JPS60208855A - 異なるドーピングを有する半導体領域を同時に製造する方法 - 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】 本発明は、少なくとも２つの半導体領域を支持体上に形
成し、これ等の領域には１つのドーピングマスクを用い
て異なるドーピングを与えるようにした支持体上に層状
ＦｉＭ造をつくる方法に関するものである。

この種の方法は例えば米国特許明細酸第８，９２１゜２
８８号より知られている。この米国特許明細書には、多
結晶シリコンより成る相補形ＭＯ８）ランジスタのゲー
ト電極に、１つのマスクを経てイオンを注入することに
よって異なるドーピングを与える方法が示されている。

極めて小さな寸法の細部を有する構造の製造は種々の技
術分野において重要である。これは和にマイクロエレク
トロニクスの分野、更に云えば集積回路の分野でそうで
あり、技術の進歩と共に複雑になりこれに応じて構造の
細部の寸法が更に小さくなっている。この場合、極端な
寸法を避ける・ために広範囲に異なる値を有する薄膜抵
抗を集積回路に使用せねはならない時には１この目的の
ために１寸法は略々同じであるが異なるドーピングを有
するＩＩＩ　Ｉ／Ｎシリコンストリップを用いることか
重装となる。

けれども、小さな細部を有するＩｌｖ造の製造は半導体
技術の分野以外でも重要である。その例は光回折格子で
ある。

本発明は、同じドーピング工程の間に、異なるドーピン
グを有する半導体領域を同時につくることを可能とした
ものである。更に、本発明によれば、これ等の半導体領
域は、仙の材料のまたは伸の材料内に極めて小さな構造
細部を得るための出発点として役立つことができる。

本発明は、特に、ドーピングマスクの寸法の有効なｄ択
によってこれを達成することができるという事実の認識
に基くものである。

本発明は更に、ドーピングｉ）度の酢化？Ａ！度への影
響を適当に利用することができるという事実のｉ１ｇ識
に基くものである。

本発明は、冒頭に記載した方法において、半導体領域上
のドーピングマスクに窓を設け、この宮の表面積とその
下にあるドープさるべき半導体領域の表面積との比を少
なくとも２つの半導体領域に対して異なるものとし、同
じドーピング工程の一間にドーパントを前記の麻に導入
し、次いで、各半導体領域に均一なドーピング濃度を今
えるために熱拡散を行い、この熱拡散において前記のド
ーパントが０１」記の支持体内に入らないようにしたこ
とを特徴とするものである。

各半導体領域に導入されるドーピング原子の全脂は、ド
ーピング窓内のドープさるべき半導体領域部分の表面ｆ
ｓｌと半導体領域の主表面積との比で決まるので、ドー
ピングは１回のドーピング工程で同時に与えることがで
き、その後、熱拡散によ′つて関係半導体領域上に均一
に再分布される。このようにして、例えは抵抗値は幅広
く相違するが寸法は同じである多数の抵抗を呻１回のド
ーピングおよび加熱工程で集峻回路内に形成することが
できる。抵抗は例えば重化層上にある多結晶シリコンの
ストリップでもよい。

ドーピングは、通常の拡散工程におけるようしこ、例え
ばｆｆｉ化シリコンのマスクに設けられた窓内に高温で
の剛着によって行うことができる。この方法は、高いド
ーピング濃度を必要とする時に使用できる。けれども、
ドーピングはイオン注入（ｉｏｎ　ｉｍｐｌａｎｔａｔ
ｉｏｎ）で行う方が好ましい、というのは、この場合に
はより良い再現性が得られるからである。更に、この場
合低いドーピング濃度は遥かに良く制御できる一方、そ
の上ホトラッカーマスクで足りる。

半導体領域は誘電材上に設けるのが好ましい、というの
は、ドーパントの拡散はここでは殆んど無視できるから
である。更に、拡散の間ドーパントの蒸発を防ぐために
半導体領域の少なくとも上側を保護層で叶うのが好まし
い。半導体領域は多結晶または非結晶シリコンより成る
のが有利又ある。ここでの拡散速度は非常に大きいめで
、長い拡１枚時間および／または非常に高い温度を必要
としない。

