JPS5910575B2 - 半導体の不純物拡散用不純物源 - Google Patents
半導体の不純物拡散用不純物源Info
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- JPS5910575B2 JPS5910575B2 JP55132609A JP13260980A JPS5910575B2 JP S5910575 B2 JPS5910575 B2 JP S5910575B2 JP 55132609 A JP55132609 A JP 55132609A JP 13260980 A JP13260980 A JP 13260980A JP S5910575 B2 JPS5910575 B2 JP S5910575B2
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- diffusion
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は半導体の不純物拡散用不純物源の製造方法に
係り、特に、半導体粒子の表面に高濃度不純物原子層を
形成した粒子状不純物源の製造方法に関する。
係り、特に、半導体粒子の表面に高濃度不純物原子層を
形成した粒子状不純物源の製造方法に関する。
半導体基体に不純物原子を熱拡散する拡散処理工程にお
いては、一般に、液体不純物源としてはＢＢに３、Ｐ０
Ｃ１３等が使用され、また固体不純物源としてはＢＮ等
が使用される。
いては、一般に、液体不純物源としてはＢＢに３、Ｐ０
Ｃ１３等が使用され、また固体不純物源としてはＢＮ等
が使用される。
このような不純物源を用いた場合、拡散技術上、再現性
及び生産性等の面での技術的制御は極めて困難である。
例えば、ＢＢｒ３、ＰＯＣ１３等の不純物源を用いてシ
リコン基体中にＢ又はＰを拡散する場合、そのバッチ間
又はロッド間の再現性及び均一性は、極端な場合１００
％のばらつきを持つていると言えるからである。しかし
ながら、近年の半導体製造技術の自動化、大量生産、処
理ウェーハの大口径化並びにその大量処理においては、
このようなばらつきを極力除くことが必要であり、しか
もＭＯＳメモリ等のように高密度及び高速性が要求され
る素子においては、高濃度及び浅い接合特性が要求され
る。
及び生産性等の面での技術的制御は極めて困難である。
例えば、ＢＢｒ３、ＰＯＣ１３等の不純物源を用いてシ
リコン基体中にＢ又はＰを拡散する場合、そのバッチ間
又はロッド間の再現性及び均一性は、極端な場合１００
％のばらつきを持つていると言えるからである。しかし
ながら、近年の半導体製造技術の自動化、大量生産、処
理ウェーハの大口径化並びにその大量処理においては、
このようなばらつきを極力除くことが必要であり、しか
もＭＯＳメモリ等のように高密度及び高速性が要求され
る素子においては、高濃度及び浅い接合特性が要求され
る。
とりわけＭＯＳ−ＩＣメモリ、高速メモリＩＣ等を含め
た超ＬＳＩ技術においては、良好な再現性及び均一性を
保ちながら、大量の大口径ウェーハ、例えば３〜５イン
チウェーハの１、５００〜２、０００枚程度を１度に拡
散処理できるとともに、バッチ間、ウェーハ間並びにウ
ェーハ内における均一性を±０．２％、また再現性を±
０．５％程度に維持できることが望まれている。そこで
、Ｂ、Ｐ等の一般的な不純物源拡散に対して安全性に問
題のあるひ素（Ａｓ）等の不純物源を用いた均一性及び
再現性の高い拡散技術の改・ 良及びその実用化が要請
されている。
た超ＬＳＩ技術においては、良好な再現性及び均一性を
保ちながら、大量の大口径ウェーハ、例えば３〜５イン
チウェーハの１、５００〜２、０００枚程度を１度に拡
散処理できるとともに、バッチ間、ウェーハ間並びにウ
ェーハ内における均一性を±０．２％、また再現性を±
０．５％程度に維持できることが望まれている。そこで
、Ｂ、Ｐ等の一般的な不純物源拡散に対して安全性に問
題のあるひ素（Ａｓ）等の不純物源を用いた均一性及び
再現性の高い拡散技術の改・ 良及びその実用化が要請
されている。
この発明は、Ａｓ、Ｂ、Ｐ等の不純物用原子の拡散を容
易にするとともに、品質、均一性並びに再現性を高度に
維持できる半導体の不純物拡散用不純物源の製造方法の
提供を目的とする。
易にするとともに、品質、均一性並びに再現性を高度に
