JPH03116826A - ヒ素拡散剤の製造方法および半導体素子の製造方法 - 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］ 本発明はヒ素拡散剤の製造方法、特にはシリコンなどの
半導体基板にドープ剤としてのヒ素を拡散させるために
有用とされるヒ素拡散剤の製造方法に関するものであり
、これはまたこの方法で得られたヒ素拡散剤を用いて半
導体素子を製造する方法に関するものである。

［従来の技術］ シリコンウェーハなどの半導体素子にヒ素をドープする
方法についてはと化けい素結晶を使用することが提案さ
れており（特公昭５３−４４７８９号公報参照）、この
ヒ化けい素についてはシリコンウェーハへのヒ素の拡散
工程を取り扱い易くするためにこの結晶を板状またはベ
レット状として使用する方法も提案されている（特公昭
５ｔ−ｚ２ｔａｔｉ〜２２２１０号公報参照）。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、このヒ化けい素結晶は薄層のものが多数層状に
積層された構造のものであって剥離し易く、しかも柔か
くて変形し易いものであるために板状体への加工が難し
いし、作業性もわるく、また解離速度がシリコンウェー
ハにヒ素を拡散させる温度ではかなり早く、したがって
反復使用も難しいという不利がある。

［課題を解決するための手段］ 本発明はこのような不利を解決することのできるヒ素拡
散剤の製造方法およびこのようにして得られたヒ素拡散
剤を用いて半導体素子を製造する方法に関するものであ
り、これはけい素過剰のヒ化けい濃溶融体を１００℃／
時以上の速度で冷却してヒ化けい素とけい素の共晶体を
作り、ついでこれを成形し、焼結してなることを特徴と
するヒ素拡散剤の製造方法、および半導体基板と上記の
方法で製造されたヒ素拡散剤とを反応管中に対向配置し
、不活性ガスまたは酸素ガスを添加した不活性ガス気流
中あるいは減圧下に加熱し、半導体基板にヒ素を拡散さ
せることを特徴とする半導体素子の製造方法に関するも
のである。

すなわち、本発明者らはヒ化けい素の取り扱い方法につ
いて稲々検討した結果、ヒ化けい素をけい素との共晶粉
末とするか、これに無機質充填剤を加えたものを成形し
、加熱焼結するとこれが固形の成形体となってヒ化けい
素だけが剥離したり、気化することがなくなるので作業
性のよいものになるということを見出すと共に、ヒ化け
い素がけい素と共晶しているとその解離速度がヒ化けい
素単独のものにくらべてはるかに遅くなり、反復使用に
適したものになること、またこのものをシリコンウェー
ハと共に反応管中に入れて加熱するとこれは容易にヒ素
を放出するのでシリコンウェーへのヒ素ドープが容易に
行なえることを確肥し、このヒ素拡散剤を構成する各成
分の種類、配合量、成形体の製法、焼結方法などについ
ての研究を進めて本発明を完成させた。

以下にこれをさらに詳述する。

［作　用］ 本発明によるヒ素拡散剤の製造はけい素過剰のヒ化けい
濃溶融体を１００℃／時以上の速度で冷却して共晶体と
し、ついでこれを成形し、焼結することによって行なわ
れる。

本発明のヒ素拡散剤を作るために使用されるヒ素および
けい素はいずれも公知のものでよく、ヒ素拡散剤を製造
するためこのヒ素とモル比で１以上のけい素はルツボの
中に仕込まれるが、このときにはカプセル封止剤として
の８２０３も同時に仕込まれる。けい素過剰のヒ化けい
濃溶融体はこのヒ素とけい素とを３６．５気圧以上、１
，０８３℃以上の温度に加熱加圧することによって得る
ことができるが、この溶融体は冷却するとヒ化けい素と
けい素との共晶体となる。この結晶の成長はヒ化けい素
単独の場合は板状に大きく成長するが、ヒ化けい素がけ
い素と共存しているときにはヒ化けい素も大ぎく成長せ
ず、したがって粒度の小さいものになるが、この共晶中
のヒ化けい素の結晶の大きさと解離速度には相関があり
、より微細な構造のほうが解離速度が遅くなるし、この
共晶中のヒ化けい素の結晶の大きさは溶融体から共晶体
を得るときの冷却速度によって変化し、この冷却速度を
５００℃／時と大きくすれば共晶中のと化けい素の結晶
の大きさが細かくなり、５０℃／時と小さくすると共晶
中のヒ化けい素の結晶の大きさが大きいものとなり、冷
却速度が５００℃／時のときに得られた共晶体の解離時
間は冷却速度が５０℃／時のときの共晶体の解離速度の
５倍以上となるけれども、この解離速度はヒ素の拡散皿
と拡散剤として反復利用する寿命の面から実用的には冷
却速度は１００℃／時以上とすればよい。

なお、このヒ化けい素とけい素との共晶体を得るに当っ
ては耐熱性向上のためにこれに無機質充填剤を添加する
ことがよく、この無機質充填剤としてはシリカ、酸化カ
ルシウム、酸化チタン、窒化けい素、炭化けい素、イツ
トリアなどの粉体が例示されているが、これは経済的に
はシリカが好適とされる。この無機質充填剤はできれば
粒度が１〜５μｍ程度の微細なものとすることがよく、
この添加量には特に制限はないが、ヒ化けい素１００重
量部に対して２００重量部以下とすることがよく、これ
を添加すると耐熱および強度の向上という有利性が与え
られる。

このようにして得られたヒ化けい素とけい素との共晶体
、またはこの共晶体と無機質充填剤との混合物はついで
これを成形し、焼結して目的とするヒ素拡散剤とするの
であるが、この成形はこの共晶体または共晶体と無機質
充填剤との混合物をボールミルなどの粉砕機を用いて１
〜３０時間粉砕して粒径が１μｍ程度の均質な混合物と
したのち、−軸プレスのようなプレス機を用いて適宜の
形状に成形すればよいが、これはシリコンウェー八など
のような半導体基板へのヒ素拡散用に使用されるもので
あることから適宜の厚さ、外径を有する円板状のものと
することがよい。

また、この成形体はついで焼結するのであるが、この焼
結は８００℃より低い温度では得られる成形体が強度不
足のものとなり、１，１００℃より高くするとヒ化けい
素が溶解し始めるので、　８００〜１　、１００℃で行
えばよいが、実際的には非酸化性雰囲気中において２０
０〜３００℃で８〜１５時間加熱して脱水したのち、ゆ
っくり昇温し５００〜６００℃で４〜８時間予備加熱し
、ついで８００〜１，１００℃で１〜ｌＯ時間加熱して
焼結させることがよく、この加熱時間は処理材料の量、
処理温度に応じて定めればよい。

このようにして得られた焼結体はヒ化けい素とけい素と
の共晶体を含有するものであり、これは加熱したと包に
容易にヒ素を放出するのでヒ素拡散剤として有用なもの
とされるが、このものは適宜の形状に成形されており、
焼結によって強度の強いものとなっているので、工業的
に取り扱いの容易なものとなっているし、このものは共
晶時におけるヒ化けい素の結晶の大きさが調整されてお
り、解離速度も調整されているので半導体基板へのヒ素
に拡散に当って繰り返し使用することかでざるという有
利性が与えられる。

つぎに本発明はこのようにして得たヒ素拡散剤を使用し
て半導体素子を製造する方法に関するものであるが、こ
れはシリコンウェー八などのような半導体基板とこのヒ
素拡散剤とを反応管中に対向配置し、必要に応じ酸素ガ
スを添加した不活性ガス気流中または減圧下にヒ化けい
素の分解温度以上に加熱すればよく、これによればヒ化
けい素の分解で発生したヒ素が半導体基板にドープされ
るのでヒ素ドープされたＮ型の半導体素子を容易に得る
ことかでき、このヒ化けい素の解離速度が遅いのでこの
ヒ素拡散剤はくり返し使用することができるという有利
性も与えられる。

［実施例］ つぎに本発明の実施例および比較例をあげる。

実施例 ステンレス製の高圧容器に収容されている内径８０ｍｍ
、高さ２５０ｍｍの石英ルツボにヒ素３００ｇ。

けい素３００ｇ、カプセル封止剤としてのＢｚＯｓ　２
００ｇを封入し、８０気圧、　１，４５０℃の条件に１
０時間保持して、けい素過剰のヒ化けい素溶融体を作り
、９００℃まで５００℃／時の速度で冷却し、ついでル
ツボ内の圧力を下げて室温まで冷却させたところ、上部
にけい素が５　ｍｍ、下部にヒ化けい素のみの部分が約
５ｍｍ認められたが、４６ｍｍの高さでヒ化けい素とけ
い素との共晶体Ａが得られた。

