JPS6344722A - 半導体装置の製造方法 - 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】 【発明の属する技術分野】

本発明は、ガリウムのイオン注入により、半導体基板に
ｐ型のガリウム不純物添加領域を形成する半導体装πの
製造方法に関する。

【従来技術とその問題点】

半導体基板にｐ型不純物添加領域を形成する場合、周期
表のｍｂ族元素、特にほう素、ガリウム。 アルミニウムなどが使用される。この中でガリウムは、
アルミニウムと並んでシリコン中での拡散係数が大きく
、深い拡散層を容易に形成できるため、高耐圧素子に対
する不純物濃度分布の要求を満足する元素といえる。 従来のガリウム拡散は、拡散源として金属ガリウムを用
いて石英管の封管中で行う方法、あるいは拡散源として
酸化ガリウムを用いて開管中で行う方法がとられていた
。ところが、前者の場合は石英管内の真空度が１．　Ｏ
Ｘ　１０−’ｍ）１ｇ以下のため、石英管径が大きい場
合、熱処理中に石英管がつぶれてしまうという問題かっ
た。また、後者の場合は、シリコン基キ反径が大きくな
るほど、シリコン基板内のガリウム濃度のばらつきが大
きくなるという問題があった。特に最近の大容量化の傾
向で、シリコン基板径は大きくなる方向に進んでおり、
これらの問題は避けられなくなってきた。 この問題は、ガリウム拡散にイオン注入を適用すること
で解決する。しかしながら、ガリウムは、イオン注入後
電気的に活性化させるためのアニール工程でアウト・デ
イフュージョンが生じ、ガリウムが基板表面から外部へ
逸出して所期の不純物濃度が得られないという点でガリ
ウムのイオン注入は非常に困難であった。

【発明の目的】

本発明は、上記のアウト・デイフュージョンの問題を解
決して、ガリウム不純物添加領域の形成をイオン注入に
より可能にする半導体装置の製造方法の提供を目的とす
る。

【発明の要点】

本発明は、半導体基板のガリウムを添加すべき領域の表
面を酸化膜で覆ったのち、ガリウムイオンを注入し、次
いで酸化膜の上に５００℃以下の温度で窒化膜および酸
化膜を順次被覆し、そのあとアニール工程を施すもので
、窒化膜がガリウムのアウト・デイフュージョンの阻止
層となり、窒化膜の両側の酸化膜が窒化膜と基板の熱膨
張係数の差による熱応力の発生を防いで上記の目的が達
成される。

