JPS5919461B2 - シリコン半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はシリコン半導体装置の製造方法に係り、特にシ
リコン半導体基体中へのアルミニウムの選択拡散方法に
関する。

アルミニウムはシリコン半導体基体中での拡散速度が早
いため、深い拡散層の形成には非常に有効な不純物であ
る。

従来、半導体基体の主表面に所定のパターンにアルミニ
ウムを選択的に付着させ、窒素ガスなどの非酸化性ガス
雰囲気で加熱したアルミニウムを選択的に拡散させる方
法が知られている。しかし、この方法では高温・長時間
の拡散でアルミニウム拡散源の一部が蒸発飛散され、半
導体基体表面の拡散を必要としない領域にＰ型異常拡散
層が形成される。従来、このアルミニウムの異常拡散を
防止するため、上記拡散雰囲気中に酸素を含ませ、アル
ミニウムをアルミナに変換させて、アルミニウムの蒸発
を抑えると共に、半導体基体の露出部を酸化し、酸化膜
を形成させて異常拡散を防止していた。しかし、この方
法では充分にアルミニウムの蒸発飛散が防止できず異常
拡散は完全には防止できない。また、この時には半導体
基体表面には熱酸化シリコン膜が形成される。アルミニ
ウムが飛散され、この熱酸化シリコン膜中にアルミニウ
ムが取り込まれると、それが核となり酸化膜は部分的に
結晶化され、熱膨張係数の差からクラックを生ずるなど
して、良質な熱酸化シリコン膜は得られず、次工程の拡
散マスクとしては全く役に立たない。以上のような従来
方法では、異常拡散、熱酸化シリコン膜の特性劣化が、
半導体装置の歩留低下の原因となつていた。本発明の目
的は、選択的に付着させたアルミニウム拡散源によつて
アルミニウムをシリコン半導体基体に選択拡散すること
を含むシリコン半導体装置の製造方法において、アルミ
ニウムの異常拡散を防止し、良質な熱酸化シリコン膜を
形成できる、改良されたシリコン半導体装置の製造方法
を提供するにある。本発明は、シリコン半導体基体の表
面に選択的に形成したアルミニウム膜（拡散源）からア
ルミニウムを選択拡散するにあたり非酸化性拡散雰囲気
の中に、微量の酸素と塩化水素を含ませ、蒸発飛散した
アルミニウムを拡散炉外へ取り去り、アルミニウムを良
好に選択拡散することを特徴とするものである。

以下、本発明をプレーナ型サイリスタ製造の実施例を用
いて詳細に説明する。

第１図ａはシリコン半導体基体１を示す。

このシリコン半導体基体１は製法ＦＺｌ導電型ｎ型、抵
抗率４０〜５０Ω−Ｃ１無転位、（１１１）面、直径７
６ｖ１ｔ１厚さ２４０μｍである。第１図ｂはシリコン
半導体基体１の両主表面にホトレジスト２を所定のパタ
ーンで形成し、シリコン半導体基体１の上下主表面に凹
部３を形成したものを示す。ホトレジスト２は３μｍの
厚さに形成し、凹部３はフツ酸、硝酸、酢酸の混合液を
用い丁ンチングにより深さ４±１μｍに形成した。凹部
３のパターンは幅１１０μｍ１間隔１．７６１１の直交
する格子状である。第１図ｃは上記シリコン半導体基体
１上にアルミニウム蒸着層４を形成したものを示す。ア
ルミニウムは純度９９．９９９５％のアルミニウム線を
ソースとして用い、半導体基体温度１２０〜１４０℃、
３×１０−６Ｔ０ｒｒの圧力で電子ビーム加熱により真
空蒸着し厚さ２μｍに形成した。第１図ｄはホトレジス
ト２及びホトレジスト２上のアルミニウム蒸着膜４を除
去し凹部３内にのみアルミニウム蒸着膜パターンを形成
した状態を示す。第１図ｅは上記のシリコン半導体基体
１を加熱して、アルミニウムをシリコン半導体基体１へ
選択拡散したものを示す。拡散の雰囲気は１０％の酸素
と９０％の窒素の混合ガスに１％の塩化水素ガスを含ま
せた。

