JP2662318B2 - 半導体基体への不純物の拡散方法 - Google Patents
半導体基体への不純物の拡散方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基体へのガリウ
ム、アルミニウム等の不純物の拡散方法に係り、特に、
元素状ガリウムまたはアルミニウムを拡散不純物とし
て、低コストで半導体基体中にガリウムまたはアルミニ
ウムを熱拡散するために使用して好適な半導体基体への
不純物拡散方法に関する。
ム、アルミニウム等の不純物の拡散方法に係り、特に、
元素状ガリウムまたはアルミニウムを拡散不純物とし
て、低コストで半導体基体中にガリウムまたはアルミニ
ウムを熱拡散するために使用して好適な半導体基体への
不純物拡散方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体基体中にｐ型不純物領域
を形成するための不純物としては、ホウ素が広く用いら
れている。しかし、ホウ素は、半導体基体中における拡
散速度が著しく遅く、ホウ素を使用するｐ型不純物領域
の形成方法は、深い接合を形成するために長時間を要
し、コストの点で大変不利である。
を形成するための不純物としては、ホウ素が広く用いら
れている。しかし、ホウ素は、半導体基体中における拡
散速度が著しく遅く、ホウ素を使用するｐ型不純物領域
の形成方法は、深い接合を形成するために長時間を要
し、コストの点で大変不利である。
【０００３】そこで、深い接合の形成には、半導体基体
中における拡散速度の速いガリウムまたはアルミニウム
が用いられている。特に、高耐圧で高ライフタイムの接
合を形成するためには、ガリウムまたはアルミニウムの
供給源が、高純度のものであることが必要であり、この
点、元素状ガリウムまたはアルミニウムは、この点を充
分満足させることのできる拡散源である。
中における拡散速度の速いガリウムまたはアルミニウム
が用いられている。特に、高耐圧で高ライフタイムの接
合を形成するためには、ガリウムまたはアルミニウムの
供給源が、高純度のものであることが必要であり、この
点、元素状ガリウムまたはアルミニウムは、この点を充
分満足させることのできる拡散源である。
【０００４】ところが、元素状ガリウムまたはアルミニ
ウムは、低温で著しく蒸気圧が低く、かつ酸化し易い性
質があるため、所望の不純物量を均一に、しかも再現性
よく半導体基体中に拡散することが困難であった。この
ため、元素状ガリウムまたはアルミニウムを拡散不純物
源として、半導体基体中に不純物を拡散させる場合、不
純物源と半導体基体とを酸素および水分を含まない高温
均熱領域に閉じ込めて行わなければならない。
ウムは、低温で著しく蒸気圧が低く、かつ酸化し易い性
質があるため、所望の不純物量を均一に、しかも再現性
よく半導体基体中に拡散することが困難であった。この
ため、元素状ガリウムまたはアルミニウムを拡散不純物
源として、半導体基体中に不純物を拡散させる場合、不
純物源と半導体基体とを酸素および水分を含まない高温
均熱領域に閉じ込めて行わなければならない。
【０００５】このような事情から、従来技術による元素
状ガリウムまたはアルミニウムを不純物源とした不純物
の拡散は、一般的に、閉管法と呼ばれる方法により行わ
れてきた。この方法は、不純物拡散源を半導体基体と共
に石英拡散管の中に置き、管内を真空にしあるいは管内
に不活性ガスを充填し、石英拡散管を溶封した後、拡散
熱処理を行うというものである。しかし、この方法は、
不純物の拡散終了後、半導体基体を取り出すために石英
拡散管を切断しなければならず、このため、石英拡散管
を再使用することができないため、極めて不経済である
という問題点を有していた。
状ガリウムまたはアルミニウムを不純物源とした不純物
の拡散は、一般的に、閉管法と呼ばれる方法により行わ
れてきた。この方法は、不純物拡散源を半導体基体と共
に石英拡散管の中に置き、管内を真空にしあるいは管内
に不活性ガスを充填し、石英拡散管を溶封した後、拡散
熱処理を行うというものである。しかし、この方法は、
不純物の拡散終了後、半導体基体を取り出すために石英
拡散管を切断しなければならず、このため、石英拡散管
を再使用することができないため、極めて不経済である
という問題点を有していた。
【０００６】前述のような問題点を解決することのでき
る従来技術として、例えば、特公昭６２−３１８１４号
公報等に記載された技術が知られている。
る従来技術として、例えば、特公昭６２−３１８１４号
公報等に記載された技術が知られている。
【０００７】この従来技術は、半導体基体と元素状ガリ
ウムまたはアルミニウムとを半封じ状態の処理容器内に
格納し、この半封じ処理容器をガス圧の調整を行うこと
ができる拡散管の中に挿入し、不活性ガスにより拡散管
内をガス置換し所定のガス圧状態にし、同時に、前記半
封じ処理容器内のガスをも置換して、拡散熱処理を行う
という方法である。
ウムまたはアルミニウムとを半封じ状態の処理容器内に
格納し、この半封じ処理容器をガス圧の調整を行うこと
