JP2008066436A - 半導体素子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の領域にボロンの拡散領域を形成することを可能とする半導体素子とその製造方法を実現すること。
【解決手段】不純物の拡散領域が形成される半導体素子において、シリコン基板と、このシリコン基板の不純物の拡散領域の上の部分以外に形成されたシリコン酸化膜と、このシリコン酸化膜が形成されていないシリコン基板上及び前記シリコン酸化膜上に形成されたポリシリコン層と、このポリシリコン層上に形成され熱処理により前記拡散領域に拡散させる前記不純物を含有する前記不純物膜とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、不純物の拡散領域が形成される半導体素子とその製造方法に関して、特に所定の領域にボロンの拡散領域が形成される半導体素子とその製造方法に関する。

従来の不純物の拡散領域が形成される半導体素子とその製造方法に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

特開２００５−３７３０９公報 特開２００５−３４７６７６公報

図６はこのような従来の半導体素子の一例を示す構成断面図である。図６において、１はシリコン基板、２はシリコン酸化膜、３はボロンが含有されるボロンガラス膜である。

シリコン基板１上には不純物の拡散領域の上の部分が除去されたシリコン酸化膜２が形成され、シリコン酸化膜２が形成されていないシリコン基板１上及びシリコン酸化膜２上にはボロンガラス膜３が形成される。

ここで、図６に示す従来例の製造方法について図７、図８及び図９を用いて説明する。図７〜図９は従来の半導体素子の製造工程を説明する説明図である。

図７に示すようにシリコン基板１には高温で酸化加工されシリコン酸化膜２がシリコン基板１上に形成される。

次に、図８に示すようにシリコン酸化膜２は図８中”Ａ１００”に示す部分、いいかえれば不純物の拡散領域の上の部分がエッチング加工等により除去される。

次に、図９に示すようにシリコン酸化膜２が形成されていないシリコン基板１上及びシリコン酸化膜２上にはボロンガラス膜３が形成される。

シリコン酸化膜２及びボロンガラス膜３が形成されたシリコン基板１は１０００℃〜１２００℃程度の温度に調節された炉等の中で加熱され、ボロンはボロンガラス膜３からシリコン基板１のシリコン酸化膜２が形成されていない領域に拡散される。

例えば、シリコン基板１には図９中”ＤＡ１００”に示すようなボロンの拡散領域が形成される。

この結果、シリコン酸化膜をシリコン基板上であって不純物の拡散領域の上の部分以外に形成することによって、所定の領域にボロンの拡散領域を形成することが可能になる。

しかし、図６に示す一例では、不純物の拡散処理の過程でシリコン酸化膜２中に高濃度にボロンが拡散すると共に、ボロンガラス膜３からシリコン酸化膜２に酸素が供給される。

このため、シリコン酸化膜２中のボロンの拡散係数が３桁程度大きくなり、ボロンがシリコン酸化膜２を突き抜けてシリコン基板１のボロンの拡散領域外に拡散されるといった問題があった。

また、このようなボロンがシリコン酸化膜２を突き抜ける問題に対してはシリコン酸化膜２の膜厚を厚くして対応する方法があるが、ボロンの突き抜けを起こさないためにはシリコン酸化膜２の膜厚を非現実的に厚く形成する必要がある。

仮に、シリコン酸化膜２の膜厚をボロンが突き抜けない程度に厚く形成することが実現出来たとしても、ボロンの拡散の表面濃度が高く深い拡散領域を形成するために行うボロンガラス膜３を繰り返し剥離及び塗布する工程でシリコン酸化膜２の形状が変化しシリコン基板１上のシリコン酸化膜２が形成されていない領域が広がることになり、ボロンの拡散領域の形状が変化してしまうといった問題があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、所定の領域にボロンの拡散領域を形成することを可能とする半導体素子とその製造方法を実現することにある。

上記のような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
不純物の拡散領域が形成される半導体素子において、
シリコン基板と、このシリコン基板の不純物の拡散領域の上の部分以外に形成されたシリコン酸化膜と、このシリコン酸化膜が形成されていないシリコン基板上及び前記シリコン酸化膜上に形成されたポリシリコン層と、このポリシリコン層上に形成され熱処理により前記拡散領域に拡散させる不純物を含有する不純物膜とを備えたことにより、所定の領域にボロンの拡散領域を形成することが可能となる。

