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JPH03139827A - Forming method for low resistance layer on silicon by ion implanting of two or more elements having different atomic radii - Google Patents

Forming method for low resistance layer on silicon by ion implanting of two or more elements having different atomic radii

Info

Publication number
JPH03139827A
JPH03139827A JP27766989A JP27766989A JPH03139827A JP H03139827 A JPH03139827 A JP H03139827A JP 27766989 A JP27766989 A JP 27766989A JP 27766989 A JP27766989 A JP 27766989A JP H03139827 A JPH03139827 A JP H03139827A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon
impurities
type
ion
atomic
Prior art date
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Pending
Application number
JP27766989A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuhiro Yokota
勝弘 横田
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Priority to JP27766989A priority Critical patent/JPH03139827A/en
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Abstract

PURPOSE:To highly integrate an integrated circuit by combination ion implanting of two or more types of N-type or P-type impurities having larger atomic radii than the silicon atomic radii, and N-type or P-type elements having small atomic radii, and then heat treating it to electrically activate the impurity to form a N-type or P-type low resistance layer on the silicon. CONSTITUTION:Two or more types of impurities having larger atomic radis than silicon atomic radium and having smaller atomic radium than the silicon atomic radium are combination ion implanted to a silicon. The ion implanted impurities are redistributed by a method of alleviating lattice distortion generated by themselves in the heat treating step for recovering silicon lattice damaged by ion implanting. In this case, the low resistivity of the silicon is provided by utilizing the increase in the solid solution of one or more ion implanted impurities thus forming a low resistance layer in the silicon.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、シリコン集積回路のバイポラトランジスタ
ーのエミッター、電界効果形トランジスターのソース・
ドレン、抵抗・容量の電極など薄く、かつ低い抵抗を要
求されるN形あるいはP形層の形成するために利用でき
る。
[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) This invention relates to the emitter of a bipolar transistor of a silicon integrated circuit, the source of a field effect transistor, and the like.
It can be used to form N-type or P-type layers that require thinness and low resistance, such as drains, resistance/capacitance electrodes, etc.

(従来の技術) シリコン集積回路の集積度が高くなるに伴い、集積回路
を構成している各素子の寸法が必然的に小さくなる。そ
の結果、集積回路のバイポラトランジスターのエミッタ
ー、電界効果形トランジスターのソース・ドレンや抵抗
・容量の電極などの抵抗は高くなり、回路の抵抗と容量
の積で決まる時定数が大きくなって、シリコン集積回路
の周波数応答が悪くなる。この高集積化に伴う集積回路
の周波数応答の低下を改善するための従来の技術は、 (イ)シリコン集積回路内のバイポラトランジスターの
エミッター領域と電界効果形トランジスターのソース・
ドレン領域のシリコンに、不純物を高密度で添加して、
その領域のシリコンの抵抗率の低減を計る。
(Prior Art) As the degree of integration of silicon integrated circuits increases, the dimensions of each element constituting the integrated circuit inevitably become smaller. As a result, the resistance of the emitters of bipolar transistors, the sources and drains of field-effect transistors, and the electrodes of resistors and capacitors in integrated circuits becomes higher, and the time constant determined by the product of circuit resistance and capacitance becomes larger. The frequency response of the integrated circuit deteriorates. Conventional techniques for improving the drop in frequency response of integrated circuits due to higher integration are: (a) Emitter region of bipolar transistor and source region of field effect transistor in silicon integrated circuit.
By adding impurities to the silicon in the drain region at high density,
Measure to reduce the resistivity of silicon in that area.

(ロ)シリコンに添加する不純物として固溶度の高いも
のを選び、シリコンの抵抗率の低減を計る。
(b) Choose impurities with high solid solubility to add to silicon to reduce the resistivity of silicon.

(ハ)シリコン集積回路内のバイボラトランジスターの
エミッター領域と電界効果形トランジスターのドレン・
ソース領域や抵抗・容量の電極などの断面積を広げ、長
さを短くして、その電極の抵抗の低減を計る。
(c) The emitter region of a bibolar transistor and the drain region of a field effect transistor in a silicon integrated circuit.
Expand the cross-sectional area and shorten the length of the source region, resistor/capacitor electrodes, etc. to reduce the resistance of those electrodes.

