JPS6231814B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6231814B2 JPS6231814B2 JP55140444A JP14044480A JPS6231814B2 JP S6231814 B2 JPS6231814 B2 JP S6231814B2 JP 55140444 A JP55140444 A JP 55140444A JP 14044480 A JP14044480 A JP 14044480A JP S6231814 B2 JPS6231814 B2 JP S6231814B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diffusion
- gallium
- tube
- temperature
- container
- 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
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P32/00—Diffusion of dopants within, into or out of wafers, substrates or parts of devices
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、半導体基体へのガリウム拡散法に係
り、特に元素状ガリウムを拡散不純物として、半
導体基体中にガリウムを熱拡散する半導体へのガ
リウム拡散法に関する。
り、特に元素状ガリウムを拡散不純物として、半
導体基体中にガリウムを熱拡散する半導体へのガ
リウム拡散法に関する。
半導体基体中にｐ型不純物領域を形成するため
の不純物としてホウ素が広く用いられている。し
かし、ホウ素は半導体基体中での拡散速度が著し
く遅いので、深い接合を形成するのに長い時間が
かかり、コストの点で大変不利となつている。
の不純物としてホウ素が広く用いられている。し
かし、ホウ素は半導体基体中での拡散速度が著し
く遅いので、深い接合を形成するのに長い時間が
かかり、コストの点で大変不利となつている。
そこで、深い接合の形成には半導体基体中での
拡散速度の速いガリウムが用いられる。特に高耐
圧で高ライフタイムの接合を形成するためには、
ガリウム供給源は、高純度のものであることが必
要で、この点、元素状ガリウムは十分満足できる
拡散源である。ところが、元素状ガリウムは低温
で著しく蒸気圧が低く、かつ酸化しやすいという
性質があるため、所望の不純物量を、しかも均一
に拡散することは困難であつた。そこで、元素状
ガリウムを拡散不純物源とする場合、不純物源と
半導体基体とを酸素を含まない高温均熱領域に閉
じ込めなければならない。このような事情から、
従来、元素状ガリウムを不純物源としたガリウム
拡散は、閉管法という方法で行なわれていた。こ
の方法では、拡散不純物源を半導体基体ととも
に、石英拡散管の中に置き、管内を真空あるい
は、不活性ガスで充填し、石英拡散管を溶封した
後、拡散熱処理する。しかしこの場合、拡散後、
半導体基体を取り出すため、石英管を切断しなけ
ればならないため、石英拡散管は再使用ができ
ず、きわめて不経済である。
拡散速度の速いガリウムが用いられる。特に高耐
圧で高ライフタイムの接合を形成するためには、
ガリウム供給源は、高純度のものであることが必
要で、この点、元素状ガリウムは十分満足できる
拡散源である。ところが、元素状ガリウムは低温
で著しく蒸気圧が低く、かつ酸化しやすいという
性質があるため、所望の不純物量を、しかも均一
に拡散することは困難であつた。そこで、元素状
ガリウムを拡散不純物源とする場合、不純物源と
半導体基体とを酸素を含まない高温均熱領域に閉
じ込めなければならない。このような事情から、
従来、元素状ガリウムを不純物源としたガリウム
拡散は、閉管法という方法で行なわれていた。こ
の方法では、拡散不純物源を半導体基体ととも
に、石英拡散管の中に置き、管内を真空あるい
は、不活性ガスで充填し、石英拡散管を溶封した
後、拡散熱処理する。しかしこの場合、拡散後、
半導体基体を取り出すため、石英管を切断しなけ
ればならないため、石英拡散管は再使用ができ
ず、きわめて不経済である。
そこで、この問題点を解消するため、真空開管
法という方法が提案されている。この方法は、拡
散不純物源と半導体基体を拡散管の中にいれ、管
内を真空排気装置で排気しながら真空状態を保
ち、そのまま拡散管の中の不純物源と半導体基体
を高温均熱領域に入れ拡散熱処理するものであ
る。この真空開管法は、拡散管を溶封しないた
め、閉管法の問題点は解消する。しかし、実際の
拡散への適用にあたつては、拡散管の材質が問題
となる。拡散管の材質としては、現時点では純度
