JPS63166219A

JPS63166219A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPS63166219A
Application number: JP31534786A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Ito; 仁伊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-12-26
Filing date: 1986-12-26
Publication date: 1988-07-09

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、半導体装置の製造方法に係わり、特に不純物
拡散層形成工程の改良をはかった半導体装置の製造方法
に関する。

（従来の技術）従来、半導体装置の製造における不純物導入方法には、
周知の技術としてイオン注入法や不純物含有物質からの
拡散を利用した固相拡散法等がある。前者は、シリコン
基板の表面にイオンを直接注入したのち、熱処理により
イオンを拡散させる方法であり、導入する不純物量を電
気的に正確に制御できると云う利点を有している。また
、後者は、シリコン基板上に不純物含有ガラス膜を被着
したのち、熱処理によりガラス膜中の不純物をシリコン
基板に拡散させる方法であり、比較的浅い拡散層を形成
できると云う利点を有しているが、工業的にはイオン注
入法はど普及していない。

ところで、ＭＯＳｈランジスタの製造工程では浅い接合
（拡散層）を形成する必要があり、例えば２５６にビッ
トＤＲＡＭは約０．２５ｕ　７１の接合深さで作られて
いる。さらに、今後の実用化が期待される４ＭビットＤ
ＲＡＭ級では、０．１ａｍ以下の接合深さにする必要が
ある。このように素子の微細化が進み、シリコン基板中
の拡散層を益々浅くする必要が生じている現在、イオン
注入法及び固を目拡散法には、以下に述べるような問題
点がある。

イオン注入法では、不純物原子を物理的にシリコン基板
に埋込むため、注入された不純物原子の分布はイオン注
入時の加速エネルギーに大きく依存する。浅い接合を作
るためには、浅いイオン注入分布を作る必要があり、そ
のためには低加速エネルギーでイオン打込みを行うこと
が重要である。

しかし、低加速エネルギーでイオンを打込む場合には、
イオン流の制御が難しく、０．１μｍ以下の接合深さを
達成するのは困難である。また、イオン注入した不純物
は熱工程により活性化する必要があり、この熱工程にお
ける不純物の拡散現象のため、拡散層はイオン注入直後
よりも更に広がると云う問題がある。

一方、不純物ガラスを拡散源とする固相拡散法の場合、
次のような問題がある。即ち、不純物として一般に用い
られる硼素、砒素のいずれの場合もガラス中の拡散係数
はシリコン基板中の拡散係数より２桁以上も小さく、そ
のため固相拡散においてはガラス中の不純物拡散が律速
となる。従って、シリコン基板中への不純物導入量を十
分多くするためには、高温で拡散を行わねばならない。

この場合、結果としてシリコン中の拡散層が広がってし
まい、浅い接合を形成することは困難となる。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来方法では、イオン注入法及び固相拡散法
のいずれにあっても、表面濃度が十分高く且つ接合深さ
の十分浅い不純物層を制御性良く形成することは困難で
あった。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、表面濃度が十分高く且つ接合深さの十
分浅い不純物拡散層を制御性良く形成することができ、
素子の高密度化及び高集積化等に寄与し得る半導体装置
の製造方法を提供することにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明の骨子は、砒素（Ａｓ）、硼素（Ｂ）。

燐（Ｐ）等を半導体基板中に直接溶解して拡散層を形成
することにある。

即ち本発明は、半導体基板の表面に不純物拡散層を形成
する工程を含む半導体装置の製造方法において、半導体
基板の表面に拡散層を形成すべき領域を除いて拡散マス
クを形成するしたのち、砒素、硼素或いは燐のハロゲン
化物を含む雰囲気中で上記基板の表面に光を照射し、該
基板表面に砒素、硼素或いは燐を溶解して拡散層を形成
するようにした方法である。

（作用）上記方法であれば、半導体基板中にＡｓ、Ｂ或いはＰを
直接溶解して拡散層を形成しているので、低温でも十分
な量の不純物を拡散させることができる。さらに、ガス
の圧力、基板温度及び照射光強度等の条件により、不純
物の導入量や拡散深さを容易に可変することができる。

