JPH0684819A - 高濃度にドープされた半導体物質の製造方法 - Google Patents
高濃度にドープされた半導体物質の製造方法Info
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- JPH0684819A JPH0684819A JP5165051A JP16505193A JPH0684819A JP H0684819 A JPH0684819 A JP H0684819A JP 5165051 A JP5165051 A JP 5165051A JP 16505193 A JP16505193 A JP 16505193A JP H0684819 A JPH0684819 A JP H0684819A
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 3×1019原子/cm3 を超えるピーク濃度
で半導体のチップとウエハ、特にシリコンのチップとウ
エハを拡散ドープする方法を提供する。 【構成】 ドープされる半導体物質は炉57内に置かれ
る。炉の雰囲気はキャリア・ガス20とドーパント含有
ガス22を含む。ドーパント含有ガスは、容積で炉室の
全容積の約0.1%を超える。混合ガス圧は約0.1ト
ルを超える。混合ガスは約1ppm未満の濃度の酸化剤
を含む。 【効果】 本発明の方法により、シリコン表面を直接ド
ープし、拡散プロセスによってピーク濃度が高く浅いn
型ドーピング領域を形成できるので、高いドーピング濃
度を得るための一般のイオン注入によるシリコン表面の
損傷を無くすことができる。この方法は無指向性である
のでトレンチ側壁を高濃度でドープできる。
で半導体のチップとウエハ、特にシリコンのチップとウ
エハを拡散ドープする方法を提供する。 【構成】 ドープされる半導体物質は炉57内に置かれ
る。炉の雰囲気はキャリア・ガス20とドーパント含有
ガス22を含む。ドーパント含有ガスは、容積で炉室の
全容積の約0.1%を超える。混合ガス圧は約0.1ト
ルを超える。混合ガスは約1ppm未満の濃度の酸化剤
を含む。 【効果】 本発明の方法により、シリコン表面を直接ド
ープし、拡散プロセスによってピーク濃度が高く浅いn
型ドーピング領域を形成できるので、高いドーピング濃
度を得るための一般のイオン注入によるシリコン表面の
損傷を無くすことができる。この方法は無指向性である
のでトレンチ側壁を高濃度でドープできる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体物質の所定の領
域にピーク濃度が高い不純物を拡散する方法に関する。
特に、本発明は、半導体物質のウエハにFETトランジ
スタのソースとドレインの領域と、バイポーラ・トラン
ジスタのためのn型のエミッタとサブコレクタとを形成
するための、高ピーク濃度のn型領域の拡散に関する。
具体的には、トレンチ構造の一様なドーピングと、シー
ト抵抗率25Ω/□以下の高伝導率多結晶Siについて
述べる。ドーパントのソースはドーパント含有ガスであ
る。ピーク濃度は約3×1019原子/cm3 を超える。
高ピーク濃度はドーピング・ソース・ガスとキャリア・
ガスとの混合ガスの組成と圧力の調整、及び酸化剤を最
少にすることによって得られる。
域にピーク濃度が高い不純物を拡散する方法に関する。
特に、本発明は、半導体物質のウエハにFETトランジ
スタのソースとドレインの領域と、バイポーラ・トラン
ジスタのためのn型のエミッタとサブコレクタとを形成
するための、高ピーク濃度のn型領域の拡散に関する。
具体的には、トレンチ構造の一様なドーピングと、シー
ト抵抗率25Ω/□以下の高伝導率多結晶Siについて
述べる。ドーパントのソースはドーパント含有ガスであ
る。ピーク濃度は約3×1019原子/cm3 を超える。
高ピーク濃度はドーピング・ソース・ガスとキャリア・
ガスとの混合ガスの組成と圧力の調整、及び酸化剤を最
少にすることによって得られる。
【0002】
【従来の技術】シリコン集積回路の製作における多数の
プロセスは、ホウ素及びヒ素を始めとする高濃度のp型
及びn型ドーピング物質でシリコン基板を選択的にドー
プする必要がある。さらにドーパントの浸透深さを制御
する必要がある。イオン注入はピーク濃度が高く浅いド
ーパント・プロファイルを得るうえで、現在重要な技術
である。しかし、注入プロセスはその性質上、半導体基
板を損傷させる。注入による損傷は、シリコンICの性
能と製作に制限をもたらし、特定のシリコンIC製作工
程の種類の選択に影響を及ぼす重大な問題であることは
周知の通りである。さらにイオン注入は、例えばトレン
チの側壁をドープする際、非平面プロセスにおいては簡
単に使用できない。注入による損傷を避け、非平面ドー
ピングの条件を満たすために様々な技術が提示され、成
長物質や被着物質からドーパントをシリコンなどの半導
体物質のウエハにまで拡散させる方法がとられている。
一般にこれらのプロセスは以下の問題がある。再現性が
高くない、クリーンでない、ドーパントの表面濃度が十
分高くならない、ソースが最終的には減耗する、などで
ある。
プロセスは、ホウ素及びヒ素を始めとする高濃度のp型
及びn型ドーピング物質でシリコン基板を選択的にドー
プする必要がある。さらにドーパントの浸透深さを制御
する必要がある。イオン注入はピーク濃度が高く浅いド
ーパント・プロファイルを得るうえで、現在重要な技術
である。しかし、注入プロセスはその性質上、半導体基
板を損傷させる。注入による損傷は、シリコンICの性
能と製作に制限をもたらし、特定のシリコンIC製作工
程の種類の選択に影響を及ぼす重大な問題であることは
周知の通りである。さらにイオン注入は、例えばトレン
チの側壁をドープする際、非平面プロセスにおいては簡
単に使用できない。注入による損傷を避け、非平面ドー
ピングの条件を満たすために様々な技術が提示され、成
長物質や被着物質からドーパントをシリコンなどの半導
体物質のウエハにまで拡散させる方法がとられている。
一般にこれらのプロセスは以下の問題がある。再現性が
高くない、クリーンでない、ドーパントの表面濃度が十
分高くならない、ソースが最終的には減耗する、などで
ある。
【0003】半導体ウエハにn型ドーパントを拡散する
方法は多数ある。
方法は多数ある。
【0004】W.Runyanは著書"Silicon Semiconductor
Technology"(McGraw Hill、NY、1965)で、固体ソース
を使用するヒ素拡散は通常、三酸化ヒ素とシリコンとの
反応で行われると述べている。酸化物の蒸気は窒素と
0.5%以下の酸素の混合物によって拡散炉の拡散領域
に移送される。酸化物/シリコン界面でのヒ素層の形成
によって生じるステイニングを防ぐために、酸素が加え
られる。この方法によって得られる表面濃度は(2乃至
3)×1019cm-3を越えることはない。これはシリコ
ン表面からの蒸発によってヒ素が急激に減耗するからで
ある。
Technology"(McGraw Hill、NY、1965)で、固体ソース
を使用するヒ素拡散は通常、三酸化ヒ素とシリコンとの
反応で行われると述べている。酸化物の蒸気は窒素と
0.5%以下の酸素の混合物によって拡散炉の拡散領域
に移送される。酸化物/シリコン界面でのヒ素層の形成
によって生じるステイニングを防ぐために、酸素が加え
られる。この方法によって得られる表面濃度は(2乃至
3)×1019cm-3を越えることはない。これはシリコ
ン表面からの蒸発によってヒ素が急激に減耗するからで
ある。
【0005】S.K.Gandhiは著書"VLSI Fabrication Pr
