JP6076615B2 - 不純物拡散方法、基板処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
不純物拡散方法、基板処理装置及び半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6076615B2 JP6076615B2 JP2012103767A JP2012103767A JP6076615B2 JP 6076615 B2 JP6076615 B2 JP 6076615B2 JP 2012103767 A JP2012103767 A JP 2012103767A JP 2012103767 A JP2012103767 A JP 2012103767A JP 6076615 B2 JP6076615 B2 JP 6076615B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- impurity
- processing chamber
- thin film
- impurities
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000012535 impurity Substances 0.000 title claims description 268
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title claims description 243
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims description 67
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 51
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 29
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 234
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 225
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical group [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 125
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 125
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 74
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 72
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 claims description 68
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 claims description 60
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 35
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 32
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 25
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 24
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 22
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 230000001603 reducing effect Effects 0.000 claims description 20
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 12
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 7
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 6
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 75
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 75
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 49
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 15
- FAQYAMRNWDIXMY-UHFFFAOYSA-N trichloroborane Chemical compound ClB(Cl)Cl FAQYAMRNWDIXMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 10
- 230000006870 function Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 7
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 6
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 6
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 5
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Natural products N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 230000003028 elevating effect Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229960001730 nitrous oxide Drugs 0.000 description 2
- 235000013842 nitrous oxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 238000010301 surface-oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- ZOCHARZZJNPSEU-UHFFFAOYSA-N diboron Chemical compound B#B ZOCHARZZJNPSEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000011553 magnetic fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000007790 scraping Methods 0.000 description 1
- 238000001004 secondary ion mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 238000004876 x-ray fluorescence Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
- H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
- H01L21/28026—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor
- H01L21/28035—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon characterised by the conductor the final conductor layer next to the insulator being silicon, e.g. polysilicon, with or without impurities
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
- H01L21/223—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a gaseous phase
- H01L21/2236—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a gaseous phase from or into a plasma phase
Description
この発明は、不純物拡散方法、基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。
トランジスタは、半導体装置内において能動素子として機能する。現在の高集積化された半導体装置においては、オン・オフ制御をするためのゲート電極を持つ、ＭＯＳＦＥＴに代表される電界効果型トランジスタが主として搭載されている。
ゲート電極は導電体を用いて形成されるが、ゲート電極の重要なファクターの一つとして、ゲート電極の仕事関数がある。ゲート電極の仕事関数を制御しなければ、例えば、トランジスタのしきい値が設計値から外れてしまったりして、正常な動作が期待できなくなる。
ゲート電極に、ポリシリコンやアモルファスシリコンを用いる場合、ゲート電極の仕事関数は、ポリシリコンやアモルファスシリコンにドープされるドナー又はアクセプタ、いわゆる不純物の量を制御することで行われる。さらに、ポリシリコンやアモルファスシリコンにドープされる不純物の量は、ゲート電極の抵抗値も左右する。
このように、ドープされる不純物の量は、ゲート電極の仕事関数、及び抵抗値等に影響を与えるため、厳密に制御されなければならない。不純物をドープした膜を成長させる技術としては、例えば、特許文献１に記載されている。
特許文献１においては、Ｓｉ１−ｘＧｅｘ(１００)である基板表面を水素雰囲気でクリーニングした後、ＢＣｌ３ガスを不活性ガスであるＨ２ガスとともに供給し、基板表面に略１原子層、或いは１原子層の厚み以下のＢ（ボロン）層を成長させる。次いで、ＳｉＨ４-ＧｅＨ４-Ｈ２混合ガスを供給し、数ｎｍ〜数百ｎｍのＳｉ１−ｘＧｅｘ層をエピタキシャル成長させる。
特許文献１においては、このようなＢ層の成長と、Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層のエピタキシャル成長とを繰り返すことで、アクセプタであるボロンを高濃度にドープしたＳｉ１−ｘＧｅｘ層を、基板表面上にエピタキシャル成長させることができる（例えば、段落００３６〜００４０の記載等参照）。
上述したように、ゲート電極を構成するポリシリコンやアモルファスシリコンにドープされる不純物の量は、ゲート電極の仕事関数、及び抵抗値等に影響を与えるため、厳密に制御する必要がある。
近時、トランジスタの微細化に伴って、今までは微視的過ぎて現れてこなかった、ゲート電極の表面酸化やエッチング加工した際に逸失される不純物に起因した、ゲート電極の仕事関数、及び抵抗値の変動が、顕著に現れるようになってきた。
