JPS58125823A - 半導体装置の製造方法 - 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】 不発明は、ンリコン基板内にカリウムを導入して、ｐ型
導電領域を形成することのできる、半導体装置の製造方
法に関するものである。

周知のように、シリコン基板にガリウムを導入してｐ型
導電領域を形成するためには、一般に熱拡散やイオン打
込与が行なわ扛ているが、下記のように多くの問題があ
る。

（１）　イオン打込みを行なうと、活性化さ扛る不純物
の打込み瞳に対する比率が１０％以下と極めて低い。

（２）　　基板結晶かイオン打込みによって著るしく歪
み、この歪みを除去するための了ニールを行なうと、打
込ま扛タガリウムが外部へ拡散してしまう、いわゆる外
向拡散によってシリコン基板中のカリウム濃度が著しく
低下する。

（３）蒸気圧が低いため、通常の熱拡散法では高濃度の
領域を形成することは困難である。

そのため、従来は、シリコン基板を石英製アンプル中に
入れて排気（はぼ１０−’トール）して封じた後、加熱
して拡散させるという方法が、一般に行なわｎている。

この方法は、特性の良好な拡散領域を形成することが可
能であるが、アンプル中の拡散後のトリイブ拡散で外向
拡散による表面附近のガリウム濃度が低下するので、こ
ｎを補なうためのホウ素の熱拡散がさらに必要となるた
めｐ型領域形成のプロセスが複雑になる。

また、この方法では、装置やプロセスが複雑で量産性が
低く、さらに優れた方法が望まれている。

本発明は、従来の半導体装置の製造方法の有する上記問
題を解決し、単結晶基板に欠陥や歪みを生ずることなし
に、蒸気圧の低いガリウムであっても、容易に高い濃度
で拡散させｐ型導電領域を形成させることのできる、半
導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を連成するため、本発明は、ガリウムの拡散係
数の大きな二酸化シリコン膜をシリコン基板上に形成し
、さらにガリウムの拡散係数の小さな窒化シリコン膜を
形成したのち、殆んどのガリウムが二酸化シリコン膜中
に打込まれるように窒化シリコン膜を通してガリウムイ
オンの打込みを行ない、次いで不活性雰囲気中で熱処理
を行ない、二酸化シリコン膜中のガリウムをシリコン基
板に拡散させてｐ型導電領域を形成させるものである。

実施例 以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明する。

まず、第１図に示すように、ｎ型シリコン基板ｌの茨面
上に、厚さ０．８μｍの二酸化シリコン膜（以下８ＩＯ
２膜とする）２を熱酸化法によって形成した。

次に、第２図に示すように、上記ｓＩｏ、膜２上に、通
常の気相化学反応法によって窒化シリコン膜（以Ｔ　Ｓ
　Ｉ　ｓ　Ｎ４　Ｊ［（！：　ｊ　ル）　３７に０．０
２　ｐ　ｍノＨさで全面に被着した後、通常のホトエツ
チングを用い、ガリウムの拡散を行なわない領域４上に
被着さｎてめる上記Ｓｉ、Ｎ、　　膜３を除去した。

第３図に示すように、上記基板全面に、ガリウムイオン
５を打込みエネルギー８ｏｋｅｖでｌ×１ＱＩＩＩ　イ
オン／ｃｍ”イオン打込みし、上記ｓｈｏ。

膜２の中にガリウムイオン打込み層６を形成した。

この時、ガリウムを拡散する領域７上のｓｉｏ。

膜２中には、上記８ｉ、Ｎ４　膜３を通してイオン打込
みされるので％Ｓｊ、Ｎ、ターゲットに対する５ｏｌｃ
ｅｖのガリウムイオンの射影飛程（０，０３１μｍ）お
よび簿準偏差（０，０１μｍ）であるから、０．０２μ
ｍの厚すノＳｉ、Ｎ４　　膜３中には約１，５Ｘ１０１
６　イオン／ｃｍ”　のガリウムが打込まれるので、約
８．５　Ｘ　１０”　イオ７／ｃｍ”だけガリウム濃度
１５がイオン打込みされている計算となる。

