JP2003218049A - Liquid form impurity source material and method of forming diffusion region using the material - Google Patents

Liquid form impurity source material and method of forming diffusion region using the material

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JP2003218049A
JP2003218049A JP2002011081A JP2002011081A JP2003218049A JP 2003218049 A JP2003218049 A JP 2003218049A JP 2002011081 A JP2002011081 A JP 2002011081A JP 2002011081 A JP2002011081 A JP 2002011081A JP 2003218049 A JP2003218049 A JP 2003218049A
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impurity source
semiconductor substrate
film
thickener
liquid impurity
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Kinji Sugiyama
欣二 杉山
Hiroshige Takagi
裕滋 高木
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Sanken Electric Co Ltd
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Sanken Electric Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem of difficulty of forming an n-type diffusion region in a good condition using liquid form impurity source. <P>SOLUTION: The liquid form impurity source material, which consists of ammonium dihydrogen phosphate as conduction-deciding impurity, solvent, poly N-vinylacetamide as a thickever, and water, is coated on a semiconductor substrate 1 to form as liquid impurity source film 2, and the film is dried. Next, the film is heated at a temperature lower than the phosphorous diffusion temperature, and subsequently is heated at a temperature higher than the temperature of phosphorous diffusion in the semiconductor substrate 1. Thus, it is possible to properly form the n-type diffusion region using the liquid form impurity source. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン半導体基
板にn形不純物としてのリンを拡散させるために使用す
る液状不純物源材料、及びこの液状不純物源材料を使用
して半導体基板にn形拡散領域を形成する方法に関す
る。
The present invention relates to a liquid impurity source material used for diffusing phosphorus as an n-type impurity in a silicon semiconductor substrate, and an n-type diffusion region in a semiconductor substrate using this liquid impurity source material. To a method of forming.

【0002】[0002]