inciples"(John Wiley & Sons、1983、pp 170-171)
で、適切な有機結合剤でアルセノ・シロキサンから成る
ヒ素とドーパントのスピン・オンの利用について述べて
いる。これらは、250℃でベークアウトすると、反応
してこのドーパントのソースとなるアルセノケイ酸塩ガ
ラスを形成する。このガラスは拡散中にヒ素の蒸発の障
壁物として働くので、この方法により高ドーピング濃度
が得られる。しかし、このプロセスは有機物質とガラス
を用いるのでクリーンではなく、最先端の半導体IC製
造には不適である。
inciples"(John Wiley & Sons、1983、pp 170-171)
で、適切な有機結合剤でアルセノ・シロキサンから成る
ヒ素とドーパントのスピン・オンの利用について述べて
いる。これらは、250℃でベークアウトすると、反応
してこのドーパントのソースとなるアルセノケイ酸塩ガ
ラスを形成する。このガラスは拡散中にヒ素の蒸発の障
壁物として働くので、この方法により高ドーピング濃度
が得られる。しかし、このプロセスは有機物質とガラス
を用いるのでクリーンではなく、最先端の半導体IC製
造には不適である。
【0006】S.K.Gandhiは著書"VLSI Fabrication Pr
inciples"(John Wiley & Sons、1983、pp 170-171)
で、ヒ素拡散でも良好な結果を示した密閉管の技術の応
用について述べている。ここではシリコン・スライス及
び固体ヒ素ソースが、排気した石英管に密閉される。ヒ
素ソースは、一般にヒ素と共にドープされる約3%の濃
度のシリコン粉末である。表面濃度は1021cm-3と高
い値が得られる。しかし、この方式は密閉管及び有限な
ヒ素ソースの条件からいって、大容量シリコンICの製
造には適さない。
inciples"(John Wiley & Sons、1983、pp 170-171)
で、ヒ素拡散でも良好な結果を示した密閉管の技術の応
用について述べている。ここではシリコン・スライス及
び固体ヒ素ソースが、排気した石英管に密閉される。ヒ
素ソースは、一般にヒ素と共にドープされる約3%の濃
度のシリコン粉末である。表面濃度は1021cm-3と高
い値が得られる。しかし、この方式は密閉管及び有限な
ヒ素ソースの条件からいって、大容量シリコンICの製
造には適さない。
【0007】Y.W.Hsuehは"J.Electrochemical Socie
ty"(Vol.6、361-65、1968) で、シリコンへのヒ素拡
散にアルシンを使用した気体系について述べている。こ
の拡散は温度範囲1164乃至1280℃で実施され
た。水素又は窒素がキャリア・ガスとして使用された場
合、シリコン表面にかなりの孔食が観測された。その結
果、シリコン・ウエハ上のシート抵抗が不均一になっ
た。孔食を避けるために、拡散用に少量の酸素がヒ素に
混合された。孔食は減少したが、表面濃度はわずか2×
1019cm-3にとどまった。
ty"(Vol.6、361-65、1968) で、シリコンへのヒ素拡
散にアルシンを使用した気体系について述べている。こ
の拡散は温度範囲1164乃至1280℃で実施され
た。水素又は窒素がキャリア・ガスとして使用された場
合、シリコン表面にかなりの孔食が観測された。その結
果、シリコン・ウエハ上のシート抵抗が不均一になっ
た。孔食を避けるために、拡散用に少量の酸素がヒ素に
混合された。孔食は減少したが、表面濃度はわずか2×
1019cm-3にとどまった。
【0008】Nakamuraらによる米国特許第381251
9号も、気体ソースによるシリコンのドーピングを利用
したものである。実験ではシリコン半導体デバイスが、
リンとヒ素、又はホウ素とヒ素で2重にドープされた。
ヒ素の量は他のドーパントの3乃至40%である。Naka
muraらの方法では、高ドーピング濃度を得るために、2
種類以上の種をシリコン半導体デバイスに加える必要が
ある。
9号も、気体ソースによるシリコンのドーピングを利用
したものである。実験ではシリコン半導体デバイスが、
リンとヒ素、又はホウ素とヒ素で2重にドープされた。
ヒ素の量は他のドーパントの3乃至40%である。Naka
muraらの方法では、高ドーピング濃度を得るために、2
種類以上の種をシリコン半導体デバイスに加える必要が
ある。
【0009】非常に高いドーピング・レベルを得るため
の現在の方法であるイオン注入は、単一方向性である。
従って、イオン注入ではトレンチ側壁のドーピングは困
難である。
の現在の方法であるイオン注入は、単一方向性である。
従って、イオン注入ではトレンチ側壁のドーピングは困
難である。
【0010】W.Zagozdzon-Wosikらの"Doping of Trenc
h Capacitors by Rapid ThermalDiffusion"(IEEE、Ele
ctron Device Letters、Vol.12、264(1991) )はト
レンチ側壁のドーピングについて述べている。この方法
によると、ドープされたガラスが最初に独立したウエハ
上へスピンされる。次にこれからドープされるウエハ
が、このドープされたガラス・ウエハに近接して置か
れ、加熱されると、ヒ素含有ガスが蒸発する。これは過
去に実験された他の固体ソース方式のバリエーションに
すぎない。これらの欠点は次の通りである。固体ソース
は最終的には減耗する。ドーピングはウエハとソースの
間隔に影響される。それらは、格別クリーンではない。
ドープされるウエハごとに固体ソースが必要であり、こ
のためスループットが低下する。
h Capacitors by Rapid ThermalDiffusion"(IEEE、Ele
ctron Device Letters、Vol.12、264(1991) )はト
レンチ側壁のドーピングについて述べている。この方法
によると、ドープされたガラスが最初に独立したウエハ
上へスピンされる。次にこれからドープされるウエハ
が、このドープされたガラス・ウエハに近接して置か
れ、加熱されると、ヒ素含有ガスが蒸発する。これは過
去に実験された他の固体ソース方式のバリエーションに
すぎない。これらの欠点は次の通りである。固体ソース
は最終的には減耗する。ドーピングはウエハとソースの
間隔に影響される。それらは、格別クリーンではない。
ドープされるウエハごとに固体ソースが必要であり、こ
のためスループットが低下する。
【0011】T.W.Sigmonは、"Laser Processes for M
icroelectronics Applications" の記事"Laser Doping
of Semiconductors"(Electrochemical Society、Penni
ngton、NJ、1988)で、AsH3 ガスからヒ素を導入す
るためにレーザで表面のシリコンを溶解する方法につい
て述べている。導入されたヒ素のレベルと深さは、レー
ザ光学系とレーザ動作条件に関する様々なパラメータに
よって決まる。この方式は、ドーパントが導入される領
域でシリコンを選択的に溶解する必要があり、ビームが
ウエハ直径よりも非常に小さいのでウエハを段階的にス
キャンする必要がある。
icroelectronics Applications" の記事"Laser Doping
of Semiconductors"(Electrochemical Society、Penni
ngton、NJ、1988)で、AsH3 ガスからヒ素を導入す
るためにレーザで表面のシリコンを溶解する方法につい
て述べている。導入されたヒ素のレベルと深さは、レー
ザ光学系とレーザ動作条件に関する様々なパラメータに
よって決まる。この方式は、ドーパントが導入される領
域でシリコンを選択的に溶解する必要があり、ビームが
