1200℃、20分〜180分のアニールを
施すことによってホウ素をドーピングする方法であっ
て、アニール後において下記式(a)を満足するよう
に、ホウ素イオン注入の加速エネルギー、ホウ素イオン
注入量及びアニール条件を決定することを特徴とするイ
オン注入法による低欠陥ホウ素ドーピング方法。 ρs・Xj n>M ……(a) (式(a)において、ρsはアニール後のシリコンウェ
ーハのシート抵抗(Ω/□)、Xjはアニール後のシリコ
ンウェーハの拡散深さ(μm)、nは0.2〜0.4及びMは
100〜500である。)1. A method of doping boron by implanting boron ions into a silicon wafer and then performing annealing at 1100 ° C. to 1200 ° C. for 20 minutes to 180 minutes. After annealing, the following formula (a) is obtained. A low defect boron doping method by an ion implantation method, wherein the boron ion implantation acceleration energy, the boron ion implantation amount, and the annealing conditions are determined so as to be satisfied. ρ s · X j n > M (a) (in equation (a), ρ s is the sheet resistance (Ω / □) of the silicon wafer after annealing, and X j is the diffusion depth of the silicon wafer after annealing ( μm), n is 0.2-0.4 and M is
100-500. )
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1989
- 1989-03-30 JP JP7957089A patent/JP2735079B2/en not_active Expired - Fee Related
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