JP2001053016A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JP2001053016A
JP2001053016A JP11221723A JP22172399A JP2001053016A JP 2001053016 A JP2001053016 A JP 2001053016A JP 11221723 A JP11221723 A JP 11221723A JP 22172399 A JP22172399 A JP 22172399A JP 2001053016 A JP2001053016 A JP 2001053016A
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JP
Japan
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semiconductor
surfactant
junction
semiconductor substrate
film
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JP11221723A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuhiro Noguchi
充宏 野口
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a shallow pn junction without leak current by forming a second conductivity reverse region with the solid phase diffusion of a second conductive second semiconductor in a first conductivity first conductor where an oxide film is removed by solution that is made of hydrogen fluoride with a specific concentration and a surface-active agent for coating with the surface- active agent. SOLUTION: A semiconductor substrate 2 as a first semiconductor is dipped into a solution 7 where a surface-active agent 8 of approximately 0.01 to 10 wt.% is added to a dilute fluoric acid solution containing hydrogen fluoride of approximately 0.1 to 10 wt.%. By the dilute fluoric acid treatment, an oxide film being formed on the surface of the semiconductor substrate 2 is removed for exposing the surface. At this time, the surface-active agent 8 is adsorbed onto the surface of the semiconductor substrate 2, thus reducing the number of hydrophobic deposits 4 being adsorbed to the surface of the semiconductor substrate 2 and an element isolation film 3. After that, a semiconductor layer 5 made of amorphous silicon as a second semiconductor is laminated for crystallizing, thus obtaining a p-type semiconductor layer.

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、半導体装置の製造
方法に関し、特に半導体装置に用いるpn接合の形成方
法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a pn junction used in a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年30nmという非常に浅いpn接合
を形成する技術が開発されてきている。そのなかのひと
つとしてY. Mitani, I. Mizushima, S. Kambayashi, H.
Koyama, M. T. Takagi and M. Kashiwagi "Buried Sou
rce and Drain(BSD) Structurefor Ulta-shallow Junct
ion Using Selective Deposition of Highly Doped Amo
rphous Silicon" 1996 Symposium on VLSI Technology
Digest of Technical Papers p.176がある。この文献に
は、p型アモルファスシリコンをn型シリコン基板上に積
層し、このアモルファスシリコンを結晶化させて、中か
らp型不純物をn型基板上で固相成長させp型単結晶半
導体層を形成することによって、0.1mm以下の浅いpn
接合を形成する方法が報告されている。
2. Description of the Related Art In recent years, a technique for forming a very shallow pn junction of 30 nm has been developed. One of them is Y. Mitani, I. Mizushima, S. Kambayashi, H.
Koyama, MT Takagi and M. Kashiwagi "Buried Sou
rce and Drain (BSD) Structurefor Ulta-shallow Junct
ion Using Selective Deposition of Highly Doped Amo
rphous Silicon "1996 Symposium on VLSI Technology
Digest of Technical Papers p.176. According to this document, p-type amorphous silicon is laminated on an n-type silicon substrate, the amorphous silicon is crystallized, and p-type impurities are solid-phase grown on the n-type substrate to form a p-type single crystal semiconductor layer. By forming, a shallow pn of 0.1 mm or less
Methods for forming the junction have been reported.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、この方法
で、素子分離を形成した半導体基板上にpn接合を形成
する実験を行った。その結果p型半導体層を積層するn型
半導体層の初期界面に疎水性の付着物が形成され、これ
に起因する欠陥によりpn接合間にリーク電流が生じる
問題を見出した。以下にこの問題点について詳しく説明
する。
The present inventor conducted an experiment for forming a pn junction on a semiconductor substrate having element isolation formed by this method. As a result, it has been found that a hydrophobic deposit is formed at the initial interface of the n-type semiconductor layer on which the p-type semiconductor layer is laminated, and a defect resulting from this causes a leak current between the pn junctions. Hereinafter, this problem will be described in detail.

【0004】図1は、上記文献に記載されたpn接合の
形成プロセスフローである。また、図2は希フッ酸処理
を表す図、図3は第2の半導体層を堆積し固相拡散アニ
ールした後の図である。
FIG. 1 is a process flow for forming a pn junction described in the above-mentioned document. FIG. 2 is a view showing a dilute hydrofluoric acid treatment, and FIG. 3 is a view after depositing a second semiconductor layer and performing solid phase diffusion annealing.

【0005】先ず、砒素またはリンを1016cm-3添加した
n型Si基板2の表面に、例えば、シリコン酸化膜からな
る素子分離膜3を形成し、一部Si表面が露出したウェハ
を準備する。このSi基板2の表面には、あらかじめSiO2
からなる自然酸化膜が通常形成されている。さらに、大
気中に放置した自然酸化膜表面には、Di Butyl Phthala
te (DBP)やDi Octyl Phthalate (DOP)、Di Ethyl Phtha
late (DEP)などのフタル酸エステル類、および、(CH3)3
SiOHやシロキサン、および、表面を有機物でコートされ
たパーティクルが付着する。これらは通常、疎水性の吸
着物となり、吸着すると、より、他の疎水性の吸着物を
吸着する原因となる問題がある。
First, arsenic or phosphorus was added at 10 16 cm -3 .
An element isolation film 3 made of, for example, a silicon oxide film is formed on the surface of an n-type Si substrate 2, and a wafer having a partially exposed Si surface is prepared. On the surface of the Si substrate 2 in advance SiO 2
A natural oxide film made of is usually formed. In addition, Di Butyl Phthala
te (DBP), Di Octyl Phthalate (DOP), Di Ethyl Phtha
phthalates such as late (DEP) and (CH 3 ) 3
SiOH, siloxane, and particles whose surface is coated with an organic substance adhere. These usually become hydrophobic adsorbates, and when adsorbed, there is a problem that they cause other hydrophobic adsorbates to be adsorbed.

【0006】次に、塩酸と過酸化水素水と純水の1:1:6
の混合液を70〜95℃に保ち基板2を1~100分浸漬し、自
然酸化膜の表面に付着したFeやNi,Cuなどの金属を除去
する。この金属を除去する処理は、シリコンを積層する
前処理として、金属によるトラップを低減し、リーク電
流の少ないpn接合を良好に形成するのに必要である。
しかし、本薬液は酸性であり、シリコン表面のゼータ電
位はマイナスとなるのに対し、前記有機物やパーティク
ルのゼータ電位はプラスとなるため、よりパーティクル
がシリコン表面に吸着してしまう問題がある。また、半
導体基板2にSiが含まれている場合には、この酸性酸化
剤水溶液によって、半導体基板2の表面が酸化され、Si
O2を含むケミカル酸化膜を形成する問題がある。
Next, hydrochloric acid, hydrogen peroxide solution and pure water 1: 1: 6
Is kept at 70 to 95 ° C., and the substrate 2 is immersed for 1 to 100 minutes to remove metals such as Fe, Ni and Cu adhered to the surface of the natural oxide film. This treatment for removing the metal is necessary as a pretreatment for laminating the silicon, in order to reduce traps due to the metal and favorably form a pn junction having a small leak current.
However, this chemical is acidic, and the zeta potential of the silicon surface is negative, while the zeta potential of the organic substance and the particles is positive. Therefore, there is a problem that particles are more adsorbed on the silicon surface. When the semiconductor substrate 2 contains Si, the surface of the semiconductor substrate 2 is oxidized by this acidic oxidizing agent aqueous solution,
There is a problem of forming a chemical oxide film containing O 2 .

【0007】そこで前記基板をリンス後、図2に示すよ
うに、弗化水素を0.1%から10%までの範囲の重量パーセ
ントで含む1℃から90℃の温度範囲の希フッ酸溶液1に、
1~10分間前記半導体基板2を浸漬することにより、半導
体基板2の表面のケミカル酸化膜をエッチングして取り
除く。このシリコンを含んだ酸化膜のエッチング後、半
導体基板2の疎水性表面と、シリコン酸化膜からなる素
子分離膜3の親水性表面が水溶液中で露出することにな
る。
Then, after rinsing the substrate, as shown in FIG. 2, a diluted hydrofluoric acid solution 1 containing hydrogen fluoride at a weight percentage of 0.1% to 10% and a temperature range of 1 ° C. to 90 ° C.
By immersing the semiconductor substrate 2 for 1 to 10 minutes, the chemical oxide film on the surface of the semiconductor substrate 2 is removed by etching. After the etching of the silicon-containing oxide film, the hydrophobic surface of the semiconductor substrate 2 and the hydrophilic surface of the element isolation film 3 made of the silicon oxide film are exposed in the aqueous solution.

【0008】このとき本発明者の実験では、希フッ酸水
溶液1中に、半導体基板2および素子分離膜3の表面に
元々付着していた疎水性吸着物4や、純水リンスをした
際にその薬液に同伴して持ち込まれた疎水性吸着物4
や、希フッ酸水溶液1の容器に付着していた疎水性吸着
物4や、希フッ酸水溶液の原料に含まれている疎水性吸
着物4が、酸化膜のエッチングによって、水溶液1の中
に分散することが分かった。そしてこれらの疎水性吸着
物4は、特に酸性溶液中で、表面酸化膜が取り除かれた
半導体基板2の表面に再吸着されることが判明した。こ
の際、特に、素子分離膜3表面よりも半導体基板2の表
面の方が疎水性が強いので、より吸着されやすくなって
いた。
At this time, in the experiment of the present inventor, when the hydrophobic adsorbent 4 originally attached to the surfaces of the semiconductor substrate 2 and the element isolation film 3 and the pure water rinse were diluted in the diluted hydrofluoric acid aqueous solution 1, Hydrophobic adsorbent 4 brought along with the chemical
In addition, the hydrophobic adsorbed substance 4 attached to the container of the diluted hydrofluoric acid aqueous solution 1 and the hydrophobic adsorbed substance 4 contained in the raw material of the diluted hydrofluoric acid aqueous solution are mixed into the aqueous solution 1 by etching the oxide film. It was found to disperse. It has been found that these hydrophobic adsorbents 4 are re-adsorbed on the surface of the semiconductor substrate 2 from which the surface oxide film has been removed, particularly in an acidic solution. In this case, in particular, the surface of the semiconductor substrate 2 is stronger in hydrophobicity than the surface of the element isolation film 3, so that the surface is more easily adsorbed.

【0009】この後、この半導体基板2の表面に残存す
る水を、半導体基板2を高速回転させることにより、吹
き飛ばし乾燥させると、前記疎水性吸着物4は半導体基
板2の表面に残ったままになった。この後ボロンを1021
cm-3添加したアモルファスシリコンからなる第2の半導
体層5を積層し、浅いpn接合を形成したところ、図3
のように半導体基板2と第2の半導体層5との境界に、前
記疎水性吸着物4が多数付着し、リーク電流が生じた。
本発明は、上記の問題を解決すべくなされたもので、リ
ーク電流のない20nm以下の浅いpn接合の形成方法
を提供することを目的とする。
Thereafter, the water remaining on the surface of the semiconductor substrate 2 is blown off and dried by rotating the semiconductor substrate 2 at a high speed, and the hydrophobic adsorbent 4 remains on the surface of the semiconductor substrate 2. became. After this, 10 21
When a second semiconductor layer 5 made of amorphous silicon to which cm -3 was added was laminated to form a shallow pn junction, FIG.
As described above, a large number of the hydrophobic adsorbents 4 adhered to the boundary between the semiconductor substrate 2 and the second semiconductor layer 5, and a leak current occurred.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problem, and has as its object to provide a method for forming a shallow pn junction of 20 nm or less without a leak current.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、シリコンを含む第1導電型の第1の半導
体の表面を、弗化水素(0.1%以上10%以下の重量パーセ
ント)および界面活性剤(0.01%以上10%以下の重量パー
セント)とからなる水溶液に浸漬し、前記第1の半導体
の表面に形成された酸化膜を取り除き、前記第1の半導
体の表面を前記界面活性剤でコートする工程と、前記界
面活性剤でコートした前記第1の半導体の表面に第2の
導電型の第2の半導体を堆積する工程と、前記第2の半
導体から固相拡散させることにより前記第1の半導体に
第2導電型の反転領域を形成することを特徴とするpn
接合の形成方法を提供する。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method of forming a first semiconductor of the first conductivity type containing silicon on a surface of hydrogen fluoride (0.1% to 10% by weight). ) And a surfactant (a weight percent of 0.01% or more and 10% or less), and an oxide film formed on the surface of the first semiconductor is removed to remove the surface of the first semiconductor. A step of coating with a surfactant; a step of depositing a second semiconductor of a second conductivity type on the surface of the first semiconductor coated with the surfactant; and a solid phase diffusion from the second semiconductor. Forming a second conductivity type inversion region in the first semiconductor by pn
A method for forming a bond is provided.

【0011】また、本発明は、シリコンを含む第1導電
型の第1の半導体の表面を、弗化水素(0.1%以上10%以
下の重量パーセント)および界面活性剤(0.01%以上10%
以下の重量パーセント)とからなる水溶液に浸漬し、前
記第1の半導体の表面に形成された酸化膜を取り除き、
前記第1の半導体の表面を前記界面活性剤でコートする
工程と、前記界面活性剤でコートした前記第1の半導体
の表面にアモルファス半導体を堆積する工程と、前記ア
モルファス半導体を結晶化させることにより前記第1の
半導体に第2導電型の反転領域を形成することを特徴と
するpn接合の形成方法を提供する。
Further, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device comprising the steps of forming a surface of a first semiconductor of a first conductivity type containing silicon with hydrogen fluoride (0.1% to 10% by weight) and a surfactant (0.01% to 10%).
The following weight percent) is immersed in an aqueous solution comprising: removing the oxide film formed on the surface of the first semiconductor;
A step of coating the surface of the first semiconductor with the surfactant, a step of depositing an amorphous semiconductor on the surface of the first semiconductor coated with the surfactant, and crystallizing the amorphous semiconductor. A method for forming a pn junction is provided, wherein a second conductivity type inversion region is formed in the first semiconductor.

