JPH07111329A - シリコンスライス内に白金イオンを導入および拡散する方法 - Google Patents

シリコンスライス内に白金イオンを導入および拡散する方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体材料のスライス内に、背面またはマス
キングにより極限られた前面から、固溶度より少量の所
定量の白金イオンを導入し、白金イオンを半導体スライ
ス内にスライス全体にわたって均一に分布させ、半導体
材料スライスの全体の厚み方向および表面に沿い一定な
固有抵抗分布が得られるようにする方法を提供する。 【構成】 本発明は、一連の高温の熱工程に付し少なく
とも1個の半導体装置を形成し、続いて、接点の開口工
程および表面金属化工程に付しシリコン内に白金イオン
を導入および拡散する方法に関するものである。白金イ
オンの導入および拡散は、金属化工程に先立ち、イオン
移植により行うことを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体を構成するシリ
コンスライス内に白金イオンを導入および拡散する方法
に関するものである。
【0002】
【従来技術】半導体装置における少数担体の寿命を短命
にしたいという要求は、種々の用途、例えば、パワーM
OSFET、堅牢なダイオード、IGBT(Isorated G
ateBipolar Transistor) 、2極式のパワートランジス
タ、サイリスタ等の各タイプの装置における要求に基づ
くものである。
【0003】これらのいずれの場合においても、その目
的とするところは、装置の静電特性を損なうことなく、
装置のケンチング時間(quenching time) を短くし、ス
イッチの開閉の間のエネルギー損失を低減するところに
ある。半導体装置において少数坦体の寿命を短命にする
ために現在最も一般的に使用されている方法は、金の蒸
着、白金の蒸着および電子放射(electron radiationで
ある。
【0004】金の蒸着は、しばしば使用されるものの、
望ましくない点が2点ある。即ち、金の蒸着では、漏れ
電流がかなり増大し、特に、温度の上昇とともに漏れ電
流が増大する。また、金の蒸着では、シリコンの固有抵
抗が実質的に増大する。電子放射は、漏れ電流を増大さ
せないものの、Si−SiO2界面にかなりの損傷を生じ、M
OS装置については、限界電圧の低下が顕著である。ま
た、低温即ち400〜500°Cにおける熱処理に対し
て弱く、例えば、その支持体に対してダイを付す、いわ
ゆるダイアタッチ(die attach) 処理に対して弱い。
【0005】白金の蒸着には、複数の利点がある。即
ち、白金の蒸着では、漏れ電流が小さく、低温(700
°C以下)での熱処理に対して安定で、かつ、金の蒸着
を使用する方法と比較した場合、シリコンの固有抵抗に
おける偏差が小さい。公知の技術にしたがい現在使用さ
れている方法は、シリコンスライスの背面への蒸着工程
でシリコンスライスに白金を導入し、続いて、約900
°Cの温度で拡散させる工程からなる。
【0006】この方法では、拡散中に、酸化ケイ素の薄
層が形成され、この薄層が白金のそれ以上の拡散を妨げ
る。酸化ケイ素の層を除去する第1の方法は、白金の拡
散を促進するために、白金の蒸着に先立ち、半導体の表
面にパラジウム層を蒸着させることである。第2の方法
は、白金のSi−Pt界面に、半導体内への白金の拡散
を促進するのに好適なシリシド(silicide)を形成するこ
とである。これら両方法とも米国特許No. 4,925,812 に
開示されている。
【0007】さらに複雑な処理を必要とする場合も含
め、いずれの場合においても、白金の蒸着方法には、実
質的な限度がある。第1に、シリコン内に拡散される白
金の量は、熱拡散法によって測定され、シリコン中の白
金の固溶度により測定される。第2に、白金の濃度は固
溶度に等しいので、表面は無限のソースとして挙動し、
スライスの長手方向に沿う白金の分布は極めて不均等で
ある。
【0008】さらに、白金の蒸着は半導体スライスの背
面でのみ行われ、マスキングされたシリコン領域内には
白金が導入されない。シリコンスライスの前面のごく限
られた領域内に白金を蒸着させることは従来公知の技術
では不可能である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、半導
体材料のスライス内に、背面またはマスキングによりご
く限られた前面から、固溶度より少量の制御された量の
白金イオンを導入し、白金イオンを半導体材料のスライ
ス内にスライス全体にわたって均一に分布させ、半導体
スライスの全体の厚み方向および表面に沿い一定な固有
抵抗分布が得られるようにする方法により、上記した欠
点を解消することである。本発明のもうひとつの課題
は、改良された特性および過程(dynamics) を有する半
導体装置を製造することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に従えば、上記課
題は、一連の高温の熱工程に付し少なくとも1個の半導
体装置を形成し、続いて、接点の開口工程および表面金
