JPS6390822A - n型半導体物体にp型ドープ区域を作る方法 - Google Patents

n型半導体物体にp型ドープ区域を作る方法

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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〕 この発明は、半導体物体を少くとも1つのドブ物質源と
並べて石英中空体に入れて排気した後特定の拡散時間の
間特定の拡散温度に保持することにより、n型半導体物
体5内にアルミニウムをドーパントとしてp型ドープ半
導体区域を作る方法に関するものである。
〔従来の技術〕
この種の方法の一例は文献「ジャーナル・オプ・エレク
トロケミカル・ソサイエテイ(J、Electroch
e+* Soc、) J 125、(6)1978年、
957−962頁に記載され公知である。この公知方法
では多数の円板状半導体物体がドープ物質源としての多
数のアルミニウム・ブロックと共に石英管に入れられ、
真空ポンプによって少くとも10−”Torrまで排気
される0次いで拡散炉を排気された石英管をかこむよう
に移動させ、特定の時間例えば1150℃の拡散温度に
保持する。しかしこの方法では、拡散中石英管が発生し
たアルミニウムの蒸気に作用してアルミニウムの分圧を
低下させることを防止するため石英管の内壁面を非活性
化しなければならないという欠点がある。そのため多数
のドープ物質源を石英管に入れ、予備排気した後約12
0分間1100℃の温度に保持してドープ物質源から発
生した/1分子により石英管の内壁にパッジベージジン
層を形成させるという追加工程段が必要となる。
〔発明が解決しようとする問題点] この発明の目的は、冒頭に挙げた方法を改良して拡散形
成されたp壁領域の縁端部分においての高いドーピング
濃度と短い真空中拡散時間とが特別のパッシベーション
工程段を追加することなく達成されるようにすることで
ある。
〔問題点を解決するための手段〕
この目的は特許請求の第1項に特徴として挙げた工程と
することによって達成される。
〔発明の効果〕
この発明によって達成される利点は、予め石英中空体の
パッシベーションを行うことなく短い拡散時間が可能に
なると共に補助のドーパントとしてホウ素を使用するこ
とによりp型半導体区域形成用のドーパントの半導体物
体内の縁端部濃度を充分高くして表面側の金属電極によ
るp型半導体区域への接触が問題無く行われることであ
る。
特許請求の範囲第2項乃至第5項にはこの発明の有利な
実施態様が示されている。
〔実施例〕
以下図面についてこの発明を更に詳細に説明する。
第1図に図式的に示した拡散装置は真空ポンプ1に連結
され、移動可能の拡散炉3によって加熱される石英管2
を含む。石英管2の内部には多数のn型ドープシリコン
半導体円板5を収容するシリコン中空体4が入れられて
いる。この円板5にP型半導体区域が拡散によって作ら
れる。中空体4は中空円筒とし、その側壁を上下のシリ
コン半円筒6で構成するのが有利である。両生円筒の接
合面は破線7で示される。中空円筒の両端面にはシリコ
ンの閉鎖円板8.9が設けられ、シリコン半円筒6に取
外し可能に結合される。中空体4は石英管2内でロール
11の上に乗せられ、長軸方向に移動可能である。石英
管2の終端面の閉鎖板12を取外すと、中空体4を石英
管2から引き出すことができる。上方の半円筒6は取外
し可能であるから、n型ドープされた半導体円板5を下
側の半円筒6のスリット形の溝に差し込むことができる
この発明の1つの実施態様では円板5におけるp型ドー
プ半導体区域の形成は次のように行われる。アルミニウ
ムの粉末又はテープを入れたA Ilt0、るつぼ13
.14とホウ素粉末を入れたるつぼ15.16を下側の
半円筒6内に置く。その際るつぼ13乃至16は半円筒
6の全長に亘ってできるだけ一様に分布させる。次いで
上方の半円、筒6を置いて中空円筒4を閉じ、石英管2
に押し込み終@′Fi12で閉鎖する。石英管2をI 
Q −”Torr以下の残留圧まで排気した後拡散炉3