従って、浅い接合深さの拡散層を制御性良く形成するこ
とが可能となる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例方法に使用した拡散装置を示
す概略構成図である。図中１１は真空容器であり、この
容器１１内には基板ホルダー１２により支持された被処
理基板１３が収容されている。基板ホルダー１２内には
、被処理基板１３を加熱するためのヒータ１４が設けら
れている。容器１１内にはガス導入口１５から所定のガ
スが導入され、また容器１１内のガスはガス排気口１６
から排気されるものとなっている。

一方、容器１１の上方にはフラッシュランプ１７が設け
られている。このフラッシュランプ１７は、例えば出力
１　ｋｖの閃光管を２４本配置してなるものである。そ
して、フラッシュランプ１７からの光は、容器１１の上
面に設けた光導入窓１８を介して容器１１内に導入され
、被処理基板１３の表面に照射される。なお、図には示
さないが、容器１１の壁面は水冷管等により冷却される
ものとなっている。

次に、上記装置を用いたＡｓ拡散層の形成工程について
、第２図を参照して説明する。

まず、第２図（ａ）に示す如くシリコン基板（半導体基
板）２１の表面に素子分離のための５ｉ０２膜（拡散マ
曵り）２２を形成した被処理基板１３を用意し、これを
前記第１図に示す拡散装置の基板ホルダー１２上に裁置
する。この状態で、ガス導入口１５から容器１１内にＡ
ｒ或いはＮ２を導入し、ヒータ１４により基板温度を室
温〜１０００℃に設定する。

次いで、容器１１内にＡ　ｓ　Ｆ　３ガスを０．１〜１
００ｃｃ／ｍｉｎの流量で流し、系を安定にさせる。こ
のとき・更にＮ２　、Ｎ２　、Ａｒのうちの少なくとも
１種のガスを容器１１内に流してもよい。この状態で、
前記フラッシュランプ１７により、時定数２　ｆｆ１ｓ
ｅｃ、繰返し周波数８００７ｓｅｃで、５０回の閃光を
照射する。これにより、Ａｓがシリコン中に拡散し、拡
散層深さ約０．１μｍの接合を再現性良く形成すること
ができた。これは、次のような効果によるものであると
考えられる。

基板温度を室温〜１０００℃にすることにより、第２図
（ｂ）に示す如く気相のＡｓＦ３ガスは基板のシリコン
及びシリコン酸化膜表面に物理吸着或いは化学吸着を起
こす。ここで、２３は気相中のＡ　ｓ　Ｆ　３原子、２
４は表面に吸着したＡ　ｓ　Ｆ　３．原子を示している
。特に、シリコン表面では、Ａ　ｓ　Ｆ　３は下地シリ
コン原子と化学反応を起こし、次の反応で一部Ａｓに還
元されている。

この状態で閃光を照射すると、基板表面が急激に加熱さ
れ、吸着しているＡ　ｓ　Ｆ　３の多くは脱着し、一部
はＡｓに分解し、このＡｓがシリコン或いはシリコン酸
化膜中に拡散していく。これにより、第２図（Ｃ）に示
す如＜Ａｓ拡散層２５が形成されることになる。

ここで、基板上に吸着する量は、基板温度とＡ　ｓ　Ｆ
　３の分圧で制御し易く、基板温度。

Ａ　ｓ　Ｆ　３分圧を制御することで容易にシリコン表
面上のＡ　ｓ　Ｆ　３の吸着量を制御できる。このため
、閃光の光量と照射の繰返し周波数を制御すると、不純
物の拡散深さを容易に制御でき、０．１μｍ以下の拡散
深さを実現することも可能である。さらに、高濃度のＡ
ｓをシリコン表面に形成するための拡散効率にも優れて
いる。

かくして本実施例方法によれば、Ａｓ、Ｂ或いはＰのハ
ロゲン化物を含むガス雰囲気中で、シリコン基板２１の
表面に光を照射することによ゛り、シリコン基板２１の
表面に浅いＡｓ拡散層（ｎ型層）を形成することができ
る。そしてこの場合、Ａｓの導入量は十分高く且つ均一
であり、さらに接合深さ　Ｏ５１μｍ以下と極めて浅い
接合深さを実現することができる。また、Ａｓの導入量
は、Ａ　ｓ　Ｆ　３ガスの導入量及び添加ガスの導入量
等により、制御性良く設定することができる。従って、
ＭＯＳトランジスタの製造に適用して浅い接合深さのソ
ース・ドレイン領域を形成することが可能となり、高密
度・高集積回路の製造に絶大なる効果を発揮する。

