(57)【要約】【課題】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。【解決手段】ウェハを熱拡散炉に入れ、窒素と酸素の混合雰囲気中にて８００〜８５０℃でロードする。次に、窒素と酸素の混合雰囲気中にて９５０〜９８０℃まで昇温させ、オキシ塩化リンと窒素と酸素の混合雰囲気中にて９５０〜９８０℃で加熱し、その混合雰囲気からウェハ表面にリンを熱拡散させてリン拡散層を形成する。続いて、酸素雰囲気中にて１０１０〜１０２５℃まで昇温させ、水素と窒素と酸素の混合雰囲気中にて熱拡散炉内をパージし、酸素と水素の混合雰囲気中のウェット酸化法により酸化膜を形成し、窒素雰囲気中にてリン拡散層中のリンをウェハ中により深く熱拡散させてリン拡散層を引き伸ばし、窒素雰囲気中で８００〜８５０℃まで降温させ、アンロードした後に、熱拡散炉からウェハを取り出す。【選択図】  図１
2006032463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物を含んだ雰囲気から半導体の表面に当該不純物を熱拡散させて不純物拡散層を形成するデポジション処理と、
前記不純物拡散層中の不純物を前記半導体層中に深く熱拡散させて当該不純物拡散層を引き伸ばすドライブイン処理と
を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記デポジション処理と前記ドライブイン処理を同一の熱拡散炉内で連続して行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記不純物はリンであり、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。
【請求項３】
請求項１または請求項２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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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する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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３ー１７４２８号公報（第２〜７頁  図１〜図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
図２（Ａ）は、従来の不純物雰囲気中の熱拡散法において、リン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）にリンを熱拡散させる際の工程（リンデポジション処理）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。
尚、ウェハに不純物を熱拡散させる処理は、一般に「デポジション処理」と呼ばれ、ウェハにリンを熱拡散させる処理はリンデポジション処理と呼ばれる。
そして、図２（Ａ）に示すリンデポジション処理例では、全工程に渡って熱拡散炉内が９５０〜９８０℃に保持されている。
【０００６】
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ロードした後に待機させる。
次に、窒素と酸素とＮ形不純物であるオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）の混合雰囲気中にて加熱し、その混合雰囲気からウェハ表面にリンを熱拡散させてリン拡散層（不純物拡散層）を形成する（リンデポジション工程）。
続いて、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。
そして、窒素雰囲気中でアンロードした後に、熱拡散炉からウェハを取り出す。
【０００７】
図２（Ｂ）は、従来の不純物雰囲気中の熱拡散法において、ウェハ中にリン拡散層を引き伸ばすための工程（ドライブイン処理）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。
尚、ウェハ中に不純物拡散層を引き伸ばすための処理は、一般に「ドライブイン処理」または「スランピング処理」と呼ばれるが、以下の説明ではドライブイン処理に統一する。
そして、図２（Ｂ）に示すドライブイン処理例では、全工程に渡って熱拡散炉内が１０１０〜１０２５℃に保持されている。
【０００８】
図２（Ａ）に示すリンデポジション処理を終えたウェハを再び熱拡散炉に入れ、まず、酸素雰囲気中にてロードした後に、酸素と窒素の混合雰囲気中にて待機させる。
次に、水素（Ｈ２）と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。
