JPS6125209B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、シリコン単結晶でなり且つ所定の導
電型を有する半導体基板本体を有し、その半導体
基板本体内の所定の領域に、その主面側から、Ｎ
型の埋込拡散層が形成され、また、このように埋
込拡散層が形成されている半導体基板本体の主面
上に、所定の導電型を有する半導体層が形成され
ているという構成を具備する、埋込拡散層を有す
る半導体基板の製法の改良に関する。シリコン単
結晶でなり且つ所定の導電型を有する半導体基板
本体を有し、その半導体基板本体内の所定の領域
に、その主面側から、Ｎ型の埋込拡散層が形成さ
れ、また、このように埋込拡散層が形成されてい
る半導体基板本体の主面上に、所定の導電極を有
する半導体層が形成されているという構成を具備
する、埋込拡散層を有する半導体基板は、種々の
集積化半導体装置を構成するのに広く利用されて
いる。

このような埋込拡散層を有する半導体基板の製
法として、従来、予め得られた、シリコン単結晶
でなり且つ所定の導電型を有する半導体基板本体
内の所定の領域に、その主面側から、砒素、アン
チモンなどのＮ型の不純物を、所謂ボツクス法に
よつて拡散させて、半導体基板本体内の所定の領
域に、Ｎ型の埋込拡散層を形成する工程と、その
工程後、半導体基板本体の主面上に、エピタキシ
ヤル成長法によつて、所定の、導電型を有する半
導体層を形成する工程とを有して、目的とする埋
込拡散層を有する半導体基板を得るという製法が
提案されている。

しかしながら、このような従来の製法の場合、
半導体基板内の所定の領域に埋込拡散層を形成す
る工程が、所謂ボツクス法による工程であるた
め、その工程に複雑な操作を必要とし、また、危
険を伴うなどの欠点を有していた。

また、従来、上述した埋込拡散層を有する半導
体基板の製法として、予め得られた、シリコン単
結晶でなり且つ所定の導電型を有する半導体基板
本体の主面上の所定の領域に、砒素、アンチモン
などのＮ型不純物がドープされている酸化物層を
形成する工程と、その工程後、熱処理によつて、
半導体基板本体のＮ型不純物のドープされている
酸化物層下の領域に、その酸化物層から、それに
ドープされているＮ型不純物を拡散させて、半導
体基板本体の酸化物層下の領域に、Ｎ型の埋込拡
散層を形成する工程と、その工程後、酸化物層を
半導体基板本体上から除去して後、その半導体基
板本体の主面上に、エピタキシヤル成長法によつ
て、所定の導電型を有する半導体層を形成する工
程とを有して、目的とする埋込拡散層を有する半
導体基板を得るという製法も提案されている。

しかしながら、このような従来の製法の場合、
半導体基板本体の主面上の所定の領域に、Ｎ型不
純物のドープされている酸化物層を形成する工程
において、その酸化物層を、制御された所期のＮ
型不純物のドープ量を以つてＮ型不純物がドープ
されている酸化物層として形成するのに、とく
に、酸化物層が広い範囲に分布している場合、困
難を伴う。

また、半導体基板本体のＮ型不純物がドープさ
れている酸化物層下の領域に、埋込拡散層を形成
する工程が、熱処理を伴う工程であるため、その
工程において、Ｎ型不純物がドープされている酸
化物層に所謂膜荒れを生ぜしめる懼れを有するな
どのため、埋込拡散層を、所期の比抵抗を有し且
つ均質性を有するものとして形成するな困難を伴
うなどの欠点を有していた。

さらに、従来、上述した埋込拡散層を有する半
導体基板の製法として、予め得られた、シリコン
単結晶でなり且つ所定の導電型を有する半導体基
板本体の主面上の所定の領域上に、多結晶シリコ
ン層を形成する工程と、その工程後、砒素、アン
チモンなどのＮ型不純物イオンの注入処理によつ
て、多結晶シリコン層内に、Ｎ型不純物を注入す
る工程と、その工程後、熱処理によつて、半導体
基板本体の多結晶シリコン層下の領域に、多結晶
シリコン層内に注入しているＮ型不純物を拡散さ
せて、半導体基板本体の多結晶シリコン層下の領
域に、Ｎ型の埋込拡散層を形成するとともに、多
結晶シリコン層が酸化されている酸化多結晶シリ
コン層を形成する工程と、その工程後、酸化多結
晶シリコン層を、半導体基板本体上から除去して
後、その半導体基板本体の主面上に、エピタキシ
ヤル成長法によつて、所定の導電型を有する半導
体層を形成する工程とを有して、目的とする埋込
拡散層を有する半導体基板を得る、という製法も
提案されている。

しかしながら、このような従来の製法の場合、
多結晶シリコン層内にＮ型不純物を注入する工程
が、Ｎ型不純物イオンの注入処理による工程であ
るため、多結晶シリコン層を、均一な不純物濃度
を以つてＮ型不純物が注入されている多結晶シリ
コン層として、容易に得ることができ、従つて、
半導体基板本体の多結晶シリコン層下の領域に形
成される埋込拡散層を、所期の比抵抗を有し且つ
均質性を有するものとして、比較的容易に形成す
ることができる。

しかしながら、酸化多結晶シリコン層を半導体
基板本体上から除去する工程において、その半導
体基板本体の主面に、多量の積層欠陥や、転位が
発生し、このため、半導体基板本体の主面上にエ
ピタキシヤル成長法によつて形成される半導体層
が、転位を伴なつたものとして得られる欠点を有
していた。

また、このため、上述した製法において、酸化
多結晶シリコン層を半導体基板本体上から除去し
て後、半導体基板本体の主面上にエピタキシヤル
成長法によつて半導体層を形成するまでの間にお
いて、酸化多結晶シリコン層の得られる工程での
熱処理時の温度に比し高い温度での熱処理を行
い、上述した積層欠陥や、転位を消滅させる、と
いう提案がなされている。

しかしながら、このようにしても、半導体基板
本体の主面上にエピタキシヤル成長法によつて形
成される半導体層が、転位を伴なつたものとして
得られるとする、その転位の量が、ある程度少く
なるとしても、それには一定の限度を有してい
た。

一方、本発明者は、種々の実験の結果、シリコ
ン単結晶でなる半導体基板本体の主面上に、熱酸
化処理によつて、比較的薄い酸化シリコン層を形
成し、次に、その酸化シリコン層上に、多結晶シ
リコン層を形成し、次に、その多結晶シリコン層
内に、砒素でなるＮ型不純物を、イオン注入処理
によつて注入し、次に、熱酸化処理によつて、多
結晶シリコン層が酸化されてなる酸化多結晶シリ
コン層を形成し、次に、今述べた酸化多結晶シリ
コン層を形成する場合の熱酸化処理時に比し高い
温度での熱処理を行なつて、半導体基板本体内
に、多結晶シリコン層内に注入している砒素であ
るＮ型不純物を、酸化シリコン層を通じて、拡散
させて、半導体基板本体内に、Ｎ型の不純物拡散
層を形成し、次に、酸化シリコン層及びその上の
酸化多結晶シリコン層を、半導体基板本体上から
除去し、次に、Ｎ型の不純物拡散層上に、エピタ
キシヤル成長法によつて、半導体層を形成したと
ころ、多結晶シリコン層内に、Ｎ型不純物をイオ
ン注入処理によつて注入する工程において、多結
晶シリコン層内に注入されるＮ型不純物の濃度
を、比較的容易に均一に得ることができるため、
Ｎ型の不純物拡散層を、所期の比抵抗を有し且つ
均質性を有するものとして比較的容易に形成する
ことができること、半導体基板本体上に形成され
た酸化シリコン層上で、Ｎ型不純物の注入された
多結晶シリコン層の酸化されてなる酸化多結晶シ
リコン層が形成され、次に、熱処理によつて、半
導体基板本体内に、酸化シリコン層を通じて、Ｎ
型不純物が拡散されて、Ｎ型の不純物拡散層が形
成され、次に、酸化シリコン層及び酸化多結晶シ
リコン層が、半導体基板本体上から除去されて
後、その半導体基板本体の主面上に、エピタキシ
ヤル成長法によつて、半導体層が形成されるた
め、その半導体層を、欠陥乃至転位の殆んどない
ものとして得ることができることを確認するに至
つた。

