(57)【要約】【課題】半導体基板中に拡散領域を形成する場合において、基板上に形成された絶縁膜のエッチング処理を効率良く行う方法を提供する。【解決手段】本発明による半導体素子の拡散領域形成方法は、半導体基板中に拡散領域を形成する方法である。その方法は、基板（１０）上に絶縁膜（１２）を形成する絶縁膜形成ステップと、絶縁膜（１２）の一部を所定の厚さまで薄くするエッチングステップと、所定の厚さの絶縁膜（１２）を介して、基板（１０）にイオン（１６）注入を行うイオン注入ステップと、イオン注入ステップに続いて、熱処理を行う熱処理ステップとを含む。また、絶縁膜形成ステップにおいて、不純物を含む絶縁膜（１２）が形成され、その不純物濃度は、絶縁膜（１２）の厚さ方向に基板（１０）からの距離に応じて変化する。【選択図】        図１
2004260100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板中に拡散領域を形成する方法であって、
前記基板上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成ステップと、
前記絶縁膜の一部を所定の厚さまで薄くするエッチングステップと、
所定の厚さの前記絶縁膜を介して、前記基板にイオン注入を行うイオン注入ステップと、
前記イオン注入ステップに続いて、熱処理を行う熱処理ステップと
を含み、
前記絶縁膜形成ステップにおいて、不純物を含む前記絶縁膜が形成され、その不純物濃度は、前記絶縁膜の厚さ方向に前記基板からの距離に応じて変化することを特徴とする半導体素子の拡散領域形成方法。
【請求項２】
前記不純物濃度が、前記絶縁膜の厚さ方向に前記基板から前記絶縁膜の表面に近づくにつれて大きくなることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の拡散領域形成方法。
【請求項３】
前記絶縁膜が、前記不純物の濃度勾配の異なる複数の不純物領域を有し、前記絶縁膜の厚さ方向に前記絶縁膜の前記表面から所定の距離の間の前記不純物領域において、前記濃度勾配が最も小さいことを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の拡散領域形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の製造方法に関し、より詳細には、半導体基板中に拡散領域を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体素子の製造工程において、基板（半導体ウェハ）中にＰ型およびＮ型の拡散領域を形成する場合には、基板表面上に形成された絶縁膜の一部を完全に除去し、除去した部分に、再度、所望の厚さの絶縁膜を形成し、その所望の厚さの絶縁膜を介してイオン注入を行っていた。しかし、この方法では、一旦、絶縁膜の一部を完全に除去するので、イオン注入前に基板表面が露出し、その基板表面に異物や不純物が付着する場合があった。そのような状態で、イオン注入やその後の熱処理を行うと、それらの異物や不純物が基板中に異常拡散し、電気的特性の不良を招く恐れがあった。あるいは、基板表面上の異物等を取り除くために、絶縁膜の開口部において洗浄工程が必要となり、半導体素子の製造工程が煩雑になるという課題があった。
【０００３】
例えば、従来の半導体素子の製造方法には、基板上に形成されたポリシリコン膜を所定の厚さにエッチングし、そのポリシリコン膜を介して基板にイオン注入を行うものがある（例えば、特許文献１参照。）。また、基板上に２種類の絶縁膜を積層し、イオン注入前に一方の絶縁膜のみを選択的に除去して、他方の絶縁膜を介して基板にイオン注入を行うものがある（例えば、特許文献２参照。）。これらの方法は、エッチング後も基板上に所定の厚さの膜が残り、イオン注入前に基板表面が露出することを防止できる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平３−２２９４２８号公報（第２−３頁、図１−図２）
【特許文献２】
特開平５−２０６１６５号公報（第２−３頁、図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１や特許文献２などは、上記のエッチング処理をいかに効率よく行うかという問題には言及していない。
【０００６】
