JPS5850411B2 - 不純物拡散法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は不純物拡散法に関し、特に一つの半導体基板中
の異なる領域に同一導電型不純物を濃度を異にして拡散
する方法に関するものである。

半導体素子例えばトランジスタあるいは集積回路素子等
の製造過程に於て、所望の抵抗値を持つ領域を形成する
等の目的で、特定導電型の不純物を比較的低濃度に、且
つ精度良く拡散しなければならない場合がある。

ここに言う「精度良く」とは表面不純物濃度及び拡散深
さを再現性良く許容範囲内に実現しうることを意味して
いる。

通常トランジスタや集積回路素子の製造に於ては、この
ような低濃度領域と、それと同一導電型でしかも濃度の
高い領域とを同一基板上に形威しなければならぬ場合が
しばしばあり、その場合従来行われているような拡散法
によっては精度良い低濃度拡散を行うことは困難であっ
た。

同一導電型で不純物濃度の異る領域を同一基板上に形成
することが必要な一例として、パワートランジスタに於
て、そのエミッタに安定化抵抗を設ける場合をあげるこ
とができる。

即ち、パワートランジスタに於ては、電流容量及びｈＦ
Ｅを犬ならしめる目的でエミッタを分割する構造が採ら
れる。

この時分割したエミッタのうち特定部分の少数個に電流
が集中することを避ける為、エミッタ電極とエミッタ領
域との間に何個に同一導電型を有する抵抗を挿入した構
造を採る場合がある。

ところがこのような素子に於ては、エミッタの深さとし
て数μが必要であり、しかもその不純物濃度は許される
限り高くすることが望ましいので、表面濃度は飽和限度
（例えばシリコン中の燐の場合にはおよそ３×１０２０
ｃＥ３）以上にまであげられることが多い。

これに対し、安定化抵抗として作動させる領域は表面濃
度が１０１９ＣｒｒＬ−３以下でないと所望の抵抗値を
得ることが困難である。

シリコン基板中に燐を拡散して濃度の異る領域を形成し
ようとする場合、両方とも通常用いられるＰＯＣｌ２を
使用する拡散法に依ったのでは、低濃度拡散領域の表面
濃度のばらつきは１０％以上にも及ぶことが多い。

これは低濃度拡散を後から行っても高濃度領域から蒸発
する不純物（燐）の影響を受けて拡散条件が一定しない
ことによるものである。

なお、本例のように高濃度で深い拡散を行う必要がある
場合には、低濃度で浅いことを必要とする拡散を先行さ
せることは追行工程の熱処理条件からも不可能であるこ
とが多く、また低濃度拡散条件に新たに不純物が侵入し
ないようにしなければならないという問題も生じる為、
低濃度拡散は後から行うのが通常のやり方である。

本発明は、かかる従来の方法による工程を改善し、１０
１８，１０１９ Ｃ−ｒＩｌ−３程度の低濃度拡散ヲ再
現性よく行う方法を提供するものであって高濃度拡散を
先行させ、それによって得られた不純物高濃度領域を、
追行する低濃度拡散に於ける不純物源として利用するこ
とを特徴とする。

以下に上記の例を引継ぎ、二重拡散型トランジスタの製
造工程に従って本発明の説明を行う。

第１図は本発明による不純物拡散法の第１の段階を示し
たので、ベース拡散工程に続くエミッタ拡散の工程に於
て、シリコン基板背面の絶縁皮膜をも除去して不純物で
ある燐の拡散を行い、該燐を飽和もしくはそれに近い状
態に含有する領域４をシリコン基板背面に形成した状態
を示している。

同図に於て１はＮ型シリコン基板、２は既に形成せられ
ているＰ型ベース領域、３は領域４と同時に形成された
エミッタ領域、５はＳ ｉ０２等の絶縁皮膜である。

このエミッタ領域及び背面の領域４への拡散はＰＯＣｌ
２を使用する公知の方法によって実施することが出来る
。

この時領域４の表面に生ずる酸化物層はエツチングによ
り除去される。

なおバイポーラトランジスタの製造に於ては三重拡散型
やシングル拡散型のようにシリコン基板背面への不純物
拡散が必要である場合があり、少くとも支障をきたすこ
とは無いのが通常である。