１２５０℃，２５ｈで上記した混合ガス拡散雰囲気で拡
散して、Ｐ型突抜け拡散層（アイソレーシヨン層）５を
形成した。

この拡散工程において、凹部３にはアルミニウム・シリ
コン合金の酸化物が拡散源残渣６として形成される。

そして、シリコン半導体基体１の両主表面上にば熱酸化
シリコン膜７が形成される。以上の本発明製造方法では
従来法で観察された、異常拡散や熱酸化シリコン膜の結
晶化による膜質の劣化はみられなかつた。従来のシリコ
ン半導体基体の表面にアルミニウムを蒸着して、酸素と
窒素の混合雰囲気で拡散した場合、アルミニウムの異常
拡散を生じていた。

これは拡散中に不安定なアルミニウムの酸化物、例えば
Ａｌ２Ｏ，ＡＩＯ等が形成され、これが飛散され完全に
は異常拡散を防止できなかつたものと推測される。また
、酸素が拡散雰囲気に含まれているため、半導体基体表
面に熱酸化シリコン膜が成長する。しかし、この熱酸化
シリコン膜は前述した様に結晶化し、結晶粒界のクラツ
クが観察された。ところが、本発明製造方法によれば拡
散雰囲気に塩化水素ガスを含ませることにより、従来法
の欠点を除去できる。

その理由としては、不安定なアルミニウムの酸化物は、
塩化水素ガスを導入することにより、蒸気圧の高いアル
ミニウムの塩化物となり、拡散炉系外へ取り去られるた
めであると推測される。このため、アルミニウムの異常
拡散や熱酸化シリコン膜の結晶化による膜質劣化を防止
できたものと推測される。アルミニウムの拡散時間は作
成する半導体装置によつて定まる。

拡散雰囲気中の窒素ガスと酸素ガスの比率は、この拡散
時間によつて決まる。酸素ガスはシリコン半導体基体１
やアルミニウム蒸着膜４の表面を酸化し、アルミニウム
の蒸発飛散による異常拡散を防止するためで゛ある。し
かし、拡散工程中に酸化が進み、酸化膜が厚くなりすぎ
ると形成されたシリコン酸化膜が結晶化しクラツクが発
生しやすくなる。このため一般に拡散時間が長いものほ
ど、酸素ガスの分圧は少なくしなければならない。塩化
水素の混合比率については、塩化水素ガスを流した場合
について説明するに、酸素ガスｉが少ない時に多くの塩
化水素ガスが拡散炉に流されると塩化水素ガスはシリコ
ン半導体基体表面を気相エツチングして荒し、また、ア
ルミニウム拡゛散源層も気相エツチングしてしまうため
、あまり多く流さないほうがよい。

シリコン半導体基体１上の熱酸化シリコン膜は塩化水素
ガスの存在により酸化が助長され、窒素ガスと酸素ガス
のみの場合より成長速度が増し、クラツクを生じやすく
なる。

従つて、塩化水素ガスも流す本発明においては、酸素ガ
スの分圧比を下げて熱酸化シリコン膜の成長速度を制御
する。すなわち、塩化水素ガスの濃度は、異常拡散の砿
防止とシリコン半導体基体１表面の荒れ、アルミニウム
拡散源層のエツチングおよび熱酸化シリコン膜の成長速
度のかねあいから決定される。

例えば、１２５０℃でアルミニウム拡散を行う場合、拡
散時間Ａに対する窒素ガス濃度Ｂ１酸素ガス濃度Ｃ１塩
化水素ガス濃度Ｄを第１表のように定めることにより、
良好な結果が得られた。アルミニウムの蒸発飛散は拡散
工程の初期に多く起こり、中期以降はほとんどなくなる
。そこで、望ましくない塩化水素ガスのエツチング作用
を考慮して、拡散工程の途中から塩化水素ガスの供給を
止めることは、何等、本発明を逸脱するものではない。
また、酸素についても、一定量の酸化膜が形成されれば
良いので、拡散工程の途中から、酸素ガスの供給を止め
ても良い。

