JPH02265238A - シリコン基板にアルミニウム選択拡散層を形成する方法 - 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〕 本発明はシリコン基板の所定の領域にアルミニウムを選
択的に拡散する方法に関する。

〔従来の技術〕

各種牛導体累子の製造過程で半導体基板の表面を酸化膜
（Ｓｉ０２膜）で覆い、所定の個所を窓明けして、ここ
から不純物を導入することにより必要な導電形と比抵抗
をもつ不純物の選択拡散層を形成することが一般に行な
われている。

例えばｎ形シリコン基板の所定の領域に不純物を導入し
てｐ形波散層を形成するとき、不純物としては通常はう
Ｘ　（Ｂ）が用いられ、アルミニウムは使用されていな
い。その理由は５ｆＯｚ　ｌｌ１Ｅ中における拡散係数
が、アルミニウムはほう素に比べて極めて大きいことに
ある。すなわち、　　５ＩＯ２膜中の各温度ｌこおける
アルミニウムとほう累の拡散係数を示すと次の通りであ
る。

したがってＳ　ｉ　Ｏｚ膜ｌこ窓明は加工を施した通常
のプレーナ拡散法では、ＳｉＯｚｇがアルミニウムの拡
散ｌこ対して阻止する働きがないためＩこ、シリコン基
板の所定の領域ｌこ正確に不純物選択拡散層を形成する
ことができない。

しかし、拡散係数の大きいアルミニウムを不純物源とし
て用いる方法も有望であり、そこで従来シリコン基板Ｊ
こアルミニウムの不純物選択拡散層を形成するには次の
ようにしている。まずシリコン基板の一表面の全面にア
ルミニウムの拡散層を形成した後、ピッチやワックスな
どで所定の領域を覆い、この状態で基板を弗酸と硝酸を
主底分とする混合液中に浸漬して不要な領域を除去する
という方法をとっている。しかしこの方法は以下に述べ
るような不都合がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のシリコン基板にアルミニウム選択拡散層を形成す
るために、ピッチやワックスで所定の領域を覆って、エ
ツチングにより不要部分を除去する方法では、次のよう
な問題が生ずる。第１に、得られた選択拡散層の相互の
位置関係ｌこ対してｐｍオーダの寸法精度が得られない
。第２ｉこ、シリコン基板の所定の領域に形成した選択
拡散領域と、エツチングで除去した後の領域との境界部
は厚さ方向に段差が生ずる。これらのことから、従来方
法では、アルミニウムを不純物源として用いるブレーナ
形素子のｐｎ接合形成ζこは適していない。

しかしながらアルミニウムのシリコン基板中（こおける
拡散係数は、下表Ｉこ示すようＩこほう素ｌこ比べて６
〜８倍も太きい。

したがって以上の欠点をなくして、アルミニウムを不純
物源として用い、シリコン基板中ｆこアルミニウムの選
択拡散領域を形成するのが、省ヱ不ルギーおよび製造工
数低減などの点から効果的な方法として望まれる。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目
的はシリコン基板の所定の領域に効率よく高精度にアル
ミニウムの選択拡散層を形成する方法を提供すること１
こある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明はシリコン基板ｆこ
以下の手順にょ９てアルミニウム選択拡散層を形成する
ものである。

（１）まずシリコン基板主面の全面ζこアルミニウム薄
膜を被着して、このアルばニウム薄膜を所定の個所を残
して選択除去し、次にシリコン基板と残余のアルミニウ
ム薄膜とを含む全表面にアルミニウムの拡散を阻止する
表面保護膜を形成した後、所定温度の熱処理を施すこと
ｌこより、シリコン基板の所定の領域ｌこアルミニウム
を拡散させる。