以上記載した本発明方法により得られる均一にドープさ
れた半導体領域は、極めて重要な好ましい実施形態によ
り、ミクロン以下の寸法で巣なる幅を有する酸化物細部
を得るのに用いることができる。この目的に対し、好ま
しい実施形態によれば、半導体領域はシリコンより成り
、一方ドナー例えば砒素または燐かドーパントとして中
いられる。ドーピング窓の熱再分布拡散の後得られＴＯ
−異なってドープされたシリコン領域は、加熱によって
酸化される。この場合最も厚いｑ化物層は〜最も高いド
ーピングを有する領域上に形成される。シリコン領域の
上側は、露出された縁だけが酸化されるように、酸化防
止層で駈う。酸化後、若し必要ならは、酸化物溝造だけ
が残るようにシリコン領域の非酸化部分を例えばエツチ
ングによって選択的に除去してもよい。このＮ＃造は例
えば回折搦子またはその他の微細溝造に、或はまた以下
に説明するようにそれより先の工程の補助手段として用
いることができる。

ドーピング窓は、その下にある半導体領域の唯・１つの
縦方向のスロット状開口より成るものでもよい。けれど
も代りにこの窓は互に分讃した多数の開口を有してもよ
く、この場合その相対間隔は、最大でも、側方のドーパ
ントの拡散長の略々２倍でなければならない。この拡散
長という言葉は、ここではドーピング濃度の最大値の１
／ｅに等しい値に減少する窓よりの距離を意味する。前
記の窓の相対間隔は、実際に１次の程度即ち側方への拡
散によってドーパントの百分布が得られ、この結果均一
なドーピングが生じるような框変に極めて小さくなけれ
ばならず、したがってこの間隔は一般には略々ｌＯ〜１
２μｍを越えない。

以下本発明を図面の実施例を参照して史に詳しく説明す
る。

図面は線図的なものであり、寸法比は無視しである。こ
れは特に厚さ方向に対してそうである。

図中対応部分は同じ符号で示しである。

第１図は本発明の方法登用いてつくられた装置の一部の
斜視図を示す。この図面はシリコンの基＆１より成る支
持体を示し、この支持体上には（資）化シリコンの絶縁
物層２が剛着されているが、この実施例ではこの絶縁物
層の厚さは０．５μｍである。

前記の層２の上には夫々両端に、幅広部会と５を打する
多結晶または非結晶シリコンのストリップ状の半導体領
域＋３＆、！ＩＢ、８０）の層より成る８つの半導体抵
抗Ｒ，、Ｒ，、Ｒ，が剛着される。

前記の幅広部は金ｍ化され（斜線部〕、接続用導体とし
ての役をする。前記の基板ｌ内には一トランジスタ、ダ
イオード等（図示せず）のような集信回路の回路素子が
あってもよく、これ等は層２の孔を通じて直接にまたは
等電トランクな経て抵抗Ｒ１，Ｒ，およびＲ８と接続さ
れるようにしてもよい。抵抗Ｒ１１ＲＺおよびＲ８を形
成するシリコンのストリップ状の半導体領域８Ａ、８Ｂ
、８０は異なるドーピング濃度を有する。その結果、こ
れ等の抵抗はその長さ、幅および厚さは略々等しいが、
′１１ばは異なる。

本発明によれば、抵抗は次のようにしてつくられる。酸
化物層２上には、気体状シリコン化合物例えばシラン（
ＳｉＩＨ４）の熱分解によって厚さ０．５μｍの多結晶
シリコン層８が附着される。場合によっては、極めて軽
い酸化の隆に、窒化シリコンまたは酸讐化シリコンの薄
い層６が前記の層δ上に形成される。この層６の厚さは
約２０　ｎｍである。前記の層６はその仲の絶縁材例え
ば酸化シリコンより成るものでもよい。次いで、通常の
フォトエツチングを用いて半導体領域！（’Ａ　、　８
’Ｂおよび８Ｃの僧と６は抵抗（第１図）の形に形成さ
れる。第２図は第１図の面■−…における断面図を示す
。

ドーピングマスク、この場合には注入マスクが老体に施
される。この目的で厚き５μｍのホトラッカ一層７が設
けられ（第８図参照）、この層に、露光と現像によって
注入窓８．９および１０が半導体領域８Ａ、３Ｂおよび
８Ｃ上に形成される。