ができる拡散管の中に挿入し、不活性ガスにより拡散管
内をガス置換し所定のガス圧状態にし、同時に、前記半
封じ処理容器内のガスをも置換して、拡散熱処理を行う
という方法である。
【０００８】そして、この従来技術は、拡散熱処理を、
次のような手順により行うものである。すなわち、この
従来技術は、半導体基体と元素状ガリウムとを収納した
半封じ状態の容器を、まず、室温状態の拡散管内に挿入
し、（１）真空排気装置を用いて前記拡散管内を一旦減
圧し、（２）その後、不活性ガスを導入する。前記
（１）、（２）の工程を２〜３回繰り返した後、拡散管
内を減圧状態に保ったまま５００℃〜８００℃程度の低
温にまで管内温度を上昇させ、この状態で低温熱処理を
施した後、不活性ガスを所定圧力になるまで導入し、さ
らに、管内温度を拡散温度まで上昇させてガリウムを半
導体基体に拡散するというものである。
次のような手順により行うものである。すなわち、この
従来技術は、半導体基体と元素状ガリウムとを収納した
半封じ状態の容器を、まず、室温状態の拡散管内に挿入
し、（１）真空排気装置を用いて前記拡散管内を一旦減
圧し、（２）その後、不活性ガスを導入する。前記
（１）、（２）の工程を２〜３回繰り返した後、拡散管
内を減圧状態に保ったまま５００℃〜８００℃程度の低
温にまで管内温度を上昇させ、この状態で低温熱処理を
施した後、不活性ガスを所定圧力になるまで導入し、さ
らに、管内温度を拡散温度まで上昇させてガリウムを半
導体基体に拡散するというものである。
【０００９】前記した従来技術の方法によれば、拡散管
を溶封しないため、上記閉管法の問題点を解消すること
ができる。
を溶封しないため、上記閉管法の問題点を解消すること
ができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来技術
は、半封じ状態の処理容器内の残留酸素および水分を除
去し、ガリウムの酸化を防止するために、前述したよう
な（１）、（２）の工程を２〜３回繰り返し行う必要が
あり、このため、半封じ処理容器の挿入から拡散温度に
昇温させるまでの人手がかかる工程に長時間を要すると
いう問題点を有している。
は、半封じ状態の処理容器内の残留酸素および水分を除
去し、ガリウムの酸化を防止するために、前述したよう
な（１）、（２）の工程を２〜３回繰り返し行う必要が
あり、このため、半封じ処理容器の挿入から拡散温度に
昇温させるまでの人手がかかる工程に長時間を要すると
いう問題点を有している。
【００１１】また、前記従来技術は、高価な真空排気装
置が必要であり、拡散管内を減圧状態とするために、拡
散管としてその両端に真空フランジを取り付けた特殊管
を用いなければならず、さらに、減圧状態を維持するた
めに、装置の保守、点検にも相当な時間を費やさなけれ
ばならないという問題点を有している。
置が必要であり、拡散管内を減圧状態とするために、拡
散管としてその両端に真空フランジを取り付けた特殊管
を用いなければならず、さらに、減圧状態を維持するた
めに、装置の保守、点検にも相当な時間を費やさなけれ
ばならないという問題点を有している。
【００１２】これらのため、前記従来技術は、半導体基
体への不純物の拡散に要するコストを充分に低減するこ
とができず、ガリウムの拡散コストが高くなるという問
題点を有している。
体への不純物の拡散に要するコストを充分に低減するこ
とができず、ガリウムの拡散コストが高くなるという問
題点を有している。
【００１３】前記した従来技術の問題点は、不純物とし
てアルミニウムを使用する場合についても全く同様であ
る。
てアルミニウムを使用する場合についても全く同様であ
る。
【００１４】本発明の目的は、前述した従来技術の問題
点を解決し、極めて低コストでガリウム、アルミニウム
を所望の不純物量に均一性よく半導体基体内に拡散する
ことのできる半導体基体への不純物の拡散方法を提供す
ることにある。
点を解決し、極めて低コストでガリウム、アルミニウム
を所望の不純物量に均一性よく半導体基体内に拡散する
ことのできる半導体基体への不純物の拡散方法を提供す
ることにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的
は、半導体基体と、元素状ガリウムまたはアルミニウム
等の不純物とを、ガス導入細管部を有する半封じ処理容
器内に収納し、その容器を不活性ガスが充填されてい
る、あるいは、不活性ガスが連続して流れている拡散管
の中に挿入し、前記ガス導入細管部から不活性ガスを流
して前記処理容器内をガス置換した後、前記石英細管を
取り外してから前記処理容器内部を所定温度に昇温して
拡散処理を実行するようにすることにより達成される。
は、半導体基体と、元素状ガリウムまたはアルミニウム
等の不純物とを、ガス導入細管部を有する半封じ処理容
器内に収納し、その容器を不活性ガスが充填されてい
る、あるいは、不活性ガスが連続して流れている拡散管
の中に挿入し、前記ガス導入細管部から不活性ガスを流
して前記処理容器内をガス置換した後、前記石英細管を
