JP3079575B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JP3079575B2 JP3079575B2 JP02404153A JP40415390A JP3079575B2 JP 3079575 B2 JP3079575 B2 JP 3079575B2 JP 02404153 A JP02404153 A JP 02404153A JP 40415390 A JP40415390 A JP 40415390A JP 3079575 B2 JP3079575 B2 JP 3079575B2
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- diffusion
- impurity
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D10/00—Bipolar junction transistors [BJT]
- H10D10/01—Manufacture or treatment
- H10D10/051—Manufacture or treatment of vertical BJTs
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P32/00—Diffusion of dopants within, into or out of wafers, substrates or parts of devices
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
- C30B31/06—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion material in the gaseous state
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P32/00—Diffusion of dopants within, into or out of wafers, substrates or parts of devices
- H10P32/10—Diffusion of dopants within, into or out of semiconductor bodies or layers
- H10P32/14—Diffusion of dopants within, into or out of semiconductor bodies or layers within a single semiconductor body or layer in a solid phase; between different semiconductor bodies or layers, both in a solid phase
- H10P32/1408—Diffusion of dopants within, into or out of semiconductor bodies or layers within a single semiconductor body or layer in a solid phase; between different semiconductor bodies or layers, both in a solid phase from or through or into an external applied layer, e.g. photoresist or nitride layers
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- H—ELECTRICITY
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- H10P32/00—Diffusion of dopants within, into or out of wafers, substrates or parts of devices
- H10P32/10—Diffusion of dopants within, into or out of semiconductor bodies or layers
- H10P32/17—Diffusion of dopants within, into or out of semiconductor bodies or layers characterised by the semiconductor material
- H10P32/171—Diffusion of dopants within, into or out of semiconductor bodies or layers characterised by the semiconductor material being group IV material
