JP2747919B2 - 埋込拡散層を有する半導体集積回路の製造方法 - Google Patents
埋込拡散層を有する半導体集積回路の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は所定の導電型を有するシリコン単結晶基板の
所定の領域に、その主表面の一方の側からＮ型埋込拡散
層を形成する方法に関するもので、結晶欠陥の発生がな
く、層抵抗の制御性が容易でかつ表面状態の良好な拡散
面をもつ埋込拡散層の製造方法の改良に関するものであ
る。
所定の領域に、その主表面の一方の側からＮ型埋込拡散
層を形成する方法に関するもので、結晶欠陥の発生がな
く、層抵抗の制御性が容易でかつ表面状態の良好な拡散
面をもつ埋込拡散層の製造方法の改良に関するものであ
る。
砒素を不純物イオンとするイオン注入法を用いて半導
体集積回路の埋込コレクタ拡散層を形成する方法につい
てはすでに多く提案がなされている。その第１の方法と
して所定のシリコン単結晶基板に砒素イオンを注入し、
注入によって生じた損傷を酸化・拡散処理によって除去
しながら欠陥のない埋込拡散層を形成する方法が提案さ
れている。
体集積回路の埋込コレクタ拡散層を形成する方法につい
てはすでに多く提案がなされている。その第１の方法と
して所定のシリコン単結晶基板に砒素イオンを注入し、
注入によって生じた損傷を酸化・拡散処理によって除去
しながら欠陥のない埋込拡散層を形成する方法が提案さ
れている。
また他の第2,第３の方法として、２酸化シリコンや多
結晶シリコン中に砒素イオンをシリコン単結晶基板にま
で注入損傷が及ばない範囲の加速エネルギーと不純物ド
ーズ量で注入し、それらを拡散源として所定のシリコン
単結晶中に拡散させる方法も提案されている。
結晶シリコン中に砒素イオンをシリコン単結晶基板にま
で注入損傷が及ばない範囲の加速エネルギーと不純物ド
ーズ量で注入し、それらを拡散源として所定のシリコン
単結晶中に拡散させる方法も提案されている。
ここで第１の方法で得られた拡散面は平滑で極めて良
好ではあるが、欠陥除去という点では再現性が悪く、均
質な欠陥のない埋込拡散層を得るのは実用上相当な困難
がある。
好ではあるが、欠陥除去という点では再現性が悪く、均
質な欠陥のない埋込拡散層を得るのは実用上相当な困難
がある。
第２の方法では２酸化シリコン中の砒素の拡散速度が
シリコン単結晶中の砒素の拡散速度に比較して２桁近く
小さいために高濃度砒素を拡散するには高温度でかつ長
時間を必要とする欠点がある。
シリコン単結晶中の砒素の拡散速度に比較して２桁近く
小さいために高濃度砒素を拡散するには高温度でかつ長
時間を必要とする欠点がある。
第３の方法から埋込拡散層を形成するには、多結晶シ
リコン層を拡散後除去する必要がある。酸化・拡散処理
によって、砒素注入多結晶シリコンを除去できるように
完全に酸化しながら砒素拡散を行ない、高濃度砒素拡散
層を形成した場合、砒素の高濃度拡散によるゲツタリン
グ効果によって結晶欠陥の発生を相当程度防止できる
が、わずかに欠陥が残存し易く、また拡散面にはわずか
ではあるが凹凸を発生し、かならずしも充分な拡散層を
得ることは難しい。この場合、欠陥の発生を抑えるため
に所定のシリコン単結晶基板の埋込拡散領域と多結晶シ
リコン層間に薄い２酸化シリコン膜を介在させる方法も
提案されている。しかしながら砒素イオン注入を行なっ
た多結晶シリコンを酸化・拡散処理した後のシリコン単
結晶基板の埋込拡散領域のシリコン拡散表面にはわずか
に凹凸が発生し、かならずしも充分とは言えないところ
があった。
リコン層を拡散後除去する必要がある。酸化・拡散処理
によって、砒素注入多結晶シリコンを除去できるように
完全に酸化しながら砒素拡散を行ない、高濃度砒素拡散
層を形成した場合、砒素の高濃度拡散によるゲツタリン
グ効果によって結晶欠陥の発生を相当程度防止できる
が、わずかに欠陥が残存し易く、また拡散面にはわずか
ではあるが凹凸を発生し、かならずしも充分な拡散層を
得ることは難しい。この場合、欠陥の発生を抑えるため
に所定のシリコン単結晶基板の埋込拡散領域と多結晶シ
リコン層間に薄い２酸化シリコン膜を介在させる方法も
提案されている。しかしながら砒素イオン注入を行なっ
た多結晶シリコンを酸化・拡散処理した後のシリコン単
結晶基板の埋込拡散領域のシリコン拡散表面にはわずか
に凹凸が発生し、かならずしも充分とは言えないところ
があった。
本発明はこれらの欠点を解決するために、前記多結晶
シリコンの代りに非晶質シリコンを用い、前記シリコン
単結晶基板の埋込拡散領域上の非晶質シリコン層をすく
