JPS596505B2 - 半導体基板への不純物の拡散方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、三重拡散メサ型トランジスタのベース拡散処
理あるいは、整流素子のアノードもしくはカソード領域
を形成する拡散処理のように、半導体基板の一方の表面
全域から半導体基板内へ不純物を拡散する方法に関する
ものである。

たとえば、三重拡散メサ型ＮＰＮトランジスタのベース
領域（第２図の４）の形成は、第１図で示すように、Ｎ
型シリコン基板１の一方の側にＮ＋型の高不純物濃度領
域２を形成したのち、反対側の表面からＰ型の不純物を
全面拡散することによつて形成されるのが普通である。

なお、このベース領域４を形成するためのＰ型不純物の
拡散に際しては、裏面に形成されたＮ＋型拡散領域２か
らＮ型不純物が外部へ拡散するいわゆるアウトデイフユ
ージヨンを防止するとともに、Ｐ型の不純物がＮ＋型領
域内へ拡散することを防止するべく、裏面全域を酸化膜
３で覆い、こののち拡散処理を施している。因に、Ｎ型
シリコン基板１は、表面が鏡面研磨され、一方、裏面が
ＪＩＳ＃１２００ラップにより粗面化され、厚さが１９
０μｍ程度の円板状であり、その裏面から燐を拡散して
形成したＮ＋型拡散領域２は、拡散深さが約１００ｔｔ
ｍ、表面濃度が約１０２０Ｃ−ｌｒＬ−３程度である。
ところで、かかるシリコン基板を、べ「ス拡散処理工程
で長時間にわたり高温（１２００℃程度）加熱すると、
シリコン基板１とその裏面を覆う酸化膜３との熱膨張係
数が異るためにバイメタル現象が起り、ベース拡散処理
が施されたシリコン基板には反りが生じる。第２図は、
ベース領域が形成されたシリコン基板の体感を示す図で
、図示するようにＰ型ベース領域４の形成された側が凸
面となる如くシリコン基板は反る。かかるシリコン基板
の反りによつて、シリコン基板内には応力が発生し、拡
散処理工程でシリコン基板を収容する石英ボートとの接
触部分など応力の集中しやすい部分を起点にして、スリ
ップと称される格子欠陥が線状に発生する。第３図は、
その一般的な例であり、スリップライン５はシリコン基
板の周辺から結晶軸に沿つて直線的に発生する。

また、シリコン基板の裏面を覆う酸化膜の厚みを増すこ
とによつて、強いバイメタル現象を起すと、応力は、基
板の中心部に集中し、第４図で示すようにスリツプライ
ン５は中心部にあられれ、周辺部では減少する傾向を示
す。このスリツプラインは、結晶格子が結晶軸面に沿つ
て辷り、この辷つた面に沿つて結晶格子がくずれて生じ
るものであり、エツチングによつて、エツチピツトが連
つて発生することから容易に観察できる。このようなス
リツプラインを持つシリコン基板でトランジスタを製作
した場合、欠陥面が電流担体の再結合中心の群として作
用するため、製作されたトランジスタの耐電圧特性の劣
化、リーク電流の増加あるいは電流増幅率の低下など幾
多の不都合が生じる。

本発明は、上記の不都合を排除するべくなされたもので
あり、半導体基板の片側にのみ全面拡散処理を施す拡散
処理工程で顕著になるバイメタル現象を抑圧することが
でき、したがつて、半導体基板の反りに起因するスリツ
プラインの発生を阻止することのできる半導体基板への
不純物の拡散方法を提供するものである。

本発明の特徴は、一方の面が酸化膜で覆われてなる半導
体基板の他方の面よりＮ型もしくはＰ型不純物を全面拡
散するにあたり、半導体基板の一方の面を覆う酸化膜よ
り薄い酸化膜または窒化膜等の被膜で半導体基板の他方
の面全域を覆い、同被膜を通しての不純物の拡散をなす
ことにある。

以下に図面を参照して本発明を詳細に説明する。第５図
は、本発明の方法によりベース拡散領域が形成される三
重拡散メサ型ＮＰＮトランジスタのベース拡散処理を施
す直前の状態を示す図であり、図示するように、Ｎ型シ
リコン基板１の表面全域には、裏面すなわちＮ＋型拡散
領域２の表面全域を覆う酸化膜３よりも薄い被覆たとえ
ば絶縁被膜６が形成されている。第６図は、第５図で示
したシリコン基板に対してＰ型不純物たとえば硼素を用
いたベース拡散処理を施した後のシリコン基板の断面図
であり、図示するように、薄い絶縁被膜６を通して硼素
がＮ型シリコン基板１の中へ拡散し、Ｐ型ベース領域７
が形成される〇かかる本発明の方法によれば、シリコン
基板と酸化膜３との熱膨張係数の差に基くバイメタル現
象は依然として発生してはいるが、シリコン基板１と絶
縁被膜６との熱膨張係数の差に基くバイメタル現象が新
たに発生しており、しかも両現象によつて半導体基板に
これを反らせるべく作用する力の方向が相反する方向で
あるため、これらが相殺し合い、したがつて、シリコン
基板１には、スリツプラインが発生するほどの反りは発
生しない。