抵抗Ｒ工ｌ　Ｒ，およびＲ８を夫々５０μｍの長さく幅
広部４と５の間）をもち、１０μｍの幅をもつ。注入窓
８は１４μｍの幅をもち、注入窓９は１μｍの幅をもつ
。この両方の惣は、第４図の平面図かられかるように、
ストリップ状の半導体領域１３Ｌ。

８Ｂの長手方向の尚の形で延在する。半導体領域８Ａ＋
８Ｂおよび８０の境界はこの図面では破線で示されてお
り、また窓８，９およびｌＯの境界は実線で示されてい
る。窓１０は１約Φμｍの相対間隔を有するｌｘ１μｍ
の多数の方形の開口を有する。

矢印の方間（第８図）に燐イオンが２．５　Ｘｌ０１６
イオン／　ａｍ”の注入量で２００　ＫｅＶのエネルギ
で注入される。このイオンはホトラッカ一層７によって
阻止されるが、絶縁物層６では阻ＩＨされない。

絶縁物ｊ曽を通しての注入は、この場合半導体の表Ｕの
（１１１１が少ないという利点をもつ。

次いで注入マスクを除去し１老体を窓素ふん囲気内で１
１００℃で９０分間加熱する。この結果、８つの半導体
領域８Ａ、８Ｂおよび８Ｃの夫々に均一なドーピング濃
度が得られるような燐原子の拡散か生しる。この熱拡散
の間、ｊν０６は燐の蒸発を防ぐ保内層として働く。

５・１０””　ｃｍ”の全表面について注入された抵抗
Ｒ１に対しては、これはＮ　＝　５−１０１９１１子／
　ｃｍ”の・均一なドーピングを生じる。多結晶シリコ
ンに対しては、これは１０−２Ω・ｃｍの抵抗率したが
ってＲ，＝　１　ｋΩに略々相当する。

抵抗Ｒ２に対しては、その注入窓の表面晴と抵抗老体の
表１ＪｉＪ債との比は１：１０なので、拡散のｒ＆Ｎ＝
　５・１０１８除子／　ａｍ８となり、；：　し６１１
０−”Ω・ｃｍの抵抗率に相当し、これよりＲ−１０に
Ωとなる。

ＩＬｔ　抗１（８に対しては前記の比（１×１μｍの１
゜貼の慾との）はｌ：５０であり、このため拡散後はＮ
　＝　１０１８１京子／　ａｍ８である。これは多結晶
シリコンに対して約１Ω・Ｃｍの抵抗率Ｒ１ｊちＲ８＝
　１００にΩに相当する。

したかつて、１回の注入で同一寸法の８つの抵抗が得ら
れ、こｔ’を等の値は５０倍の１．ｆｉ４きがある。

以下の実施例では、本発明の方法によって製造された異
なるドーピング濃度を有する半導体領域は、使用された
ドーピング窓の寸法よりも著しく小さな寸法の酢化物細
部を有Ｔる構成を形成するのに用いられる。この目的に
対しては、異なるド−ピングマスク の公知の速度差が利用される。例えば１９７８年ｒ　Ｊ
ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ　５ｏｃｉｅｔｙ　Ｊの８９２−８９７頁の
スナミ（Ｓｕｎａｍｌ）氏の論文を参照され度い。

例えば醇化アルミニウムの基板ｌ上に１００　ｎｍの厚
さの多結晶シリコンの肋８を附着させ、この上に、前記
の実施例と同様に、窒化シリコンまたは酸窒化シリコン
の層６を形成する。

公知のフォトエツチングを用い、半導体領域８Ａ、８Ｂ
、８Ｃｉの層と層６を第５図に断面で示したパターンで
設ける。このパターンの轍によって最終「Ｊな酢化物パ
ターンが形成される面積が決められる。

前述の実施例と同じように、ホトラッカ一層７の形のド
ーピングマスクが半導体領域１１１．１３Ｂおよび８Ｇ
の長さを通じて連続的に延什する惹８゜９．１０を有し
て形成される。この例では、半導体領域８Ａ、８Ｂおよ
び８０は図の紙面に対して直角に延在し、幅１０μｍの
ストリップの形を有する。けれどもこれ等のストリップ
は、それ等の幅が合理的な時間内で熱拡散により均一な
ドーピング濃度をｒｌることかできる程に非常に小さい
という条件で、異なる幅を有してもよい。