なくとも界面近くで固相エピタキシャル成長させる温度
で砒素イオン注入された非晶質シリコン層を完全に酸化
し、更に砒素を埋込拡散領域中に拡散処理し、注入損傷
が発生しないでかつシリコン拡散面の平滑な埋込拡散層
を有する半導体集積回路の製造方法に関するもので、以
下図面を用いて詳細にこの方法について説明する。
シリコンの代りに非晶質シリコンを用い、前記シリコン
単結晶基板の埋込拡散領域上の非晶質シリコン層をすく
なくとも界面近くで固相エピタキシャル成長させる温度
で砒素イオン注入された非晶質シリコン層を完全に酸化
し、更に砒素を埋込拡散領域中に拡散処理し、注入損傷
が発生しないでかつシリコン拡散面の平滑な埋込拡散層
を有する半導体集積回路の製造方法に関するもので、以
下図面を用いて詳細にこの方法について説明する。
例えば、不純物としてボロンを添加された抵抗率20〜
30Ω・cmのＰ型シリコン単結晶（111）基板１上に砒素
拡散マスク用の２酸化シリコン膜２を、例えば1100℃
で、湿った酸素雰囲気中で厚さ6000Å形成する（第１の
工程）。その後埋込拡散層領域が形成されるべき領域上
の２酸化シリコン膜２を写真蝕刻法により除去する（第
２の工程）。次に例えば減圧気相成長法を用いて成長温
度575℃で非晶質シリコン膜３を厚さ約950Å堆積した
（第３の工程）。この時堆積されたシリコン層３は非晶
質状態である。この非晶質シリコン層３上に砒素イオン
４を例えば加速電圧30kVでドーズ量５×1015cm-2で全面
にイオン注入する（第４の工程）。ここまでの第１から
第４の工程は第１図に図示されている。加速電圧は注入
による結晶の注入損傷がシリコン単結晶基板１に影響を
及ぼさない範囲以内でなければならない。
30Ω・cmのＰ型シリコン単結晶（111）基板１上に砒素
拡散マスク用の２酸化シリコン膜２を、例えば1100℃
で、湿った酸素雰囲気中で厚さ6000Å形成する（第１の
工程）。その後埋込拡散層領域が形成されるべき領域上
の２酸化シリコン膜２を写真蝕刻法により除去する（第
２の工程）。次に例えば減圧気相成長法を用いて成長温
度575℃で非晶質シリコン膜３を厚さ約950Å堆積した
（第３の工程）。この時堆積されたシリコン層３は非晶
質状態である。この非晶質シリコン層３上に砒素イオン
４を例えば加速電圧30kVでドーズ量５×1015cm-2で全面
にイオン注入する（第４の工程）。ここまでの第１から
第４の工程は第１図に図示されている。加速電圧は注入
による結晶の注入損傷がシリコン単結晶基板１に影響を
及ぼさない範囲以内でなければならない。
次に第５の工程としてシリコン単結晶基板１上の非晶
質シリコン３を固相エピタキシャル成長させながら酸化
していくが、酸化性雰囲気中で熱処理するためにシリコ
ン単結晶基板１と非晶質シリコン膜３間に２酸化シリコ
ンが形成されて固相成長の障害にならないようにする必
要がある。もし不活性ガスの雰囲気中であらかじめ熱処
理するならば900℃以下の温度でも固相エピタキシヤル
成長は充分可能である。また全膜厚にわたって固相エピ
タキシヤル成長を行なわせる必要はない。あらかじめ低
温で固相エピタキシヤル成長させても、砒素イオンを注
入したシリコン層３を次に酸化する温度は950℃〜1050
℃で行なう必要がある。この理由は、酸化による砒素の
偏析現象を本発明の半導体集積回路の製造方法では利用
するからであり、砒素をイオン注入したシリコン層３を
完全に酸化した時点で、注入された砒素は再分布してシ
リコン単結晶基板１と非晶室シリコン３の界面５近くに
偏析している状態である必要があるからで、これは次の
拡散の際の層抵抗の低下を容易ならしめる効果を示す。
質シリコン３を固相エピタキシャル成長させながら酸化
していくが、酸化性雰囲気中で熱処理するためにシリコ
ン単結晶基板１と非晶質シリコン膜３間に２酸化シリコ
ンが形成されて固相成長の障害にならないようにする必
要がある。もし不活性ガスの雰囲気中であらかじめ熱処
理するならば900℃以下の温度でも固相エピタキシヤル
成長は充分可能である。また全膜厚にわたって固相エピ
タキシヤル成長を行なわせる必要はない。あらかじめ低
温で固相エピタキシヤル成長させても、砒素イオンを注
入したシリコン層３を次に酸化する温度は950℃〜1050
℃で行なう必要がある。この理由は、酸化による砒素の
偏析現象を本発明の半導体集積回路の製造方法では利用
するからであり、砒素をイオン注入したシリコン層３を
完全に酸化した時点で、注入された砒素は再分布してシ
リコン単結晶基板１と非晶室シリコン３の界面５近くに
偏析している状態である必要があるからで、これは次の
拡散の際の層抵抗の低下を容易ならしめる効果を示す。