酸素ガスの供給を止める場合は、塩化水素ガスの供給も
止めた方が良い。第１図ｆはプレーナ型サイリスタの断
面図を示す。すなわち、第１図ｅに示すシリコン半導体
基体１に通常の半導体装置製造技術を用いて、ｐ・ｎ両
型の不純物を拡散してＰＥ，ｎＢ，ｐＢおよびＮＥの各
領域およびＰｎ接合Ｊ１〜Ｊ３を形成し、アノード、ゲ
ートおよびゲート電極８，９，１０を形成しアイソレー
シヨン拡散層５の中央部で切断し、半導体素子が完成す
る。第１図ｅに示す工程において、シリコン半導体基体
１の両主表面上に形成された熱酸化シリコン膜７は第１
図ｆに示す工程、殊に、ＰＥ，ｎＢ，ｐＢそしてＮＥの
各領域の形成する時の不純物の選択拡散マスクとして利
用している。

それは、塩化水素ガスの導入によつて熱酸化シリコン膜
７は結晶化されず、クラツクもなく、良質な膜として存
在するためである。

第１図ｅの工程では、アルミニウムのｐ型突抜け拡散層
５を一度の拡散工程で製作した例を示しているが、この
拡散工程は一度に行なう必要はない。

即ち、拡散工程をアルミニウム・シリコン合金工程とこ
の合金層からアルミニウムを拡散するアルミニウム引伸
拡散工程に分けてｐ型突抜け拡散層５を形成してもよい
し、引伸拡散工程を２度に分けても良い。

それは、突抜け拡散層をシリコン半導体基体の片方、あ
るいは両方の主表面から、シリコン半導体基体の途中ま
で形成し、半導体素子を作るための他の不純物例えば、
ボロンとかリンを拡散してＰＥ，ｐＢ，ｎＥを形成する
時に、アルミニウム拡散領域を引伸し、最終的にｐ型突
抜け拡散層５を形成するのである。本発明によれば、ア
ルミ．ニウムの選択拡散に当つて、窒素と酸素の混合ガ
ス拡散雰囲気の中に塩化水素ガスを含ませることにより
、アルミニウムの異常拡散の防止、熱酸化シリコン膜の
結晶化による膜質劣化の防止ができ、歩留よく半導体装
置を作成できる。

本発明の実施例においてはプレーナ型サイリスタのアイ
ソレーシヨン拡散について説明したが、アルミニウムに
よる他の拡散層の形成にも使用できることは勿論である
。

同様に、サイリスタ以外の他の半導体装置を製作する場
合にも使用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ−ｆは本発明の一実施例を説明するためのプレ
ーナサイリスタの各製造工程の断面図である。 １・・・・・・シリコン半導体基体、２・・・・・・ホ
トレジスト、３・・・・・・凹部、４・・・・・・アル
ミニウム蒸着膜、５・・・・・・ｐ型突抜け拡散層、６
・・・・・・アルミニウム拡散源残渣、７・・・・・・
熱酸化シリコン膜、８・・・・・・アノード、９・・・
・・・ゲート、１０・・・・・・カソード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シリコン半導体基体の一方もしくは両主表面にアル
   ミニウム拡散源層を選択的に形成した後、該シリコン半
   導体基体を加熱して、アルミニウムをシリコン半導体基
   体中に選択拡散させるシリコン半導体装置の製造方法に
   おいて、酸素と塩化水素を含む拡散雰囲気中でアルミニ
   ウムの選択拡散を行うことを特徴とするシリコン半導体
   装置の製造方法。 ２ 特許請求の範囲第１項において、アルミニウムの拡
   散工程の途中から酸素および塩化水素ガスの双方もしく
   は片方の供給を止めることを特徴とするシリコン半導体
   装置の製造方法。