【従来の技術】ダイオード、トランジスタ、サイリスタ
等を製造するために、シリコン半導体基板にn型拡散領
域を形成するための不純物源材料としてリンを含む液状
不純物源材料が知られている。これを使用してn形不純
物拡散領域を形成する時には、アルコールなどの有機溶
媒にn形不純物としてのリンを溶解してなる液状不純物
源を周知のスピンナ方法によってシリコン半導体基板の
表面に塗布して液状不純物被膜を形成し、次に、このシ
リコン半導体基板に140〜200℃程度の熱処理を施
し、この液状不純物被膜をベーキングして有機溶剤を蒸
発させて拡散源膜を形成し、続いて、このシリコン半導
体基板に窒素雰囲気中で1200℃程度の熱処理を施す
ことによって拡散源膜中のリンを半導体基板内に拡散す
る。
2. Description of the Related Art A liquid impurity source material containing phosphorus is known as an impurity source material for forming an n-type diffusion region in a silicon semiconductor substrate for manufacturing diodes, transistors, thyristors and the like. When the n-type impurity diffusion region is formed using this, a liquid impurity source obtained by dissolving phosphorus as an n-type impurity in an organic solvent such as alcohol is applied to the surface of the silicon semiconductor substrate by a well-known spinner method. A liquid impurity film is formed, then the silicon semiconductor substrate is subjected to heat treatment at about 140 to 200 ° C., the liquid impurity film is baked to evaporate the organic solvent, and a diffusion source film is formed. By subjecting the silicon semiconductor substrate to a heat treatment at about 1200 ° C. in a nitrogen atmosphere, phosphorus in the diffusion source film is diffused into the semiconductor substrate.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のリン
を含む液状不純物源は、アルコールなどの有機溶媒と無
機リン化合物との混合物から成る。ここで、リン化合物
としてリン酸2水素アンモニウム等の無機リン化合物を
使用するのは、無機リン化合物が有機溶媒に対して良好
に溶解するためである。しかし、無機リン化合物は吸湿
性が高いため、無機リン化合物と有機溶媒とを混合して
なる液状不純物を使用すると、シリコン半導体基板表面
に拡散源膜を安定して形成できないという問題点があっ
た。即ち、リン化合物の吸湿により液状不純物源が半導
体基板の裏面側まで回り込んだり、液状不純物被膜をベ
ーキングしてからしばらくの時間放置するとリン化合物
の吸湿によってリンを含む水滴が拡散源膜の表面に形成
されることがあった。こらの不純物源の回り込みや水滴
の発生は、シリコン半導体基板に均質な拡散領域を安定
して形成するにあたって問題となる。ここで、無機リン
化合物としての吸湿性の少ないものを使用することも考
えられるが、この種の吸湿性の少ない無機リン化合物は
水には比較的良好に溶解するがアルコールなどの有機溶
媒には良好に溶解しないため、液状不純物源のリン化合
物として使用することはできなかった。この種の問題を
解決するために、本件出願人は無機リン化合物に増粘剤
としてポリビニルアルコ−ルを添加することを試みた。
しかし、次のような欠点があった。 (1) 上記液状不純物源はポリビニルアルコ−ルと無
機リン化合物との相溶性が悪く、無機リン化合物を15
%以上の高濃度にするとベ−キングの際にポリマ−とリ
ン化合物が分離してしまう。 (2) 上記液状不純物源はシリコン半導体基板に対す
る濡れ性が悪く、特にミラ−面に対しては均一な被膜を
得ることが困難で、微小はピンホ−ル状の濡れ不良を形
成してしまい良好な拡散層を得ることができなかった。 (3) ポリビニルアルコ−ルは他の水溶性ポリマ−に
比べて、無機リン化合物に対して塩析しにくいポリマ−
ではあるが、ポリビニルアルコ−ル濃度が10%の時、
塩析しないで溶解できる無機リン化合物濃度は10%程
度であり、シリコン半導体基板に固溶限に近い高濃度N
型拡散層や表面濃度が1020cm-3の高濃度で100μ
m以上のn型拡散層を形成することができなかった。
The conventional liquid impurity source containing phosphorus is composed of a mixture of an organic solvent such as alcohol and an inorganic phosphorus compound. Here, the reason why the inorganic phosphorus compound such as ammonium dihydrogen phosphate is used as the phosphorus compound is that the inorganic phosphorus compound is well dissolved in the organic solvent. However, since the inorganic phosphorus compound has high hygroscopicity, there is a problem that a diffusion source film cannot be stably formed on the surface of a silicon semiconductor substrate when a liquid impurity obtained by mixing the inorganic phosphorus compound and an organic solvent is used. . That is, the liquid impurity source wraps around to the back surface side of the semiconductor substrate due to the moisture absorption of the phosphorus compound, or if the liquid impurity film is left for a while after baking, the moisture content of the phosphorus compound causes water droplets containing phosphorus to the surface of the diffusion source film. It was sometimes formed. The wraparound of these impurity sources and the generation of water droplets pose a problem in stably forming a homogeneous diffusion region in the silicon semiconductor substrate. Here, it is possible to use an inorganic phosphorus compound having a low hygroscopicity as an inorganic phosphorus compound, but this kind of a low hygroscopic inorganic phosphorus compound is relatively well dissolved in water, but in an organic solvent such as alcohol. Since it does not dissolve well, it could not be used as a phosphorus compound as a liquid impurity source. In order to solve this kind of problem, the present applicant has tried to add polyvinyl alcohol as a thickener to the inorganic phosphorus compound.
However, it had the following drawbacks. (1) The liquid impurity source has a poor compatibility between polyvinyl alcohol and an inorganic phosphorus compound, and the amount of the inorganic phosphorus compound is 15
When the concentration is higher than 0.1%, the polymer and the phosphorus compound are separated during baking. (2) The liquid impurity source has a poor wettability with respect to the silicon semiconductor substrate, and it is difficult to obtain a uniform film especially on the mirror surface. It was not possible to obtain a proper diffusion layer. (3) Polyvinyl alcohol is a polymer that is less likely to salt out with respect to inorganic phosphorus compounds than other water-soluble polymers.
However, when the polyvinyl alcohol concentration is 10%,
The concentration of the inorganic phosphorus compound that can be dissolved without salting out is about 10%, and the high concentration N close to the solid solubility limit in the silicon semiconductor substrate.
100μ at high concentration of mold diffusion layer and surface concentration of 10 20 cm -3
An n-type diffusion layer of m or more could not be formed.

【0004】そこで、本発明の目的は、リンを含む拡散
源膜を容易且つ良好に形成することのできる液状不純物
源材料、及びそれを使用した拡散方法を提供することに
ある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a liquid impurity source material capable of easily and satisfactorily forming a diffusion source film containing phosphorus, and a diffusion method using the same.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、上記
目的を達成するための請求項1の発明は、シリコン半導
体基板にn形不純物を拡散する時に使用する液状不純物
源材料であって、無機リン化合物と、窒素を含有するビ
ニル系高分子物質、セルロ−ス系高分子物質及びアクリ
ル系高分子物質から選択された少なくとも1種の水溶性
有機高分子物質から成る増粘剤と、有機溶剤と、水とか
ら成る液状不純物源材料に係わるものである。
The present invention for solving the above problems and achieving the above objects provides a liquid impurity source material used when diffusing n-type impurities into a silicon semiconductor substrate, A thickener comprising an inorganic phosphorus compound and at least one water-soluble organic polymer selected from nitrogen-containing vinyl polymer, cellulose polymer and acrylic polymer; The present invention relates to a liquid impurity source material composed of a solvent and water.