続いて、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、リン拡散層上に保護膜となる二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の酸化膜を形成すると共に、リン拡散層中のリンがウェハ中に速やかに拡散される状態にする。
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。
【０００９】
次に、窒素雰囲気中にてリン拡散層中のリンをウェハ中により深く熱拡散させてリン拡散層を引き伸ばす（ドライブイン工程）。
尚、ドライブイン工程でリン拡散層を引き伸ばすのは、リン拡散層のシート抵抗および拡散深さを所望の値に調整するためである。
そして、窒素雰囲気中でアンロードした後に、熱拡散炉からウェハを取り出す。
【００１０】
このように、リンデポジション処理とドライブイン処理を分けているのは、リンデポジション処理後に熱拡散炉から取り出したウェハの検査を行い、良品のウェハのみにドライブイン処理を施すことにより、完成したウェハのリン拡散層の特性を良好にしてウェハの歩留まりを向上させるためである。
しかし、リンデポジション処理後に熱拡散炉からウェハを取り出して検査した後にドライブイン処理のため再び熱拡散炉にウェハを入れなければならず、その作業は作業員が行うことから人工が増して作業性も悪いため、製造コストが増大するという問題があった。
【００１１】
また、リンデポジション処理とドライブイン処理のそれぞれでロード工程およびアンロード工程を行うため、その分だけ処理時間が長くなり、製造コストが更に増大するという問題があった。
そして、リンデポジション処理とドライブイン処理のそれぞれでロード工程およびアンロード工程を行うため、ウェハに過大な熱ストレスがかかってダメージが大きくなり、リン拡散層の特性が悪化して歩留まりが低下するという問題もあった。
【００１２】
さらに、リンデポジション処理後に熱拡散炉から取り出したウェハが外気にさらされるためウェハが汚染され、リン拡散層の特性が悪化して歩留まりが低下するという問題もあった。
また、リンデポジション処理とドライブイン処理を別の熱拡散炉で行う場合には、ウェハの製造工場に高価な熱拡散炉を２台設置しなければならず、メンテナンスコストを含めて設備コストが増大する上に、製造工場に大きな設置スペースが必要になるという問題もあった。
【００１３】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１に記載の発明は、不純物を含んだ雰囲気から半導体の表面に当該不純物を熱拡散させて不純物拡散層を形成するデポジション処理と、前記不純物拡散層中の不純物を前記半導体層中に深く熱拡散させて当該不純物拡散層を引き伸ばすドライブイン処理とを備えた半導体装置の製造方法であって、前記デポジション処理と前記ドライブイン処理を同一の熱拡散炉内で連続して行うことを技術的特徴とする。
【００１５】
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、前記不純物はリンであり、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。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２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。
【発明の効果】
【００１７】
（請求項１）
請求項１の発明では、デポジション処理とドライブイン処理を同一の熱拡散炉内で連続して行うため、デポジション処理が開始してからドライブイン処理が終了するまで熱拡散炉から半導体層を取り出さない。
従って、請求項１の発明によれば、従来技術（リンデポジション処理後に熱拡散炉からウェハを取り出して検査した後にドライブイン処理のため再び熱拡散炉にウェハを入れる）に比べて、人工が減って作業性が良くなるため、製造コストを低減できる。
そして、請求項１の発明によれば、デポジション処理とドライブイン処理の途中で半導体層が外気にさらされないため、半導体層の汚染による不純物拡散層の特性悪化を防止して歩留まりの低下を回避できる。
【００１８】
また、請求項１の発明では、デポジション処理の前に行うロード処理と、ドライブイン処理の後に行うアンロード処理とがそれぞれ１回で済む。
従って、請求項１の発明によれば、従来技術（リンデポジション処理とドライブイン処理のそれぞれでロード処理およびアンロード処理を行う）に比べて、半導体層にかかる熱ストレスを低減させてダメージを小さくすることか可能になるため、不純物拡散層の特性を良好にして歩留まりを向上させることができる。
【００１９】
ところで、従来技術では、リンデポジション処理後に熱拡散炉から取り出したウェハの検査を行い、良品のウェハのみにドライブイン処理を施すことにより、完成したウェハのリン拡散層の特性を良好にしてウェハの歩留まりを向上させている。
