JPS6351627A - 不純物拡散方法 - 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〕 本発明は半導体装置の製造方法、特に不純物拡散方法に
関する。

〔従来の技術〕

バイポーラやＭＯＳ（ｍｅｔａｌ　ｏｘｉｄｅ　ｓｅｍ
ｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ等の半導体装置か
ら構成されるＬＳＩ（ｌａｒｇｅ　５ｃａｌｅ　ｉｎｔ
ｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ）において１個々の素
子は電気的に分離する必要がある。ところが、ＬＳＩの
微細化にともない素子分離幅が狭くなるにつれて素子間
の電気的なリークや寄生ｐｎｐｎサイリスタのラッチア
ップ現象による素子の破壊などが問題になってきた６ 最近、これらの問題を解決する素子分離法として溝分離
法（ｔｒｅｎｃｈ　１ｓｏｌａｔｉｏｎ）が提案されて
いる。

この溝分離法には様々な方法がある。例えば佐久間らは
昭和５８年４月、応用物理学会予稿集、５３０ページに
溝の中にＳｉＯ□を埋める方法を報告しており、またエ
イチ・ゴトー（ｌＩ−Ｇｏｔｏ）らは１９８２シンポジ
ウムオンブイ・エル・ニス・アイ　テクノロジイダイジ
ェストオブテクニカルペーパーズ（１９８２Ｓｙｍｐｏ
ｓｉｕｍ　　ｏｎ　　ＶＬＳＩ　　Ｔｅｃｈｎｏｌｇｙ
　　Ｄｉｇｅｓｔ　　ｏｆ　　Ｔｅｃｈｎ−ｉｃａｌ　
ｐａｐｅｒｓ）、　５８ページから６１ページに溝の中
にポリシリコンを埋め込む方法を報告している５第３図
（ａ）に前者の構造の模式的断面図を、（ｂ）に後者の
構造の模式的断面図を示す。図中、１はｐ形シリコン基
板、２は高濃度ｐ形波’ｆｆ！２層、４はＳｉＯ□膜、
８は埋め込みＳｉＯ□、１２は埋め込みポリシリコンで
ある。これらの方法は溝の中にＳｉｎ、を埋め込むか、
或いはポリシリコンを埋め込むかの違いはあるが、基本
的には幅の狭い溝を深く形成し溝の底部に、高濃度のｐ
形不純物（例えばボロン）を注入する点で同じである。

この構造により前述の問題点である素子間のリークは溝
底部の高濃度ｐ膨拡散層で止めることができ、またラッ
チアップは深い溝を形成し垂直方向に素子面の距離をも
たせることによって解決することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、これらの溝分離法では溝の側面に不純物拡散
層を形成することができない、そのため、例えば溝分離
法で形成したｎＭＯ３トランジスタにおいて、ゲート電
極直下の溝側面のソース・ドレイン間にリーク電流が発
生する。

以下第２図（ａ）のｎＭＯ５トランジスタの模式的平面
図と（ｂ）の模式的断面図によりこの問題を説明する。

図中、１はｐ形シリコン基板、２は高濃度ｐ膨拡散層、
８は埋め込みＳｉＯ□膜、９はｎ形ソース・ドレイン拡
散層、１０はゲート電極、１１はチャネル部である。こ
こで、（ｂ）の模式的断面図は（ａ）の模式的平面図中
に示した八Ｂの破線の断面図に対応する。

（ｂ）の断面図において、チャネル部１１は溝側面に接
している。この溝側面のシリコンは低濃度のｐ形シリコ
ンであり非常に反転しやすい状態にある。

そのため、この溝側面のシリコンにそってソースからド
レインにリーク電流が流れる。

このようなリーク電流を抑えるには溝側面のシリコン中
のｐ形不純物濃度を高くすることが必要である。

本発明の目的は上記問題点を解決する方法として不純物
を半導体装置の側面に選択的に拡散する方法を提供する
ことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は半導体装置の製造方法において、垂直に段差を
有するシリコン基板上に５ｉｎ２膜を形成し。

次いでボロンを拡散したポリシリコン膜を形成した後、
リンをイオン注入法により前記ポリシリコン膜の厚さに
達するまで注入し、次いで高温で熱処理することにより
前記段差の側面にのみ選択的にボロンを拡散することを
特徴とする不純物拡散方法である。

〔原理・作用〕

例えばｐＭＯ５トランジスタにおいて、ゲート電極にボ
ロンを拡散したｐ形ポリシリコン膜を用いた場合、高温
熱処理によりボロンがゲートＳｉＯ□膜を突き抜けてチ
ャネル部に達する。ところが、同じ条件でボロンを拡散
したＰ形ポリシリコン膜にリンをさらに拡散しｎ形ポリ
シリコン膜にした場合、高温熱処理によってもボロンは
ほとんど拡散しない。本発明はこの現象を利用したボロ
ンの拡散方法である。特に本発明は溝などの段差の側面
のみにボロンを選択的に拡散できる点に特徴がある。

