JPH0214516A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は半導体装置の製造方法に関し、特に大規模集
積回路装置等において高速化が要求される半導体装置の
Ｐ型半導体領域を形成する方法に関するものである。

［従来の技術］ 半導体装置、特にＬＳＩ（大規模集積回路装置）等にお
いては、高速化、高集積化が進行している。

高速化に関しては、素子の微細化とともに各半導体領域
の接合を浅くする方向で進められている。

たとえば、シリコン系の半導体基板を用いた半導体装置
においては、Ｐ型の不純物としては実質的にはホウ素（
Ｂ）以外のものが用いられることはない。ホウ素は軽元
素であるため、半導体基板へのイオン注入時における注
入飛程Ｒｐが大きい、あるいはその拡散係数が大きい等
の性質によって半導体基板内に浅いＰ型の接合領域を形
成することは困難である。

第３Ａ図〜第３Ｃ図および第４Ａ図、第４Ｂ図は、従来
の半導体装置におけるＰ型半導体領域を形成する方法を
工程順に示した断面図である。

第３Ａ図〜第３Ｃ図は従来のＰ型半導体領域の形成方法
の１つの例を示す断面図である。まず、第３Ａ図を参照
して、Ｎ型シリコン基板１上にシリコン酸化膜などの絶
縁膜２が形成され、フォトリソグラフィ技術により、絶
縁膜２を選択的に除去することによって拡散孔３が形成
される。次に第３Ｂ図を参照して、このＮ型シリコン基
板１の表面上からイオン注入法を用いてホウ素（Ｂ）が
注入される。さらに、第３Ｃ図を参照して、熱処理が施
され、拡散孔３によって露出させられたＮ型シリコン基
板１の上部にはＰ型不純物拡散領域５が形成される。

また、第４Ａ図、第４Ｂ図は従来のＰ型半導体領域の形
成方法のもう１つの例を示す断面図である。上記の例の
第３Ａ図に示される工程は同一であるので、この従来例
はその次の工程から示されている。第４Ａ図を参照して
、拡散孔３が、フォトリソグラフィ技術によって絶縁膜
２を選択的に除去することにより形成された後、拡散孔
３によって露出させられたＮ型シリコン基板１および絶
縁膜２の上に多結晶シリコン層４が堆積させられる。そ
の後、この多結晶シリコン層４にホウ素がイオン注入さ
れる。この場合、注入エネルギを適当に選択することに
より、ホウ素を多結晶シリコン層４の内部だけに留めて
おくことが可能である。

次に、第４Ｂ図を参照して、熱処理が施され、多結晶シ
リコン層４の下で、かつ拡散孔３が形成されたＮ型シリ
コン基板１の上部にＰ型不純物拡散領域５が形成される
。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のように従来のＰ型半導体領域の形成方法によれば
、たとえば、前者の従来例においては、イオン注入時に
、いわゆるチャンネリング現象により、注入エネルギを
低くシ、注入飛程Ｒｐを小さく設定したとしても、ホウ
素は半導体基板内に深く注入されてしまう。また、イオ
ン注入時の損傷が半導体基板に残るため、ある程度以上
の高温熱処理を行なわない限り、その損傷が回復されな
い。しかし、高温熱処理を行なうと、拡散係数の大きな
ホウ素は半導体基板内に深く拡散してしまい、接合領域
が半導体基板の表面から深い部分で形成されてしまうこ
とになる。

また、後者の従来例では、前者の従来例での欠点、すな
わち、チャンネリング現象や注入による半導体基板の損
傷に関しては、注入されたホウ素が多結晶シリコン層の
内部に留まるため、これらの問題は発生しない。しかし
、ホウ素の拡散係数は大きいため、浅い接合領域を形成
するためには低温かつ短時間の熱処理が必要である。低
温で短時間の熱処理を施すと、不純物の活性化が十分に
行なわれず、拡散層の層抵抗が十分に低くならないなど
の欠点があった。そのため、高温熱処理が施されるが、
注入された不純物はこの熱処理によって半導体基板内に
深く拡散されてしまう。たとえば、第５図は、後者の従
来例で示された多結晶シリコン層中にホウ素のみが存在
する場合の不純物濃度分布を表面からの深さ方向に関し
て示した図である。実線は注入直後、１点鎖線は所定の
熱処理が行なわれた後の不純物濃度分布を示す。これに
よれば、注入直後においては不純物としてのホウ素が多
結晶シリコン層中に留まっているが、熱処理後において
は半導体基板としての単結晶シリコン中にホウ素が深く
拡散される様子が理解される。

そこで、この発明は上記のような問題点を解消するため
になされたもので、Ｐ型不純物を拡散するために高温か
つ長時間の熱処理が施されても、半導体基板の浅い領域
に接合領域を形成することが可能な半導体装置の製造方
法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に従った半導体装置の製造方法は以下の工程を
備える。

（ａ）　　主表面を有し、ある導電型の予め定める不純
物濃度を有する半導体基板を準備する工程。

（ｂ）　　上記半導体基板の主表面の上に絶縁膜を形成
する工程。

（ｅ）　　上記絶縁膜を選択的に除去し、半導体基板の
主表面を露出させる工程。

（ｄ）　　露出させられた半導体基板の主表面および絶
縁膜の上に多結晶シリコン膜を形成する工程。

（ｅ）　　多結晶シリコン膜にＮ型の不純物およびＰ型
の不純物を導入する工程。

（ｆ）　　多結晶シリコン膜に導入された不純物を半導
体基板にドープし、多結晶シリコン膜の下で、かつ半導
体基板内にＰ型の半導体領域を形成する工程。

［作用コ この発明においては、多結晶シリコン膜中にＮ型の不純
物とＰ型の不純物とが同時に存在させられるので、Ｎ型
の不純物の介在によってＰ型の熱拡散が著しく抑えられ
る。そのため、半導体基板内に形成されるＰ型の半導体
領域は半導体基板の表面から浅い領域において形成され
ることが可能になる。

［発明の実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
Ａ図〜第１Ｅ図はこの発明に従った半導体装置の製造方
法の一実施例を工程順に示す断面図である。

まず、第１Ａ図を参照して、Ｎ型シリコン基板１上にシ
リコン酸化膜などの絶縁膜２が形成された後、フォトリ
ソグラフィ技術により絶縁膜２を選択的に除去し、Ｎ型
シリコン基板１の表面を露出するように拡散孔３が形成
される。次に、第１Ｂ図を参照して、拡散孔３によって
露出させられたＮ型シリコン基板１の表面および絶縁膜
２の上に多結晶シリコン層４が堆積される。第１Ｃ図を
参照して、ホウ素が多結晶シリコン層４の全面上にイオ
ン注入法によって注入される。さらに、第１Ｄ図を参照
して、多結晶シリコン層４の全面上に砒素（Ａｓ）がイ
オン注入法により注入される。

このとき、注入エネルギを適当に選ぶことにより、多結
晶シリコン層４の内部のみに不純物（ホウ素および砒素
）が存在するようにイオン注入が行なわれる。そうする
ことによって、Ｎ型シリコン基板１中にイオン注入の損
傷が及ばないので、後工程において低温のドライブが行
なわれても接合リーク特性が良くなる。

その後、第１Ｅ図を参照して、熱処理が施され、多結晶
シリコン層４からホウ素および砒素がＮ型シリコン基板
１の内部に拡散させられ、Ｐ型不純物拡散領域５および
Ｎ型不純物拡散領域６が形成される。このようにして、
Ｐ型不純物拡散領域５はＮ型シリコン基板１の表面から
浅い領域に形成され得る。

第２Ａ図は、上記実施例において第１Ｃ図および第１Ｄ
図で示されるように、すなわち、多結晶シリコン中にホ
ウ素と砒素が注入された直後の状態の表面からの不純物
濃度分布を示す図である。

また、第２Ｂ図は、不純物が注入された後、所定の熱処
理が行なわれた場合の不純物濃度分布を示す図である。

これらの図によれば、多結晶シリコン中にホウ素と砒素
が存在する場合には、ホウ素が１１１独に存在する場合
に比べて、熱処理によるホウ素の拡散が抑えられ、シリ
コン基板の表面から浅い領域にホウ素の拡散領域が形成
されることが理解される。すなわち、第２Ｂ図と第５図
とを比較すると、明らかに砒素の介在によりホウ素の拡
散が抑えられていることが理解される。

なお、上記実施例ではＮ型不純物として砒素を介在させ
ているが、リン（Ｐ）、アンチモン（Ｓｂ）を介在させ
ても同様の効果を奏する。

また、多結晶シリコン層に砒素等のＮ型不純物を注入し
、まず、この拡散を行なった後、再び、多結晶シリコン
層にホウ素を注入し、ホウ素の拡散を行なっても同様の
効果を奏する。

上記実施例においてはＮ型シリコン基板にＰ型の不純物
拡散領域を形成する例について示したが、Ｐ型シリコン
基板に基板と不純物濃度の異なるＰ型不純物拡散領域を
形成する場合においても同様の効果を奏する。

この発明に従った半導体装置の製造方法は、バイポーラ
型トランジスタを含む半導体集積回路装置等、幅広い半
導体装置の分野に適用され得る。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、多結晶シリコン膜中に
Ｎ型の不純物とＰ型の不純物とを混在させることにより
、Ｐ型不純物の熱拡散が抑えられる。そのため、半導体
基板の表面から浅い領域にＰ型半導体領域か制御されて
、かつより活性化された状態で形成され得る。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図、第１Ｂ図、第１Ｃ図、第１Ｄ図、第１Ｅ図は
この発明に従った半導体装置の製造方法の一実施例を工
程順に示す断面図、第２Ａ図、第２Ｂ図はこの発明の実
施例による効果を説明するための深さ方向の不純物濃度
分布を示す図、第３Ａ図、第３Ｂ図、第３Ｃ図は従来の
半導体装置の製造方法の１つの例を工程順に示す断面図
、第４Ａ図、第４Ｂ図は従来の半導体装置の製造方法の
もう１つの例を工程順に示す断面図、第５図は従来の半
導体装置の製造方法による深さ方向の不純物濃度分布を
示す図である。 図において、１はＮ型シリコン基板、２は絶縁膜、３は
拡散孔、４は多結晶シリコン層、５はＰ型不純物拡散領
域、６はＮ型不純物拡散領域である。 なお、 各図中、 同一符号は同一または相当部分 を示す。 代 理 人 大台 増 雄 第１Ａ図 第１８図 第１Ｃ図 デ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ Ａｓ″ ↓　番　↓　↓　↓　↓　↓ 第１Ｄ図 第１Ｅ図 ６： Ｎキ下紋物襠歎」域 第２Ａ図 第２Ｂ図 衣宜エゾの二？ご 第３Ａ図 第３Ｂ図 ↓ 番 条 ÷ ↓ ↓ 番 ↓ 第３Ｃ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 主表面を有し、ある導電型の予め定める不純物濃度を有
   する半導体基板を準備する工程と、前記半導体基板の主
   表面の上に絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜を選択的に除去し、前記半導体基板の主表面
   を露出させる工程と、 前記露出させられた半導体基板の主表面および前記絶縁
   膜の上に多結晶シリコン膜を形成する工程と、 前記多結晶シリコン膜にＮ型の不純物およびＰ型の不純
   物を導入する工程と、 前記多結晶シリコン膜に導入された不純物を前記半導体
   基板にドープし、前記多結晶シリコン膜の下で、かつ前
   記半導体基板内にＰ型の半導体領域を形成する工程とを
   備えた、半導体装置の製造方法。