JPH01202816A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH01202816A JPH01202816A JP2719788A JP2719788A JPH01202816A JP H01202816 A JPH01202816 A JP H01202816A JP 2719788 A JP2719788 A JP 2719788A JP 2719788 A JP2719788 A JP 2719788A JP H01202816 A JPH01202816 A JP H01202816A
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- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、表面に近い高不純物濃度領域をガリウムの拡
散により、表面より遠い低不純物濃度領域をアルミニウ
ムの拡散により形成する半導体装置の製造方法に関する
。
散により、表面より遠い低不純物濃度領域をアルミニウ
ムの拡散により形成する半導体装置の製造方法に関する
。
高耐圧素子を製造する際、ゲート点弧電流や臨界オフ電
圧上昇率ｄｕ／ｄｔ等の特性を劣化させないために、Ｐ
ベース層の不純物濃度分布を２段とする方法がとられて
いる。一般に、２段Ｐベース層の高濃度部分はほう素ま
たはガリウム拡散により形成され、低濃度部分はアルミ
ニウム拡散により形成される。
圧上昇率ｄｕ／ｄｔ等の特性を劣化させないために、Ｐ
ベース層の不純物濃度分布を２段とする方法がとられて
いる。一般に、２段Ｐベース層の高濃度部分はほう素ま
たはガリウム拡散により形成され、低濃度部分はアルミ
ニウム拡散により形成される。
ガリウムおよびアルミニウムの拡散された２段Ｐベース
層は従来、まずアルミニウム拡散を金属アルミニウムを
拡散源とする封管中で行い、その後、ガリウム拡散を金
属ガリウムを拡散源とする封管中で、あるいは酸化ガリ
ウムを拡散源とする開管中で行うことにより形成されて
いた。ところが、封管中での拡散は石英管内の真空度が
１．０×１０−’ ｆｉ ｎｇ以下になるため、石英管
径が大きい場合、熱処理中に石英管がつぶれてしまうと
いう欠点があり、大口径のシリコン基板に適用できない
という問題があった。また、開管中での拡散ではシリコ
ン基板径が大きくなるほどシリコン基板内のガリウム濃
度のばらつきが大きくなるという問題があった。特に、
最近の大容量化の傾向で、シリコン基板径は大きくなる
方向に進んでおり、これらの問題は避けられなくなって
きた。
層は従来、まずアルミニウム拡散を金属アルミニウムを
拡散源とする封管中で行い、その後、ガリウム拡散を金
属ガリウムを拡散源とする封管中で、あるいは酸化ガリ
ウムを拡散源とする開管中で行うことにより形成されて
いた。ところが、封管中での拡散は石英管内の真空度が
１．０×１０−’ ｆｉ ｎｇ以下になるため、石英管
径が大きい場合、熱処理中に石英管がつぶれてしまうと
いう欠点があり、大口径のシリコン基板に適用できない
という問題があった。また、開管中での拡散ではシリコ
ン基板径が大きくなるほどシリコン基板内のガリウム濃
度のばらつきが大きくなるという問題があった。特に、
最近の大容量化の傾向で、シリコン基板径は大きくなる
方向に進んでおり、これらの問題は避けられなくなって
きた。
この問題はアルミニウムおよびガリウム拡散にイオン注
入を適用することで解決されるが、しかし、アルミニウ
ムおよびガリウムの両方共、イオン注入後これらを活性
化させるためのアニール工程でアウト・ディフュージヨ
ンが生じて所望の不純物濃度が得られず、したがって、
アルミニウムおよびガリウムのイオン注入は非常に困難
とされていた。
入を適用することで解決されるが、しかし、アルミニウ
ムおよびガリウムの両方共、イオン注入後これらを活性
化させるためのアニール工程でアウト・ディフュージヨ
ンが生じて所望の不純物濃度が得られず、したがって、
アルミニウムおよびガリウムのイオン注入は非常に困難
とされていた。
本発明の目的は、上述の問題を解決してアルミニウムお
よびガリウムによる２段Ｐベース層をイオン注入により
形成する半導体装置の製造方法を提供することにある。
よびガリウムによる２段Ｐベース層をイオン注入により
形成する半導体装置の製造方法を提供することにある。
上述の課題を解決するために、本発明は、半導体基板の
表面より浅い高不純物濃度領域をガリウムにより、表面
より深い低不純物濃度領域をアルミニウムにより形成す
る際に、半導体基板表面からアルミニウムイオンを基板
に注入後、その表面に５００℃以下の温度で第一の窒化
膜および第一の酸化膜を順次被覆し、次いで第一の酸化
膜表面からガリウムイオンをその酸化膜に注入後、５０
０℃以下の温度で第一の酸化膜の上に第二の窒化膜およ
び第二の酸化膜を順次被覆し、そのあとアルミニウムお
よびガリウムを拡散させるためのアニール工程を施すも
のとする。
表面より浅い高不純物濃度領域をガリウムにより、表面
より深い低不純物濃度領域をアルミニウムにより形成す
る際に、半導体基板表面からアルミニウムイオンを基板
に注入後、その表面に５００℃以下の温度で第一の窒化
膜および第一の酸化膜を順次被覆し、次いで第一の酸化
膜表面からガリウムイオンをその酸化膜に注入後、５０
０℃以下の温度で第一の酸化膜の上に第二の窒化膜およ
び第二の酸化膜を順次被覆し、そのあとアルミニウムお
よびガリウムを拡散させるためのアニール工程を施すも
のとする。
第一の窒化膜は、半導体基板に注入されその後の５００
℃以下の工程中に基板と第一の窒化膜の界面に蓄積され
た拡散源としてのアルミニウムのアニールの工程でのア
ウト・ディフュージヨンを阻止し、第二の窒化膜は第一
の酸化膜に注入された拡散源としてのガリウムのアニー
ル工程でのアウト・ディフユージョンを阻止し、また第
一の酸化膜は第二の酸化膜と共に窒化膜と基板の熱膨張
係数の差による熱応力の発生を防ぐのに役立つ。
℃以下の工程中に基板と第一の窒化膜の界面に蓄積され
た拡散源としてのアルミニウムのアニールの工程でのア
ウト・ディフュージヨンを阻止し、第二の窒化膜は第一
の酸化膜に注入された拡散源としてのガリウムのアニー
ル工程でのアウト・ディフユージョンを阻止し、また第
一の酸化膜は第二の酸化膜と共に窒化膜と基板の熱膨張
係数の差による熱応力の発生を防ぐのに役立つ。
第１図ｆａｔ〜ｔｒ）は本発明の一実施例の工程図を示
す、まず、Ｎ形シリコン基板１にアルミニウム２をイオ
ン注入する （図ａ）。このときのアルミニウムイオン
注入条件は加速電圧４０〜６０ＫｅＶ 、ドーズ量５Ｘ
１０”〜１×１０ＩＳ原子／−、イオン種”Ａ７”であ
る０次にシリコン基板１の表面に窒化膜３を形成する
（図ｂ）、窒化膜３は、例えば５ｉ１１．とＮｌ’ｌ。
す、まず、Ｎ形シリコン基板１にアルミニウム２をイオ
ン注入する （図ａ）。このときのアルミニウムイオン
注入条件は加速電圧４０〜６０ＫｅＶ 、ドーズ量５Ｘ
１０”〜１×１０ＩＳ原子／−、イオン種”Ａ７”であ
る０次にシリコン基板１の表面に窒化膜３を形成する
（図ｂ）、窒化膜３は、例えば５ｉ１１．とＮｌ’ｌ。
の混合ガスを高周波放電中で分解させ、５ｏｏ℃以下の
低温で基板上に堆積させるプラズマ法のような低温生成
法により形成される。この際、５ｏｏ℃以下に抑えるこ
とにより、アルミニウムは窒化膜中の拡散係数が小さい
ので、窒化膜３との界面に基板に注入されたアルミニウ
ムが析出し、アニール工程中の拡散源となる。そしてア
ニール工程中でのアウト・ディフユージぢンをこの窒化
膜が阻止する。
低温で基板上に堆積させるプラズマ法のような低温生成
法により形成される。この際、５ｏｏ℃以下に抑えるこ
とにより、アルミニウムは窒化膜中の拡散係数が小さい
ので、窒化膜３との界面に基板に注入されたアルミニウ
ムが析出し、アニール工程中の拡散源となる。そしてア
ニール工程中でのアウト・ディフユージぢンをこの窒化
膜が阻止する。
さらに、窒化膜３の上に酸化膜４を形成する（図Ｃ）、
この酸化膜４は、後にイオン注入されるガリウムを蓄積
するものであり、ガリウムイオン注入深さ以上にするこ
とが必要である。この酸化膜４の形成も上述の理由で５
００ を以下の温度で行う０次に酸化膜４中にガリウム
５をイオン注入する （図ｄ）、このときのガリウムイ
オン注入条件は加速電圧４０〜６０ＫｅＶ 、 ドーズ
ｌＩ５×１ｏｌＳ〜１×１ＱＩｌｋ原子／ｃ＋Ｊ、イオ
ン種６９ にａ＋である。このガリウムの注入された酸
化膜４がアニール工程でのガリウム拡散源となる。従っ
て窒化膜３の厚さはこのガリウムのシリコン基板１への
拡散を可能にするためなるべく薄い方がよい、ただし、
薄すぎるとピンホールができ易く、ピンホールの部分を
通じて基板１からＭおよびＧａのアウト・ディフュージ
ヨンが生ずるおそれがある。ＵＲ査の結果、窒化膜３の
厚さは０．０７〜０．１１０１ｒが最適で、できるだけ
０．０７１ｎａに近い方が望ましい。
この酸化膜４は、後にイオン注入されるガリウムを蓄積
するものであり、ガリウムイオン注入深さ以上にするこ
とが必要である。この酸化膜４の形成も上述の理由で５
００ を以下の温度で行う０次に酸化膜４中にガリウム
５をイオン注入する （図ｄ）、このときのガリウムイ
オン注入条件は加速電圧４０〜６０ＫｅＶ 、 ドーズ
ｌＩ５×１ｏｌＳ〜１×１ＱＩｌｋ原子／ｃ＋Ｊ、イオ
ン種６９ にａ＋である。このガリウムの注入された酸
化膜４がアニール工程でのガリウム拡散源となる。従っ
て窒化膜３の厚さはこのガリウムのシリコン基板１への
拡散を可能にするためなるべく薄い方がよい、ただし、
薄すぎるとピンホールができ易く、ピンホールの部分を
通じて基板１からＭおよびＧａのアウト・ディフュージ
ヨンが生ずるおそれがある。ＵＲ査の結果、窒化膜３の
厚さは０．０７〜０．１１０１ｒが最適で、できるだけ
０．０７１ｎａに近い方が望ましい。
酸化膜４の上にさらにＧａのアウト・ディフュージヨン
を防ぐための保護膜付けを行う。まず窒化膜６を窒化膜
３と同様な方法で５ｏｏ℃以下の低温で形成する。この
窒化膜６もなるべく薄い方がよいが、調査の結果０．０
７〜０．１５−が最適である。この窒化膜６の上に酸化
膜４と同様の方法で酸化膜７を形成する （図ｆ）、こ
れは窒化膜６の熱膨張係数より酸化膜４の熱膨張係数が
小さく、アニール温度の高い場合に酸化膜４の上の窒化
膜６にクランクが生じ、シリコン基板内でＭおよびＧａ
の濃度分布にばらつきが発生するので、窒化膜６を酸化
膜４および７によりはさむことにより熱応力の発生を極
力抑えるためで、これによってクラックは発生しなかっ
た。酸化膜７の厚さは酸化膜４の厚さと同等にすること
が有効で、先のガリウムイオン注入条件では注入深さが
０．１〜０．３−程度なので、酸化膜４，７の厚さはと
もに０．１〜０．３−にする、Ａｊ、Ｇａの拡散のため
のアニール温度は１２００〜１２５０℃で、窒素雰囲気
中で１０〜３０時間実施する。窒化膜３．６の厚さにシ
