JPH0673350B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
- Publication number
- JPH0673350B2 JPH0673350B2 JP31050487A JP31050487A JPH0673350B2 JP H0673350 B2 JPH0673350 B2 JP H0673350B2 JP 31050487 A JP31050487 A JP 31050487A JP 31050487 A JP31050487 A JP 31050487A JP H0673350 B2 JPH0673350 B2 JP H0673350B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- aluminum
- oxide film
- diffusion
- nitride film
- silicon substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、アルミニウムのイオン注入によりシリコン
半導体基板にアルミニウム不純物拡散領域を形成する半
導体装置の製造方法に関する。
半導体基板にアルミニウム不純物拡散領域を形成する半
導体装置の製造方法に関する。
〔従来の技術〕 シリコン半導体基板にｐ型不純物領域を形成する場合、
ドーパントとして周期律表のIIIb族元素，特にボロン，
ガリウム，アルミニウム等が使用される。この中でアル
ミニウムはシリコン中での拡散係数が最も大きく、ボロ
ンやガリウムに較べ拡散時間が短く低濃度で深い拡散層
を形成できるので、高耐圧が要求されるシリコン半導体
素子を製造するのに最も適した元素といえる。
ドーパントとして周期律表のIIIb族元素，特にボロン，
ガリウム，アルミニウム等が使用される。この中でアル
ミニウムはシリコン中での拡散係数が最も大きく、ボロ
ンやガリウムに較べ拡散時間が短く低濃度で深い拡散層
を形成できるので、高耐圧が要求されるシリコン半導体
素子を製造するのに最も適した元素といえる。
従来のアルミニウム拡散は、拡散源として金属アルミニ
ウムを用いて石英管の封管中で行われてきた。ところが
この場合石英管内の真空度が1.0×10-6mmHg以下にもな
るので、石英管の径が大きいと熱処理中に石英管がつぶ
れてしまうという問題があった。特に最近のシリコン素
子の大容量化に伴い、シリコンウエハの径も益々大きく
なる傾向にあり、アルミニウム拡散が行われる石英管も
益々その径の大きいものが必要となり、前記の問題は益
々深刻になってきた。
ウムを用いて石英管の封管中で行われてきた。ところが
この場合石英管内の真空度が1.0×10-6mmHg以下にもな
るので、石英管の径が大きいと熱処理中に石英管がつぶ
れてしまうという問題があった。特に最近のシリコン素
子の大容量化に伴い、シリコンウエハの径も益々大きく
なる傾向にあり、アルミニウム拡散が行われる石英管も
益々その径の大きいものが必要となり、前記の問題は益
々深刻になってきた。
このような問題を解決するために、アルミニウムの拡散
工程にイオン注入法を適用することが考えられる。この
方法によれば、前述のような石英管の使用に伴う問題は
ない。
工程にイオン注入法を適用することが考えられる。この
方法によれば、前述のような石英管の使用に伴う問題は
ない。
しかしながら、イオン注入法によるアルミニウム拡散工
程では、アルミニウムイオンの注入がシリコン半導体基
板の表面に集中したり、またシリコンの格子欠陥を起こ
すので、アルミニウムを電気的に活性化するためにアニ
ール工程が必要であり、このアニール工程で半導体基板
中のアルミニウムが基体外に放出される、いわゆるアウ
トディフュージョンが生じ、所期の不純物濃度が得られ
ないという問題がある。このように、アルミニウムのイ
オン注入にもまだまだ問題がある。
程では、アルミニウムイオンの注入がシリコン半導体基
板の表面に集中したり、またシリコンの格子欠陥を起こ
すので、アルミニウムを電気的に活性化するためにアニ
ール工程が必要であり、このアニール工程で半導体基板
中のアルミニウムが基体外に放出される、いわゆるアウ
トディフュージョンが生じ、所期の不純物濃度が得られ
ないという問題がある。このように、アルミニウムのイ
オン注入にもまだまだ問題がある。
この発明の目的は、イオン注入後行うアニール工程にお
いて、アウトディフュージョンの生ずることがない。従
って不純物濃度を正確に制御することのできる、イオン
注入によるアルミニウム拡散を可能とする半導体装置の
製造方法を提供することにある。
いて、アウトディフュージョンの生ずることがない。従
って不純物濃度を正確に制御することのできる、イオン
注入によるアルミニウム拡散を可能とする半導体装置の
製造方法を提供することにある。
この発明によれば、シリコンよりなる半導体装置の製造
方法において、アルミニウムのイオン注入によりシリコ
ン半導体基板にアルミニウム不純物添加領域を形成する
工程と、アルミニウムのイオン注入後前記半導体基板表
面を第一の酸化膜，窒化膜および第二の酸化膜で順次被
覆する工程と、次いでアニールを行う工程とを含むもの
とする。
方法において、アルミニウムのイオン注入によりシリコ
ン半導体基板にアルミニウム不純物添加領域を形成する
工程と、アルミニウムのイオン注入後前記半導体基板表
面を第一の酸化膜，窒化膜および第二の酸化膜で順次被
覆する工程と、次いでアニールを行う工程とを含むもの
