JP2001313265A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2001313265A
JP2001313265A JP2000130175A JP2000130175A JP2001313265A JP 2001313265 A JP2001313265 A JP 2001313265A JP 2000130175 A JP2000130175 A JP 2000130175A JP 2000130175 A JP2000130175 A JP 2000130175A JP 2001313265 A JP2001313265 A JP 2001313265A
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layer
impurity diffusion
impurity
diffusion source
heat treatment
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JP2000130175A
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Yoshiro Takeda
好郎 武田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of reducing a diffusing unevenness and a removing residue of an impurity by stably and uniformly forming a silicate glass layer by optimizing heat treating conditions in a predeposition. SOLUTION: The method for manufacturing the semiconductor device comprises the steps of introducing the impurity into a semiconductor substrate while depositing a layer to become an impurity diffusion source on a surface of the substrate, and then heat treating the substrate for a sufficient time to stabilize a quality of the deposited layer to become the impurity diffusion source.

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、より詳細には、半導体基板に不純物拡散層を
形成するための熱処理工程を含む半導体装置の製造方法
に関する。
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a semiconductor device including a heat treatment step for forming an impurity diffusion layer on a semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来か
ら、半導体基板であるシリコン基板に不純物拡散層を形
成する場合、シリコン基板中に不純物を導入するプレデ
ポジションと、導入された不純物を活性化させ、より広
い領域に熱拡散させるドライブインとの2段階の工程に
分けて行う方法が採用されている。この方法は、例え
ば、以下のように行われる。
2. Description of the Related Art Conventionally, when an impurity diffusion layer is formed on a silicon substrate which is a semiconductor substrate, pre-deposition for introducing the impurity into the silicon substrate and activation of the introduced impurity are performed. And a drive-in process of diffusing heat into a wider area is performed in two steps. This method is performed, for example, as follows.

【0003】まず、不純物源としてPOCl3を用いる
場合、プレデポジションとして、シリコン基板を熱処理
炉内に設置し、炉内にPOCl3を酸素ガスとともに導
入する。これにより、以下に示す反応によって、シリコ
ン基板上にリンシリケートガラス層(PSG層)が形成
されるとともに、リンがシリコン基板内に導入される。
POCl3+3/4O2→1/2P25+3/2Cl225+5/2Si→2P+5/2SiO2 続いて、シリコン基板上に形成されたPSG層を除去
し、ドライブインとして、シリコン基板を熱処理し、リ
ン活性化及びより広い領域への拡散を行う。しかし、こ
のような方法でバッチ処理を繰り返していくと、シート
抵抗がしだいに低くシフトしてゆき、最終的にスペック
外れが生じるという問題がある。
First, when POCl 3 is used as an impurity source, as a predeposition, a silicon substrate is placed in a heat treatment furnace, and POCl 3 is introduced into the furnace together with oxygen gas. Thus, a phosphorus silicate glass layer (PSG layer) is formed on the silicon substrate by the following reaction, and phosphorus is introduced into the silicon substrate.
POCl 3 + 3 / 4O 2 → 1 / 2P 2 O 5 + 3 / 2Cl 2 P 2 O 5 + 5 / 2Si → 2P + 5 / 2SiO 2 Subsequently, the PSG layer formed on the silicon substrate is removed, and silicon is used as a drive-in. The substrate is heat treated to activate phosphorus and diffuse into a larger area. However, when the batch processing is repeated by such a method, there is a problem that the sheet resistance gradually shifts to a lower value, and finally the specification is deviated.

【0004】また、不純物源としてBBr3を用いる場
合は、上記と同様の方法により、シリコン基板上にボロ
ンシリケートガラス(BSG層)が形成されるととも
に、ボロンがシリコン基板内に導入される。 BBr3+3/2O2→1/2B23+3/2Br223+3/2Si→2B+3/2SiO2 その後、上記と同様にドライブインを行う。しかし、プ
レデポジション後ドライブイン前に、シリコン基板上に
形成されたBSG層を除去する場合、BSG層の除去が
完全に行われず、しばしばコンタクト不良等が発生する
という問題がある。
In the case where BBr 3 is used as an impurity source, boron silicate glass (BSG layer) is formed on a silicon substrate and boron is introduced into the silicon substrate in the same manner as described above. BBr 3 + 3 / 2O 2 → 1 / 2B 2 O 3 + 3 / 2Br 2 B 2 O 3 + 3 / 2Si → 2B + 3 / 2SiO 2 Then, drive-in is performed in the same manner as described above. However, when the BSG layer formed on the silicon substrate is removed after the predeposition and before the drive-in, there is a problem that the BSG layer is not completely removed, and a contact failure often occurs.