ウエハ直径よりも非常に小さいのでウエハを段階的にス
キャンする必要がある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、n型
ドーパントを約3×1019cm-3を超えるピーク濃度で
気体状態から半導体基板に拡散する方法を提供すること
である。
ドーパントを約3×1019cm-3を超えるピーク濃度で
気体状態から半導体基板に拡散する方法を提供すること
である。
【0013】本発明の目的は、異なるドーパント種を半
導体基板に同時に拡散させずに、特定のn型ドーパント
種を半導体基板に拡散する方法を提供することである。
導体基板に同時に拡散させずに、特定のn型ドーパント
種を半導体基板に拡散する方法を提供することである。
【0014】本発明の目的は、濃度約3×1019cm-3
を超えるドーパントで半導体基板のトレンチの側壁を拡
散ドープする方法を提供することである。
を超えるドーパントで半導体基板のトレンチの側壁を拡
散ドープする方法を提供することである。
【0015】本発明の目的は、半導体基板に対して非常
に近接して置かねばならない固体ソースを使用せずに、
半導体基板を拡散ドープする方法を提供することであ
る。
に近接して置かねばならない固体ソースを使用せずに、
半導体基板を拡散ドープする方法を提供することであ
る。
【0016】本発明の目的は、半導体基板表面の酸化処
理をせずに、半導体基板を拡散ドープする方法を提供す
ることである。
理をせずに、半導体基板を拡散ドープする方法を提供す
ることである。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の基本的な特徴
は、ドーパントのピーク濃度が3×1019原子/cm3
を越える領域を形成するために、半導体ウエハや半導体
チップなどの半導体加工品表面にドーパントを拡散する
方法である。半導体表面は、シリコン、半導体基盤内の
空隙の表面、真性ポリシリコン表面、ポリシリコン表
面、結晶質等である。
は、ドーパントのピーク濃度が3×1019原子/cm3
を越える領域を形成するために、半導体ウエハや半導体
チップなどの半導体加工品表面にドーパントを拡散する
方法である。半導体表面は、シリコン、半導体基盤内の
空隙の表面、真性ポリシリコン表面、ポリシリコン表
面、結晶質等である。
【0018】本発明の特徴は、実質上酸化剤のないキャ
リア・ガス中にドーパント含有成分を含むガスからドー
パントが拡散することである。ドーパントの深さは、約
2000 未満である。
リア・ガス中にドーパント含有成分を含むガスからドー
パントが拡散することである。ドーパントの深さは、約
2000 未満である。
【0019】本発明の特徴は、ガスが単一ドーピング種
を有することである。
を有することである。
【0020】本発明の特徴は、ガスが体積で約0.1%
を超えるドーパント含有成分を含むことである。
を超えるドーパント含有成分を含むことである。
【0021】本発明の特徴は、ガス圧が約0.1トルを
超えることである。
超えることである。
【0022】本発明の特徴は、例えば、水、酸素等の酸
化剤の濃度が約1ppmより低いことである。
化剤の濃度が約1ppmより低いことである。
【0023】
【実施例】図1は本発明の実施に有用なドーピング系の
図である。キャリア・ガスはヘリウム、アルゴン、窒
素、水素のタンクなどのリザーバ20によって供給され
る。ドーピング物質のソースはリザーバ22によって供
給される。リザーバ22はヒ素等のドーピング用であ
り、アルシン、第三ブチルアルシン、トリメチルアルシ
ン、トリエチルアルシン、ホスフィン、第三ブチルホス
フィン、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン
及びジボランなど、ドーパント含有物質のタンクであ
る。リザーバ20の出力24は、ガス・ライン26によ
ってガス清浄器28(米国コネチカット州ダンベリーの
Advanced TechnologyMaterials 社のリチウム・ベース
・ガス清浄器など)に送られる。ガス清浄器28の出力
30はガス・ライン32によってガス・フロー/パージ
制御システム36の入力34に送られる。リザーバ22
の出力38は、ガス・ライン40によってガス清浄器2
8と同じ種類の清浄器であるガス清浄器44の入力42
に送られる。ガス清浄器44の出力46は、ガス・ライ
ン48によってガス・フロー/パージ制御システム36
に送られる。ガス・フロー/パージ制御システム36は
入力34のキャリア・ガスと入力50のドーピング・ソ
ース・ガスとを混合する。ガス・フロー/パージ制御シ
ステム36の出力52からの出力ガスは、キャリア・ガ
スとドーピング・ガスとの組合わせである。ガス・フロ
ー/パージ制御システム36の出力52は、ガス・ライ
ン54によって炉57の入力56に接続される。加熱素
子60は炉管58の中央領域を囲む。炉管58の内部に
は黒鉛で形成できる加工品ホルダ62がある。加工品ホ
ルダ62は、例えば加工品の温度を上げるために加熱さ
れる。加工品ホルダ62の両側には対流止め64と66
がある。これらの対流止めは石英板から作られ、複数の
孔がある。対流止め66の右側にはトラップ68があ
る。トラップ68は石英ウールなどである。トラップ6
8はガス流の活性ドーパント種を捉える。炉58の端部
70には加工品ホルダの温度をモニタするための高温計
72がある。炉管58の端部73には、炉管58の端部
73の出力78につながるガス管76によって炉管58
に接続された乾湿球湿度計74がある。乾湿球湿度計
は、炉管58の内部の湿度をモニタする。炉管58の端
部73には、炉管88から成る熱分解炉86の入力84
にガス管82によって接続された排出口80がある。少
くとも炉管88の一部は加熱素子90によって囲まれ
る。熱分解炉の内部には、石英ウールなどの活性種トラ
ップ92がある。熱分解炉86は、活性種が大気中に放
出されないように、炉57からの出力ガスに残留する活
性種を捉える。熱分解炉86の端部94には、ガス管9
8によってフィルタ100に接続された出力96があ
る。フィルタ100にはフィルタ100からガス管10
4を通して残留ガスが大気中に放出される出口ポート1
02がある。
図である。キャリア・ガスはヘリウム、アルゴン、窒
素、水素のタンクなどのリザーバ20によって供給され
る。ドーピング物質のソースはリザーバ22によって供
給される。リザーバ22はヒ素等のドーピング用であ
り、アルシン、第三ブチルアルシン、トリメチルアルシ
ン、トリエチルアルシン、ホスフィン、第三ブチルホス
フィン、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン
及びジボランなど、ドーパント含有物質のタンクであ
る。リザーバ20の出力24は、ガス・ライン26によ
ってガス清浄器28(米国コネチカット州ダンベリーの
Advanced TechnologyMaterials 社のリチウム・ベース
・ガス清浄器など)に送られる。ガス清浄器28の出力
30はガス・ライン32によってガス・フロー/パージ
制御システム36の入力34に送られる。リザーバ22
の出力38は、ガス・ライン40によってガス清浄器2
8と同じ種類の清浄器であるガス清浄器44の入力42
に送られる。ガス清浄器44の出力46は、ガス・ライ
ン48によってガス・フロー/パージ制御システム36
に送られる。ガス・フロー/パージ制御システム36は
入力34のキャリア・ガスと入力50のドーピング・ソ
ース・ガスとを混合する。ガス・フロー/パージ制御シ
ステム36の出力52からの出力ガスは、キャリア・ガ
スとドーピング・ガスとの組合わせである。ガス・フロ
