JP2006190743A

JP2006190743A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2006190743A
Application number: JP2005000441A
Authority: JP
Inventors: Yasuki Sase; 泰規佐瀬
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-01-05
Filing date: 2005-01-05
Publication date: 2006-07-20

Abstract

【課題】工程増の増大を抑制しつつ、ツインウェルを自己整合的に形成できるとともに、ＮウェルとＰウェルとの間の段差を解消できるようにする。
【解決手段】半導体基板１上にリンガラス２を成膜し、リンガラス２に開口部４ｂを形成した後、開口部４ｂが形成されたリンガラス２をマスクとしてＰ型不純物のイオン注入Ｉを半導体基板１に行うことにより、半導体基板１の第２の領域Ｒ２にＰ型不純物注入層６を形成し、半導体基板１の熱処理を行うことにより、リンガラス２に含まれるリンを半導体基板１に拡散させ、半導体基板１の第１の領域Ｒ１にＮ型不純物拡散層７を形成し、Ｐ型不純物注入層６に含まれるＰ型不純物およびＮ型不純物拡散層７に含まれるＮ型不純物のドライブインを行うことにより、Ｐウェル９およびＮウェル１０を半導体基板１に形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に、ツインウェルを自己整合的に形成する方法に適用して好適なものである。

ＮチャンネルトランジスタとＰチャンネルトランジスタとを同一半導体基板に形成するために、ツインウェル構造が用いられている。このツインウェル構造を自己整合的に形成する方法としては以下の方法がある。すなわち、半導体基板の一部の領域をシリコン窒化膜で覆った後、そのシリコン窒化膜をマスクとして、Ｎ型不純物を半導体基板にイオン注入する。そして、そのシリコン窒化膜をマスクとして、半導体基板の熱酸化を行うことにより、シリコン窒化膜で覆われていない領域に熱酸化膜を形成するとともに、Ｎ型不純物のドライブインを行うことでＮウェルを形成する。次に、シリコン窒化膜を除去し、熱酸化膜をマスクとしてＰ型不純物を半導体基板にイオン注入し、そのＰ型不純物のドライブインを行うことでＰウェルを形成する。

また、例えば、特許文献１には、構造上段差のない平らな基板面を有するセルフアラインによるツインウェルの製造方法が開示されている。すなわち、半導体基板の一部の領域を犠牲膜で覆った後、その犠牲膜をマスクとして、Ｎ型不純物を半導体基板にイオン注入する。次に、犠牲膜で覆われていない領域を平坦化膜で埋め込んだ後、犠牲膜を除去し、平坦化膜をマスクとして、Ｐ型不純物を半導体基板にイオン注入する。そして、半導体基板にイオン注入されたＮ型不純物およびＰ型不純物のドライブインを行うことで、ＮウェルおよびＰウェルを形成する。
特開平９−２８３６３９号公報

しかしながら、従来のツインウェルの製造方法では、Ｐウェル上には厚い熱酸化膜が形成されるので、ＮウェルとＰウェルとの間に段差が生成され、ポリシリコンゲートの寸法制御に悪影響を及ぼすという問題があった。
また、特許文献１に開示された方法では、ＮウェルとＰウェルとの間の段差が解消されるものの、犠牲膜で覆われていない領域を平坦化膜で埋め込む必要がある上に、イオン注入を２回行う必要があり、工程増を招くという問題があった。

そこで、本発明の目的は、工程増の増大を抑制しつつ、ツインウェルを自己整合的に形成できるとともに、ＮウェルとＰウェルとの間の段差を解消することが可能な半導体装置の製造方法を提供することである。

上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、第１導電型不純物がドープされたガラス材を半導体基板上に成膜する工程と、前記半導体基板上の第１の領域に前記ガラス材を残したまま、前記半導体基板上の第２の領域の前記ガラス材を選択的に除去する工程と、前記ガラス材をマスクとして前記半導体基板に第２導電型不純物をイオン注入することにより、第２導電型不純物注入層を前記第２の領域に形成する工程と、前記ガラス材にドープされた第１導電型不純物を前記半導体基板に拡散させることにより、第１導電型不純物拡散層を前記第１の領域に形成する工程と、前記半導体基板上の第１の領域の前記ガラス材を除去する工程と、前記第１導電型不純物拡散層の第１導電型不純物および前記第２導電型不純物注入層の第２導電型不純物のドライブインを行う工程とを備えることを特徴とする。