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S148/017—Clean surfaces
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
- Thyristors (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は不純物拡散法およびその
装置に関し、特に浅い接合を制御性良く形成する不純物
拡散法およびその装置に関するものである。
装置に関し、特に浅い接合を制御性良く形成する不純物
拡散法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来は、「集積回路工学（１）Ｐ．８３
−９４，コロナ社」で論じられているように、半導体基
板表面への不純物拡散は自然酸化膜を通して石英拡散炉
で行われてきた。この時の拡散源としては不純物を含む
ガラス，液体，気体が用いられてきた。しかしこの従来
法では半導体表面に不純物を含むガラス層が形成され、
そこから固相拡散していくために不純物濃度の高精度な
制御が困難であった。また拡散源として気体を用いた場
合でもその濃度，流量で不純物濃度を高精度に制御する
ことは困難であった。
−９４，コロナ社」で論じられているように、半導体基
板表面への不純物拡散は自然酸化膜を通して石英拡散炉
で行われてきた。この時の拡散源としては不純物を含む
ガラス，液体，気体が用いられてきた。しかしこの従来
法では半導体表面に不純物を含むガラス層が形成され、
そこから固相拡散していくために不純物濃度の高精度な
制御が困難であった。また拡散源として気体を用いた場
合でもその濃度，流量で不純物濃度を高精度に制御する
ことは困難であった。
【０００３】また、アプライド，フィジクス，レター第
５６巻第１４号ｐ．１３３４−1335（Applied Physics
Letters,56,14,p.1334)に論じられている方法でも半導
体表面に不純物を吸着させ、不純物層を形成してしまう
のでガスの流量によって拡散層の表面濃度を制御するこ
とは困難である。さらにこの方法では真空中で不純物を
含むガスを流すので半導体基板上に均一にガスを分布さ
せることが困難である
５６巻第１４号ｐ．１３３４−1335（Applied Physics
Letters,56,14,p.1334)に論じられている方法でも半導
体表面に不純物を吸着させ、不純物層を形成してしまう
のでガスの流量によって拡散層の表面濃度を制御するこ
とは困難である。さらにこの方法では真空中で不純物を
含むガスを流すので半導体基板上に均一にガスを分布さ
せることが困難である
【０００４】。
【発明が解決しようとする課題】従来法では、自然酸化
膜を通して不純物が拡散するので高い温度が必要であ
り、また不純物濃度の制御性が悪いという問題が有っ
た。さらに、ウエハ表面に不純物を含むガラス層が形成
されるので後処理工程が複雑であった。
膜を通して不純物が拡散するので高い温度が必要であ
り、また不純物濃度の制御性が悪いという問題が有っ
た。さらに、ウエハ表面に不純物を含むガラス層が形成
されるので後処理工程が複雑であった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】不純物の制御性を良くす
るために、自然酸化膜を除去してから酸素を含まない雰
囲気で急熱急冷プロセスによって拡散を行う。またこの
とき常圧の水素雰囲気で拡散させることにより拡散源で
あるガスが均一に分布し基板内の不純物濃度のバラツキ
を低減することができ、また拡散源であるガスの分圧が
小さいのでウエハ表面に不純物層が付着することなくガ
スから直接拡散させることができる。
るために、自然酸化膜を除去してから酸素を含まない雰
囲気で急熱急冷プロセスによって拡散を行う。またこの
とき常圧の水素雰囲気で拡散させることにより拡散源で
あるガスが均一に分布し基板内の不純物濃度のバラツキ
を低減することができ、また拡散源であるガスの分圧が
小さいのでウエハ表面に不純物層が付着することなくガ
スから直接拡散させることができる。
【０００６】
【作用】自然酸化膜を除去してあるので従来よりも低温
で不純物を拡散させることができる。また、不純物を含
むガラスが形成されないように水素雰囲気で拡散させる
ので、拡散源として用いるガスの流量、濃度で不純物濃
度を制御することができる。さらに急熱急冷プロセスな
ので不純物分布のダレが少なく、浅い接合を作りやす
い。
で不純物を拡散させることができる。また、不純物を含
むガラスが形成されないように水素雰囲気で拡散させる
ので、拡散源として用いるガスの流量、濃度で不純物濃
度を制御することができる。さらに急熱急冷プロセスな
ので不純物分布のダレが少なく、浅い接合を作りやす
い。
【０００７】
【実施例】以下、本発明を実施例に従って説明する。
【０００８】図１はＢ2Ｈ6ガスを用いて本発明を実施し
た際の拡散プロファイルの測定結果である。従来のＢＮ
拡散法では７００℃では均一に拡散させることはできな
かったが、本発明を用いることによって、７００℃で深
