JPH0158651B2 - - Google Patents

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JPH0158651B2
JPH0158651B2 JP61104667A JP10466786A JPH0158651B2 JP H0158651 B2 JPH0158651 B2 JP H0158651B2 JP 61104667 A JP61104667 A JP 61104667A JP 10466786 A JP10466786 A JP 10466786A JP H0158651 B2 JPH0158651 B2 JP H0158651B2
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JP
Japan
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impurity
semiconductor wafer
glass
core tube
furnace core
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JP61104667A
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JPS61258415A (ja
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Noboru Tatefuru
Keizo Inaba
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/22Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体ウエーハへの不純物デポジシヨ
ンに適した加熱処理方法に関する。
従来、半導体ウエーハに不純物をデポジシヨン
して、しかる後拡散する方法として、たとえばボ
ロンナイトライド(BN)を用いてシリコンウエ
ーハにp型不純物を拡散するとき、ボート上にp
型不純物源であるボロンナイトライドのウエーハ
(表面を若干酸化したもの)とシリコンのウエー
ハとを面対向させて配置し、この状態でボートを
石英管に挿入し、この後、石英管を外周より加熱
することによつて、石英管内に酸化ボロン
(B2O3)ふん囲気を作り、これによりシリコンウ
エーハにボロン酸化物をデポジシヨンするととも
にシリコンウエーハ表面に高不純物濃度の薄い拡
散層をつくり、しかるのち、酸化ボロンを含まな
いふん囲気中でシリコンウエーハ内部へ、ボロン
不純物を再拡散する方法が知られている。
このデポジシヨン工程のとき、石英管の一端か
ら不活性ガス(N2)を送り込み、これによりシ
リコンウエーハの表面が酸化されないようにして
いる。
ところで、このような方法に使用される加熱装
置は石英管が加熱時に開放状態となるものであ
り、しかも一端から不活性ガスを送り込むように
したものであるため、石英管内の長手方向の温度
分布が不均一になり、ボート上に整列されたシリ
コンウエーハは、その置かれた位置によつて不純
物導入量が異なり、シリコンウエーハ表面の比抵
抗にばらつきが生じる。これを解決するための方
法として、石英管内を減圧または真空にする手段
を有する加熱装置を用い、減圧または真空にした
石英管内に半導体ウエーハと不純物源(BN)と
を相対向して配置し、それを加熱することによつ
て不純物を含んだガスが均一に半導体ウエーハ表
面に到達するようにした閉管法が本願出願人によ
つて提案された。
しかし、このような閉管法では高不純物濃度領
域を得るためにデポジシヨン時に1000℃程度の高
温熱処理をするため、とくにシリコンウエーハ表
面から局部的にシリコン原子が蒸発し、シリコン
ウエーハ表面が荒れる。また前記シリコン原子の
蒸発によつて、ボロンナイトライド表面が黒灰色
に変化し、つぎのデポジシヨン時に使用できなく
なる。
さらにデポジシヨン後、シリコンウエーハ表面
にボロン酸化物以外の異物が付着し、エツチング
除去することが困難な汚れを生じるなどの問題が
あり、このシリコンウエーハ表面の荒れや汚れは
後の工程およびその工程を経てできた半導体装置
の歩留りが低下することが明らかになつた。
したがつて、シリコンウエーハ表面の荒れや汚
れを防止するためにその表面に保護膜を形成する
ことが望まれた。
そこで、本発明は半導体ウエーハに対する新規
な加熱処理方法を提供することを目的としてい
る。
上記目的を達成するための本発明の構成要件は
以下のとおりにある。
表面が酸化された金属窒化物または金属酸化物
よりなる固形体状の不純物源と、半導体ウエーハ
とが入れられた炉芯管内を減圧する工程と、 この半導体ウエーハおよび不純物源を1000℃以
下で加熱することにより、半導体ウエーハの表面
