JP2599556B2 - 高濃度ドープ領域を有する半導体装置の製造方法 - Google Patents
高濃度ドープ領域を有する半導体装置の製造方法Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- Y10S438/914—Doping
- Y10S438/923—Diffusion through a layer
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体物質の所定の領
域にピーク濃度が高い不純物拡散領域を有する半導体装
置の製造方法に関する。特に、本発明は、半導体物質の
ウエハにＦＥＴトランジスタのソースとドレインの領域
と、バイポーラ・トランジスタのためのｎ型のエミッタ
とサブコレクタとを形成するための、高ピーク濃度のｎ
型領域の拡散に関する。具体的には、トレンチ構造の一
様なドーピングと、シート抵抗率２５Ω／□以下の高伝
導率多結晶Ｓｉについて述べる。ドーパントのソースは
ドーパント含有ガスである。ピーク濃度は約３×１０19
原子／ｃｍ3 よりも高くなる。このような高ピーク濃度
はドーピング・ソース・ガスとキャリア・ガスとの混合
ガスの組成と圧力の調整、及び酸化剤を最少にすること
によって得られる。
域にピーク濃度が高い不純物拡散領域を有する半導体装
置の製造方法に関する。特に、本発明は、半導体物質の
ウエハにＦＥＴトランジスタのソースとドレインの領域
と、バイポーラ・トランジスタのためのｎ型のエミッタ
とサブコレクタとを形成するための、高ピーク濃度のｎ
型領域の拡散に関する。具体的には、トレンチ構造の一
様なドーピングと、シート抵抗率２５Ω／□以下の高伝
導率多結晶Ｓｉについて述べる。ドーパントのソースは
ドーパント含有ガスである。ピーク濃度は約３×１０19
原子／ｃｍ3 よりも高くなる。このような高ピーク濃度
はドーピング・ソース・ガスとキャリア・ガスとの混合
ガスの組成と圧力の調整、及び酸化剤を最少にすること
によって得られる。
【０００２】
【従来の技術】シリコン集積回路の製作における多数の
プロセスでは、ホウ素及びヒ素を始めとする高濃度のｐ
型及びｎ型ドーピング物質でシリコン基板を選択的にド
ープする必要がある。さらにドーパントの浸透深さを制
御する必要がある。イオン注入はピーク濃度が高く且つ
浅いドーパント・プロファイルを得るうえで、現在重要
な技術である。しかし、注入プロセスはその性質上、半
導体基板を損傷させる。注入による損傷は、シリコンＩ
Ｃの性能と製作に制限をもたらし、特定のシリコンＩＣ
製作工程の種類の選択に影響を及ぼす重大な問題である
ことは周知の通りである。さらにイオン注入は、例えば
トレンチの側壁をドープするような、非プレーナ・プロ
セスにおいては簡単に使用できない。注入による損傷を
避け、非プレーナ・ドーピングの条件を満たすために様
々な技術が提示され、成長物質や被着物質からドーパン
トをシリコンなどの半導体物質のウエハにまで拡散させ
る方法がとられている。一般にこれらのプロセスは以下
の問題がある。再現性が高くない、クリーンでない、ド
ーパントの表面濃度が十分高くならない、ソースが最終
的には減耗する、などである。
プロセスでは、ホウ素及びヒ素を始めとする高濃度のｐ
型及びｎ型ドーピング物質でシリコン基板を選択的にド
ープする必要がある。さらにドーパントの浸透深さを制
御する必要がある。イオン注入はピーク濃度が高く且つ
浅いドーパント・プロファイルを得るうえで、現在重要
な技術である。しかし、注入プロセスはその性質上、半
導体基板を損傷させる。注入による損傷は、シリコンＩ
Ｃの性能と製作に制限をもたらし、特定のシリコンＩＣ
製作工程の種類の選択に影響を及ぼす重大な問題である
ことは周知の通りである。さらにイオン注入は、例えば
トレンチの側壁をドープするような、非プレーナ・プロ
セスにおいては簡単に使用できない。注入による損傷を
避け、非プレーナ・ドーピングの条件を満たすために様
々な技術が提示され、成長物質や被着物質からドーパン
トをシリコンなどの半導体物質のウエハにまで拡散させ
る方法がとられている。一般にこれらのプロセスは以下
の問題がある。再現性が高くない、クリーンでない、ド
ーパントの表面濃度が十分高くならない、ソースが最終
的には減耗する、などである。
【０００３】半導体ウエハにｎ型ドーパントを拡散する
方法は多数ある。
方法は多数ある。
【０００４】W．Runyanは著書"Silicon Semiconductor
Technology"（McGraw Hill、NY、1965）で、固体ソース
を使用するヒ素拡散は通常、三酸化ヒ素とシリコンとの
反応で行われると述べている。酸化物の蒸気は窒素と
０．５％以下の酸素の混合物によって拡散炉の拡散領域
に移送される。酸化物／シリコン界面でのヒ素層の形成
によって生じるステイニングを防ぐために、酸素が加え
られる。この方法によって得られる表面濃度は（２乃至
３）×１０19ｃｍ-3を越えることはない。これはシリコ
ン表面からの蒸発によってヒ素が急激に減耗するからで
ある。
Technology"（McGraw Hill、NY、1965）で、固体ソース
を使用するヒ素拡散は通常、三酸化ヒ素とシリコンとの
反応で行われると述べている。酸化物の蒸気は窒素と
０．５％以下の酸素の混合物によって拡散炉の拡散領域
に移送される。酸化物／シリコン界面でのヒ素層の形成
によって生じるステイニングを防ぐために、酸素が加え
られる。この方法によって得られる表面濃度は（２乃至
３）×１０19ｃｍ-3を越えることはない。これはシリコ
ン表面からの蒸発によってヒ素が急激に減耗するからで
ある。
【０００５】S．K．Gandhiは著書"VLSI Fabrication Pr
inciples"（John Wiley & Sons、1983、pp 170-171）
で、適切な有機結合剤でアルセノ・シロキサンから成る
ヒ素とドーパントのスピン・オンの利用について述べて
いる。これらは、２５０℃でベークアウトすると、反応
してこのドーパントのソースとなるアルセノケイ酸塩ガ
ラスを形成する。このガラスは拡散中にヒ素の蒸発の障
壁物として働くので、この方法により高ドーピング濃度
が得られる。しかし、このプロセスは有機物質とガラス
を用いるのでクリーンではなく、最先端の半導体ＩＣ製
造には不適である。
inciples"（John Wiley & Sons、1983、pp 170-171）
で、適切な有機結合剤でアルセノ・シロキサンから成る
ヒ素とドーパントのスピン・オンの利用について述べて
いる。これらは、２５０℃でベークアウトすると、反応
してこのドーパントのソースとなるアルセノケイ酸塩ガ
ラスを形成する。このガラスは拡散中にヒ素の蒸発の障
壁物として働くので、この方法により高ドーピング濃度
が得られる。しかし、このプロセスは有機物質とガラス
を用いるのでクリーンではなく、最先端の半導体ＩＣ製
造には不適である。
【０００６】S．K．Gandhiは著書"VLSI Fabrication Pr
inciples"（John Wiley & Sons、1983、pp 170-171）
で、ヒ素拡散でも良好な結果を示した密閉管の技術の応
用について述べている。ここではシリコン・スライス及
び固体ヒ素ソースが、排気した石英管に密閉される。ヒ
素ソースは、一般に約３％迄の濃度のヒ素でドープされ