以上にもとずき、本発明者は、ここに、本発明
を提案するに至つたもので、以下、第１図を伴な
つて本発明の実施例を詳述することろから明らか
となるであろう。

第１図Ａに示すように、シリコン単結晶でなり
且つ例えばボロンでなる不純物が導入されてＰ型
を呈している半導体基板本体１を、予め用意す
る。この場合、半導体基板本体１は、10Ω・cm以
上の比抵抗を呈し且つ（111）面でなる平らな主
面２を有する。

そして、その半導体基板本体１の主面２上に、
第１図Ｂに示すように、窓３を有し且つ比較的厚
い厚さを有する酸化シリコン層４を、それ自体は
公知の方法、例えば熱酸化処理法によつて、例え
ば0.7μｍの厚さに形成する。

次に、例えば乾いた酸素雰囲気中での、温度を
例えば950℃、時間を例えば40分とする熱酸化処
理によつて、第１図Ｃに示すように、半導体基板
本体１の主面２上の酸化シリコン層４の窓３に臨
む領域に、例えば300〜350Å程度の比較的薄い酸
化シリコン層５を形成する。

次に、第１図Ｄに示すように、酸化シリコン層
４及び５上に連結延長している不純物のドープさ
れていない多結晶シリコン層６を、例えばそれ自
体は公知の減圧気相法によつて、例えば3000Åの
厚さに形成する。

次に、第１図Ｅに示すように、砒素でなる、例
えば100KeVに加速されたＮ型不純物イオン７
を、例えば５×10¹⁵cm^-2の密度で注入するという
Ｎ型不純物イオンの注入処理によつて、多結晶シ
リコン層６内に、砒素であるＮ型不純物（図示せ
ず）を注入させる。

次に、例えば湿つた酸素雰位気中での、温度を
例えば1050℃、時間を例えば３時間とする熱酸化
処理によつて、第１図Ｆに示すように、多結晶シ
リコン層６がその全厚さを通じて酸化されている
酸化多結晶シリコン層８を形成する。この場合、
多結晶シリコン層６内に注入されていた砒素でな
るＮ型の不純物が、偏析効果によつて、酸化多結
晶シリコン層８の酸化シリコン層５側に集積す
る。

次に、上述した酸化多結晶シリコン層８を形成
する工程における熱酸化処理時の温度に比し高
い、例えば1200℃の温度での熱処理によつて、半
導体基板本体１の酸化シリコン層５下の領域に、
酸化シリコン層５を通じて、酸化多結晶シリコン
層８内に存在する砒素であるＮ型不純物を拡散さ
せて、第１図Ｇに示すように、半導体基板本体１
の酸化シリコン層５下の領域に、例えば30Ω/□
のシート抵抗を有するＮ型乃至N⁺型の埋込拡散
層９を形成する。