維持できる半導体の不純物拡散用不純物源の製造方法の
提供を目的とする。
フ この発明は、密封容器内に表面を酸化させた半導体
粒子とともに、不純物源を離間させて収容し、この不純
物源と前記半導体粒子とを異なる温度に設定して加熱し
、半導体粒子の表面に高濃度不純物原子層を形成するこ
とを特徴とする。
粒子とともに、不純物源を離間させて収容し、この不純
物源と前記半導体粒子とを異なる温度に設定して加熱し
、半導体粒子の表面に高濃度不純物原子層を形成するこ
とを特徴とする。
５ 以下、この発明を図面に示した実施例を参照して詳
細に説明する。
細に説明する。
第１図はこの発明に係る不純物源を使用して不純物拡散
を行う不純物拡散装置、第２図はこの不純物拡散装置に
用いるカプセル、第３図はこの発明に係る不純物源、第
４図はその不純物源の製造方法を示している。
を行う不純物拡散装置、第２図はこの不純物拡散装置に
用いるカプセル、第３図はこの発明に係る不純物源、第
４図はその不純物源の製造方法を示している。
第３図において、Ａはこの発明に係る粒子状不純物源の
単位粒子、Ｂは不純物拡散前の単位粒子を示す。
単位粒子、Ｂは不純物拡散前の単位粒子を示す。
即ち、不純物源１８は、Ｂに示す純粋な単結晶シリコン
粒子等の半導体粒子２４の表面を酸化した後、その表面
にＡｓ，Ｂ，Ｐ等の不純物原子を熱拡散によつて高濃度
拡散し、その表面に高濃度不純物層２６を形成したもの
である。この不純物源１８の製造方法を説明すると、こ
の製造には、第４図に示す密封容器を用いる。この容器
２８は、石英で形成された筒状体から成り、その端部に
は、細径部３０が形成されている。この細径部３０は内
部には、一方端部を細径部３０に開口された細径パイプ
部３２が容器２８の内部より延長されている。このよう
な容器２８の内部に、表面を酸化させた、例えば直径４
０μの純粋なシリコン粒子等の粒子状の半導体粒子２４
を所定量、例えば１，０００ｇ程度を封入し、細径部３
０にはＡｓ，Ｂ，Ｐ等の内の１つを選択して不純物源３
４としたものを所定量封入する。
粒子等の半導体粒子２４の表面を酸化した後、その表面
にＡｓ，Ｂ，Ｐ等の不純物原子を熱拡散によつて高濃度
拡散し、その表面に高濃度不純物層２６を形成したもの
である。この不純物源１８の製造方法を説明すると、こ
の製造には、第４図に示す密封容器を用いる。この容器
２８は、石英で形成された筒状体から成り、その端部に
は、細径部３０が形成されている。この細径部３０は内
部には、一方端部を細径部３０に開口された細径パイプ
部３２が容器２８の内部より延長されている。このよう
な容器２８の内部に、表面を酸化させた、例えば直径４
０μの純粋なシリコン粒子等の粒子状の半導体粒子２４
を所定量、例えば１，０００ｇ程度を封入し、細径部３
０にはＡｓ，Ｂ，Ｐ等の内の１つを選択して不純物源３
４としたものを所定量封入する。
半導体粒子２４の表面酸化は、不純物源の製造に際し予
め酸化工程で処理するものとする。
め酸化工程で処理するものとする。
これらを封入した容器２８は真空状態に保持して封止し
、密封された容器２８の温度分布は２段階に設定する。
この温度設定は、第４図に示すように、Ｔ１層を１，０
００℃、Ｔ２層を６５０℃にし．加熱時間は、約１００
時間とする。
、密封された容器２８の温度分布は２段階に設定する。
この温度設定は、第４図に示すように、Ｔ１層を１，０
００℃、Ｔ２層を６５０℃にし．加熱時間は、約１００
時間とする。
このような製造方法によつて、第３図に示すようなその
表面に高濃度不純物層２６が形成された粒子状の不純物
源１８が得られる。
表面に高濃度不純物層２６が形成された粒子状の不純物
源１８が得られる。
このような製造方法によれば、表面酸化させていない半
導体粒子に対する不純物拡散に比較し、半導体粒子２４
の表面を酸化したことにより、その酸化膜層（例えばシ
リコンではＳｉＯ，）は、固溶度が高いため、ひ素等の
不純物の拡散が良好になり、高濃度の拡散が実現できる
とともに、その均一性を高゛めることができる。
導体粒子に対する不純物拡散に比較し、半導体粒子２４
の表面を酸化したことにより、その酸化膜層（例えばシ
リコンではＳｉＯ，）は、固溶度が高いため、ひ素等の
不純物の拡散が良好になり、高濃度の拡散が実現できる
とともに、その均一性を高゛めることができる。
次に６この製造方法で得られた不純物源１８による半導
