JPH0283937A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH0283937A
JPH0283937A JP63236043A JP23604388A JPH0283937A JP H0283937 A JPH0283937 A JP H0283937A JP 63236043 A JP63236043 A JP 63236043A JP 23604388 A JP23604388 A JP 23604388A JP H0283937 A JPH0283937 A JP H0283937A
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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】 [産業上の利用分野] 本定明は、半導体装置に関し、特にシリコン基板からの
引出電極を高1諌点金属膜と多結晶シリコン膜とを積層
した構造とした゛1′、導体装置の微t41i化(Iη
造およびその製造方法に関するものである。
[成宋の技術およびその課題] 近年、半導体装置の分野においては、より高ttな=要
の拡大に1′1′なって半導体装置の高集積化と高速化
をに1指した技術開発か進められている。この両者は互
いに相反する一面を有しており、半導体装置の高集積化
を推進めることによって逆に高速化を阻害するという場
合も生じてくる。したがって、この両者を共に実現しj
Jる技術は非常に自゛効なものとなる。
゛ト導体装置の高1!積化は、必然的に半導体装置の微
小化あるいは゛ト導体装置を構成するa、■々の゛ト導
体素rの構造の微細化となってJJ、! 1)れてくる
この−例として、MOS(Metal  0xide 
 Sem1conductor)型半導体装置において
、特に素子構造の微細化を図った従来例として、たとえ
ば特開昭61−16573号公報に示されたものがある
。本例に示されたMOSFET(電界効里トランジスタ
)の断面1轟1造を第3図に示す。第3図に示されたん
f’s  FET1はシリコン基板2の表面上に薄いゲ
ート酸化膜′うを介して多結晶シリコン層からなるゲー
ト電極4が形成されている。シリコン基板2の表面近傍
には不純物が拡散されたソース6f1域5とドレイン領
域6とが互いに間隔をもって形成されている。そして、
このソース領域5とドレイン領域6との間に位置するシ
リコン基板20表面領域かMOSFETのチャネル領域
となる。ソース領域5およびドレイン領域6の表面上に
は多結晶シリコンからなる電極用4電層7.8が形成さ
れている。この電極用1ixrts層7,8はツース6
/l域5およびドレイン領域6の表面上から素子分離用
のフィールド酸化膜9の上面にまで延びて形成されてい
る。そして、このフィ−ルド酸化膜9の上部で、電極用
導電層7.8は層間絶縁膜10に開孔されたコンタクト
孔を通してアルミニウム配線層11と接続されている。
構造の微細化の観点から見たこの従来例の特徴点として
は、 (1) ゲート電極4の形状が、その下部と上部とで異
なるゲート電極幅で形成されている。ゲート電極4の下
部はゲート電極幅か短く形成されており、このゲート幅
によって規定されるMOSFETのチャネル長も短くす
ることができる。
また、ゲート電極4の上部はゲート電極幅が広く形成さ
れており、これによってゲート′J3.極4の断面領域
の面積が低減するのを抑制しCいる。ゲート電極4の断
面積の低減を抑制することは、結果的にゲート電極4の
配線抵抗の増大を抑i、+7する。
(2) ソース領域5およびドレイン領vc6とアルミ
ニウム配線層11とのコンタクトか電極用、4電層7.
