JPH03295228A - 平面状高濃度不純物領域の形成方法 - 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、半導体基板に高濃度不純物領域を形成する
方法に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、素子の微細化に伴ない、従来のＭＩＳ型ＦＥＴと
異なる全く新しいデバイス構造をもつ素子の提案かなさ
れている。その中にはチャネル内の特定類ｉ！！Ｘにδ
−関数的に高濃度不純物領域を設けるものかある。これ
らの高濃度不純物領域は、ケート電極に平行なもの、ケ
ート電極に垂直なもの等が既に存在するが、作製方法は
困難かつ制御性の少ないものであった。

第８図は従来の基板に平行な平面状高濃度不純物領域の
形成方法を示す工程であり、図におしＡで、（１）は基
板、（２）は不純物原子吸着層、（３）は半導体層、（
７）は高濃度不純物領域である。

次に動作について説明する。

第８図（ａ）に示す様に、基板（１）に気相て不純物原
子を吸着させ、不純物原子吸着層（２）を第８図（ｂ）
のように形成する。

次に第８図（Ｃ）に示す様に、半導体層（３）を低温で
エピタキシャル成長させることによって、任意の深さの
位置に平面状高濃度不純物領域（７）を形成することか
てきる。

また、基板に平行てない平面状高濃度不純物領域を形成
する方法は、第９図（ａ）に示す基板（１）に、フォー
カスしたイオンビーム（４）、即ちＦＩＢを照射するこ
とにより、第９図（ｂ）に示す様に基板（１）に平行で
ない高濃度不純物領域（７）を形成することができる。

〔発明か解決しようとする課題〕

従来の平面状高濃度不純物領域の形成方法は以上のよう
に行われるので、第８図の方法では、ゲート絶縁膜に平
行な高濃度不純物領域を形成するので、低温でのエピタ
キシャル成長が不可欠となる。又、低温でのエピタキシ
ャル成長では、Ｓ１中に多くの欠陥がはいるという問題
点がある。また、第９図の方法では、フォーカスしたイ
オンビームのビーム径が小さくできず、微細な高濃度不
純物領域を形成するのは困難である。又、スルーブツト
が低く、コストが高くなる等の問題点があった。

この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、固相成長により低温で良好な膜か形成できる
とともに、基板に垂直に平面状高濃度不純物層を形成す
る場合ではフォーカスイオンヒームを使う場合に比へ高
スルーブツトで、より微細な平面状高濃度不純物層を形
成できる平面状高濃度不純物領域の形成方法を得ること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、結晶粒界内での不純物の拡散が結晶内に比べ
非常に速いということを利用し、結晶粒界を含み、二つ
以上の結晶にまたがる様に、高濃度不純物領域を形成し
、アニールを行うことにより、はぼ結晶粒界内のみ不純
物を拡散させ、結晶粒界に沿った高濃度不純物層を形成
するようにしたものである。

〔作用〕

この発明における高濃度不純物領域の形成方法は、結晶
粒界を含み２つ以上の結晶にまたがるように高濃度不純
物領域を形成し、アニールを行うことによりほぼ結晶粒
界内のみ不純物を拡散させることによりて、結晶粒界に
沿って高濃度不純物領域を形成する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例による平面状高濃度不純物領域
の形成方法を示す工程図である。

第１図において、（１ａ）は第１の基板で、（ｏ。

１）Ｓ、基板てオリエンニージョンフラットを（＋１０
）面で形成したものである。（１ｂ）は第２の基板で、
低濃度基板表面に高濃度層を設け、その上にエピタキシ
ャル層を設けたものである。

