JPH0245326B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 反応チヤンバ内部でシリコン基体に実質的に
一様にかつ再現性良く硼素ドーピングを行なう方
法であつて： 引き続く工程の間前記反応チヤンバ内に存する
ガスによるエツチングに耐える保護層を前記シリ
コン基体上に形成する工程； 硼素含有ガスと、硼素の酸化に有用な水素２、
酸素１のモル比である第１のオキシダントガスと
からなる複合ガス混合体を導入する工程であり、
前記第１のオキシダントガスの比率が、前記保護
層で覆われたシリコン基体の存在化で実質的に純
粋な酸化硼素を生成するための化学量論的比率か
ら−2.5〜−0.03または0.06〜３の範囲のモル比Δ
だけ異なつている、ところのガス導入工程； 前記複合ガス混合体を前記シリコン基体の存在
化で反応させて前記シリコン基体上に硼素源層を
形成する硼素源層形成工程； 前記ガス導入工程及び硼素源層形成工程を通じ
て、前記シリコン基体周辺のガス全圧を10Torr
（1.3KPa）以下に維持する工程； その後前記シリコン基体および硼素源層を非酸
化性環境で加熱して、前記シリコン基体に密接し
てケイ化硼素化合物を形成し、不活性環境で硼素
を前記シリコン基体内の所望深さまで混入させる
再拡散工程；ならびに 残るケイ化硼素化合物を第２のオキシダントガ
スに晒して再酸化した後除去する工程； から構成される硼素ドーピング方法。

発明の背景 本発明は、半導体の硼素（boron）ドーピング
に関するものであり、更に具体的には、同時に多
数の大径シリコン半導体ウエーハに硼素ドーピン
グを行なう際の高度の均一性と再現性を実現する
方法に関するものである。

シリコンの電気特性を変えて異種デバイスや回
路機能を実現するために、各種のドーパント不純
物が用いられている。このドーピング・プロセス
が再現性と均一性を与えること、すなわち、半導
体ウエーハ上の各場所と各半導体ウエーハができ
るだけ同一のドーパント濃度と浸透深さを受ける
ように、製造プロセス相互間に再現性があり、か
つ製造プロセス内に均一性があることが必須要件
である。硼素原子はシリコン中のドーパントとし
て有用かつ便利であることが知られており、広く
用いられている。従つて、高い再現性と均一性を
有するシリコンへの硼素ドーピングを達成できる
製造方法が、技術的、現実的に大いに有用であ
る。

シリコンへの不純物ドーピングに関する有用な
方法の一つである開管法においては、温度約1000
℃の高温炉内に設置された炉管ないしは反応チヤ
ンバ内に一群のウエーハが挿入される。制御され
た雰囲気が管内に保持される。管ないしは反応チ
ヤンバに各種のガスが供給され、ここを通過して
排気されるという点において、管は開放されてい
る。硼素含有ガスは、管内に直接導入されてもよ
く、あるいは硼素化合物の反応又は蒸発によつて
管内で生成されてもよい。ガス流は、N₂、Arあ
るいはHe等の比較的不活性のキヤリアガス並び
に／又は硼素ドーパント源の化合物及び／もしく
はシリコン材料を拡散炉内で酸化もしくは還元す
るためのO₂、H₂もしくはH₂O等の活性物質を含
んでいてもよい。あるいはまた、不活性のキヤリ
アガスを用いず、活性ガスを希釈することなく
種々の圧力で使用することもできる。BCl₃は典
型的な硼素源ガスであり、実現可能な反応を例証
するのに用いられる。

還元性雰囲気中でのBCl₃の反応によつて、シ
リコンに対するドーピング不純物源としての硼素
原子と、Ｈ−Clが生成されるが、このHClはSiと
反応してSiCl₄を形成する。このSiCl₄は問題にし
ている温度ではガス状であるため、反応によつて
シリコンのエツチングも行なわれるが、この効果
は通常防止することが望ましい。酸化性雰囲気中
では、BCl₃が反応してB₂O₃とSiO₂が生成される
が、これらはシリコン・ウエーハ上に堆積ないし
形成される。HClも生成され、これはSi−Cl₄の
生成を通じてシリコンをエツチないしピツトする
が、この反応はSiO₂の形成よりは生じにくいた
め、還元性雰囲気における場合よりも問題がな
い。従つて、先行技術においては通常酸化性雰囲
気が好ましいとされており、多量の酸素、例えば
B₂O₃の化学量論的生成に必要な量の10倍以上も
の酸素が使用されてきた。

