JPS6256653B2 - - Google Patents

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JPS6256653B2
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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。
〔発明の技術的背景〕
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。
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。
〔背景技術の問題点〕
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。
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。
〔発明の目的〕
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。
〔発明の概要〕
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。
〔発明の実施例〕
以下、添付図面に従つてこの発明の実施例を説
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。
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。
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。
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
Si=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。
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。
〔発明の効果〕
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。
【図面の簡単な説明】
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。

Claims (1)

  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。
JP57145980A 1982-08-23 1982-08-23 半導体装置の製造方法 Granted JPS5935425A (ja)

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EP83108255A EP0103767B1 (en) 1982-08-23 1983-08-22 Method of producing a semiconductor device by ion-implantation and device produced by the method
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EP0103767A2 (en) 1984-03-28
EP0103767A3 (en) 1986-06-11
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