ところで、本発明の方法では、被膜を通して不純物の拡
散がなされるため、技術的に考慮しなければならない事
柄が発生する。すなわち、絶縁被膜６を形成するにあた
り、膜厚をこの膜とシリコン基板との間で生じるバイメ
タル現象の強さが、酸化膜３とシリコン基板との間で生
じ。るバイメタル現象の強さと同等程度となり、しかも
、絶縁被膜を通して不純物の拡散が可能である厚さに選
定することである。次表は、次のような条件をみたす膜
厚を検討するため、裏面に１，２μｍの酸化膜が形成さ
れてなるシリコン基板の表面に形成する絶縁被膜（Ｓｉ
Ｏ２膜）の厚みを変化させ、封管法を駆使して１２００
℃の温度下で８時間にわたり硼素の拡散を行つた実験結
果を示す。

なお、管内に配置した不純物源の硼素濃度は、２．５×
１０２０ｃＴｎ−３に調整され、また、炉温は、徐熱徐
冷するプログラムで制御され、急激な温度変化による影
響を避けた。

この結果から明らかなように、膜厚が３００λ以上にな
るとスリツプラインの発生を抑圧する効果がみられる。

また、膜厚の上限は、基本的には、裏面の酸化膜の厚み
より小であればよいが、あまり厚くした場合には、拡散
領域の表面不純物濃度が低くなり、拡散領域へ直接電極
を付設した場合の接触抵抗が高くなる。良好な接触状態
を得るために必要な表面不純物濃度は１０１８？−３程
度以上であり、このこととスリツプライン発生の抑圧効
果を考慮した場合、絶縁被膜６の厚みを１０００八〜３
０００人程度に選定することが効果的である。以上説明
してきたように、本発明の方法によれば、スリツプライ
ンの発生を抑圧して全面拡散処理を半導体基板に施すこ
とが可能になる。

なお、本発明はその目的からして、バイメタル現象が生
じ不純物の拡散が可能な被膜であれば酸化膜、窒化膜等
の絶縁膜以外の被膜を使用することも当然可能である。
以上の説明は、不純物として硼素を用いた場合を例にな
されたのであるが、他の不純物、例えば、燐、砒素、ア
ルミニウムを用いることもできる。特に、不純物として
アルミニウムを用いた場合には、絶縁被膜の厚さが２０
００八程度までは、不純物源の濃度を高めなくても、絶
縁被膜のない場合と同程度の表面不純物濃度の得られる
ことが確認された。さらに、本発明は、開管法にも適用
可能であり、開管法による場合は、半導体基板の配置さ
れた雰囲気中には不純物が過剰に存在するため、封管法
による場合のように不純物源の量に留意する必要はない
。

また、半導体基板はシリコンに限られるものではなく、
ゲルマニウム基板あるいは化合物半導体基板であつても
よい。

さらに、本発明の拡散方法は、上記の実施例で示した三
重拡散メサ型トランジスタのベース拡散工程のみならず
、全面拡散処理によつて所定の領域を形成する工程、た
とえば、整流素子のアノードまたはカソード拡散処理工
程、などにも適用しうること勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の方法による三重拡散メサ型
ＮＰＮトランジスタのベース領域の形成工程とベース領
域形成後の状態について説明するための図、第３図およ
び第４図は従来の方法により拡散処理のなされたシリコ
ン基板におけるスリツプラインの発生状態を示す略図、
第５図および第６図は本発明の方法による三重拡散メサ
型ＮＰＮトランジスタのベース領域の形成工程とベース
領域形成後の状態について説明するための図である。 １・・・・・・Ｎ型シリコン基板、２・・・・・・Ｎ＋
型拡散領域、３・・・・・・酸化膜、６・・・・・・絶
縁被膜、７・・・・・・Ｐ型ベース領域。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一方の面が不純物の透過を阻止する厚さの酸化膜で
   覆われた半導体基板の他方の面から、ドナーもしくはア
   クセプタ不純物を全面拡散するにあたり、前記酸化膜の
   厚さより薄く、かつ、膜厚が３００Å〜２０００Åの範
   囲に選定された被膜を前記半導体基板の他方の面全域に
   形成し、こののち、同被膜を通して不純物を全面拡散し
   、前記半導体基板の他方の表面層全域に電極接触が可能
   な表面不純物濃度をもつ拡散領域を形成することを特徴
   とする半導体基板への不純物の拡散方法。