とする。
この発明によるアルミニウムのイオン注入により、シリ
コン半導体基板にアルミニウム不純物拡散領域を形成す
る半導体装置の製造方法においては、アルミニウムのイ
オン注入後半導体基板表面を第一の酸化膜，窒化膜およ
び第二の酸化膜で順次被覆するようにしたので、次いで
行われるアニール工程において前記の被覆層がアルミニ
ウムのアウトディフュージョンを防ぐ作用をし、シリコ
ン基板中のアルミニウム不純物濃度を正確に制御するこ
とができる。
コン半導体基板にアルミニウム不純物拡散領域を形成す
る半導体装置の製造方法においては、アルミニウムのイ
オン注入後半導体基板表面を第一の酸化膜，窒化膜およ
び第二の酸化膜で順次被覆するようにしたので、次いで
行われるアニール工程において前記の被覆層がアルミニ
ウムのアウトディフュージョンを防ぐ作用をし、シリコ
ン基板中のアルミニウム不純物濃度を正確に制御するこ
とができる。
第１図にこの発明による半導体装置の製造方法の工程を
示す。まず、シリコン基板１にアルミニウム２をイオン
注入する（第１図（ａ））。この時のイオン注入条件は
加速電圧40〜60keV、ドーズ量５×1014〜１×1015atoms
/cm2、イオン種27Al+である。イオンの打込みに起因す
るシリコン基板表面の欠陥が問題となるときは、シリコ
ン基板上に熱酸化膜を設け、その上からアルミニウムを
前述の条件でイオン注入する。この場合、熱酸化膜はな
るべく薄く0.1μｍ以下がよい。熱酸化膜が厚いと、イ
オン注入したアルミニウムと熱酸化膜SiO2が反応して、
均一なアルミニウム拡散が得られないからである。
示す。まず、シリコン基板１にアルミニウム２をイオン
注入する（第１図（ａ））。この時のイオン注入条件は
加速電圧40〜60keV、ドーズ量５×1014〜１×1015atoms
/cm2、イオン種27Al+である。イオンの打込みに起因す
るシリコン基板表面の欠陥が問題となるときは、シリコ
ン基板上に熱酸化膜を設け、その上からアルミニウムを
前述の条件でイオン注入する。この場合、熱酸化膜はな
るべく薄く0.1μｍ以下がよい。熱酸化膜が厚いと、イ
オン注入したアルミニウムと熱酸化膜SiO2が反応して、
均一なアルミニウム拡散が得られないからである。
次に、シリコン基板１の表面に酸化膜３を形成する（第
１図（ｂ））。これは次工程で形成される窒化膜とシリ
コン基板との間の緩衝膜とするためである。すなわち、
窒化膜をシリコン基板上に直接形成させると、SiとSi3N
4の熱膨張率の差により、SiとSi3N4の間に熱応力が発生
し、窒化膜にクラックが生じる。アニール時にこのクラ
ックを通してアルミニウムがアウトディフュージョン
し、シリコン基板面内のアルミニウム濃度のバラツキが
生じるためである。なお、酸化膜３の形成は500℃以下
の温度で行う。これは、500℃以上ではアルミニウムの
アウトディフュージョンが生じるためである。また、酸
化膜の厚さは、酸化膜付時間がなるべく短くなるよう
に、また酸化膜中にアウトディフュージョンするアルミ
ニウム量を少なくするために0.5μｍ以下にする。シリ
コン基板と窒化膜の緩衝膜となるために0.1μｍ程度が
最適である。
１図（ｂ））。これは次工程で形成される窒化膜とシリ
コン基板との間の緩衝膜とするためである。すなわち、
窒化膜をシリコン基板上に直接形成させると、SiとSi3N
4の熱膨張率の差により、SiとSi3N4の間に熱応力が発生
し、窒化膜にクラックが生じる。アニール時にこのクラ
ックを通してアルミニウムがアウトディフュージョン
し、シリコン基板面内のアルミニウム濃度のバラツキが
生じるためである。なお、酸化膜３の形成は500℃以下
の温度で行う。これは、500℃以上ではアルミニウムの
アウトディフュージョンが生じるためである。また、酸
化膜の厚さは、酸化膜付時間がなるべく短くなるよう
に、また酸化膜中にアウトディフュージョンするアルミ
ニウム量を少なくするために0.5μｍ以下にする。シリ
コン基板と窒化膜の緩衝膜となるために0.1μｍ程度が
最適である。
次に酸化膜３上に窒化膜４を形成する（第１図
（ｃ））。窒化膜の形成は、例えばプラズマCVD法など
による。窒化膜は非常に緻密であり、アニール時のアル
ミニウムのアウトディフュージョンを防ぐのに有効であ
る。しかし窒化膜中のアルミニウムの固溶度は大きく、
窒化膜が厚いほどアニール中のアウトディフュージョン
により窒化膜中に固溶するアルミニウム量は多くなるの
で、窒化膜４はなるべく薄い方がよい。ただし、薄すぎ
るとピンホールができ易く、ピンホールの部分でアウト
ディフュージョンの生じるおそれがある。窒化膜４の厚
さは、0.07〜0.1μｍが最適である。また、シリコン基
板面上の窒化膜厚にバラツキが生じていると、シリコン
基板内へのアルミニウムの拡散量に局部的な差異が生じ
る。したがって、シリコン基板中のアルミニウム濃度分
布のシリコン基板面内バラツキが生ずる。すなわち、窒
化膜４は上記の厚さでしかもシリコン基板面内で均一の
厚さに作成する必要がある。
（ｃ））。窒化膜の形成は、例えばプラズマCVD法など
による。窒化膜は非常に緻密であり、アニール時のアル
ミニウムのアウトディフュージョンを防ぐのに有効であ
る。しかし窒化膜中のアルミニウムの固溶度は大きく、
窒化膜が厚いほどアニール中のアウトディフュージョン
により窒化膜中に固溶するアルミニウム量は多くなるの
で、窒化膜４はなるべく薄い方がよい。ただし、薄すぎ
るとピンホールができ易く、ピンホールの部分でアウト
ディフュージョンの生じるおそれがある。窒化膜４の厚
さは、0.07〜0.1μｍが最適である。また、シリコン基
板面上の窒化膜厚にバラツキが生じていると、シリコン
基板内へのアルミニウムの拡散量に局部的な差異が生じ
る。したがって、シリコン基板中のアルミニウム濃度分
布のシリコン基板面内バラツキが生ずる。すなわち、窒
化膜４は上記の厚さでしかもシリコン基板面内で均一の
厚さに作成する必要がある。
次に窒化膜４の上に酸化膜５を形成する（第１図
（ｄ））。これは、シリコン基板１と窒化膜４の間に緩
衝膜として酸化膜３が形成されており、SiとSi3N4の熱
膨張率の違いによる熱応力の発生を抑えてはいるが、深
い拡散層を形成するためにアニール温度を高くした場合
には、その効果が十分でなく、SiO2とSi3N4の熱膨張率
の違いにより、両者間に熱応力が発生し、窒化膜にクラ
ックが発生する。窒化膜４を酸化膜３とおよび酸化膜５
によりはさむことで熱応力の発生は著しく抑えられる。
実験によると保護膜が酸化膜３と窒化膜４からなる構造
（第１図（ｃ））では、アニール時、窒化膜４にクラッ
クが生じ、このクラックによりシリコン基板内でアルミ
ニウムの濃度分布にバラツキが生じたが、保護膜が酸化
膜３と窒化膜４および酸化膜５の構造（第１図（ｄ））
では、アニール後クラックは発生しなかった。この酸化
膜５の形成も前述の酸化膜３の形成と同様にアルミニウ
ムのアウトディフュージョンを防ぐため、500℃以下の
温度で行う。また、酸化膜５の厚さは、酸化膜３の厚さ
と同等にすることが窒化膜４にクラックを発生させない
ために有効である。
（ｄ））。これは、シリコン基板１と窒化膜４の間に緩
衝膜として酸化膜３が形成されており、SiとSi3N4の熱
膨張率の違いによる熱応力の発生を抑えてはいるが、深
い拡散層を形成するためにアニール温度を高くした場合
には、その効果が十分でなく、SiO2とSi3N4の熱膨張率
の違いにより、両者間に熱応力が発生し、窒化膜にクラ
ックが発生する。窒化膜４を酸化膜３とおよび酸化膜５
によりはさむことで熱応力の発生は著しく抑えられる。
実験によると保護膜が酸化膜３と窒化膜４からなる構造
（第１図（ｃ））では、アニール時、窒化膜４にクラッ
クが生じ、このクラックによりシリコン基板内でアルミ
ニウムの濃度分布にバラツキが生じたが、保護膜が酸化
膜３と窒化膜４および酸化膜５の構造（第１図（ｄ））
では、アニール後クラックは発生しなかった。この酸化
膜５の形成も前述の酸化膜３の形成と同様にアルミニウ
ムのアウトディフュージョンを防ぐため、500℃以下の
温度で行う。また、酸化膜５の厚さは、酸化膜３の厚さ
と同等にすることが窒化膜４にクラックを発生させない
ために有効である。
アニールは保護膜付きの状態（第１図（ｄ））で1200〜
1250℃、窒素雰囲気中で10〜30時間実施する。
1250℃、窒素雰囲気中で10〜30時間実施する。
以上の工程で得られた半導体基板におけるアルミニウム
濃度分布を第２図に示す。シリコン基板表面でのアルミ
ニウム濃度は１×1016atoms/cm3で、拡散深さは50μｍ
の濃度分布が得られている。また、シリコン基板の拡散
層のシート抵抗のバラツキは、σn-1／で１％以下で
ある。
濃度分布を第２図に示す。シリコン基板表面でのアルミ
ニウム濃度は１×1016atoms/cm3で、拡散深さは50μｍ
の濃度分布が得られている。また、シリコン基板の拡散
層のシート抵抗のバラツキは、σn-1／で１％以下で
ある。
本発明によれば、保護膜（SiO2／Si3N4／SiO2）の形成
により、アニールの際のアルミニウムのアウトディフュ
ージョンを有効に防止できるため、従来問題であったシ
リコン基板へのイオン注入法によるアルミニウム拡散領
域の形成，すなわち、ｐベース層の形成が大口径のシリ
コン基板に対しても小口径のシリコン基板に対しても有
効に適用できる。また前述のように、均一なしかも良好
な不純物濃度のシリコン基板を得ることができる。
により、アニールの際のアルミニウムのアウトディフュ
ージョンを有効に防止できるため、従来問題であったシ
リコン基板へのイオン注入法によるアルミニウム拡散領
域の形成，すなわち、ｐベース層の形成が大口径のシリ
コン基板に対しても小口径のシリコン基板に対しても有
効に適用できる。また前述のように、均一なしかも良好
な不純物濃度のシリコン基板を得ることができる。
第１図は本発明の一実施例の工程を示す図、第２図は本
発明の一実施例のシリコン基板中のアルミニウム濃度分
布を示す図である。 1:シリコン基板、2:アルミニウムイオン、3:酸化膜、4:
窒化膜、5:酸化膜。
発明の一実施例のシリコン基板中のアルミニウム濃度分
布を示す図である。 1:シリコン基板、2:アルミニウムイオン、3:酸化膜、4:
窒化膜、5:酸化膜。
Claims (1)
- 【請求項１】アルミニウムのイオン注入によりシリコン
半導体基板にアルミニウム不純物添加領域を形成する工
程と、 アルミニウムのイオン注入後前記半導体基板表面を第一
の酸化膜，窒化膜および第二の酸化膜で順次被覆する工
程と、 次いでアニールを行う工程と を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31050487A JPH0673350B2 (ja) | 1987-12-08 | 1987-12-08 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31050487A JPH0673350B2 (ja) | 1987-12-08 | 1987-12-08 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01151232A JPH01151232A (ja) | 1989-06-14 |
| JPH0673350B2 true JPH0673350B2 (ja) | 1994-09-14 |
Family
ID=18006019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31050487A Expired - Lifetime JPH0673350B2 (ja) | 1987-12-08 | 1987-12-08 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0673350B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0722140B2 (ja) * | 1989-08-10 | 1995-03-08 | 三洋電機株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JPH03155126A (ja) * | 1989-11-13 | 1991-07-03 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| CN113658853B (zh) * | 2021-08-16 | 2024-07-02 | 上海新微半导体有限公司 | 基于Al离子注入的GaN异质外延缓冲层的制作方法 |
| CN114883405B (zh) * | 2022-05-30 | 2025-09-19 | 湖南三安半导体有限责任公司 | 半导体外延结构、半导体器件及其制备方法 |
-
1987
- 1987-12-08 JP JP31050487A patent/JPH0673350B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01151232A (ja) | 1989-06-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| GB1262967A (en) | Method of treating semiconductor devices to improve lifetime | |
| JPH0126171B2 (ja) | ||
| JPH0673350B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPS6227727B2 (ja) | ||
| US5830802A (en) | Process for reducing halogen concentration in a material layer during semiconductor device fabrication | |
| JP3249753B2 (ja) | 半導体素子の製造方法 | |
| JPS6256653B2 (ja) | ||
| JPH0673349B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH02301130A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH1022289A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| JPH01202816A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH05206145A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPS62219515A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPS59225566A (ja) | 半導体素子の製造方法 | |
| JPH0336312B2 (ja) | ||
| JPS63107019A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPS5954222A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPS6255689B2 (ja) | ||
| JPH02301132A (ja) | 半導体基板にアルミニウム拡散層を形成する方法 | |
| JP3282265B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPS61154132A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH034524A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH0423427A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH0216724A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH03218623A (ja) | 半導体装置の製造方法 |