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JPS6152564B2 - - Google Patents
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JPS6152564B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6152564B2
JPS6152564B2 JP55070563A JP7056380A JPS6152564B2 JP S6152564 B2 JPS6152564 B2 JP S6152564B2 JP 55070563 A JP55070563 A JP 55070563A JP 7056380 A JP7056380 A JP 7056380A JP S6152564 B2 JPS6152564 B2 JP S6152564B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diffusion
tube
boron
penetration
semiconductor substrate
Prior art date
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Expired
Application number
JP55070563A
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English (en)
Other versions
JPS56167324A (en
Inventor
Masaaki Sadamori
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPS56167324A publication Critical patent/JPS56167324A/ja
Publication of JPS6152564B2 publication Critical patent/JPS6152564B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P32/00Diffusion of dopants within, into or out of wafers, substrates or parts of devices
    • H10P32/10Diffusion of dopants within, into or out of semiconductor bodies or layers
    • H10P32/12Diffusion of dopants within, into or out of semiconductor bodies or layers between a solid phase and a gaseous phase
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
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    • H10P32/10Diffusion of dopants within, into or out of semiconductor bodies or layers
    • H10P32/17Diffusion of dopants within, into or out of semiconductor bodies or layers characterised by the semiconductor material
    • H10P32/171Diffusion of dopants within, into or out of semiconductor bodies or layers characterised by the semiconductor material being group IV material

