JPH04237118A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
、特に不純物を多結晶層を介して基板中に注入し、装置
の各部となる拡散層を形成する工程を有する半導体装置
の製造方法に関する。[Industrial Application Field] The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, a method for manufacturing a semiconductor device that includes a step of injecting impurities into a substrate through a polycrystalline layer to form diffusion layers that will become each part of the device. Regarding.
【0002】0002
【従来の技術】図21は、従来の半導体装置の製造方法
を説明するためのSi基板中に拡散層が形成されたとき
の基板の断面図である。図において、1はSi単結晶基
板(以下基板という)、102,103は拡散層、10
10は多結晶Si堆積層、10Aは結晶粒界(以下粒界
という)である。2. Description of the Related Art FIG. 21 is a cross-sectional view of a Si substrate in which a diffusion layer is formed in order to explain a conventional method of manufacturing a semiconductor device. In the figure, 1 is a Si single crystal substrate (hereinafter referred to as a substrate), 102 and 103 are diffusion layers, and 10
10 is a polycrystalline Si deposited layer, and 10A is a crystal grain boundary (hereinafter referred to as grain boundary).
【0003】そして、拡散層102は不純物を多結晶S
i堆積層1010を形成する前に基板1に直接に注入す
ることにより形成されたものであり、拡散層103は多
結晶Si堆積層1010を介して注入することにより形
成されたものである。The diffusion layer 102 contains impurities as polycrystalline S.
It was formed by directly implanting it into the substrate 1 before forming the i deposited layer 1010, and the diffusion layer 103 was formed by implanting it through the polycrystalline Si deposited layer 1010.
【0004】即ち、拡散層103は不純物をまず多結晶
Si堆積層1010にイオン注入により注入し、その後
熱処理によりこの多結晶Si堆積層1010から基板1
中に拡散することにより形成されたものである。That is, the diffusion layer 103 is formed by first implanting impurities into the polycrystalline Si deposited layer 1010 by ion implantation, and then by heat treatment, the impurities are removed from the polycrystalline Si deposited layer 1010 into the substrate 1.
It is formed by diffusion into the inside.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の方法で形成された拡散層103は、図に示すように
、例えば基板1と結晶粒界10Aの接合領域10Bで深
い接合10Dが形成される。そのため全体の接合面は均
一ではなくなる。これは集積回路におけるバイポーラト
ランジスタの場合には、コレクタ電流及び電流増幅率の
ばらつきの原因となる。However, as shown in the figure, in the diffusion layer 103 formed by such a conventional method, a deep junction 10D is formed in the junction region 10B between the substrate 1 and the grain boundary 10A, for example. be done. Therefore, the entire joint surface is not uniform. In the case of bipolar transistors in integrated circuits, this causes variations in collector current and current amplification factor.
【0006】更に従来の方法では、多結晶Siを堆積す
る工程にて基板1との間に自然酸化膜(〜5Å)が形成
されるが、この酸化膜が基板1への不純物拡散における
熱処理により部分的に破壊されることが起る。これは、
エミッタ接合が浅い場合には、エミッタに注入される少
数キャリアの実効的拡散距離がエミッタ中の各場所によ
り変化する原因となり、ベース電流のばらつきの原因と
なる。上記いずれの場合も、接合面が均一ではなくなる
原因であり、このことは基板に形成される回路が高集積
化され、エミッタ層及びベース層の厚さが薄くなる場合
、特に重要な問題となってくる。Furthermore, in the conventional method, a natural oxide film (~5 Å) is formed between the polycrystalline Si and the substrate 1 in the step of depositing polycrystalline Si, but this oxide film is removed by heat treatment during impurity diffusion into the substrate 1. Partial destruction may occur. this is,
When the emitter junction is shallow, the effective diffusion distance of minority carriers injected into the emitter varies depending on the location within the emitter, causing variations in base current. In any of the above cases, the bonding surface becomes uneven, and this becomes a particularly important problem when the circuits formed on the substrate become highly integrated and the thickness of the emitter layer and base layer becomes thinner. It's coming.
【0007】上記問題点を解決するため本発明はなされ
たもので、その目的は、装置の各部となる拡散層が均一
な接合面を有することのできる半導体装置の製造方法を
提供することにある。The present invention has been made to solve the above problems, and its purpose is to provide a method for manufacturing a semiconductor device in which the diffusion layers forming each part of the device can have a uniform bonding surface. .
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の半導体装置の製造方法は、基板上にキャリア
のトンネル現象が可能である薄膜を形成し、前記薄膜上
に多結晶層を形成し、前記多結晶層の表面からその拡散
係数が前記薄膜の方が小である不純物を注入し、前記多
結晶層に注入された不純物を第一熱処理によりその多結
晶層中に拡散し、この多結晶層と前記薄膜との間の粒界
層に均一な又は実質的に均一な不純物層を形成し、前記
均一な又は実質的に均一な不純物層における不純物を第
二熱処理により前記薄膜を介して基板中に拡散し、装置
の各部となる拡散層を形成する。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes forming a thin film on a substrate in which carrier tunneling is possible, and forming a polycrystalline layer on the thin film. forming the polycrystalline layer, implanting an impurity whose diffusion coefficient is smaller in the thin film from the surface of the polycrystalline layer, and diffusing the impurity implanted into the polycrystalline layer into the polycrystalline layer by a first heat treatment, A uniform or substantially uniform impurity layer is formed in a grain boundary layer between the polycrystalline layer and the thin film, and impurities in the uniform or substantially uniform impurity layer are removed by a second heat treatment to form the thin film. It diffuses into the substrate through the substrate, forming a diffusion layer that becomes each part of the device.
【0009】[0009]
【作用】本発明は、第一熱処理により多結晶層表面から
注入された不純物を多結晶層中に拡散し、多結晶層と薄
膜との間の粒界層に均一な又は実質的に均一な不純物層
を形成する。その後、第二熱処理により前記均一な又は
実質的に均一な不純物層におけるその不純物を薄膜を介
して基板中に拡散し、装置の各部となる均一な接合面を
有する拡散層を形成する。[Operation] The present invention diffuses the impurities injected from the surface of the polycrystalline layer into the polycrystalline layer by the first heat treatment, so that the impurities are uniformly or substantially uniformly distributed in the grain boundary layer between the polycrystalline layer and the thin film. Form an impurity layer. Thereafter, a second heat treatment diffuses the impurities in the uniform or substantially uniform impurity layer into the substrate through the thin film, forming a diffusion layer having a uniform bonding surface that becomes each part of the device.
【0010】0010
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.
【0011】図1〜図6は本発明の一実施例であるシリ
コン−npnバイポーラトランジスタについて主な製造
工程を示す図である。FIGS. 1 to 6 are diagrams showing the main manufacturing steps for a silicon-npn bipolar transistor according to an embodiment of the present invention.
【0012】図7,図8,図9は第一熱処理及び第二熱
処理における温度状態を示すグラフである。FIGS. 7, 8, and 9 are graphs showing temperature conditions during the first heat treatment and the second heat treatment.
【0013】図1〜図6に従い順を追って各部の形成法
について説明する。The method of forming each part will be explained in order according to FIGS. 1 to 6.
【0014】(a) まず、図1に示すように、n型
基板1上にトランジスタのベースとなるp形拡散層2と
酸化膜100を形成する。(a) First, as shown in FIG. 1, a p-type diffusion layer 2 and an oxide film 100, which will become the base of a transistor, are formed on an n-type substrate 1.
【0015】次に、図2に示すように、エミッタ形成用
のコンタクト孔をエッチングして作成した後、不純物の
拡散係数が多結晶Siより小である超薄膜酸化膜101
(厚さ500Å以下)(以下「トンネル酸化膜」という
)を形成する。Next, as shown in FIG. 2, after forming a contact hole for forming an emitter by etching, an ultra-thin oxide film 101 having an impurity diffusion coefficient smaller than that of polycrystalline Si is formed.
(with a thickness of 500 Å or less) (hereinafter referred to as "tunnel oxide film").
【0016】(b) 次に、図3に示すように、減圧
化学蒸着法(LPCVD法)等により、多結晶Siを堆
積して多結晶Si堆積層10を形成し、その後、この多
結晶Si堆積層10に表面からイオン注入法により基板
1中に注入する不純物種As,P等を注入し、破線に示
した領域11を形成する。(b) Next, as shown in FIG. 3, polycrystalline Si is deposited by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) to form a polycrystalline Si deposited layer 10. Impurity species such as As and P are implanted into the substrate 1 from the surface of the deposited layer 10 by ion implantation to form a region 11 indicated by a broken line.
【0017】(c)次に図4に示すように、第1熱処理
(600〜800℃の一定温度で)少くともトンネル酸
化膜101の手前までの多結晶Si堆積層10領域内に
不純物を拡散し、トンネル酸化膜101との間の粒界層
に均一な不純物層を形成する。(c) Next, as shown in FIG. 4, impurities are diffused into the region of the polycrystalline Si deposited layer 10 up to at least this side of the tunnel oxide film 101 through a first heat treatment (at a constant temperature of 600 to 800° C.). Then, a uniform impurity layer is formed in the grain boundary layer between the tunnel oxide film 101 and the grain boundary layer.
【0018】(d) 次に図5に示すように、図4に
示した第一熱処理により形成された不純物層から不純物
を第二熱処理により第一熱処理より高温(800〜95
0℃の一定温度)下でトンネル酸化膜101を通過させ
エミッタとなるn+ 拡散層3を形成する。ここで、第
一熱処理と第二熱処理との間の温度上昇は図7に示すよ
うなかなり急激な温度上昇(5℃/min )とする。(d) Next, as shown in FIG. 5, impurities are removed from the impurity layer formed by the first heat treatment shown in FIG.
At a constant temperature of 0° C.), the tunnel oxide film 101 is passed through to form an n+ diffusion layer 3 which will become an emitter. Here, the temperature increase between the first heat treatment and the second heat treatment is a fairly rapid temperature increase (5° C./min.) as shown in FIG.
【0019】(e) 次に図6に示すように、多結晶
Si堆積層10をパターニングして電極を形成する。(e) Next, as shown in FIG. 6, the polycrystalline Si deposited layer 10 is patterned to form electrodes.
【0020】上記作成工程は、工程(d)と工程(e)
は分けないで図8に示すような緩かな連続的な温度上昇
、あるいは図9に示すような段階的な温度上昇により続
いて行うこともできる。この場合、第一熱処理は図の低
温側で、第二熱処理は図の高温側で行われる。[0020] The above production process includes step (d) and step (e).
It is also possible to carry out the temperature increase sequentially without dividing the temperature by a gradual continuous temperature increase as shown in FIG. 8, or by a stepwise temperature increase as shown in FIG. In this case, the first heat treatment is performed on the low temperature side of the figure, and the second heat treatment is performed on the high temperature side of the figure.
【0021】上記2種類の工程により、処理の簡略化を
図ることができる。また、工程(e)は急速熱処理(R
TA)法により、高温(例えば1000℃)、短時間(
例えば10秒)の熱処理におきかえてもよい。[0021] The above two types of steps make it possible to simplify the process. In addition, step (e) is a rapid heat treatment (R
TA) method, high temperature (e.g. 1000°C), short time (
For example, heat treatment for 10 seconds) may be used instead.
【0022】次に、多結晶における拡散についてのべる
。Next, we will discuss diffusion in polycrystals.
【0023】多結晶は、大きさに分布をもった単結晶が
集合したもので、結晶粒が一定の結晶方位をもたないも
のである。そして、それぞれの結晶粒は互いに粒界であ
る結晶粒界をもち、そこでは著しい格子の乱れを有して
いる。この結晶粒界の存在が多結晶が単結晶とは異なる
特性を有する原因となるものである。A polycrystal is a collection of single crystals with a size distribution, and the crystal grains do not have a fixed crystal orientation. Each of the crystal grains has a grain boundary, which is a grain boundary, and there is significant lattice disorder. The existence of these grain boundaries is the reason why polycrystals have different characteristics from single crystals.
【0024】そして、不純物の拡散も、それぞれの結晶
粒の結晶粒径および結晶粒界の格子欠陥密度によって大
きく作用される。The diffusion of impurities is also greatly affected by the grain size of each crystal grain and the lattice defect density at grain boundaries.
【0025】即ち、多結晶中における拡散は、結晶粒界
を介する拡散(拡散定数Dgb)と各結晶粒中での拡散
(拡散定数Dg )に大きく分けることができ、全体の
実効的な拡散定数Deff は次式で表わされる。That is, diffusion in polycrystals can be roughly divided into diffusion through grain boundaries (diffusion constant Dgb) and diffusion within each grain (diffusion constant Dg), and the overall effective diffusion constant Deff is expressed by the following formula.
【0026】
Deff =(1−f)Dg +fDgb ・・・・
・(1)ここで、fは不純物種が結晶粒界に存在する率
である。
モデル的には立方粒径とした場合、
f=3k・delta/Lg ・・・・・・・・・・
・・(2)である。但し、k;粒界への偏析係数、de
lta ;結晶粒界幅、Lg;結晶粒径である。Deff=(1-f)Dg+fDgb...
- (1) Here, f is the rate at which impurity species exist at grain boundaries. In terms of the model, when the cubic grain size is used, f=3k・delta/Lg ・・・・・・・・・・・・
...(2). However, k: segregation coefficient to grain boundaries, de
lta: Grain boundary width, Lg: Crystal grain size.
【0027】ここで、kの値は通常1以上であり、20
〜1250程度の値とされている。又、delta は
〜5Åであり、Lgは多結晶堆積条件により決まり、1
00Å〜数千Åである。多結晶の場合、通常Dgb≫D
g である。また、Deff とDとの関係はDeff
≫Dである。[0027] Here, the value of k is usually 1 or more, and 20
The value is said to be approximately 1250. Also, delta is ~5 Å, Lg is determined by the polycrystalline deposition conditions, and is 1
00 Å to several thousand Å. In the case of polycrystals, usually Dgb≫D
It is g. Also, the relationship between Deff and D is Deff
≫D.
【0028】図10は、n型不純物についての拡散係数
を表すグラフである。図において、横軸は1000/T
(°K )であり、縦軸は拡散係数(数1)(μm/
hr1/2 )である。FIG. 10 is a graph showing the diffusion coefficient for n-type impurities. In the figure, the horizontal axis is 1000/T
(°K), and the vertical axis is the diffusion coefficient (Equation 1) (μm/
hr1/2).
【0029】図においては、単結晶中の拡散係数(数1
)に対しては、不純物As,Bi,及びPについて示し
、多結晶中の実効拡散係数(数2)(×印で示す)及び
粒界拡散係数(数3)(△印で示す)に対しては不純物
Asのみについて示している。図からわかるように、A
sの単結晶中の拡散係数(数1)及び多結晶中の実効拡
散係数(数2)及び粒界拡散係数(数3)はそれぞれ1
0倍程度ずつ異なる。図11は、p形不純物についての
拡散係数を表すグラフである。In the figure, the diffusion coefficient in a single crystal (Equation 1
), impurities As, Bi, and P are shown, and the effective diffusion coefficient in polycrystals (Equation 2) (indicated by × mark) and the grain boundary diffusion coefficient (Equation 3) (indicated by △ mark) are shown. The figure shows only the impurity As. As you can see from the figure, A
The diffusion coefficient of s in a single crystal (Equation 1), the effective diffusion coefficient in a polycrystal (Equation 2), and the grain boundary diffusion coefficient (Equation 3) are each 1.
It differs by about 0 times. FIG. 11 is a graph showing the diffusion coefficient for p-type impurities.
【0030】図においては、単結晶中の拡散係数(数1
)に対しては不純物Al,B,Ga,In,Tlについ
て示し、多結晶中の実効拡散係数(数2)(×印で示す
)及び粒界拡散係数(数3)(△印で示す)については
不純物Bについて示す。図からわかるように、不純物B
の各拡散係数はやはり(数4)の順で1桁程度ずつ異な
ることが明らかである。In the figure, the diffusion coefficient in a single crystal (Equation 1
) are shown for impurities Al, B, Ga, In, and Tl, and the effective diffusion coefficient in polycrystal (Equation 2) (indicated by × mark) and the grain boundary diffusion coefficient (Equation 3) (indicated by △ mark) The following is shown for impurity B. As can be seen from the figure, impurity B
It is clear that each diffusion coefficient differs by about one digit in the order of (Equation 4).
【0031】先に述べた偏析係数kは、粒界のサイトを
不純物が占める率と結晶粒中のサイトのうち不純物が占
める率との比であり、不純物の種類、濃度、温度、粒径
等によって依存するが、定性的には高濃度の場合及び高
温度の場合は小となる。また、As,P等は大であり、
Bは小である。一例を図12に示す(但し文献により差
がある。)。The above-mentioned segregation coefficient k is the ratio of the ratio of impurities occupying sites in grain boundaries to the ratio of impurities occupying sites in crystal grains, and depends on the type, concentration, temperature, grain size, etc. of impurities. Qualitatively, it is small at high concentrations and high temperatures. Also, As, P, etc. are large,
B is small. An example is shown in FIG. 12 (however, there are differences depending on the literature).
【0032】図13は、SiO2 単結晶中での不純物
の拡散係数を示すグラフであり、これは拡散定速度の遅
い場合の例を示したものである。図において、横軸は1
000/T(°K−1)であり、縦軸は(数1)(μ/
hr1/2 )である。不純物はAsとPについて示し
てある。FIG. 13 is a graph showing the diffusion coefficient of impurities in a SiO2 single crystal, and shows an example where the constant rate of diffusion is slow. In the figure, the horizontal axis is 1
000/T (°K-1), and the vertical axis is (Equation 1) (μ/
hr1/2). Impurities are shown for As and P.
【0033】図より、SiO2 中でのAsの拡散係数
は図10に示した粒界拡散係数に比べて二桁(〜1/1
00)程度小さいことがわかる。From the figure, the diffusion coefficient of As in SiO2 is two orders of magnitude (~1/1) higher than the grain boundary diffusion coefficient shown in FIG.
00).
【0034】次に、本発明により基板中に拡散層が均一
に形成される理由について説明する。トンネル酸化膜1
01の上に多結晶Si層10を堆積形成する場合、粒界
はSiO2 と多結晶Siの間に必ず生じる。Next, the reason why the diffusion layer is uniformly formed in the substrate according to the present invention will be explained. Tunnel oxide film 1
When a polycrystalline Si layer 10 is deposited on top of SiO2, grain boundaries inevitably occur between SiO2 and polycrystalline Si.
【0035】図14は、図1〜図6に示した多結晶Si
堆積層10、トンネル酸化膜101及び単結晶Si基板
1の拡大図である。FIG. 14 shows the polycrystalline Si shown in FIGS. 1 to 6.
1 is an enlarged view of a deposited layer 10, a tunnel oxide film 101, and a single crystal Si substrate 1. FIG.
【0036】図において、多結晶Si堆積層10にイオ
ン注入された不純物は、粒界の拡散係数(数3)が結晶
粒中の拡散係数(数5)に比べて、10倍以上大である
ため、そのほとんどは粒界7Aに添って拡散する(矢印
Vで示す)。また、粒界7Aでは偏析係数も大であるた
め、高濃度領域がこの粒界7Aに沿って形成される。ト
ンネル酸化膜101と多結晶Si堆積層10との間も同
様に粒界であるため、この粒界7Cにも不純物はすばや
く拡散してゆく(矢印Hで示す)。そして例えば、図の
7B1及び7B2で示す場所では基板1である単結晶中
への異常拡散は、トンネル酸化膜101が拡散障壁とな
るため防止される。そして、粒界7Cには均一な高濃度
の不純物層が形成される。そして、次の第二熱処理によ
り、この粒界層7Cから基板1中にトンネル酸化膜10
1を介して不純物が拡散され、基板1中には均一な拡散
層(図5,図6において3で示す層)が形成される。こ
のようにトンネル酸化膜101を介することにより、不
純物は多結晶Si堆積層10から基板1中に一様に拡散
し、均一な拡散層を形成する。ところが、このトンネル
酸化膜101がない場合は、前記の7B1,7B2で異
常拡散が起き、接合面は不均一に形成される。In the figure, the impurity ion-implanted into the polycrystalline Si deposited layer 10 has a grain boundary diffusion coefficient (Equation 3) that is more than 10 times larger than the diffusion coefficient in the crystal grains (Equation 5). Therefore, most of it diffuses along the grain boundary 7A (indicated by arrow V). Furthermore, since the segregation coefficient is large at the grain boundary 7A, a high concentration region is formed along this grain boundary 7A. Since there is also a grain boundary between the tunnel oxide film 101 and the polycrystalline Si deposited layer 10, impurities quickly diffuse into this grain boundary 7C (indicated by arrow H). For example, in the locations indicated by 7B1 and 7B2 in the figure, abnormal diffusion into the single crystal of the substrate 1 is prevented because the tunnel oxide film 101 serves as a diffusion barrier. Then, a uniform high concentration impurity layer is formed at the grain boundary 7C. Then, by the next second heat treatment, a tunnel oxide film 10 is formed from this grain boundary layer 7C into the substrate 1.
Impurities are diffused through the substrate 1, and a uniform diffusion layer (layer indicated by 3 in FIGS. 5 and 6) is formed in the substrate 1. By passing through the tunnel oxide film 101 in this manner, impurities are uniformly diffused from the polycrystalline Si deposited layer 10 into the substrate 1, forming a uniform diffusion layer. However, in the absence of this tunnel oxide film 101, abnormal diffusion occurs in 7B1 and 7B2, and the junction surface is formed non-uniformly.
【0037】[0037]
【数1】[Math 1]
【0038】[0038]
【数2】[Math 2]
【0039】[0039]
【数3】[Math 3]
【0040】[0040]
【数4】[Math 4]
【0041】[0041]
【数5】
また、自然酸化膜を介して不純物の拡散を行う場合は、
第二熱処理を行なう際、通常950℃以上で多結晶Si
の再結晶化が起き、これは多結晶Siと単結晶の境界面
で特に著しく、そこでは単結晶領域1からエピタキシャ
ル状に格子再配列が起きるので、接合の形状ばらつきが
生じ、接合面は不均一になる。これは、集積回路におけ
るバイポーラトランジスタの場合は電流増幅率hFEの
ばらつきの原因となる。以上のような現象を防ぐため、
薄い安定な酸化膜を作成することが特に必要なのである
。[Equation 5] Furthermore, when diffusing impurities through a natural oxide film,
When performing the second heat treatment, polycrystalline Si is usually heated at 950°C or higher.
Recrystallization occurs, and this is particularly noticeable at the interface between polycrystalline Si and the single crystal, where lattice rearrangement occurs epitaxially from the single crystal region 1, resulting in variations in the shape of the junction, and the junction surface becomes uneven. It becomes uniform. This causes variations in the current amplification factor hFE in the case of bipolar transistors in integrated circuits. In order to prevent the above phenomena,
There is a particular need to create a thin, stable oxide film.
【0042】図15は、急速熱加熱法(RTA)により
、酸素を注入して酸化膜を形成する場合の酸化膜の膜厚
と時間の関係を示すグラフである。図において、横軸は
時間(秒)、縦軸は膜厚(Å)である。パラメータは温
度(℃)である。FIG. 15 is a graph showing the relationship between the thickness of an oxide film and time when an oxide film is formed by implanting oxygen by rapid thermal heating (RTA). In the figure, the horizontal axis is time (seconds) and the vertical axis is film thickness (Å). The parameter is temperature (°C).
【0043】図から明らかなように、膜厚が10Å以上
で膜形成の再現性が良く、従って安定に形成できること
がわかる。As is clear from the figure, the reproducibility of the film formation is good when the film thickness is 10 Å or more, and therefore it can be seen that the film can be formed stably.
【0044】以上に述べたような拡散障壁とすることの
できる材料としては、SiO2 だけでなく、SiO2
と同様に多結晶Siよりも不純物拡散速度の小さいS
i3 N4 ,SiC等がある。但しこの場合も、膜厚
はトンネル効果によりキャリアが容易に通過できるよう
に通常〜50Å程度以下とすることが必要である。なお
、自然酸化膜は安定に形成されてはいないので、ピンホ
ールが多くまた第二熱処理に対して弱く破損したりする
のでこれを利用することは不可能である。かえってバイ
ポーラトランジスタ等のばらつきを大きくするものであ
る。従って、この自然酸化膜の影響をなくするためにも
本発明の如き超薄膜作成工程の導入が必要となる。Materials that can be used as a diffusion barrier as described above include not only SiO2 but also SiO2.
Similarly, S has a lower impurity diffusion rate than polycrystalline Si.
There are i3 N4, SiC, etc. However, in this case as well, the film thickness usually needs to be about 50 Å or less so that carriers can easily pass through due to the tunnel effect. Note that since the natural oxide film is not stably formed, it has many pinholes and is weak and damaged by the second heat treatment, so it is impossible to utilize this film. On the contrary, it increases the variation in bipolar transistors and the like. Therefore, in order to eliminate the influence of this natural oxide film, it is necessary to introduce an ultra-thin film forming process as in the present invention.
【0045】図16〜図20は、本発明の他の実施例で
あるシリコン−npnバイポーラトランジスタの作成工
程を示す図である。FIGS. 16 to 20 are diagrams showing the manufacturing process of a silicon-npn bipolar transistor according to another embodiment of the present invention.
【0046】本実施例の図1〜図6に示した方法と異な
る点は図19に示す工程で、ベースとなる領域2も酸化
膜を介した拡散により形成し、その後図20に示す工程
でエミッタとなる領域3をトンネル酸化膜101を介し
て形成し、二重拡散によりベース及びエミッタ層を形成
する点である。The difference from the method shown in FIGS. 1 to 6 of this embodiment is the step shown in FIG. 19 in which the base region 2 is also formed by diffusion through an oxide film, and then in the step shown in FIG. The point is that the region 3 which becomes the emitter is formed through the tunnel oxide film 101, and the base and emitter layers are formed by double diffusion.
【0047】この方法でも自己整合的にベース及びエミ
ッタ層を形成できる。このようにトンネル酸化膜を介し
て不純物を拡散することにより種々の拡散層を形成する
ことができる。This method also allows the base and emitter layers to be formed in a self-aligned manner. By diffusing impurities through the tunnel oxide film in this way, various diffusion layers can be formed.
【0048】なお、図20ではベース取り出し部の形成
については記述してないが、この後、電極10をマスク
としてBをイオン注入し、外部ベース領域20を形成す
ることにより、自己整合的に作成することもできる。Although the formation of the base extraction portion is not described in FIG. 20, after this, B is ion-implanted using the electrode 10 as a mask to form the external base region 20, thereby forming it in a self-aligned manner. You can also.
【0049】あるいは、先にこの外部ベース領域20を
ベースの周辺に作成することにより電極を取り出すこと
もできる。Alternatively, the electrodes can be taken out by first creating this external base region 20 around the base.
【0050】以上に説明したように、本実施例における
トンネル酸化膜のような薄膜を基板上に形成することに
より、不純物の異常拡散及び多結晶再結晶化を防止し、
均一な接合面を有する拡散層を形成することができる。As explained above, by forming a thin film such as the tunnel oxide film in this example on a substrate, abnormal diffusion of impurities and polycrystalline recrystallization can be prevented.
A diffusion layer having a uniform bonding surface can be formed.
【0051】従って、基板上に形成されるバイポーラト
ランジスタの場合は、その特性を均一化することができ
、またベース電流の漏れを防止し、電流増幅率を大にす
ることができる。Therefore, in the case of a bipolar transistor formed on a substrate, its characteristics can be made uniform, base current leakage can be prevented, and the current amplification factor can be increased.
【0052】また、本発明を光センサに適用した場合に
は、その特性のばらつきを減少することができ、S/N
比が大の高性能の光電変換装置を作成することができる
。Furthermore, when the present invention is applied to an optical sensor, variations in its characteristics can be reduced, and S/N
It is possible to create a high-performance photoelectric conversion device with a large ratio.
【0053】[0053]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると多
結晶層から基板への不純物の注入を薄膜を介して行うよ
うにしたため、従来のような熱処理による多結晶の再結
晶化及び自然酸化膜の損傷及びイオン注入による接合面
の損傷を防止することができ、基板中に形成される拡散
層の接合面を均一で安定した接合面とすることができる
。従って、高集積化に適した非常に薄い拡散層を形成す
ることが可能となる。As explained above, according to the present invention, since impurities are implanted from the polycrystalline layer into the substrate through the thin film, recrystallization and natural oxidation of polycrystals by heat treatment as in the conventional method can be avoided. Damage to the film and damage to the bonding surface due to ion implantation can be prevented, and the bonding surface of the diffusion layer formed in the substrate can be made into a uniform and stable bonding surface. Therefore, it is possible to form a very thin diffusion layer suitable for high integration.
【0054】そして、基板上に形成されたバイポーラト
ランジスタの場合には、特性のばらつきがなくなり、高
性能の集積回路を作成することができる。In the case of bipolar transistors formed on a substrate, there is no variation in characteristics, and a high-performance integrated circuit can be created.
【0055】同様に基板上に形成された光センサの場合
には、S/N比の向上を達成することができる。Similarly, in the case of a photosensor formed on a substrate, an improvement in the S/N ratio can be achieved.
【図1】本発明の一実施例であるシリコン−npnバイ
ポーラトランジスタの作成工程を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a manufacturing process of a silicon-npn bipolar transistor according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施例であるシリコン−npnバイ
ポーラトランジスタの作成工程を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of a silicon-npn bipolar transistor, which is an embodiment of the present invention.
【図3】本発明の一実施例であるシリコン−npnバイ
ポーラトランジスタの作成工程を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of a silicon-npn bipolar transistor according to an embodiment of the present invention.
【図4】本発明の一実施例であるシリコン−npnバイ
ポーラトランジスタの作成工程を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of a silicon-npn bipolar transistor according to an embodiment of the present invention.
【図5】本発明の一実施例であるシリコン−npnバイ
ポーラトランジスタの作成工程を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process of a silicon-npn bipolar transistor according to an embodiment of the present invention.
【図6】本発明の一実施例であるシリコン−npnバイ
ポーラトランジスタの作成工程を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a manufacturing process of a silicon-npn bipolar transistor according to an embodiment of the present invention.
【図7】第一熱処理及び第二熱処理における温度状態を
示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing temperature conditions during first heat treatment and second heat treatment.
【図8】第一熱処理及び第二熱処理における温度状態を
示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing temperature conditions during first heat treatment and second heat treatment.
【図9】第一熱処理及び第二熱処理における温度状態を
示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing temperature conditions during first heat treatment and second heat treatment.
【図10】Si結晶中でのn型不純物の拡散係数を示す
グラフである。FIG. 10 is a graph showing the diffusion coefficient of n-type impurities in Si crystal.
【図11】Si結晶中でのp型不純物の拡散係数を示す
グラフである。FIG. 11 is a graph showing the diffusion coefficient of p-type impurities in Si crystal.
【図12】多結晶Si粒界における偏析係数の表である
である。FIG. 12 is a table of segregation coefficients at polycrystalline Si grain boundaries.
【図13】SiO2 結晶中の不純物As及びPの拡散
係数を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing the diffusion coefficients of impurities As and P in SiO2 crystal.
【図14】図1に示した多結晶Si堆積層10である。
トンネル酸化膜101及び単結晶Si基板1の拡大断面
図である。FIG. 14 is the polycrystalline Si deposited layer 10 shown in FIG. 1. 1 is an enlarged cross-sectional view of a tunnel oxide film 101 and a single crystal Si substrate 1. FIG.
【図15】急速加熱(PTA)法によりO2 を注入し
て酸化膜を形成するときの酸化膜の膜厚と注入時間の関
係を示すグラフである。FIG. 15 is a graph showing the relationship between the thickness of an oxide film and the implantation time when an oxide film is formed by implanting O2 using the rapid heating (PTA) method.
【図16】本発明の他の実施例であるシリコン−npn
バイポーラトランジスタの作成工程を示す図である。FIG. 16: Silicon-npn, another embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the manufacturing process of a bipolar transistor.
【図17】本発明の他の実施例であるシリコン−npn
バイポーラトランジスタの作成工程を示す図である。FIG. 17: Silicon-npn, another embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the manufacturing process of a bipolar transistor.
【図18】本発明の他の実施例であるシリコン−npn
バイポーラトランジスタの作成工程を示す図である。FIG. 18: Silicon-npn, another embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the manufacturing process of a bipolar transistor.
【図19】本発明の他の実施例であるシリコン−npn
バイポーラトランジスタの作成工程を示す図である。FIG. 19: Silicon-npn, another embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the manufacturing process of a bipolar transistor.
【図20】本発明の他の実施例であるシリコン−npn
バイポーラトランジスタの作成工程を示す図である。FIG. 20: Silicon-npn, another embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the manufacturing process of a bipolar transistor.
【図21】従来の方法を説明するためのSi基板中に拡
散層が形成されたときのSi基板の断面図であるである
。FIG. 21 is a cross-sectional view of a Si substrate when a diffusion layer is formed in the Si substrate for explaining a conventional method.
1 Si単結晶基板、 2 拡散層、 3
拡散層、 10 多結晶Si堆積層、 101
トンネル酸化膜、 102 拡散層、 103
拡散層、 7A結晶粒界、 7B 結晶粒界
、 7C 結晶粒界、 10A 結晶粒界、
10B結晶粒界。1 Si single crystal substrate, 2 diffusion layer, 3
Diffusion layer, 10 Polycrystalline Si deposited layer, 101
tunnel oxide film, 102 diffusion layer, 103
Diffusion layer, 7A grain boundary, 7B grain boundary, 7C grain boundary, 10A grain boundary,
10B grain boundary.
Claims (4)
能である薄膜を形成し、前記薄膜上に多結晶層を形成し
、前記多結晶層の表面からその拡散係数が前記薄膜の方
が小である不純物を注入し、前記多結晶層に注入された
不純物を第一熱処理によりその多結晶層中に拡散し、こ
の多結晶層と前記薄膜との間の粒界層に均一な又は実質
的に均一な不純物層を形成し、前記均一な又は実質的に
均一な不純物層における不純物を第二熱処理により前記
薄膜を介して基板中に拡散し、装置の各部となる拡散層
を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。1. A thin film capable of carrier tunneling is formed on a substrate, a polycrystalline layer is formed on the thin film, and the thin film has a smaller diffusion coefficient from the surface of the polycrystalline layer. A certain impurity is implanted into the polycrystalline layer, and the impurity implanted into the polycrystalline layer is diffused into the polycrystalline layer by a first heat treatment, so that the grain boundary layer between the polycrystalline layer and the thin film is uniformly or substantially A uniform impurity layer is formed, and impurities in the uniform or substantially uniform impurity layer are diffused into the substrate through the thin film by a second heat treatment to form a diffusion layer that becomes each part of the device. A method for manufacturing a semiconductor device.
連続した温度上昇により続いて行うことを特徴とする請
求項1記載の半導体装置の製造方法。2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first heat treatment and the second heat treatment are performed successively by successive temperature increases.
段階的な温度上昇により続いて行うことを特徴とする請
求項1記載の半導体装置の製造方法。3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first heat treatment and the second heat treatment are performed successively by increasing the temperature in stages.
あることを特徴とする請求項1、2又は3記載の半導体
装置の製造方法。4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the material of the substrate is a semiconductor material containing Si.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2026991A JPH04237118A (en) | 1991-01-22 | 1991-01-22 | Manufacture of semiconductor device |
US07/755,452 US5242858A (en) | 1990-09-07 | 1991-09-05 | Process for preparing semiconductor device by use of a flattening agent and diffusion |
CA002050781A CA2050781C (en) | 1990-09-07 | 1991-09-06 | Process for preparing semiconductor device |
EP19910115132 EP0480178A3 (en) | 1990-09-07 | 1991-09-06 | Process for preparing semiconductor device |
US08/067,788 US5476799A (en) | 1990-09-07 | 1993-05-27 | Process for preparing semiconductor device using a tunnel oxidized layer |
US08/390,548 US5597741A (en) | 1990-09-07 | 1995-02-17 | Process for forming a recrystallized layer and diffusing impurities |
US08/457,149 US5739590A (en) | 1990-09-07 | 1995-06-01 | Semiconductor device having improved surface evenness |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2026991A JPH04237118A (en) | 1991-01-22 | 1991-01-22 | Manufacture of semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH04237118A true JPH04237118A (en) | 1992-08-25 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2026991A Pending JPH04237118A (en) | 1990-09-07 | 1991-01-22 | Manufacture of semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04237118A (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JPS5793525A (en) * | 1980-12-03 | 1982-06-10 | Nec Corp | Manufacture of semiconductor device |
JPS61208829A (en) * | 1985-03-14 | 1986-09-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacture of semiconductor device |
-
1991
- 1991-01-22 JP JP2026991A patent/JPH04237118A/en active Pending
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