JPH0290609A - 半導体装置の製造方法 - 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に関し、より特定的には
半導体装置としての個別半導体素子や半導体集積回路装
置をシリコンウェハ内にその一方の主面側から不純物を
拡散することにより作り込む方法に関する。

〔従来の技術〕

シリコン半導体装置の製作に当たっては、周知のように
それが個別半導体素子であるか半導体集積回路装置であ
るかに関せず、半導体装置はシリコンウェハ内に複数個
作り込んだ上で単体に切り離される。半導体装置の基体
としてのウェハは、よく知られているようにふつうは半
導体基板あるいはその上にエピタキシャル層を成長させ
たものに、集積回路装置用の場合の接合分離層等の必要
な半導体領域をあらかじめ拡散して調製される。

このウェハ内に半導体装置用の半導体層をｐ形やｎ形で
作り込むに際しては、ウェハの１対の主面中のふつうは
もっばら一方からそれ用の不純物が拡散される。第３図
は、かかるウェハｌＯの図では上面であるその一方の主
面側から、不純物を拡散して作り込まれる半導体装置の
若干例を示すものである。

第３図（ａ）は個別半導体素子としてのｎｐｎバイポー
ラトランジスタＢＴｎを示す、この場合のウェハｌＯに
は、高不純物濃度のｎ形の半導体基板１の上に成長され
たエピタキシャル層等のｎ形の低不純物濃度領域６を設
けたものが用いられる。トランジスタはこの低不純物濃
度領域６をｎ形のコレクタ領域とし、ウェハ１０の上面
に付けた酸化シリコン膜１２をマスクとして、ベース層
用のＰ形の低不純物濃度層２２とエミツタ層用のｎ形の
高不純物濃度層２３とをそれぞれ図示のように拡散して
作り込まれる。

第３図（ロ）は個別半導体素子としてのサイリスタＴｈ
を示し、この場合のウェハｌＯには高不純物濃度をもつ
ｎ形の半導体基板１の図の下面から高不純物濃度領域４
および低不純物濃度領域５を１図の上面から高不純物濃
度領域７をそれぞれ拡散したものが用いられる。サイリ
スタ用の４層構造を作るため、このウェハ１０の上面か
ら上述と同様に酸化シリコン膜１２をマスクとして、ｐ
形の低不純物濃度層２２およびｎ形の高不純物濃度層２
３が順次拡散される。

第３図（Ｃ）はバイポーラ集積回路装置用のｎｐｎ　）
ランジスタＢＴｎとｐｎｐ　）ランジスタＢＴｐを示し
、この場合のウェハ１０には低不純物濃度のｐ形の半導
体基Ｆｉ２上にエピタキシャル層を成長させてｎ形の低
不純物濃度領域６とし、その上面から接合分離用にＰ形
の高不純物濃度領域７を拡散したものが用いられる。ｎ
ｐｎ　）ランジスタＢＴｎは低不純物濃度領域６をｎ形
のコレクタ領域として、ウェハ１０の上面からｐ形の低
不純物濃度層２２をベース層用に、ｎ形の高不純物濃度
層２３をエミツタ層およびコレクタコンタクト層用に順
次拡散して作り込まれる。ＰｎＰ　）ランジスタＢＴｐ
は低不純物濃度領域６をｎ形のベース領域として、ｐ形
の低不純物濃度Ｎ２２をコレクタ層およびエミツタ層用
に。

ｎ形の高不純物濃度層２３をベースコンタクト層用にそ
れぞれ拡散して作り込まれる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のようにウェハに半導体装置を作り込む際には、そ
の半導体層用の不純物をウェハの一方の主面側、第３図
の例では上面側から拡散するのであるが、時としてウェ
ハの他方の主面側から不純物が逸出して一方の土面側へ
の不純物の拡散に悪影響を及ぼし、あるいは逆に一方の
主面側に拡散すべき不純物が他方の主面側の不純物濃度
に悪影響を及ぼしてしまう問題がある。これを第２図を
参照して説明する。

