JPH04152517A - 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〕 本発明は半導体装置の製造方法に係り、特にプロセスチ
ューブ（処理容器）内に設置した半導体ウェハに対し、
外部より処理ガスをキャリアガスによって送給し、半導
体表面に不純物を堆積ないし引き伸ばし拡散を有効に行
う技術に関する。

〔従来の技術〕

パワー形ＭＯ３電界効果トランジスタやＭＯ３ＩＣなど
の半導体装置の製造プロセスにおいて、半導体ウェハの
表面にリン等のｎ型不純物を拡散させる技術として、た
とえば■工業調査会発行の「新ＬＳＩプロセス技術ｊｐ
１５０〜１５３に記載されている。

たとえば、拡散ソースとして液体ソースを使用する場合
にプロセスチューブ（デポジション炉）内に設置した複
数の半導体ウェハに対し、処理ガスとしてオキシ塩化リ
ン（ＰＯ（１！３）をＮ２やｏ２のキャリアガスによっ
て供給し、ウェハ（Ｓｉ及び５ｉＯ２）上に不純物リン
（Ｐ）をデポジション（堆積）ないし拡散（一部拡散）
を行い、その後で前記デポジション炉から処理済みのウ
エハを取り出し、別の拡散炉に移して引き伸ばし拡散処
理を行うことにより、半導体ウェハのＳｉまたは５ｉ０
２面にリン拡散領域（ｎ型領域）またはリンガラス層を
形成する技術が知られている。

〔発・明が解決しようとする課題〕

前記した従来技術によれば、第１ステツプで不純物のデ
ポジション作業を行い、第２ステツプで引き伸ばし拡散
作業を行うことにより、それだけ作業工数が多くかかる
。

また、それぞれのステップで別の炉（プロセスチューブ
）を使用するから、ウェハの出し入れ作業におけろウェ
ハ治具とプロセスチューブとの摺動に起因するウェハ付
着異物が増加する。

オキシ塩化リンを不純物ソースとする場合には特にプロ
セスチューブ内に反応生成物ができやすく、同時にウェ
ハ治具の摺動による石英などの異物が発生しやすい。

また、第１ステツプの不純物デポジション処理において
ウェハ表面に形成されたリンガラスは商温（たとえば、
ＳＯＯ〜１０００℃）処理炉内が軟化しており、したが
ってウェハに接触した摺動異物が付着しやすい。この付
着した異物は、次の引き伸ばし拡散処理において、ウェ
ハに溶着した状態ともなり、あるいはこの引き伸ばし拡
散処理でのウェハ出し入れ時の摺動異物を加わり、後々
の工程まで影響を及ぼし、ホトレジストプロセスでの外
観不良や、さらに完成後の電気的特性ならびに品質の不
良をひき起こす。

そのうえに、第１ステツプでの不純物デポジションにお
いては、プロセスチューブ内へのウェハ治具挿入後のウ
ェハ位置およびウェハ内での過度的な温度差によりデポ
ジション量の不均一を生じる。

さらに第２ステツプの引き伸ばし拡散では、その処理の
シーケンス制御段階で、プレヒート（予備加熱）ステッ
プがとれないことによりその影響は大きくなるとともに
、それらの（第１と第２ステツプ）ばらつきが加算され
る。

とくに素子設計上、短時間処理仕様の場合、ばらつきは
−そう大きくなる。

本発明は上記した点を解決するためのものであって、そ
の目的は、半導体表面へのリンなどの不純物の処理にお
いて、作業工数を低減するとともに、リン拡散層の不純
物量またはリンガラス層厚さおよび濃度、さらにはウェ
ハ付着異物を低減することのできる処理技術の提供にあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明は処理容器内に設置さ
れた半導体基板に対し不純物ガスをキャリアガスにより
導入して半導体基板表面に不純物の堆積ないし拡散を行
うにあたって、上記不純物の堆積を比較的低温度条件下
で行った後に、同じ処理容器内にて連続して高温度条件
下で引き伸ばし拡散を行う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。

本発明はまた、上記半導体素子の製造方法において、不
純物ソースとしてオキシ塩化リンを使用するとともにキ
ャリアガスとして窒素ガス及び酸素ガスを使用するもの
である。

〔作用〕

前記した手段によれば、処理容器におけるウェハの出し
入れ作業回数が半減し、特に堆積処理後でのウェハ出し
入れ作業を行わないことにより、ウェハへの付着異物が
減少するとともに作業工数が半減する。

また、前記した手段によれば、ウェハ表面に形成される
拡散層の不純物量およびリンガラス膜厚ならびにリン濃
度のばらつきも低減する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する
。

第１図はプロセスチューブ内の半導体ウェハに処理ガス
をキャリアガスによって導入し、不純物を堆積ないし引
き伸ばし拡散するための半導体処理装置（拡散装置）の
全体概要図である。

この拡散装置は、石英ガラス等からなるほぼ円筒状のプ
ロセスチューブ（処理容器）１を備えており、その内部
に処理室２をつくっている。プロセスチューブ１の外周
にはヒータ３が設けられ、このヒータは図示されないコ
ントローラにより制御され、処理室２内を所要温度条件
で加熱するように構成される。

プロセスチューブ１の一端には、外部から処理ガスを導
入するためのガス供給口４が開設され、プロセスチュー
ブの他端には被処理物としての半導体ウェハ６を出し入
れするための炉口５が開口し、着脱自在のキャップ８に
より閉塞するようになっている。

ウェハ６はチューブ内に設置された石英ガラス等で組み
立てられたボート７により、複数枚のウェハが互いに平
行に、かつ、はぼ垂直に立てられて保持される。

プロセスチューブの外部には、不純物ソースであるオキ
シ塩化リン（ＰＯＣｊ！３）等の拡散用ガス供給装置９
が設置されている。

オキシ塩化リン供給装置９は、バブラ（発泡装置）】０
とキャリアガス供給部１６とから構成される。

バブラ１０は液体ソース槽１２と、それを囲み所定の温
度に保持する恒温槽１３及び気泡発生管１４等からなる
。

液体ソース槽内には寓温で液体の不純物ソースであるオ
キシ塩化リンｌｌａを入れてあり、気泡発生管１４を通
じて窒素（Ｎ２）等のガスを導入して気泡化することに
より、オキシ塩化リンガス１１ｂを生成する。

このオキシ塩化リンガスｌｌｂはソース槽１２の上部で
処理ガス供給管１５に採取され、その他端がプロセスチ
ューブ１の供給口４に連結されている。

キャリアガス供給部１６は、キャリアガスとしての窒素
（ＮＱ）ガスおよび酸素（０２）ガスを供給するための
配管から構成される。窒素ガスの一部はバブルガスとし
て気泡発生管１４に接続され、窒素ガスの他部と酸素ガ
スはバイパスガスとして混合された状態で処理ガス供給
管１５に接続され、オキシ塩化リンガスＩｌｂのキャリ
アガスとしてプロセスチューブの処理室２内に送給され
る。

第２図は本発明と対照するために従来法によるリン処理
プロセスのフローチャートと、これに対応する素子の断
面図を示すものであって、ドライＯＱ中１０００℃でゲ
ート酸化によりウェハ（Ｓｉ）１８表面に熱酸化膜（Ｓ
ｉＯｚ　）　　１７を形成しその後にＰＯＣｌ３を８０
０℃×５分間導入するリンデポジションによりリンガラ
スＮ　１９　ａを形成する工程とＮ２雰囲気で１０００
℃×５分でリン引き伸ばし拡散を行う工程に分かれて行
うものである。

第３図は、本発明によるリン処理プロセス実施例のフロ
ーチャートと対応する素子の断面図である。

この実施例では、Ｓｉ　ウェハ１８上に熱酸化膜１７を
形成した後、リンデポジションとリン引き伸ばし拡散と
を連続処理（同一炉内で）で行うことによって、リンガ
ラス膜層１９ａと拡散層を形成するものである。

第４図は、上記実施例におけるリン処理条件を示すリン
デポジション・拡散連続処理シーケンスの一例を示す。

すなわち、第１段階で低温（８００℃）でリンデポジシ
ョンを行う、リンデポジションでは挿入後のウェハ温度
均一化のために予備加熱（プレヒート）ステップを経て
バブルガスを流すようになっている。リンデポジション
の後、第２段階として炉の温度を９００℃まで昇温しで
所定の時間リン拡散処理を行う、その後、８００℃まで
温度を下げる。