(ニ)レーザアニールなどのトランジェントアニールに
よって、シリコン中に熱平衡状態より高い不純物の固溶
度を実現する。
(d) Transient annealing such as laser annealing achieves a higher solid solubility of impurities in silicon than in the thermal equilibrium state.

(ホ)シリコンに不純物のフッ化物などの化合物をイオ
ン注入して、浅いN形あるいはP形層を形成する。
(e) A shallow N-type or P-type layer is formed by ion-implanting an impurity compound such as fluoride into silicon.

(発明が解決しようとする問題点) シリコン集積回路の集積度が高くなるにしたがって、構
成素子の寸法は小さくなりので、断面積を広げ、長さを
短くするような従来の技術は、シリコン集積回路の高集
積化に反することになる。従って、集積回路の高集積化
にはシリコン自身の抵抗率の低減を計ることが一つの成
功法である。しかし、シリコンの抵抗率の低減は、添加
する不純物の固溶度によって制限される。すなわち、シ
リコン中の不純物が電気的に活性化して、シリコンの抵
抗率を低減することに寄与するためには、その不純物が
シリコンの格子位置を占めなければならない。その固溶
度以上の密度で添加された不純物は、シリコン中で格子
間の位置を占め、凝集体を作ったり、転位などに凝集し
たりして電気的に活性化することなく、シリコンの抵抗
率を低減することに寄与せずに、荷電担体の移動度を低
下させ、抵抗率の増大させる。この不純物の固溶限界の
存在は、シリコン自身の本質的な性質−つで避けること
“が出来ない。シリコン中で固溶度の高い不純物として
隣とボロンがあるが、これら不純物の熱拡散係数はシリ
コンの不純物としてよく使われている他のものの熱拡散
係数に比べて約1桁大きく、浅い低抵抗層を形成するこ
とには不適当である。
(Problem to be Solved by the Invention) As the degree of integration of silicon integrated circuits increases, the dimensions of component elements become smaller. This goes against the trend toward higher integration of circuits. Therefore, one successful method for increasing the degree of integration of integrated circuits is to reduce the resistivity of silicon itself. However, the reduction in silicon resistivity is limited by the solid solubility of added impurities. That is, in order for the impurity in silicon to be electrically activated and contribute to reducing the resistivity of silicon, the impurity must occupy a lattice position in silicon. Impurities added at a density higher than their solid solubility occupy interstitial positions in silicon, form aggregates, aggregate at dislocations, etc., and are not electrically activated, resulting in silicon resistance. It reduces the mobility of charge carriers and increases the resistivity without contributing to reducing the resistivity. The existence of this solid solubility limit for impurities cannot be avoided due to the essential properties of silicon itself. Boron and boron are impurities with high solid solubility in silicon, and the thermal diffusion coefficient of these impurities is is about an order of magnitude larger than the thermal diffusion coefficient of other commonly used silicon impurities, making it unsuitable for forming shallow low-resistance layers.

ここに、物質の固有な性質だけに依存して、シリコンの
低抵抗率化を計って来た従来の技術の限界がある。
Herein lies the limit of conventional techniques that have attempted to lower the resistivity of silicon by relying only on the inherent properties of the material.

トランジェントアニールによるシリコン中に不純物の固
溶度制御は、シリコン表面が高温になって表面形態およ
び格子欠陥の発生を伴い好ましくない。また、シリコン
に不純物のフッ化物などの化合物をイオン注入すること
によって形成される浅いN形あるいはP形層の抵抗は、
決して低いものにはならない。
Controlling the solid solubility of impurities in silicon by transient annealing is undesirable because the silicon surface becomes high temperature, resulting in the formation of surface morphology and lattice defects. In addition, the resistance of a shallow N-type or P-type layer formed by ion-implanting an impurity compound such as fluoride into silicon is
It will never be low.

