JPS60198813A - 半導体への不純物拡散法 - 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） 本発明は半導体への不純物拡散法に関する。

（従来技術とその問題点） 半導体材料の電気的性質を制御するため半導体基板や半
導体薄膜の所定の領域に所定の不純物を導入する必要が
ある。従来から用いられている拡散を用いた半導体への
不純物の導入法は、（Ｉ）第１図（ａ）に示した如く、
半導体１１の表面に設けられた拡散マスク１２に不純物
を拡散すべき領域において開口１３を設け、該開口１３
を気体または固体の拡散源に直接接触させて不純物を拡
散させることによシ該開ロ部１３の半導体表面領域に不
純物拡散領域１４を形成する方法、（２）第１図（ｂ）
に示す如く、第１図ａにおける開口部１３の半導体表面
に薄膜１２′（マスク１２と同一材料でなくてもよい）
を形成した後該薄膜１２′の厚さ方向に不純物を拡散貫
通させ開口部１３の半導体表面領域に不純物拡散領域１
４を形成する方法、の２つに大別できる。後者の方法に
おいては、薄膜１２′が拡散マスク性材料の場合には数
百Å以下の極〈薄い膜でなければならないし、該薄膜１
２′が多結晶シリコンの様に非拡散マスク性の場合にお
いても高々数千久の薄膜を膜厚方向に貫通させて該薄膜
と半導体との接触部直下部に不純物を拡散させていたに
過ぎない。すなわち、いずれの方法においても不純物拡
散領域１４は開口１３直下の部分に殆ど限定されておシ
、開口１３から横方向に拡散しマスク１２下に形成され
た不純物拡散領域りは極めて小さい。これは、縦方向と
横方向との拡散機構が同一であるためである。従って横
方向の拡散長りは縦方向の拡散長Ｘ、と同等またはそれ
以下にしかならないため、従来の半導体装置の製造方法
においては、横方向の不純物拡散を意識的に応用した場
合においても開口端からの横方向拡散長りは実用的には
精精数千又の範囲に限定されていた。

即ち、従来の拡散法においては、不純物を拡散すべき領
域上には実質的にそれと同じ大きさの開口を設ける必要
があった。従って従来の集積回路装置の製造方法におい
ては、ＭＯ８型トランジスタのソース・ドレインやバイ
ポーラトランジスタのエミッタ等のいわゆる拡散層はそ
れらの上に形成される層間絶縁膜や配線を形成する前に
それらの拡散層の形成を行う必要がある。そのだめ、浅
い拡散層が要求される微細な構造のトランジスタを使用
する高密度集積回路装置等おいては、層間絶縁膜として
用いられるリンシリケートガラス層等の緻密化や平坦化
あるいは高融点金属等で形成された耐熱性配線の低抵抗
化等のための高温熱処理を充分行えないという間１題が
生じる。何故ならリンシリケートガラス層の緻密化や平
坦化あるいは耐熱性配線の低抵抗化のだめの高温熱処理
（９５０〜１０００℃）を行うと、既にリンシリケート
ガラス層下に形成されている拡散層の不純物が再拡散し
、拡散層の深さが増加してしまうからである。

この様な問題は、層間絶縁膜や配線を形成した後に該眉
間絶縁膜や配線下に不純物を導入することができれば解
決することができる。イオン注入法は原理的にはその様
な目的に合致してはいるが、イオン注入によって生じる
結晶欠陥を充分に回復させるためには１０００℃前後の
高温熱処理を行わねばならないので、必ずしも浅い拡散
層の形成に適しているとは言えない。また層間絶縁膜及
び該眉間絶縁膜上に形成された配線を通してイオン注入
を行うと、層間絶縁膜のみの部分と配線が存在する部分
とでイオンの侵入深さが異なるので配線下において配線
を横切った一様な拡散深さの拡散層の形成ができなくな
る。さらに、層間絶縁膜および配線を通してイオン注入
する場合には、イオンの加速エネルギーは極めて大きく
なる上、その様な高エネルギーで選択的にイオン注入す
るためのパターン化されたイオン注入マスクを形成する
ことも容易でない上、膜厚等のバラツキによる制御性の
低下や酸化膜を通して高濃度にイオン注入した場合に生
ずる反跳酸素注入による接合特性の低下等の問題が生じ
る。従ってイオン注入法も本願の意図する目的には実質
上適用できない。

