JPH0261139B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置特に半導体集積回路を得る
場合に適用して好適な半導体装置の製法を提供す
るものである。

半導体集積回路において、その集積密度の向
上、動作速度の向上を図るには各半導体素子構造
部における微細化が要求される。このような半導
体素子構造部の微細化のためには、この素子が例
えばバイポーラ構造を採る場合、或いはいわゆる
MOS構造を採る場合等を問わず、その平面パタ
ーンの微細加工が必要であると同時に、この平面
パターンの微細化に伴つてその深さ方向の微細加
工すなわち半導体表面から浅い位置における整流
接合例えばPN接合、或いはP⁺P接合、N⁺N接合
のようなオーミツク接合の形成いわゆるシヤロウ
型の接合形成と、更にこれに対する低抵抗電極の
取り出しが重要な問題となつてくる。また、この
ようなシヤロウ化技術は、バイポーラ型集積回路
をはじめとして一般に集積回路の高密度化に必要
な技術であるばかりでなく、半導体素子自体の特
性の改善にも有効である。また、接合の深さが浅
くなれば、実質的な不純物拡散の総量と熱処理時
間の減少によつて半導体装置の製造プロセスの短
縮化、簡易化の向上でとつながる。

このように、接合のシヤロウ化技術は、多くの
利点をもたらすとはいうものの、この技術には、
単なるシヤロウ化の達成のみならず、その精度の
向上と再現性の高さも要求される。

一方、半導体装置の製造プロセス中に誘起され
る欠陥の発生をできるだけ抑制する上でその半導
体製造プロセスにおいて低温化の必要性が生じて
くる。このような要求に対応するものとして、そ
の半導体基体に対する不純物拡散源として半導体
表面に不純物を含むSiO₂膜或いは多結晶半導体
（多結晶シリコン）膜の形成を行い、その後、こ
の膜からの不純物を半導体基体表面から浅くドー
ピングして浅い拡散層を形成するいわゆるドープ
トオキサイド法或いはドープトポリシリコン法等
が知られている。

一方、電極形成技術は、このシヤロウ化にとつ
て極めて重要な関連をもつている。すなわち、こ
のような浅い接合に対する例えばAl電極のオー
ミツクコンタクトを行う場合、このAl原子のシ
リコン半導体基体中への拡散いわゆる浸み込みに
よつてPN接合を破壊するとか或いはその整流性
を阻害するなどの問題がある。このような不都合
を阻止するためには、例えばAl電極中にSiなど
を添加してこれを少くとも半導体基体へのコンタ
クト部において合金化する方法やAl電極とSi基
体とのコンタクト部間に例えば多結晶シリコン層
を介在させるなどの方法が知られている。しかし
ながらこのように浅い接合の形成後において多結
晶シリコン層を形成する作業は煩雑なものであ
る。

上述したように浅い接合の形成方法としては、
種々の方法が採られているものであるが、いずれ
も多くの或いは重要な欠点を有する。すなわち、
例えばイオン注入法による場合、上述したように
浅い不純物ドーピング層を均一に形成し得るとい
う利点は有するものの、そのイオン注入によつて
半導体基体表面にダメージを与える。したがつて
このダメージによる一次欠陥によつて爾後結晶欠
陥が誘発されることがないようにこの一次欠陥を
消失させるための回復のための熱処理として、更
にイオン注入工程後においてその注入された不純
物を結晶格子点に置換するためのいわゆる活性化
処理として、900℃以上という高温アニールを行
う必要がある。また、この不純物ドーピング層に
対する電極の形成は、不純物ドーピング工程とは
別のプロセスにおいて行う必要があるものであ
る。

また、ドープトオキサイド法による場合には、
そのドープトオキサイド中の不純物を半導体基体
に拡散してのちにこのオキサイド膜を除去する作
業と、前述した電極形成ための作業とを別のプロ
セスとして行う必要がある。

これにく対してドープトポリシリコン法による
場合は、これよりの不純物の基体への拡散処理に
表面のポリシリコン層膜の除去はその必要がな
く、これ自体を電極の一部となしてこれの上に
Al等の金属電極の形成を行うことができる。し
かしながら、このドープトポリシリコン法による
場合、そのポリシリコン膜と半導体基体表面との
界面にポリシリコンの結晶粒界における異常拡散
によつて不純物の析出が生じ易いこと、並びにこ
のポリシリコン膜の抵抗は、高濃度に不純物をド
ープしてもあまり低い値とはならないために電極
抵抗が大きくなつてしまうという欠点がある。
尚、このような半導体基体表面における不純物の
析出は、ドープトオキサイド法による場合におい
てもそのオキサイド膜と半導体基体との界面にお
いて生ずるものであるが、このドープトオキサイ
ド法による場合にはその雰囲気を酸化性にするこ
とによつて防止することができる。これに比し、
上述のドープトポリシリコン法では、このような
酸化性雰囲気を適用することができない。