(問題点を解決する手段) 本発明は、シリコンにシリコンの原子半径より大きな原
子半径をもつ不純物とシリコンの原子半径より小さな原
子半径をもつ不純物の異なる2種類以上のもの組み合わ
せイオン注入したのち、イオン注入で破壊されたシリコ
ン格子を回復するための熱処理工程中に、そのイオン注
入された不純物がそれら自身の存在によって発生した格
子ひずみを相互に緩和するような方法で再分布する際、
イオン沈入された不純物のうち一つのものあるいはいく
つかの不純物の固溶度が増大する現象を利泪して、シリ
コンの低抵抗率化を計り、シリコンに低い抵抗層を形成
するものである。
(Means for Solving the Problems) The present invention involves implanting into silicon a combination of two or more different types of impurities, one with an atomic radius larger than the atomic radius of silicon, and the other with an atomic radius smaller than the silicon atomic radius, and then During the heat treatment process to restore the silicon lattice destroyed by ion implantation, when the implanted impurities redistribute in such a way that they mutually relax the lattice strain caused by their own presence;
This method takes advantage of the phenomenon in which the solid solubility of one or several of the ion-precipitated impurities increases to lower the resistivity of silicon and form a low resistance layer in silicon. .

シリコンをN形伝導体にするために、燐、ひ素、アンチ
モニなどの不純物が用いられ、またシリコンをP形伝導
体にするために、ボロン、ガリウム、インジュウムなど
の不純物が用いられている。これら不純物の原子半径は
、シリコンの原子半径が1.17オームストロングであ
るのに対して、N形不純物の燐で1.10オームストロ
ング、ひ素で1.18オームストロング、アンチモニー
で1゜36オームストロング、またP形不純物のボロン
で0.9オームストロング、ガリウムで1.26オーム
ストロング、インジュウムで1.42オームストロング
などと異なっている。N形不純物同志、P形不純物同志
、N形不純物とP形不純物などといくつかを選び組み合
わせ、シリコンにイオン注入する。イオン注入で破壊さ
れたシリコン格子を回復して、イオン注入した不純物を
電気的に活性化して低抵抗層を得るための熱処理工程中
に、イオン注入された不純物は、それら自身の存在によ
って発生した格子ひずみを相互に緩和するような方法で
再分布する。この再分布の際中に、イオン注入された2
種以上の不純物のうち一つのものあるいはいくつかのも
のの固溶度が増大する現象を利用する。
Impurities such as phosphorus, arsenic, and antimony are used to make silicon an N-type conductor, and impurities such as boron, gallium, and indium are used to make silicon a P-type conductor. The atomic radius of these impurities is 1.17 ohm for silicon, 1.10 ohm for phosphorus, 1.18 ohm for arsenic, and 1°36 ohm for antimony. Also, P-type impurity boron has a strength of 0.9 ohms, gallium has a strength of 1.26 ohms, and indium has a strength of 1.42 ohms. Several combinations of N-type impurities, P-type impurities, N-type impurities and P-type impurities, etc. are selected and ions are implanted into silicon. During the heat treatment process to restore the silicon lattice destroyed by ion implantation and electrically activate the ion-implanted impurities to obtain a low-resistance layer, the ion-implanted impurities were generated by their own presence. The lattice strains are redistributed in a mutually relaxing manner. During this redistribution, the ion-implanted 2
The phenomenon in which the solid solubility of one or several impurities increases is utilized.

本発明の実施において、不純物がシリコンに同じ深さで
イオン注入される場合と、異なる深さでイオン注入され
る場合がある。後者の場合、シリコンの深い場所にイオ
ン注入された不純物は、熱処理の間にシリコンの表面近
くにイオン注入された不純物の分布と重なるような方法
で再分布する。
In practicing the present invention, impurities may be ion-implanted into silicon at the same depth or at different depths. In the latter case, impurities implanted deep into the silicon are redistributed during heat treatment in such a way that they overlap with the distribution of impurities implanted near the surface of the silicon.