第２図は湿った酸素雰囲気中で、1000℃で約50分間ス
チーム酸化し、非晶質シリコン膜３を完全に酸化する第
５の工程の途中段階の様子を示したものである。ここで
３′は固相エピタキシャル成長した層を示し、３″は多
結晶化したシリコン膜を示し、６は砒素イオン注入非結
晶シリコンが酸化した部分を示している。非晶質シリコ
ン膜３が完全に酸化した時点（第５の工程）で湿った酸
素雰囲気中での酸化を終える。本実施例の場合にはこの
時点での埋込拡散領域７上での２酸化シリコンの膜厚は
2300Åであった。この第５の工程での酸化を必要以上に
行なうと、次の拡散工程（第６の工程）での砒素拡散の
障害にもなるため、可能な限りコントロールして酸化す
ることが望ましい。
チーム酸化し、非晶質シリコン膜３を完全に酸化する第
５の工程の途中段階の様子を示したものである。ここで
３′は固相エピタキシャル成長した層を示し、３″は多
結晶化したシリコン膜を示し、６は砒素イオン注入非結
晶シリコンが酸化した部分を示している。非晶質シリコ
ン膜３が完全に酸化した時点（第５の工程）で湿った酸
素雰囲気中での酸化を終える。本実施例の場合にはこの
時点での埋込拡散領域７上での２酸化シリコンの膜厚は
2300Åであった。この第５の工程での酸化を必要以上に
行なうと、次の拡散工程（第６の工程）での砒素拡散の
障害にもなるため、可能な限りコントロールして酸化す
ることが望ましい。
次に第３図に示すように、砒素イオンをイオン注入し
た非晶質シリコン層３が完全に酸化されたら、これを拡
散源として拡散を実施し層抵抗を下る（第６の工程）。
た非晶質シリコン層３が完全に酸化されたら、これを拡
散源として拡散を実施し層抵抗を下る（第６の工程）。
この場合酸化の進行は極力抑え、例えば、窒素
（４）：酸素（１）の容量比の雰囲気中で1150℃で45分
熱処理した時の層抵抗は18Ω／□であつた。この時の埋
込拡散領域７上の２酸化シリコン膜厚は2450Åであっ
た。
（４）：酸素（１）の容量比の雰囲気中で1150℃で45分
熱処理した時の層抵抗は18Ω／□であつた。この時の埋
込拡散領域７上の２酸化シリコン膜厚は2450Åであっ
た。
以上説明したように埋込拡散領域７上に非晶質シリコ
ン３を堆積し、シリコン単結晶基板１に注入損傷が達し
ないように非晶質シリコン３中に砒素イオンをイオン注
入後、埋込拡散領域７上に固相エピタキシャル成長層
３′が形成されかつ酸化によつて砒素の偏析が界面５′
に生じるような温度、例えば950℃〜1050℃で湿った酸
素雰囲気中で酸化を行なった後、砒素を更に拡散させた
場合の拡散層の表面は平滑で、欠陥のない埋込拡散領域
７を形成できた。拡散温度1150℃で拡散時間が30分〜45
分程度で、充分目標とする低い層抵抗を有する埋込拡散
層が得られ、横方向拡散の小さな埋込拡散層を容易に得
ることができる。
ン３を堆積し、シリコン単結晶基板１に注入損傷が達し
ないように非晶質シリコン３中に砒素イオンをイオン注
入後、埋込拡散領域７上に固相エピタキシャル成長層
３′が形成されかつ酸化によつて砒素の偏析が界面５′
に生じるような温度、例えば950℃〜1050℃で湿った酸
素雰囲気中で酸化を行なった後、砒素を更に拡散させた
場合の拡散層の表面は平滑で、欠陥のない埋込拡散領域
７を形成できた。拡散温度1150℃で拡散時間が30分〜45
分程度で、充分目標とする低い層抵抗を有する埋込拡散
層が得られ、横方向拡散の小さな埋込拡散層を容易に得
ることができる。
以上説明したように、本発明による製造方法によって
形成された埋込拡散層を有する半導体集積回路の製造方
法を用いれば、再現性良く結晶欠陥のない、拡散面の平
滑な埋込拡散層７を得ることができ、その層抵抗も酸化
による砒素の偏析効果を利用できるため短時間の拡散で
充分下げることができ、微細パターンの埋込拡散領域７
を形成できる利点がある。
形成された埋込拡散層を有する半導体集積回路の製造方
法を用いれば、再現性良く結晶欠陥のない、拡散面の平
滑な埋込拡散層７を得ることができ、その層抵抗も酸化
による砒素の偏析効果を利用できるため短時間の拡散で
充分下げることができ、微細パターンの埋込拡散領域７
を形成できる利点がある。
ウエーハ上の２酸化シリコン膜を除去した後のシリコ
ン単結晶基板１上のシリコン表面５′は極めて平滑であ
った。またこのシリコン基板上にシリコンエピタキシャ
ル成長を行ない埋込拡散領域７の表面上の結晶性の評価
を行なったところ、欠陥の発生は認められなかった。
ン単結晶基板１上のシリコン表面５′は極めて平滑であ
った。またこのシリコン基板上にシリコンエピタキシャ
ル成長を行ない埋込拡散領域７の表面上の結晶性の評価