【0012】また、本発明は、前記界面活性剤はアルキ
ル基を含むアルコールからなり、分子量50以上90以下で
あることを特徴とするpn接合の形成方法を提供する。
The present invention also provides a method for forming a pn junction, wherein the surfactant comprises an alcohol containing an alkyl group and has a molecular weight of 50 to 90.

【0013】また、本発明は、前記界面活性剤はプロパ
ノールからなることを特徴とするpn接合の形成方法を
提供する。
[0013] The present invention also provides a method for forming a pn junction, wherein the surfactant comprises propanol.

【0014】また、本発明は、前記アモルファス半導体
を堆積する工程は400℃以下であることを特徴とするp
n接合の形成方法を提供する。
Further, in the present invention, the step of depositing the amorphous semiconductor is performed at a temperature of 400 ° C. or less.
A method for forming an n-junction is provided.

【0015】前記アモルファス半導体を結晶化させる工
程は750℃以下であることを特徴とするpn接合の形成
方法を提供する。
[0015] The present invention provides a method for forming a pn junction, wherein the step of crystallizing the amorphous semiconductor is performed at 750 ° C or lower.

【0016】前記結晶化した半導体領域は、前記アモル
ファス半導体を結晶化させる工程での温度における固溶
度以上に、第2の導電型の不純物が添加されたpn接合
の形成方法を提供する。
The crystallized semiconductor region provides a method of forming a pn junction in which an impurity of the second conductivity type is added to the semiconductor solution at a temperature higher than the solid solubility in the step of crystallizing the amorphous semiconductor.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施例を説明する。 (実施例1)図4は、本発明の第1の実施例の半導体p
n接合の形成プロセスフローを示している。本発明は、
希フッ酸処理を行う水溶液に、界面活性剤を添加して、
半導体基板の表面を疎水性の吸着物が付着する前に界面
活性剤でコートし、界面活性剤が残留する表面に第2の
半導体層を堆積し、固相拡散アニールしてpn接合を作
成することによって、pn接合の逆方向リーク電流を増
加させない界面活性剤が存在することを発見したことに
特徴がある。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 4 shows a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
4 shows a process flow of forming an n-junction. The present invention
Add a surfactant to the aqueous solution for dilute hydrofluoric acid treatment,
The surface of the semiconductor substrate is coated with a surfactant before the hydrophobic adsorbent adheres, a second semiconductor layer is deposited on the surface where the surfactant remains, and solid phase diffusion annealing is performed to form a pn junction This is characterized by the fact that a surfactant that does not increase the reverse leakage current of the pn junction is present.

【0018】図5、図6を用いて第1の実施例を説明す
る。
The first embodiment will be described with reference to FIGS.

【0019】先ず、例えば、1015~1019cm-3砒素、リ
ン、またはアンチモンを添加したn型Siからなる半導体
基板2の表面に、例えば、シリコン酸化膜からなる素子
分離膜3を形成し、一部Si表面が露出したウェハを準備
する。図5ではトレンチ素子分離3を形成した例を示し
たが、トレンチ素子分離ではなく、例えば、メサエッチ
ングやLOCOS素子分離でもよい。このSi表面は、例え
ば、20nm以下のシリコン酸化膜で覆われた構造でもよ
い。
First, an element isolation film 3 made of, for example, a silicon oxide film is formed on a surface of a semiconductor substrate 2 made of n-type Si doped with, for example, 10 15 to 10 19 cm -3 arsenic, phosphorus, or antimony. First, a wafer having a partially exposed Si surface is prepared. FIG. 5 shows an example in which the trench element isolation 3 is formed. However, instead of the trench element isolation, for example, mesa etching or LOCOS element isolation may be used. This Si surface may have a structure covered with, for example, a silicon oxide film of 20 nm or less.

【0020】また塩酸と過酸化水素水処理の前に、例え
ば、硫酸と過酸化水素水とを、1:1に混合した溶液によ
り、既に表面に付着した有機物を取り除くプロセス、お
よび、この後純水リンスを行うことにより、硫酸と過酸
化水素水と取り除くプロセスを加えてもよい。次にこの
半導体基板2の表面に残存する水を、例えば、半導体基
板を高速回転させることにより、吹き飛ばし乾燥させ
る。
Before the treatment with hydrochloric acid and aqueous hydrogen peroxide, for example, a process of removing organic substances that have already adhered to the surface by using a 1: 1 mixed solution of sulfuric acid and aqueous hydrogen peroxide. A process of removing sulfuric acid and hydrogen peroxide by water rinsing may be added. Next, the water remaining on the surface of the semiconductor substrate 2 is blown off and dried by, for example, rotating the semiconductor substrate at a high speed.

【0021】この時、大気中に半導体基板を暴露するこ
の工程までに、クリーンルーム内に含まれる、例えば、
Di Butyl Phthalate (DBP)やDi Octyl Phthalate (DO
P)、DiEthyl Phthalate (DEP)などのフタル酸エステル
類、および、(CH3)3SiOHやシロキサン、および、表面を
有機物でコートされたパーティクルからなる疎水性吸着
物4は半導体基板2の表面に付着し残ったままになる。
At this time, before the step of exposing the semiconductor substrate to the atmosphere, the semiconductor substrate is contained in a clean room, for example,
Di Butyl Phthalate (DBP) and Di Octyl Phthalate (DO
P), phthalic acid esters such as DiEthyl Phthalate (DEP), and (CH 3 ) 3 SiOH and siloxane, and hydrophobic adsorbents 4 composed of particles whose surface is coated with an organic substance are deposited on the surface of the semiconductor substrate 2. It adheres and remains.

【0022】次に、塩酸と過酸化水素水と純水の、例え
ば、1:1:6から1:1:8までの体積比の混合液を70〜95℃に
保ち1~100分浸漬し、この半導体基板2の表面、および素
子分離膜3の表面に含まれたFeやNi,Cuなどの金属をエッ
チングする。この際、半導体基板2にSiが含まれている
場合には、この酸性酸化剤水溶液によって、半導体基板
2の表面が酸化され、SiO2を含むケミカル酸化膜を0.5〜
5nmの厚さで形成する。これにより、前記疎水性吸着物4
は、再付着してもケミカル酸化膜上に付着し、またSiを
含む半導体基板2は疎水性吸着物4から直接接せず清浄な
界面が形成される。
Next, a mixture of hydrochloric acid, aqueous hydrogen peroxide and pure water, for example, having a volume ratio of 1: 1: 6 to 1: 1: 8 is kept at 70-95 ° C. and immersed for 1-100 minutes. Then, metal such as Fe, Ni, and Cu contained in the surface of the semiconductor substrate 2 and the surface of the element isolation film 3 is etched. At this time, if the semiconductor substrate 2 contains Si, the semiconductor substrate 2
2 surface is oxidized, and the chemical oxide film containing SiO 2
It is formed with a thickness of 5 nm. Thereby, the hydrophobic adsorbate 4
Is adhered on the chemical oxide film even if it is re-adhered, and the semiconductor substrate 2 containing Si does not come into direct contact with the hydrophobic adsorbent 4 to form a clean interface.

【0023】次に、純水リンスを行うことにより、塩酸
および過酸化水素水を置換し取り除く。
Next, by rinsing with pure water, hydrochloric acid and aqueous hydrogen peroxide are replaced and removed.

【0024】次に、図5に示すように、弗化水素を0.1%
から10%までの範囲の重量パーセントで含む希フッ酸溶
液に、例えば、2-プロパノールからなる界面活性剤8を
0.01%から10%までの範囲の重量パーセントで添加した水
溶液7に半導体基板2を浸漬する。この処理時間としては
10秒~10分、水溶液7の温度は1〜80℃までの間とする。
Next, as shown in FIG.
Dilute hydrofluoric acid solution containing in weight percent ranging from to 10%, for example, surfactant 8 consisting of 2-propanol
The semiconductor substrate 2 is immersed in an aqueous solution 7 added at a weight percentage ranging from 0.01% to 10%. This processing time
The temperature of the aqueous solution 7 is set between 1 and 80 ° C. for 10 seconds to 10 minutes.

【0025】この浸漬のプロセスでは、例えば、超音波
振動、または、メガソニック振動を与えて洗浄を行って
もよい。ここで、希フッ酸水溶液7中に、例えば、半導
体基板2および素子分離膜3の表面に元々付着していた疎
水性吸着物4が、酸化膜のエッチングによって表面から
剥離し、水溶液7の中に分散する。また、希フッ酸水溶
液の容器に付着していた疎水性吸着物4や、希フッ酸水
溶液の原料に含まれている疎水性吸着物4も水溶液7中に
分散する。この希フッ酸処理により第1の半導体である
半導体基板2の表面に形成された酸化膜が取り除かれ、
半導体基板2の表面が露出する。このとき前記第1の半
導体表面に前記界面活性剤8が吸着される。
In the immersion process, for example, cleaning may be performed by applying ultrasonic vibration or megasonic vibration. Here, in the diluted hydrofluoric acid aqueous solution 7, for example, the hydrophobic adsorbent 4 originally attached to the surfaces of the semiconductor substrate 2 and the element isolation film 3 is separated from the surface by etching of the oxide film, and Disperse in. In addition, the hydrophobic adsorbate 4 attached to the diluted hydrofluoric acid aqueous solution container and the hydrophobic adsorbent 4 contained in the raw material of the diluted hydrofluoric acid aqueous solution are also dispersed in the aqueous solution 7. The oxide film formed on the surface of the semiconductor substrate 2 as the first semiconductor is removed by the diluted hydrofluoric acid treatment,
The surface of the semiconductor substrate 2 is exposed. At this time, the surfactant 8 is adsorbed on the first semiconductor surface.

【0026】図5において、界面活性剤の疎水基(親油
基)を□で、親水基を○で示す。界面活性剤は、半導体
2の疎水性表面側に疎水基を並べて吸着される。よっ
て、水溶液側には、親水基側が配列することとなる。そ
の結果、この界面活性剤8でコートされた半導体基板2の
表面には、界面活性剤8の親水基が配列し、前記疎水性
付着物4のゼータ電位と界面活性剤8が吸着した半導体
表面2とのゼータ電位の差が小さくなり、前記疎水性付
着物4が静電気力で表面に吸着しにくくなる。
In FIG. 5, the hydrophobic group (lipophilic group) of the surfactant is indicated by □, and the hydrophilic group is indicated by ○. Surfactants are semiconductors
The hydrophobic groups are adsorbed by arranging hydrophobic groups on the hydrophobic surface side. Therefore, the hydrophilic group side is arranged on the aqueous solution side. As a result, on the surface of the semiconductor substrate 2 coated with the surfactant 8, the hydrophilic groups of the surfactant 8 are arranged, and the zeta potential of the hydrophobic deposit 4 and the semiconductor surface on which the surfactant 8 is adsorbed. 2, the difference between the zeta potential and the hydrophobic adhering substance 4 becomes less likely to be adsorbed on the surface by electrostatic force.

【0027】さらに、界面活性剤が臨界ミセル濃度より
も多く添加されている場合には、図5のように、親水基
を外側に向けた界面活性剤の集合体ミセル8'が形成され
る。これは、水溶液中に分散した疎水性付着物4'を図5
のように疎水基を向けて取り巻くため、疎水性付着物4'
は親水性を増し、乳化または可溶化して水溶液7中に分
散し易くなる。よって、疎水性付着物4'は、後工程の純
水リンスの際に、容易にリンス液と1緒に除去される。
Furthermore, when the surfactant is added in an amount higher than the critical micelle concentration, aggregate micelles 8 'of the surfactant with the hydrophilic group directed outward are formed as shown in FIG. This shows that hydrophobic deposits 4 'dispersed in an aqueous solution are shown in FIG.
Around the hydrophobic group as in
Has an increased hydrophilicity and is easily emulsified or solubilized and easily dispersed in the aqueous solution 7. Therefore, the hydrophobic deposits 4 'are easily removed together with the rinsing liquid during the pure water rinsing in the subsequent step.

【0028】また、図5のように、素子分離膜3の上に
付着した疎水性付着物4''に界面活性剤8が吸着すること
により、親水基が水溶液7側に向く。よって、疎水性付
着物4''の表面張力を下げ、より、水溶液中へ乳化また
は分散し易くなる。
As shown in FIG. 5, when the surfactant 8 is adsorbed on the hydrophobic attachment 4 ″ attached on the element separation film 3, the hydrophilic group is directed to the aqueous solution 7 side. Therefore, the surface tension of the hydrophobic adhered substance 4 ″ is reduced, and it becomes easier to emulsify or disperse in the aqueous solution.

【0029】以上の効果から、半導体表面2および素子
分離膜3に吸着する疎水性付着物4の数を減少させること
ができる。
From the above effects, the number of hydrophobic deposits 4 adsorbed on the semiconductor surface 2 and the element separation film 3 can be reduced.

【0030】特に、本実施例の界面活性剤8において
は、従来のスルホン酸系の界面活性剤と比較して、分子
量が大きすぎないことが特に重要となる。以下これを説
明する。
In particular, it is particularly important that the surfactant 8 of the present embodiment has a molecular weight not too large as compared with the conventional sulfonic acid-based surfactant. This will be described below.

【0031】界面活性剤8の分子量を、前記疎水性付着
物4よりも小さく保つことにより、拡散に対する活性化
エネルギーを小さく保つことができる。よって、半導体
基板表面2上の拡散速度、さらに、素子分離3上の拡散速
度を、前記疎水性付着物よりも大きくし、酸化膜を取り
除いた表面に、疎水性付着物よりも早く界面活性剤8が
覆うようにすることができ、望ましい。よって、例え
ば、界面活性剤8の分子量としては、典型的な有機吸着
汚染源(CH3)3SiOHよりも分子量が小さく、すなわち、9
0.12よりも小さくするのが望ましい。
By keeping the molecular weight of the surfactant 8 smaller than that of the hydrophobic deposit 4, the activation energy for diffusion can be kept small. Therefore, the diffusion rate on the semiconductor substrate surface 2 and the diffusion rate on the element isolation 3 are made larger than the hydrophobic deposit, and the surface of the oxide film is removed, and the surfactant is faster than the hydrophobic deposit. 8 can be covered and desirable. Thus, for example, the molecular weight of the surfactant 8 is smaller than that of a typical organic adsorption contaminant (CH 3 ) 3 SiOH, that is, 9
Desirably less than 0.12.