8を介してフィールド酸化膜9の上部で行なわれている
。このために、ソースおよびドレイン領域5.6はアル
ミニウム配線層11との直接コンタクトのためのスペー
スを&Ti (4する必要がなくなる。これによって、
ソースおよびドレイン領域5.6の不純物の拡散幅を縮
小することができる。
などである。
次に、本従来例のMOS  FETの主要な製造工程を
第4八図ないし第4C図を用いて説明する。
まず、フィールド酸化膜9が形成されたシリコン基板2
表面上に多結晶シリコン層12とシリコン酸化膜13と
を堆積する(第4A図)。
次に、フォトリソグラフィおよびエツチング法を用いて
、MOS  FETのチャネル領域となるシリコン基板
2の表面上に堆積したシリコン酸化膜13および多結晶
シリコン層12とをエツチング除去する。このエツチン
グはプラズマドライエツチングを用いて行なわれる。こ
の工作によってシリコン基板2のチャネル領域表面が露
出する(第4B図)。
さらに、熱酸化処理を施すことによってシリコン12の
チャネル領域表面上および多結晶シリコン層12の開化
部内側面にゲート酸化膜3を形成する。その後、さらに
窒素雰囲気中で加熱処理を施して多結晶シリコン層12
中に含ませた不純物をシリコンJl!1M2中に拡散さ
せ、ソース領域5とトレインnrl域6とを形成する(
第4C図)。
ところが、上記のような素1′−構造および製造工程で
製造されるMOS  FETは、素子tW造の微細化に
伴なって以丁のような事項が問題となった。
すなイ〕ち、 (a)  ソースおよびドレイン領域の接合深さは素子
構造の微細化の比例縮小則に従って浅くなることか要求
されるが、多結晶シリコン層12h)らの熱拡散による
形成方法は接合深さが浅くなるほど制御が困難になる。
(b)  シリコン基板2中のソースおよびドレイン領
域5.6と電極用導電層7.8とが直接接触するコンタ
クト方tノ:は、両名のシリコン層界面に自然酸化膜が
形成され、接触抵抗の増大を招き、良好なオーミックコ
ンタクトを阻害する。
(c)  ft4B図に示したように、ンリコン酸化膜
13および多結晶シリコン層12のエツチング除去工程
は、プラズマドライエツチングを用いて行なイ〕れてい
るため、エツチングの終期に露出したシリコン基板2表
面かプラズマにより損傷を受ける。特にこのシリコン基
板2表面領域はMOS  FETのチャネル領域となる
ために、ll−J (Mを受けると8ランジスタの特性
劣化を引き起こす。
したがって、本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、素j’ 84造の微細化とチャネ
ル領域の損傷の低減および電極用導電層の低抵抗化とを
同時に達成することができる配線構造をHする半導体装
置およびその製造方法を提(1(することを目的とする
[課題を解決するための手段] 本発明における半導体装置は、一方の″電極用導電層が
他方の電極用導電層の上に乗上げた構造をfj’ して
おり、その内部に第1導電型の不純物領域と第2導電H
,′Jの不純物領域とを含むシリコン基板と、第1導電
型の不純物領域の表面上に積層された第1電極用導電層
と、第2導電型の不純物領域の表面上に積層された第2
電極用導電層と、この第1電極用導電層とZI52″r
u極用導電層との間に形成される絶縁膜とを6;えてお
り、第1電極用導電層は、少なくとも高融点金属を含む
下部導電層と、この導電層の表面上に形成された多結晶
シリコン層との積層構造からなり、第2電極用導電層の
一部は第17LL−用導電層の表面上に絶縁膜を介して
乗上げた構造を有している。
また、本発明における゛1′−専体装置の製造方法は以
ドの1程を備えている。
(a)  半導体基板上に高融点金属を含む導電層を形
成する工程。
(b)  導電層上に不純物を含む第1の多結晶シリコ
ン層を形成する工程。
(c)  第1多結晶シリコン層上に第1の絶縁膜を形
成する工程。
(d)  第1の絶縁膜および第1の多結晶シリコン膜
とを同時にエツチングし、導電層に達する所定の開口部
を1[ニ成する工程。
(e)  所定の開口部内に表面が露出した導電層をエ
ツチングし、所定の開口部内に1’導体基板表面を露出
させる工程。
(f)  所定の開口部の底面と内側面と第1絶縁膜上
とに第2の絶縁膜を形成するに程。
(g)  第2の絶縁股上に第2の多結晶シリコン層を