半導体基板中に拡散領域を形成する場合において、基板上に形成された絶縁膜のエッチング処理を十分に制御できることが望まれている。
【０００７】
本発明の目的は、半導体基板中に拡散領域を形成する場合において、基板上に形成された絶縁膜のエッチング処理を効率良く行う方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体素子の拡散領域形成方法は、半導体基板中に拡散領域を形成する方法である。その方法は、前記の基板上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成ステップと、前記の絶縁膜の一部を所定の厚さまで薄くするエッチングステップと、所定の厚さの前記の絶縁膜を介して、前記の基板にイオン注入を行うイオン注入ステップと、前記のイオン注入ステップに続いて、熱処理を行う熱処理ステップとを含む。また、前記の絶縁膜形成ステップにおいて、不純物を含む前記の絶縁膜が形成され、その不純物濃度は、前記の絶縁膜の厚さ方向に前記の基板からの距離に応じて変化する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、半導体素子の製造工程のうち、半導体基板中に拡散領域を形成する工程を説明する図である。図１に示されるように、基板の表面上に絶縁膜を形成し（ａ）、その後、リソグラフィーおよびエッチング等の工程を経て、その絶縁膜の一部を所望の厚さに加工する（ｂ）。そして、その所望の厚さに加工された部分の上方から、基板に向かって、イオンを注入し（ｃ）、基板の内部に拡散領域を形成する。以下に、拡散領域の形成工程について具体的に説明する。
【００１０】
図１の（ａ）において、例えばシリコンウェハ１０の表面上に絶縁膜１２を形成する。絶縁膜１２は、例えば、リン（Ｐ）を含む酸化膜である。そのような不純物を含む酸化膜１２は、シラン（ＳｉＨ４）とホスフィン（ＰＨ３）ガスとを用いて、または、テトラエチルオキシシラン（ＴＥＯＳ）とホスフィン（ＰＨ３）ガスを用いて、減圧ＣＶＤ（化学気相堆積）法により作製する。また、いずれの場合も、ＰＨ３ガス流量を大きくして成膜を行う。作製される酸化膜１２の厚さは、好ましくは、１２０乃至９００ｎｍである。
【００１１】
図２は、酸化膜１２の膜厚（基板１０からの距離）と膜中のリン濃度との関係を示すグラフである。図２に示されるように、リン濃度は、酸化膜１２が基板１０から所定の膜厚に達するまでは膜厚に比例して急激に増加し、酸化膜１２がその所定の膜厚以上になると、ほぼ一定となる。具体的に、リン濃度は、酸化膜１２が、基板１０から第１の膜厚（図２では、約８００Å）に達するまでは、膜厚に比例して増加し、酸化膜１２が第２の膜厚（図２では、約１２００Å）以上の領域では、膜厚にかかわらず一定となる。酸化膜１２の第１の膜厚から第２の膜厚までの領域においては、リン濃度は、膜厚とともに増加するが、その増加率は、酸化膜１２の基板から第１の膜厚までの領域における増加率と比べて小さい。
【００１２】
次に、ウェハ１０において拡散領域を形成しようとする箇所の表面上に形成された酸化膜１２を除去する（ｂ）。上述のリン（Ｐ）を含む酸化膜１２は、希釈されたフッ化水素酸（ＨＦ）溶液若しくは緩衝フッ酸（ＢＨＦ）溶液等によるウェットエッチングにより、ハーフエッチングされる。従来の方法においては、ウェハ１０の表面が露出するまで酸化膜１２を完全に除去していたが、本実施の形態による方法においては、酸化膜１２をハーフエッチングし、ウェハ１０の表面を露出させない。これにより、周囲に異物または不純物１４が存在しても、それらの異物等１４は、残存した酸化膜１２の表面に付着し、ウェハ１０の表面に付着しない（図１の（ｂ）参照）。このハーフエッチングにより、後のイオン注入の条件に応じて、所望の厚さの酸化膜１２を残すことができる。残存する酸化膜１２の厚さは、好ましくは、５０乃至１１０ｎｍである。
【００１３】
次に、図１の（ｃ）において、ハーフエッチングされた酸化膜１２の上方からウェハ１０内にイオン１６を注入する。このイオン１６は、例えば、ホウ素（Ｂ）である。その他のイオン注入条件は、ハーフエッチングされて残る酸化膜１２の厚さに依存する。ここでは、例えば、イオン注入量が８×１０１２乃至６×１０１４  ｉｏｎｓ／ｃｍ２、イオンの加速電圧が、５０乃至１００ｋｅＶである。このイオン注入の後、熱処理を行う。熱処理によって、基板（シリコンウェハ）１０の結晶性を回復させるとともに、注入したイオンを格子位置へ置換する。この熱処理は、例えば、酸素雰囲気中で、基板１０を１１００乃至１２００℃に加熱することにより行われる。
【００１４】
従来の拡散領域の形成方法によれば、絶縁膜を所望の厚さにエッチングできなかったため、絶縁膜を完全に除去して、所望の厚さの絶縁膜を再度形成していた。これにより、イオン注入を行う前に基板表面が露出し、その基板表面に付着した重金属やシリコン異物等が基板内に異常拡散するという恐れがあった。しかし、本発明による拡散領域の形成方法によれば、絶縁膜を所望の厚さにハーフエッチングできる。結果として、イオン注入を行う前に基板表面を露出させずに済むので、異物等が基板内に異常拡散することを防止できる。また、基板表面に異物等が付着しないので、基板の洗浄工程が不要になる。
【００１５】
図２に示されるように、基板上の絶縁膜の不純物濃度が、その絶縁膜の厚さ方向（基板表面に垂直な方向をいう。）に基板から離れる（絶縁膜の表面に近づく）につれて大きくなる場合、つまり、絶縁膜中の不純物濃度が、基板から離れた領域（絶縁膜の表面に近い領域）で大きく、基板に近い領域で小さい場合、その絶縁膜を上述のウェットエッチングによりエッチングすると、絶縁膜の表面に近い領域でエッチング速度が速く、基板に近い領域でエッチング速度が遅くなる。本実施の形態による拡散領域の形成方法においては、絶縁膜の表面から、絶縁膜の所望の膜厚まで、例えば、８０乃至１２０ｎｍ（８００乃至１２００Å）までは、リン濃度が大きいのでエッチング速度が速いが、所望の膜厚付近では、急激にエッチング速度が遅くなる。そして、それ以降、エッチング処理が進むにつれて（基板との界面に近づくにつれて）、エッチング速度が徐々に遅くなる。従って、絶縁膜中の不純物濃度をその絶縁膜の厚さに応じて変化させることにより、絶縁膜をエッチングする際のエッチング速度を制御することができる。
【００１６】
また、絶縁膜中の不純物の濃度勾配は、絶縁膜の表面に近い領域と、基板に近い領域とで異なり、絶縁膜の表面に近い領域における濃度勾配は、基板に近い領域における濃度勾配よりも小さい。図２を参照すると、具体的に、リン（不純物）の濃度勾配は、絶縁膜の厚さ方向に絶縁膜の表面から所定の距離の間の絶縁膜の領域（膜厚が１２００Å以上の領域）において、絶縁膜の他の領域（膜厚が１２００Åより薄い領域）よりも小さい。従って、基板に近い低速エッチングが必要な領域以外の領域では、絶縁膜の厚さ方向に広い領域に渡って高い不純物濃度を維持することができ、その領域では高速エッチングを行うことができるので、不純物濃度勾配が直線状である場合と比較して、エッチング処理を全体としてより高速に行うことができる。なお、エッチング処理を制御するため、絶縁膜において、不純物の濃度勾配が異なる２以上の領域が存在してよい。
【００１７】
本実施の形態による拡散領域形成方法によれば、絶縁膜のエッチング速度を制御できるので、エッチング処理を効率良く行うことができる。また、エッチング後に残存する絶縁膜の膜厚を制御することができ、絶縁膜を精度良く加工できる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明による半導体素子の拡散領域形成方法によれば、半導体基板中に拡散領域を形成する方法であって、基板上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成ステップと、絶縁膜の一部を所定の厚さまで薄くするエッチングステップと、所定の厚さの絶縁膜を介して、基板にイオン注入を行うイオン注入ステップと、イオン注入ステップに続いて、熱処理を行う熱処理ステップとを含み、絶縁膜形成ステップにおいて、不純物を含む絶縁膜が形成され、その不純物濃度は、絶縁膜の厚さ方向に基板からの距離に応じて変化するので、基板上に形成された絶縁膜のエッチング処理を効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による拡散領域の形成方法を説明する図。
【図２】酸化膜の膜厚と膜中のリン濃度との関係を示すグラフの図。
【符号の説明】
１０  基板、  １２  絶縁膜、  １４  異物、  １６  イオン
【図１】
2004260100.tif 000003
【図２】
2004260100.tif 000004