シリコン表面に堆積された酸化硼素は、ガス流
自体よりも硼素ドーパント原子の主たる供給源と
なる。このため、ドーピング過程は、制御によつ
てわずかに異なつた温度で生ずる２段階；すなわ
ち(a)700−900℃の範囲でB₂O₃＋SiO₂混合物がシ
リコン・ウエーハ上に形成される“堆積”の過
程；及び(b)硼素ソースガスが除去されシリコン・
ウエーハが高温（典型的には900−1100℃）にさ
れB₂O₃／SiO₂のガラス層からシリコン半導体へ
の硼素の固相拡散が促進される“ドライブ”の過
程に分かれる。堆積過程は表面不純物濃度の一次
制御を与え、ドライブ過程は拡散深さに対する二
次制御を与える。上述した反応自体は、当該技術
分野において周知である。

開管法においては、硼素源ガス及び他の反応ガ
ス（以下混合ガスという）は、管内を連続的に通
過する。混合ガス流がシリコン・ウエーハ上を通
過して堆積酸化反応が生ずると、ガス流からの活
性物質の欠乏が生ずる。最初の（ガス源側の）ウ
エーハ上に形成されたドーパント源酸化物の厚み
は、バツチ内の最終ウエーハ、排気ないしポンプ
側のウエーハ上に形成されるものに比べて何倍か
にもなろう。ウエーハの周辺部から中心部にかけ
ても反応物質の欠乏が生じよう。これらの欠乏効
果によつて硼素ドーパント源酸化層の形成に不均
一さを生じ、この結果、シリコン内の不純物濃度
と分布に不均一さを生ずる。

ウエーハ相互の間隔が狭いほど、またウエーハ
の径が大きいほど、欠乏効果が顕著になる。従つ
て先行技術においては、大きな欠乏と不均一堆積
効果の影響を受けずに１回のランで多数のウエー
ハを処理するために、ウエーハを反応チヤンバ内
で密接して配置できなかつた。逆に、高い均一性
を必要とする場合には大きなウエーハ間隔が要求
され、製造効率が損なわれていた。ウエーハの直
径が２インチ（5.1cm）から４インチ（10.2cm）
に増加すると、上記配置と均一性が特に問題とな
る。

B₂O₃が高温（＞800℃）のシリコン存在下で解
離し、シリコンを侵す溶媒にのみ溶解可能な硼素
−シリコン金属間化合物SiBxとみられるものを
形成することも知られている。このSiBxはドー
ピングの均一性を高めるのに有効に使用できる
が、次のステツプがシリコンのエツチングを伴な
わずに完了するように、何らかの方法で不要なエ
ツチング特性を防止しなければならない。

従来、反応物質の欠乏効果の低減によつて均一
なドーピングを達成するために、種々の方法が用
いられてきた。例えば、(a)混合ガスの流量を高め
ること（例えば毎分0.1−10リツトル）、(b)ウエー
ハの間隔を増すこと（例えば0.5−10cm）、これは
１回のバツチで扱えるウエーハの数を制限する、
及び(c)反応チヤンバ内のガス分子の平均自由行程
を増して表面における反応を高めるために低圧と
すること（例えば＜1Torr、0.13KPa）等であ
る。しかしながら、これらの方法はいずれも十分
に満足すべきものではなかつた。ガス使用量とい
う点からも経済的で、単一の連続拡散処理におい
て４インチ（10.2mm）あるいはそれ以上の直径の
100個ないしそれ以上ものシリコン・ウエーハを
処理でき、しかも他の所望製造工程とも両立でき
るような均一で再現性あるシリコンへの硼素ドー
ピングを達成できるプロセスが、依然として要請
されている。