（２）まずシリコン基板主面の全面に酸化膜を形成し、
この酸化膜の所定の個所を選択除去して窓明けし、次い
でシリコン基板主面と残余の酸化膜とを含む全表面にア
ルミニウム薄膜を被着して、このアルミニウム薄膜を酸
化膜を窓明けした個所Ｉこ被着したアルミニウム薄膜の
みを残して選択除去し、次にシリコン基板上に残された
酸化膜とアルミニウム薄膜との全表面にアルミニウムの
拡散を阻止する表面保護膜を形成した後、所定温度の熱
処理を施すことにより、シリコン基板の所定の領域にア
ルミニウムを拡散させる。

〔作用〕

以上、いずれの方法も最後の過程で、所定温度の熱処理
を行なうと、アルミニウム薄膜とシリコン基板との界面
からシリコン基板中にアルミニウムが拡散する。しかし
、シリコン基板表面のアルミニウムを被着してない個所
にはアルミニウムが拡散するのを阻止する表面保護膜で
覆われているから、この領域にはアルミニウムが拡散し
ない。

したがってシリコン基板中の所定の領域のみに精度よく
選択的ζこアルミニウム拡散層を形成することができる
。

〔実施例〕

以下本発明を実施例に基づき説明する。

第１図（ａ）〜（ｄｌは本発明の詳細な説明するための
主なｌＡＭ工程図であり、シリコン基板中（こｐｎ接合
を形成するときの素子の模式断面で表わしである。まず
比抵抗５〜１０Ω備の鏡面研磨したｎ形シリコン基板１
の一生面に、電子ビーム蒸着法もしくは抵抗加熱話路法
により、厚さ閣±５Ａのアルミニウム薄膜２を被着する
〔第１図（ａ）〕。次にこのアルミニウム薄膜２のシリ
コン基板１にＶ、散させる所定の個所のみを残して、そ
の他の部分をフォトエツチングｆこより選択的Ｉこ除去
する〔第１図（ｂ）〕。続いてこの状態の表面全面（こ
、アルミニウムの拡散を阻止する表面保護膜例えば屋化
シリコン膜（５ｉａＮ　）　３を０１μｍの厚さに形成
する〔第１図（Ｃ）〕。この後全体を所定の熱処理例え
ば１０５０”Ｃ，２０分力ロ熱することにより、シリコ
ン基板１中に拡散深さＩＱ　ｐｍ　、不純物濃度１．５
ＸＩＯａｔｏｍｓ／ｉのアルミニウムの選択拡散層４が
形成される〔第１図（ｄ）〕。このときシリコン基板１
の選択拡散層４以外の領域には、アルミニウムの拡散（
こ対してこれを遮る譬化シリコン膜３がイ≠任している
ためにアルミニウムの拡散層が形成されることはない。

この後は所定の次工程が継続される。

第２図（Ｊ〜（０は本発明の方法に関して第１図とは異
なる工程を示したものであり、第１図と共通する部分を
同一符号を用いて表わしである。まずシリコン基板１の
一生面の全面ｌこ０．１μｍ　Ｏ）Ｊ！Ｉ−さに酸化膜
（Ｓｉ２０）５を形成する〔第２図（ａ）〕。次にアル
ミニウムをシリコン基板１に拡散させる所定の個所のみ
、この酸化膜５をフオ［・エツチングにより選択的に除
去し、窓明けする〔第２図（ｂ）〕。

この状態の表面全面に、第１図の場合と同様子こして廁
±５への厚さにアルミニウム薄膜２を被着する〔第２図
（Ｃ）〕。続いてこのアルミニウム薄膜２を、酸化膜５
の窓明けした個所（このみ残るようにフォトエツチング
を行ない、その他の部分を選択的１こ除去する〔第２図
（ｄ）〕。さらにこの状態の表面全面に、第１図忙）と
同様に窒化シリコン膜３を０．１μｍの厚さに形成する
〔第２図（ｅ）〕。そして例えば１０５０°Ｇ、２０分
の熱処理を施すことにより、シリコン基板１中に、第１
図（ｄｌと同じく拡散深さ１０ｐｍ、不純物濃度１．、
５　Ｘ　１０”　ａ　ｔ　ｏｍｓ／ｃｆｆｌの７）Ｉ／
ミニウムの選択拡散層４が形成される〔第２図（ｆ）〕
。