第２図は不純物拡散に当たり、不純物をウェハの表面部
分に導入しあるいはこの表面部分に導入された不純物を
ウェハ内に熱拡散させるため、通例のように複数個のウ
ェハｌＯをボー）１５上ニ並べて加熱炉３０の石英管３
１内に装入した状態を示す。

石英管３１はふつうは電熱器である加熱手段３３により
一触的には９５０〜１２５０℃の高温に加熱され、かつ
熱マフラ管３４により均熱化されており、蓋３２がかぶ
せられている側からボート１５が図示のようにその均熱
帯に装入される。この石英管３１内には、不純物の導入
時には所定量の不純物を含む不活性ガスが、不純物の熱
拡散時にはふつう酸素を若干含む不活性ガスが図でＧで
示すようにそれぞれ通流される。

これかられかるように、不純物の導入時には石英管３１
内はウェハに導入すべき不純物を含むガスふん囲気で満
たされており、従ってこの意味では不純物は目的とする
ウェハの一方の主面側だけでなく、他方の主面側にも導
入されてしまうことになるが、幸いこの他方の主面側に
はふつう以前の工程で熱酸化膜が形成されており、この
酸化シリコン膜が他方の主面側への不純物導入を実質上
阻止する役目を果たす、しかし、この酸化シリコン膜が
なんらかの原因で不充分であると、不純物の異常導入が
発生することになる。

また、不純物の高温下の熱拡散時にはガスふん囲気内に
元々は不純物は含まれてはいないが、ウェハの両生面側
からそれぞれ不純物がふん囲気ガス内に逸出ないしは逆
拡散しやす（、このふん囲気を介して不純物が一方の主
面側から他方の主面側にあるいはその逆方向に拡散して
しまうことになる。もちろん、この場合にもウェハの他
方の主面側の酸化シリコン膜がかかる異常拡散を阻止す
る役目を果たすが、それがたまたま不充分であると異常
拡散が発生してしまうのである。

例えば、前の第３図（ａ）のｎｐｎ　）ランジスタＢＴ
ｎでは、そのベース層であるｐ形の低不純物濃度層２２
の不純物の熱拡散時に、高不純物濃度のｎ形の半導体基
板１からの異常拡散によってこのベース層内の不純物濃
度が変動し、トランジスタの特性に大きなばらつきが発
生することがある。また、同図（ロ）のサイリスクＴｈ
の例では、ｎ形の高不純物濃度層２３用の不純物導入時
の異常導入およびその熱拡散時の異常拡散によって、ｐ
形であるべき低不純物濃度領域５の表面がｎ形に変化し
てしまうことがある。さらに、同図幹）のバイポーラ集
積回路装置の場合はそれほど深刻ではないが、ｎ形の高
不純物濃度１１１２３の熱拡散時の異常拡散により、通
常は接地されるｐ形の半導体基板２の表面の不純物濃度
が変動しないしはｎ形化して、接地抵抗が不安定になる
ことがある。

かかる問題への対策として、例えば熱拡散時のガスふん
囲気内の酸素量を増してウェハの他方の主面側に酸化シ
リコン膜が形成されやすくし、あるいは第２図のように
ボート１５上にウェハ１０を並べる際に、その一方の主
面同士ないしは他方の主面同士が向かい合うように配列
する等の手段が従来からとられているが、問題を完全に
解決し得るまでには至らず、いずれも石英管３１内がも
ともと不純物を含むガスで満たされる不純物導入時には
あまり効果を発揮することはできない。

本発明はかかる従来の問題点を解消して、不純物の導入
時の異常導入や不純物の熱拡散時の異常拡散を有効に防
止することができる半導体装置の製造方法を得ることを
目的とする。

ＣＨＭを解決するための手段〕 この目的は本発明によれば、冒頭記載のようにシリコン
ウェハ内にその一方の主面側から不純物を拡散すること
により半導体装置を作り込むに際して、ウェハの他方の
主面側の全面に窒化シリコン膜を熱ＣＶＤ法により被覆
して置いた上で、化学的エツチングを用いるフォトプロ
セスにより酸化シリコン膜のマスクを形成する工程と、
マスクを用いて不純物を選択的にウェハの表面部に導入
する工程と、導入不純物をウェハ内に熱拡散させる高温
加熱工程とを進めるようにすることによって達成される
。

