JPH07183247A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法及び半導体装置の評価方法及び半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコン基板に対する不純物ボロンの拡散制
御性を改善し浅い接合深度を実現する。さらに、高集積
・高速・高信頼性の半導体装置を提供する。 【構成】 まずＳｉ基板１の自然酸化膜を除去し活性表
面を露出する為の清浄化工程を行なう。次に活性表面に
対して不純物膜としてボロンシリサイド膜２を形成する
為の処理工程を行なう。続いてボロンシリサイド膜２か
ら不純物ボロンをＳｉ基板１に導入しボロン拡散層３を
形成する拡散工程を行なう。ボロンシリサイド膜２はＳ
ｉ基板１の表面に直接形成されるので表面濃度が高く且
つ接合深度の浅いボロン拡散層３が形成できる。又ボロ
ンシリサイド膜２は化学的及び物理的に安定しており拡
散制御性が改善できる。さらに、ボロンシリサイド膜２
を光学的手段により正確に評価して製造することにより
拡散制御性が改善される。また、不純物領域と電極金属
との間にボロンシリサイド領域を設けた半導体装置とす
ることにより、高集積・高速・高信頼性の半導体装置を
実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、コンピュータなどの
電子システムに用いられているバイポーラトランジスタ
あるいは絶縁ゲート電界効果トランジスタに代表される
半導体装置の製造工程において、所望の導電型と導電率
を有する領域を形成する際に用いられる不純物拡散方法
と拡散源として用いる薄膜の製造方法に関する。より詳
しくは、半導体層中においてアクセプタとなるボロンの
拡散方法と不純物膜であるボロンシリサイド膜の製造方
法に関する。

【０００２】さらに、この発明は、半導体装置の製造工
程の不純物拡散工程に用いられる不純物拡散源膜の評価
方法とその評価方法を装備した不純物膜の半導体製造装
置に関する。さらに、この発明は、コンピュータなどに
用いられているバイポーラトランジスタあるいは絶縁ゲ
ート電界効果トランジスタに代表される半導体装置の構
造に関する。より詳しくはこれらの半導体装置のアクテ
ィブ領域や制御電極、さらにコンタクト領域の構造に関
する。

【０００３】

【従来の技術】従来、半導体装置製造における不純物導
入方法には周知の技術としてイオン注入法がある。この
方法はシリコン基板表面に加速されたイオンを直接注入
した後熱処理により注入イオンを拡散させるものであ
る。しかしながら、イオン注入法では浅い拡散層を得る
為に加速電圧を低くしても所謂チャネリング効果により
ある程度以上拡散層を薄くする事は困難である。チャネ
リング効果は燐や砒素よりも硼素（ボロン）でより顕著
でありｐ型不純物層の形成には大きな障害となる。半導
体素子の微細化が進みシリコン基板中の不純物層をます
ます浅くする必要が生じている現在イオン注入法はこの
ような要求に応える事ができない。

【０００４】他の周知技術として固相拡散法がある。こ
の方法は本発明とも関連するので図２を参照して簡潔に
説明する。まず工程ＡにおいてＳｉ基板２１を用意す
る。その表面は通常自然酸化膜２２で覆われている。次
に工程Ｂにおいてボロン不純物含有ガラス膜例えばＢＳ
Ｇ膜２３を形成する。所謂ＢＳＧ膜２３のプレデポは例
えばボロンを含むプロセスガス雰囲気中でＳｉ基板２１
の表面を熱酸化する事により行なわれる。

【０００５】最後に工程Ｃにおいて熱処理を行ないボロ
ン拡散層２６を形成する。しかしながらＢＳＧ膜等の不
純物ガラスを拡散源とする固相拡散法には次のような欠
点がある。即ち、ｐ型不純物として一般的に用いられる
ボロンの場合、ガラス中の拡散係数はシリコン基板中の
拡散係数より２桁以上も小さい。この為固相拡散におい
てはガラス中の不純物拡散が律速となる。従ってシリコ
ン基板中への不純物導入量を十分確保する為には１００
０℃以上の高温で熱処理を行なわなければならない。結
果としてシリコン基板中の不純物層が広がってしまい浅
い結合を形成する事が困難となる。

【０００６】上述したイオン注入法及び不純物ガラス固
相拡散法の欠点に鑑み、近年不純物膜自体を拡散源とす
る固相拡散法が開発されている。例えば特開昭６３−５
８８２３号公報には、シリコン基板の表面を露出させた
後ボロン膜を被着し次いで熱処理によりシリコン基板に
ボロンを拡散せしめる技術が開示されている。ボロン膜
は例えば蒸着等の手法により形成される。

【０００７】また、ボロン膜の膜厚評価方法において
は、膜厚モニタ用のシリコン基板１の表面に部分的にパ
ターニングされた酸化膜をマスクにしてボロン膜を形成
した後に、マスク膜を選択的に除去して表面を針で走査
して段差を測定することにより膜厚を評価していた。

【０００８】さらに、従来の半導体製造装置は、そのア
クティブ領域すなわち不純物ドープされた領域の形成に
際しては、イオン注入法が用いられていた。従って、不
純物領域の分布はガウス分布になるとともに、その表面
の不純物濃度もシリコンの固溶限以下の分布になってい
た。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来のイオン注入法で
は不純物層深さ制御に限界がある。また、別のドーピン
グ方法である不純物自体を拡散源とする固相拡散におい
ては原理的に不純物層深さに限界がない。

【００１０】しかしながら不純物膜自体を拡散源とする
固相拡散法には以下の様な課題がある。ボロン膜等の不
純物膜はシリコン基板の露出した活性面に堆積される
が、必ずしも化学的及び物理的に安定な構造を有してい
ない。半導体製造工程中に施される熱処理や化学処理に
より影響を受け、堆積膜量等が大きく変動する。不純物
膜の安定性や制御性に難点がある為、精度良く不純物濃
度の深さ方向プロファイルを作り込む事が困難である。

【００１１】また、ボロンまたはボロンシリサイド膜を
拡散源として不純物ドーピングする場合、不純物膜の膜
厚評価が複雑である。即ち、従来のボロン膜の膜厚評価
方法においては、機械的手段で評価しているために、１
００Å以下の薄膜に関しては精度高く測定できないとい
う課題を有していた。さらに、針を表面に接触して評価
しているために、ボロン膜にキズがつけられてしまう結
果、そのウエハは膜厚モニタ専用であり、生産用ウエハ
には適用できないという課題を有していた。さらに、モ
ニタウエハは単純なモニタウエハではなく、評価前に複
雑な構造のモニタウエハを用意しておかなければならな
いという課題がある。即ち、以上説明したような課題の
ために、ボロン膜を用いた不純物拡散方法が生産工程に
導入できなかった。

【００１２】さらに、半導体装置の製造方法において、
イオン注入法を用いる場合、周知の課題としてダメージ
やチャネリング等の現象があるため、半導体装置の微細
化に伴う浅い接合形成という要求に対して満足するには
限界があった。したがって、イオン注入法を用いる限
り、半導体装置の構造的特徴も、上述の問題を反映した
ものとならざるを得ない。したがって、本発明は以下の
目的を達成するためのものである。

【００１３】本発明の目的は、非常に浅い不純物領域を
有する半導体装置及びその製造方法を提供することであ
る。さらに、本発明の目的は熱処理及び化学処理に対し
て影響を受けにくい不純物膜を有する半導体装置及びそ
の製造方法を提供することである。

【００１４】さらに本発明の目的は配線金属と浅い不純
物領域との間の抵抗が小さい半導体装置及びその製造方
法を提供することである。さらに、本発明の目的は、高
連動作を行う高密度に集積化された半導体装置及びその
製造方法を提供することである。

【００１５】さらに、本発明の目的は、非常に高濃度の
不純物領域を有する半導体装置及びその製造方法を提供
することである。さらに、本発明の目的は不純物膜を有
する半導体装置において、その不純物膜の膜厚を精度高
く、かつ、速く評価する半導体装置の評価方法を提供す
ることである。