たシリコン粉末である。表面濃度は１０21ｃｍ-3と高い
値が得られる。しかし、この方式は管を密封することが
必要であり、そしてヒ素ソースが有限であるため、シリ
コンＩＣの大量生産には適さない。
inciples"（John Wiley & Sons、1983、pp 170-171）
で、ヒ素拡散でも良好な結果を示した密閉管の技術の応
用について述べている。ここではシリコン・スライス及
び固体ヒ素ソースが、排気した石英管に密閉される。ヒ
素ソースは、一般に約３％迄の濃度のヒ素でドープされ
たシリコン粉末である。表面濃度は１０21ｃｍ-3と高い
値が得られる。しかし、この方式は管を密封することが
必要であり、そしてヒ素ソースが有限であるため、シリ
コンＩＣの大量生産には適さない。
【０００７】Y．W．Hsuehは"J．Electrochemical Socie
ty"（Vol．6、361-65、1968） で、シリコンへのヒ素拡
散にアルシンを使用した気体システムについて述べてい
る。この拡散は温度範囲１１６４乃至１２８０℃で実施
された。水素又は窒素がキャリア・ガスとして使用され
た場合、シリコン表面にかなりのピットが観測された。
その結果、シリコン・ウエハ上のシート抵抗が不均一に
なった。ピットを避けるために、ヒ素拡散用のアルシン
に少量の酸素が混合された。ピットは減少したが、表面
濃度の最高値はわずか２×１０19ｃｍ-3にとどまった。
ty"（Vol．6、361-65、1968） で、シリコンへのヒ素拡
散にアルシンを使用した気体システムについて述べてい
る。この拡散は温度範囲１１６４乃至１２８０℃で実施
された。水素又は窒素がキャリア・ガスとして使用され
た場合、シリコン表面にかなりのピットが観測された。
その結果、シリコン・ウエハ上のシート抵抗が不均一に
なった。ピットを避けるために、ヒ素拡散用のアルシン
に少量の酸素が混合された。ピットは減少したが、表面
濃度の最高値はわずか２×１０19ｃｍ-3にとどまった。
【０００８】Nakamuraらによる米国特許第３８１２５１
９号も、気体ソースによるシリコンのドーピングを利用
したものである。実験ではシリコン半導体デバイスが、
リンとヒ素、又はホウ素とヒ素で２重にドープされた。
ヒ素の量は他のドーパントの３乃至４０％である。Naka
muraらの方法では、高ドーピング濃度を得るために、２
種類以上の種をシリコン半導体デバイスに加える必要が
ある。
９号も、気体ソースによるシリコンのドーピングを利用
したものである。実験ではシリコン半導体デバイスが、
リンとヒ素、又はホウ素とヒ素で２重にドープされた。
ヒ素の量は他のドーパントの３乃至４０％である。Naka
muraらの方法では、高ドーピング濃度を得るために、２
種類以上の種をシリコン半導体デバイスに加える必要が
ある。
【０００９】非常に高いドーピング・レベルを得るため
に現在使用されている方法であるイオン注入は、単一方
向性である。従って、イオン注入ではトレンチ側壁のド
ーピングは困難である。
に現在使用されている方法であるイオン注入は、単一方
向性である。従って、イオン注入ではトレンチ側壁のド
ーピングは困難である。
【００１０】W．Zagozdzon-Wosikらの"Doping of Trenc
h Capacitors by Rapid ThermalDiffusion"（IEEE、Ele
ctron Device Letters、Vol．12、264（1991） ）はト
レンチ側壁のドーピングについて述べている。この方法
によると、ドープされたガラスが最初に独立したウエハ
上へスピンされる。次にこれからドープされるウエハ
が、このドープされたガラス・ウエハに近接して置か
れ、加熱されると、ヒ素含有ガスが蒸発する。これは過
去に実験された他の固体ソース方式の変形にすぎない。
これらの欠点は次の通りである。固体ソースは最終的に
は減耗する。ドーピングはウエハとソース・ウエハの間
隔により影響される。それらは、格別クリーンではな
い。ドープされるウエハごとに固体ソースが必要であ
り、このためスループットが低下する。
h Capacitors by Rapid ThermalDiffusion"（IEEE、Ele
ctron Device Letters、Vol．12、264（1991） ）はト
レンチ側壁のドーピングについて述べている。この方法
によると、ドープされたガラスが最初に独立したウエハ
上へスピンされる。次にこれからドープされるウエハ
が、このドープされたガラス・ウエハに近接して置か
れ、加熱されると、ヒ素含有ガスが蒸発する。これは過
去に実験された他の固体ソース方式の変形にすぎない。
これらの欠点は次の通りである。固体ソースは最終的に
は減耗する。ドーピングはウエハとソース・ウエハの間
隔により影響される。それらは、格別クリーンではな
い。ドープされるウエハごとに固体ソースが必要であ
り、このためスループットが低下する。
【００１１】T．W．Sigmonは、"Laser Processes for M
icroelectronics Applications" の記事"Laser Doping
of Semiconductors"（Electrochemical Society、Penni
ngton、NJ、1988）で、ＡｓＨ3 ガスからヒ素を導入す
るためにレーザでシリコンの表面を溶解する方法につい
て述べている。導入されたヒ素のレベルと深さは、レー
ザ光学系とレーザ動作条件に関する様々なパラメータに
よって決まる。この方式は、ドーパントが導入される領
域でシリコンを選択的に溶解する必要があり、ビームが
ウエハ直径よりも非常に小さいのでウエハを段階的にス
キャンする必要がある。
icroelectronics Applications" の記事"Laser Doping
of Semiconductors"（Electrochemical Society、Penni
ngton、NJ、1988）で、ＡｓＨ3 ガスからヒ素を導入す
るためにレーザでシリコンの表面を溶解する方法につい
て述べている。導入されたヒ素のレベルと深さは、レー
ザ光学系とレーザ動作条件に関する様々なパラメータに
よって決まる。この方式は、ドーパントが導入される領
域でシリコンを選択的に溶解する必要があり、ビームが
ウエハ直径よりも非常に小さいのでウエハを段階的にス
キャンする必要がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ｎ型
ドーパントを約３×１０19ｃｍ-3よりも高いピーク濃度
で気相から半導体基板に拡散する方法を提供することで
ある。
ドーパントを約３×１０19ｃｍ-3よりも高いピーク濃度
で気相から半導体基板に拡散する方法を提供することで
ある。
【００１３】本発明の目的は、異なるドーパント種を半
導体基板に同時に拡散させることなく、特定のｎ型ドー
パント種を半導体基板に拡散する方法を提供することで
ある。
導体基板に同時に拡散させることなく、特定のｎ型ドー
パント種を半導体基板に拡散する方法を提供することで
ある。
【００１４】本発明の目的は、約３×１０19ｃｍ-3より
も高いドーパント濃度で半導体基板のトレンチの側壁を
拡散ドープする方法を提供することである。
も高いドーパント濃度で半導体基板のトレンチの側壁を
拡散ドープする方法を提供することである。
【００１５】本発明の目的は、半導体基板に対して非常
に近接して置かねばならない固体ソースを使用せずに、