なお、本発明を実施するに当たって上記構成中の窒化シ
リコン膜の厚みは、１０００〜３０００人とするのが好
適であり、さらに１５００〜２０００人とするのが最も
望ましい。

〔作用〕

本発明は窒化シリコン膜の高温下での不純物に対する優
れた非透過性を利用して課題を解決するものである。上
述の酸化シリコン膜は窒化シリコン膜のような非透過性
を必ずしも備えず、例えばｐ形不純物のボロンに対して
はいわゆる偏析によってシリコン内の不純物を吸い出す
こと・からもわかるように、むしろ不純物をいわば吸い
取る性質を有するが、同時にこの吸収した不純物をその
表面から逸出させやすい欠点がある。従って、この意味
では本発明における窒化シリコン膜は酸化シリコン膜と
は逆の性質をもつ、もっとも、窒化シリコン膜が常に不
純物に対する非透過性をもつわけではなく、例えばプラ
ズマＣＶＤ法によるものは多孔質になりやすい、このた
め、本発明方法では熱ＣＶＤ法による緻密な膜質の窒化
シリコン膜を用いて、ｐ形およびｎ形の不純物に対して
充分な非透過性をもたせる。

本発明方法では窒化シリコン膜のこの非透過性を利用し
て、上記構成にいうように不純物が拡散されるとは反対
のウェハの他方の主面側に窒化シリコン膜を全面被覆し
て置くことにより、不純物の導入時にはガスふん囲気内
の不純物がウニへの他方の主面側に導入されるのを防止
するともに、不純物の熱拡散時にもウェハの一方の主面
側からの逸出不純物の他方の主面側への侵入および他方
の主面側からの不純物の逸出を防止する。

窒化シリコン膜が持つもう一つの利点は、不純物導入用
のマスクとしてふつう用いられる酸化シリコン膜の化学
エツチング時にほとんど損傷を受けないことである。各
半導体層のパターンを決めるフォトプロセスにおける酸
化シリコン膜の化学エツチングには、よく知られている
ようにふつうふり酸系のエツチング液が用いられるが、
窒化シリコン膜のこれによるエツチング率は、酸化シリ
コン膜より少な（とも１桁低くふつう２０分の１程度に
しか過ぎない、従９て、本発明方法による窒化シリコン
膜は、ウェハの一方の主面側で酸化シリコン膜の化学エ
ツチングが複数回なされても、従来と異なりその他方の
主面に対する上述の保護効果が実質上火われることがな
い。

以上かられかるように、本発明によりウェハの他方の主
面側に窒化シリコン膜を熱ＣＶＤ法により被覆して置け
ば、化学的エツチングを用いるフォトプロセスにより酸
化シリコン膜のマスクを形成する工程中に窒化シリコン
膜が損傷を受けることがなく、このマスクを用いて不純
物を選択的にウェハの一方の主面側に導入する工程中に
他方の主面側に不純物が異常導入されず、また導入不純
物をウェハ内に熱拡散させる高温加熱工程中に両生面間
に不純物の異常な相互拡散が発生することもなくなるの
で、これによって本発明に対する前述の課題が解決され
る。

〔実施例〕

以下、図を参照しながら本発明の詳細な説明する。第１
図は前に説明した第３図に相当する半導体装置の断面で
、同図（ａ）〜（Ｃ）は個別半導体素子に、同図（４〜
（ｆ）は半導体集積回路装置に本発明方法をそれぞれ適
用した実施例を示す、この第１図の前の第３図と同じ部
分には同じ符号が付されているので、これと説明が重複
する部分は一切省略することとする。第１図（ａ）〜（
ｆ）に示されたすべての実施例では、ウェハ１０の他方
の主面１図では下面は本発明に基づき窒化シリコン膜１
１で覆われており、まずこの被覆要領を説明する。

