JPH0312971A - 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〕 この発明は半導体装置の製造方法に関し、特にシリコン
層に形成された拡散抵抗に応力がかかると抵抗値変化を
生じることを利用した半導体圧力センサの改良に関する
ものである。

〔従来の技術〕

第５図（ａ）は従来の圧力センサに供する半導体素子の
断面構造を示したものであり、第５図（ｂｌはその平面
構造を模式的に示したもの、また、第５図（Ｃ）は圧力
センサのブリッジ回路を示したものである。

図において、１はｐ型シリコン基板、２は絶縁膜、１５
はＡβ電極、１６はｎ型拡散抵抗層である。第５図（ａ
ｌに示すように、ダイヤフラムを構成するｐ形シリコン
基板１の表面にはｎ型の拡散層１６が設けられており、
このｎ型の拡散抵抗１６を第５図（ｂ）に示すように円
周の４点に配置し、後の結線で第５図（Ｃ）に示すよう
にブリッジに構成するのである。このようにすれば円の
直径方向に平行に設けられた抵抗と垂直に設けられた抵
抗との応力によって生じる微少の抵抗変化を拡大してと
らえることができる。

その出力電圧Ｖ。は、 Ｖｏ−（δＲ／Ｒ）ＸＶｓ −（１１４４／　２　（σｒ−σｔ））ＸＶｓと示され
る。”４４は圧抵抗係数、σｒ、σｔは円の中心方向及
び接線方向の応力である。

また、第６図ｆａｌは第５図に示した構造の半導体素子
を圧力センサとして機能させるためにアセンブリした場
合の断面構造を示す図であり、図において、２０はキャ
ップ、２１はモールド樹脂、２２はワイヤ、２３は大気
圧、２４はヘッダ、２５はリード、２６は開放穴、２７
はシリコンペレット、２８はダイヤフラム部、２９はパ
イプであり、第６図（ｂ）はシリコンペレット２７の平
面図を示したものである。図に示すような構成において
、上部より測定圧力が加えられるとダイヤフラム部２８
が圧力を受けてたわみ、上から押されるようにたわめば
ダイヤフラム部２８の面内では圧縮の応力、上から引か
れるようにたわめばダイヤフラム部２８の面内では引っ
張りの応力がかかり、第６図（ｂ）に示すピエゾ抵抗が
このような圧力に対応して変化する。これにより、測定
圧に対する出力電圧を得て圧力センサとして機能する。

ところで環境温度が２００℃程度までであればこの素子
のｎ型９９３７層１６の抵抗はｐ型シリコン層１内で各
々電気的に分離されて機能するが、温度がさらに上昇す
ると、ｐ、ｎ接合間のリーク電流が増大し、各々の抵抗
間の電気的分離が保たれないために圧力センサとして機
能しなくなる。

そこで、このような従来の半導体圧力センサの欠点を解
消するために絶縁膜上で各々完全に分離したシリコン層
に拡散抵抗層を設けたＳ○Ｉ　　（Ｓｉ１ｉｃｏｎ　ｏ
ｎ　Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ）構造の半導体圧力センサが開
発されている。即ち、第４図は上述のＳｏｌ構造の圧力
センサの断面構造を示す図であり、図において、１はｐ
型シリコン基板、２は絶縁膜、１４は再結晶化シリコン
の拡散抵抗層、１５はＡβ電極である。この構造の素子
では各々の抵抗体１４の分離は絶縁膜２で行っているた
めに測定温度が２００　’ｃ以上になっても正常動作が
得られるのである。

以下に、ｓｏｒ構造の半導体装置の製造方法について説
明する。

第７図（ａｌ〜（ｄｌは例えばレーザ再結晶化法でシリ
コン層を形成方法を示す図である。図において、１はシ
リコン基板、２は絶縁膜、３は多結晶シリコン層、３ａ
は単結晶シリコン層、４は反射防止膜、５はＡｒレーザ
光、６はシード領域、１ｏは注入イオン、３０は不純物
拡散抵抗層である。

まず、第７図（ａｌに示すようにシリコン基板１にシー
ド領域６を残して絶縁膜ＳｉＯ□２を約１μｍ形成する
。続いて第７図（ｂ）に示すように多結晶シリコン層３
を膜厚５００〇八にＬＰＧＶＤで形成するとともに、多
結晶シリコン層３の表面に熱分布を制御する反射防止膜
及び保護膜４を設ける。

そして第７図（Ｃ）に示すように、連続発振のＡｒレー
ザ光５を照射して、多結晶シリコン層３を溶融再結晶化
する。多結晶シリコン層３はこの時シード６から結晶性
をひらって成長し、絶縁膜２上で単結晶化するのである
。そして第７図（ｄ）に示すように不純物を単結晶シリ
コン層りａ内に一定量ドーピングし、層内に均一に拡散
させることにより層内の抵抗値を決定する。このように
形成した不純物拡散された単結晶シリコン層３０を島状
にパターニングすることにより圧力センサの抵抗層そし
て供する。

また、第８図（ａ）〜（Ｃ）にＳｏｌ構造の他の形成方
法としてウェハはりつけ研磨法を示す。図において、１
１はシリコン基板、１２は酸化膜、１３１３ａはシリコ
ン基板である。

