JP2006024758A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor device which can form an impurity diffused layer of proper characteristics at a low cost. <P>SOLUTION: A single-crystal silicon wafer is put into a thermal diffusion furnace, heated at 900-1,150°C in a mixed atmosphere of boron tribromide, nitrogen and oxygen of a p-type impurity, the boron is thermally diffused on the front surface of the wafer from the mixed atmosphere, and a boron diffusion layer is formed (boron deposition step). At this time, a boron silicate glass layer is formed on the diffused layer, and a boron silicide layer is formed between the glass layer and the diffused layer. Then, in a state held at 800-850°C, the silicide layer is burned by wet oxidation method in the mixed atmosphere of the oxygen and the hydrogen in the state held at 800-850°C, and an oxide film is formed in the interface between the glass layer and the diffused layer. The wafer taken out of the thermal diffusion furnace is treated with a hydrofluoric acid for 15-30 sec, thereby removing the glass layer and the oxide film. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は半導体装置の製造方法および半導体装置に係り、詳しくは、半導体層の表面に不純物を拡散させて不純物拡散層を形成した後に当該不純物拡散層表面の不要物を除去する工程を備えた半導体装置の製造方法と、その半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置とに関するものである。   The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device, and more particularly, a semiconductor including a step of removing impurities on the surface of the impurity diffusion layer after forming an impurity diffusion layer by diffusing impurities on the surface of the semiconductor layer. The present invention relates to a device manufacturing method and a semiconductor device manufactured by the semiconductor device manufacturing method.

従来より、半導体ウェハ（半導体基板）に不純物を拡散する方法として、半導体ウェハの主表面上に不純物を含有したガラス層を形成し、該ガラス層から不純物を前記半導体ウェーハ表層へ拡散して不純物拡散層を形成する不純物拡散層形成工程と、該不純物拡散層形成工程直後に、前記ガラス層と前記不純物拡散層との間に前記不純物の拡散ストッパーとなる酸化層を湿式酸化により形成する酸化層形成工程とを有する不純物拡散方法が提案されている（特許文献１参照）。   Conventionally, as a method of diffusing impurities in a semiconductor wafer (semiconductor substrate), a glass layer containing impurities is formed on the main surface of the semiconductor wafer, and impurities are diffused from the glass layer to the surface layer of the semiconductor wafer. Impurity diffusion layer forming step for forming a layer, and immediately after the impurity diffusion layer forming step, an oxide layer formation for forming an oxide layer serving as a diffusion stopper for the impurity between the glass layer and the impurity diffusion layer by wet oxidation An impurity diffusion method having a process has been proposed (see Patent Document 1).

特開２００３ー１７４２８号公報（第２〜７頁 図１〜図５）Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-17428 (pages 2-7, FIGS. 1-5)

特許文献１の技術には、ウェハ面内における不純物拡散層のシート抵抗（ρｓ）および拡散深さ（Ｘｊ）のバラツキを抑えるのが困難であるという欠点と、ウェハ全面の前記ガラス層を確実に除去するのが難しいという欠点とがある。
そこで、不純物を含む雰囲気中で半導体ウェハを加熱することにより、当該雰囲気から半導体ウェハ表面に不純物を熱拡散させる熱拡散法が用いられる。 In the technique of Patent Document 1, it is difficult to suppress variations in the sheet resistance (ρs) and diffusion depth (Xj) of the impurity diffusion layer in the wafer surface, and the glass layer on the entire wafer surface is surely secured. There is a drawback that it is difficult to remove.
Therefore, a thermal diffusion method is used in which a semiconductor wafer is heated in an atmosphere containing impurities to thermally diffuse the impurities from the atmosphere to the surface of the semiconductor wafer.

図３は、従来の不純物雰囲気中の熱拡散法において、ボロン（ホウ素）を含んだ雰囲気から単結晶シリコンウェハ（単結晶シリコン基板）にボロンを熱拡散させる際の各工程における温度および雰囲気を説明するための説明図である。
ウェハを熱拡散炉に入れ、まず、窒素（Ｎ２）と酸素（Ｏ２）の混合雰囲気中にて８００〜８５０℃でロードした後に昇温させる。
次に、Ｐ形不純物である三臭化ボロン（ＢＢｒ３）と窒素と酸素の混合雰囲気中にて９００〜１１５０℃で加熱し、その混合雰囲気からウェハ表面にボロンを熱拡散させてボロン拡散層（不純物拡散層）を形成する（ボロンデポジション工程）。 FIG. 3 illustrates the temperature and atmosphere in each step when boron is thermally diffused from a boron (boron) -containing atmosphere into a single crystal silicon wafer (single crystal silicon substrate) in a conventional thermal diffusion method in an impurity atmosphere. It is explanatory drawing for doing.
The wafer is put into a thermal diffusion furnace, and is first heated after being loaded at 800 to 850 ° C. in a mixed atmosphere of nitrogen (N 2 ) and oxygen (O 2 ).
Next, it is heated at 900 to 1150 ° C. in a mixed atmosphere of boron tribromide (BBr 3 ), which is a P-type impurity, and nitrogen and oxygen, and boron is thermally diffused from the mixed atmosphere to the wafer surface to form a boron diffusion layer. (Impurity diffusion layer) is formed (boron deposition step).