【0032】また、分子量390.6あるDOPのように分子量
が大きい有機物が半導体表面に付着すると、900℃以上
のプロセスでも表面に炭化物として残留しデバイス特性
を悪化させるとY.Shiramizu, H.Kitajima, Proceeding
s, SSDM 1995, Yokohama, p.273によって報告されてい
る。よって、界面活性剤の分子量は、390.6よりも小さ
い必要がある。
Further, when an organic substance having a large molecular weight such as DOP having a molecular weight of 390.6 adheres to the semiconductor surface, it remains as a carbide on the surface even in a process of 900 ° C. or more and deteriorates the device characteristics.
s, SSDM 1995, Yokohama, p.273. Therefore, the molecular weight of the surfactant needs to be smaller than 390.6.

【0033】一方、R-OH型のアルコールを界面活性剤と
して用いる場合には、アルキル基Rの分子量が大きい方
が、親水基OHと疎水基Rとの分極が大きくなり、表面張
力の低下作用が増大し、より半導体表面2に対する界面
活性剤8の吸着エネルギーを大きくすることができ、望
ましい範囲の分子量がある。我々は、特に、2-プロパノ
ールを界面活性剤として用いることにより、第2の半導
体堆積前に界面活性剤が半導体表面2に残留していると
考えられるにも関わらず、接合リークの増加のない良好
なpn接合が形成できることを新たに見出した。
On the other hand, when an R-OH type alcohol is used as a surfactant, the larger the molecular weight of the alkyl group R, the greater the polarization between the hydrophilic group OH and the hydrophobic group R, and the lowering of the surface tension. And the adsorption energy of the surfactant 8 on the semiconductor surface 2 can be increased, and the molecular weight is in a desirable range. In particular, we have found that by using 2-propanol as a surfactant, there is no increase in junction leakage despite the fact that the surfactant is believed to remain on the semiconductor surface 2 before the second semiconductor deposition. It has been newly found that a good pn junction can be formed.

【0034】また、界面活性剤のモル濃度8は、前記疎
水性吸着物4のモル濃度よりも大きくする必要があり、
かつ、溶解度よりも小さい必要があり、水溶液に対して
0.01%から10%の重量パーセントで含むようにするのが望
ましい。
It is necessary that the molar concentration 8 of the surfactant is larger than the molar concentration of the hydrophobic adsorbent 4.
It must be smaller than the solubility,
It is desirable to include between 0.01% and 10% by weight.

【0035】この後、純水リンスを行うことにより、希
フッ酸水溶液を置換し取り除く。
Thereafter, by performing pure water rinsing, the diluted hydrofluoric acid aqueous solution is replaced and removed.

【0036】この後、この半導体基板2の表面に残存す
る水を、例えば、半導体基板を高速回転させることによ
り、吹き飛ばし乾燥させる。この乾燥工程は、例えば窒
素雰囲気中の2-プロパノール蒸気によって、ウェハ表面
の水分を2-プロパノールと置換して乾燥させる方法と置
き換えてもよい。ここで、界面活性剤8としては、第2
の半導体層5を堆積するまで、乾燥後露出した半導体領
域2の表面に残留し、親水性表面を保ち、大気中の疎水
性吸着物が吸着されにくくするのが望ましい。このた
め、メタノールやエタノールよりは、半導体ウェハに対
する吸着エネルギーが大きく蒸発しにくい2-プロパノー
ルを用いるのが望ましい。なお、界面活性剤は、水より
も半導体基板2の表面に吸着されやすいので、乾燥後で
も水分子とは置換せず、図6のように、半導体表面2に
は界面活性剤がコートされた状態になる。
Thereafter, the water remaining on the surface of the semiconductor substrate 2 is blown off and dried, for example, by rotating the semiconductor substrate at a high speed. This drying step may be replaced with a method in which the water on the wafer surface is replaced with 2-propanol and dried by, for example, 2-propanol vapor in a nitrogen atmosphere. Here, as the surfactant 8, the second
It is desirable that the semiconductor layer 5 remains on the exposed surface of the semiconductor region 2 after drying until the semiconductor layer 5 is deposited, maintains a hydrophilic surface, and makes it difficult for hydrophobic adsorbate in the atmosphere to be adsorbed. For this reason, it is desirable to use 2-propanol, which has a higher adsorption energy to the semiconductor wafer and is less likely to evaporate than methanol or ethanol. Since the surfactant is more easily adsorbed on the surface of the semiconductor substrate 2 than water, the surfactant is not replaced by water molecules even after drying, and the surfactant is coated on the semiconductor surface 2 as shown in FIG. State.

【0037】なお、従来の界面活性剤を添加しない希フ
ッ酸処理の後、窒素雰囲気中の2-プロパノール蒸気によ
って、ウェハを乾燥させる工程を用いた場合には、本発
明の効果は得られない。なぜなら、希フッ酸処理時に半
導体基板2の表面に付着する疎水性吸着物4の量を減らす
効果はなく、乾燥時にも、既に付着した疎水性吸着物4
は、通常、2-プロパノールよりも分子量が大きく吸着エ
ネルギーが大きいので、半導体基板2の表面に残ったま
まになるからである。
If the conventional process of diluting hydrofluoric acid without adding a surfactant and then drying the wafer with 2-propanol vapor in a nitrogen atmosphere is used, the effect of the present invention cannot be obtained. . This is because there is no effect of reducing the amount of the hydrophobic adsorbate 4 adhering to the surface of the semiconductor substrate 2 at the time of the dilute hydrofluoric acid treatment.
This is because, usually, the molecular weight is larger than that of 2-propanol and the adsorption energy is larger, so that it remains on the surface of the semiconductor substrate 2.

【0038】次に、図7に示すように、例えば、ボロン
を1020から1022cm-3の間の濃度で添加したアモルファス
シリコンからなる第2の半導体層5を積層する。この
際、浅いpn接合を形成する用途には、半導体層5の成
膜膜厚が通常1mm以下と薄くなり、薄膜の膜厚制御が重
要となる。よって、第2の半導体層の化合物、例えばSi
H4、Si2H6のガスを供給するか、またはSi原子を分子線
として供給する気相成長法を用いる。
Next, as shown in FIG. 7, a second semiconductor layer 5 made of amorphous silicon to which, for example, boron is added at a concentration of 10 20 to 10 22 cm -3 is laminated. At this time, for the purpose of forming a shallow pn junction, the film thickness of the semiconductor layer 5 is usually as thin as 1 mm or less, and it is important to control the thickness of the thin film. Therefore, the compound of the second semiconductor layer, for example, Si
Either a gas of H 4 or Si 2 H 6 is supplied, or a vapor growth method of supplying Si atoms as a molecular beam is used.

【0039】例えば、気相成長法としては、例えば、前
記半導体基板を石英管に入れ、300℃から400℃の範囲内
に加熱した後に、ジシランまたはシランガスを50〜300s
ccm分および10%にHe希釈されたジボランガスを10〜30sc
cm流すことにより、全面にB-doped アモルファスシリコ
ンを堆積する。また、分子線としてSi原子を供給して半
導体領域2の成長を行うには、半導体表面で十分マイグ
レーションを生じさせるために、基板温度を最低300℃
までに基板温度を上昇させる必要がある。
For example, as a vapor phase growth method, for example, the above-mentioned semiconductor substrate is put in a quartz tube and heated in a range of 300 ° C. to 400 ° C., and then disilane or silane gas is fed for 50 to 300 seconds.
10-30 sc of diborane gas diluted with He to ccm and 10%
By flowing cm, B-doped amorphous silicon is deposited on the entire surface. In order to grow the semiconductor region 2 by supplying Si atoms as molecular beams, the substrate temperature must be at least 300 ° C. in order to cause sufficient migration on the semiconductor surface.
By then, the substrate temperature needs to be raised.

【0040】このような条件でアモルファスシリコンを
形成することにより、ボロン不純物密度が1x1021cm-3
ら2x1021cm-3の間のアモルファスシリコン層を形成する
ことができる。この際、ボロンの固溶度は800℃以下で1
x1020cm-3より小さいので、固溶度を超えたボロンが第
2の半導体層5に添加されていることになる。
By forming amorphous silicon under such conditions, an amorphous silicon layer having a boron impurity density of 1 × 10 21 cm −3 to 2 × 10 21 cm −3 can be formed. At this time, the solid solubility of boron is 1
Since it is smaller than x10 20 cm -3 , boron exceeding the solid solubility is added to the second semiconductor layer 5.

【0041】この後、リソグラフィまたはエッチングに
よって、第2の半導体層5をパターニングしてもよい。
Thereafter, the second semiconductor layer 5 may be patterned by lithography or etching.

【0042】次に、例えば、N2またはArなどの不活性ガ
ス中で、550℃から750℃の間で0.1時間から10時間熱処
理を加えることにより、前記第2の半導体層5を結晶化
し、p型半導体層を得る。特に、半導体基板2が単結晶で
ある場合、第2の半導体5は、前記半導体基板2側から固
相成長によって単結晶成長するようにするのが、第2の
半導体5の抵抗を下げ欠陥数を減少させるのに望まし
い。
Next, the second semiconductor layer 5 is crystallized by applying a heat treatment at 550 ° C. to 750 ° C. for 0.1 hour to 10 hours in an inert gas such as N 2 or Ar. Obtain a p-type semiconductor layer. In particular, when the semiconductor substrate 2 is a single crystal, the second semiconductor 5 should be grown as a single crystal by solid phase growth from the semiconductor substrate 2 side, thereby lowering the resistance of the second semiconductor 5 and reducing the number of defects. Is desirable to reduce

【0043】この際、図7に示すように、第2の半導体
層5に添加されたボロンが、半導体基板2側に拡散し、p
型層に変化した領域6が形成される。第2の半導体層に
過飽和に入ったボロンが析出し、不活性なボロンクラス
タにならない様に、この時の熱処理の温度は、750℃以
下に抑える必要がある。また、固相エピタキシャル成長
によるアモルファスシリコンの結晶化が行われるため
に、500℃以上にする必要がある。
At this time, as shown in FIG. 7, boron added to the second semiconductor layer 5 diffuses toward the semiconductor substrate 2 and
The changed region 6 is formed in the mold layer. The temperature of the heat treatment at this time needs to be suppressed to 750 ° C. or less so that boron that has entered supersaturation does not precipitate in the second semiconductor layer to form an inactive boron cluster. Further, the temperature needs to be 500 ° C. or higher in order to crystallize amorphous silicon by solid phase epitaxial growth.

【0044】図8にこのように形成したpn接合のリー
ク電流の累計分布と、従来の方法で形成したpn接合の
リーク電流の累計分布を示す。
FIG. 8 shows the cumulative distribution of the leak current of the pn junction formed as described above and the cumulative distribution of the leak current of the pn junction formed by the conventional method.

【0045】本試料では、フッ酸濃度は1%(重量%)と
し、界面活性剤として2-プロパノールを1%(体積%)添加
して処理を行い、液温は室温で作業した。ここで、2-プ
ロパノールの室温(27℃)での比重は0.8であり、2-プロ
パノールの添加量は0.8%(重量%)に相当する。また、ウ
ェハの乾燥には、半導体基板を高速回転させることによ
り、吹き飛ばし乾燥させる方法をすべて用い、2-プロパ
ノール蒸気による乾燥法は用いなかった。希フッ酸処理
以外のプロセスは、2つのプロセスで全く同じものを用
いた。また、基板不純物としては、Asを用い、接合界面
での濃度は6x1017cm-3となるように調整した。
In this sample, the hydrofluoric acid concentration was 1% (% by weight), 2-propanol was added as a surfactant at a concentration of 1% (% by volume), and the solution was treated at room temperature. Here, the specific gravity of 2-propanol at room temperature (27 ° C.) is 0.8, and the amount of 2-propanol added is equivalent to 0.8% (% by weight). For the drying of the wafer, all the methods of blowing off and drying by rotating the semiconductor substrate at a high speed were used, and the drying method using 2-propanol vapor was not used. Except for the dilute hydrofluoric acid treatment, exactly the same two processes were used. In addition, As was used as the substrate impurity, and the concentration at the bonding interface was adjusted to be 6 × 10 17 cm −3 .

【0046】本発明ではpn接合のリーク電流は、2-プ
ロパノール添加の希フッ酸処理の方がすべての累積度数
で小さくなっており、特に、累計度数が80%以上のリー
ク電流の大きな成分が小さくなった。このリーク電流成
分は、pn接合に散在する孤立リーク源であることが判
明しており、パーティクルによる接合不良モデルと1致
し、リークの減少は孤立リーク源の個数が減少している
ことを示していた。
According to the present invention, the leakage current of the pn junction is smaller at all the cumulative frequencies in the dilute hydrofluoric acid treatment with the addition of 2-propanol. It has become smaller. It has been found that this leak current component is an isolated leak source scattered in the pn junction, which coincides with the model of a defective junction due to particles, and a decrease in leakage indicates that the number of isolated leak sources is reduced. Was.

【0047】さらに、本実施例の方法でpn接合を作成
することにより、接合深さを20nm以下に保ち、1%以下の
不良率で、リーク電流を1x10-8A/cm2以下に抑制するこ
とができることができた。
Further, by forming a pn junction by the method of this embodiment, the junction depth is kept at 20 nm or less, and the leak current is suppressed to 1 × 10 −8 A / cm 2 or less at a failure rate of 1% or less. I could do it.

