JPH0266938A - 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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JPH0266938A
JPH0266938A JP21941288A JP21941288A JPH0266938A JP H0266938 A JPH0266938 A JP H0266938A JP 21941288 A JP21941288 A JP 21941288A JP 21941288 A JP21941288 A JP 21941288A JP H0266938 A JPH0266938 A JP H0266938A
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JP
Japan
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film
boron
substrate
layer
gate electrode
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JP21941288A
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Tsunenori Yamauchi
経則 山内
Yuji Furumura
雄二 古村
Masahiko Toki
雅彦 土岐
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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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】 〔概 要〕 電極層や不純物拡散層の形成方法に関し、極めて浅い不
純物拡散層や薄い電極層を同時に、または、別個に形成
することを目的とし、単結晶シリコン層、多結晶シリコ
ン層、アモルファスシリコン層、または、該シリコン層
が混在した層からなる半導体基板を常温で、且つ、ノン
バイアス状態とし、該半導体基板上に電子サイクロトロ
ン共鳴プラズマによって励起したイオンを被着してドー
パントフィルムを形成し、次いで、熱処理して前記シリ
コン層の全部または一部に不純物を拡散する工程が含ま
れてなることを特徴とする。
ゲート電極を設けたモストランジスタの形成途中工程に
おいて、ゲー)−電極、ソース領域、およびドレイン領
域を同時に上記方法で形成することを特徴とする。
ヘース引出し電極を設けたバイポーラトランジスタの形
成途中工程において、ヘース引出し電極およびヘース領
域を同時に上記方法で形成することを特徴とする。
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置の製造方法にかかり、特に電極層や
不純物拡散層の形成方法に関する。
ICなど半導体装置の性能向上のためには一層の微細デ
バイスの形成が望まれている。
〔従来の技術〕
一般に、半導体装置は半導体基板に選択的に不純物拡散
層を形成してデバイス素子を形成しているが、その不純
物拡散方法として従前には固体あるいは気体を拡散源と
した筒温加熱による熱拡散法が用いられていた。しかし
、最近では制御性の良いイオン注入法が汎用され、ある
いは、熱拡散法とイオン注入法との両方が併用されてい
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、制御性の良いイオン注入法においても、注入後
に不純物を活性化し、ダメージを回復するための高温ア
ニールが必要で、そのため、注入イオンの再分布が起こ
り、また、結晶方位によってはチャンネリング現象も起
こって、浅い接合を均一に形成することは困難である。
また、チャンネリング現象を低減させるために、垂直方
向より7°傾斜させた方向からイオン注入をおこなう方
法も採られているが、ゲート電極などを設けた段差部で
は影部分ができると云う不具合が生じる。従って、従来
の熱拡散法やイオン注入法では深さ方向に0.1〜0.