本発明においては、上述した諸欠点を回避して
均一で必要程度に充分浅い接合と、金属電極例え
ばAl電極によるその接合部への進入を阻止する
ためのバリヤ層としての作用をなさしめ得るシリ
コンのエピタキシヤル層を同時に形成することが
でき、特に結晶欠陥の生因となる一次欠陥の残存
を激減することができ、特性のようPN接合、更
に、他の例としてP⁺P接合、N⁺N接合等の接合
を微細パターンに形成することができるようにし
て、特に浅い接合の形成と、これに対する電極取
り出しを良好に且つ簡単なプロセスによつて行う
ことができるようにした半導体装置の製法を提供
するものである。

図面を参照して本発明によつて浅いPN接合を
形成する場合の一例について詳細に説明する。図
中１は、単結晶半導体基体、例えばシリコン半導
体基体１で、その１の主面１ａに臨む第１導電型
例えばＰ型を有する半導体表面に第２導電型の例
えばＮ型の不純物を浅くドーピングして浅いPN
接合を形成しようとするものである。これがた
め、先ず第１図に示すように、基体１の面１ａに
SiO₂等の、不純物ドーピングのマスク層２を周
知の技術によつて被着し、この層２のPN接合を
形成しようとする部分に、窓２ａをフオトエツチ
ング或いはプラズマエツチング等の任意の方法に
よつて穿設する。

一方、本発明においては、第２図に示すよう
に、特殊のエピタキシヤル成長装置を設ける。こ
のエピタキシヤル成長装置は、真空ポンプ１１に
よつて内部が高真空度に保持することのできるベ
ルジア１２を有して成る。このベルジア１２内の
例えば下方には、半導体エピタキシヤル材料のSi
の蒸着源１３が設けられる。この蒸着源１３はヒ
ータ等の加熱による蒸着、或いはエレクトロン衝
撃による蒸着等の態様をとり得る。１４はこの蒸
着源に対する不純物の混入を阻止する冷却装置い
わゆるコールドトラツプである。そしてこの蒸着
源１３と対応する例えばベルジア１２内の上方に
は、例えばグラフアイトによる半導体基体１のサ
セプタ１５が設けられ、これに第１図で説明した
表面１ａにマスク層２が形成された半導体基体１
を配置支持する。このサセプタ１５従つて基体１
は、加熱ランプ或いは図示のように高周波加熱用
コイル１６等の加熱手段によつて所要の温度に加
熱されるようになされる。１７は基体１の支持部
の周囲に配置されたシールド体で、その蒸着源１
３と対向する側には窓１７ａが設けられる。更
に、蒸着源１３と基体１の配置部間には蒸着源１
３から基体１に向かう蒸着材の通路を横切るよう
に電子ビームを照射する電子ビーム照射装置１８
が設けられる。この電子ビーム照射装置１８は、
例えは円筒状のリペラ１９とその内部に配された
環状のカソード材が塗布されたフイラメント２０
が配置され、更にその内側に筒状の例えばメツシ
ユ状のアノード２１が配置されてなり、アノード
２１を0Vとしてそのリペラ１９とフイラメント
２０に−400Vが与えられる。更にこの電子ビー
ム照射装置１８と基体１の支持部との間に例えば
ドーパントとなる第２導電型の不純物、この例で
はＮ型のアンチモンSb蒸発源２２を配置する。
この蒸発源２２はその容器２３の周囲に例えば加
熱ヒータ２４が配置されて、これによつてドーパ
ント２２を所要の温度に保持してこれを蒸着源１
３と基体１との間の蒸発通路上に混入させるよう
になす。基体１を保持するサセプタ１５は、例え
ば10KVが与えられ、シールド体１７には−
10.2KVが与えられる。２５はシールド体１７の
窓１７ａを開閉するシヤツターである。

このような構成において基体温度Tsを例えば
750℃となして蒸着源１３よりのSiを基体１に向
つて蒸着するとき、これの通路において電子ビー
ム照射装置１８よりの電子ビームが蒸着材気体に
衝撃することによつてその一部をイオン化する。
このイオン化はシリコン蒸着材気体の約１％とな
る。一方、不純物源２２よりの蒸発気体がイオン
化されたSiとの衝突によつて、すなわち電荷交換
効果によつて不純物蒸発気体の一部がイオン化さ
れる。これらイオンは加速されて基体１に向かい
これを衝撃し、これと同時に半導体基体１上に
は、毎秒12Å程度の成長速度をもつて第３図に示
すようにSi中にSbがドープされた半導体層３が
成長生成される。このように成長した半導体層３
は、マスク層２の窓２ａを通じて単結晶半導体シ
リコン基体１上に直接的に成長した部分において
は、単結晶層３Ａとして成長し、マスク層２上に
成長した部分においては、多結晶層３Ｂとして成
長する。また、窓２ａを通じて基体１の主面１ａ
上に直接的にエピタキシヤル成長された部分３Ａ
下には、基体１の主面１ａから300Å程度の深さ
の浅い位置にPN接合Ｊが形成される。尚、第３
図においてマスク層２中の破線は不純物原子の入
り込み位置を模式的に示したものである。