体の不純物拡散を第１図及び第２図を参照して説明する
。
体の不純物拡散を第１図及び第２図を参照して説明する
。
第１図において、筒状体で形成された石英チユーブ２に
は、被拡散半導体及びこの発明に係る不純物源がカプセ
ル４に収容されて設置され、この石英チユーブ２の開口
部にはキヤツプ６が挿入されるとともに、自動真空ゲー
トバルブ８を介して真空系１０が接続されている。
は、被拡散半導体及びこの発明に係る不純物源がカプセ
ル４に収容されて設置され、この石英チユーブ２の開口
部にはキヤツプ６が挿入されるとともに、自動真空ゲー
トバルブ８を介して真空系１０が接続されている。
キヤツプ６の挿入部分における石英チユーブ２の外周部
には、開口部を封止する真空シール装置１２が設置され
ている。前記カプセル４は石英で形成され、その内部に
は、第２図に示すように、被拡散半導体として多数枚の
シリコンウエーハ１４が収容される。
には、開口部を封止する真空シール装置１２が設置され
ている。前記カプセル４は石英で形成され、その内部に
は、第２図に示すように、被拡散半導体として多数枚の
シリコンウエーハ１４が収容される。
このシリコンウエーハ１４は、カプセル４の内部に設置
されたウエーハ支え１６で支持されている。そして、こ
のカプセル４の入口部には、前記不純物源１８が収納さ
れた不純物用るつぼ２０が、不純物源支持具２２で支持
されている。カプセル４の内部には、被拡散半導体例え
ばシリコンウエーハ１４を１，５００〜２，０００枚程
度収容するとともに、不純物用るつぼ２０には前記不純
物源１８を収容する。
されたウエーハ支え１６で支持されている。そして、こ
のカプセル４の入口部には、前記不純物源１８が収納さ
れた不純物用るつぼ２０が、不純物源支持具２２で支持
されている。カプセル４の内部には、被拡散半導体例え
ばシリコンウエーハ１４を１，５００〜２，０００枚程
度収容するとともに、不純物用るつぼ２０には前記不純
物源１８を収容する。
このようにシリコンウエーハ１４とともに不純物源１８
を設置したカプセル４は、前記石英チユーブ２の内部に
収納する。
を設置したカプセル４は、前記石英チユーブ２の内部に
収納する。
そして、この石英チユーブ２の内部は、真空系１０によ
つて矢印Ａの方向に排気して１０｛、１０１１！Ｈｇの
真空状態に維持するとともに、石英チユーブ２は真空シ
ール装置１２によりキヤツプ６で封止する。このような
真空状態において、シリコンウエーハ１４及び不純物源
１８を所定温度例えば１，０００℃下で１時間程度加熱
すれば、不純物源１８より不純物原子が一定の蒸気圧で
真空中に拡散し、シリコンウエーハ１４の表面にはその
不純物原子が熱拡散されることになる。
つて矢印Ａの方向に排気して１０｛、１０１１！Ｈｇの
真空状態に維持するとともに、石英チユーブ２は真空シ
ール装置１２によりキヤツプ６で封止する。このような
真空状態において、シリコンウエーハ１４及び不純物源
１８を所定温度例えば１，０００℃下で１時間程度加熱
すれば、不純物源１８より不純物原子が一定の蒸気圧で
真空中に拡散し、シリコンウエーハ１４の表面にはその
不純物原子が熱拡散されることになる。
この拡散方法による場合、表面濃度ＣＯは次式で与えら
れる。
れる。
ＣＯｃｘ−Ｍ．（Ａｓ）・Ｐ
Ｓｌ
この式においてＭ，ｉ（Ａｓ）はひ素を拡散した不純物
源１８の重量、Ｖｐは真空中における不純物原子の蒸気
田である。
源１８の重量、Ｖｐは真空中における不純物原子の蒸気
田である。
即ち、不純物の拡散量は不純物源１８の重量及び真空蒸
気圧のみによつて決定されるから、不純物量を正確に測
定し、かつ濃度を正確に設定すれば、一義的に拡歎濃度
を制御することができる。とりわけ、不純物源１８につ
いては、一度の拡散処理で１ｋｇ程度を容易に作製でき
、１ｋｇ、１０ツトのシリコンウエーハ１４に対して使
用量が０．３〜１．０９程度であるとすれば、１，００
０〜３，０００回分の拡散が可能になる。・従つて、総
゛ての拡散に対して均一性の高いしかも再現性のある拡
散処理が実現できる。次に、この発明の具体的実施例を
第５図及び第６図について説明する。
気圧のみによつて決定されるから、不純物量を正確に測
定し、かつ濃度を正確に設定すれば、一義的に拡歎濃度
を制御することができる。とりわけ、不純物源１８につ
いては、一度の拡散処理で１ｋｇ程度を容易に作製でき
、１ｋｇ、１０ツトのシリコンウエーハ１４に対して使