形成する工程。
(h)゛第2の多結晶シリコン層を所定の形状にパター
ニングする工程。
(i)  熱処理によって第1の多結晶シリコン層中に
含まれる不純物を半導体基板中に拡散させる工程。
〔作用] 本発明においては、電極用導電層を高導電性をHする高
融点金属を含む層と多結晶シリコン層との積層構造とし
たことにより、従来の多結晶シリコンの+1を層構造の
ものに比べ配線抵抗を低減することができる。
また、不純物拡散領域と電極用導電層とのコンタクトは
1,5j;融点金属膜等を介して打なわれる。
したか−、で、不純物拡散領域と多結晶シリコン導電層
とが直接コンタクトされる従来のタイプに比べ、接触抵
抗が低減される。さらに、不純物拡散領域でのシート抵
抗も低減される。
さらに、半導体基板中に形成される不純物拡散領域は、
電極用導電層を構成する多結晶シリコン層中に含ませた
不純物を高融点金属膜を介して半導体基板中に熱拡散さ
せて形成される。この際、高融点金属膜は、不純物の拡
散源である多結晶9132層から半導体基板中の不純物
領域が形成されるべき領域までの拡散距離を大きくして
いる。
さらに、高融点金属膜中での不純物の拡散速度はシリコ
ン層内における拡散速度に比べて小さい。
この両名によって半導体基板中の不純物の拡散時間を長
くとることにより熱拡散」工程の処理時間の5!J整を
容易にしている。これによって熱拡散処理の制御性を高
め、浅い接合の形成を容易にしている。
さらに、本発明の他の例では半導体装置の製造上程にお
いて、高融点金属膜上の多結晶シリコン膜をエツチング
する際に、この高融点金属膜をエツチング阻止膜として
用いている。ナなイ)ち、通常の多結晶シリコン股のエ
ツチング工程では、このエツチングによって甲導体基板
表面が損傷を受ける。ところが、高融点金属膜を゛FF
体基板表面に介在させることによって多結晶シリコン膜
のエツチングによって直接’F亦鉢体基板表面露出し、
損傷を受けるのを防止することかできる。その後、半導
体基板表面に対しダメージの少ないエツチング法により
金属膜を除去することにより、半導体基板表面の損傷を
防止することかできる。
[発明の実施例] 以下、本発明の好ましい実施例について図を用いて説明
する。
本発明の最も好ましい実施例として、MOSFETの構
造をその製造上程に従って順に示した第1A図ないし第
1F図を用いて説明する。
まず、ウェル領域30が形成されたシリコン基板2の表
面上の所定6/l域にLOCO3(Local  0x
idation  of  5ilicon)法を用い
て素子分離用のフィールド酸化膜9を形成する。次にシ
リコン基板2の表面上に、CVD(Chemical 
 Vapor  Deposition)法またはスパ
ッタデポジション法を用いて、たとえばタングステンシ
リサイド(WSj、)やチタンシリサイド(TiSi、
)などのM1融点金属シリサイド膜31を堆積する。さ
らに、CVD法を用いて第1の多結晶シリコン膜32を
堆積する。そして、イオン注入法により第1の多結晶シ
リコン膜:32の膜中にヒ素等の春純物を導入する(第
1A図)。
次に、第1の多結晶シリコン膜32の上に、CVD法を
用いて酸化シリコン膜33をガ1積する。
その後、写真製版技術を用いて、〜IOS  FETの
チャネル領域34となるシリコン基板2の所定の表面領
域上に堆積した第1の多結晶シリコン膜32と、酸化シ
リコン膜33とをプラズマエツチングなどを用いてエツ
チング除去する。この工程により高融点金属シリサイド
膜31の所定領域が露出される。さらに、このエツチン
グ工程によりパターニングされた第1の多結晶シリコン
膜32は、ソース・ドレイン領域用の引出1′ヒ極32
aとなる(第1B図)。
さらに、高融点金属シリサイド膜31の露出した所定領
域をウェットエツチング法を用いて除ノくする。ウェブ
I・エツチングとしては、たとえばフッ酸水溶液やある
いはフッ酸とフッ化アンモニウムとの混合溶液などを用
いて行なわれる。この工・ツチングニ1−程は、特にチ
ャネル6f1域34を構成するシリコン基板2表面にエ
ツチングによるIH傷を与えない方法としてウェットエ
ツチングが選択されている。
その後、シリコン基板2表曲のチャネル領域34および
パターニングされた積層+1Q、 31.32a133
の表面および側面に、CVD法を用いてシリコン酸化膜