を行なったところ、欠陥の発生は認められなかった。
第１図，第２図，第３図はそれぞれ本発明による埋込拡
散層を有する半導体集積回路の製造方法を説明するため
の図である。 第１図は非晶質シリコン膜３へ砒素イオン注入を行なっ
た状態を示したものであり、第２図は砒素イオン注入さ
れた非晶質シリコンの酸化中の状態を示したものであ
る。第３図は砒素イオン注入された非晶質シリコンを完
全に酸化した後、更に拡散処理を実施し、埋込拡散層を
形成したところの図である。 １……シリコン単結晶基板、２……マスク用２酸化シリ
コン膜、３……非晶質シリコン膜、３′……固相エピタ
キシャル成長した層、３″……多結晶化したシリコン
膜、４……砒素イオン、５……シリコン単結晶基板と非
晶質シリコン界面、５′……酸化・拡散後の埋込拡散層
表面、６……砒素イオン注入非晶質シリコンが酸化した
部分、７……埋込拡散層
散層を有する半導体集積回路の製造方法を説明するため
の図である。 第１図は非晶質シリコン膜３へ砒素イオン注入を行なっ
た状態を示したものであり、第２図は砒素イオン注入さ
れた非晶質シリコンの酸化中の状態を示したものであ
る。第３図は砒素イオン注入された非晶質シリコンを完
全に酸化した後、更に拡散処理を実施し、埋込拡散層を
形成したところの図である。 １……シリコン単結晶基板、２……マスク用２酸化シリ
コン膜、３……非晶質シリコン膜、３′……固相エピタ
キシャル成長した層、３″……多結晶化したシリコン
膜、４……砒素イオン、５……シリコン単結晶基板と非
晶質シリコン界面、５′……酸化・拡散後の埋込拡散層
表面、６……砒素イオン注入非晶質シリコンが酸化した
部分、７……埋込拡散層
Claims (1)
- 【請求項１】所定の導電型を有するシリコン単結晶基板
上に酸化シリコン膜を形成する第１の工程、 前記第１の工程後、埋込層形成領域上の前記酸化シリコ
ン膜を除去する第２の工程、 前記第２の工程後、前記シリコン単結晶基板上の全面に
非晶質シリコンを形成する第３の工程、 前記第３の工程後、砒素でなるＮ型不純物イオンを前記
非晶質シリコン中に損傷が前記シリコン単結晶基板中に
及ばない程度に注入する第４の工程、 前記第４の工程後、熱酸化処理によって前記非晶質シリ
コンが固相エピタキシャル成長する温度で、前記非晶質
シリコンを完全に酸化する第５の工程、 前記第５の工程後、さらに、前記不純物を前記埋込層形
成領域中に拡散する第６の工程からなることを特徴とす
る埋込拡散層を有する半導体集積回路の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1262789A JP2747919B2 (ja) | 1989-01-21 | 1989-01-21 | 埋込拡散層を有する半導体集積回路の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1262789A JP2747919B2 (ja) | 1989-01-21 | 1989-01-21 | 埋込拡散層を有する半導体集積回路の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02194531A JPH02194531A (ja) | 1990-08-01 |
| JP2747919B2 true JP2747919B2 (ja) | 1998-05-06 |
Family
ID=11810613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1262789A Expired - Fee Related JP2747919B2 (ja) | 1989-01-21 | 1989-01-21 | 埋込拡散層を有する半導体集積回路の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2747919B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5544805B2 (ja) * | 2009-09-29 | 2014-07-09 | 信越半導体株式会社 | 半導体基板の製造方法 |
-
1989
- 1989-01-21 JP JP1262789A patent/JP2747919B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02194531A (ja) | 1990-08-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |