JP3035954B2 - Open-tube gallium pre-deposition diffusion method - Google Patents

Open-tube gallium pre-deposition diffusion method

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Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、半導体の製造方法に係り、特に開管式ガリ
ウムプレデポジション拡散方法に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION A. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor, and more particularly to an open-tube gallium pre-deposition diffusion method.

B.発明の概要 本発明は、開管式ガリウムプレデポジション拡散方法
において、 石英アンプル管の入口側にシリコンウェハのダミーを
設けることにより、 シリコンウェハ面内のシート抵抗値のバラツキを少な
くしたものである。
B. Summary of the Invention The present invention provides an open-tube gallium pre-deposition diffusion method in which a silicon wafer dummy is provided on the entrance side of a quartz ampule tube to reduce variations in sheet resistance value within the silicon wafer. is there.

C.従来の技術 半導体としてのシリコン(Si)基板に対するP形不純
物拡散のためのガリウム(Ga)拡散は、サイリスタやゲ
ートターンオフサイリスタのPベース層やPエミッタ層
の形成のために広く用いられている。
C. Prior Art Gallium (Ga) diffusion for P-type impurity diffusion in a silicon (Si) substrate as a semiconductor is widely used for forming a P base layer and a P emitter layer of a thyristor and a gate turn-off thyristor. I have.

ガリウムの拡散方法の1つとしては、シリコン基板の
表面に高濃度で浅いガリウム拡散層を形成(ガリウムの
プレデポジション拡散)し、この後に酸素と窒素の混合
気流中で熱処理を加えてドライブイン拡散を行い、所望
のガリウム拡散層を形成する方法がある。
One of the gallium diffusion methods is to form a high-concentration shallow gallium diffusion layer on the surface of a silicon substrate (pre-deposition diffusion of gallium), followed by heat treatment in a mixed gas flow of oxygen and nitrogen to drive-in diffusion. To form a desired gallium diffusion layer.

ここで、ガリウムのプレデポジション拡散方法にはイ
オン注入法や石英封管式のほかに、開管式プレデポジシ
ョン拡散方法がある。この拡散方法は、第3図に不純物
としてガリウムを使う装置構成図を示すように、石英ア
ンプル管1内にボート2に櫛歯状に設置されるシリコン
ウェハ3と、金属ガリウムを収納しボート2の両側でガ
リウム拡散源4をセットし、この石英アンプル管1を石
英キャップ5をセットしないまま拡散炉6に挿入し、次
いで石英アンプル管1の開口部が不活性ガスの流れの下
流に位置する方向で拡散炉6内に窒素ガスを流し、炉内
及び石英管内の酸素を追い出して窒素ガスで置換した
後、石英アンプル管1の開口部に一部間隙を有する石英
キャップ5をセット及び拡散炉6の蓋7を施し、さらに
窒素ガスで置換した後にヒータ8による加熱で熱処理に
よるガリウムの拡散を行う。
Here, the pre-deposition diffusion method of gallium includes an open-tube pre-deposition diffusion method in addition to the ion implantation method and the quartz tube sealing method. As shown in FIG. 3, an apparatus configuration using gallium as an impurity is shown in FIG. 3. As shown in FIG. 3, a silicon wafer 3 installed in a boat 2 in a quartz ampoule tube 1 The gallium diffusion source 4 is set on both sides of the tube, and this quartz ampule tube 1 is inserted into the diffusion furnace 6 without setting the quartz cap 5, and then the opening of the quartz ampule tube 1 is located downstream of the flow of the inert gas. A nitrogen gas is flowed into the diffusion furnace 6 in the direction, and the oxygen in the furnace and the quartz tube is expelled and replaced with the nitrogen gas. Then, the quartz cap 5 having a gap partially in the opening of the quartz ampule tube 1 is set and the diffusion furnace is After the lid 7 is replaced with nitrogen gas, the gallium is diffused by heat treatment by heating with a heater 8.

D.発明が解決しようとする課題 従来の開管式ガリウムプレデポジション拡散方法は、
石英アンプル管内のシリコンウェハがその位置によって
拡散層シート抵抗にバラツキが生じる問題があった。
D. Problems to be Solved by the Invention Conventional open-tube gallium pre-deposition diffusion method
There is a problem that the silicon wafer in the quartz ampule tube has a variation in the sheet resistance of the diffusion layer depending on its position.

即ち、第4図に石英アンプル管内でのシリコンウェハ
の位置とシート抵抗の関係を示すように、石英キャップ
5に近い(石英アンプル管1の入口)位置のシリコンウ
ェハほどシート抵抗に面内のバラツキが大きくなる。こ
のバラツキは石英キャップ5と石英アンプル管1との間
にガス抜き用のすき間を設けてあることから、アンプル
管内に発生したガリウム蒸気が少しづつ逃げて該入口部
分のガリウム蒸気濃度が均一にならないためと考えられ
る。
That is, as shown in FIG. 4, the relationship between the position of the silicon wafer in the quartz ampule tube and the sheet resistance indicates that the silicon wafer closer to the quartz cap 5 (the entrance of the quartz ampule tube 1) has an in-plane variation in the sheet resistance. Becomes larger. This variation is due to the fact that a gap for venting gas is provided between the quartz cap 5 and the quartz ampule tube 1, so that the gallium vapor generated in the ampule tube escapes little by little, and the gallium vapor concentration at the inlet portion is not uniform. It is thought to be.

上述のシリコンウェハ面内のシート抵抗値のバラツキ
発生は、半導体素子製造上の歩留りを悪化させ、開管式
ガリウムプレデポジション拡散方法の大きな課題であっ
た。
The above-described variation in the sheet resistance value in the silicon wafer surface deteriorates the yield in manufacturing semiconductor devices, and has been a major problem in the open-tube gallium pre-deposition diffusion method.

本発明の目的は、不純物拡散対象になるシリコンウェ
ハ面内のシート抵抗値のバラツキを少なくした開管式ガ
リウムプレデポジション拡散方法を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide an open-tube gallium pre-deposition diffusion method in which a variation in sheet resistance value in a silicon wafer surface to be subjected to impurity diffusion is reduced.

E.課題を解決するための手段と作用 本発明は、前記目的を達成するため、不純物拡散対象
になる多数のシリコンウェハをボートにセットし、ガリ
ウムからなる不純物拡散源と共に石英アンプル管内に収
納し、不活性ガスが一方向に流れる拡散炉内に前記石英
アンプル管をその開口部が不活性ガスの流れの下流に位
置するように設置し、該不活性ガスによって前記石英ア
ンプル管内の酸素を置換した後、前記開口部に前記石英
アンプル管との間に一部間隙を有するようにしたキャッ
プを施し、その後、前記拡散炉の加熱により不純物拡散
を行う開管式ガリウムプレデポジション拡散方法におい
て、前記シリコンウェハをボートにセットした形状の石
英製ダミーを前記シリコンウェハと前記開口部との間に
のみ設置して不純物拡散を行うようにし、石英アンプル
管の入口側で発生する不純物濃度の不均一が不純物拡散
対象になるシリコンウェハの設置位置で発生しないよう
にする。
E. Means and Action for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention sets a large number of silicon wafers to be subjected to impurity diffusion in a boat and stores them in a quartz ampule tube together with an impurity diffusion source made of gallium. The quartz ampule tube is installed in a diffusion furnace in which an inert gas flows in one direction such that an opening thereof is located downstream of the flow of the inert gas, and oxygen in the quartz ampule tube is replaced by the inert gas. After that, the opening is provided with a cap having a gap between the quartz ampoule tube and a part thereof, and then, in an open-tube gallium pre-deposition diffusion method for diffusing impurities by heating the diffusion furnace, A quartz dummy having a shape in which a silicon wafer is set in a boat is provided only between the silicon wafer and the opening to diffuse impurities. Nonuniform impurity concentration which occurs at the inlet side of the quartz ampoule is prevented from occurring in the installation position of the silicon wafer to be an impurity diffusion target.