【００１６】さらに、本発明の目的は、不純物膜の半導
体製造装置において、非常に薄い膜厚の不純物膜を制御
性よく形成することができる半導体製造装置を提供する
ことである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明は化学処理及び物理処理等に対して強
い膜構造を有する拡散源を利用して安定性及び制御性に
優れた不純物拡散を行なう方法を提供する事を目的とす
る。かかる目的を達成する為に以下の手段を講じた。即
ち、本発明にかかる不純物拡散方法は、シリコン層の活
性表面を露出する為の清浄化工程と、該活性表面に対し
てボロンとシリコンとの反応性化合物であるボロンシリ
サイド層を形成する為の処理工程とからなる。該ボロン
シリサイド層から不純物ボロンをシリコン層に導入する
為の拡散工程を追加してもよい。

【００１８】本発明の一態様によれば、該処理工程はシ
リコン層の活性表面にボロンを含む堆積層を形成する堆
積工程と該堆積層とシリコン層とを熱的に反応させボロ
ンシリサイド層を形成する熱処理工程とからなる。この
場合、該熱処理工程に先だってボロンを含む堆積層を選
択的に取り除く除去工程あるいはエッチング工程を行な
っても良い。本発明の他の態様によれば、該拡散工程に
先だってボロンシリサイド層上にキャップ膜を形成する
被覆工程が含まれる。本発明のさらに別の態様によれ
ば、該拡散工程の前あるいは後においてボロンシリサイ
ド層を選択的あるいは全面的にエッチング除去する為の
表面処理工程が含まれる。

【００１９】さらに、不純物膜の膜厚評価においては、
光をボロン膜に照射し、その反射光を分析することによ
り膜厚を評価する方法とした。さらに、膜形成時、本発
明の評価方法で膜厚を評価しながら不純物膜を形成する
製造装置とした。また、所望の膜厚からずれた値の場合
は、その値になるように膜厚を制御した後に拡散工程に
移る不純物拡散方法とした。

【００２０】また、本発明の半導体装置においては、ボ
ロンシリサイド領域と不純物ドープされた半導体領域と
の積層構造とした。さらに、拡散によって形成される半
導体領域の深さをボロンシリサイド領域の膜厚以下にす
ることにより、半導体領域を極めて浅く形成した。

【００２１】

【作用】本発明の半導体製造方法においては、シリコン
層の表面に直接接してボロンシリサイド層を形成すると
ともに、さらに必要ならばこれを拡散源として固相拡散
を行なっている。ボロンシリサイド層の組成、層厚、拡
散処理温度、拡散処理時間等を制御する事により、所望
の深さ方向濃度プロファイルを有するボロン拡散層が形
成できる。特に、半導体素子の微細化に必要不可欠な極
めて薄い不純物拡散層を形成できる。従来拡散源として
用いられたボロン膜に比べてボロンシリサイド膜は化学
的及び物理的に安定している為、プロセス制御が容易に
なるとともに工程設計の多様化が図れ自由度が増す。

【００２２】ボロンシリサイド層を形成する為には、例
えばシリコン層の活性表面に一旦ボロンを含む堆積層を
成膜し次いで該堆積層とシリコン層を熱的に反応させ
る。ボロンシリサイド層と異なりボロンを含む堆積層は
化学的あるいは物理的に不安定であり容易にエッチング
処理が行なえる。従って、ボロンを含む堆積層を事前に
選択的に除去する事により、所望の不純物拡散領域が得
られる。

【００２３】ボロンシリサイド層を拡散源として固相拡
散を行なった場合所謂アウトディフュージョンを抑制す
る必要が生じる場合がある。この場合には拡散工程に先
だってボロンシリサイド上に所望の組成を有するキャッ
プ膜を形成すると良い。拡散源となるボロンシリサイド
層は完成品デバイスにそのまま残されていても差し支え
ない。しかしながら、特に電気的接続の低抵抗化を図る
場合等には選択的に除去する事ができる。この場合には
特定の表面処理を施す事によってエッチング可能であ
る。

【００２４】また、本発明の半導体装置の評価方法であ
るボロン膜またはボロンシリコン化合物膜の膜厚評価方
法においては、光学的手段で膜厚を評価しているため
に、光の波長レベルの精度で１００Å以下の膜厚を評価
することができる。また、非接触測定であるために、そ
の測定したウエハを生産用ウエハとして利用できる。ま
た不純物膜を形成しながら評価できる。また、膜厚を制
御したボロン膜からの拡散を行うことが可能となるため
に、拡散後に形成される拡散層の抵抗値を高精度に形成
できる。

【００２５】また、本発明の半導体装置において、半導
体領域とボロンシリサイドとの積層構造は、半導体装置
の構成要件として以下に述べる作用を実現する。第１
に、イオン注入を用いずに高濃度不純物がドープされた
半導体領域であるために、チャネリング及びシャドウィ
ングの影響のない半導体装置としての特徴、すなわち、
ＭＩＳＦＥＴにおいては浅い接合のソース／ドレイン領
域やデバイス特性の優れた対称性、バイポーラトランジ
スタにおいては薄いベース領域の実現やエミッタプッシ
ュ効果のない不純物プロファイルが得られる。

【００２６】第２に、ボロンシリサイド膜自体がコンタ
クト領域などにおいてはメタルのスパイク現象を抑制す
るバリア層として機能する。さらに半導体製造装置の製
造の観点からも、本発明の構造を有する半導体装置は以
下のような利点を有する。すなわち、第１にボロンシリ
サイド膜は、従来拡散源として用いられたボロン膜に比
べて、化学的及び物理的に安定しているため、プロセス
制御が容易になるとともに、工程設計の多様化が図れ
る。第２に、ボロンシリサイド膜それ自体が十分な量の
ボロンを含有するために、従来問題とされた半導体領域
から配線への不純物の移動現象、例えば、Ｐ⁺ 半導体領
域とタングステンシリサイド膜との接合部分におけるタ
ングステンシリサイド膜へのボロンの吸い込みといった
現象に対して、実効的にボロンを補償することができる
という利点を有する。

【００２７】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は本発明にかかる不純物拡散方法
の第１実施例を示す工程図である。まず工程Ａにおいて
清浄化を行ないシリコン層、即ちＳｉ基板１の活性表面
を露出する。Ｓｉ基板１の表面に酸化膜等がある場合に
は、一般的なＨＦ等による酸化膜除去を行った後に、さ
らに自然酸化膜除去を行う。具体的にはＳｉ基板１の表
面を被覆している自然酸化膜を除去する。単純なＨＦ処
理だけの場合、空気中にウエハがさらされるとすぐに自
然酸化膜が成長してしまう。従って、自然酸化膜の形成
防止および自然酸化膜が形成された場合には除去するた
めにこの工程が必要となる。この為に、Ｓｉ基板１を例
えばバックグラウンド圧力が１×１０^-4Pa以下の真空チ
ャンバにセットし、続いて基板を例えば８５０℃以上に
熱した状態で水素ガスを一定時間導入する。この場合の
条件は例えばチャンバ内部の圧力が１．３×１０^-2Paに
なるまで水素ガスを充填する。この処理によりＳｉ基板
１の表面に形成されていた自然酸化膜が除去され化学的
に活性なシリコン表面が露出されるとともに、その状態
が維持される。なおこの方法に代えて、希弗酸エッチン
グあるいは真空中におけるアルゴンスパッタにより自然
酸化膜を除去しても良いが、すぐに次工程に進む必要が
ある。

【００２８】図３は、工程Ａにおけるバックグラウンド
真空度（１Ｔｏｒｒ＝１３３Ｐａ）に対する最終完成後
の拡散後の拡散層シート抵抗のウエハ内バラツキとの関
係を示したグラフである。真空度が５×１０^-7ｔｏｒｒ
の場合、拡散層シート抵抗のバラツキは５％以上と悪
い。真空度が低いと清浄なシリコン表面を露出して、か
つ、維持できないと考えられる。