（５）は結晶粒界、（６）は高濃度不純物領域、（７）
は平面状高濃度不純物領域である。

次に動作について説明する。第１図（ａ）に示された第
１と第２の二枚の基板（１ａ）と（１ｂ）を第１図（ｂ
）に示す様にそれぞれの処理面を対向させて接合する。

接合はウェハ接着法で行う。この接合は８１層か露比し
ている２枚の基板（１ａ）と（１ｂ）を対面して、真空
中または不活性ガス中て　７００℃以上の熱処理を行う
こと、２枚の基板（Ｉａ）と（１ｂ）表面の３１が原子
同志か結合し、接着する。この時、２枚のＳ１基板（１
ａ）と（１ｂ）は原子レベルて見ると、角度１位置に微
妙なずれか生じており、結合は完全に整然とは行なわれ
ない。従って、非常に薄いアモルファス層よりなる結晶
粒界（５）か結合面に形成される。次に第１図（Ｃ）に
示す様に、第２の基板（１ｂ）の低濃度基板をピロカテ
コールとエチレンシアミンの水溶液で、又、高濃度層を
ＣＦ４のプラズマによるエツチングで除去し薄膜化する
。

続いて、第１図（ｄ）に示す様に、結晶粒界（５）を含
んだ領域に高濃度の不純物イオン注入を行ない、高濃度
不純物領域（６）を形成する。

次に第１図（ｅ）に示す様に、アニールを行なうことに
より、高濃度不純物領域より結晶粒界（６）を介して不
純物の拡散を行ない、平面状高濃度不純物領域（７）を
形成する。

以上のように、第１図に示す平面状高濃度不純物領域の
形成方法は、２枚のウェハを接合して結晶粒界を形成す
る工程と、結晶粒界にまたかって高濃度不純物領域を形
成する工程と、アニールによって高濃度不純物を粒界拡
散させる工程によって行われる。

また、絶縁股上に形成された多結晶半導体層にエネルギ
ー線を照射し、溶融再結晶化させる際、エネルギー線を
吸収しやすい部分と吸収しにくい部分を設け、エネルギ
ー線を吸収しやすい部分に結晶粒界を発生させる工程と
、上記結晶粒界を含む半導体層のある単結晶体と結晶構
造の同じ半導体単結晶基板と接合する工程、結晶粒界を
含む少なくとも二つの結晶にまたがり高濃度不純物層を
形成する工程、アニールにより高濃度不純物を粒界拡散
させる工程を含むことによって行うこともできる。

第２図〜第７図は、それぞれこの発明の他の実施例によ
る高濃度不純物領域の形成方法を示す工程図である。基
板に垂直に平面状高濃度不純物領域の形成方法を示す第
２図において、（１）はＳ、基板、（５）は結晶粒界、
（６）は高濃度不純物領域、（７）は平面状高濃度不純
物領域、（８）はＳ１酸化膜、（９）は多結晶または非
晶質Ｓ１層、（１０）は照射レーザー光（１１）に対す
る吸収率の高い膜で、例えば約５００〜７００人のＳ１
窒化膜である。第２図（ａ）の状態でレーザ光照射処理
を行うと、レーザ光（ＩＸ）により多結晶または非晶質
Ｓ３層（９）は溶融後固化する。

固化時、吸収率の高い膜（１０）の直下は高温になり最
後に固化し、吸収率の高い膜（１０）が直上にない領域
は最初に固化するので、第２図（ｂ）のように結晶粒界
（５）が高吸収率膜（１０）のほぼ中央直下に形成され
る。

次に第２図（Ｃ）に示す様に、結晶粒界（５）を含んで
高濃度不純物の注入を行ない、高濃度不純物領域（６）
を形成する。

次にこの状態の試料に、アニールを行なうと、粒界拡散
により、結晶粒界（５）中では不純物は速く拡散し、結
晶中ではそれほど拡散しない。

従って、第２図（ｄ）に示す様に平面状高濃度不純物領
域（７）が形成される。

以上のように、第２図に示す高濃度不純物領域の形成方
法は多結晶または非晶質半導体層にエネルギー線を照射
し、溶融再結晶化させる際エネルギー線を吸収しやすい
部分と吸収しにくい部分とを設け、エネルギー線を最も
吸収しやすい部分に結晶粒界を発生させる工程と、隣接
する結晶にまたかり、高濃度不純物を粒界拡散させる工
程を含むことによって行われる。