の点で石英が好適であるが、石英は、ガリウム蒸
気と反応するため、石英の拡散管は強度的に弱く
なり破損しやすいという問題がある。特に大気圧
以下の減圧状態では、石英拡散管には強い力がか
かるため、管自体の寿命もきわめて短かくなる。
法という方法が提案されている。この方法は、拡
散不純物源と半導体基体を拡散管の中にいれ、管
内を真空排気装置で排気しながら真空状態を保
ち、そのまま拡散管の中の不純物源と半導体基体
を高温均熱領域に入れ拡散熱処理するものであ
る。この真空開管法は、拡散管を溶封しないた
め、閉管法の問題点は解消する。しかし、実際の
拡散への適用にあたつては、拡散管の材質が問題
となる。拡散管の材質としては、現時点では純度
の点で石英が好適であるが、石英は、ガリウム蒸
気と反応するため、石英の拡散管は強度的に弱く
なり破損しやすいという問題がある。特に大気圧
以下の減圧状態では、石英拡散管には強い力がか
かるため、管自体の寿命もきわめて短かくなる。
それゆえ本発明の目的は、所望の不純物量を均
一性良く拡散することができる半導体基体へのガ
リウム拡散法を提供することにある。
一性良く拡散することができる半導体基体へのガ
リウム拡散法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は石英を拡散管として
用いた場合、その寿命が長い半導体基体へのガリ
ウム拡散法を提供することにある。
用いた場合、その寿命が長い半導体基体へのガリ
ウム拡散法を提供することにある。
本発明の特徴とするところは、半導体基体を元
素状ガリウムとともに半封じ状態の容器にいれ、
その容器をガス圧調整ができる拡散管の中に挿入
し、不活性ガスで管内をガス置換し所定のガス圧
状態にして、拡散熱処理することにある。
素状ガリウムとともに半封じ状態の容器にいれ、
その容器をガス圧調整ができる拡散管の中に挿入
し、不活性ガスで管内をガス置換し所定のガス圧
状態にして、拡散熱処理することにある。
半封じ状態の容器の開口面積は、容器の断面積
の２〜10％がよい。また、拡散管内における不活
性ガスのガス圧としては10Torr〜大気圧がよ
い。
の２〜10％がよい。また、拡散管内における不活
性ガスのガス圧としては10Torr〜大気圧がよ
い。
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明の一実施例を示している。
第１図に示すように、片側を閉じた外径65mm、
内径61mm、長さ500mmの石英容器１中に拡散不純
物源として50mgの元素状ガリウム２をいれたシリ
コンボート３、半導体基体として石英ウエハホル
ダー４にたてた直径50mm、厚さ500μｍ、20枚の
シリコンウエハ５、50mgの元素状ガリウム２をい
れたシリコンボート３の順に配置し、さらに外径
60mmの石英内栓６で蓋をした。この石英容器１
を、第１図の石英拡散管７内に開閉口８から挿入
した後、真空排気装置９と不活性ガスとしてN2
ガスを用いたガス供給装置１０により、ガス置換
し管内の雰囲気をN2ガス雰囲気とした後排気す
るという操作を３回繰返した。そして10-6Torr
の圧力で連続排気しながら加熱用ヒータ１１によ
り600℃まで温度をあげ、10分間温度保持した後
N2ガスを徐々に充填し、管内を大気圧にしたう
えで10分間600℃で温度保持した。この状態から
温度を1150℃の拡散温度まであげ３時間の温度保
持の後冷却し600℃で容器１を拡散管７からとり
だした。
内径61mm、長さ500mmの石英容器１中に拡散不純
物源として50mgの元素状ガリウム２をいれたシリ
コンボート３、半導体基体として石英ウエハホル
ダー４にたてた直径50mm、厚さ500μｍ、20枚の
シリコンウエハ５、50mgの元素状ガリウム２をい
れたシリコンボート３の順に配置し、さらに外径
60mmの石英内栓６で蓋をした。この石英容器１
を、第１図の石英拡散管７内に開閉口８から挿入
した後、真空排気装置９と不活性ガスとしてN2
ガスを用いたガス供給装置１０により、ガス置換
し管内の雰囲気をN2ガス雰囲気とした後排気す
るという操作を３回繰返した。そして10-6Torr
の圧力で連続排気しながら加熱用ヒータ１１によ
り600℃まで温度をあげ、10分間温度保持した後
N2ガスを徐々に充填し、管内を大気圧にしたう
えで10分間600℃で温度保持した。この状態から
温度を1150℃の拡散温度まであげ３時間の温度保
持の後冷却し600℃で容器１を拡散管７からとり
だした。
第２図は容器１の開口率と拡散後のシリコンウ
エハ５におけるシート抵抗の関係を示している。
エハ５におけるシート抵抗の関係を示している。
ここで、開口率とは容器１の断面積に対する半
封じ状態の容器１の開口面積の割合を％表示した
ものである。
封じ状態の容器１の開口面積の割合を％表示した
ものである。
開口率が10％より大きいと、ガリウム蒸気を閉