【0005】つまり、上記のような方法でのプレデポジ
ションでは、PSG層やBSG層等のシリケートガラス
層の形成が安定かつ均一に行われておらず、そのため、
ドライブインでの不純物の拡散ばらつきが大きくなり、
また、除去性が低下するために、最終的に得られる半導
体装置の信頼性等の低下が生じていた。したがって、半
導体装置の信頼性の向上を図るためには、シリケートガ
ラス層が安定かつ均一に形成することができる熱処理方
法を確立することが要求されている。
[0005] In other words, in the predeposition by the above-mentioned method, the formation of the silicate glass layers such as the PSG layer and the BSG layer is not performed stably and uniformly.
Diffusion variation of impurities during drive-in increases,
In addition, since the removability is reduced, the reliability and the like of the finally obtained semiconductor device are reduced. Therefore, in order to improve the reliability of a semiconductor device, it is required to establish a heat treatment method capable of forming a silicate glass layer stably and uniformly.

【0006】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、プレデポジションにおける熱処理条件を最適化する
ことによって、シリケートガラス層を安定かつ均一に形
成して、不純物の拡散ばらつき、除去残りを低減させる
ことができる半導体装置の製造方法を提供することを目
的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and by optimizing the heat treatment conditions in pre-deposition, a silicate glass layer is formed stably and uniformly, thereby reducing the diffusion variation of impurities and the removal residue. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can be used.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、半導体
基板表面に不純物拡散源となる層を堆積させながら半導
体基板内に不純物を導入した後、堆積した不純物拡散源
となる層の膜質を安定化させるのに十分な時間熱処理す
ることからなる半導体装置の製造方法が提供される。
According to the present invention, an impurity is introduced into a semiconductor substrate while a layer serving as an impurity diffusion source is deposited on the surface of the semiconductor substrate, and the film quality of the deposited impurity diffusion source layer is reduced. There is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising heat-treating for a time sufficient for stabilization.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】本発明は、いわゆる2段階拡散法
により半導体基板に不純物拡散層を形成することからな
る半導体装置の製造方法である。本発明において使用す
ることができる半導体基板としては、例えば、シリコ
ン、ゲルマニウム等の元素半導体基板、GaAs、In
GaAs等の化合物半導体等からなる基板、SOI基板
又は多層SOI基板等の種々の基板を用いることができ
る。なかでもシリコン基板が好ましい。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention is a method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming an impurity diffusion layer on a semiconductor substrate by a so-called two-step diffusion method. Examples of the semiconductor substrate that can be used in the present invention include, for example, elemental semiconductor substrates such as silicon and germanium, GaAs, and In.
Various substrates such as a substrate made of a compound semiconductor such as GaAs, an SOI substrate, and a multilayer SOI substrate can be used. Among them, a silicon substrate is preferable.

【0009】本発明によれば、まず、半導体基板を熱処
理可能な拡散炉に導入する。拡散炉としては、通常、半
導体装置の製造に使用することができるものであって、
所定のガスを導入することができ、高温での熱処理が可
能なものであればどのようなものでも使用することがで
きる。次いで、拡散炉に導入された半導体基板の表面
に、不純物拡散源となる層を堆積させる。この際、同時
に半導体基板の表面に吸着した不純物が半導体基板内に
導入される。
According to the present invention, first, a semiconductor substrate is introduced into a diffusion furnace capable of heat treatment. Diffusion furnaces are usually those that can be used in the manufacture of semiconductor devices,
Any substance can be used as long as it can introduce a predetermined gas and can perform heat treatment at a high temperature. Next, a layer serving as an impurity diffusion source is deposited on the surface of the semiconductor substrate introduced into the diffusion furnace. At this time, impurities adsorbed on the surface of the semiconductor substrate are simultaneously introduced into the semiconductor substrate.