この場合、この場合の熱処理を、酸素雰囲気中
で行なえば酸化多結晶シリコン層８に存在する砒
素でなるＮ型不純物を、酸化シリコン層５を通じ
て、半導体基板本体１の酸化シリコン層５下の領
域に、ゲツタリング拡散の効果を伴なつて拡散さ
せることができるが、その酸素雰囲気中での熱処
理を長時間行なえば、酸化多結晶シリコン層８及
び酸化シリコン層５が過剰酸化し、さらには半導
体基板本体１の酸化シリコン層５下の表面が過剰
酸化することによつて、半導体基板本体１の酸化
シリコン層５下の表面、従つて、埋込拡散層９の
表面に欠陥を生ぜしめるおそれを有し、また、熱
処理を窒素雰囲気中で行なつても、酸素雰囲気中
での熱処理を行う場合と同様に、Ｎ型不純物をゲ
ツタリング効果を伴なつて半導体基板本体１内に
拡散させることができるが、砒素でなるＮ型不純
物が、一般に酸化シリコン層に拡散する速度が速
いことから、酸化シリコン層４の厚さによつて
は、酸化多結晶シリコン層８に存在する砒素でな
るＮ型不純物が、酸化シリコン層４を通じて、半
導体基板本体１の酸化シリコン層４下の領域にも
拡散するおそれを有するので、上述した熱処理
を、酸素雰囲気中での、時間録を例えば１時間と
した熱処理と、続く窒素雰囲気中での、時間を例
えば30分とした熱処理とを、同じ上述した温度で
行なうことによつて、前者の熱処理によつて、主
として、砒素でなるＮ型不純物を半導体基板本体
１内に拡散させ、後者の熱処理によつて、主とし
て、ゲツタリング拡散をさせるのを可とする。

次に、酸化シリコン層４及び５、及び酸化多結
晶シリコン層８を、第１図Ｈに示すように、例え
ば弗酸によるエッチヤントを用いて、半導体基板
本体１上から全く除去し、そして、その半導体基
板本体１に、新たな主面２′を得る。

次に、半導体基板本体１の主面２′上に、第１
図Ｉに示すように、それ自体は公知のエピタキシ
ヤル成長法によつて、例えばシリコンでなるＮ型
の半導体層１０を形成する。

以上のようにして、シリコン単結晶でなるＰ型
の半導体基板本体１を有し、その半導体基板本体
１内の所定の領域に、その主面２′側からＮ型の
埋込拡散層９が形成され、また、このように埋込
拡散層９が形成されている半導体基板本体１の主
面２′上に、Ｎ型の半導体層１０が形成されてい
る構成を具備する、目的の埋込拡散層９を有する
半導体基板１１を得る。

以上が、本発明による埋込拡散層を有する半導
体基板の製法の実施例である。

このような本発明の製法によれば、冒頭で前述
したところから明らかなように、多結晶シリコン
層６内に、砒素によるＮ型不純物を、イオン抽入
処理によつて注入する工程（第１図Ｅ）におい
て、多結晶シリコン層６に注入されるＮ型不純物
の濃度を、容易に均一に得ることができるため、
埋込拡散層９を、とくに、その埋込拡散層が広い
範囲に分布している場合でも、所期の比抵抗を有
し且つ均質性を有するものとして、容易に形成す
ることができる。

また、半導体基板本体１上に形成された酸化シ
リコン層５上で、Ｎ型不純物の注入された多結晶
シリコン層６の酸化されてなる酸化多結晶シリコ
ン層８が形成され（第１図Ｆ）、次に、熱処理に
よつて、半導体基板本体１内に、酸化シリコン層
５を通じて、Ｎ型不純物が拡散されて埋込拡散層
９が形成され（第１図Ｇ）、次に、酸化シリコン
層４及び５、及び酸化多結晶シリコン層８が、半
導体基板本体１上から除去され（第１図Ｈ）て
後、その半導体基板本体１の主面２′に、エピタ
キシヤル成長法によつて、半導体層１０が形成さ
れるので、その半導体層１０を、欠陥乃至転位の
実質的に存在しないものとして得ることができる
などの特徴を有する。

因みに、上述した本発明の実施例によつて半導
体層１０を形成した場合（ただし、埋込拡散層９
を形成する工程（第１図Ｇ）における熱処理を、
上述した酸素雰囲気中での熱処理とそれに続く窒
素雰囲気中での熱処理とよりなる熱処理とし
た）、その半導体層１０を、実質的に転位の存在
しないものとして得ることができた。これに対
し、酸化シリコン層５を形成せず、従つて、酸化
シリコン層５を介することなしに、直接、酸化多
結晶シリコン層８から、半導体基板本体１に、Ｎ
型不純物を拡散させて、埋込拡散層９を形成する
ようにしたことを除いて、上述した本発明の実施
例と同様の方法によつて半導体層１０を形成した
ところ、その半導体層１０を、10²個／cm²以下の
転位を有するものとして得ることができなかつ
た。また、埋込拡散層９を形成する工程における
熱処理を、酸素雰囲気中での熱処理のみとした場
合（ただし、酸化多結晶シリコン層８及び酸化シ
リコン層５が過剰酸化しない範囲での）でも、ま
た、窒素雰囲気中での熱処理のみとした場合（た
だし、砒素でなるＮ型不純物が酸化シリコン層４
を通じて半導体基板本体１の酸化シリコン層４下
の陽域に拡散しない範囲での）でも、半導体層１
０を、同様に実質的に転位の存在しないものとし
て得ることができた。

なお、上述においては、本発明による埋込拡散
層を有する半導体基板の製法の１つの実施例を示
したに留まり、例えば半導体層１０をＰ型を有す
るものとして、また、ある場合は、半導体基板本
体１をＮ型を有するものとして得ることもでき、
その他、本発明の精神を脱することなしに、種々
の変型、変更をなし得るであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ〜Ｉは、本発明による埋込拡散層を有
する半導体基板の製法の実施例を示す順次の工程
における略線的断面図である。 １……半導体基板本体、３……窓、４，５……
酸化シリコン層、６……多結晶シリコン層、７…
…砒素でなるＮ型不純物イオン、８……酸化多結
晶シリコン層、９……埋込拡散層、１０……半導
体層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シリコン単結晶でなり且つ所定の導電型を有
   する半導体基板本体上に、窓を有し且つ比較的厚
   い厚さを有する第１の酸化シリコン層を形成する
   第１の工程と、 上記第１の工程後、熱酸化処理によつて、上記
   半導体基板本体上の上記窓に臨む領域に、比較的
   薄い第２の酸化シリコン層を形成する第２の工程
   と、 上記第２の工程後、上記第１及び第２の酸化シ
   リコン層上に延長している多結晶シリコン層を形
   成する第３の工程と、 上記第３の工程後、砒素でなるＮ型不純物イオ
   ンの注入処理によつて、上記多結晶シリコン層内
   に、砒素でなるＮ型不純物を注入する第４の工程
   と、 上記第４の工程後、熱酸化処理によつて、上記
   多結晶シリコン層が酸化されている酸化多結晶シ
   リコン層を形成する第５の工程と、 上記第５の工程後、上記第５の工程おける熱酸
   化処理時の温度に比し高い温度での熱処理よつ
   て、上記半導体基板本体の上記第２の酸化シリコ
   ン層下の領域に、上記酸化多結晶シリコン層内に
   存在している砒素でなるＮ型不純物を、上記第２
   の酸化シリコン層を通じて拡散させて、上記半導
   体基板本体の上記第２の酸化シリコン層下の領域
   に、Ｎ型の埋込拡散層を形成する第６の工程と、 上記第６の工程後、上記第１及び第２の酸化シ
   リコン層及び上記酸化多結晶シリコン層を、上記
   半導体基板本体上から除去する第７の工程と、 上記第７の工程後、上記半導体基板本体上に、
   エピタキシヤル成長法によつて、所定の導電型を
   有する半導体層を形成する第８の工程とを有する
   ことを特徴とする埋込拡散層を有する半導体基板
   の製法。