取り外してから前記処理容器内部を所定温度に昇温して
拡散処理を実行するようにすることにより達成される。
【００１６】
【作用】半封じ処理容器は、ガス導入細管部を備えてい
るので、この半封じ処理容器に設けたガス導入細管部か
ら不活性ガスを流すだけで、短時間で該容器内を不活性
ガスで置換することができると共に、不要な酸素および
水分を拡散系外に追い出すことができる。このため、本
発明によれば、真空排気装置等の設備を一切用いること
なく、ガリウムまたはアルミニウム等の拡散用不純物に
酸化を生じさせず、拡散中の容器内の不純物の蒸気圧を
充分に高めることができ、これにより、半導体基体に対
する均一性の良い不純物の拡散を極めて低コストで実現
することができる。
るので、この半封じ処理容器に設けたガス導入細管部か
ら不活性ガスを流すだけで、短時間で該容器内を不活性
ガスで置換することができると共に、不要な酸素および
水分を拡散系外に追い出すことができる。このため、本
発明によれば、真空排気装置等の設備を一切用いること
なく、ガリウムまたはアルミニウム等の拡散用不純物に
酸化を生じさせず、拡散中の容器内の不純物の蒸気圧を
充分に高めることができ、これにより、半導体基体に対
する均一性の良い不純物の拡散を極めて低コストで実現
することができる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明による半導体基体への不純物の
拡散方法の実施例を図面により詳細に説明する。
拡散方法の実施例を図面により詳細に説明する。
【００１８】図１は本発明の第１の実施例の方法を説明
する図、図２は本発明の第１の実施例による処理の結果
を説明する図、図３は拡散処理のシーケンスを示す図で
あり、この実施例は、不純物としてガリウムを用いる例
である。図１において、１は石英容器、２はガス導入細
管部、３は石英内栓、４はウェハホルダー、５は石英製
ソースボート、６は元素状ガリウム、７はシリコンウェ
ハ、８は石英拡散内栓、９は石英細管、１０は石英拡散
管、１１はガス導入管、１２はガス導入管、１３はガス
供給装置、１４は加熱用ヒータである。
する図、図２は本発明の第１の実施例による処理の結果
を説明する図、図３は拡散処理のシーケンスを示す図で
あり、この実施例は、不純物としてガリウムを用いる例
である。図１において、１は石英容器、２はガス導入細
管部、３は石英内栓、４はウェハホルダー、５は石英製
ソースボート、６は元素状ガリウム、７はシリコンウェ
ハ、８は石英拡散内栓、９は石英細管、１０は石英拡散
管、１１はガス導入管、１２はガス導入管、１３はガス
供給装置、１４は加熱用ヒータである。
【００１９】図１は本発明の第１の実施例による方法を
実行する装置の概略を示す断面図であり、半封じ処理容
器である石英容器１は、片側に内径１.５ｍｍのガス導
入細管部２を設けた内径１４０ｍｍ、長さ７００ｍｍの
石英容器であり、その内部に拡散不純物源として５０ｍ
ｇの元素状ガリウム６を載せた石英ボート５と、被処理
半導体基体として石英ウェハホルダー４にたてた直径１
２５ｍｍ、厚さ９６０μｍ、抵抗率約２５０Ω・ｃｍ
で、表面に約１μｍのシリコン酸化膜を形成した３０枚
のシリコンウェハ７とが、シリコンウェハ１０枚毎にそ
の両サイドに元素状ガリウム６が位置するように格納配
置されている。そして、石英容器１の開口部は、前記ガ
ス導入細管部２の反対側に設けられ、外径１３８．５ｍ
ｍの石英内栓３により半封じ状に蓋がされる。
実行する装置の概略を示す断面図であり、半封じ処理容
器である石英容器１は、片側に内径１.５ｍｍのガス導
入細管部２を設けた内径１４０ｍｍ、長さ７００ｍｍの
石英容器であり、その内部に拡散不純物源として５０ｍ
ｇの元素状ガリウム６を載せた石英ボート５と、被処理
半導体基体として石英ウェハホルダー４にたてた直径１
２５ｍｍ、厚さ９６０μｍ、抵抗率約２５０Ω・ｃｍ
で、表面に約１μｍのシリコン酸化膜を形成した３０枚
のシリコンウェハ７とが、シリコンウェハ１０枚毎にそ
の両サイドに元素状ガリウム６が位置するように格納配
置されている。そして、石英容器１の開口部は、前記ガ
ス導入細管部２の反対側に設けられ、外径１３８．５ｍ
ｍの石英内栓３により半封じ状に蓋がされる。
【００２０】この石英容器１は、まず、ガス供給装置１
３からガス導入管１２を通して不活性ガスであるアルゴ
ンガスが連続して流されている石英拡散管１０内の位置
Ａに挿入され、この石英拡散管１０を石英拡散内栓８に
より半封じ状に蓋をする。この状態で、ガス供給装置１
３からガス導入管１２を通して石英拡散管１０に供給さ
れるアルゴンガスは、石英拡散管１０内部を流れて、半
封じ状に蓋をしている石英拡散内栓８と石英拡散管１０
との隙間を通って外部に排出されており、石英拡散管１
０内部には、酸素、水分が残留していることはない。
３からガス導入管１２を通して不活性ガスであるアルゴ
ンガスが連続して流されている石英拡散管１０内の位置
Ａに挿入され、この石英拡散管１０を石英拡散内栓８に