さ３０ｎｍの接合を形成することができた。
た際の拡散プロファイルの測定結果である。従来のＢＮ
拡散法では７００℃では均一に拡散させることはできな
かったが、本発明を用いることによって、７００℃で深
さ３０ｎｍの接合を形成することができた。
【０００９】図２は、本発明によってＢ2Ｈ6ガスを用い
て７００℃でボロンを拡散した試料と、従来通り自然酸
化膜を通してＢＮからボロンを拡散した試料とのシート
抵抗のウエハ内分布を示している。従来法では分布が３
０％程度あるのに対し、本発明では５％以内となってい
る。
て７００℃でボロンを拡散した試料と、従来通り自然酸
化膜を通してＢＮからボロンを拡散した試料とのシート
抵抗のウエハ内分布を示している。従来法では分布が３
０％程度あるのに対し、本発明では５％以内となってい
る。
【００１０】図３は本発明の１実施例を示す装置図であ
る。ステンレス製のチャンバ１内にウエハ２を設置し、
マスフローコントローラ６を通してＨ2 を１０ｌ／min
流して装置内をパージした。次に石英窓３を通して赤外
ランプ４をウエハに照射し、１０００℃まで加熱した。
この時の昇温時間は１０秒である。１０００℃で２分間
加熱して自然酸化膜を除去したあとに７００℃まで３秒
で降温し、マスフローコントローラ７からＢ2Ｈ6ガス
（０.５％Ｈ2希釈）を１００cc／min 流した。拡散時間
は５分である。水素雰囲気で拡散させているためボロン
原子の拡散が促進され、その結果表面濃度は１０19／cm
3 、幅１０ｎｍの薄い拡散層を形成することができた。
また、Ｂ2Ｈ6ガスを１分間だけ流し、引き続きＨ2 アニ
ールを３分間行うことにより、表面濃度を３×１０18／
cm3 まで下げることができた。
る。ステンレス製のチャンバ１内にウエハ２を設置し、
マスフローコントローラ６を通してＨ2 を１０ｌ／min
流して装置内をパージした。次に石英窓３を通して赤外
ランプ４をウエハに照射し、１０００℃まで加熱した。
この時の昇温時間は１０秒である。１０００℃で２分間
加熱して自然酸化膜を除去したあとに７００℃まで３秒
で降温し、マスフローコントローラ７からＢ2Ｈ6ガス
（０.５％Ｈ2希釈）を１００cc／min 流した。拡散時間
は５分である。水素雰囲気で拡散させているためボロン
原子の拡散が促進され、その結果表面濃度は１０19／cm
3 、幅１０ｎｍの薄い拡散層を形成することができた。
また、Ｂ2Ｈ6ガスを１分間だけ流し、引き続きＨ2 アニ
ールを３分間行うことにより、表面濃度を３×１０18／
cm3 まで下げることができた。
【００１１】図４は本発明の他の実施例を示す装置図で
あり、これは通常の常圧エピタキシャル成長装置と同様
のものであり、ベルジャは石英製である。ウエハ２を装
置内に設置し、ガスノズル５からＮ2 ガス５０ｌ／min
を１０分間流してからガスをＨ2 に置換し、５０ｌ／mi
n 、１０分間流した。次にＨ2 を流したままワークコイ
ル１０に電力を印加し、サセプタ９及びウエハ２を加熱
した。昇温速度は７０℃／min である。１０５０℃で１
０分間アニールすることにより、自然酸化膜を完全に除
去することができた。このＨ2 アニール中にマスフロー
コントローラ８からＳｉＨ4 ガス（４％Ｈ2 希釈）２０
cc／min を混入するとＳｉＯ2 のエッチングが増速され
るので８００℃で自然酸化膜を除去することができた。
その後、Ｈ2 を流したまま８００℃でＢ2Ｈ6ガス（０.
５％Ｈｅ希釈）を２５０cc／min、３０分間流すことに
よってＰ型拡散層を形成することができた。ボロン拡散
層の表面濃度は８×１０19／cm3 、拡散深さは８０ｎｍ
であった。この時拡散源ガスとしてＢＦ3，ＢＣｌ3を用
いても良い。また、ＰＨ3，ＡｓＨ3，ＳｂＨ3 を用いる
とＮ型拡散層を形成することができる。拡散終了後、ワ
ークコイル１０に印加する電力を下げてウエハ２の温度
を１００℃／min の速度で下げた。温度が400℃以下に
なってからチャンバ内をＮ2 ガスで置換し、ウエハ温度
が室温になってから取り出した。本装置を用いて不純物
を拡散させる際に、拡散源ガスとSiH4ガスを同時に流す
ことにより、自然酸化膜のない清浄なＳｉ上にドーピン
グしたＳｉ層を５ｎｍ程度堆積し、そこから不純物を拡
散させても良い。
あり、これは通常の常圧エピタキシャル成長装置と同様
のものであり、ベルジャは石英製である。ウエハ２を装
置内に設置し、ガスノズル５からＮ2 ガス５０ｌ／min
を１０分間流してからガスをＨ2 に置換し、５０ｌ／mi
n 、１０分間流した。次にＨ2 を流したままワークコイ
ル１０に電力を印加し、サセプタ９及びウエハ２を加熱
した。昇温速度は７０℃／min である。１０５０℃で１
０分間アニールすることにより、自然酸化膜を完全に除
去することができた。このＨ2 アニール中にマスフロー
コントローラ８からＳｉＨ4 ガス（４％Ｈ2 希釈）２０
cc／min を混入するとＳｉＯ2 のエッチングが増速され
るので８００℃で自然酸化膜を除去することができた。
その後、Ｈ2 を流したまま８００℃でＢ2Ｈ6ガス（０.
