JPH0465821A - 半導体ウェハの不純物デポジション拡散法 - 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〕 本発明は半導体ウニＩ＼の不純物デポジション拡散法に
関するものである。

〔従来の技術〕

ウェハプロセスにおける不純物拡散技術の一種として、
拡散ソースに固体ソースを用いた不純物デポジション拡
散法がある。これは、処理すべき半導体ウェハ上に、Ｃ
ＶＤ法などで不純物をドーピングしたデポジション膜を
形成し、その後に熱処理することで不純物を半導体ウエ
ノ１中にドライブインする方法である。

第４図を参照して、この不純物デポジション拡散法の基
本概念を説明する。図示の通り、多数の半導体ウェハ１
をセットした石英ボート２を反応管３に入れる。そして
、反応管３をこれに付設したヒータ４で加熱し、温度は
熱電対５で測定する。

このようにして、反応管３の内部に原料ガスとして、Ｐ
ＯＣＪ７．０　およびＮ２ガスを供給すると、半導体ウ
ェハ１の表面に拡散源Ｐ２Ｏ５を含むガラス状のデポジ
ション膜が形成される。そして、デポジション膜が所定
の厚さになったら、雰囲気をＮ２ガスに切り換えて、熱
処理してデポジション膜中のリン（Ｐ）を半導体ウェハ
１にドライブインさせる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の不純物デポジション拡散法におい
ては、デポジション膜の形成とドーパントの拡散のため
の熱処理を、常圧（大気圧）下において、共に８５０℃
〜９５０℃の高温条件で行なっているため、半導体ウェ
ハ１の中心部と外周部でドーパント・の拡散が均一にな
らない欠点があった。具体的には、半導体ウェハ１の表
面にポリシリコン膜を形成し、この上にデポジション膜
を形成するときには、８５０〜９５０℃でポリシリコン
膜上に拡散源Ｐ　２０　ｓ　　（デポジション膜）が形
成されていく過程で、ポリシリコン膜中へのリン（Ｐ）
の拡散か進行していく。すると、多数の半導体ウェハ１
を同時処理するときには、Ｐデポジション膜は半導体ウ
ェハ１の外周部から形成されていくので、デポジション
膜の形成が終了した時点て、半導体ウェハ１の外周部の
ポリシリコン膜には、既に不純物としてのリンがドーピ
ングされていることになる。このため、デポジション膜
の形成後に熱処理して不純物を拡散しても、結果的には
半導体ウェハの外周部ではより高濃度にドーピングされ
、中心部ではより低濃度にドーピングされた半導体ウェ
ハしか得られない。

上記のような不具合は、−回の拡散工程で同時処理する
半導体ウェハの数が多くなれば、それだけ顕著となり、
また半導体ウェハが大口径化すれば、それだけ顕著とな
る。なぜならば、半導体ウェハの同時処理枚数が多（な
れば、相互の隙間は狭くなり、従って原料ガスが中心部
に供給されにくくなるからであり、半導体ウェハが大口
径化すれば、半導体ウェハ相互の隙間から中心部まで原
料ガスが届き難くなるためである。

本発明は、かかる従来技術の欠点を解決した半導体ウェ
ハの不純物デポジション拡散法を提供することを課題と
している。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る半導体ウェハの不純物デポジション拡散法
は、不純物を含む原料ガスの雰囲気中で半導体ウェハを
熱処理することにより、当該半導体ウェハ上に不純物を
含むデポジション膜を形成する第１の工程と、半導体ウ
ェハを熱処理することにより、デポジション膜に含まれ
た不純物を半導体ウェハに拡散する第２の工程とを備え
る方法において、第１の工程は、十分に減圧（例えば１
３３Ｐａ）された雰囲気で多数枚の半導体ウェハ中を同
時に熱処理する工程であることを特徴とする。

〔作用〕

本発明の構成によれば、第１工程での原料ガスを含んだ
雰囲気は減圧されているので、原料ガスの平均自由行程
は常圧下に比べて大きくなり、不純物をドープしたデポ
ジション膜を半導体ウェハの中心部と周辺部でほぼ一様
に形成でき、従ってデポジション膜の形成中に不純物が
半導体ウェハに拡散していく程度は、中心部と周辺部で
大きく異なることはない。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。

まず、シリコンからなる６インチ半導体ウェハを１００
枚用意し、これらの表面にポリシリコン膜を堆積する。

そして、石英ボートに１００枚の半導体ウェハをセット
し、縦型拡散炉の炉心管にセットする。

次に、炉心管中にＰＯＣＩ！３と０２を含む原料ガスを
、キャリアガス（Ｎ２）と共に導入し、８５０〜９５０
℃に昇温しで３０分間熱処理する。

このとき、炉心管内の気圧は１３３０Ｐａ　　（１０ｔ
ｏｒｒ）以下の十分な減圧とし、望ましくは１３３Ｐａ
以下とする。これにより、２００ｇ３の平均自由行程は
大きく増加する。これにより、ｏ２と２０６ｇ３か反応
してポリシリコン膜上に形成される拡散源Ｐ２Ｏ５とし
てのデポジション膜の形成速度は、中心部と外周部で同
程度となるので、ポリシリコン膜中ではリン濃度には大
きな差か生しない。

