JPS644666B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 酸化に耐性を示す材料の第１マスクパターン
を半導体ウエーハ上に形成し、少なくとも前記ウ
エーハまで延びている第１開口部を有する第１マ
スクパターンを形成する段階、 前記第１開口部を通して第１ドーパントを適用
する段階、 前記第１マスクパターンにおける前記第１開口
部を通して前記ウエーハを酸化することによつ
て、前記第１開口部と一致し前記第１開口部と互
いに補足し合う第２開口部を有するマスクパター
ンを形成する段階、 前記第２開口部を通して第２ドーパントを適用
する段階、前記第１及び第２マスクパターンを除
去する段階、 前記半導体ウエーハ上に所定の導電形と厚さの
エピタキシヤル層を形成する段階、を具えること
を特徴とする、 第１ドーパント領域に隣接した第２ドーパント
の埋め込み領域を半導体ウエーハに製造する自己
整合埋込みチヤネル製造方法。

技術的分野 本発明は、埋込みチヤネルを必要とする半導体
デバイスおよび集積回路構造の製造に関するもの
であり、更に具体的に云うと半導体デバイスのエ
ピタキシヤル領域又は酸化物モート（moat）の
下にある埋込みチヤネルの製造に関する。

発明の背景 半導体デバイス、特に集積回路に用いるための
半導体デバイスの開発においては、反対の導電型
領域の上にある同じ導電型の２つの独立した領域
が酸化物モート（moat）と呼ばれる厚い酸化物
充填領域によつて分離されている構造を得ること
が望しい場合がしばしばある。例えば、２つのｎ
形領域がｐ形基板の上にある酸化物モートによつ
て分離されている。この酸化物モートは通常は半
導体の選択的酸化によつて作られ、底面が基板と
交叉する深さにまで達している。酸化物中の不純
物の溶解度は半導体中の不純物の溶解度と異なる
ので、酸化工程（プロセス）中には、成長中の酸
化物領域に隣接する半導体中の不純物濃度がデイ
プリート（deplete）またはエンハンス
（enhance）する傾向がある。従つて、実際の構
造は、酸化物モート周囲のドープした領域中の不
純物濃度の点からみると理想的な構造とは著しく
異なつている。上述した例では、硼素は酸化物モ
ートの下のｐ形基板から典型的にデイプリート
（deplete）されるので、ほゞ真性の領域が形成さ
れる。典型的な場合には、酸化物中の内蔵電荷
（built−in charge）は、真性領域がモートの両
側上の２つのｎ形領域を接続する寄生ｎチヤネル
を形成させ、かくしてデバイスの適当な動作を妨
げる。

先行技術においては、この問題を解決するため
にいろいろな技術が用いられてきたが、最も一般
的な技術は酸化の前にモート領域にドーピングを
することである。例えば、ｐドーピングを用いる
と、酸化物モートの下にあるｐ領域におけるデイ
プレーシヨン（depletion）効果を抑えることが
できる。しかし同時に、この方法はｎ領域にｐス
キン（skin）をつくり出し、これが酸化物モート
の側壁を形成し、従つて新たな一連の問題を生じ
させ、これらの問題はもとの問題と同様に耐えら
れないものであることがしばしばある。更に、他
の隣接する埋込み領域と自己調整する任意の導電
率および型のドープした埋込み領域（例えばエピ
タキシヤル層の下のチヤネル）を作るための工程
をもつことが一般的には望ましい。

従つて、酸化に伴うエンハンスメント
（enhancement）又はデイプリーシヨン
（depletion）効果を抑制するため酸化物モート又
はエピタキシヤル層の下の半導体領域に局新的に
ドーピングすることが可能であり、その結果他の
部位に望ましくない寄生チヤネルを形成せず、又
は任意の導電率と構造物中に埋込まれた型とを有
し隣接する他のドープ領域と自己調整しているチ
ヤネルを提供できる製造工程（プロセス）に対す
る必要性が依然として存在する。