これにより、第１導電型不純物がドープされたガラス材をマスクとして半導体基板に第２導電型不純物をイオン注入することが可能となるとともに、ガラス材に含まれる第１導電型不純物を半導体基板に拡散させることが可能となる。このため、第１導電型不純物を半導体基板に導入するためにイオン注入する必要がなくなるとともに、第２導電型不純物を第２の領域に選択的にイオン注入するために、半導体基板の熱酸化を行ったり、平坦化膜を形成したりする必要がなくなり、工程増の増大を抑制しつつ、ツインウェルを自己整合的に形成できるとともに、ＮウェルとＰウェルとの間の段差を解消することが可能となる。

また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、第１導電型不純物がドープされたガラス材を半導体基板上に成膜する工程と、前記ガラス材上にシリコン窒化膜を成膜する工程と、前記半導体基板上の第１の領域に前記ガラス材および前記シリコン窒化膜を残したまま、前記半導体基板上の第２の領域の前記ガラス材および前記シリコン窒化膜を選択的に除去する工程と、前記シリコン窒化膜をマスクとして前記半導体基板に第２導電型不純物をイオン注入することにより、第２導電型不純物注入層を前記第２の領域に形成する工程と、前記ガラス材にドープされた第１導電型不純物を前記半導体基板に拡散させることにより、第１導電型不純物拡散層を前記第１の領域に形成する工程と、前記半導体基板上の第１の領域の前記ガラス材および前記シリコン窒化膜を除去する工程と、前記第１導電型不純物拡散層の第１導電型不純物および前記第２導電型不純物注入層の第２導電型不純物のドライブインを行う工程とを備えることを特徴とする。

これにより、第１導電型不純物がドープされたガラス材をシリコン窒化膜で覆った上で、第１導電型不純物がドープされたガラス材の形状に対応したシリコン窒化膜をマスクとして半導体基板に第２導電型不純物をイオン注入することが可能となるとともに、ガラス材に含まれる第１導電型不純物を半導体基板に拡散させることが可能となる。このため、第１導電型不純物を半導体基板に導入するためにイオン注入する必要がなくなるだけでなく、第２導電型不純物を第２の領域に選択的にイオン注入するために、半導体基板の熱酸化を行ったり、平坦化膜を形成したりする必要がなくなるとともに、第２導電型不純物がガラス材に注入されることを防止することができ、工程増の増大を抑制しつつ、ツインウェルを自己整合的に形成できるとともに、ＮウェルとＰウェルとの間の段差を解消することが可能となる。

また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、前記第１導電型不純物がドープされたガラス材はリンガラスであることを特徴とする。
これにより、第１導電型不純物がドープされたガラス材を半導体基板上に安定して成膜することができ、ガラス材に含まれる第１導電型不純物を半導体基板に安定して拡散させることができる。

また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、前記半導体基板上の第２の領域の前記ガラス材を選択的に除去する時に、前記第２の領域の半導体基板をオーバーエッチングする工程をさらに備えることを特徴とする。
これにより、エッチング時間を調整することで、ＰウェルとＮウェルとの境界に段差を形成することが可能となり、工程増を伴うことなく、マスク合わせを精度よく行うことが可能となる。

また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、第１導電型不純物を半導体基板の表面に付着させる工程と、前記第１導電型不純物が付着された半導体基板上にシリコン窒化膜を成膜する工程と、前記半導体基板上の第１の領域に前記第１導電型不純物および前記シリコン窒化膜を残したまま、前記半導体基板上の第２の領域の前記第１導電型不純物および前記シリコン窒化膜を選択的に除去する工程と、前記シリコン窒化膜をマスクとして前記半導体基板に第２導電型不純物をイオン注入することにより、第２導電型不純物注入層を前記第２の領域に形成する工程と、前記半導体基板の表面に付着された第１導電型不純物を前記半導体基板に拡散させることにより、第１導電型不純物拡散層を前記第１の領域に形成する工程と、前記半導体基板上の第１の領域の前記シリコン窒化膜を除去する工程と、前記第１導電型不純物拡散層の第１導電型不純物および前記第２導電型不純物注入層の第２導電型不純物のドライブインを行う工程とを備えることを特徴とする。

これにより、半導体基板の表面に付着された第１導電型不純物をシリコン窒化膜で覆った上で、第１導電型不純物の形状に対応したシリコン窒化膜をマスクとして半導体基板に第２導電型不純物をイオン注入することが可能となるとともに、半導体基板の表面に付着された第１導電型不純物を半導体基板に拡散させることが可能となる。このため、第１導電型不純物を半導体基板に導入するためにイオン注入する必要がなくなるだけでなく、第２導電型不純物を第２の領域に選択的にイオン注入するために、半導体基板の熱酸化を行ったり、平坦化膜を形成したりする必要がなくなるとともに、第２導電型不純物がガラス材に注入されることを防止することが可能となり、工程増の増大を抑制しつつ、ツインウェルを自己整合的に形成できるとともに、ＮウェルとＰウェルとの間の段差を解消することが可能となる。