半導体基板を拡散ドープする方法を提供することであ
る。
に近接して置かねばならない固体ソースを使用せずに、
半導体基板を拡散ドープする方法を提供することであ
る。
【００１６】本発明の目的は、半導体基板表面の酸化処
理をせずに、半導体基板を拡散ドープする方法を提供す
ることである。
理をせずに、半導体基板を拡散ドープする方法を提供す
ることである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の基本的な特徴
は、ドーパントのピーク濃度が３×１０19原子／ｃｍ3
よりも高い領域を形成するために、半導体ウエハや半導
体チップなどの半導体加工品表面にドーパントを拡散す
る方法である。半導体表面は、シリコン、半導体基盤内
の空隙の表面、真性ポリシリコン表面、ポリシリコン表
面、結晶質等である。ガス流入口及びガス流出口を有す
る炉内に半導体基板を配置し、不活性キャリア・ガスと
ドーパント含有ガスとを含む混合ガスを上記ガス流入口
から上記炉内に導入し、上記半導体基板上を通過させて
から上記ガス流出口から流出させて上記半導体基板の表
面をドープする、本発明の半導体装置の製造方法におい
ては、 （イ）上記ドーパント含有ガスが０．１容積％よりも多
く上記混合ガス中に含有され、 （ロ）上記混合ガスの圧力が０．１トルよりも高く、そ
して （ハ）上記混合ガスが１ｐｐｍよりも低い濃度の酸化剤
を含むことを特徴とする。そして、上記不活性キャリア
・ガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素及び水素から成る
群から選択され、そして上記ドーパント含有ガスは、ア
ルシン、第三ブチルアルシン、トリメチルアルシン、ト
リエチルアルシン、ホスフィン、第三ブチルホスフィ
ン、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン及び
ジボランから成る群から選択されることを特徴とする。
本発明に従う半導体装置の製造方法は、 （ａ）表面にｎ型領域を有するシリコン半導体基板の上
記表面に、上記ｎ型領域を露出する開孔を有する誘電体
層を形成し、上記開孔内にポリシリコンを形成する工程
と、 （ｂ）ガス流入口及びガス流出口を有する炉内に上記シ
リコン半導体基板を配置し、不活性キャリア・ガスとド
ーパント含有ガスとを含む混合ガスを上記ガス流入口か
ら上記炉内に導入し、上記シリコン半導体基板上を通過
させてから上記ガス流出口から流出させて上記シリコン
半導体基板の表面をドープする工程とを含み、 （イ）上記ドーパント含有ガスが０．１容積％よりも多
く上記混合ガス中に含有され、 （ロ）上記混合ガスの圧力が０．１トルよりも高く、そ
して （ハ）上記混合ガスが１ｐｐｍよりも低い濃度の酸化剤
を含むことを特徴とする。この半導体装置の製造方法に
おいて、上記不活性キャリア・ガスは、アルゴン、ヘリ
ウム、窒素及び水素から成る群から選択され、そして上
記ドーパント含有ガスは、アルシン、第三ブチルアルシ
ン、トリメチルアルシン、トリエチルアルシン、ホスフ
ィン、第三ブチルホスフィン、トリメチルホスフィン、
トリエチルホスフィン及びジボランから成る群から選択
されることを特徴とする。本発明に従う半導体装置の製
造方法は、 （ａ）シリコン半導体基板にトレンチを形成し、ドープ
されていないポリシリコンを上記トレンチ内に部分的に
充填する工程と、 （ｂ）ガス流入口及びガス流出口を有する炉内に上記シ
リコン半導体基板を配置し、不活性キャリア・ガスとド
ーパント含有ガスとを含む混合ガスを上記ガス流入口か
ら上記炉内に導入し、上記シリコン半導体基板上を通過
させてから上記ガス流出口から流出させて上記ポリシリ
コンをドープする工程と、 （ｃ）該ドープされたポリシリコンを覆うようにポリシ
リコンを被着して上記トレンチの充填を完了する工程と
を含み、 （イ）上記ドーパント含有ガスが０．１容積％よりも多
く上記混合ガス中に含有され、 （ロ）上記混合ガスの圧力が０．１トルよりも高く、そ
して （ハ）上記混合ガスが１ｐｐｍよりも低い濃度の酸化剤
を含むことを特徴とする。そして、この半導体装置の製
造方法において、上記不活性キャリア・ガスは、アルゴ
ン、ヘリウム、窒素及び水素から成る群から選択され、
そして上記ドーパント含有ガスは、アルシン、第三ブチ
ルアルシン、トリメチルアルシン、トリエチルアルシ
ン、ホスフィン、第三ブチルホスフィン、トリメチルホ
スフィン、トリエチルホスフィン及びジボランから成る
群から選択されることを特徴とする。
は、ドーパントのピーク濃度が３×１０19原子／ｃｍ3
よりも高い領域を形成するために、半導体ウエハや半導
体チップなどの半導体加工品表面にドーパントを拡散す
る方法である。半導体表面は、シリコン、半導体基盤内
の空隙の表面、真性ポリシリコン表面、ポリシリコン表
面、結晶質等である。ガス流入口及びガス流出口を有す
る炉内に半導体基板を配置し、不活性キャリア・ガスと
ドーパント含有ガスとを含む混合ガスを上記ガス流入口
から上記炉内に導入し、上記半導体基板上を通過させて
から上記ガス流出口から流出させて上記半導体基板の表
面をドープする、本発明の半導体装置の製造方法におい
ては、 （イ）上記ドーパント含有ガスが０．１容積％よりも多
く上記混合ガス中に含有され、 （ロ）上記混合ガスの圧力が０．１トルよりも高く、そ
して （ハ）上記混合ガスが１ｐｐｍよりも低い濃度の酸化剤
を含むことを特徴とする。そして、上記不活性キャリア
・ガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素及び水素から成る
群から選択され、そして上記ドーパント含有ガスは、ア
ルシン、第三ブチルアルシン、トリメチルアルシン、ト
リエチルアルシン、ホスフィン、第三ブチルホスフィ
ン、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン及び
ジボランから成る群から選択されることを特徴とする。
本発明に従う半導体装置の製造方法は、 （ａ）表面にｎ型領域を有するシリコン半導体基板の上
記表面に、上記ｎ型領域を露出する開孔を有する誘電体
層を形成し、上記開孔内にポリシリコンを形成する工程
と、 （ｂ）ガス流入口及びガス流出口を有する炉内に上記シ
リコン半導体基板を配置し、不活性キャリア・ガスとド
ーパント含有ガスとを含む混合ガスを上記ガス流入口か
ら上記炉内に導入し、上記シリコン半導体基板上を通過
させてから上記ガス流出口から流出させて上記シリコン
半導体基板の表面をドープする工程とを含み、 （イ）上記ドーパント含有ガスが０．１容積％よりも多
く上記混合ガス中に含有され、 （ロ）上記混合ガスの圧力が０．１トルよりも高く、そ
して （ハ）上記混合ガスが１ｐｐｍよりも低い濃度の酸化剤
を含むことを特徴とする。この半導体装置の製造方法に
おいて、上記不活性キャリア・ガスは、アルゴン、ヘリ
ウム、窒素及び水素から成る群から選択され、そして上
記ドーパント含有ガスは、アルシン、第三ブチルアルシ
ン、トリメチルアルシン、トリエチルアルシン、ホスフ
ィン、第三ブチルホスフィン、トリメチルホスフィン、
トリエチルホスフィン及びジボランから成る群から選択
されることを特徴とする。本発明に従う半導体装置の製
造方法は、 （ａ）シリコン半導体基板にトレンチを形成し、ドープ
されていないポリシリコンを上記トレンチ内に部分的に
