JPH0543286B2 - - Google Patents

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JPH0543286B2
JPH0543286B2 JP63229343A JP22934388A JPH0543286B2 JP H0543286 B2 JPH0543286 B2 JP H0543286B2 JP 63229343 A JP63229343 A JP 63229343A JP 22934388 A JP22934388 A JP 22934388A JP H0543286 B2 JPH0543286 B2 JP H0543286B2
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JP
Japan
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boron
pbn
diffusion
boron nitride
atmosphere
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JP63229343A
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JPH0277118A (ja
Inventor
Yoshuki Mori
Shigenari Suzuki
Yoshiaki Fushiki
Sadaisa Kumai
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.)
Shin Etsu Handotai Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Publication of JPH0543286B2 publication Critical patent/JPH0543286B2/ja
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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
    • H10P32/14Diffusion 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
    • H10P32/1408Diffusion 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
    • H10P32/141Diffusion 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 the applied layer comprising oxides only
    • 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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    • H10P32/17Diffusion 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

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  • Ceramic Products (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、半導体ウエーハへ硼素を均一に拡散
する方法に関する。
(従来の技術) 半導体ウエーハ、例えばシリコンウエーハ中へ
硼素を拡散する方法としては、窒化硼素(BN)
の粉末を固化焼結してウエーハ状の円板に成形加
工しこのBN焼結体の拡散源を酸化してB2O3とし
(2BN×3/2O2→B2O3+N2)、このB2O3を用い
て半導体ウエーハに拡散する方法がよく知られて
いる(特公昭43−28722号公報)。窒化硼素の拡散
源(ドーパント)は主原料である窒化硼素粉末中
にその製法から由来する燐酸ナトリウム、酸化ナ
トリウム、酸化鉄、酸化カルシウム或いは炭素な
どの不純物が混入している。また、この窒化硼素
粉末を焼結体とする焼結バインダーして無水硼
酸、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ナ
トリウム、、燐酸アルミニウム、二酸化珪素など
が用いられるため、窒化硼素ドーパント中にはこ
れらの焼結バインダーが残存している。この窒化
硼素焼結体(BN)に代えて熱分解窒化硼素
(PBN)を拡散源として用いると、上記した不純
物及び焼結バインダーの影響が排除されるという
提案は既になされている(特開昭62−101026号公
報。) 一方、窒化硼素を拡散源とする場合に、水素を
導入することによつてBNウエーハの表面に
HBO2を形成させ、このHBO2によつてシリコン
ウエーハに硼素を拡散させる方法が知られている
(ドクター・ジエイ・スタツク等、エレクトロケ
ミカルソサエテイ、第147回ミーテイング、カナ
ダ、トロント、1975年5月16日発表)。この方法
によれば、蒸気圧がB2O3とHBO2では925℃にお
いて1万倍以上の差があり、硼素拡散方法として
B2O3よりはるかに優れている。蒸気圧が高いと
いうことは同一温度において温度の高い雰囲気が
得られ、その結果シリコンウエーハ面上に高濃度