硼素はシリコン中におけるｐ型不純物であり、
ｎ型シリコン本体に拡散されるとｐ−ｎ接合を形
成する。この場合、拡散処理の結果を評価するた
めの便利な方法は、単位面積当りの面積抵抗Rs
オーム及び接合深さXjミクロンを測定すること
である。これらの測定方法自体は当該技術分野に
おいて周知である。

上述したところから、本発明の目的は、シリコ
ンへの均一かつ再現性良い改良された硼素ドーピ
ング方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、シリコンへの均一かつ再
現性良い硼素ドーピングを低温で行なうことがで
きる改良された方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、反応ガス消費量の少ない
改良されたシリコンへの均一かつ再現性良い硼素
ドーピング方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、シリコン表面の好ましく
ないエツチングを防止しつつ均一かつ再現性良い
改良されたシリコンへの硼素ドーピング方法を提
供することにある。

本発明の他の目的は、シリコンの被制御酸化及
び硼素ドーピングに対する改良された方法を提供
することにある。

本発明の他の目的は、シリコン中への硼素ドー
ピングの均一性と再現性を改良するために、後続
の処理工程を崩さずに、シリコン半導体表面の硼
素−シリコン中間層を形成しかつその後除去する
改良された方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、反応チヤンバ内に密
接配置され、比較的多数のウエーハが１バツチで
同時処理可能とされ製造コストが低減される大径
のシリコン・ウエーハへの均一かつ再現性良い硼
素ドーピング方法を提供することにある。

発明の概要 上述した目的及びその他の目的を達成する本発
明は、ある硼素源ガス流量又は全システム圧力に
おいて、反応ガスの濃度比が酸化硼素を生成する
ための化学量論比に等しくはないが近接した特定
範囲内に限定される。反応中にエツチヤントが生
成されてもシリコン表面のピツテイングやエツチ
ングが防止されるように、所定の後処理がなされ
る。ドライブ過程に先立つて硼素−シリコン金属
間化合物の形成が促進され、プロセスの完了に先
立つて再酸化されるが、シリコン上に形成された
硼素源層の厚みは非欠乏拡散源として機能するの
に十分な値をもつている。これら処理工程の組合
せにより、ウエーハをかなり密接して配置した場
合でも、ドーパント源の厚み変化を低減でき、か
つ結果的に得られる抵抗値に対する残留厚み変化
の影響を低減でき、多数の大径のシリコン・ウエ
ーハを反応チヤンバ内で同時処理できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に好適な装置の構成
図； 第２図は、本発明の方法に従つて異るシリコ
ン・ウエーハ上に形成したドーパント源の層厚み
を、一定流量のBCl₃の異なる反応物質の比に対
して、ウエーハ・ロード・バツチ内の距離の関数
として示す実験結果； 第３図は、異なる硼素源ガス流量と異なるシス
テム圧力に対して、ドーパント源層厚みをウエー
ハ・ロード・バツチ内のウエーハ位置の関数とし
て示す図； 第４図は、硼素源ガスと酸化性ガスのB₂O₃化
学量論性からのずれの関数として、ドーパント源
層の厚みの比を示す図； 第５図は、ウエーハ・ロード・バツチ内のウエ
ーハ相互の抵抗率の均一性を、100個のウエー
ハ・ロードから選択されたウエーハ番号の関数と
して、また幾つかの硼素源ガス流量及び全システ
ム圧力について、示した図である。

好適実施例の詳細説明 第１図示の装置は本発明の実施に使用する典型
的な装置であり、図中、ウエーハ・ホルダー１３
に装着されたシリコン・ウエーハ１０−１２が加
熱手段１５内に配置された反応管１４内に設置さ
れている。反応管１４は、排気ポンプに接続され
たエンドキヤツプ２０とエンドキヤツプ１６によ
つてほぼ気密状態で閉じられており、エンドキヤ
ツプ１６は真空形式の入口扉１７、圧力センサ１
８及び質量流量制御装置１９を備えており、この
質量流量制御装置には幾つかの高純度ガスＧ１−
Ｇ３の供給源２１−２３が接続されている。