不純物がシリコンに同じ深さでイオン注入される場合あ
るいは異なる深さでイオン注入される場合に関わらず、
これら不純物の再分布の速度は、シリコンの表面近くに
イオン注入された不純物の熱拡散速度によって抑制され
るか、あるいは熱処理初期に形成された不純物同志の複
合体あるいは不純物と格子欠陥の複合体の熱拡散速度に
よって抑制される。一般に、複合体の熱拡散速度は、不
純物熱拡散に比べて遅い。シリコンの表面近くにイオン
注入する不純物としてシリコン中で熱拡散速度の遅いも
のを選ぼか、熱拡散速度の遅い複合体ができるような不
純物の組み合わせを選ぶようにすれば、シリコン表面近
くに浅く、しかも低い抵抗層を作ることができる。
Whether the impurities are implanted into the silicon at the same depth or at different depths,
The rate of redistribution of these impurities may be suppressed by the thermal diffusion rate of impurities ion-implanted near the silicon surface, or by complexes of impurities or impurities and lattice defects formed during the early stage of heat treatment. Suppressed by thermal diffusion rate. In general, the thermal diffusion rate of the composite is slow compared to impurity thermal diffusion. If you choose an impurity that has a slow thermal diffusion rate in the silicon for ion implantation near the silicon surface, or choose a combination of impurities that will form a complex with a slow thermal diffusion rate, you can implant it shallowly near the silicon surface. Furthermore, a low resistance layer can be created.

(実施例) 第1図にその一つの実施例を示す。■は、シリコンにN
形不純物であるひ素を40キロエレクトロンボルトのエ
ネルギーで単位面積当たり1x1016原子だけイオン
注入して、さらに燐を20キロエレクトロンボルトのエ
ネルギーで単位面積当たり3xlO14だけ原子だけイ
オン注入したのち、熱処理時間を30分間として熱処理
温度を変えて熱処理したものの表面抵抗率である。この
場合。
(Example) FIG. 1 shows one example. ■ is N for silicon
Arsenic, which is a form impurity, was ion-implanted at an amount of 1x1016 atoms per unit area at an energy of 40 kiloelectron volts, and phosphorus was ion-implanted at an amount of 3xlO14 atoms per unit area at an energy of 20 kiloelectron volts, followed by heat treatment for 30 hours. This is the surface resistivity of heat-treated samples at different heat-treatment temperatures for minutes. in this case.

イオン注入量は、イオン注入されたひ素がシリコン中に
引き起した格子ひずみを、ひ素のイオン注入分布に重な
るようにイオン注入された燐による格子ひずみで補償さ
れ、消滅するように設定されている。
The ion implantation amount is set so that the lattice strain caused by the implanted arsenic in the silicon is compensated for and eliminated by the lattice strain caused by the phosphorus ion implanted so as to overlap the arsenic ion implantation distribution. .

また第1図中の■は、本発明の技術と比較するために、
従来の技術で作成さられたシリコンのN層、すなわち第
1図中の本発明のもの■に示す表面抵抗率を得た試料の
ひ素の分布よりも約3倍も広がるようにして、低い抵抗
層を得られるような条件すなわちひ素だけを150キロ
エレクトロンボルトのエネルギーで単位面積当たり1x
lO”原子だけイオン注入して、熱処理時間を30分間
として、熱処理されたシリコンの表面抵抗率の熱処理温
度依存性を示したものである。ひ素のイオン注入量が第
1図の■とOこ示す表面抵抗率を得た試料で同じであっ
ても、ひ素の分布は■に示す表面抵抗率を得た試料より
■に示す表面抵抗率を得た試料の方が広がっている。し
たがって、もし従来の技術であれば、イオン注入のエネ
ルギーよってひ素の固溶度が変わらないので、ひ素の分
布はひ素を150キロエレクトロンボルトのエネルギー
でイオン注入したものの方が、ひ素を40キロエレクト
ロンボルトのエネルギーでイオン注入したものより約3
倍広がり、その表面抵抗率も約3分の1倍になる。この
ようにイオン注入条件が悪いにも関わらず、本発明に基
づいて作られたN形シリコン層の抵抗は、従来の技術で
作られたものに比べてかなり低くなっていることが伺え
る。
In addition, ■ in Figure 1 is for comparison with the technology of the present invention.
The arsenic distribution was made to be approximately three times wider than that of the silicon N layer prepared using the conventional technique, that is, the sample of the present invention with the surface resistivity shown in (■) in Figure 1, to achieve a low resistance. The conditions for obtaining a layer are as follows: arsenic alone at 1x per unit area with an energy of 150 kiloelectron volts.
This figure shows the dependence of the surface resistivity of heat-treated silicon on the heat treatment temperature when only 1O" atoms were ion-implanted and the heat treatment time was 30 minutes. Even if the samples with the surface resistivities shown in the figure are the same, the distribution of arsenic is wider in the sample with the surface resistivities shown in ■ than in the sample with the surface resistivities shown in ■. With conventional technology, the solid solubility of arsenic does not change depending on the energy of ion implantation, so the distribution of arsenic is better when ions are implanted with an energy of 150 kiloelectron volts than when arsenic is implanted with an energy of 40 kiloelectron volts. Approximately 3
It becomes twice as wide, and its surface resistivity also increases by about one-third. Despite these poor ion implantation conditions, it can be seen that the resistance of the N-type silicon layer made according to the present invention is considerably lower than that made using conventional techniques.

