JPH0216724A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属アルミニウムを拡散不純物源として半導
体基体に２層あるいはｐ゛層などのアルミニウム不純物
添加領域を形成する半導体装置の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体基板にｐ形の不純物添加領域を形成する場合、周
期律表の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。この中でアルミニウムはシリコ
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。

アルミニウム拡散法としては、閉管法、開管法。

イオン注入法などが一般に知られている。閉管法は、シ
リコン基体と金属アルミニウムを透明石英管の中におき
、その石英管内を真空にしたのち溶封してアンプル状に
したものを電気炉に挿入し、所定の温度で所定の時間熱
処理する方法である。

また、開管法は、酸化アルミニウムからなる円板とシリ
コン基体とを、例えば数ｎ間隔で交互に並べ、アルゴン
ガス中や水素ガス雰囲気中で熱処理する方法である。こ
れに対してイオン注入法は、アルミニウムイオンを加速
してシリコン基体に打込み、堆積層を形成したのち、所
定の温度で所定の時間熱処理する方法である。

（発明が解決しようとする課題〕 閉管法、開管法ともにシリコン基体の直径が３インチ以
上の大口径になると、問題が生じてくる。

すなわち、閉管法では、真空封止した石英管が熱処理中
につぶれてくるという問題があり、また開管法では、シ
リコン基体内のアルミニウム濃度ばらつきが大きくなる
という問題がある。一方、イオン注入法では、シリコン
基体の大きさは問題にならない、ところが、例えば表面
濃度１〜ｌ０ＸＩＯ１′原子／−のｐ形不純物添加領域
を形成しようとすると、ｌ〜ｌ０ＸＩＯ”原子／−のド
ーズ量を必要とするように、高ドーズ量のイオン注入を
必要とする。高ドーズ量でのイオン注入は、シリコン基
体に非晶質層を形成し、その非晶質層がその後の熱処理
の際結晶化する際、打込まれたアルミニウムが追い出さ
れて、いわゆるアウト・ディフユージッンが増大するた
め、それを補うためにさらに高ドーズ量のイオン注入が
必要とするという悪循環が生じる。

本発明の課題は、上記の諸問題に対処して大口径の半導
体基体にも所定の表面濃度のアルミニウム不純物添加領
域を容易に形成できる半導体装置の製造方法を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題の解決のために、本発明の方法は、半導体基
体中にアルミニウム不純物添加領域を形成する際に、半
導体基体表面にスパッタリング法によりアルミニウムを
堆積し、アルミニウムを堆積した半導体基体表面に酸化
膜、窒化膜および酸化膜を５００℃以下の温度で順次積
層してなる保護膜で形成したのち、熱処理をしてアルミ
ニウムを半導体基体内に拡散させるものとする。

〔作用〕

スパッタリングによりＭを半導体基体上に堆積させるた
め、基体中に非晶質が形成されない、また、Ｍを堆積し
た半導体基体表面を窒化膜で覆ってＭを基体中に拡散さ
せる際のアウトディフユージッンを防ぐ、この窒化膜と
半導体基体との間の酸化膜はその両者の熱膨張係数の差
による熱応力の発生を防ぐと共に、拡散工程終了後化学
的な方法で保護膜を除去するのを容易にする。しかし窒
化膜と酸化膜との間にも熱膨張係数の差があり、第二の
酸化膜で窒化膜をはさむことによりこの熱膨張係数の差
を補償して熱応力の発生を防ぐ、なお、酸化膜、窒化膜
を５００℃以下で成膜することにより、成膜時のＭのア
ウトディフユージッンや熱応力の発生も防止する。

〔実施例〕

以下、図を引用して本発明の実施例について説明する。

第１図（ａｌ〜（ｄ）はその工程を示し、先ずシリコン
基体１の上にアルミニウム層２を堆積する（図ａＬ第２
図はＭを堆積するための装置の概要を示す、この装置は
、真空容器ｌｌ内に対向配置され、いずれもＭからなる
電極２１．２２　、電極２１．２２に接続されるグロー
放電用直流電源１２、電極２２上に置かれるシリコン基
体ｌを加熱するためのヒータ１３に接続される電源１４
．グロー放電時の容器内圧力を調整するための真空バル
ブ１５を介して接続される真空排気系１６、容器内圧力
測定のための真空計１７ならびにガス圧力と流量を調整
するための調整回路１Ｂを介して接続される不活性ガス
ボンベ１９を備えている。Ａ７製電極２１を所定の位置
に配置し、シリコン基体１を対向ｕｇ電極２２上に載置
したのち、真空排気系１６を用いて真空容器１１を約Ｉ
Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒにする。そのあと、真空パルプ１
５を絞り、真空排気系１６の排気速度を下げると同時に
、例えばアルゴンをガスボンベ１９から調整回路１８を
通して導入し、電源１２により電極２１．２２間に直流
電圧を印加してグロー放電を発生させると、電極２１．
２２のり原子がＡｒイオンによりたたき出され、ｔ％２
１上のシリコン基体１の上に堆積し、Ａ１７１２を形成
する。

次に、１層２を堆積したシリコン基体１の表面に０．１
−の厚さの酸化膜３を形成する　（図ｂ）、この酸化膜
３は、Ｍ拡散後基体上の保護膜を化学的な方法で容易に
除去せしめるためのものであり、例えば５ｉｎｓと０８
とを用い、３００〜４００℃の基板温度で行う常圧ＣＶ
Ｄ法により低温で形成される。