より半封じ状に蓋をする。この状態で、ガス供給装置１
３からガス導入管１２を通して石英拡散管１０に供給さ
れるアルゴンガスは、石英拡散管１０内部を流れて、半
封じ状に蓋をしている石英拡散内栓８と石英拡散管１０
との隙間を通って外部に排出されており、石英拡散管１
０内部には、酸素、水分が残留していることはない。
【００２１】次に、石英容器１のガス導入細管部２に石
英拡散内栓８を介して石英細管９を取付け、この状態で
ガス供給装置１３からガス導入管１１を通してアルゴン
ガスを３立／分で１５分間流した後、石英細管９を取外
し、予め６００℃に保温されている均熱部（位置Ｂ）に
石英容器１を挿入する。前述の石英細管９を介したアル
ゴンガスの導入により、石英容器１内のガス（空気、水
分）の置換が行われ、石英容器１内にはアルゴンガスが
充填され、それ迄石英容器１内にあったガス（空気、水
分）は、石英容器１と石英内栓３との隙間から石英拡散
管１０の内部に排出された後、石英拡散管１０の内部に
流されている前述したアルゴンガスと共に外部に排出さ
れる。
英拡散内栓８を介して石英細管９を取付け、この状態で
ガス供給装置１３からガス導入管１１を通してアルゴン
ガスを３立／分で１５分間流した後、石英細管９を取外
し、予め６００℃に保温されている均熱部（位置Ｂ）に
石英容器１を挿入する。前述の石英細管９を介したアル
ゴンガスの導入により、石英容器１内のガス（空気、水
分）の置換が行われ、石英容器１内にはアルゴンガスが
充填され、それ迄石英容器１内にあったガス（空気、水
分）は、石英容器１と石英内栓３との隙間から石英拡散
管１０の内部に排出された後、石英拡散管１０の内部に
流されている前述したアルゴンガスと共に外部に排出さ
れる。
【００２２】その後、石英容器１の内部は、加熱用ヒー
タ１４によりその温度が１１５０℃の拡散温度まで上げ
られ、この状態を３時間保持して半導体基体であるシリ
コンウェハ７へのガリウムの拡散処理を行う。その後、
石英容器１は、１℃／分で６００℃まで冷却され拡散管
１０から取り出される。
タ１４によりその温度が１１５０℃の拡散温度まで上げ
られ、この状態を３時間保持して半導体基体であるシリ
コンウェハ７へのガリウムの拡散処理を行う。その後、
石英容器１は、１℃／分で６００℃まで冷却され拡散管
１０から取り出される。
【００２３】前述した処理を終了した後、石英容器１内
におけるシリコンウェハ位置とシート抵抗との関係を評
価した結果を図２に示した。すなわち、図２は、各ウェ
ハの面内を１００点ずつ評価し、その平均値とバラツキ
幅とを示したものである。
におけるシリコンウェハ位置とシート抵抗との関係を評
価した結果を図２に示した。すなわち、図２は、各ウェ
ハの面内を１００点ずつ評価し、その平均値とバラツキ
幅とを示したものである。
【００２４】図２に示すように、処理後の各シリコンウ
ェハ上の１００点のシート抵抗ρS（Ω／ロ）が２６．
６Ω〜２７．４Ωであり、その平均値が約２７Ωという
結果が得られた。この結果から、バラツキ率を標準偏差
σ、ρSの平均値をρhとして、（σ／ρh）×１００％
で表しバラツキ率を求めると、ウェハの面内バラツキ率
が約０.８％、ウェハ間のバラツキ率が約１.２％であっ
た。また、前述した処理の実験を１０バッチ繰返して、
バッチ間のバラツキ率を評価した結果、そのバラツキ率
は約２.０％であった。
ェハ上の１００点のシート抵抗ρS（Ω／ロ）が２６．
６Ω〜２７．４Ωであり、その平均値が約２７Ωという
結果が得られた。この結果から、バラツキ率を標準偏差
σ、ρSの平均値をρhとして、（σ／ρh）×１００％
で表しバラツキ率を求めると、ウェハの面内バラツキ率
が約０.８％、ウェハ間のバラツキ率が約１.２％であっ
た。また、前述した処理の実験を１０バッチ繰返して、
バッチ間のバラツキ率を評価した結果、そのバラツキ率
は約２.０％であった。
【００２５】前述したように本発明の第１の実施例によ
れば、シート抵抗の均一性が極めて良く、バッチ処理の
再現性も良好な、シリコンウェハに対するガリウムの拡
散を行うことができる。
れば、シート抵抗の均一性が極めて良く、バッチ処理の
再現性も良好な、シリコンウェハに対するガリウムの拡
散を行うことができる。
【００２６】図３は前述した本発明の第１の実施例によ
る拡散方法の拡散シーケンスを示したものである。
る拡散方法の拡散シーケンスを示したものである。
【００２７】図３からも明らかなように、石英拡散管１
０への石英容器の挿入（１）から加熱位置への石英容器
挿入（２）までの時間は、ほぼ不活性ガスの導入時間
（容器内の不要酸素および水分を石英容器１の外部に追
い出し、容器内を不活性ガスに置換するまでの時間）で
決まり、その時間は、実験結果によれば石英容器１の内
部容積を不活性ガスの流量で割った値の５〜１０倍程度
で充分である。すなわち、この時間は、前述した本発明
の実施例に当てはめれば約１３〜２６分でよく、石英容
器１の挿入に要する時間を含めても３０分程度となり、
前述した従来技術の場合に比較して約１／４でよい。従
って、前述した本発明の第１の実施例によれば、拡散処