従つて、本発明の目的は、第１ドーパント領域
に隣接する第２ドーパントの選択的にドープされ
た埋込み領域を半導体ウエーハに形成するための
改良された製造方法を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、半導体構造の酸化
物モートの下に選択的にドープされた埋込み領域
を形成するための改良された製造方法を提供する
ことである。

本発明の更にもう１つの目的は、半導体構造の
他の場所に、ドープされた寄生領域をつくること
なしに選択的にドープされた埋込み領域を形成す
るための改良された製造方法を提供することであ
る。

本発明の更にもう１つの目的は、自己整合
（self−align）しており追加のマスキング段階を
必要とせずその後の整合段階をやりやすくする選
択的にドープされた埋込み領域を形成するための
改良された製造方法を提供することである。

発明の要約 本発明の好ましい実施例においては、シリコン
ウエーハは、酸化および第１形のドーパント不純
物に耐性を示す第１マスクパターンによつて被覆
されている。第１形のドーパントは、第１マスク
パターンの開口部を通つて所定の深さにまで適用
されている。第２マスクパターンは、第１マスク
パターンの開口部を通して露出されたシリコンを
酸化することによつて作られ、この酸化は、第１
マスクパターンの厚さを大幅に上廻る厚さが得ら
れるまで行なわれる。第２マスクパターンは、第
１マスクパターンの開口部に形成されるので、こ
れら２つのマスクパターンは、自己記録的（self
−register）であり、加の整合段階を必要としな
い。次に、酸化物モート領域の下または埋込みチ
ヤネル中に得ることが望ましい第２ドーパントは
ウエーハに適用され、それは第２マスクパターン
によつて被われていない領域中に所定の深さまで
浸透する。次に、これら２つのマスクパターン層
は取り除かれ、所定の導電率および形のエピタキ
シヤルシリコン層がウエーハ上で所定の厚さにま
で成長される。タブ又はモートは、エピタキシヤ
ル層表面にエツチングされ酸化されることができ
るので、所望するドーブされた領域又はチヤネル
上の所望する場所に酸化物充填モート（酸化物モ
ート）を形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は、いくつかのｎ形およびｐ形領域が
酸化物モートによつて分離されている半導体デバ
イスの１領域の概略的上面図である。

第１Ｂ図は、第１Ａ図のデバイスの線１Ｂ−１
Ｂに沿うた断面図である。

第２Ａ図は、第１Ａ図と同様な上面図である
が、酸化前にモート領域をドーピングする先行技
術の方法によつてできる酸化物に沿うた寄生側壁
チヤネルの位置を示している。

第２Ｂ図は、第２Ａ図のデバイスの線２Ｂ−２
Ｂに沿うた断面図であり、先行技術の方法によつ
て得られる所望の寄生チヤネルを示す。

第３Ａ図乃至第３Ｆ図は、本発明の工程順序を
示す断面図である。

第４図は、第３Ａ図乃至第３Ｄ図に示した工程
順序の別の実施例の断面図である。

好ましい実施例の詳細説明 下記の説明において、先行技術および本発明
は、酸化物モートによつて分離されたｎ形領域と
ｎ形領域内のｐ形領域とを含むｐ形基板の例につ
いて主として説明されている。本発明の範囲内で
多くの組合せが可能であるので、こゝに示した特
定の実例は代表的な例として示したもので、制限
することを意図したものではない。