また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、前記第１導電型不純物を半導体基板の表面に付着させる工程は、リン酸ディップであることを特徴とする。
これにより、リン酸ディップを行うことで、第１導電型不純物を半導体基板の表面に付着させることができ、製造工程の煩雑化を抑制しつつ、第１導電型不純物を半導体基板に拡散させることが可能となる。

また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、前記第１導電型不純物を前記半導体基板に拡散させる前に、前記第２の領域をノンドープシリコン酸化膜で覆う工程をさらに備えることを特徴とする。
これにより、第１導電型不純物を半導体基板に拡散させるために、半導体基板の熱処理を行った場合においても、半導体基板にイオン注入された第２導電型不純物がアウトディフュージョンすることを防止することができ、第２導電型不純物を半導体基板に効率よく拡散させることができる。

また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、前記第１導電型不純物拡散層の第１導電型不純物および前記第２導電型不純物注入層の第２導電型不純物のドライブインを行う前に、前記第１導電型不純物拡散層および前記第２導電型不純物注入層をノンドープシリコン酸化膜で覆う工程をさらに備えることを特徴とする。
これにより、第１導電型不純物拡散層の第１導電型不純物および第２導電型不純物注入層の第２導電型不純物をドライブインさせるために、半導体基板の熱処理を行った場合においても、第１導電型不純物拡散層の第１導電型不純物および第２導電型不純物注入層の第２導電型不純物がアウトディフュージョンすることを防止することができ、第１導電型不純物拡散層の第１導電型不純物および第２導電型不純物注入層の第２導電型不純物を効率よくドライブインさせることができる。

以下、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
図１および図２は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図１（ａ）において、半導体基板１上にリンガラス２を成膜し、ＣＶＤなどの方法により、リンガラス２上にシリコン窒化膜３を形成する。なお、半導体基板１の材質としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＳｉＳｎ、ＰｂＳ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＮまたはＺｎＳｅなどを用いることができる。

次に、図１（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いてシリコン窒化膜３をパターニングすることにより、シリコン窒化膜３に開口部４ａを形成し、半導体基板１の第１の領域Ｒ１にシリコン窒化膜３を残したまま、半導体基板１の第２の領域Ｒ２のシリコン窒化膜３を除去する。そして、開口部４ａが形成されたシリコン窒化膜３をマスクとしてリンガラス２を選択的にエッチングすることにより、リンガラス２に開口部４ｂを形成し、半導体基板１の第１の領域Ｒ１にリンガラス２を残したまま、半導体基板１の第２の領域Ｒ２のリンガラス２を除去する。

次に、図１（ｃ）に示すように、ＣＶＤなどの方法により、ノンドープシリコン酸化膜５を半導体基板１上に成膜する。ここで、ノンドープシリコン酸化膜５を半導体基板１上に成膜することにより、リンガラス２に含まれるリンを半導体基板１に拡散させるための熱処理を行った場合においても、Ｐ型不純物注入層６に含まれるＰ型不純物のアウトディフュージョンを抑制することができる。

次に、図１（ｄ）に示すように、開口部４ａが形成されたシリコン窒化膜３をマスクとしてＰ型不純物のイオン注入Ｉを半導体基板１に行うことにより、半導体基板１の第２の領域Ｒ２にＰ型不純物注入層６を形成する。なお、Ｐ型不純物としては、例えば、ボロンを用いることができる。ここで、リンガラス２上にシリコン窒化膜３を形成することにより、Ｐ型不純物のイオン注入Ｉを半導体基板１に行った場合においても、リンガラス２にＰ型不純物が注入されることを防止することが可能となるとともに、リンガラス２に含まれるリンを半導体基板１に拡散させるための熱処理を行った場合においても、リンガラス２に含まれるリンのアウトディフュージョンを抑制することができる。

次に、図２（ａ）に示すように、半導体基板１の熱処理を行うことにより、リンガラス２に含まれるリンを半導体基板１に拡散させ、半導体基板１の第１の領域Ｒ１にＮ型不純物拡散層７を形成する。なお、半導体基板１の熱処理方法としては、例えば、温度が８９０〜９００℃程度のＲＰＡ（ＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｅａｌ）を用いることができる。