【００２９】続いて工程Ｂにおいて、工程Ａに連続して
同一真空チャンバで活性表面に対しボロンシリサイド膜
２を形成する。本実施例では気相熱反応を利用してボロ
ンシリサイド膜２を形成した。具体的には、ボロンを含
むプロセスガス例えばジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）を所定の圧
力で真空チャンバに導入するとともにＳｉ基板１を６０
０℃より高い温度で加熱する。これによりプロセスガス
の熱分解によって生じた不純物原子であるボロン原子あ
るいはボロンを含む分子と基板中のシリコン原子が直接
反応しボロンシリコン化合物、いわゆるボロンシリサイ
ドが形成される。本発明においては、不純物原子ボロン
が８０％以上シリコンが５％〜２０％の原子パーセント
含む化合物をボロンシリサイドと呼ぶ。この反応は元の
Ｓｉ表面１１９に対して上方及び下方に同時に進行す
る。なお、ボロンシリサイド膜２の形成工程において熱
処理温度を８５０℃以上高く設定し熱処理時間を数分以
上長く設定した場合には、同時にボロンシリサイド膜２
からボロンがＳｉ基板１に導入されボロン拡散層も形成
される。従って、シリサイド化のための熱処理温度は拡
散しない８５０℃以下が好ましい。

【００３０】このようにして形成されたボロンシリサイ
ド膜の組成を図４に示す。このグラフは縦軸にボロンシ
リサイド中におけるＳｉ含有率（原子％）をとり、横軸
に基板加熱温度あるいは成膜温度をとってある。ボロン
含有率はシリコン含有率以外のほとんど全てである。即
ち、酸素原子は我々の実験においては１％以下のレベル
であった。グラフから明らかな様にＳｉ含有率は成膜温
度に対して依存性がある。成膜温度を高くする程Ｓｉ含
有率が上昇し９００℃以上では２０％以下で飽和する。
従って、ボロン含有率は常に８０％以上である。この量
は、シリコン基板中のボロン原子の固溶限より充分大き
な値である。ボロンシリサイドは化学的及び物理的に安
定した拡散源を形成する為には５％以上のシリコン含有
率が必要であり、この為には図４のグラフから明らかな
ように成膜温度を６００℃より高い温度に設定する必要
がある。

【００３１】続いて、図１の工程図に示すように工程Ｃ
において、ボロンシリサイド膜２から不純物であるボロ
ン原子をシリコン基板１へ拡散し、ねらいとする拡散層
３を得る。拡散温度は工程Ｂの温度より高く設定する。
図５は図１に示した工程Ｃ後のボロン拡散層３の比抵抗
を測定した結果を示している。このグラフは縦軸にボロ
ン拡散層のシート抵抗（Ω／□）をとってあり、横軸に
ボロンシリサイド膜（ＳｉＢ膜）の厚みをオングストロ
ーム単位でとってある。なお、このデータを得るに当っ
てボロンシリサイド層は９００℃で成膜された。拡散工
程も同じ温度の９００℃で行った。グラフから明らかな
ように、ＳｉＢ膜を１００オングストローム以上で成膜
した場合に安定したシート抵抗が得られる。ＳｉＢ膜を
厚くしてもシート抵抗は一定であり、ボロンの拡散濃度
がＳｉＢ膜厚みに依存していない事が分かる。従って、
ＳｉＢ膜を１００オングストローム以上の厚さにすれば
厚みがばらついても均一にドーピングできる。

【００３２】また、ボロンシリサイド膜から拡散時に固
溶限以上のボロン原子が充分シリコン基板へ拡散するた
めに、ボロンシリサイド膜が固溶限以上のボロン原子を
含んでいることの他に、ボロンシリサイド膜中のボロン
の拡散係数がシリコン基板中のボロンの拡散係数に比
べ、充分大きい必要がある。従って、ボロンシリサイド
膜のシリコン含有率はあまり大きくできない。

【００３３】本発明ではボロンシリサイド層を形成する
前にシリコン基板の自然酸化膜を除去し活性表面を露出
する為の清浄化工程を行なう。図６に清浄化工程の効果
を示す。このグラフは縦軸にボロン拡散層のシート抵抗
ρ_S をとってあり、横軸にシリコン基板清浄化工程前の
ＳｉＯ₂ 自然酸化膜の厚みをとってある。なお、このグ
ラフのデータをとる為に用いられたサンプルでは熱拡散
処理温度を９００℃に設定している。グラフから明らか
なように自然酸化膜を１０オングストローム程度以下に
なるまで除去した場合には１００Ω以下のシート抵抗が
得られる。即ち、気相中のボロン原子と基板のシリコン
とが直接容易に反応してボロンシリサイド膜を形成する
ことができる。また、ボロンシリサイド層を拡散源とす
る自然酸化膜を介さない直接的固相拡散が十分に行なわ
れる。一方、自然酸化膜が１０オングストローム以上残
されているとボロン拡散層のシート抵抗は急激に上昇
し、不純物拡散が十分に行なわれていない事が分かる。
即ち、自然酸化膜の存在により安定したボロンシリサイ
ド膜が形成されない。言い換えれば、１０オングストロ
ーム以下の自然酸化膜の領域にのみボロンシリサイド膜
が選択的に形成される。このように、本発明にかかる不
純物拡散方法の実施に当たってシリコン基板の清浄化工
程は重要である。

【００３４】従来行われている単純なＨＦ処理だけで
は、自然酸化膜を１０オングストローム以下に制御は困
難である。シリコン活性化表面は室温でも空気にさらさ
れるとすぐに酸化されてしまう。従って、本発明の清浄
化工程とは自然酸化膜を除去し、その状態を維持する工
程のことであり、我々の実験で確認できた範囲では、１
０オングストローム以下と非常に薄い酸化膜が存在する
かしないかというレベルである。

【００３５】次に図７を参照してボロンシリサイド膜の
成長機構について説明する。ボロンシリサイド膜あるい
はＳｉ−Ｂ膜をＥｔｃｈｉｎｇ法及びＬｉｆｔ ｏｆｆ
法を用いて測定する。これら２つの異なった測定法で求
められた膜厚を比較する事によってボロンシリサイド膜
の形成が堆積型であるのかあるいは熱反応型であるのか
が判断できる。Ｅｔｃｈｉｎｇ法では、形成されたボロ
ンシリサイド膜の一部をスパッタＳｉＯ₂ 膜でマスクし
た後、硝酸と弗酸のサイクル処理を行う事によってボロ
ンシリサイド膜をエッチングし、続いてＳｉＯ₂ 膜マス
クを除去した後、段差計によって膜厚ａを測定する。な
おこの測定ではボロンシリサイド膜が８００℃の熱処理
温度で形成されたサンプルを用いた。一方、Ｌｉｆｔ
ｏｆｆ法においては、Ｓｉ基板の一部をあらかじめＳｉ
Ｏ₂ 膜でマスクした状態でボロンシリサイド膜を形成し
続いてＳｉＯ₂ 膜マスクを除去した後段差計によって膜
厚ｂを測定する。半導体製造プロセスで本発明を適用す
るためには、もっと簡単に不純物膜厚を評価する必要が
ある。その方法においては、後で説明する。

【００３６】測定結果を以下の表１に示す。この測定で
はボロンシリサイド膜形成の為のプロセスガス導入時間
を６００秒に設定した条件１と１０００秒に設定した条
件２のサンプルを用いた。表１から分かるように、条件
１の場合では、Ｌｉｆｔ ｏｆｆ法で測定された段差ｂ
は３７オングストロームであるのに対して、Ｅｔｃｈｉ
ｎｇ法で測定された段差ａは８４オングストロームであ
った。又条件２では、Ｌｉｆｔ ｏｆｆ法で測定された
段差ｂが６５オングストロームであり、Ｅｔｃｈｉｎｇ
法で測定された段差ａが１４０オングストロームであっ
た。Ｅｔｃｈｉｎｇ法により測定された膜厚の方がより
大きい値を示している。従って、ボロンシリサイド膜中
のシリコンはジボラン等のプロセスガスとシリコン基板
とが反応する事によって含有されるものであり、ボロン
シリサイド膜は堆積型ではなく熱反応型で形成されてい
ると推定される。

【００３７】この形成メカニズムによって、シリコン基
板露出表面に効果的に選択形成される。酸化膜上には効
果的に形成されず、酸素とボロントとシリコンとの３原
子が表面から分布をもった膜が形成される。この膜は、
ボロンが表面から酸化膜の拡散した膜と考えられ、本発
明のボロンシリサイド膜ではない。

