JPS62198119A - 硼素拡散方法並びにその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、窒化硼素板を用いシリコンウェハー中に硼素
を抗敗してＰ型領域を形成させる有効な方法とその装置
に関する。

（従来の技術） シリコンウェハーにＰ型領域を形成させるには、硼素を
拡散させる方法が広く採用されている。このような従来
の硼素拡散方法を添付の第３図にて説明するに１図は斯
かる方法に用いられる装置の概略図を示し、反応管ａの
廻りに加熱コイルｂが配置され、該反応管ａには酸素ガ
ス供給源Ｃ及びアルゴンガス供給源ｄが連結されている
。本装置によりシリコンウェハーｅに硼素を拡散させる
には、石英ボートｆ上に窒化硼素板（以下、ＢＮ板と略
称する）ｇのみを置き、これを反応管ａ内に挿入し、加
熱コイルｂにて約９５０〜１０００℃の温度に保ち、弁
ｃ１を開き導入通路ｃ２を経て反応管ａ内に酸素ガスを
導入してＢＮＮ板製酸化させる。

この時の反応は、 ２８Ｎ＋−０２→　Ｂ２０．＋Ｎ２↑ で示される。酸化の複弁Ｃ□を閉じ、シリコンウェハー
ｅを２枚ずつ拡散不要面を背中合せにしてＢＮＦｌ、ｇ
に対面状態で石英ボートｆ上に置き、次いで弁ｄ１　を
開け、アルゴンガスを導入し９００〜１２００’Ｃに加
熱するとＢＮ板ｇ表面の三酸化二硼素（Ｂ２０３）が蒸
発し、シリコンウェハーｅ上に定着する。更に石英ボー
トｆ上のＢＮＮ板製取り除き。

引き続きシリコンウェハーｅをアルゴンガス雰囲気中で
加熱させると、定着されたＢ、Ｏ，が拡散源となり硼素
がシリコンウェハーｅ中へ拡散し、Ｐ壁領域が形成され
る。

（発明が解決しようとする問題点） 上記方法は、硼素の拡散光としてＢＮ板を使用出来、操
作も簡易であると云う長所を有しているが、Ｐ壁領域の
濃度はＢ２０．を蒸発させシリコンウェハー上に定着さ
せる工程において略決してしまう。即ち、この時の温度
、Ｂ２Ｏ３の蒸気圧及びＢ　ｔ　Ｏｓ　蒸気のシリコン
ウェハーへの移動具合、この工程における経過時間が上
記濃度を決する３大要因となり、とりわけＢ２０．の蒸
気圧は高温域でも低く、しかも温度により大きく変化す
る為、Ｐ壁領域の抵抗率をコントロール（一定範囲内に
納めること）することが困難となり、これが最終製品で
あるトランジスタやＩＣ等の半導体素子の不良品を増加
させる大きな原因となっていた。

本発明は上記に鑑みなされたもので、ＢＮ板によるより
効率的且つ簡易な硼素の拡散方法とその有効な装置を提
供せんとするものである。

（問題点を解決するための手段及び実施例）上記目的を
達成する為の本発明の構成を添付図面に基づき説明する
に、第１図は本発明装置の一実施例を示す概略図である
。即ち、本発明の特定発明の要旨は、ＢＮ板を用いてシ
リコンウェハー中に硼素を拡散する方法に於て、表面を
酸化してＢ２０．の層を形成したＢＮ板とシリコンウェ
ハーとを反応容器中に対面状態で設置し、所定温度に保
ちながらドライ窒素ガス及び水分を含むウェット窒素ガ
スの混合ガスを上記反応容器に導入し。

上記Ｂ、０３を一旦メタ硼酸（ＨＢ’０２）に化学変化
させ、このＨＢＯ２を前記ＢＮ板より蒸発させてシリコ
ンウェハー上に定着させ、爾後定着したＨＢＯ２をＢ２
０．に戻し、この８２０．を拡散源としてシリコンウェ
ハー中に硼素を拡散させるようにしたことを特徴とする
硼素拡散方法にあり、亦、第２発明の要旨は、反応容器
１と、該反応容器１内を加熱させる為の加熱装置２と、
上記反応容器１に通じる酸素ガス導入手段３と、反応容
器１に通じるドライ窒素ガス導入手段４と、反応容器１
に通じる水分を含んだウェット窒素ガス導入手段５とよ
り成る硼素拡散装置にある。

便宜上第２発明について先ず詳述する。図は単結晶シリ
コンウェハー６に硼素を熱拡散することにより該ウェハ
ー６にＰ壁領域を形成する為の装［（拡散炉）を示す。

反応容器１は石英ガラス製反応管より成り、一端（図で
は左端）はガスの導入部１１で、該導入部１１よりドラ
イ窒素ガス、ウェット窒素ガス及びドライ酸素ガスが供
給される。

反応管１の周囲には加熱コイルより成る加熱装置２によ
って囲繞され、所定温度に加熱され、また該反応管１の
他端（図では右端）は試料挿入用開口部１２とされ、該
開口部１２には細管１３１により大気と通じるようにな
されたキャップ１３が帽嵌されている。ガス導入部１１
は酸素系と窒素系とに分かれ、このうち、酸素系は酸素
ガス導入手段３に連結され、該酸素ガス導入手段３は、
高圧酸素ボンベ３１、ガスレギュレーター３２、流量計
３３及び弁３４を含み、適正圧力及び適正流量に調節さ
れた酸素ガスが導管３５を経て反応管１中に供給される
ようになされている。一方、窒素系はドライ窒素ガス導
入手段４とウェット窒素ガス導入手段５とに連結され、
この両手段４，５はドライ窒素ガスボンベ４５を共役し
、ガスレギュレーター４５１を経て分岐される。ドライ
窒素ガス導入手段４は流量計４１及び弁４２を含み、適
正圧力及び適正流量に調節されたドライ窒素ガスが導管
３５を経て反応管１に供給され、亦ウェット窒素ガス導
入手段５は、流量計５２．弁５３及び加湿器５１を含み
、適正圧力、適正流量に調節され且つ加湿されたウェッ
ト窒素ガスが、弁５４及び導管３５を経て同じく反応管
１に供給されるようになされている。加湿器５１には純
水が満され、この純水に前記ボンベ４５からのドライ窒
素ガスが導入され、その時の窒素ガス温度における飽和
水蒸気を含んだ湿った窒素ガスとなって、弁５４より導
管３５を経て反応管１に供給される。

ここで弁５４は、ウェット窒素ガスを導入しない場合、
純水の自然蒸気圧による水蒸気拡散を防ぐために閉じる
ものであり、また管５５は純水補給管で、使用しない時
はシリコンゴム栓５５１で密封される。

上記装置を用い１次の要領でシリコンウェハー６に硼素
を拡散させる。

■　反応管１を空の状態で、弁３４、弁５３及び弁５４
を閉、弁４２のみ開として、ドライ窒化ガスを所定量（
反応管１の内径が１００閣の場合、流量約Ｉ　Ｑ　／ｗ
ｉｎ）流しながら、９５０〜１０５０℃で約２時間加熱
し反応管１の安定化を図る。

■　次いで石英製ボート７上にＢＮＮａ３みを立て、反
応管１内に入れ、９５０〜１０５０℃で１時間予備乾燥
する。

■　弁４２を閉じ、弁３４を開いて反応管１に酸素ガス
を供給しく毎分Ｉ　Ｑ）、　９５０〜１１００℃で３０
分間加熱し、ＢＮ板８表面を酸化させ、酸化終了後弁３
４を閉じ酸素ガスの供給を止め、更に弁４２を開いてド
ライ窒素ガスを反応管１に供給する。

■　石英製ボート７を反応管１より引き出し、酸化され
たＢＮＮａ３対面して、間隔２．０〜３゜５Ｔｒｔｎを
もってシリコンウェハー６をボート７に立て、反応管１
内に挿入する。

■　挿入後１反応管１を９５０〜１０００℃に設定し。

弁４２、弁５３及び弁５４を開いて、加湿器５１内の純
水にドライ窒素ガスを吹き込んで加湿したウェット窒素
ガスと、ドライ窒素ガスとを導管３５で合流させ、両ガ
スの混合ガスとして反応管１に供給する（この工程をプ
レデポジションと呼ぶ）。