また、比較のために上記における溶融体の冷却を９００
℃まで５０℃／時の速度で冷却したほかは上記と同様に
処理したところ、この場合も４０ｍｍの高さでヒ化けい
素とけい素との共晶体Ｂが得られた。

ついで、この共晶体Ａと８８１００重量部をボールミル
中で１０時間粉砕して平均粒径が１μｍの粉体としたの
ち、これにポリビニルアルコール２重量部を添加し攪拌
して粒径が約１　ｍｍの凝集体とし、このものを５００
ｋｇ／ｃｍ”の押圧力でプレス成形して直径６インチ、
厚さ２ｍｍのウェーハ状成形体を作り、これを２００℃
で８時間、　ａｏｏ　ｔで４時間。

１．０００℃で５時間加熱し焼結してヒ素拡散剤Ａ。

Ｂを作った。

つぎにこのようにして得たヒ素拡散剤と直径６インチ、
厚さ５００μｍのシリコン半導体ウェーハとを石英製ボ
ート上に交互に３Ｈの距離で配置し、窒素ガス雰囲気中
において１，０５０　ｔに４θ分間加熱してヒ素の拡散
を行なったところ、ヒ素拡散剤Ａを使用した場合には約
１００Ω／口のシート抵抗をもつＮ型のシリコンウェー
八が得られ、ヒ謂拡散剤Ｂを使用した場合には約５０Ω
／口のシート抵抗をもつＮ型のシリコンウェー八が得ら
れ六が、ヒ素拡散剤Ａを用いた場合には繰り返し５０匡
の使用したとぎも得られたシリコンウェーハシシート抵
抗のバラツキが２％以内であったのに文し、ヒ素拡散剤
Ｂを用いた場合には繰り返し３世使用したときに得られ
シリコンウェーへのシート抵抗が約８００Ω７／口とな
り、これは長期間使用てきないものであることが確認さ
れた。

［発明の効果］ 本発明はヒ素拡散剤の製造方法および半導体素子の製造
方法に関するものであり、これは前記したようにけい素
過剰のヒ化けい濃溶融体を１００　ｔ：７時以上の速度
で冷却して共晶体を作り、ついでこれを成形し、焼結さ
せてなるヒ素拡散剤の製造方法および半導体基板とこの
ような方法で得たヒ素拡散剤を反応管中に対向配置し、
不活性ガス気流中または減圧下に加熱して半導体基板に
ヒ素を拡散させて半導体素子を作るというものであるが
、このような方法で得られたヒ素拡散剤にはこれが成形
、焼結されているのでヒ化けい素だけが剥離したり、気
化することがなく、強度もあるので作業性のよいものに
なるし、ヒ化けい素がけい素と共晶していてヒ化けい素
の解離速度が遅くなっているので半導体基板にヒ素をド
ープするとぎに繰り返し使用が可能になるという有利性
が与えられるし、これを用いて半導体基板をヒ素ドープ
すると目的とするＮ型の半導体素子を容易にかつ繰り返
し使用によって連続的に得ることができるという有利性
が与えられる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、けい素過剰のヒ化けい素溶融体を１００℃／時以上
   の速度で冷却してヒ化けい素とけい素の共晶体を作り、
   ついでこれを成形し、焼結してなることを特徴とするヒ
   素拡散剤の製造方法。 ２、共晶体の成形、焼結を無機質充填剤を加えて行なう
   請求項１に記載のヒ素拡散剤の製造方法。 ３、焼結を８００〜１，１００℃の温度で行なう請求項
   １または２に記載のヒ素拡散剤の製造方法。 ４、半導体基板と請求項１〜３で製造されたヒ素拡散剤
   とを反応管中に対向配置し、不活性ガスまたは酸素ガス
   を添加した不活性ガス気流中あるいは減圧下に加熱し、
   半導体基板にヒ素を拡散させることを特徴とする半導体
   素子の製造方法。