（発明の目的） 本発明は、このような従来の欠点を除去せしめて、層間
絶縁膜や配線の下の金属シリサイドパターンに接する半
導体表面領域に不純物を拡散することを可能とする新規
な半導体への不純物拡散法を提供することである。

（発明の構成） 本発明によれば、 １、半導体層上に金属シリサイド膜を堆積する工程と、
該金属シリサイド膜を被って絶縁膜を形成する工程と、
該金属シリサイド上において該絶縁膜に開口を設け、該
開口より不純物を拡散させることによシ前記金属シリサ
イドに接する前記半導体領域に不純物を拡散させる方法
、及び２、半導体層上に金属シリサイド膜を堆積する工
程と、該金属シリサイド膜の一部に接触して不純物をド
ープした膜を堆積する工程と、熱処理を行うことによシ
該不純物をドープした膜中の不純物の一部を前記金属シ
リサイド膜に接する前記半導体領域に拡散する方法、 が得られる。

（構成の詳細な説明） 本発明は、上述の方法をとることによシ従来技術の問題
点を解決した。

本発明による方法は、半導体層上に堆積された金属シリ
サイドと該金属シリサイド上に形成された絶縁膜とから
なる構造において、金属シリサイドの一部に供給された
不純物は、極めて大きい拡散速度で該構造中を横方向に
拡散するという発明者の見出した事実に基づいたもので
ある。すなわち、本発明では、不純物を拡散すべき半導
体表面領域と絶縁膜との間に配線や電極としてのパター
ン化されたシリサイド層を介在させることによシ、該金
属シリサイド層に沿った横方向に不純物を拡散・輸送さ
せながら、または、横方向に拡散・輸送させた後に適当
な熱処理によシネ鈍物を縦方向に押込むことによシ、配
線や電極としてのシリサイドパターンに接する半導体領
域に自己整合的に不純物を拡散することができる。

（実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。第２図（ａ）〜（ｅ）は集積回路装置におけるい
わゆる拡散層配線の表面に金属シリサイド層を形成した
構造の形成に本発明を応用した例における主要工程を図
示したものである。

第２図（、）に示した如く、ｐ型巣結晶シリコン基板２
１の表面に酸化膜２２を形成した後、拡畳膚′配線を形
成すべき部分において該酸化膜２２をフォトエツチング
技術を用いて除去した後標準的な高周波スパッタ法を用
いて厚さ０．３μｍのモリブデンシリサイド膜２３を堆
積する。

次に第２図（ｂ）に示した如く標準的なホトエツチング
技術を用いて該モリブデンシリサイド膜を幅５μｍ１長
さ２００μｍの配線パターン２３′ニパターン化する。

次に第２図（ｃ）に示した如く、層間絶縁膜としての酸
化シリコン膜２４を標準的な化学蒸着法によって堆積し
た後、該酸化シリコン膜にコンタクト開口２５．２５’
をフォトエツチング技術を用いて開口する。

次にオキシ塩化燐（Ｆｏｃｉ、）ガスを拡散源として、
開口２５・２５′から燐を横方向及び縦方向に拡散する
ことによジモリブデンシリサイドパターン２３′に接す
るシリコン基板２１の表面層に厚さ約０．２μｍの燐拡
散層２６が形成される（第２図（ｄ））。

この際燐の拡散は、オキシ塩化燐を含むガス雰囲気中で
８５０°０１時間のブリデポジッシ′ヨンを行った後、
１０００℃の窒素ガス中で２０分間の押込み拡散を行う
という２段階拡散を用いた。次に、標準的な方法によシ
第２図（ｅ）の如く、開口２５・２５′においてシリサ
イドパターン２３′に接続されたアルミニウム配線２７
　、２７’を形成した。

次に第２の実施例として、不純物をドープした多結晶シ
リコン層を拡散源とした場合について説明する。第１の
実施例の場合に述べた方法によシ第２図（ｃ）に示した
構造を形成する。次に第３図（ａ）に示した如く厚さ０
．２μｍの燐をドープした多結晶シリコン膜と配線の低
抵抗化のため厚さ０．３μｍのモリブデンシリサイド膜
をそれぞれ標準的な化学蒸着法及び高周波スパッタ法で
堆積した後、標準的なホトエツチング法を用いて多結晶
シリコン２８゜２８′とモリブデンシリサイド２９，２
９’よシなシ開口２５，２５’においてモリブデンシリ
サイドパターン２３′に接続する配線を形成する。