続いて、三臭化ボロンの供給を停止し、窒素と酸素の混合雰囲気中にて９００〜１１５０℃で熱拡散炉内をパージする。
そして、酸素の供給を停止し、窒素雰囲気中で降温させて８００〜８５０℃でアンロードした後に、熱拡散炉からウェハを取り出す。 Subsequently, the supply of boron tribromide is stopped, and the inside of the thermal diffusion furnace is purged at 900 to 1150 ° C. in a mixed atmosphere of nitrogen and oxygen.
Then, the supply of oxygen is stopped, the temperature is lowered in a nitrogen atmosphere and unloaded at 800 to 850 ° C., and then the wafer is taken out from the thermal diffusion furnace.

前記ボロンデポジション工程では、酸素とボロンとウェハのシリコンとが反応し、ウェハ上にボロンシリケートガラス層（Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）が形成される。
また、ボロンシリケートガラス層とウェハとの間には、ボロンを高濃度に含むボロンシリサイド層（Ｓｉx＋Ｂy）が形成される。 In the boron deposition process, oxygen, boron, and silicon of the wafer react to form a boron silicate glass layer (B 2 O 3 + SiO 2 ) on the wafer.
A boron silicide layer (Six + By) containing boron at a high concentration is formed between the boron silicate glass layer and the wafer.

このボロンシリケートガラス層およびボロンシリサイド層は、ウェハ上に何らかの部材（例えば、ＭＯＳ素子のゲート絶縁膜、エピタキシャル層、配線層など）を形成する際に邪魔になるため、完全に除去する必要がある。
例えば、ゲート絶縁膜として酸化膜を形成する場合には、ウェハ面内でボロンシリケートガラス層およびボロンシリサイド層が部分的に残存していると、ウェハ面内における酸化膜の膜厚バラツキが生じるため、ＭＯＳ素子の特性にもバラツキが生じることになる。 The boron silicate glass layer and the boron silicide layer interfere with the formation of any member (for example, a gate insulating film, an epitaxial layer, a wiring layer, etc. of a MOS element) on the wafer, and thus must be completely removed. .
For example, when an oxide film is formed as a gate insulating film, if the boron silicate glass layer and the boron silicide layer partially remain in the wafer surface, the thickness of the oxide film varies in the wafer surface. This also causes variations in the characteristics of the MOS elements.

そこで、従来は、ボロンシリケートガラス層およびボロンシリサイド層を除去するため、熱拡散炉から取り出したウェハを、まず、フッ酸で１５〜３０秒間処理（第１フッ酸処理工程）し、次に、高温（１００±２０℃）の硝酸で１０〜３０分間処理し（硝酸ボイル処理工程）、再び、フッ酸で１５〜３０秒間処理（第２フッ酸処理工程）していた。   Therefore, conventionally, in order to remove the boron silicate glass layer and the boron silicide layer, the wafer taken out from the thermal diffusion furnace is first treated with hydrofluoric acid for 15 to 30 seconds (first hydrofluoric acid treatment step), and then It was treated with nitric acid at a high temperature (100 ± 20 ° C.) for 10 to 30 minutes (nitric acid boil treatment step) and again with hydrofluoric acid for 15 to 30 seconds (second hydrofluoric acid treatment step).

このように第１フッ酸処理工程と硝酸ボイル処理工程と第２フッ酸処理工程とを順次行わないと、ウェハ全面のボロンシリケートガラス層およびボロンシリサイド層を完全に除去することはできない。
そのため、ボロンシリケートガラス層およびボロンシリサイド層を除去する工程数が多く、その除去工程全体に長い時間がかかるため、製造コストが増大するという問題があった。 As described above, unless the first hydrofluoric acid treatment step, the nitric acid boil treatment step, and the second hydrofluoric acid treatment step are sequentially performed, the boron silicate glass layer and the boron silicide layer on the entire surface of the wafer cannot be completely removed.
For this reason, the number of steps for removing the boron silicate glass layer and the boron silicide layer is large, and the entire removal step takes a long time, resulting in an increase in manufacturing cost.

本発明は上記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、良好な特性の不純物拡散層を形成可能な半導体装置の製造方法を低コストに提供することにある。
また、本発明の別の目的は、良好な特性の不純物拡散層を備えた半導体装置を低コストに提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming an impurity diffusion layer having good characteristics at a low cost.
Another object of the present invention is to provide a semiconductor device including an impurity diffusion layer having good characteristics at low cost.

請求項１に記載の発明は、半導体層の表面に不純物を拡散させて不純物拡散層を形成する第１工程と、ウェット酸化法を用い、前記不純物拡散層の表面に酸化膜を形成する第２工程と、前記不純物拡散層の表面の不要物を除去する第３工程とを備えた半導体装置の製造方法であって、前記第１工程では、前記不純物拡散層の表面にガラス層が形成され、前記第２工程では、前記ガラス層と前記不純物拡散層との界面に前記酸化膜が形成され、前記第３工程では、前記ガラス層および前記酸化膜が前記不要物として除去されることを技術的特徴とする。   According to the first aspect of the present invention, a first step of forming an impurity diffusion layer by diffusing impurities on the surface of the semiconductor layer, and a second step of forming an oxide film on the surface of the impurity diffusion layer using a wet oxidation method. A method of manufacturing a semiconductor device comprising a step and a third step of removing unnecessary substances on the surface of the impurity diffusion layer, wherein in the first step, a glass layer is formed on the surface of the impurity diffusion layer; In the second step, the oxide film is formed at an interface between the glass layer and the impurity diffusion layer, and in the third step, the glass layer and the oxide film are removed as the unnecessary substances. Features.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記第１工程では、不純物を含んだ雰囲気から前記半導体層に当該不純物を熱拡散させることを技術的特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device manufacturing method according to the first aspect, in the first step, the impurity is thermally diffused from the atmosphere containing the impurity into the semiconductor layer. To do.