なお、ＭＯＳトランジスタの製造に適用する場合、第３
図（ａ）に示す如くシリコン基板３１上に素子分離用酸
化膜３２を形成し、ゲート酸化膜３３を介してゲート電
極３４を形成し、さらに側壁酸化膜３５を形成した状態
で、先と同様にしてＣＶＤ法によるＡｓ薄膜の形成、フ
ラッシュアニールを行う。これにより、第３図（ｂ）に
示す如く、ソース・ドレイン領域となる浅いＡｓ拡散層
（ｎ＋層）３６．３７を形成することが可能となる。

なお、本発明は上述した実施例方法に限定されるもので
はない。例えば、前記ガスはＡ　ｓ　Ｆ　３に限るもの
ではなく、ＡｓＢｒ３　、ＡｓＣ，ｌ？３或いはＡ　ｓ
　Ｉ　３でもよい。さらに、Ａｓのハロゲン化物に限る
ものではなく、Ｂ或いはＰのハロゲン化物を用いること
により、Ｂ、Ｐの拡散を行うことも可能である。つまり
、本発明はＡｓの拡散に限定されるものではなく、Ｂ、
Ｐの拡散にも適用することができる。また、Ａｓのハロ
ゲン化物の代りにＡｓＨ３を用いても同様の効果を得る
ことが可能である。

また、前記光照射手段としては閃光管の代りに、Ａｒレ
ーザ、ＫｒＦ、ＡｒＦ等のエキシマレーザを用いること
も可能である。また、原料ガスとしてのＡｓ、Ｂ或いは
Ｐのハロゲン化物に添加ガスを混合する場合、この添加
ガスとしてはＡｒ。

Ｎ２．Ｎ２等の少なくとも１種を選択すればよい。

さらに、拡散マスクはシリコン酸化膜に限るものではな
く、シリコン窒化膜等の他の絶縁膜を用いることが可能
である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種
々変形して実施することができる。

［発明の効果コ以上詳述したように本発明によれば、Ａｓ。

Ｂ或いはＰのハロゲン化物を含むガス雰囲気中で光照射
することにより、シリコン等の半導体基板に不純物を直
接溶解して拡散するため、低温でも十分な不純物量とな
り、表面濃度が高く接合深さの浅い不純物拡散層を制御
性良く形成することができる。従って、半導体素子の高
密度化及び高集積化に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法に使用した拡散装置を示
す概略構成図、第２図は本発明の一実施例方法に係わる
不純物拡散工程を示す断面図、第３図は上記実施例方法
をＭＯＳ）ランジスタの製造に適用した例を示す断面図
である。１１・・・真空容器、１２・・・基板ホルダー、１３・
・・被処理基板、１４・・・ヒータ、１５・・・ガス導
入口、１６・・・ガス排気口、１７・・・フラッシュラ
ンプ、１　ｇ−１，光導入窓、２１・・・シリコン基板
（半導体基板）、２２０９．素子分離用酸化膜（拡散マ
スク）、２３０１．気相中のＡ　ｓ　Ｆ　３原子、２４
・・・表面に吸着したＡ　ｓ　Ｆ　３原子、２５・・・
Ａｓ拡散層。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図（ｂ）第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板の表面に拡散層を形成すべき領域を除
いて拡散マスクを形成する工程と、次いで砒素、硼素或
いは燐のハロゲン化物を含む雰囲気中で上記基板の表面
に光を照射し、該基板表面に砒素、硼素或いは燐を溶解
して拡散層を形成する工程とを含むことを特徴とする半
導体装置の製造方法。
（２）前記半導体基板はシリコン基板であり、前記拡散
マスクはシリコン酸化膜であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の半導体装置の製造方法。
（３）前記拡散層を形成する工程において、前記基板を
加熱しておくことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の半導体装置の製造方法。
（４）前記砒素、硼素或いは燐のハロゲン化物ガスに、
アルゴン、窒素、水素の少なくとも１種を添加ガスとし
て混合したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の半導体装置の製造方法。
（５）前記光を照射する手段として、閃光管或いはレー
ザ発振器を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の半導体装置の製造方法。