【0010】半導体基板表面に不純物拡散源となる層を
堆積するために使用することができる原料物質は、半導
体装置においてアクセプタ又はドナーとして機能し得る
不純物(元素)を含有するものであり、気体状、液体状
又は固体状のいずれのものでもよい。このような不純物
は、用いる半導体基板の種類によって異なるが、例え
ば、シリコン基板を使用する場合には、リン、砒素、ア
ンチモン、ボロン、アルミニウム、ガリウム、インジウ
ム等のIII族又はV族の元素が挙げられ、なかでもリン
又はボロンが好ましい。これらの不純物を含む原料物質
としては、例えば、POCl3、PH3、PCl3、PB
3、P25、P23、BBr3、BCl3、B26、B2
3、BN等が挙げられ、なかでも、液体状又は気体状
のPOCl3又はBBr3等が好ましい。
A source material that can be used for depositing a layer serving as an impurity diffusion source on the surface of a semiconductor substrate contains an impurity (element) that can function as an acceptor or a donor in a semiconductor device, and has a gaseous state. , Liquid or solid. Such impurities vary depending on the type of semiconductor substrate used.For example, when a silicon substrate is used, a group III or V element such as phosphorus, arsenic, antimony, boron, aluminum, gallium, or indium can be used. Of these, phosphorus or boron is preferred. Raw materials containing these impurities include, for example, POCl 3 , PH 3 , PCl 3 , PB
r 3, P 2 O 5, P 2 O 3, BBr 3, BCl 3, B 2 H 6, B 2
O 3 , BN and the like can be mentioned, and among them, liquid or gaseous POCl 3 or BBr 3 is preferable.

【0011】原料物質を使用して不純物拡散源となる層
を堆積する方法としては、原料物質が液体状の場合に
は、キャリアガス(窒素ガス又はアルゴン、ヘリウム等
の不活性ガス)を所定の流量で原料物質(例えば、PO
Cl3)内を通過(バブリング)させることで原料物質
を気化させ、キャリアガス及び/又は酸素ガスとともに
拡散炉内に導入する方法が挙げられる。この際、拡散炉
内は昇温しながら、好ましくは一定の温度に維持しなが
ら原料物質を拡散炉内に導入し、所定時間保持する。拡
散炉内の温度は、例えば、800〜1100℃程度、さ
らに850℃〜1000℃程度が挙げられる。保持時間
は、炉内温度や原料物質の種類によって適宜調整するこ
とができ、例えば、30〜90分間程度、さらに40〜
60分間程度が挙げられる。導入する気体状の原料物質
の流量は、炉内容積、半導体基板に形成される不純物拡
散層の大きさ、不純物濃度、拡散深さ等により適宜調整
することができ、例えば、100〜180mg/分程度
が挙げられる。
As a method of depositing a layer serving as an impurity diffusion source using a raw material, a carrier gas (nitrogen gas or an inert gas such as argon or helium) is used when the raw material is liquid. The raw material (eg, PO
A method in which the raw material is vaporized by passing through (Cl 3 ) (bubbling) and introduced into a diffusion furnace together with a carrier gas and / or an oxygen gas. At this time, the raw material is introduced into the diffusion furnace while the temperature inside the diffusion furnace is raised, preferably maintained at a constant temperature, and held for a predetermined time. The temperature in the diffusion furnace is, for example, about 800 to 1100 ° C, and further about 850 ° C to 1000 ° C. The holding time can be appropriately adjusted depending on the furnace temperature and the type of the raw material, for example, about 30 to 90 minutes, and more preferably about 40 to 90 minutes.
About 60 minutes. The flow rate of the gaseous raw material to be introduced can be appropriately adjusted depending on the furnace internal volume, the size of the impurity diffusion layer formed on the semiconductor substrate, the impurity concentration, the diffusion depth, and the like. For example, 100 to 180 mg / min. Degree.

【0012】原料物質が固体状の場合には、例えば、炉
内にBNウェハを半導体基板とともに互い違いに並べ、
酸素ガス、窒素ガス及び/又は不活性ガス雰囲気下、所
定時間、高温下で保持する方法が挙げられる。この際、
炉内温度を昇温させながら、好ましくは一定温度で、例
えば、900〜1100℃程度の温度で、180〜60
0分間程度保持することが適当である。なお、拡散炉内
に導入する原料物質は、上記と同様に適宜調整すること
ができ、例えば、ウェハ状のものが挙げられる。
When the raw material is solid, for example, BN wafers are alternately arranged together with semiconductor substrates in a furnace,
There is a method in which the substrate is kept at a high temperature for a predetermined time in an atmosphere of an oxygen gas, a nitrogen gas and / or an inert gas. On this occasion,
While raising the temperature in the furnace, preferably at a constant temperature, for example, at a temperature of about 900 to 1100 ° C, 180 to 60
It is appropriate to hold for about 0 minutes. The raw material to be introduced into the diffusion furnace can be appropriately adjusted in the same manner as described above, and examples thereof include a wafer-like material.