５％Ｈｅ希釈）を２５０cc／min、３０分間流すことに
よってＰ型拡散層を形成することができた。ボロン拡散
層の表面濃度は８×１０19／cm3 、拡散深さは８０ｎｍ
であった。この時拡散源ガスとしてＢＦ3，ＢＣｌ3を用
いても良い。また、ＰＨ3，ＡｓＨ3，ＳｂＨ3 を用いる
とＮ型拡散層を形成することができる。拡散終了後、ワ
ークコイル１０に印加する電力を下げてウエハ２の温度
を１００℃／min の速度で下げた。温度が400℃以下に
なってからチャンバ内をＮ2 ガスで置換し、ウエハ温度
が室温になってから取り出した。本装置を用いて不純物
を拡散させる際に、拡散源ガスとSiH4ガスを同時に流す
ことにより、自然酸化膜のない清浄なＳｉ上にドーピン
グしたＳｉ層を５ｎｍ程度堆積し、そこから不純物を拡
散させても良い。
【００１２】図５は図４に示した装置を用い、Ｂ2Ｈ6ガ
スの流量を変化させて拡散層を形成した際のシート抵抗
の測定結果である。拡散温度は８００℃、拡散時間は３
０分である。Ｂ2Ｈ6ガスは０.１％Ｈ2希釈のものであ
る。８００Ωから６００ＫΩの範囲でシート抵抗を制御
することができた。このとき、半導体単結晶表面にはボ
ロン層あるいはシリコンとボロンの合金層は形成され
ず、気相から直接拡散させることができた。また、拡散
後にアニールを行わなくても、不純物は十分活性化され
ていた。
スの流量を変化させて拡散層を形成した際のシート抵抗
の測定結果である。拡散温度は８００℃、拡散時間は３
０分である。Ｂ2Ｈ6ガスは０.１％Ｈ2希釈のものであ
る。８００Ωから６００ＫΩの範囲でシート抵抗を制御
することができた。このとき、半導体単結晶表面にはボ
ロン層あるいはシリコンとボロンの合金層は形成され
ず、気相から直接拡散させることができた。また、拡散
後にアニールを行わなくても、不純物は十分活性化され
ていた。
【００１３】図６は本発明の他の実施例を示す装置図で
ある。クリーニング室１１にウエハ２を設置し、マスフ
ローコントローラ６からＨ2 ガスを５０ｌ／min 流しな
がら常圧あるいは１００Torr程度の減圧下で１０分間１
０００℃に保ち、自然酸化膜を除去した。このときマス
フローコントローラ８からＳｉＨ4 ガスを１０cc／min
流し、８００℃でアニールしても自然酸化膜を除去する
ことができる。次に温度を下げながらターボ分子ポンプ
１５，ドライポンプ１６で室内を真空排気した。この
時、拡散室１２も同様に真空排気した。クリーニング室
１１，拡散室１２の真空度が１×１０のマイナス９乗To
rrになったらゲートバルブ１３を開き、搬送治具１４で
ウエハ２を拡散室１２に移動させた。そしてマスフロー
コントローラ６，７からＨ2 ガス、Ｂ2Ｈ6ガスを流し、
圧力が３Torrになるように流量を設定し、電極１７に高
周波電力を印加して、プラズマを発生させた。この条件
で３０分間ドーピングを行うことにより、深さ２０ｎｍ
の拡散層を形成することができた。
ある。クリーニング室１１にウエハ２を設置し、マスフ
ローコントローラ６からＨ2 ガスを５０ｌ／min 流しな
がら常圧あるいは１００Torr程度の減圧下で１０分間１
０００℃に保ち、自然酸化膜を除去した。このときマス
フローコントローラ８からＳｉＨ4 ガスを１０cc／min
流し、８００℃でアニールしても自然酸化膜を除去する
ことができる。次に温度を下げながらターボ分子ポンプ
１５，ドライポンプ１６で室内を真空排気した。この
時、拡散室１２も同様に真空排気した。クリーニング室
１１，拡散室１２の真空度が１×１０のマイナス９乗To
rrになったらゲートバルブ１３を開き、搬送治具１４で
ウエハ２を拡散室１２に移動させた。そしてマスフロー
コントローラ６，７からＨ2 ガス、Ｂ2Ｈ6ガスを流し、
圧力が３Torrになるように流量を設定し、電極１７に高
周波電力を印加して、プラズマを発生させた。この条件
で３０分間ドーピングを行うことにより、深さ２０ｎｍ
の拡散層を形成することができた。
【００１４】図７は本発明によってベース領域，エミッ
タ領域を形成したバイポーラトランジスタの断面図であ
る。Ｎ型埋込層２９の上にエピタキシャル成長層２８を
500ｎｍ堆積し、エミッタ領域，ベース領域となる領域
をホトリソグラフィにより残した。ベース引出用多結晶
層２４およびグラフトベース領域２５を形成したあとに
シリコン窒化膜２２をマスクとして単結晶領域に深さ２
００ｎｍの溝を掘った。溝の側壁にシリコン酸化膜２３
を形成した後にＢ2Ｈ6ガス雰囲気７００℃で３０分間ア
ニールすることにより３０ｎｍのベース層２７を形成し
た。さらに同じ装置内でガスをＰＨ3 に切り替え、７０
０℃で５分間アニールしてエミッタ領域２６を形成し
た。本方法により、球状の不純物プロファイルを実現す
ることができた。
タ領域を形成したバイポーラトランジスタの断面図であ
る。Ｎ型埋込層２９の上にエピタキシャル成長層２８を
500ｎｍ堆積し、エミッタ領域，ベース領域となる領域
をホトリソグラフィにより残した。ベース引出用多結晶
層２４およびグラフトベース領域２５を形成したあとに
シリコン窒化膜２２をマスクとして単結晶領域に深さ２
００ｎｍの溝を掘った。溝の側壁にシリコン酸化膜２３
を形成した後にＢ2Ｈ6ガス雰囲気７００℃で３０分間ア
ニールすることにより３０ｎｍのベース層２７を形成し
た。さらに同じ装置内でガスをＰＨ3 に切り替え、７０
０℃で５分間アニールしてエミッタ領域２６を形成し
た。本方法により、球状の不純物プロファイルを実現す
ることができた。
【００１５】図８，図９は本発明のほかの実施例を示す
ものである。図８に示すように、図３に示した装置を用
い、水素雰囲気でアニールすることにより自然酸化膜を
除去した後に２００℃まで温度を下げ、Ｂ2Ｈ6ガス
（０.５％Ｈ2希釈）を２分間流してボロン原子をシリコ
ン表面に吸着させた。次にランプ加熱により再び８００
℃まで昇温し、５分間アニールすることによりボロン原
子を拡散させた。この工程を３０回繰り返すことにより
図９に示すような深さ約５０ｎｍの拡散層を形成するこ
とができた。繰り返し回数を１０回とすると、拡散深さ
は１５ｎｍとなった。
ものである。図８に示すように、図３に示した装置を用
い、水素雰囲気でアニールすることにより自然酸化膜を
除去した後に２００℃まで温度を下げ、Ｂ2Ｈ6ガス
（０.５％Ｈ2希釈）を２分間流してボロン原子をシリコ
ン表面に吸着させた。次にランプ加熱により再び８００
℃まで昇温し、５分間アニールすることによりボロン原
子を拡散させた。この工程を３０回繰り返すことにより
図９に示すような深さ約５０ｎｍの拡散層を形成するこ
とができた。繰り返し回数を１０回とすると、拡散深さ
は１５ｎｍとなった。
【００１６】図１０は本発明の他の実施例を示す半導体
製造装置図である。この装置はロードロック室３１、及
び拡散室３３から成り、それぞれ搬送室３２で連結され
ている。ウエハをロードロック室３１に設置したあとに
マスフローコントローラ６からＮ2 ガスを２０ｌ／min
流し１０分間放置した。次にガスをＨ2 に切り替え、１
０分間放置した。この時、搬送室３２，拡散室３３，３
４にもＨ2 を２０ｌ／min 流し、パージを行った。次に
ゲートバルブ１３を開き、ウエハを拡散室３３に搬送し
た。そこでＨ2 を２０ｌ／min 流したままランプ加熱に
よりウエハを８００℃まで加熱しマスフローコントロー
ラ７からＢ2Ｈ6ガス(０.１％Ｈ2希釈)を１００cc／min
５分間流しＰ型拡散層を形成した。拡散深さは１０ｎｍ
であった。さらにマスフローコントローラ８からＳｉＨ
4 ガス（４％Ｈ2 希釈）２ｌ／min を１分間流し、エピ
タキシャル層を１０ｎｍ成長させた。その後Ｈ2 ガスを
流しながら温度を下げ、２００℃まで下がったらゲート
バルブ１３を開き、ウエハをＨ2 雰囲気で拡散室３４に
搬送した。そこでウエハを再び加熱しＰＨ3 ガス（０.