またはシリコン窒化膜などの絶縁膜′35を形成する。
チャネル領it 341に形成された絶縁膜35は、ト
ランジスタのゲート絶縁膜を構成する(第1C図)。
次に、CVD法を用いて第2の多結晶シリコン膜36を
仝而に堆積する(第1D図)。
次に、ソース・ドレイン領域を形成するための熱処理工
程に進む。第1の多結晶シリコン膜32a中に含まれる
リンやヒ素などの不純物は、高温熱処理により高融点金
属シリサイド膜31を通過してシリコン基板2中に熱拡
散する。これによって、シリコン基板2中にソース領域
5とドレイン領域6とか形成される。高融点金属シリサ
イド膜31は、不純物がシリコン基板2中の所定領域に
到達するまでの拡散距離を長くする。また、高融点金属
シリサイド膜31中にヒ素などの不純物を一部捕獲した
りする。これらの作用によって熱拡散に要する処理時間
を長くさせ、熱拡散処理の制御性をJ:i<している。
そして、この熱拡散処理時間を精度良く制御することに
より浅い接合深さをUするソース領域・ドレイン領域5
.6とを形成することができる。
その後、写真製版技術を用いて第2の多結晶シフコン膜
36をエツチングする。これによって、ゲート化h 3
6aかパターニング形成される。ゲート電極36aは、
ソース・ドレイン領域5.6の引出電極となる第1の多
結晶シリコン膜32aの表面上にその一部が乗上げた構
造となっている(第1E図)。
最後に、層間絶縁膜37を形成した後、コンタクトホー
ルを(H4孔し、このコンタクトホール内にアルミニウ
ム配線層38を形成する。以上の工程により〜IO3F
ETの製造プロセスか完了する(第1F図)。
上記のように、本実施例におけるMOS  FETのゲ
ート7L極36aは、ソース・ドレインnrIhk5.
6の表面上に形成された第1の多結晶シリコンIfi 
32 aの上部に東上げたjM造をriシている。
したがって、このゲート電極36aの下部領域が位置す
るチャネル領域のチャネル幅か微細となった場合でも、
ゲート電極36aの乗上げ構造部分の幅を大き(とるこ
とができる。これによって、ゲート電極−36aの導電
用のa効断面積を大きくとることかできる。そして、こ
のような構造によってゲート化W 36 aの配線抵抗
を低く抑えることができる。
また、ソース・ドレイン領域5.6の表面上に1]ニ成
された第1の多結晶シリコシ膜32 aは、シリコン基
板2中にソース・ドレインpfi域形成用の石純物を尋
人する動きと、ソース・ドレイン領域5.6とアルミニ
ウム配線層38とを接続する内部配線としての働きとを
なしている。そして、内部配線としては、高融点金属シ
リサイド膜31との積層(1−1造を形成しているため
、そのシート抵抗を低減することかできる。たとえば、
多結晶シリコン層中層のみの場合、シート抵抗が100
〜700Ω/口であったが、積層横這の場合は1〜3Ω
/口程度に軽減される。
また、本実施例のMOS  FETのソース・ドレイン
領域5.6は、不純物を第1の多結晶シリコン層32a
から高融点金属シリサイド膜31を通過してシリコン基
板2i1−\熱拡散させて形成している。これにより、
不純物の拡散深さの制御性を改遷し、浅い接合の形成を
容易にしている。そして、ソース・ドレイン領域5.6
の浅い接合は、シリコン基板2とソース・ドレイン領域
l域5.6との間の寄生接合容量を小さくすることがで
きる。
さらに、製造工程においては、シリコン基板2のチャネ
ル6r1域上に堆積させた高融点金属シリサイド膜31
をエツチング阻l膜として利用している。すなわち、第
1の多結晶シリコン!摸32のゲート形成用パターニン
グ工程に対して、パターニング用のプラズマエツチング
によりシリコン基板2表面が損傷されるのを防11.す
る。その後、このチャネル領域上の高融点金属シリサイ
ド膜31は基板表面に損傷を与えないウェットエツチン
グd;によって除去される。通常、素子構造の微細化に
1′1′なって、チャネル領域を規定するこのエツチン
グ工程は微細加工精度に優れたドライエツチング法によ
り行なわれるのが望ましい。ところか、ドライエツチン
グではシリコン基板表面へのダメージを与えるという問
題が避けられない。一方、つエツトエツチングは微細棚
上も11度の上で適応限界がある。したがって、本実施
例では基本的にチャネル形成用のエツチングとしてドラ