用量が０．３〜１．０９程度であるとすれば、１，００
０〜３，０００回分の拡散が可能になる。・従つて、総
゛ての拡散に対して均一性の高いしかも再現性のある拡
散処理が実現できる。次に、この発明の具体的実施例を
第５図及び第６図について説明する。
この実施例は、面方位（１１１）のシリコンにひ素Ａｓ
を拡散する場合で、不純物源１８の重量は０．８Ｇｒに
設定し、拡散温度は９３０〜１，０２０゜Ｃ、拡散時間
は１時間としたものである。
を拡散する場合で、不純物源１８の重量は０．８Ｇｒに
設定し、拡散温度は９３０〜１，０２０゜Ｃ、拡散時間
は１時間としたものである。
第５図は表面濃度ρ３（Ω／口）及び拡散の深さＸｊ（
μ）と拡散温度（℃）の関係を示し、第６図は不純物源
の重量（Ｇｒ）と表面濃度ρ３（ａ勺）の関係を示して
いる。第６図において、特性Ａは拡散温度を１，０００
℃とした場合、また特性Ｂは拡散温度を１，０２０℃と
した場合である。この実帷例の場合、拡散温度９３０〜
１，０２０℃において、±０．５％の再現性が得られる
ことが確認された。以上説明したようにこの発明によれ
ば、次のような効果が得られる。
μ）と拡散温度（℃）の関係を示し、第６図は不純物源
の重量（Ｇｒ）と表面濃度ρ３（ａ勺）の関係を示して
いる。第６図において、特性Ａは拡散温度を１，０００
℃とした場合、また特性Ｂは拡散温度を１，０２０℃と
した場合である。この実帷例の場合、拡散温度９３０〜
１，０２０℃において、±０．５％の再現性が得られる
ことが確認された。以上説明したようにこの発明によれ
ば、次のような効果が得られる。
（１）半導体粒子の表面を酸化させているので、不純物
原子の拡散が良好になり、不純物原子を高い均一性を維
持しながら高濃度に拡散することができる。
原子の拡散が良好になり、不純物原子を高い均一性を維
持しながら高濃度に拡散することができる。
（２）このような高濃度拡散によつて高濃度不純物原子
層を形成した粒子状不純物源によれば、その表面に高濃
度拡散したＡｓ，Ｂ，Ｐ等の純度の高い不純物原子を安
全且つ大量にしかも大口径ウエーハに対しても高精度の
拡散処理を行うことができる。
層を形成した粒子状不純物源によれば、その表面に高濃
度拡散したＡｓ，Ｂ，Ｐ等の純度の高い不純物原子を安
全且つ大量にしかも大口径ウエーハに対しても高精度の
拡散処理を行うことができる。
（３）このような不純物源によれば、従来、再現性及び
安全性の点で実絶が困難とされていたひ素拡散を安全か
つ確実に行うことができ、しかも、品質、均一性並びに
再現性が極めて高い処理ができる。
安全性の点で実絶が困難とされていたひ素拡散を安全か
つ確実に行うことができ、しかも、品質、均一性並びに
再現性が極めて高い処理ができる。
特に、ウエーハ内及びウエーハ間の均一性は、±０．２
％以内に維持でき、従来の電気炉方式では得られなかつ
た値に改善できる。（４）このような不純物源を用いた
場合、ロッド内又はバツチ内の再現性については、１０
０％の制御が可能になり、拡散の失敗を未然に防止でき
、しかも、プレデポジシヨン（ＰｒｅｄｅｐＯｓｉｔｉ
Ｏｎ）の処理が全く不要となる。特に、不純物源の決定
で、拡散条件の条件出しが不要となるため、拡散処理の
大幅な作業条件の減少を図ることができ、時間短縮等に
よつて処理コストの低減を図．ることができる。（５）
このような不純物源を用いた拡散処理は、１０−５〜１
０−６１１Ｈｇ程度の低真空系において行えるので、不
純物の混入が全くなく、しかも熱酸化膜の成長も未然に
防止できるため、マスク工程を除くことが可能になる。
％以内に維持でき、従来の電気炉方式では得られなかつ
た値に改善できる。（４）このような不純物源を用いた
場合、ロッド内又はバツチ内の再現性については、１０
０％の制御が可能になり、拡散の失敗を未然に防止でき
、しかも、プレデポジシヨン（ＰｒｅｄｅｐＯｓｉｔｉ
Ｏｎ）の処理が全く不要となる。特に、不純物源の決定
で、拡散条件の条件出しが不要となるため、拡散処理の
大幅な作業条件の減少を図ることができ、時間短縮等に
よつて処理コストの低減を図．ることができる。（５）
このような不純物源を用いた拡散処理は、１０−５〜１
０−６１１Ｈｇ程度の低真空系において行えるので、不
純物の混入が全くなく、しかも熱酸化膜の成長も未然に
防止できるため、マスク工程を除くことが可能になる。
（６）このような不純物源１８を用いた真空拡散では、