でかつ均一に拡散できるという効果がある。さら
に、この傾向は温度を変化させても同様であるか
ら、特に低温でも拡散させることが可能となり、
その効果は更に大きい。しかし、この水素を導入
する方法においても、通常の窒化硼素焼結体を用
いるならば、この還元性成分のために、含有不純
物から揮発性の低酸化物が形成され、このために
シリコンウエーハの汚染が亢進される欠点がある
ことが実験の結果判明した。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は、上記した従来技術に鑑みて発明され
たもので、シリコンウエーハ表面のシート抵抗
(ρs)のバラツキを大幅に改善し、かつ硼素拡散
源中の金属不純物や炭素などの起因する問題点並
びに焼結バインダーに起因する不都合を解消した
半導体ウエーハへの硼素の拡散方法を提供するこ
とを目的とするものである。
(課題を解決するための手段) 上記課題を解決するために、本発明方法におい
ては、拡散管内に多数の半導体ウエーハ及び硼素
拡散源として熱分解窒化硼素(PBN)を設置し、
非酸化性ガスと酸化性ガスとの混合雰囲気中で高
温で処理し、その処理中に該拡散管内に微量の
H2及び/又はH2Oを一時的に導入した後、続い
て不活性ガス雰囲気中で高温で処理するようにし
たものである。
熱分解窒化硼素(PBN)は、上記した特開昭
62−101026号公報に記載されるごとく、安価でし
かも高純度の三塩化硼素とアンモニアを用いて気
相成長反応によつて製造されるものを利用するの
が経済的で有利である。
硼素の拡散(ドーピング)方法は、通常、以下
の方法による。即ち、PBNを半導体ウエーハと
ほぼ同一径のウエーハ状に形成したものを酸素又
は水蒸気などで表面のみを酸化した後、石英管内
に半導体ウエーハと交互に配置し、非酸化性ガ
ス、例えば窒素、アルゴン、ヘリウムと、酸化性
ガス、例えば、酸素の混合雰囲気中で、700〜
1300℃程度の温度で処理し、その処理中に微量の
水素及び/又は水を導入した後、続いて非酸化性
ガス(窒素、アルゴン、ヘリウム等)のみの雰囲
気中で同温度で処理する方法がとれれる。
(作用) 本発明方法では、PBNを拡散源として硼素を
拡散するにあたり、水素及び/又は水を導入する
ことによつてPBNウエーハの表面にHBO2を形
成させ、このHBO2によつてシリコンウエーハに
硼素を拡散させるものである。したがつて、本発
明方法では、蒸気圧の高いHBO2によつてシリコ
ンウエーハ面上に高濃度でかつ均一に硼素を拡散
するから、シリコンウエーハ表面のシート抵抗
(ρs)のバラツキを大幅に改善でき、かつその上、
PBNを拡散源とすることに起因して、金属不純
物や炭素などによつて生じると思われる転位や結
晶の格子欠陥を減少させることができ、さらに焼
結バインダーを使用しないため、拡散工程でしば
しば問題になる焼結体ドーパント特有のバインダ
ーの融解によるドーパントの歪みや、ダレの発生
もなくなり、またドーパントを保持する石英製の
ボートとの融着を生じないようにすることができ
る。
またPBNは、実質的に不純物を含ませない純
粋なものとすることができるので、水素又は水蒸
気を含む雰囲気の中で使用されるときの還元成分
によるボロン以外の好ましくない不純物の気化と
シリコンウエーハ上への析出を充分に低く抑える
ことができる。
更に、従来の窒化硼素焼結体を水素又は水蒸気
などの還元成分を含む雰囲気中で用いた場合、気
化した雰囲気中のボロン濃度はしばしば不安定
で、このためバツチ間のボロン拡散のレベルが安
定しなかつたが、PBNを用いることによつて解
決され、シリンウエーハ表面のシート抵抗のバツ
チ間のバラツキを10%以下にすることが可能にな
つた。この理由は、焼結体には大きな間隙の結晶
粒界があり、しかも特にH2又は水蒸気を含む雰
囲気が使用されると、この間隙が大きくなり、バ
ツチ毎に焼結体の表面酸化が内部に進み、表面積
が不安定となる傾向があるためである。従来の酸
化硼素の気化析出工程のみでは、このような不都
合はなかつた。
PBNはその窒化硼素と層が緻密であり、極め
て均質で大きな間隙を有する結晶粒界が無いの
で、安定して本発明方法を行うことができる。
本発明のボロン拡散におけるH2及び水蒸気の
作用効果を同一と見ることが出来る。H2は拡散
炉内部の酸化性雰囲気で酸化され、水蒸気となつ
て、これがBN表面においてあらかじめ形成され
た酸化硼素と反応し、揮発性のHBO2を生じ、
HBO2がPBNと対峙するシリコンウエーハ上に
ボロンを拡散させる。これに対し、H2を用いな
いで水蒸気を用いたときには、その水蒸気が直接
PBN上の酸化硼素と反応し、同時に揮発性の
HBO2を生ずる。ここでPBNとシリコンウエー
ハは適当の間隔をおいて対峙されており、生産能
率を高めるためにこれらの間隔は出来るだけ小さ
く調節される。このためPBNの酸化及びそのデ
ポ工程で、酸化の場合は雰囲気中の酸素のPBN
上への供給、デポ工程ではH2又は水蒸気のPBN
への供給が重要になる。酸化工程では通常酸素は
充分にあり、PBNの酸化はその表面酸化反応が
律速段階になるのでPBN上への酸素の供給は問
題にならない。しかしデポ工程ではH2又は水蒸
気は微量であり、PBN上への供給が律速段階に
なるので、H2又は水蒸気をPBNとシリコンの両
ウエーハの限られた空間内に均一に供給する工夫
が重要となる。これはPBNとシリコンウエーハ
の間隙を充分に拡げたり、或いは雰囲気ガスの全
流量を増すことによつて解決する。水素と水蒸気
を比較すると、その分子量の差によつて水素が拡
散しやすく、PBN上への均一拡散従つてシリコ
ンウエーハ上へのボロンの平均的デポには若干有
利である。
(発明の効果) 以上のように、本発明は、シリコンウエーハ表
面のシート抵抗(ρs)のバラツキを大幅に改善す
ることができる上、硼素拡散源中の金属不純物や
炭素などに起因する問題点並びに焼結バインダー
に起因する不都合も完全に解消することができる
という大きな効果を奏する。
(実施例) 以下に本発明方法の実施例を挙げて説明する
が、その前に本発明方法の実施にあたつて用いた
装置の概略を添付図面に基づいて説明しておく。
第1図は実施例1において用いた装置(N2
O2、H2を供給することができる)の概略説明図
である。同図において、2は石英チユーブ、4は
該石英チユーブ2内に設置された石英製ボート、
6は該石英製ボート4に載置されたPBNドーパ
ント、8は該PBNドーパントに対面しかつ該石
英製ボート4に載置されたシリコンウエーハであ
る。Rは減圧弁、Fは流量計、Vはバルブ、Mは
ミキサーである。窒素(N2)、酸素(O2)及び水
素(H2)の各ガスの導入は窒素ガス導入炉10、
酸素ガス導入路12及び水素ガス導入路14によ
つてそれぞれ行われる。
第2図は実施例2において用いた装置(N2
O2、H2O(水蒸気)を供給することができる)の
概略説明図であり、第1図の装置とほぼ同様であ
るが、水素ガス導入路を省略するとともに窒素ガ
ス導入路10を二股状に分岐し、一方の供給ライ
ンにバブラー16を設けた点において異なるもの
である。該バブラー16は純水Wを内部に封入し
ており、供給される窒素ガスに水分を供給する作
用を行うものである。
なお、第1図と第2図とを合体した装置(N2
O2、H2及び/又H2O(水蒸気)を供給することが
できるものであるが、図示は省略する)を用いれ
ば、同一の装置で実施例1及び2を実施すること
ができる。
また、本発明方法の実施が図示した装置の使用
に限定されるものでないことはいうまでもない。
実施例 1 シツクス・ナインの高純度三塩化硼素とフアイ
ブ・ナインの高純度アンモニアを2000℃で10トー
ルの減圧下に高純度グラフアイト上で気相成長さ
せて直径100mm、厚さ1.3mmの熱分解窒化硼素
(PBN)ドーパントを40枚作成した。このドーパ
ント中の金属不純物は合計で10ppm以下であつ
た。このドーパントを1050℃の酸素中で表面を酸
化した後、シリコンの半導体ウエーハ(直径100
mm、厚さ525μm)と石英製ボートの上に交互に
5mmの距離に配置し、前記ボートを窒素:酸素が
1:1の雰囲気にある石英管内に挿入し、900℃
で水素50c.c./分、窒素2.5/分を1分間導入し
た後、窒素雰囲気中で同温度で40分間硼素の拡散
を行つた。その結果、拡散後のシリコンウエーハ
のシート抵抗は55オーム/□で、そのバラツキは
ウエーハ内のバラツキ、ウエーハ間のバラツキ、
ロツト間のバラツキも共に5%に収めることがで
きた。また、格子欠陥は10ケ/cm2であつた。
比較例 1 従来の窒化硼素焼結体のドーパントを実施例1
と同一条件で用いた場合は、拡散後シリコンウエ
ーハのシート抵抗は60オーム/□、バラツキ20
%、格子欠陥300ケ/cm2であつた。
窒化硼素焼結体のドーパントはダレかつ石英製
のボートに融着し拡散工程のハンドリングは困難
であつた。これは石英ボートと焼結体中の焼結バ
インダーの反応によるものと考えられる。
これに対し、実施例1及び2で用いたPBNド
ーパントはボートに融着せず、ダレも無く極めて
ハンドリングが容易であつた。
実施例 2 実施例1における水素(H2+O2)の代わりに
水蒸気H2Oを用いた場合について述べる。
窒雰囲気下900℃で窒素により希釈された水蒸
気(窒素96%、水蒸気4%)を1分間導入したの
ち、硼素の拡散を行つた。この結果、得られたシ
リコンウエーハのシート抵抗は65オーム/□、バ
ラツキは7%であつた。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1に示す方法を実施する装置の
一例を示す概略説明図及び第2図は実施例2に示
す方法を実施する装置の一例を示す概略説明図で
ある。 2……石英チユーブ、4……石英製ボート、6
……PBN、8……シリコンウエーハ、10……
窒素ガス導入路、12……酸素ガス導入路、14
……水素ガス導入路、16……バブラー。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 拡散管内に多数の半導体ウエーハ及び硼素拡
    散源として熱分解窒化硼素(PBN)を設置し、
    非酸化性ガスと酸化性ガスとの混合雰囲気中で高
    温で処理し、その処理中に該拡散管内に微量の
    H2及び/又はH2Oを一時的に導入した後、続い
    て不活性ガス雰囲気中で高温で処理することを特
    徴とする半導体ウエーハへの硼素拡散方法。
JP63229343A 1988-09-13 1988-09-13 半導体ウェーハへの硼素拡散方法 Granted JPH0277118A (ja)

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JPS62101026A (ja) * 1985-10-26 1987-05-11 Shin Etsu Chem Co Ltd 不純物拡散源

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