充填する工程と、 （ｂ）ガス流入口及びガス流出口を有する炉内に上記シ
リコン半導体基板を配置し、不活性キャリア・ガスとド
ーパント含有ガスとを含む混合ガスを上記ガス流入口か
ら上記炉内に導入し、上記シリコン半導体基板上を通過
させてから上記ガス流出口から流出させて上記ポリシリ
コンをドープする工程と、 （ｃ）該ドープされたポリシリコンを覆うようにポリシ
リコンを被着して上記トレンチの充填を完了する工程と
を含み、 （イ）上記ドーパント含有ガスが０．１容積％よりも多
く上記混合ガス中に含有され、 （ロ）上記混合ガスの圧力が０．１トルよりも高く、そ
して （ハ）上記混合ガスが１ｐｐｍよりも低い濃度の酸化剤
を含むことを特徴とする。そして、この半導体装置の製
造方法において、上記不活性キャリア・ガスは、アルゴ
ン、ヘリウム、窒素及び水素から成る群から選択され、
そして上記ドーパント含有ガスは、アルシン、第三ブチ
ルアルシン、トリメチルアルシン、トリエチルアルシ
ン、ホスフィン、第三ブチルホスフィン、トリメチルホ
スフィン、トリエチルホスフィン及びジボランから成る
群から選択されることを特徴とする。
【００１８】本発明の特徴は、酸化剤を約１ｐｐｍより
低い濃度で含むキャリア・ガス中にドーパント含有成分
を含む混合ガスからドーパントが拡散することである。
そして、ドーパント拡散領域の深さを約２０００Å未満
にすることができる。
低い濃度で含むキャリア・ガス中にドーパント含有成分
を含む混合ガスからドーパントが拡散することである。
そして、ドーパント拡散領域の深さを約２０００Å未満
にすることができる。
【００１９】本発明の特徴は、混合ガスが単一ドーピン
グ種を有することである。
グ種を有することである。
【００２０】本発明の特徴は、混合ガスが容積で約０．
１％よりも高いドーパント含有成分を含むことである。
１％よりも高いドーパント含有成分を含むことである。
【００２１】本発明の特徴は、混合ガスの圧力が約０．
１トルよりも高いことである。
１トルよりも高いことである。
【００２２】本発明の特徴は、例えば、水、酸素等の酸
化剤を約１ｐｐｍよりも低い濃度で含むことである。
化剤を約１ｐｐｍよりも低い濃度で含むことである。
【００２３】
【実施例】図１は本発明の実施に有用なドーピング・シ
ステムを示す。キャリア・ガスはヘリウム、アルゴン、
窒素、水素のタンクなどのリザーバ２０によって供給さ
れる。ドーピング物質のソースはリザーバ２２によって
供給される。リザーバ２２はヒ素等のドーピング用であ
り、アルシン、第三ブチルアルシン、トリメチルアルシ
ン若しくはトリエチルアルシン等のヒ素含有物質を含む
タンクであり、又これは、ホスフィン、第三ブチルホス
フィン、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン
若しくはジボランなど、ドーパント含有物質を含むこと
ができる。リザーバ２０の出力２４は、ガス・ライン２
６によってガス清浄器２８（米国コネチカット州ダンベ
リーのAdvanced Technology Materials 社のリチウム
・ベース・ガス清浄器など）に送られる。ガス清浄器２
８の出力３０はガス・ライン３２によってガス・フロー
／パージ制御システム３６の入力３４に送られる。リザ
ーバ２２の出力３８は、ガス・ライン４０によってガス
清浄器２８と同じ種類の清浄器であるガス清浄器４４の
入力４２に送られる。ガス清浄器４４の出力４６は、ガ
ス・ライン４８によってガス・フロー／パージ制御シス
テム３６に送られる。ガス・フロー／パージ制御システ
ム３６は入力３４のキャリア・ガスと入力５０のドーピ
ング・ソース・ガスとを混合する。ガス・フロー／パー
ジ制御システム３６の出力５２からの混合ガスは、キャ
リア・ガスとドーピング・ガスとの組合わせである。ガ
ス・フロー／パージ制御システム３６の出力５２は、ガ
ス・ライン５４によって炉５７の入力５６に接続され
る。加熱素子６０は炉管５８の中央領域を囲む。炉管５
８の内部には黒鉛で形成できる加工品ホルダ６２があ
る。加工品ホルダ６２は、例えば加工品の温度を上げる
ために加熱される。加工品ホルダ６２の両側には対流止
め６４と６６がある。これらの対流止めは石英板から作
られ、複数の孔がある。対流止め６６の右側にはトラッ
プ６８がある。トラップ６８は石英ウールなどである。
トラップ６８はガス流の活性ドーパント種を捉える。炉
管５８の端部７０には加工品ホルダの温度をモニタする
ための高温計７２がある。炉管５８の端部７３には、炉
管５８の端部７３の出力７８につながるガス管７６によ
って炉管５８に接続された乾湿球湿度計７４がある。乾
湿球湿度計は、炉管５８の内部の湿度をモニタする。炉
管５８の端部７３には、炉管８８から成る熱分解炉８６
の入力８４にガス管８２によって接続された排出口８０
がある。少くとも炉管８８の一部は加熱素子９０によっ
て囲まれる。熱分解炉の内部には、石英ウールなどの活
性種トラップ９２がある。熱分解炉８６は、活性種が大
気中に放出されないように、炉５７からの出力ガスに残
留する活性種を捉える。熱分解炉８６の端部９４には、
ガス管９８によってフィルタ１００に接続された出力９
６がある。フィルタ１００にはフィルタ１００からガス
管１０４を通して残留ガスが大気中に放出される出口ポ
ート１０２がある。
ステムを示す。キャリア・ガスはヘリウム、アルゴン、
窒素、水素のタンクなどのリザーバ２０によって供給さ
れる。ドーピング物質のソースはリザーバ２２によって
供給される。リザーバ２２はヒ素等のドーピング用であ
り、アルシン、第三ブチルアルシン、トリメチルアルシ
ン若しくはトリエチルアルシン等のヒ素含有物質を含む
タンクであり、又これは、ホスフィン、第三ブチルホス
フィン、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン
若しくはジボランなど、ドーパント含有物質を含むこと
ができる。リザーバ２０の出力２４は、ガス・ライン２
６によってガス清浄器２８（米国コネチカット州ダンベ
リーのAdvanced Technology Materials 社のリチウム
・ベース・ガス清浄器など）に送られる。ガス清浄器２
８の出力３０はガス・ライン３２によってガス・フロー
／パージ制御システム３６の入力３４に送られる。リザ
ーバ２２の出力３８は、ガス・ライン４０によってガス
清浄器２８と同じ種類の清浄器であるガス清浄器４４の
入力４２に送られる。ガス清浄器４４の出力４６は、ガ
ス・ライン４８によってガス・フロー／パージ制御シス
テム３６に送られる。ガス・フロー／パージ制御システ
ム３６は入力３４のキャリア・ガスと入力５０のドーピ
ング・ソース・ガスとを混合する。ガス・フロー／パー
ジ制御システム３６の出力５２からの混合ガスは、キャ
リア・ガスとドーピング・ガスとの組合わせである。ガ
ス・フロー／パージ制御システム３６の出力５２は、ガ
ス・ライン５４によって炉５７の入力５６に接続され
る。加熱素子６０は炉管５８の中央領域を囲む。炉管５
８の内部には黒鉛で形成できる加工品ホルダ６２があ
る。加工品ホルダ６２は、例えば加工品の温度を上げる
ために加熱される。加工品ホルダ６２の両側には対流止
め６４と６６がある。これらの対流止めは石英板から作
られ、複数の孔がある。対流止め６６の右側にはトラッ
プ６８がある。トラップ６８は石英ウールなどである。
トラップ６８はガス流の活性ドーパント種を捉える。炉