【0006】上記目的を達成するための請求項3の方法
の発明は、無機リン化合物と、窒素を含有するビニル系
高分子物質、セルロ−ス系高分子物質及びアクリル系高
分子物質から選択された少なくとも1種の水溶性有機高
分子物質から成る増粘剤と、有機溶剤と、水とから成る
液状不純物源材料を用意する工程と、シリコン半導体基
板の表面に前記液状不純物源材料を塗布して液状不純物
源膜を形成する工程と、前記液状不純物源膜に対してリ
ンの拡散温度よりも低い温度の第1の熱処理を施して前
記溶剤及び前記水を蒸発させて前記無機リン化合物と前
記増粘剤とから成る乾燥状態の不純物源膜を形成する工
程と、前記乾燥状態の不純物源膜を有する前記半導体基
板に対して酸素を含む雰囲気中で第2の熱処理を施して
前記増粘剤を除去し且つ前記半導体基板の表面にリンを
含むシリコン酸化膜を形成する工程と、前記リンを含む
シリコン酸化膜を有する前記半導体基板に対して非酸化
雰囲気で前記第2の熱処理よりも高い温度の第3の熱処
理を施して前記半導体基板内にリンを拡散させる工程と
を備えていることを特徴とする拡散領域形成方法に係わ
るものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention of the method of claim 3 is selected from an inorganic phosphorus compound, a nitrogen-containing vinyl polymer material, a cellulose polymer material and an acrylic polymer material. And a step of preparing a liquid impurity source material composed of at least one water-soluble organic polymer substance, an organic solvent, and water, and applying the liquid impurity source material to the surface of the silicon semiconductor substrate. A step of forming a liquid impurity source film by applying a first heat treatment to the liquid impurity source film at a temperature lower than a diffusion temperature of phosphorus to evaporate the solvent and the water, and the inorganic phosphorus compound and the inorganic phosphorus compound. Forming a dry impurity source film comprising a thickener; and subjecting the semiconductor substrate having the dry impurity source film to a second heat treatment in an atmosphere containing oxygen to increase the viscosity of the thickener. Remove And a step of forming a silicon oxide film containing phosphorus on the surface of the semiconductor substrate, and a third temperature higher than the second heat treatment in a non-oxidizing atmosphere for the semiconductor substrate having the silicon oxide film containing phosphorus. And a step of diffusing phosphorus into the semiconductor substrate by applying the heat treatment described in 1. above.

【0007】各請求項の発明における無機リン化合物
は、リン酸2水素アンモニウム、又はリン酸水素2アン
モニウム、又はリン酸2水素ジエチルアンモニウムであ
ることが望ましい。特に、リン2水素アンモニウムは、
安全性が高く、吸湿性が少なく、融点が190℃であ
り、25℃の水に対する溶解度が40.3g/100g
水であり、更に、190.5℃で分解を開始してメタリ
ン酸塩になる等の理由で本発明に従う無機リン化合物と
して好適である。また、請求項2に示すように、前記増
粘剤は、ポリN−ビニルアセトアミド、ポリN−ビニル
ホルムアミド、ポリアミジン、ポリアミン、カルボキシ
メチルセルロース・アンモニウム塩、ポリアクリル酸及
びポリアクリルアミドから選択された少なくとも1種で
あることが望ましい。
The inorganic phosphorus compound in the invention of each claim is preferably ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, or diethyl ammonium dihydrogen phosphate. In particular, ammonium phosphorus dihydrogen
High safety, low hygroscopicity, melting point 190 ° C, solubility in water at 25 ° C 40.3g / 100g
It is water, and is suitable as the inorganic phosphorus compound according to the present invention because it starts to decompose at 190.5 ° C. and becomes a metaphosphate. Further, as shown in claim 2, the thickener is at least one selected from poly N-vinylacetamide, poly N-vinylformamide, polyamidine, polyamine, carboxymethylcellulose ammonium salt, polyacrylic acid and polyacrylamide. Seed is desirable.