以下、第１図示の装置を用いた、本発明の好適
実施例を説明する。

１ 準備及び初期酸化 処理すべきシリコン・ウエーハは洗浄され、
ウエーハ・ホルダーに装着され、当該技術分野
で周知の方法により、乾燥保護雰囲気中を高温
（例えば800℃）炉の反応領域内に挿入される。
50個から100個の４インチ（10.2cm）ウエーハ
を１−５mmの間隔、典型的には３mmの間隔で配
置する。このロードの両端に１個ないしそれ以
上のダミー（スクラツプ）ウエーハを配置して
もよい。この反応チヤンバは10Torr
（1.36KPa）以下の圧力、好適には1Torr
（0.13KPa）以下であつて典型的には0.05−
0.15Torr（0.67−20Pa）の圧力に排気される。

水素及び酸素が供給され、100オングストロ
ーム単位以下の、典型的には50オングストロー
ム単位以下の厚みDoの初期酸化フイルムの成
長が行なわれる。この酸化層は、シリコン表面
を封止して、後続の処理過程におけるピツテイ
ングないしはエツチング損傷を防止するための
保護層を形成する。この方法が便利ではある
が、他の周知方法を使用することもできる。

２ 堆積 BCl₃、H₂及びO₂が、1Torr（0.13KPa）以下
の全圧を保ち、所望のSiO₂／B₂O₃堆積速度を
与え、かつ硼素に対する酸素ガスの所望のモル
比△を与えるように調整された流量で、反応チ
ヤンバ内に供給される。典型的な条件は；３−
15c.c.／分のBCl₃流量、0.05−0.5Torr（6.7−
66.5Pa）の全圧、30分の堆積時間及び−３と＋
６の範囲でゼロを含まないモル比△である。所
望の硼素源層厚みD_sが達成されたのち、ガス
の供給が停止され、チヤンバ内が排気される。

３ ヒート・サイクル ウエーハは、排気されたチヤンバ内で、典型
的には800℃で、典型的には15分の所定時間に
わたつて、“ソーク（soak）”され、SiBxの
形成が促進される。これらは次に、不活性雰囲
気中で、所望の接合深さを達成するのに必要な
時間、この実験では30分間にわたつて、“ドラ
イブ”温度に加熱される。次にこの温度は典型
的には700−800℃まで下げられ、H₂とO₂が典
型的には30分間にわたつて供給され、先に形成
されていたSiBxが再酸化される。この再酸化
過程は、SiBxを再び酸化物に変換してシリコ
ンのエツチングによらずにこれを除去するため
に必要となる。これにより、後続の処理過程が
支障なく行なわれる。この再酸化は、同じ炉で
行なつてもよく、また別の炉で行なつてもよ
い。

ヒート・サイクルの他の方法として、ソーク
過程を省略して直ちにドライブ過程に進む方法
もあるが、この場合再酸化過程が短縮ないし除
去される。しかしながら、この方法では、ドー
ピングの均一性が低下するものとみられる。

上述した実験方法における時間と温度は、便宜
的な値の例示にすぎない。同等の効果を与える周
知方法により、異なる温度と時間の組合せを選択
することもできる。更に、上述の例において、ソ
ーク過程を便宜上真空中で行なうこともできる。
任意の非酸化性雰囲気によつても、同様の結果が
得られよう。

硼素源層の厚みと均一性が硼素源ガスと酸素ガ
ス、殆んどの場合H₂とO₂の個別注入によるH₂O
ないしはその均等物、との相対比に敏感に依存す
ることが判明した。

シリコンの存在下でB₂O₃を生成するのに必要
な化学量論性からの水蒸気オキシダント
（oxidant：酸化剤）又は過剰酸素の量的ずれ
（モル単位）として、モル比△とγが次式で定義
される。