【００３８】

【表１】

【００３９】図８にボロン拡散層の深さ方向濃度プロフ
ァイルを示す。このグラフでは縦軸にボロン濃度（個／
cm³ ）をとってあり、横軸に深さ（nm）をとってある。
なおこの濃度プロファイルは熱拡散温度を９００℃に設
定し熱拡散処理時間を変えたサンプルに対してＳＩＭＳ
を用いて測定したものである。熱処理時間を長くする程
ボロン拡散層が深くなる。しかしながら、拡散層表面の
ボロン濃度は熱処理時間１０〜６０分の範囲で、一定で
８×１０¹⁹／cm³ 程度である。これはシリコンに対する
ボロンの固溶限であると考えられる。

【００４０】図９にボロンシリサイド膜の耐薬品性につ
いて実験した結果を示す。ボロンシリサイド膜を形成し
た後拡散処理に先だって複数の薬品を用いて化学的な処
理を施した。その後ボロン拡散層のシート抵抗ρ_S を測
定した。なお、比較の為薬品処理を施していないサンプ
ルについて測定されたシート抵抗のレベルを点線で示
す。硝酸及び熱硝酸で化学的な処理を施した場合未処理
サンプルに比べて若干シート抵抗が上昇する。しかしそ
の変動幅は僅かであり殆ど薬品処理の影響を受けていな
い。又、硫酸、硫酸＋過酸化水素水、弗酸、燐酸で処理
した場合には殆どシート抵抗は変動しない。このよう
に、ボロンシリサイド膜は化学的に極めて安定している
事が分かる。

【００４１】比較の為図１０にボロン膜の耐薬品性を示
す。このデータはボロン膜を固相拡散源として拡散処理
して得られたボロン拡散層のシート抵抗を測定したもの
である。ボロン膜を形成した後拡散処理に先だって複数
の薬品で化学的な処理を施している。なお、基準として
化学的な処理を施していないサンプルについて測定され
たシート抵抗のレベルを点線で示す。硝酸、硫酸過水、
弗酸で処理した場合若干シート抵抗が上昇する。熱硝酸
で処理した場合にはシート抵抗が３ｋΩ／□まで大きく
変動した。これは熱硝酸処理によりボロン膜が溶解して
しまい十分な拡散が行なわれなかった為である。この様
に、ボロン膜はボロンシリサイド膜に比べて耐薬品性に
劣る。

【００４２】図１１を参照して本発明にかかる不純物拡
散方法の第２実施例を説明する。まず工程ＡにおいてＳ
ｉ基板１０１の表面に存在する自然酸化膜を除去し清浄
化を行なう。この工程は図１に示した工程Ａと同様であ
る。次に工程Ｂにおいて、Ｓｉ基板１０１の露出した活
性表面にボロン膜１０２を堆積する。図１に示した第１
実施例と異なり本実施例では基板表面にボロンシリサイ
ド膜を直接形成するのではなく一旦ボロン膜１０２を成
膜する。次に工程Ｃにおいてボロン膜１０２をボロンシ
リサイド膜１０３に転換する。ボロン膜はボロンシリサ
イド膜に比べ、化学的に不安定である。例えば、空気中
に放置しておくと酸化されてしまう。従って、ボロン膜
１０２形成後は、Ｎ₂ 雰囲気中に保存するか、又はすぐ
にシリサイド化することが好ましい。この時同時にＳｉ
基板１０１とボロンシリサイド膜１０３の間に非常に浅
いボロン拡散層が形成される。最後に工程Ｄにおいてボ
ロンシリサイド膜１０３のボロン原子をシリコン基板１
０１への拡散する。この工程Ｄは図１に示した工程Ｃと
同様に行なわれる。さらにシリサイド化より高い温度の
拡散処理を工程Ｄで行う事によりボロン拡散層１０４を
自由に制御できる。例えば追加拡散温度を高くする事に
より、拡散表面濃度を高くできる。なぜならば、表面濃
度は固溶限で決まる濃度になるからである。

【００４３】以下本実施例の特徴事項である工程Ｂにつ
いて詳細に説明する。工程Ａで基板表面の清浄化が完了
した後、自然酸化膜の除去に用いられた水素ガスの導入
を停止し基板温度を７００℃より低いシリサイド化しな
い所定レベルに設定する。その設定温度に到達し且つ安
定した後Ｓｉ基板１０１の表面にボロンを含むプロセス
ガスあるいはボロン化合物ガスであるジボラン（Ｂ₂ Ｈ
₆ ）を、例えば真空チャンバの圧力が１．３×１０^-2Pa
となる様な条件で一定時間導入する事によって、ボロン
膜１０２を形成する。基板温度はジボランが熱分解しボ
ロン堆積が進行する為に必要なレベル７００℃より低い
レベルに設定される。好ましくは、堆積速度の大きい７
００℃以下５００℃以上である。又、ＣＶＤ膜の場合、
４００℃以下だとボロン膜１０２は水素を多く含む膜と
なる。なお、７００℃以上でボロン膜堆積処理を行なっ
ても良い。この場合には、図４に示したグラフから類推
される様に同時にボロンシリサイド膜１０３の形成も一
部進行すると思われる。基板温度、ジボランガスの導入
圧力及び導入時間を調節する事によりボロンの吸着量即
ちボロン膜１０２の膜厚が設定できる。ボロン膜は膜厚
が薄い範囲においては、シリコン基板露出表面にのみ選
択形成される。このボロン膜１０２が工程Ｃによりボロ
ンシリサイド膜１０３に転換される。この場合、ボロン
シリサイド膜１０３はボロン膜１０２中のボロン原子と
シリコン基板１０１のシリコンと反応することによって
形成される。従って、シリコン基板露出表面に形成され
たボロン膜１０２のみ選択的にボロンシリコン膜１０３
に転換される。酸化膜の上にボロン膜が形成されている
場合は、ボロン膜中のボロンが酸化膜の拡散するだけで
ある。さらに、必要ならば工程Ｄにおいて、ボロンシリ
サイド膜１０３を固相拡散源としてボロン拡散層１０４
が形成される。

【００４４】本実施例ではボロン膜１０２の形成方法と
してジボランガスの気相熱分解反応及び吸着を利用して
いる。しかしながら、本発明はこれに限られるものでは
なく他の方法を用いてボロン膜１０２を堆積する事がで
きる。例えば、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ
法）や化学気相成長法（ＣＶＤ法）等を用いても良い。
あるいは、真空蒸着やスパッタ等の物理気相成長法（Ｐ
ＶＤ法）を用いても良い。さらにはスピンコート法等を
用いる事も可能である。従って、室温レベルの低温形成
も可能である。

【００４５】本実施例では一旦ボロン膜１０２を形成し
た後加熱処理を加えてボロンシリサイド膜１０３に転換
している。前述したように、ボロン膜１０２はボロンシ
リサイド膜１０３に比べて化学的安定性に劣る。換言す
ると、所定の薬品を用いて容易にボロン膜１０２をエッ
チングできる。従って、ボロン拡散層１０４あるいはボ
ロン拡散領域を選択的に形成する場合には本実施例を採
用しボロン膜１０２のパタニングを行なう事が好まし
い。図１０に示すグラフから理解されるように、エッチ
ング液としては例えば熱硝酸を用いる事ができる。な
お、ウェットエッチングに代えてイオンミリングやドラ
イエッチングを行なっても良い。

【００４６】ボロンシリサイド膜とボロン膜とは全く異
なる化学的性質を持っている。この性質を用いてボロン
シリサイド膜の膜厚を均一にすることができる。まず、
６００℃以上の温度でＢ₂ Ｈ₆ を供給してシリコン基板
表面に不純物膜を形成する場合について説明する。この
場合は、シリサイド反応が不純物膜全部ではなく、一部
シリサイド化するように制御する。即ち、不純物膜はシ
リコン基板側はシリサイド反応で制御される均一なボロ
ンシリサイド膜が形成され、そのボロンシリサイド膜の
上に、シリサイド化しないボロン膜が不均一な膜厚で形
成される。その後、化学的性質の違いを利用してボロン
膜のみ選択的に除去する。ボロン膜除去後は、シリサイ
ド反応で制御された膜厚の均一なボロンシリサイド膜が
残る。ボロンシリサイド膜厚を均一に形成する別な方法
としては、まず、６００℃以下の温度でＢ₂ Ｈ₆ を供給
してボロン膜を形成する。