ー/パージ制御システム36の出力52は、ガス・ライ
ン54によって炉57の入力56に接続される。加熱素
子60は炉管58の中央領域を囲む。炉管58の内部に
は黒鉛で形成できる加工品ホルダ62がある。加工品ホ
ルダ62は、例えば加工品の温度を上げるために加熱さ
れる。加工品ホルダ62の両側には対流止め64と66
がある。これらの対流止めは石英板から作られ、複数の
孔がある。対流止め66の右側にはトラップ68があ
る。トラップ68は石英ウールなどである。トラップ6
8はガス流の活性ドーパント種を捉える。炉58の端部
70には加工品ホルダの温度をモニタするための高温計
72がある。炉管58の端部73には、炉管58の端部
73の出力78につながるガス管76によって炉管58
に接続された乾湿球湿度計74がある。乾湿球湿度計
は、炉管58の内部の湿度をモニタする。炉管58の端
部73には、炉管88から成る熱分解炉86の入力84
にガス管82によって接続された排出口80がある。少
くとも炉管88の一部は加熱素子90によって囲まれ
る。熱分解炉の内部には、石英ウールなどの活性種トラ
ップ92がある。熱分解炉86は、活性種が大気中に放
出されないように、炉57からの出力ガスに残留する活
性種を捉える。熱分解炉86の端部94には、ガス管9
8によってフィルタ100に接続された出力96があ
る。フィルタ100にはフィルタ100からガス管10
4を通して残留ガスが大気中に放出される出口ポート1
02がある。
【0024】本発明の方法は実施例において、ドーパン
ト種がヒ素やリン等であるn型ドーピングに関して述べ
る。当業者は、ドーパント種がホウ素等のp型ドーパン
トの気体ソースとして、例えばジボランなどのp型ドー
パントを含む物質を使用してp型ドーパントに適用でき
ることを理解できよう。上記問題を解決するために、高
ドーピング・レベルを得るための他の方法に関して、ガ
ス中で、例えばヒ素などのドーパントの濃度が十分に高
く、且つ酸化剤の濃度が十分に低い場合、ここで、シリ
コンなどの半導体のn型ドーピングが気相ドーピングで
可能なことを示す。この方法は、例えば図1の炉57な
どの炉のウエハを加熱し、キャリア・ガスを含むガス及
びドーパントを含む成分のガスを導入する。ドーパント
含有成分のガスは、高分圧状態でヘリウムなどの適切な
キャリア・ガスで希釈される。実験では、一般にシリコ
ン集積回路産業で用いられるよりも高濃度のヒ素のソー
スとしてアルシン(AsH3 )ガスを使用し、良好な結
果を得た。第三ブチルアルシン、トリメチルアルシン、
トリエチルアルシンなどのヒ素含有ガスも使用できる。
さらに、少量の酸素をキャリア・ガス及びドーパント・
ソース・ガスに添加すると、シリコン表面などの半導体
表面にヒ素を豊富に含むガラスが形成され、内拡散メカ
ニズムが変化し得る。
ト種がヒ素やリン等であるn型ドーピングに関して述べ
る。当業者は、ドーパント種がホウ素等のp型ドーパン
トの気体ソースとして、例えばジボランなどのp型ドー
パントを含む物質を使用してp型ドーパントに適用でき
ることを理解できよう。上記問題を解決するために、高
ドーピング・レベルを得るための他の方法に関して、ガ
ス中で、例えばヒ素などのドーパントの濃度が十分に高
く、且つ酸化剤の濃度が十分に低い場合、ここで、シリ
コンなどの半導体のn型ドーピングが気相ドーピングで
可能なことを示す。この方法は、例えば図1の炉57な
どの炉のウエハを加熱し、キャリア・ガスを含むガス及
びドーパントを含む成分のガスを導入する。ドーパント
含有成分のガスは、高分圧状態でヘリウムなどの適切な
キャリア・ガスで希釈される。実験では、一般にシリコ
ン集積回路産業で用いられるよりも高濃度のヒ素のソー
スとしてアルシン(AsH3 )ガスを使用し、良好な結
果を得た。第三ブチルアルシン、トリメチルアルシン、
トリエチルアルシンなどのヒ素含有ガスも使用できる。
さらに、少量の酸素をキャリア・ガス及びドーパント・
ソース・ガスに添加すると、シリコン表面などの半導体
表面にヒ素を豊富に含むガラスが形成され、内拡散メカ
ニズムが変化し得る。
【0025】図2は1100℃における、0秒、10
秒、30秒、60秒及び120秒のシリコンのヒ素ドー
ピング・プロファイルを示す。温度1100℃は図1の
高温計72で測定された温度であり、時間はシリコン・
ウエハが図1の炉57内にある時間である。このデータ
から本発明の方法が理想的な拡散ソースとして機能する
ことは明白である。シリコン・ウエハの表面におけるヒ
素の表面濃度は拡散温度におけるヒ素の溶解度によって
決まり、浸透深さは拡散温度におけるシリコン内のヒ素
の平衡拡散率によって決まる。本発明の方法は前述の全
ての問題を解決する。(1)シリコンへのヒ素拡散量の
制御は、最も制御しやすいプロセス・パラメータである
温度と時間によってのみ行なわれる、(2)シリコンに
損傷が生じない、(3)ガスの清浄度が高いのでプロセ
ス清浄度も高い、(4)ヒ素含有ガスに晒されるどの表
面にもドーパントを拡散できるので、このプロセスを平
坦でない表面に簡単に応用できる。
秒、30秒、60秒及び120秒のシリコンのヒ素ドー
ピング・プロファイルを示す。温度1100℃は図1の
高温計72で測定された温度であり、時間はシリコン・
ウエハが図1の炉57内にある時間である。このデータ
から本発明の方法が理想的な拡散ソースとして機能する
ことは明白である。シリコン・ウエハの表面におけるヒ
素の表面濃度は拡散温度におけるヒ素の溶解度によって
決まり、浸透深さは拡散温度におけるシリコン内のヒ素
の平衡拡散率によって決まる。本発明の方法は前述の全
ての問題を解決する。(1)シリコンへのヒ素拡散量の
制御は、最も制御しやすいプロセス・パラメータである
温度と時間によってのみ行なわれる、(2)シリコンに
損傷が生じない、(3)ガスの清浄度が高いのでプロセ
ス清浄度も高い、(4)ヒ素含有ガスに晒されるどの表
面にもドーパントを拡散できるので、このプロセスを平
坦でない表面に簡単に応用できる。
【0026】本発明によるドーパント方式は無指向性な
ので、シリコン・ウエハなどの半導体表面に形成される
トレンチの側壁へのドーピングに使用できる。トレンチ
に沿うドーピング層は、トレンチ・キャパシタを形成す
るのに使用できる。トレンチの側壁がドープされるトレ
ンチ・キャパシタは、イオン注入によって得ることは困
難である。図3は従来の手段によって形成されたトレン
チ122を有するシリコン・ウエハ120を走査電子顕
微鏡で見た図である。本発明のプロセスを使用すること
により、トレンチ122の周辺に1100℃、120秒
でドープされた、約0.16ミクロンの厚さの高ドープ
領域126が形成されている(図3参照)。
ので、シリコン・ウエハなどの半導体表面に形成される
トレンチの側壁へのドーピングに使用できる。トレンチ
に沿うドーピング層は、トレンチ・キャパシタを形成す
るのに使用できる。トレンチの側壁がドープされるトレ
ンチ・キャパシタは、イオン注入によって得ることは困
難である。図3は従来の手段によって形成されたトレン
チ122を有するシリコン・ウエハ120を走査電子顕
微鏡で見た図である。本発明のプロセスを使用すること
により、トレンチ122の周辺に1100℃、120秒
でドープされた、約0.16ミクロンの厚さの高ドープ
領域126が形成されている(図3参照)。
【0027】ドーピング領域は化学的エッチングによっ
て強調されている。トレンチ・キャパシタはDRAMセ
ルの用途で有用である。トレンチ122の側壁をドーピ
ング後、適切な誘電体(図3に図示なし)、例えば、シ
リコン窒化物や二酸化けい素を被着して側壁をコーティ
ングすることができる。次にトレンチ122をポリシリ