１％Ｈ2希釈）を１２０cc／min ３分間、ＳｉＨ4 ガス
（４％Ｈ2 希釈）２ｌ／min を１分間流すことによりＮ
型拡散層及びエピタキシャル成長層を形成した。さらに
同様の手順によりウエハを拡散室３３に戻し、Ｂ2Ｈ6ガ
ス（０.１％Ｈ2 希釈）を流してＰ型拡散層を形成する
ことにより、ＰＮＰ３層の超格子を形成することができ
た。これを繰り返すことにより、さらに多層構造を形成
することもできる。本方法により形成した超格子の不純
物分布を図１１に示す。
製造装置図である。この装置はロードロック室３１、及
び拡散室３３から成り、それぞれ搬送室３２で連結され
ている。ウエハをロードロック室３１に設置したあとに
マスフローコントローラ６からＮ2 ガスを２０ｌ／min
流し１０分間放置した。次にガスをＨ2 に切り替え、１
０分間放置した。この時、搬送室３２，拡散室３３，３
４にもＨ2 を２０ｌ／min 流し、パージを行った。次に
ゲートバルブ１３を開き、ウエハを拡散室３３に搬送し
た。そこでＨ2 を２０ｌ／min 流したままランプ加熱に
よりウエハを８００℃まで加熱しマスフローコントロー
ラ７からＢ2Ｈ6ガス(０.１％Ｈ2希釈)を１００cc／min
５分間流しＰ型拡散層を形成した。拡散深さは１０ｎｍ
であった。さらにマスフローコントローラ８からＳｉＨ
4 ガス（４％Ｈ2 希釈）２ｌ／min を１分間流し、エピ
タキシャル層を１０ｎｍ成長させた。その後Ｈ2 ガスを
流しながら温度を下げ、２００℃まで下がったらゲート
バルブ１３を開き、ウエハをＨ2 雰囲気で拡散室３４に
搬送した。そこでウエハを再び加熱しＰＨ3 ガス（０.
１％Ｈ2希釈）を１２０cc／min ３分間、ＳｉＨ4 ガス
（４％Ｈ2 希釈）２ｌ／min を１分間流すことによりＮ
型拡散層及びエピタキシャル成長層を形成した。さらに
同様の手順によりウエハを拡散室３３に戻し、Ｂ2Ｈ6ガ
ス（０.１％Ｈ2 希釈）を流してＰ型拡散層を形成する
ことにより、ＰＮＰ３層の超格子を形成することができ
た。これを繰り返すことにより、さらに多層構造を形成
することもできる。本方法により形成した超格子の不純
物分布を図１１に示す。
【００１７】図１２は図３の装置を用いて拡散層を形成
した際の、表面不純物濃度と拡散温度、Ｂ2Ｈ6ガス流量
の関係を示す図である。拡散時間は３０分である。図中
斜線で示した領域は表面濃度が１０18から１０19／cm3
になる領域であり、この条件でバイポーラトランジスタ
のベース領域を形成することにより遮断周波数５０ＧＨ
ｚが達成された。
した際の、表面不純物濃度と拡散温度、Ｂ2Ｈ6ガス流量
の関係を示す図である。拡散時間は３０分である。図中
斜線で示した領域は表面濃度が１０18から１０19／cm3
になる領域であり、この条件でバイポーラトランジスタ
のベース領域を形成することにより遮断周波数５０ＧＨ
ｚが達成された。
【００１８】図１３はＢ2Ｈ6ガス流量に対する表面濃度
の変化を示す図である。８００℃で表面濃度を１０18か
ら１０20／cm3 までの範囲で制御することができた。
の変化を示す図である。８００℃で表面濃度を１０18か
ら１０20／cm3 までの範囲で制御することができた。
【００１９】図１４は本方法により形成した拡散層の不
純物分布、および拡散後に瞬間加熱を行った際の不純
物、キャリアの分布である。瞬間加熱を行うとキャリア
の活性化率はほぼ１００％となった。この拡散層の上に
Ｎ型の多結晶シリコンを堆積して形成したダイオードは
逆方向のリーク電流が１０のマイナス１０乗Ａ／cm2 で
あり良好な電気特性を示した。
純物分布、および拡散後に瞬間加熱を行った際の不純
物、キャリアの分布である。瞬間加熱を行うとキャリア
の活性化率はほぼ１００％となった。この拡散層の上に
Ｎ型の多結晶シリコンを堆積して形成したダイオードは
逆方向のリーク電流が１０のマイナス１０乗Ａ／cm2 で
あり良好な電気特性を示した。
【００２０】
【発明の効果】自然酸化膜を介さずに不純物が拡散して
いくのでイオン打ち込み法では不可能な浅い接合を低温
で形成することができる。また、拡散源としてガスを用
いているのでその濃度、流量を調節することによって、
不純物濃度を制御することができる。また、瞬間加熱、
瞬間冷却を行うので急峻な不純物プロファイルを形成す
ることができる。さらに拡散を常圧の水素雰囲気で行っ
ているので不純物原子の半導体単結晶基板への吸着が促
進され、さらに基板上に拡散源のガスが均一に分布す
る。また、単結晶表面に不純物を含むガラス層、あるい
は不純物層が形成されないので拡散層の表面濃度を低濃
度から高濃度まで広範囲で変化させることができる。
いくのでイオン打ち込み法では不可能な浅い接合を低温
で形成することができる。また、拡散源としてガスを用
いているのでその濃度、流量を調節することによって、
不純物濃度を制御することができる。また、瞬間加熱、
瞬間冷却を行うので急峻な不純物プロファイルを形成す
ることができる。さらに拡散を常圧の水素雰囲気で行っ
ているので不純物原子の半導体単結晶基板への吸着が促
進され、さらに基板上に拡散源のガスが均一に分布す
る。また、単結晶表面に不純物を含むガラス層、あるい
は不純物層が形成されないので拡散層の表面濃度を低濃
度から高濃度まで広範囲で変化させることができる。
【図１】本発明によって形成した拡散層の不純物分布の
測定結果である。