表面酸化やエッチング加工の際に逸失された不純物を補償するために、ポリシリコンやアモルファスシリコンに対して、不純物を気相拡散により拡散させることが考えられている。しかしながら、気相拡散は、不純物を高濃度に拡散させるためには長い時間を要する。このため、スループットの低下が危惧されている。
また、特許文献１には、ボロンを高濃度にドープしたＳｉ１−ｘＧｅｘ層をエピタキシャル成長させることが記載されている。しかしながら、特許文献１は、ボロンを高濃度にドープしたＳｉ１−ｘＧｅｘ層をエピタキシャル成長させることを記載するのみで、逸失した不純物を補償する技術については何等の示唆も記載もない。
この発明は、薄膜に対して、より短時間で、より高濃度に不純物を気相拡散させることが可能な不純物拡散方法、及びこの不純物拡散方法を実行することが可能な基板処理装置、並びに上記不純物拡散方法を用いた半導体装置の製造方法を提供する。
この発明の第１の態様に係る不純物の拡散方法は、薄膜中に不純物を拡散させる不純物拡散方法であって、（１）処理室に、前記薄膜が形成された被処理体を搬入する工程と、（２）前記処理室内で、前記薄膜が形成された被処理体を気相拡散温度まで昇温する工程と、（３）前記処理室内に、前記不純物を含有する不純物含有ガスを不活性ガスとともに供給し、前記気相拡散温度に昇温された前記被処理体に形成された前記薄膜中に前記不純物を拡散させる工程と、を備え、前記（３）工程において、前記処理室内に、前記不純物含有ガス及び前記不活性ガスとともに、前記薄膜への前記不純物の拡散を促進させる不純物拡散促進ガスを同時に供給し、前記薄膜はエッチング加工されたものであり、前記薄膜は前記不純物を含有し、前記エッチング加工の際、前記エッチング加工面から逸失した前記不純物を、少なくとも前記（３）工程において補償する。
この発明の第２の態様に係る不純物の拡散方法は、薄膜中に不純物を拡散させる不純物拡散方法であって、（１）処理室に、前記薄膜が形成された被処理体を搬入する工程と、（２）前記処理室内で、前記薄膜が形成された被処理体を気相拡散温度まで昇温する工程と、（３）前記処理室内に、前記不純物を含有する不純物含有ガスを不活性ガスとともに供給し、前記気相拡散温度に昇温された前記被処理体に形成された前記薄膜中に前記不純物を拡散させる工程と、を備え、前記（２）工程において、前記処理室内に、還元作用を有する還元性ガスを前記不活性ガスとともに供給し、前記被処理体に形成された前記薄膜の表面に存在する自然酸化膜を、前記被処理体を昇温しながら還元し、前記薄膜は、エッチング加工されたものであり、前記薄膜は前記不純物を含有し、前記エッチング加工の際、前記エッチング加工面から逸失した前記不純物を、少なくとも前記（３）工程において補償する。
この発明の第３の態様に係る基板処理装置は、薄膜中に不純物を拡散させる拡散処理に使用可能な基板処理装置であって、被処理体が搬入される処理室と、前記処理室内で前記被処理体を加熱し、前記被処理体を昇温させる加熱機構と、前記処理室内に、不純物を含有する不純物含有ガスと、不活性ガスと、不純物拡散促進ガス又は還元性ガスとを供給するガス供給機構と、前記加熱機構、及び前記ガス供給機構を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、上記第１の態様又は上記第２の態様に記載の不純物拡散方法が実行されるように、前記加熱機構、及び前記ガス供給機構を制御する。
この発明の第４の態様に係る半導体装置の製造方法は、（ａ）半導体基板上に、導電膜を形成する工程と、（ｂ）前記導電膜をエッチングする工程と、（ｃ）前記導電膜のエッチング加工面に対して、不純物を気相拡散させる工程と、を備え、前記（ｃ）工程として、（１）処理室に、前記薄膜が形成された被処理体を搬入する工程と、（２）前記処理室内で、前記薄膜が形成された被処理体を気相拡散温度まで昇温する工程と、（３）前記処理室内に、前記不純物を含有する不純物含有ガスを不活性ガスとともに供給し、前記気相拡散温度に昇温された前記被処理体に形成された前記薄膜中に前記不純物を拡散させる工程と、を備え、前記（３）工程において、前記処理室内に、前記不純物含有ガス及び前記不活性ガスとともに、前記薄膜への前記不純物の拡散を促進させる不純物拡散促進ガスを同時に供給する不純物拡散方法を用いる。
この発明の第５の態様に係る基板処理装置は、（ａ）半導体基板上に、導電膜を形成する工程と、（ｂ）前記導電膜をエッチングする工程と、（ｃ）前記導電膜のエッチング加工面に対して、不純物を気相拡散させる工程と、を備え、前記（ｃ）工程として、（１）処理室に、前記薄膜が形成された被処理体を搬入する工程と、（２）前記処理室内で、前記薄膜が形成された被処理体を気相拡散温度まで昇温する工程と、（３）前記処理室内に、前記不純物を含有する不純物含有ガスを不活性ガスとともに供給し、前記気相拡散温度に昇温された前記被処理体に形成された前記薄膜中に前記不純物を拡散させる工程と、を備え、前記（２）工程において、前記処理室内に、還元作用を有する還元性ガスを前記不活性ガスとともに供給し、前記被処理体に形成された前記薄膜の表面に存在する自然酸化膜を、前記被処理体を昇温しながら還元する不純物拡散方法を用いる。
この発明の第５の態様に係る基板処理装置は、（ａ）半導体基板上に、導電膜を形成する工程と、（ｂ）前記導電膜をエッチングする工程と、（ｃ）前記導電膜のエッチング加工面に対して、不純物を気相拡散させる工程と、を備え、前記（ｃ）工程として、（１）処理室に、前記薄膜が形成された被処理体を搬入する工程と、（２）前記処理室内で、前記薄膜が形成された被処理体を気相拡散温度まで昇温する工程と、（３）前記処理室内に、前記不純物を含有する不純物含有ガスを不活性ガスとともに供給し、前記気相拡散温度に昇温された前記被処理体に形成された前記薄膜中に前記不純物を拡散させる工程と、を備え、前記（２）工程において、前記処理室内に、還元作用を有する還元性ガスを前記不活性ガスとともに供給し、前記被処理体に形成された前記薄膜の表面に存在する自然酸化膜を、前記被処理体を昇温しながら還元する不純物拡散方法を用いる。
この発明の第６の態様に係る半導体装置の製造方法は、（ａ）半導体基板上に、トンネル絶縁膜と、浮遊ゲート電極を構成する第１の導電膜とを順次形成する工程と、（ｂ）前記第１の導電膜、前記トンネル絶縁膜、及び前記半導体基板をエッチングし、前記半導体基板にシャロートレンチを形成するとともに、前記第１の導電膜及び前記トンネル絶縁膜を第１の方向に沿って分離する工程と、（ｃ）前記第１の方向に沿って生じた前記第１の導電膜のエッチング加工面に対して、不純物を気相拡散させる工程と、（ｄ）前記シャロートレンチの内部を素子分離絶縁物で埋め込む工程と、（ｅ）前記第１の導電膜および前記素子分離絶縁物上に、ゲート間絶縁膜となる絶縁膜と、制御ゲート電極を構成する第２の導電膜とを順次形成する工程と、（ｆ）前記第２の導電膜、前記絶縁膜、前記第１の導電膜、及び前記トンネル絶縁膜をエッチングし、前記第２の導電膜、前記絶縁膜、前記第１の導電膜、及び前記トンネル絶縁膜を前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って分離する工程と、（ｇ）前記第２の方向に沿って生じた前記第１の導電膜のエッチング加工面に対して、不純物を気相拡散させる工程と、を備え、前記（ｃ）工程及び前記（ｇ）工程の少なくともいずれか一方の工程として、（１）処理室に、前記薄膜が形成された被処理体を搬入する工程と、（２）前記処理室内で、前記薄膜が形成された被処理体を気相拡散温度まで昇温する工程と、（３）前記処理室内に、前記不純物を含有する不純物含有ガスを不活性ガスとともに供給し、前記気相拡散温度に昇温された前記被処理体に形成された前記薄膜中に前記不純物を拡散させる工程と、を備え、前記（３）工程において、前記処理室内に、前記不純物含有ガス及び前記不活性ガスとともに、前記薄膜への前記不純物の拡散を促進させる不純物拡散促進ガスを同時に供給する不純物拡散方法を用いる。
この発明の第７の態様に係る半導体装置の製造方法は、（ａ）半導体基板上に、トンネル絶縁膜と、浮遊ゲート電極を構成する第１の導電膜とを順次形成する工程と、（ｂ）前記第１の導電膜、前記トンネル絶縁膜、及び前記半導体基板をエッチングし、前記半導体基板にシャロートレンチを形成するとともに、前記第１の導電膜及び前記トンネル絶縁膜を第１の方向に沿って分離する工程と、（ｃ）前記第１の方向に沿って生じた前記第１の導電膜のエッチング加工面に対して、不純物を気相拡散させる工程と、（ｄ）前記シャロートレンチの内部を素子分離絶縁物で埋め込む工程と、（ｅ）前記第１の導電膜および前記素子分離絶縁物上に、ゲート間絶縁膜となる絶縁膜と、制御ゲート電極を構成する第２の導電膜とを順次形成する工程と、（ｆ）前記第２の導電膜、前記絶縁膜、前記第１の導電膜、及び前記トンネル絶縁膜をエッチングし、前記第２の導電膜、前記絶縁膜、前記第１の導電膜、及び前記トンネル絶縁膜を前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って分離する工程と、（ｇ）前記第２の方向に沿って生じた前記第１の導電膜のエッチング加工面に対して、不純物を気相拡散させる工程と、を備え、前記（ｃ）工程及び前記（ｇ）工程の少なくともいずれか一方の工程として、（１）処理室に、前記薄膜が形成された被処理体を搬入する工程と、（２）前記処理室内で、前記薄膜が形成された被処理体を気相拡散温度まで昇温する工程と、（３）前記処理室内に、前記不純物を含有する不純物含有ガスを不活性ガスとともに供給し、前記気相拡散温度に昇温された前記被処理体に形成された前記薄膜中に前記不純物を拡散させる工程と、を備え、前記（２）工程において、前記処理室内に、還元作用を有する還元性ガスを前記不活性ガスとともに供給し、前記被処理体に形成された前記薄膜の表面に存在する自然酸化膜を、前記被処理体を昇温しながら還元する不純物拡散方法を用いる。
この発明の第７の態様に係る半導体装置の製造方法は、（ａ）半導体基板上に、トンネル絶縁膜と、浮遊ゲート電極を構成する第１の導電膜とを順次形成する工程と、（ｂ）前記第１の導電膜、前記トンネル絶縁膜、及び前記半導体基板をエッチングし、前記半導体基板にシャロートレンチを形成するとともに、前記第１の導電膜及び前記トンネル絶縁膜を第１の方向に沿って分離する工程と、（ｃ）前記第１の方向に沿って生じた前記第１の導電膜のエッチング加工面に対して、不純物を気相拡散させる工程と、（ｄ）前記シャロートレンチの内部を素子分離絶縁物で埋め込む工程と、（ｅ）前記第１の導電膜および前記素子分離絶縁物上に、ゲート間絶縁膜となる絶縁膜と、制御ゲート電極を構成する第２の導電膜とを順次形成する工程と、（ｆ）前記第２の導電膜、前記絶縁膜、前記第１の導電膜、及び前記トンネル絶縁膜をエッチングし、前記第２の導電膜、前記絶縁膜、前記第１の導電膜、及び前記トンネル絶縁膜を前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って分離する工程と、（ｇ）前記第２の方向に沿って生じた前記第１の導電膜のエッチング加工面に対して、不純物を気相拡散させる工程と、を備え、前記（ｃ）工程及び前記（ｇ）工程の少なくともいずれか一方の工程として、（１）処理室に、前記薄膜が形成された被処理体を搬入する工程と、（２）前記処理室内で、前記薄膜が形成された被処理体を気相拡散温度まで昇温する工程と、（３）前記処理室内に、前記不純物を含有する不純物含有ガスを不活性ガスとともに供給し、前記気相拡散温度に昇温された前記被処理体に形成された前記薄膜中に前記不純物を拡散させる工程と、を備え、前記（２）工程において、前記処理室内に、還元作用を有する還元性ガスを前記不活性ガスとともに供給し、前記被処理体に形成された前記薄膜の表面に存在する自然酸化膜を、前記被処理体を昇温しながら還元する不純物拡散方法を用いる。