【0008】各請求項の発明における溶剤は、無機リン
化合物と膨潤した増粘剤との両方を溶解させることがで
きるものから選択される。これ等の条件を満足する溶剤
として例えば、メタノール、エタノール、2−プロパノ
ール、2−メトキシエタノール等のアルコール系物質、
又はエチレングリコール、プロピレングリコール等のグ
リコール系物質がある。
The solvent in the invention of each claim is selected from those capable of dissolving both the inorganic phosphorus compound and the swollen thickener. As a solvent satisfying these conditions, for example, alcohol-based substances such as methanol, ethanol, 2-propanol and 2-methoxyethanol,
Alternatively, there are glycol-based substances such as ethylene glycol and propylene glycol.

【0009】[0009]

【発明の効果】各請求項の発明は次の効果を有する。 (1) 本発明に従う水溶性有機高分子物質から成る増
粘剤は、ポリビニルアルコ−ルよりも極性が強い水溶性
物質であり、ポリビニルアルコ−ルよりも無機リン化合
物に対する相溶性が良い。このため無機リン化合物を増
粘剤に均一に混合することができ、不純物濃度が均一な
リン拡散領域を形成することができる。 (2) 増粘剤は、シリコン半導体基板に対して良好な
濡れ性を確保することができる物質である。このため、
均一且つ良好な不純物源膜を作ることができ、均一なリ
ン拡散領域を形成することができる。 (3) 塩析を防いで無機リン化合物を比較的高濃度
(例えば20%)に溶解させることができる。このた
め、n形不純物(リン)の濃度が高いn形拡散領域を形
成することができ、且つ深いn形拡散領域を形成するこ
とが可能である。 (4) 無機リン化合物及び増粘剤の割合を比較的広い
範囲で調整することができ、n形拡散領域の不純物濃
度、深さの調整が容易である。
The invention of each claim has the following effects. (1) The thickener comprising a water-soluble organic polymer substance according to the present invention is a water-soluble substance having a stronger polarity than polyvinyl alcohol, and has better compatibility with inorganic phosphorus compounds than polyvinyl alcohol. Therefore, the inorganic phosphorus compound can be uniformly mixed with the thickener, and a phosphorus diffusion region having a uniform impurity concentration can be formed. (2) The thickener is a substance that can ensure good wettability with respect to the silicon semiconductor substrate. For this reason,
A uniform and excellent impurity source film can be formed, and a uniform phosphorus diffusion region can be formed. (3) Salting out can be prevented and the inorganic phosphorus compound can be dissolved in a relatively high concentration (for example, 20%). Therefore, it is possible to form the n-type diffusion region having a high concentration of the n-type impurity (phosphorus), and it is possible to form the deep n-type diffusion region. (4) The proportions of the inorganic phosphorus compound and the thickener can be adjusted in a relatively wide range, and the impurity concentration and depth of the n-type diffusion region can be easily adjusted.

【0010】次に、図1を参照して本発明の実施形態を
説明する。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0011】図1(A)〜(G)は、本発明の1実施形
態に係わる半導体装置としてのダイオードの製造方法を
工程順に説明するための図である。なお、図1(G)に
はダイオードが示されているが、トランジスタ、サイリ
スタ等の半導体装置におけるn形拡散領域の形成にも本
発明を適用することができる。
1A to 1G are views for explaining a method of manufacturing a diode as a semiconductor device according to an embodiment of the present invention in the order of steps. Although a diode is shown in FIG. 1G, the present invention can be applied to formation of an n-type diffusion region in a semiconductor device such as a transistor or a thyristor.

【0012】まず、図1(A)に示すp形半導体基板1
を用意すると共に、液状不純物源材料を用意する。な
お、半導体基板1は、ppn形ダイオードを形成する
ために裏面側にp半導体領域を有するものであっても
よい。また、トランジスタを形成する場合には、半導体
基板1として裏面側にn形半導体領域を有するものを使
用する。
First, the p-type semiconductor substrate 1 shown in FIG.
And the liquid impurity source material. The semiconductor substrate 1 may have ap + semiconductor region on the back surface side to form a p + pn diode. When forming a transistor, a semiconductor substrate 1 having an n-type semiconductor region on the back side is used.

【0013】液状不純物源材料として、 水溶性有機リン化合物 10〜20重量% 増粘剤 10〜20重量% 有機溶剤 5〜10重量% 水 残部 の合計で100重量%となるものを使用する。As a liquid impurity source material, Water-soluble organic phosphorus compound 10-20% by weight Thickener 10-20% by weight Organic solvent 5-10% by weight Remaining water The total of 100% by weight is used.