請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明である半導体素子において、
前記不純物膜が、ボロンを含有するボロンガラス膜であることにより、所定の領域にボロンの拡散領域を形成することが可能となる。

請求項３記載の発明は、
不純物の拡散領域が形成される半導体素子の製造方法であって、
シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成する第１の工程と、不純物の拡散領域の上の部分の前記シリコン酸化膜を除去する第２の工程と、前記シリコン酸化膜が形成されていない前記シリコン基板上及び前記シリコン酸化膜上にポリシリコン層を形成する第３の工程と、前記ポリシリコン層上に不純物を含有する不純物膜を形成する第４の工程と、熱処理により前記拡散領域に前記不純物膜から不純物を拡散させる第５の工程とから成ることにより、所定の領域にボロンの拡散領域を形成することが可能となる。

請求項４記載の発明は、
請求項３記載の発明である半導体素子の製造方法であって、
前記不純物膜が、ボロンを含有するボロンガラス膜であることにより、所定の領域にボロンの拡散領域を形成することが可能となる。

本発明によれば次のような効果がある。
請求項１、２、３及び請求項４の発明によれば、ボロンガラス膜から酸素が供給され前記ポリシリコン層の表面が酸化されるポリシリコン層をシリコン酸化膜が形成されていないシリコン基板上及び前記シリコン酸化膜上に形成することにより、所定の領域にボロンの拡散領域を形成することを可能とする半導体素子とその製造方法を実現する。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る半導体素子の一実施例を示す構成断面図である。

図１において、４はシリコン基板、５はシリコン酸化膜、６はポリシリコン層、７はボロンが含有されるボロンガラス膜である。

シリコン基板４上には不純物の拡散領域の上の部分が除去されたシリコン酸化膜５が形成され、シリコン酸化膜５が形成されていないシリコン基板４上及び上シリコン酸化膜５上にはポリシリコン層６が形成される。また、ポリシリコン層６上にはボロンガラス膜７が形成される。

例えば、ポリシリコン層６はシリコン基板４中のボロンの拡散係数よりもボロンの拡散係数が１０倍程度大きいポリシリコンで形成される。

ここで、図１に示す実施例の製造方法について図２、図３、図４及び図５を用いて説明する。図２〜図５は本発明に係る実施例の半導体素子の製造工程を説明する説明図である。

図２に示すようにシリコン基板４には高温で酸化加工されてシリコン酸化膜５が形成される。この時、シリコン酸化膜５の膜厚はボロンを拡散しない程度の厚さで形成される。例えば、シリコン酸化膜５の膜厚は”０．８μｍ”の厚さに形成される。

次に、図３に示すようにシリコン酸化膜５は図３中”Ａ１１０”に示す部分、いいかえれば不純物の拡散領域の上の部分がエッチング加工等により除去される。

次に、図４に示すようにシリコン酸化膜５が形成されていないシリコン基板４上及びシリコン酸化膜５上にはポリシリコン層６が形成され、図５に示すようにシリコン酸化膜５上にはボロンガラス膜７が形成される。

この時、ポリシリコン層６の層厚はボロンの拡散中にボロンガラス膜７からの酸素がシリコン酸化膜５に供給されない程度の厚さで形成される。例えば、ポリシリコン層６の膜厚は”０．３μｍ”の厚さに形成される。

シリコン酸化膜５及びボロンガラス膜７が形成されたシリコン基板４は１０００℃〜１２００℃程度の温度に調節された炉等の中で加熱され、例えば、図５中”ＤＡ１１０”に示すようにボロンの拡散領域が形成される。

この時、ボロンガラス膜７から酸素がポリシリコン層６に供給され、ポリシリコン層６の表面は酸化される。このため、ポリシリコン層６の表面が酸化されるので、シリコン酸化膜５にはボロンガラス膜７から酸素が供給されないことになる。

ボロンはボロンガラス膜７からポリシリコン層６を通過してシリコン基板４のシリコン酸化膜５が形成されていない領域に拡散される。

例えば、図５中”ＤＡ１１０”に示すボロンの拡散領域は、シリコン酸化膜５の厚さが”０．８μｍ”、ポリシリコン層６の厚さが”０．３μｍ”の場合には、拡散の深さが”８μｍ”及びボロンの拡散の表面濃度が”１×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³”程度に形成される。