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、前記不純物はボロンであり、前記半導体層はシリコン層であることを技術的特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the second aspect, the impurity is boron, and the semiconductor layer is a silicon layer.

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、前記ウェット酸化法は、酸素雰囲気中に水蒸気を含ませて酸化を行うバーニング酸化法であることを技術的特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the first to third aspects, the wet oxidation method is a burning oxidation method in which water vapor is included in an oxygen atmosphere to perform oxidation. This is a technical feature.

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置を技術的特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a technical feature of a semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the first to fourth aspects.

（請求項１）
請求項１の発明では、第２工程で形成された酸化膜が、第３工程において半導体層からガラス層を除去する際の剥離層として機能する。そして、酸化膜についても第３工程で容易に除去可能である。そのため、第３工程にて半導体層全面のガラス層およ酸化膜を容易かつ完全に除去できることに加え、第３工程の処理時間を短縮化できる。
従って、請求項１の発明によれば、半導体層に不純物拡散層を形成して当該不純物拡散層を露出させるまでの全工程の処理時間を短縮化できることに加え、第３工程で手間のかかる硝酸ボイル処理を行う必要がないため、製造コストを大幅に削減できる。
さらに、第３工程で硝酸ボイル処理を行わないため、硝酸ボイル処理で使用した硝酸を廃棄する際に環境に悪影響を与えるのを回避できる。 (Claim 1)
In the invention of claim 1, the oxide film formed in the second step functions as a release layer when the glass layer is removed from the semiconductor layer in the third step. The oxide film can also be easily removed in the third step. For this reason, the glass layer and the oxide film on the entire surface of the semiconductor layer can be easily and completely removed in the third step, and the processing time of the third step can be shortened.
Therefore, according to the invention of claim 1, in addition to shortening the processing time of all the steps from forming the impurity diffusion layer in the semiconductor layer to exposing the impurity diffusion layer, nitric acid which is troublesome in the third step Since it is not necessary to perform boil processing, manufacturing costs can be greatly reduced.
Further, since the nitric acid boil treatment is not performed in the third step, it is possible to avoid adversely affecting the environment when the nitric acid used in the nitric acid boil treatment is discarded.

また、請求項１の発明では、ガラス層を完全に除去して不純物拡散層を確実に露出させることが可能であるため、半導体層（不純物拡散層）上に何らかの部材を形成するのに障害とならない。
そして、第３工程で露出した不純物拡散層の表面には荒れや欠陥が無く特性が良好であるため、その不純物拡散層を用いて形成された素子の特性をも良好にすることができる。
従って、請求項１の発明によれば、良好な特性の不純物拡散層を形成可能な半導体装置の製造方法が得られる。 Further, in the invention of claim 1, since it is possible to completely remove the glass layer and to expose the impurity diffusion layer, it is an obstacle to forming any member on the semiconductor layer (impurity diffusion layer). Don't be.
Since the surface of the impurity diffusion layer exposed in the third step has no roughness or defects and has good characteristics, the characteristics of the element formed using the impurity diffusion layer can also be improved.
Therefore, according to the first aspect of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming an impurity diffusion layer having good characteristics can be obtained.

（請求項２）
請求項２の発明によれば、不純物を含んだ雰囲気から半導体層に当該不純物を熱拡散させるため、特許文献１の技術に比べて、半導体層面内における不純物拡散層のシート抵抗および拡散深さのバラツキを抑えることが可能になり、請求項１の発明の効果を更に高めることができる。 (Claim 2)
According to the invention of claim 2, since the impurity is thermally diffused from the atmosphere containing the impurity into the semiconductor layer, the sheet resistance and the diffusion depth of the impurity diffusion layer in the semiconductor layer surface are compared with the technique of Patent Document 1. Variations can be suppressed, and the effect of the invention of claim 1 can be further enhanced.

（請求項３）
請求項３の発明では、第１工程において不純物拡散層としてボロン拡散層を形成する際に、ボロン拡散層上にボロンシリケートガラス層が形成される。また、ボロンシリケートガラス層とボロン拡散層との間には、ボロンを高濃度に含むボロンシリサイド層が形成される。
そして、第２工程において、ウェット酸化法によってボロンシリサイド層が燃焼され、ボロンシリケートガラス層とボロン拡散層との界面に二酸化ケイ素の酸化膜が形成される。
この酸化膜は、第３工程においてボロン拡散層とボロンシリケートガラス層との剥離層として機能する。 (Claim 3)
In the invention of claim 3, when the boron diffusion layer is formed as the impurity diffusion layer in the first step, a boron silicate glass layer is formed on the boron diffusion layer. In addition, a boron silicide layer containing boron at a high concentration is formed between the boron silicate glass layer and the boron diffusion layer.
In the second step, the boron silicide layer is burned by the wet oxidation method, and a silicon dioxide oxide film is formed at the interface between the boron silicate glass layer and the boron diffusion layer.
This oxide film functions as a release layer between the boron diffusion layer and the boron silicate glass layer in the third step.

そのため、第３工程で短時間（１５〜３０秒間）のフッ酸処理を行うだけで、半導体層全面のボロンシリケートガラス層を完全に除去することができる。そして、二酸化ケイ素の酸化膜についても短時間のフッ酸処理により容易に除去可能である。
従って、請求項３の発明によれば、請求項２の発明の効果を確実に得ることができる。 Therefore, the boron silicate glass layer on the entire surface of the semiconductor layer can be completely removed only by performing hydrofluoric acid treatment for a short time (15 to 30 seconds) in the third step. The silicon dioxide oxide film can also be easily removed by a short hydrofluoric acid treatment.
Therefore, according to the invention of claim 3, the effect of the invention of claim 2 can be obtained with certainty.