測定結果である。
【図２】本発明によって形成した拡散層のシート抵抗の
測定結果である。
測定結果である。
【図３】本発明の１実施例を示す半導体製造装置図であ
る。
る。
【図４】本発明の１実施例を示す半導体製造装置図であ
る。
る。
【図５】本発明によって形成した拡散層のシート抵抗の
ガス流量依存性である。
ガス流量依存性である。
【図６】本発明の１実施例を示す半導体製造装置図であ
る。
る。
【図７】本発明の１実施例を示す半導体装置図である。
【図８】本発明を実施した際の温度シーケンスを示す図
である。
である。
【図９】本発明によって形成した拡散層の不純物分布の
測定結果である。
測定結果である。
【図１０】本発明の１実施例を示す半導体製造装置図で
ある。
ある。
【図１１】本発明により形成した超格子構造の不純物分
布である。
布である。
【図１２】本発明により形成した拡散層の表面不純物濃
度を示す図である。
度を示す図である。
【図１３】本発明により形成した拡散層の表面不純物濃
度とガス流量の関係を示す図である。
度とガス流量の関係を示す図である。
【図１４】本発明により形成した拡散層の不純物とキャ
リアの分布を示す図である。
リアの分布を示す図である。
１…ステンレスチャンバ、２…ウエハ、３…石英窓、４
…赤外ランプ、５…ガスノズル、６…キャリアガス用マ
スフローコントローラ、７…拡散源ガス用マスフローコ
ントローラ、８…ＳｉＨ4 用マスフローコントローラ、
９…サセプタ、１０…ワークコイル、１１…クリーニン
グ室、１２…拡散室、１３…ゲートバルブ、１４…搬送
治具、１５…ターボポンプ、１６…ドライポンプ、１７
…電極、１８…高周波電源、１９…ベース電極、２０…
エミッタ電極、２１…エミッタ多結晶シリコン、２２…
シリコン窒化膜、２３…シリコン酸化膜、２４…ベース
取り出し多結晶シリコン、２５…グラフトベース領域、
２６…エミッタ領域、２７…真性ベース領域、２８…エ
ピタキシャル層、２９…Ｎ型埋込層、３０…Ｐ型基板、
３１…ロードロック室、３２…搬送室、３３…拡散室
１、３４…拡散室２。
…赤外ランプ、５…ガスノズル、６…キャリアガス用マ
スフローコントローラ、７…拡散源ガス用マスフローコ
ントローラ、８…ＳｉＨ4 用マスフローコントローラ、
９…サセプタ、１０…ワークコイル、１１…クリーニン
グ室、１２…拡散室、１３…ゲートバルブ、１４…搬送
治具、１５…ターボポンプ、１６…ドライポンプ、１７
…電極、１８…高周波電源、１９…ベース電極、２０…
エミッタ電極、２１…エミッタ多結晶シリコン、２２…
シリコン窒化膜、２３…シリコン酸化膜、２４…ベース
取り出し多結晶シリコン、２５…グラフトベース領域、
２６…エミッタ領域、２７…真性ベース領域、２８…エ
ピタキシャル層、２９…Ｎ型埋込層、３０…Ｐ型基板、
３１…ロードロック室、３２…搬送室、３３…拡散室
１、３４…拡散室２。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲田 太郎 東京都杉並区井草３−11−13 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/22 - 21/24 H01L 21/38 - 21/40
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体基板の表面の自然酸化膜に還元ガス
を反応させ、前記自然酸化膜を除去する工程、 前記自然酸化膜が除去された半導体基板表面に、前記半
導体基板に導入すべき不純物および水素を含むガスを流
して、前記不純物を前記半導体基板に導入する工程、 前記半導体基板に導入した不純物を半導体基板内に拡散
させる工程、 とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記自然酸化膜を除去する際の還元ガス
は、水素ガスであることを特徴とする請求項１に記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 半導体基板表面に水素ガスを流して、前記
半導体基板表面に形成された酸化膜を除去する工程、 水素を含む雰囲気中でＢ2Ｈ6またはＰＨ3を含むガスか
ら、前記酸化膜が除去された半導体基板に不純物を導入
する工程、 前記不純物を拡散させる工程、 とを有する半導体装置の製造方法。
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| JP02404153A JP3079575B2 (ja) | 1990-12-20 | 1990-12-20 | 半導体装置の製造方法 |
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| JPH11204508A (ja) * | 1998-01-09 | 1999-07-30 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法及び半導体製造装置 |
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| US6887765B2 (en) * | 2000-12-19 | 2005-05-03 | Texas Instruments Incorporated | Method for manufacturing a bipolar junction transistor |