を図示の位置まで移動させ、加熱体4の両端から同じ寸
法だけはみ出すようにする。続いて半導体板5を所定の
拡散時間例えば4時間の間所定の拡IP1.温度例えば
工050°Cに加熱し、ドーパントとしてのA1とBを
ドーピングマスクで覆われていない半導体板5の部分に
拡散させ、そこにp型半導体区域を形成する。
上記の拡散法により充分大きい縁端部ドーパント濃度と
侵入深さを示すp型半導体区域が形成され、しかもこれ
らのパラメータの再現性が良好である。縁端部濃度の再
現性は主としてシリコンに対するホウ素の限界溶解度が
達成されることに関係するのに対して、侵入深さの再現
性は拡散によって注入されるアルミニウムドーピングの
全量が精確に決定されることによって得られる。公知の
真空アルミニウム拡散法における短い拡散時間は、工程
全体を著しく高価にするパッシベーシゴン工程段の実施
を必要とすることなくそのまま保持される。これはシリ
コン中空体4が拡散過程中発生したアルミニウム蒸気の
逸出を阻止し、石英管2の内壁とアルミニウム蒸気との
間の交互作用を防止してアルミニウム分圧の低下を阻止
することによって達成されるものである。
この発明の展開によれば、本来の拡散過程の前にドープ
物質源となるるつぼ13乃至16を中空体に入れること
は廃止され、その代りに中空体4の内壁面をドープ物質
即ち/lとBで覆う。この中空体4の内壁面自体がドー
プ物質源となる。そのためにはドープ物質を半導体板5
無しに中空体4内に貯蔵し、これを石英管2に入れて排
気した後拡散処理を実施する。この処理は例えば温度1
050°Cにおいて約50時間行う必要がある。この被
覆法により総てのシリコン円板5において極めて均等な
拡散が確保され、不均等性と欠陥の原因となるシリコン
板5の表面の合金形成が避けられ、−度被覆した中空体
4を使用してこの発明による拡散過程を数回実施するこ
とができる。この展開の一部を変更したものではアルミ
ニウムによる被覆は一回だけとし、第2のドーパントと
してのホウ素はるつぼ15.16を使用して本来の拡散
工程の前に中空体5に入れる。
この発明の方法においては、上記の拡散法がn型半導体
物体をP型半導体区域の形成に必要なドープ物質で真空
被覆するのに利用される。プレデポジションと呼ばれて
いるこの被覆形成は、半導体物体例えばシリコン円板5
の表面領域にドーパントを注入することを指している。
この被覆層の侵入深さは5乃至10μmであり、これを
達成するため拡散時間は被覆温度が1050°Cのとき
約2時間に限定される。この被覆形成は2段階拡散法の
第1段階を構成し、その第2段階は比較的偏平な被覆層
に注入されたドーパントを半導体物体に深く侵入させる
熱処理である。これは焼もどし処理と呼ばれるもので、
ドープ物質源を除去された半導体物体が所定時間例えば
15乃至20時間例えば1240 ’Cの温度に保持さ
れる。被覆に注入されたドーパント原子はこの処理の間
に半導体領域からその下の半導体物体部分に拡散侵入す
る。
このような2段階拡散においてホウ素の追加による縁端
部ドーパント濃度の上昇の利点が明確に示される。これ
はアルミニウムの縁端部濃度がドープする半導体物体か
らの拡散によって強く低下することに基くものである。
被覆によって達成される被覆層の浅い侵入深さは、ドー
パントの埋込み過程後横造化されたP型頭域を得るため
の被覆層の構造化が比較的筒車に実現するという利点を
伴っている。
この種の構造化の一例として第2図に偏平な円板の形の
シリコン半導体物体5を示す。円板の中心を通る垂直軸
は17として示されている。半導体物体5の表面5aに
は厚さ約5−10μ驕の領域18が設けられ、アルミニ
ウムとホウ素をドーパントとして含む被覆層となってい
る。この被覆層を個々の部分19a乃至19dから成る
マスクで覆い被覆されていない被覆層部分20乃至23
をエツチングにより除去すると、続く焼もどし過程によ
りpn接合25によって半導体物体5から分離されたP
型半導体区域24を作ることができる。このpn接合2
5は溝20乃至23の下で徐々に境界面5aに近づき、