次に第３図（ｂ）に示した如く酸化シリコン膜３０を化
学蒸着法によって堆積した後、１０００℃窒素ガス中で
熱処理することによシ、燐ドープ多結晶シリコン２８．
２８’中の燐をモリブデンシリサイド２３′に沿って横
方向及び縦方向に拡散させ、該モリブデンシリサイド２
３′に接するシリコン基板表面領域に燐拡散層３１を浅
く形成することができた。

なお、前記実施例においては、単結晶シリコン基板への
不純物層形成について示したが、シリコン基板でなくシ
リコン薄膜を用いても本発明を有効に適用することがで
きた。また、不純物としてｐ型のホウ素を用いても燐の
場合とほぼ同じ条件で同様の結果が得られた。更に、前
記実施例においては、単結晶シリコン基板を用いたが、
多結晶あるいは無定形シリコン基板あるいは薄膜に対し
ても同様に本発明の方法を適用できることも明らかであ
る。更にまた、半導体基板としては、砒化ガリウム等の
化合物半導体を用いても本発明の方法が有効であるとと
も明らかである。

また実施例では基板表面に形成したシリサイド層へ２か
所の開口部２５．２５’から不純物拡散したが、１か所
でもまた３か所以上でもよいことは自明である。

まだ拡散法として、ＰＯＣｌｓ等のガスソースに限らず
固体拡散源でもよいし、ＰＳＧ膜等を基板表面に形成し
熱処理してそこから拡散させてもよい。

また第２の実施例ではドープした多結晶シリコン２８３
２　Ｂ’を拡散源としたが、代わシに不純物をドープし
たシリサイドを拡散源としてもよい。またこの多結晶シ
リコンをノンドープ多結晶シリコンとし、あとから前記
ＰＯＣｌ３、固体拡散源、ＰＳＧ等を使ってこの多結晶
シリコンを通して半導体層へ拡散してもよい。また拡散
源不純物をイオン注入で導入（例えば第２の実施例の多
結晶シリコン２８＋２８’へイオン注入で導入する）し
熱処理して半導体層中へ拡散してもよい。この方法はシ
ョットキバリヤの形成等のあま多大量に不純物をドープ
しなくてよい場合には使える。

なお実施例においては開口部２５　ｚ　２５’をシリサ
イド層２３′の上に設けておるが酸化シリコン膜２２上
に設けてもよいことは明らかである。

また実施例ではモリブデンシリサイドについて述べたが
、タングステンシリサイドクタンタルシリサイドｐチタ
ンシリサイド等他のシリサイドでもよい。

更に実施例ではｐｎ接合を形成したが、ｎ＋ｎ・ｐ＋ｐ
のような構造にもできることは明らかである。

（発明の効果） 上述の実施例において示した如く、本発明による方法を
用いることによυ、眉間絶縁膜を形成した後に該層間絶
縁膜下に存在する金属シリサイドパターンに接する半導
体領域に自己整合的に不純物拡散層を形成することがで
きるので、金属シリサイド化によって低抵抗化された浅
い接合（更に一般的には拡散層）や配線を実現し、かつ
半導体装置の製造方法に新な自由度を付加するという大
きな利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

・よる方法の実施例を説明するだめの試料断面略図。 図中の番号はそれぞれ以下のものを示す。 １１・・・半導体基板、１２・・・拡散マスク、１２′
・・・薄膜、　１３・・・開口、１４・・・不純物拡散
領域、２１・・・シリコン基板、２２　、２４　、３０
・・・酸化シリコン、２３り２３’ｊ２９　ｊ２９’・
−・モリブデンシリサイド、２５．２５・・・開口、　
２６，３１・・・燐拡散層、２７．２７鵠アルミニウム
配線、 ２８．２８’・・・燐ドープ多結晶シリコンオ　１　図 ３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体層上に金属シリサイド膜を堆積する工程と該
   金属シリサイド膜を被って絶縁膜を形成する工程と、該
   金属シリサイド上において該絶縁膜に開口を設け、該開
   口よシネ細物を拡散させることによシ前記金属シリサイ
   ドに接する半導体領域に不純物を拡散することを特徴と
   する半導体への不純物拡散法。 ２、半導体層上に金属シリサイド膜を堆積する工程と、
   該金属シリサイド膜の一部に接触して不純物をドープし
   た膜を堆積する工程と、熱処理を行うことによシ該不ｒ
   物をドープした膜中の不純物の一部を前記金属シリサイ
   ド膜に接する前記半導体領域に拡散することを特徴とす
   る半導体への不純物拡散法。