管５８の端部７０には加工品ホルダの温度をモニタする
ための高温計７２がある。炉管５８の端部７３には、炉
管５８の端部７３の出力７８につながるガス管７６によ
って炉管５８に接続された乾湿球湿度計７４がある。乾
湿球湿度計は、炉管５８の内部の湿度をモニタする。炉
管５８の端部７３には、炉管８８から成る熱分解炉８６
の入力８４にガス管８２によって接続された排出口８０
がある。少くとも炉管８８の一部は加熱素子９０によっ
て囲まれる。熱分解炉の内部には、石英ウールなどの活
性種トラップ９２がある。熱分解炉８６は、活性種が大
気中に放出されないように、炉５７からの出力ガスに残
留する活性種を捉える。熱分解炉８６の端部９４には、
ガス管９８によってフィルタ１００に接続された出力９
６がある。フィルタ１００にはフィルタ１００からガス
管１０４を通して残留ガスが大気中に放出される出口ポ
ート１０２がある。
【００２４】本発明の方法は実施例において、ドーパン
ト種がヒ素やリン等であるｎ型ドーピングに関して述べ
る。当業者は、ドーパント種がホウ素等のｐ型ドーパン
トの気体ソースとして、例えばジボランなどのｐ型ドー
パントを含む物質を使用してｐ型ドーパントに適用でき
ることを理解できよう。高ドーピング・レベルを得よう
とする他の方法における前述の問題を解決するために、
前述の本発明の濃度のように、混合ガス中の、例えばヒ
素などのドーパントの濃度が十分に高く、且つ酸化剤の
濃度が十分に低いならば、シリコンなどの半導体の高濃
度のｎ型ドーピングが気相ドーピングで可能となること
を本発明は提案する。この方法は、例えば図１の炉５７
などの炉内ののウエハを加熱し、そしてキャリア・ガス
とドーパント含有ガスとを含む混合ガスを導入する。ド
ーパント含有成分のガスは、高分圧状態であり、そして
ヘリウムなどの適切なキャリア・ガスで希釈される。実
験では、シリコン集積回路産業で一般に用いられるより
も高濃度のヒ素のソースとしてアルシン（ＡｓＨ3 ）ガ
スを使用し、良好な結果を得た。第三ブチルアルシン、
トリメチルアルシン、トリエチルアルシンなどのヒ素含
有ガスも使用できる。さらに、少量の酸素をキャリア・
ガス及びドーパント・ソース・ガスに添加すると、シリ
コン表面などの半導体表面にヒ素を豊富に含むガラスが
形成され、内拡散メカニズムを変化し得る。
ト種がヒ素やリン等であるｎ型ドーピングに関して述べ
る。当業者は、ドーパント種がホウ素等のｐ型ドーパン
トの気体ソースとして、例えばジボランなどのｐ型ドー
パントを含む物質を使用してｐ型ドーパントに適用でき
ることを理解できよう。高ドーピング・レベルを得よう
とする他の方法における前述の問題を解決するために、
前述の本発明の濃度のように、混合ガス中の、例えばヒ
素などのドーパントの濃度が十分に高く、且つ酸化剤の
濃度が十分に低いならば、シリコンなどの半導体の高濃
度のｎ型ドーピングが気相ドーピングで可能となること
を本発明は提案する。この方法は、例えば図１の炉５７
などの炉内ののウエハを加熱し、そしてキャリア・ガス
とドーパント含有ガスとを含む混合ガスを導入する。ド
ーパント含有成分のガスは、高分圧状態であり、そして
ヘリウムなどの適切なキャリア・ガスで希釈される。実
験では、シリコン集積回路産業で一般に用いられるより
も高濃度のヒ素のソースとしてアルシン（ＡｓＨ3 ）ガ
スを使用し、良好な結果を得た。第三ブチルアルシン、
トリメチルアルシン、トリエチルアルシンなどのヒ素含
有ガスも使用できる。さらに、少量の酸素をキャリア・
ガス及びドーパント・ソース・ガスに添加すると、シリ
コン表面などの半導体表面にヒ素を豊富に含むガラスが
形成され、内拡散メカニズムを変化し得る。
【００２５】図２は１１００℃における、０秒、１０
秒、３０秒、６０秒及び１２０秒のシリコンのヒ素ドー
ピング・プロファイルを示す。温度１１００℃は図１の
高温計７２で測定された温度であり、時間はシリコン・
ウエハが図１の炉５７内にある時間である。このデータ
から本発明の方法が理想的な拡散ソースとして機能する
ことは明白である。シリコン・ウエハの表面におけるヒ
素の表面濃度は拡散温度におけるヒ素の溶解度によって
決まり、浸透深さは拡散温度におけるシリコン内のヒ素
の平衡拡散率によって決まる。本発明の方法は前述の全
ての問題を解決する。（１）シリコンへのヒ素拡散量の
制御は、最も制御しやすいプロセス・パラメータである
温度と時間によってのみ行なわれる、（２）シリコンに
損傷が生じない、（３）ガスの清浄度が高いのでプロセ
ス清浄度も高い、（４）ヒ素含有ガスに晒されるどの表
面にもドーパントを拡散できるので、このプロセスをプ
レーナトレンチに簡単に応用できる。
秒、３０秒、６０秒及び１２０秒のシリコンのヒ素ドー
ピング・プロファイルを示す。温度１１００℃は図１の
高温計７２で測定された温度であり、時間はシリコン・
ウエハが図１の炉５７内にある時間である。このデータ
から本発明の方法が理想的な拡散ソースとして機能する
ことは明白である。シリコン・ウエハの表面におけるヒ
素の表面濃度は拡散温度におけるヒ素の溶解度によって
決まり、浸透深さは拡散温度におけるシリコン内のヒ素
の平衡拡散率によって決まる。本発明の方法は前述の全
ての問題を解決する。（１）シリコンへのヒ素拡散量の
制御は、最も制御しやすいプロセス・パラメータである
温度と時間によってのみ行なわれる、（２）シリコンに
損傷が生じない、（３）ガスの清浄度が高いのでプロセ
ス清浄度も高い、（４）ヒ素含有ガスに晒されるどの表
面にもドーパントを拡散できるので、このプロセスをプ
レーナトレンチに簡単に応用できる。
【００２６】本発明によるドーパント方式は無指向性な
ので、シリコン・ウエハなどの半導体表面に形成される
トレンチの側壁へのドーピングに使用できる。トレンチ
に沿うドーピング層は、トレンチ・キャパシタを形成す
るのに使用できる。トレンチの側壁がドープされるトレ
ンチ・キャパシタは、イオン注入によって得ることは困
難である。図３は従来の手段によって形成されたトレン
チ１２２を有するシリコン・ウエハ１２０を走査電子顕
微鏡で見た図である。本発明のプロセスを使用すること
により、トレンチ１２２の周辺に１１００℃、１２０秒
でドープされた、約０．１６ミクロンの厚さの高ドープ
領域１２６が形成されている（図３参照）。
ので、シリコン・ウエハなどの半導体表面に形成される
トレンチの側壁へのドーピングに使用できる。トレンチ
に沿うドーピング層は、トレンチ・キャパシタを形成す
るのに使用できる。トレンチの側壁がドープされるトレ
ンチ・キャパシタは、イオン注入によって得ることは困
難である。図３は従来の手段によって形成されたトレン
チ１２２を有するシリコン・ウエハ１２０を走査電子顕
微鏡で見た図である。本発明のプロセスを使用すること
により、トレンチ１２２の周辺に１１００℃、１２０秒
でドープされた、約０．１６ミクロンの厚さの高ドープ
領域１２６が形成されている（図３参照）。
【００２７】ドーピング領域は化学的エッチングによっ
て強調されている。トレンチ・キャパシタはＤＲＡＭセ
ルの用途で有用である。トレンチ１２２の側壁をドーピ
ング後、適切な誘電体（図３に図示なし）、例えば、シ
リコン窒化物や二酸化けい素を被着して側壁をコーティ
ングすることができる。次にトレンチ１２２をポリシリ
コンで充填でき、ポリシリコンは本発明の方法によって
後にドープすることができる。ポリシリコンはトレンチ
