JPS6256653B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は半導体装置の製造方法に係り、特に
深いPN接合を形成するためのアルミニウム
(Al)の拡散に関する。
深いPN接合を形成するためのアルミニウム
(Al)の拡散に関する。
アルミニウムは、シリコン(Si)中のP型不純
物としては最も大きな拡散定数Dをもつている
(一般に計算処理の都合上拡散Dは√で表わさ
れ、アルミニウムは1200℃で√2.5μ/h〓
である。ただしhは時間の単位である。この値は
ほう素(B)の約3.8倍となつている)。このため、Al
は数10μの深いP型領域を形成するために広く用
いられている。
物としては最も大きな拡散定数Dをもつている
(一般に計算処理の都合上拡散Dは√で表わさ
れ、アルミニウムは1200℃で√2.5μ/h〓
である。ただしhは時間の単位である。この値は
ほう素(B)の約3.8倍となつている)。このため、Al
は数10μの深いP型領域を形成するために広く用
いられている。
この際、アルミニウムの導入方法としては、(1)
ルツボ法(第1図a)、(2)蒸着法(第1図b)、(3)
イオン注入法(第1図c)、また拡散方法として
は、(1)封管拡散法(第1図a)、(2)真空拡散法
(第1図d)などが知られており、これらの導入
方法及び拡散方法の組合せによりP型領域を形成
している。
ルツボ法(第1図a)、(2)蒸着法(第1図b)、(3)
イオン注入法(第1図c)、また拡散方法として
は、(1)封管拡散法(第1図a)、(2)真空拡散法
(第1図d)などが知られており、これらの導入
方法及び拡散方法の組合せによりP型領域を形成
している。
しかしながら、これらの各方法において、アル
ミニウム導入法は各々次の様な欠点がある。(1)ル
ツボ法は温度、圧力によつてAlの蒸気圧及びAl
の表面状態が変化し、濃度の制御が困難である。
また、(2)蒸着法は通常AlとSiの合金化を防止する
ためSi基板上にPoly−Si等の薄膜を介してAl蒸着
しこれを拡散源としているが、濃度の制御がやは
り困難である。更に、(3)イオン注入法は導入不純
物量の精密制御が可能であるが固溶限(2×1019
cm-3)を越えるAlの導入が不可能なため、適用が
低濃度拡散(〜1017cm-3)に限定されてしまう。
ミニウム導入法は各々次の様な欠点がある。(1)ル
ツボ法は温度、圧力によつてAlの蒸気圧及びAl
の表面状態が変化し、濃度の制御が困難である。
また、(2)蒸着法は通常AlとSiの合金化を防止する
ためSi基板上にPoly−Si等の薄膜を介してAl蒸着
しこれを拡散源としているが、濃度の制御がやは
り困難である。更に、(3)イオン注入法は導入不純
物量の精密制御が可能であるが固溶限(2×1019
cm-3)を越えるAlの導入が不可能なため、適用が
低濃度拡散(〜1017cm-3)に限定されてしまう。
また、従来の拡散法においては、(1)封管拡散法
及び(2)真空拡散法共に特殊な設備と技能が必要で
あり、工程も複雑である。
及び(2)真空拡散法共に特殊な設備と技能が必要で
あり、工程も複雑である。
この発明は、以上の従来技術の欠点を除去しよ
うとして成されたものであり、簡便で濃度制御性
が良く、しかも結晶性に優れたAlの導入が行な
える半導体装置の製造方法を提供することを目的
とする。
うとして成されたものであり、簡便で濃度制御性
が良く、しかも結晶性に優れたAlの導入が行な
える半導体装置の製造方法を提供することを目的
とする。
この目的を達成するため、この発明によれば、
半導体基板上にこの基板の一部もしくは全面に直
接接するようにアルミナ膜を被着する工程と、ア
ルミナ膜を介して半導体基板中にアルミニウム及
びシリコンをイオン注入する工程と、このイオン
注入した半導体基板を熱処理する工程とを具える
ようにする。
半導体基板上にこの基板の一部もしくは全面に直
接接するようにアルミナ膜を被着する工程と、ア
ルミナ膜を介して半導体基板中にアルミニウム及
びシリコンをイオン注入する工程と、このイオン
注入した半導体基板を熱処理する工程とを具える
ようにする。
以下、添付図面に従つてこの発明の実施例を説
する。
する。
第2図はこの発明の実施例に係る工程図であ
る。この実施例によれば、結晶軸N(111)、直径
76mm、厚さ800μ、比抵抗P=100〜150Ω−cmの
Siウエーハ20を用いる。
る。この実施例によれば、結晶軸N(111)、直径
76mm、厚さ800μ、比抵抗P=100〜150Ω−cmの
Siウエーハ20を用いる。
先づ、第2図aに示す様にSiウエーハ20の一
主面にCVD法又はスパツタ法により1000Åのア
ルミナ(Al2O3)膜21を被着する。
主面にCVD法又はスパツタ法により1000Åのア
ルミナ(Al2O3)膜21を被着する。
次に、Al2O3膜21を介して、第2図bに示す
様にSiウエーハ20中にAl及びSiのイオン注入2