（請求項４）
請求項４の発明では、ウェット酸化法として酸素雰囲気中に水蒸気を含ませて酸化を行うバーニング酸化法を用いるため、第１工程から第３工程を熱拡散炉内に供給するガスを切り替えるだけで容易に実施することが可能であり、従来の熱拡散装置をそのまま使用すればよく装置に手を加える必要もない。
従って、請求項４の発明によれば、製造コストを確実に削減できる。 (Claim 4)
In the invention of claim 4, since the burning oxidation method in which water vapor is included in an oxygen atmosphere is used as the wet oxidation method, only the gas supplied from the first step to the third step in the thermal diffusion furnace is switched. This can be easily implemented, and a conventional heat diffusion device can be used as it is, and there is no need to modify the device.
Therefore, according to the invention of claim 4, the manufacturing cost can be surely reduced.

（請求項５）
請求項５の発明によれば、請求項１〜４の発明の作用・効果により、良好な特性の不純物拡散層を備えた半導体装置を低コストに得ることができる。 (Claim 5)
According to the fifth aspect of the present invention, the semiconductor device including the impurity diffusion layer having good characteristics can be obtained at low cost by the operation and effect of the first to fourth aspects of the invention.

（用語の説明）
尚、上述した［課題を解決するための手段］に記載した構成要素と、後述する［発明を実施するための最良の形態］に記載した構成部材との対応関係は以下のようになっている。 (Explanation of terms)
The correspondence between the constituent elements described in [Means for Solving the Problems] described above and the constituent members described in [Best Mode for Carrying Out the Invention] described below is as follows. .

「半導体層」および「シリコン層」は、単結晶シリコンウェハ１１に該当する。
「ガラス層」は、ボロンシリケートガラス層１３に該当する。
「第１工程」は、工程１〜工程３に該当する。
「第２工程」は、工程７に該当する。
「第３工程」は、工程９に該当する。 The “semiconductor layer” and “silicon layer” correspond to the single crystal silicon wafer 11.
The “glass layer” corresponds to the boron silicate glass layer 13.
The “first step” corresponds to step 1 to step 3.
The “second process” corresponds to the process 7.
The “third process” corresponds to the process 9.

図１は、本発明を具体化した一実施形態において、ボロン（ホウ素）を含んだ雰囲気から単結晶シリコンウェハ（単結晶シリコン基板）にボロンを熱拡散させる際の各工程における温度および雰囲気を説明するための説明図である。
図２は、図１における各工程を説明するための単結晶シリコンウェハの概略断面図である。 FIG. 1 illustrates the temperature and atmosphere in each step when boron is thermally diffused from a boron (boron) -containing atmosphere into a single crystal silicon wafer (single crystal silicon substrate) in an embodiment embodying the present invention. It is explanatory drawing for doing.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a single crystal silicon wafer for explaining each step in FIG.

工程１（図２（Ａ））：単結晶シリコンウェハ１１を熱拡散炉に入れ、窒素（Ｎ２）と酸素（Ｏ２）の混合雰囲気中にて８００〜８５０℃でロードする。
工程２：窒素と酸素の混合雰囲気中にて９００〜１１５０℃まで昇温させる。 Step 1 (FIG. 2A): The single crystal silicon wafer 11 is placed in a thermal diffusion furnace and loaded at 800 to 850 ° C. in a mixed atmosphere of nitrogen (N 2 ) and oxygen (O 2 ).
Process 2: It heats up to 900-1150 degreeC in the mixed atmosphere of nitrogen and oxygen.

工程３（図２（Ｂ））：Ｐ形不純物である三臭化ボロン（ＢＢｒ３）を供給し、三臭化ボロンと窒素と酸素の混合雰囲気中にて９００〜１１５０℃で加熱し、その混合雰囲気からウェハ１１表面にボロンを熱拡散させてボロン拡散層（不純物拡散層）１２を形成する（ボロンデポジション工程）。
このとき、酸素とボロンとウェハ１１のシリコンとが反応し、ボロン拡散層１２上にボロンシリケートガラス層（ＢＳＧ：Boron Silicate Glass：Ｂ2Ｏ3＋ＳｉＯ2）１３が形成される。
また、ボロンシリケートガラス層１３とボロン拡散層１２との間には、ボロンを高濃度に含むボロンシリサイド層（Ｓｉx＋Ｂy）１４が形成される。 Step 3 (FIG. 2B): P-type impurity boron tribromide (BBr 3 ) is supplied and heated at 900 to 1150 ° C. in a mixed atmosphere of boron tribromide, nitrogen, and oxygen. Boron is thermally diffused from the mixed atmosphere to the surface of the wafer 11 to form a boron diffusion layer (impurity diffusion layer) 12 (boron deposition step).
At this time, oxygen, boron, and silicon of the wafer 11 react to form a boron silicate glass layer (BSG: Boron Silicate Glass: B 2 O 3 + SiO 2 ) 13 on the boron diffusion layer 12.
Further, between the boron silicate glass layer 13 and the boron diffusion layer 12, a boron silicide layer (Six + By) 14 containing boron at a high concentration is formed.