理に要する作業時間の大幅な短縮を図ることができる。
０への石英容器の挿入（１）から加熱位置への石英容器
挿入（２）までの時間は、ほぼ不活性ガスの導入時間
（容器内の不要酸素および水分を石英容器１の外部に追
い出し、容器内を不活性ガスに置換するまでの時間）で
決まり、その時間は、実験結果によれば石英容器１の内
部容積を不活性ガスの流量で割った値の５〜１０倍程度
で充分である。すなわち、この時間は、前述した本発明
の実施例に当てはめれば約１３〜２６分でよく、石英容
器１の挿入に要する時間を含めても３０分程度となり、
前述した従来技術の場合に比較して約１／４でよい。従
って、前述した本発明の第１の実施例によれば、拡散処
理に要する作業時間の大幅な短縮を図ることができる。
【００２８】なお、図３における石英容器１の挿入
（１）は、図１に示したように石英拡散管１０の開管側
（位置Ａ）に置くのが望ましい。これは、石英拡散管１
０の開管側の温度が、均熱部が例えば６００℃に保持さ
れていても１００〜２００℃程度であり、ガリウムの酸
化を殆ど生じさせずに石英容器１内をアルゴンガスで置
換することができるためである。このため、均熱部の温
度シーケンスは、低温（６００℃程度）と拡散温度の間
の昇降だけで済み、拡散シーケンスの１サイクル当たり
の時間を短縮させることができる。
（１）は、図１に示したように石英拡散管１０の開管側
（位置Ａ）に置くのが望ましい。これは、石英拡散管１
０の開管側の温度が、均熱部が例えば６００℃に保持さ
れていても１００〜２００℃程度であり、ガリウムの酸
化を殆ど生じさせずに石英容器１内をアルゴンガスで置
換することができるためである。このため、均熱部の温
度シーケンスは、低温（６００℃程度）と拡散温度の間
の昇降だけで済み、拡散シーケンスの１サイクル当たり
の時間を短縮させることができる。
【００２９】前述の説明から明らかなように本発明の第
１の実施例による方法によれば、半導体基体への拡散量
を均一にすることのできるガリウム拡散法を提供するこ
とができるのみならず、従来必要であった高価な真空排
気装置を不要とすることができ、また、減圧状態を作る
ための拡散管として両端に真空フランジを取り付けた特
殊管をも不要とすることができる。さらに、本発明の第
１の実施例によれば、減圧状態を維持するために、装置
の保守、点検に費やす時間も全て削減することができ、
拡散シーケンスの１サイクルに要する時間を大幅に短縮
することができる。
１の実施例による方法によれば、半導体基体への拡散量
を均一にすることのできるガリウム拡散法を提供するこ
とができるのみならず、従来必要であった高価な真空排
気装置を不要とすることができ、また、減圧状態を作る
ための拡散管として両端に真空フランジを取り付けた特
殊管をも不要とすることができる。さらに、本発明の第
１の実施例によれば、減圧状態を維持するために、装置
の保守、点検に費やす時間も全て削減することができ、
拡散シーケンスの１サイクルに要する時間を大幅に短縮
することができる。
【００３０】従って、本発明の第１の実施例によれば、
半導体基体に対するガリウムの拡散量を均一にすること
のできる拡散法を著しく低コストで実現することができ
る。
半導体基体に対するガリウムの拡散量を均一にすること
のできる拡散法を著しく低コストで実現することができ
る。
【００３１】図４は本発明の第２の実施例の方法を説明
する図、図５は本発明の第２の実施例による処理の結果
を説明する図であり、この実施例は、不純物としてアル
ミニウムを用いる例である。図４において、２６は元素
状アルミニウムであり、他の符号は図１の場合と同一で
ある。
する図、図５は本発明の第２の実施例による処理の結果
を説明する図であり、この実施例は、不純物としてアル
ミニウムを用いる例である。図４において、２６は元素
状アルミニウムであり、他の符号は図１の場合と同一で
ある。
【００３２】図４に示す本発明の第２の実施例におい
て、半封じ処理容器である石英容器１は、前述した本発
明の第１の実施例の場合と同様に、片側に内径１.５ｍ
ｍのガス導入細管部２を設けた内径１４０ｍｍ、長さ７
００ｍｍの石英容器であり、その内部に拡散不純物源と
して５００ｍｇの元素状アルミニウム２６を載せた石英
ボート５と、被処理半導体基体として石英ウェハホルダ
ー４にたてた直径１２５ｍｍ、厚さ９６０μｍ、抵抗率
約２５０Ω・ｃｍで、表面に約１μｍのシリコン酸化膜
を形成した３０枚のシリコンウェハ７とが、シリコンウ
ェハ１０枚毎にその両サイドに元素状ガリウム６が位置
するように収納配置されている。そして、石英容器１の
開口部は、外径１３８．５ｍｍの石英内栓３により半封
じ状に蓋がされる。
て、半封じ処理容器である石英容器１は、前述した本発
明の第１の実施例の場合と同様に、片側に内径１.５ｍ
ｍのガス導入細管部２を設けた内径１４０ｍｍ、長さ７
００ｍｍの石英容器であり、その内部に拡散不純物源と
して５００ｍｇの元素状アルミニウム２６を載せた石英
ボート５と、被処理半導体基体として石英ウェハホルダ
