JPS5814741B2 - ハンドウタイチユウヘノフジユンブツカクサンホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体基板にほう素またはアルミニウムまた
はガリウム等の■族低濃度層と高濃度層を選択的に同時
に形成する方法に関する。

シリコン基板表面に形成された酸化ほう素（Ｂ２０３）
、酸化アルミニウム（Ａｌ２０３）、酸化ガリウム（Ｇ
ａ２０３）膜、あるいは、これらの酸化物のそれぞれに
酸化け（ハ）素との混合膜（Ｓｉ０２−Ｂ２０３ ｔ
Ｓｉ０２−Ａｌ２０３ ｓ Ｓｉ０２−Ｇａ２一〇３）
は、シリコンへの不純物拡散源として使用される。

これらの酸化膜は、たとえば、ほう素に関しては、３０
０〜７００℃の有機ほう素化合物あるいは、これと有機
ンランとの酸化反応または熱分解反応、ジボラン（Ｂ２
Ｈ６）、ンラン（Ｓｉ一Ｈ４）の酸化反応によシシリコ
ン表面に形成される。

アルミニウム、ガリウムについても、それぞれの有機化
合物あるいはハロゲン化物から、同様に酸化膜が形成さ
れる。

こうした膜形成後、８００〜１２００℃で酸素、あるい
は窒素気流中、あるいはこれらの混合ガス中などで適当
な時間置くことにより、シリコン基板中にほう素あるい
はアルミニウム、ガリウムが拡散する。

この拡散による接合深さと表面濃度は、温度、時間、酸
化膜中の不純物のほう素（あるいはアルミニウム、ガリ
ウム）温度などによって決定され、特に表面濃度は酸化
膜中の不純物濃度に大きく依存する。

表面濃度はこの方法により１０ｔ６〜１０２０／ｃｍ３
の範囲が得られるが、実用的には１０１８／ｃｍ３以上
であり、１０１６〜１７／ｃｍ３以下は酸化膜中のほう
素（あるいはアルミニウム、ガリウム）濃度を非常に小
さくコントロールしなければならず、再現性を期待でき
ない。

従って、シリコン基板中に高濃度層と低濃度層を形成す
るに際して、得られるそれぞれの層の表面濃度は１０１
８／ｃｍ３以上であって両者の濃度差を大きくできない
ばかりか、高濃度層と低濃度層形成のため、それぞれに
対して、膜形成、拡散を別々に行わなければならない。

これは工程が面倒のみならず、加熱工程の繰り返しは結
晶基板に欠陥を増加して好ましくない。

本発明はト述の問題を解決するものであり、シリコン基
板に、ほう素またはアルミニウムまたはガリウム等の■
族不純物の高濃度および低濃度の拡散層を選択的に同時
に形成する方法を与えるものである。

すなわち、本発明は（１）シリコン結晶基板に不純物拡
散源となるほう素およびほう素酸化物（またはアルミニ
ウムおよびアルミニムラ酸化物、またはガリウムおよび
ガリウム酸化物）のうち少なくとも一方を含む膜を形成
する第一工程と、その上の所定個所に酸化けい素膜を形
成する第二工程と、その後アンモニアを含む雰囲気中で
高温熱処理を行う第三工程からなシ、第三工程と同時に
あるいはさらに必要な高温熱処理によって表面濃度、接
合深さの異なる拡散層を選択的に同時に形成することを
特徴としており、あるいはまた（２）シリコン結晶基板
表面の所定個所に酸化けい素膜を形成し、次いで第一、
第二、第三工程を行い、表面濃度、接合深さの異なる拡
散層を選択的に同時に形成することを特徴にしており、
さらにまた（３）シリコン結晶基板表面の所定個所に酸
化けい素膜を形成し、次いで上記の第一工程を行い、そ
の後、第三工程を行って表面濃度、接合深さの異なる層
を選択的に同時に形成することを特徴とするものである
。

すなわち、本発明のごとく酸化ほう素一酸化けい素膜（
または酸化アルミニウム、または酸化ガリウム）を６０
０〜１２００℃の範囲でアンモニア処理するか、アンモ
ニアの存在下で拡散することによって表面濃度１０１６
〜１０ｌ７／ＣＭＬ３以下の拡散が実用的に可能となる
。

本発明の方法によれば、アンモニアにより、酸化膜中の
ほう素（またはアルミニウム、またはガリウム）に結合
している酸素が窒素に置換され、Ｂ−Ｎ（またはＡｌ−
Ｎ，Ｇａ−Ｎ）結合が形成される。

この結合が形成されると、混合膜中のほう素（またはア
ルミニウム、またはガリウム）は拡散を抑制され、シリ
コン中には導入されにくくなる。

したがってこの処理によって、従来のドープドオキサイ
ト法よりも表面濃度を２〜３桁低くずることが可能であ
る。

すなわち、前述のように、従来法によって得られる１０
１８〜１０２０／ｃＩｒＬ３の表面濃度がアンモニア処
理により、１０１６〜１０ｌ７／ｃＩｒＬ３になる。

従って厚い酸化けい素膜をアンモニアに対するマスクと
して、この一部に窓をあけると、窓部のみがアンモニア
の影響を受け、窓部外と異なった拡散が生じ、しかも上
記の理由により濃度差の大きい結果が得られるわけであ
る。