コンで充填でき、ポリシリコンは本発明の方法によって
後にドープすることができる。ポリシリコンはトレンチ
・キャパシタとのコンタクトの1つになる。
て強調されている。トレンチ・キャパシタはDRAMセ
ルの用途で有用である。トレンチ122の側壁をドーピ
ング後、適切な誘電体(図3に図示なし)、例えば、シ
リコン窒化物や二酸化けい素を被着して側壁をコーティ
ングすることができる。次にトレンチ122をポリシリ
コンで充填でき、ポリシリコンは本発明の方法によって
後にドープすることができる。ポリシリコンはトレンチ
・キャパシタとのコンタクトの1つになる。
【0028】ドープされていないシリコンを被着して後
にドープすることには利点がある。被着時のドーピング
は膜の順応整合性を低下させるが、ドープされていない
シリコン膜の順応整合性は高い。この方法を適用するに
は、ドープされていないポリシリコンでトレンチを部分
的に充填し、アルシン・ガスに晒し、第2のポリシリコ
ンを被着させて充填を完了する。
にドープすることには利点がある。被着時のドーピング
は膜の順応整合性を低下させるが、ドープされていない
シリコン膜の順応整合性は高い。この方法を適用するに
は、ドープされていないポリシリコンでトレンチを部分
的に充填し、アルシン・ガスに晒し、第2のポリシリコ
ンを被着させて充填を完了する。
【0029】非常に浅い接合部を形成する能力(50n
mの接合部はAsH3 を900℃程度の温度でアニール
処理することで容易に形成される)の他に、注入損傷を
なくすことが、本発明のドーピング方式の重要な特徴で
ある。バイポーラ及びMOSベースの技術では、応力の
局所化した領域(一般にトレンチ及び分離領域の近辺)
により、他の良性の注入損傷が生じて大きなすべり転位
となり、デバイス機能を破壊したり著しく劣化させたり
することが知られている。
mの接合部はAsH3 を900℃程度の温度でアニール
処理することで容易に形成される)の他に、注入損傷を
なくすことが、本発明のドーピング方式の重要な特徴で
ある。バイポーラ及びMOSベースの技術では、応力の
局所化した領域(一般にトレンチ及び分離領域の近辺)
により、他の良性の注入損傷が生じて大きなすべり転位
となり、デバイス機能を破壊したり著しく劣化させたり
することが知られている。
【0030】図4はシリコン基板144に形成されたソ
ース140及びドレイン142を有する自己整合型FE
Tトランジスタを示す。誘電層146はシリコン基板1
44の表面148に被着される。誘電層146には、ソ
ース領域140上に配置された空隙150と、ドレイン
領域142上に配置された空隙152が形成される。空
隙150と空隙152と間の領域154はFETトラン
ジスタのゲートを形成する。ある変更例では、空隙領域
がアルシン・ドープされてシリコンNMOSのn+ ドレ
イン領域が形成される。別の変更例では、空隙150、
152がそれぞれポリシリコン168、170で充填さ
れる。次に本発明の方法に従ってポリシリコンがドープ
される。ヒ素はポリシリコン内に容易に拡散し、次にポ
リシリコン領域168、170のそれぞれの下のシリコ
ン領域174、172がドープされ、ソース領域140
及びドレイン領域142が形成される。ポリシリコンへ
のドーピングは速く、ポリシリコンの下の単結晶シリコ
ンのヒ素プロファイルと、上部にポリシリコンがない場
合の単結晶シリコンのヒ素プロファイルとに差がないほ
どである。従って、ソース領域140及びドレイン領域
142のプロファイルはほぼ図2に示す通りである。本
発明に従った方法は、通常の高濃度注入ソース/ドレイ
ンに伴う注入損傷を避けることができる。さらに、ここ
で述べるドーピング方式では、他のドープされたポリシ
リコン膜と比較して、抵抗率が低いポリシリコンが得ら
れることが分かった。これにより、空隙150、152
を充填するようなポリシリコン・プラグは、プラグ抵抗
が問題になる前により高いレベルにスケーリングされる
電位になる。
ース140及びドレイン142を有する自己整合型FE
Tトランジスタを示す。誘電層146はシリコン基板1
44の表面148に被着される。誘電層146には、ソ
ース領域140上に配置された空隙150と、ドレイン
領域142上に配置された空隙152が形成される。空
隙150と空隙152と間の領域154はFETトラン
ジスタのゲートを形成する。ある変更例では、空隙領域
がアルシン・ドープされてシリコンNMOSのn+ ドレ
イン領域が形成される。別の変更例では、空隙150、
152がそれぞれポリシリコン168、170で充填さ
れる。次に本発明の方法に従ってポリシリコンがドープ
される。ヒ素はポリシリコン内に容易に拡散し、次にポ
リシリコン領域168、170のそれぞれの下のシリコ
ン領域174、172がドープされ、ソース領域140
及びドレイン領域142が形成される。ポリシリコンへ
のドーピングは速く、ポリシリコンの下の単結晶シリコ
ンのヒ素プロファイルと、上部にポリシリコンがない場
合の単結晶シリコンのヒ素プロファイルとに差がないほ
どである。従って、ソース領域140及びドレイン領域
142のプロファイルはほぼ図2に示す通りである。本
発明に従った方法は、通常の高濃度注入ソース/ドレイ
ンに伴う注入損傷を避けることができる。さらに、ここ
で述べるドーピング方式では、他のドープされたポリシ
リコン膜と比較して、抵抗率が低いポリシリコンが得ら
れることが分かった。これにより、空隙150、152
を充填するようなポリシリコン・プラグは、プラグ抵抗
が問題になる前により高いレベルにスケーリングされる
電位になる。
【0031】ここで述べるドーピング方式は、浅い自己
整合接合部を形成する、DRAMチップの製造や他のM
OSベースのデバイスの製造に有用である。
整合接合部を形成する、DRAMチップの製造や他のM
OSベースのデバイスの製造に有用である。
【0032】さらに、ここで述べる方式はバイポーラ・
デバイスのエミッタ及び埋め込み型サブコレクタの形成
に応用できる。(本発明に従って製作されるバイポーラ
・デバイスについては1991年8月30日出願の米国
特許出願第753278号を参照されたい。)現在、コ
レクタによっては、高濃度ヒ素注入及びその後のエピタ
キシャル成長によって形成されるが、注入による損傷は
エピタキシャル層が成長する前に完全に除去しなければ
ならない。現在、高温での長い酸化処理ステップは、損
傷領域以外のシリコンも減耗させるために行われる。こ
のステップは、シリコン表面に損傷を生じさせない本発
明の方法を使用すれば完全に回避できる。また、ここで
述べる方法では、所望の濃度レベルと空間があるエミッ
タとサブコレクタを形成する方法の制御性を高めること
ができる。
デバイスのエミッタ及び埋め込み型サブコレクタの形成
に応用できる。(本発明に従って製作されるバイポーラ
・デバイスについては1991年8月30日出願の米国
特許出願第753278号を参照されたい。)現在、コ
レクタによっては、高濃度ヒ素注入及びその後のエピタ
キシャル成長によって形成されるが、注入による損傷は
エピタキシャル層が成長する前に完全に除去しなければ
ならない。現在、高温での長い酸化処理ステップは、損
傷領域以外のシリコンも減耗させるために行われる。こ
のステップは、シリコン表面に損傷を生じさせない本発
明の方法を使用すれば完全に回避できる。また、ここで
述べる方法では、所望の濃度レベルと空間があるエミッ
タとサブコレクタを形成する方法の制御性を高めること
ができる。
【0033】単結晶シリコン及び真性ポリシリコン層
は、急速加熱LPCVD(低圧化学気相成長)システム
で第三ブチルアルシン(TBA)を使用してドープされ