３０分間のデポジション工程の各段階を、十分な減圧下
での処理と、不十分な減圧下での処理との間で対比する
と、第１図および第２図のようになっている。第１図お
よび第２図は半導体ウェハの厚さ方向を拡大して描いた
断面図であり、第１図は１３３Ｐａ以下の十分な減圧下
でのＰＳＧの形成を（ａ）〜（ｄ）で順に示し、第２図
は１３３０Ｐａ以上の不十分な減圧下でのＰＳＧの形成
を（ａ）〜ｄ）で順に示している。図示の通り、Ｓ＋基
板１１の上面にはポリシリコン膜１２が堆積され、その
上に拡散源Ｐ２Ｏ５すなわちデポジション膜であるＰＳ
Ｇ膜１３が形成されている。ここで、原料ガスは半導体
ウェハの外周部から中心部方向へ供給されるため、ＰＳ
Ｇ膜１３は半導体ウェハの中心部で一般に薄くなり、周
辺部て厚くなっている。しかし、ＰＳＧ膜１３が外周部
で形成され始めてから、中心部で形成され始めるまでの
時間間隔は、第１図の十分な減圧下では短く、第２図の
不十分な減圧下では長くなっている。このため、ＰＳＧ
膜１３からのドライブインによるポリシリコン膜１２中
のドーパント１４は、十分な減圧下では中心部と外周部
であまり差がないか、不十分な減圧下では大きな差か生
じる。

上記のデポジション工程が終了したら、次に原料ガスの
供給を停止し、炉心管内をＮ２などの不活性ガス雰囲気
とし、８５０〜９５０’Ｃて３０分間の熱処理をする。

これにより、ポリシリコン膜中へのリンの本拡散（固相
拡散）が始まる。このとき、ＰＳＧ膜１３の厚さは一定
値以上となっている必要があり、例えばＬＳＩ用のポリ
シリコンゲート電極を形成する場合には、ＰＳＧ膜１３
は１０００Ａ程度の厚さで十分である。

その後、処理した半導体ウェハを拡散炉から取り出し、
表面のＰＳＧ膜１３をエツチングにより除去すると、十
分な減圧下でデポジションしたものては、抵抗率か略均
−となったポリシリコン膜を有する半導体ウェハか得ら
れる。このため、半導体ウェハの中心部で構成される半
導体チップと、外周部で構成される半導体チップの特性
を路間−にすることができる。

第３図に、本発明者による具体的な実施例と比較例の結
果を示す。同図（ａ）は１００Ｐａの減圧下でのデポジ
ション工程を用いて、半導体ウェハ上に作製されたポリ
シリコン膜のシート抵抗を等高線（１本が１％）で示し
ている。図示の通り、リン濃度が面内で均一に制御され
ていることがわかる。同図（ｂ）は、Ｐデポジションを
常圧雰囲気で行なったポリシリコン膜のシート抵抗を、
１％単位の等高線で示している。半導体ウェハの中心部
のリン濃度が、外周部に比べてがなり低くなっているの
がわかる。なお、上記の実施例および比較例は、共に６
インチ半導体（Ｓｉ）ウェハを１００枚、同時処理した
ときのものである。

本発明については、上記実施例に限定されず、種々の変
形が可能である。

例えば、拡散するドーパントはリンに限られず、デポジ
ション膜形成によって固相拡散できるものであれば、た
とえばボロン（Ｂ）などでもよい。

また、ポリシリコン膜に拡散する場合に限られず、半導
体ウェハ自体に拡散する場合も含めて広く適用できる。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明した通り本発明によれば、第１工程で
の原料ガスを含んだ雰囲気は減圧されているので、原料
ガスの平均自由行程は常圧下に比べて大きくなり、不純
物をドープしたデポジション膜を半導体ウェハの中心部
と周辺部でほぼ一様に形成でき、従ってデポジション膜
の形成中に不純物が半導体ウェハに拡散していく程度は
、中心部と周辺部で大きく異なることはない。従って、
均一な濃度で半導体ウェハにドーパントを拡散できる。

本発明は大口径の半導体ウェハを、同時に多数枚処理す
る場合に特に有効であるので、半導体デバイス製造の歩
留りの向上と生産性の向上を、同時に実現することが可
能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例を比較して説明す
る図、第３図は本発明の具体的な実施例と比較例の結果
を示す図、第４図は不純物デポジション拡散法の基本概
念を説明する図である。 １・・・半導体ウェハ、２・・・石英ボート、３・・・
反応管、４・・・ヒータ、５・・・熱電対、１１・・・
Ｓ＋基板、１２・・・ポリシリコン膜、１３・・・ＰＳ
Ｇ膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、不純物を含む原料ガスの雰囲気中で半導体ウェハを
   熱処理することにより、当該半導体ウェハ上に前記不純
   物を含むデポジション膜を形成する第１の工程と、前記
   半導体ウェハを熱処理することにより、前記デポジショ
   ン膜に含まれた前記不純物を前記半導体ウェハに拡散す
   る第２の工程とを備える半導体ウェハの不純物デポジシ
   ョン拡散法において、 前記第１の工程は、十分に減圧された前記雰囲気中で多
   数枚の前記半導体ウェハを同時に熱処理する工程である
   ことを特徴とする半導体ウェハの不純物デポジション拡
   散法。 ２、前記第１の工程は、前記雰囲気を１３３Ｐａ以下の
   減圧下で熱処理する工程である請求項１記載の半導体ウ
   ェハの不純物デポジション拡散法。