【００４７】次に、７００℃程度の温度でボロン膜の一
部をシリサイド化する。次に、シリサイド化されないボ
ロン膜のみを選択的に除去することにより、均一な膜厚
のボロンシリサイド膜を残すことができる。図１２を参
照して本発明にかかる不純物拡散方法の第３実施例を説
明する。今まで説明した第１及び第２実施例において
は、ボロンシリサイド膜のシリコン原子は基板シリコン
により供給された。第３実施例は、ボロン原子だけでな
くシリコン原子も供給ガスにより与えられる点が異な
る。まず工程ＡにおいてＳｉ基板３０１の表面に存在す
る自然酸化膜を除去し清浄化を行う。この工程は、実施
例１及び実施例２と同様である。次に、工程Ｂにおいて
Ｓｉ基板３０１の露出した活性表面にボロンシリサイド
膜形成のためのガスとして、シボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）とジ
クロルシラン（ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ ）を供給する。真空チャ
ンバーの温度及びウエハ温度は８００℃に加熱する。シ
ボラン１×１０^-3ｔｏｒｒとジクロルシラン１×１０^-6
ｔｏｒｒ以上の場合、約１０Å／ｍｉｎで、Ｓｉ基板３
０１の表面にボロンシリサイド膜が選択的に堆積され
る。第３実施例の場合、ボロンシリサイド膜３０２は、
Ｓｉ基板３０１の表面より上に堆積される。この場合、
ボロン原子及びシリコン原子ともに、外からのガスの熱
分解により供給されてボロンシリサイド膜を形成してい
るので堆積型の膜となる。シリコン原子を供給するガス
としてはシラン（ＳｉＨ₄ ）を用いれば５００℃程度の
低温でボロンシリサイド膜を形成できる。

【００４８】続いて、必要ならば工程Ｃにおいてボロン
シリサイド膜中のボロン原子をシリコン基板３０１へ熱
拡散してボロン拡散層３０３を得ることができる。第３
実施例は、従来技術である不純物原子を含んだシリコン
エピタキシャル技術と次の点で異なっている。即ち、本
発明のボロンシリサイド膜の組成がボロン主体の膜であ
るということである。ボロン原子はシリコン中の固溶限
以上の量を含んでおり、全体に対して５０％以上のボロ
ン含有量となっている。従来のエピタキシャル技術にお
けボロン含有量は固溶限より少ない量しか入っていな
い。主体組織もシリコンである。

【００４９】図１３を参照して本発明にかかる不純物拡
散方法の第４実施例を説明する。この実施例は前述した
第２実施例を改良したものでありいわゆるシリサイド化
時のボロン膜及び拡散時のシリサイド膜からのボロン原
子の外気への拡散（アウトディフュージョン）の防止又
はボロン膜酸化防止の為キャップ膜を形成する点に特徴
がある。まず工程ＡにおいてＳｉ基板１１１の表面を清
浄化する。次に、工程ＢにおいてＳｉ基板１１１の表面
にボロン膜１１２を堆積する。この工程は図１１に示し
た工程Ｂと同様に行なわれる。続いて工程Ｃにおいてキ
ャップ膜１１３をボロン膜１１２の上に被覆する。

【００５０】次に工程Ｄにおいて基板温度７００℃以上
で加熱処理を施しボロン膜１１２をボロンシリサイド膜
１１４に転換する。必要ならば、最後に工程Ｅにおい
て、ボロンシリサイド膜１１４を拡散源としてボロンを
基板１１１へ拡散する。この結果Ｓｉ基板１１１とボロ
ンシリサイド膜１１４の界面にボロン拡散層１１５が同
時に形成されるとともに、キャップ膜１１３によりアウ
トディフュージョンが防止できる。即ち、キャップ膜１
１３はその上部に形成される膜（図示せず）に対してボ
ロンシリサイド膜１１４からボロンが拡散される事を防
止する。キャップ膜の材質としては例えば窒化シリコン
膜が用いられＣＶＤ法等により形成される。キャップ膜
の形成温度はボロン膜がシリサイド化しない７００℃よ
り低温で行う。図１４を参照して本発明にかかる不純物
拡散方法の第５実施例を説明する。まず工程Ａにおいて
Ｓｉ基板１２１の表面を清浄化する。次に工程Ｂにおい
て、清浄化されたＳｉ基板１２１の表面にボロンシリサ
イド膜１２２を直接形成する。この時、基板を７００℃
以上に加熱するのでボロンシリサイド膜１２２とＳｉ基
板１２１との間にはボロン拡散層１２３が同時に形成さ
れる。即ち、工程Ｂにおいて熱拡散処理も行いボロンシ
リサイド膜１２２から不純物ボロンをシリコン基板１２
１に導入する。

【００５１】このように、本実施例はボロンシリサイド
層を形成する為の処理工程と拡散工程とを同一工程にし
た点で図１に示した第１実施例と異なる。ボロンシリサ
イド層を形成するための処理工程、かつ拡散工程Ｂにお
ける基板加熱温度及び加熱時間を調節する事により所望
の深さ方向不純物濃度プロファイルを有するボロン拡散
層１２３が得られる。例えば熱処理時間を変えた場合の
プロファイルについては図８のグラフに示されている。
又、基板加熱温度あるいはアニール温度については１１
００℃程度までの範囲に設定される。

【００５２】しかし、一般的には、ボロンシリサイド層
形成工程と拡散工程とは、温度及び雰囲気等の条件を別
々に設定する。別々に設定する場合、拡散工程あるいは
アニール工程は真空中もしくは不活性ガス雰囲気中で行
なわれる。これにより、ボロンシリサイド膜１２２を拡
散源としたボロン拡散層１２３の形成と同時に不純物原
子ボロンの活性化が行なわれる。アニール条件即ち基板
温度と加熱時間を制御する事によって所望の不純物濃度
と接合深さを有する不純物ボロン拡散層１２３が形成で
きる。なお、この実施例においてはボロンシリサイド膜
１２２の形成に引き続き同一の真空チャンバ内でアニー
ルを実施しているがこれに限られるものではない。真空
チャンバから基板を取り出して別の装置にてランプアニ
ールを行なっても良い。

【００５３】ボロンシリサイド膜を形成した後での熱処
理条件設定においては、注意を要する。図１５は８００
℃で形成したボロンシリサイド膜を拡散源として９００
℃のＮ₂ 雰囲気中で熱拡散した場合の拡散層のシート抵
抗を示したグラフである。横軸は９００℃でアニール処
理する前の８００℃に放置された時間を示している。縦
軸は９００℃でアニール後の拡散層のシート抵抗とその
ウエハ面内バラツキである。８００℃放置雰囲気はＮ₂
及びＯ₂ で各々行われた。図１５から明らかなように、
９００℃アニール処理に至る低い温度でも少量の酸素が
雰囲気に含まれることにより、シート抵抗が大きく変化
してしまう。時間が短い場合（８００℃の場合３０分以
下）は増速拡散が起きる。一方、時間が長い場合（８０
０℃の場合は３０分以上）は、ボロンシリサイド膜が酸
化されるためにシート抵抗が増加してしまう。従って、
アニール処理に至る温度／雰囲気及び時間も制御される
必要がある。望ましくは酸化が入られない雰囲気に維持
してアニール処理を行うのが良い。酸素が入ってしまう
場合は、時間と圧力とを制御する必要がある。

【００５４】図１６は、８００℃で形成したボロンシリ
サイド膜を拡散源として９００℃のＮ₂ 雰囲気中でアニ
ール・拡散した後に、室温まで下げる途中に８００℃に
放置した場合の拡散層のシート抵抗及びそのウエハ面内
バラツキを示している。横軸は８００℃での放置時間で
ある。この図から明らかなように、アニール後において
も、酸素により酸化されることによりシート抵抗は増加
してしまう。