2BCl₃＋（３＋△）H₂O＋γO₂Si ――→ SiO₂／B₂O₃＋6HCl △とγの両者がゼロの場合、すなわちBCl₃の
化学量論的なB₂O₃生成反応に十分なオキシダン
トだけの場合、問題としているラン時間（典型的
には30分）内において、また使用圧力及び流量に
おいて、硼素源層又は付加的なSiO₂フイルムが
ほとんどないしは全く形成されないことが判明し
た。化学量論性からの過剰オキシダントが供給さ
れると、すなわちゼロより大きな△もしくはゼロ
より大きなγ又はその双方を供給するとフイルム
が形成されるが、ウエーハ・ロードに沿う均一性
は過剰オキシダント量にかなり依存した。BCl₃
が化学量論比よりも過剰になるように混合ガスの
組成を変えても、例えば△を−３とゼロの間と
し、かつγをゼロとしても、フイルムが形成され
た。（△が−３でγがゼロの場合、オキシダント
は存在せず、B₂O₃は期待できない。）化学量論状
態（△＝γ＝Ｏ）でも、大流量高圧力下ではフイ
ルムが幾分形成されたが、均一性が劣つていた。

第２図は、シリコン・ウエーハ上に形成された
フイルム厚みを、種々の過剰オキシダント量に対
して、ウエーハ・ホルダーに沿つたウエーハ位置
の関数として、オングストローム（10^-10ｍ）で
示す図であり；図中の線３０−３３はそれぞれ△
＝６、3.1、1.6及び0.79に対応している。ゼロよ
り大きな過剰モル比△に対しては、小さな△の値
においてより均一な堆積が得られていることがわ
かる。

第３図は、反応物の流量と圧力の変化が均一性
に及ぼす効果を図示したものである。実際には、
流量を調節しこれによるシステム全圧Ｐを第１図
のゲージ１８で測定している。このシステムはポ
ンプで連続的に排気されているので、ガス供給量
が減少するとシステム圧力が低下する。流量計
は、室温（約20℃）の大気圧におけるガスの立方
センチメートル毎分で読めるように較正されてい
る。線４０は毎分14.7c.c.のBCl₃流量とＰ＝
0.145Torr（19.2Pa）に対応し、線４１は毎分7.3
c.c.とＰ＝0.095Torr（12.6Pa）に対応している。
いずれの場合にも、水素と酸素の流量はモル比が
２：１でかつ△＝0.2のモル過剰H₂Oを与えるの
に必要な大きさに調整された。毎分4.8c.c.のBCl₃
流量とＰ＝0.075Torr（10Pa）でのラン及び同一
条件の別のランによつては、測定可能なフイルム
が得られなかつた。これらの実験とその他の実験
に基づき、このようにして堆積された硼素源層の
均一性と、B₂O₃の化学量論的生成に必要な比率
からのリアクタント組成のずれとの一般的な関係
が明らかになつた。

これらの関係はフイルム厚み比を示す第４図に
示されるが、これは、ウエーハ・ホルダー（第１
図参照）のソース端とポンプ端のそれぞれから抽
出したウエーハについて測つたフイルム厚みの比
と、B₂O₃化学量論性からのリアクタント比のず
れとの関係を三種の全システム圧力に対して示し
たものである。△がゼロ、すなわち化学量論的関
係（第４図、領域６２−６３）に近づくにつれ、
フイルム厚み比が改善されることが判明した。し
かしながら、ゼロに近い値、すなわちほぼ−0.03
から＋0.06の範囲（Fig4、領域６２−６３）につ
いては、ほとんどの処理時間、温度、流量及び圧
力に対し、フイルムがほとんどないし全く形成さ
れなかつた。これは予想外の結果である。この
“異常堆積”領域６２−６３の両側の△値、特に
負の△値については、フイルム厚み比がBCl₃（又
はH₂O）濃度に緩く依存することが判明した。
この緩慢な依存性が所望の結果である。ゼロ以下
の△については、雰囲気が非酸化性であつても、
Siのピツテイングやエツチングは観察されなかつ
た。

第４図中の曲線６０はほぼ一定のオキシダント
流量の条件に対応し、曲線６１はほぼ一定の硼素
源流量の条件に対応している。種々の流量や反応
チヤンバ圧力によつて、曲線６０−６１からほぼ
上下に推移した曲線群６４−６５と６６−６７が
得られるが、ここで上方への推移は大流量、高圧
力に対応し、下方への推移は小流量、低圧力に対
応しており、また他の条件はほぼ等しい。