本発明方法における窒化シリコン膜１１は、減圧ＣＶＤ
法と通称される熱ＣＶＤ法により、例えばジクロールシ
ラン１部とアンモエフ１０部とを混合した反応ガスの０
．５　Ｔｏｒｒのふん囲気下で、ウェハ温度’７５０℃
の条件で３０分〜１時間掛けて１５００人程度０厚みに
成長させるのが好適である。このようにやや低めの温度
で時間を長めに掛けて窒化シリコン膜１１を成長させる
ことにより、その膜質を緻密にして高温下での不純物に
対する非透過性を良好にすることができる。

窒化シリコン膜１１の厚みについては、１０００Å以下
になると非透過性が充分でなくなり、かつ酸化シリコン
膜用のぶつ酸系エツチング液によって損耗しやすくなる
。また、膜厚が３０００Å以上になると、ウェハに高温
履歴が掛かったときに細かなりラックが膜に入りやすく
なり、このため非透過性や耐エツチング液性が逆に低下
しやすい、従ってこの窒化シリコン膜１１の厚みは、１
０００〜３０００人の間で実用的にはエツチング液にあ
たる回数に応じて選択するのがよいが、ふつうは１５０
０〜２０００人の間に選ぶのが最も望ましい。

第１図（ａ）はダイオードＤに本発明を適用した実施例
を示し、この例でのウェハｌＯには、高不純物濃度のｎ
形の半導体基板ｌの上に、エピタキシャル層等のｎ形の
低不純物濃度領域６を設けたものが用いられ、窒化シリ
コン膜１１はこのウェハｌＯの下面を全面被覆するよう
に設けられる。ｎ形の低不純物濃度領域６とダイオード
接合を作るため、ｐ形の高不純物濃度層２１が、ウェハ
１０の上面から不純物として例えばポロンを、酸化シリ
コン膜１２をマスクとして高温下で導入かつ熱拡散させ
ることにより図示のように作り込まれる。

この例ではｐ形の高不純物濃度層２１用のボロン導入時
に、従来はｎ形の半導体基板ｌの下面にもボロンが若干
導入されてその高不純物濃度の低下を来し、このために
下面に付けられる電極との接続抵抗が増加する傾向があ
ったが、本発明方法の実施によりこの不純物の異常導入
問題を完全に防止することができる。

なお、以下の実施例についても同じであるが、酸化シリ
コン膜１２に対するマスク窓明は用の化学エツチング液
としては、本発明方法の実施上は例えばぶつ酸１部とふ
う化アンモニウム４部を混合したいわゆるバッフアート
液を酸化シリコン膜１２の厚みに応じて水で適宜希釈し
たものを用いるのが好適である。このエツチング液は酸
化シリコンｌｌ１１２に対して例えば毎分１０００人の
エツチング速度をもつが、窒化シリコン１１１１１に対
しては毎分５０人程度の充分低いエツチング速度をもつ
。

第１図（ロ）は前に説明した第３図（ａ）に対応するも
ので、ウェハｌＯには前と同様なものが用いられ、窒化
シリコン膜１１はその下面に被覆される。この実施例で
は、ｓｐａ　）ランジスタＢＴｎのベース層としてのｐ
形の低不純物濃度層２２の不純物の熱拡散時に、高不純
物濃度の半導体基板ｌから逸出したｎ形不純物によりそ
の不純物濃度が不安定になる問題を解消することができ
る。

第１図（Ｃ）のサイリスタＴｈは第３ｒＭ（ロ）に対応
するもので、この実施例では窒化シリコン膜１１をｐ形
の高不純物濃度領域７の拡散が済んだウェハ１０の下面
に付けることでもよいが、ｐ形の低不純物濃度領域５の
拡散が済んだ段階で付ける方が望ましく、これによって
このｐ形の領域５の不純物濃度の異常上昇を予防できる
。この例では、ｎ形の高不純物濃度２３の拡散時のｐ形
の低不純物濃度層５の不純物濃度の異常低下ないしはｎ
形化を、本発明による窒化シリコン膜１１によって防止
することができる。