| JP2004111776A (ja) | 2002-09-20 | 2004-04-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 不純物導入方法、装置および素子 |
| DE102006012857A1 (de) * | 2006-03-21 | 2007-09-27 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur und entsprechende Halbleiterstruktur |
| CN102586884B (zh) * | 2012-03-06 | 2015-09-09 | 英利能源（中国）有限公司 | 一种多晶硅硅片两次扩散的制造方法 |
| CN102544238B (zh) * | 2012-03-06 | 2014-05-07 | 英利能源（中国）有限公司 | 一种多晶硅硅片多重扩散的制造方法 |
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| SG11201902185TA (en) * | 2018-03-15 | 2019-10-30 | Nisshin Steel Co Ltd | Method Of Manufacturing Heat Exchanger |
| CN111915447B (zh) * | 2020-07-14 | 2022-06-28 | 山东科技大学 | 一种天然气扩散散失率定量评价方法 |
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| GB1285686A (en) * | 1969-09-12 | 1972-08-16 | Hitachi Ltd | A method of doping a gas-phase semiconductor layer |
| US3681154A (en) * | 1970-05-11 | 1972-08-01 | Motorola Inc | Method of diffusing impurities into selected areas of a semiconductor |
| JPS524781A (en) * | 1975-06-30 | 1977-01-14 | Hitachi Ltd | Semiconductor doping control method |
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| JPS603771B2 (ja) * | 1979-01-17 | 1985-01-30 | 東洋電機製造株式会社 | ガリウム拡散法 |
| JPS58207641A (ja) * | 1982-05-28 | 1983-12-03 | Nec Corp | 半導体装置用基板 |
| CA1203921A (en) * | 1984-05-18 | 1986-04-29 | Laszlo Szolgyemy | Diffusion method to produce semiconductor devices |
| JPS63110748A (ja) * | 1986-10-29 | 1988-05-16 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPS63166219A (ja) * | 1986-12-26 | 1988-07-09 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JPH02121334A (ja) * | 1988-10-31 | 1990-05-09 | Komatsu Ltd | ヘテロ接合バイポーラトランジスタおよびその製造方法 |
| US5089441A (en) * | 1990-04-16 | 1992-02-18 | Texas Instruments Incorporated | Low-temperature in-situ dry cleaning process for semiconductor wafers |
-
1990
- 1990-12-20 JP JP02404153A patent/JP3079575B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-12-06 KR KR1019910022275A patent/KR100244121B1/ko not_active Expired - Fee Related
- 1991-12-12 US US07/805,969 patent/US5387545A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100244121B1 (ko) | 2000-02-01 |
| US5387545A (en) | 1995-02-07 |
| JPH04219927A (ja) | 1992-08-11 |
| KR920013623A (ko) | 1992-07-29 |
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