2を行う。イオン注入の条件は、Al:0.5〜5×
1015cm-2(150KeV)、Si:1013〜1016cm-2
(150KeV)とした。AlとSiは質量数が近いため、
同一エネルギー(150KeV)でイオン注入した場
合ピーク位置はほぼ等しくなる。尚、ドーズ量Q
Al=5×1014cm-2の場合、注入後のピーク濃度は
約5×1019cm-3となり既に固溶限(2×1019cm
-3)を越えている。
様にSiウエーハ20中にAl及びSiのイオン注入2
2を行う。イオン注入の条件は、Al:0.5〜5×
1015cm-2(150KeV)、Si:1013〜1016cm-2
(150KeV)とした。AlとSiは質量数が近いため、
同一エネルギー(150KeV)でイオン注入した場
合ピーク位置はほぼ等しくなる。尚、ドーズ量Q
Al=5×1014cm-2の場合、注入後のピーク濃度は
約5×1019cm-3となり既に固溶限(2×1019cm
-3)を越えている。
ここで、更に開管拡散法により、第2図cに示
す様に、1200℃、60時間の拡散をN2雰囲気中で
行なつた結果、Ps=30Ω/口、接合深さ約100μ
のPN接合23が得られた。ただし、Alのドーズ
量QAl=5×1014cm-2(150KeV)、Siのドーズ量
QSi=1×1016cm-2(150KeV)である。
す様に、1200℃、60時間の拡散をN2雰囲気中で
行なつた結果、Ps=30Ω/口、接合深さ約100μ
のPN接合23が得られた。ただし、Alのドーズ
量QAl=5×1014cm-2(150KeV)、Siのドーズ量
QSi=1×1016cm-2(150KeV)である。
この様な方法によれば、第3図に示す様に、
Alの固溶限を増大させることができることが分
かつた。すなわち、Alの固溶限をAlのドーズ量
と電子顕微鏡によるいわゆるTEM観察による結
晶欠陥密度から決定したのが、第3図に示すSiの
ドーズ量と固溶限との関係である。これによれば
ドーズ量QSi=1×1015cm-2のときAlの固溶限は
約7×1019cm-3であり、ドーズ量QSi=1×1016
cm-2のとき固溶限は約3×1020cm-3であり、前述
の従来値(2×1019cm-3)に比べて増大し、高濃
度の無欠陥拡散がこの発明によつて可能であるこ
とが確認できる。
Alの固溶限を増大させることができることが分
かつた。すなわち、Alの固溶限をAlのドーズ量
と電子顕微鏡によるいわゆるTEM観察による結
晶欠陥密度から決定したのが、第3図に示すSiの
ドーズ量と固溶限との関係である。これによれば
ドーズ量QSi=1×1015cm-2のときAlの固溶限は
約7×1019cm-3であり、ドーズ量QSi=1×1016
cm-2のとき固溶限は約3×1020cm-3であり、前述
の従来値(2×1019cm-3)に比べて増大し、高濃
度の無欠陥拡散がこの発明によつて可能であるこ
とが確認できる。
また、この実施例に係る半導体装置は、次の様
な実験によつてAlのアウトデイフユージヨン防
止効果を確認することができた。すなわち、Si基
板上に1000ÅのAl2O3膜を被着したサンプル上に
それぞれ純Alを被着したウエーハ(A)及びAl−Si
合金を被着したウエーハ(B)をサンプルとして、こ
れらを1200℃、60時間窒素N2中で熱処理した後
7mm口の小部分に分割してリーク電流を測定す
る。10Vのバイアス電圧をかけ1μA以上のリー
ク電流が流れたものを不良品としてカウントし、
アウトデイフユージヨン阻止能力を比較したのが
第4図である。同図によれば、サンプル(Al)
の良品率78%に対してサンプルB(Al−Si)の良
品率98%と大幅な改善が見られ、SiがAl2O3膜中
の拡散を抑制することが確認された。
な実験によつてAlのアウトデイフユージヨン防
止効果を確認することができた。すなわち、Si基
板上に1000ÅのAl2O3膜を被着したサンプル上に
それぞれ純Alを被着したウエーハ(A)及びAl−Si
合金を被着したウエーハ(B)をサンプルとして、こ
れらを1200℃、60時間窒素N2中で熱処理した後
7mm口の小部分に分割してリーク電流を測定す
る。10Vのバイアス電圧をかけ1μA以上のリー
ク電流が流れたものを不良品としてカウントし、
アウトデイフユージヨン阻止能力を比較したのが
第4図である。同図によれば、サンプル(Al)
の良品率78%に対してサンプルB(Al−Si)の良
品率98%と大幅な改善が見られ、SiがAl2O3膜中
の拡散を抑制することが確認された。
この発明は、Si基板中にAl2O3膜を介してAl及
びSiをイオン注入した後開管拡散によつてPN接
合を形成することにより、簡便で制御性の良い
Alの導入が行なえる半導体装置の製造方法を提
供することができる。また、Alと同時にSiを注入
することにより、AlのSi中での固溶限を増大させ
ると共に、Si再結晶化の際の偏析核としてAlの偏
析を制御し結晶性を改善することができる。更
に、Al2O3膜をAlのアウトデイフユージヨン防止
膜として用いるが、SiはAl2O3中のAl拡散を制御
しAl2O3膜のAl拡散阻止能力を高めることができ
る。
びSiをイオン注入した後開管拡散によつてPN接
合を形成することにより、簡便で制御性の良い
Alの導入が行なえる半導体装置の製造方法を提
供することができる。また、Alと同時にSiを注入
することにより、AlのSi中での固溶限を増大させ
ると共に、Si再結晶化の際の偏析核としてAlの偏
析を制御し結晶性を改善することができる。更
に、Al2O3膜をAlのアウトデイフユージヨン防止
膜として用いるが、SiはAl2O3中のAl拡散を制御
しAl2O3膜のAl拡散阻止能力を高めることができ
る。
第1図は従来のAlの導入法及び拡散法を示す
図、第2図はこの発明の実施例を示す工程図、第
3図はこの発明によりAlの固溶限が増大するこ
とを示す説明図、第4図はこの発明によりアウト
デイフユージヨンが防止されることを示す説明図
である。 20……Siウエーハ、21……Al2O3膜、22
……イオン注入、23……PN接合。
図、第2図はこの発明の実施例を示す工程図、第
3図はこの発明によりAlの固溶限が増大するこ
とを示す説明図、第4図はこの発明によりアウト
デイフユージヨンが防止されることを示す説明図
である。 20……Siウエーハ、21……Al2O3膜、22
……イオン注入、23……PN接合。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 半導体基板の一主面にアルミナ膜を積層被着
する工程と、前記アルミナ膜を介して半導体基板
中にアルミニウム及びシリコンをイオン注入する
工程と、このイオン注入した半導体基板を熱処理
する工程とを具えて成る半導体装置の製造方法。 2 特許請求の範囲第1項記載の方法において、
前記アルミナ膜の厚さは1000Åまで積層被着する
様にして成る半導体装置の製造方法。 3 特許請求の範囲第1項又は第2項記載の方法
において、前記イオン注入は150KeVでアルミニ
ウムを0.5〜5×1015cm-2またシリコンを1013〜
1016cm-2だけ注入して行うようにして成る半導体
装置の製造方法。 4 特許請求の範囲第1項乃至第3項のいずれか
に記載の方法において、前記熱処理は開管拡散で
あるようにして成る半導体装置の製造方法。 5 特許請求の範囲第4項記載の方法において、
前記開管拡散による熱処理は窒素ガスをもつて
1200℃、60時間実行するようにして成る半導体装
置の製造方法。
Priority Applications (4)
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JP57145980A JPS5935425A (ja) | 1982-08-23 | 1982-08-23 | 半導体装置の製造方法 |
DE8383108255T DE3380237D1 (en) | 1982-08-23 | 1983-08-22 | Method of producing a semiconductor device by ion-implantation and device produced by the method |
EP83108255A EP0103767B1 (en) | 1982-08-23 | 1983-08-22 | Method of producing a semiconductor device by ion-implantation and device produced by the method |
US06/525,484 US4515642A (en) | 1982-08-23 | 1983-08-22 | Method of forming deep aluminum doped silicon by implanting Al and Si ions through alumina layer and device formed thereby |
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JP57145980A JPS5935425A (ja) | 1982-08-23 | 1982-08-23 | 半導体装置の製造方法 |
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JPS5935425A JPS5935425A (ja) | 1984-02-27 |
JPS6256653B2 true JPS6256653B2 (ja) | 1987-11-26 |
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- 1983-08-22 DE DE8383108255T patent/DE3380237D1/de not_active Expired
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