10Torr（1.3KPa）以下、好ましくは1Torr
（0.13Pa）以下の全システム圧力Ｐで動作するこ
とがこのプロセスの重要な点であるが、これは、
低圧のため組成原子ないしは分子の平均自由行程
が増加し、また堆積速度が低下することによつて
硼素源堆積の均一性が高められるという観点に基
づく。流量もまた低減され、リアクタント・ガス
の消費量が低減されて経済的になる。しかしなが
ら、低圧動作自体は、△の適正範囲も選択しなけ
ればならないため、所望の結果を得るには不十分
である。

抵抗のばらつきは、次のような共通の一般式で
定義される３個の均一係数C_w、Cl及びC_rによつ
て良好に記述される。

Ｃ＝（2σ／ｓ）×100（パーセント） ここで、 σ＝シート抵抗の標準偏差、 ｓ＝毎平方オームで測られたシート抵抗の平均
値、 また、Ｃは、ウエーハ内の均一性（C_w）、ロー
ドないしはバツチにおけるウエーハ間の均一性
（Cl）、σとｓの実測位置対応のラン相互間の均
一性（C_r）を表示する３個の実験値によつて決定
される。

第５図は、ロード内のウエーハ相互間の均一係
数Clを、ロード内ウエーハを種々の大きさとした
中心群の関数として、２種の圧力及び流量（Ｐ＝
0.145Torr／19.3Pa及び毎分14.7c.c.のBCl₃、線５
０；Ｐ＝0.095Torr／12.6Pa及び毎分7.3c.c.の
BCl₃、線５１）、両者とも0.2の△で行なわれてい
る、について示したものである。これらのランに
おいて、ウエーハ内均一係数C_wは1.8％よりも良
好であつた。この値を第５図の線５１と比較する
と、100ウエーハのバツチの中心にある50個以下
のウエーハについては、ClがC_wと同一の約1.8％
であるという好ましい結果となつていることが判
る。

100ウエーハのロードの約90％が３％以下のC_l
であり、また98％が４％以下のC_lとなつている
（線５１、第５図）。この実験ではダミー・ウエー
ハを使用しなかつたので、最初のウエーハと最後
のウエーハ（すなわち横軸上の点９９−１００）
が実測サンプルに含まれており、C_l値が４％から
８％にはね上がつている。バツチ内の最初と最後
のウエーハは、ガス流に大きな擾乱を及ぼすた
め、バツチの大きさに関係なく、バツチ内の他の
すべてのウエーハよりも大きなドーピングの不均
一性を示すのが通常である。これらのウエーハを
ダミー・ウエーハで置換えたり、ロードにダミ
ー・ウエーハを追加したりすることもできる。こ
のように、適当な個数のダミー・ウエーハを使用
することにより、100個ないしそれ以上の４イン
チ（10.2cm）ウエーハの全ロードにわたつて、３
％よりも良好な均一係数を期待できる。より大き
な流量と高い圧力は、ロードに沿う抵抗値の均一
性を低下させる（第５図の線５０）。

他の試作において、４インチ（10.2cm）のダミ
ー・ウエーハを用いて150個の２インチ（5.1cm）
ウエーハのバツチが処理され、150個の全ウエー
ハについて２％以下のC_lが得られた。製造バツチ
のウエーハより大きな径のダミー・ウエーハの使
用により、バツチに沿う均一性が改良されること
が判明した。