この結果、ポリシリコン層をシリコン酸化膜が形成されていないシリコン基板上及びシリコン酸化膜上に形成することにより、所定の領域にボロンの拡散領域を形成することが可能になる。

なお、図１等に示す実施例では、シリコン基板４上にボロンガラス膜７を塗布するとされているが、特にこれに限定されるものではなく、ボロンナイトライドを用いてシリコン基板４上にボロンガラス膜７を形成するものであっても構わない。

また、図１等に示す実施例では、シリコン基板４上にボロンガラス膜７を塗布するとされているが、特にこれに限定されるものではなく、ジボランガスを用いた気相拡散によってボロンが拡散されるものであっても構わない。

また、図１等に示す実施例では、シリコン酸化膜５は”０．８μｍ”の厚さで形成されると例示されているが、特にこれに限定されるものではなく、シリコン酸化膜５の膜厚はボロンが突き抜けない程度の厚さであっても構わない。

また、図１等に示す実施例では、ポリシリコン層６の厚さは”０．３μｍ”として例示されているが、特にこれに限定されるものではなく、ポリシリコン層６の層厚はボロンの拡散中にボロンガラス膜７からの酸素がシリコン酸化膜５に供給されない程度の厚さであっても構わない。

また、図１等に示す実施例では、ボロンの拡散領域の拡散の深さ及び拡散の表面濃度はそれぞれ”８μｍ”程度及び”１×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³”程度であると例示されているが、特にこれに限定されるものではなく、ボロンの拡散領域の拡散の深さ及び拡散の表面濃度は、ポリシリコン層及びシリコン酸化膜の厚さ及び熱処理の温度を調整することによって”８μｍ”及び”１×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³”とはそれぞれ異なる値であっても構わない。

また、図１等に示す実施例では、ポリシリコン層６はボロンがシリコン基板４に拡散された後に不要となる場合には、フッ硝酢酸、若しくは、反応性イオンエッチング等により除去されるものであっても構わない。

本発明に係る半導体素子の一実施例を示す構成断面図である。 本発明に係る実施例の半導体素子の製造工程を説明する説明図である。 本発明に係る実施例の半導体素子の製造工程を説明する説明図である。 本発明に係る実施例の半導体素子の製造工程を説明する説明図である。 本発明に係る実施例の半導体素子の製造工程を説明する説明図である。 従来の半導体素子の一例を示す構成断面図である。 従来の半導体素子の製造工程を説明する説明図である。 従来の半導体素子の製造工程を説明する説明図である。 従来の半導体素子の製造工程を説明する説明図である。

符号の説明

１、４ シリコン基板
２、５ シリコン酸化膜
３、７ ボロンガラス膜
６ ポリシリコン層

Claims (4)

1. 不純物の拡散領域が形成される半導体素子において、
   シリコン基板と、
   このシリコン基板の不純物の拡散領域の上の部分以外に形成されたシリコン酸化膜と、
   このシリコン酸化膜が形成されていないシリコン基板上及び前記シリコン酸化膜上に形成されたポリシリコン層と、
   このポリシリコン層上に形成され熱処理により前記拡散領域に拡散させる不純物を含有する不純物膜と
   を備えたことを特徴とする半導体素子。
2. 前記不純物膜が、
   ボロンを含有するボロンガラス膜であることを特徴とする
   請求項１記載の半導体素子。
3. 不純物の拡散領域が形成される半導体素子の製造方法であって、
   シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成する第１の工程と、
   不純物の拡散領域の上の部分の前記シリコン酸化膜を除去する第２の工程と、
   前記シリコン酸化膜が形成されていない前記シリコン基板上及び前記シリコン酸化膜上にポリシリコン層を形成する第３の工程と、
   前記ポリシリコン層上に不純物を含有する不純物膜を形成する第４の工程と、
   熱処理により前記拡散領域に前記不純物膜から不純物を拡散させる第５の工程と
   から成ることを特徴とする半導体素子の製造方法。
4. 前記不純物膜が、
   ボロンを含有するボロンガラス膜であることを特徴とする
   請求項３記載の半導体素子の製造方法。

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