半导体装置的制造方法制造方法及图纸

作为具有因较浅的pn结而对紫外线的灵敏度高的光电二极管的半导体装置的制造方法，不利用对硅衬底的离子注入，而作成能够以良好灵敏度检测紫外线的光电二极管，因此向硅衬底表面沉积以高浓度包含杂质的氧化物，然后，利用高速升降温装置进行伴随快速的温度变化的热扩散，形成扩散区域，设置极浅的pn结。

Manufacturing methods of semiconductor devices

As with shallow PN junction photodiode and method of manufacturing semiconductor device of high sensitivity to UV light, not on silicon substrate by ion implantation, and made to the photodiode good detection sensitivity to UV, so to deposited on the surface of silicon substrate with high concentration containing impurities, oxide, and thermal diffusion with the rapid temperature changes the high-speed temperature device, forming a diffusion region, is very shallow PN junction.

【技术实现步骤摘要】
半导体装置的制造方法
本专利技术涉及具有用于检测紫外光的利用了pn结的光电二极管的半导体装置的制造方法。
技术介绍
构成半导体装置的半导体受光元件有各式各样的种类，但是在其中具有由硅的pn结构成的光电二极管的受光元件，在同一衬底上制作利用了MOS晶体管等的集成电路，从而能够在一个芯片上进行从受光到信号处理为止的全部工序，因此在很多的用途中被使用。然而，硅中的光的进入深度（入射到硅的光的强度因吸收而减衰为1/e（在此e为纳皮尔常数、2.71828・・・）的深度）具有如图3那样的波长依赖性，在紫外线（UVA：320～400nm、UVB：280～320nm）的情况下，在数nm～数十nm的区域内大部分的光会被吸收。在专利文献1中示出具有这样的特征的用于利用硅检测紫外线的构造。具体而言，为了将通过紫外线照射而产生的电子－空穴对作为光电流而检测，使光电二极管的pn结的深度浅到数十～100nm左右。另外通过使硅最表面的杂质浓度为1019cm－3以上的高浓度，且设为浓度相对于深度方向缓缓下降的杂质分布，从而使得产生利用浓度梯度的电场，使电子－空穴对有效率地分离而得到光电流。在利用硅的光电二极管的构造中，若因紫外线照射而电荷被硅上的绝缘膜捕获，则对pn结的能带构造产生影响，要担心光电二极管的灵敏度特性会变动。如上述那样使硅最表面的杂质浓度为高浓度的情况具有屏蔽绝缘膜中的固定电荷的影响这一优点。【先前技术文献】【专利文献】【专利文献1】日本特许第5692880号【专利文献2】日本特开2014－154793号公报。
技术实现思路
【专利技术要解决的课题】以前，在通过离子注入来进行杂质引入的情况下，通过热氧化或沉积在硅表面作成氧化膜之后进行离子注入，从而抑制注入造成的损伤。进而，因注入离子的稳定化和恢复晶体构造的目的而进行热处理。该热处理在高温（例如900℃）下进行，因此通过离子注入作成较浅的结，也会因热处理而扩散并生成更深的结。也能够不进行热处理，但是若不恢复离子注入造成的损伤，则也会担心得不到作为检测紫外线的优质传感器的灵敏度。因此，在本申请中，以提供具备了具有以良好灵敏度检测紫外线所需要的深度的结的光电二极管的半导体装置的制造方法为课题。【用于解决课题的方案】在本专利技术中，作为用于解决课题的方案，采用在硅衬底的表面具有利用pn结的光电二极管的半导体装置的制造方法，其特征在于具有：除去硅衬底的表面的氧化膜的工序；向所述硅衬底的表面沉积包含磷的第1氧化物的工序；仅在期望的部分形成所述第1氧化物的工序；在1000℃以上的高温下对仅在所述期望的部分形成的所述第1氧化物实施成为3分钟以下的第1退火，使所述第1氧化物所包含的磷向所述硅衬底表面热扩散，形成第1N型扩散区域的工序；在除去仅在所述期望的部分形成的所述第1氧化物之后，向所述硅衬底表面沉积包含磷的第2氧化物的工序；以与所述第1N型扩散区域连接的方式形成所述第2氧化物的工序；以及在与所述第1退火相同或者更高的温度下，对与所述第1N型扩散区域连接而形成的所述第2氧化物实施成为与所述第1退火相同或者更短时间的第2退火，使所述第2氧化物所包含的磷向所述硅衬底表面热扩散，形成第2N型扩散区域的工序。【专利技术效果】依据本专利技术，能够在硅衬底表面形成难以通过对硅衬底的离子注入而获得的、具有能以良好灵敏度检测紫外线的扩散深度的光电二极管。