１回のラン当り50個の３インチ（7.6cm）ウエ
ーハを用いた連続的な７回のランからラン相互間
の均一性C_rが決定されたが、これらのランにおい
て、堆積、ソーク、ドライブ及び再酸化の各温度
並びに時間は、それぞれ：920℃、30分間；920
℃、20分間；955℃、30分間；並びに700℃、30分
間であり、また△＝0.2の条件が使用された。こ
れらのランに対して、ウエーハ均一性C_wは1.3％、
ロード均一性C_lは2.6％及びラン相互間の均一性
C_rは2.3％であつた。このように、再現性（C_rで
測られる）は、均一性（C_w及びC_lで測られる）
と同程度であつた。これらの結果は、技術文献に
報告された１−４％のC_w、３−10％のC_l及び４
−20％のC_rについての従来値と比べて優れている
が、上記従来値のほとんどは、バツチ当り比較的
少数のウエーハ（10個から40個以下）、比較的小
径のウエーハ（1.5−３インチ、3.8−7.6cm）、室
下硼素ソース・ウエーハ等種々のドーピング手
法、スピン・オン・ドープト・ガラス及び種々の
ガス源、ほとんどが明確にされていない種々のウ
エーハ間隔を用いて得られたものである。50個の
３インチ（7.6cm）径ウエーハを５mm離間させて
行なつた本発明者による従来方法の試験は、2.0
−3.3％のC_w、4.2−6.4％のC_l及び8.4％のC_rが得
られた。同じ方法を４インチ・ウエーハに適用し
たが、これらの値ははるかに劣つていた。このよ
うに、本発明方法によつて得られた結果は優れて
おり、また大径かつ多数のウエーハに適用できる
が、これらは先行技術を大幅に改良するものであ
る。

非欠乏拡散源として機能するのに十分な硼素ド
ープト・フイルム（硼素源層）を与えるような反
応物質（硼素源ガスとオキシダント）の最小限の
全流量及び圧力を用いる反応物質の最適流量及び
圧力の選択は、次のような一般的基準に定形化さ
れる。流量と圧力の最適値は、任意の反応チヤン
バの形状、ポンプ容量、ウエーハ・ロード構成、
ソース・ガス組成、オキシダント組成及び温度に
ついて、実験的に決定され得る。この基準を適用
することにより、ウエーハにわたつての最も均一
なソース層フイルム厚みが得られ、従つてロード
抵抗の最低均一係数が得られる。非欠乏拡散源と
して動作する最小限の硼素源層フイルム厚みは数
百オングストロームのオーダー、例えば、B₂O₃
相当で500オングストローム（５×10^-8ｍ）、これ
は拡散ドライブ過程中における数十オングストロ
ーム（10^-10ｍ）のSiBxに対応する、でなければ
ならないものと算定される。これと同時に、第４
図中で定義される好適なフイルム厚み比の領域内
で動作するように、反応ガス組成が調整されなけ
ればならない。

用いた条件に対しては、反応物質内に潜在する
硼素のうち10から20パーセントがウエーハに到達
するにすぎないものと評価される。あるものはチ
ヤンバ壁上で反応し、残部は種々の形で排気ガス
と共に排気されよう。反応物質の濃度がここで例
示した流量、温度及びシステム圧力から決定され
る適正範囲に保持されるならば、欠乏効果をほと
んど増加させることなく更に多数のシリコンを反
応チヤンバ内に設置できよう。このように、本方
法は100個以上の、また４インチ（10.2cm）以上
のウエーハのロードに拡張できる余地があり、基
本的には、に固有の均一温度反応領域の長さと
容積のみで制限されるものと考えられる。

以上述べたことから明らかなように、本発明に
よつて、均一性と再現性の良いシリコンの硼素ド
ーピング手段が提供されたが、これは、低圧下で
実現でき、ソース・ガスとリアクタント・ガスを
節減でき、シリコン表面の不要なエツチングを防
止でき、シリコンの制御された酸化を達成でき、
またドーピングの均一性と再現性の改良を目的と
して、後続の処理過程を妨げることなく行なわれ
る硼素−シリコン中間層の形成、使用及びその後
の除去を提供する。

硼素源ガスとしてBCl₃、オキシダントとして
水素と酸素の混合物を用いる例について、また
種々の処理及び装置を例示して本発明を説明した
が、当業者に明らかなように、本発明の方法は、
他の硼素源化合物やオキシダント、他の反応装置
形状、加熱方法、構造及び手順等詳細には異なる
が処理物質と工程間の中心的な関係を保持するよ
うなものについて有用である。従つて、この種変
形のすべてが本発明の範囲に包含されるものであ
る。