次に第３図に示す平面状高濃度不純物領域の形成方法に
ついて説明する。第３図（ａ）において、（１ａ）は（
００１）面を主面にもち（１１０）面にオリエンテーシ
ョンフラットを持つ第１のＳ。

基板、（ｌｂ）は（００１）面を主面にもち（１１Ｑ　
）面以外の面にオリエンテーションフラットを持つ第２
の８１基板とする。ただし、第２のＳ、基板（１ｂ）は
第１図（ａ）と同様の構造をもつものとする。

上記２枚の基板（１ａ）と（１ｂ）を第３図（ｂ）に示
す様に、　７００℃以上の温度で接合する。

次に例えば、エチレンシアミンとピロカテコールの水溶
液てのエツチングＣＦ４プラズマでのエツチングを行な
い第３図（Ｃ）に示す様に、第２の３１基板（１ｂ）を
薄膜化する。

次に第３図（ｄ）に示す様に上記試料上にアモルファス
シリコン層（１２）を堆積し、アニールを行なうことに
よりアモルファスシリコン層の固相成長を行ない単結晶
化を行う。この時、第３図（ｅ）に示す様に第１の３１
基板をシートとして固相成長か起こった領域と第２のＳ
１基板をシートとして固相成長か起こった領域の境界に
結晶粒界（５）か生しる。次に第３図（ｆ）に示す様に
この試料の少なくとも結晶粒界を含んだ領域に高濃度の
不純物注入を行ない、第３図（ｇ）に示す様に高濃度不
純物領域（６）を形成する。更に第３図（ｈ）に示す様
にアニールを行なうことによって粒界拡散により、平面
状高濃度不純物領域（７）を形成することがてきる。

以上のように第３区に示す高濃度不純物領域の形成方法
は、結晶学的に異なる第一、第二の半導体単結晶層を少
なくとも一部表面にもつ基板を接合する工程、上記第１
の半導体基板を薄膜化し半導体層を表面に露呈する工程
と、上記薄膜化した第一の基板の半導体層の少なくとも
一部をエツチングにより除去し、第二の基板の半導体層
を表面に露呈する工程と、上記基板表面に非晶質層を形
成する工程と、上記基板をアニールにより固相成長させ
、結晶粒界を発生させる工程と隣接する結晶にまたがり
、高濃度不純物層を形成し、アニルにより粒界拡散させ
る工程を含むことによって行なわれる。

これまで述べてきた平面状高濃度不純物領域の形成方法
では、平面状高濃度不純物領域に接して、不純物の供給
源である高濃度不純物領域が残ってしまう。

従って、基板に平行に平面状不純物領域を形成する場合
、基板に垂直に平面状不純物領域を形成する場合は、第
４図（ａ）、第４図（ｂ）の様に、写真製版によるパタ
ーニングとエッチンクニより、高濃度不純物領域を除去
する。図において、（ｌａ）　　（ｌｂ）は基板、（５
）は結晶粒界、（７）は平面状高濃度不純物領域である
。

第４図の高濃度不純物領域の形成方法は、二枚のウェハ
を接合する工程と、二枚のウェハにまたかり高濃度不純
物層を形成する工程と、アニールにより上記高濃度不純
物を粒界拡散させる工程を含むことによって行われる。

これまで述べてきた平面状高濃度不純物領域の形成方法
では、結晶粒界が残ってしまう。従って、電気特性か劣
化する可能性がある。このため結晶粒界を含む領域を一
度アモルファス化した後、固相成長により単結晶化する
ことが必要となる。

次に、第５図に示す高濃度不純物領域の形成方法につい
て説明する。

第５図（ａ）は第１図（ａ）〜（ｅ）に示す工程で形成
したものを更に第４図（ａ）の方法で高濃度不純物層を
除去した試料である。この試料に第５図（ｂ）に示す様
にＳ、イオンを注入し、結晶粒界より少し深い領域まで
アモルファス化する。次に第５図（Ｃ）に示す様に低温
で固相成長を行ない、平面状高濃度不純物注入領域を残
したまま、結晶粒界（５）を除去することができ、単結
晶となる。