附图说明【图1】是按工序顺序示出本专利技术的第1实施例即半导体装置的制造方法的图。【图2】是反复进行2次热处理后的磷的浓度分布。【图3】是示出向硅入射光时光进入的深度的波长依赖性的图。【图4】是示出半导体装置的制造方法的第2实施例的、工序顺序的截面示意图。【图5】图5（a）是示出接着图4（c）的半导体装置的制造方法的第2实施例的、工序顺序的截面示意图。【图6】图6（a）是示出接着图5（a）的半导体装置的制造方法的第3实施例的、工序顺序的截面示意图。具体实施方式图1是按工序顺序示出本专利技术的第1实施例即半导体装置的制造方法的图。如图1（a）所示，作为向P型的硅衬底1的表面沉积杂质的前处理，清洗硅衬底1的表面，除去而去掉自然氧化膜2。使得此后通过CVD来沉积包含掺杂剂的氧化物时，在硅衬底1的表面不存在氧化膜2。这是因为若在硅衬底1的表面存在自然氧化膜2，则妨碍掺杂剂由包含掺杂剂的氧化物进行热扩散。接着，如图1（b）所示，通过CVD来使以高浓度包含N型杂质的第1氧化物3沉积于硅衬底1的表面的整个面。在此例如使包含磷的硅氧化物以0.1μm沉积。磷浓度设为1019cm－3以上。借助CVD的沉积在反应温度600℃下所要时间为30分钟左右。该沉积的第1氧化物3为包含用于向硅衬底1扩散的掺杂剂的沉积物，无需减薄而充分沉积即可。接着，如图1（c）所示，通过利用抗蚀剂的构图和蚀刻来除去沉积的第1氧化物的不要部分，使得在期望的受光元件区域残留第1氧化物4。接着，如图1（d）所示，在期望的受光元件区域残留第1氧化物4的状态下，利用在RTP（快速热处理：RapidThermalProcess）中利用的高速升降温装置，在1000℃以上的高温下进行3分钟以下的短时间的第1高速退火，进行磷由第1氧化物4到硅衬底1的表面的扩散。（以下将利用在RTP中利用的高速升降温装置的退火称为高速退火。）具体而言，第1高速退火的温度和时间例如在1000℃下为1分钟30秒。由此将第1N型扩散区域6形成在硅衬底1的表面。在通过扩散而在硅衬底1的表面形成第1N型扩散区域6后，以不会残留残留物的方式除去沉积在硅衬底1的表面的第1氧化物4。通过一次的扩散而形成第1N型扩散区域，能够得到扩散深度为100nm以下的较浅的pn结，但是为了进一步提高硅衬底1的最表面的杂质浓度，形成具有比第1N型扩散区域高的杂质浓度、另一方面具有更浅的扩散深度的第2N型扩散区域。因此，反复进行与图1（b）及（c）所示的工序同样的工序。即，再次通过CVD向硅衬底1的表面的整个面沉积以高浓度包含N型杂质的第2氧化物。在此，例如使包含磷的硅氧化物以0.1μm沉积。磷浓度高于第1氧化物3，设为5×1019cm－3以上。借助CVD的沉积在反应温度600℃下所要时间为30分钟左右。接着，如图1（e）所示，再次通过构图和蚀刻，以与已形成的第1N型扩散区域连接的方式形成以高浓度包含杂质的第2氧化物7。而且，这次进行在1000℃以上的高温下时间成为10秒以下的、在与第1高速退火相同或者高的温度下与第1高速退火相同或者更短时间的第2高速退火。具体而言，第2高速退火的温度和时间例如为1000℃下2秒。由此，如图1（f）所示，能够在第1N型扩散区域6的表面非常浅地形成第2N型扩散区域8。俯视观察下第1N型扩散区域6与第2N型扩散区域8重叠，形成光电二极管的负极区域。通过以上的工序能够在期望的受光元件区域制作成为光电二极管的pn结。图2示出通过本申请的第1实施例的制造方法形成的受光元件区域的磷的深度方向的浓度分布。通过第1高速退火，大致形成具有图2中利用标号101示出的浓度分布的第1N型扩散区域6所对应的第1杂质分布。关于第1杂质分布，表面浓度大致为1019cm－3，浓度成为1015cm－3的深度为74nm。在图2中能看到平缓的杂质分布，不过作成深度小于100nm的结，成为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在硅衬底的表面具有利用pn结的光电二极管的半导体装置的制造方法，其特征在于具有：除去硅衬底的表面的氧化膜的工序；向所述硅衬底的表面沉积包含磷的第1氧化物的工序；仅在期望的部分形成所述第1氧化物的工序；在1000℃以上的高温下对仅在所述期望的部分形成的所述第1氧化物实施成为3分钟以下的第1退火，使所述第1氧化物所包含的磷向所述硅衬底表面热扩散，形成第1N型扩散区域的工序；在除去仅在所述期望的部分形成的所述第1氧化物之后，向所述硅衬底表面沉积包含磷的第2氧化物的工序；以与所述第1N型扩散区域连接的方式形成所述第2氧化物的工序；以及在与所述第1退火相同或者更高的温度下，对与所述第1N型扩散区域连接而形成的所述第2氧化物实施成为与所述第1退火相同或者更短时间的第2退火，使所述第2氧化物所包含的磷向所述硅衬底表面热扩散，形成第2N型扩散区域的工序。