【0014】液状不純物源材料の重量%で示す組成のよ
り好ましい例は次の通りである。 無機リン化合物としてのリン酸2水素アンモニウム:1
0〜20重量% 増粘剤としてポリN−ビニルアミド:10〜20重量% 有機溶剤としての2−メトキシエタノ−ル:5〜10重
量% 水 :残部
A more preferable example of the composition represented by weight% of the liquid impurity source material is as follows. Ammonium dihydrogen phosphate as an inorganic phosphorus compound: 1
0 to 20% by weight Poly N-vinyl amide as a thickener: 10 to 20% by weight 2-methoxyethanol as an organic solvent: 5 to 10% by weight Water: balance

【0015】上記組成の液状不純物源材料を作製する時
には、ポリN−ビニルアセトアミドを2−メトキシエタ
ノ−ル及び水に溶解したものを作り、ここにニ水素アン
モニウムを溶解する。ポリビニルアルコールよりも極性
の強いポリN−ビニルアセトアミドを増粘剤とし使用す
ると、液状不純物源材料における無機リン酸化合物の濃
度即ち割合を20重量%程度まで高めることができる。
また、液状不純物源材料における増粘剤の濃度即ち割合
を20重量%まで高めることができる。
When the liquid impurity source material having the above composition is prepared, poly N-vinylacetamide is dissolved in 2-methoxyethanol and water, and ammonium dihydrogen is dissolved therein. When poly N-vinylacetamide, which is more polar than polyvinyl alcohol, is used as a thickener, the concentration of the inorganic phosphoric acid compound in the liquid impurity source material, that is, the proportion thereof can be increased to about 20% by weight.
In addition, the concentration or ratio of the thickener in the liquid impurity source material can be increased to 20% by weight.

【0016】次に、この液状不純物源材料を周知のスピ
ンナ法によって半導体基板1の一方の主面上に均一に塗
布して液状不純物源膜2を図1(B)に概略的に示すよ
うに形成する。本実施形態に従う極性の強い有機高分子
物質から成る増粘剤を使用すると、スピンナ法によって
シリコン半導体基板1上に無機リン化合物が均一に含ま
れた液状不純物源膜2を良好に形成できる。また、増粘
剤の働きによって、液状不純物源膜2の保存安定性が良
く、時間が経過しても半導体基板1の裏面までに液状不
純物源材料が回り込まない。また、半導体基板1の上に
液状不純物源膜2を比較的厚く形成することができる。
また、液状不純物源材料を上記組成にすることにより、
液状不純物源膜2を塗布むらの少ないほぼ均一厚みに形
成することができる。
Next, this liquid impurity source material is uniformly applied to one main surface of the semiconductor substrate 1 by a well-known spinner method to form a liquid impurity source film 2 as schematically shown in FIG. 1 (B). Form. By using the thickener made of a highly polar organic polymer substance according to the present embodiment, the liquid impurity source film 2 in which the inorganic phosphorus compound is uniformly contained can be favorably formed on the silicon semiconductor substrate 1 by the spinner method. Further, due to the action of the thickener, the liquid impurity source film 2 has good storage stability, and the liquid impurity source material does not reach the back surface of the semiconductor substrate 1 even after a lapse of time. Further, the liquid impurity source film 2 can be formed relatively thick on the semiconductor substrate 1.
Further, by making the liquid impurity source material have the above composition,
The liquid impurity source film 2 can be formed to have a substantially uniform thickness with less coating unevenness.

【0017】次に、図1(B)に示す不純物源膜2を形
成した半導体基板1をホットプレート(ヒートプレー
ト)上に配置し、この不純物源膜2を伴った半導体基板
1に対してリンの拡散温度よりも低い150〜200℃
の温度で30〜60秒間の第1の熱処理を施して、液状
不純物膜2に含まれる溶剤及び水を蒸発させ、図1
(C)に示すように半導体基板1の一方の主面に無機リ
ン化合物と増粘剤とを含む乾燥状態の高分子物質膜から
成る不純物源膜3を形成する。この乾燥処理は空気中で
行う。
Next, the semiconductor substrate 1 on which the impurity source film 2 shown in FIG. 1B is formed is placed on a hot plate (heat plate), and phosphorus is applied to the semiconductor substrate 1 with the impurity source film 2. 150 ~ 200 ℃ lower than the diffusion temperature of
1st heat treatment for 30 to 60 seconds at a temperature of 1 to evaporate the solvent and water contained in the liquid impurity film 2,
As shown in (C), an impurity source film 3 made of a polymer film in a dry state containing an inorganic phosphorus compound and a thickener is formed on one main surface of the semiconductor substrate 1. This drying process is performed in the air.

