JPS6160572B2 - - Google Patents
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- JPS6160572B2 JPS6160572B2 JP3956482A JP3956482A JPS6160572B2 JP S6160572 B2 JPS6160572 B2 JP S6160572B2 JP 3956482 A JP3956482 A JP 3956482A JP 3956482 A JP3956482 A JP 3956482A JP S6160572 B2 JPS6160572 B2 JP S6160572B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
- H01L21/225—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a solid phase, e.g. a doped oxide layer
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、半導体素子基板表面に不純物拡散
層を形成する方法に関するものである。
層を形成する方法に関するものである。
従来、半導体素子基板表面に不純物拡散層を形
成するに際して、不純物の供給法としては、塗布
法、ガス法、固体蒸発法、液体バブリング法等が
あるが、これらのいずれの方法においても、シー
ト抵抗（ρｓ）の十分に低い不純物拡散層を得る
には、拡散時間を短縮すること、拡散温度を低く
すること、表面不純物濃度が低い場合でも良好な
拡散が行なえるようにすること等の課題を有して
いた。
成するに際して、不純物の供給法としては、塗布
法、ガス法、固体蒸発法、液体バブリング法等が
あるが、これらのいずれの方法においても、シー
ト抵抗（ρｓ）の十分に低い不純物拡散層を得る
には、拡散時間を短縮すること、拡散温度を低く
すること、表面不純物濃度が低い場合でも良好な
拡散が行なえるようにすること等の課題を有して
いた。
すなわち、不純物拡散層のシート抵抗を下げる
ことは、不純物拡散深さ（Xj）を大きくするこ
と、あるいは表面不純物濃度（Cs）を大きくす
ることによつて可能であるが、前者においては拡
散時間が長くなつてコスト的に問題があり、一方
時間を短かくするためには拡散温度を高くすれば
良いが、この場合半導体素子の結晶性を悪影響を
与えることとなる。さらに、不純物拡散深さ
（Xj）が大きいと集積度等のデバイス寸法等に制
約を与えるというような種々の問題があり、これ
は採用できない。また、後者すなわち表面不純物
濃度（Cs）を大きくする場合は、不純物拡散深
さが極く浅い場合には可能であるが、１μｍ以上
の拡散深さの場合には、半導体素子基板表面に不
純物供給過剰による不純物の蓄積のための合金層
が形成され、後工程において結晶欠陥の発生につ
ながることとなる。また、合金層を形成しないよ
うにするために、一定量の拡散不純物を供給した
後、不純物供給を停止して押込み拡散を行なう方
法も従来から行なわれているが、この方法でも長
時間拡散では基板表面で不純物不足による表面不
純物濃度の低下が起り、拡散係数を大きな値に維
持することはできず、シート抵抗を小さくするこ
とは困難である。さらに前述の合金層の形成を防
止する目的で半導体素子基板表面に不純物を供給
する前に、予め酸化膜を形成しておく拡散方法も
すでに発表されているが、この場合には、不純物
拡散中に酸化膜は徐々に拡散不純物に侵されてゆ
き、長時間の拡散には耐えられずに結局は共晶を
形成するか、あるいは共晶が形成されないほど酸
化膜の厚さが厚ければ、マスク効果により不純物
濃度が上がらず、したがつて拡散係数も大きくな
らず、シート抵抗も下がらないことになる。
ことは、不純物拡散深さ（Xj）を大きくするこ
と、あるいは表面不純物濃度（Cs）を大きくす
ることによつて可能であるが、前者においては拡
散時間が長くなつてコスト的に問題があり、一方
時間を短かくするためには拡散温度を高くすれば
良いが、この場合半導体素子の結晶性を悪影響を
与えることとなる。さらに、不純物拡散深さ
（Xj）が大きいと集積度等のデバイス寸法等に制
約を与えるというような種々の問題があり、これ
は採用できない。また、後者すなわち表面不純物
濃度（Cs）を大きくする場合は、不純物拡散深
さが極く浅い場合には可能であるが、１μｍ以上
の拡散深さの場合には、半導体素子基板表面に不
純物供給過剰による不純物の蓄積のための合金層
が形成され、後工程において結晶欠陥の発生につ
ながることとなる。また、合金層を形成しないよ
うにするために、一定量の拡散不純物を供給した
後、不純物供給を停止して押込み拡散を行なう方
法も従来から行なわれているが、この方法でも長
時間拡散では基板表面で不純物不足による表面不
純物濃度の低下が起り、拡散係数を大きな値に維
持することはできず、シート抵抗を小さくするこ