【0013】このような方法により、半導体基板表面に
不純物拡散源となる層を堆積すると同時に、半導体基板
表面に吸着した不純物を半導体表面で反応を起こし、そ
のごく浅い内部に導入することができる。ここで堆積さ
れた不純物拡散源となる層は、上記処理条件等に依存し
て適宜膜厚が設定されることとなる。また、不純物拡散
源となる層としては、PSG、BSG、リンドープトポ
リシリコン、ボロンドープトポリシリコン、ボロンシリ
サイド等が挙げられる。
According to such a method, a layer serving as an impurity diffusion source is deposited on the surface of the semiconductor substrate, and at the same time, impurities adsorbed on the surface of the semiconductor substrate react on the surface of the semiconductor and can be introduced into a very shallow portion thereof. The thickness of the deposited layer serving as an impurity diffusion source is appropriately set depending on the processing conditions and the like. Examples of the layer serving as an impurity diffusion source include PSG, BSG, phosphorus-doped polysilicon, boron-doped polysilicon, and boron silicide.

【0014】その後、堆積した不純物拡散源となる層の
膜質を安定化させるのに十分な時間熱処理する。ここで
の熱処理は、半導体基板表面への不純物拡散源となる層
の堆積に引き続いて行うことが好ましい。熱処理の条件
は、800〜1100℃程度の温度範囲、酸素ガス、窒
素ガス及び/又は不活性ガス雰囲気が挙げられる。なか
でも、原料物質を導入しない以外は半導体基板表面に不
純物拡散源となる層を堆積するのと同様の温度(±20
0℃程度の範囲、±100℃程度の範囲、±50℃程度
の範囲)、雰囲気等で行うことが好ましい。また、不純
物拡散源となる層の膜質を安定化させるのに十分な時間
とは、堆積した不純物拡散源となる層の種類、厚み、熱
処理雰囲気、熱処理温度等により適宜調整することがで
き、例えば、半導体基板表面に不純物拡散源となる層を
堆積した時間の0.5〜1.5倍程度、好ましくは堆積
時間の0.9〜1.1倍程度、具体的には、15〜13
5分間、好ましくは35〜65分間程度、より好ましく
は40〜60分間程度が挙げられる。
Thereafter, heat treatment is performed for a time sufficient to stabilize the film quality of the deposited impurity diffusion source layer. The heat treatment here is preferably performed subsequent to the deposition of a layer serving as an impurity diffusion source on the surface of the semiconductor substrate. Conditions for the heat treatment include a temperature range of about 800 to 1100 ° C. and an atmosphere of oxygen gas, nitrogen gas and / or inert gas. Above all, except that the source material is not introduced, the same temperature (± 20 ° C.) as when depositing the layer serving as the impurity diffusion source on the surface of the semiconductor substrate is used.
It is preferably performed in an atmosphere or the like at a temperature of about 0 ° C., about ± 100 ° C., or about ± 50 ° C.). Further, the time sufficient to stabilize the film quality of the layer serving as the impurity diffusion source can be appropriately adjusted by the type, thickness, heat treatment atmosphere, heat treatment temperature, and the like of the deposited impurity diffusion source layer. About 0.5 to 1.5 times the time of depositing a layer serving as an impurity diffusion source on the surface of the semiconductor substrate, preferably about 0.9 to 1.1 times the deposition time, specifically 15 to 13 times.
5 minutes, preferably about 35 to 65 minutes, more preferably about 40 to 60 minutes.

【0015】なお、堆積した不純物拡散源となる層の膜
質安定化は、例えば、プレデポジション後の膜(例え
ば、PSG膜、BSG膜等)厚分布、シート抵抗分布
等、特に、ドライブイン後の膜(例えば、シリコン酸化
膜)分布、シート抵抗分布等によって評価することがで
きる。また、例えば、半導体基板内への不純物拡散のバ
ラツキの大小、後工程における堆積した不純物拡散源と
なる層の除去性等を指標として評価することができる。
なお、膜質安定化とは、一般に、外部からの要因により
影響を受けにくい状態を意味する(例えば、リン拡散の
場合、デポジションでの熱処理が不十分で膜質が安定化
していないと、炉内雰囲気によりシート抵抗がシフト
(低下)する傾向がある)。
The film quality of the deposited impurity diffusion source layer can be stabilized by, for example, the thickness distribution of a film (eg, a PSG film or a BSG film) after pre-deposition, the sheet resistance distribution, etc. It can be evaluated based on a film (for example, a silicon oxide film) distribution, a sheet resistance distribution, and the like. In addition, for example, the evaluation can be made using, as an index, the magnitude of variation in impurity diffusion into the semiconductor substrate, the removability of a layer serving as an impurity diffusion source deposited in a later step, and the like.
The film quality stabilization generally means a state that is not easily affected by external factors (for example, in the case of phosphorus diffusion, if the heat treatment in deposition is insufficient and the film quality is not stabilized, the furnace The sheet resistance tends to shift (decrease) depending on the atmosphere).