F.実施例 第1図は本発明の一実施例を示す装置構成とシート抵
抗の関係を示す図である。同図において、装置構成が第
3図又は第4図と異なる部分は、石英アンプル管1の入
口側にシリコンウェハ3をボート2に設置した形状の石
英製ダミー9を設けた点にある。第2図はダミー9の拡
大図を示す。
F. Embodiment FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the device configuration and sheet resistance showing an embodiment of the present invention. 3 differs from FIG. 3 or FIG. 4 in that a quartz dummy 9 having a shape in which a silicon wafer 3 is mounted on a boat 2 is provided on the entrance side of a quartz ampule tube 1. FIG. 2 shows an enlarged view of the dummy 9.

この石英製ダミー9の櫛歯数は従来の拡散方法でアン
プル管入口側のシリコンウェハ3に発生するシート抵抗
値のバラツキが大きくなるウェハ枚数以上にされる。こ
の枚数はシリコンウェハ3の直径(大きさ)によって異
なり、経験上では直径の大きなものほど面内シート抵抗
値のバラツキが発生する枚数が多く、大きさに応じて3
枚乃至20枚程度にされる。
The number of comb teeth of the quartz dummy 9 is set to be equal to or larger than the number of wafers in which the variation of the sheet resistance value generated on the silicon wafer 3 on the inlet side of the ampule tube by the conventional diffusion method becomes large. This number depends on the diameter (size) of the silicon wafer 3. From experience, the larger the diameter, the larger the number of sheets on which the in-plane sheet resistance value varies, and 3
About 20 to 20 sheets.

具体的にはシリコンウェハ3の直径が3インチのもの
ではダミー9の枚数を4〜7枚、4インチのものではダ
ミー枚数を12〜18枚程度にする。
Specifically, when the silicon wafer 3 has a diameter of 3 inches, the number of the dummy 9 is 4 to 7, and when the silicon wafer 3 is 4 inches, the number of the dummy 9 is about 12 to 18.

なお、石英製ダミー9を設置するため、従来方法と同
じ枚数のシリコンウェハ3を拡散処理するためにはダミ
ーの長さ分だけ長くした石英アンプル管1を使用する。
In order to dispose the same number of silicon wafers 3 as the conventional method in order to install the quartz dummy 9, use the quartz ampule tube 1 which is longer by the length of the dummy.

上述の構成により、従来と同じ手順による拡散処理を
行うとき、石英アンプル管1の入口側にはダミー9が設
置されることから、該入口側に近い位置で発生するガリ
ウム蒸気濃度の不均一現象はダミー9の位置になり、シ
リコンウェハ3の面内シート抵抗値のバラツキを極めて
小さくする。
According to the above-described configuration, when performing the diffusion process in the same procedure as the conventional one, the dummy 9 is installed on the inlet side of the quartz ampule tube 1, so that the gallium vapor concentration non-uniformity occurring near the inlet side is caused. Is at the position of the dummy 9, and the variation of the in-plane sheet resistance value of the silicon wafer 3 is extremely reduced.

第1図中にはシリコンウェハ3の位置に対するシート
抵抗のバラツキを示し、従来方法で発生するアンプル管
入口側での大きなバラツキは無くなる。
FIG. 1 shows the variation of the sheet resistance with respect to the position of the silicon wafer 3, and the large variation on the inlet side of the ampule tube which occurs in the conventional method is eliminated.

本発明に基づいた実験として、直径4インチのシリコ
ンウェハ80枚を1ロットとする開管式ガリウムプレデポ
ジション拡散では、従来方法では石英キャップ5に近い
方から15枚のシリコンウェハのシート抵抗値の面内バラ
ツキは変動係数で4〜20%であったが、本発明方法では
14枚の石英板とそのボートを持つダミーを設置した場合
ではバラツキを変動係数1〜2%に抑えることができ
た。
As an experiment based on the present invention, in the open-tube gallium pre-deposition diffusion using 80 silicon wafers of 4 inches in diameter as one lot, the sheet resistance value of 15 silicon wafers from the side closer to the quartz cap 5 in the conventional method is reduced. The in-plane variation was 4 to 20% in the coefficient of variation.
When a dummy having 14 quartz plates and the boat was installed, the variation could be suppressed to a variation coefficient of 1 to 2%.

