JP2002329676A - アンチモン拡散方法 - Google Patents

アンチモン拡散方法

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JP2002329676A
JP2002329676A JP2001132616A JP2001132616A JP2002329676A JP 2002329676 A JP2002329676 A JP 2002329676A JP 2001132616 A JP2001132616 A JP 2001132616A JP 2001132616 A JP2001132616 A JP 2001132616A JP 2002329676 A JP2002329676 A JP 2002329676A
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antimony
diffusion
antimony trioxide
sheet resistance
silicon
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Masaki Mashima
正樹 真島
Takashi Aoki
青木  隆
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】シリコンにアンチモンを気相拡散させる方法に
おいて、シート抵抗をより一層低くすることのできるア
ンチモン拡散方法を提供する。 【解決手段】加熱して昇華させた三酸化アンチモンを拡
散炉内に流通させて、シリコンにアンチモンを拡散させ
るアンチモン拡散方法において、昇華雰囲気に暴露され
る三酸化アンチモンの表面積を大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、気相拡散によって
アンチモンをシリコンに拡散させる、アンチモン拡散方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】シリコンにアンチモンを拡散させる方法
に、拡散源として三酸化アンチモン(Sb23)を用い
た気相拡散方法がある。これは、拡散炉内において、る
つぼなど開口している容器に入れた固体の三酸化アンチ
モンを加熱して昇華させるとともに、シリコン方向に拡
散炉の雰囲気ガス(以下、単にガスということがある)
を流通させて、加熱されたシリコンにアンチモンを拡散
させる方法である。
【0003】この気相拡散法では、拡散炉内の温度を高
くしたり、ガスの流量を大きくすると、アンチモンが拡
散されたシリコンのシート抵抗が下がる傾向がある。ま
た、投入する三酸化アンチモンの量を大きくした場合
も、同様にシート抵抗が下がる傾向がある。そこで、拡
散炉内の温度や、ガス流量を調節したり、投入する三酸
化アンチモンの量を変えることによって、目的のシート
抵抗値を得ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの方法
でシリコンにアンチモンを拡散する場合、得られるシー
ト抵抗に限界があった。即ち、投入する三酸化アンチモ
ンの量を大きくしたり、昇華した三酸化アンチモンを含
有するガスの流量を増やすことによって、アンチモン拡
散品のシート抵抗はある程度まで下がるものの、それ以
上にガス流量や投入する三酸化アンチモン量を増やして
も、その下限よりもシート抵抗を下げることはできなか
った。
【0005】本発明の課題は、シリコンにアンチモンを
気相拡散させる方法において、シート抵抗をより一層低
くすることのできるアンチモン拡散方法を提供すること
である。
【0006】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明者等は、アンチモンの気相拡散法について鋭
意検討した。その結果、三酸化アンチモンを拡散炉内に
投入する際に、三酸化アンチモンを収納するために使用
する容器の開口面積を大きくすると、アンチモン拡散品
のシート抵抗がより一層下がることが分かった。この傾
向は、投入する三酸化アンチモンの増量やガス流量の増
加によりシート抵抗が下限に達した後にも観察された。
【0007】すなわち本発明は、加熱して昇華させた三
酸化アンチモンを拡散炉内に流通させてシリコンにアン
チモンを拡散させるアンチモン拡散方法において、昇華
雰囲気に暴露される三酸化アンチモンの表面積を調節す
ることにより、アンチモンの拡散されるシリコンのシー
ト抵抗を調節することを特徴とする。
【0008】三酸化アンチモンの昇華雰囲気に対する暴
露面積を大きくすると、それだけ効果的に三酸化アンチ
モンの昇華が行われるようになるので、拡散炉内のアン
チモン濃度が高くなる。その結果、シリコンへのアンチ
モン拡散量が増える。従って、昇華雰囲気に暴露される
三酸化アンチモンの表面積を大きくすると、アンチモン
の拡散されたシリコンのシート抵抗をより一層低くする
ことができる。
【0009】例えば、昇華雰囲気に暴露される三酸化ア
ンチモンの表面積は、三酸化アンチモンを収納する容器
(例えば、るつぼ)の開口面積を調節することにより、
調節することができる。
【0010】ここで、容器の開口面積を調節するとは、
目的とするアンチモン拡散品のシート抵抗値を鑑みて、
開口面積の大きい、あるいは小さい容器を選択して使用
することである。