イオン注入（１曽６を通しての）によって、燐を矢印の
方向（第５図参照ンに注入し、その後ホトラッカ一層７
を除去し、窒素ふんｕｆｌ気内で１１００℃で１時間の
拡散によって半導体領域８Ａ、８Ｂおよび８Ｃの夫々に
均一なドーピングを得る。層６はやはりこの拡散中の保
敲１９）として役立つ。窒化シリコンを有する僧６の代
りに別の材料の層を用いてもよい。この例では、同時に
酸化防止層として働く窒化シリコン３有層６をそのまま
使う方が好ましい。

例えば湿酸素内で７５０℃での６０分間の酸化によって
、牛尋体領ｗｔａＡ、８Ｂおよび８Ｃの様が酸化される
。異なる厚さの酸化物のＫ　ｉ　１　＋　１２および１
８はこの場合半導体８Ａ、８Ｂおよび８Ｃのドーピング
の差によって形成される。選択エツチングによって、ｊ
曽６と残りの半導体領域３４．８Ｂおよび８Ｃを除去Ｔ
る。この場合、酸化物ｆｆ’／ｆｆ１１１＋１２および
１８は残り（第７図参照）、これは種々の目的に用いる
ことができる。

次の表は１回の注入と１回の酸化工程によって得ること
ができる異なるドーピング窓を有する柚々の酸化物の除
の幅を示す。出発材料は、１１００ｎの厚さの１０／Ａ
ｍ幅のシリコンストリップ、１ｃｍ”当１：１１０燐イ
オンの（シリコン内への）注入岱および２００　ＫｅＶ
の注入エネルギを有し、酸化は１湿酸素内で７５０°Ｃ
で６０分間行われる。比較のために、ドープされない多
結晶シリコンに対する酸化物の隊も示しである。

注入窓幅Ａ　市化隊の幅Ｂ　Ａ／Ｂ （ぞ閉合；非ドープ）　１８ｎｍ　− ２／ｊｍ　５７ｎｌＯ８５ 傷　μｍ　１１００ｎ　４０ ６　μｍ　１４５ｎｍ　＋１ ８ｐｍ　１９２ｎｍ　４２ １０　μｍ　２８７ｎｍ　４＋２ ｉｆ　ｔ＆の列から次のことがわかる、即ち、得られる
酸化物溝逍は普通の写真印刷法によって形成される注入
窓の約１／４０であり、またこれは２μｍ以上の窓に対
しては窓の幅と略々無関係である。

Ａｆ■述の方法は種★の目的に用いることができる。

詩に、例えば半導体層に異なる幅の１７＋′；またはス
ロットを形成下るために小さな間隔を決めるのに対して
厘要で、この場合間隔と溝幅は夫々哨化物の縁の幅によ
って決まるｏ　”　Ｐ　Ａ　Ｂ　Ｌ　Ｏ（Ｐｒｅｃｉｓ
ｉｏｎＡｌｉｇｎｍｅｎｔ　ｂｙ　Ｌｏｃａｌ　０ｘｉ
ｄａｔｉｏｎ）”トイう名テモ呼ばれるこのような方法
は、公告された本１人の英国特ｇ′ｆａｔ願第２１１１
　：３０仝号にｄ己載されている。けれども１この方法
は、半導体分野以外例えは、可変の格子常数および／ま
たは幅を有する光回折格子の製造や直接に写真印刷法に
よって得られるよりも著しく小さな寸法の陶造細部を有
するその仙の微小なＦ７−造の製造に用いることもでき
る。

本発明は以上説明した実施例に限定されるものではない
。例えば、イオン注入法の代りに、拡散法で普通のよう
に、高温での耐着を用いることもできる。けれども、こ
の場合はマスクとしては例えば酸化シリコンまたは窒化
シリコンのような耐熱層を用いる必要がある一方、この
耐熱性のマスク自身はやはりホトラッカーマスクとエツ
チング工程とによって所要の形に形成されるものでなけ
れば、ならない。更に、シリコン以外の伸の半導体およ
びここに挙げた以外の仲のドーパント（ドナーまたはア
クセプタ）を用いてもよい。