じ込める効果が少なくなり、また２％より小さい
と逆に容器内のガス置換、圧力調整が難かしく、
拡散不純物源の酸化の原因となり、拡散層の不純
物量の目安となるシート抵抗は所望の値ρSOとな
らない。
じ込める効果が少なくなり、また２％より小さい
と逆に容器内のガス置換、圧力調整が難かしく、
拡散不純物源の酸化の原因となり、拡散層の不純
物量の目安となるシート抵抗は所望の値ρSOとな
らない。
このような半封じ状態において、拡散熱処理時
の不活性ガス圧は、少なくとも10Torr〜大気圧
でなければならない。というのは、10Torr以下
のガス圧の場合、開口部でのガリウム蒸気の流通
が良く、容器１内のガリウム蒸気が容器１外にと
びだし外の拡散管７と反応し、容器１内の蒸気圧
が十分高くならず第３図に示すように、拡散後の
シリコンウエハのシート抵抗は高く所望の値ρSO
とならないためである。また10Torr以上のガス
圧の場合は、開口部での蒸気の流通が悪くなり、
容器１内の蒸気圧が十分高くなり所望のシート抵
抗値を均一性良く得ることができる。
の不活性ガス圧は、少なくとも10Torr〜大気圧
でなければならない。というのは、10Torr以下
のガス圧の場合、開口部でのガリウム蒸気の流通
が良く、容器１内のガリウム蒸気が容器１外にと
びだし外の拡散管７と反応し、容器１内の蒸気圧
が十分高くならず第３図に示すように、拡散後の
シリコンウエハのシート抵抗は高く所望の値ρSO
とならないためである。また10Torr以上のガス
圧の場合は、開口部での蒸気の流通が悪くなり、
容器１内の蒸気圧が十分高くなり所望のシート抵
抗値を均一性良く得ることができる。
尚、上記の開口率、不活性ガス圧は、所望のシ
ート抵抗を変えても、同様に適用できる数値であ
る。
ート抵抗を変えても、同様に適用できる数値であ
る。
それは、容器からガリウム蒸気がとびだす条件
は変わらないからである。
は変わらないからである。
また拡散工程は、第４図の手順で行なうことが
望ましい。室温において、不活性ガスで数回バツ
クフイルと排気を繰返す理由は、容器内１の残留
酸素を少しでも少なくし、不純物源の酸化を防止
するためである。また、拡散熱処理時の拡散温度
より低い温度での低温（500〜800℃）の熱処理
は、連続排気の真空状態とし、一種の空焼きの効
果をもたせて、拡散温度での系内の不用な不純物
の影響をさけるためのものである。
望ましい。室温において、不活性ガスで数回バツ
クフイルと排気を繰返す理由は、容器内１の残留
酸素を少しでも少なくし、不純物源の酸化を防止
するためである。また、拡散熱処理時の拡散温度
より低い温度での低温（500〜800℃）の熱処理
は、連続排気の真空状態とし、一種の空焼きの効
果をもたせて、拡散温度での系内の不用な不純物
の影響をさけるためのものである。
すなわち、室温から拡散温度まで、比較的低い
真空度もしくは大気圧の不活性ガス雰囲気で熱処
理しているが、この間に、容器１内の残留酸素及
び容器１内に吸着されている酸素や水分が温度上
昇に伴つて放出され、元素状ガリウムが酸化され
その結果、シート抵抗の均一性が悪くなる。そこ
で、放出された酸素や水分を十分に除去し、シー
ト抵抗の均一性をより向上させるため、拡散管内
を連続排気しつつ、低温熱処理を行うのである。
真空度もしくは大気圧の不活性ガス雰囲気で熱処
理しているが、この間に、容器１内の残留酸素及
び容器１内に吸着されている酸素や水分が温度上
昇に伴つて放出され、元素状ガリウムが酸化され
その結果、シート抵抗の均一性が悪くなる。そこ
で、放出された酸素や水分を十分に除去し、シー
ト抵抗の均一性をより向上させるため、拡散管内
を連続排気しつつ、低温熱処理を行うのである。
因みに、低温熱処理を行なわない場合における
シート抵抗のばらつきは±10％程度あつた。
シート抵抗のばらつきは±10％程度あつた。
以上説明したように、本発明によれば、ガリウ
ムを半導体基体に均一に、しかも所望の値に拡散
することができる。測定結果によれば拡散層のシ
ート抵抗のばらつきは同一ロツド内で±３％以下
であつた。
ムを半導体基体に均一に、しかも所望の値に拡散
することができる。測定結果によれば拡散層のシ
ート抵抗のばらつきは同一ロツド内で±３％以下
であつた。
また、本発明によれば、容器１、拡散管の寿命
は長く、10回以上、繰り返し使用することができ
た。
は長く、10回以上、繰り返し使用することができ
た。
因みに、従来法によれば、３〜４回で拡散管を
交換しなければならなかつた。
交換しなければならなかつた。
なお、本発明においては上例にかぎらず半導体
基体としてゲルマニウム等を用いることは可能で
あり、容器としてタンタル等を用いても同様の効
果が得られる。
基体としてゲルマニウム等を用いることは可能で
あり、容器としてタンタル等を用いても同様の効
果が得られる。