ー４にたてた直径１２５ｍｍ、厚さ９６０μｍ、抵抗率
約２５０Ω・ｃｍで、表面に約１μｍのシリコン酸化膜
を形成した３０枚のシリコンウェハ７とが、シリコンウ
ェハ１０枚毎にその両サイドに元素状ガリウム６が位置
するように収納配置されている。そして、石英容器１の
開口部は、外径１３８．５ｍｍの石英内栓３により半封
じ状に蓋がされる。
【００３３】この石英容器１は、まず、ガス供給装置１
３からガス導入管１２を通してヘリウムガスが連続して
流されている石英拡散管１０内の位置Ａに挿入され、こ
の石英拡散管１０を石英拡散内栓８により半封じ状に蓋
をする。この状態で、ガス供給装置１３からガス導入管
１２を通して石英拡散管１０に供給されるヘリウムガス
は、石英拡散管１０内部を流れて、半封じ状に蓋をして
いる石英拡散内栓８と石英拡散管１０との隙間を通って
外部に排出されており、石英拡散管１０内部には、酸
素、水分が残留していることはない。
３からガス導入管１２を通してヘリウムガスが連続して
流されている石英拡散管１０内の位置Ａに挿入され、こ
の石英拡散管１０を石英拡散内栓８により半封じ状に蓋
をする。この状態で、ガス供給装置１３からガス導入管
１２を通して石英拡散管１０に供給されるヘリウムガス
は、石英拡散管１０内部を流れて、半封じ状に蓋をして
いる石英拡散内栓８と石英拡散管１０との隙間を通って
外部に排出されており、石英拡散管１０内部には、酸
素、水分が残留していることはない。
【００３４】次に、石英容器１のガス導入細管部２に石
英拡散内栓８を介して石英細管９を取付け、この状態で
ガス供給装置１３からガス導入管１１を通してヘリウム
ガスを３立／分で１５分間流した後、石英細管９を取外
し、予め６００℃に保温されている均熱部（位置Ｂ）に
石英容器１を挿入する。前述の石英細管９を介したヘリ
ウムガスの導入により、石英容器１内のガス（空気、水
分）の置換が行われ、石英容器１内にはヘリウムガスが
充填され、それ迄石英容器１内にあったガス（空気、水
分）は、石英容器１と石英内栓３との隙間から石英拡散
管１０の内部に排出された後、石英拡散管１０の内部に
流されている前述したヘリウムガスと共に外部に排出さ
れる。
英拡散内栓８を介して石英細管９を取付け、この状態で
ガス供給装置１３からガス導入管１１を通してヘリウム
ガスを３立／分で１５分間流した後、石英細管９を取外
し、予め６００℃に保温されている均熱部（位置Ｂ）に
石英容器１を挿入する。前述の石英細管９を介したヘリ
ウムガスの導入により、石英容器１内のガス（空気、水
分）の置換が行われ、石英容器１内にはヘリウムガスが
充填され、それ迄石英容器１内にあったガス（空気、水
分）は、石英容器１と石英内栓３との隙間から石英拡散
管１０の内部に排出された後、石英拡散管１０の内部に
流されている前述したヘリウムガスと共に外部に排出さ
れる。
【００３５】その後、石英容器１の内部は、加熱用ヒー
タ１４によりその温度が９８０℃の拡散温度まで上げら
れこの状態を１時間保持した後、さらに１０４０℃の温
度にまで昇温され、この状態を５時間保持して半導体基
体であるシリコンウェハ７へのアルミニウムの拡散処理
を行う。その後、石英容器１は、１℃／分で６００℃ま
で冷却され拡散管１０から取り出される。
タ１４によりその温度が９８０℃の拡散温度まで上げら
れこの状態を１時間保持した後、さらに１０４０℃の温
度にまで昇温され、この状態を５時間保持して半導体基
体であるシリコンウェハ７へのアルミニウムの拡散処理
を行う。その後、石英容器１は、１℃／分で６００℃ま
で冷却され拡散管１０から取り出される。
【００３６】前述した処理を終了した後、石英容器１内
におけるシリコンウェハ位置とシート抵抗との関係を評
価した結果を図５に示した。すなわち、図５は、各ウェ
ハの面内を１００点ずつ評価し、その平均値とばらつき
幅とを示したものである。
におけるシリコンウェハ位置とシート抵抗との関係を評
価した結果を図５に示した。すなわち、図５は、各ウェ
ハの面内を１００点ずつ評価し、その平均値とばらつき
幅とを示したものである。
【００３７】図５に示すように、処理後の各シリコンウ
ェハ上の１００点のシート抵抗ρS（Ω／ロ）が６３Ω
〜６７Ωであり、その平均値が約６５Ωという結果が得
られた。この結果から、バラツキ率を標準偏差σ、ρS
の平均値をρhとして、（σ／ρh）×１００％で表しバ
ラツキ率を求めると、ウェハの面内バラツキ率が約１.
０％、ウェハ間のバラツキ率が約１.４％であった。ま
た、前述した処理の実験を１０バッチ繰返して、バッチ
間のバラツキ率を評価した結果、そのバラツキ率は約
２.１％であった。
ェハ上の１００点のシート抵抗ρS（Ω／ロ）が６３Ω
〜６７Ωであり、その平均値が約６５Ωという結果が得
られた。この結果から、バラツキ率を標準偏差σ、ρS
の平均値をρhとして、（σ／ρh）×１００％で表しバ
ラツキ率を求めると、ウェハの面内バラツキ率が約１.
０％、ウェハ間のバラツキ率が約１.４％であった。ま
た、前述した処理の実験を１０バッチ繰返して、バッチ