つぎに本発明の方法を詳細に説明する。

第１図Ａ，Ｂ，Ｃけそれぞれ上記（１） ， （２）
， （３）の方法を示すものである。

第１図において、１はシリコン基板、２はたとえばＳ
１０２ Ｂ２ ０３膜、３はＳｉＯ２膜、４はＳｉＯ
２膜５に形成された窓、５は低濃度拡散層、６は高濃度
拡散層、Ｉはシリコン基派１の表面に選択的に形成され
たＳｉＯ２膜である。

まず、第１図Ａによれば、上記アンモニアは窓４からの
み作用し、この窓下のＳｉＯ２−Ｂ２０３膜２のほう素
は拡散を抑制され、シリコン基板１には低い表面濃度、
浅い接合深さの拡散層５が形成され、一方ＳｉＯ２膜３
で覆われたＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３膜はアンモニアの処理を
受けないため、高い表面濃度、深い接合を有する拡散層
６が形成される。

ＢけＳｉＯ２膜７直下への不純物の拡散を阻止したもの
であって、この場合もＳ ｉ０２膜直下以外へ人と同じ
く、それぞれ異なる拡散層５，６を形成することができ
る。

ＣはＢにおいて、ＳｉＯ２膜３を形成せず、選択的に低
濃度拡散層５を選択的に形成したものである。

つぎに本発明の実施例を示す。

Ｎ形のンリコン基板１（比抵抗６〜１０Ωｃｒｎ）に４
００℃で７ランと窒素の混合ガス（シラン濃度５チ）の
流量２ ７ ０ｍｌ／ｍｉｎ，ジボランと窒素の混合ガ
ス（ジボラン濃度０．５％）の流量１５０ｍｌ／ｍｉｎ
、窒素４０１７ｍｉｎ，酸素１００ｍｌ／ｍｉｎの条件
で酸化けい素一酸化ほう素混合膜２を厚さ１０００人で
形成する。

次ｉでジボランを止め、この上に上記条件で酸化けい素
膜３を１００００Å形成する。

この酸化けい素膜３の一部を写真食刻法により幅３０μ
で格子状に除去する。

この後、アンモニア気流中（流量２ｌ／ｍｉｎ１０００
℃で３０分熱処理を行う。

拡散は窒素気流中（流量１ｌ／ｍｉｎ）、１１５０℃で
３０分行う。

この結果、酸化膜３を除去した部分では、拡散層５の表
面濃度３×１０ｌ７／ｃｍ３接合深さ０．８μ−であり
、その他の部分の拡散層６の表面濃度２×１０２０／ｃ
ｍ３、接合深さ２．３μであった。

第２図に角度研磨により２０倍に拡大した拡散層の断面
写真を示した。

なおこの写真においては弗酸によるステインエッチによ
り酸化膜は除去されている。

このように、酸化膜を除去した部分ではアンモニア処理
の効果を受け、拡散が抑制されて表面濃度が低下し、酸
化けい素膜直下ではアンモニアの酸化けい素一酸化ほう
素膜への侵入が防がれるので高濃度拡散が行われる。

アルミニウムやガリウムの場合も、酸化アルミニウム一
酸化けい素膜、酸化ガリウム一酸化けい素膜をシリコン
表面に形成して旧記と同様の処理により同様な結果を得
る。

以上のように、本発明によれば、不純物の選択同時拡散
が容易となるため、素子の高耐圧化、ホトアバランンエ
ダイオード等の低濃度および高濃度拡散を必要とする素
子に特に有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂ，Ｃは本発明にかかる方法の説明図である
。 第２図は本発明の方法により形成した拡散層の断面写真
である。 １・・・・・・シリコン基板、２・・・・・・ＳｉＯ２
−Ｂ２０３膜、３・・・・・・ＳｉＯ２膜、４・・・・
・・窓、５・・・・・・低濃度拡散層、６・・・・・・
高濃度拡散層、７・・・・・・Ｓ １０２膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体結晶基板に不純物拡散源となる■族元素およ
   び■族元素の酸化物のうち少くとも一方を含む膜を形成
   する工程と、この膜上の所定個所に酸化け９素膜を形成
   する工程と、その後アンモニアを含む雰囲気中で高温熱
   処理を行う工程とを備え、この工程と同時にあるいはさ
   らに必要な高温熱処理によって表面濃度、接合深さの異
   なる拡散層を選択的に同時に形成することを特徴とする
   半導体中への不純物拡散方法。 ２ 半導体結晶基板表面の所定個所に酸化けい素膜を形
   成し、次いで同基板の不純物拡散源となる■族元素およ
   び■族元素の酸化物のうち少なくとも一方を含む膜を形
   成することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   半導体中への不純物拡散方法。 ３ 半導体結晶基板表面の所定個所に酸化けい素膜を形
   成する工程と、上記基板および酸化けい素膜上に不純物
   拡散源となる■族元素および■族元素の化合物のうち少
   くとも一方を含む膜を形成し、その後アンモニアを含む
   雰囲気中で高温処理を行う工程を備え、前記■族元素を
   前記半導体結晶基板中に選択的に拡散することを特徴と
   する半導体中への不純物拡散方法。