2μmあるいはそれ以下の浅い不純物拡散層を制御性良
く形成することは困難であった。
そこで、発明者らは電子サイクロトロン共鳴(E CR
; Electron Cyclotron Re5o
nance)プラズマによってドーパントガス(Dop
ant Ga5)を励起して反応室に供給し、供給され
たドーパントガスによって常温で、且つ、ノンバイアス
な半導体基板上にドーパントフィルムを成長し、しかる
後、酸素フリー雰囲気の低温度において熱処理して不純
物を拡散する製造方法を提案した。
第3図はその製造方法を適用するECRプラスマ処理装
置の断面図で、21はプラズマ生成室、22は反応室、
23はロードロック室224はマイクロ波電源、25は
導波管、26はアルミナ透過窓、27はガス供給0.2
8はマグネットコイル529はウェハー(被処理基板)
、30は分子ターボポンプ、 3L 32はメカニカル
ポンプである。装置全体はE CR’7’ラズマを生成
するためのプラズマ生成室21.ドーパントフィルムを
成長するための反応室22.ウェハー29を反応室22
に搬入・搬出するためのロードロック室23から構成さ
れており、導波管25からプラズマ生成室21への接続
部外周にはマグネットコイル28が配置されて、生成イ
オンをウェハーに到達させるように発散磁界が形成され
ている。
マイクロ波透過窓は高純度アルミナ製の透過窓26を使
用して、プラズマ生成室に酸素が混入しないように図っ
ており、酸素の混入し易い石英製の透過窓は用いない。
同様の理由で装置全体の容器壁も石英製でなく、アルミ
ニウムで作成し、且つ、プラズマ生成室は100℃以上
にならないように工夫し、且つ、ウェハー29も100
°C以上に加熱されないように冷却させる。
プラズマ励起用マイクロ波の周波数を2.45GHzと
して、例えば、マグネットコイルはこの周波数2、45
GHzに対して磁束密度875ガウス(ガス供給側) 
、300ガウス(生成室開口側)にする。そうすると、
荷電粒子(イオン)は発散磁場内で円運動しつつ、その
円運動エネルギーが角運動を保存したまま発散磁場方向
の運動エネルギーに変換されて磁力線方向に加速され、
ウェハーに到達して膜が成長する。その成膜の際、ウェ
ハーは常温でノンバイアス状態にあるために、基板にダ
メージを与えることなく低速でソフトに成長膜(ドーパ
ントフィルム)が被着する利点がある。
このように構成されたECRプラズマ処理装置によって
、例えば、ガス供給口27がらジボラン(B2H6)1
〜5%含有したアルゴン(Ar)ガス30cc 7分を
流入して、チャンバ(室)内を圧力0゜IPa (パス
カル)に保持し、ECRプラズマの照射を10秒ないし
数十秒おこなう。そうすると、プラズマ生成室11にお
いて励起されたボロンが反応室12に導かれ、低速でウ
ェハーに到達して数十ないし数百人の原子状のボロンフ
ィルムを成長する。
しかる後、減圧気中などの酸素フリー雰囲気の低温度(
900℃以下)において熱処理して不純物拡散層を形成
する。そうすれば、不純物濃度10!コ〜10 ”/ 
cat、深さ0.1μm前後の高濃度で浅い不純物拡散
層を形成することが可能である。
本発明はこのような不純物拡散方法を適用して極めて浅
い不純物拡散層や薄い電極層を同時に、または、別個に
形成することを目的とした半導体装置の製造方法を提案
するものである。
〔課題を解決するための手段〕
その目的は、単結晶シリコン層1多結晶シリコン層、ア
モルファスシリコン層8 または、該シリコン層が混在
した層からなる半導体基板を常温で、且つ、ノンバイア
ス状態とし、該半導体基板上に電子サイクロトロン共鳴
プラズマによって励起したイオンを被着してドーパント
フィルムを形成し、次いで、熱処理して前記シリコン層
の全部または一部に不純物を拡散する工程が含まれる製
造方法によって達成される。
例えば、ゲート電極を設けたモストランジスタの形成途
中工程において、ゲート電極9 ソース領域、およびド
レイン領域を同時に形成する。
また、ベース引出し電極を設けたバイポーラトランジス
タの形成途中工程において、ベース引出し電極およびベ
ース領域を同時に形成する。
〔作 用〕
即ち、本発明は、上記したシャロージヤンクション(s
halloiv junction ;浅い接合)を形
成する不純物拡散方法を適用して、不純物拡散層は勿論
のこと、薄い電極層をも同時に、または、別々に形成し
、半導体デバイスを微細化させてICを高性能化するも
のである。
〔実施例〕
以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。
第1図fat〜(C1は本発明にかかる形成方法(1)
の工程順断面図で、ゲート電極、ソース領域、ドレイン