第１Ａ図および第１Ｂ図は、酸化物分離モート
を具えた半導体デバイス２構造の所望する結果の
概略図であり、第１Ａ図は上面図であり、第１Ｂ
図は第１Ａ図の線１Ｂ−１Ｂにおける断面図であ
る。第１Ａ図、第１Ｂ図のデバイスは、n⁺領域
が基板１０内に拡散され、その後n^-エピタキシ
ヤル層１３が成長しそのなかに酸化層１５が形成
される技術上周知の方法によつて製作してもよ
い。追加（付加）のデバイス構造は、浅いｐ形拡
散１４によつて例示されている表面安定化
（passivating）酸化物１８によつて被われている
ｎ形表面１７において作ることができる。酸化物
モート１５は、代表的な場合には技術上周知の方
法を用いてシリコンウエーハにおけるエツチング
したタブ又はモート領域の熱酸化により形成され
る。この酸化工程中に、基板１０中に存在するｐ
形ドーパントは、酸化物中のｐ形ドーパント硼素
の溶解度が半導体のそれよりも高いので、酸化物
モートの下の酸化物−半導体インタフエース近く
の領域１１においてデイプリート（deplete）さ
れる。従つて、領域１１はほゞ真性となり、酸化
物電荷又は印加された電荷又はn⁺領域１２ａと
１２ｂとの間に僅かな電位差が存在すると、寄生
チヤネルが存在し、表面１７上にその後作られる
デバイスの特性に悪影響を与える。

寄生チヤネル１１が形成される問題を解決する
ための先行技術の試みとして、酸化前にエピタキ
シヤル層にエツチングしたタブ又はモートにドー
ピングするという方法が用いられるようになり、
第２Ａ図、第２Ｂ図に示した結果がえられてい
る。例えば、酸化中のデイプリーシヨン効果
（depletion effect）を補償するように、追加のｐ
形不純物が用いられる。このｐドーパントは、酸
化前にシリコン内に押しこまれる。モート酸化中
にシリコンは消費されるが、一部のｐ形ドーパン
トが酸化インタフエース１５ａ−ｂの前方のシリ
コン中に残るので、酸化が完了するとエンハンス
されたｐ形ドーピングの薄い層２０ａ−ｂがモー
ト１５の周囲に存在する。これは、領域１１に以
前に発生したデイプリーシヨン効果を十分に補償
する。しかし、側壁領域１５ｂもまたｐ形不純物
によつてドーピングされ、これはｐ領域１４と結
合している側壁１５ｂおよび望ましくない寄生チ
ヤネル２０ｂに沿つて薄いｐ形スキンを形成する
可能性がある。寄生チヤネル２０ｂの精度
（severity）は、ｎ形エピタキシヤル層１３中の
最初のドーピングレベルおよび酸化前に加えられ
たドーパントの量によつてきまる。デバイスはこ
の方法によつて立派に製作できるが、制御がむつ
かしく、デバイスおよび回路の歩留りに悪い影響
をおよぼす。

先行技術の方法の欠点は、第３図に示した工程
順序に従う本発明により回避できる。ｐ形シリコ
ン基板又はウエーハ３０は、酸化に影響されな
い、又は酸化に耐性を示す第１マスクパターン３
１および第１ドーパント種（species）、この例で
はｎ形不純物である第１マスクパターンにより被
われている。層３１は、シリコン基板３０上に形
成され窒化シリコン層３３により取囲まれる二酸
化シリコン層３２で構成するのが便利であり、こ
の組合せは技術上周知の方法を用いてパターンが
形成され、ｎ形ドーパント源３５が沈積
（deposite）される開口部３４を作り出す。酸化
物層３２の厚さは、数十オングストロームから数
千オングストローム（10^-8cm）でよい。その後の
段階において、層３２を通してイオン注入が任意
に行われ、若しそうする場合には、大きな厚みは
避けるべきである。1000オングストローム（10^-5
cm）が適当な値である。窒化シリコン層３３は、
数百オングストロームから数千オングストローム
（10^-8cm）でよく、適当な値は1000オングストロ
ーム（10^-5cm）である。いづれにせよ、下にある
シリコンの酸化を阻止するのに十分な厚さを用い
なければならない。

第１マスクパターン層３１には、他の材料の組
合せを用いてもよい。例えば、層３２は酸化に耐
性を示すが、又は酸化による影響をうけず、ウエ
ーハ３０に反対にドーピングを行わない材料とす
ることができる。層３３は開口部３４のエツチン
グを可能とし、ドーパント源３５を形成するため
イオン注入中にマスクとして働くのに十分な厚さ
のフオトレジスト（photoresist）の層とするこ
とができる。このレジスト層はその後の工程を行
う前に除去するのが便利である。