工程４：三臭化ボロンの供給を停止し、９００〜１１５０℃に保持した状態で窒素と酸素の混合雰囲気中にて熱拡散炉内をパージする。
工程５：酸素の供給を停止し、窒素雰囲気中で８００〜８５０℃まで降温させる。
工程６：８００〜８５０℃に保持した状態で熱拡散炉内を窒素雰囲気から酸素雰囲気に置換する。 Process 4: The supply of boron tribromide is stopped, and the inside of the thermal diffusion furnace is purged in a mixed atmosphere of nitrogen and oxygen while being maintained at 900 to 1150 ° C.
Process 5: Supply of oxygen is stopped and the temperature is lowered to 800 to 850 ° C. in a nitrogen atmosphere.
Process 6: The inside of a thermal diffusion furnace is substituted from nitrogen atmosphere to oxygen atmosphere in the state hold | maintained at 800-850 degreeC.

工程７（図２（Ｃ））：８００〜８５０℃に保持した状態で熱拡散炉内へ酸素に加えて水素（Ｈ２）を供給し、酸素と水素の混合雰囲気中のウェット酸化法（湿式酸化法）により、ボロンシリサイド層１４を燃焼させ、ボロンシリケートガラス層１３とボロン拡散層１２との界面に二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の酸化膜１５を形成する。
尚、酸素と水素の混合雰囲気中のウェット酸化法とは、酸素雰囲気中に水蒸気を含ませて酸化を行う方法であり、バーニング酸化法とも呼ばれる。 Step 7 (FIG. 2 (C)): Hydrogen (H 2 ) is supplied into the thermal diffusion furnace in addition to oxygen while maintaining the temperature at 800 to 850 ° C., and a wet oxidation method (wet process) in a mixed atmosphere of oxygen and hydrogen The boron silicide layer 14 is burned by an oxidation method, and an oxide film 15 of silicon dioxide (SiO 2 ) is formed at the interface between the boron silicate glass layer 13 and the boron diffusion layer 12.
The wet oxidation method in a mixed atmosphere of oxygen and hydrogen is a method in which water vapor is included in an oxygen atmosphere to oxidize, and is also called a burning oxidation method.

工程８：酸素の供給を停止し、８００〜８５０℃に保持した状態で窒素雰囲気中にてアンロードした後に、熱拡散炉からウェハを取り出す。
工程９（図２（Ｄ））：熱拡散炉から取り出したウェハ１１をフッ酸で１５〜３０秒間処理することにより、ボロンシリケートガラス層１３および酸化膜１５を除去する。
その結果、ボロン拡散層１２が表面に形成された単結晶シリコンウェハ１１が得られる。 Step 8: The supply of oxygen is stopped, the wafer is taken out from the thermal diffusion furnace after being unloaded in a nitrogen atmosphere while being kept at 800 to 850 ° C.
Step 9 (FIG. 2D): The boron silicate glass layer 13 and the oxide film 15 are removed by treating the wafer 11 taken out of the thermal diffusion furnace with hydrofluoric acid for 15 to 30 seconds.
As a result, the single crystal silicon wafer 11 having the boron diffusion layer 12 formed on the surface is obtained.

［実施形態の作用・効果］
本実施形態によれば、以下の作用・効果を得ることができる。 [Operations and effects of the embodiment]
According to this embodiment, the following actions and effects can be obtained.

［１］
工程７（図２（Ｃ））において、酸素と水素の混合雰囲気中のウェット酸化により酸化膜１５が形成される。
この酸化膜１５は、工程９においてフッ酸処理を行う際に、ウェハ１１表面のボロン拡散層１２とボロンシリケートガラス層１３との剥離層として機能する。
そのため、本実施形態によれば、工程９における１５〜３０秒間の短時間のフッ酸処理により、ウェハ１１全面のボロンシリケートガラス層１３を完全に除去することができる。
そして、二酸化ケイ素の酸化膜１５についても短時間のフッ酸処理により容易に除去可能である。 [1]
In step 7 (FIG. 2C), an oxide film 15 is formed by wet oxidation in a mixed atmosphere of oxygen and hydrogen.
The oxide film 15 functions as a peeling layer between the boron diffusion layer 12 and the boron silicate glass layer 13 on the surface of the wafer 11 when hydrofluoric acid treatment is performed in Step 9.
Therefore, according to the present embodiment, the boron silicate glass layer 13 on the entire surface of the wafer 11 can be completely removed by a short hydrofluoric acid treatment for 15 to 30 seconds in Step 9.
The silicon dioxide oxide film 15 can be easily removed by a short hydrofluoric acid treatment.

［２］
工程３（ボロンデポジション工程）において、ボロンの熱拡散は、処理温度と処理時間に依存するが、主に処理温度によって制御することが可能である。
すなわち、処理温度を高い温度条件（高温条件）に設定すれば（例えば、１０００〜１１５０℃）、ボロン拡散層１２のボロン濃度を高くしてシート抵抗（ρｓ）を小さくできる。
また、処理温度を低い温度条件（低温条件）に設定すれば（例えば、９００〜１０００℃）、ボロン拡散層１２のボロン濃度を低くしてシート抵抗を大きくできる。 [2]
In step 3 (boron deposition step), the thermal diffusion of boron depends on the processing temperature and the processing time, but can be controlled mainly by the processing temperature.
That is, if the processing temperature is set to a high temperature condition (high temperature condition) (for example, 1000 to 1150 ° C.), the boron concentration of the boron diffusion layer 12 can be increased and the sheet resistance (ρs) can be decreased.
Further, if the processing temperature is set to a low temperature condition (low temperature condition) (for example, 900 to 1000 ° C.), the boron concentration of the boron diffusion layer 12 can be lowered to increase the sheet resistance.