に前記不純物源表面の酸化物をデポジシヨンし、
もつて第1の不純物ガラスを形成する工程と、 前記低温・減圧雰囲気の炉芯管に少なくとも酸
素を含むガスを供給することにより、半導体ウエ
ーハの表面に薄い熱酸化膜を形成する工程と、 前記ガスの供給を停止し、前記温度よりも高温
の減圧雰囲気中で、その半導体ウエーハを加熱す
ることにより、前記第1の不純物ガラスの表面に
前記不純物源表面の金属酸化物をデポジシヨン
し、もつて第2の不純物ガラスを形成するととも
に、前記第1の不純物ガラスの不純物源物質と、
この第2の不純物ガラスの不純物源物質とによつ
て、半導体ウエーハの表面層に不純物源物質の浅
い拡散層を形成する工程と、 炉芯管が常圧に戻され、前記半導体ウエーハ表
面の第1、第2の不純物ガラスおよび熱酸化膜を
除去する工程と、 しかる後、その半導体ウエーハを酸化性雰囲気
内で加熱することにより、その半導体ウエーハの
表面層に形成された前記拡散層の不純物源物質を
再拡散する工程とを備えている。
以下、実施例を使用して詳細に説明する。
第1図は半導体ウエーハおよび不純物源等の被
加熱処理体が石英管内に挿入された状態を示す本
発明の加熱装置であり、第2図a〜dはその加熱
装置を用いた不純物拡散法の過程における半導体
ウエーハの構造を示す。まず第1図において、こ
の加熱装置はヒータを含む拡散炉1に石英ガラス
またはシリコンなどからなる炉芯管2がはめこま
れており、この炉芯管2の一端には取りはずし可
能なキヤツプ3が装着されるような開口部7が設
けられている。そのキヤツプ3の一部には後述す
るボートを移動させる引き出し棒4を通す穴5が
設けられている。また炉芯管2の他端には炉芯管
2内を減圧および真空にするための先の細い排気
口6が形成され、これは真空ポンプ(図示しな
い)につながつている。さらに炉芯管2の排気口
6と反対側の開口部7の近傍であつてその炉芯管
2の側部にガス導入口8が形成されている。また
前記穴5は前記炉芯管2内を減圧および真空にし
ても外気がはいりこまないように設計されてい
る。
このように、特に炉芯管2の構造はキヤツプ3
自身にガス導入口を取り付けるようにしたもので
はなく、そのガス導入口が独立して設けている。
このため、キヤツプ3は極めて簡単な構造とする
ことができる。それゆえ、キヤツプ3の取りはず
しが楽になり、作業性が極めてよくなる。しか
も、排気口6は第1図から明らかなように炉芯管
2の他端の径が細くなつて、その炉芯管2の中心
部分に位置している。このため、炉芯管2内部を
均一、かつ迅速に減圧せしめることができる。
このように本発明の加熱装置は減圧中での半導
体ウエーハの加熱処理に極めて適したものであ
る。
なお、前記炉芯管2内に入れられるボート9は
石英ガラスおよびシリコン製の細長に形成された
支持体であつて、このボート9上にはシリコンウ
エーハ10と拡散不純物源となるボロンナイトラ
イド(BN)ウエーハ11がそれぞれ複数個、適
当に配置される。
つぎに上記した加熱装置を用いてのシリコンウ
エーハ10にボロン不純物をデポジシヨンおよび
拡散する方法を以下に説明する。
まず、シリコンウエーハ10と表面がわずか酸
化されたボロンナイトライド・ウエーハ11を載
置した前記ボート9を炉芯管2の開口端7の近傍
に入れ、その開口端7をキヤツプ3で封止し、真
空ポンプで前記排気口6から炉芯管2内を減圧お
よび真空にする。
つぎに前記引き出し棒4によつて炉芯管2内の
均熱部に前記ボート9を移動させ1000℃以下の低
温でシリコンウエーハ10の表面にボロンナイト
ライド・ウエーハ11表面の酸化ボロン(B2O3
をデポジシヨンして第1のボロンシリケートガラ
ス膜12を形成する〔第2図a参照〕。
この場合、低温ふん囲気中のデポジシヨンであ
るためシリコンウエーハ10からシリコン原子の
蒸発はおこなわれない。
つぎにガス導入口8から低温・減圧ふん囲気の
炉芯管2内に微量の酸素または酸素とアルゴン、
窒素、ヘリウムなどの不活性ガスとの混合ガスを
流し込み、シリコンウエーハ10の表面に薄い
(1000Å程度)熱酸化膜(SiO2)13を形成する
〔第2図b参照〕。この酸化膜13の厚さは後述の
高温中のデポジシヨン時にボロン原子が通過でき
るように選定する。
しかるのち、前記酸素または混合ガスの供給を
止め、炉芯管2内を高温(1100℃程度)・減圧状
態にし、シリコンウエーハ10の前記第1ボロン
シリケートガラス膜12表面にボロンナイトライ
ド・ウエーハ11表面の酸化ボロン(B2O3)を
デポジシヨンして、第2のボロンシリケートガラ
ス膜14を形成するとともに、前記第1ボロンシ
リケートガラス膜12のボロン不純物と前記酸化
膜13を通して拡散する前記第2ボロンシリケー
トガラス膜14のボロン不純物とによつて、シリ
コンウエーハ10の表面層にボロン不純物の浅い
p型高濃度拡散層15を形成する〔第2図c参
照〕。
つぎに炉芯管2内を常圧にもどし前記引き出し