第３Ａ図に示されている構造は、第３Ｂ図にお
いて、ｎ形ドーパント源３５から所定の深さの第
１のドーピング領域３７を作るため熱拡散又は
“ドライブ”段階を行うのが便利である。酸化工
程は、第１マスクパターン層３１の開口部に厚い
酸化物領域を成長させるのに用いると便利であ
る。両方の工程段階は、技術上周知の方法で行わ
れる。厚い酸化物領域３８は、追加の整合段階な
しに第１マスクパターン３１の開口部３４と自動
的に整合し合致する第２のマスクを形成する。第
２マスク層は第１マスク層の開口部に形成される
ので、これら２つの層（又はそれらの開口部）は
互に補足し合い、一方は他方の反転層（inverse）
である。

窒化シリコン層３３は、厚い酸化物領域３８
（第２マスクパターン）によつて保護されていな
い基板３０のこれら領域内に第２のドーピング領
域３９（ｐ形）のイオン注入を助長するために除
去するのが便利である（第３Ｃ図）。酸化物領域
３８（第２マスクパターン）の厚さは、イオンボ
ンバードメント（ion bombardment）中に下に
ある領域３７のドーピングを防止するのに十分な
厚さでなければならず、選択したイオンボンバー
ドメントエネルギーと酸化物層３２の相対的厚さ
によつて決まる。適当な厚さは、使用されるイオ
ン注入装置および条件に対し技術上それ自体周知
の方法によつて容易に決定することができる。厚
さ1000オングストローム（10^-5cm）の酸化物領域
３２とともに用いる場合には、5000オームストロ
ング（５×10^-5cm）の厚さの酸化物領域３８が便
利な値であることが見出された。領域３９のイオ
ン注入ドーピングは、いま窒化シリコン層３３を
除去することなく行うことができ、その場合には
第２マスクパターン（領域３８）の厚さは第１マ
スクパターン（領域３１）の厚さの少くとも２倍
にすることが望ましい。しかし、層３３を除去す
ると、ドーピングした領域とドーピングしない領
域との差をより大きくすることができる。

その代わりに、酸化領域３２をブリーフデイツ
プエツチ（brief dip etch）により除去し、第２
のドーピングした領域３９を従来の熱拡散法によ
つて得てもよく、これらの方法はいづれも技術上
周知である。次に、厚い酸化物領域３８は、領域
３７のドーピングを防止するためブリーフデイツ
プエツチ後に十分な酸化物を保持する厚さでなけ
ればならない。3000−10000オームストロング
（３−10×10^-5cm）の厚さが適当である。

第１および第２マスクパターン層３１および３
８を除去し（第３Ｄ図）、所定の導電形（この例
ではn^-）と厚さのエピタキシヤルシリコン膜４
２を露出したシリコン面４０の上に成長させて、
ほゞ一様なエピタキシヤル膜でウエーハ３０を覆
う。このことを達成する方法は技術上周知であ
る。

次に、酸化物モート構造４７を第３Ｅ図〜第３
Ｆ図に示すように準備するが、そこでは代表的な
場合には下にある酸化物層４３と表面の窒化物層
４４とからなる第３マスクパターン層４５を、シ
リコンエピタキシヤル層４２中のタブ又はモート
を適当な深さにエツチングを可能にするように形
成され、従つて酸化を行うと酸化物によつて占め
られる追加の量は酸化物モート４７上にほゞ平坦
な表面４９をつくるのに十分な量となる。次に、
エピタキシヤル領域４２の半導体表面４８は、例
えば第１図のｐ形のドーピングした領域１４を含
めるなど更に追加のデバイス構造を作るのに利用
できる。シリコンタブ４６および結果的に生じる
酸化物モート４７を準備するための方法は技術上
周知である。他の先行技術と同様に、整合
（alignment）段階が必要である。