この発明によれば、薄膜に対して、より短時間で、より高濃度に不純物を気相拡散させることが可能な不純物拡散方法、及びこの不純物拡散方法を実行することが可能な基板処理装置、並びに上記不純物拡散方法を用いた半導体装置の製造方法を提供できる。
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、全図にわたり、共通の部分には共通の参照符号を付す。
（第１の実施形態）
図１はこの発明の第１の実施形態に係る不純物拡散方法の一例を示すタイミングチャート、図２Ａ〜図２Ｃは被処理体の状態を概略的に示す断面図である。
図１はこの発明の第１の実施形態に係る不純物拡散方法の一例を示すタイミングチャート、図２Ａ〜図２Ｃは被処理体の状態を概略的に示す断面図である。
まず、図２Ａに示すように、不純物を拡散させる被処理体を用意する。本例においては、半導体基板、例えば、シリコン基板１を用意する。シリコン基板１上には、例えば、シリコン酸化膜２が形成され、このシリコン酸化膜２上に、不純物、例えば、ボロンがドープされたポリシリコン膜３が形成されている。ポリシリコン膜３の表面には表面酸化膜３ａが形成されている。表面酸化膜３ａは、ポリシリコン膜３の表面を、例えば、熱酸化して意図的に形成したものであっても良いし、また、例えば、ポリシリコン膜３が大気等に触れることによって、ポリシリコン膜３の表面上に自然と成長した自然酸化膜であってもよい。また、本例におけるポリシリコン膜３のボロン濃度は、１×１０１７atoms/cm３である。ポリシリコン膜３には、後に、不純物、例えば、ボロンが気相拡散される。
次に、図２Ｂに示すように、シリコン基板１に対して、濃度１％の希フッ酸を用いて３min間の前洗浄を行う。次いで、シリコン基板１に対して、純水を用いて２０min間の水洗を行い、その後、１０min間乾燥させる。濃度１％の希フッ酸を用いた前洗浄により、表面酸化膜３ａは剥離される。ここで、ポリシリコン膜３の表面に酸素原子が結合していると、ボロンがポリシリコン膜３の表面に吸着しにくくなる、という事情がある。このため、本例のように、ボロンの気相拡散の前に、ポリシリコン膜３の表面から表面酸化膜３ａを剥離しておく。これにより、ボロンをポリシリコン膜３の表面に吸着させやすくでき、ポリシリコン膜３内に、ボロンを拡散させやすくできる、という利点を得ることができる。また、図２Ｂに示すように、ポリシリコン膜３の内部には、その表面から約１５ｎｍ程度にわたって、不純物、本例ではボロンが逸失した不純物逸失層４が生じている。不純物逸失層４は、例えば、半導体装置の製造プロセスにおいては、エッチング加工、又は表面酸化の際に発生する不純物逸失層に相当する。
次に、図１中のステップ１に示すように、上記前洗浄、水洗、及び乾燥が行われたシリコン基板１を、不純物を拡散させる基板処理装置の処理室内に搬入する。搬入は、上記前洗浄、水洗、及び乾燥後、１０min以内に行った。搬入時、処理室の圧力は大気圧とし、処理室内には不活性ガスを供給する。不活性ガスの一例は、窒素（Ｎ２）ガスである。
次に、図１中のステップ２に示すように、不活性ガスの供給を止め、処理室内を排気する。この際、処理室内の圧力は、例えば、１３３Ｐａ（＝１Ｔｏｒｒ）未満の低い圧力となる。
次に、図１中のステップ３に示すように、処理室内に、不活性ガス（Ｎ２）を供給し、処理室内の圧力を、例えば、９３８０Ｐａ（＝７０Ｔｏｒｒ）とする。不活性ガスは、例えば、キャリアガス及び／又は希釈ガスとして機能する。さらに、処理室内のシリコン基板１を加熱し、シリコン基板１の温度を気相拡散温度に昇温する。気相拡散温度の一例は、例えば、６００℃である。昇温工程の際、本例においては、不純物含有ガス、例えば、ボロン含有ガスと、不純物の拡散を促進させる不純物拡散促進ガスを、処理室内に、さらに供給する。ボロン含有ガスの一例は、三塩化ボロン（ＢＣｌ３）ガスである。不純物拡散促進ガスの一例は、水素（Ｈ２）ガスである。また、ボロン含有ガスとして、本例では、１％濃度の三塩化ボロンガスを用いた。１％濃度の三塩化ボロンガスは、例えば、モル分率で窒素ガス９９％、三塩化ボロンガス１％とすることで得ることができる。
昇温工程における不活性ガス、不純物含有ガス、及び不純物拡散促進ガスの供給量の一例は、以下の通りである。
不活性ガス（Ｎ２） ： ５００ｓｃｃｍ
不純物含有ガス（ＢＣｌ３(1%)）： １００ｓｃｃｍ
不純物拡散促進ガス（Ｈ２） ： １００ｓｃｃｍ
次に、図１中のステップ４及び図２Ｃに示すように、シリコン基板１の温度が気相拡散温度に達したら、処理室内の圧力を気相拡散圧力とする。気相拡散圧力の一例は、５９９８．３Ｐａ（＝４５．１Ｔｏｒｒ）である。また、処理室内には、引き続き不活性ガス（Ｎ２）、不純物含有ガス（ＢＣｌ３）、及び不純物拡散促進ガス（Ｈ２）を供給する。これにより、例えば、１０min間の気相拡散工程を行う。
不純物含有ガス（ＢＣｌ３(1%)）： １００ｓｃｃｍ
不純物拡散促進ガス（Ｈ２） ： １００ｓｃｃｍ
次に、図１中のステップ４及び図２Ｃに示すように、シリコン基板１の温度が気相拡散温度に達したら、処理室内の圧力を気相拡散圧力とする。気相拡散圧力の一例は、５９９８．３Ｐａ（＝４５．１Ｔｏｒｒ）である。また、処理室内には、引き続き不活性ガス（Ｎ２）、不純物含有ガス（ＢＣｌ３）、及び不純物拡散促進ガス（Ｈ２）を供給する。これにより、例えば、１０min間の気相拡散工程を行う。
気相拡散工程における不活性ガス、不純物含有ガス、及び不純物拡散促進ガスの供給量の一例は、以下の通りである。
不活性ガス（Ｎ２） ： ５００ｓｃｃｍ
不純物含有ガス（ＢＣｌ３(1%)）： １００ｓｃｃｍ
不純物拡散促進ガス（Ｈ２） ： １００ｓｃｃｍ
次に、図１中のステップ５に示すように、気相拡散工程の終了後、不活性ガス、不純物含有ガス、及び不純物拡散促進ガスの供給を止め、処理室内を排気する。この際にも、処理室内の圧力は、例えば、１３３Ｐａ（＝１Ｔｏｒｒ）未満の低い圧力となる。
不純物含有ガス（ＢＣｌ３(1%)）： １００ｓｃｃｍ
不純物拡散促進ガス（Ｈ２） ： １００ｓｃｃｍ
次に、図１中のステップ５に示すように、気相拡散工程の終了後、不活性ガス、不純物含有ガス、及び不純物拡散促進ガスの供給を止め、処理室内を排気する。この際にも、処理室内の圧力は、例えば、１３３Ｐａ（＝１Ｔｏｒｒ）未満の低い圧力となる。
次に、図１中のステップ６に示すように、排気工程の終了後、シリコン基板１の加熱を止め、シリコン基板１の温度を、搬出可能な温度にまで降温する。搬出可能な温度の一例は、３００℃である。なお、搬入時の温度も３００℃である。３００℃の温度は、例えば、ポリシリコン膜３の表面上に、大気中の酸素（Ｏ２）ガスによる無用な自然酸化が進み難い温度でもある。
さらに、本例においては、降温工程時、処理室内に、酸化剤含有ガスを供給する。処理室内の圧力は、例えば、１３３Ｐａ（＝１Ｔｏｒｒ）とする。酸化剤含有ガスの一例は、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）ガスである。例えば、３００℃までの降温時に、処理室内に、酸化剤含有ガスを供給することで、ポリシリコン膜３の表面には、薄いシリコン酸化膜が形成される。薄いシリコン酸化膜は、ポリシリコン膜３中にドープされたボロンの外方拡散を抑制する保護酸化膜として機能する。
降温工程において保護酸化膜を形成する場合、酸化剤含有ガスの供給量の一例は、以下の通りである。
酸化剤含有ガス（Ｎ２Ｏ）： １０００ｓｃｃｍ
なお、保護酸化膜を形成するか否かについては任意であり、必要に応じて省略することも可能である。
なお、保護酸化膜を形成するか否かについては任意であり、必要に応じて省略することも可能である。
次に、図１中のステップ７に示すように、降温工程の終了後、酸化剤含有ガスの供給を止め、処理室内を排気する。この際にも、処理室内の圧力は、例えば、１３３Ｐａ（＝１Ｔｏｒｒ）未満の低い圧力となる。
次に、図１中のステップ８に示すように、降温工程の終了後、処理室内に不活性ガスを供給して処理室内の圧力を大気圧とし、気相拡散が終了したポリシリコン膜３が形成されたシリコン基板１を、処理室内から搬出する。
このようにして、この発明の第１の実施形態に係る不純物拡散方法の一例を用いた不純物の拡散処理が終了する。
図３は、ポリシリコン膜３の深さと、ボロン濃度との関係を示す図である。図３には、ポリシリコン膜３を二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）し、ポリシリコン膜３中に含有されているボロンを深さ方向に沿って求めたものである。
図３中の実線Ｉは第１の実施形態によるもの、破線IIは温度、圧力、及び拡散時間は第１の実施形態と同様であるが不純物拡散促進ガス、例えば、水素ガスの添加がないもの、一点鎖線IIIは、破線IIと同様に、水素ガスの添加がないが、拡散時間を１０minから６０minに延長したものである。
図３中の実線Ｉに示すように、第１の実施形態によれば、水素ガスの添加がない場合（破線II）に比較して、より多くのボロンがポリシリコン膜３中に拡散されていることがわかる。
また、拡散時間を長くすれば、水素ガスの添加がなくても、より多くのボロンをポリシリコン膜３中に拡散させることが可能である（一点鎖線III）。しかしながら、拡散時間が長いことは、半導体装置の製造においてはスループットの低下を助長する。このため、実用には不向きな面がある。
この点、不純物拡散促進ガス、例えば、水素ガスを添加する第１の実施形態によれば、拡散時間が短くても、水素ガスを添加しない場合に比較して、より多くの不純物、例えば、ボロンをポリシリコン膜３中に拡散させることができる。このため、スループットの低下を抑制することができ、半導体装置の製造への適用に有効である、という利点を得ることができる。
しかも、第１の実施形態によれば、図３中の破線円Ａ内に示すように、ポリシリコン膜３の表面付近においては、長時間の拡散を行う場合に比較しても、より多くのボロンが含有されていることがわかる。これは、気相拡散中に、不純物拡散促進ガスを添加することで、不純物の、ポリシリコン膜３中へのドライブインが加速されることを意味している。表面付近に、より多くの不純物を含有させることができる、という利点は、例えば、エッチング加工の際に逸失された不純物の補償にとっては有利である。
このように、第１の実施形態に係る不純物拡散方法によれば、薄膜、例えば、ポリシリコン膜３に対して、より短時間で、より高濃度に不純物を気相拡散させることが可能な不純物拡散方法が得られる、という利点を得ることができる。
（第２の実施形態）
図４はこの発明の第２の実施形態に係る不純物拡散方法の一例を示すタイミングチャートである。
図４はこの発明の第２の実施形態に係る不純物拡散方法の一例を示すタイミングチャートである。
図４に示すように、第２の実施形態が、図１等に示した第１の実施形態と異なるところは、ステップ３における昇温工程において、不純物含有ガス、例えば、三塩化ボロンガスを処理室内に供給しないことである。
昇温工程（ステップ３）における不活性ガス、及び不純物拡散促進ガスの供給量の一例は、以下の通りである。
不活性ガス（Ｎ２） ： ５００ｓｃｃｍ
不純物拡散促進ガス（Ｈ２） ： １００ｓｃｃｍ
また、気相拡散工程（ステップ４）における不活性ガス、不純物含有ガス、及び不純物拡散促進ガスの供給量の一例は、以下の通りである。
不純物拡散促進ガス（Ｈ２） ： １００ｓｃｃｍ