た。TBAは、急性毒性が低いという、アルシン・ガス
にない利点をもつ。ドーピング実験は100%TBAで
行われ、また、10%と低いTBAでAr又はH2 との
混合物でも行われた。ヒ素と単結晶シリコンのSIMS
ドーパント・プロファイルのサンプルは、2×1020A
s/cm3 を超える濃度を示した。シート抵抗測定値は
25Ω/□と低い値を示している。
は、急速加熱LPCVD(低圧化学気相成長)システム
で第三ブチルアルシン(TBA)を使用してドープされ
た。TBAは、急性毒性が低いという、アルシン・ガス
にない利点をもつ。ドーピング実験は100%TBAで
行われ、また、10%と低いTBAでAr又はH2 との
混合物でも行われた。ヒ素と単結晶シリコンのSIMS
ドーパント・プロファイルのサンプルは、2×1020A
s/cm3 を超える濃度を示した。シート抵抗測定値は
25Ω/□と低い値を示している。
【0034】厚い誘電層上のポリシリコン層もTBAを
使用してドープされた。1×1020As/cm3 を超え
る濃度で一様なヒ素濃度を示したSIMSドーパント・
プロファイルは、1000℃、60秒間の拡散によっ
て、900nmの厚いポリシリコン層について実現可能
である。ポリシリコン層のシート抵抗測定値は、150
nmの層で25Ω/□と低い。また、DRAMの深いト
レンチは、ドープされていないポリシリコンでトレンチ
を部分的に充填し、TBAに晒し、第2ポリシリコンで
被着して充填を完了することによってドープされ、良好
な結果が得られた。垂直のSIMSプロファイルは、深
いが6ミクロンを超えるトレンチで約1×1020As/
cm3 の一様なドーピングを示す。
使用してドープされた。1×1020As/cm3 を超え
る濃度で一様なヒ素濃度を示したSIMSドーパント・
プロファイルは、1000℃、60秒間の拡散によっ
て、900nmの厚いポリシリコン層について実現可能
である。ポリシリコン層のシート抵抗測定値は、150
nmの層で25Ω/□と低い。また、DRAMの深いト
レンチは、ドープされていないポリシリコンでトレンチ
を部分的に充填し、TBAに晒し、第2ポリシリコンで
被着して充填を完了することによってドープされ、良好
な結果が得られた。垂直のSIMSプロファイルは、深
いが6ミクロンを超えるトレンチで約1×1020As/
cm3 の一様なドーピングを示す。
【0035】要約すると、本発明の拡散方法に使われる
ドーピング・ガスは、従来技術と比較すれば、ドーパン
トヒ素のソースの濃度が比較的高い。ヒ素含有ガスの濃
度は、容積%でキャリア・ガスとヒ素含有ガスの合計の
約0.1%を超える。一方、従来技術ではヒ素含有ガス
の容積濃度はキャリア・ガスとヒ素含有ガスの合計の約
0.01%である。さらに本発明に従った方法では、キ
ャリア・ガスとヒ素含有ガスの混合物の圧力は約0.1
トルを超え、従来技術では、約10-3トルと非常に低
い。さらに、キャリア・ガスとヒ素含有ガスの組合わせ
は水蒸気又は酸素分子などの酸化剤の量が非常に少な
く、約1ppm未満である。
ドーピング・ガスは、従来技術と比較すれば、ドーパン
トヒ素のソースの濃度が比較的高い。ヒ素含有ガスの濃
度は、容積%でキャリア・ガスとヒ素含有ガスの合計の
約0.1%を超える。一方、従来技術ではヒ素含有ガス
の容積濃度はキャリア・ガスとヒ素含有ガスの合計の約
0.01%である。さらに本発明に従った方法では、キ
ャリア・ガスとヒ素含有ガスの混合物の圧力は約0.1
トルを超え、従来技術では、約10-3トルと非常に低
い。さらに、キャリア・ガスとヒ素含有ガスの組合わせ
は水蒸気又は酸素分子などの酸化剤の量が非常に少な
く、約1ppm未満である。
【0036】
【発明の効果】本発明の方法により、シリコン表面を直
接ドープし、拡散プロセスによってピーク濃度が高い、
浅いn型ドーピング領域を形成できるので、高ドーピン
グ濃度を得るための一般のイオン注入によるシリコン表
面の損傷を無くすことができる。この方法は無指向性で
あるのでトレンチ側壁を高濃度でドープできる。
接ドープし、拡散プロセスによってピーク濃度が高い、
浅いn型ドーピング領域を形成できるので、高ドーピン
グ濃度を得るための一般のイオン注入によるシリコン表
面の損傷を無くすことができる。この方法は無指向性で
あるのでトレンチ側壁を高濃度でドープできる。
【図1】本発明に従った高レベルのドーピングを得るた
めの典型的な拡散ドーピング装置の図である。
めの典型的な拡散ドーピング装置の図である。
【図2】温度1100℃、時間0、10、30、60、
120秒で拡散したヒ素のドーピング・プロファイルを
示す図である。
120秒で拡散したヒ素のドーピング・プロファイルを
示す図である。
【図3】本発明の方法によって、トレンチの側壁に、高
濃度にドープされた薄い領域が形成されたシリコン・ウ
エハのトレンチの走査電子顕微鏡で見た断面図である。
高濃度にドープされた領域は化学的エッチングによって
強調されている。
濃度にドープされた薄い領域が形成されたシリコン・ウ
エハのトレンチの走査電子顕微鏡で見た断面図である。
高濃度にドープされた領域は化学的エッチングによって
強調されている。
【図4】本発明に従い、ヒ素を高濃度で拡散させること
によってソースとドレインの領域が形成されたFETデ
バイスの断面図である。
によってソースとドレインの領域が形成されたFETデ
バイスの断面図である。
20、22 リザーバ 28、44 ガス清浄器 36 ガス・フロー/パージ制御システム 57 炉 60、90 加熱素子 72 高温計 74 乾湿球湿度計 86 熱分解炉 100 フィルタ 122 トレンチ 140 ソース領域 142 ドレイン領域 144 シリコン基板 146 誘電層 154 ゲート 168、170 ポリシリコン領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/784 (72)発明者 ポール・マーティン・ファーヘイ アメリカ合衆国10570、ニューヨーク州プ レザントビル、フォックスウッド・ドライ ブ 5−7 (72)発明者 トーマス・ネルソン・ジャクソン アメリカ合衆国10566、ニューヨーク州ピ ークスキル、コートランド・アベニュー 80 (72)発明者 クレイグ・ミッチェル・ランソム アメリカ合衆国12533、ニューヨーク州ホ ープウェル・ジャンクション、リージェン ト・ドライブ 8 (72)発明者 ディベンドラ・クーマー・サダナ アメリカ合衆国10570、ニューヨーク州プ レザントビル、スカイ・トップ・ドライブ 90
Claims (6)
- 【請求項1】不活性キャリア・ガスとドーパント含有ガ
スとを含むガスを供給するステップと、 半導体表面を上記ガスに晒すステップとを含む、 ドーパント種で半導体表面をドープする方法であって、 上記ドーパント含有ガスが上記ガスの約0.1容積%を
超え、 上記ガスの圧力が約0.1トルを超え、 上記ガスが約1ppm未満の濃度の酸化剤を有すること
を特徴とする方法。 - 【請求項2】上記ドーパントのピーク濃度が約3×10
19原子/cm3 を超える、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】上記方法がバイポーラ・トランジスタのエ
ミッタ又はサブコレクタを形成する、請求項1記載の方
法。 - 【請求項4】上記方法がFETトランジスタのソース又
はドレインを形成する、請求項1記載の方法。 - 【請求項5】上記ドーパント種がn型ドーパント又はp
型ドーパントである、請求項1記載の方法。 - 【請求項6】不活性キャリア・ガスとヒ素含有ガスとを
含むガスを供給するステップと、 シリコン表面を上記ガスに晒すステップとを含む、 半導体表面を約3×1019原子/cm3 を超えるピーク