【0016】本発明においては、この熱処理の後、さら
に、酸素ガス雰囲気下で熱処理することが好ましい。こ
こでの酸素ガス雰囲気とは、ほぼ100%の酸素ガス雰
囲気下を意味する。熱処理は、800〜1100℃程
度、さらに850〜1000℃程度の温度範囲、不純物
拡散源となる層の堆積時間の0.5〜1倍程度、好まし
0.6〜0.8倍程度、具体的には、15〜90分間、
好ましくは15〜40分間程度、より好ましくは15〜
25分間程度が挙げられるが、半導体基板表面に不純物
拡散源となる層を堆積するのと同様の温度で行うことが
好ましい。なお、本発明においては、上記の工程の後、
同様の温度で又は徐々に降温させて、酸素ガス、窒素ガ
ス及び/又は不活性ガス雰囲気下(好ましくは窒素ガス
雰囲気下)、半導体基板表面に堆積した不純物拡散源と
なる層を除去し、ドライブインに付すことが好ましい。
In the present invention, after this heat treatment, a heat treatment is preferably further performed in an oxygen gas atmosphere. Here, the oxygen gas atmosphere means an atmosphere under an oxygen gas atmosphere of almost 100%. The heat treatment is performed at a temperature in the range of about 800 to 1100 ° C., more preferably in the range of about 850 to 1000 ° C., and about 0.5 to 1 times, preferably about 0.6 to 0.8 times the deposition time of the layer serving as the impurity diffusion source. Specifically, for 15 to 90 minutes,
Preferably about 15 to 40 minutes, more preferably 15 to
Although about 25 minutes can be mentioned, it is preferable to carry out at a temperature similar to that for depositing a layer serving as an impurity diffusion source on the surface of the semiconductor substrate. In the present invention, after the above steps,
At a similar temperature or by gradually lowering the temperature, a layer serving as an impurity diffusion source deposited on the surface of the semiconductor substrate is removed under an atmosphere of oxygen gas, nitrogen gas and / or an inert gas (preferably under a nitrogen gas atmosphere), and the drive is performed. It is preferable to attach the in.

【0017】半導体基板表面に堆積した不純物拡散源と
なる層を除去する方法としては、特に限定されるもので
はなく、通常の方法、例えば、酸、アルカリ溶液又はこ
れらの混合溶液等の適当なエッチャントを用いたウェッ
トエッチング;気相エッチング、プラズマエッチング、
RIEエッチング、スパッタエッチング、イオンビーム
エッチング、光エッチング等のドライエッチングが挙げ
られる。
The method of removing the layer serving as an impurity diffusion source deposited on the surface of the semiconductor substrate is not particularly limited, and a usual method, for example, an appropriate etchant such as an acid, an alkali solution or a mixed solution thereof is used. Wet etching using: gas phase etching, plasma etching,
Dry etching such as RIE etching, sputter etching, ion beam etching, and optical etching can be given.

【0018】また、ドライブインは、特に限定されるも
のではなく、通常の方法、たとえば、酸素ガス雰囲気下
での熱処理が挙げられる。熱処理は、不純物の種類、不
純物拡散層の深さ、導入された不純物の量等により適宜
その条件を調整することができる。例えば、拡散炉を用
いたファーネスアニール、ランプアニール装置を用いた
急速熱処理等により、1000〜1200℃程度の温度
範囲、30〜150分間程度が挙げられる。以下に、本
発明の半導体装置の製造方法の実施の形態について、具
体的に説明する。
The drive-in is not particularly limited, and includes a usual method, for example, a heat treatment in an oxygen gas atmosphere. The conditions of the heat treatment can be appropriately adjusted depending on the type of the impurity, the depth of the impurity diffusion layer, the amount of the introduced impurity, and the like. For example, furnace annealing using a diffusion furnace, rapid heat treatment using a lamp annealing apparatus, or the like may be performed at a temperature range of about 1000 to 1200 ° C. for about 30 to 150 minutes. Hereinafter, embodiments of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be specifically described.