間のバラツキ率を評価した結果、そのバラツキ率は約
２.１％であった。
【００３８】前述した本発明の第２の実施例によれば、
シート抵抗の均一性が極めて良く、バッチ処理の再現性
も良好な、半導体基体に対する不純物としてのアルミニ
ウムの拡散を行うことができる。なお、前述の本発明の
第２の実施例は、拡散温度を９８０℃と１０４０℃との
２段階として処理を実行したが、これは、アルミニウム
拡散量の安定化を図るためであり、１０４０℃の実質拡
散の前に９８０℃の予備拡散を実施することにより拡散
量のバラツキを低減することができるためである。
シート抵抗の均一性が極めて良く、バッチ処理の再現性
も良好な、半導体基体に対する不純物としてのアルミニ
ウムの拡散を行うことができる。なお、前述の本発明の
第２の実施例は、拡散温度を９８０℃と１０４０℃との
２段階として処理を実行したが、これは、アルミニウム
拡散量の安定化を図るためであり、１０４０℃の実質拡
散の前に９８０℃の予備拡散を実施することにより拡散
量のバラツキを低減することができるためである。
【００３９】前述の本発明の第２の実施例によれば、本
発明の第１実施例によるガリウム拡散の場合と同様に、
作業時間の短縮と装置の大幅な簡略化を図り、かつ、高
精度の拡散を可能としたアルミニウム拡散方法を実現す
ることができる。
発明の第１実施例によるガリウム拡散の場合と同様に、
作業時間の短縮と装置の大幅な簡略化を図り、かつ、高
精度の拡散を可能としたアルミニウム拡散方法を実現す
ることができる。
【００４０】前述した本発明の第１、第２の実施例は、
不純物としてガリウム、アルミニウムを使用し、これら
を半導体基体であるシリコンウェハに拡散させるとして
説明したが、本発明は、ガリウム、アルミニウム以外の
不純物を半導体基体に拡散させる場合にも適用すること
ができる。
不純物としてガリウム、アルミニウムを使用し、これら
を半導体基体であるシリコンウェハに拡散させるとして
説明したが、本発明は、ガリウム、アルミニウム以外の
不純物を半導体基体に拡散させる場合にも適用すること
ができる。
【００４１】また、前述した本発明の第１、第２の実施
例は、石英拡散管内に、アルゴン、ヘリウム等の不活性
ガスを流しているとしたが、本発明は、処理用の石英容
器内のガスを置換し、石英拡散管内に不活性ガスが充填
された後、石英拡散管内の不活性ガスの流れを停止させ
てもよい。
例は、石英拡散管内に、アルゴン、ヘリウム等の不活性
ガスを流しているとしたが、本発明は、処理用の石英容
器内のガスを置換し、石英拡散管内に不活性ガスが充填
された後、石英拡散管内の不活性ガスの流れを停止させ
てもよい。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体基体への不純物拡散量の均一性を高精度に保持した
まま、従来必要であった高価な真空排気装置を不要と
し、また、減圧状態を作るための拡散管として両端に真
空フランジを取り付けた特殊管を不要とすることがで
き、さらに、減圧状態を維持するための、装置の保守、
点検に費やす時間も全て削減することができる。また、
本発明によれば、拡散シーケンスの１サイクルに要する
時間を大幅に短縮することができ、不純物の拡散量を均
一にすることのできる半導体基体に対する不純物の拡散
法を著しく低コストで実現することができる。
導体基体への不純物拡散量の均一性を高精度に保持した
まま、従来必要であった高価な真空排気装置を不要と
し、また、減圧状態を作るための拡散管として両端に真
空フランジを取り付けた特殊管を不要とすることがで
き、さらに、減圧状態を維持するための、装置の保守、
点検に費やす時間も全て削減することができる。また、
本発明によれば、拡散シーケンスの１サイクルに要する
時間を大幅に短縮することができ、不純物の拡散量を均
一にすることのできる半導体基体に対する不純物の拡散
法を著しく低コストで実現することができる。
【図１】本発明の第１の実施例の方法を説明する図であ
る。
る。
【図２】本発明の第１の実施例による処理の結果の説明
する図である。
する図である。
【図３】拡散処理のシーケンスを示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例の方法を説明する図であ
る。
る。
【図５】本発明の第２の実施例による処理の結果の説明
する図である。
する図である。
１ 石英容器 ２ ガス導入細管部 ３ 石英内栓 ４ ウェハホルダー ５ 石英製ソースボート ６ 元素状ガリウム ７ シリコンウェハ ８ 石英拡散内栓 ９ 石英細管 １０ 石英拡散管 １１ ガス導入管 １２ ガス導入管 １３ ガス供給装置 １４ 加熱用ヒータ ２６ 元素状アルミニウム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佃 清 茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会 社 日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭51−64371（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−64923（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−155528（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】 熱処理により半導体基体へガリウムまた