また、不活性ガスとしてアルゴンガス等を用い
ても、同様の効果が得られる。
ても、同様の効果が得られる。
第１図は本発明の一実施例を示す拡散炉の断面
図、第２図は本発明において拡散のために用いら
れる容器の開口率とシリコンウエハにおける拡散
層のシート抵抗の関係を示す図、第３図は同じく
拡散管内の圧力とシリコンウエハにおける拡散層
のシート抵抗の関係を示す図、第４図は本発明の
実施に好適な拡散プログラムを示す図である。 １…容器、２…元素状ガリウム、３…シリコン
ボート、４…石英ウエハホルダー、５…シリコン
ウエハ、６…石英内栓、７…石英拡散管、８…開
閉口、９…真空排気装置、１０…不活性ガス供給
装置、１１…加熱用ヒータ。
図、第２図は本発明において拡散のために用いら
れる容器の開口率とシリコンウエハにおける拡散
層のシート抵抗の関係を示す図、第３図は同じく
拡散管内の圧力とシリコンウエハにおける拡散層
のシート抵抗の関係を示す図、第４図は本発明の
実施に好適な拡散プログラムを示す図である。 １…容器、２…元素状ガリウム、３…シリコン
ボート、４…石英ウエハホルダー、５…シリコン
ウエハ、６…石英内栓、７…石英拡散管、８…開
閉口、９…真空排気装置、１０…不活性ガス供給
装置、１１…加熱用ヒータ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 元素状ガリウムを拡散不純物源として半導体
基板とともに断面積に対する開口面積の割合が２
〜10％である反応容器内に配置し、 前記反応容器をガス圧調整可能な石英拡散管内
に配置し、 500〜800℃の温度で熱処理を行なつて前記反応
容器内に吸着されている酸素あるいは水分を除去
し、 前記石英拡散管内に不活性ガスを10Torr〜大
気圧に充填し、 前記反応容器をさらに昇温させてガリウムの拡
散温度に保持し、 その後、前記反応容器を冷却する ことを特徴とする半導体基体へのガリウム拡散
法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55140444A JPS5764923A (en) | 1980-10-09 | 1980-10-09 | Method for diffusing gallium in semiconductor substrate |
| US06/291,042 US4415385A (en) | 1980-08-15 | 1981-08-07 | Diffusion of impurities into semiconductor using semi-closed inner diffusion vessel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55140444A JPS5764923A (en) | 1980-10-09 | 1980-10-09 | Method for diffusing gallium in semiconductor substrate |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5764923A JPS5764923A (en) | 1982-04-20 |
| JPS6231814B2 true JPS6231814B2 (ja) | 1987-07-10 |
Family
ID=15268771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55140444A Granted JPS5764923A (en) | 1980-08-15 | 1980-10-09 | Method for diffusing gallium in semiconductor substrate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5764923A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2662318B2 (ja) * | 1991-03-13 | 1997-10-08 | 株式会社日立製作所 | 半導体基体への不純物の拡散方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5028752A (ja) * | 1973-07-13 | 1975-03-24 |
-
1980
- 1980-10-09 JP JP55140444A patent/JPS5764923A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5764923A (en) | 1982-04-20 |
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