リコン基板１面内でばらつきがあると、シリコン基板１
内のＭおよびＧａの拡散量に部分的に変化が生じ、基板
面内のＭおよびＧａ濃度分布の不均一が生じる。
を防ぐための保護膜付けを行う。まず窒化膜６を窒化膜
３と同様な方法で５ｏｏ℃以下の低温で形成する。この
窒化膜６もなるべく薄い方がよいが、調査の結果０．０
７〜０．１５−が最適である。この窒化膜６の上に酸化
膜４と同様の方法で酸化膜７を形成する （図ｆ）、こ
れは窒化膜６の熱膨張係数より酸化膜４の熱膨張係数が
小さく、アニール温度の高い場合に酸化膜４の上の窒化
膜６にクランクが生じ、シリコン基板内でＭおよびＧａ
の濃度分布にばらつきが発生するので、窒化膜６を酸化
膜４および７によりはさむことにより熱応力の発生を極
力抑えるためで、これによってクラックは発生しなかっ
た。酸化膜７の厚さは酸化膜４の厚さと同等にすること
が有効で、先のガリウムイオン注入条件では注入深さが
０．１〜０．３−程度なので、酸化膜４，７の厚さはと
もに０．１〜０．３−にする、Ａｊ、Ｇａの拡散のため
のアニール温度は１２００〜１２５０℃で、窒素雰囲気
中で１０〜３０時間実施する。窒化膜３．６の厚さにシ
リコン基板１面内でばらつきがあると、シリコン基板１
内のＭおよびＧａの拡散量に部分的に変化が生じ、基板
面内のＭおよびＧａ濃度分布の不均一が生じる。
以上の工程で得られたシリコン基板１およびその上の窒
化膜３．酸化膜４．窒化膜６および酸化膜７中のＭおよ
びＧａの濃度分布を第２図に示す。
化膜３．酸化膜４．窒化膜６および酸化膜７中のＭおよ
びＧａの濃度分布を第２図に示す。
第３図は窒化膜３を形成しないで酸化膜４．窒化膜６．
酸化膜７をシリコン基板１上に形成し、同様の工程を行
った場合のＭおよびＧａの濃度分′布を示す、第２図と
第３図を比較すれば明らかなように、本発明に基づくア
ウト・デイフユージヨンの防止によりシリコン基板１表
面近くのＧａおよびＭの濃度が高（なっている、これに
より表面濃度２ｘｌＱＩＩ原子／−１Ｐベース層深さ９
０−の濃度プロフィルが得られた。またシリコン基板の
拡散層シート抵抗およびＰベース層深さのシリコン基板
面内のばらつきを調べたところ、σｎ−１／ｘが１％以
下であった。
酸化膜７をシリコン基板１上に形成し、同様の工程を行
った場合のＭおよびＧａの濃度分′布を示す、第２図と
第３図を比較すれば明らかなように、本発明に基づくア
ウト・デイフユージヨンの防止によりシリコン基板１表
面近くのＧａおよびＭの濃度が高（なっている、これに
より表面濃度２ｘｌＱＩＩ原子／−１Ｐベース層深さ９
０−の濃度プロフィルが得られた。またシリコン基板の
拡散層シート抵抗およびＰベース層深さのシリコン基板
面内のばらつきを調べたところ、σｎ−１／ｘが１％以
下であった。
本発明によれば、イオン注入後のアニール工程の際のア
ウト・デイフユージヨンを防止する、ための窒化膜を２
層設け、アルミニウムは下層の窒化膜層と基板の界面に
、ガリウムは二つの窒化膜の間に介在させる酸化膜に蓄
積させて、アニール時の再拡散源にし、上層の窒化膜へ
の熱応力の発生を防止するために表面も酸化膜で覆うこ
とにより、イオン注入法によるアルミニウムおよびガリ
ウムの導入による２段Ｐベース層の形成が可能になった
。従って、大口径基板の場合困難となる封管拡散の必要
がなく、また半導体基板面内の不純物濃度の均一性も開
管拡散の場合に比して向上する。
ウト・デイフユージヨンを防止する、ための窒化膜を２
層設け、アルミニウムは下層の窒化膜層と基板の界面に
、ガリウムは二つの窒化膜の間に介在させる酸化膜に蓄
積させて、アニール時の再拡散源にし、上層の窒化膜へ