【００５５】以上のことから、ボロンシリサイド膜を形
成した後の熱処理は、アニール処理のみならず、アニー
ル処理前後の低温処理においても酸素の入らない不活性
雰囲気又は高真空中にて処理することが必要である。こ
のアニール工程は真空中もしくは窒素ガス中等の不活性
雰囲気下において行なう事が好ましい。仮に、酸素ガス
や水分等の含まれた活性雰囲気中で行なうとボロンシリ
サイド膜の表面が酸化しボロン拡散層のシート抵抗にば
らつきが生じる。図１７は活性雰囲気中でアニールを行
なった場合に生じたボロンシリサイド膜の表面状態変化
を示す顕微鏡写真図である。アニール後ウェハの表面に
部分的に微粒子が発生し白濁した外観を呈する。この白
濁部分を１０００倍の拡大率で観察するとボロン酸化
物、ボロンシリコン酸化物の微粒子が形成されている事
が分かる。この部分のシート抵抗は非常に高い。ボロン
シリサイド膜が酸化されて、酸素が入ることにより拡散
されにくくなってしまったと考えられる。

【００５６】表２に異なった雰囲気中でアニール処理を
施した場合の微粒子発生状況を示す。表２の横欄にアニ
ール温度を示し、縦欄にアニール雰囲気を示す。○印は
微粒子が発生しなかった事を示し、×印は微粒子が発生
した事を示している。表２から明らかなように、真空も
しくは窒素ガス雰囲気中でアニールを行なった場合には
いずれの基板温度でも微粒子は発生しない。これに対し
て酸素ガス雰囲気中でアニールを行なった場合には５０
０℃〜８００℃の範囲でボロンシリサイド膜表面が酸化
され微粒子が発生する。同様に、水分を含む雰囲気中で
アニールを行なった場合にも微粒子が発生する。

【００５７】このような微粒子を発生させないために
は、８００℃より高い温度で拡散する必要がある。さら
に、高温の拡散工程を行う場合の高温に至るまでのラン
ピングアップ速度又は高温から下げるときのランピング
ダウン速度は、１０℃／分以上の速度にする必要があ
る。ランピングアップ、ランピングダウン速度を速くす
ることにより、５００〜８００℃の範囲の処理時間を短
くして微粒子発生を防ぐことができる。室温からアニー
ル装置への入れ出し温度は５００℃より低温にする必要
がある。５００℃以上にすると微粒子が発生する。

【００５８】

【表２】

【００５９】本発明にかかる不純物拡散方法を用いて半
導体装置を製造する場合、場合によっては固相拡散源と
して用いたボロンシリサイド膜を除去する必要が生じ
る。しかしながら、ボロンシリサイド膜は前述した様に
化学的及び物理的に極めて安定でありエッチング処理が
比較的困難である。この様な場合には、前述したボロン
シリサイド膜の酸化現象を逆に利用して除去処理を容易
にできる。この除去処理の例を図１８に示す。Ｓｉ基板
１の表面に直接形成されたボロンシリサイド膜２を一旦
酸化する。例えば４００℃〜８００℃の基板温度で５分
間程度ウェット酸化を行なえば良い。勿論、ウェット酸
化に代えてドライ酸化を用いても良い。この様にして、
ボロンシリサイド膜は酸化膜４０１に転換される。ボロ
ンシリサイド膜と異なりその酸化膜は耐薬品性に劣り容
易にエッチング除去可能である。例えば弗酸処理を施す
事により容易に除去できる。なお、参考の為図１８には
ボロンシリサイド膜の濃度プロファイルと酸化処理後の
濃度プロファイルを示す。両方の濃度プロファイルを比
較すれば明らかな様に、酸化処理後ではボロンシリサイ
ド膜組成に大量の酸素原子が導入されている事が分か
る。

【００６０】図１９は、ボロンシリサイド膜の酸化特性
を示すグラフである。縦軸は、酸化前後のボロンシリサ
イド膜厚と、アニール後の拡散層のシート抵抗を示して
ある。酸化処理前は、約１３０Åのボロンシリサイド膜
が存在していた。６００℃程度の酸化することにより容
易に酸化され、ボロンシリサイド膜厚は減少する。酸化
速度はボロン膜より充分遅く、シリコン基板に比べ充分
速い。即ち、ボロン膜の場合は４００℃以下でも酸化さ
れるが、ボロンシリサイド膜の場合は少ししか酸化され
ない。一方、シリコン基板は８００℃以下ではほとんど
酸化されないが、ボロンシリサイド膜は容易に酸化され
る。従って、４００℃から８００℃程度の範囲でボロン
シリサイド膜のみ選択的に酸化した後に、ＨＦ等でその
酸化膜をリムーブすることにより、基板表面下の構造を
維持したまま選択的にボロンシリサイド膜を除去でき
る。８００℃以上の酸化工程を行うとシリコン基板をも
酸化してしまうので好ましくない。

【００６１】図２０を参照して本発明にかかる不純物拡
散方法の第６実施例を説明する。まず先の実施例と同様
に工程ＡにおいてＳｉ基板１５１の表面を清浄化又は活
性化する。続いて工程ＢにおいてＳｉ基板１５１の表面
にボロンシリサイド膜１５２を形成する。この工程Ｂは
例えば図１に示す第１実施例の工程Ｂと同様に行なわれ
る。さらに工程Ｃにおいてボロンシリサイド膜１５２の
上にキャップ膜１５３を形成する。このキャップ膜１５
３はアウトディフュージョンを防止する為のものであ
る。

【００６２】なお、図１３に示した第４実施例の工程Ｃ
においては、ボロン膜１１２の上にキャップ膜１１３が
形成されたが、本実施例ではこれと異なりボロンシリサ
イド膜１５２の上にキャップ膜１５３が形成される。最
後に工程Ｄにおいて熱拡散処理を行ないボロンシリサイ
ド膜１５２とＳｉ基板１５１との間の界面にボロン拡散
層１５４を形成する。この工程Ｄは例えば図１に示した
第１実施例の工程Ｃと同様に行なわれる。キャップ膜１
５３を用いる事によりアウトディフュージョンが抑制で
きボロン拡散層１５４のシート抵抗の均一性が向上す
る。

【００６３】キャップ膜としてはシリコン窒化膜又はシ
リコン酸化窒化膜が好ましく、例えばＣＶＤ法により堆
積されたＳｉ₃ Ｎ₄ 膜及びＳｉＯＮ膜が用いられる。形
成温度は、ボロン原子が基板１５１へたくさん拡散しな
い８５０℃以下の低温が好ましい。シリコン窒化膜及び
シリコン酸化窒化膜中におけるボロン原子の拡散速度は
極めて低いためにキャップ膜として適している。図２１
にシリコン窒化膜をバリヤとして用いた場合のボロン原
子濃度プロファイルを示す。この測定に用いられたサン
プルはシリコン基板の表面に窒化膜を介してボロン膜を
堆積した層構造を有しアニール処理を施した後の深さ方
向プロファイルをＡＥＳ分析したものである。図２１の
プロファイルから明らかなように、ボロン原子は窒化シ
リコン膜により略完全にブロックされシリコン基板に到
達する事がない。即ち、窒化シリコン膜をボロンシリサ
イド膜の上にキャップ膜として形成することにより、ボ
ロンシリサイド膜中のボロン原子が外気への拡散してし
まうのを防ぐ事ができる。

【００６４】比較の為、図２２にシリコン窒化膜に代え
てシリコン酸化膜をバリヤとして用いた場合の濃度プロ
ファイルを示す。シリコン酸化膜中においてボロン原子
は比較的大きな拡散速度を有しておりボロンは容易にシ
リコン酸化膜中に侵入する。図２２に示すプロファイル
ではシリコン酸化膜の膜厚が大きい為ボロン原子はシリ
コン基板まで到達していないが、アニール温度を高くし
且つアニール時間を長くした場合にはボロンはシリコン
酸化膜バリヤを通過しシリコン基板中に拡散される。

【００６５】キャップ膜を用いて拡散処理を行った場合
とキャップ膜を用いないで拡散処理を行った場合につい
て拡散層のシート抵抗ρ_S のばらつきを測定した結果を
図２３に示す。本図のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ示す工程がキャッ
プ膜（ＳｉＮ）を用いた場合で、拡散層のシート抵抗の
平均値は７２．９Ω／□であった。そのばらつきσＳは
シート抵抗の平均チャンバーρ_S に対して４．２％であ
った。一方、図２３Ｅ、Ｆ、Ｇにはキャップ膜４１１を
用いないで拡散を行なった場合を示している。この時に
は拡散層３のシート抵抗の平均値は８０．１Ω／□であ
った。又、そのばらつきσＳはシート抵抗の平均値に対
して９．７％であった。この様に、キャップ膜４１１を
用いる事によりアウトディフュージョン及び拡散処理時
のボロンシリサイド膜の酸化を防止し不純物拡散層３の
シート抵抗のばらつきを半分以下に抑制できる。