【技术特征摘要】
2016.08.09 JP 2016-156829;2017.06.23 JP 2017-123171.一种在硅衬底的表面具有利用pn结的光电二极管的半导体装置的制造方法，其特征在于具有：除去硅衬底的表面的氧化膜的工序；向所述硅衬底的表面沉积包含磷的第1氧化物的工序；仅在期望的部分形成所述第1氧化物的工序；在1000℃以上的高温下对仅在所述期望的部分形成的所述第1氧化物实施成为3分钟以下的第1退火，使所述第1氧化物所包含的磷向所述硅衬底表面热扩散，形成第1N型扩散区域的工序；在除去仅在所述期望的部分形成的所述第1氧化物之后，向所述硅衬底表面沉积包含磷的第2氧化物的工序；以与所述第1N型扩散区域连接的方式形成所述第2氧化物的工序；以及在与所述第1退火相同或者更高的温度下，对与所述第1N型扩散区域连接而形成的所述第2氧化物实施成为与所述第1退火相同或者更短时间的第2退火，使所述第2氧化物所包含的磷向所述硅衬底表面热扩散，形成第2N型扩散区域的工序。2.一种在硅衬底的表面具有利用pn结的光电二极管的半导体装置的制造方法，其特征在于具有：在硅衬底的表面整个区域形成氧化膜的工序；选择性地除去所述氧化膜，在光电二极管形成区域中使构成所述硅衬底的硅的表面露出的工序；在所述硅衬底的表面整个区域沉积包含磷的第1氧化物，在所述光电二极管形成区域中以与所述露出的硅的表面接触的方式沉积所述第1氧化物的工序；在1000℃以上的高温下对所述第1氧化物实施成为3分钟以下的第1退火，使所述第1氧化物所包含的磷向所述硅衬底的表面热扩散，形成第1N型扩散区域的工序；选择性地除去所述第1氧化物，在所述光电二极管形成区域中使构成所述硅衬底的硅的表面露出的工序；对所述硅衬底的表面整个区域沉积包含磷的第2氧化物，在所述光电二极管形成区域中以与所述露出的硅的表面接触的方式沉积所述第2...

【专利技术属性】
技术研发人员：朝生龙也，
申请(专利权)人：精工半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP