JPS629626A - 拡散方法および拡散用基板 - 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、高集積の半導体装置、特に深い溝などを有す
る高度な半導体装置の製造に用いることができる拡散方
法と、その方法の実施に用いる拡散用基板に関するもの
である。

従来の技術 半導体装置を作成する場合には、拡散は重要な一技術で
あり、種々の方法が用いられている。例えば、イオン注
入法、ＢＮなとの拡散法、スピンオンガラス法などがあ
る。これらは、従来よりある各種の半導体装置の形成に
ついては非常に有用であり、使いわけられている。

ところが、特に次世代と目されるさらに高集積化された
半導体装置においては、第６図に示すように、基板１に
深い溝２を形成し、その側面３に拡散を行なう必要があ
る。上記の技術を使用する場合には、次のような問題が
生じている。

イオン注入法は、汚染の少ない技術であるが。

第６図のような形状した溝２の側壁３に不純物を注入し
ようとすれば、基板１の法線から角度θをつけて注入し
なければならない。この時、第６図より明らかなように
、注入マスク４の影がづきると共に、角度が浅いため、
高濃度の注入には非常に時間がかかるという欠点がある
。

次に、ＢＮやリンガラスソースを用い、高温処理により
、不純物を多量に含んだガラス膜を基板１上に形成して
不純物を側壁３に導入する場合は、溝２の入口にガラス
膜が形成され易く、側面３での不純物濃度が底へ行く程
薄くなる。また溝２内に形成されたガラスの完全除去が
非常に難しいという欠点がある［Ｎ、Ｊｏｎａｓ、ｅｔ
ａｌ、Ｊ、Ｅｌａｃｔｒｏｃｈａｍ。

Ｓｏｃ、１２３，１５６５（１９７６）］　−以上のよ
うな溝２内の、有効な、低汚染の拡散方法の実現が望ま
れている。

発明が解決しようとする問題点 以上のように、溝２内の側面３に高濃度の不純物を導入
しようとする場合には、側面３上での不純物濃度分布の
バラツキが著しく、且つ、内部に汚染が残存するという
問題があった。

本発明は上記従来の問題点を解消するもので。

深い溝の側面に、高濃度の不純物を、汚染を残存させる
ことなく、シかも均一な濃度分布で拡散できる拡散方法
と、その方法の実施に用いる拡散用基板とを提供するこ
とを目的とする。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため１本発明の拡散方法は、被拡
散基板と、少なくとも表面層が前記被拡散基板と同じ構
成元素より成りかつ高濃度の拡散元素を含有する拡散用
基板とを対向配置し、非酸化性もしくは弱酸化性雰囲気
中で熱処理することにより拡散を行なうものである。

また本発明の拡散用基板は、少なくとも表面層が被拡散
基板と同じ構成元素より成りかつ高濃度の拡散元素を含
有する構成としたものである。

作用 上記拡散用基板を用いた上記拡散方法によれば、気相中
を拡散元素が拡散するため、被拡散基板の溝の側面に均
等に拡散元素が浸入し、均一な拡散を行なうことができ
る。また非活性雰囲気中で熱処理を行なうので、例えば
酸化などが起らず、後で洗浄やエツチングなどを必要と
する汚染や膜の堆積がないので、イオン注入法と同等以
上の清浄な拡散を、高濃度に行なうことができる。また
上記拡散用基板は何度でも使用でき、さらには再生して
再使用することもできる。

実施例 以下、本発明の実施例を第１図〜第５図に基づいて説明
する。

第１図は本発明の一実施例における拡散方法の基板配置
の説明図で、１１は拡散用基板、１２は被拡散基板であ
る。拡散用基板１１は、少なくとも表面層が被拡散基板
１２と同一の構成元素からなり、かつ高濃度の拡散元素
を含有している。被拡散基板１２には深い溝（図示せず
）が形成されている。また、第２図のように、拡散用基
板１１の上に被拡散基板１２を複数載置してもよい。

拡散に際しては、第１図のように拡散用基板１１と被拡
散基板１２とを交互に多数密接配置して相対向せしめる
か、あるいは第２図のように拡散用基板１１上に被拡散
基板１２を載置し、熱処理を行なう。

この加熱により、第３図のように、たとえば表面にシリ
コンを有する拡散用基板１１の表面より不純物である拡
散元素１３が蒸発し、シリｈンウエハなどの被拡散基板
１２の表面より拡散元素１３が内部に拡散し、所望の量
が導入される。このとき、気相中を例えば蒸発し易いＧ
ａｔ　Ｐｔ　Ａｓなどの拡散元素１３が拡散するため、
被拡散基板１２の溝の側面に均等に浸入し、均一な拡散
を行うことができる。

また、減圧することによって、その効果を促進できる。

また、非活性雰囲気中で熱処理を行うことによって、例
えば酸化なども生じず、後で洗浄やエツチングを必要と
する汚染や膜の堆積が生ぜず、イオン注入法と同等以上
の清浄な拡散を、高濃度に行うことができる。また、拡
散用基板１１の表面から拡散元素１３が蒸発するため１
表面の拡散元素濃度は第３図に破線１４で示す濃度分布
のように表面層では低下しているが、内部には高濃度の
拡散元素１３が存在し、表面への拡散元素の供給源とな
っている。従って、１回のみの使用でなく、数百回繰り
返して拡散用基板１１を使用できる。また、拡散用基板
１１を高濃度の不純物雰囲気中で熱処理することにより
再生し、再使用することもできる。

また、拡散用基板１１は１表面層が被拡散基板１２と同
じ元素で構成されているので、拡散用基板１１と被拡散
基板１２との相互汚染を防止できる。なお、拡散用基板
１１の全体を被拡散基板１２と同じ元素で構成してもよ
い。

以下、具体的実施例について説明する。この具体的実施
例は、極く一般的な例として、Ｓｉウェハに適用した例
である。先ず第５図（Ａ）のように、Ｓｉウェハ１５を
熱酸化し、約０．１μ−の酸化膜１６を形成し、続けて
プラズマ窒化膜１７を約１．５μ■厚形成する。この上
にレジストを塗布し、露光・現像することによっ゛て、
レジストパターン１８を形成する。続いて、第５図（Ｂ
）のように、ＳＦ、やＣＦ、ガスを主体として減圧下で
の異方性エツチングによって、プラズマ窒化膜１７およ
び酸化膜１６を開口し、プラズマ酸化によってレジスト
パターン１８を除去する０次に第５図（Ｃ）のように、
さらにＳＦ、やＣＦ。

Ｃ１ｌ、ガスを主体として、やはり減圧下による異方性
エツチングを行うことにより、幅１μ−の開口部１９を
有する溝２０を深さ約３μ園に形成した。

かくして得られた被拡散基板１２と、Ａｓを高濃度に含
有するガラスを１μ■厚の多結晶シリコン膜で被覆した
一度熱処理済の拡散用基板１１とを重ね合わせて、熱処
理を行った。さらに比較のために、無処理のＳｉウェハ
も同時に挿入した。そして熱処理後、溝側面の濃度とそ
の分布をみるため。

その斜断面をスティンエッチし、光学顕微鏡によって観
察した。断面でのそのスティンの様子を第５図（Ｃ）に
破線２１で示す、不純物濃度は、比較ウェハのシート抵
抗によって示した。下記第１表に、Ａｓの含有量が２０
％の拡散用基板１１を用いた結果を、また下記第２表に
、Ａｓの含有量が３０％の拡散用基板１１を用いた結果
を示゛す、熱処理時間は全て１時間である。スティンの
結果は、比較ウェハの接合深さに対して、本観察法では
大差なく、従って、不純物濃度は、比較ウェハの濃度と
ほぼ同等の高濃度に至っていると推定される。また、溝
２０の側面における接合深さも、第５図（Ｃ）の破線２
工で概轄を示すように、凹凸や不規則性はなく、一様に
不純物が分布していると推定された・く第　１表〉 〈第２表〉 次にＰを高濃度に含む多結晶シリコンを、Ｓｉウェハ上
に数十μ■成長させたものを拡散用基板１１として用い
、同様の実験を行った。得られた結果は、上記第１表お
よび第２表と類似したものであり、同様の効果のあるこ
とが確認された。

次に減圧中（１０ＴｏｒｒのＮ３気流中）で上記の実験
を繰り返したところ、接合深さおよび濃度（シート抵抗
）が共に約１５％低減することが認められた。

しかし全体としては同様の不純物導入効果が認められた
。

さらに、第４図に示すように、拡散用基板１１の上にＳ
ｉからなる被拡散基板１２を対向して伏せて載せ、蓋２
２で半密閉して１０ＴｏｒｒのＮ２気流中で上記の実験
を繰り返したところ、全体に約１５％低減い値となるが
、上記第１表および第２表とほぼ同じ結果が得られた。

以上の実験において、比較Ｓｔウェハ内での濃度分布は
小さく、そのバラツキはごく周辺部を除いて約５％であ
った。また、そのＳｉウェハ上には、殆んど酸化膜は形
成されておらず、従来のように、エツチングや洗浄を行
わなくとも、溝内は清浄に保たれていることが確認され
た。

発明の効果 以上述べたごとく本発明の拡散方法によれば。

深い溝の側面に対して、非常に低汚染で、従って。

事後の難しい溝内の洗浄やエツチングを必要とせず、且
つ、高濃度で全体に渡って均一な不純物拡散を行うこと
ができる。したがってこの方法により、深い溝を有した
半導体装置の信頼性の向上ならびに歩留りの向上を達成
できる。また拡散用基板は、内部に高濃度の不純物を含
んだ酸化物であっても、表面層が多結晶シリコンのよう
な不動態であればよい。

また本発明の拡散用基板によれば、本発明の拡散方法を
容易に実施できると同時に、何度でも使用でき、さらに
は再生して再利用することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における拡散方法の基板配置
の説明図、第２図は本発明の別の実施例における拡散方
法の基板配置の説明図、第３図は拡散状態の説明図、第
４図は本発明の具体的実施例における熱処理状態を示す
概略断面図、第５図は本発明の具体的実施例における被
拡散基板の製造工程を示す概略断面図、第６図は従来の
拡散方法を説明する概略断面図である。 １１・・・拡散用基板、１２・・・被拡散基板、１３・
・・拡散元代理人　　　森　　本　　義　　弘 第１図　　　　第２図 第３図 第４図 第Ｓ図 ■ ｌ （δ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被拡散基板と、少なくとも表面層が前記被拡散基板
   と同じ構成元素より成りかつ高濃度の拡散元素を含有す
   る拡散用基板とを対向配置し、非酸化性もしくは弱酸化
   性雰囲気中で熱処理することにより拡散を行なう拡散方
   法。 ２、減圧中において熱処理することにより拡散を行なう
   特許請求の範囲第１項記載の拡散方法。 ３、半密閉容器中にて熱処理することにより拡散を行な
   う特許請求の範囲第１項記載の拡散方法。 ４、少なくとも表面層が被拡散基板と同じ構成元素より
   成りかつ高濃度の拡散元素を含有する拡散用基板。