第2図の■は、第1図中の■に示した表面抵抗率を測定
した試料と同じ条件でひ素と燐をイオン注入しのち摂氏
950度で10分間熱処理シリコン、■はひ素を150
キロエレクトロンボルトのエネルギーで単位面積当たり
1xlOI6原子だけイオン注入して、摂氏950度で
10分間熱処理シリコン、■は燐を2oキロエレクトロ
ンボルトのエネルギーで単位面積当たり3xlO”原子
だけイオン注入して、摂氏950度で10分間熱処理シ
リコンの透過電子顕li!lj鏡写真のスケッチの図で
ある。ひ素あるいは燐だけをイオン注入したシリコンに
は、転位がかなりの密度で残っているが、ひ素と燐をイ
オン注入しシリコンには、転位が観測されていない。す
なわち、シリコンより原子半径の大きいひ素のイオン注
入によって発生したシリコン格子ひずみは、シリコンよ
り原子半径の小さい燐のイオン注入によって補償され、
消滅していることが伺える。
■ in Figure 2 is silicon that is ion-implanted with arsenic and phosphorus under the same conditions as the sample whose surface resistivity was measured as shown in ■ in Figure 1, and then heat-treated at 950 degrees Celsius for 10 minutes.
Silicon was ion-implanted with 1xlO6 atoms per unit area at an energy of kiloelectron volts and heat-treated at 950 degrees Celsius for 10 minutes. This is a sketch of a transmission electron micrograph of silicon heat-treated at 950 degrees for 10 minutes.Dislocations remain at a considerable density in silicon that has been ion-implanted with only arsenic or phosphorous; No dislocations have been observed in ion-implanted silicon.In other words, the silicon lattice strain caused by arsenic ion implantation, which has a larger atomic radius than silicon, is compensated by phosphorous ion implantation, which has a smaller atomic radius than silicon.
It appears that it has disappeared.

第3図は、本発明と従来技術によって作られたN形シリ
コン層の不純物の固溶度と不純物の熱拡散を比べたもの
である。第3図の■は、N形シリコン層を作るために、
ひ素を40キロエレクトロンボルトのエネルギーで単位
面積当たり1x1016原子だけイオン注入して、さら
に燐を20キロエレクトロンボルトのエネルギーで単位
面積当たり3xlO′4だけ原子だけイオン注入したの
ち。
FIG. 3 compares the solid solubility of impurities and the thermal diffusion of impurities in N-type silicon layers made according to the present invention and the conventional technique. ■ in Figure 3 shows that in order to make an N-type silicon layer,
Arsenic was ion-implanted at an amount of 1x1016 atoms per unit area at an energy of 40 kiloelectron volts, and phosphorus was ion-implanted at an amount of 3xlO'4 per unit area at an energy of 20 kiloelectron volts.