G.発明の効果 以上のとおり、本発明によれば、不純物拡散対象にな
る多数のシリコンウェハを石英アンプル管内に収納する
のに、アンプル管の入口側でシリコンウェハをボートに
セットした形状の石英製ダミーをセットしてガリウム拡
散を行うようにしたため、不純物拡散源になるガリウム
の蒸気濃度が不均一になるアンプル管入口近くでのシリ
コンウェハへの拡散はダミーに対して行われ、シリコン
ウェハの面内シート抵抗のバラツキを少なくし、ひいて
は半導体素子製造上の歩留りを向上させる効果がある。
G. Effects of the Invention As described above, according to the present invention, a large number of silicon wafers to be subjected to impurity diffusion are accommodated in a quartz ampule tube, and the quartz wafer is set in a boat at the inlet side of the ampule tube. Since the gallium diffusion is performed by setting a dummy made of gallium, the diffusion of gallium, which is an impurity diffusion source, to the silicon wafer near the inlet of the ampoule tube where the vapor concentration becomes uneven, is performed on the dummy, This has the effect of reducing the variation in the in-plane sheet resistance and consequently improving the yield in the manufacture of semiconductor elements.

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

第1図は本発明の一実施例を示す装置構成とシート抵抗
の関係を示す図、第2図は第1図における石英製ダミー
9の拡大図、第3図は開管式プレデポジション拡散装置
の構成図、第4図は従来のシリコンウェハの位置とシー
ト抵抗の関係を示す図である。 1……石英アンプル管、2……ボート、3……シリコン
ウェハ、4……ガリウム拡散源、5……石英キャップ、
6……拡散炉、7……蓋、8……ヒータ、9……石英製
ダミー。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the device configuration and sheet resistance showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view of a quartz dummy 9 in FIG. 1, and FIG. 3 is an open-tube predeposition diffusion device. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the position of a conventional silicon wafer and the sheet resistance. 1 ... quartz ampoule tube, 2 ... boat, 3 ... silicon wafer, 4 ... gallium diffusion source, 5 ... quartz cap,
6: diffusion furnace, 7: lid, 8: heater, 9: quartz dummy.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】不純物拡散対象になる多数のシリコンウェ
ハをボートにセットし、ガリウムからなる不純物拡散源
と共に石英アンプル管内に収納し、不活性ガスが一方向
に流れる拡散炉内に前記石英アンプル管をその開口部が
不活性ガスの流れの下流に位置するように設置し、該不
活性ガスによって前記石英アンプル管内の酸素を置換し
た後、前記開口部に前記石英アンプル管との間に一部間
隙を有するようにしたキャップを施し、その後、前記拡
散炉の加熱により不純物拡散を行う開管式ガリウムプレ
デポジション拡散方法において、 前記シリコンウェハをボートにセットした形状の石英製
ダミーを前記石英アンプル管内の前記シリコンウェハと
前記開口部との間にのみ設置して不純物拡散を行うこと
を特徴とする開管式ガリウムプレデポジション拡散方
法。
1. A large number of silicon wafers to be subjected to impurity diffusion are set in a boat and housed in a quartz ampule tube together with an impurity diffusion source made of gallium, and the quartz ampule tube is placed in a diffusion furnace in which an inert gas flows in one direction. Is installed so that its opening is located downstream of the flow of the inert gas, and after the oxygen in the quartz ampule tube is replaced by the inert gas, a part of the opening is formed between the quartz ampule tube and the quartz ampule tube. In an open-tube gallium pre-deposition diffusion method in which a cap having a gap is provided and then impurities are diffused by heating the diffusion furnace, a quartz dummy having a shape in which the silicon wafer is set in a boat is placed in the quartz ampule tube. An open-tube gallium predeposit, wherein impurities are diffused by being provided only between the silicon wafer and the opening. Diffusion method.
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