次に第６図に示す高濃度不純物領域の形成方法について
説明する。

第６図（ａ）は第３図＜ａ＞〜（ｈ）に示す方法て平面
状不純物領域（７）を形成し、第４図（Ｃ）に示す様に
高濃度不純物領域（４）を除去した試料である。

この試料を第６図（ｂ）に示す様に第２の５１基板（１
ｂ）と第１の基板（１ａ）との界面を含んだ領域をＳ１
注入によりアモルファス化する。

次に第６図（Ｃ）に示す様に低温で固相成長を行ない、
平面状高濃度不純物領域の分布をほとんど変えることな
く単結晶Ｓ１中に平面状不純物領域（７）を形成するこ
とができる。

次に、第７図に示す高濃度不純物領域の形成方法につい
て説明する。

第７図（ａ）は第２図の方法で平面状不純物領域（７）
を形成し、第４図（ｂ）に示す様に高濃度不純物領域（
４）を除去した試料である。次に第７図（ｂ）に示す様
にチップトランスファ法により単結晶３１基板上にトラ
ンスファーする。次にこの試料を第７図＜ｃ＞に示す様
に再結晶化したＳ１＠域を５１注入によりアモルファス
化する。

次に第７図（ｄ）に示す様に低温て固相成長を行ない、
単結晶Ｓ１中に平面状不純物領域（７）を形成すること
ができる。

以上のように、第５図〜第７図に示す高濃度不純物領域
の形成方法は、半導体層内部に形成された結晶粒界近傍
に粒界拡散した不純物が存在する試料を非晶質化する工
程と、固相成長を行ない単結晶化する工程を含むことに
よって行なわれる。

上記実施例における結晶粒界の形成方法では、異なる結
晶をシートに用い、そのシート上にアモルファスシリコ
ン層を堆積し、固相成長によって単結晶化しているが、
単一の結晶または絶縁膜上に堆積したアモルファスシリ
コン層に少なくとも二つ以上の結晶より成るシードを接
触または接合した後、固相成長を行ない、後にシートを
化学的または機絨的に除去しても良い。

また、結晶粒界を消去する際の固相成長も、Ｓｌ注入に
よってアモルファス化した後、このアモルファス層に単
結晶シリコン層を接触または接合した後、これをシート
として固相成長を行ない、シートとなった単結晶層を化
学的または機械的に除去することも可能である。

また、この平面状高濃度不純物領域は、ＭＯＳＦＥＴ等
のチャネル領域に形成することにより、電界のかかり方
やキャリアの自由度を変え、高性能な特性を導き出すこ
ともできる。

〔発明の効果〕

この発明における平面状高濃度不純物層の形成方法は以
上のように行われるので、固相成長により低温で良好な
膜が形成可能である。又、基板に垂直に平面状高濃度不
純物層を形成する場合では、フォーカストイオンビーム
を使う場合に比べ高スルーブツトで、より微細な平面状
高濃度不純物層を形成することができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｅ）はこの発明の一実施例による平面
状高濃度不純物領域の形成方法を示す工程図、第２図〜
第７図はこの発明の他の実施例による平面状高濃度不純
物領域の形成方法を示す工程図、第８図（ａ）〜（Ｃ）
および第９図（ａ）〜（Ｃ）は従来の平面状高濃度不純
物領域の形成方法を示す工程図である。 図において、（１）は基板、（２）は不純物原子吸着層
、（３）は低温で形成したエビ層、（４）はフォーカス
したイオンビーム（ＦＩＢ）（５）は結晶粒界、（６）
は高濃度不純物層、（７）は平面状不純物層、（８）は
下地Ｓ１酸化膜、（９）は多結晶または非晶質層、（１
０）は吸光膜、（１１）はレーザ光、（１２）はアモル
ファスシリコン層である。（１３）はアモルファス化し
たシリコン層である。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体層内部に結晶粒界を形成する工程と、隣接する
   結晶にまたがり高濃度不純物層を形成する工程と、アニ
   ールにより上記高濃度不純物を粒界拡散させる工程を含
   むことを特徴とする平面状高濃度不純物領域の形成方法
   。