この時、窒素ガス温度及び純水温度が２０℃で、反応管
１内の温度が１０００℃の場合、ドライ窒素ガス流量Ｉ
Ｑ／ｗｉｎ、ウェット窒素ガス流量Ｌｏｏｍ　Ｑ／ｍｉ
ｎ〜５０ｍ　Ｑ　／ｍｉｎとすることが硼素拡散に最も
適していた。

■　■の状態で所定時間（希望する拡散硼素濃度により
変るが、通常１時間程度）経過した後、弁５４及び弁５
３を閉じ、ドライ窒素ガスのみ供給しそのまま約３０分
間放置する。

■　シリコンウェハー６及びＢＮＮａ３載せたボート７
を反応管１より取り出し１表面に８２０゜が定着された
シリコンウェハー６を弱フッ化水素酸液により過剰の８
．０３を取り除き、純水洗浄の後、このシリコンウェハ
ー６のみを再び石英製ボート７上に立て１反応管１に挿
入し、ドライ窒素ガスを約ＩＱ／ｗｉｎ流し、９００〜
１０００℃に保ち。

シリコンウェハ−６内部に硼素を熱拡散してＰ型領域を
作成する。

第２図は、上記方法でのプレデポジション時間と温度を
変化させた場合の最終的なＰ型領域のシート抵抗値の変
化を示す。

（作用） 上記方法において、■では、ＢＮＮ板上上２８Ｎ＋−Ｏ
２→　Ｂ２０．＋Ｎ２　↑の反応が起り、ＢＮＮ板上上
８２０３の層が形成され、■では、 Ｂ　２０３＋　Ｈｚ　Ｏ→　２　ＨＢ　Ｏ２の反応でＢ
２０．がＨＢＯ２に化学変化すると共に、このＨＢＯ，
が蒸発し、シリコンウェハー６上に析出する。そして■
では、 ＨＢＯ，→　Ｂ２Ｏ３＋Ｈ２０↑ の反応が起こり、シリコンウェハー６上で８．０３に変
化し、■でこのＢ２０．が拡散源となり、シリコンウェ
ハー６中に硼素が熱拡散する。

ＨＢＯ２の蒸気圧は、Ｂ２Ｏ３の蒸気圧に較べ、１００
０℃付近で約１０，０００倍あり、従ってＢＮＮａ３り
蒸発してシリコンウェハー６上に析出するＨＢＯ。

の蒸発効率は従来のＢ、０３の場合の約１０，０００倍
となり、シリコンウェハー６上には所望のＰ型領域を得
るに必要な硼素濃度以上の過剰のＨＢＯ，が析出し、こ
の過剰分を除去すれば常に適正且つ一定した濃度のＨＢ
Ｏ２がシリコンウェハー６上に存在することになる。元
来、Ｐ型領域を作成するための硼素拡散では、拡散に要
求される硼素濃度より過剰の硼素化合物をシリコンウェ
ハー上に残存する状態に一旦した後、過剰分を薬品その
他により削減して、ウェハー表面全体として硼素化合物
濃度を均一になるようにする方法が、最終的なＰ型領域
の電気的性能（シート抵抗値等）のバラツキを少なくし
得る方法とされており、従来の方法ではＢ２Ｏ３の蒸気
圧は低く、大量の硼素化合物をシリコンウェハー上に存
在させることは困難であるのに対し、本発明方法では上
記の如く蒸気圧の高いＨＢＯ，を蒸発させるようにした
から、極めて容易に高濃度のＰ型領域を作成することが
出来る。亦、ＨＢＯ，を発生させる為に、純水中へドラ
イ窒素ガスを吹き込んで得たウェット窒素ガスとドライ
窒素ガスとの混合ガスを用いているので、水素などの可
燃性ガスを必要とせず、安全で且つ極めて安価に硼素拡
散を遂行することが出来る。

更に、ドライ窒素ガスとウェット窒素ガスとの混合比は
適宜変えることが出来るので、ドライ窒素ガスや純水温
度が変化した場合でも、それぞれの温度に応じた対処が
可能とされる。