【００６６】図２４を参照して本発明にかかる不純物拡
散方法の第７実施例を示す。工程ＡにおいてＳｉ基板１
９１の表面にボロンシリサイド膜１９２を形成し且つこ
れを拡散源として固相拡散を行ないボロン拡散層１９３
を形成する。この工程Ａは先に説明した第１実施例ない
し第６実施例と同様である。この実施例の特徴は次の工
程Ｂにあり、拡散工程後に残っている拡散源として用い
たボロンシリサイド膜１９２を除去する。この除去は、
例えばボロン拡散層１９３に対する電気コンタクトを低
抵抗化する為に行なわれ、ボロンシリサイド膜１９２は
選択的もしくは全面的にエッチングされる。ボロンシリ
サイド膜１９２は比較的抵抗が高い為コンタクトの低抵
抗化を図る為にはこれを除去することが必要な場合があ
る。工程Ｂにおいてボロンシリサイド膜１９２の除去は
ＨＦとＨＮＯ₃ の混合溶液を用いたウェットエッチによ
り行なわれる。最後に工程Ｃにおいてボロン拡散層１９
３の表面に直接配線用の金属膜１９５を形成する。金属
膜１９５の材料としてはＴｉ，Ｃｏ，Ｍｏ，Ｗ等の金属
を用いる事ができる。あるいは、これに代えて高濃度に
不純物がドーピングされたポリシリコンやアモルファス
シリコンを用いても良い。

【００６７】工程Ｂに代えて工程Ｂ１と工程Ｂ２とから
なる除去処理を採用しても良い。まず工程Ｂ１において
ボロンシリサイド膜をボロン酸化物とシリコン酸化物か
らなる膜１９４に転換する。この工程は例えば図１９を
参照して説明した処理をそのまま利用する事ができる。
前述したようにボロンシリサイド膜１９２に比べてボロ
ン酸化物とシリコン酸化物からなる膜１９４は化学的安
定性及び物理的安定性に劣り容易に除去可能である。例
えば、続く工程Ｂ２においてＨＦを用いたウェットエッ
チを行ない除去できる。あるいは工程Ｂ１と工程Ｂ２に
代えてＦ系やＣｌ系の加速粒子を用いてドライエッチン
グを行っても良い。

【００６８】図２５を参照して本発明にかかる半導体装
置の製造方法の第８の実施例を説明する。本例ではＭＯ
Ｓトランジスタのソース／ドレイン領域を形成する為に
本発明にかかる不純物拡散方法を利用している。まず工
程Ａにおいて、Ｎ型Ｓｉ基板２０１の表面をＬＯＣＯＳ
酸化しフィールド酸化膜からなる素子分離領域２０２を
形成する。素子分離領域２０２によって囲まれた活性領
域にゲート絶縁膜２０３を介してゲート電極２０４を形
成する。さらにゲート電極２０４の表面を酸化膜２０５
で被覆する。次に、ＨＦ処理でドーピングしようとする
基板表面の酸化膜２０５をエッチングする。続いて、ウ
エハを高真空チャンバーに入れてＮ型Ｓｉ基板２０１の
表面に残された約２０Å程度の自然酸化膜を除去し活性
領域表面を清浄化する。

【００６９】次に同一チャンバーで工程Ｂにおいて工程
Ａの自然酸化膜除去に連続して基板表面全面にボロン膜
２０６を堆積する。この実施例では基板温度を６００℃
に保ち５×１０^-5Torrの分圧でジボランガスＢ₂ Ｈ₆ を
２０００秒導入して堆積処理を行なった。この時吸着し
たボロン膜２０６の膜厚は５００オングストロームであ
った。なお、この吸着処理を行なう場合には一般に基板
温度を３００〜７００℃に設定する事が好ましい。

【００７０】次に工程Ｃにおいてボロン膜２０６をボロ
ンシリサイド膜２０７に転換する。例えば基板温度を８
００℃に保ち真空中もしくは窒素ガス中の不活性雰囲気
において６０分間アニールを行なう。この処理によりＳ
ｉ基板２０１の活性表面に吸着したボロン膜が選択的に
ボロンシリサイド膜２０７に変換する。この時、素子分
離領域２０２及び酸化膜２０５の上にＢ膜が吸着した場
合は、Ｓｉ基板２０１に直接接触していないので膜厚が
薄い場合は酸化膜に拡散されてしまうが、厚い場合はそ
のまま残される。なお、この熱反応処理は一般に基板温
度を７００〜１２００℃に設定し、酸化されないように
酸素と水のない不活性雰囲気中で行うことが好ましい。

【００７１】次に工程Ｄにおいて、残されたボロン膜２
０６を選択的に除去する。例えば基板表面に対して硝酸
を作用させる事によりボロン膜２０６を除去できる。ボ
ロンシリサイド膜２０７は硝酸に対して不溶であるので
そのまま残される。最後に必要に応じて工程Ｅにおいて
アニールを行ないボロンシリサイド膜２０７を拡散源と
してソース領域２０８及びドレイン領域２０９を形成す
る。工程Ｅにおけるアニール温度あるいは熱拡散処理温
度は工程Ｃにおけるボロンシリサイド膜形成処理温度に
比べて高く設定する事が好ましい。本応用例によれば、
ソース領域２０８及びドレイン領域２０９のみをシリサ
イド化しているので、その他の不要な領域からＢ膜を選
択的に簡単に除去する事ができる。

【００７２】図２５の工程Ｄのシリサイド工程において
も実際には拡散現象が進む。従って、工程Ｅの拡散工程
は除いてもよい。この場合、拡散領域は極めて浅く形成
でき、ボロンシリサイド膜の膜厚より浅くできる。図２
６を参照して第９の実施例を示す。本例においても本発
明にかかる不純物拡散方法を利用してＭＯＳトランジス
タのソース領域及びドレイン領域を形成している。まず
工程ＡにおいてＮ型Ｓｉ基板２１１の表面にフィルード
酸化膜からなる素子分離領域２１２を形成する。素子分
離領域２１２により囲まれた活性領域中央にゲート絶縁
膜２１３を介してゲート電極２１４を形成する。次にゲ
ート電極２１４を全面的に酸化膜で被覆した後ゲート電
極２１４の上面のみからこの酸化膜を除去しサイドウォ
ール２１５を形成する。このサイドウォール２１５は所
謂ＬＤＤ構造を形成する為に用いられる。次にソースと
ドレイン領域となるシリコン基板表面のゲート酸化膜２
１３をエッチングする。最後に真空チャンバー

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年３月１７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる半導体装置の製造方法の第１実
施例を示す工程図である。