はアルミニウムを拡散させる半導体基体への不純物の拡
散方法において、半導体基体と不純物とをガス導入用細
管部を有する半封じ処理容器内に収納し、この処理容器
を不活性ガスが充填されている拡散管の中に挿入し、前
記ガス導入用細管部から石英細管を通して不活性ガスを
前記処理容器内に流して容器内をガス置換した後、前記
石英細管を取り外してから前記処理容器内部を所定温度
に昇温して拡散熱処理を行うことを特徴とする半導体基
体への不純物の拡散方法。 - 【請求項２】 熱処理により半導体基体へガリウムまた
はアルミニウムを拡散させる半導体基体への不純物の拡
散方法において、半導体基体と不純物とをガス導入用細
管部を有する半封じ処理容器内に収納し、この処理容器
を不活性ガスが流されている拡散管の中に挿入し、前記
ガス導入用細管部から石英細管を通して不活性ガスを前
記処理容器内に流して容器内をガス置換した後、前記石
英細管を取り外してから前記処理容器内部を所定温度に
昇温して拡散熱処理を行うことを特徴とする半導体基体
への不純物の拡散方法。 - 【請求項３】 前記処理容器内に収納される不純物は元
素状の不純物であることを特徴とする請求項１または２
記載の半導体基体への不純物の拡散方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3072070A JP2662318B2 (ja) | 1991-03-13 | 1991-03-13 | 半導体基体への不純物の拡散方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3072070A JP2662318B2 (ja) | 1991-03-13 | 1991-03-13 | 半導体基体への不純物の拡散方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04284624A JPH04284624A (ja) | 1992-10-09 |
| JP2662318B2 true JP2662318B2 (ja) | 1997-10-08 |
Family
ID=13478778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3072070A Expired - Lifetime JP2662318B2 (ja) | 1991-03-13 | 1991-03-13 | 半導体基体への不純物の拡散方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2662318B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007058053B4 (de) * | 2007-11-30 | 2009-10-15 | Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh | Diffusionsofen und Verfahren zur Erzeugung einer Gasströmung |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2284982A1 (fr) * | 1974-09-16 | 1976-04-09 | Radiotechnique Compelec | Procede de diffusion d'impuretes dans des corps semiconducteurs |
| JPS56155528A (en) * | 1980-05-02 | 1981-12-01 | Toshiba Corp | Method of diffusing impurity into semiconductor substrate |
| JPS5764923A (en) * | 1980-10-09 | 1982-04-20 | Hitachi Ltd | Method for diffusing gallium in semiconductor substrate |
-
1991
- 1991-03-13 JP JP3072070A patent/JP2662318B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04284624A (ja) | 1992-10-09 |
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