第８図（ａ）に示すように２枚のウェハ、即ちシリコン
基板１１．１３のうちの１枚の基板１１に酸化膜１２を
形成し、酸化膜１２とシリコン基板１３を合わせ、圧着
して熱処理を施すと第８図（ｂｌに示すように２枚のウ
ェハが接着されることが知られている。さらに基板１３
を表面から研磨して第８図（Ｃ１のように所望の厚みに
することによってウェハプロセスに供するのがこの手法
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが上述のように８０１層を得るためには種々の手
法が開発されているが、−船釣に第７図に示すレーザ再
結晶化法においては、レーザ光５によって多結晶シリコ
ン層３を溶解して単結晶化させる際に、溶解したシリコ
ンの移動が生じ、再結晶化後のシリコン層３ａの膜厚は
４０００〜７０００人の間でバラツキを生じる。従って
第７図（ｄｌに示すように前述した抵抗値決定のための
不純物を単結晶シリコン層りａ内に一定量ドーピングし
、層内に均一に拡散させるプロセスを採ると不純物濃度
の分布が生じ、抵抗値がばらつくようになる。

また、第８図に示ずウェハばりつけ法によるＳＯＩ構造
の形成方法においても、第８図（Ｃ１に示す単純な研磨
だけの場合は残り膜Ｗ−５μｍ±２μｍ程度のバラツキ
があり、また他の手法としてあらかじめウェハ１３に拡
散層を形成し、これをストップ層にして化学エツチング
で薄膜化したとしても残り膜厚は０．５±０．１μｍの
バラツキが生じてしまう。

このように従来の製造方法によれば、絶縁膜上の単結晶
シリコン層の厚み制御が困難でウェハ面内では比較的大
きなバラツキを生しることが問題である。膜厚のバラツ
キを持ったシリコン層に抵抗値を決定するための一定量
の不純物をドーピングし、層内で均一になるよう拡散さ
せると、膜厚のバラツキに応じて不純物濃度のバラツキ
が生じ抵抗値のバラツキの原因となるという問題点があ
った。

この発明は以上のような問題点を解消するためになされ
たもので、Ｓｏｌ構造の半導体装置において、絶縁膜上
に形成した単結晶シリコン層の膜厚分布による抵抗値の
バラツキを減少でき、均一性の高い拡散抵抗層を有する
半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る半導体装置の製造方法によれば、シリコ
ン基板上の１主面上に絶縁膜を介して形成した単結晶シ
リコン層の抵抗値を決定する方法において、単結晶シリ
コン層に第１導電型の不純物を所定濃度でドーピングし
て深さ方向全体にわたって均一に低濃度ドープ層を形成
し、さらにこの低濃度ドープ層の下層へ到達しない深さ
の表面領域に、同じく第１導電型の不純物をさらに高濃
度にドーピングして高濃度ドープ層を形成するようにし
たものである。

〔作用〕 この発明においては、上述のように単結晶シリコン層に
低濃度の不純物を均一にドープし、その後表面領域のみ
に高濃度不純物をドープするようにしたので、抵抗値は
単結晶シリコン層の膜厚に左右されず、最後の高濃度不
純物がドープされた拡散層で決定する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図について説明する。

第１図ｆａｌ〜（ｅ）は本発明の一実施例によるレーザ
再結晶化法による半導体装置の製造方法を示す各主要工
程の断面構造を示しており、図において、１はシリコン
基板、２ば絶縁膜、３は多結晶シリコン層、３ａは単結
晶シリコン層、４は反射防止膜、５はレーザ光、６はシ
ード領域、７は低濃度ドープ層、８は高濃度ドープ層、
９は単結晶シリコン層、１０は注入イオンである。

第１図（ａ）〜（Ｃ）に至る工程は従来の第７図＋ａ＋
〜（ｃ）と全く同様であるので説明を省略する。

従来の製造方法によれば、単結晶シリコン層の膜厚の分
布により不純物濃度の分布が生じ、抵抗値がばらつくと
いう問題があったが、本発明ではこれを避けるために、
第１図（Ｃ１の工程で単結晶シリコン層３ａを形成した
後に、第１図（ｄｌに示すように単結晶シリコン層りａ
内にＰ型不純物、例えばボロンをＩ　Ｘ　１０　ＩＢ／
ｃＪ〜Ｉ　Ｘ　１０　′９／ｃ−拡散させ、低濃度ドー
プ層７を形成する。このためにはボロンを５０ＫｅＶ　
〜１００ＫｅＶ、５ｘｌＯ１３／ｄ〜５×１０′４／ｃ
Ｉａイオン注入した後、９００〜１０００℃で３０分程
度の熱処理を加え、単結晶シリコン層３ａの深さ方向全
体にわたって注入不純物を拡散させる。