工程７（ウェット酸化工程）では、工程３（ボロンデポジション工程）の温度条件に合わせてウェット酸化の処理時間を設定することにより、工程９（フッ酸処理工程）におけるボロンシリケートガラス層１３の除去効果を高めることができる。   In step 7 (wet oxidation step), the boron silicate glass layer 13 is removed in step 9 (hydrofluoric acid treatment step) by setting the wet oxidation treatment time in accordance with the temperature conditions in step 3 (boron deposition step). The effect can be enhanced.

すなわち、工程３が高温条件の場合には、工程７を長時間（例えば、３〜５分間）に設定すれば、工程９にてボロンシリケートガラス層１３を完全に除去できる。
また、工程３が低温条件の場合には、工程７を短時間（例えば、１〜３分間）に設定しても、工程９にてボロンシリケートガラス層１３を完全に除去できる。
つまり、工程７におけるウェット酸化の処理時間は、工程９にてボロンシリケートガラス層１３を完全に除去できるように、工程３の処理温度に合わせて、カット・アンド・トライで実験的に最適値を見つけて設定すればよい。 That is, when the process 3 is under high temperature conditions, the boron silicate glass layer 13 can be completely removed in the process 9 by setting the process 7 for a long time (for example, 3 to 5 minutes).
Moreover, when the process 3 is a low temperature condition, even if the process 7 is set to a short time (for example, 1 to 3 minutes), the boron silicate glass layer 13 can be completely removed in the process 9.
In other words, the wet oxidation treatment time in step 7 is experimentally optimized by cut-and-try in accordance with the treatment temperature of step 3 so that the boron silicate glass layer 13 can be completely removed in step 9. Find and set.

［３］
図３に示す従来技術に対して、図１に示す本実施形態では、工程６（酸素置換工程）と工程７（ウェット酸化工程）を設けるだけである。
そして、工程６および工程７は、熱拡散炉内に供給するガスを切り替えるだけで容易に実施することが可能であり、従来の熱拡散装置をそのまま使用すればよく装置に手を加える必要もない。 [3]
In contrast to the prior art shown in FIG. 3, in the present embodiment shown in FIG. 1, only step 6 (oxygen replacement step) and step 7 (wet oxidation step) are provided.
Steps 6 and 7 can be easily carried out simply by switching the gas supplied into the heat diffusion furnace, and the conventional heat diffusion device can be used as it is, and there is no need to modify the device. .

［４］
工程６（酸素置換工程）の処理時間は数十秒であり、工程７（ウェット酸化工程）の処理時間は前記［２］のように１〜５分間である。
そのため、図３に示す従来技術に対して、図１に示す本実施形態では全体の処理時間が２〜６分間程度長くなるだけである。 [4]
The process time of the process 6 (oxygen replacement process) is several tens of seconds, and the process time of the process 7 (wet oxidation process) is 1 to 5 minutes as described in [2].
Therefore, compared with the prior art shown in FIG. 3, the present embodiment shown in FIG. 1 only increases the overall processing time by about 2 to 6 minutes.

そして、従来技術では、ボロンシリケートガラス層１３およびボロンシリサイド層１４を除去するため、前記のように第１フッ酸処理工程（１５〜３０秒間）と硝酸ボイル処理工程（１０〜３０分間）と第２フッ酸処理工程（１５〜３０秒間）とを順次行わなければならない。
それに対して、本実施形態では、工程９で１回のフッ酸処理を１５〜３０秒間行うだけでよい。 In the prior art, in order to remove the boron silicate glass layer 13 and the boron silicide layer 14, as described above, the first hydrofluoric acid treatment step (15 to 30 seconds), the nitric acid boil treatment step (10 to 30 minutes), and the first The two hydrofluoric acid treatment steps (15-30 seconds) must be performed sequentially.
On the other hand, in this embodiment, it is only necessary to perform one hydrofluoric acid treatment in Step 9 for 15 to 30 seconds.

従って、本実施形態によれば、従来技術に比べて、ボロン拡散層１２の形成からボロン拡散層１２を露出させるまでの全工程の処理時間を数十分間も短縮することが可能になる。
そして、本実施形態では、工程９において手間のかかる硝酸ボイル処理を行わないため、前記［３］の作用・効果と相まって製造コストを大幅に削減できる。
さらに、本実施形態では、工程９で硝酸ボイル処理を行わないため、硝酸ボイル処理で使用した硝酸を廃棄する際に環境に悪影響を与えるのを回避できる。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to shorten the processing time of all the steps from the formation of the boron diffusion layer 12 to the exposure of the boron diffusion layer 12 by several tens of minutes as compared with the prior art.
And in this embodiment, since the nitric acid boiling process which does not require a trouble in process 9 is performed, a manufacturing cost can be reduced significantly combined with the effect | action and effect of said [3].
Furthermore, in this embodiment, since the nitric acid boil treatment is not performed in step 9, it is possible to avoid adversely affecting the environment when the nitric acid used in the nitric acid boil treatment is discarded.