高い逆電圧を加えることができる。この発明の真空被覆
形成法によって作られた領域18は縁端部ドーパント濃
度ならびに注入されたドーパントの全量に関して拡散時
間と拡散温度により極めて精確に調節可能であるから、
エツチング過程を領域18の侵入深さに適合させること
ができる。第2図の構造において半導体物体5が垂直ト
ランジスタのコレクタを、p型半導体区域24がそのベ
ースを、そこに作られたn型ドープ半導体区域26がそ
のエミッタを構成するとき、直接半導体物体区域26の
下におけるドーパント濃度の良好な調節可能性に基き再
現性の良いベース抵抗がP型ドープ層24の深さ方向の
良好な導電率分布によって得られる。即ちベース領域に
おいてアルミニウム濃度が高くなると同時に、ホウ素濃
度はホウ素の侵入深さが小さいことにより比較的低い値
となる。
2段階拡散法の原理自体は例えば文献ワーナー(R,M
Jarner)著「インチグレイテッド・サーキッツ(
Integrated C1rcuits) J 19
65年、McGraw−旧11 Book Compa
ny Nes Yorkに記載され公知である。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の方法の実施に適した拡散装置の概略
を示し、第2図はこの発明の方法によって作られた半導
体物体の断面を示す。 第1図において、1・・・真空ポンプ、2・・・石英管
、3・・・拡散炉、4・・・シリコン中空体、5・・・
半導体物体、12・・・閉鎖板、13乃至16・・・る
つぼ。 14118)代理人弁理士富村 、@ズ全)ニド、: 
jI 〔):・・。 」7・、l、工・ IG 1 ] 」 IG 2

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)半導体物体(5)を少くとも1つのドープ物質源(
    13)と並べて石英中空体(2)に入れて排気した後、
    特定の拡散時間中特定の拡散温度に保持することにより
    n型半導体物体(5)中にアルミニウムをドーパントと
    してp型ドープ半導体区域(24)を作る方法において
    、補助のドーパントとしてホウ素を使用すること、半導
    体物体(5)を2種類のドーパントのそれぞれに対して
    少くとも1つのドープ物質源(13〜16)と共にシリ
    コンの中空体(4)に入れること、このシリコン中空体
    (4)は石英中空体(2)を排気する前にこの中空体内
    に入れておくことを特徴とするn型半導体物体にp型ド
    ープ区域を作る方法。 2)シリコンの中空体(4)が2部分から成るシリコン
    の中空円筒であって、その両端面にシリコン閉鎖板(8
    、9)を備えていることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の方法。 3)少くともAlに対してドープ物質源のシリコン中空
    体(4)への挿入がその内壁面を対応するドープ物質で
    予備被覆すことによって実現し、その際ドープ物質をま
    ずシリコンの中空体(4)の内部に貯蔵してから拡散工
    程に入れることを特徴とする特許請求の範囲第1項又は
    第2項記載の方法。 4)半導体物体(5)にドープ物質を含む周縁被覆層(
    18)を形成させることが2段階拡散処理の第1段階と
    なっていること、第2段階においては被覆層(18)を
    備える半導体物体(5)を所定時間の間所定温度に保持
    してドーパントを押し進めることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項乃至第3項の1つに記載の方法。 5)被覆層(18)をドーパントの押し進めの前に特定
    の部分区域において部分的にエッチングにより除去する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の方法。
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