【発明の実施例】

第１図に本発明の一実施例の工程図を示す、まず、シリ
コン基板１の表面に熱酸化膜２を形成する。この場合の
熱酸化膜は、イオン注入によるシリコン基板１の欠陥発
生を防ぐのにも役立つのでガリウムイオン注入深さ以上
にすることが必要である０次に図［８１に示すように、
熱酸化膜２中にガリウムの原子をイオン注入する。この
時のガリウムイオン３の注入条件は、加速電圧４０〜６
０ＫｅＶ、ドーズ１５Ｘ１０１Ｓ〜ｌＸｌ０”原子／ｄ
でイオン種はムｌ　Ｇ　ａ　＊である。 次に、ガリウムのアウト・デイフュージョンを防ぐため
のアニール前の保護膜付けを行う、まず、図中）に示す
ようにガリウムがイオン注入されたシリコン基板上の熱
酸化膜２の上に、窒化膜４を形成する。この窒化膜は、
例えば５ＩＨａとＮ）Ｉｆｆ混合ガスを高周波放電中で
分解させ、４５０℃以下の低温で基板上に堆積させるプ
ラズマ法のような低温生成法により形成する。これは、
５００℃を超えると早くもガリウムのアウト・デイフュ
ージョンが起こるためである。この窒化膜４により、ガ
リウムのアウト・デイフュージョンが防がれるが、窒化
膜中のガリウム固溶度は非常に大きく、窒化膜４が厚い
ほどアニール中に窒化膜中に固溶されるガリウム量は多
（なる、このため、窒化１１１４はなるべく薄い方が良
い、ただし、窒化膜の厚さのシリコン基板面内でのばら
つきが生じていると、シリコン基板内のガリウム拡散量
に部分的に変化が生じ、シリコン基板中のガリウム濃度
分布にシリコン基板面内におけるばらつきが生じる。す
なわち、窒化膜４はシリコン基板面内で均等の厚さで、
しかも薄く形成する必要がある。 次に図（Ｃ１のように、窒化膜４の上に酸化膜５を形成
する。これは、シリコン基板１と窒化膜４の間の酸化膜
２が一応緩衝膜としてＳｉと５ｉＪ４の熱膨張率の違い
による熱応力の発生を抑えてはいるが、深い拡散層を形
成するためにアニール温度が高い場合は十分ではな（、
ＳｉＪと５ｉ３８４の熱光張率の違いにより、ＳｉＯ！
と５ｔＪｎの間に熱応力が発生し、窒化膜４に亀裂が生
じる。そのため、窒化ｌ１１４を酸化膜２および酸化膜
５によりはさむことにより、熱応力の発生を極力抑える
構造としている。保護膜が、図中）におけるように酸化
膜２と窒化膜４だけの構造では、アニール後窒化膜４に
亀裂が生じ、この亀裂によりシリコン基板内でガリウム
濃度のばらつきが起こったが、保護膜が図（Ｃ１におけ
るように酸化１１２と窒化膜４および酸化膜５のサンド
インチ構造では、アニール後亀裂は発生しなかった。こ
の酸化膜５の形成も、例えばＳｉＬとＯ３を用い３００
〜４００℃の基板温度で行う常圧ＣＶＤによって低温で
実施し、酸化膜５の厚さが酸化ＷｊＩ２の厚さとほぼ等
しいことが、窒化膜４に亀裂を発生させないために有効
である。先のガリウムイオン注入条件では、注入深さが
０．５〜１．０戸程度なので、酸化膜２．酸化膜５とも
に０．５〜１．０−の厚さとされている。 第２図に保ｙＬ膜が第１図ｔｅｌに示す酸化膜２．窒化
膜４および酸化膜５からなる構造で、窒化膜４の厚さを
変化させた時のシリコン基板中のガリウム量を最大の場
合を１として相対値で示した。この結果から、窒化膜４
の厚さは０．０７〜０．１５−が最適であることがわか
る。　０．０７−以下では、急激にシリコン基板中のガ
リウム量が減少しているが、これは窒化膜中に部分的に
ピンホールが存在し、そこからガリウムのアウト・デイ
フュージョンが起こると思われる。また、０．１５−以
上では、先に述べた理由によってシリコン７Ｊ　４７ｉ
中のガリウム量が小さくなる。 アニールは、第１図ｔａｇ、　（ｂｌ、　ｆｃｌの工程
を経た保護膜付きの状態で、窒素雰囲気中で１２００〜
１５００℃１０〜１５時間実施する。 以上の工程で得られた基板１中のガリウム濃度分布は第
３図に示すとうりで、ガリウム表面濃度２Ｘ１０”原子
／ｃ１．ガリウム拡散深さ４０戸の４度プロフィルが得
られた。また、シリコン基板１の拡散層シート抵抗を調
べたところ、ソート抵抗のばらつきは、σ、ｌ−１／　
Ｘで１％以下が得られた。 【発明の効果］ 本発明によれば、ガリウムイオン注入を半導体基板上の
酸化膜中に行い、ガリウムイオン注入後のアニール簡に
、この酸化股上に低温生成窒化膜。 酸化膜を積層することによって、アニールの際のガリウ
ムのアウト・デイフュージョンを窒化膜で阻止し、再酸
化膜により窒化膜と基板との熱膨張係数差による熱応力
の発生を防止するため、従来困難であった半導体基板の
イオン注入法によるガリウム添加領域の形成が可能とな
り、大口径基板の場合困難になる封管拡散あるいは開管
拡散に代わって実施できる様になった。また、本発明に
より基板面内のガリウム濃度のばらつきが小さくできる
ので、従来の封管拡散あるいは開管拡散を実施してきた
口径の小さい半導体基板に対して適用した場合にも有効
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の工程を示す断面図、第２図
は本発明により形成される窒化膜の膜厚とシリコン基板
中に拡散されたガリウム量との関係線図、第３図は本発
明の一実施例のシリコン基板中におけるガリウム濃度分
布線図である。 １：シリコン基板、２．５：酸化膜、３：ガリ鍛 第１図 ｔ４ｊｌＬ’ｔ　Ｌ、Ｊ”）　　　　　　　　　　　　
　　　　”Ｊ”ｊ−Ｆｋ　　Ｋｍ）第２図　　　　　　
第３因

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）半導体基板にガリウム不純物添加領域を形成するに
   際し、基板のガリウムを添加すべき領域の表面を酸化膜
   で覆ったのちガリウムイオンを注入し、次いで酸化膜の
   上に５００℃以下の温度で窒化膜および酸化膜を順次被
   覆し、そのあとアニール工程を施すことを特徴とする半
   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、基板表
   面を覆う酸化膜の厚さをガリウムイオン注入深さ以上に
   することを特徴とする半導体装置の製造方法。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法にお
   いて、窒化膜の厚さが０．０７ないし０．１５μｍであ
   ることを特徴とする半導体装置の製造方法。 ４）特許請求の範囲第１項または第３項記載の方法にお
   いて、窒化膜の上に被覆する酸化膜の厚さが基板表面を
   覆う酸化膜の厚さとほぼ等しいことを特徴とする半導体
   装置の製造方法。