それに対して、請求項１の発明では、デポジション処理とドライブイン処理を連続して行い、デポジション処理後には半導体層の検査を行わず、ドライブイン処理が終了して完成した半導体層の検査だけを行う。
しかし、請求項１の発明によれば、前記作用・効果により、完成した半導体層の歩留まり及び不純物拡散層の特性を従来技術に比べてむしろ向上させることができる。
従って、請求項１の発明において、従来技術のようにデポジション処理後にウェハの検査を行わないことは問題とはならない。
【００２０】
また、請求項１の発明では、デポジション処理とドライブイン処理を１台の熱拡散炉で行うため、デポジション処理とドライブイン処理を別の熱拡散炉で行う場合に比べて、メンテナンスコストを含めた設備コストを低減すると共に、半導体層の製造工場における熱拡散炉の設置スペースを１台分削減することができる。
また、請求項１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。
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。
【００２１】
（請求項２）
請求項２の発明によれば、不純物拡散層としてリン拡散層が形成された半導体層としてのシリコン層を製造することができる。
【００２２】
（請求項３）
請求項３の発明によれば、請求項１または請求項２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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明を具体化した一実施形態において、リン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、半導体層、シリコン層）にリンを熱拡散させてリン拡散層を形成した後に、そのリン拡散層をウェハ中に引き伸ばす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。
【００２４】
工程１：ウェハを熱拡散炉に入れ、窒素と酸素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９５０〜９８０℃まで昇温させる。
工程３：Ｎ形不純物であるオキシ塩化リンを供給し、オキシ塩化リンと窒素と酸素の混合雰囲気中にて９５０〜９８０℃で加熱し、その混合雰囲気からウェハ表面にリンを熱拡散させてリン拡散層（不純物拡散層）を形成する（リンデポジション工程）。
【００２５】
工程４：オキシ塩化リン，窒素，酸素の供給を停止して酸素を供給し、酸素雰囲気中にて１０１０〜１０２５℃まで昇温させる。
工程５：１０１０〜１０２５℃に保持した状態で酸素に加えて水素と窒素を供給し、水素と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６：１０１０〜１０２５℃に保持した状態で窒素の供給を停止し、酸素と水素の混合雰囲気中のウェット酸化法により、リン拡散層上に保護膜となる二酸化ケイ素の酸化膜を形成すると共に、リン拡散層中のリンがウェハ中に速やかに拡散される状態にする。
【００２６】
工程７：１０１０〜１０２５℃に保持した状態で酸素と水素の供給を停止して窒素を供給し、窒素雰囲気中にてリン拡散層中のリンをウェハ中により深く熱拡散させることにより、工程３で形成したリン拡散層を引き伸ばす（ドライブイン工程）。
尚、ドライブイン工程でリン拡散層を引き伸ばすのは、リン拡散層のシート抵抗および拡散深さを所望の値に調整するためである。
工程８：窒素雰囲気中で８００〜８５０℃まで降温させる。
工程９：８００〜８５０℃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。
【００２７】
［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。
【００２８】
［１］
本実施形態では、工程１から工程９までの全工程を連続して１台の熱拡散炉で行っており、工程１を行う前に熱拡散炉にウェハを入れた後は工程９が終了するまで熱拡散炉からウェハを取り出さない。
従って、本実施形態によれば、従来技術（リンデポジション処理後に熱拡散炉からウェハを取り出して検査した後にドライブイン処理のため再び熱拡散炉にウェハを入れる）に比べて、人工が減って作業性が良くなるため、製造コストを低減できる。
【００２９】
［２］
本実施形態では、リンデポジション処理（工程３）とドライブイン処理（工程６および工程７）を連続して行うため、ロード工程（工程１）とアンロード工程（工程９）がそれぞれ１回で済む。
従って、本実施形態によれば、従来技術（リンデポジション処理とドライブイン処理のそれぞれでロード工程およびアンロード工程を行う）に比べて、ウェハにかかる熱ストレスを低減させてダメージを小さくすることか可能になるため、リン拡散層の特性を良好にしてウェハの歩留まりを向上させることができる。
【００３０】
［３］
本実施形態では、高温（９５０〜９８０℃）のリンデポジション工程（工程３）に比べて低温（８００〜８５０℃）でロード工程（工程１）を行うと共に、高温（１０１０〜１０２５℃）のドライブイン工程（工程６および工程７）に比べて低温（８００〜８５０℃）でアンロード工程（工程９）を行っている。
従って、本実施形態によれば、高温でロード工程およびアンロード工程を行う従来技術に比べて、ウェハにかかる熱ストレスを低減させてダメージを小さくすることか可能になるため、前記［２］の作用・効果とあいまってリン拡散層の特性を更に良好にしてウェハの歩留まりを大幅に向上させることができる。
【００３１】
［４］
本実施形態では、工程１を行う前に熱拡散炉にウェハを入れた後は工程９が終了するまで熱拡散炉からウェハを取り出さないことから、リンデポジション処理（工程３）とドライブイン処理（工程６および工程７）の途中でウェハが外気にさらされないため、ウェハの汚染によるリン拡散層の特性悪化を防止して歩留まりの低下を回避できる。
【００３２】
［５］
従来技術では、リンデポジション処理後に熱拡散炉から取り出したウェハの検査を行い、良品のウェハのみにドライブイン処理を施すことにより、完成したウェハのリン拡散層の特性を良好にしてウェハの歩留まりを向上させている。
それに対して、本実施形態では、リンデポジション処理（工程３）とドライブイン処理（工程６および工程７）を連続して行い、リンデポジション処理後にはウェハの検査を行わず、ドライブイン処理が終了して完成したウェハの検査だけを行うようにしている。
しかし、本実施形態によれば、前記［２］〜［４］の作用・効果により、完成したウェハの歩留まり及びリン拡散層の特性を従来技術に比べてむしろ向上させることができる。
従って、本実施形態において、従来技術のようにリンデポジション処理後にウェハの検査を行わないことは問題とはならない。
【００３３】
［６］
本実施形態では、リンデポジション処理（工程３）とドライブイン処理（工程６および工程７）を１台の熱拡散炉で行うため、リンデポジション処理とドライブイン処理を別の熱拡散炉で行う場合に比べて、メンテナンスコストを含めた設備コストを低減すると共に、ウェハの製造工場における熱拡散炉の設置スペースを１台分削減することができる。
【００３４】
［７］
本実施形態では、工程３において、リンを含んだ雰囲気中でウェハを加熱することにより、当該雰囲気からウェハにリンを熱拡散させるため、特許文献１の技術に比べて、ウェハ面内におけるリン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できる。
従って、本実施形態によれば、前記［２］〜［４］の作用・効果とあいまって良好な特性のリン拡散層を備えた単結晶シリコンウェハが得られ、その良好な特性のリン拡散層を形成可能な製造方法をも得られる。
【００３５】
［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。
【００３６】
（１）上記実施形態では、単結晶シリコンウェハに不純物拡散層としてリン拡散層を形成している。
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。
【００３７】
（２）上記実施形態では、Ｎ形不純物としてオキシ塩化リンを使用したが、他のＮ形不純物やＰ形不純物を用いてもよい。
【００３８】
（３）上記実施形態では、窒素雰囲気中でドライブイン工程を行っているが、その他の不活性ガス（ヘリウム、アルゴンなど）の雰囲気中でドライブイン工程を行ってもよい。
不活性ガス雰囲気中でドライブイン工程を行うことにより、不純物拡散層の欠陥や析出物の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明を具体化した一実施形態において、リンを含んだ雰囲気から単結晶シリコンウェハにリンを熱拡散させてリン拡散層を形成した後に、そのリン拡散層をウェハ中に引き伸ばす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。
【図２】図２（Ａ）は、従来の不純物雰囲気中の熱拡散法において、リン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）にリンを熱拡散させるための工程（リンデポジション処理））における温度および雰囲気を説明するための説明図。図２（Ｂ）は、従来の不純物雰囲気中の熱拡散法において、ウェハ中にリン拡散層を引き伸ばすための工程（ドライブイン処理）における温度および雰囲気を説明するための説明図。
【図１】
2006032463.tif 000003
【図２】
2006032463.tif 000004