第１図（ロ）のバイポーラ集積回路装置は第３図（Ｃ）
に対応するもので、この例ではふつうエピタキシャル層
であるｎ形の低不純物濃度領域６を接合分離するｐ形の
高不純物濃度領域７の拡散前または後のウェハ１０の下
面に窒化シリコン１１が被覆される。この例での窒化シ
リコン１１は、バイポーラトランジスタのベース層等の
ｎ形の高不純物濃度層２３の拡散時に、低不純物濃度を
もつｐ形の半導体基板２の下面の不純物濃度が異常低下
しないしはｎ形化するのを防止することができる。

第１図（ｅ）はＭＯ３集積回路装置に本発明を適用した
実施例を示す、この例では、ウェハｌＯにｎ形の低不純
物濃度の半導体基板３そのままが用いられており、窒化
シリコン１１１１はその下面に被覆される。ｎチャネル
電界効果トランジスタＦＴｎのウェルとしてまずｐ形の
低不純物濃度層２２がウェハ１０の上面から拡散され、
次に図では２個の電界効果トランジスタに対して、ゲー
ト２４がウェハｌＯの表面上に薄いゲート酸化膜を介し
て図示のようにそれぞれ設けられる。

ついで、ｎチャネル電界効果トランジスタＰＴｎおよび
ｐチャネル電界効果トランジスタＦＴＰのソースおよび
ドレイン用に、それぞれｎ形およびｐ形の不純物が通例
のようにゲートをマスクとしてイオン注入法によって導
入され、その熱拡散によりｎ形の高不純物濃度層２５お
よびｐ形の高不純物濃度層２６が作り込まれる。この実
施例における窒化シリコン膜１１は、ｐ形の高不純物濃
度１１２６の熱拡散時に、半導体基板３の下面のｎ形の
不純物濃度が異常低下ないしはｐ形化するのをを予防す
る効果がとくに高い。

第１図（ｆ）は本発明を前述とは異なる目的で、いわゆ
る誘電体分離されたウェハｌＯを用いるこの例ではＢｉ
ＭＯ３集積回路装置に適用した実施例を示す、この例に
おけるウェハｌＯはｎ形の低不純物濃度領域３が酸化シ
リコン膜等の誘電体１１８によヮて多結晶シリコンＮ域
９から絶縁ないしは誘電体分離された構造をもち、各低
不純物濃度領域３内に例えば図示のようにｎｐｎ　）ラ
ンジスタＢＴｎやＰチャネル電界効果トランジスタｐｔ
ｐが作り込まれるが、ウェハｌＯの下面の多結晶シリコ
ンの表面が粗面であってそれからシリコンの微粉が脱落
しやすく、この脱落防止のために窒化シリコン膜１１が
多結晶シリコンの表面に被覆される。これによって、ウ
ェハ１０から脱落した微粉がフォトプロセス用装置や不
純物の拡散装置内を汚染して、集積回路装置の製作歩留
まりが低下するのを有効に防止することができる。

この実施例においても、各低不純物濃度領域３内にトラ
ンジスタ等を作り込む時に酸化シリコン１５１１０に対
する化学エツチングが施されるのは同じで、本発明によ
る窒化シリコンｔｉｌｌはこの際のエツチング液によっ
て損耗することが非常に少ない利点があり、この実施例
は窒化シリコン′ＰＩｉｌｌの優れた耐エツチング性を
生かしたものである。

なお、以上の実施例において第１図（ｄ）〜（ｆ）の集
積回路装置においては、ウェハ１０の下面の窒化シリコ
ン膜１１は必ずしも除去する必要はないが、同図（ａ）
〜（Ｃ）の個別半導体素子においては、ふつうその下面
側に最終的に電極が設けられるので、その前に窒化シリ
コン１１１１１を取り除（必要がある。窒化シリコン膜
の除去は、ウェハの上面側にフォトレジスト膜等で覆っ
て置いた上で、ぶつ酸の水溶液をエツチング液として数
十分程度のやや長時間を要するが化学的に取り除（こと
ができる、ドライエツチングによる除去も可能で、この
場合には時間の酸素を含む４ふっ化炭素ないしは６ふっ
・化硫黄を反応ガスとして比較的短時間内に窒化シリコ
ン膜を除去できる。

以上の説明かられかるように、本発明は半導体装置一般
の製造に際して広く適用でき、また以上の例示に限らず
それぞれの場合に応じて本発明の要旨内で種々の態様で
実施をすることができる。

例えば、ウェハに窒化シリコン膜の被覆を施す時期は、
半導体装置の種類やその製作工程に応じて適宜に選択す
べきものである。

〔発明の効果〕

以上の記載からすでに明らかなように本発明方法によれ
ば、シリコンウェハ内にその一方の主面側から不純物を
拡散することにより半導体装置を作り込むに際して、ま
ずウェハの他方の主面側の全面に窒化シリコン膜を熱Ｃ
ＶＤ法により被覆することにより、窒化シリコン膜の不
純物に対する優れた非透過性を利用してウェハの他方の
主面を有効に保護することができ、これによって不純物
をウェハの一方の主面側に導入する高温工程中に他方の
主面側に不純物が異常導入されるのを防止するとともに
、導入不純物をウェハ内に熱拡散させる高温加熱工程中
にも両生面間に不純物の異常な相互拡散が発生するのを
防止して、半導体装置の性能を向上しあるいはその製造
歩留まりを上げることができる。

また、本発明による窒化シリコン膜は、不純物導入時に
マスクとして用いられる酸化シリコン膜のフォトエツチ
ング用のエツチング液に対して高い耐性をもつので、こ
の化学的エツチングによる酸化シリコンマスクの形成工
程中にも…耗を受けることがない特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図が本発明に関し、第１図は本発明に
よる半導体装置の製造方法を通用した若干の半導体装置
用ウェハの一部拡大断面図、第２図はウェハへの不純物
拡散工程中の状態を示す加熱炉の断面図である。第３図
は従来技術により製造される若干の半導体装置用ウェハ
の断面図である１図において、 １：高不純物濃度のｎ形半導体基板、２：低不純物濃度
のｐ形半導体基板、３＋低不純物濃度のｎ形半導体基板
ないしｎ形の低不純物濃度領域、ＩＰ形の高不純物濃度
領域、５：ｐ形の低不純物′ａ度Ｓｆｉ域、６；ｎ形の
低不純物濃度領域、７；ｐ形の高不純物濃度領域、８：
誘電体膜、９：多結晶シリコン領域、ｌＯ：ウェハ、１
１：窒化シリコン膜、１２：酸化シリコン膜、２１：ｐ
形の高不純物濃度層、２２：ｐ形の低不純物濃度層、２
３：ｎ形の高不純物濃度層、２４：ゲート、２５：ｎ形
の高不純物濃度層、２６：ｐ形の高不純物濃度層、３０
：加熱炉、３１：石英管、３２：石英管の蓋、３３：加
熱手段ないし電熱器、３４＝熱マフラ管、ＲＴｎ　：　
　ｎｐｎ）ランジスタ、ａＴｐ：　　ρｏｐ）ランジス
タ、Ｄ：ダイオード、ＦＴｎ：ｎチャネル電界効果トラ
ンジスタ、ＦＴＰ　：　ｐチャネル電界効果トランジス
タ、Ｇ：反応ガスないしはふん囲気ガス、Ｔｈ：サイリ
スタ、１！２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリコンウェハ内にその一方の主面側から不純物を拡散
   することにより半導体装置を作り込む方法であって、ウ
   ェハの他方の主面側の全面に窒化シリコン膜を熱ＣＶＤ
   法により被覆した上で、化学的エッチングを用いるフォ
   トプロセスにより酸化シリコン膜のマスクを形成する工
   程と、マスクを用いて不純物を選択的にウェハの表面部
   に導入する工程と、導入不純物をウェハ内に熱拡散させ
   る高温加熱工程とを進めることを特徴とする半導体装置
   の製造方法。