【0019】実施の形態1 まず、不純物源としてPOCl3を用いる場合、図1
(a)に示したように、シリコン基板を熱処理炉内に設
置し、処理炉内に窒素ガスと酸素ガスとを、それぞれ、
10slm程度、500sccm程度で導入しながら、
処理炉内温度を850℃に上昇させ(工程2:昇温工
程)、850℃で10分間程度保持して炉内温度を安定
化する(工程3:炉内温度安定化工程)。続いて、プレ
デポジションとして、850℃にて、炉内にPOCl3
ガスを150mg/分程度で40分間導入する(工程
4:不純物源導入工程)。この間、窒素ガスと酸素ガス
も引き続き導入する。これにより、シリコン基板上にP
SG層が形成されるとともに、リンがシリコン基板内に
導入される。
Embodiment 1 First, when POCl 3 is used as an impurity source, FIG.
As shown in (a), a silicon substrate is placed in a heat treatment furnace, and nitrogen gas and oxygen gas are respectively placed in the treatment furnace.
While introducing at about 10 slm and about 500 sccm,
The temperature in the processing furnace is raised to 850 ° C. (Step 2: temperature raising step), and the temperature in the furnace is stabilized by maintaining the temperature at 850 ° C. for about 10 minutes (Step 3: furnace temperature stabilizing step). Subsequently, as pre-deposition, POCl 3 was placed in the furnace at 850 ° C.
A gas is introduced at a rate of about 150 mg / min for 40 minutes (step 4: impurity source introduction step). During this time, nitrogen gas and oxygen gas are also continuously introduced. This allows P on the silicon substrate
As the SG layer is formed, phosphorus is introduced into the silicon substrate.

【0020】シリコン基板上にPSG層が形成された状
態で、POCl3ガスの導入を止める以外は先の工程と
同じ条件下で45分間熱処理し、PSG層の膜質を安定
化させる(工程5:安定化工程)。続いて、処理炉内の
温度を徐々に、800℃程度まで低下させ(工程6:降
温工程)、その後、シリコン基板上に形成されたPSG
層を除去し、シリコン基板表面をシリコン酸化膜によっ
て被覆し、ドライブインとして、シリコン基板表面に導
入された不純物としてのリンを電気的に活性化するとと
もに、より広い領域にリンを拡散させるために、シリコ
ン基板を900℃にて熱処理する。得られたシリコン基
板における表面の不純物濃度は、5.0〜6.0×10
19cm-3であり、その拡散層の深さは、1.059μm
であった。
With the PSG layer formed on the silicon substrate, heat treatment is performed for 45 minutes under the same conditions as in the previous step except that the introduction of the POCl 3 gas is stopped to stabilize the film quality of the PSG layer (step 5: Stabilization step). Subsequently, the temperature in the processing furnace is gradually lowered to about 800 ° C. (Step 6: temperature lowering step), and then the PSG formed on the silicon substrate is cooled.
The layer is removed, the silicon substrate surface is covered with a silicon oxide film, and as a drive-in, to electrically activate phosphorus as an impurity introduced to the silicon substrate surface and diffuse phosphorus into a wider area. Then, the silicon substrate is heat-treated at 900 ° C. The impurity concentration on the surface of the obtained silicon substrate is 5.0 to 6.0 × 10
19 cm -3 and the depth of the diffusion layer is 1.059 μm
Met.

