JPH0244716A - 不純物導入方法 - 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 本発明は半導体装置の製造方法およびその装置に関する
ものである。

従来の技術 従来より行われているＳｉウェハの不純物ドーピング法
として、固体拡散源を用いた方法がある。この方法は、
ウェハとほぼ同形状の固体拡散源とウェハとを対向させ
て石英チューブ内に挿入し、電気炉で加熱することによ
り、拡散源から所望の不純物原子や不純物原子を含む分
子をウエノ＼に移動させ、不純物をＳｉ基板中に導入さ
せるものである（　Ｒ，Ｅ、　Ｔｒｅｓｓｌｅｒ等、ソ
リッドステートテクノロジ日本版、ｐ５４〜６０．１２
月、　１９８４年）。

発明が解決しようとする課題 従来の方法では、電気炉の温度と、石英チューブ内に導
入するガス流量を一定に保っても、固体拡散源の経時変
化の為に、精度良（不純物導入量を制御することが困難
であった。例えば、市販の砒素拡散源（ＡＳ　１００Ｌ
）の場合比較的寿命が短かいので、処理時間の経過と伴
に、不純物導入量の低下が生じる。またボロン拡散源（
ＢＮ）の場合には定期的に活性化処理を施す必要がある
が、この時期を管理することは容易ではない。

課題を解決するための手段 本発明は、ドーピング不純物の化合物を含む平板と半導
体基板をほぼ平板に配置し、不活性ガス、又はこれに微
量の酸素を含むガス雰囲気中で、減圧下に於て熱処理を
施し、上記ガス雰囲気中のドーピング不純物或はその化
合物の分圧を監視することにより、上記分圧を制御し、
或は上記分圧に応じて上記熱処理条件を設定することを
特徴とする不純物導入方法である。

作　　　用 雰囲気中のガス分析を行い、拡散源の状態を観察し、処
理条件の最適化を行うことが出来、半導体への拡散を極
めて正確に制御することができる。

実施例 本発明の一実施例として、トレンチ容量を有するＤＲＡ
Ｍの製造工程に適用した例を紹介する。

第１図はトレンチ側壁に砒素拡散層を形成する装置の概
要を示す。固体拡散源６の両側にシリコン基板７を載置
し、石英チューブ５に挿入して、ヒータ１０により加熱
する。一方ガス導入系４より窒素ガスＮ　或はＮ２と酸
素ガス０□との混合ガスを石英チューブ５内に導入し、
主排気系１２により石英チューブ５内を排気する。石英
チューブ５の排気口近傍に副排気系を含むガス分析装置
１１を設け、排気中のガス成分を質量分析する。第２図
はガス分析装置の構成を示す図で、オリフィス１３を通
して分析室１４へ導入された排気ガスを質量分析装置１
５にて質量分析する。このとき、オリフィス１３を設置
すること、副排気系１６により排気することにより、石
英チューブ内の圧力が、１０Ｔｏｒｒ程度であっても、
分析室内の圧力を１０−５Ｔｏｒｒ程度に保つことが可
能で、四重様質量分析装置の動作可能圧力とすることが
できる。

本実施例では、シリコンウェハ７は直径１５０閤のもの
を、固体拡散源の直径も１５０１Ｍｌのものを用いた。

拡散温度は、９５０℃とした。Ａｓ固体拡散源が新しい
間は、ＡｌＡｓＯ４の分解速度が大きいが、時間を経る
と分解速度が減少する。

その為、新しい拡散源を用いる場合、導入ガス中の酸素
の比率を高（しておき、拡散源の時間による劣化に合わ
せて、酸素の比率を減少させ、拡散源の分解量を一定に
保つ。第３図は９５０℃１２０分の拡散処理後の、０２
導入量と拡散層シート抵抗の関係を示している。新しい
固体拡散源を用いる場合、０２導入量を４０ｃｃ／ｍｉ
ｎ程度に設定し、拡散源の劣化と伴に０２導入を減少さ
せれば、−定のシート抵抗を得ることができる。例えば
、０゜導入量を４０ｃｃ／ｍｉｎとした場合の質量分析
装置の質量スペクトルのうちＭ／ｅが７５の所にＡｓの
ピークが見られる。拡散源が劣化するとこのピーク強度
が低下するので、酸素導入量を減少させることにより、
一定のピーク強度に保つ。この時、全体のガス導入量は
約ｌｉ！／ｍｉｎ程度で、これに対して酸素の導入量は
十分に小さいので、酸素の導入量を緩和させても、反応
管内の圧力変化等の物理的な状態変化は小さい。

この様な制御は自動化することが可能である。

第１図にその例を示す。ガス分析系１１に於ける砒素の
信号強度を一定に保つように、ガス導入系に於ける酸素
マスフローコントローラを制御する。マスフローコント
ローラを完全にＯに設定し、酸素を流さな（でも、規定
の信号強度が得られなくなった時点で、拡散源の寿命を
判定するのである。

次に硼素の拡散に関して説明する。例えば拡散源として
ＢＮを用いる場合、拡散源の変化に対しては、砒素のよ
うに酸素導入量を調整して制御することはできない。そ
こで、例えば質量分析装置の硼素Ｂ或はＢ２Ｏ３の信号
強度を測定し、処理圧力、処理温度、ガス導入量を一定
に得ったまま、信号強度の時間積分を行い、積分値が一
定となるように処理時間を調整する。これによって、シ
リコン基板への不純物導入量をほぼ一定に保つことがで
きる。

この場合、質量分析装置の信号を積分し、積分値が設定
値に達すれば、電気炉の温度制御装置に降温或は、電気
炉の反応管からシリコンウェハと拡散源とを引き出す命
令を送れば良い。

発明の効果 本発明によれば、従来管理の困難であった、固体拡散源
の経時変化に伴う、不純物導入量の不安定性を解決し、
常に安定した量の不純物導入が可能となる。これにより
半導体集積回路の製造歩留が向上する。特にトレンチ容
量の基本的性能の向上にも寄与できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す構成概要図、第２図はガス
分析装置の概要図、第３図は砒素固体拡散時に於ける導
入ガス中の酸素濃度と拡散層シート抵抗の関係を示す特
性図である。 ４・・・・・・ガス導入系、５・・・・・・石英チュー
ブ（反応管）、６・・・・・・固体拡散源、７・・・・
・・Ｓｉウェハ、８・・・・・・石英ボート、９・・・
・・・減圧雰囲気、１０・・・・・・外部ヒータ、１１
・・・・・・ガス分析系、１２・・・・・・主排気系、
１３・・・・・・オリフィス。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名第２図 第 図 ＃Ｊ１１ＩＩ裏置 ↓ Ｌ乙　岳ｑｓ　食代　ホ　ヘ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ドーピング不純物の化合物を含む平板と半導体基
   板をほぼ平行に配置し、不活性ガス、又はこれに微量の
   酸素を含むガス雰囲気中で、減圧下に於て熱処理を施し
   、上記ガス雰囲気中のドーピング不純物或はその化合物
   の分圧を監視することにより、上記分圧を制御し、或は
   上記分圧に応じて上記熱処理条件を設定することを特徴
   とする不純物導入方法。
2. （２）少なくとも加熱処理と半導体基板とドーピング不
   純物の化合物を含む平板を挿入された反応管と主排気系
   と質量分析系とガス導入系とを有し、上記質量分析系に
   より上記反応管内のガス分析を行い、上記反応管内のド
   ーピング不純物の化合物を含むガスの分圧を監視して、
   上記加熱装置又は、上記ガス導入系の制御装置に上記ガ
   ス分圧情報をフィードバックする機構を有することを特
   徴とする不純物導入装置。