次に、図２（ｂ）に示すように、ノンドープシリコン酸化膜５、シリコン窒化膜３およびリンガラス２を半導体基板１から除去する。
次に、図２（ｃ）に示すように、ＣＶＤなどの方法により、ノンドープシリコン酸化膜８を、Ｐ型不純物注入層６およびＮ型不純物拡散層７が形成された半導体基板１上に形成する。ここで、Ｐ型不純物注入層６およびＮ型不純物拡散層７が形成された半導体基板１上にノンドープシリコン酸化膜８を形成することにより、Ｐ型不純物注入層６のＰ型不純物およびＮ型不純物拡散層７のＮ型不純物をドライブインさせるために、半導体基板１の熱処理を行った場合においても、Ｐ型不純物注入層６のＰ型不純物およびＮ型不純物拡散層７のＮ型不純物がアウトディフュージョンすることを防止することができ、Ｐ型不純物注入層６のＰ型不純物およびＮ型不純物拡散層７のＮ型不純物を効率よくドライブインさせることができる。

次に、図２（ｄ）に示すように、Ｐ型不純物注入層６に含まれるＰ型不純物およびＮ型不純物拡散層７に含まれるＮ型不純物のドライブインを行うことにより、Ｐウェル９およびＮウェル１０を半導体基板１に形成する。
そして、Ｐウェル９およびＮウェル１０が半導体基板１に形成されると、ＮチャンネルトランジスタをＰウェル９に形成するとともに、ＰチャンネルトランジスタをＮウェル１０に形成することができる。

これにより、リンガラス２をシリコン窒化膜３で覆った上で、シリコン窒化膜３をマスクとして半導体基板１にＰ型不純物をイオン注入することが可能となるとともに、リンガラス２に含まれるＮ型不純物を半導体基板１に拡散させることが可能となる。このため、Ｎ型不純物を半導体基板１に導入するためにイオン注入する必要がなくなるだけでなく、Ｐ型不純物を第２の領域Ｒ２に選択的にイオン注入するために、半導体基板１の熱酸化を行ったり、半導体基板１上に平坦化膜を形成したりする必要がなくなるとともに、Ｐ型不純物がリンガラス２に注入されることを防止することができ、工程増の増大を抑制しつつ、ツインウェルを自己整合的に形成できるとともに、Ｐウェル９とＮウェル１０との間の段差を解消することが可能となる。

そして、Ｐウェル９およびＮウェル１０が半導体基板１に形成されると、ＮチャンネルトランジスタおよびＰチャンネルトランジスタをＰウェル９およびＮウェル１０にそれぞれ精度よく形成することが可能となるとともに、ＣＭＯＳ回路の高密度集積化を図ることができる。
なお、上述した実施形態では、リンガラス２上にシリコン窒化膜３を形成する方法を例にとって説明したが、リンガラス２上にシリコン窒化膜３を形成しないようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、Ｐ型不純物のイオン注入Ｉを行う前にノンドープシリコン酸化膜５を半導体基板１上に成膜する方法を例にとって説明したが、ノンドープシリコン酸化膜５を半導体基板１上に成膜しないようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、Ｐ型不純物注入層６に含まれるＰ型不純物およびＮ型不純物拡散層７に含まれるＮ型不純物のドライブインを行う前にノンドープシリコン酸化膜８を半導体基板１上に成膜する方法を例にとって説明したが、ノンドープシリコン酸化膜８を半導体基板１上に成膜しないようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、Ｐ型不純物注入層６を形成するためのイオン注入Ｉを半導体基板１に行ってから、Ｎ型不純物拡散層７を形成するために、リンガラス２に含まれるリンを半導体基板１に拡散させる方法を例にとって説明したが、リンガラス２に含まれるリンを半導体基板１に拡散させることでＮ型不純物拡散層７を形成してから、Ｐ型不純物注入層６を形成するためのイオン注入Ｉを半導体基板１に行うようにしてもよい。これにより、リンガラス２に含まれるリンを半導体基板１に拡散させるための熱処理を行った場合においても、Ｐ型不純物注入層６に含まれるＰ型不純物のアウトディフュージョンを防止することができる。

また、図１（ｂ）において、半導体基板１の第２の領域Ｒ２のリンガラス２を選択的に除去する時に、第２の領域Ｒ２の半導体基板１をオーバーエッチングするようにしてもよい。これにより、リンガラス２を選択的に除去する時のエッチング時間を調整することで、Ｐウェル９とＮウェル１０との境界に段差を形成することが可能となり、工程増を伴うことなく、マスク合わせを精度よく行うことが可能となる。