Description

【発明の詳細な説明】
この発明は、半導体装置製造における不純物の
ペネレーシヨン拡散工程の改良に関するものであ
る。 以下、プレーナ形サイリスタを製造する場合を
例に取つて説明する。 一般に、プレーナ形サイリスタは、第1図の要
部断面図に示すように、シリコンからなる半導体
基板1を二酸化ケイ素(SiO2)膜で被覆した後、
写真製版により窓明け部3を形成し、まず個々の
チツプを作るための分離拡散を行つて分離拡散帯
4を形成する。次に、同様の写真製版を繰り返し
て、P形エミツタ(PE)層5、P形ベース(P
E)層6、N形エミツタ(NE)層7を順次形成す
る。半導体基板1の残部がN形ベース(NB)層
8となる。 さて、通電容量が0.2〜3A程度の小電力用サイ
リスタでは、通常、逆耐電圧が100〜1000V程度
のものが製造されており、この場合に用いられる
半導体基板1には、比抵抗が5〜40Ω・cmで、厚
さが130〜200μmのN形シリコンが適している。 しかして、第1図に示すように、分帯拡散帯4
を形成する場合、能率的に処理するために半導体
基板1の両主面より拡散しても、70〜100μmの
深い拡散深さが必要である。 さて、N形シリコンにP形層をプレーナ製法で
形成する場合、ほとんどの場合、ホウ素が選択拡
散不純物として用いられているが、実際に拡散工
程で拡散源として使用する物質としては、窒化ホ
ウ素(BN)、酸化ホウ素(B2O3)、三臭化ホウ素
(BBr 3)などがよく知られている。 SiO2膜2をマスクにして分離拡散を行う場
合、窓明け部3を形成したのち、半導体基板1の
両主面に例えばBNを用いてB2O3の沈澱層を形成
し、その後、できるだけの高温度を用いて、すな
わち、拡散係数を高めて、上記の沈澱層よりホウ
素を半導体基板1中へ深くペネレトレーシヨンさ
せる手段が用いられる。この場合、半導体基板1
を収納しその中で拡散が行われる炉心管には、通
常、第2図に模式的断面図を例示する従来の拡散
炉においては、石英ガラス管が広範囲に用いられ
ていた。第2図において、10は炉体、20は石
英管、20aはキヤリヤガスが導入されるガス導
入口、20bはキヤリヤガスが排出されるガス排
出口である。キヤリヤガスは、図に矢印で示すよ
うに、導入口20aから導入され、ガス排出口2
0bから排出される。30は半導体基板1を載置
するボートであり、半導体基板1を立てたボート
30は石英管20の均熱部に挿入されている。 ところで、前述したように、分離拡散帯4の形
成には70〜100μmの拡散深さが必要であるの
で、経験的にはホウ素のペネトレーシヨン時間と
しては125℃の基板温度で100〜250時間の長時間
が必要である。 しかして、第2図で示したような従来の石英管
20で処理した場合、第3図に示すような、
SiO2膜2の異状欠陥がしばしば発生し、製造歩
留の向上が望めなかつた。 第3図はホウ素の長時間ペネトレーシヨン工程
において、SiO2膜2に発生した異状欠陥を示
し、通常、直径1〜10μmの班点がAのように点
在して、またはBのように群集して発生する。ま
た、時には不規則なクラツクが発生し、これが周
囲の正常なSiO2膜2をもクラツクさせてしまう
ことがある。このような異状欠陥は、第4図のグ
ラフに示すように、おおむね、ホウ素の30時間以
上のペネトレーシヨンに見られた。 発明者は、このSiO2膜に発生した異状欠陥を
調査した結果、アルカリを核とするSiO2膜の局
部的高クリストバライト変形であると推定した。 ちなみに、150時間のホウ素ペネトレーシヨン
後の石英管20の断面よりアルカリ金属を検出す
れば、表に示すように、ペネトレーシヨン後の失
透箇所では、ペネトレーシヨン前の未失透箇所に
比べて10〜100倍の含有率に変化している。
【表】 すなわち、長時間拡散においては、石英管20
より高濃度のアルカリが半導体基板1に拡散し、
元来、アルカリと親和性の強いSiO2膜2に悪影
響を与えるものと容易に推定することができる。 また、石英管を用いて1200℃以上の高温にて長
時間の拡散などの熱処理を行うと、石英管のたわ
み点(一般に、「サツジングポイント(sagging
point)」と呼ばれている)が1200℃であるから、
石英管の変形が著しく起こり、拡散途中で半導体
基板の引き出しが困難になるとか、または石英管
が破損して半導体基板を大幅に汚染させる事態を
生ぜしめることもまれではない。 この発明は、上記の点に鑑みてなされたもので
あり、半導体基板を収容しその中において不純物
のペネトレーシヨン拡散が行われる炉芯管に多結
晶ケイ素管を用いると共にキヤリヤガス中に酸素
を10体積%以上含ませてこの多結晶ケイ素管の内
面を酸化させながらペネトレーシヨン拡散を行う
ことによつて、半導体基板の表面上に選択拡散用
のマスクとして形成されたSiO2膜に異常欠陥や
クラツクが発生するのを防止した半導体装置の製
造方法を提供することを目的としたものである。 この発明は、単結晶や多結晶のケイ素を析出す
る反応は、極めてアルカリの混入し難いものであ
ることを応用したものである。ケイ素を析出させ
る手段としては、四塩化ケイ素(SiCl4)やトリク
ロロシラン(SiHCl3)の水素還元反応がよく知ら
れており、この反応ではアルカリ含有量を
10ppmのオーダに抑止できるといわれている。 炉芯管用のケイ素材は、通常、高純度のグラフ
アイトの丸棒に前記のSiCl4やSiHCl3の化学分解
によつて成長被着(「CVD」と言われる)させ、
所定形状まで被着後、グラフアイトを燃焼または
引き抜きによつて取り除くことによつて管状体を
得る。この段階のケイ素は多結晶であり、実験の
結果、単結晶にする必要はなく、そのため製造原
価の上昇が抑えられた。更に、多結晶の場合は、
結晶粒界に不純物をとらえる働きがあると言われ
ており、その点からも単結晶ケイ素より多結晶ケ
イ素の方が炉心管の材料として好ましいと判断す
るに至つた。 第5図はこの発明の方法を実施するための拡散
炉の一例を示す模式的断面図である。この拡散炉
では、炉体10に炉心管としての多結晶ケイ素管
40を装着し、一方の端部40aには石英製のキ
ヤツプ50をかぶせ、ホウ素ペネトレーシヨンの
ためのキヤリヤガスとして窒素ガス4l/minおよ
び酸素1l/minを導入するようになつており、こ
のキヤリヤガスは他方の端部のガス排出口40b
から排出される。60はフツ素樹脂製のシールテ
ープであり、多結晶ケイ素管40と石英製のキヤ
ツプ50とを気密に封止するものである。 第5図に示すような拡散炉によつて、長時間、
例えば150時間のホウ素ペネトレーシヨンを1250
℃の温度にて実施した場合、従来はしばしば発生
していた第3図に示すようなSiO2膜2の異常欠
陥はほとんど発見されなかつた。また、このこと
は繰返し確認され、延べ5000時間に対する実績を
得た。 また、長時間、多回数にわたる使用に際し、半
導体基板の表面におけるホウ素の濃度を毎回一定
にするためには、多結晶ケイ素管40自体にホウ
素が拡散し、蓄積し、これが外方向拡散を起こさ
ないことが必要であることが使用経験上判明し
た。発明者は、この要件を満足させ、アルカリ含
有量が少なくかつ耐熱性に優れた多結晶ケイ素管
40の利用度を高めるためには、ホウ素ペネトレ
ーシヨン中のキヤリヤガスに体積比で10%以上の
酸素ガスを混入すれば良いことを実験的に確め
た。 すなわち、毎回のホウ素ペネトレーシヨンにお
いて、多結晶ケイ素管40はキヤリヤガス中の酸
素ガスによつて酸化され、内面に二酸化ケイ素が
形成されるために、ホウ素が内部に拡散すること
が抑止でき、更にこの二酸化ケイ素上にホウ素が
堆積しても、二酸化ケイ素の成長に取り囲まれて
ホウケイ酸塩を形成し、ホウ素の挙動を抑止する
ものと考えられる。しかしながら、多結晶ケイ素
管40内の二酸化ケイ素膜の成長にもおのずと限
界があり、一定期間使用後は水素気流中での還元
またはフツ化水素による剥離によつて二酸化ケイ
素膜を取り除き、再び酸素を含むキヤリヤガス中
で内面を酸化させることが必要であることが判つ
た。 経験の結果、この多結晶ケイ素管40内の二酸
化ケイ素膜は、1000〜1200時間の使用時間以内に
還元または剥離によつて取り除くことにした。 以上の説明においては、二酸化ケイ素膜をマス
クにした半導体基板へのホウ素ペネトレーシヨン
の場合について述べたが、二酸化ケイ素膜上に他
の絶縁膜、例えば窒化ケイ素膜やアルミナ膜を設
けた半導体基板へのホウ素ペネトレーシヨンに
も、この発明を適用することができる。 また、ホウ素ペネトレーシヨンにこの発明を適
用した場合について述べたが、二酸化ケイ素膜を
マスクとする、他の不純物、例えばリンなどのペ
ネトレーシヨン拡散にも、この発明を適用するこ
とができる。 さらに、上記の説明においては、この発明をプ
レーナ形サイリスタの製造に適用した場合につい
て述べたが、他の半導体装置、例えば、トライア
ツク、トランジスタ、ダイオード、MOS IC、バ
イポーラICなどを製造する際のSiO2膜を選択拡
散用マスクとして使用する長時間拡散工程にも、
この発明が適用できることはもちろんである。 以上詳述したように、この発明による半導体装
置の製造方法においては、拡散炉の炉心管に多結
晶ケイ素管を用いると共にキヤリヤガスに酸素を
10体積%以上含ませて炉心管を酸化させながら不
純物のペネトレーシヨン拡散を行うので、高温で
長時間のペネトレーシヨン拡散を行う際にも、半
導体基板の表面上に選択拡散用のマスクとして形
成されたSiO2膜に炉心管からのアルカリによつ
て異常欠陥やクラツクが発生するのを抑止できる
から、半導体装置の製造歩留りが向上する。か
つ、この実積は長時間にわたつて確認された。
【図面の簡単な説明】
第1図はプレーナ形サイリスタの一例の要部断
面図、第2図は従来の方法に用いる拡散炉の一例
の模式的断面図、第3図は従来の方法により
SiO2膜に発生した異常欠陥を示す平面図、第4
図は従来の方法におけるホウ素のペネトレーシヨ
ン拡散におけるペネトレーシヨン時間に対する異
常欠陥発生率を示すグラフ、第5図はこの発明の
方法の実施に用いる拡散炉の一例を示す模式的断
面図である。 図において、1は半導体基板、2はSiO2
(二酸化ケイ素膜)、10は炉体、40は炉心管と
しての多結晶ケイ素管、40bはキヤリヤガスを
排出するガス排出口、50はキヤリヤガスを導入
するキヤツプである。なお、図中同一符号はそれ
ぞれ同一または相当部分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 拡散炉の炉心管内に表面上に二酸化ケイ素膜
    によるマスクを形成した半導体基板を収容し、キ
    ヤリヤガスを流しながら1200〜1400℃の温度にお
    いて不純物の30時間程度以上の長時間のペネトレ
    ーシヨン拡散を行う工程を備えた方法において、
    上記炉心管に多結晶ケイ素管を用いると共に上記
    キヤリヤガスに酸素を10体積%以上含ませて上記
    炉心管の内面を酸化させながら上記ペネトレーシ
    ヨン拡散を行うことを特徴とする半導体装置の製
    造方法。 2 ホウ素をペネトレーシヨン拡散することを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置
    の製造方法。
JP7056380A 1980-05-26 1980-05-26 Manufacture of semiconductor device Granted JPS56167324A (en)

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JP2777643B2 (ja) * 1996-09-30 1998-07-23 株式会社日立製作所 半導体ウエハ熱処理装置のウエハ支持装置及び半導体ウエハ熱処理装置

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JPS56167324A (en) 1981-12-23

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