とは困難である。さらに前述の合金層の形成を防
止する目的で半導体素子基板表面に不純物を供給
する前に、予め酸化膜を形成しておく拡散方法も
すでに発表されているが、この場合には、不純物
拡散中に酸化膜は徐々に拡散不純物に侵されてゆ
き、長時間の拡散には耐えられずに結局は共晶を
形成するか、あるいは共晶が形成されないほど酸
化膜の厚さが厚ければ、マスク効果により不純物
濃度が上がらず、したがつて拡散係数も大きくな
らず、シート抵抗も下がらないことになる。
本発明者は、上述のような観点から、不純物濃
度関数〔Ｃ（ｘ）〕を、表面不純物濃度が合金層
を形成しない範囲になるように抑え、かつ半導体
素子基板表面の不純物濃度分布を不純物拡散深さ
に関して濃度勾配がないようにすることによつて
シート抵抗の低下をはかるべく、特に、半導体素
子基板表面に、半導体と不純物元素とが合金層を
形成する程には不純物濃度が高くはないが、拡散
係数が特に大きくなるところの固溶度に近い高濃
度拡散を行なつた場合に、拡散の初期においては
補誤差関数では近似できない不純物濃度分布をも
つ高濃度不純物拡散層が拡散深さ１μｍ以下の部
分に存在するという報告に着目して研究を行なつ
た結果、この高濃度不純物拡散層を長時間持続さ
せることにより、 (a) 不純物拡散深さが一定の場合、従来得られな
かつた程に不純物拡散層のシート抵抗（ρｓ）
を十分に低くすることが可能である。
度関数〔Ｃ（ｘ）〕を、表面不純物濃度が合金層
を形成しない範囲になるように抑え、かつ半導体
素子基板表面の不純物濃度分布を不純物拡散深さ
に関して濃度勾配がないようにすることによつて
シート抵抗の低下をはかるべく、特に、半導体素
子基板表面に、半導体と不純物元素とが合金層を
形成する程には不純物濃度が高くはないが、拡散
係数が特に大きくなるところの固溶度に近い高濃
度拡散を行なつた場合に、拡散の初期においては
補誤差関数では近似できない不純物濃度分布をも
つ高濃度不純物拡散層が拡散深さ１μｍ以下の部
分に存在するという報告に着目して研究を行なつ
た結果、この高濃度不純物拡散層を長時間持続さ
せることにより、 (a) 不純物拡散深さが一定の場合、従来得られな
かつた程に不純物拡散層のシート抵抗（ρｓ）
を十分に低くすることが可能である。
(b) 同一拡散深さ、同一シート抵抗のときは、拡
散時間を短縮でき、また拡散温度を低くするこ
とができる。
散時間を短縮でき、また拡散温度を低くするこ
とができる。
(c) 従来、基板内、基板間、あるいは拡散ロツト
間での不純物拡散深さ、シート抵抗、および表
面不純物濃度などのバラツキを小さくすること
は、高濃度の表面不純物濃度の場合は比較的容
易であつたが、低濃度の場合には困難であつた
ものを、低濃度の場合にもそのバラツキを小さ
くすることができ、しかも表面不純物濃度を広
範囲に選択できる。
間での不純物拡散深さ、シート抵抗、および表
面不純物濃度などのバラツキを小さくすること
は、高濃度の表面不純物濃度の場合は比較的容
易であつたが、低濃度の場合には困難であつた
ものを、低濃度の場合にもそのバラツキを小さ
くすることができ、しかも表面不純物濃度を広
範囲に選択できる。
という(a)〜(c)項に示される知見を得、
(d) さらに半導体素子基板の表面に、予め拡散不
純物を低濃度に含有するか、あるいは全く含有
しない薄膜Ａと、拡散不純物を高濃度で含有す
る薄膜ＢとをABAの順に交互に積み重ねて３
層の薄膜多重層を形成し、かつこの３層の薄膜
多重層形成の半導体素子基板に拡散処理を施す
に際しては、拡散炉内の雰囲気を、前記拡散不
純物を高濃度に含有する薄膜Ｂから前記半導体
素子基板中に拡散される不純物量とほぼ同等量
の不純物を前記薄膜Ｂに補給する雰囲気とする
ことによつて、前述の高濃度不純物拡散層が生
じているのと同じ状態にしてやれば、上記(a)〜
(c)項に示される高濃度不純物拡散層を長時間持
続させた場合と同様の作用効果がもたらされる
こと。
純物を低濃度に含有するか、あるいは全く含有
しない薄膜Ａと、拡散不純物を高濃度で含有す
る薄膜ＢとをABAの順に交互に積み重ねて３
層の薄膜多重層を形成し、かつこの３層の薄膜
多重層形成の半導体素子基板に拡散処理を施す
に際しては、拡散炉内の雰囲気を、前記拡散不
純物を高濃度に含有する薄膜Ｂから前記半導体
素子基板中に拡散される不純物量とほぼ同等量
の不純物を前記薄膜Ｂに補給する雰囲気とする
ことによつて、前述の高濃度不純物拡散層が生
じているのと同じ状態にしてやれば、上記(a)〜
(c)項に示される高濃度不純物拡散層を長時間持
続させた場合と同様の作用効果がもたらされる
こと。
以上(a)〜(d)項に示される知見を得たのである。
したがつて、この発明は上記知見にもとづいて
なされたものであつて、半導体素子基板表面に、
予め拡散不純物を低濃度に含有するか、あるいは
全く含有しない薄膜Ａと、拡散不純物を高濃度に
含有する薄膜Ｂとを、ABAの順に交互に積み重
ねた３層の薄膜多重層を形成し、ついで前記３層
