(57)【要約】【課題】不純物濃度の深さ方向の均一性を向上させつつ、横方向拡散を低減させる。【解決手段】不純物のイオン注入ＩＰ１を行うことにより、不純物注入層３を形成し、半導体基板１の厚み方向に磁界Ｈを印加しつつ、ウェル深さＨ２に達するまで、不純物注入層３に注入された不純物の熱拡散を行うことにより、ウェル層４を形成する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物のイオン注入により、半導体基板内に不純物層を形成する工程と、
磁界または電界を前記半導体基板の深さ方向に印加しつつ、前記不純物層に注入された不純物を熱拡散させることにより、ウェル層を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
ウェハの熱処理を行う熱拡散炉と、
前記熱拡散炉の周囲を取り巻くように配置され、前記ウェハの厚み方向に磁界を発生させる磁界発生用コイルとを備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
ウェハの熱処理を行う熱拡散炉と、
前記ウェハを挟み込むように配置され、前記ウェハの厚み方向に電界を発生させる櫛型電極とを備えることを特徴とする熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造方法および熱処理装置に関し、特に、半導体装置のウェル形成に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置では、不純物の熱拡散により、ウェル層を形成することが行われていた。
図４は、従来の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
図４（ａ）において、フォトリソグラフィー技術を用いることにより、ウェル３３に対応するパターンが形成されたフォトレジスト３２を、半導体基板３１上に形成する。
【０００３】
そして、フォトレジスト３２をマスクとして、Ｂ、ＡｓまたはＰなどの不純物のイオン注入ＩＰ２を行うことにより、深さＨ３の不純物注入層３３を形成する。
次に、図４（ｂ）において、フォトレジスト３２を除去し、ウェル深さＨ４に達するまで、不純物注入層３３に注入された不純物の熱拡散を行うことにより、ウェル層３４を形成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、不純物の熱拡散によりウェル層３４を形成する方法では、不純物が半導体基板３１内で等方的に拡散するため、縦方向拡散ＶＤ１の速度と横方向拡散ＨＤ１の速度とが等しくなる。
このため、ウェル層３４の横方向拡散幅Ｗ１が増大し、このウェル層３４の横方向拡散幅Ｗ１を予め見込んで、素子配置の設計を行う必要があることから、半導体装置の高密度化の妨げになるという問題があった。
【０００５】
一方、不純物層を深い位置に形成するため、高エネルギーイオン注入を用いる方法がある。
図５（ａ）は、高エネルギーイオン注入を用いた不純物層の構成を示す断面図、図５（ｂ）は、高エネルギーイオン注入を用いた不純物層の不純物プロファイルを示す図である。
【０００６】
図５（ａ）において、半導体基板４１上に形成されたフォトレジスト４２をマスクとして、不純物のイオン注入ＩＰ３を高エネルギーで行うことにより、深さＨ５の不純物注入層４３が形成される。
しかしながら、高エネルギーイオン注入を用いる方法では、図５（ｂ）に示すように、不純物が深さＨ５の位置に偏って分布し、半導体基板４１表面付近の不純物濃度が低くなるため、ウェル層の深さ方向全体に渡って不純物濃度を均一化することが難しいという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、不純物濃度の深さ方向の均一性を向上させつつ、横方向拡散を低減させることが可能な半導体装置の製造方法および熱処理装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の半導体装置の製造方法によれば、不純物のイオン注入により、半導体基板内に不純物層を形成する工程と、磁界または電界を前記半導体基板の深さ方向に印加しつつ、前記不純物層に注入された不純物を熱拡散させることにより、ウェル層を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【０００９】
これにより、不純物を熱拡散させる際に、磁界または電界を印加することが可能となり、不純物の拡散方向に異方性を持たせることができる。
このため、工程数を増加させることなく、ウェル層の不純物濃度の深さ方向の均一性を向上させるとともに、半導体装置の素子分離構造を複雑化することなく、横方向拡散を低減させることが可能となり、半導体装置の高密度化を容易に達成することが可能となる。
【００１０】
また、請求項２記載の熱処理装置によれば、ウェハの熱処理を行う熱拡散炉と、前記熱拡散炉の周囲を取り巻くように配置され、前記ウェハの厚み方向に磁界を発生させる磁界発生用コイルとを備えることを特徴とする。
これにより、熱拡散炉の構成をほとんど変更することなく、ウェハの厚み方向に効率よく磁界を発生させることが可能となり、不純物の拡散方向に容易に異方性を持たせることができる。
【００１１】
また、請求項３記載の熱処理装置によれば、ウェハの熱処理を行う熱拡散炉と、前記ウェハを挟み込むように配置され、前記ウェハの厚み方向に電界を発生させる櫛型電極とを備えることを特徴とする。
これにより、熱拡散炉の構成をほとんど変更することなく、ウェハの厚み方向に効率よく電界を発生させることが可能となり、不純物の拡散方向に容易に異方性を持たせることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法および熱処理装置について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【００１３】
図１（ａ）において、フォトリソグラフィー技術を用いることにより、ウェル３に対応するパターンが形成されたフォトレジスト２を、半導体基板１上に形成する。
そして、フォトレジスト２をマスクとして、Ｂ、ＡｓまたはＰなどの不純物のイオン注入ＩＰ１を行うことにより、深さＨ１の不純物注入層３を形成する。
【００１４】
次に、図１（ｂ）において、フォトレジスト２を除去し、半導体基板１の厚み方向に磁界Ｈを印加しつつ、ウェル深さＨ２に達するまで、不純物注入層３に注入された不純物の熱拡散を行うことにより、ウェル層４を形成する。
ここで、半導体基板１の厚み方向に磁界Ｈを印加すると、不純物イオン５は、磁界Ｈの軸の回りを回転運動するため、不純物イオン５を水平方向に閉じ込めることができる。
【００１５】
このため、不純物イオン５を螺旋運動させながら、半導体基板１の厚み方向に不純物イオン５を効率よく熱拡散させることができ、工程数を増加させることなく、ウェル層４の不純物濃度の深さ方向の均一性を向上させるとともに、ＳＴＩなどの複雑な素子分離構造を用いることなく、横方向拡散を低減させることが可能となる。
【００１６】
図２は、本発明の第２実施形態に係る熱処理装置の概略構成を示す側面図である。
図２において、熱処理装置には、石英などで構成された炉心管１１が設けられ、炉心管１１の周囲には、炉心管１１内を加熱するヒータ１３が設けられている。また、炉心管１１の周囲には、炉心管１１の長手方向に沿ってコイル１４が巻き付けられている。
【００１７】
そして、ウェハＷにウェル層４を形成する場合、不純物注入層３が形成されたウェハＷをボード１２上に縦列配置する。
そして、ウェハＷが縦列配置されたボード１２を、ヒータ１３により加熱されている炉心管１１内に挿入し、コイル１４に電流Ｉを流すことにより、ウェハＷの深さ方向に磁界Ｈを発生させる。
【００１８】
そして、窒素または水素などのガスを炉心管１１内に流しながら、不純物注入層３に注入された不純物イオン５の熱拡散を行うことにより、ウェル層４を形成する。
これにより、炉心管１１の構成をほとんど変更することなく、ウェハＷの深さ方向に効率よく磁界Ｈを発生させることが可能となり、製造工程の複雑化を抑制しつつ、ウェル層４の横方向拡散を低減させることが可能となる。
【００１９】
なお、上述した第２実施形態では、横型拡散炉を例にとって説明したが、縦型拡散炉にも同様に適用することができる。
図３は、本発明の第３実施形態に係る熱処理装置の概略構成を示す側面図である。
図３において、熱処理装置には、石英などで構成された炉心管２１が設けられ、炉心管２１の周囲には、炉心管２１内を加熱するヒータ２３が設けられている。また、炉心管２１内には、ウェハＷを上下面から挟み込むことが可能な櫛型状の正電極２４ａおよび負電極２４ｂが設けられ、正電極２４ａおよび負電極２４ｂは、高圧電源２５の正極および負極にそれぞれ接続されている。
【００２０】
なお、正電極２４ａおよび負電極２４ｂは、カーボンなどで構成することができる。
そして、ウェハＷにウェル層４を形成する場合、不純物注入層３が形成されたウェハＷをボード上に縦列配置するとともに、正電極２４ａおよび負電極２４ｂを各ウェハＷ間に交互に配置する。
【００２１】
ここで、ウェハＷをボード上に縦列配置する場合、ウェハＷの表面が正電極２４ａ側に対向配置されるように、ウェハＷを１つ置きにひっくり返して配置する。
そして、ウェハＷが縦列配置されたボードを、正電極２４ａおよび負電極２４ｂとともに、ヒータ２３により加熱されている炉心管２１内に挿入し、正電極２４ａおよび負電極２４ｂ間に電圧Ｖを印加することにより、ウェハＷの深さ方向に電界Ｅを発生させる。
【００２２】
ここで、ウェハＷの深さ方向に電界Ｅを発生させることにより、不純物イオン５の縦方向の熱拡散を促進させることができる。
そして、窒素または水素などのガスを炉心管２１内に流しながら、不純物注入層３に注入された不純物イオン５の熱拡散を行うことにより、ウェル層４を形成する。
【００２３】
これにより、炉心管２１の構成をほとんど変更することなく、ウェハＷの深さ方向に効率よく電界Ｅを発生させることが可能となり、製造工程の複雑化を抑制しつつ、ウェル層４の横方向拡散を低減させることが可能となる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電界または磁界を印加しつつ、不純物を拡散させることにより、不純物の拡散方向に異方性を持たせることが可能となり、不純物濃度の深さ方向の均一性を向上させつつ、横方向拡散を低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る熱処理装置の概略構成を示す側面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る熱処理装置の概略構成を示す側面図である。
【図４】従来の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）は、高エネルギーイオン注入を用いた不純物層の構成を示す断面図、図５（ｂ）は、高エネルギーイオン注入を用いた不純物層の不純物プロファイルを示す図である。
【符号の説明】
１　半導体基板、２　フォトレジスト、３　不純物注入層、４　ウェル、５　イオン、ＩＰ１　イオン注入、Ｈ　磁界、Ｉ　電流、Ｅ　電界、Ｈ１　不純物注入層の深さ、Ｈ２　ウェル深さ、１１、２１　炉心管、１２　ボード、１３、２３　ヒータ、１４　コイル、Ｗ　ウェハ、２４ａ　正電極、２４ｂ　負電極、２５　高圧電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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