摂氏950度で30分間熱処理した試料の電子密度分布
を示したものである。またこの第3図の■は、従来の技
術すなわちシリコンにひ素だけを40キロエレクトロン
ボルトのエネルギーで単位面積当たり1xlo”原子だ
けイオン注入して、摂氏950度で30分間熱処理した
ものの電子密度分布を示したものである。
This figure shows the electron density distribution of a sample heat-treated at 950 degrees Celsius for 30 minutes. In addition, ■ in Figure 3 shows the electron density distribution obtained using the conventional technique, in which only arsenic was ion-implanted into silicon, 1xlo'' atoms per unit area at an energy of 40 kiloelectron volts, and heat-treated at 950 degrees Celsius for 30 minutes. This is what is shown.

本発明のひ素と燐をイオン注入して作られたN形シリコ
ン層内の電子密度分布Oよ、従来の技術すなわちシリコ
ンにひ素だけをイオン注入して作られたN形シリコン層
内の電子密度分布■に比べて逓かに浅く、その最大電子
密度も従来の技術の単位体積当たり1.2xlO20に
くらべ2.1x1020と増大している。すなわちシリ
コンにひ素と燐をイオン注入することで、不純物の熱拡
散が抑制され、不純物の固溶度が増大したことを表わし
ている。
The electron density distribution O in an N-type silicon layer made by ion-implanting arsenic and phosphorus according to the present invention is compared to the electron density distribution O in an N-type silicon layer made by ion-implanting only arsenic into silicon using the conventional technique. It is slightly shallower than the distribution (2), and its maximum electron density is increased to 2.1×1020 per unit volume compared to 1.2×1020 per unit volume in the conventional technology. In other words, by ion-implanting arsenic and phosphorus into silicon, the thermal diffusion of impurities was suppressed and the solid solubility of impurities was increased.

(発明の効果) 以上のように1本発明は、既存のイオン注入技術、熱処
理技術などを使い、原子半径の異なる2種類以上の元素
をイオン注入して、イオン注入で破壊されたシリコン格
子を回復して、イオン注入した不純物を電気的に活性化
するための熱処理中に、それらイオン注入された不純物
がそれら自身の存在によって発生した格子ひずみを相互
に緩和するような方法で再分布する際、イオン注入され
た不純物の固溶度が増大する現象を利用して、かつこれ
ら不純物の再分布の速度が表面近くにイオン注入された
不純物の熱拡散速度、あるいは不純物同志の複合体ある
いは不純物と格子欠陥の複合体の熱拡散速度によって抑
制されることを利用することで、シリコン表面近くに浅
い低い抵抗層を作ることに著しい効果のある新しい技術
である。
(Effects of the Invention) As described above, the present invention uses existing ion implantation technology, heat treatment technology, etc. to ion-implant two or more types of elements with different atomic radii, thereby repairing the silicon lattice destroyed by ion implantation. During the heat treatment to recover and electrically activate the implanted impurities, when those implanted impurities redistribute in such a way that they mutually relax the lattice strains caused by their own presence. , by utilizing the phenomenon in which the solid solubility of ion-implanted impurities increases, and by determining the rate of redistribution of these impurities depending on the thermal diffusion rate of impurities ion-implanted near the surface, complexes of impurities, or impurities. This is a new technology that is extremely effective in creating a shallow, low-resistance layer near the silicon surface by taking advantage of the thermal diffusion rate suppressed by a complex of lattice defects.

本発明による技術は、従来の技術に比較して、表面抵抗
率の低減、転位密度の低減、不純物の固溶度の増大と不
純物の拡散の抑制できることを示した。たとえばひ素イ
オン注入に加えひ素イオン数の3%の隣をイオン注入し
、熱処理されたシリコンは、ひ素だけイオン注入し、熱
処理されたシリコンと比べ、表面抵抗率がかなり低減し
く第1図)、転位密度が激減しく第2図)、そしてひ素
の拡散が抑制され、かつひ素の固溶度が増大(第3図)
していた。
It has been shown that the technique according to the present invention can reduce surface resistivity, reduce dislocation density, increase solid solubility of impurities, and suppress diffusion of impurities, compared to conventional techniques. For example, in addition to arsenic ion implantation, 3% of the number of arsenic ions are implanted and heat treated silicon has a significantly lower surface resistivity than silicon that has only arsenic ion implanted and heat treated (Figure 1). The dislocation density is drastically reduced (Figure 2), the diffusion of arsenic is suppressed, and the solid solubility of arsenic is increased (Figure 3).
Was.