の薄膜多重層形成の半導体素子基板を拡散炉に挿
入し、前記拡散不純物を高濃度に含有する薄膜Ｂ
から前記半導体素子基板中に拡散される不純物量
とほぼ同等量の不純物を前記薄膜Ｂに補給するよ
うに前記拡散炉内の雰囲気中の拡散不純物濃度を
制御しつつ、所定温度に加熱保持の拡散処理を施
すことによつて所定の深さの不純物拡散層を有す
る半導体素子を再現性よく製造することに特徴を
有するものである。
なされたものであつて、半導体素子基板表面に、
予め拡散不純物を低濃度に含有するか、あるいは
全く含有しない薄膜Ａと、拡散不純物を高濃度に
含有する薄膜Ｂとを、ABAの順に交互に積み重
ねた３層の薄膜多重層を形成し、ついで前記３層
の薄膜多重層形成の半導体素子基板を拡散炉に挿
入し、前記拡散不純物を高濃度に含有する薄膜Ｂ
から前記半導体素子基板中に拡散される不純物量
とほぼ同等量の不純物を前記薄膜Ｂに補給するよ
うに前記拡散炉内の雰囲気中の拡散不純物濃度を
制御しつつ、所定温度に加熱保持の拡散処理を施
すことによつて所定の深さの不純物拡散層を有す
る半導体素子を再現性よく製造することに特徴を
有するものである。
つぎに、この発明の方法を実施例により具体的
に説明する。
に説明する。
実施例
Ｎ型５Ωcmのシリコン基板表面に、それを水蒸
気中、温度1000℃に10分間加熱保持することによ
つて、厚さ約1500Åの拡散不純物を含有しないシ
リコン酸化膜からなる第１層薄膜Ａを形成した
後、エチルシリケートに３酸化ホウ素を混合した
ものからなるペイント剤を拡散不純物を高濃度で
含む第２層薄膜Ｂとして、またエチルシリケート
を拡散不純物を含まない第３層薄膜A′としてそ
れぞれ塗布し、ついでこの３層の薄膜多重層形成
のシリコン基板を拡散炉の温度1280℃の均熱部に
挿入し、前記薄膜Ｂから前記基板中に拡散される
不純物量とほぼ同等量の不純物を前記薄膜Ｂに補
給するように、前記拡散炉内の酸化性雰囲気中に
拡散不純物としての上記の３酸化ホウ素を供給し
ながら、80時間保持して加熱拡散処理した。この
結果、 不純物拡散深さ（Xj）：110±３μｍ、 シート抵抗（ρｓ）：1.2×10-2Ω／cm2、 を有する不純物拡散層を前記シリコン基板表面に
形成することができ、その表面には合金層の形成
は見られなかつた。
気中、温度1000℃に10分間加熱保持することによ
つて、厚さ約1500Åの拡散不純物を含有しないシ
リコン酸化膜からなる第１層薄膜Ａを形成した
後、エチルシリケートに３酸化ホウ素を混合した
ものからなるペイント剤を拡散不純物を高濃度で
含む第２層薄膜Ｂとして、またエチルシリケート
を拡散不純物を含まない第３層薄膜A′としてそ
れぞれ塗布し、ついでこの３層の薄膜多重層形成
のシリコン基板を拡散炉の温度1280℃の均熱部に
挿入し、前記薄膜Ｂから前記基板中に拡散される
不純物量とほぼ同等量の不純物を前記薄膜Ｂに補
給するように、前記拡散炉内の酸化性雰囲気中に
拡散不純物としての上記の３酸化ホウ素を供給し
ながら、80時間保持して加熱拡散処理した。この
結果、 不純物拡散深さ（Xj）：110±３μｍ、 シート抵抗（ρｓ）：1.2×10-2Ω／cm2、 を有する不純物拡散層を前記シリコン基板表面に
形成することができ、その表面には合金層の形成
は見られなかつた。
このように、半導体基板表面に予め形成された
薄膜多重層から半導体基板中へ拡散される不純物
量とほぼ同量の不純物を拡散炉雰囲気より前記薄
膜多重層に供給することによつて、半導体基板の
表面不純物濃度が常に一定に保たれることになる
から、長時間の拡散においても不純物無限供給条
件が半導体基板表面に不純物蓄積による合金層を
形成することなく保たれるので、従来よりも高濃
度の拡散が可能となり、特に長時間のコレクタ拡
散を有利に行なうことができるようになる。
薄膜多重層から半導体基板中へ拡散される不純物
量とほぼ同量の不純物を拡散炉雰囲気より前記薄
膜多重層に供給することによつて、半導体基板の
表面不純物濃度が常に一定に保たれることになる
から、長時間の拡散においても不純物無限供給条
件が半導体基板表面に不純物蓄積による合金層を
形成することなく保たれるので、従来よりも高濃
度の拡散が可能となり、特に長時間のコレクタ拡
散を有利に行なうことができるようになる。
さらに不純物拡散源としてホウ素の酸化物を用
いた場合について述べたが、その他の一般に従来
から使用されている拡散不純物、例えばアンチモ
ン、ホスフイン、ジボランなどの水素化物、３塩
化リンなどのハロゲン化物、あるいはガリウム、
アルミニウム、アンチモンなどの金属元素なども
利用することができる。
いた場合について述べたが、その他の一般に従来
から使用されている拡散不純物、例えばアンチモ
ン、ホスフイン、ジボランなどの水素化物、３塩
化リンなどのハロゲン化物、あるいはガリウム、
アルミニウム、アンチモンなどの金属元素なども
利用することができる。
上述のように、この発明によれば、不純物濃度
関数を表面不純物濃度が合金層を形成しない範囲