しかしながら背面への不純物拡散によってコレクタ動作
領域の幅が変化する場合には設計の際に考慮に入れてお
くことは必要である。

次にこのシリコン基板の複数個を低濃度拡散を行うべき
位置の絶縁皮膜を除去したのち、第２図に示すように同
一方向を向けて石英製カプセル内に配置する。

しかる後、該カプセルの排気、封ＩＬを行って、所定の
条件で熱処理を行う。

この際、先にシリコン基板１の背面に高濃度に不純物が
拡散導入されていた領域４が不純物源となって新たな拡
散が行われ、第３図に示すようにシリコン基板１の表面
の所望の領域に低濃度拡散領域６が選択的に形成せられ
る。

このような拡散のデータの一例をあげると、シリコン基
板１の背面の高濃度領域４の面抵抗がおよそ２β／口で
、熱処理条件が９５０°Ｃ，６０分である真空拡散によ
って面抵抗１００θ／口を有する表面拡散領域６を得る
ことが出来、その再現性は２％以内であった。

更に本発明の方法によれば、面抵抗１００β／口〜１０
０００９７口の範囲の低濃度拡散を精度良く行うことが
出来る。

通常気相からの不純物拡散に於てはその目標とする不純
物濃度か高い程再現性が良くなる傾向があり、高濃度に
不純物を拡散した半導体ウェファ−は再現性良く人手し
うる不純物源として有用なものであるが、本発明のよう
に先行工程に於て実施せられた高濃度拡散領域をそのま
ま不純物源として利用すれば工程数を増すことなく精度
の良い拡散を行うことが出来る。

以上の説明の中で、半導体基板背面にも高濃度拡散を行
うとしたのは一般に被拡散面積に比べて不純物源の表面
積が大きいほど不純物の絶対量が多く、拡散条件の設定
に際して有利であることを考慮したものである。

不純物源の表面積が小さくても実施しうるような被拡散
面積の小さい低濃度拡散に於ては、エミッタ領域やコン
タクト領域のような、素子の形成に必要な高濃度拡散領
域のみを不純物源とすることも可能であり、更に背面に
このような不純物拡散を行うことが不都合な場合には主
表面の、素子を形成しない領域に高濃度拡散を行って不
純物源として利用することも出来る。

半導体拡散ウェファ−を不純物源として拡散を行う場合
、真空拡散法に依るのが、均一性、再現性が良く大量処
理が可能という点で最も有利であるが、適当な気流中で
実施することも可能である。

また同時に拡散処理を行う複数枚の半導体を規則的に配
列するのは、基板毎のばらつき減少せしめる効果がある
ばかりでなく、例えば同一方向に配列することにより被
拡散面を不純物源である半導体基板背面に近接させ、該
半導体基板背面から発生した不純物を有効に利用すると
いう点でも効果がある。

なお、以上の本発明の説明はＮＰＮ トランジスタの製
造に於ける燐の拡散を例に挙げて行ったが、本発明の技
術範囲がそれに限定されるものではなく、不純物として
硼素或は砒素等アクセプターまたはドナーになりうる元
素のうち、利用可能な蒸気圧を持つ全ての素子の拡散に
本発明を適用しうろことはもちろんであり、集積回路素
子等の形成にも利用し得ることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の実施例を示したもので、第１
図は低濃度領域形成前の、第３図は同領域形成後の半導
体基板の断面を、第２図は拡散を実施している状態を表
わしている。 １は半導体基板、２はベース拡散領域、３はエミッタ拡
散領域、４は背面高濃度領域、５はＳ ｉ０２．６は低
濃度拡散領域、１１はウェファ−状半導体、１２は石英
カプセル、１３は電気炉である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板の一方の主表面の異なる領域に、同一導
   電型不純物を濃度を異にして拡散する不純物拡散法にお
   いて、該半導体基板の主表面上の半導体素子形成領域以
   外の領域または該半導体基板の背面に不純物を高濃度に
   拡散した後、該高不純物濃度領域を不純物源として半導
   体素子形成領域に低不純物濃度領域を形成する工程を含
   む事を特徴とする不純物拡散法。 ２ 半導体素子形成領域への不純物拡散を、減圧封管法
   によって行なうことる特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の不純物拡散法。