【0021】上記のようにしてリン拡散シリコン基板
は、シート抵抗が約30Ω/□であった。上記のような
方法を1ヶ月間繰り返し行っても、得られたリン拡散シ
リコン基板のシート抵抗の変動は見られなかった。な
お、上記工程とは別に、比較例として、図1(b)に示
したように、安定化工程5を5分間行って、リンをシリ
コン基板に拡散させた。続いて、上記と同様に、ドライ
ブインを行った。得られたシリコン基板における表面の
不純物濃度は、5.0〜6.0×1019cm-3とほとん
ど変わらなかったが、拡散層深さは0.98μmと浅か
った。また、この場合のシリコン基板のシート抵抗は約
40Ω/□であった。上記したような本発明の方法にお
いて、シート抵抗が低くなったのは、安定化工程を45
分間としたことで、5分間の場合よりも熱処理が進行し
たためである。
As described above, the phosphorus-diffused silicon substrate had a sheet resistance of about 30 Ω / □. Even if the above method was repeated for one month, no change in the sheet resistance of the obtained phosphorus-diffused silicon substrate was observed. In addition, as a comparative example, as shown in FIG. 1B, a stabilizing step 5 was performed for 5 minutes to diffuse phosphorus into the silicon substrate. Subsequently, drive-in was performed as described above. The impurity concentration on the surface of the obtained silicon substrate was almost unchanged at 5.0 to 6.0 × 10 19 cm −3 , but the depth of the diffusion layer was as shallow as 0.98 μm. The sheet resistance of the silicon substrate in this case was about 40Ω / □. In the method of the present invention as described above, the reason why the sheet resistance was lowered was that the stabilization step was performed for 45 minutes.
This is because the heat treatment progressed more than 5 minutes.

【0022】実施の形態2 不純物源としてBBr3を用いる場合、図2(a)に示
したように、シリコン基板を熱処理炉内に設置し、処理
炉内に窒素ガスと酸素ガスとを、それぞれ、5slm程
度、20sccm程度で導入しながら、処理炉内温度を
1000℃に上昇させ(工程2:昇温工程)、1000
℃で10分間程度保持して炉内温度を安定化する(工程
3:炉内温度安定化工程)。続いて、プレデポジション
として、1000℃にて、炉内にBBr3ガスを100
mg/分程度で30分間導入する(工程4:不純物源導
入工程)。この間、窒素ガスと酸素ガスも引き続き導入
する。これにより、シリコン基板上にBSG層が形成さ
れるとともに、ボロンがシリコン基板内に導入される。
Embodiment 2 When BBr 3 is used as an impurity source, as shown in FIG. 2A, a silicon substrate is placed in a heat treatment furnace, and nitrogen gas and oxygen gas are respectively placed in the treatment furnace. The temperature inside the processing furnace is raised to 1000 ° C. while introducing the solution at about 5 slm and about 20 sccm (step 2: heating step),
C. for about 10 minutes to stabilize the furnace temperature (step 3: furnace temperature stabilization step). Subsequently, as pre-deposition, 100 mL of BBr 3 gas was introduced into the furnace at 1000 ° C.
It is introduced at about mg / min for 30 minutes (step 4: impurity source introducing step). During this time, nitrogen gas and oxygen gas are also continuously introduced. Thereby, a BSG layer is formed on the silicon substrate, and boron is introduced into the silicon substrate.

【0023】シリコン基板上にBSG層が形成された状
態で、BBr3ガスの導入を止める以外は先の工程と同
じ条件下で55分間熱処理し、BSG層の膜質を安定化
させる(工程5:安定化工程)。次いで、1000℃に
て、100%酸素雰囲気で酸化した(工程7:酸化工
程)。続いて、実施の形態1と同様にドライブインを行
った。
With the BSG layer formed on the silicon substrate, heat treatment is performed for 55 minutes under the same conditions as in the previous step except that the introduction of the BBr 3 gas is stopped to stabilize the film quality of the BSG layer (step 5: Stabilization step). Next, it was oxidized at 1000 ° C. in a 100% oxygen atmosphere (Step 7: oxidation step). Subsequently, drive-in was performed as in the first embodiment.