第３図に示してある本発明の方法は、ｎ又はｐ
形出発材料およびｎ又はｐ形ドーパント、および
いくつかのマスキング層に対する種々の相異なる
幾何学的構成の種々の組合せを用いて実施するこ
とができることは当業技術者には明らかであろ
う。特に、領域３９は寄生チヤネルの形成を妨げ
るために基板３０と同じ導電形にドーピングして
もよく、又は特定のデバイス機能を達成するため
わざと埋込みチヤネルを作るために反対の導電形
にドーピングしてもよい。同様に、領域３７およ
び４２は、所望するデバイス機能に応じて同一又
は異なる導電形にしてもよい。

本発明の方法は、モート酸化前に側壁ドーピン
グ段階を行う必要がないので、先行技術の方法の
欠点を克服するものであり、酸化物モート４７の
側壁に沿つて寄生チヤネルが形成されないことも
明らかである。先行技術の方法の場合と同じく、
第３マスクパターン層４５がエピタキシヤル層４
２の成長前に形成された埋込みn⁺層の間に酸化
物モート４７を設けるためにマスク整合（軸合
せ）段階が必要である。しかし本発明の方法の場
合には、第１マスクパターン３１に関連した第３
マスクパターン４５の整合（アラインメント）
は、厚い酸化物領域３８の形成中に表面から消費
されるシリコンの結果として埋込みn⁺領域３７
の輪廊に一致しその輪廊を明らかにするエピタキ
シヤル層４２の表面不規則性４１（第３Ｄ図参
照）により大いに促進される。マスク整合の許容
誤差をより小さくできるので、このことは本発明
を用いることによつて達成される実装密度の上昇
に寄与する。タブ４６のエツチング以前にエピタ
キシヤル層４２上にある表面不規則性は、技術上
周知の方法を用いることにより、ほゞ平らな表面
を与えるためエツチングしたタブ４６の深さおよ
び酸化物モート４７の再充填成長を制御すること
によつて補償し得る。残つている窒化物層４４は
もし所望するならばその後の処理を行う前に除去
してもよい。

本発明の工程は酸化物モートの下のドーピング
した埋込み領域又はチヤネルを提供するのに特に
有用であるが、この方法はまた前から存在するド
ーピングした領域に隣接しそれと自己整合する任
意の導電率および形の埋込みチヤネルを提供する
のに応用することもできる。これは第４図に導電
形の１つの選択として示してあり、そこではｐ形
基板又はウエーハ３０は、ｐ形エピタキシヤル層
５１が上に載つているｎ形ドーピングの第１のド
ーピング領域３７およびこれもまたｎ形ドーピン
グの第２のドーピング領域５０を受け入れ、隣接
する領域３７の間に埋込みチヤネル５０を形成す
るようにしている。領域５０は、領域３７および
５１の間の接合面５２が領域５０に交わるのに十
分な深さにドーピングすることが望ましい。これ
は容易に達成される。第４図の構造は、ドーパン
ト形の別の選択により第３Ａ図〜第３Ｄ図に示し
た工程により達成されることは当業技術者には明
らかであろう。

従つて、構造物のほかの場所にドーピングした
寄生領域を作らずに半導体構造の酸化物モート又
はエピタキシヤル層の下に選択的にドーピングし
た埋込み層を形成するための改良された方法が本
発明により提供されていることは明らかである。
更に、本発明の工程は自己整合的であり、追加の
マスキング段階を必要とせず、更に酸化物モート
の準備のために必要なマスク整合（アラインメン
ト）段階をやり易くする。

本発明を特定の材料、構造、およびｎおよびｐ
形領域の図示の組合せによつて説明したが、本発
明の方法は詳細の点では異なるが主要な関係を保
持しているその他の組合せおよび多くの種類のデ
バイスの幾何学的形状および構造に用いて有用な
ことは当業技術者にとつては明らかであろう。従
つて、本発明の範囲内にあるそのようなすべての
変形を包含することが意図されている。