良質の接合が得られ、拡散接合のリーク電流の低下も期
待できる。
良質の接合が得られ、拡散接合のリーク電流の低下も期
待できる。
また、この真空拡散によつてＮ２，Ａｒ，Ｏ２等の高純
度ガスが全く不要となる上に、拡散処理装置としては、
特殊な電気炉が不要になる。（７）このような不純物拡
散によつて、均一性、再現性並びに処理工程の簡略化が
図られ、その拡散工程の自動化、歩留りの向上等をも図
られ、半導体素子の製造について大幅なコスト低減が実
現できる。
度ガスが全く不要となる上に、拡散処理装置としては、
特殊な電気炉が不要になる。（７）このような不純物拡
散によつて、均一性、再現性並びに処理工程の簡略化が
図られ、その拡散工程の自動化、歩留りの向上等をも図
られ、半導体素子の製造について大幅なコスト低減が実
現できる。
第１図は半導体の拡散装置の概要を示す説明図、第２図
はカプセルの構造を示す説明図、第３図は不純物源粒子
及び半導体粒子を示す断面図、第４図は不純物源の製造
容器を示す説明図、第５図は表面濃度及び拡散の深さと
拡散温度との関係を示すグラフ、第６図は不純物源重量
と表面濃度との関係を示すグラフである。 １８・・・・・・粒子状不純物源、２４・・・・・・半
導体粒子、２６・・・・・・高濃度不純物層、２８・・
・・・・容器、３４・・・・・・不純物源。
はカプセルの構造を示す説明図、第３図は不純物源粒子
及び半導体粒子を示す断面図、第４図は不純物源の製造
容器を示す説明図、第５図は表面濃度及び拡散の深さと
拡散温度との関係を示すグラフ、第６図は不純物源重量
と表面濃度との関係を示すグラフである。 １８・・・・・・粒子状不純物源、２４・・・・・・半
導体粒子、２６・・・・・・高濃度不純物層、２８・・
・・・・容器、３４・・・・・・不純物源。
Claims (1)
- １ 密封容器内に表面を酸化させた半導体粒子とともに
、不純物源を離間させて収容し、この不純物源と前記半
導体粒子とを異なる温度に設定して加熱し、半導体粒子
の表面に高濃度不純物原子層を形成することを特徴とす
る半導体の不純物拡散用不純物源の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55132609A JPS5910575B2 (ja) | 1980-09-24 | 1980-09-24 | 半導体の不純物拡散用不純物源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55132609A JPS5910575B2 (ja) | 1980-09-24 | 1980-09-24 | 半導体の不純物拡散用不純物源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5758329A JPS5758329A (en) | 1982-04-08 |
| JPS5910575B2 true JPS5910575B2 (ja) | 1984-03-09 |
Family
ID=15085326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55132609A Expired JPS5910575B2 (ja) | 1980-09-24 | 1980-09-24 | 半導体の不純物拡散用不純物源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5910575B2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4826663A (ja) * | 1971-08-11 | 1973-04-07 |
-
1980
- 1980-09-24 JP JP55132609A patent/JPS5910575B2/ja not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4826663A (ja) * | 1971-08-11 | 1973-04-07 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5758329A (en) | 1982-04-08 |
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