・キャパシタとのコンタクトの１つになる。
て強調されている。トレンチ・キャパシタはＤＲＡＭセ
ルの用途で有用である。トレンチ１２２の側壁をドーピ
ング後、適切な誘電体（図３に図示なし）、例えば、シ
リコン窒化物や二酸化けい素を被着して側壁をコーティ
ングすることができる。次にトレンチ１２２をポリシリ
コンで充填でき、ポリシリコンは本発明の方法によって
後にドープすることができる。ポリシリコンはトレンチ
・キャパシタとのコンタクトの１つになる。
【００２８】ドープされていないシリコンを被着して後
にドープすることには利点がある。被着の間のドーピン
グは高い共形性のドープされていないポリシリコン膜に
比べて膜の共形性を減少する。この方法を適用するに
は、ドープされていないポリシリコンでトレンチを部分
的に充填し、アルシン・ガスに晒し、第２のポリシリコ
ンを被着させて充填を完了する。
にドープすることには利点がある。被着の間のドーピン
グは高い共形性のドープされていないポリシリコン膜に
比べて膜の共形性を減少する。この方法を適用するに
は、ドープされていないポリシリコンでトレンチを部分
的に充填し、アルシン・ガスに晒し、第２のポリシリコ
ンを被着させて充填を完了する。
【００２９】非常に浅い接合部を形成する能力（５０ｎ
ｍの接合がＡｓＨ3 を９００℃程度の温度でアニール処
理することで容易に形成される）の他に、注入損傷をな
くすことが、本発明のドーピング方式の重要な特徴であ
る。バイポーラ及びＭＯＳベースの技術では、応力の局
所化した領域（一般にトレンチ及び分離領域の近辺）に
より、良性の注入損傷が大きなすべり転位となり、デバ
イス機能を破壊したり著しく劣化させたりすることが知
られている。
ｍの接合がＡｓＨ3 を９００℃程度の温度でアニール処
理することで容易に形成される）の他に、注入損傷をな
くすことが、本発明のドーピング方式の重要な特徴であ
る。バイポーラ及びＭＯＳベースの技術では、応力の局
所化した領域（一般にトレンチ及び分離領域の近辺）に
より、良性の注入損傷が大きなすべり転位となり、デバ
イス機能を破壊したり著しく劣化させたりすることが知
られている。
【００３０】図４はシリコン基板１４４に形成されたソ
ース１４０及びドレイン１４２を有する自己整合型ＦＥ
Ｔトランジスタを示す。誘電層１４６はシリコン基板１
４４の表面１４８に被着される。誘電層１４６には、ソ
ース領域１４０上に配置された開孔１５０と、ドレイン
領域１４２上に配置された開孔１５２が形成される。開
孔１５０と開孔１５２と間の領域１５４はＦＥＴトラン
ジスタのゲートを形成する。ある変更例では、開孔領域
がアルシン・ドープされてシリコンＮＭＯＳのｎ+ ドレ
イン領域が形成される。別の変更例では、開孔１５０、
１５２がそれぞれポリシリコン１６８、１７０で充填さ
れる。次に本発明の方法に従ってポリシリコンがドープ
される。ヒ素はポリシリコン内に容易に拡散し、次にポ
リシリコン領域１６８、１７０のそれぞれの下のシリコ
ン領域１７４、１７２がドープされ、ソース領域１４０
及びドレイン領域１４２が形成される。ポリシリコンへ
のドーピングは速く、ポリシリコンの下の単結晶シリコ
ン内のヒ素プロファイルと、上部にポリシリコンがない
場合の単結晶シリコン内のヒ素プロファイルとに差がな
いほどである。従って、ソース領域１４０及びドレイン
領域１４２のプロファイルはほぼ図２に示す通りであ
る。本発明に従った方法は、通常の高濃度注入ソース／
ドレインに伴う注入損傷を避けることができる。さら
に、ここで述べるドーピング方式では、他のドープされ
たポリシリコン膜と比較して、抵抗率が低いポリシリコ
ンが得られることが分かった。これにより、開孔１５
０、１５２を充填するようなポリシリコン・プラグは、
プラグ抵抗が問題になる前により高いレベルにスケーリ
ングされる電位になる。
ース１４０及びドレイン１４２を有する自己整合型ＦＥ
Ｔトランジスタを示す。誘電層１４６はシリコン基板１
４４の表面１４８に被着される。誘電層１４６には、ソ
ース領域１４０上に配置された開孔１５０と、ドレイン
領域１４２上に配置された開孔１５２が形成される。開
孔１５０と開孔１５２と間の領域１５４はＦＥＴトラン
ジスタのゲートを形成する。ある変更例では、開孔領域
がアルシン・ドープされてシリコンＮＭＯＳのｎ+ ドレ
イン領域が形成される。別の変更例では、開孔１５０、
１５２がそれぞれポリシリコン１６８、１７０で充填さ
れる。次に本発明の方法に従ってポリシリコンがドープ
される。ヒ素はポリシリコン内に容易に拡散し、次にポ
リシリコン領域１６８、１７０のそれぞれの下のシリコ
ン領域１７４、１７２がドープされ、ソース領域１４０
及びドレイン領域１４２が形成される。ポリシリコンへ
のドーピングは速く、ポリシリコンの下の単結晶シリコ
ン内のヒ素プロファイルと、上部にポリシリコンがない
場合の単結晶シリコン内のヒ素プロファイルとに差がな
いほどである。従って、ソース領域１４０及びドレイン
領域１４２のプロファイルはほぼ図２に示す通りであ
る。本発明に従った方法は、通常の高濃度注入ソース／
ドレインに伴う注入損傷を避けることができる。さら
に、ここで述べるドーピング方式では、他のドープされ
たポリシリコン膜と比較して、抵抗率が低いポリシリコ
ンが得られることが分かった。これにより、開孔１５
０、１５２を充填するようなポリシリコン・プラグは、
プラグ抵抗が問題になる前により高いレベルにスケーリ
ングされる電位になる。
【００３１】ここで述べるドーピング方式は、浅い自己
整合接合部を形成する、ＤＲＡＭチップの製造や他のＭ
ＯＳベースのデバイスの製造に有用である。
整合接合部を形成する、ＤＲＡＭチップの製造や他のＭ
ＯＳベースのデバイスの製造に有用である。
【００３２】さらに、ここで述べる方式はバイポーラ・
デバイスのエミッタ及び埋め込み型サブコレクタの形成
に応用できる。（本発明に従って製作されるバイポーラ
・デバイスについては米国特許第５２５６８９６号を参
照されたい。）現在、コレクタによっては、高濃度ヒ素
注入及びその後のエピタキシャル成長によって形成され
るが、注入による損傷はエピタキシャル層が成長する前
に完全に除去しなければならない。現在、高温での長い
酸化処理ステップが、損傷領域を越えてシリコンを減耗
させるために行われる。このステップは、シリコン表面
に損傷を生じさせない本発明の方法を使用すれば完全に
回避できる。また、ここで述べる方法では、所望の濃度
レベルと空間があるエミッタとサブコレクタを形成する
方法の制御性を高めることができる。
デバイスのエミッタ及び埋め込み型サブコレクタの形成
に応用できる。（本発明に従って製作されるバイポーラ
・デバイスについては米国特許第５２５６８９６号を参
照されたい。）現在、コレクタによっては、高濃度ヒ素
注入及びその後のエピタキシャル成長によって形成され
るが、注入による損傷はエピタキシャル層が成長する前
に完全に除去しなければならない。現在、高温での長い
酸化処理ステップが、損傷領域を越えてシリコンを減耗
させるために行われる。このステップは、シリコン表面
に損傷を生じさせない本発明の方法を使用すれば完全に
回避できる。また、ここで述べる方法では、所望の濃度
レベルと空間があるエミッタとサブコレクタを形成する
方法の制御性を高めることができる。
【００３３】単結晶シリコン及び真性ポリシリコン層
が、急速加熱ＬＰＣＶＤ（低圧化学気相成長）システム
で第三ブチルアルシン（ＴＢＡ）を使用してドープされ
た。ＴＢＡは、急性毒性が低いという、アルシン・ガス
にない利点をもつ。ドーピング実験は１００％ＴＢＡで
行われ、また、１０％の低いＴＢＡとＡｒ又はＨ2 との
混合ガスでも行われた。ヒ素と単結晶シリコンのＳＩＭ
Ｓドーパント・プロファイルのサンプルは、２×１０20
Ａｓ／ｃｍ3 よりも高い濃度を示した。シート抵抗測定
値は２５Ω／□と低い値を示している。
が、急速加熱ＬＰＣＶＤ（低圧化学気相成長）システム
で第三ブチルアルシン（ＴＢＡ）を使用してドープされ
た。ＴＢＡは、急性毒性が低いという、アルシン・ガス
にない利点をもつ。ドーピング実験は１００％ＴＢＡで
行われ、また、１０％の低いＴＢＡとＡｒ又はＨ2 との
混合ガスでも行われた。ヒ素と単結晶シリコンのＳＩＭ
Ｓドーパント・プロファイルのサンプルは、２×１０20
Ａｓ／ｃｍ3 よりも高い濃度を示した。シート抵抗測定
値は２５Ω／□と低い値を示している。
【００３４】厚い誘電層上のポリシリコン層もＴＢＡを
使用してドープされた。ＳＩＭＳドーパント・プロファ
イルは、１×１０20Ａｓ／ｃｍ3 よりも高い濃度の一様
なヒ素濃度が、１０００℃、６０秒間の拡散によって、
９００ｎｍの厚いポリシリコン層について実現可能であ
ることを示した。ポリシリコン層のシート抵抗を測定し
たところ、１５０ｎｍの層に対してで２５Ω／□と低い
値を示した。また、ＤＲＡＭの深いトレンチは、ドープ
されていないポリシリコンでトレンチを部分的に充填
し、ＴＢＡに晒し、第２ポリシリコンで被着して充填を
完了することによってドープされ、良好な結果が得られ
た。垂直のＳＩＭＳプロファイルは、深さが６ミクロン
よりも大きいトレンチに対して約１×１０20Ａｓ／ｃｍ
3 の一様なドーピングを示した。
使用してドープされた。ＳＩＭＳドーパント・プロファ
イルは、１×１０20Ａｓ／ｃｍ3 よりも高い濃度の一様
なヒ素濃度が、１０００℃、６０秒間の拡散によって、
９００ｎｍの厚いポリシリコン層について実現可能であ
ることを示した。ポリシリコン層のシート抵抗を測定し
たところ、１５０ｎｍの層に対してで２５Ω／□と低い
値を示した。また、ＤＲＡＭの深いトレンチは、ドープ
されていないポリシリコンでトレンチを部分的に充填
し、ＴＢＡに晒し、第２ポリシリコンで被着して充填を
完了することによってドープされ、良好な結果が得られ
た。垂直のＳＩＭＳプロファイルは、深さが６ミクロン
よりも大きいトレンチに対して約１×１０20Ａｓ／ｃｍ
3 の一様なドーピングを示した。
【００３５】要約すると、本発明の拡散方法に使われる
ドーピング・ガスは、従来技術と比較すれば、ドーパン
トヒ素のソースの濃度が比較的高い。ヒ素含有ガスの濃
度は、容積％でキャリア・ガスとヒ素含有ガスの合計の
約０．１％を超える。一方、従来技術ではヒ素含有ガス
の容積濃度はキャリア・ガスとヒ素含有ガスの合計の約
０．０１容積％である。本発明のヒ素含有ガスの濃度の
上限は、当業者が開管拡散法で使用する通常の値とする
ことができる。さらに本発明に従った方法では、キャリ
ア・ガスとヒ素含有ガスの混合物の圧力は約０．１トル
よりも高く、一方従来技術では、約１０-3トルと非常に
低い。本発明のキャリア・ガスとヒ素含有ガスの混合物
の圧力の上限は、当業者が開管拡散法で使用する通常の
値とすることができる。さらに、キャリア・ガスとヒ素
含有ガスの組合わせは水蒸気又は酸素分子などの酸化剤
の量が非常に少なく、約１ｐｐｍ未満である。
ドーピング・ガスは、従来技術と比較すれば、ドーパン
トヒ素のソースの濃度が比較的高い。ヒ素含有ガスの濃
度は、容積％でキャリア・ガスとヒ素含有ガスの合計の
約０．１％を超える。一方、従来技術ではヒ素含有ガス
の容積濃度はキャリア・ガスとヒ素含有ガスの合計の約
０．０１容積％である。本発明のヒ素含有ガスの濃度の
上限は、当業者が開管拡散法で使用する通常の値とする
ことができる。さらに本発明に従った方法では、キャリ
ア・ガスとヒ素含有ガスの混合物の圧力は約０．１トル
よりも高く、一方従来技術では、約１０-3トルと非常に
低い。本発明のキャリア・ガスとヒ素含有ガスの混合物
の圧力の上限は、当業者が開管拡散法で使用する通常の
値とすることができる。さらに、キャリア・ガスとヒ素
含有ガスの組合わせは水蒸気又は酸素分子などの酸化剤
の量が非常に少なく、約１ｐｐｍ未満である。
【００３６】
【発明の効果】本発明の方法により、シリコン表面を直
接ドープし、拡散プロセスによってピーク濃度が高い、
浅いｎ型ドーピング領域を形成できるので、高ドーピン
グ濃度を得るための一般のイオン注入によるシリコン表
面の損傷を無くすことができる。この方法は無指向性で
あるのでトレンチ側壁を高濃度でドープできる。
接ドープし、拡散プロセスによってピーク濃度が高い、
浅いｎ型ドーピング領域を形成できるので、高ドーピン
グ濃度を得るための一般のイオン注入によるシリコン表
面の損傷を無くすことができる。この方法は無指向性で
あるのでトレンチ側壁を高濃度でドープできる。
【図１】本発明に従った高レベルのドーピングを得るた
めの典型的な拡散ドーピング装置の図である。
めの典型的な拡散ドーピング装置の図である。
【図２】温度１１００℃、時間０、１０、３０、６０、
１２０秒で拡散したヒ素のドーピング・プロファイルを
示す図である。
１２０秒で拡散したヒ素のドーピング・プロファイルを
示す図である。
【図３】本発明の方法によって、トレンチの側壁に、高
濃度にドープされた薄い領域が形成されたシリコン・ウ
エハのトレンチの走査電子顕微鏡で見た断面図である。
高濃度にドープされた領域は化学的エッチングによって
強調されている。
濃度にドープされた薄い領域が形成されたシリコン・ウ
エハのトレンチの走査電子顕微鏡で見た断面図である。
高濃度にドープされた領域は化学的エッチングによって
強調されている。
【図４】本発明に従い、ヒ素を高濃度で拡散させること
によってソースとドレインの領域が形成されたＦＥＴデ
バイスの断面図である。
によってソースとドレインの領域が形成されたＦＥＴデ
バイスの断面図である。
２０、２２ リザーバ ２８、４４ ガス清浄器 ３６ ガス・フロー／パージ制御システム ５７ 炉 ６０、９０ 加熱素子 ７２ 高温計 ７４ 乾湿球湿度計 ８６ 熱分解炉 １００ フィルタ １２２ トレンチ １４０ ソース領域 １４２ ドレイン領域 １４４ シリコン基盤 １４６ 誘電層 １５４ ゲート １６８、１７０ ポリシリコン領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポール・マーティン・ファーヘイ アメリカ合衆国10570、ニューヨーク州 プレザントビル、フォックスウッド・ド ライブ ５−７ (72)発明者 トーマス・ネルソン・ジャクソン アメリカ合衆国10566、ニューヨーク州 ピークスキル、コートランド・アベニュ ー 80 (72)発明者 クレイグ・ミッチェル・ランソム アメリカ合衆国12533、ニューヨーク州 ホープウェル・ジャンクション、リージ ェント・ドライブ ８ (72)発明者 ディベンドラ・クーマー・サダナ アメリカ合衆国10570、ニューヨーク州 プレザントビル、スカイ・トップ・ドラ イブ 90 (56)参考文献 特開 平１−106425（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−253026（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−78658（ＪＰ，Ａ)