また、気相拡散工程（ステップ４）における不活性ガス、不純物含有ガス、及び不純物拡散促進ガスの供給量の一例は、以下の通りである。
不活性ガス（Ｎ２） ： ５００ｓｃｃｍ
不純物含有ガス（ＢＣｌ３(1%)）： １００ｓｃｃｍ
不純物拡散促進ガス（Ｈ２） ： １００ｓｃｃｍ
第２の実施形態のように、不純物含有ガスは、ステップ４に示す気相拡散工程においてのみ、供給するようにしても良い。このようにしても、処理室内には不純物拡散促進ガス、例えば、水素ガスが供給されているので、不純物拡散促進ガスを供給しない場合に比較して、不純物、例えば、ボロンを、ポリシリコン膜３内に、単位時間あたりより高濃度に拡散させることができる。
不純物含有ガス（ＢＣｌ３(1%)）： １００ｓｃｃｍ
不純物拡散促進ガス（Ｈ２） ： １００ｓｃｃｍ
第２の実施形態のように、不純物含有ガスは、ステップ４に示す気相拡散工程においてのみ、供給するようにしても良い。このようにしても、処理室内には不純物拡散促進ガス、例えば、水素ガスが供給されているので、不純物拡散促進ガスを供給しない場合に比較して、不純物、例えば、ボロンを、ポリシリコン膜３内に、単位時間あたりより高濃度に拡散させることができる。
（第３の実施形態）
図５はこの発明の第３の実施形態に係る不純物拡散方法の一例を示すタイミングチャートである。
図５はこの発明の第３の実施形態に係る不純物拡散方法の一例を示すタイミングチャートである。
図５に示すように、第３の実施形態が、図１等に示した第１の実施形態と異なるところは、ステップ３における昇温工程において、不純物含有ガス、例えば、三塩化ボロンガスを処理室内に供給しないこと、及びステップ４における気相拡散工程において、不純物拡散促進ガス、例えば、水素ガスを供給しないことである。
昇温工程（ステップ３）における不活性ガス、及び不純物拡散促進ガスの供給量の一例は、以下の通りである。
不活性ガス（Ｎ２） ： ５００ｓｃｃｍ
不純物拡散促進ガス（Ｈ２） ： １００ｓｃｃｍ
また、気相拡散工程（ステップ４）における不活性ガス、及び不純物含有ガスの供給量の一例は、以下の通りである。
不純物拡散促進ガス（Ｈ２） ： １００ｓｃｃｍ
また、気相拡散工程（ステップ４）における不活性ガス、及び不純物含有ガスの供給量の一例は、以下の通りである。
不活性ガス（Ｎ２） ： ５００ｓｃｃｍ
不純物含有ガス（ＢＣｌ３(1%)）： １００ｓｃｃｍ
第３の実施形態のように、不純物含有ガスは、ステップ４に示す気相拡散工程においてのみ供給し、不純物拡散促進ガスは、ステップ３に示す昇温工程においてのみ供給するようにしても良い。特に、不純物拡散促進ガスをステップ３に示す昇温工程においてのみ供給する場合には、不純物拡散促進ガスが還元性ガスであることが良い。例えば、水素ガスは、還元性ガスである。昇温工程において、還元性ガスである水素ガスを処理室内に供給することにより、ポリシリコン膜３の表面に形成されている自然酸化膜が還元され、除去される。このため、気相拡散工程においては、ポリシリコン膜３の表面から自然酸化膜が除去された状態で、不純物、例えば、ボロンを拡散させることが可能となる。このため、例えば、ポリシリコン膜３の表面に自然酸化膜が存在した状態のまま気相拡散工程を行う場合に比較して、不純物、例えば、ボロンを、ポリシリコン膜３内に、単位時間あたりより高濃度に拡散させることができる。
不純物含有ガス（ＢＣｌ３(1%)）： １００ｓｃｃｍ
第３の実施形態のように、不純物含有ガスは、ステップ４に示す気相拡散工程においてのみ供給し、不純物拡散促進ガスは、ステップ３に示す昇温工程においてのみ供給するようにしても良い。特に、不純物拡散促進ガスをステップ３に示す昇温工程においてのみ供給する場合には、不純物拡散促進ガスが還元性ガスであることが良い。例えば、水素ガスは、還元性ガスである。昇温工程において、還元性ガスである水素ガスを処理室内に供給することにより、ポリシリコン膜３の表面に形成されている自然酸化膜が還元され、除去される。このため、気相拡散工程においては、ポリシリコン膜３の表面から自然酸化膜が除去された状態で、不純物、例えば、ボロンを拡散させることが可能となる。このため、例えば、ポリシリコン膜３の表面に自然酸化膜が存在した状態のまま気相拡散工程を行う場合に比較して、不純物、例えば、ボロンを、ポリシリコン膜３内に、単位時間あたりより高濃度に拡散させることができる。
（比較結果）
図６は、ボロン強度をサンプル毎に調べた結果を示す図である。図６には、ポリシリコン膜３を蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）し、ポリシリコン膜３中に含まれるボロン強度を求めたものである。サンプルは下記の５つである。
（１） 気相拡散無し … 初期状態
（２） 気相拡散有り … 不純物拡散促進ガスの添加無し
（３） 第１の実施形態
（４） 第２の実施形態
（５） 第３の実施形態
また、気相拡散工程の条件は、
気相拡散圧力： ５９８．５Ｐａ（４．５Ｔｏｒｒ）
気相拡散温度： ８００℃
気相拡散時間： １０ｍｉｎ
である。
図６は、ボロン強度をサンプル毎に調べた結果を示す図である。図６には、ポリシリコン膜３を蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）し、ポリシリコン膜３中に含まれるボロン強度を求めたものである。サンプルは下記の５つである。
（１） 気相拡散無し … 初期状態
（２） 気相拡散有り … 不純物拡散促進ガスの添加無し
（３） 第１の実施形態
（４） 第２の実施形態
（５） 第３の実施形態
また、気相拡散工程の条件は、
気相拡散圧力： ５９８．５Ｐａ（４．５Ｔｏｒｒ）
気相拡散温度： ８００℃
気相拡散時間： １０ｍｉｎ
である。
図６に示すように、気相拡散無し、即ち、初期状態のポリシリコン膜３のボロン強度は、１．４９ｋｃｐｓである。
まず、不純物拡散促進ガスを添加せず、不純物含有ガス、例えば、三塩化ボロンガスのみで気相拡散させた場合には、ボロン強度は、１．７７ｋｃｐｓまで上昇する。
なお、この例においては、ステップ３においては三塩化ボロンガスを供給せず、不活性ガスのみを供給した。供給量は以下の通りである。
不活性ガス（Ｎ２） ： ５００ｓｃｃｍ
また、ステップ４における不活性ガス、及び三塩化ボロンガスの供給量は以下の通りである。
また、ステップ４における不活性ガス、及び三塩化ボロンガスの供給量は以下の通りである。
不活性ガス（Ｎ２） ： ５００ｓｃｃｍ
不純物含有ガス（ＢＣｌ３(1%)）： １００ｓｃｃｍ
さらに、図５に示した第３の実施形態のように、昇温工程（ステップ３）において、不純物拡散促進ガス（還元性ガス）、例えば、水素ガスを処理室内に供給した場合には、ボロン強度は２．０７ｋｃｐｓまで上昇する。
不純物含有ガス（ＢＣｌ３(1%)）： １００ｓｃｃｍ
さらに、図５に示した第３の実施形態のように、昇温工程（ステップ３）において、不純物拡散促進ガス（還元性ガス）、例えば、水素ガスを処理室内に供給した場合には、ボロン強度は２．０７ｋｃｐｓまで上昇する。
さらに、図４に示した第２の実施形態のように、昇温工程（ステップ３）、及び気相拡散工程（ステップ４）の双方において、不純物拡散促進ガス、例えば、水素ガスを処理室内に供給した場合には、ボロン強度は２．６４ｋｃｐｓまで上昇する。
さらに、図１に示した第１の実施形態のように、昇温工程（ステップ３）、及び気相拡散工程（ステップ４）の双方において、不純物含有ガス、例えば、三塩化ボロンガスと、不純物拡散促進ガス、例えば、水素ガスとを処理室内に供給した場合には、ボロン強度は３．３７ｋｃｐｓまで上昇する。
このように、第１〜第３の実施形態のいずれにおいても、不純物拡散促進ガスを添加しない場合に比較して、ポリシリコン膜３のボロン強度が向上することが確かめられた。
（ボロン強度の温度及び圧力依存性）
図７は、ボロン強度、及びボロン強度の面内均一性を示す図である。
図７は、ボロン強度、及びボロン強度の面内均一性を示す図である。
図７においては、気相拡散圧力として、５９８．５Ｐａ（＝４．５Ｔｏｒｒ）、５９９８．３Ｐａ（＝４５．１Ｔｏｒｒ）の２つを設定し、それぞれの圧力において、気相拡散温度として５００℃、６００℃、７００℃、８００℃の４つを設定し、その際のボロン強度を比較している。なお、気相拡散は、第２の実施形態にて説明した例を用いた。
まず、圧力依存性であるが、気相拡散圧力が５９９８．３Ｐａのときに比較して、気相拡散圧力が５９８．５Ｐａのときの方が、ボロン強度が高まる傾向を示している。この知見から、気相拡散圧力は５９９８．３Ｐａ未満で行うことが望ましい。
次に、温度依存性であるが、気相拡散温度が５００℃であると、ボロン強度は１．５２ｋｃｐｓ（気相拡散圧力５９８．５Ｐａ（＝４．５Ｔｏｒｒ））、１．５１ｋｃｐｓ（気相拡散圧力５９９８．３Ｐａ（＝４５．１Ｔｏｒｒ））となり、気相拡散前の状態（初期状態）の１．４９ｋｃｐｓと大差ない。つまり、気相拡散温度が５００℃であると、ボロンが、ほとんど拡散されない。この知見から、ボロンの拡散効果を有効に発揮させたい場合には、気相拡散は５００℃を超える温度で行うことが望ましい。
また、気相拡散温度を７００℃、８００℃とすると、ボロンが拡散されやすくはなるが、ボロン強度の面内均一性が±１０％以上となることも判明した。これに対して、気相拡散温度が６００℃であれば、ボロン強度の面内均一性は±２．８％（気相拡散圧力５９８．５Ｐａ）、±３．１％（気相拡散圧力５９９８．３Ｐａ）となり、±１０％未満となる。この知見から、ボロン強度の面内均一性を、例えば、±１０％未満に抑えたい場合には、気相拡散は７００℃未満の温度で行うことが望ましい。
（ボロン強度の時間依存性）
ところで、気相拡散温度を６００℃とすると、例えば、気相拡散温度が７００℃の場合に比較して、ボロンが拡散され難い。そこで、ボロン強度の時間依存性を調べてみた。
ところで、気相拡散温度を６００℃とすると、例えば、気相拡散温度が７００℃の場合に比較して、ボロンが拡散され難い。そこで、ボロン強度の時間依存性を調べてみた。
図８に、気相拡散温度を６００℃、気相拡散圧力を５９８．５Ｐａ（＝４．５Ｔｏｒｒ））とし、気相拡散時間を１０ｍｉｎ、及び９０ｍｉｎとした場合のボロン強度、及びボロン強度の面内均一性を示す。本例においても、気相拡散は、第２の実施形態にて説明した例を用いた。
図８に示すように、気相拡散温度が６００℃の場合、気相拡散時間を９０ｍｉｎとすると、ボロン強度が１．９７ｋｃｐｓから５．４５ｋｃｐｓに向上する。しかも、面内均一性は±２．８％から±８％になるだけであり、ボロン強度の面内均一性は、引き続き±１０％未満を達成している。この知見から、気相拡散温度を６００℃付近、例えば、５５０℃から６５０℃の範囲とした場合には、気相拡散時間を調節することによってボロン強度を向上させることができる。しかも、ボロン強度を向上させた場合においても、ボロン強度の面内均一性は、概ね±１０％未満を達成することが可能である。図９に、ボロン強度とボロン強度の面内均一性との関係を示しておく。
（ボロン強度の圧力依存性）
図７を参照して説明したように、気相拡散圧力が低い方が、ボロン強度が高まる傾向を示す。そこで、ボロン強度の気相拡散圧力の下限を調べてみた。
図７を参照して説明したように、気相拡散圧力が低い方が、ボロン強度が高まる傾向を示す。そこで、ボロン強度の気相拡散圧力の下限を調べてみた。
図１０に、気相拡散温度を６００℃、気相拡散時間を１０ｍｉｎとし、気相拡散圧力を５９８．５Ｐａ、及び５９．８５Ｐａとした場合のボロン強度、及びボロン強度の面内均一性を示す。本例においても、気相拡散は、第２の実施形態にて説明した例を用いた。