【0048】図9に試作ロットの異なる様々な条件での
本実施例と従来例のリーク電流の比較例を示す。ここ
で、リーク電流としては、累積度数が95%となる点を取
り、孤立リーク源起因のリーク電流を比較するようにし
ている。また、図9の縦軸は、図8のプロセスフローで
形成したpn接合のリーク電流を、横軸は従来の方法で
形成したpn接合のリーク電流を示す。また、図の○
は、縦軸のリーク電流が、界面活性剤として2-プロパノ
ールを0.2%(体積%)添加して処理を行ったサンプルであ
り、図の△は、縦軸のリーク電流が界面活性剤として2-
プロパノールを1%(体積%)添加して処理を行ったサンプ
ルである。さらに、図中に、固相拡散のアニール時間お
よび温度を示している。ここで、点線は実施例と従来例
のリーク電流が等しくなった場合のアイガイドであり、
実施例が従来例よりもリーク電流が低減できたことが判
明した。
FIG. 9 shows a comparison example of the leak current between the present embodiment and the conventional example under various conditions of different prototype lots. Here, a point where the cumulative frequency becomes 95% is taken as the leak current, and the leak current caused by the isolated leak source is compared. Also, the vertical axis of FIG. 9 shows the leak current of the pn junction formed by the process flow of FIG. 8, and the horizontal axis shows the leak current of the pn junction formed by the conventional method. Also, ○ in the figure
Is a sample in which the leakage current on the vertical axis was treated by adding 0.2% (vol%) of 2-propanol as a surfactant, and the triangle in the figure indicates that the leakage current on the vertical axis was 2% as the surfactant. -
This is a sample treated by adding 1% (vol%) of propanol. Further, the annealing time and the temperature of the solid-phase diffusion are shown in the figure. Here, the dotted line is an eye guide when the leakage current of the embodiment and the conventional example are equal,
It was found that the example was able to reduce the leak current as compared with the conventional example.

【0049】また、図9より、界面活性剤として2-プロ
パノールを用いた場合、0.2%から1%までの重量%の範囲
でリーク電流が低減していることが実証された。また、
固相拡散アニール温度も600℃から700℃までの間でリー
ク電流が低減していることが実証された。なお、本実施
例では、界面活性剤として、2-プロパノールを用いた例
を示したが、分子量が2-プロパノール以下のアルコール
類、すなわち、1プロパノール、メタノール、エタノー
ルを界面活性剤として用いることができる。さらに、こ
れらアルコールが、第2の半導体層5堆積時に半導体表
面2に残留しても、その界面生成物は、2-プロパノール
の場合と同じまたは低分子量となるため、やはりpn接
合リークの増大をもたらさない。
FIG. 9 demonstrates that when 2-propanol was used as the surfactant, the leakage current was reduced in the range of 0.2% to 1% by weight. Also,
It was demonstrated that the solid-state diffusion annealing temperature was reduced between 600 ℃ and 700 ℃. In this example, an example using 2-propanol as the surfactant was shown.However, alcohols having a molecular weight of 2-propanol or less, that is, 1-propanol, methanol, and ethanol may be used as the surfactant. it can. Furthermore, even if these alcohols remain on the semiconductor surface 2 during the deposition of the second semiconductor layer 5, the interface products have the same or low molecular weight as in the case of 2-propanol. Not bring.

【0050】本実施例で作成したpn接合では、半導体
基板2のエッチング量は、塩酸と過酸化水素水との混合
液でのケミカル酸化膜の形成に消費される程度で3nm以
下に抑えることができ、本実施例の接合形成全プロセス
を通じて750℃以下の熱工程で形成することができる。
In the pn junction formed in this embodiment, the etching amount of the semiconductor substrate 2 is suppressed to 3 nm or less, which is enough to be consumed for forming a chemical oxide film with a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide solution. It can be formed by a heat process at 750 ° C. or lower throughout the entire bonding process of this embodiment.

【0051】一方、従来のイオン注入による方法は、チ
ャネリングを防ぐために表面にアモルファス層が必要
で、イオン注入欠陥を消滅させるために850℃以上に熱
処理を必要とする。よって、本実施例の方法は、イオン
注入と異なり、基板不純物プロファイルや基板形状を大
きく変化させずにpn接合を作成できる。
On the other hand, the conventional ion implantation method requires an amorphous layer on the surface to prevent channeling, and requires a heat treatment at 850 ° C. or higher to eliminate ion implantation defects. Therefore, unlike the ion implantation, the method of the present embodiment can create a pn junction without significantly changing the substrate impurity profile and the substrate shape.

【0052】さらに、本実施例の方法では、例えば、半
導体基板2が露出した状態で、アンモニア-過酸化水素水
水溶液による処理のように、アルカリ性の洗浄液を用い
ていない。よって、半導体基板2がエッチングされるこ
とがなく、pn接合を形成できる。さらに、アルカリ性
処理液で問題となる、第2の半導体層5を堆積した場合
にウェハが白濁する問題も生じない。
Further, in the method of the present embodiment, for example, an alkaline cleaning liquid is not used in a state where the semiconductor substrate 2 is exposed, unlike the treatment with an ammonia-hydrogen peroxide aqueous solution. Therefore, a pn junction can be formed without etching the semiconductor substrate 2. Furthermore, there is no problem that the wafer becomes cloudy when the second semiconductor layer 5 is deposited, which is a problem with the alkaline processing liquid.

【0053】さらに、添加する2-プロパノールの量は2
-プロパノールウエハ乾燥装置と比較して少なく、よ
り、環境に対する廃棄物負荷が小さい。
Further, the amount of 2-propanol to be added is 2
-Less than a propanol wafer dryer, and less waste load on the environment.

【0054】本実施例で形成したpn接合では、半導体
基板2と第2の半導体層5との境界に付着した前記疎水性
吸着物4の個数を減少させることができる。この疎水性
吸着物4は、例えば炭素原子からなり、半導体の格子定
数と異なるボンド長を有しているため、半導体の結晶性
が悪化する。よって、例えば、格子不整合を導入し酸素
起因積層欠陥(Oxidation Induced Stacking Fault)状の
積層欠陥や転位の結晶欠陥の導入源となるが、この欠陥
発生を本実施例では抑制することができる。さらに、Fe
やNi,Caなどの金属不純物が含まれている疎水性吸着物4
の個数を低減し、半導体の禁制帯内に欠陥準位が形成さ
れるのを防ぐことができる。よって、pn接合の空乏層
端がこの疎水性吸着物4の領域まで達しても、例えば、
発生再結合電流のように、欠陥準位を通じたリーク電流
の増大を抑制することができる。
In the pn junction formed in this embodiment, the number of the hydrophobic adsorbents 4 attached to the boundary between the semiconductor substrate 2 and the second semiconductor layer 5 can be reduced. Since the hydrophobic adsorbent 4 is made of, for example, carbon atoms and has a bond length different from the lattice constant of the semiconductor, the crystallinity of the semiconductor deteriorates. Therefore, for example, the lattice mismatch is introduced to be a source of an oxygen-induced stacking fault (Oxidation Induced Stacking Fault) -like stacking fault or a dislocation crystal defect. However, in this embodiment, the generation of the defect can be suppressed. Furthermore, Fe
Adsorbate 4 containing metallic impurities such as Ni and Ca
Can be reduced, and the formation of defect levels in the forbidden band of the semiconductor can be prevented. Therefore, even if the depletion layer end of the pn junction reaches the region of the hydrophobic adsorbate 4, for example,
Like a generated recombination current, an increase in leak current through a defect level can be suppressed.

【0055】また、疎水性吸着物が吸着した部分では、
固相拡散の偏析係数および不純物拡散速度が吸着してい
ない部分と異なるが、疎水性吸着物の数を減少させるこ
とにより、より均一な接合深さの拡散層を形成すること
ができる。
In the portion where the hydrophobic adsorbate is adsorbed,
Although the segregation coefficient and impurity diffusion rate of the solid-phase diffusion are different from those of the non-adsorbed portion, the diffusion layer having a more uniform junction depth can be formed by reducing the number of hydrophobic adsorbates.

【0056】さらに、界面活性剤が添加されているた
め、希フッ酸水溶液中で半導体基板2の表面に付着した
気泡が脱離しやすくなるために、気泡によるシリコン酸
化膜のエッチング残りが減少し、より確実にpn接合を
形成できる。実際、図9に示す試料において、界面活性
剤を添加しない試料での気泡によるエッチング残りのあ
るパターンの確率は4%であったのに対し、界面活性剤を
添加した試料でのエッチング残りは1%以下であった。
Further, since the surfactant is added, bubbles adhering to the surface of the semiconductor substrate 2 in the dilute hydrofluoric acid aqueous solution are easily released, and the etching residue of the silicon oxide film due to the bubbles is reduced. A pn junction can be formed more reliably. In fact, in the sample shown in FIG. 9, the probability of a pattern having an etching residue due to bubbles in the sample without the addition of the surfactant was 4%, whereas the etching residue in the sample with the addition of the surfactant was 1%. % Or less.

【0057】また、半導体基板2の表面と絶縁体基板表
面と同様に親水性となるため、シリコン領域の面積が増
大しても、ウエハ乾燥時に1部洗浄水がローリングアッ
プし半導体2と絶縁膜3との界面近傍で水残りが生じる問
題が少なくなる。よって、洗浄残留水に含まれる有機物
や金属が半導体2と絶縁膜3との界面近傍に付着する不良
が減少する。実際、図9に示す試料において、界面活性
剤を添加しない試料での水残りのあるパターンの確率は
14%であったのに対し、界面活性剤を添加した試料での
水残りは1%以下であった。
Since the surface of the semiconductor substrate 2 and the surface of the insulator substrate become hydrophilic similarly to the surface of the insulator substrate, even if the area of the silicon region is increased, a part of the cleaning water is rolled up when the wafer is dried, and the semiconductor 2 and the insulating film are removed. The problem that water remains near the interface with 3 is reduced. Therefore, defects in which organic substances and metals contained in the residual cleaning water adhere to the vicinity of the interface between the semiconductor 2 and the insulating film 3 are reduced. In fact, in the sample shown in FIG. 9, the probability of the pattern with water residue in the sample without the addition of surfactant is
The residual water was less than 1% in the sample to which the surfactant was added, compared with 14%.

【0058】本実施例において、界面活性剤としては、
吸着エネルギーの大きな親水基を持つ分子量90以下の有
機物であればよい。よって、例えば、Rをアルキル基と
してR-OH型のアルコールのみならず、例えば、酢酸CH3C
OOHであっても良く、他のR-COOH型のカルボン酸でも良
いし、R-COONH4であってもよい。
In this example, the surfactant was
Any organic substance having a hydrophilic group with a large adsorption energy and a molecular weight of 90 or less may be used. Thus, for example, not only R-OH type alcohols where R is an alkyl group, but also, for example, acetic acid CH 3 C
May be a OOH, may be other R-COOH carboxylic acid, it may be R-COONH 4.

【0059】さらに、本実施例では第2の半導体領域と
してアモルファスシリコンを堆積した例を示したが、例
えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ポーラスシリ
コン、アモルファスシリコン、SiGe混晶、SiGeC
混晶、GaAs、W、Ta、Ti、Hf、Co、Pt、
Pdの金属あるいはそのシリサイドを固相拡散源として
用いることもでき、本実施例の処理を用いることによ
り、界面の欠陥を減少させることは明らかである。(実
施例2)本実施例は、例えば、固相拡散によって形成さ
れたpn接合で、半導体基板2の不純物濃度を上昇させ
ても、リーク電流を小さく保つことができるpn接合の
構造についてである。従来、固溶度を超えたボロンが第
2の半導体層5に添加されている場合で、750℃以下の温
度で、ボロンの固相拡散でp型拡散層6が形成された場
合、p型拡散層6でボロンの不純物分布は明らかではなか
った。
Further, in this embodiment, an example was shown in which amorphous silicon was deposited as the second semiconductor region. However, for example, single crystal silicon, polycrystalline silicon, porous silicon, amorphous silicon, SiGe mixed crystal, SiGeC
Mixed crystal, GaAs, W, Ta, Ti, Hf, Co, Pt,
The metal of Pd or its silicide can be used as a solid-phase diffusion source, and it is clear that the treatment of the present embodiment reduces interface defects. (Embodiment 2) The present embodiment relates to a structure of a pn junction formed by, for example, solid-phase diffusion and capable of keeping a leakage current small even if the impurity concentration of the semiconductor substrate 2 is increased. . Conventionally, when boron exceeding the solid solubility is added to the second semiconductor layer 5 and the p-type diffusion layer 6 is formed by solid-phase diffusion of boron at a temperature of 750 ° C. or less, The impurity distribution of boron in diffusion layer 6 was not clear.

【0060】今回、我々は、700℃および600℃につい
て、数時間程度の拡散で固相拡散のボロンのプロファイ
ルを求めることに初めて成功し、リーク電流を小さくす
るデバイス設計を可能とした。
This time, for the first time, we succeeded in obtaining a solid-phase diffusion boron profile at 700 ° C. and 600 ° C. by diffusion for about several hours, and made it possible to design a device to reduce the leak current.

【0061】図10に、実施例1で説明したプロセスを
例として用いて作成したpn接合の、深さとボロン濃度
との測定データを示す。横軸は、半導体基板2と第2の
半導体層5との境界を0とし、半導体基板2へ入る向きを
正としての深さを示しており、正の領域が半導体基板2
または領域6、負の領域が第2の半導体層5を示してい
る。
FIG. 10 shows measurement data of the depth and the boron concentration of a pn junction formed using the process described in the first embodiment as an example. The horizontal axis indicates the depth where the boundary between the semiconductor substrate 2 and the second semiconductor layer 5 is 0, and the direction into the semiconductor substrate 2 is positive, and the positive region is the semiconductor substrate 2.
Alternatively, the region 6 and the negative region indicate the second semiconductor layer 5.

【0062】図10において、×は固相成長アニール無
しのデータを、●は600℃2時間アニールしたデータを、
□は700℃2時間アニールしたデータを示している。ま
た、図の細い実線、太い実線、点線はそれぞれデータの
fittingカーブを示している。fittingカーブは、アニー
ル温度上昇に従って、等しいボロン濃度で界面から深い
方向に変位しており、固相拡散のプロファイルが測定で
きていることを示している。また、700℃2時間アニール
したfittingカーブを0nmまで外挿することにより、ボロ
ンの拡散は、固溶限を超えた第2の半導体層5のボロン
濃度(>1021cm-3)を界面濃度として拡散するのではな
く、1020cm-3以下のより低い濃度を界面濃度として拡散
することが初めて判明した。
In FIG. 10, x indicates data without annealing for solid phase growth, ● indicates data annealed at 600 ° C. for 2 hours,
□ indicates data obtained by annealing at 700 ° C. for 2 hours. Also, the thin solid line, thick solid line, and dotted line
The fitting curve is shown. The fitting curve displaces deeper from the interface at the same boron concentration as the annealing temperature increases, indicating that the profile of solid phase diffusion can be measured. Further, by extrapolating the fitting curve annealed at 700 ° C. for 2 hours to 0 nm, the diffusion of boron is increased by increasing the boron concentration (> 10 21 cm −3 ) of the second semiconductor layer 5 exceeding the solid solubility limit to the interface concentration. It has been found for the first time that a lower concentration of 10 20 cm -3 or less is diffused as an interface concentration, rather than as a diffusion.

【0063】図10において、アニール無しの試料で、
横軸正の領域でボロンが観測されるのは、測定装置の深
さ分解能の限界によるものであり、この部分の分解能を
補正し、実プロファイルを補誤差関数で近似計算したの
が、図11である。
In FIG. 10, a sample without annealing was used.
The reason that boron is observed in the positive region on the horizontal axis is due to the limit of the depth resolution of the measuring device. The resolution of this portion was corrected, and the actual profile was approximated by the complementary error function. It is.

【0064】図11には、同様に測定した半導体基板2
中の砒素のプロファイルも示している。図11より、基
板Asの濃度を6x1018cm-3とすると、600℃2時間熱処理試
料で接合深さ8nm、700℃2時間熱処理試料で接合深さ20n
mが形成されていることがわかる。これら接合深さは、
従来イオン注入によって形成された接合深さの報告例の
最小値(>25nm)よりも小さく、より浅い接合が形成でき
ることが判明した。
FIG. 11 shows the semiconductor substrate 2 measured in the same manner.
The profile of the arsenic in it is also shown. From FIG. 11, assuming that the concentration of the substrate As is 6 × 10 18 cm −3 , the bonding depth is 8 nm in the heat treatment sample at 600 ° C. for 2 hours, and the bonding depth is 20 n in the heat treatment sample at 700 ° C. for 2 hours.
It can be seen that m is formed. These junction depths are
It has been found that a shallower junction can be formed, which is smaller than the minimum value (> 25 nm) of the reported example of the junction depth formed by conventional ion implantation.

【0065】さらに、図11および拡散時間を変えた実
験から、基板2内に形成されたボロンの不純物プロファ
イルは、深さをx[m]および時間をt[s]として、C0*Erfc
[x/[2(Dt)0.5]]と近似できることが判明した。ここで、
Erfc(z)は、Erfc(0)=1となる定義の補誤差関数である。
C0は界面ボロン濃度であり、600℃から700℃の範囲で、
3x1018cm-3から2x1019cm-3までの間の値となり、典型的
には1x1019cm-3となる。また、Dは拡散定数であり、600
℃で4x10-22[m2/s]から3x10-21[m2/s]までの間の値とな
り、典型的には、1x10-21[m2/s]となる。また、700℃に
おける拡散定数は、4x10-21[m2/s]から9x10-21[m2/s]ま
での間の値となり、典型的には、6x10-2 1[m2/s]とな
る。
Further, FIG. 11 and the results obtained by changing the diffusion time
From experiments, it was found that the boron impurity profile formed in the substrate 2 was
Il is given by C as depth x [m] and time t [s].0* Erfc
[x / [2 (Dt)0.5]]. here,
Erfc (z) is a complementary error function defined as Erfc (0) = 1.
C0Is the interfacial boron concentration in the range of 600 ° C to 700 ° C,
3x1018cm-3From 2x1019cm-3Typical values up to
Has 1x1019cm-3Becomes D is a diffusion constant, and 600
4x10 at ℃-twenty two[mTwo/ s] to 3x10-twenty one[mTwo/ s]
Typically 1x10-twenty one[mTwo/ s]. Also, at 700 ℃
Diffusion coefficient is 4x10-twenty one[mTwo/ s] to 9x10-twenty one[mTwo/ s]
Typically between 6x10-2 1[mTwo/ s]
You.

【0066】上記のボロンプロファイルを用いて、半導
体基板2の濃度NDが与えられた場合に、第2の半導体層5
と半導体基板2との界面から測った接合深さXjを以下の
ように設定すれば、pn接合の空乏層端が、第2の半導
体層5と半導体領域6との界面にある疎水性吸着物4の領
域まで達しないように設計することができる。1) pn
接合の設計した逆バイアスの最大値をVrとし、Vrと不純
物プロファイルから、pn接合にVr印加された場合の空
乏層幅Xdepを求める。2) 界面まで空乏層が達した場合
の空乏層に含まれるドナー面密度は、NDXdepとなり、こ
れと補誤差関数から計算したアクセプタ面密度0.5692*C
0*2(Dt)0.5が等しく、C0があらかじめ上記のように与え
られているので、最低必要な拡散距離2(Dt)0.5を求める
ことができる。ちなみに、拡散定数Dがあらかじめ上記
のように与えられているので、最低必要な拡散時間tも
求めることができる。3) ND=C0*Erfc[Xj/[2(Dt)0.5]]
を解くことにより、最低必要なXjを求めることができ
る。実際には、疎水性付着物4による拡散深さの減少に
よって、Xjがばらつくことが考えられるので、例えば、
2nmから10nm程度Xjを増やして設計するのが望ましい。
[0066] Using the above boron profile, if the concentration N D of the semiconductor substrate 2 is given, the second semiconductor layer 5
When the junction depth Xj measured from the interface between the semiconductor substrate 2 and the semiconductor substrate 2 is set as follows, the end of the depletion layer of the pn junction is the hydrophobic adsorbate at the interface between the second semiconductor layer 5 and the semiconductor region 6. It can be designed not to reach the area of 4. 1) pn
The maximum value of the designed reverse bias of the junction is Vr, and the depletion layer width X dep when Vr is applied to the pn junction is obtained from Vr and the impurity profile. 2) the donor surface-density that is included in the depletion layer in the case where the depletion layer to the interface is reached, N D X dep becomes, which the complementary error acceptor surface-density which is calculated from the function 0.5692 * C
Since 0 * 2 (Dt) 0.5 is equal and C 0 is given in advance as described above, the minimum required diffusion distance 2 (Dt) 0.5 can be obtained. Incidentally, since the diffusion constant D is given in advance as described above, the minimum required diffusion time t can also be obtained. 3) N D = C 0 * Erfc [Xj / [2 (Dt) 0.5 ]]
By solving, the minimum required Xj can be obtained. In practice, it is conceivable that Xj varies due to a decrease in the diffusion depth due to the hydrophobic deposit 4, for example,
It is desirable to design by increasing Xj from about 2 nm to about 10 nm.

【0067】図12に、シリコンで均一ドープ構造を仮
定した場合に、前記界面まで空乏層が達しないために必
要な基板不純物濃度の最大値と、接合深さの最小値との
関係を示す。この計算では、C0は領域6に導入されたボ
ロンの半分が活性化しているとして、5x1018cm-3を用い
た。図において、実線はpn接合の逆バイアス1Vの場合
であり、点線は逆バイアスが3Vの場合であって、バイア
ス電圧が増加すると、必要な接合深さも大きくなる。10
21cm-3以上ある第2の半導体層5の固溶限を超えた不純
物密度を半導体領域6のC0と等しいと考えた従来の拡散
計算では、図4の必要な接合深さXjが過小評価されてし
まうため、第2の半導体層5と半導体領域6との界面に空
乏層が達してしまいリークを減少させることができず、
空乏層の幅も異なったものとなっていた。本実施例の拡
散定数Dおよび界面固溶度C0を用いることにより、第2
の半導体層5と半導体領域6との界面に空乏層が達してし
まいリークが増大する不良をより精度よく減少させるこ
とができる。また、半導体層5の不純物密度が変化して
も、半導体領域6の不純物濃度は、固相拡散した温度で
の固溶度C0で一定となる。このため、半導体層の不純物
層の濃度をイオン注入法よりも一定にすることができ、
より制御性よくp型拡散層6を形成できる。
FIG. 12 shows the relationship between the maximum value of the substrate impurity concentration required to prevent the depletion layer from reaching the interface and the minimum value of the junction depth, assuming a uniform doping structure of silicon. In this calculation, 5 × 10 18 cm −3 was used assuming that C 0 is activated by half of the boron introduced into region 6. In the figure, the solid line shows the case where the reverse bias of the pn junction is 1 V, and the dotted line shows the case where the reverse bias is 3 V. As the bias voltage increases, the required junction depth also increases. Ten
In the conventional diffusion calculation in which the impurity density exceeding the solid solubility limit of the second semiconductor layer 5 of 21 cm −3 or more is considered to be equal to C 0 of the semiconductor region 6, the necessary junction depth Xj in FIG. As a result, the depletion layer reaches the interface between the second semiconductor layer 5 and the semiconductor region 6 and the leakage cannot be reduced.
The width of the depletion layer was also different. By using the diffusion constant D and the interfacial solid solubility C 0 of this embodiment, the second
A defect that a depletion layer reaches the interface between the semiconductor layer 5 and the semiconductor region 6 to increase leakage can be more accurately reduced. Further, even if the impurity density of the semiconductor layer 5 is changed, the impurity concentration of the semiconductor region 6 is constant in a solid solution of C 0 in the solid phase diffusion temperatures. For this reason, the concentration of the impurity layer in the semiconductor layer can be made more constant than in the ion implantation method,
The p-type diffusion layer 6 can be formed with more controllability.

【0068】また、本実施例の構造は、実施例1のよう
に、界面活性剤を用いた希フッ酸前処理のプロセスで形
成した構造だけでなく、界面活性剤を添加しない従来の
希フッ酸前処理のプロセスで形成した固相拡散pn接合
についても同様に成立することは検証した。さらに、本
実施例の構造では、図10の600℃、2時間アニールした
試料のプロファイルに示すように、固相拡散ではイオン
注入で形成された拡散層のように、ボロン濃度1017cm-3
以下の領域で過剰な格子間Si原子によるDefect Enhance
d Diffusionによる接合深さの大幅な増大は観測されな
いことが初めて判明した。これにより、イオン注入によ
るpn接合形成よりも接合深さを小さく保つことがで
き、さらに、過剰な格子間原子による転位や積層欠陥の
発生を防止することができ、より、接合リーク不良の少
ないpn接合を形成することができる。 (実施例3)本実施例は、実施例1および2で説明した固相
拡散によって形成された非常に浅いpn接合を、MISFET
のソースドレイン電極の一部に用いる構造および製造方
法についてである。
The structure of the present embodiment is not limited to the structure formed by the dilute hydrofluoric acid pretreatment process using the surfactant as in the first embodiment, but also to the conventional dilute hydrofluoric acid to which no surfactant is added. It was verified that the same holds true for the solid-phase diffusion pn junction formed in the acid pretreatment process. Further, in the structure of the present embodiment, as shown in the profile of the sample annealed at 600 ° C. for 2 hours in FIG. 10, in the solid phase diffusion, the boron concentration is 10 17 cm −3 like the diffusion layer formed by ion implantation.
Defect enhancement due to excess interstitial Si atoms in the following regions
It was found for the first time that no significant increase in junction depth due to d Diffusion was observed. As a result, the junction depth can be kept smaller than in the case of pn junction formation by ion implantation, furthermore, dislocations and stacking faults caused by excessive interstitial atoms can be prevented, and pn junctions with less junction leak defects can be prevented. A bond can be formed. (Embodiment 3) In this embodiment, a very shallow pn junction formed by solid-phase diffusion described in Embodiments 1 and 2 is used for forming a MISFET.
The structure and manufacturing method used for a part of the source / drain electrode of FIG.

【0069】本方法では、全面に固溶度以上にボロンを
添加したアモルファスシリコンを堆積し、基板シリコン
上のみ選択結晶化をさせることによって、ソースドレイ
ン部分に選択的に高濃度の選択エピタキシャル成長膜を
形成することに特徴がある。
In this method, amorphous silicon doped with boron to a solid solubility or higher is deposited on the entire surface and selectively crystallized only on the substrate silicon, thereby selectively forming a high-concentration selective epitaxial growth film on the source and drain portions. It is characterized by forming.

【0070】図13に本発明の第3の実施例の構造断面
図を示す。
FIG. 13 is a structural sectional view of a third embodiment of the present invention.

【0071】先ず、例えば、(100)面方位を持った単結
晶n型Siからなる半導体層15の上部に、例えば、シリコ
ン酸化膜、オキシナイトライド膜、またはシリコン窒化
膜からなるゲート絶縁膜12を介して、例えば、poly Si,
amorphous Si, TiNやW、Pt,RuO2,IrO2からなるゲート
電極11が形成されている。また、ゲート電極の両側の半
導体層15の領域内には、例えば、前記半導体層15と逆の
導電性を有するBまたはInを固相拡散して形成したソー
ス拡散領域およびドレイン拡散領域21が形成されてp型M
ISFETを形成している。さらに、半導体層15のよりゲー
ト電極から離れたp型領域21の下の深い部分には、ソー
スドレイン領域の面抵抗を減少させるため、領域21に接
して領域21と同じ導電性を有する半導体領域16が形成さ
れている。
First, a gate insulating film 12 made of, for example, a silicon oxide film, an oxynitride film, or a silicon nitride film is formed on a semiconductor layer 15 made of, for example, single crystal n-type Si having a (100) plane orientation. Through, for example, poly Si,
A gate electrode 11 made of amorphous Si, TiN, W, Pt, RuO 2 , IrO 2 is formed. In the region of the semiconductor layer 15 on both sides of the gate electrode, for example, a source diffusion region and a drain diffusion region 21 formed by solid-phase diffusion of B or In having conductivity opposite to that of the semiconductor layer 15 are formed. Being p-type M
ISFET is formed. Further, in a deep portion of the semiconductor layer 15 below the p-type region 21 farther from the gate electrode, a semiconductor region having the same conductivity as the region 21 in contact with the region 21 in order to reduce the surface resistance of the source / drain region. 16 are formed.

【0072】さらに、21層の上部には、例えば、Bまた
はInを添加した、Si, SiGe、SiGeCからなる単結晶半導
体領域19が形成されている。この領域は、ゲート絶縁膜
12と半導体層15との界面よりも積み上げ方向上方に形成
され、いわゆるelevatedソースドレイン構造となってい
る。半導体領域19のp型不純物濃度は、固溶度以上と
し、例えば、ボロンの場合には、1020cm-3以上、インジ
ウムの場合には2x1018cm-3以上とする。さらに、ゲート
絶縁膜12のゲート電極11が形成されていない側の側壁に
は、例えば、シリコン酸化膜または窒化膜からなる絶縁
体膜13が形成されている。また、絶縁膜13の側壁には、
シリコン酸化膜または窒化膜からなる絶縁膜22が形成さ
れている。さらに、半導体領域19の上面で、絶縁膜22が
形成されていない上面には、例えばコバルトシリサイ
ド、ニッケルシリサイド、またはチタンシリサイドから
なる導電体層23が形成されている。導電体層23は、p型
ソースドレイン半導体領域16内部まで達して形成されて
いてもよく、その場合、導電体層23の下面を領域16が覆
いn型半導体層15に導電体層23が接しないようにする必
要がある。また、ゲート電極11の上面には、例えばコバ
ルトシリサイド、ニッケルシリサイド、またはチタンシ
リサイドからなる導電体層23'が形成されている。さら
に、p型MISFET以外の半導体層15の領域には、例えば、
上面がシリコン酸化膜からなる素子分離膜20が形成され
ている。
Further, a single crystal semiconductor region 19 made of, for example, Si, SiGe, or SiGeC to which B or In is added is formed on the upper part of the 21 layer. This area is the gate insulating film
It is formed above the interface between the semiconductor layer 15 and the semiconductor layer 15 in the stacking direction, and has a so-called elevated source / drain structure. P-type impurity concentration of the semiconductor region 19, and a solid solubility or more, for example, in the case of boron, 10 20 cm -3 or more, in the case of indium and 2x10 18 cm -3 or more. Further, an insulator film 13 made of, for example, a silicon oxide film or a nitride film is formed on a side wall of the gate insulating film 12 on which the gate electrode 11 is not formed. In addition, on the side wall of the insulating film 13,
An insulating film 22 made of a silicon oxide film or a nitride film is formed. Further, a conductor layer 23 made of, for example, cobalt silicide, nickel silicide, or titanium silicide is formed on the upper surface of the semiconductor region 19 where the insulating film 22 is not formed. The conductor layer 23 may be formed to reach the inside of the p-type source / drain semiconductor region 16. In this case, the conductor layer 23 is in contact with the n-type semiconductor layer 15 by covering the lower surface of the conductor layer 23 with the region 16. You need to avoid it. On the upper surface of the gate electrode 11, a conductor layer 23 'made of, for example, cobalt silicide, nickel silicide, or titanium silicide is formed. Further, in the region of the semiconductor layer 15 other than the p-type MISFET, for example,
An element isolation film 20 having an upper surface made of a silicon oxide film is formed.

【0073】次に、図14、15、16、17、18を
用いて、この実施例の半導体構造の製造工程を説明す
る。
Next, a manufacturing process of the semiconductor structure of this embodiment will be described with reference to FIGS.

【0074】まず、例えば、リン濃度1015cm-3のn形層
を形成した、例えば、Si(100)面を主平面とした半導体
領域15を準備する。次いで、n型半導体領域15にリンを1
012〜1015cm-2程度イオン注入してウェル拡散し濃度を
最適化してもよい。イオン注入のエネルギーは、例えば
50eV以上1000eV以下とする。これらWell領域の濃度は10
15cm-3〜1019cm-3とすればよい。
First, for example, when the phosphorus concentration is 10Fifteencm-3N-layer
A semiconductor with a Si (100) plane as the main plane
Prepare region 15. Next, 1 phosphorus is added to the n-type semiconductor region 15.
012~TenFifteencm-2Ion implantation and diffusion into the well
May be optimized. The energy of ion implantation is, for example,
50 eV or more and 1000 eV or less. The concentration of these well regions is 10
Fifteencm-3~Ten19cm-3And it is sufficient.

【0075】次に、例えば、トレンチ分離やLOCOS分離
からなる素子分離20を形成する。素子分離膜20の上面は
シリコン酸化膜からなることが、領域19を選択的に形成
するのに望ましい。次いで、n型半導体領域15にリンや
砒素、およびアンチモンをイオン注入してウェル拡散し
濃度を最適化してもよい。
Next, for example, an element isolation 20 composed of trench isolation or LOCOS isolation is formed. It is desirable that the upper surface of the element isolation film 20 be made of a silicon oxide film in order to selectively form the region 19. Next, phosphorus, arsenic, and antimony may be ion-implanted into the n-type semiconductor region 15 to diffuse the well and optimize the concentration.

【0076】次に、半導体層15の表面を、例えば、0.5
〜20nm酸化または窒化してゲート絶縁膜12を形成し、ゲ
ート電極11となる多結晶シリコン、アモルファスシリコ
ン、または、SiGe混晶からなる膜11を例えば、10〜200n
m全面に堆積する。このゲート絶縁膜12およびゲート電
極11形成工程の代わりに、例えば、TiO2やAl 2O3、ある
いは、タンタル酸化膜、チタン酸ストロンチウムやチタ
ン酸バリウム、チタン酸ジルコニウム鉛からなるゲート
絶縁膜12を、10〜200nmの厚さ全面堆積する。さらに、
例えば、poly Si, amorphous Si, TiN、W、Pt,RuO2また
はIrO2からなるゲート電極11を10〜200nmの厚さ全面堆
積してもよい。
Next, the surface of the semiconductor layer 15 is, for example, 0.5
The gate insulating film 12 is formed by oxidizing or nitriding
Polycrystalline silicon, amorphous silicon to become the gate electrode 11
Or a film 11 made of SiGe mixed crystal, for example, 10 to 200 n
m Deposit on the entire surface. The gate insulating film 12 and the gate electrode
Instead of the pole 11 forming step, for example, TiOTwoAnd Al TwoOThree,is there
Or tantalum oxide film, strontium titanate or titanium
Gate made of barium titanate and lead zirconium titanate
An insulating film 12 is deposited on the entire surface to a thickness of 10 to 200 nm. further,
For example, poly Si, amorphous Si, TiN, W, Pt, RuOTwoAlso
Is IrOTwoGate electrode 11 consisting of 10 to 200 nm
May be stacked.

【0077】さらに、絶縁膜14となるシリコン酸化膜
を、例えば、2〜100nm全面堆積または膜11の酸化または
窒化によって形成した後、リソグラフィーと反応性イオ
ンエッチングにより絶縁膜14および導電膜11を絶縁膜12
上まで達するように加工して、ゲート電極を形成する。
Further, after a silicon oxide film serving as the insulating film 14 is formed, for example, by depositing the entire surface of 2 to 100 nm or oxidizing or nitriding the film 11, the insulating film 14 and the conductive film 11 are insulated by lithography and reactive ion etching. Membrane 12
The gate electrode is formed by processing to reach the upper part.

【0078】次いで、絶縁膜13となるシリコン酸化膜
を、例えば、2〜50nm全面堆積した後、異方性エッチン
グにより加工して、ゲート電極11の切り立った側壁上に
側壁絶縁膜13を残し、図14の形状を得る。
Next, a silicon oxide film serving as the insulating film 13 is entirely deposited, for example, in a thickness of 2 to 50 nm and then processed by anisotropic etching to leave the side wall insulating film 13 on the steep side wall of the gate electrode 11. The shape shown in FIG. 14 is obtained.

【0079】次に、例えば、絶縁膜17となるシリコン酸
化膜またはシリコン窒化膜を、例えば、5〜100nm全面堆
積によって形成した後、異方性エッチングにより加工し
て、側壁絶縁膜13の切り立った側壁上に絶縁膜17を残
す。絶縁膜13および14と絶縁膜17との組み合わせとして
は、例えば、それぞれシリコン酸化膜とシリコン窒化
膜、またはシリコン熱酸化膜とシリコン堆積酸化膜、シ
リコン酸化膜とBPSG, BSGやPSGとの組み合わせなど、膜
13および膜14を残して膜17を選択的にエッチングできる
ようにするのが望ましい。
Next, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film serving as the insulating film 17 is formed by, for example, 5 to 100 nm full-surface deposition, and then processed by anisotropic etching, so that the side wall insulating film 13 is raised. The insulating film 17 is left on the side wall. Examples of the combination of the insulating films 13 and 14 and the insulating film 17 include, for example, a silicon oxide film and a silicon nitride film, or a silicon thermal oxide film and a silicon deposited oxide film, a silicon oxide film and BPSG, a combination of BSG and PSG, and the like. ,film
Desirably, the film 17 can be selectively etched leaving the film 13 and the film 14.

【0080】この後、BやBF2を加速電圧1〜100eV、1013
〜1016cm-2イオン注入し例えば、700-1100℃で、0.01〜
60min、例えばArまたはN2雰囲気で加熱することによっ
て、p型領域16を形成し、図15の形状を得る。p型領域
16の深さは0.03〜0.3umの間とし、ゲート電極11の直下
には深いp型層が達しないように絶縁膜17の厚さを調整
する。この後、例えば、絶縁膜17がシリコン酸化膜また
はBPSG, BSGやPSGの場合には、希フッ酸水溶液や弗化ア
ンモニウム溶液、フッ酸蒸気、絶縁膜17がシリコン窒化
膜の場合には、CHF3とO2の混合ガス、CH2F2、CH3Fによ
りエッチングすることにより、絶縁膜13および14がゲー
ト電極11を取り囲むように残したまま絶縁膜17を選択的
に取り除く。
Thereafter, B or BF 2 is accelerated at an acceleration voltage of 1 to 100 eV, 10 13
~ 10 16 cm -2 ion implantation, for example, at 700-1100 ° C, 0.01 ~
By heating in an Ar or N 2 atmosphere for 60 min, for example, the p-type region 16 is formed, and the shape shown in FIG. 15 is obtained. p-type region
The depth of 16 is between 0.03 and 0.3 μm, and the thickness of the insulating film 17 is adjusted so that a deep p-type layer does not reach directly below the gate electrode 11. Thereafter, for example, when the insulating film 17 is a silicon oxide film or BPSG, BSG or PSG, a dilute hydrofluoric acid aqueous solution or ammonium fluoride solution, hydrofluoric acid vapor, or when the insulating film 17 is a silicon nitride film, CHF By etching with a mixed gas of 3 and O 2 , CH 2 F 2 and CH 3 F, the insulating film 17 is selectively removed while leaving the insulating films 13 and 14 surrounding the gate electrode 11.

【0081】膜12がシリコン酸化膜の場合には、希フッ
酸水溶液や弗化アンモニウム溶液、フッ酸蒸気、シリコ
ン窒化膜の場合にはCHF3とO2の混合ガス、CH2F2、CH3F
によりプラズマエッチングを行い、膜12がチタン酸化膜
の場合には硫酸と過酸化水素水の混合液、膜12がAl2O3
の場合にはBCl3でエッチングを行い、膜13をマスクとし
て両側の半導体基板表面を露出させる。
When the film 12 is a silicon oxide film, a diluted hydrofluoric acid aqueous solution or ammonium fluoride solution, hydrofluoric acid vapor, and when the film 12 is a silicon nitride film, a mixed gas of CHF 3 and O 2 , CH 2 F 2 , CH 2 3 F
Plasma etching is performed, and when the film 12 is a titanium oxide film, a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution, and the film 12 is formed of Al 2 O 3
In this case, etching is performed with BCl 3 to expose the semiconductor substrate surfaces on both sides using the film 13 as a mask.

【0082】さらに、例えば、実施例1に示した前処理
方法を用いることによりボロンを102 0から1022cm-3の間
の濃度で添加したアモルファスSiを全面堆積し、層18を
形成する。層18の厚さとしては、2〜50nmとし、ゲート
電極11の上面高さよりも低くなるようにし、図16の形
状を得る。
Further, for example, the pre-processing shown in the first embodiment
Method to reduce boron to 10Two 0From 10twenty twocm-3Between
Amorphous Si added at a concentration of
Form. The thickness of the layer 18 is 2 to 50 nm,
The height of the upper surface of the electrode 11 should be lower than that of FIG.
Get a shape.

【0083】この際、層18のソースドレインとなる領域
では、半導体基板上に直接接して形成され、ゲート側壁
13および素子分離20上では、層18はシリコン酸化膜上に
形成されることとなる。我々は、シリコン酸化膜上で形
成された半導体層18は、シリコン酸化膜と半導体層18と
の界面から厚さ20nm以内では酸素を1018cm-3以上含むこ
とを発見した。
At this time, in the region serving as the source / drain of the layer 18, it is formed directly on the semiconductor substrate,
On the element 13 and the element isolation 20, the layer 18 is formed on the silicon oxide film. We have found that the semiconductor layer 18 formed on the silicon oxide film contains at least 10 18 cm -3 of oxygen within a thickness of 20 nm from the interface between the silicon oxide film and the semiconductor layer 18.

【0084】このように高い酸素濃度の領域では、短時
間の熱処理を加えても酸素によって核形成および再結晶
化が阻害されボロン不純物が活性化しない。一方、半導
体層15上に形成された層18は、酸素濃度を低く保てるた
め、短時間の熱処理で単結晶半導体基板15側からエピタ
キシャル成長し単結晶化しボロン不純物が固溶度以上に
活性化し単結晶層19となる。
In such a high oxygen concentration region, even if heat treatment is performed for a short time, nucleation and recrystallization are inhibited by oxygen, and boron impurities are not activated. On the other hand, the layer 18 formed on the semiconductor layer 15 is epitaxially grown from the single-crystal semiconductor substrate 15 side by a short heat treatment to be single-crystallized to keep the oxygen concentration low. It becomes layer 19.

【0085】よって、層18の堆積に次いで、N2またはAr
などの不活性ガス中で、500℃から750℃の間で熱処理を
t分行う。ここで、アニール温度をT[K]、層18の厚さを
x[nm]とすると、tは、t > x/[1.18x1016 *exp(−2.89x1
04/T)]とすれば、半導体層15の(100)面上のアモルファ
ス半導体層18が単結晶化する。これは、例えば、50nmの
アモルファスシリコン層18に対し、アニール温度を600
℃とすると、t>12秒とすればよい。
Thus, following the deposition of layer 18, N 2 or Ar
Heat treatment between 500 ° C and 750 ° C in an inert gas such as
Perform for t minutes. Here, the annealing temperature is T [K], and the thickness of the layer 18 is
If x [nm], t is t> x / [1.18x10 16 * exp (−2.89x1
0 4 / T)], the amorphous semiconductor layer 18 on the (100) plane of the semiconductor layer 15 becomes single-crystallized. This means that, for example, for a 50 nm amorphous silicon
In the case of ° C., t> 12 seconds may be set.

【0086】図19に、同1基板上のSiO2と単結晶Si上
に形成した、ボロン厚さは50nmとしたボロン添加アモル
ファスSiの、600℃でのアニール時間と抵抗の測定値を
示す。単結晶Si上に形成したボロン添加の半導体領域の
面抵抗は、0.5時間以上では400W/sheetでほぼ一定であ
り、0.5時間以上でボロンは固溶度以上に活性化してい
ることがわかる。
FIG. 19 shows measured values of annealing time and resistance at 600 ° C. of boron-added amorphous Si having a thickness of 50 nm formed on SiO 2 and single crystal Si on the same substrate. It can be seen that the sheet resistance of the boron-added semiconductor region formed on single-crystal Si is almost constant at 400 W / sheet for 0.5 hours or longer, and that boron is activated to a solid solubility or higher for 0.5 hours or longer.

【0087】一方、SiO2上のボロン添加半導体領域の面
抵抗は、0.5時間のアニール時間で1MW/sheet以上ありボ
ロンはほとんど活性化していないことを発見した。よっ
て、例えば、前記アニール温度を600℃、アニール時間t
を12秒以上で30分以内とすれば、側壁酸化膜13上のボロ
ン添加半導体領域18および、素子分離膜20上のボロン添
加半導体領域18は、ボロンが活性化しない状態になる。
On the other hand, it was found that the sheet resistance of the boron-added semiconductor region on SiO 2 was 1 MW / sheet or more in the annealing time of 0.5 hour, and boron was hardly activated. Therefore, for example, the annealing temperature is 600 ° C., and the annealing time t is
If the time is set to 12 seconds or more and within 30 minutes, the boron-added semiconductor region 18 on the sidewall oxide film 13 and the boron-added semiconductor region 18 on the element isolation film 20 are in a state where boron is not activated.

【0088】一方、半導体層15(100)面上のアモルファ
ス半導体層18は単結晶化し単結晶半導体領域19が形成さ
れる。以上より、図17の形状が形成される。
On the other hand, the amorphous semiconductor layer 18 on the surface of the semiconductor layer 15 (100) is monocrystallized to form a single crystal semiconductor region 19. Thus, the shape shown in FIG. 17 is formed.

【0089】この後、固溶度以上にボロンを添加した半
導体層18を用いた場合には、CF4とO 2の混合ガスでプラ
ズマエッチングすることにより、活性化していない半導
体層18を選択的にエッチングして、ボロンが活性化した
単結晶半導体領域19を残すことができることを発見し
た。ここで、単結晶化は、半導体層15側から生じ、[11
1]面が最も選択成長速度が遅い。よって、特に、半導体
基板を[100]面とし、ゲート加工を<100>方位に平行にパ
ターニングすることによって、図18のようにゲート側
壁部で[111]面が形成され、ゲート側壁から上に向かう
に従って離れる構造を形成することができるため、ゲー
トとソースとの間容量、および、ゲートとドレインとの
間容量を小さく保つことができる。
After that, half of the solid solution was added with boron.
When the conductor layer 18 is used, CFFourAnd O TwoMixed gas
Inactive semiconductor by Zuma etching
The body layer 18 was selectively etched to activate boron.
Discovered that the single crystal semiconductor region 19 can be left
Was. Here, the single crystallization occurs from the semiconductor layer 15 side and [11
1] The surface has the slowest selective growth rate. So especially semiconductors
The substrate is the [100] plane, and gate processing is performed in parallel with the <100>
By turning, the gate side as shown in FIG.
A [111] plane is formed on the wall and goes upward from the gate side wall
Can be formed according to
Between the gate and the drain, and between the gate and the drain.
The inter-volume can be kept small.

【0090】さらに、N2またはArなどの不活性ガス中
で、500℃以上750℃以下で熱処理を10分~10時間行うこ
とにより、半導体層19に添加したボロンをn型半導体領
域15に拡散し、p型拡散層21を形成する。p型拡散層の
深さは、例えば、5nmから70nmの間とし、拡散時間は、
典型的には、p型領域21がゲート電極11の下まで達する
ように形成されることが電流駆動能力を大きくするのに
望ましい。
Further, the boron added to the semiconductor layer 19 is diffused into the n-type semiconductor region 15 by performing a heat treatment at 500 ° C. or more and 750 ° C. or less for 10 minutes to 10 hours in an inert gas such as N 2 or Ar. Then, a p-type diffusion layer 21 is formed. The depth of the p-type diffusion layer is, for example, between 5 nm and 70 nm, and the diffusion time is
Typically, it is desirable that the p-type region 21 be formed so as to reach below the gate electrode 11 in order to increase the current driving capability.

【0091】さらに、例えば、シリコン酸化膜またはシ
リコン窒化膜を10〜300nm全面堆積し、異方性エッチン
グによって切り立った側壁絶縁膜13の側壁に絶縁膜22を
形成する。さらに、膜22をマスクとして、例えば、弗化
アンモニウム溶液や希フッ酸によるエッチングによりゲ
ート電極11上の絶縁膜14を取り去った後、シリサイドま
たは金属をソースドレイン半導体領域19および11上に選
択的に形成し、電極23および23'を形成する。これに
は、例えば、Ni,CoかTiを0.01〜0.3um全面堆積し、600
度以上の熱工程を経ることによって選択的にソースドレ
イン19および11上にNiSi, CoSiまたはTiSiを形成し、残
った金属を、例えば、硫酸過酸化水素水水溶液によって
エッチングして取り除き、図13の構造を完成する。
Further, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film is deposited on the entire surface to a thickness of 10 to 300 nm, and an insulating film 22 is formed on the side wall of the side wall insulating film 13 which is formed by anisotropic etching. Further, using the film 22 as a mask, for example, after removing the insulating film 14 on the gate electrode 11 by etching with an ammonium fluoride solution or dilute hydrofluoric acid, silicide or metal is selectively formed on the source / drain semiconductor regions 19 and 11. To form electrodes 23 and 23 '. For this, for example, Ni, Co or Ti is deposited on the entire surface at 0.01 to 0.3 μm and 600
NiSi, CoSi or TiSi are selectively formed on the source / drain 19 and 11 by passing through a heating step of more than one degree, and the remaining metal is removed by etching with, for example, an aqueous solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide. Complete the structure.

【0092】本実施例では以下の特徴を有する。1)固溶
度以上にp型不純物を添加した半導体領域19が、ソース
ドレイン拡散層21の上面に形成されており、ゲート電極
11上部の高さまで形成されていない。このため、半導体
領域19とゲート電極11との容量が小さく保ち、より高速
動作できるMISFETとなる。さらに、ゲート電極とソース
ドレイン電極との間のリーク電流も小さく保つことがで
きる。さらに、素子分離領域20上にも固溶度以上にp型
不純物を添加した半導体領域19が形成されていないの
で、素子分離領域20を挟んだトランジスタ間でのリーク
電流を小さく保つことができる。また、半導体領域19
が、ゲート側壁絶縁膜13で覆われていない半導体領域表
面に自己整合して形成されるので、合わせずれによるソ
ースドレイン抵抗の増大の問題や、ソースドレイン面積
の増大の問題もない。2)固溶度以上にp型不純物を添加
した半導体領域19と固溶度以下にp型不純物を添加した
半導体領域21の境界が、半導体領域19の上面の形状に依
らずゲート端まで主平面に沿って直線状に形成されてい
る一方、半導体領域19上部のゲートエッジは順テーパー
を形成することができる。選択エピタキシャルによりel
evated層19を成長後に、その部分にボロンやインジウム
をイオン注入して所望の不純物濃度のソースドレイン層
を形成する従来の方法では、テーパーに沿って不純物注
入されるため、ゲート端での拡散層深さが深くなり短チ
ャネル効果が悪化する問題が生ずる。しかし、本実施例
では短チャネル効果が悪化する問題が解消される。3)本
製造方法は、層18を形成する際に、選択エピタキシャル
成長のような選択堆積を用いていない。よって、選択成
長法で問題となるパターン密度の変化によって膜厚が変
化するローディング効果を減少させることができ、より
均一な厚さの半導体層19を形成できる。また、シリコン
酸化膜上に異常核形成する問題も生じず、ゲート電極11
とソースドレイン層とのブリッジングを減少させること
ができる。さらに、層19として固溶度を越える不純物を
容易に添加することができ、より低抵抗のソースドレイ
ン電極を形成することができる。4)本ソースドレイン領
域21および19の製造方法は、膜18の堆積前処理を含めて
500〜750℃の低温で形成できる。従来の選択エピタキシ
ャル成長法では、シリコンの表面酸化膜を除去するため
850℃以上で例えば水素雰囲気で加熱する必要があった
が、本方法ではその必要がなく、例えば、チャネル不純
物イオンの拡散を小さく抑えることができる。また、低
温化により、弾性変形応力の限界値が上昇するので、半
導体層15中に転位が生じにくくなる。また、水素雰囲気
で加熱する必要がないので、ゲート絶縁膜12が水素で還
元されリーク特性が劣化する問題も小さくなる。また、
固溶限以上にボロンを添加した層19は、例えば、Fe元素
のゲッタリングに有効であることが知られており、より
半導体層内の深い準位を形成するFe元素を取り込みpn
接合特性を改善することができる。
This embodiment has the following features. 1) A semiconductor region 19 doped with a p-type impurity more than the solid solubility is formed on the upper surface of the source / drain diffusion layer 21 and the gate electrode
11 Not formed up to the height. Therefore, the capacitance between the semiconductor region 19 and the gate electrode 11 is kept small, and the MISFET can operate at higher speed. Further, the leakage current between the gate electrode and the source / drain electrode can be kept small. Further, since the semiconductor region 19 to which the p-type impurity is added to the solid solution or more is not formed on the element isolation region 20, the leakage current between the transistors sandwiching the element isolation region 20 can be kept small. In addition, the semiconductor region 19
Is formed in a self-aligned manner on the surface of the semiconductor region not covered with the gate sidewall insulating film 13, so that there is no problem of an increase in source / drain resistance due to misalignment or an increase in the source / drain area. 2) The boundary between the semiconductor region 19 doped with p-type impurities above the solid solubility and the semiconductor region 21 doped with p-type impurities below the solid solubility forms a main plane up to the gate end regardless of the shape of the upper surface of the semiconductor region 19. While the gate edge above the semiconductor region 19 can form a forward taper. El by selective epitaxial
In the conventional method of forming a source / drain layer having a desired impurity concentration by ion-implanting boron or indium into the evated layer 19 after the growth of the evated layer 19, the impurity is implanted along the taper. A problem arises that the depth is increased and the short channel effect is deteriorated. However, in the present embodiment, the problem that the short channel effect deteriorates is solved. 3) The manufacturing method does not use selective deposition such as selective epitaxial growth when forming the layer 18. Therefore, the loading effect of changing the film thickness due to the change in pattern density, which is a problem in the selective growth method, can be reduced, and the semiconductor layer 19 having a more uniform thickness can be formed. Further, the problem of abnormal nucleation on the silicon oxide film does not occur, and the gate electrode 11
And the source-drain layer can be reduced. Further, an impurity exceeding the solid solubility can be easily added as the layer 19, and a source / drain electrode with lower resistance can be formed. 4) The method of manufacturing the source / drain regions 21 and 19 includes a pre-deposition treatment of the film 18.
It can be formed at a low temperature of 500-750 ° C. In the conventional selective epitaxial growth method, to remove the silicon surface oxide film
Heating at 850 ° C. or higher, for example, in a hydrogen atmosphere has been required. However, this method is not necessary. For example, diffusion of channel impurity ions can be suppressed. In addition, since the lower limit of the temperature increases the limit value of the elastic deformation stress, dislocations are less likely to occur in the semiconductor layer 15. Further, since there is no need to heat in a hydrogen atmosphere, the problem that the gate insulating film 12 is reduced by hydrogen and the leak characteristic is deteriorated is reduced. Also,
It is known that the layer 19 to which boron is added more than the solid solubility limit is effective for, for example, gettering of the Fe element.
The joining characteristics can be improved.

【0093】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。素子分離膜や絶縁膜形成法自身は、
シリコンをシリコン酸化膜やシリコン窒化膜に変換する
これら以外の方法、例えば酸素イオンを堆積したシリコ
ンに注入する方法や、堆積したシリコンを酸化する方法
を用いてもかまわない。また、ゲート絶縁膜12は、TiO2
やAl2O3、あるいは、タンタル酸化膜、チタン酸ストロ
ンチウムやチタン酸バリウム、チタン酸ジルコニウム鉛
や、それら積層膜を用いても構わない。実施例として
は、半導体基板2および15としてn型Si基板を想定した
が、代わりにp型Si基板やSOI基板のSOIシリコン
層、またはSiGe混晶、SiGeC混晶など、シリコン
を含む単結晶半導体基板であればよい。さらに、n型半
導体基板2上のp型半導体層5の形成について述べたが、p
型半導体基板2上のn型半導体層形成に置き換えてもよ
く、その場合、上述の実施例のn型をp型、p型をn型と読
み替え、さらに、ドーピング不純物種のAs、P、SbをI
n、Bのいずれかと読み替えればよい。また、第2の半導
体層5はSi半導体、SiGe混晶、SiGeC混晶を用い
ることができ、単結晶ではなく多結晶であってもよい
し、これらの積層構造にしてもよい。また、半導体層18
は、アモルファスSi、アモルファスSiGe混晶、またはア
モルファスSiGeC混晶を用いることができ、これらの積
層構造にしてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiments. Element isolation film and insulating film formation method itself,
Other methods for converting silicon into a silicon oxide film or a silicon nitride film, such as a method of implanting oxygen ions into deposited silicon or a method of oxidizing deposited silicon, may be used. The gate insulating film 12 is made of TiO 2
Or Al 2 O 3 , or a tantalum oxide film, strontium titanate, barium titanate, lead zirconium titanate, or a stacked film thereof may be used. In the embodiment, an n-type Si substrate is assumed as the semiconductor substrates 2 and 15, but instead, a p-type Si substrate or an SOI silicon layer of an SOI substrate, or a single crystal semiconductor containing silicon such as a SiGe mixed crystal or a SiGeC mixed crystal is used. Any substrate may be used. Furthermore, the formation of the p-type semiconductor layer 5 on the n-type semiconductor substrate 2 has been described.
The n-type semiconductor layer on the type semiconductor substrate 2 may be replaced.In this case, the n-type in the above-described embodiment is replaced with p-type, the p-type is replaced with n-type, and the doping impurity species As, P, Sb I
It can be read as either n or B. Further, the second semiconductor layer 5 can use a Si semiconductor, a SiGe mixed crystal, or a SiGeC mixed crystal, and may be a polycrystal instead of a single crystal, or may have a laminated structure of these. In addition, the semiconductor layer 18
Can be made of amorphous Si, amorphous SiGe mixed crystal, or amorphous SiGeC mixed crystal, and may have a laminated structure of these.

【0094】本実施例1での第2の半導体薄膜を形成す
る材料ガスとしては、ジシランおよびジボランガスの混
合ガスを取り上げたが、例えば、シラン(SiH4)やジクロ
ルシラン(SiH2Cl2)や、GeH4、SiCl4、SiF4、Si2H4C
l2、SiH2F2、Si2H2Cl4、Si2Cl6、SiH4F2、SiH2F4および
Si2F6でも良く、これら混合ガスでもよい。
In the first embodiment, a mixed gas of disilane and diborane gas is used as a material gas for forming the second semiconductor thin film. For example, silane (SiH 4 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), GeH 4, SiCl 4, SiF 4 , Si 2 H 4 C
l 2 , SiH 2 F 2 , Si 2 H 2 Cl 4 , Si 2 Cl 6 , SiH 4 F 2 , SiH 2 F 4 and
Si 2 F 6 or a mixed gas of these may be used.

【0095】さらに、p型不純物添加の半導体薄膜5を形
成する際は、上記ジボランガスの替わりに、BCl3やBF3
を用いてもよい。また、半導体薄膜5にn型不純物を添加
する場合には、PH3やAsH3、あるいはリンや砒素を含む
ハロゲン化物を混合させれば良い。
Further, when forming the p-type impurity-added semiconductor thin film 5, BCl 3 or BF 3 is used instead of the diborane gas.
May be used. When adding an n-type impurity to the semiconductor thin film 5, PH 3 or AsH 3 or a halide containing phosphorus or arsenic may be mixed.

【0096】また、実施例では、pn接合の形成法につ
いてのみ記したが、このpn接合を、例えば、特願平H8
-126802のMOSFETのソースドレイン電極と基板との接合
に用いることは容易である。この場合、特願平H8-12680
2のプロセスのボロン添加シリコンの堆積前処理を本実
施例の前処理に置き換えればよい。
In the embodiment, only the method of forming the pn junction has been described.
It is easy to use for the junction between the source and drain electrodes of the MOSFET of -126802 and the substrate. In this case, Japanese Patent Application H8-12680
The pretreatment for depositing boron-added silicon in the second process may be replaced with the pretreatment of this embodiment.

【0097】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、様々に変形して実施することができる。
In addition, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0098】[0098]

【発明の効果】本発明では、リーク電流のないきわめて
浅いpn接合を形成できる。
According to the present invention, a very shallow pn junction having no leak current can be formed.

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

【図1】 従来のpn接合プロセスを示す図FIG. 1 shows a conventional pn junction process.

【図2】 従来のpn接合プロセスを示す図FIG. 2 shows a conventional pn junction process.

【図3】 従来のpn接合プロセスを示す図FIG. 3 is a diagram showing a conventional pn junction process.

【図4】 本発明のpn接合プロセスを示す図FIG. 4 is a diagram showing a pn junction process of the present invention.

【図5】 本発明のpn接合プロセスを示す図FIG. 5 is a diagram showing a pn junction process of the present invention.

【図6】 本発明のpn接合プロセスを示す図FIG. 6 is a diagram showing a pn junction process of the present invention.

【図7】 本発明のpn接合プロセスを示す図FIG. 7 is a diagram showing a pn junction process of the present invention.

【図8】 本発明の界面活性剤添加希フッ酸処理の効果
を示す図
FIG. 8 is a diagram showing the effect of the diluted hydrofluoric acid treatment with a surfactant according to the present invention.

【図9】 界面活性剤濃度とアニール時間を変化させた
場合のリーク電流を示す図
FIG. 9 is a diagram showing a leakage current when the surfactant concentration and the annealing time are changed.

【図10】 ボロンの固相拡散によって形成したpn接
合のボロン濃度の測定プロファイル
FIG. 10 shows a measurement profile of boron concentration of a pn junction formed by solid-phase diffusion of boron.

【図11】 ボロンの固相拡散のpn接合の測定による
スペクトル広がりを補正したプロファイル
FIG. 11 is a profile in which spectrum spread is corrected by measuring a pn junction of solid-phase diffusion of boron.

【図12】 実施例2の接合リークを防ぐ最小接合深さ
と基板濃度との関係を示す図
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the minimum junction depth for preventing junction leakage and the substrate concentration in Example 2.

【図13】 実施例3の半導体装置の断面図FIG. 13 is a sectional view of a semiconductor device according to a third embodiment;

【図14】 実施例3の半導体装置の製造工程を示す断
面図
FIG. 14 is a sectional view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device of the third embodiment;

【図15】 実施例3の半導体装置の製造工程を示す断
面図
FIG. 15 is a sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of the third embodiment.

【図16】 実施例3の半導体装置の製造工程を示す断
面図
FIG. 16 is a sectional view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device of the third embodiment.

【図17】 実施例3の半導体装置の製造工程を示す断
面図
FIG. 17 is a sectional view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device of the third embodiment;

【図18】 実施例3の半導体装置の製造工程を示す断
面図
FIG. 18 is a sectional view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device of the third embodiment;

【図19】 ボロン添加シリコンの面抵抗の再結晶化ア
ニール時間依存性を示す図
FIG. 19 is a diagram showing the recrystallization annealing time dependence of the sheet resistance of boron-doped silicon.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…処理液 2…半導体基板 3…素子分離膜 4…疎水吸着物 5…半導体層 6…拡散領域 7…希フッ酸+界面活性剤を含む水溶液 8…界面活性剤 11…ゲート電極 12…ゲート絶縁膜 13…絶縁膜 14…絶縁膜 15…半導体領域 16…ソース・ドレイン領域 17…絶縁膜 18…アモルファスシリコン層 19…半導体層 20…素子分離膜 21…p型領域 22…絶縁膜 23…電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Treatment liquid 2 ... Semiconductor substrate 3 ... Element separation film 4 ... Hydrophobic adsorbent 5 ... Semiconductor layer 6 ... Diffusion area 7 ... Dilute hydrofluoric acid + surfactant containing aqueous solution 8 ... Surfactant 11 ... Gate electrode 12 ... Gate Insulating film 13 ... Insulating film 14 ... Insulating film 15 ... Semiconductor region 16 ... Source / drain region 17 ... Insulating film 18 ... Amorphous silicon layer 19 ... Semiconductor layer 20 ... Element isolation film 21 ... P type region 22 ... Insulating film 23 ... Electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F040 DA01 DA11 DA12 DC01 DC10 EC01 EC04 EC07 EC08 EC13 ED03 ED04 EF01 EF02 EF11 EH02 EH07 EK01 EK05 FA03 FA05 FA07 FA16 FA17 FA19 FB03 FB07 FB08 FC00 FC05 FC22  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F040 DA01 DA11 DA12 DC01 DC10 EC01 EC04 EC07 EC08 EC13 ED03 ED04 EF01 EF02 EF11 EH02 EH07 EK01 EK05 FA03 FA05 FA07 FA16 FA17 FA19 FB03 FB07 FB08 FC00 FC05 FC22

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】シリコンを含む第1導電型の第1の半導体
の表面を、弗化水素(0.1%以上10%以下の重量パーセン
ト)および界面活性剤(0.01%以上10%以下の重量パーセ
ント)とからなる水溶液に浸漬し、前記第1の半導体の
表面に形成された酸化膜を取り除き、前記第1の半導体
の表面を前記界面活性剤でコートする工程と、 前記界面活性剤でコートした前記第1の半導体の表面に
第2の導電型の第2の半導体を堆積する工程と、 前記第2の半導体から固相拡散させることにより前記第
1の半導体に第2導電型の反転領域を形成することを特
徴とする半導体装置の製造方法。
A surface of a first semiconductor of a first conductivity type containing silicon is coated with hydrogen fluoride (0.1% to 10% by weight) and a surfactant (0.01% to 10% by weight). Immersing in an aqueous solution consisting of: removing the oxide film formed on the surface of the first semiconductor; coating the surface of the first semiconductor with the surfactant; and coating the surface with the surfactant. Depositing a second semiconductor of a second conductivity type on the surface of the first semiconductor; and forming a second conductivity type inversion region in the first semiconductor by solid phase diffusion from the second semiconductor. A method of manufacturing a semiconductor device.
【請求項2】シリコンを含む第1導電型の第1の半導体
の表面を、弗化水素(0.1%以上10%以下の重量パーセン
ト)および界面活性剤(0.01%以上10%以下の重量パーセ
ント)とからなる水溶液に浸漬し、前記第1の半導体の
表面に形成された酸化膜を取り除き、前記第1の半導体
の表面を前記界面活性剤でコートする工程と、 前記界面活性剤でコートした前記第1の半導体の表面に
アモルファス半導体を堆積する工程と、 前記アモルファス半導体を結晶化させることにより前記
第1の半導体に第2導電型の反転領域を形成することを
特徴とする半導体装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the surface of the first semiconductor of the first conductivity type containing silicon is coated with hydrogen fluoride (0.1% to 10% by weight) and a surfactant (0.01% to 10% by weight). Immersing in an aqueous solution consisting of: removing the oxide film formed on the surface of the first semiconductor; coating the surface of the first semiconductor with the surfactant; and coating the surface with the surfactant. Depositing an amorphous semiconductor on a surface of a first semiconductor; and forming an inversion region of a second conductivity type in the first semiconductor by crystallizing the amorphous semiconductor. .
【請求項3】前記界面活性剤はアルキル基を含むアルコ
ールからなり、分子量50以上90以下であることを特徴と
する請求項1或いは請求項2記載の半導体装置の製造方
法。
3. The method according to claim 1, wherein the surfactant comprises an alcohol containing an alkyl group and has a molecular weight of 50 or more and 90 or less.
【請求項4】前記界面活性剤はプロパノールからなるこ
とを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。
4. The method according to claim 3, wherein said surfactant comprises propanol.
【請求項5】前記アモルファス半導体を堆積する工程は
400℃以下であることを特徴とする請求項2記載の半導
体装置の製造方法。
5. The step of depositing the amorphous semiconductor comprises:
3. The method according to claim 2, wherein the temperature is 400 [deg.] C. or lower.
【請求項6】前記アモルファス半導体を結晶化させる工
程は750℃以下であることを特徴とする請求項5記載の
半導体装置の製造方法。
6. The method according to claim 5, wherein the step of crystallizing the amorphous semiconductor is performed at 750 ° C. or lower.
【請求項7】前記結晶化した半導体領域は、前記アモル
ファス半導体を結晶化させる工程での温度における固溶
度以上に、第2の導電型の不純物が添加された請求項2
記載の半導体装置の製造方法。
7. A semiconductor device according to claim 2, wherein said crystallized semiconductor region is doped with a second conductivity type impurity at a temperature equal to or higher than a solid solubility at a temperature in a step of crystallizing said amorphous semiconductor.
The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
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