半導体領域は、多結晶または非結晶物質の代りに単結晶
物質を仔してもよい。注入窓に関しては、一方向（第１
図の８０の上）だけでなしに幾つかの方向に互Ｇこ分離
した多数の開口を有してもよいことに留意する必要があ
る。例えば、窓２７の２次元マトリックスを有するホト
ラッカーをそなえた半導体領域８Ｄの平面図と断面図を
夫々示した第８図および第９図を参照され度い。この場
合にも、半棉体佃域８Ｄの均一なドーピングを得るため
に、開口２７間の間隔は何れの方向においてもドーパン
トの拡散長の約２倍を越えてはならないことがわかるで
あろう。このように多くの変形が可能であり、第４図に
おいて例えはスロットの形の窓９は互に分離した多数の
平行１なスロットより成るようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を用いてつくった８つの半導体抵抗
の一部斜視図、 第２図と第３図は本発明方法の連続した工程を示す第１
図のｎ　−ｎ　Ｉｇにおける断面図、第４図は第３図の
一部の平面図、 第５図から第７図は夫々本発明方法の別の実施例の連続
した工程を示す断面図、 第８図は本発明方法の更に別の実施例の一工程を示Ｔ平
囲図、 第９図は第８図の■−４における断面図である。 ■・・・躯体　２．６・・・絶縁物層 ８Ａ、　８Ｂ、　８０．８Ｄ・・・半導体領域傷、５・
・・ｌｌＩｇ広部　７・・・ホトラッカ一層８．９．１
０・・・注入窓 １１．１２．１８・・・醗化物線 ２７・・・開口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　支持体上に少なくとも２つの半導体領域を形成し、
   これ等の領域に１つのドーピングマスクを用いて異なる
   ドーピング濃度を与えるようにした支持体上に層状溝１
   ｉをつくる方法において、半導体領域上のドーピングマ
   スクに惹を設け、この窓の表（２）積とその下にある・
   ドープさるべき半導体領域の表面債との比を少なくとも
   ２つの半導体領域に対して異なるものとし、同じドーピ
   ング工程の間にドーパントを前記の窓に導入し、次いで
   、各半導体領域に均一なドーピング濃度を与えるために
   熱拡散を行い、この熱拡散において前記のドーパントが
   前記の支持体内に入らないようにしたことを＠徴とする
   異なるドーピングを有する半導体領域を同時に製造する
   方法。 λ　半導体領域を誘電材上に形成する特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ＆　半導体領域は多結晶または非結晶シリコンより収る
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法。 ４　熱拡散の間ドーパントの蒸発を防ぐために半導体領
   域の少なくとも上側を保護層で置う特許請求の範囲第１
   項、第２項または第８項記載の方法。 氏　保護層は酸化シリコンまたは窒化シリコンを有する
   特許請求の範囲第４項記載の方法。 ａ％なる抵抗値を有するストリップ状半導体抵抗のｊｌ
   ぞの半導体領域を形成する特許請求の範囲第１項から第
   ５項の何れか１項記載の方法。 ７、　形成された抵抗ストリ゛ツブは同じ寸法である特
   許請求の範囲第６項記載の方法。 ８、　半導体領域はシリコンを有しまたドナーをドーパ
   ントとして用いた場合、熱拡散の後半導体領域を加熱酸
   化し、最も厚い層を最も高いドーピングを有する領域に
   形成する詩許請求の範囲第１項から第５項の回れか１項
   記載の方法。 ９、　酸化の聞手導体領域の上側を耐酸化層で買い、露
   出した縁だけを酸化する特許請求の範囲第８項記載の方
   法。 １０、醸化後シリコンの領域の残りの非酸化部分を歳択
   的に一除去する特許請求の範囲第９項記載の方法。 ＩＬ　ドーピング窓は、最大でも側方のドーパントの拡
   散長の約２倍に等しい間隔を有する互・に分離された幾
   つかの開口を有する特許請求の範囲第１項から第１θ項
   の何れか１項記載の方法。 １区　ドーピング濃度をドーピングマスクの窓内のイオ
   ン注入によって与える特許請求の範囲第１項から１ｇ１
   １項の何れか１項記載の方法。 １＆　ホトラッカーの注入マスクをドーピングマスクと
   して用いる特許請求の範囲第１２項記載の方法。 １４　半導体領域を絶縁物層で置い、その上にドーピン
   グマスクを設ける特許請求の範囲第１２項または第１８
   項記載の方法。