また、上述した実施形態では、Ｎ型不純物拡散層７を形成するために、半導体基板１上にリンガラス２を形成する方法について説明したが、半導体基板１上にリンガラス２を形成する代わりに、半導体基板１のリン酸ディップを行うことにより、半導体基板１の表面にリンを付着させるようにしてもよい。そして、半導体基板１の第２の領域Ｒ２のリンをエッチング除去し、半導体基板１の第１の領域Ｒ１のリンを拡散させることで、半導体基板１の第１の領域Ｒ１にＮ型不純物拡散層を形成することが可能となるとともに、半導体基板１の第１の領域Ｒ１にＰ型不純物拡散層をイオン注入することで、半導体基板１の第２の領域Ｒ２にＰ型不純物拡散層を形成することができる。

本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図。

符号の説明

１半導体基板、２リンガラス、３シリコン窒化膜、４ａ、４ｂ開口部、５、８ノンドープシリコン酸化膜、６Ｐ型不純物注入層、７Ｎ型不純物拡散層、９Ｐウェル、１０Ｎウェル、Ｒ１第１の領域、Ｒ２第２の領域

Claims

第１導電型不純物がドープされたガラス材を半導体基板上に成膜する工程と、
前記半導体基板上の第１の領域に前記ガラス材を残したまま、前記半導体基板上の第２の領域の前記ガラス材を選択的に除去する工程と、
前記ガラス材をマスクとして前記半導体基板に第２導電型不純物をイオン注入することにより、第２導電型不純物注入層を前記第２の領域に形成する工程と、
前記ガラス材にドープされた第１導電型不純物を前記半導体基板に拡散させることにより、第１導電型不純物拡散層を前記第１の領域に形成する工程と、
前記半導体基板上の第１の領域の前記ガラス材を除去する工程と、
前記第１導電型不純物拡散層の第１導電型不純物および前記第２導電型不純物注入層の第２導電型不純物のドライブインを行う工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
第１導電型不純物がドープされたガラス材を半導体基板上に成膜する工程と、
前記ガラス材上にシリコン窒化膜を成膜する工程と、
前記半導体基板上の第１の領域に前記ガラス材および前記シリコン窒化膜を残したまま、前記半導体基板上の第２の領域の前記ガラス材および前記シリコン窒化膜を選択的に除去する工程と、
前記シリコン窒化膜をマスクとして前記半導体基板に第２導電型不純物をイオン注入することにより、第２導電型不純物注入層を前記第２の領域に形成する工程と、
前記ガラス材にドープされた第１導電型不純物を前記半導体基板に拡散させることにより、第１導電型不純物拡散層を前記第１の領域に形成する工程と、
前記半導体基板上の第１の領域の前記ガラス材および前記シリコン窒化膜を除去する工程と、
前記第１導電型不純物拡散層の第１導電型不純物および前記第２導電型不純物注入層の第２導電型不純物のドライブインを行う工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記第１導電型不純物がドープされたガラス材はリンガラスであることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
前記半導体基板上の第２の領域の前記ガラス材を選択的に除去する時に、前記第２の領域の半導体基板をオーバーエッチングする工程をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
第１導電型不純物を半導体基板の表面に付着させる工程と、
前記第１導電型不純物が付着された半導体基板上にシリコン窒化膜を成膜する工程と、
前記半導体基板上の第１の領域に前記第１導電型不純物および前記シリコン窒化膜を残したまま、前記半導体基板上の第２の領域の前記第１導電型不純物および前記シリコン窒化膜を選択的に除去する工程と、
前記シリコン窒化膜をマスクとして前記半導体基板に第２導電型不純物をイオン注入することにより、第２導電型不純物注入層を前記第２の領域に形成する工程と、
前記半導体基板の表面に付着された第１導電型不純物を前記半導体基板に拡散させることにより、第１導電型不純物拡散層を前記第１の領域に形成する工程と、
前記半導体基板上の第１の領域の前記シリコン窒化膜を除去する工程と、
前記第１導電型不純物拡散層の第１導電型不純物および前記第２導電型不純物注入層の第２導電型不純物のドライブインを行う工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記第１導電型不純物を半導体基板の表面に付着させる工程は、リン酸ディップ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。
前記第１導電型不純物を前記半導体基板に拡散させる前に、前記第２の領域をノンドープシリコン酸化膜で覆う工程をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
前記第１導電型不純物拡散層の第１導電型不純物および前記第２導電型不純物注入層の第２導電型不純物のドライブインを行う前に、前記第１導電型不純物拡散層および前記第２導電型不純物注入層をノンドープシリコン酸化膜で覆う工程をさらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法。