【図２】従来の不純物拡散方法の一例を示す工程図であ
る。

【図３】バックグラウンド真空度とウエハ内のシート抵
抗のバラツキとの関係を示すグラフである。

【図４】成膜温度とボロンシリサイド膜の組成との関係
を示すグラフである。

【図５】ボロンシリサイド膜厚とボロン拡散層のシート
抵抗との関係を示すダラフである。

【図６】自然酸化膜の膜厚とボロン拡散層シート抵抗と
の関係を示すグラフである。

【図７】ボロンシリサイド膜の厚み測定方法を示す模式
図である。

【図８】ボロン拡散層の深さ方向不純物濃度プロファイ
ルを示すグラフである。

【図９】ボロンシリサイド膜の耐薬品性を示すグラフで
ある。

【図１０】ボロン膜の耐薬品性を示すグラフである。

【図１１】本発明にかかる半導体装置の製造方法の第２
実施例を示す工程図である。

【図１２】本発明にかかるる半導体装置の製造方法の３
実施例を示す工程図である。

【図１３】本発明にかかる半導体装置の製造力法の第４
実施例を示す工程図である。

【図１４】本発明にかかる半導体装置の製造方法の第５
実施例を示す工程図である。

【図１５】拡散前の高温処理時間に対するボロン拡散層
シート抵抗及びそのウエハ内バラツキを示すグラフであ
る。

【図１６】拡散後の高温処理時間に対するボロン拡散層
シート抵抗及びそのウエハ内バラツキを示すグラフであ
る。

【図１７】ボロンシリサイド膜をアニールした後の表面
状態を示す顕微鏡写真である。

【図１８】ボロンシリカイド膜の除去処理を示す模式図
である。

【図１９】ボロンシリコン膜の酸化条件に対するボロン
シリコン膜の膜厚及び拡散後の拡散層シート抵抗とを示
したグラフである。

【図２０】本発明にかかる半導体装置の製造方法の第７
実施例を示す模式図である。

【図２１】シリコン窒化膜に対するボロンの拡散能力を
示すグラフである。

【図２２】シリコン酸化膜に対するボロンの拡散能力を
示すグラフである。

【図２３】キャップ膜の有無によるボロン拡散層シート
抵抗のばらつき程度を説明する為の模式図である。

【図２４】本発明にかかる半導体装置の製造方法の第６
実施例を示す工程図である。

【図２５】本発明にかかる半導体装置の製造方法の第８
実施例を示す工程図である。

【図２６】本発明にかかる半導体装置の製造方法の第９
実施例を示す工程図である。

【図２７】本発明の半導体装置の評価方法である不純物
膜の膜厚評価方法を示すブロック図である。

【図２８】本発明の不純物膜の膜厚評価方法を説明する
ための評価サンプルの断面図である。

【図２９】図２８に示した膜厚評価方法で得られたガス
導入時間に対する膜厚を示したグラフ図である。

【図３０】本発明の光学的膜厚評価方法によって得られ
た膜厚と機械的手段によって得られるた膜厚との相関関
係を示したグラフ図である。

【図３１】本発明の半導体製造装置のブロック図であ
る。

【図３２】Ｂ_２Ｈ_６ガス導入時間に対するボロン膜膜厚
測定設定値の関係を示すグラフ（ａ）とボロン膜膜厚の
ち対するＢ_２Ｈ_６ガス圧力の変化を示すグラフ図（ｂ）
である。

【図３３】本発明の不純物ドーピング方法の工程を示す
フローチャート図である。

【図３４】本発明の半導体装置であるソース／ドレイン
領域表面にボロンシリサイド膜を有するＭＩＳＦＥＴの
構造断面図である。

【図３５】本発明の半導体装置のソース／ドレイン及び
ゲート電極表面にボロンシリサイド膜を有するＭＩＳＦ
ＥＴの構造断面図である。

【図３６】本発明の別の半導体装置であるベース領域の
一部にボロンシリサイド膜を有するＮＰＮバイポーラト
ランジスタの構造断面図である。

【図３７】本発明のさらに別の半導体装置であるエミッ
タ領域の上にボロンシリサイド膜を有するＰＮＰバイポ
ーラトランジスタの構造断面図である。

【図３８】ボロンシリサイド膜を介して、タングステン
シリサイドと半導体領域とが接続されたコンタクトの構
造断面図である。

【図３９】ボロンシリサイド膜を介して、タングステン
と半導体領域とが接続されたコンタクトの構造断面図で
ある。

【図４０】ボロンシリサイド膜を介して、バリアメタル
を有するメタル配線と半導体領域とが接続されたコンタ
クトの構造断面図である。

【符号の説明】 １、５０１ シリコン基板 ２ ボロンシリサイド膜 ３ ボロン拡散領域 ５０２ 酸化膜 ５０３ 不純物膜 ５１１ 光源 ５１２、５１３ 光学系 ５１４ 光検出器 ５３１ 高真空チャンバー ６１０ 絶縁膜スペーサ ６１１ Ｎ型半導体領域 ６１２ Ｐ型半導体領域 ６１３ ボロンシリサイド領域 ６１４ Ｎ型ポリシリコンゲート ６１５ 層間絶縁膜 ６１６ メタル配線 ６２０ 絶縁膜スペーサ ６２１ Ｎ型半導体領域 ６２２ Ｐ型半導体領域 ６２３ ボロンシリサイド領域 ６２４ Ｐ型ポリシリコンゲート ６２５ 層間絶縁膜 ６２６ メタル配線 ６３１ Ｎ型コレクタ領域 ６３２ Ｎ型エピタキシャル領域 ６３３ Ｐ型ベース領域 ６３４ ボロンシリサイド領域 ６３５ Ｎ型エミッタ領域 ６３０ ＣＶＤ絶縁膜 ６４１ Ｐ型コレクタ領域 ６４２ Ｐ型エピタキシャル領域 ６４３ Ｎ型ベース領域 ６４４ Ｐ型エミッタ領域 ６４５ ボロンシリサイド領域 ６４６ ＣＶＤ絶縁膜 ６５１ Ｐ型半導体領域 ６５２ 層間絶縁膜 ６５３ ボロンシリサイド領域 ６５４ 半導体膜 ６５５ タングステンシリサイド膜 ６６１ Ｐ型半導体領域 ６６２ 層間絶縁膜 ６６４ タンダステン領域 ６７１ Ｐ型半導体領域 ６７２ 層間絶縁膜 ６７３ ボロンシリサイド領域 ６７４ チタン膜 ６７５ 窒化チタン膜 ６７６ メタル配線

フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平5−60521 (32)優先日 平５(1993)３月19日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (72)発明者 小島 芳和 東京都江東区亀戸６丁目31番１号 セイコ ー電子工業株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン層の活性表面を露出するための
   清浄化工程の後に、該活性表面に対して半導体不純物元
   素を含んだガスを供給するとともに、該シリコン層を
   ６００℃より高温に加熱することにより、８０原子％以
   上の半導体不純物元素と、５原子％以上のシリコン元素
   とからなる不純物膜を該活性表面に形成することを特徴
   とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 シリコン層の活性表面を露出する為の清
   浄化工程と、該活性表面に対して半導体不純物元素とシ
   リコンとの化合物層を形成する為の処理工程と、該化合
   物層から半導体不純物元素をシリコン層に導入するため
   の拡散工程とからなる半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 該処理工程はシリコン層の活性表面に半
   導体不純物元素を含む堆積層を形成する堆積工程と、該
   堆積層とシリコン層とを熱的に反応させ該半導体不純物
   元素と該シリコン層との化合物層を形成する熱処理工程
   とからなる請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 シリコン層の活性表面を露出するための
   清浄化工程と、該活性表面に対して半導体不純物元素膜
   または半導体不純物元素とシリコンとの化合物膜いずれ
   か一つを形成するための処理工程と、該不純物膜の膜厚
   を光学的手段により測定する膜厚評価工程とからなる半
   導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 不純物膜である半導体不純物元素膜また
   は半導体不純物元素とシリコンとの化合物膜のいずれか
   一つだけを表面に形成したシリコン基板の表面に第１の
   偏光特性を有する入射光線を斜めに照射する工程と、該
   入射光線の反射した光線である第２の偏光特性を有する
   反射光線を検出する工程と、該第１の偏光特性と該第２
   の偏光特性と該不純物膜の屈折率とから該不純物膜の膜
   厚を求めることを特徴とした半導体装置の評価方法。
6. 【請求項６】 内側で半導体の上に不純物膜を形成する
   ための高真空チャンバーと、該不純物膜の膜厚評価用の
   入射光及び反射光を通過するために該高真空チャンバー
   の壁に設けられた透明な窓と、該入射光を供給するため
   に該高真空チャンバーの外側に設けられた光源と、該反
   射光を検出するために該高真空チャンバーの外側に設け
   られた光検出器とからなることを特徴とする半導体製造
   装置。
7. 【請求項７】 該高真空チャンバーの中に供給される不
   純物膜形成用ガスの圧力が該光検出器の出力によりフィ
   ードバック制御されていることを特徴とする請求項６記
   載の半導体製造装置。
8. 【請求項８】 不純物拡散された半導体の第１の領域
   と、少なくとも半導体不純物元素とシリコンとの化合物
   を含む第２の領域を有し、かつ前記第１及び前記第２領
   域が積層構造をなす半導体装置。
9. 【請求項９】 該第２の領域が該化合物と高融点金属と
   の積層構造をなすことを特徴とする請求項１に記載の半
   導体装置。