［５］
ボロンシリケートガラス層１３およびボロンシリサイド層１４は、ウェハ１１（ボロン拡散層１２）上に何らかの部材（例えば、ＭＯＳ素子のゲート絶縁膜、エピタキシャル層、配線層など）を形成する際に邪魔になるため、完全に除去する必要がある。
例えば、ゲート絶縁膜として酸化膜を形成する場合には、ウェハ１１面内で各層１３，１４が部分的に残存していると、ウェハ１１面内における当該酸化膜の膜厚バラツキが生じるため、ＭＯＳ素子の特性にもバラツキが生じることになる。
本実施形態では、各層１３，１４を完全に除去してウェハ１１全面のボロン拡散層１２を確実に露出させることが可能であるため、ウェハ１１（ボロン拡散層１２）上に何らかの部材を形成するのに障害とならない。 [5]
The boron silicate glass layer 13 and the boron silicide layer 14 become an obstacle when forming any member (for example, a gate insulating film, an epitaxial layer, a wiring layer, etc. of a MOS element) on the wafer 11 (boron diffusion layer 12). Need to be completely removed.
For example, when an oxide film is formed as a gate insulating film, if the respective layers 13 and 14 partially remain in the wafer 11 surface, the thickness of the oxide film varies in the wafer 11 surface. There will also be variations in the characteristics of the MOS elements.
In this embodiment, it is possible to completely remove the layers 13 and 14 to expose the boron diffusion layer 12 on the entire surface of the wafer 11, so that some member is formed on the wafer 11 (boron diffusion layer 12). It will not be an obstacle.

また、各層１３〜１５が除去されて露出したボロン拡散層１２の表面には荒れや欠陥が無く特性が良好であるため、ボロン拡散層１２を用いて形成された素子の特性をも良好にすることができる。   Further, since the surface of the boron diffusion layer 12 exposed by removing the layers 13 to 15 is free from roughness and defects and has good characteristics, the characteristics of the element formed using the boron diffusion layer 12 are also improved. be able to.

そして、本実施形態では、工程３において、三臭化ボロンを含む雰囲気中でウェハ１１を加熱することにより、当該雰囲気からウェハ１１表面にボロンを熱拡散させる熱拡散法を用いるため、特許文献１の技術に比べて、ウェハ１１面内におけるボロン拡散層１２のシート抵抗（ρｓ）および拡散深さ（Ｘｊ）のバラツキを抑えることができる。
従って、本実施形態によれば、良好な特性のボロン拡散層１２を備えた単結晶シリコンウェハ１１が得られ、その良好な特性のボロン拡散層１２を形成可能な製造方法をも得られる。 In this embodiment, in Step 3, since the wafer 11 is heated in an atmosphere containing boron tribromide to thermally diffuse boron from the atmosphere to the surface of the wafer 11, a thermal diffusion method is used. Compared with this technique, variations in the sheet resistance (ρs) and diffusion depth (Xj) of the boron diffusion layer 12 in the wafer 11 plane can be suppressed.
Therefore, according to this embodiment, the single crystal silicon wafer 11 provided with the boron diffusion layer 12 having good characteristics can be obtained, and a manufacturing method capable of forming the boron diffusion layer 12 having good characteristics can also be obtained.

［６］
工程７（ウェット酸化工程）の処理温度は、８００〜８５０℃に設定することにより、ボロンシリサイド層１４を完全に燃焼させ、工程９における前記剥離層として機能するのに十分な膜厚の酸化膜１５を形成することができる。
尚、工程７の処理温度を前記温度範囲より高く設定するとボロン拡散層１２の表面を荒らすおそれがあり、逆に低く設定すると十分な膜厚の酸化膜１５を形成できなくなって工程９の処理時間を増大させるおそれがある。 [6]
By setting the processing temperature in step 7 (wet oxidation step) to 800 to 850 ° C., the boron silicide layer 14 is completely burned, and an oxide film having a film thickness sufficient to function as the release layer in step 9 15 can be formed.
If the processing temperature in step 7 is set higher than the above temperature range, the surface of the boron diffusion layer 12 may be roughened. If the processing temperature is set lower, the oxide film 15 having a sufficient film thickness cannot be formed, and the processing time in step 9 is reduced. May increase.

［７］
第１〜第４工程で雰囲気に窒素を供給するのは、ウェハ１１表面が荒れるのを防止するためである。
また、第６工程で酸素雰囲気に置換するのは、熱拡散炉内で爆発が起こるのを防止するためである。 [7]
The reason why nitrogen is supplied to the atmosphere in the first to fourth steps is to prevent the surface of the wafer 11 from becoming rough.
The reason why the oxygen atmosphere is replaced in the sixth step is to prevent an explosion from occurring in the thermal diffusion furnace.

［８］
特許文献１には、不純物拡散層形成工程直後に酸化層（酸化膜）を湿式酸化により形成する酸化層形成工程を設けることが記載されている。
しかし、特許文献１の酸化膜は、半導体ウェハ上に形成したガラス層から半導体ウェハ表層へ不純物を拡散させる際の拡散ストッパーとして機能するものである。そして、特許文献１には、本実施形態の前記［１］のように、酸化膜１５をボロンシリケートガラス層１３をフッ酸処理で除去する際の剥離層として機能させることについて、一切記載されておらず示唆すらもされていない。
従って、特許文献１に基づいて本実施形態を想到することは、例え当業者といえども困難であり、本実施形態の作用・効果（前記［１］〜［７］）を予測し得るものではない。 [8]
Patent Document 1 describes that an oxide layer forming step for forming an oxide layer (oxide film) by wet oxidation is provided immediately after the impurity diffusion layer forming step.
However, the oxide film of Patent Document 1 functions as a diffusion stopper when impurities are diffused from the glass layer formed on the semiconductor wafer to the surface layer of the semiconductor wafer. Patent Document 1 describes at all how the oxide film 15 functions as a release layer when the boron silicate glass layer 13 is removed by hydrofluoric acid treatment as in [1] of this embodiment. There is no suggestion.
Therefore, it is difficult for a person skilled in the art to arrive at the present embodiment based on Patent Document 1, and the actions and effects (the above [1] to [7]) of the present embodiment cannot be predicted. Absent.