【0011】また、昇華雰囲気に暴露される三酸化アン
チモンの表面積は、使用する容器の個数を調節すること
により、調節することもできる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図1に、本実施の形態のアンチモン拡散方法で使
用する拡散装置100を模式的に示す。この拡散装置1
00は、シリコンウェーハ10を列置したウェーハボー
ト11を載置する第1ゾーン2と、粉末状の三酸化アン
チモン13を入れた円筒形状のるつぼ12を載置する第
2ゾーン3とが隣接して設けられた拡散炉1を有する。
この拡散炉1においては、該拡散炉1内の雰囲気を形成
する雰囲気ガスが第2ゾーン3のガス供給口3aから供
給され、第1ゾーン2へ流入し、ガス排出口2aから排
出されるようになっている。ガスの流れる方向を矢印で
記す。また、第1ゾーン2にはヒーター4、第2ゾーン
3にはヒーター5が備えられ、それぞれのゾーンにおけ
る温度を調節している。
【0013】シリコンウェーハ10にアンチモンを拡散
させる際には、前述のように、第1ゾーン2にシリコン
ウェーハ10を、また第2ゾーン3に三酸化アンチモン
13を載置する。そして、第1ゾーン2および第2ゾー
ン3を加熱するとともに、第2ゾーン3から第1ゾーン
2へ一定の速度でガスを流通させる。それによって、第
2ゾーン3内で三酸化アンチモン13を昇華させ、第1
ゾーン2に運び、シリコンウェーハ10にアンチモンを
堆積・拡散させる。拡散炉1に流通させるガスとして
は、当初は窒素ガスを所定の時間流通させ、任意の量の
アンチモンをシリコンウェーハに堆積・拡散させる。そ
の後、酸素を含んだガスを流通させることにより、シリ
コンウェーハ10表面に酸化膜を形成させ、アンチモン
がさらに堆積することを止める。その後、所定の時間加
熱を続けることにより、シリコンウェーハ10内の任意
の深さまでアンチモンを拡散させる。なお、これらの炉
内温度と、該温度を維持する時間、ガスの流速、ガス組
成を変化させるまでの時間は、アンチモンを拡散させる
シリコンウェーハ10が所望のシート抵抗となるよう
に、適宜設定される条件である。
【0014】第2ゾーン3内に三酸化アンチモン13を
載置する際には、シリコンウェーハ10が所望のシート
抵抗となるようにアンチモンを拡散するために、三酸化
アンチモンの昇華雰囲気に対する暴露面積を調節する。
昇華雰囲気への暴露面積は、三酸化アンチモン13を収
納する容器として用いるるつぼ12の開口面積の大きさ
を鑑みて好ましいるつぼを選択するか、もしくは使用す
るるつぼの個数を調節することによって、調整する。三
酸化アンチモンの暴露面積をどの程度にすると、所望の
シート抵抗値を有するシリコンウェーハが得られるかに
ついては、温度、時間等他の拡散条件を適切に設定した
後、様々な暴露面積でシリコンウェーハへのアンチモン
拡散処理を行い、各暴露面積におけるシート抵抗を測定
して、予め暴露面積−シート抵抗のデータを作成する。
それを基に、拡散処理に使用するるつぼの開口面積・個
数を適宜選択するようにする。
【0015】
【実施例1】本実施例では、直径100mm、結晶方位〈1
10〉のシリコンウェーハ10を用いてアンチモンの拡
散を行った。この際、第2ゾーン3に載置するるつぼ12
に収納する三酸化アンチモン量は17gとした。また、三
酸化アンチモン13を収納する容器として用いるるつぼ
12として、開口面積が1257mm2、および250
0mm2の2種類を用意し、それぞれを使用した場合に
おいて拡散処理を行った。拡散は、少量の酸素を含む窒
素を雰囲気ガスとして拡散炉1内に供給しながら、シリ
コンウェーハ10を載置する第1ゾーン2を1250℃程
度、三酸化アンチモン13を収納する容器であるるつぼ
12を載置する第2ゾーン3を800℃程度で一定温度に
保ちながら行った。
【0016】開口面積が1257mm2のるつぼ12を
用い、3枚のシリコンウェーハ10に対してアンチモン
の拡散処理を行った結果、得られたシート抵抗は、平均
値約20.5Ω/□、最大値約22.5Ω/□、最小値約
19.5Ω/□であった。また、開口面積が2500m
2のるつぼを用い、同じく3枚のシリコンウェーハに
対してアンチモンの拡散処理を行った結果、得られたシ
ート抵抗は、平均値が約15.0Ω/□であり、最大値
・最小値は平均値に非常に近いばらつきの小さい値を示
した。これらの、るつぼ12の開口面積に対するシート
抵抗を図2に示す。このように、開口面積の異なるるつ
ぼを使用して、昇華雰囲気に暴露される三酸化アンチモ
ンの表面積を調節することにより、シート抵抗を調節す
ることができる。
【0017】なお、本実施例において、三酸化アンチモ
ンを第2ゾーン3に投入する際、開口面積が1257m
2のるつぼを2個用いて17gの三酸化アンチモンを
ほぼ2等分して入れ、2個とも第2ゾーン3内に載置す
る方法をとり、他は上記と同一条件下でアンチモンの拡
散を行った。その結果、前記実施例1において開口面積
2500mm2のるつぼを用いた場合とほぼ同様の結果
が得られた。すなわち、使用するるつぼの個数を調節し
て、昇華雰囲気に暴露される三酸化アンチモンの表面積
を調節することにより、アンチモンを拡散したシリコン
ウェーハのシート抵抗を調節することができた。
【0018】〈比較例〉上記実施例1の比較例として、
開口面積が1257mm2のるつぼを用い、投入する三