図１０に示すように、気相拡散温度が６００℃の場合、気相拡散圧力を５９．８５Ｐａとしても、ボロン強度が１．９７ｋｃｐｓから１．９１ｋｃｐｓに変化するだけであり、ほとんど変わらない。また、ボロン強度の面内均一性も±２．８％から±２．７％に変化するだけであり、これもまたほとんど変わらない。これらの知見から、気相拡散圧力は５９．８５Ｐａ以上で行うことが可能である。
（基板処理装置）
次に、この発明の実施形態に係る不純物拡散方法を実施することが可能な基板処理装置の一例を説明する。
次に、この発明の実施形態に係る不純物拡散方法を実施することが可能な基板処理装置の一例を説明する。
図１１は、この発明の実施形態に係る不純物拡散方法を実施することが可能な基板処理装置の一例を概略的に示す断面図である。
図１１に示すように、基板処理装置１００は、下端が開口された有天井の円筒体状の処理室１０１を有している。処理室１０１の全体は、例えば、石英により形成されている。処理室１０１内の天井には、石英製の天井板１０２が設けられている。処理室１０１の下端開口部には、例えば、ステンレススチールにより円筒体状に成形されたマニホールド１０３がＯリング等のシール部材１０４を介して連結されている。
マニホールド１０３は処理室１０１の下端を支持している。マニホールド１０３の下方からは、被処理体として複数枚、例えば、５０〜１００枚の半導体基板、本例では、シリコン基板１を多段に載置可能な石英製のウエハボート１０５が処理室１０１内に挿入可能となっている。これにより、処理室１０１内にシリコン基板１が収容される。ウエハボート１０５は複数本の支柱１０６を有し、支柱１０６に形成された溝により複数枚のシリコン基板１が支持されるようになっている。
ウエハボート１０５は、石英製の保温筒１０７を介してテーブル１０８上に載置されている。テーブル１０８は、マニホールド１０３の下端開口部を開閉する、例えば、ステンレススチール製の蓋部１０９を貫通する回転軸１１０上に支持される。回転軸１１０の貫通部には、例えば、磁性流体シール１１１が設けられ、回転軸１１０を気密にシールしつつ回転可能に支持している。蓋部１０９の周辺部とマニホールド１０３の下端部との間には、例えば、Ｏリングよりなるシール部材１１２が介設されている。これにより処理室１０１内のシール性が保持されている。回転軸１１０は、例えば、ボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）に支持されたアーム１１３の先端に取り付けられている。これにより、ウエハボート１０５および蓋部１０９等は、一体的に昇降されて処理室１０１内に対して挿脱される。
基板処理装置１００は、処理室１０１内に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構１１４、及び処理室１０１内に、不活性ガスを供給する不活性ガス供給機構１１５を有している。本例の処理ガス供給機構１１４は、不純物含有ガス供給源１１７ａ、不純物拡散促進ガス供給源１１７ｂ、酸化剤含有ガス供給源１１７ｃを含んでいる。不活性ガス供給機構１１５は、不活性ガス供給源１２０を含んでいる。
不純物含有ガスの一例は三塩化ホウ素ガス、不純物拡散促進ガスの一例は水素ガス、酸化剤含有ガスの一例は一酸化二窒素ガス、不活性ガスの一例は窒素ガスである。
不純物含有ガス供給源１１７ａは、流量制御器１２１ａ及び開閉弁１２２ａを介して、分散ノズル１２３ａに接続されている。同様に、不純物拡散促進ガス供給源１１７ｂ、酸化剤含有ガス供給源１１７ｃは、流量制御器１２１ｂ、１２１ｃ及び開閉弁１２２ｂ、１２２ｃを介して、分散ノズル１２３ｂ、１２３ｃにそれぞれ接続されている。
分散ノズル１２３ａ〜１２３ｃは石英管よりなり、マニホールド１０３の側壁を内側へ貫通して上方向へ屈曲されて垂直に延びる。分散ノズル１２３ａ〜１２３ｃの垂直部分には、複数のガス吐出孔１２４が所定の間隔を隔てて形成されている。これにより、各ガスは、ガス吐出孔１２４から水平方向に処理室１０１内に向けて略均一に吐出される。
不活性ガス供給源１２０は、流量制御器１２１ｄ及び開閉弁１２２ｄを介して、ノズル１２８に接続されている。ノズル１２８は、マニホールド１０３の側壁を貫通し、その先端から不活性ガスを、水平方向に処理室１０１内に向けて吐出させる。
処理室１０１内の、分散ノズル１２３ａ〜１２３ｃと反対側の部分には、処理室１０１内を排気するための排気口１２９が設けられている。排気口１２９は処理室１０１の側壁を上下方向へ削りとることによって細長く形成されている。処理室１０１の排気口１２９に対応する部分には、排気口１２９を覆うように断面がコの字状に成形された排気口カバー部材１３０が溶接により取り付けられている。排気口カバー部材１３０は、処理室１０１の側壁に沿って上方に延びており、処理室１０１の上方にガス出口１３１を規定している。ガス出口１３１には、真空ポンプ等を含む排気機構１３２が接続される。排気機構１３２は、処理室１０１内を排気することで処理に使用した処理ガスの排気、及び処理室１０１内の圧力を処理に応じた処理圧力とする。
処理室１０１の外周には筒体状の加熱装置１３３が設けられている。加熱装置１３３は、処理室１０１内に供給されたガスを活性化するとともに、処理室１０１内に収容された被処理体、本例ではシリコン基板１を加熱する。
基板処理装置１００の各部の制御は、例えばマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるコントローラ１５０により行われる。コントローラ１５０には、オペレータが基板処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うタッチパネルや、基板処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース１５１が接続されている。
コントローラ１５０には記憶部１５２が接続されている。記憶部１５２は、基板処理装置１００で実行される各種処理をコントローラ１５０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて基板処理装置１００の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納される。レシピは、例えば、記憶部１５２の中の記憶媒体に記憶される。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤ-ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。レシピは、必要に応じて、ユーザーインターフェース１５１からの指示等にて記憶部１５２から読み出され、読み出されたレシピに従った処理をコントローラ１５０が実行することで、基板処理装置１００は、コントローラ１５０の制御のもと、所望の処理が実施される。
本例では、コントローラ１５０の制御のもと、例えば、上記第１〜第３の実施形態に係る不純物拡散方法にしたがった処理が順次実施される。
上記第１〜第３の実施形態に係る不純物拡散方法は、図１１に示すような基板処理装置１００を用いることによって実施することができる。
また、基板処理装置としては図１１に示すようなバッチ式に限らず、枚葉式の基板処理装置であっても良い。また、酸化剤含有ガス供給源１１７ｃは、必要に応じて設けられれば良い。
（半導体装置の製造方法）
図１２Ａ〜図１２Ｊはそれぞれ半導体装置の製造工程中の斜視図である。図１２Ａ〜図１２Ｊには半導体装置の一例として不揮発性半導体記憶装置が示されており、浮遊ゲート電極及び制御ゲート電極の典型的な製造工程が示されている。
図１２Ａ〜図１２Ｊはそれぞれ半導体装置の製造工程中の斜視図である。図１２Ａ〜図１２Ｊには半導体装置の一例として不揮発性半導体記憶装置が示されており、浮遊ゲート電極及び制御ゲート電極の典型的な製造工程が示されている。
まず、図１２Ａに示すように、シリコン基板１の表面を酸化し、トンネル酸化膜２０２を形成する。次いで、トンネル酸化膜２０２上に、浮遊ゲート電極となる導電物、例えば、ボロン含有シリコンを堆積し、第１のボロン含有ポリシリコン膜２０３を形成する。次いで、第１のボロン含有ポリシリコン膜２０３上に、ハードマスクとなる物質、例えば、窒化シリコンを堆積し、窒化シリコン膜２０４を形成する。次いで、窒化シリコン膜２０４上に、ホトレジストを塗布し、ホトレジスト膜２０５を形成する。次いで、ホトリソグラフィ法を用いて、ホトレジスト膜２０５を、素子領域のパターンに対応したパターンにパターニングする。
次に、図１２Ｂに示すように、ホトレジスト膜２０５をエッチングのマスクに用いて、窒化シリコン膜２０４、第１のボロン含有ポリシリコン膜２０３、トンネル酸化膜２０２、およびシリコン基板１をエッチングし、シリコン基板１にシャロートレンチ２０６を形成する。これにより、第１のボロン含有ポリシリコン膜２０３およびトンネル酸化膜２０２はカラム方向に沿って分離される。なお、このエッチングの際、ホトレジスト膜２０５が無くなった後は、窒化シリコン膜２０４がエッチングのマスクとなる。エッチングが終了したら、図１２Ｃに示すように、窒化シリコン膜２０４を除去する。
図１３Ａ〜図１３Ｃは、第１のボロン含有ポリシリコン膜２０３がエッチングされていく様子を示す斜視図である。
図１３Ａ〜図１３Ｃに示すように、シャロートレンチを形成するエッチングの際、第１のボロン含有ポリシリコン膜２０３は、カラム方向に沿ってエッチングされていく。このエッチングの際、第１のボロン含有ポリシリコン膜２０３のエッチング加工面に対してエッチャントが衝突したり、接触したりしながら、エッチングが進む。このため、図１３Ｂ及び図１３Ｃに示すように、第１のボロン含有ポリシリコン膜２０３のエッチング加工面には、不純物、本例ではボロンが逸失された不純物逸失層２０７が生ずる。そこで、図１２Ｄに示すように、エッチング加工面に対してボロンを気相拡散させ、不純物逸失層２０７に対し、ボロンを気相拡散させる。このボロンの気相拡散の際に、上述したこの発明の実施形態に係る不純物拡散方法を適用する。これにより、逸失したボロンを、短時間で、高濃度に補償することができる。
次に、図１２Ｅに示すように、シリコン基板１および第１のボロン含有ポリシリコン膜２０３上に、絶縁物、例えば、酸化シリコンを堆積し、酸化シリコン膜２０８を形成する。これにより、シャロートレンチ２０６は、酸化シリコン膜２０８にて埋め込まれる。
次に、図１２Ｆに示すように、酸化シリコン膜２０８を研磨し、酸化シリコン膜２０８の表面を後退させる。
次に、図１２Ｇに示すように、酸化シリコン膜２０８を、さらにエッチバックし、第１のボロン含有ポリシリコン膜２０３の側面を、酸化シリコン膜２０８から露出させる。
次に、図１２Ｈに示すように、第１のボロン含有ポリシリコン膜２０３および酸化シリコン膜２０８上に、浮遊ゲート電極と制御ゲート電極とを容量結合させるゲート間絶縁膜２０９を形成する。次いで、ゲート間絶縁膜２０９上に、制御ゲート電極となる導電物、例えば、ボロン含有シリコンを堆積し、第２のボロン含有ポリシリコン膜２１０を形成する。次いで、第２のボロン含有ポリシリコン膜２１０上に、ホトレジストを塗布し、ホトレジスト膜２１１を形成する。次いで、ホトリソグラフィ法を用いて、ホトレジスト膜２１１を、制御ゲート電極のパターンに対応したパターンにパターニングする。
次に、図１２Ｉに示すように、ホトレジスト膜２１１をエッチングのマスクに用いて、第２のボロン含有ポリシリコン膜２１０、ゲート間絶縁膜２０９、第１のボロン含有ポリシリコン膜２０３、およびトンネル酸化膜２０２をエッチングする。これにより、第２のボロン含有ポリシリコン膜２１０、ゲート間絶縁膜２０９、第１のボロン含有ポリシリコン膜２０３およびトンネル酸化膜２０２はカラム方向に対して交差、例えば、直交するロウ方向に沿って分離される。
次に、図１２Ｉに示すように、ホトレジスト膜２１１を除去する。
図１４Ａ〜図１４Ｃは、第１のボロン含有ポリシリコン膜２０３がエッチングされていく様子を示す斜視図である。
図１４Ａ〜図１４Ｃに示すように、第１のボロン含有ポリシリコン膜２０３を、第２のボロン含有ポリシリコン膜２１０と自己整合的にエッチングする際、第１のボロン含有ポリシリコン膜２０３は、ロウ方向に沿ってエッチングされていく。この際にも、第１のボロン含有ポリシリコン膜２０３のエッチング加工面には、不純物、本例ではボロンが逸失された不純物逸失層２１２が生ずる。そこで、図１２Ｊに示すように、エッチング加工面に対してボロンを気相拡散させ、不純物逸失層２１２に対し、ボロンを気相拡散させる。このボロンの気相拡散の際に、上述したこの発明の実施形態に係る不純物拡散方法を適用する。これにより、逸失したボロンを、短時間で、高濃度に補償することができる。
また、制御ゲート電極となる導電膜として、本例のように第２のボロン含有ポリシリコン膜２１０を用いた場合には、第２のボロン含有ポリシリコン膜２１０のエッチング加工面に対しても、ボロンが気相拡散される。これにより、第２のボロン含有ポリシリコン膜２１０に対しても、逸失したボロンを、短時間で、高濃度に補償することができる。
このように、この発明の実施形態に係る不純物拡散方法は、シリコン基板１上に、導電膜を形成し、この導電膜をエッチングした後、この導電膜のエッチング加工面に対して、不純物を気相拡散させる半導体装置の製造方法において、上記気相拡散工程に適用することができる。
また、図１２Ｄに示した気相拡散工程は、図１５に示すように、シャロートレンチ２０６を、酸化シリコン膜２０８で埋め込み、第１のボロン含有ポリシリコン膜２０３の側面を、酸化シリコン膜２０８から露出させた後に行うことも可能である。
また、気相拡散工程には、上記第１〜第３の実施形態の他、後述する第４〜第６の実施形態を適用することができる。
（第４の実施形態）
図１６はこの発明の第４の実施形態に係る不純物拡散方法の一例を示すタイミングチャートである。
図１６はこの発明の第４の実施形態に係る不純物拡散方法の一例を示すタイミングチャートである。
図１６に示すように、第４の実施形態が、図１等に示した第１の実施形態と異なるところは、ステップ３における昇温工程において、不純物拡散促進ガス、例えば、水素ガスを処理室内に供給しないことである。
昇温工程（ステップ３）における不活性ガス、及び不純物含有ガスの供給量の一例は、以下の通りである。
不活性ガス（Ｎ２） ： ５００ｓｃｃｍ
不純物含有ガス（ＢＣｌ３(1%)）： １００ｓｃｃｍ
また、気相拡散工程（ステップ４）における不活性ガス、不純物含有ガス、及び不純物拡散促進ガスの供給量の一例は、以下の通りである。
不純物含有ガス（ＢＣｌ３(1%)）： １００ｓｃｃｍ
また、気相拡散工程（ステップ４）における不活性ガス、不純物含有ガス、及び不純物拡散促進ガスの供給量の一例は、以下の通りである。
不活性ガス（Ｎ２） ： ５００ｓｃｃｍ
不純物含有ガス（ＢＣｌ３(1%)）： １００ｓｃｃｍ
不純物拡散促進ガス（Ｈ２） ： １００ｓｃｃｍ
第４の実施形態のように、不純物拡散促進ガスは、ステップ４に示す気相拡散工程においてのみ、供給するようにしても良い。このようにしても、処理室内には不純物拡散促進ガス、例えば、水素ガスが供給されているので、不純物拡散促進ガスを供給しない場合に比較して、不純物、例えば、ボロンを、ポリシリコン膜３内に、単位時間あたりより高濃度に拡散させることができる。
不純物含有ガス（ＢＣｌ３(1%)）： １００ｓｃｃｍ
不純物拡散促進ガス（Ｈ２） ： １００ｓｃｃｍ
第４の実施形態のように、不純物拡散促進ガスは、ステップ４に示す気相拡散工程においてのみ、供給するようにしても良い。このようにしても、処理室内には不純物拡散促進ガス、例えば、水素ガスが供給されているので、不純物拡散促進ガスを供給しない場合に比較して、不純物、例えば、ボロンを、ポリシリコン膜３内に、単位時間あたりより高濃度に拡散させることができる。
（第５の実施形態）
図１７はこの発明の第５の実施形態に係る不純物拡散方法の一例を示すタイミングチャートである。
図１７はこの発明の第５の実施形態に係る不純物拡散方法の一例を示すタイミングチャートである。
図１７に示すように、第５の実施形態が、図１等に示した第１の実施形態と異なるところは、ステップ４における気相拡散工程において、不純物拡散促進ガス、例えば、水素ガスを処理室内に供給しないことである。
昇温工程（ステップ３）における不活性ガス、不純物含有ガス、及び不純物拡散促進ガスの供給量の一例は、以下の通りである。
不活性ガス（Ｎ２） ： ５００ｓｃｃｍ
不純物含有ガス（ＢＣｌ３(1%)）： １００ｓｃｃｍ
不純物拡散促進ガス（Ｈ２） ： １００ｓｃｃｍ
また、気相拡散工程（ステップ４）における不活性ガス、及び不純物含有ガスの供給量の一例は、以下の通りである。
不純物含有ガス（ＢＣｌ３(1%)）： １００ｓｃｃｍ
不純物拡散促進ガス（Ｈ２） ： １００ｓｃｃｍ
また、気相拡散工程（ステップ４）における不活性ガス、及び不純物含有ガスの供給量の一例は、以下の通りである。
不活性ガス（Ｎ２） ： ５００ｓｃｃｍ
不純物含有ガス（ＢＣｌ３(1%)）： １００ｓｃｃｍ
第５の実施形態のように、不純物拡散促進ガスは、ステップ３に示す昇温工程においてのみ、供給するようにしても良い。この場合、不純物拡散促進ガスは、第３の実施形態と同様に、還元性ガスであることが望ましい。
不純物含有ガス（ＢＣｌ３(1%)）： １００ｓｃｃｍ
第５の実施形態のように、不純物拡散促進ガスは、ステップ３に示す昇温工程においてのみ、供給するようにしても良い。この場合、不純物拡散促進ガスは、第３の実施形態と同様に、還元性ガスであることが望ましい。
（第６の実施形態）
図１８はこの発明の第６の実施形態に係る不純物拡散方法の一例を示すタイミングチャートである。
図１８はこの発明の第６の実施形態に係る不純物拡散方法の一例を示すタイミングチャートである。
図１８に示すように、第６の実施形態が、図１等に示した第１の実施形態と異なるところは、不純物含有ガス、及び不純物拡散促進ガスを、ステップ４における気相拡散工程においてのみ、処理室内に供給するようにしたことである。
昇温工程（ステップ３）における不活性ガスの供給量の一例は、以下の通りである。
不活性ガス（Ｎ２） ： ５００ｓｃｃｍ
また、気相拡散工程（ステップ４）における不活性ガス、不純物含有ガス、及び不純物拡散促進ガスの供給量の一例は、以下の通りである。
また、気相拡散工程（ステップ４）における不活性ガス、不純物含有ガス、及び不純物拡散促進ガスの供給量の一例は、以下の通りである。
不活性ガス（Ｎ２） ： ５００ｓｃｃｍ
不純物含有ガス（ＢＣｌ３(1%)）： １００ｓｃｃｍ
不純物拡散促進ガス（Ｈ２） ： １００ｓｃｃｍ
第６の実施形態のように、不純物含有ガス、及び不純物拡散促進ガスは、ステップ４に示す気相拡散工程においてのみ供給するようにしても良い。この場合においても、不純物拡散促進ガスを供給しない場合に比較して、不純物、例えば、ボロンを、ポリシリコン膜３内に、単位時間あたりより高濃度に拡散させることができる。
不純物含有ガス（ＢＣｌ３(1%)）： １００ｓｃｃｍ
不純物拡散促進ガス（Ｈ２） ： １００ｓｃｃｍ
第６の実施形態のように、不純物含有ガス、及び不純物拡散促進ガスは、ステップ４に示す気相拡散工程においてのみ供給するようにしても良い。この場合においても、不純物拡散促進ガスを供給しない場合に比較して、不純物、例えば、ボロンを、ポリシリコン膜３内に、単位時間あたりより高濃度に拡散させることができる。
以上、この発明をいくつかの実施形態に従って説明したが、この発明は、上記実施形態に限定されることは無く、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
例えば、上記実施形態においては、処理条件を具体的に例示したが、処理条件は、上記具体的な例示に限られるものではない。
不純物含有ガスとしては、三塩化ボロンに限られるものではなく、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）なども用いることができる。
また、酸化工程における酸化は、酸素ガスによる酸化の他、オゾンガスによるオゾン酸化、酸素ラジカルを用いたラジカル酸化のいずれでも用いることができる。同様に、窒化工程における窒化は、アンモニアガスによる窒化の他、アンモニアラジカルを用いたラジカル窒化を用いることができる。
その他、この発明はその要旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。
その他、この発明はその要旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。
１…シリコン基板、２…シリコン酸化膜、３…ボロンがドープされたポリシリコン膜、４…不純物逸失層。
Claims (20)
- 薄膜中に不純物を拡散させる不純物拡散方法であって、
（１） 処理室に、前記薄膜が形成された被処理体を搬入する工程と、
（２） 前記処理室内で、前記薄膜が形成された被処理体を気相拡散温度まで昇温する工程と、
（３） 前記処理室内に、前記不純物を含有する不純物含有ガスを不活性ガスとともに供給し、前記気相拡散温度に昇温された前記被処理体に形成された前記薄膜中に前記不純物を拡散させる工程と、を備え、
前記（３）工程において、前記処理室内に、前記不純物含有ガス及び前記不活性ガスとともに、前記薄膜への前記不純物の拡散を促進させる不純物拡散促進ガスを同時に供給し、
前記薄膜はエッチング加工されたものであり、
前記薄膜は前記不純物を含有し、前記エッチング加工の際、前記エッチング加工面から逸失した前記不純物を、少なくとも前記（３）工程において補償することを特徴とする不純物拡散方法。 - 前記不純物拡散促進ガスが、還元作用をさらに有しているとき、
前記（２）工程において、前記処理室内に、前記不純物拡散促進ガスを前記不活性ガスとともに供給し、前記被処理体に形成された前記薄膜の表面に存在する自然酸化膜を、前記被処理体を昇温しながら還元することを特徴とする請求項１に記載の不純物拡散方法。 - 前記（２）工程において、前記処理室内に、前記不純物含有ガスを前記不活性ガスとともに供給することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の不純物拡散方法。
- 前記薄膜は、シリコンを含む薄膜であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の不純物拡散方法。
- 前記不純物は、ボロンであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の不純物拡散方法。
- 前記不純物拡散促進ガスが、水素であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の不純物拡散方法。
- （４） 前記処理室内で、前記薄膜が形成された被処理体を搬出可能温度まで降温する工程、
をさらに備え、
前記（４）工程において、前記処理室内に、酸化剤含有ガスを供給し、前記不純物が拡散された前記薄膜の表面を、前記被処理体を降温しながら酸化することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の不純物拡散方法。 - 薄膜中に不純物を拡散させる不純物拡散方法であって、
（１） 処理室に、前記薄膜が形成された被処理体を搬入する工程と、
