JP2563095B2 - n型半導体物体にp型ドープ区域を作る方法 - Google Patents

n型半導体物体にp型ドープ区域を作る方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体物体を少くとも1つのドープ物質
源と並べて石英管内に入れて排気した後特定の拡散時間
の間特定の拡散温度に保持することにより、n型半導体
物体内にアルミニウムをドーパントとしてp型ドープ半
導体区域を作る方法に関するものである。
〔従来の技術〕
この種の方法の一例は文献「ジャーナル・オブ・エレ
クトロケミカル・ソサイエティ(J.Electrochem So
c.)」125、〔6〕1978年、957−962頁に記載され公知
である。この公知方法では多数の円板状半導体物体がド
ープ物質源しての多数のアルミニウム・ブロックと共に
石英管に入れられ、真空ポンプによって少なくとも10-6
Torrまで排気される。次いで拡散炉を排気された石英管
をかこむように移動させ、特定の時間例えば1150℃の拡
散温度に保持する。しかしこの方法では、拡散中発生し
たアルミニウムの蒸気に石英管が作用してアルミニウム
の分圧を低下させることを防止するため石英管の内壁面
を非活性化しなければならないという欠点がある。その
ため多数のドープ物質源を石英管に入れ、予備排気した
後約120分間1100℃の温度に保持してドープ物質源から
発生したAl分子により石英管の内壁にパッシベーション
層を形成させるという追加工程段が必要となる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
この発明の目的は、冒頭に挙げた方法を改良して拡散
形成されたp型領域の表面部分においての高いドーピン
グ濃度と短い真空中拡散時間とが特別のパッシベーショ
ン工程段を追加することなく達成されるようにすること
である。
〔問題点を解決するための手段〕
上述の目的を達成するため、この発明においては、n
型半導体物体をp型ドーパントとしてのアルミニウムと
補助ドーパントとしてのホウ素と共にシリコンよりなる
中空体内に挿入し、このシリコンよりなる中空体を石英
管内に封入して排気した後、n型半導体物体中にp型ド
ープ半導体区域を形成する拡散処理を行う。
シリコンよりなる中空体は、2部分からなるシリコン
製中空円筒として形成し、その両端にシリコンよりなる
閉鎖板を設けるようにすると有利である。
最初からn型半導体物体をp型ドーパントとしてのア
ルミニウムと補助ドーパントとしてのホウ素と共にシリ
コンよりなる中空体内に挿入する代りに、少なくともp
型ドーパントとしてのアルミニウムをシリコンよりなる
中空体の内部に置き、拡散工程を行うことによりシリコ
ンよりなる中空体の内壁にアルミニウムを被着せしめ、
次いでn型半導体物体をシリコンよりなる中空体内に補
助ドーパントとしてのホウ素と共に挿入し、シリコンよ
りなる中空体の内壁に付着したアルミニウムをドープ物
質源としてp型ドープ半導体区域を形成する拡散処理を
行うようにしてもよい。
p型ドープ半導体区域を形成する拡散処理は、半導体
物体にドーパントを含む表面被着層を形成する第1段階
と、表面被着層を備える半導体物体を所定時間の間所定
温度に保持してドーパントを更に半導体物体内に進入せ
しめる第2段階とより構成することができ、第2段階の
前に、表面被着層を特定の部分区域において部分的にエ
ッチングにより除去することができる。
〔実施例〕
以下図面についてこの発明を更に詳細に説明する。
第1図に図式的に示した拡散装置は真空ポンプ1に連
結され、移動可能の拡散炉3によって加熱される石英管
2を含む。石英管2の内部には多数のn型ドープシリコ
ン半導体円板5を収容するシリコンよりなる中空体4が
入れられている。この円板5にp型半導体区域が拡散に
よって作られる。中空体4は中空円筒とし、その側壁を
上下に分割されたシリコンよりなる半円筒6で構成する
のが有利である。両半円筒の接合面は破線7で示され
る。中空体4の両端面にはシリコンの閉鎖円板8,9が設
けられ、中空体4に取外し可能に結合される。中空体4
は石英管2内でロール11の上に乗せられ、長軸方向に移
動可能である。石英管2の終端面の閉鎖板12を取外す
と、中空体4を石英管2から引き出すことができる。上
方の半円筒6は取外し可能であるから、n型ドープされ
た半導体円板5を下側の半円筒6のスリット形の溝に差
し込むことができる。
この発明の1つの実施態様では円板5におけるp型ド
ープ半導体区域の形成は次のように行われる。アルミニ