イエツチングを用い、基較表曲へのダメージ防止用とし
て高融点金属シリサイド膜31を(り用している。そし
て、高融点金属シリサイド膜31の除去用としてウェッ
トエツチングを用いている。したがって、ウェットエツ
チングの等り性の影響を抑制するために、高融点金属シ
リサイドItl!!31を薄く形成している。
このように、2段階のエツチング1程により形成された
シリコン基板2表面のチャネル領域はQlhlな結品性
を保持することにより、電気的特性の優れたMOS  
FETを?1することかできる。
なお、上記実施例においては、ソース・ドレイン領域形
成用の熱拡散処理工程を第1E図に示す工程において行
なわれる例について示したが、これに限定されることな
く、第1の多結晶シリコン層31aのパターニング工程
か終了した後であれば、適当な工程の間に実施しても購
わない。
次に、本発明の好ましい第2の実施例について第2八図
ないし第2E図を用いて説明する。本実施例は、上記第
1の実施例と同様にMOS  FETの構造およびその
製造方法に関するものである。
そして、第2八図ないし第2B図に示した製造上程は上
記の第1の実施例の第1八図ないし第1B図に示した製
造工程と同一であるので、これらは図示するに留めここ
での説明を省略する。
第2B図に示した製造工程か終了した段階では、内部配
線を構成する第1の多結晶シリコン膜32aが形成され
、さらにチャネル領域34には高融点金属シリサイド膜
31が露出している。
次に、第1の多結晶シリコン膜パターン32aの表面上
と、チャネル領域34の高融点金属シリサ・rド膜31
の表面上にCVD法を用いて第2のシリコン酸化膜39
を形成する(第2C図)。
その後、この第2の酸化シリコン膜39を反応性イオン
エツチングを用いて異方性エツチングする。これにより
、第1の多結晶シリコンパターン32Bの端面に接する
領域にのみ第2のシリコン酸化膜39が残余する。この
残余した第2のシリコン酸化膜をサイドウオールスペー
サ40と称する(第2D図)。
その後、第1の実施例の第1C図ないし第1F図に示さ
れたものと同様の上程を行なうことにより、MOS  
FETが製造される。
ここで、サイドウオールスペーサ40の機能について説
明する。第2E図を参照して、まず、第1に、サイドウ
オールスペーサ40は、ゲート71hi 36 aとソ
ース・ドレイン領域5.6用の引出屯Hp 32 aと
の間の絶縁性を確1呆する。
さらに、第2に、サイドウオールスペーサ40は引出電
極(第1の多結晶シリコン膜)32aと、高融点金属シ
リサイド膜31とのチャネル領域34側端面での端面位
置をサイドウオールスペーサ40の厚み分だけずらして
構成する。このような不純物が導入された第1の多結晶
シリコン膜32aと高融点金属シリサイド膜31とのオ
フセット構造を用いて熱拡散処理を行なうと、不純物は
、まず第1の多結晶シリコン膜32Bから、1;ノ融点
金属シリサ1′ド膜゛31中へ拡散し、その後、この高
融点金属シリサイド膜31とシリコン基板2表面との接
触面を通してンリコン基板2中へ拡散される。このため
に、サイドウオールスペーサ40の下部に位置する高融
点金属シリサイド膜31の一部分から拡散される不純物
は、第1の多結晶シリコン膜32aに接する高励点金属
シリサイド膜31の領域から拡散される不純物に対して
、拡散に要する時間が長くかかる。このために、同一の
熱拡散上程によっては不純物の拡散深さが深く高濃疫の
領域5.6と拡散深さか浅く低濃度の領域51.61と
か形成される。このような低濃度と高濃度の2層(1■
造からなるソース・ドレイン領域はいわゆるLDD (
Light ly  DopedDrain)1■造と
呼ばれる。そして、LDD措造はショートチャネル効果
を(f効にvJt L、微細構造のMOS  FETの
トランジスタ特性を向上させる。
なお、上記第1および第2の実施例では、高融点金属シ
リサイド膜を形成する金属膜としてチタン膜を用いた場
合について説明したか、これに限定されることなく、金
属膜として、たとえばタングステン、モリブデン、コバ
ルト、ニッケル、プラチナ、タンタル、ジルコニウム、
パラジウムなどの高融点金属を用いても構わない。また
、高融点金属シリサイド膜の代4)りに高融点金属膜を
用いてもよく、さらに両者の複合膜を用いてもhS>わ
ない。