領域を同時に形成するモストランジスタの形成途中工程
図である。
第1図(a)参照;まず、n型シリコン基板1に公知の
LOCO3法によってフィールド絶縁膜2を形成し、膜
厚200人程人程ゲート絶縁膜3を生成した後、膜厚4
000人程度0多結晶シリコン膜をCVD(化学気相成
長)法で被着し、この多結晶シリコン膜をパターンニン
グして多結晶シリコン膜からなるゲート電極4を形成す
る。ここに、多結晶シリコン膜はノンドープ膜である。
第1図(bl参照;次いで、前記したECRプラズマ処
理装置(第3図参照)に基板を載置し、上記した電子サ
イクロトロン共鳴プラズマ法によって膜厚数百人のボロ
ンフィルム5を成長する。
第1図(C1参照;次いで、酸素フリー雰囲気中、例え
ば、減圧度4 Torr程度の窒素(N2)中において
900℃、10分間の熱処理をおこなう。そうすると、
ゲート電極としての多結晶シリコン膜に硼素(B)が拡
散して高濃度に硼素を含有した低抵抗なゲート電極4が
形成されると同時に、露出したn型シリコン基板1にも
ボロンフィルムから硼素が拡散して、浅い接合を有する
p型のソース領域6およびドレイン領域7が形成され、
そのソース・ドレイン領域の接合深さは0.2μm程度
になる。なお、この熱処理の際にボロンフィルムは殆ど
飛散するが、念のため熱処理後に弗酸洗浄をおこなう。
その後、カバー絶縁膜をCVD法で被着してリフロー(
再溶融)をおこなう。しかし、リフロー温度は熱処理温
度と同様の900℃であるから、接合深さが変化するこ
とはない。
なお、この実施例において、ボロンフィルムとn型シリ
コンM+、との間に膜厚約100人の5i02膜を介在
させても構わない。
このようなモストランジスタの形成法によれば、。
ゲート長0.7μm、拡散深さ0.2μmの微細デバイ
スを形成することができ、従来のイオン注入法によって
形成していたゲート長1.0μm、拡散深さ0.35μ
mのデバイス素子に比べて一層微細化される。
次に、第2図(al〜(C)は本発明にかかる形成方法
(IT)の工程順断面図で、ベース引出し電極、ヘース
領域を同時に形成するバイポーラトランジスタの形成途
中工程図である。
第2図fal参照;本図はp型シリコン基板11上にn
+型型埋面層12介してn型9937層13をエピタキ
シャル成長し、その上に選択的にベース形成領域を窓開
けした5i02膜14が設けられて、更にその上に単結
晶シリコン膜15と多結晶シリコン膜16からなるエピ
ポリ層を成長させた工程断面図である。なお、単結晶シ
リコン膜15および多結晶シリコンJIQ16はノンド
ープ膜である。
第2図(b)参照;次いで、その単結晶シリコン膜15
と多結晶シリコン膜16からなるエビポリ層の上に前記
した電子サイクロトロン共鳴プラズマ法によって膜厚数
百人のボロンフィルム17を成長する。
第2図fc)参照;次いで、減圧度4Torr程度の窒
素(N2)中において900°C110分間の熱処理を
おこない、単結晶シリコン膜15に硼素を拡散させてp
型ベース領域15′とし、且つ、多結晶シリコン膜16
に高濃度に硼素を含有させて低抵抗なペース引出し電極
16′を形成する。この時、ボロンフィルムは殆ど消失
するが、熱処理後に表面を軽く弗酸洗浄おこなう。
上記のようなバイポーラトランジスタの形成法を用いれ
ば、浅い接合をもつヘース領域と微細なベース引出し電
極を同時に形成できて、バイポーラデバイス素子が更に
微細化され、ICの高性能化に役立つ。
上記の実施例のように、低加速エネルギーで被着させる
電子サイクロトロン共鳴プラズマ法を適用すれば、浅い
接合をもつ不純物拡散層のみならず、ゲート電極やベー
ス引出し電極のような導電層をも高濃度に不純物を含有
させて低抵抗化することができる。
なお、請求項に「シリコン層の全部または一部に不純物
を拡散する」と記載しているが、例えば、第1図に説明
した実施例においてn型シリコン基板Iにソース・ドレ
イン領域6.7を形成するのが一部に不純物を拡散する
ことを意味し、多結晶シリコン膜からなるゲート電極4
はシリコン層の全部に不純物を拡散することを意味して
いる。
上記例は不純物拡散層と電極層とを同時に形成する実施
例で説明したが、多結晶シリコンの電極層のみに高濃度
に不純物を拡散させて低抵抗化し、その結果として電極
層を微細化することができることは当然である。また、
最近、多結晶シリコン膜の他に、アモルファスシリコン
膜が用いられて、例えば、エミッタ電極として使用され
ているが、そのようなアモルファスシリコン膜にも本発
明を適用して高濃度に不純物を含有させ、低抵抗化する
ことかできる。
なお、本発明によれば常温のウェハー(被処理基板)上
にボロンフィルムを成長するために、予めレジスト膜を
マスクした状態で選択的にボロンフィルムを成長させる
工程を採ることも可能になる。
なお、上記はボロンフィルムを実施例とした説明である
が、砒素、燐などn型のドーパントフィルムにも適用で
きることは云うまでもない。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、本発明によれば極めて
浅い不純物拡散層や低抵抗化した電極層を制御性良く微
細に形成でき、半導体デバイスの微細化、率いては、デ
バイスの性能向上に顕著に役立つものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にかかる形成方法(1)の工程順断面図
、 第2図は本発明にかかる形成方法(II)の工程順断面
図、 第3図はECRプラズマ処理装置の断面図である。 図において、 1はn型シリコン基板、2はフィールド絶縁膜、3はゲ
ート絶縁膜、   4はゲート電礪、5はボロンフィル
ム、  6はソース領域、7はドレイン領域、 11はp型シリコン基板、12はn+型埋没層、13は
n型シリコン層、 14は5i02膜、15は単結晶シ
リコン膜、15“はベース領域、16は多結晶シリコン
膜、16“はベース引出し電極、17はボロンフィルム
、 21はプラズマ生成室、 22は反応室、23はロード
ロ、り室、 24はマイクロ波電源、25は導波管、 
    26はアルミナ透過窓、27はガス供給口、 
  28はマグネットコイル、29はウェハー(被処理
基板)、 30は分子ターボポンプ、 3132はメカニカルポンプ を示している。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)単結晶シリコン層、多結晶シリコン層、アモルフ
    ァスシリコン層、または、該シリコン層が混在した層か
    らなる半導体基板を常温で、且つ、ノンバイアス状態と
    し、該半導体基板上に電子サイクロトロン共鳴プラズマ
    によつて励起したイオンを被着してドーパントフィルム
    を形成し、次いで、熱処理して前記シリコン層の全部ま
    たは一部に不純物を拡散する工程が含まれてなることを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. (2)前記半導体基板がゲート電極を設けたモストラン
    ジスタの形成途中工程であつて、ゲート電極、ソース領
    域、およびドレイン領域を同時に形成することを特徴と
    する請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  3. (3)前記半導体基板がベース引出し電極を設けたバイ
    ポーラトランジスタの形成途中工程であって、ベース引
    出し電極およびベース領域を同時に形成することを特徴
    とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
JP21941288A 1988-08-31 1988-08-31 半導体装置の製造方法 Pending JPH0266938A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5077563A (en) * 1986-04-10 1991-12-31 Ngk Insulators, Ltd. Thermally printing head operable with electrically resistive layer provided on printt film or ribbon or on recording medium
US5656511A (en) * 1989-09-04 1997-08-12 Canon Kabushiki Kaisha Manufacturing method for semiconductor device
US5753530A (en) * 1992-04-21 1998-05-19 Seiko Instruments, Inc. Impurity doping method with diffusion source of boron-silicide film
US6489207B2 (en) 1998-05-01 2002-12-03 International Business Machines Corporation Method of doping a gate and creating a very shallow source/drain extension and resulting semiconductor

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