JPH02218118A - 不純物拡散装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は不純物拡散装置、特にオキシ塩化リン（ＰＯＣ
Ｉ、）の様に液体原料を拡散源として集積回路装置に不
純物を気相拡散する装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の不純物拡散装置の模式図を第４図に示す。

ここでは、高集積回路（ＬＳＩ）の製造に頻繁に用いら
れるリンの不純物拡散について説明する。

リンの拡散源であるオキシ塩化リン（ＰＯＣＩ３）は常
温、常圧では液体である。そのため、従来の不純物拡散
装置ではバブリング法を用いてオキシ塩化リンを気化輸
送していた。すなわち、オキシ酸化リン４１はバブリン
グ用密閉容器４２中に保持され、恒温槽４３中で一定温
度、通常では３０℃前後に温度調整される。輸送ガスは
ガス導入口４４より導入されオキシ塩化リン中を通過し
た後、密閉容器のガス導出口４５より導出される。輸送
ガスには通常窒素ガスが用いられるが、この窒素ガスが
ガス導出口より流出す・る際、飽和蒸気圧のオキシ塩化
リンを輸送する。この窒素、オキシ酸化リンの混合ガス
は接続配管４６を通過後、もう−本のガス配管４７より
導入される酸素、窒素混合ガスと混合され、拡散用炉芯
管４８に流入する。拡散用炉芯管内には半導体基板４９
が保持され、加熱用ヒーター５０で約８００〜１０００
℃程度に加熱されている。半導体基板４９の表面は混合
ガスの成分である酸素により熱酸化され、リンを高濃度
に含有する熱酸化膜が形成される。この酸化膜からシリ
コン基板中にリン元素が拡散され目的のリンの拡散がな
される。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の不純物拡散装置では炉芯管内に流入する
混合ガス中のオキシ塩化リン濃度は密閉容器内のオキシ
塩化リン飽和蒸気圧で制御されるものとして設計されて
いる。すなわち、オキシ塩化リン流量で、は ｆ　　＝（Ｐ　　／ｐＡ＞ｘＦｅ Ｐ になるものとみなされている。

ここで、 ｆ、二単位時間内に炉芯管内に流入する気体オキシ塩化
リンの流量 Ｐ、：密閉容器内のオキシ塩化リン分圧ＰＡ：密閉容器
内圧力（全圧１通常は大気圧。

７６０Ｔｏｒｒ　　） ＦＢ：バブリングガス流量 それゆえ、ｆｐを一定に保つためにオキシ塩化リン容器
を恒温槽内に保持し、 Ｐ　ｐ　”　Ｐ　ｐｓ　（Ｔ　） Ｐ　ｐｓ　（Ｔ　）　：温度Ｔにおけるオキシ塩化リン
の飽和蒸気圧 の様にオキシ塩化リン分圧がオキシ塩化リンの飽和蒸気
圧に等しくかつ常に一定になる様に厳密に温度Ｔを制御
している。

しかしながら、現実には、 （１）密閉容器内のオキシ塩化リン分圧が必ずしもオキ
シ塩化リン飽和蒸気圧に等しくなく、それよりやや低め
になりがちで厳密に制御できない。

（２）密閉容器内の液体オキシ塩化リン残量によって温
度が一定であってもオキシ塩化リン分圧に差が生ずる。

残量が多い場合には分圧が高く、少い場合には分圧が低
い傾向が生ずる。

（３）バブリングガスの温度が恒温槽温度と異なるため
、バブリングガスによって液体オキシ塩化リン温度が変
動する。

等の現象によりオキシ塩化リン流量ｆ、が大きく変動す
ることが多い。

特に、（２）は影響が大きく、リン拡散の処理回数を重
ねるに従ってリンの拡散量が低下する傾向をみせる。

第５図にリン拡散処理を重ねて行った場合のシリコン基
板に形成されるＮ膨拡散層シートコンダクタンスの推移
を示す、処理回数を重ねるにつれて、徐々にリン拡散量
が低下しコンダクタンスが低下するのが判る。また、原
料のオキシ塩化リンを補充することでこの低下は回復し
、はぼ初期レベルに回復する事が判る。しかし再び処理
を重ねていくと、コンダクタンスの低下傾向が窺える。

以上記述した様に従来の不純物拡散装置には重大な欠点
が存在していた。

本発明の目的は前記課題を解決した不純物拡散装置を提
供することにある。

〔発明の従来技術に対する相違点〕

上述した従来の不純物拡散装置に対し、本発明は液体拡
散原料の気化にバブリング方式を用いず、気化に与る液
体量そのものを制御するという相違点を有する。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するため、本発明は液体原料を拡散源と
して半導体内に不純物を拡散せしめる拡散装置において
、前記液体原料を液体状態で加熱気化部に輸送し、該加
熱気化部で気化後半導体内に拡散する機構を装備したも
のである。