の熱応力の発生を防止するために表面も酸化膜で覆うこ
とにより、イオン注入法によるアルミニウムおよびガリ
ウムの導入による２段Ｐベース層の形成が可能になった
。従って、大口径基板の場合困難となる封管拡散の必要
がなく、また半導体基板面内の不純物濃度の均一性も開
管拡散の場合に比して向上する。
本発明によるアルミニウムおよびガリウムの２段Ｐベー
ス層の形成は、熱拡散工程が一度ですみ、工程短縮が可
能で、口径の小さい半導体基板に対しても有効に適用で
きる。
ス層の形成は、熱拡散工程が一度ですみ、工程短縮が可
能で、口径の小さい半導体基板に対しても有効に適用で
きる。
第１図（ａｌ〜（ｆ）は本発明の一実施例の２段Ｐベー
ス層形成の工程を順次示す断面図、第２図は本発明の一
実施例によるＰベース層形成後の基板および被膜内のり
およびＧａ濃度分布図、第３図は比較のため下層の窒化
膜を省略してＰベース層形成した後の基板および被膜中
のＭおよびＧａ濃度分布図である。 １：シリコン基板、２ニアルミニウムイオン、３．６：
窒化膜、４．７：酸化膜、５：ガリウム第１図 ′ＪＬ″！（μｍ） 第２図 課さ （／−Ｌｍ） 第３図
ス層形成の工程を順次示す断面図、第２図は本発明の一
実施例によるＰベース層形成後の基板および被膜内のり
およびＧａ濃度分布図、第３図は比較のため下層の窒化
膜を省略してＰベース層形成した後の基板および被膜中
のＭおよびＧａ濃度分布図である。 １：シリコン基板、２ニアルミニウムイオン、３．６：
窒化膜、４．７：酸化膜、５：ガリウム第１図 ′ＪＬ″！（μｍ） 第２図 課さ （／−Ｌｍ） 第３図
Claims (1)
- （１）半導体基板の表面より浅い高不純物濃度領域をガ
リウムにより、表面より深い低不純物濃度領域をアルミ
ニウムにより形成する際に、半導体基板表面からアルミ
ニウムイオンを該基板に注入後、５００℃以下の温度で
基板表面に第一の窒化膜および第一の酸化膜を順次被覆
し、次いで第一の酸化膜表面からガリウムイオンを該酸
化膜に注入後、５００℃以下の温度で第一の酸化膜の上
に第二の窒化膜および第二の酸化膜を順次被覆し、その
あとアルミニウムおよびガリウムを拡散させるためのア
ニール工程を施すことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2719788A JPH01202816A (ja) | 1988-02-08 | 1988-02-08 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2719788A JPH01202816A (ja) | 1988-02-08 | 1988-02-08 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01202816A true JPH01202816A (ja) | 1989-08-15 |
Family
ID=12214364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2719788A Pending JPH01202816A (ja) | 1988-02-08 | 1988-02-08 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01202816A (ja) |
-
1988
- 1988-02-08 JP JP2719788A patent/JPH01202816A/ja active Pending
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