【0018】次に、図1(C)に示す不純物源膜3を有
する半導体基板1を石英又はSiC(シリコンカーバイ
ト)等から構成される半導体基板拡散用ホルダーにチャ
ージした後に、これを石英又はSiC等から構成される
プロセスチューブ内に入れて所定の温度プロフィルの第
2の熱処理を施す。即ち、チューブ内に酸素を導入して
チューブ内を酸素雰囲気とした状態で拡散温度(126
0℃)よりも低い約1000℃の温度まで半導体基板1
の温度を徐々に高くし、この状態を30〜100分間保
つ。酸素雰囲気即ち酸化性雰囲気で不純物源膜3を加熱
することにより、図1(D)に示すリンを含むシリコン
酸化膜4が生成される。この第2の熱処理によって増粘
剤が熱分解及び燃焼し、除去される。また、無機リン化
合物も熱分解する。
Next, after the semiconductor substrate 1 having the impurity source film 3 shown in FIG. 1 (C) is charged in a semiconductor substrate diffusion holder made of quartz or SiC (silicon carbide) or the like, it is charged with quartz or quartz. It is put in a process tube made of SiC or the like and subjected to a second heat treatment with a predetermined temperature profile. That is, oxygen is introduced into the tube to create an oxygen atmosphere in the tube and the diffusion temperature (126
Semiconductor substrate 1 up to a temperature of about 1000 ° C, which is lower than 0 ° C)
The temperature is gradually increased and this state is maintained for 30 to 100 minutes. By heating the impurity source film 3 in an oxygen atmosphere, that is, an oxidizing atmosphere, the silicon oxide film 4 containing phosphorus shown in FIG. 1D is produced. By this second heat treatment, the thickener is pyrolyzed and burned to be removed. Further, the inorganic phosphorus compound is also thermally decomposed.

【0019】次に、温度を1000℃に保って雰囲気を
酸化性雰囲気から窒素(N2 )雰囲気(非酸化性雰囲
気)に置き換えた後に、図1(D)の半導体基板1に1
260℃の熱処理(第3の熱処理)を所定時間(例えば
10時間)施してリンを含むシリコン酸化膜4からリン
を半導体基板1に拡散させ、図1(E)に示すリン拡散
領域から成るn形半導体領域5を得る。なお、半導体
基板1にはp形半導体領域1aが残存し、pn接合が形
成される。
Next, after keeping the temperature at 1000.degree. C. and replacing the oxidizing atmosphere with a nitrogen (N.sub.2) atmosphere (non-oxidizing atmosphere), the semiconductor substrate 1 shown in FIG.
A heat treatment (third heat treatment) at 260 ° C. is performed for a predetermined time (for example, 10 hours) to diffuse phosphorus from the silicon oxide film 4 containing phosphorus into the semiconductor substrate 1, and the phosphorus diffusion region shown in FIG. A + type semiconductor region 5 is obtained. The p-type semiconductor region 1a remains on the semiconductor substrate 1 and a pn junction is formed.

【0020】次に、図1(E)の半導体基板1に弗酸又
はこれを主成分とする弗酸系エッチング液でエッチング
を施して、半導体基板1の一方の主面に残存したリンを
含むシリコン酸化膜4aを除去して、図1(F)に示す
ように半導体基板1の一方の主面にn形半導体領域5を
露出させる。本実施形態では、上述のようにシリコン半
導体基板1の一方の主面が窒化されることがないため、
半導体基板1の一方の主面に形成されたリンを含むシリ
コン酸化膜4aから成る残渣被膜を容易に完全に除去す
ることができる。
Next, the semiconductor substrate 1 of FIG. 1 (E) is etched with hydrofluoric acid or a hydrofluoric acid-based etching solution containing it as a main component to contain phosphorus remaining on one main surface of the semiconductor substrate 1. The silicon oxide film 4a is removed to expose the n-type semiconductor region 5 on one main surface of the semiconductor substrate 1 as shown in FIG. In this embodiment, as described above, one main surface of the silicon semiconductor substrate 1 is not nitrided,
The residual film formed of the silicon oxide film 4a containing phosphorus formed on one main surface of the semiconductor substrate 1 can be easily and completely removed.