この後さらにボロンを１×１０′９／ｃＴＡ〜１×１０
”／ｃ−の範囲でドーピングするために、５０に０ ｅＶ程度の低電圧でＩ　Ｘ　１０　”／ｃｆｆｌ〜５Ｘ
１０”／Ｃ請イオン注入し、９００℃以下の熱処理又は
ラビッドサーマルアニールを行って第１図＋２）に示す
ように下面へ届かない範囲内、例えば単結晶シリコン層
３ａが５０００人の層厚を有するならば、その表面から
３０００人〜４０００人程度の範囲内に注入不純物を若
干拡散させて活性化させることにより高濃度ドープ層８
を形成する。

以上のような製造方法によれば、単結晶シリコン層９の
と抵抗値はこの高濃度拡散層８で決定されることとなり
、抵抗値が単結晶シリコン層３ａの膜厚分布に左右され
なくなる。最後にシリコン層９を島状にパターニングし
てその断面図を第３図に示ずＳｏｌ圧カセンザ素子の基
本構造とすることにより本構造の半導体装置の第４図に
示した圧力センサに供することができる。

また、第２図（ａ）〜（ｄｉは他のＳＯＩ構造半導体装
置の形成法として、ウェハはりつけ研磨法について示し
たものである。図において、第８図と同一符号は同一部
分を示し、１７は低濃度ドープ層、１８は高濃度ドープ
層である。

第２図（ａｌ〜ｔｃ＋の工程は従来例で示した第８図（
ａｌ〜（Ｃ）の工程と全く同様であり、従来の問題点で
説明したように、単純な研磨だりの場合、第２図（Ｃ）
の工程において、研磨後のシリコン基板１３ａの残り膜
厚には５μｍ±２μｍ程度のバラツキがあり、またあら
かじめウェハ１３に拡散層を形成し、これをストップ層
にして化学エツチングで薄膜化しても残り膜厚は０．５
±０．１μｍのバラツキがある。従ってこの手法に対し
ても本発明は有効であり、第２図（ｄｌ及び（Ｃ）に示
すように、単結晶シリコン層に低濃度の不純物を均一に
ドープして低濃度ドープ層１７を形成後、その表面にの
み高濃度不純物をドープして高濃度ドープ層を形成する
ようにすれば、抵抗値はシリコン層１３ａの膜厚に左右
されず、最後の高濃度不純物がドープされた拡散層１Ｂ
で決定する。

このような上記実施例によれば、膜厚分布をもつ３０７
層に下面に達しない拡散層を設けるよ・）にしたので抵
抗値の均一性が向上し、ＳＯＴ構造１ ２ の圧力センサの膜厚分布による抵抗値のバラツキを防止
することができる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、ｓｏ■構造の単結晶シ
リコン層内に低濃度の不純物を均一にドープし、その後
その表面にのみ高濃度の不純物をドープするようにし、
単結晶シリコン層に下面に達しない拡散層を設けるよう
にしたので、膜厚分布をもつＳＯＩ層の抵抗値の均一性
が向上し、装置精度の向上を図ることができ、また、さ
らには種々のＳｏｌ製造技術が利用できるようになった
ので装置の製造価格を下げる可能性が大となる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ〜（ｅ）は本発明の一実施例による半導体
装置の製造方法を示す各主要工程の断面図、第２図（ａ
＋〜（ｅｌは本発明の他の実施例による半導体装置製造
方法を示す各主要工程の断面図、第３図はこの発明の一
実施例による半導体装置の製造方法により製造したＳＯ
Ｉ構造の断面図、第４図はＳ○■構造圧カセンサの断面
図、第５図Ｆａ）〜（ｃ〕はそれぞれ従来の半導体圧力
センサの断面図、平面図及びブリッジ回路を示す図、第
６図はアセンブリされた圧力センサの構造を示す図、第
７図（ａ）〜（ｄｉは従来の半導体装置の製造方法を示
す各主要工程の断面図、第８図（ａ）〜（ｃ）は従来の
半導体装置の製造方法による各主要工程の断面図である
。 図中、１・・・シリコン基板、２・・・絶縁膜、３・・
・多結晶シリコン層、３ａ・・・単結晶シリコン層、４
・・・反射防止膜、５・・・レーザ光、６・・・シード
領域、７・・・低濃度ドープ層、８・・・高濃度ドープ
層、９・・・単結晶シリコン層、１０・・・注入イオン
、１１，１３゜１３２・・・シリコン基板、１２・・・
酸化膜、１４・・・低拡散抵抗層、１５・・・Ａβ電極
、１７・・・低濃度ドープ層、１８・・・高濃度ドープ
層。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン基板上の１主面上に絶縁膜を介して単結
   晶シリコン層を形成する工程と、 該単結晶シリコン層の抵抗値を所望の値に設定する工程
   とを有する半導体装置の製造方法において、 上記抵抗値を設定する工程は、 上記単結晶シリコン層に第１導電型の不純物を所定濃度
   ドーピングして、該単結晶シリコン層の深さ方向全体に
   わたって均一に低濃度ドープ層を形成する第１の工程と
   、 上記低濃度ドープ層にさらに高濃度の第１導電型の不純
   物をドーピングして、該低濃度ドープ層の表面領域のみ
   に高濃度ドープ層を形成する第２の工程とからなること
   を特徴とする半導体装置の製造方法。