又、第２図により、Ｐ型領域のシート抵抗値は。

プレデポジション工程での温度に大きく影響されること
が理解され、これよりプレデポジション工程での温度及
び時間を適宜設定することにより、所望濃度のＰ型領域
を得ることが可能とされる。

尚、上記に限定されず、本発明を逸脱しない限り他の変
更が可能であることは云うまでもない。

（発明の効果） 叙述の如く、本発明の硼素拡散方法は、蒸気圧の高いＨ
ＢＯ２を蒸発させることによってシリコンウェハー表面
に硼素拡散源を形成させるようにしたから、シリコンウ
ェハーに均一なＰ型領域が形成され、これにより最終製
品たるトランジスタやＩＣ等の半導体素子の不良品発生
率を著減させることが出来る。亦、これに用いる装置の
構造も極めて簡易で、安全、低廉且つ極めて効率的な拡
散を実行出来るものであり、本発明の価値類る大である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示す概略図、第２図は
プレデポジション工程における温度・時間に対するシー
ト抵抗値の特性図、第３図は従来の硼素拡散方法の一例
を示す概略図である。 （符号の説明） １・・・反応容器、２・・・加熱装置、３・・・酸素ガ
ス導入手段、４・・・ドライ窒素ガス導入手段、４５・
・・ドライ窒素ガスボンベ、５・・・ウェット窒素ガス
導入手段、５１・・・加湿器。 一以上一 出願人　株式会社　モリタ製作所 代理人　　弁理士（６２３５）　　松野　英彦第２図 手続祁ｉ−’ｉＥ書（自発） 昭和６１年４月２日 ン゛。 特許庁長官　宇賀　道部殿　　　　　　　＼１′１、事
件の表示 昭和６１年特許願第０４０７２７号 ２、発明の名称 硼素拡散方法並びにその装置 ３、補正をする者 事件との関係　出願人 住所　京都市伏見区東浜南町６８０ 名称　株式会社　モリタ製作所 代表取締役社長　森１）隆一部 ４、代理人　〒５５０ Ｔａ　０６−４４３−４９９０・７５５９５、補正命令
の日付（自発） ７、補正の対象 □イ、ヶ、７．ｆら　　”’　１”ｒ　ｔｌ　−”Ｉ）
８、補正の内容 図面「第１図」を別紙「第１図」と差し替える。 ９、添付書類の目録 （１）図面「第１図」（補正）　　　　　　　　１通−
以上一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、窒化硼素板を用いてシリコンウェハー中に硼素を拡
   散する方法に於て、表面を酸化して三酸化二硼素の層を
   形成した窒化硼素板とシリコンウェハーとを反応容器中
   に対面状態で設置し、所定温度に保ちながらドライ窒素
   ガス及び水分を含むウェット窒素ガスの混合ガスを上記
   反応容器に導入し、上記三酸化二硼素を一旦メタ硼酸に
   化学変化させ、このメタ硼酸を前記窒化硼素板により蒸
   発させてシリコンウェハー上に定着させ、爾後定着した
   メタ硼酸を三酸化二硼素に戻し、この三酸化二硼素を拡
   散源としてシリコンウェハー中に硼素を拡散させるよう
   にしたことを特徴とする硼素拡散方法。 ２、反応容器（１）と、該反応容器（１）内を加熱させ
   る為の加熱装置（２）と、上記反応容器（１）に通じる
   酸素ガス導入手段（３）と、反応容器（１）に通じるド
   ライ窒素ガス導入手段（４）と、反応容器（１）に通じ
   る水分を含んだウェット窒素ガス導入手段（５）とより
   成る硼素拡散用装置。 ３、上記ウェット窒素ガス導入手段（５）が、ドライ窒
   素ガスボンベ（４５）と、該ボンベ（４５）に連結され
   純水中にドライ窒素ガスを吹き込むことにより加湿する
   ようにした加湿器（５１）とを含み、該加湿器（５１）
   により加湿された窒素ガスを前記ドライ窒素ガス導入手
   段（４）からのドライ窒素ガスと合流させて前記反応容
   器（１）内に導入させるようにした特許請求の範囲第２
   項記載の装置。