シリコンは物性的に安定な物質で、信頼度の高いもので
ある。しかも、その素子製造技術は他の半導体のそれに
比べ邊かに完成度の高いもので、しかも安価にシリコン
集積回路を作ることができる。当分このシリコン集積回
路の集積度を上げ、高速化を計ることは、開発期間とコ
ストの面から見ても得策である。本発明は、何等新しい
技術を開発することなく、既存の技術で集積度が高くな
ることによる応答特性の悪化を防ぎ得ることを可能にし
たもので、現在の高度情報化社会に大きく貢献できるも
のである。
Silicon is a material that is physically stable and highly reliable. Furthermore, the device manufacturing technology is far more sophisticated than that of other semiconductors, and silicon integrated circuits can be produced at low cost. For the time being, increasing the degree of integration of this silicon integrated circuit and increasing its speed is a good idea from the standpoint of development time and cost. The present invention makes it possible to prevent the deterioration of response characteristics due to increased integration using existing technology without developing any new technology, and can greatly contribute to the current highly information-oriented society. It is.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図、第2図と第3図は、本発明の実施例で。 シリコンをN形するための代表的な不純物であるひ素と
隣をイオン注入し、熱処理してシリコンの表面に浅い低
抵抗のN形層が作れることを示したものである。この実
施例は、ひ素のイオン注入分布と燐のイオン注入分布が
重なるようにして、かつ原子半径が1.17オームスト
ロンであるシリコン原子とイオン注入不純物の原子半径
の違いに基づく格子ひずみを原子半径が1.18オーム
ストロンであるひ素と原子半径が1.10オームストロ
ングである燐量で補償するようにイオン注入量を選んで
試料を作成したものである。この場合、燐のイオン注入
量はひ素のイオン注入量の3%で良く、イオン注入の順
序はノツコン現象によるイオン注入分布の擾乱を最小に
するために、原子量の大きいひ素を最初にシリコンにイ
オン注入し、続いて燐をイオン注入した。 第1図の■は、シリコンにN形不純物であるひ素を40
キロエレクトロンボルトのエネルギーで単位面積当たり
1xlO”原子だけイオン注入して、さらに燐を20キ
ロエレクトロンボルトのエネルギーで単位面積当たり3
xlO”だけ原子だけイオン注入したのち、熱処理時間
を30分間として熱処理温度を変えて熱処理したものの
表面抵抗率である。■は、本発明の技術と比較するため
に、従来の技術で作成した試料すなわちひ素を150キ
ロエレクトロンボルトのエネルギーで単位面積当たり1
xlO”原子だけイオン注入して、熱処理時間を30分
間として、温度を変えて熱処理したシリコンの表面抵抗
率を示したものである。 表面抵抗率は四端子法で測定した。 第2図の■は、第1図中の■に示した表面抵抗率を測定
した試料と同じ条件でひ素と燐をイオン注入しのち摂氏
950度で10分間熱処理シリコン、■はひ素を150
キロエレクトロンボルトのエネルギーで単位面積当たり
1xlO”原子だけイオン注入して、摂氏950度で1
0分間熱処理シリコン、モして■は、燐を20キロエレ
クトロンボルトのエネルギーで単位面積当たり3x10
4原子だけイオン注入して、摂氏950度で10分間熱
処理シリコンの透過電子g徹鏡写真のスケッチを示した
ものである。 透過電子顕微鏡写真は100キロエレクトロンボルトの
エネルギーの電子ビームを用いて、研磨と化学腐蝕法で
薄くされた試料で撮影した。 第3図は1本発明と従来技術によって作られたN形シリ
コン層の不純物の固溶度と不純物の熱拡散を比べたもの
で、第3図中の■はひ素を40キロエレクトロンボルト
のエネルギーで単位面積当たりl x l O”W子だ
けイオン注入して、さらに燐を20キロエレクトロンボ
ルトのエネルギーで単位面積当たり3xlO”だけ原子
だけイオン注入したのち、摂氏950度で30分間熱処
理したシリコンの電子密度分布、第3図の■は従来の技
術で、ひ素だけを40キロエレクトロンボルトのエネル
ギーで単位面積当たり1xlo”r!f、子だけイオン
注入したのち、摂氏950度で30分間熱処理したシリ
コンにものの電子密度分布を示したものである。 第1図
1, 2 and 3 show examples of the present invention. This study shows that it is possible to form a shallow, low-resistance N-type layer on the surface of silicon by implanting ions with arsenic, which is a typical impurity for making silicon N-type, and then heat-treating it. In this example, the ion implantation distribution of arsenic and the ion implantation distribution of phosphorus overlap, and the lattice strain based on the difference in the atomic radius of the silicon atom and the ion implanted impurity, whose atomic radius is 1.17 ohmstron, is The sample was prepared by selecting the amount of ion implantation to compensate for the amount of arsenic, which has a radius of 1.18 ohmstrong, and the amount of phosphorus, which has an atomic radius of 1.10 ohmstrong. In this case, the ion implantation amount of phosphorus may be 3% of the ion implantation amount of arsenic, and the order of ion implantation is such that arsenic, which has a large atomic weight, is first ionized into silicon in order to minimize the disturbance of the ion implantation distribution due to the notucon phenomenon. followed by ion implantation of phosphorus. ■ in Figure 1 indicates that 40% of arsenic, an N-type impurity, is added to silicon.