ウムの粉末又はテープを入れたAl2O3るつぼ13,14とホウ
素粉末を入れたるつぼ15,16を下側の半円筒6内に置
く。その際るつぼ13乃至16は半円筒6の全長に亘ってで
きるだけ一様に分布させる。次いで上方の半円筒6を置
いて中空体4を閉じ、石英管2に押し込み終端板12で閉
鎖する。石英管2を10-6Torr以下の残留圧まで排気した
後拡散炉3を図示の位置まて移動させ、中空体4の両端
から同じ寸法だけはみ出すようにする。続いて半導体板
5を所定の拡散時間例えば4時間の間所定の拡散温度例
えば1050℃に加熱し、ドーパントとしてのAlとBをドー
ピングマスクで覆われていない半導体板5の部分に拡散
させ、そこにp型半導体区域を形成する。
上記の拡散法により充分大きい表面部ドーパント濃度
と侵入深さを示すp型半導体区域が形成され、しかもこ
れらのパメータの再現性が良好である。表面部濃度の再
現性は主としてシリコンに対するホウ素の限界溶解度が
達成されることに関係するのに対して、侵入深さの再現
性は拡散によって注入されるアルミニウムドーピングの
全量が精確に決定されることによって得られる。公知の
真空アルミニウム拡散法における短い拡散時間は、工程
全体を著しく高価にするパッシベーション工程段の実施
を必要とすることなくそのまま保持される。これはシリ
コンによりなる中空体4が拡散過程中発生したアルミニ
ウム蒸気の逸出を阻止し、石英管2の内壁とアルミニウ
ム蒸気との間の交互作用を防止してアルミニウム分圧の
低下を阻止することによって達成されるものである。
この発明の展開によれば、本来の拡散過程の前にドー
プ物質源となるるつぼ13乃至16を中空体に入れることは
廃止され、その代りに中空体4の内壁面をドープ物質即
ちAlとBで覆う。この中空体4の内壁面自体がドープ物
質源となる。そのためにはドープ物質を半導体板5無し
に中空体4内に貯蔵し、これを石英管2に入れて排気し
た後拡散処理を実施する。この処理は例えば温度1050℃
において約50時間行う必要がある。この被覆法により総
てのシリコン円板5において極めて均等な拡散が確保さ
れ、不均等性と欠陥の原因となるシリコン板5の表面の
合金形成が避けられ、一度被覆した中空体4を使用して
この発明による拡散過程を数回実施することができる。
この展開の一部を変更したものではアルミニウムによる
被覆のみを行い、第2のドーパントとしてのオフ素はる
つぼ15,16を使用して本来の拡散工程の前に中空体4に
入れる。
この発明の方法においては、上記の拡散法がn型半導
体物体をp型半導体区域の形成に必要なドープ物質で真
空被覆するのに利用される。プレデポジションと呼ばれ
ているこの被覆形成は、半導体物体例えばシリコン円板
5の表面領域にドーパントを注入することを指してい
る。この被覆層の侵入深さは5乃至10μmであり、これ
を達成するため拡散時間は被覆温度が1050℃のとき約2
時間に限定される。この被覆形成は2段階拡散法の第1
段階を構成し、その第2段階は比較的偏平な被覆層に注
入されたドーパントを半導体物体に深く侵入させる熱処
理である。これはアニール処理と呼ばれるもので、ドー
プ物質源を除去された半導体物体が所定時間例えば15乃
至20時間例えば1240℃の温度に保持される。被覆に注入
されたドーパント原子はこの処理の間に半導体領域から
その下の半導体物体部分に拡散侵入する。
このような2段階拡散においてホウ素の追加による表
面部ドーパント濃度の上昇の利点が明確に示される。こ
れはアルミニウムの表面部濃度がドープする半導体物体
からの拡散によって強く低下することに基くものであ
る。
被覆によって達成される被覆層の浅い侵入深さは、ド
ーパントの埋込み過程後構造化されたp型領域を得るた
めの被覆層の構造化が比較的簡単に表現するという利点
を伴っている。
この種の構造化の一例として第2図に偏平な円板の形
のシリコン半導体物体5を示す。円板の中心を通る垂直
軸は17として示されている。半導体物体5の表面5aには
厚さ約5−10μmの領域18が設けられ、アルミニウムと
ホウ素をドーパントして含む被覆層となっている。この
被覆層を個々の部分19a乃至19dから成るマスクで覆い被
覆されていない被覆層部分20乃至23をエッチングにより
除去すると、続くアニール過程によりpn接合25によって
半導体物体5から分離されたp型ドープ半導体区域24を
作ることができる。このpn接合25は溝20乃至23の下で徐
々に表面5aに近づき、高い逆電圧を加えることができ
る。この発明の真空被覆形成法によって作られた領域18
は表面部ドーパント濃度ならびに注入されたドーパント