さらに、上記第1および第2の実施例に示したように、
ソース・ドレイン領域の表面上に形成される電極用導電
層を構成する多結晶シリコン膜中に導入される不純物と
しては、たとえばヒ素、リン、ボロン、アンチモンなど
を用いてもよい。
さらに、上記実施例においては、本発明をMOS  F
ETに適用した例について説明したか、たどんば相補型
MO8半導体装置に適用しても全く同等の効果を得るこ
とかできる。また、バイポーラ型゛IS導体装置にも適
用することができる。
[発明の効果〕 以上のように、本発明によれば、シリコン基板中の不純
物領域上に高融点金属シリサイド膜と多結晶シリコン膜
との積層構造からなる電極用導電層を形成したことによ
り、素子構造の微細化と電極用配線の低抵抗化とを同時
に実現することができる。また、本発明による製造方法
を用いれば、高融点金属シリサイド膜を利用して第1の
多結晶シリコン膜のエツチング時に基板表面が受けるダ
メージを防止し、さらにシリコン基板中に熱拡散により
形成される不純物領域の接合深さを浅く形成することが
でき、これによりl′−74体装置の電気的特性を改泌
することができる。
4、図面のff1trドな説明 第1A図、第1B図、第1C図、第1D図、第1E図お
よび第1F図は、本発明の第1の実施例によるM OS
  F E Tの製造[程を順に示した製造1.程断面
図である。第2A図、第2B図、第2C図、第2D図、
第2E図は、本発明の第2の実施例によるMOS  F
ETの製造−「程を順に示した製造工程断面図である。
第3図は、従来のMOS  FETの断面構造を示す断
面構造図である。第4A図、第4B図および第4C図は
、第3図に示したM OS  F E Tの主要な製造
工程を示す製造1′、程断面図である。
図において、1はM OS  F E T、2はシリコ
ン基板、3,35はゲート酸化膜、4,36aはゲート
電極、5はソース領域、6はドレイン領域、7.8.3
2aは7代極用導電層、31は高融点金属シリサイド膜
を示している。
なお、図中、同一71号は同一または)I+当部分を示
す。
第1A図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一方の電極用導電層が他方の電極用導電層の上に
    乗上げた構造を有している半導体装置であって、 その内部に第1導電型の不純物領域と第2導電型の不純
    物領域とを含むシリコン基板と、 前記第1導電型の不純物領域の表面上に積層された第1
    電極用導電層と、 前記第2導電型の不純物領域の表面上に積層された第2
    電極用導電層と、 前記第1電極用導電層と前記第2電極用導電層との間に
    形成される絶縁膜とを備え、 前記第1電極用導電層は、少なくとも高融点金属を含む
    下部導電層と、この導電層の表面上に形成された多結晶
    シリコン層とを含み、 前記第2電極用導電層の一部は、前記第1電極用導電層
    の表面上に前記絶縁膜を介して乗上げた構造を有してい
    る、半導体装置。
  2. (2)半導体基板上に高融点金属を含む導電層と多結晶
    シリコン層との積層構造の電極用導電層を有する半導体
    装置の製造方法であって、前記半導体基板上に高融点金
    属を含む導電層を形成する工程と、 前記導電層上に不純物を含む第1の多結晶シリコン層を
    形成する工程と、 前記第1の多結晶シリコン層上に第1の絶縁膜を形成す
    る工程と、 前記第1の絶縁膜および前記第1の多結晶シリコン膜と
    を同時にエッチングし、前記導電層に達する所定の開口
    部を形成する工程と、 前記所定の開口部内に表面が露出した前記導電層をエッ
    チングし、前記所定の開口部内に前記半導体基板表面を
    露出させる工程と、 前記所定の開口部の底面と内側面と前記第1絶縁膜上に
    第2の絶縁膜を形成する工程と、 前記第2の絶縁膜上に第2の多結晶シリコン層を形成す
    る工程と、 前記第2の多結晶シリコン層を所定の形状にパターニン
    グする工程と、 熱処理によって前記第1の多結晶シリコン層中に含まれ
    る不純物を前記半導体基板中に拡散させる工程とを含む
    半導体装置の製造方法。
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