以北のように、本発明の方法によれば、アルミニウムを
不純物源として用い、ｎ形シリコン基板中に的確に選択
拡散されたｐ形シリコン領域を形成することができる。

しかも前に述べたように、シリコン基板中におけるアル
ミニウムの拡散係数は、はう素に比べて６〜８倍も太き
いから、アルミニウムを不ＩＥ物源として用いるときは
、はう素を用いた場合に比べて、例えば１１５０℃の熱
処理温度では、熱処理時間が約％に短縮され、熱処理時
間を同じにすれば、熱処理温度を約１００°Ｃ低くする
ことが可能となる。このことはシリコン基板結晶に対し
て欠陥の導入が緩和され、基板結晶の品質を損う恐れが
少なくなるばかりでなく、このシリコン基板中に、本発
明とは別の拡散工程でつくられた拡散層が存在するとき
、その拡散層について本発明によって行なわれる熱処理
時に、例えば拡散深さの変化などの悪い影響を与えるこ
とも少ないという利点も生ずる。

〔発明の効果〕

シリコン基板の所定の領域１こ、拡散層を選択的に形成
するための不純物元素として用いられるのは、一般ζこ
ほう素、りん、ひ素、アンチモンなどであり、アルミニ
ウムを用いるのは困難でめった。

それは、アルミニウムの８１０２膜中の拡散係数がこれ
ら不純物元素より犬きく、５ｉ０２膜に窓明けして行な
う通常のプレーナ形素子には適さないからである。これ
ｌこ対して、本発明ではほう素などに比べてシリコン基
板中の拡散係数が極めて大きいアルミニウムを不純物源
として用い、シリコン基板表面の所定の個所に被着した
アルミニウム薄膜を、アルミニウムの拡散を阻止する窒
化シリコン膜で覆った後熱処理を施し、このアルミニウ
ム薄膜をシリコン基板中ｌこ拡散させることにより、所
定の領域に選択拡散層を形成したために、半導体素子の
製造Ｉご用いられる通常の手段を用いて、効率よく高精
度に所望の不純物選択拡散層を得ることができたもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の方法を示す製造工程図
、第２図（ａ）〜（ｆ）は第１図とは異なる本発明の方
法を示す製造工程図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）シリコン基板の所定の領域にアルミニウムの選択拡
   散層を形成する方法であって、シリコン基板の主面の全
   面にアルミニウム薄膜を被着し、次いでこのアルミニウ
   ム薄膜を所定の個所を残して選択除去し、次にシリコン
   基板主面と残余のアルミニウム薄膜とを含む全表面にア
   ルミニウムの拡散を阻止する表面保護膜を形成した後、
   所定温度の熱処理を施すことにより、シリコン基板の所
   定の領域にアルミニウムを拡散させることを特徴とする
   シリコン基板にアルミニウム選択拡散層を形成する方法
   。 ２）シリコン基板の所定の領域にアルミニウムの選択拡
   散層を形成する方法であって、シリコン基板の主面の全
   面に酸化膜を形成し、この酸化膜の所定の個所を選択除
   去して窓明けし、次いでシリコン基板主面と残余の酸化
   膜とを含む全表面にアルミニウム薄膜を被着して、この
   アルミニウム薄膜を酸化膜を窓明けした個所に被着した
   アルミニウム薄膜のみを残して選択除去し、次にシリコ
   ン基板上に残された酸化膜とアルミニウム薄膜との全表
   面にアルミニウムの拡散を阻止する表面保護膜を形成し
   た後、所定温度の熱処理を施すことにより、所定の領域
   にアルミニウムを拡散させることを特徴とするシリコン
   基板にアルミニウム選択拡散層を形成する方法。