Claims (6)
- 【請求項１】ガス流入口及びガス流出口を有する炉内に
半導体基板を配置し、不活性キャリア・ガスとドーパン
ト含有ガスとを含む混合ガスを上記ガス流入口から上記
炉内に導入し、上記半導体基板上を通過させてから上記
ガス流出口から流出させて上記半導体基板の表面をドー
プする半導体装置の製造方法において、 （イ）上記ドーパント含有ガスが０．１容積％よりも多
く上記混合ガス中に含有され、 （ロ）上記混合ガスの圧力が０．１トルよりも高く、そ
して （ハ）上記混合ガスが１ｐｐｍよりも低い濃度の酸化剤
を含むことを特徴とする上記製造方法。 - 【請求項２】上記不活性キャリア・ガスは、アルゴン、
ヘリウム、窒素及び水素から成る群から選択され、そし
て上記ドーパント含有ガスは、アルシン、第三ブチルア
ルシン、トリメチルアルシン、トリエチルアルシン、ホ
スフィン、第三ブチルホスフィン、トリメチルホスフィ
ン、トリエチルホスフィン及びジボランから成る群から
選択されることを特徴とする請求項１記載の製造方法。 - 【請求項３】（ａ）表面にｎ型領域を有するシリコン半
導体基板の上記表面に、上記ｎ型領域を露出する開孔を
有する誘電体層を形成し、上記開孔内にポリシリコンを
形成する工程と、 （ｂ）ガス流入口及びガス流出口を有する炉内に上記シ
リコン半導体基板を配置し、不活性キャリア・ガスとド
ーパント含有ガスとを含む混合ガスを上記ガス流入口か
ら上記炉内に導入し、上記シリコン半導体基板上を通過
させてから上記ガス流出口から流出させて上記シリコン
半導体基板の表面をドープする工程とを含み、 （イ）上記ドーパント含有ガスが０．１容積％よりも多
く上記混合ガス中に含有され、 （ロ）上記混合ガスの圧力が０．１トルよりも高く、そ
して （ハ）上記混合ガスが１ｐｐｍよりも低い濃度の酸化剤
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】上記不活性キャリア・ガスは、アルゴン、
ヘリウム、窒素及び水素から成る群から選択され、そし
て上記ドーパント含有ガスは、アルシン、第三ブチルア
ルシン、トリメチルアルシン、トリエチルアルシン、ホ
スフィン、第三ブチルホスフィン、トリメチルホスフィ
ン、トリエチルホスフィン及びジボランから成る群から
選択されることを特徴とする請求項３記載の製造方法。 - 【請求項５】（ａ）シリコン半導体基板にトレンチを形
成し、ドープされていないポリシリコンを上記トレンチ
内に部分的に充填する工程と、 （ｂ）ガス流入口及びガス流出口を有する炉内に上記シ
リコン半導体基板を配置し、不活性キャリア・ガスとド
ーパント含有ガスとを含む混合ガスを上記ガス流入口か
ら上記炉内に導入し、上記シリコン半導体基板上を通過
させてから上記ガス流出口から流出させて上記ポリシリ
コンをドープする工程と、 （ｃ）該ドープされたポリシリコンを覆うようにポリシ
リコンを被着して上記トレンチの充填を完了する工程と
を含み、 （イ）上記ドーパント含有ガスが０．１容積％よりも多
く上記混合ガス中に含有され、 （ロ）上記混合ガスの圧力が０．１トルよりも高く、そ
して （ハ）上記混合ガスが１ｐｐｍよりも低い濃度の酸化剤
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項６】上記不活性キャリア・ガスは、アルゴン、
ヘリウム、窒素及び水素から成る群から選択され、そし
て上記ドーパント含有ガスは、アルシン、第三ブチルア
ルシン、トリメチルアルシン、トリエチルアルシン、ホ
スフィン、第三ブチルホスフィン、トリメチルホスフィ
ン、トリエチルホスフィン及びジボランから成る群から
選択されることを特徴とする請求項５記載の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/913,560 US5242859A (en) | 1992-07-14 | 1992-07-14 | Highly doped semiconductor material and method of fabrication thereof |
| US913560 | 1992-07-14 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0684819A JPH0684819A (ja) | 1994-03-25 |
| JP2599556B2 true JP2599556B2 (ja) | 1997-04-09 |
Family
ID=25433386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5165051A Expired - Lifetime JP2599556B2 (ja) | 1992-07-14 | 1993-06-11 | 高濃度ドープ領域を有する半導体装置の製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5242859A (ja) |
| EP (1) | EP0578996A1 (ja) |
| JP (1) | JP2599556B2 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2920546B2 (ja) * | 1989-12-06 | 1999-07-19 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 同極ゲートｍｉｓトランジスタの製造方法 |
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| US5489550A (en) * | 1994-08-09 | 1996-02-06 | Texas Instruments Incorporated | Gas-phase doping method using germanium-containing additive |
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| US6413844B1 (en) * | 2001-01-10 | 2002-07-02 | Asm International N.V. | Safe arsenic gas phase doping |
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| DE102004060624B4 (de) | 2004-12-16 | 2010-12-02 | Siltronic Ag | Halbleiterscheibe mit epitaktisch abgeschiedener Schicht und Verfahren zur Herstellung der Halbleiterscheibe |
| CN101593697B (zh) * | 2008-05-30 | 2012-01-18 | 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 | 掺杂区、阱区形成方法和基底图形化方法 |
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