次いで、酸化膜３の上に、Ｍのアウトディフユージッン
を防ぐための０．０８−の厚さの窒化膜４を形成する　
（図ｃ）、この窒化膜は、例えばＳＩＨ，とＮＨ３混合
ガスを高周波放電中で分解させ、４５０℃以下の低温で
基体上に堆積させるプラズマＣＶＤ法のような低温生成
法により形成される。この窒化膜４により、Ｍのアウト
デイフュージョンを防ぐのであるが、窒化膜中のＭの固
溶度は非常に大きく、窒化膜が厚いほど、拡散のための
熱処理中にアウトデイフュージョンにより窒化膜中に固
溶されるｕｌは多くなる。このため窒化膜４はなるべく
薄い方が良い、ただし、窒化膜４の厚さがシリコン基体
表面内でばらつきを生じていると、シリコン基体３内の
アルミニウム拡散量が部分的に変化するので、窒化膜４
は、シリコン基体面内で均等の厚さでかつ薄く形成する
必要がある。

さらに、窒化１１１４の上に０．１−の厚さの酸化膜５
が形成されており　（図ｄ）、シリコンと窒化膜の熱膨
張係数の相違による熱応力の発生を抑えている。この酸
化膜５の形成は、深い拡散層を形成するために熱処理温
度が高い場合には上述の熱応力は十分には抑えられず、
酸化［３と窒化膜４の間に熱応力が発生し、窒化膜４に
亀裂が入ることへの対策である。すなわち、窒化膜４を
酸化膜３および酸化膜５によりはさむことで熱応力の発
生を極力抑える構造としている。この酸化膜５の形成も
、例えば５ｉＨａとＯｌとを用い、３００〜４００℃の
基板温度で行う常圧ＣＶＤ法によって低温で実施し５、
酸化膜５の厚さは、酸化膜３の厚さと同等なのが窒化膜
４に亀裂を発生させないために有効である。

なお、酸化膜３．５．窒化膜４のいずれも低温で形成し
ているが、これは５００℃を超えると早くもＭのアウト
デイフュージョンが生じるためであり、また熱膨張計数
差による熱応力も大きくなるからである。

第３図に第２図の装置を用いてＭ層２を堆積した段階で
のｕ１度プロファイルを二次イオン質量分析針（ＳＩＭ
Ｓ）で測定した結果で示す、グロー放電時の直流電源の
極性を、電極２１側は負、電極２２側は正にした状態で
、スパッタリングを行った。その他の条件は下記の通り
である。

シリコン基体二〇型、比抵抗１００〜２００Ω・値シリ
コン基体温度：２００℃ グロー放電時の圧カニ　０．１４Ｔｏｒｒ　（アルゴン
）放電ハ’７−　：　Ｄ　Ｃ８００Ｖ　、　　０．６ｍ
Ａ／　ｃＡこのように酸化膜３．窒化膜４．酸化膜５で
保護されたＭ堆積層２からＭをシリコン基体１内に拡散
させるために下記の条件の熱処理を行う。

温度：　　１２５０℃ 時間：１６時間 熱処理雰囲気：　窒素 第４図は熱処理後のシリコン基体１中のｋｌ　ｔ１度プ
ロファイルを拡がり抵抗測定法で測定した結果を示し、
上記条件で表面濃度３Ｘ１０”原子／ｃｄ。

拡散深さ６０−のｐ形拡散領域の得られることがわかる
。

Ｍのイオン注入においても、注入後アニールを行うこと
によりｐ形拡散領域を形成することは可能であるが、イ
オン注入時に生ずる非晶質層の影響のため、保護膜のみ
で完全にアウトデイフュージョンをなくすのは難しい、
イオン注入で上記のｐ形拡散領域を形成するためには、
ｌＸｌ０”−以上のドーズ量が必要で、電気的活性化率
が約３０〜５０％程度なのに対し、本発明による方法で
はりの堆積をスパッタリングで行うため、非晶質層が生
せず、保護膜により完全にアウトデイフュージョンが防
げる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、半導体基体のｐ形不純物添加領域を形
成するためにＭを用いる場合に、基体上にスパッタリン
グでＭを堆積させ、アウトデイフュージョンを防ぐ窒化
膜の両面を酸化膜ではさんだ保ｆｌｌＷ！４で覆ったの
ちに熱処理して所定の深さまでＭを拡散させる。これに
よりイオン注入法と異なり非晶質層が生じないため、Ｍ
堆積量を増しての拡散熱処理の際のアウトデイフュージ
ョンを完全に防止し、深い拡散層も形成することができ
る。

またシリコン、窒化膜、酸化膜相互間の熱膨張係数の相
違による窒化膜の亀裂の発生もなく、アウトデイフュー
ジョン防止にむらがないため、基体表面内のｋｌ濃度の
ばらつきも生じない、しかも、従来のり不純物添加領域
形成法にくらべ、装置が簡単で安価で量産性に富むので
、不純物添加工程の大幅なコストダウンが可能になった
。また、大口径半導体基板に対する適用にも極めてを効
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のり拡散熱処理以前の工程を
順次示す断面図、第２図は本発明の一実施例に用いるＭ
スパッタリング装置の構成断面図、第３図は本発明によ
りＭをスパッタリングしたシリコン基体表面のり堆積層
の濃度分布図第４図は本発明の一実施例により形成され
たｐ形拡散領域のに１濃度分布図である。 １：シリコン基体、２；Ｍ堆積層、３．５：酸化膜、４
：窒化膜、１１：真空容器、２１．２２ＦＡＪ製第２図 第１図 ジ、！？（Ａ） 第３図 運さ　（μｍ） 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基体中にアルミニウム不純物添加領域を形
   成する際に、スパッタリング法によりアルミニウムを堆
   積し、アルミニウムを堆積した半導体基体表面に、酸化
   膜、窒化膜および酸化膜を５００℃以下の温度で順次積
   層してなる保護膜を形成したのち、熱処理をしてアルミ
   ニウムを半導体基体内に拡散させることを特徴とする半
   導体装置の製造方法。