（２） 前記処理室内で、前記薄膜が形成された被処理体を気相拡散温度まで昇温する工程と、
（３） 前記処理室内に、前記不純物を含有する不純物含有ガスを不活性ガスとともに供給し、前記気相拡散温度に昇温された前記被処理体に形成された前記薄膜中に前記不純物を拡散させる工程と、を備え、
前記（２）工程において、前記処理室内に、還元作用を有する還元性ガスを前記不活性ガスとともに供給し、前記被処理体に形成された前記薄膜の表面に存在する自然酸化膜を、前記被処理体を昇温しながら還元し、
前記薄膜は、エッチング加工されたものであり、
前記薄膜は前記不純物を含有し、前記エッチング加工の際、前記エッチング加工面から逸失した前記不純物を、少なくとも前記（３）工程において補償することを特徴とする不純物拡散方法。 - 前記（２）工程において、前記処理室内に、前記不純物含有ガスをさらに供給することを特徴とする請求項８に記載の不純物拡散方法。
- 前記薄膜は、シリコンを含む薄膜であることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の不純物拡散方法。
- 前記不純物は、ボロンであることを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載の不純物拡散方法。
- 前記還元性ガスが、水素であることを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載の不純物拡散方法。
- （４） 前記処理室内で、前記薄膜が形成された被処理体を搬出可能温度まで降温する工程、
をさらに備え、
前記（４）工程において、前記処理室内に、酸化剤含有ガスを供給し、前記不純物が拡散された前記薄膜の表面を、前記被処理体を降温しながら酸化することを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれか一項に記載の不純物拡散方法。 - 薄膜中に不純物を拡散させる拡散処理に使用可能な基板処理装置であって、
被処理体が搬入される処理室と、
前記処理室内で前記被処理体を加熱し、前記被処理体を昇温させる加熱機構と、
前記処理室内に、不純物を含有する不純物含有ガスと、不活性ガスと、不純物拡散促進ガス又は還元性ガスとを供給するガス供給機構と、
前記加熱機構、及び前記ガス供給機構を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、請求項１から請求項６、並びに請求項８から請求項１２のいずれか一項に記載の不純物拡散方法が実行されるように、前記加熱機構、及び前記ガス供給機構を制御することを特徴とする基板処理装置。 - 前記ガス供給機構は、前記処理室内に酸化剤含有ガスをさらに供給し、
前記制御装置は、請求項７又は請求項１３に記載の不純物拡散方法が実行されるように、前記加熱機構、及び前記ガス供給機構を制御することを特徴とする請求項１４に記載の基板処理装置。 - （ａ） 半導体基板上に、導電膜を形成する工程と、
（ｂ） 前記導電膜をエッチングする工程と、
（ｃ） 前記導電膜のエッチング加工面に対して、不純物を気相拡散させる工程と、を備え、
前記（ｃ）工程として、
（１） 処理室に、前記薄膜が形成された被処理体を搬入する工程と、
（２） 前記処理室内で、前記薄膜が形成された被処理体を気相拡散温度まで昇温する工程と、
（３） 前記処理室内に、前記不純物を含有する不純物含有ガスを不活性ガスとともに供給し、前記気相拡散温度に昇温された前記被処理体に形成された前記薄膜中に前記不純物を拡散させる工程と、を備え、
前記（３）工程において、前記処理室内に、前記不純物含有ガス及び前記不活性ガスとともに、前記薄膜への前記不純物の拡散を促進させる不純物拡散促進ガスを同時に供給する不純物拡散方法を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - （ａ） 半導体基板上に、導電膜を形成する工程と、
（ｂ） 前記導電膜をエッチングする工程と、
（ｃ） 前記導電膜のエッチング加工面に対して、不純物を気相拡散させる工程と、を備え、
前記（ｃ）工程として、
（１） 処理室に、前記薄膜が形成された被処理体を搬入する工程と、
（２） 前記処理室内で、前記薄膜が形成された被処理体を気相拡散温度まで昇温する工程と、
（３） 前記処理室内に、前記不純物を含有する不純物含有ガスを不活性ガスとともに供給し、前記気相拡散温度に昇温された前記被処理体に形成された前記薄膜中に前記不純物を拡散させる工程と、を備え、
前記（２）工程において、前記処理室内に、還元作用を有する還元性ガスを前記不活性ガスとともに供給し、前記被処理体に形成された前記薄膜の表面に存在する自然酸化膜を、前記被処理体を昇温しながら還元する不純物拡散方法を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - （ａ） 半導体基板上に、トンネル絶縁膜と、浮遊ゲート電極を構成する第１の導電膜とを順次形成する工程と、
（ｂ） 前記第１の導電膜、前記トンネル絶縁膜、及び前記半導体基板をエッチングし、前記半導体基板にシャロートレンチを形成するとともに、前記第１の導電膜及び前記トンネル絶縁膜を第１の方向に沿って分離する工程と、
（ｃ） 前記第１の方向に沿って生じた前記第１の導電膜のエッチング加工面に対して、不純物を気相拡散させる工程と、
（ｄ） 前記シャロートレンチの内部を素子分離絶縁物で埋め込む工程と、
（ｅ） 前記第１の導電膜および前記素子分離絶縁物上に、ゲート間絶縁膜となる絶縁膜と、制御ゲート電極を構成する第２の導電膜とを順次形成する工程と、
（ｆ） 前記第２の導電膜、前記絶縁膜、前記第１の導電膜、及び前記トンネル絶縁膜をエッチングし、前記第２の導電膜、前記絶縁膜、前記第１の導電膜、及び前記トンネル絶縁膜を前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って分離する工程と、
（ｇ） 前記第２の方向に沿って生じた前記第１の導電膜のエッチング加工面に対して、不純物を気相拡散させる工程と、を備え、
前記（ｃ）工程及び前記（ｇ）工程の少なくともいずれか一方の工程として、
（１） 処理室に、前記薄膜が形成された被処理体を搬入する工程と、
（２） 前記処理室内で、前記薄膜が形成された被処理体を気相拡散温度まで昇温する工程と、
（３） 前記処理室内に、前記不純物を含有する不純物含有ガスを不活性ガスとともに供給し、前記気相拡散温度に昇温された前記被処理体に形成された前記薄膜中に前記不純物を拡散させる工程と、を備え、
前記（３）工程において、前記処理室内に、前記不純物含有ガス及び前記不活性ガスとともに、前記薄膜への前記不純物の拡散を促進させる不純物拡散促進ガスを同時に供給する不純物拡散方法を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - （ａ） 半導体基板上に、トンネル絶縁膜と、浮遊ゲート電極を構成する第１の導電膜とを順次形成する工程と、
（ｂ） 前記第１の導電膜、前記トンネル絶縁膜、及び前記半導体基板をエッチングし、前記半導体基板にシャロートレンチを形成するとともに、前記第１の導電膜及び前記トンネル絶縁膜を第１の方向に沿って分離する工程と、
（ｃ） 前記第１の方向に沿って生じた前記第１の導電膜のエッチング加工面に対して、不純物を気相拡散させる工程と、
（ｄ） 前記シャロートレンチの内部を素子分離絶縁物で埋め込む工程と、
（ｅ） 前記第１の導電膜および前記素子分離絶縁物上に、ゲート間絶縁膜となる絶縁膜と、制御ゲート電極を構成する第２の導電膜とを順次形成する工程と、
（ｆ） 前記第２の導電膜、前記絶縁膜、前記第１の導電膜、及び前記トンネル絶縁膜をエッチングし、前記第２の導電膜、前記絶縁膜、前記第１の導電膜、及び前記トンネル絶縁膜を前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って分離する工程と、
（ｇ） 前記第２の方向に沿って生じた前記第１の導電膜のエッチング加工面に対して、不純物を気相拡散させる工程と、を備え、
前記（ｃ）工程及び前記（ｇ）工程の少なくともいずれか一方の工程として、
（１） 処理室に、前記薄膜が形成された被処理体を搬入する工程と、
（２） 前記処理室内で、前記薄膜が形成された被処理体を気相拡散温度まで昇温する工程と、
（３） 前記処理室内に、前記不純物を含有する不純物含有ガスを不活性ガスとともに供給し、前記気相拡散温度に昇温された前記被処理体に形成された前記薄膜中に前記不純物を拡散させる工程と、を備え、
前記（２）工程において、前記処理室内に、還元作用を有する還元性ガスを前記不活性ガスとともに供給し、前記被処理体に形成された前記薄膜の表面に存在する自然酸化膜を、前記被処理体を昇温しながら還元する不純物拡散方法を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記（ｃ）工程は、前記（ｄ）工程の後に行うことを特徴とする請求項１９に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012103767A JP6076615B2 (ja) | 2012-04-27 | 2012-04-27 | 不純物拡散方法、基板処理装置及び半導体装置の製造方法 |
| KR1020130044525A KR101655929B1 (ko) | 2012-04-27 | 2013-04-23 | 불순물 확산 방법, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 |
| US13/871,297 US8906792B2 (en) | 2012-04-27 | 2013-04-26 | Impurity diffusion method, substrate processing apparatus, and method of manufacturing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012103767A JP6076615B2 (ja) | 2012-04-27 | 2012-04-27 | 不純物拡散方法、基板処理装置及び半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013232529A JP2013232529A (ja) | 2013-11-14 |
| JP6076615B2 true JP6076615B2 (ja) | 2017-02-08 |
Family
ID=49477674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012103767A Active JP6076615B2 (ja) | 2012-04-27 | 2012-04-27 | 不純物拡散方法、基板処理装置及び半導体装置の製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8906792B2 (ja) |
| JP (1) | JP6076615B2 (ja) |
| KR (1) | KR101655929B1 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102015226516B4 (de) | 2015-12-22 | 2018-02-22 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein | Verfahren zur Dotierung von Halbleitersubstraten mittels eines Co-Diffusionsprozesses |