酸化アンチモン量を10g、13.5g、14g、14.5g、15
g、16g、17gとした場合に対し、上記実施例1と同じ
条件でそれぞれアンチモンの拡散処理を行った。これら
の拡散処理においては、直径100mm、結晶方位〈11
0〉のシリコンウェーハ10を各3枚用いて行った。各
アンチモン拡散処理を施したシリコンウェーハ10につ
いて、シート抵抗を測定した。その結果、シート抵抗の
平均値は、それぞれ約18.5Ω/□、17.0Ω/□、18.5Ω/
□、19.0Ω/□、19.0Ω/□、19.0Ω/□、20.5Ω/□であ
った。三酸化アンチモン量に対する、これらの平均値
と、最大値・最小値を図3に示す。このように、開口面
積が1257mm2のるつぼを用いた場合、三酸化アン
チモンを増量して到達することのできるシート抵抗は、
18Ω/□付近が下限であった。すなわち、比較例の条
件下においては、三酸化アンチモンの増量ではシート抵
抗を18Ω/□よりも低くすることができない。また、
前記実施例1と本比較例の結果より、三酸化アンチモン
の昇華雰囲気に対する暴露面積を大きくすることによ
り、従来の下限値より一層低いシート抵抗を得ることが
できる。
【0019】
【実施例2】本実施例では、拡散炉1内の温度、ガス組
成等の条件は実施例1と同一とし、直径100mm、結晶方
位<100>のシリコンウェーハ10を使用してアンチ
モンの拡散を行った。三酸化アンチモン13の使用量は
7gとし、開口面積が450mm 2,530mm2,700mm2,9
00mm2,1130mm2,1250mm2のるつぼを三酸化アン
チモン13を収納する容器として用いた場合について、
それぞれ3枚のシリコンウェーハ10に対してアンチモ
ン拡散を行った。アンチモンの拡散されたシリコンウェ
ーハ10についてシート抵抗を測定した結果、それぞれ
のシート抵抗の平均値は、約20.0Ω/□,19.5Ω/□,1
7.0Ω/□,14.5Ω/□,13.5Ω/□,13.5Ω/□であっ
た。また、いづれも最大値、最小値は平均値と近い値で
あり、ばらつきは小さかった。これらの、各るつぼ開口
面積に対するシート抵抗の平均値、最大値、最小値を図
4に示す。図4から明らかなように、結晶方位が〈11
0〉の場合のみならず、〈100〉の場合でも、開口面
積の異なるるつぼを使用して、昇華雰囲気に暴露される
三酸化アンチモンの表面積を調節することにより、シー
ト抵抗を調節することができる。すなわち、本発明のア
ンチモン拡散方法は、結晶方位に関係なく適用すること
ができる。
【0020】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではない。例えば、三酸化アンチモンの第2ゾ
ーン3内への載置方法は、複数のるつぼを用いる場合、
横に並べてもよく、棚などを設けてるつぼを上下方向に
並べるようにしてもよい。また、三酸化アンチモンをシ
ート状に形成して拡散炉内に入れ、昇華雰囲気に曝すよ
うにしてもよい。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、拡散炉内の昇華雰囲気
に暴露される三酸化アンチモンの表面積を調節すること
により、アンチモンの拡散されるシリコンのシート抵抗
を調節することができる。例えば、拡散炉内の三酸化ア
ンチモンを増量することにより調節できるシート抵抗
が、その下限に達している場合でも、昇華雰囲気に暴露
される三酸化アンチモンの表面積を大きくすることで、
さらにシート抵抗を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による気相拡散を行うための拡散装置を
模式的に示した断面図である。
【図2】本発明を適用した実施例1のアンチモン拡散に
おいて、るつぼの開口面積とシート抵抗値の関係を示す
図である。
【図3】実施例1の比較例として実施したアンチモン拡
散において、投入した三酸化アンチモン量とシート抵抗
値の関係を示す図である。
【図4】本発明を適用した実施例2のアンチモン拡散に
おいて、るつぼの開口面積とシート抵抗値の関係を示す
図である。
【符号の説明】
1 拡散炉 2 第1ゾーン 3 第2ゾーン 4,5ヒーター 10 シリコンウェーハ 12 るつぼ 13 三酸化アンチモン 100 拡散装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】加熱して昇華させた三酸化アンチモンを拡
    散炉内に流通させてシリコンにアンチモンを拡散させる
    アンチモン拡散方法において、 昇華雰囲気に暴露される三酸化アンチモンの表面積を調
    節することにより、アンチモンの拡散されるシリコンの
    シート抵抗を調節することを特徴とするアンチモン拡散
    方法。
  2. 【請求項2】三酸化アンチモンを収納する容器の開口面
    積を調節することにより、昇華雰囲気に暴露される三酸
    化アンチモンの表面積を調節することを特徴とする請求
    項1記載のアンチモン拡散方法。
  3. 【請求項3】三酸化アンチモンを収納するために使用す
    る容器の個数を調節することにより、昇華雰囲気に暴露
    される三酸化アンチモンの表面積を調節することを特徴
    とする請求項1記載のアンチモン拡散方法。
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