JPH06112146A - 拡散型シリコン素子基板の製造方法 - Google Patents
拡散型シリコン素子基板の製造方法Info
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Abstract
とができる拡散型シリコン素子基板を得る。 【構成】 MOS系パワー素子を製造するに用いる拡散
型シリコン素子基板の製造方法において、拡散工程のド
ライブイン処理に続いて、400〜500℃、1〜20
時間のサーマルドナー生成熱処理を行い、次いで600
〜650℃、8〜24時間のサーマルドナー化抑制熱処
理をそれぞれ酸素ガスを含む雰囲気ガス中で行う。
Description
MOS系パワー素子を製造するに用いる拡散型シリコン
素子基板の製造方法に関する。
シリコン素子基板としては、高抵抗率のシリコンエピタ
キシャル層を低抵抗率エピタキシャル基板上に形成して
なるエピタキシャル型シリコン素子基板を用いていた。
しかし、シリコンエピタキシャル層の形成には非常にコ
ストがかかるという問題があり、低コストで製造できる
拡散型シリコン素子基板での代替が望まれていた。
の断面構造を示す。このエピタキシャル型シリコン素子
基板は、抵抗率約0.01Ωcmの低抵抗率エピタキシ
ャル基板11上に、例えば、抵抗率50Ωcm、厚さ約
50μmの高抵抗率シリコンエピタキシャル層10が形
成された構造になっている。
散型シリコン素子基板の断面構造を示す。この拡散型シ
リコン素子基板は図2に示したエピタキシャル型シリコ
ン素子基板と類似の構造になっており、図2の低抵抗率
エピタキシャル基板11に相当するのは高抵抗率シリコ
ン基板、例えば、約50ΩcmのFZシリコン基板に高
濃度で不純物拡散した部分、すなわち不純物拡散層21
であり、図2の高抵抗率シリコンエピタキシャル層10
に相当するのは不純物未拡散部分、すなわち高抵抗率層
20である。
パワー素子用拡散型シリコン素子基板を従来の技術で製
造した場合、酸素が高抵抗率層20にまで拡散する。こ
の様に高抵抗率層中に高濃度の酵素が含まれると、素子
製造工程、特に450℃前後の温度で行われるアルニミ
ウム電極のシンタリングで前記酸素(格子間酸素)がサ
ーマルドナー化し、高抵抗率層の抵抗率が変動してしま
い、所定の素子特性が得られないという問題がある。こ
のサーマルドナーの生成を抑制することが、当業界にお
ける課題であった。
に、本発明のMOS系パワー素子を製造するに用いる拡
散型シリコン素子基板の製造方法においては、拡散工程
におけるドライブイン処理に続いて、400〜500℃
で1〜20時間のサーマルドナー生成熱処理、次いで6
00〜700℃で8〜24時間のサーマルドナー化抑制
熱処理をそれぞれ酸素ガスを含む雰囲気ガス中で行う工
程を含むことを特徴とするものである。
いて、例えば、拡散層の厚さが210μmの場合、12
80℃、250時間の処理を行えばよい。上記した本発
明特有の熱処理の処理条件が上記温度範囲及び時間範囲
に達しない場合には本発明特有の効果を達成できない
し、上記時間範囲を越えると作業能率上不利となる。
ガス中で熱処理を行うとシリコン基板表面にエッチング
等で処理不能の不動態膜を形成し、以後の工程で支障を
きたすため、シリコン基板の熱処理は酸素ガスを含む雰
囲気ガス中で行うことが好ましい。
物拡散は、通常酸素ガスを含む雰囲気ガス中で行われる
ため、拡散工程、特に高温度(例えば1280℃)で長
時間(例えば250時間)行うドライブイン処理で雰囲
気ガス中に含まれる酸素が高抵抗率層まで拡散する。
コン素子基板の製造方法においては、拡散工程のドライ
ブインに続いて、前記400〜500℃の熱処理を行う
とドライブイン処理で拡散・導入された高抵抗率層中の
格子間酵素はSi−Oクラスターとしてドナー性を示す
程に成長するとともに、そのサーマルドナー濃度はほぼ
飽和状態になる。この状態では、N型シリコンの抵抗率
は低下し、P型シリコンの抵抗率は高くなるか、又はN
型に反転する。
℃の熱処理を行うと、前記400〜500℃の熱処理で
サーマルドナー化する程に成長していたSi−Oクラス
ターのほとんどは、析出核になる程にさらに大きく成長
し、一部はドナー性を示さない程に分解・縮退する。い
ずれの場合も、ドナー性が消え電気的に中性となる。こ
の状態では、高抵抗率層の抵抗率はドーパント濃度によ
って決まる本来の抵抗率に回復している。
子間酸素が上記のような形態になると、以後の素子製造
プロセスにおいて、サーマルドナー化が可能な熱処理、
例えば、450℃前後の温度でのアルミニウム電極のシ
ンタリングが行われても、サーマルドナー化する確率は
非常に小さくなる。これは、形成された前記析出核はそ
れ自体サーマルドナー化しにくいうえに、素子製造プロ
セス中の拡散工程等で、近傍の格子間酸素を取り込み、