| JP6768481B2 (ja) * | 2016-12-12 | 2020-10-14 | 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス | ドーパント導入方法および熱処理方法 |
| DE112020006460T5 (de) * | 2020-01-08 | 2022-10-27 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Festkörper-bildgebungsvorrichtung, bildgebungsvorrichtung und bildgebungssystem |
| WO2021257317A1 (en) * | 2020-06-17 | 2021-12-23 | Applied Materials, Inc. | Gate interface engineering with doped layer |
Family Cites Families (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56112722A (en) * | 1980-02-08 | 1981-09-05 | Nec Kyushu Ltd | Manufacture of semiconductor device |
| JPH07120635B2 (ja) | 1986-12-26 | 1995-12-20 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
| JP2809393B2 (ja) | 1987-03-16 | 1998-10-08 | 日本電信電話株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JP3079575B2 (ja) * | 1990-12-20 | 2000-08-21 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置の製造方法 |
| JP2583681B2 (ja) | 1991-03-20 | 1997-02-19 | 信越半導体株式会社 | 半導体ウェーハへの硼素拡散方法 |
| US5256162A (en) * | 1991-05-01 | 1993-10-26 | Hewlett Packard Company | Apparatus for forming shallow electrical junctions |
| JPH05152235A (ja) | 1991-11-28 | 1993-06-18 | Fujitsu Ltd | 半導体基板の製造方法 |
| JPH1022396A (ja) | 1996-07-01 | 1998-01-23 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
| US6133119A (en) * | 1996-07-08 | 2000-10-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Photoelectric conversion device and method manufacturing same |
| JP2000195812A (ja) * | 1998-12-24 | 2000-07-14 | Sony Corp | 気相ドーピング装置および気相ドーピング方法 |
| JP2004319722A (ja) * | 2003-04-16 | 2004-11-11 | Hitachi Ltd | 半導体集積回路装置およびその製造方法 |
| CN100459174C (zh) * | 2004-01-13 | 2009-02-04 | 松下电器产业株式会社 | 太阳电池及其制造方法 |
| JP4599915B2 (ja) | 2004-07-08 | 2010-12-15 | 株式会社デンソー | 半導体装置の製造方法 |
| JP2006310368A (ja) * | 2005-04-26 | 2006-11-09 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 太陽電池の製造方法及び太陽電池 |
| JP2008053605A (ja) | 2006-08-28 | 2008-03-06 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 半導体装置の製造方法及び層生成制御方法 |
| US8282733B2 (en) * | 2007-04-02 | 2012-10-09 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Manufacturing method of semiconductor apparatus |
| JP5289805B2 (ja) * | 2007-05-10 | 2013-09-11 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置製造用基板の作製方法 |
| TWI531672B (zh) * | 2008-12-12 | 2016-05-01 | Tokyo Electron Ltd | Film forming method and film forming device |
| JP5564311B2 (ja) * | 2009-05-19 | 2014-07-30 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法、基板処理装置及び基板の製造方法 |
| JP5558869B2 (ja) * | 2010-03-11 | 2014-07-23 | オムロン株式会社 | Ｍｅｍｓ |
| JP6143423B2 (ja) * | 2012-04-16 | 2017-06-07 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の製造方法 |
-
2012
- 2012-04-27 JP JP2012103767A patent/JP6076615B2/ja active Active
-
2013
- 2013-04-23 KR KR1020130044525A patent/KR101655929B1/ko active IP Right Grant
- 2013-04-26 US US13/871,297 patent/US8906792B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20130288470A1 (en) | 2013-10-31 |
| KR20130121728A (ko) | 2013-11-06 |
| JP2013232529A (ja) | 2013-11-14 |
| KR101655929B1 (ko) | 2016-09-08 |
| US8906792B2 (en) | 2014-12-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5689398B2 (ja) | 窒化シリコン膜の成膜方法及び成膜装置 | |
| JP6267080B2 (ja) | シリコン窒化物膜の成膜方法および成膜装置 | |
| KR101165970B1 (ko) | 기판의 에칭 방법 및 시스템 | |
| JP5806612B2 (ja) | シリコン酸炭窒化膜の形成方法 | |
| JP6082712B2 (ja) | シリコン膜の成膜方法および薄膜の成膜方法 | |
| CN103069552B (zh) | 包括具有在其侧壁上增强的氮浓度的SiON栅电介质的MOS晶体管 | |
| TWI648791B (zh) | Etching method | |
| US9797067B2 (en) | Selective epitaxial growth method and film forming apparatus | |
| JP2012138500A (ja) | タングステン膜又は酸化タングステン膜上への酸化シリコン膜の成膜方法及び成膜装置 | |
| TW201025446A (en) | Selective etching of silicon nitride | |
| JP5758829B2 (ja) | ボロン含有シリコン酸炭窒化膜の形成方法およびシリコン酸炭窒化膜の形成方法 | |
| CN103828029B (zh) | 堆积物去除方法 | |
| KR101678266B1 (ko) | 반도체 장치의 제조 방법 및 제조 장치 | |
| JP2015115435A (ja) | アモルファスシリコンの結晶化方法、結晶化シリコン膜の成膜方法、半導体装置の製造方法および成膜装置 | |
| JP6076615B2 (ja) | 不純物拡散方法、基板処理装置及び半導体装置の製造方法 | |
| JP5588856B2 (ja) | カーボン膜上への酸化物膜の成膜方法及び成膜装置 | |
| KR20230006004A (ko) | 하드 마스크 선택도 (selectivity) 개선을 위한 불활성 가스 주입 | |
| US20110281443A1 (en) | Film formation method and film formation apparatus | |
| JP6322305B2 (ja) | 薄膜の成膜方法 | |
| JP6175541B2 (ja) | シード層の形成方法、シリコン膜の成膜方法および成膜装置 | |
| JP6247181B2 (ja) | シリコン又はゲルマニウム又はシリコンゲルマニウム膜の成膜方法および成膜装置 | |
| JP6345136B2 (ja) | 炭素含有シリコン窒化物膜の成膜方法および成膜装置 | |
| JP2016153518A (ja) | カーボン膜の成膜方法および成膜装置 | |
| JP2014045168A (ja) | 不純物拡散方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140925 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20151127 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160105 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160301 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160920 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161117 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170104 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170111 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6076615 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |