JPS5954222A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS5954222A
JPS5954222A JP16325582A JP16325582A JPS5954222A JP S5954222 A JPS5954222 A JP S5954222A JP 16325582 A JP16325582 A JP 16325582A JP 16325582 A JP16325582 A JP 16325582A JP S5954222 A JPS5954222 A JP S5954222A
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JP
Japan
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layer
atoms
diffusion
layers
impurity
Prior art date
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Pending
Application number
JP16325582A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshiyo Itou
伊藤 敏代
Jiro Oshima
次郎 大島
Takashi Yasujima
安島 隆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76Making of isolation regions between components
    • H01L21/761PN junctions

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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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】 〔発明の技術分野〕 この発明し1、PN接合を有する″′1″導体装置の製
造方法に関し、さらにiJ’ +gftl pこは半導
体素子の素子間分離のためのPN接合のように深いPN
接合を形成する場合に好適な半導体装置の製造方法に関
する。
〔発明の技術的背景〕
従来、バイポーラIC宿の素子分離に(よ、一般にPN
接合を利用する方法が採用さハ、ている。この方法にお
いては、ボロシIノケートカラス膜(以下BSG膜と記
t)’ff1P型不純物ホロン(J3)の拡散源とし、
て形成し、J3SG膜中の■3ヲ半導体基板ox−ei
*シャル層に深く熱拡散させて、エピタキシャル層を貫
通するP型導電領域を形成し、素子分離用のPN接合と
していた。
第1図は」二記公知の素子分離方法によって作らytだ
バイポーラ1.Cの一部の断面図であり、同図において
1はP型半導体基板、2IrJ、埋込層、3はエピタキ
シャル層、4は5L02などの絶縁膜、5は拡散源BS
G膜である。素子分離用の深いB拡散層6は、図示され
るように、絶縁膜4街ポトエッチングによって選択開孔
した後に絶縁膜41−に被陪さぜたB S G膜5’に
拡散源として半導体基板1を熱処理することによって形
成される。
このような従来の素子分離方法は、以下に記載する問題
点があるために、高密朋高耐圧のICの製造VCは不適
であることが明ら力・になっている。
〔背景技術の問題点〕
ボロン(I3)は実用的々アクセブク不純物として栄導
体の製造が始まったとき以来広く使用されているが、そ
の拡散係数が比較的小さいので拡散速度も比較的遅く、
従って素子分逓[のように深い拡散を必要とする場合に
は、かなり長時間半導体基板を高温に曝さなければなら
ない。例えば前記のごとき従来の素子分離方法によると
、11μ7+1の拡散深さを得るには1200℃で45
時間もの間熱拡散処理が必要である。
しかるに、半導体にこのような長時間熱処理を加えるど
結晶内にすべりやその他の結晶欠陥が生じ、こi%ら欠
陥が製造後の素子q71−性の劣化やノイズ増加を招く
こと(〕てなるので、この点から見てBは深い拡散を必
要とする場合の拡散元素としては適していないことがわ
かってきた。特に最近ではICの高耐圧化Vこ伴って素
1分肉11のために15〜2o117n程度の深いPN
接合が必要になってきているが、13ヲ拡散元素とする
従来方法によって前記のように深い拡散を行わせようと
すると、熱処理条件はさらに高温かつ長時間にする必要
が生じ、その結果半導体基板の結晶欠陥は一層増大し、
ql/、導体素子の特性劣化と歩留り低下が特に著しく
なるおそれがあった。
そこで前記のごとき深い拡散な−なるべくケ()直間の
うちに形成さぜるには、Bよりも拡散速度の大きなアル
ミニウム(Al)eアクセプク不純物として用いること
が考えられるが、A1は非常に酸化しや1く、またシリ
コン(Si)に対して析出或は合金化しゃ寸いIIAE
、質がある点に回層がある。すなわち従来Al1Si中
に拡散させる方法として、半導体基板とA1とをカプセ
ル中に密封して外部から加熱することによすA1ケ半導
体基板中に拡散する封管法が知られているが、この封管
法ではカプセル内のAtの蒸気圧を制御することが回能
であり、蒸気圧が高すぎるときには析出したA1や、A
lとSiとの合金が半導体基板の表面に生成し、PN接
合の形成が不安定になるという欠点があっ1ヒ。また、
AIと半導体基板と4カプセル中に封入する際には酸素
の混入を完全に防止することが必要であるが実際の生産
ラインでは完全な無酸素封入は実現できぬため酸化アル
ミニウムの生成は避けることができなかった。以上のよ
うに、封管法によってAl拡散を行った場合には、酸化
アルミニウムの生成がA1の析出合金化とともに避けら
れず、そのため、得られた拡散層のシート抵抗は、目標
値に対するロット毎の歩留りが50〜70係であり、極
めて不満足な結果となっていたO 〔発明の目的〕 この発明の目的は、不純物原子を熱拡散させてPN接合
を形成する場合に、半導体基板の表面に不純物原子の析
出や不純物原子とシリコンとの合金化の現象を牛じ女い
半導体装置の製造方法を提供することにある。またこの
発明の別の目的は、半導体基板に著しい結晶欠陥を生じ
さぜることなく、深い拡散が短時間の拡散熱射3!l!
にょって得られる新規な半導体装置の製造方法全4に供
することである。特VcALによる好適な素子分離1)
N接合形成法を提案する。
〔発明の概要〕
この発明は、PN接合形り兄のための拡散源の形成と拡
散熱処理前の拡散領域の予備処理とに特徴がある。第一
に、拡散源の形成と1−では、多結晶S1層に81原子
のイオン注入を行って過剰S1原子舎存在せしめ、その
後Al原原子ど不純物原子をイオン注入をしてドープ多
結晶81層を形JJ又17、しかもこの場合1C8i原
子と不純物原子の両イオン注入プロファイルの注入ピー
ク位置がほぼ一致するようにしたものである。第二に、
拡散領域の予備処理は、Sl半導体基板の表面[Si原
子全イオン注入をして基板中に過剰Sl原子を含有せし
めるように1−たものである。
拡11り源の多結晶81層においても拡散領域の81基
板においても、イオン注入によって過剰Si原子を含イ
コせしめると、単位容積当りのsi原子数が増加し、そ
のためイオン注入をしたSiに対する不純物原子の溶解
度はイオン注入をしないslに対する溶解nン(以下固
溶限という)よりも犬となり、不純物原子の析出や合金
化が抑制される。
また拡散速度が早いがsiに対する固溶限が低いために
利用するのが困難であった不純物例えばA1、ガリウム
(Ga)などによって、深いPN接合を形成することが
可能となる。従って本発明はバイポーラIC等の深い素
子分離用PN接合を形成するのVCも−に好適なのであ
る。また5iVc対する固溶限の低いAuなどの不純物
拡散にも利用することができる。
〔発明の実施例〕
以下に本発明の一実施例について第2図及び第6図を参
照しで説明する。
ます、P型の半導体基板1上に埋込層2を形成(−た後
その上にエピタキシャル層3を成長させる。
次いでエピタキシャル層6の表面全体に厚さ7000人
の5IO2膜4を形成した後、さらにその上VこAlの
拡散を阻止するために厚さ1000 AのsI 3N4
J摸7を形成した。
次に、5IO2膜4と513N4膜7とをホトエツチン
グによって選択的[開孔した後、全面にC’VD法等に
より厚さ3000 Aの多結晶Si層8を堆積させた。
第2図は以」−の工程終了後の半導体素子の断面図であ
る、 次に第2図矢印a、bのように、Si原子をドーズ量l
×1015C〃l−2.加速7に圧100 keV及ヒ
トース量I X 10”’Cm−2.加速電圧250 
ke’V テ、2回イオン注入した。第1回目のイオン
注入は多結晶81層8に対して行わノt、これは後に行
わノするAlイオン注入の注入プロファイルと同じ注入
プロファイルとなるように、すなわち同じ注入ピーク位
置となるように、設定されている。この多結晶S】層8
へのSiイオン注入は、後に行われる多結晶Si層中へ
のAlイオン注入に伴って生ずるA1の析出を抑制する
ための準備工程である。
第2回目のSiイオンLL人は絶縁膜開孔部内の半導体
基板、具体的にはエピタキシャル層3の表面近傍に対し
て行わスt、このSiイオン注入は後の熱拡散工程にお
いて多結晶S1層8から拡散するA1がエピタキシャル
層乙の表面近傍で析出したり、AI −Sjの合金化と
いう現象街抑制するための前処理である。
Slをイオン注入した後は、A1をドーズ量1×101
5an ’、加速電圧801<e’Vで多結晶S1層8
にイオン注入をした。前述1−たよう[Alのピーク位
置は多結晶Si層へのSl原子のビー4位置と一致する
ことが最適であるが、A1のピーク位置がSi原子のピ
ーク位置よりも拡散領域に対してより遠い位ty3にあ
る方がより近い位置にある方よりも好ましい。なぜなら
ばAlの拡散経路にSi原子のビーク位11つ′が宥在
することIcなり、Alの析出防止の点てより有効であ
るからである。
次に、SiO□膜4と513N4膜7との開孔部以外の
多結晶S1層8街ホトエツチングによって取り除いた後
、第6図に示すよう((全面に約1.ooo人の厚さで
513N4膜9kCVD法により堆積させた。
この5i3N411廃9は、次の熱拡散工程においてA
Iが外方向に拡散するのを防止するために形成したもの
である。
以上の前処理工程を経た後、半導体基板は1100℃の
N2ガス雰囲気中で24時間加熱して、A1原子をエピ
タキシャル層に拡散さぜ、シート抵抗30 f1//i
−1、拡散深さ12117nの拡散層(素子分離用P層
)10が得られた。
また同じ前処理を施した半導体基板を1200’CのN
2ガス雰囲気中で約20分間加熱1.でもシート抵抗3
0.0/[I] 、拡散深さ12μ711の拡散層が得
られた。
そしてこのようにして製造さizた多数の拭清Iに対し
て結晶構造の評価及び素子特性の解析を行ったところ、
Al−8iの合金化、エピタキシャル層6を含む半導体
基板内における結晶欠陥の発生、酸化Alの発生、及び
Alの析出などの欠陥は全くなく、また素子特性も良好
でノイズも少ないことがわかった。なお、多結晶81層
8内にはわずかのA1207.が生ずることがあるが、
こ力、は素子特性に悪影響を力えないように本発明が構
成されている結果である。J:だ実施例の拡散層10の
シーI・抵抗値在試木1の製造口、ト毎に目標値と比較
したところ、全ロットが1」標範囲内にあった。因みに
従来のJ?j管法によって得らnだ試料は目標範囲内(
ICあるものは50〜70%しか々かった。
〔発明の効果〕
以上の如き本発明の製造方法(Cおける特徴と効果を列
記す力、は次のj[すりである。
(1)不純物原子の拡散に先立って半導体基板の表面に
は予め過剰のSi原子が注入されているので基板の固溶
源を超える多量の不純物原−’fk拡散さぜることかで
き、1だ半導体基板との界面近傍に発生しやすい不純物
原子の析出を抑制できると同i1肖t Mこ不純物原子
とSlとの合金化を阻止することができ、その結果高濃
度の拡散層を肯ることができる。
(2)不純物原子のイオン注入は多結晶S1層に対して
のみ行わノするのでイオン注入による結晶欠陥や酸化物
などの発生は多結晶S1層のみに牛し、半導体基板には
結晶欠陥の少ない拡散層が形成できる。
(3)従来の封管法に比較して拡散深さや濃度の制御が
容易である。
(4)従来のBSG拡散法では長時間の熱処理によって
結晶欠陥を生じてしまう深い拡散層も本発明によってA
1を不純物とす1tl−Jl、短時間の熱処理ですみ、
その結果高面1圧の半導体装置を高い歩留りで生産でき
る」:うに斤った。
(5)本発明方法の実施に必要な設備や技術は、いずれ
も従来半導体装置製造に使用さil、ているものはかり
であるから、量産に適するとともに管理上の難点が少な
く実用的である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のB S G I摸拡散法による素子分断
1用PN接合形JJy、を説明するための半導体装置の
断面図、第2図及び第6図は本発明の製造方法を説明す
るための半導体装置の断面図である。 1・・・半導体基板、2・・・埋込層、6・・エビクギ
シャル層、4・・・S i 02膜、5・・BSG膜、
6・・13拡散層、8 多結晶St層、7 、9−= 
Si3N4#  10 ・−Ul”f’i’1層。 判 第1図 第3図  87−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 不純物原子を熱拡散させてPN接合を形成する半導
    体装置の製造方法であっ′で、半導体基板の所定拡散領
    域の上に多結晶S1層を形成する工程と、該多結晶Si
    層に上記不純物原子な−イオン注入する工程と、該不純
    物原子イオン注入工8に先立って該不純物原子イオン注
    入プロファイルの注入ピーク位置とほぼ一致する注入ピ
    ーク位置に81原−7−’y該多結晶Si層にイオン注
    入する工程と、下記熱拡散工程に先立って該所定拡散領
    域にSi原子をイオン注入する工程と、該不純物原子イ
    オン注入工程の後に該所定拡散領域に上記不純物原子を
    熱拡散さぜる工程とを含む半導体装置の製造方法 2 熱拡散させる不純物原子がAl原子である肪、i′
    r請求の範囲第1項記載の製造方法。
JP16325582A 1982-09-21 1982-09-21 半導体装置の製造方法 Pending JPS5954222A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0234937A (ja) * 1988-07-25 1990-02-05 Matsushita Electron Corp 半導体装置の製造方法
KR100789606B1 (ko) 2005-09-27 2007-12-27 산요덴키가부시키가이샤 반도체 장치 및 그 제조 방법

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