更に大きく成長してほとんどサーマルドナー化しない析
出物になるためと考えられる。
たSi−Oクラスターは、一部サーマルドナー化する
が、そのほとんどはサーマルドナー化しない形態にまで
分解・縮退していると考えられる。
工程のドライブインを行う場合、本発明の方法を用いれ
ば、高抵抗率層の格子間酸素のサーマルドナー化が抑制
され、サーマルドナーによる抵抗率の変動が防止でき、
エピタキシャル型シリコン素子基板を用いなくても、拡
散型シリコン素子基板により、MOS系パワー素子を製
造することができる。
℃の熱処理をサーマルドナー生成熱処理といい、前記6
00〜700℃の熱処理をサマールドナー化抑制熱処理
と称する。
に説明する。
板を製造した。 (1)育成方法:FZ法 (5)方 位 :
(100) (2)直 径 :100mm (6)厚 さ :
565μm (3)導電型 :n(燐ドープ)(7)面仕上げ :
エッチド仕上げ (4)抵抗率 :100Ωcm
Cl3 法で燐デポジションを行った後、基板表面の燐ガ
ラスを除去し、然る後、ドライブインを行った。
は、最初に650℃で保持された拡散炉に上記燐デポジ
ションされたFZシリコン基板を挿入し、3.5℃/分
の昇温速度で1280℃まで昇温する。次に1280℃
で250時間保持し、基板表面から210μmの深さま
で燐を拡散する。
(実施例1〜3)、450℃(実施例4〜6)及び50
0℃(実施例7〜9)までそれぞれ降温し、この温度で
10時間保持してサーマルドナー生成熱処理を行った。
次に、3.5℃/分の昇温速度で600℃(実施例1,
4,7)、650℃(実施例2,5,8)及び700℃
(実施例3,6,9)までそれぞれ昇温し、この温度で
10時間保持してサーマルドナー化抑制熱処理を行っ
た。
生成熱処理及びサーマルドナー化抑制熱処理における雰
囲気ガスは窒素(N2 )ガスと酸素(O2 )ガスとの混
合ガスであり、その混合比は10:3のものを用いた。
処理及びサーマルドナー抑制熱処理が終了後、片面をラ
ツピング加工、次いで鏡面研磨加工を行い、厚さ260
μm(拡散層の厚さ、210μm+高抵抗率層の厚さ5
0μm)の拡散型シリコン素子基板を製造した。
パワーMOSFETの製造工程でのゲート酸化、ソース
拡散に相当するシミレーシヨン熱処理(前記N2 ガスと
O2ガスとの混合ガス雰囲気での1100℃、60分→
1000℃、60分→1200℃、300分→1000
℃、60分の熱処理)を行った後、前記アルミニウム電
極シンタリングに相当する450℃、300分の熱処理
(サーマルドナー生成熱処理)を上記と同じ雰囲気ガス
中でおこなった。
除去した後、広がり抵抗法(SR法)で広がり抵抗を測
定し、その測定値を換算して高抵抗率層の抵抗率を得た
〔応用物理、45:43、1976参照〕。その結果を
表1に示した。
熱処理及びサーマルドナー化抑制熱処理を行わない場合
も、前記と同じ方法で抵抗率を求め表1に比較例1とし
て併記した。
拡散型シリコン素子基板においては、MOS系パワー素
子の製造プロセスでサーマルドナー化しやすい450℃
前後の温度でのアルミニウム電極のシンタリングが行わ
れても高抵抗率層の抵抗率がほとんど変動しないことが
わかる。
理及びサーマルドナー化抑制熱処理を行うことにより形
成されたSix Oy 析出核が素子製造プロセスでの高温
度熱処理(例えば、前記ゲート酸化、ソース拡散)で近
傍に存在する酸素を取り込んで更に大きく成長し、もは
やほとんどサーマルドナー化しない形態、すなわち析出
物になったためと推察される。
ように、ドライブイン処理後、サーマルドナー生成熱処
理及びサーマルドナー化抑制熱処理処理を行わない場
合、すなわち拡散型シリコン素子基板を従来の技術で製
造した場合、450℃の熱処理をすると、高抵抗率層中
に存在する格子間酸素はサーマルドナー化し、その抵抗
率は100Ωcmから70Ωcm前後まで低下してしま
う。
中に存在する格子間酸素はサーマルドナー化が制御さ
れ、サーマルドナーによる抵抗率の変動が防止でき、エ
ピタキシャル型シリコン素子基板を用いなくても、低コ
ストで得られる拡散型シリコン素子基板によりMOS系
パワー素子を製造することができる。
を示す図面である。
を示す図面である。
基板の断面構造を示す図面である。
Claims (1)
- 【請求項1】 MOS系パワー素子を製造するに用いる
拡散型シリコン素子基板の製造方法において、拡散工程
におけるドライブイン処理に続いて、400〜500℃
で1〜20時間のサーマルドナー生成熱処理、次いで6
00〜700℃で8〜24時間のサーマルドナー化抑制
熱処理をそれぞれ酸素ガスを含む雰囲気ガス中で行う工
程を含むことを特徴とする拡散型シリコン素子基板の製
造方法。
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