にあるようにすることができると共に、半導体素
子表面の不純物濃度分布を不純物拡散深さに関し
て濃度勾配を非常に小さなものとすることがで
き、さらに高濃度不純物拡散ばかりでなく、拡散
温度を高濃度不純物拡散の場合より低くしたり、
薄膜Ｂに含まれる不純物の濃度を小さくすること
や、薄膜を多層にして各薄膜厚さを薄くすること
などによつて低濃度不純物拡散も実施することが
でき、いずれの場合もシート抵抗の小さい半導体
素子を均一性および再現性が良好な状態で生産効
率よく製造することができるのである。
関数を表面不純物濃度が合金層を形成しない範囲
にあるようにすることができると共に、半導体素
子表面の不純物濃度分布を不純物拡散深さに関し
て濃度勾配を非常に小さなものとすることがで
き、さらに高濃度不純物拡散ばかりでなく、拡散
温度を高濃度不純物拡散の場合より低くしたり、
薄膜Ｂに含まれる不純物の濃度を小さくすること
や、薄膜を多層にして各薄膜厚さを薄くすること
などによつて低濃度不純物拡散も実施することが
でき、いずれの場合もシート抵抗の小さい半導体
素子を均一性および再現性が良好な状態で生産効
率よく製造することができるのである。
Claims (1)
- １ 半導体素子基板の表面に、予め拡散不純物を
低濃度に含有するか、あるいは全く含有しない薄
膜Ａと、拡散不純物を高濃度に含有する薄膜Ｂと
を、ABAの順に交互に積み重ねた３層の薄膜多
重層を形成し、ついで前記３層の薄膜多重層形成
の半導体素子基板を拡散炉に挿入し、前記拡散不
純物を高濃度に含有する薄膜Ｂから前記半導体素
子基板中に拡散される不純物量とほぼ同等量の不
純物を前記薄膜Ｂに補給するように前記拡散炉内
の雰囲気中の拡散不純物濃度を制御しつつ、所定
温度に加熱保持の拡散処理を施すことを特徴とす
る半導体素子基板表面に不純物拡散層を形成する
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3956482A JPS57184216A (en) | 1982-03-15 | 1982-03-15 | Forming impurity diffusion layer on surface of semiconductor element substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3956482A JPS57184216A (en) | 1982-03-15 | 1982-03-15 | Forming impurity diffusion layer on surface of semiconductor element substrate |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52053705A Division JPS6011803B2 (ja) | 1977-05-12 | 1977-05-12 | 半導体素子基板表面に不純物拡散層を形成する方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57184216A JPS57184216A (en) | 1982-11-12 |
| JPS6160572B2 true JPS6160572B2 (ja) | 1986-12-22 |
Family
ID=12556572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3956482A Granted JPS57184216A (en) | 1982-03-15 | 1982-03-15 | Forming impurity diffusion layer on surface of semiconductor element substrate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57184216A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63193773A (ja) * | 1987-02-06 | 1988-08-11 | Hitachi Ltd | 再生機能を具備したｖｔｒ一体形カメラ |
-
1982
- 1982-03-15 JP JP3956482A patent/JPS57184216A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63193773A (ja) * | 1987-02-06 | 1988-08-11 | Hitachi Ltd | 再生機能を具備したｖｔｒ一体形カメラ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57184216A (en) | 1982-11-12 |
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