属化工程に付しシリコンスライス内に白金イオンを導入
および拡散する方法において、白金イオンの導入を金属
化工程に先立つイオン移植により行うことを特徴とする
方法によって達成される。
【0011】本発明の可能な一実施態様に従えば、本発
明の方法においては、白金イオンの移植が、シリコンス
ライスの背面で、接点の形成および金属化工程に先立っ
て行われる。本発明の別の実施態様に従えば、本発明の
方法においては、白金イオンの移植が、シリコンスライ
スの前面で、接点の形成後金属化工程に先立って行われ
る。
【0012】このようにして、完全に制御され、かつ限
られた量の白金がシリコン内に導入可能となり、シリコ
ンスライスの背面またはマスキングで完全に限定された
領域内で前面から行うことが可能である。イオンの移植
を背面から行う場合には、達成される白金の分布は、4
〜8インチの寸法を有するスライスの全表面にわたっ
て、不連続点がなく完全に均一になる。また、イオン移
植の場合、スライス内の全装置が等量の白金イオンを受
けいれることが実験的に判明した。
【0013】続いて、窒素雰囲気下、850〜1000
°Cの範囲の温度で拡散させ、白金の一部が表面から蒸
発する(evaporating) のを防ぐ。実際、シリコン内で白
金を凍結させる窒化(nitridization)が起こることが認
められた。上記拡散温度は、シリコン内に既に形成され
た接続を全く損なわないような温度であり、シリコンの
深度は全く変わることはない。
【0014】本発明の方法は、例えば、イタリア国特許
出願No.19134A/90(1990 年 1月23日出願) に開示された
装置を用いて行うことができる。本発明の方法の使用
は、特に、パワ−MOSおよびIGBT装置に対して特
に好適であるが、2極式の構造に対しても適用可能であ
り、一般に使用されている方法に比べ、下記のような複
数の利点を有する。即ち、 (a) 処理工程を実質的に簡略化する; (b) 固溶度より小さい完全に制御された量の白金イオン
をスライス上に極めて高均一に導入することを可能とす
る; このことは、表面上に白金イオンの有限のソ−スが
存在し、スライスの厚み方向に沿って完全に平坦な濃度
分布を達成することを可能とする唯一のものであること
を意味する;
【0015】(c) イオン移植が背面から行われる場合、
4〜8インチの寸法を有するスライスの全表面にわたっ
て白金の均一な分布が達成される;さらに、 (d) マスキングウインドーを通してスライスの前面から
も白金イオンを導入することができる:という利点を有
する。本発明のこうした特性は、実施例によりさらに明
らかとされるが、本発明はこの実施例に限定されるもの
ではない。
【0016】
【実施例】図1は、符号10で示されるパワーMOS型
の半導体装置を形成する全処理工程を要約して示すもの
である。処理工程は、特に、N+型の高ドーピングを有
するシリコン基板1上に20〜100 ohn cm の高固有
抵抗を有するN−型のエピタキシャル層2を形成するこ
とからなる。
【0017】エピタキシャル層2には、P+型の本体領
域3が、P+の各領域3内には、一対のN+型の領域4
および一対のP−型の溝領域13が形成される。エピタ
キシャル層2の上側には、各一対の本体領域3の間にゲ
−ト酸化物6を介在させて、ゲート電極を構成するポリ
シリコンの層5が積層されている。装置の全上方表面、
即ち前面には、パシベーション酸化物7が蒸着され、こ
の蒸着層7は、ゲート電極5がソース金属化(source m
etalization)を受けないようにする。
【0018】このようにして、高温での全熱処理工程が
行われた。図2に示すように、本発明の方法は、基板1
の下方表面即ち背面に必然的に生じた酸化物層20を除
去するために、化学エッチングを基板1の背面で行い、
続いて、40KeV のエネルギーで、かつ装置により、1
E12 atoms/cm2〜1E14 atoms/cm2の線量で白金イ
オン(Pt)の移植を行う。線量の選択は、少数担体の所望
寿命の値およびN−型のエピタキシャル層2の固有抵抗
に依存する。
【0019】事実、移植線量と寿命との間には完全な依
存関係が認められ、さらに、シリコン内に白金を導入す
ると、その固有抵抗が増大する。この増分は、固有抵抗
の初期値が大きいほど、また導入される白金の量が多い
ほど大きい。白金移植工程の後、窒素雰囲気下、850
°C〜1000°Cの温度範囲で1〜10時間拡散が行
われる。拡散の温度および時間は、既に形成された接点
の深度に変化を生じない程度である。
【0020】続いて、図3に示すように、ウインドー1
2を設定するためにパシベーション酸化物7をエッチン
グすることにより、接点の開口を下層のソース領域4ま
で到達させる。酸化物7は、ついで装置の全表面にわた
って蒸着したさらなるソース金属化層9からゲート電極
5完全に絶縁するだけ残す。しかる後、ドレイン金属化
のために、金属化層11を基板1の背面に蒸着させる。
【0021】本発明の別の実施態様に従えば、図1に示
した状態から出発し、パシベーション酸化物7は、領域
12をエッチングされ、ソース領域4に到達する。この
ようなエッチングにつづき、図4に図示したように、矢