【0024】なお、上記工程とは別に、比較例として、
図2(b)に示したように、工程7における酸化工程を
行わずにドライブインに付した。本発明における実施の
形態では、酸化工程により、BSG層の膜質の均一化に
起因して、剥離性が良好であった。
In addition, apart from the above steps, as a comparative example,
As shown in FIG. 2B, drive-in was performed without performing the oxidation step in Step 7. In the embodiment of the present invention, the releasability was good due to the uniformization of the film quality of the BSG layer by the oxidation step.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明によれば、半導体基板表面に不純
物拡散源となる層を堆積させながら半導体基板内に不純
物を導入した後、堆積した不純物拡散源となる層の膜質
を安定化させるのに十分な時間熱処理することからた
め、デポジション後の不純物拡散源となる層の膜質を安
定化させることができ、これによって、半導体基板中へ
の不純物の導入のバラツキを抑制し、均一な不純物拡散
層を形成することができる。また、不純物拡散源となる
層の膜質の安定化に起因して、その後のかかる層の剥離
性を向上させることができ、コンタクト不良等を防止し
て、信頼性の高い半導体装置を製造することが可能とな
る。また、半導体基板表面への不純物拡散源となる層の
堆積と、堆積した不純物拡散源となる層の熱処理とを同
じ温度で行う場合には、厳密な温度の制御を行うことな
く、簡便に高品質、高信頼性の半導体装置を製造するこ
とが可能となる。
According to the present invention, an impurity is introduced into a semiconductor substrate while depositing a layer serving as an impurity diffusion source on the surface of the semiconductor substrate, and then the film quality of the deposited impurity diffusion source layer is stabilized. Since the heat treatment is performed for a sufficient time, it is possible to stabilize the film quality of the layer serving as the impurity diffusion source after the deposition, thereby suppressing the variation in the introduction of the impurity into the semiconductor substrate and achieving a uniform impurity. A diffusion layer can be formed. In addition, due to the stabilization of the film quality of a layer serving as an impurity diffusion source, it is possible to improve the peelability of such a layer thereafter, prevent a contact failure and the like, and manufacture a highly reliable semiconductor device. Becomes possible. In addition, in the case where the deposition of a layer serving as an impurity diffusion source on the surface of a semiconductor substrate and the heat treatment of the deposited layer serving as an impurity diffusion source are performed at the same temperature, the temperature can be easily increased without performing strict temperature control. A semiconductor device with high quality and high reliability can be manufactured.

【0026】特に、不純物拡散源となる層がリン又はボ
ロンを含有する層であり、該不純物拡散源となる層を8
00〜1100℃で40〜60分間熱処理することから
なる場合には、より半導体基板中への不純物の導入のバ
ラツキを抑制し、剥離性を向上させることができる。ま
た、さらに、酸素ガスのみを含有する雰囲気下で熱処理
することからなる場合には、特に不純物拡散層となる層
がボロンを含有する層である場合に、有利となる。
In particular, the layer serving as the impurity diffusion source is a layer containing phosphorus or boron, and
In the case where the heat treatment is performed at 00 to 1100 ° C. for 40 to 60 minutes, variation in the introduction of impurities into the semiconductor substrate can be further suppressed, and the releasability can be improved. Further, when the heat treatment is performed in an atmosphere containing only oxygen gas, it is particularly advantageous when the layer to be the impurity diffusion layer is a layer containing boron.

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

【図1】本発明の半導体装置の製造方法においてPOC
3を用いた場合の熱処理プロファイルと比較例におけ
る熱処理プロファイルとを示す図である。
FIG. 1 shows a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention;
is a diagram showing the heat treatment profile in Comparative Example and the heat treatment profile obtained by using the l 3.

【図2】本発明の半導体装置の製造方法においてBBr
3を用いた場合の熱処理プロファイルと比較例における
熱処理プロファイルとを示す図である。
FIG. 2 illustrates a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a heat treatment profile when No. 3 is used and a heat treatment profile in a comparative example.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板表面に不純物拡散源となる層
を堆積させながら半導体基板内に不純物を導入した後、
堆積した不純物拡散源となる層の膜質を安定化させるの
に十分な時間熱処理することからなる半導体装置の製造
方法。
An impurity is introduced into a semiconductor substrate while depositing a layer serving as an impurity diffusion source on the surface of the semiconductor substrate.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: performing a heat treatment for a time sufficient to stabilize the film quality of a deposited impurity diffusion source layer.
【請求項2】 半導体基板表面への不純物拡散源となる
層の堆積と、堆積した不純物拡散源となる層の熱処理と
を同じ温度で行う請求項1に記載の方法。
2. The method according to claim 1, wherein the deposition of the impurity diffusion source layer on the surface of the semiconductor substrate and the heat treatment of the deposited impurity diffusion source layer are performed at the same temperature.
【請求項3】 不純物拡散源となる層がリン又はボロン
を含有する層であり、該不純物拡散源となる層を800
〜1100℃で40〜60分間熱処理することからなる
請求項1又は2に記載の方法。
3. A layer serving as an impurity diffusion source is a layer containing phosphorus or boron.
The method according to claim 1 or 2, comprising heat-treating at 1100 ° C. for 40 to 60 minutes.
【請求項4】 さらに、酸素ガスのみを含有する雰囲気
下で熱処理することからなる請求項1〜3のいずれか1
つに記載の方法。
4. The method according to claim 1, further comprising heat-treating in an atmosphere containing only oxygen gas.
The method described in one.
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