乾燥窒素雰囲気中において、１２５０ｔｌ”で２時間お
よび３０時間の熱処理を行なって、５ｌＩＮ４膜３が被
着されている８ｉ０！膜２内に打込まれ念ガリウムをシ
リコン基板１内に拡散させ、第４図に示したように、ガ
リウム拡散領域８１に形成した。

これによりｓｉｏ、膜内にガリウムは拡散し、等しい濃
度の膜９が同時に形成さｎる。

この際、ＳｉＯ２内におけるガリウムの拡散係数は、は
ぼ１．７　Ｘ　１０−・ｃｍ”７秒であって非常に大き
いので、厚さ０．８μｍ程度の５ｉｏｔｓは１秒以内で
通過して基板界面に運する。

ｓｈｏ、中のガリウムの拡散係数は、シリコン中のガリ
ウムの拡散係数（はぼＩ　Ｘ、　１０−”　ｃｍ”７秒
）よりはるかに大きい。従って、上記基板内へのガリウ
ムの拡散は、基板内の拡散係数律速となり、ｓｈｏ！内
におけるガリウムの拡散速度には影響されない。

ｓｈｏ、膜内のガリウムは、Ｓ　’　Ｓ　Ｎ４膜被着が
ある場合、下方の基板のみではなく、上方のＳＬ、Ｎ。

膜にも到達することはいうまでもない。

しかし％　　Ｓ”１Ｎ４　　内におけるガリウムの拡散
係数はほぼ７Ｘ　１０−”　ｃｍ”　７秒と非常に小さ
いので、ガリウムはＳＬ、Ｎ４膜内には殆んど入らず、
基板のみに入る。

すなわち、８４．Ｎ４　　膜は、外向拡散を防止するた
めのマスクとして有効に作用し、５１０１膜内に打込ま
れたガリウムは、外部へ失なわれることなしに、基板内
へ有効に拡散される。

−万、ｓ；、Ｎ、膜被着がない場合、ｓ　ｔ　０１膜の
ガリウムは、ｓｉｏ、膜の表面側に打込まれているため
、熱処理雰囲気中に大部分が外向拡散するために、ｓｉ
ｏ、膜中のガリウムの１１％１度は低下してしまう。ま
た、シリコン中よりもＳ１０．中の方がガリウムが動き
易い念め、基板側に到達したガリウムは熱処理が経過す
るに従い、またｓ　ｉｏｔ膜に拡散してしまい、結局、
完全に熱処理雰囲気中に外向拡散してしまうため、シリ
コン基板にはガリウムの拡散によるｐ型導電領域は形成
さｎない。

このように選択的に形成されたガリウム拡散領域８は、
拡散されたガリウムがｐ型キャリヤとなるため、ｐ型導
電領域となり、基板１との接合面でｐｎ接合が形成され
る。

上記工程によって形成さ扛たｐ型領域におけるキャリヤ
の深さ方向における分布を第５図に示す。

第５図において、曲線ｌＯは上記熱拡散を２時間行なっ
た場合のキャリヤ分布を示す。

この場合、シリコン基板表面におけるキャリヤ濃度は、
はぼＩ　Ｘ　１０”　（Ｍｌ−”であり、基板表面から
ｐｎ接合筐での深さは、はぼ１８．０４μｍでありた。

キャリヤの総数は４．８６　Ｘ　１０’　”　ｃｍ−”
であったが、この値はＳＩ、Ｎ４　膜およびｓｉｏ、膜
に打込まれたイオン打込み普（１ｘ１０＋＊イオｙ／ｌ
ｙｎ”　）のほぼ４８．６％が、またｓｈｏ、膜にのみ
打込ま１食イオン打込み量（大体８．５Ｘ１０”　イオ
ン／ｆｆｉ”　　）のほぼ５７％が、シリコン基板に移
ってｐ型キャリヤとなったことを意味し、ガリウム拡散
領域の層抵抗を測定すると１９Ω１０でめった。

また・第５図曲線１１は、上記熱拡散時間を３０時間に
したときのキャリヤの深さ方向分布を示す。

熱拡散時間を長くすると、基板表面′ｍ度は、はぼ４　
Ｘ　１０”　ｃｍ−”と２時間拡散に比べて低下してい
るがＪ拡散領域内のキャリヤの総数は５．２８　Ｘｌ　
０”　ｃｍ−”　　となり、全打込み菫のほぼ５２８％
、ｆｉ７ｔ８ｉ０．膜中に打込まγしたカリウムイオン
のほぼ６２％が基板に移ってキャリヤとなっていること
が認めらｎた。ｐｎ接合の深さも、はぼ１３．１μｍで
、上記の場合より深くなっており、熱拡散時間を延長す
ることは、キャリヤ総数の増加と接合深さを大きくする
上に、極めて有効である。

一方、基板に対して１接にイオン打込みを行なう従来の
方法の場合は、キャリヤに転化する活性化率は不発明よ
りはるかに低く、たとえば、イオン打込みを３００ｋｅ
ＶでＩ　Ｘ　１０”　　イオ７／ｃｍ”行なった後、上
記熱拡散を１０時間行なった場合の活性化率は１０％以
下にすぎなかった。

を九、従来のイオン打込み法では、格子欠陥がＢｉ基板
内で増大するため、打込みの大電流化は困難であるが、
本発明ではイオン打込みをＳｔＯ。

膜中に行なうのでシリコン基板に格子欠陥が形成される
恐ｎがないので、大電流化は容易である。

その他、外向拡散か生じない、深い拡散が可能でおる、
工程が極めて簡便である、選択拡散が可能でおるなど、
従来の方法に比べて多くの特長を有しており、イオン半
径が大きく、蒸気圧の低いガリウムの拡散によるｐ型導
電領域形成に極めて有効である。

不発明において、熱拡散時の温Ｉｆは、はぼ１１００Ｃ
〜１２５０７１’程度とすることか好ましい。はぼ１０
０ＯＩＺ’以下の場合は、基板への拡散速度が非常に小
さくなり、はぼ１３００ｔ：’以上になると、他の部分
への好ましくない影響を与える恐れが生ずる。

ｓｔｏｗ膜は、イオンの拡散係数が大きいため、広い膜
厚範囲から選択することが可能であって、たとえば０．
１〜２μ−の膜を使用できる。

また、Ｓｌ、Ｎ、膜の膜厚は外向拡散を防止できるもの
であることが必要でちり、またイオン打込み時にできる
だけ多くのガリウムをＳ　Ｉ　Ｏｔ膜中に打込むために
、はぼ０．０１〜０．０２μｍが適当である。

イオン打込みエネルギーは、打込まｎｆｔガリウムが充
−０８ｉＯｔ膜中に打込まれるように選は扛、はぼ、３
０〜ｇｏ）ｃｅｖですみ、大電流化が容易である。

上記説明から明らかなように、不発明は、従来の方法に
比べて多くの特長を有しており、たとえば、ｎｐｎ）う
／ジスタのベース領域やｐｎｐトラ／ジスタのエミッタ
領域の形成、サイリスタの深い接合形成、各種集積回路
のアイソレーション領域の形成など、多くの用途に使用
することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の一実施例を示す工程図、第
５図は不発明の効果を示す曲線図である。 １・・・ｎ型シリコン基板、２・・・二酸化シリコン膜
、３・・・窒化シリコン膜、４・・・拡散しない領域、
５・・・ガリウムイオン、６・・・打込み層、７・・・
拡散する領″！ｆＪｌ　　　目 Ｙ］４　　聞 ′ｖ５Ｓ図 １θＶ シリフシ暮１反表面か５のイエ（）ｙ＝し少ＯＱ−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガリウムを拡散すべきｎ型シリコン基板上にガリウ
   ムの拡散係数が大きい二酸化シリコン膜を形成し、さら
   にガリウムの拡散係数が小さい窒化シリコン膜を形成し
   たのち、殆んどのガリウムが二酸化シリコン膜中に打込
   まれるように窒化シリコン膜を通してガリウムイオンを
   打込みを行ない、次いで不活性雰囲気中で熱処理を行な
   い二酸化シリコン膜中のガリウムをシリコン基板中に拡
   散させｐ型領域を形成することを特徴とする半導体装置
   の製造方法。 ２、上記製造工程において、ガリウムのイオン打込み前
   またはイオン打込み後に、ガリウムを拡散させない領域
   の窒化シリコン膜を選択的に除去することにより、シリ
   コン基板に選択的にｐ型領域を形成することを特徴とす
   る半導体装置の製造方法。