【0021】次に、図1(G)に示すようにn形半導体
領域5の上に第1の金属オーミック電極6を形成し、p
形半導体領域1aに第2の金属オーミック電極7を形成
する。なお、図1(G)では省略されているが、p形半
導体領域1aに必要に応じてp形半導体領域を形成
し、ここに第2の金属オーミック電極7を形成すること
ができる。
Next, as shown in FIG. 1G, a first metal ohmic electrode 6 is formed on the n-type semiconductor region 5, and p
The second metal ohmic electrode 7 is formed in the shaped semiconductor region 1a. Although omitted in FIG. 1G, a p + -type semiconductor region may be formed in the p-type semiconductor region 1a as necessary, and the second metal ohmic electrode 7 may be formed therein.

【0022】本実施形態によれば次の効果を得ることが
できる。 (1) 極性がポリビニルアルコ−ルよりも強い有機高
分子物質を増粘剤として使用しているので、シリコン半
導体基板1の主面がラップ面、ミラー面、バックグライ
ンド面などであっても液状不純物源材料の良好な濡れ性
を確保でき、均一な厚みの拡散領域5を形成できる。 (2) 極性の強い有機高分子物質から成る増粘剤を使
用しているので、増粘剤と無機リン化合物との相溶性が
良好であり、増粘剤に均一に無機リンと化合物が分散し
た液状不純物源膜2及び乾燥不純物源膜4を得ることが
可能となり、均一且つ良好な拡散領域5を形成できる。 (3) 本実施形態の増粘剤を使用することで、塩析を
防いで無機リン化合物を高濃度に含めることが可能にな
り、拡散領域5に固溶限に近い高濃度にリンを含めるこ
とが可能になり、表面不純物濃度が1020cm−3
ように高濃度で且つ100μm以上の深さを有するn形
拡散領域5を形成することが可能である。 (4) 増粘剤及び無機リン化合物の割合を広い範囲で
変えることができるので、n形拡散領域5の不純物濃度
及び拡散深さの調整を容易に行うことが可能である。 (5) 増粘剤によって粘度を調整できるので、液状不
純物源材料の半導体基板1の裏面側への回り込みを防ぐ
ことができる。 (6) 拡散後に半導体基板1の表面に残存したものを
弗酸にて容易に除去することができる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained. (1) Since an organic polymer substance having a stronger polarity than polyvinyl alcohol is used as a thickener, even if the main surface of the silicon semiconductor substrate 1 is a lap surface, a mirror surface, a back grind surface, etc., it is liquid. Good wettability of the impurity source material can be secured, and the diffusion region 5 having a uniform thickness can be formed. (2) Since a thickener composed of a highly polar organic polymer substance is used, the compatibility between the thickener and the inorganic phosphorus compound is good, and the inorganic phosphorus and the compound are evenly dispersed in the thickener. The liquid impurity source film 2 and the dry impurity source film 4 thus obtained can be obtained, and the uniform and excellent diffusion region 5 can be formed. (3) By using the thickener of the present embodiment, it is possible to prevent salting out and to include an inorganic phosphorus compound in a high concentration, and the diffusion region 5 includes phosphorus in a high concentration close to the solid solubility limit. Therefore, it is possible to form the n-type diffusion region 5 having a high surface impurity concentration of 10 20 cm −3 and a depth of 100 μm or more. (4) Since the ratios of the thickener and the inorganic phosphorus compound can be changed within a wide range, it is possible to easily adjust the impurity concentration and the diffusion depth of the n-type diffusion region 5. (5) Since the viscosity can be adjusted by the thickener, it is possible to prevent the liquid impurity source material from flowing around to the back surface side of the semiconductor substrate 1. (6) What remains on the surface of the semiconductor substrate 1 after diffusion can be easily removed with hydrofluoric acid.

【0023】[0023]

【変形例】本発明は上記実施形態に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。 (1) 窒素雰囲気の代わりにアルゴン等の非酸化性雰
囲気で不純物を拡散することができる。 (2) 液状不純物源を半導体基板1の特定領域即ち拡
散予定領域のみに塗布することができる。 (3) オーミック電極6の代わりにシヨットキバリア
電極、FETのゲート絶縁膜等をn形半導体領域5の表
面に形成することができる。 (4) フッ素界面活性剤を添加することにより、半導
体基板に対する濡れ性を向上することができる。
[Modification] The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the following modifications are possible. (1) Impurities can be diffused in a non-oxidizing atmosphere such as argon instead of a nitrogen atmosphere. (2) The liquid impurity source can be applied only to a specific region of the semiconductor substrate 1, that is, a region to be diffused. (3) Instead of the ohmic electrode 6, a Schottky barrier electrode, a FET gate insulating film, or the like can be formed on the surface of the n-type semiconductor region 5. (4) By adding the fluorine surfactant, the wettability with respect to the semiconductor substrate can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の1実施形態に従う半導体装置を製造工
程順に示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p形半導体基板 2 液状不純物源膜 3 乾燥不純物源膜 4 リンを含むシリコン酸化膜 5 n形半導体領域 1 p-type semiconductor substrate 2 Liquid impurity source film 3 Dry impurity source film 4 Silicon oxide film containing phosphorus 5 n-type semiconductor region

