JPH03173420A - 半導体内壁に対する不純物の注入方法 - Google Patents
半導体内壁に対する不純物の注入方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
内壁に対して不純物を一様且つ連続的に注入する方法に
関する。
半導体基板の表面にトレンチを設け、このトレンチに対
して半導体抵抗素子や半導体容量素子を形成する技術が
知られている。あるいはこのトレンチを利用して素子分
離領域を形成する方法が知られている。これらの素子あ
るいは分離領域を形成する為に、トレンチ内壁に対して
不純物を拡散する必要がある。従来においては、かかる
内壁に対する不純物の注入はイオンインプランテーショ
ンやいわゆるブリデポジションによって行なっていた。
注入すべき不純物のイオンを加速して打込む為、必然的
に注入の方向性が生じる。従って、トレンチの内壁全面
に亘って不純物を一様の濃度且つ一様の深度で注入する
事ができないという問題点があった。又いわゆるブリデ
ポジションを用いた場合には、トレンチ内壁の不活性被
膜を介して不純物の拡散が行なわれる為、拡散濃度及び
拡散深度を制御する事が困難であるという問題点があっ
た。
の内壁に対して一様且つ連続的に不純物を注入する事の
できる方法を提供する事を目的とする。
る為の工程図である。第1図(A)に示す工程において
、半導体基板1の表面に凹部2を設ける。凹部2は例え
ばトレンチであり内壁3を有している。ここでいう内壁
3は凹部2の側壁及び底面壁を含む概念である。内壁3
は不可避的に不活性被膜4によって被覆されている。
する不活性被覆を除去し活性面を露出する。
の不活性被覆4はシリコンの酸化膜である。
により形成されるが、反応性イオンエツチングの終了後
、凹部2の内壁3は速かに不活性被膜により覆われる。
の清浄化を行ない活性面を露出させる必要がある。この
清浄化処理は半導体基板1を加熱状態に保持し高真空中
に放置する事により行なわれる。この時水素ガス等の還
元性気体を導入すれば清浄化が促進される。
性面に対して不純物成分例えばボロンを有する気体例え
ばジボランを供給し不純物成分元素又は不純物成分の化
合物を吸着して不純物膜5を形成する。□この不純物膜
5の吸着処理は高真空下においてジボランガスを所定の
蒸気圧で導入する事により行なわれる。不純物膜5は活
性面に対してのみ実質的に選択的に吸着される。
を加熱し不純物膜5を構成する不純物例えばボロンを内
壁3の内部に向って拡散し活性化する。その結果、内壁
3に沿って不純物拡散層6が形成される。この不純物拡
散層6は吸着された不純物膜5の吸着量等を制御する事
により所望の導電率及び不純物拡散濃度を有する。その
結果、不純物拡散層6は抵抗体層、電極層、あるいは電
気的分離層として用いる事ができる。
説明する。第2図は本発明にかかる不純物の注入方法を
実施する為の注入装置を示すブロック図である。図示す
る様に、シリコン基板1は石英製のチャンバ12の内部
中央付近に設置される。シリコン基板1にはあらかじめ
トレンチが設けられており且つトレンチの内壁以外の部
分にはマスクが施されている。シリコン基板1の温度は
赤外線ランプ加熱方式あるいは抵抗加熱方式を用いた加
熱系13により制御されており、所定の温度に保つ事が
できる。チャンバ12の内部はターボ分子ポンプを主排
気ポンプとする複数のポンプから構成される高真空排気
系14を用いて高真空に排気する事が可能である。又チ
ャンバ12の内部の真空度は圧力計15により常時モニ
タされている。シリコン基板1の搬送は、チャンバ12
に対してゲートバルブleaを介して接続されたロード
室17とチャンバ12との間で、ゲートバルブ16aを
開いた状態で搬送機構18を用いて行なわれる。なおロ
ード室17は、シリコン基板1のロード室17への出入
れ時と搬送時を除いて、通常はゲートバルブtabを開
いた状態でロード室排気系19により高真空に排気され
ている。チャンバI2にはガス導入1;す御系20を介
してガス供給源21が接続されている。ガス供給源21
は不純物の注入処理に必要な種々の原料気体を貯蔵する
複数のガスボンベを内蔵している。
類、導入量、導入時間等はガス導入制御系2oによりコ
ントロールされている。
面内に形成された内壁に不純物を注入する工程を、ボロ
ンをドープする場合を例にとって詳細に説明する。まず
、シリコン基板1に形成されたトレンチの内壁を清浄化
する処理を説明する。
a以下に保持された真空チャンバ12の中央部にセット
される。そしてシリコン基板1を850℃に保持し且つ
水素ガスを、例えばチャンバ12の内部の圧力が1.3
X 1O−2Paになる様な条件で所定時間導入する。
酸化膜が除去され、化学的に活性なシリコン表面が露出
する。続いて、活性化された内壁に対してボロンあるい
はボロンを含む化合物の吸着層が形成される。即ち内壁
表面の清浄化が完了した後、水素ガスの導入を停止し、
基板温度を例えば800°Cに設定する。その設定温度
に到達し安定した後、チャンバ12内にボロンを含む化
合物ガスであるジボラン(B2H6)を窒素ガスを用い
て5%に希釈した原料ガスを、例えばチャンバ12の圧
力が1.3X lo−2Paとなる様な条件で一定時間
導入する。この結果、ボロンあるいはボロンを含む化合
物の吸着層がシリコン基板1の活性化された内壁に吸着
される。この時、ボロンの吸着層あるいはボロンを含む
化合物の吸着層の形成と同時に、ジボラン導入時の基板
温度及びジボラン導入圧力で決まる一定の割合で、ボロ
ンのバルク中への拡散も部分的に進行していると思われ
る。続いて、シリコン基板1の加熱処理即ちアニールが
行なわれる。ボロン不純物膜を内壁に吸着させた後、ジ
ボランガスの導入を停止し、真空中で所定時間加熱を行
なう。この時の基板温度は不純物吸着処理に用いられた
基板温度より若干高めに設定する事が好ましい。このア
ニールを行なう事によりボロンの不純物膜を拡散源とし
た不純物拡散層が内壁に沿って形成されると同時に、拡
散された不純物原子の活性化が行なわれる。本発明にお
いては、ボロンの吸着量及びアニール条件(基板加熱温
度と加熱時間)を制御する事によって、所望の不純物濃
度及び拡散深度を有する不純物拡散層を得る事ができる
。
メータとした場合の、ドープされたボロンのピーク濃度
のジボラン導入時間依存特性図である。第3図に示す様
に、ジボラン導入圧力を大きくすればするほどボロンの
吸着量が増加し注入されるボロンのピーク濃度も従って
増加する。
されるボロンの量が増し、従って注入されるボロンのピ
ーク濃度も増加する。この様に、ジボランの導入圧力及
び導入時間を適当に設定する事により、不純物拡散層の
ボロンピーク濃度を調整する事が可能であり、その結果
ボロン拡散層は様々4の用途に用いる事ができる。
処理を施された半導体内壁に少なくとも半導体のドーパ
ントとなる不純物元素を含んだ物質の吸着層を形成し、
その吸着層を不純物拡散源として半導体の内壁中に不純
物ドーピングを行なう所にその原理的特徴を有している
。発明者の詳細な研究によれば、酸化膜で覆われた不活
性面に対しては活性面に比べて、吸着層が殆んど形成さ
れないかあるいは少なくとも1桁以上少ない二の吸着不
純物しか残らない事が判明している。特に、シリコン表
面にボロンを吸着させる場合には、あらかじめ自然酸化
膜等の不活性被覆を除去しておく事が重要であると思わ
れる。
場合には、ジボラン以外の原料気体例えばトリメチルガ
リウム(TMG) 、三塩化ホウ素(BCl2)等に代
表される■族元素の化合物を用いる事ができる。同様に
シリコン半導体の内壁に対してN型の不純物をドーピン
グする場合には、原料気体としてアルシン(A s H
a )、三塩化リン(PCJI)3)、五塩化アンチモ
ン(SbCΩ5)、ホスフィン(PH3)等を利用する
事ができる。
度は、バックグランド圧力及び雰囲気ガスとの関連を含
めて、800℃ないし1200℃の範囲に設定する事が
好ましく、吸百層形成処理においては基板温度を400
℃ないし950℃の範囲に設定する事が好ましい。
純物吸着膜を形成する他に、下地処理としてエピタキシ
ャル成長されたシリコン膜を用いる事も可能である。あ
るいは形成された不純物吸着膜の上にエピタキシャル成
長法によりシリコン単結晶膜を形成してもよい。さらに
は、不純物吸着膜及びシリコン単結晶膜を互いに積層さ
せて不純物拡散層を形成してもよい。この様に、シリコ
ン単結晶膜を介在させると不純物の活性化が促進される
という特徴がある。さらに、不純物吸着膜及びシリコン
単結晶膜を積層させる事により、結果的に不純物拡散層
の層厚を自由に制御する事ができる。さらに、不純物吸
着膜の形成及び拡散を繰返す事により、所望の不純物濃
度及び拡散深度を有する不純物拡散層を得る事もできる
。
る。
レンチ抵抗素子の製造に応用した実施例を示す工程図で
ある。第4図(A)に示す工程において、シリコンから
なる半導体基板41の表面にトレンチ42を設け、内壁
43を形成する。トレンチ42の形成は例えば反応性イ
オンエツチングにより行なわれる。
域以外の領域をマスクする為にトレンチ42の両側に沿
って絶縁[44を形成する。絶縁膜44はシリコン酸化
膜あるいはシリコン窒化膜を化学気相成長法により堆積
する事により形成される。
ン基板41の露出された表面に対して清浄化処理を行な
い、不活性膜を除去して活性面を露出させる。続いてこ
の活性面に対してジボランガスを供給し、選択的にボロ
ンを含む不純物吸着膜45を形成する。この不純物吸着
膜45の形成は化学的に行なわれる為、内壁43に沿っ
て一様な厚みで堆積される。
が施され吸着膜45を構成する不純物ボロンは内壁43
に沿って一様に拡散され、不純物拡散層46を形成する
。この不純物拡散層46はP+型であり、不純物ボロン
の導入量を制御する事により、所望の抵抗値を有してい
る。加えて不純物拡散層46は内壁43に沿って均−且
つ連続的に形成されている為極めて良好な抵抗体膜を提
供している。
47が形成され、いわゆるトレンチ抵抗素子が製造され
る。本実施例によれば、トレンチ内に抵抗素子を設ける
事ができるので半導体装置の微細化が可能となる。トレ
ンチ内壁への抵抗体膜の形成を従来のデポジション技術
で行なうと、段切れあるいは膜厚不均一等の問題が生じ
実用上好ましくない。
素子の製造に応用した他の実施例を示す模式図である。
リコン半導体基板51の表面に形成された凹部52を有
している。この凹部52は上方に比べて下方の部分が拡
大しており、半導体基板51をより立体的に有効活用す
る事が可能である。凹部52の内壁に沿ってボロンの不
純物拡散層53が形成されている。この四部52の両側
には絶縁膜54を介して一対の電極膜55が形成されて
いる。
合されており、トレンチ抵抗素子を構成する。
レンチ分離領域の形成に応用した実施例を示す工程図で
ある。第6図(A)に示す工程において、シリコンから
なる半導体基板61の表面に絶縁膜62を形成する。絶
縁膜62はシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜から
構成されている。絶縁膜62の上にはレジスト膜63が
塗布されている。
、部分的に除去されている。この部分的に除去された部
分には後に素子分離の為の領域が形成される。
して反応性イオンエツチングが行なわれトレンチ64が
形成され、引き続き、硫酸過酸化水あるいは濃硝酸で処
理する事で、レジスト膜63も除去される。
壁に対してのみ選択的にボロンの不純物拡散層が形成さ
れる。この吸着膜65は前述した様に、ジボランガスを
基板61を加熱した状態で導入する事により行なわれる
。
が行なわれ、不純物吸着膜65に含まれるボロンはトレ
ンチの内壁に沿って半導体基板61に拡散され活性化さ
れる。その結果、高濃度のP型不純物拡散層66が形成
される。この不純物拡散層66はトレンチを完全且つ一
様に覆う様に形成されている。
の内部に酸化膜67が充填される。この結果、いわゆる
トレンチ分離領域が形成されるのである。
拡散層66の2層構造を有する。高濃度のP型不純物拡
散層66が酸化膜67と半導体基板61の間に介在して
いる為、素子領域の分離が完全に行なわれる。即ちこの
不純物拡散層66は界面近傍の半導体層の反転を防止す
る機能を有し、トレンチ分離領域の閾値電圧、を著しく
高めるものである。
ゆるトレンチ容量素子の製造に応用した実施例を示す断
面図である。図示する様に、トレンチ容量素子はN型の
シリコン半導体基板71に形成されている。基板71の
表面にはトレンチが設けられており、トレンチの内壁に
沿ってP+型の電極層72が形成されている。この電極
層72は本発明にかかる不純物の注入方法により形成さ
れたものであり、ボロンを含むP+型の不純物拡散層で
ある。この電極層72に沿って誘電体層73が形成され
ている。誘電体層73は例えば二酸化シリコンを化学気
相成長させる事により堆積される。又誘電体層73に沿
って他方の電極層74が形成されている。
高濃度に不純物を注入する事により形成される。本実施
例によれば、半導体基板の表面内部にトレンチ容量素子
を容易に形成する事ができ、半導体装置の集積度を向上
させる事ができる。
に形成された内壁の清浄化処理、不純物吸着処理、及び
拡散処理の一連の工程により、内壁に沿って不純物拡散
層を均−且つ連続的に形成する事ができるという効果が
ある。又、不純物拡散層に注入される不純物の濃度及び
拡散深度を容易に制御する事が可能であり、この様にし
て得られた不純物拡散層は様々な用途に用いる事ができ
るという効果がある。
に用いる装置のブロック図、第3図は注入されたボロン
ピーク濃度のグラフ、第4図はトレンチ抵抗素子の製造
工程図、第5図はトレンチ抵抗素子の断面図、第6図は
トレンチ分離領域の形成工程図、及び第7図はトレンチ
容量素子の断面図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、半導体基板の表面に凹部を設け内壁を形成する第一
工程と、 内壁の表面に存在する不活性被覆を除去し活性面を露出
する第二工程と、 活性面に対して不純物成分を有する気体を供給し不純物
成分元素あるいは不純物成分の化合物を吸着して不純物
膜を形成する第三工程と、 半導体基板を加熱し不純物膜を構成する不純物を内壁中
に拡散し活性化する第四工程とからなる不純物の注入方
法。 2、第三工程は、シリコンからなる半導体基板に形成さ
れた内壁に対して不純物成分ボロンを含む気体ジボラン
を基板加熱下供給する事によりボロン不純物膜を形成す
る工程である請求項1に記載の注入方法。 3、請求項1に記載された注入方法により、内壁に沿っ
て抵抗体層を形成するトレンチ抵抗素子の製造方法。 4、請求項1に記載された注入方法により内壁に沿って
一方の電極層を形成する工程と、該一方の電極層に沿っ
て誘電体層を形成する工程と、誘電体層に沿って他方の
電極層を形成する工程とからなるトレンチ容量素子の製
造方法。 5、請求項1に記載された注入方法により内壁に沿って
高濃度不純物層を形成する工程と、該内壁を絶縁膜で埋
める工程とからなるトレンチ素子分離領域の形成方法。
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