［別の実施形態］
ところで、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。 [Another embodiment]
By the way, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be embodied as follows, and even in that case, operations and effects equivalent to or higher than those of the above-described embodiment can be obtained.

（１）上記実施形態では、単結晶シリコンウェハ１１に不純物拡散層としてボロン拡散層１２を形成している。
しかし、本発明は、単結晶シリコンウェハに限らず、どのような半導体層（例えば、エピタキシャル法によって形成された単結晶，多結晶，非晶質のシリコン層、ガリウムヒ素などの適宜な半導体基板など）に不純物拡散層を形成する技術に適用してもよい。 (1) In the above embodiment, the boron diffusion layer 12 is formed as the impurity diffusion layer in the single crystal silicon wafer 11.
However, the present invention is not limited to a single crystal silicon wafer, but any semiconductor layer (for example, a single crystal, polycrystalline, amorphous silicon layer formed by an epitaxial method, an appropriate semiconductor substrate such as gallium arsenide, etc.) ) May be applied to a technique for forming an impurity diffusion layer.

（２）上記実施形態では、Ｐ形不純物として三臭化ボロンを使用したが、他のＰ形不純物やＮ形不純物を用いてもよい。   (2) In the above embodiment, boron tribromide is used as the P-type impurity, but other P-type impurities and N-type impurities may be used.

（３）上記実施形態では、ボロンを含んだ雰囲気から単結晶シリコンウェハ１１にボロンを熱拡散させてボロン拡散層１２を形成している。
しかし、本発明は、半導体層上に不純物を含んだガラス層を形成し、そのガラス層から半導体層表面に不純物を熱拡散させて不純物拡散層を形成する技術に適用してもよく、その場合にも上記実施形態と同様に、不純物拡散層の形成後にウェット酸化法を用いて不純物拡散層表面に酸化膜を形成すればよい。 (3) In the above embodiment, the boron diffusion layer 12 is formed by thermally diffusing boron into the single crystal silicon wafer 11 from the atmosphere containing boron.
However, the present invention may be applied to a technique for forming an impurity diffusion layer by forming a glass layer containing impurities on a semiconductor layer and thermally diffusing impurities from the glass layer to the surface of the semiconductor layer. Similarly to the above embodiment, an oxide film may be formed on the surface of the impurity diffusion layer by using a wet oxidation method after the formation of the impurity diffusion layer.

本発明を具体化した一実施形態において、ボロンを含んだ雰囲気から単結晶シリコンウェハにボロンを熱拡散させる際の各工程における温度および雰囲気を説明するための説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining temperatures and atmospheres in each process when boron is thermally diffused from a boron-containing atmosphere to a single crystal silicon wafer in an embodiment embodying the present invention. 図１における各工程を説明するための単結晶シリコンウェハの概略断面図。The schematic sectional drawing of the single crystal silicon wafer for demonstrating each process in FIG. 従来の不純物雰囲気中の熱拡散法において、ボロンを含んだ雰囲気から単結晶シリコンウェハにボロンを熱拡散させる際の各工程における温度および雰囲気を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the temperature and atmosphere in each process at the time of carrying out the thermal diffusion of the boron to the single crystal silicon wafer from the atmosphere containing boron in the conventional thermal diffusion method in an impurity atmosphere.

符号の説明Explanation of symbols

１１…単結晶シリコン基板
１２…ボロン拡散層
１３…ボロンシリケートガラス層
１４…ボロンシリサイド層
１５…酸化膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Single crystal silicon substrate 12 ... Boron diffusion layer 13 ... Boron silicate glass layer 14 ... Boron silicide layer 15 ... Oxide film

Claims (5)

半導体層の表面に不純物を拡散させて不純物拡散層を形成する第１工程と、
ウェット酸化法を用い、前記不純物拡散層の表面に酸化膜を形成する第２工程と、
前記不純物拡散層の表面の不要物を除去する第３工程と
を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記第１工程では、前記不純物拡散層の表面にガラス層が形成され、
前記第２工程では、前記ガラス層と前記不純物拡散層との界面に前記酸化膜が形成され、
前記第３工程では、前記ガラス層および前記酸化膜が前記不要物として除去されることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first step of diffusing impurities on the surface of the semiconductor layer to form an impurity diffusion layer;
A second step of forming an oxide film on the surface of the impurity diffusion layer using a wet oxidation method;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a third step of removing unnecessary substances on the surface of the impurity diffusion layer,
In the first step, a glass layer is formed on the surface of the impurity diffusion layer,
In the second step, the oxide film is formed at the interface between the glass layer and the impurity diffusion layer,
In the third step, the glass layer and the oxide film are removed as the unnecessary substances. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１工程では、不純物を含んだ雰囲気から前記半導体層に当該不純物を熱拡散させることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
In the first step, the impurity is thermally diffused from the atmosphere containing the impurity into the semiconductor layer. 請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記不純物はボロンであり、前記半導体層はシリコン層であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 2,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the impurity is boron, and the semiconductor layer is a silicon layer. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ウェット酸化法は、酸素雰囲気中に水蒸気を含ませて酸化を行うバーニング酸化法であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device of any one of Claims 1-3,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the wet oxidation method is a burning oxidation method in which water vapor is included in an oxygen atmosphere to perform oxidation. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法によって製造されたことを特徴とする半導体装置。   A semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
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