印で示した方向に装置の前面で白金が移植され、しかる
後、装置内を拡散する。このような工程につづき、第1
の実施態様に従い図3に図示したのと全く同様にして、
金属被覆層9および11が蒸着される。
【0022】一般に、シリコン基板の背面および前面か
ら移植され、特別な拡散機構によりシリコン内に分配さ
れる白金イオンの大部分は、好ましくは、表面に分布す
る傾向がある。白金蒸着の場合のように白金ソースが無
限である場合、濃度分布は、完全に対称なU字型の分布
である。
【0023】平坦な濃度分布を達成するためには、極め
て長時間(10〜20時間)拡散を行う必要があり、濃
度は制御するとができず、濃度は拡散温度における固溶
度に依存する。本発明に従う白金の移植を使用する場合
には、濃度分布はU字型であるものの、移植される原子
の数を拡散温度における固溶度の値よりも小さくなるよ
うにするとができる。
【0024】実際、本発明は有限の白金ソースを達成
し、スライスの厚み方向に沿う分布は極めて短時間
(0.5〜2時間)でも一定となり、濃度は移植線量に
より測定される。シリコンの固有抵抗は、白金の濃度に
比例し白金濃度が大きくなると増大するので、固有抵抗
の分布も濃度分布に従い増大する。
【0025】
【発明の効果】かくして、本発明は、高固有抵抗(約2
0÷100 ohm cm)に対しても、シリコン内に高濃度の
白金(1015÷1017 Pt/cm3)を導入し、シリコンスラ
イスの厚み方向に沿い完全に平坦でかつ制御された固有
抵抗分布を達成することができる。
【0026】本発明は、出力抵抗およびスイッチの開閉
損失の点で装置の最良の性能を提供する。また、イオン
移植の場合には、スライス内の全装置が等量の白金イオ
ンを受けいれる。
【図面の簡単な説明】
【図 1】図1は本発明に従う一実施態様を示す説明図
である。
【図 2】図2は本発明の一実施態様のエッチングおよ
び白金イオン移植工程を示す説明図である。
【図 3】図3は本発明の一実施態様のエッチング工程
を示す説明図である。
【図 4】図4はエッチングおよび白金イオン移植の別
の実施態様を示す説明図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 エピタキシャル層 3 本体領域 4 N+型の領域 5 ゲート電極 6 ゲート酸化物 7 パシベーション酸化物 9 金属被覆層 11 金属被覆層 12 ウインドー 13 溝領域 20 酸化物層
フロントページの続き (72)発明者 ネラ タヴォーロ イタリア、95048 スコルディア(カター ニア)、ヴィア デューカ デグリ アブ ラッツィ、77 (72)発明者 マリオ ラスパリーシ イタリア、95037 サン ジォバンニ ラ プンタ(カターニア)、ヴィア カティ ーラ、9

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一連の高温の熱工程に付し少なくとも1
    個の半導体装置を形成し、続いて、接点の開口工程およ
    び表面金属化工程に付しシリコンスライス内に白金イオ
    ンを導入および拡散する方法において、 白金イオンの導入を金属化工程に先立つイオン移植によ
    り行うことを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 前記白金イオンの移植が、シリコンスラ
    イスの背面で、接点の形成および金属化工程に先立って
    行われることを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記白金イオンの移植が、シリコンスラ
    イスの前面で、接点の形成後金属化工程に先立って行わ
    れることを特徴とする請求項1記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記白金イオンの移植が、拡散温度にお
    ける半導体の固溶度より小さい線量で起こることを特徴
    とする請求項1記載の方法。
  5. 【請求項5】 前記線量が、1E12atoms/cm2 〜1E
    14atoms/cm2 の範囲であることを特徴とする請求項4
    記載の方法。
  6. 【請求項6】 シリコンスライス内における白金の前記
    拡散が、窒素雰囲気下で起こることを特徴とする請求項
    1記載の方法。
  7. 【請求項7】 前記拡散が起こった時、シリコンの前記
    スライスの厚み方向全体にわたって一定な固有抵抗分布
    が得られるように拡散時間を費やすことを特徴とする請
    求項1記載の方法。
  8. 【請求項8】 費やされる前記拡散時間が、1〜10時
    間の範囲であることを特徴とする請求項1記載の方法。
  9. 【請求項9】 前記半導体装置が、パワーMOS装置で
    あることを特徴とする請求項1記載の方法。
  10. 【請求項10】前記半導体装置が、孤立ゲート2極トラ
    ンジスタ装置であることを特徴とする請求項1記載の方
    法。
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