の全量に関して拡散時間と拡散温度により極めて精確に
調節可能であるから、エッチング過程を領域18の侵入深
さに適合させることができる。第2図の構造において半
導体物体5が垂直トランジスタのコレクタを、p型ドー
プ半導体区域24がそのベースを、そこに作られたn型ド
ープ半導体区域26がそのエミッタを構成するとき、直接
半導体物体区域26の下におけるドーパント濃度の良好な
調節可能性に基き再現性の良いベース抵抗がp型ドープ
半導体区域24の深さ方向の良好な導電率分布によって得
られる。即ちベース領域においてアルミニウム濃度が高
くなると同時に、ホウ素濃度はホウ素の侵入深さが小さ
いことにより比較的低い値となる。
2段階拡散法の原理自体は例えば文献ワーナー(R.M.
Warner)著「インテグレイテッド・サーキッツ(Integr
ated Circuits)」1965年、McGraw−Hill Book Company
New Yorkに記載され公知である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、従来の石英製の中空体を使用する場
合のように中空体内面のパッシベーションを行うことな
く、全拡散工程に要する時間を短縮することができると
共に、補助のドーパントとしてホウ素を使用することに
よりp型半導体区域形成用のドーパントの半導体物体内
の表面部濃度を十分高くし、表面に設ける金属電極とp
型半導体区域との良好な接触を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の方法の実施に適した拡散装置の概略
を示し、第2図はこの発明の方法によって作られた半導
体物体の断面を示す。 第1図において、1……真空ポンプ、2……石英管、3
……拡散炉、4……シリコンよりなる中空体、5……半
導体物体、8,9……閉鎖板、13乃至16……るつぼ。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】n型半導体物体(5)をp型ドーパントと
    してのアルミニウムと補助ドーパントとしてのホウ素と
    共にシリコンよりなる中空体(4)内に挿入し、このシ
    リコンよりなる中空体(4)を石英管(2)内に封入し
    て排気した後、n型半導体物体(5)中にn型ドープ半
    導体区域を形成する拡散処理を行うことを特徴とするn
    型半導体物体にp型ドープ区域を作る方法。
  2. 【請求項2】シリコンよりなる中空体(4)を2部分か
    らなるシリコン製中空円筒として形成し、その両端にシ
    リコンよりなる閉鎖板(8、9)を設けることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の方法。
  3. 【請求項3】p型ドープ半導体区域を形成する拡散処理
    が、半導体物体(5)にドーパントを含む表面領域(1
    8)を形成する第1段階と、表面領域(18)を有する半
    導体物体(5)を所定時間の間所定温度に保持してドー
    パントを更に半導体物体(5)内に押し進める第2段階
    とよりなることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の方法。
  4. 【請求項4】p型ドープ半導体区域を形成する拡散処理
    が、第2段階の前に、表面領域(16)を特定の部分領域
    において部分的にエッチングにより除去する工程を含む
    ことを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の方法。
  5. 【請求項5】少なくともp型ドーパントとしてのアルミ
    ニウムをシリコンよりなる中空体(4)の内部に置き、
    このシリコンよりなる中空体(4)を石英管(2)内に
    封入して排気し、拡散工程を行うことによりシリコンよ
    りなる中空体(4)の内壁にアルミニウムを被着せし
    め、次いでn型半導体物体(5)をシリコンよりなる中
    空体(4)内に補助ドーパントとしてのホウ素と共に挿
    入し、このシリコンよりなる中空体(4)を石英管
    (2)内に封入して排気状態においてn型半導体物体
    (5)中にp型ドープ半導体区域を形成する拡散処理を
    行うことを特徴とするp型半導体物体にp型ドープ区域
    を作る方法。
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