Ion implantation of 1xlO" atoms per unit area at an energy of kiloelectron volts, and phosphorus ion implantation of 3xlO" atoms per unit area at an energy of 20 kiloelectron volts.
This is the surface resistivity of a sample prepared by the conventional technique for comparison with the technique of the present invention. In other words, arsenic is 150 kiloelectron volts per unit area.
This figure shows the surface resistivity of silicon that was heat-treated by ion-implanting only "xlO" atoms and heat-treating at different temperatures for 30 minutes. The surface resistivity was measured by the four-terminal method. Silicon is ion-implanted with arsenic and phosphorus under the same conditions as the sample whose surface resistivity was measured as shown in ■ in Figure 1, and then heat-treated at 950 degrees Celsius for 10 minutes.
Ion implantation of 1xlO'' atoms per unit area with an energy of kiloelectron volts was carried out at 950 degrees Celsius.
After heat treating silicon for 0 minutes, the phosphorus is heated to 3x10 phosphorus per unit area at an energy of 20 kiloelectron volts.
This figure shows a sketch of a transmission electron g-transparent photograph of silicon in which only four atoms were ion-implanted and heat-treated at 950 degrees Celsius for 10 minutes. Transmission electron micrographs were taken using an electron beam with an energy of 100 kiloelectron volts on samples thinned by polishing and chemical etching. Figure 3 compares the solid solubility of impurities and thermal diffusion of impurities in N-type silicon layers made by the present invention and the conventional technology. After ion-implanting l x l O" W atoms per unit area, and further ion-implanting 3 x lO" phosphorous atoms per unit area at an energy of 20 kiloelectron volts, the silicon was heat-treated at 950 degrees Celsius for 30 minutes. Electron density distribution, ■ in Figure 3 is a conventional technique in which only arsenic is ion-implanted at an energy of 40 kiloelectron volts at a rate of 1xlo"r!f per unit area, and then heat-treated at 950 degrees Celsius for 30 minutes. Figure 1 shows the electron density distribution of a material.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  シリコンの原子半径に比べて大きい原子半径をもつN
形あるいはP形不純物などと小さい原子半径をもつN形
あるいはP形不純物などの2種類以上の元素を組み合わ
せイオン注入したのち、熱処理して不純物を電気的に活
性化して、シリコンにN形あるいはP形の低抵抗層の形
成する方法。
N has an atomic radius larger than that of silicon.
After ion-implanting a combination of two or more elements, such as an N-type or P-type impurity and an N-type or P-type impurity with a small atomic radius, heat treatment is performed to electrically activate the impurities to form an N-type or P-type impurity into silicon. A method of forming a shaped low resistance layer.
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