〔実施例〕

次に本発明について図面を参照して説明する。

（実施例１） 第１図は本発明の実施例１を示す模式図である。

本実施例ではオキシ塩化リンの拡散装置について説明す
る。

図において、液体オキシ塩化リンは液体流量コントロー
ラー１１ａで流量制御した後、液体原料導入管１１から
石英製気化器１２上へ導入される。気化器１２は気化に
適切な温度となるようにその前後位置が設計されている
。液体オキシ塩化リンは気化器１２上で気化した後、輸
送ガス導入管１３より導入される酸化窒素混合ガスと混
合され、炉芯管１４内に保持されたシリコン基板１５方
向へ輸送される。

シリコン基板１５は加熱ヒーター１６によって８００〜
’１０００’Ｃに加熱されている。また、本実施例では
、オキシ塩化リンの気化器１２と基板１５の加熱を同一
のヒーターで行っているため、液体原料導入管１１およ
び気化量１２付近の温度分布設計がやや困難である。そ
のため、液体原料導入管１３中のオキシ塩化リンの温度
上昇と、配管内での気化を防ぐように冷却水を冷却水導
入管１７より導入し、液体原料冷却部１８で液体原料を
冷却した後、冷却水導出管１９より排出している。

気化量１２上に導かれたオキシ塩化リンはただちに気化
し、連続的に流入してくるオキシ塩化リンが気化量１２
上に停留することのないように、はぼ１２０〜１５０℃
となるよう気化量１２の温度が設計されている。

従来法ではオキシ塩化リンの気化量を制御するのではな
く、バブラーでの気化環境を制御していたが、本発明で
は液体流量計により気化に与かるオキシ塩化リン量その
ものを制御するため、従来法に比べて再現性、制御性が
格段に向上した。

本実施例でリン拡散処理を重ねて行った場合のシリコン
基板に形成されるＮ膨拡散層シートコンダクタンスの推
移を第２図に示す、従来法に比べて再現性が格段に向上
していることが判る。

（実施例２） 第３図は本発明の実施例２を示す模式図である。

本実施例では第１の実施例と異なり、気化量３１の加熱
用の専用加熱ヒーター３２を有しており、気化量の温度
がウェハ加熱用ヒーター３３とは独立に設定できるため
、専用加熱ヒーターの温度はほぼ１５０〜２００℃程度
でよく、そのため、実施例１で必要とした液体ソース冷
却用の冷却水関係構造物は一切不要である。また気化量
３１の温度がウェハ加熱用ヒーター３３の影響をほとん
ど受けないため、気化量３１の設置位置に大きな自由度
が存在し、装置の設計が非常に容易となる。

実施例２を用いて、Ｓｉ基板中に形成したＮ膨拡散層の
シートコンダクタンスの再現性も実施例１の場合と同様
再現性の高いものであった。

尚、実施例の説明ではオキシ塩化リンの場合のみを説明
したが、三塩化ヒ素、三臭化ホウ素、等の液体不純物拡
散源に応用可能なことは明らかである。

また、本発明はシリコン基板のみへの不純物拡散にとど
まらず、ＧａＡｓ、ＧａＰ等様々な半導体基板への拡散
に応用可能であり、たとえばＧａＡｓへのシリコンの拡
散では四塩化ケイ素を用いた拡散に応用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は不純物拡散原料を液体のま
ま精密に流量制御し、その原料をただちに１００％気化
し炉芯管内に導くため、不純物拡散の再現性が格段に向
上する。またその結果、特に半導体集積回路で多用され
る多結晶シリコンへの不純物添加も再現性が向上し、従
来法ではしばしば問題となった多結晶シリコンのドライ
エツチング速度の変動、ドライエツチング残渣の発生を
解消でき、半導体集積回路の歩留を飛躍的に向上できる
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１を示す模式図、第２図は実施
例１を用いて行ったリン拡散でシリコン基板に形成され
るＮ膨拡散層のシートコンダクタンス値の再現性を示す
図、第３図は本発明の実施例２を示す模式図、第４図は
従来の不純物拡散装置を示す模式図、第５図は従来装置
を用いて行ったリン拡散でシリコン基板に形成されるＮ
膨拡散層のシートコンダクタンス値の再現性を示す図で
ある。 １１・・・液体原料導入管　　１２・・・気化量１３・
・・輸送ガス導入管　　１４・・・炉芯管１５・・・シ
リコン基板　　　１Ｇ・・・加熱ヒーター１７・・・冷
却水導入管　　　１８・・・液体原料冷却部１９・・・
冷却水導出管　　　３１・・・気化量３２・・・気化量
加熱用ヒーター ３３・・・ウェハ加熱用ヒーター 第３図 処 理 回 教（回） 第２図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）液体原料を拡散源として半導体内に不純物を拡散
   せしめる拡散装置において、前記液体原料を液体状態で
   加熱気化部に輸送し、該加熱気化部で気化後半導体内に
   拡散する機構を装備したことを特徴とする不純物拡散装
   置。