このように半導体層３を形成した基体１は、ベ
ルジア１２から取り出されて第４図に示すように
例えばAl金属電極４を半導体層３上の少くとも
部分３Ａ上を含んで蒸着等によつて形成する。こ
の場合、半導体層３の厚さは、これの上のAl電
極４の被着によつてそのAl原子が接合Ｊに至る
ように侵入して接合Ｊの特性を劣化させたり、こ
れを破壊させるようなことがない程度の厚さ、例
えば1000Å程度の厚さに選定される。

このようにして形成された半導体層３は、Si中
にSb等の不純物がドープされて少くともその単
結晶部分３Ａにおいては低比抵抗に形成されるの
で、電気抵抗は充分小さくできる。また、このよ
うな方法による場合、SiとSbの一部をイオン化
させて基体１に衝撃させつつその気相成長を行わ
しめるものであるために、この半導体層３の成長
は、基体１に窓２ａを通じて直接的に打ち込まれ
たSi及びSbのイオンによつて基体表面の結晶性
が一旦破壊され、その後にこれが再結晶化しつ
つ、すなわち結晶が回復されつ、逐次半導体層３
の成長がなされていくので、基体１の主面１ａに
窓２ａを通じて直接成長する部分においては、結
晶性に優れた単結晶部分３Ａとしてエピタキシヤ
ル成長する。また、これがためこのようにして形
成されたPN接合Ｊはこれが浅い位置にまた特性
の良い優れた整流接合として形成される。

尚、半導体層３への不純物Sbのドープ濃度は、
不純物蒸発源２３の加熱温度Tcを選定すること
によつて選定することができるものである。第５
図は、この温度Tcとこの時の成長された半導体
層中の不純物濃度との関係を測定したもので、同
図中、黒丸●印は、Siをイオン化しなかつた場
合、白丸〇印及び３角形△印は夫々Siを0.6％、
及び10％イオン化した場合で、Siをイオン化する
ことによつて高濃度化がはかれるがそのイオン化
を或る程度以上高めても殆ど差は生じなくなるこ
とがわかる。

上述したように本発明製法によつて形成した
PN接合は、不純物ドープのエピタキシヤル半導
体層の生成によつて形成するものであるが、この
場合その一部をイオン化して基体の母結晶を一旦
破壊して再結晶化させ且つイオン注入の効果を得
るというメカニズムをとつてそのエピタキシヤル
成長を行わしめるので、基体１の表面から浅い位
置に優れた整流特性を有するPN接合を確実に形
成することができるものであり、再現性良く、所
要の特性の半導体装置を量産的に得ることができ
る。また浅いPN接合を形成し得ることによつて
冒頭に述べたようにパターンの微細化、更に特性
の向上応答速度の向上等を図ることができ、また
このPN接合Ｊの形成部上には低比抵抗の単結晶
半導体層３Ａが形成されることによつてこれを除
去する必要がないのでこれを除去するための手間
を必要としないばかりか、むしろこれの存在によ
つてAl等の金属電極を被着するに当つて、この
半導体層が金属被着による浅い接合の破壊バツフ
ア層として作用させることができる。

また、特に本発明においては、蒸着に当つて半
導体層３を形成するSi、すなわち主たる構成元素
の蒸発気体、つまり多量に存在するSiイオン化し
てこれとの電荷交換効果によつて少量存在する不
純物例えばSbイオン化を行うという態様を採る
ようにしたもので、全体に対して僅かにしか存在
しない低濃度の不純物元素を確実に高い制御性を
もつてイオン化することができ、これによつて接
合の形成、及び半導体層３の低比抵抗化を確実に
行うことができるものである。

尚、上述した例においては、半導体材料のSi蒸
着源と別に不純物Sbの単体の蒸着源を設けた場
合であるが、不純物材料によつてその蒸気圧が低
いもの等においては、不純物を含む化合物を用い
ることもでき、また、半導体材料蒸着源中にこの
不純物を混入することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図及び第４図は本発明製法の一例
を示す各工程の拡大断面図、第２図は本発明製法
を実施する装置の一例の略線的断面図、第５図は
不純物源の加熱温度と不純物ドープ量の関係を示
す測定曲線図である。 １は半導体基体、２はマスク層、２ａはその
窓、３は半導体層、４は金属電極である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基体表面に浅い接合を形成する工程を
   有する半導体装置の製法において、 上記浅い接合を、上記半導体基体表面への不純
   物を含む半導体層の蒸着と共に形成し、 この蒸着は、上記半導体層の主たる構成元素の
   蒸着材気体の一部をイオン化することによつて上
   記不純物の一部をイオン化して上記半導体基体表
   面に向つて加速衝撃することによつて行い、 上記半導体基体表面に浅い接合の形成を行うと
   共にこれの上に単結晶半導体層の育成を行うこと
   を特徴とする半導体装置の製法。