濃度のヒ素ドーパントでドープする方法であって、 上記ヒ素含有ガスが上記ガスの約0.1容積%を超え、 上記ガスの圧力が約0.1トルを超え、 上記ガスが約1ppm未満の濃度の酸化剤を有すること
を特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US913560 | 1992-07-14 | ||
US07/913,560 US5242859A (en) | 1992-07-14 | 1992-07-14 | Highly doped semiconductor material and method of fabrication thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0684819A true JPH0684819A (ja) | 1994-03-25 |
JP2599556B2 JP2599556B2 (ja) | 1997-04-09 |
Family
ID=25433386
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5165051A Expired - Lifetime JP2599556B2 (ja) | 1992-07-14 | 1993-06-11 | 高濃度ドープ領域を有する半導体装置の製造方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5242859A (ja) |
EP (1) | EP0578996A1 (ja) |
JP (1) | JP2599556B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8449675B2 (en) | 2004-12-16 | 2013-05-28 | Siltronic Ag | Semiconductor wafer with an epitaxially deposited layer, and process for producing the semiconductor wafer |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2920546B2 (ja) * | 1989-12-06 | 1999-07-19 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 同極ゲートmisトランジスタの製造方法 |
US5471330A (en) * | 1993-07-29 | 1995-11-28 | Honeywell Inc. | Polysilicon pixel electrode |
US5599735A (en) * | 1994-08-01 | 1997-02-04 | Texas Instruments Incorporated | Method for doped shallow junction formation using direct gas-phase doping |
US5489550A (en) * | 1994-08-09 | 1996-02-06 | Texas Instruments Incorporated | Gas-phase doping method using germanium-containing additive |
US5641707A (en) * | 1994-10-31 | 1997-06-24 | Texas Instruments Incorporated | Direct gas-phase doping of semiconductor wafers using an organic dopant source of phosphorus |
US6057216A (en) * | 1997-12-09 | 2000-05-02 | International Business Machines Corporation | Low temperature diffusion process for dopant concentration enhancement |
US6171969B1 (en) * | 1998-03-13 | 2001-01-09 | Texas Instruments Incorporated | Uniform dopant distribution for mesas of semiconductors |
US20070190751A1 (en) * | 1999-03-29 | 2007-08-16 | Marr Kenneth W | Semiconductor fuses and methods for fabricating and programming the same |
US6413844B1 (en) * | 2001-01-10 | 2002-07-02 | Asm International N.V. | Safe arsenic gas phase doping |
DE10121778B4 (de) | 2001-05-04 | 2005-12-01 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zur Erzeugung eines Dotierprofils bei einer Gasphasendotierung |
US6555451B1 (en) * | 2001-09-28 | 2003-04-29 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method for making shallow diffusion junctions in semiconductors using elemental doping |
US20040038458A1 (en) * | 2002-08-23 | 2004-02-26 | Marr Kenneth W. | Semiconductor fuses, semiconductor devices containing the same, and methods of making and using the same |
CN101593697B (zh) * | 2008-05-30 | 2012-01-18 | 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 | 掺杂区、阱区形成方法和基底图形化方法 |
CN105870002A (zh) * | 2016-05-13 | 2016-08-17 | 江苏佑风微电子有限公司 | 制造半导体晶片用硅片的杂质源扩散方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5478658A (en) * | 1977-12-05 | 1979-06-22 | Fujitsu Ltd | Impurity diffusion method |
JPH01106425A (ja) * | 1987-10-19 | 1989-04-24 | Matsushita Electron Corp | 半導体装置の製造方法 |
JPH03253026A (ja) * | 1990-03-02 | 1991-11-12 | Nec Corp | 半導体装置 |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2930950A (en) * | 1956-12-10 | 1960-03-29 | Teszner Stanislas | High power field-effect transistor |