ここで、側面のシリコンに拡散したボロンの濃度はポリ
シリコン中のボロン濃度、ＳｉＯ□膜の厚さ、熱処理の
温度と時間により制御することができる。

〔実施例〕

以下に本発明の不純物拡散方法についてＳｉｎ、を埋め
込んだ溝の形成の実施例に基づき説明する。

第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）　、　（ｄ）は
本発明の不純物拡散方法の主要工程を示した模式的断面
図である。図中、１はＰ形シリコン基板、２は高濃度ｐ
膨拡散層、３はレジスト膜、４はＳｉｎ、膜、５はｐ形
ポリシリコン膜、６はｎ形ポリシリコン膜、７はｐ膨拡
散層、８は埋め込み５ｉｎ２である。

まず、第１図（ａ）に示すように、ｐ形シリコン基板１
上にレジスト膜３を１．５−塗布し、通常の露光・現像
工程によりこれをパターンニングする。

次いで、これをマスクに下地シリコンを異方性ドライエ
ツチングにより垂直に３ｕＩｍエツチングし、続いてボ
ロンをイオン注入法により溝底部のみに注入し高濃度ｐ
膨拡散層２を形成する。ここで、レジスト膜３はポジ形
レジストのＭＰ−１４００−２７を用いた。また異方性
ドライエツチングはＣＣＱ、Ｆと０□の混合ガスを用い
それぞれの流量は４０ＳＣＣＭ　、　５ＳＣＣＭであり
、高周波電力はｔｓｏｖ、ターゲットは石英を用いて行
った。またボロンのイオン注入はエネルギー５０にｅＶ
、濃度Ｉ　Ｘ　１０１１０ｌ４”の条件で行った。

次に第１図（ｂ）に示すように、前記レジスト［３を剥
離した後、熱酸化によりＳｉｎ、膜４を４００人形成す
る。次いでＣＶＤ法によりボロンを拡散したｐ形ポリシ
リコン膜５を５０００人形成する。ここで。

ボロンはポリシリコン膜中に５　Ｘ　１０”　Ｑｌ−’
まで拡散する。

次に第１図（ｃ）に示すように、リンをイオン注入法に
より注入してｎ形ポリシリコン膜を形成し、これを高温
で熱処理する。ここで、リンは垂直に注入することによ
り段差の側面には注入されないので１段差の側面のみに
選択的にｐ形ポリシリコン膜５を形成することができる
。従って前述のようにポリシリコン膜５中のボロンのみ
が高温の熱処理でＳｉＯ□膜４を拡散し側面のシリコン
中にｐ形波散層７を形成される。ここで、リンのイオン
注入はエネルギー１２０にｅＶ、濃度Ｉ　Ｘ　１０１″
ａｍ−”の条件で行った。また高温の熱処理は酸素と水
素の流量比が１＝１の雰囲気で、温度１０００℃１時間
２０分の条件で行った。

次に第１図（ｄ）に示すように、前記ｐ形ポリシリコン
膜５と前記ｎ形ポリシリコン膜６をエツチングして除去
し、次いで溝の中にＳｉＯ□８を埋め込む。

ここで、埋め込みＳｉＯ□８はＣＶＤ法により厚く形成
したＳｉＯ□膜をエッチバック法またはポリッシング法
によりエツチングし溝の中だけにＳｉＯ□を残存させて
形成する。

以上のように１本発明の実施例によればＳｕｎ、を埋め
込んだ溝の形成において溝の側面のみにボロンを拡散す
ることができる。よって溝の側面にそってリーク電流が
流れるという従来の問題点を解決することができる。

尚、本実施例ではＳｉＯ□を埋め込んだ溝の形成に本発
明を用いたが他の構造の溝の形成例えばポリシリコンを
埋め込んだ溝の形成にも用いることができる。また他の
半導体装置で特にシリコン側面にｐ膨拡散層を形成する
場合にも応用できることは明らかである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明の不純物拡散方法によれば、シリコ
ン基板に形成された段差の垂直な側面に選択的にボロン
を拡散することができる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）　、（ｄ）は本
発明の不純物拡散方法の一実施例の主要工程を示した模
式的断面図、第２図（ａ）　、　（ｂ）は従来の溝分離
法の問題点を説明するために示した溝に囲まれたＭＯＳ
トランジスタの模式的平面図と模式的断面図、第３図（
ａ）　、　（ｂ）は従来の溝分離法を説明するために示
した模式的断面図である。 １・・・ｐ形シリコン基板、２・・・高濃度Ｐ膨拡散層
、３・・・レジスト膜、４・・・Ｓｉｎ、膜、５・・・
ｐ形ポリシリコン膜、６・・・ｎ形ポリシリコン膜、７
・・・ｐ膨拡散層、８・・・埋め込みＳｉＯ□、９・・
・ｎ形ソース・ドレイン拡散層、１０・・・ゲート電極
、１１・・・チャネル部、１２・・・埋め込みポリシリ
コン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体装置の製造方法において、垂直に段差を有
   するシリコン基板上にＳｉＯ＿２膜を形成し、次いでボ
   ロンを拡散したポリシリコン膜を形成した後、リンをイ
   オン注入法により前記ポリシリコン膜の厚さに達するま
   で注入し、次いで高温で熱処理することにより前記段差
   の側面にのみ選択的にボロンを拡散することを特徴とす
   る不純物拡散方法。