第５図は、リン処理条件の他の例であって、この場合は
リンデポジション温度を８５０℃と高めにし、次いでリ
ン拡散工程に入る。

第７図（ａ）、（ｂ）はリンデポジション・拡散処理後
のウェハ内の不純物濃度分布を（ａ）従来仕様と（ｂ）
本発明仕様とを対照して示す分布図である。

以上説明した実施例以外に、本発明は、リンネ鈍物デポ
ジション処理ではホスフィン（ＰＨ３）ガスを使用する
方法、ボロン不純物デポジション処理では、三臭化ホウ
素（ＢＢｒａ）等の不純物ソースを用いることも可能で
ある。

本発明の応用例としては、減圧ＣＶＤ装置、縦型拡散装
置、他の処理ガスを使用する処理装置全般に・対して可
能である。

また、本発明の適用は、ＭＯＳ系のトランジスタ及びＩ
Ｃのリン処理プロセスの他に、バイポーラ（ｎｐｎ）　
　トランジスタ及びＩＣのエミッタ領域の形成ならびに
コンタクト形成のためのリン処理プロセス等にも可能で
ある。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので、以
下に記載されるような効果を奏する。

不純物デポジション段階が終わった後に、ウェハおよび
ウェハ治具を移動することなしに、次の不純物引き伸ば
し拡散の段階を連続して連続して行うことにより、従来
のようなウェハ治具を摺動させて移動する際の異物の付
着を本発明では抑制することができる。

また、プロセスチューブからウェハを出入させる従来方
法では、その際に熱衝激を受けてそのために起こる結晶
欠陥やウェハ治具におけろウェハ保持部で傷や異物の付
着等を本発明では有効に低減することができる。

また、リン引き伸ばし拡散の際にウェハを出し入れする
従来方法では、ウェハ温度が不均一になってそのために
リン拡散濃度のばらつきやリンガラス膜のリン濃度度、
その膜厚のばらつきを生じやすいが、本発明ではこれら
をすべて抑制することができる。

また、本発明ではウェハの出入作業を無くすことにより
、作業工数が低減できる。

さらにまた、本発明では不純物デポジション処理と拡散
処理を同一炉で共用することにより処理炉設置にかかる
費用を節減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明において使用される不純物デポジション
、拡散装置の概略断面図である。 第２図は従来技術によるリン処理プロセスのフローチャ
ートと対応する素子断面図である。 第３図は本発明によるリン処理プロセスの一実施例を示
すフローチャートと対応する素子断面図である。 第４図は本発明のリン処理の一実施例における送給ガス
の成分と、温度の条件を示す曲線図である。 第５図は本発明のリン処理の他の一実施例における温度
の条件を示す曲線図である。 第６図は従来方法によるリン処理条件の例を対照的に示
す曲線図である。 第７図（ａ）（ｂ）はリンデポジション−拡散処理後の
ウェハの不純物濃度分布を従来仕様と本発明の仕様とを
対照して示す分布図である。 ｌ・・・プロセスチューブ、　　２・・・処理室、３・
・・ヒータ、　　４・・・処理ガス供給口、５・・・炉
口、　　６・・・ウェハ、 ７・・・ウェハ治具、　８・・・キャップ・９・・・オ
キシ塩化リン供給装置、　　１０・・・バブラ、１１　
ａ−・・オキシ塩化リン（ＰＯＣｆａ）、１１ｂ・・・
オキシ塩化リンガス、 １２・・・液体ソース槽、　　１３・・・恒温槽、１４
・・・気泡発生管、　　１５・・・処理ガス供給管、１
６・・・キャリアガス供給部、 １７・・・被酸化膜（ＳｉＯＱ）、 １８・・・シリコン（Ｓｉ　）ウェハ、１９ａ・・・拡
散後リンガラス（Ｐ　Ｓ　Ｇ）、１９ｂ・・・デポジシ
ョン後リンガラス。 第 図 第 図 （従来岐酵） 第 図 第 図 第 図 第 図 （洸彩々を庁） （−′７エハ 三行星艶し０式）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、処理容器内に設置された半導体基板に対し不純物ガ
   スをキャリアガスにより導入して半導体基板表面に不純
   物の堆積ないし拡散を行うにあたって、上記不純物の堆
   積を比較的低温度条件下で行った後に、同じ処理容器内
   にて連続して高温度条件下で引き伸ばし拡散を行うこと
   を特徴とする半導体素子の製造方法。 ２、請求項１に記載の半導体素子の製造方法において、
   不純物ソースとしてオキシ塩化リンを使用するとともに
   キャリアガスとして窒素ガス及び酸素ガスを使用する。