US3442725A (en) * | 1966-05-05 | 1969-05-06 | Motorola Inc | Phosphorus diffusion system |
US3812519A (en) * | 1970-02-07 | 1974-05-21 | Tokyo Shibaura Electric Co | Silicon double doped with p and as or b and as |
US3949119A (en) * | 1972-05-04 | 1976-04-06 | Atomic Energy Of Canada Limited | Method of gas doping of vacuum evaporated epitaxial silicon films |
US4178224A (en) * | 1978-01-19 | 1979-12-11 | Texas Instruments Incorporated | Apparatus for generation and control of dopant and reactive gases |
US4157269A (en) * | 1978-06-06 | 1979-06-05 | International Business Machines Corporation | Utilizing polysilicon diffusion sources and special masking techniques |
US4348428A (en) * | 1980-12-15 | 1982-09-07 | Board Of Regents For Oklahoma Agriculture And Mechanical Colleges Acting For And On Behalf Of Oklahoma State University Of Agriculture And Applied Sciences | Method of depositing doped amorphous semiconductor on a substrate |
US4492008A (en) * | 1983-08-04 | 1985-01-08 | International Business Machines Corporation | Methods for making high performance lateral bipolar transistors |
CA1203921A (en) * | 1984-05-18 | 1986-04-29 | Laszlo Szolgyemy | Diffusion method to produce semiconductor devices |
US4792837A (en) * | 1986-02-26 | 1988-12-20 | Ge Solid State Patents, Inc. | Orthogonal bipolar transistor |
US4721683A (en) * | 1987-05-21 | 1988-01-26 | American Cyanamid Company | Use of alkylphosphines and alkylarsines in ion implantation |
US4861729A (en) * | 1987-08-24 | 1989-08-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of doping impurities into sidewall of trench by use of plasma source |
DE3812180A1 (de) * | 1988-04-13 | 1989-10-26 | Preussag Pure Metals Gmbh | Metallorganische verbindungen zur verwendung im elektronischen bereich |
US4988640A (en) * | 1988-07-25 | 1991-01-29 | Air Products And Chemicals, Inc. | Method of doping and implanting using arsine, antimony, and phosphine substitutes |
US4904616A (en) * | 1988-07-25 | 1990-02-27 | Air Products And Chemicals, Inc. | Method of depositing arsine, antimony and phosphine substitutes |
US4936877A (en) * | 1989-07-18 | 1990-06-26 | Advanced Technology Materials, Inc. | Dopant delivery system for semiconductor manufacture |
US5017990A (en) * | 1989-12-01 | 1991-05-21 | International Business Machines Corporation | Raised base bipolar transistor structure and its method of fabrication |
-
1992
- 1992-07-14 US US07/913,560 patent/US5242859A/en not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-06-11 JP JP5165051A patent/JP2599556B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1993-06-21 EP EP93109876A patent/EP0578996A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5478658A (en) * | 1977-12-05 | 1979-06-22 | Fujitsu Ltd | Impurity diffusion method |
JPH01106425A (ja) * | 1987-10-19 | 1989-04-24 | Matsushita Electron Corp | 半導体装置の製造方法 |
JPH03253026A (ja) * | 1990-03-02 | 1991-11-12 | Nec Corp | 半導体装置 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8449675B2 (en) | 2004-12-16 | 2013-05-28 | Siltronic Ag | Semiconductor wafer with an epitaxially deposited layer, and process for producing the semiconductor wafer |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5242859A (en) | 1993-09-07 |
JP2599556B2 (ja) | 1997-04-09 |
EP0578996A1 (en) | 1994-01-19 |
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