棒4によりボート9を炉芯管2の開口端7に引き
寄せてキヤツプ3をはずし、ボート9を取り出
す。そしてシリコンウエーハ10のみを抽出し、
ウエーハ表面の第1および第2ボロンシリケート
ガラス膜および酸化膜をエツチング除去する。こ
のシリコンウエーハ10を酸化性ふん囲気の拡散
炉内に入れ、シリコンウエーハ10の表面層に形
成された前記p型高濃度拡散層15のボロン不純
物を再拡散し、所望のp型半導体領域16を形成
する〔第2図d参照〕。
このとき同時に熱酸化膜17がシリコンウエー
ハ10表面に形成される。
上記方法においてデポジシヨン工程を同一炉管
内で連続しておこなつているが低温・減圧中での
デポジシヨン工程および高温・減圧中でのデポジ
シヨン工程を別な炉体中でおこなつてもよい。
また前記低温・減圧中および高温・減圧中での
デポジシヨン工程において、微量の酸素または酸
素と不活性ガスの混合ガスを供給すれば、とくに
高温デポジシヨン時にボロンナイトライドウエー
ハ表面に酸化ボロン(B2O3)が生成され、その
ボロンナイトライドウエーハ表面の酸化ボロンの
減少を押え、ボロンナイトライドウエーハ自身か
ら酸化ボロン以外の物質の蒸発を防止できる。
なお上記方法においては、シリコンウエーハに
ついて説明したがゲルマニウムなどの半導体ウエ
ーハへの不純物拡散法にも応用できる。また不純
物源としてボロンナイトライドの他にりん、イン
ジウム、アルミニウムなどの金属窒化物およびそ
の金属酸化物を使用する場合にも適用できる。
以上説明したように本発明の加熱装置を用いた
半導体ウエーハへの不純物拡散法を用いれば、初
めに半導体ウエーハ表面からその半導体原子の蒸
発がおこらない低温ふん囲気で酸化不純物のガラ
ス膜および熱酸化膜を形成しているので、それら
の膜が保護膜となつて高温・減圧中での基体半導
体原子の蒸発がそれらの膜によつて防止できる。
さらに高温・減圧中のデポジシヨン時に半導体
ウエーハ上に酸化膜があるため、半導体ウエーハ
表面に外部から直接異物が付着することがないな
どの効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の加熱装置の略断面図、第2図
a〜dは本発明の加熱装置を使用した不純物デポ
ジシヨンから拡散までの過程における半導体ウエ
ーハの一部断面図である。 1…拡散炉、2…炉芯管、3…キヤツプ、4…
引き出し棒、5…引き出し棒を通すための穴、6
…排気口、7…開口部、8…ガス導入口、9…ボ
ート、10…シリコンウエーハ、11…ボロンナ
イトライド・ウエーハ、12…第1ボロンシリケ
ートガラス膜、13…薄い酸化膜、14…第2ボ
ロンシリケートガラス膜、15…p型高濃度拡散
層、16…p型半導体領域、17…熱酸化膜。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 表面が酸化された金属窒化物または金属酸化
    物よりなる固形体状の不純物源と、半導体ウエー
    ハとが入れられた炉芯管内を減圧する工程と、 この半導体ウエーハおよび不純物源を1000℃以
    下で加熱することにより、半導体ウエーハの表面
    に前記不純物源表面の酸化物をデポジシヨンし、
    もつて第1の不純物ガラスを形成する工程と、 前記低温・減圧雰囲気の炉芯管に少なくとも酸
    素を含むガスを供給することにより、半導体ウエ
    ーハの表面に薄い熱酸化膜を形成する工程と、 前記ガスの供給を停止し、前記温度よりも高温
    の減圧雰囲気中で、その半導体ウエーハを加熱す
    ることにより、前記第1の不純物ガラスの表面に
    前記不純物源表面の金属酸化物をデポジシヨン
    し、もつて第2の不純物ガラスを形成するととも
    に、前記第1の不純物ガラスの不純物源物質と、
    この第2の不純物ガラスの不純物源物質とによつ
    て、半導体ウエーハの表面層に不純物源物質の浅
    い拡散層を形成する工程と、 炉芯管が常圧に戻され、前記半導体ウエーハ表
    面の第1,第2の不純物ガラスおよび熱酸化膜を
    除去する工程と、 しかる後、その半導体ウエーハを酸化性雰囲気
    内で加熱することにより、その半導体ウエーハの
    表面層に形成された前記拡散層の不純物源物質を
    再拡散する工程とを備えていることを特徴とする
    半導体ウエーハ加熱処理方法。
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JP2771330B2 (ja) * 1992-03-27 1998-07-02 ハイムゾート フェアヴァルトゥンゲン ゲーエムベーハー ウント コー カーゲー ベタイリグングスゲゼルシャフト 金属製品を熱処理する方法

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