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン半導体基板にn形不純物を拡散
する時に使用する液状不純物源材料であって、 無機リン化合物と、 窒素を含有するビニル系高分子物質、セルロ−ス系高分
子物質及びアクリル系高分子物質から選択された少なく
とも1種の水溶性有機高分子物質から成る増粘剤と、 有機溶剤と、 水とから成る液状不純物源材料。
1. A liquid impurity source material used when diffusing n-type impurities into a silicon semiconductor substrate, which comprises an inorganic phosphorus compound and a nitrogen-containing vinyl polymer substance, cellulose polymer substance, and acryl. A liquid impurity source material comprising a thickener composed of at least one water-soluble organic polymeric material selected from the group of polymeric materials, an organic solvent, and water.
【請求項2】 前記増粘剤は、 ポリN−ビニルアセトアミド、ポリN−ビニルホルムア
ミド、ポリアミジン、ポリアミン、カルボキシメチルセ
ルロース・アンモニウム塩、ポリアクリル酸及びポリア
クリルアミドから選択された少なくとも1種であること
を特徴とする請求項1記載の液状不純物源材料。
2. The thickener is at least one selected from poly N-vinyl acetamide, poly N-vinyl formamide, polyamidine, polyamine, carboxymethylcellulose ammonium salt, polyacrylic acid and polyacrylamide. The liquid impurity source material according to claim 1, which is characterized in that.
【請求項3】 無機リン化合物と、 窒素を含有するビニル系高分子物質、セルロ−ス系高分
子物質及びアクリル系高分子物質から選択された少なく
とも1種の水溶性有機高分子物質から成る増粘剤と、 有機溶剤と、 水とから成る液状不純物源材料を用意する工程と、 シリコン半導体基板の表面に前記液状不純物源材料を塗
布して液状不純物源膜を形成する工程と、 前記液状不純物源膜に対してリンの拡散温度よりも低い
温度の第1の熱処理を施して前記溶剤及び前記水を蒸発
させて前記無機リン化合物と前記増粘剤とから成る乾燥
状態の不純物源膜を形成する工程と、 前記乾燥状態の不純物源膜を有する前記半導体基板に対
して酸素を含む雰囲気中で第2の熱処理を施して前記増
粘剤を除去し且つ前記半導体基板の表面にリンを含むシ
リコン酸化膜を形成する工程と、 前記リンを含むシリコン酸化膜を有する前記半導体基板
に対して非酸化雰囲気で前記第2の熱処理よりも高い温
度の第3の熱処理を施して前記半導体基板内にリンを拡
散させる工程とを備えていることを特徴とする拡散領域
形成方法。
3. An inorganic phosphorous compound and at least one water-soluble organic polymer substance selected from a nitrogen-containing vinyl polymer substance, a cellulose polymer substance and an acrylic polymer substance. A step of preparing a liquid impurity source material composed of a viscous agent, an organic solvent, and water; a step of applying the liquid impurity source material to the surface of a silicon semiconductor substrate to form a liquid impurity source film; The source film is subjected to a first heat treatment at a temperature lower than the diffusion temperature of phosphorus to evaporate the solvent and the water to form a dry impurity source film composed of the inorganic phosphorus compound and the thickener. A second heat treatment in an atmosphere containing oxygen to the semiconductor substrate having the impurity source film in a dry state to remove the thickener and to add phosphorus to the surface of the semiconductor substrate. A step of forming a silicon oxide film, and performing a third heat treatment at a temperature higher than the second heat treatment in the non-oxidizing atmosphere on the semiconductor substrate having the silicon oxide film containing phosphorus to form a semiconductor film in the semiconductor substrate. And a step of diffusing phosphorus.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008543097A (en) * 2005-06-06 2008-11-27 セントロテルム・フォトヴォルテイクス・アクチエンゲゼルシャフト Dopant mixtures for semiconductor doping
WO2024001540A1 (en) * 2022-06-27 2024-01-04 常州时创能源股份有限公司 Phosphorus source for chained gettering, and preparation method therefor and use thereof

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