JPH0195518A - ボロンの選択拡散方法 - 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〕 本発明はボロンの選択拡散方法であって硅素半導体にボ
ロンをｐ形不純物としてとくに高濃度で選択拡散し、か
つ半導体表面に清浄な酸化硅素膜を形成するに適する方
法に関する。

〔従来の技術〕

よく知られているように半導体装置の製作に当たっては
、ｐ形あるいはｎ形の不純物を半導体基体内に所定の濃
度や深さに選択拡散することにより半導体層を作り込み
、半導体層間に接合を形成しながらダイオードやトラン
ジスタなどが個別素子や集積回路の形で作り込まれる。

この各半導体層の作り込みに当たっては、１工程内で不
純物を所望の濃度と深さに拡散してしまうことも可能で
あるが、濃度と深さを正確に管理しあるいは拡散作業を
能率化するために、多（の場合−旦不純物　。

を半導体の表面に浅く高濃度で導入しておいた上で、高
温の熱拡散によりねらった濃度と深さに再拡散させてや
ることが行なわれる。このための半導体表面への不純物
の導入方法としては、イオン注入法がよく知られており
かつ広く採用されているが、所望の半導体層の不純物濃
度と拡散深さが大で従って多量の不純物導入が必要な場
合には、現在のイオン注入法では非常な長時間を要する
ので、いわゆる固相拡散法を含む固体、液体、気体状態
の不純物源を用いる不純物導入法によるのが一般的であ
る。

一方、上記の半導体層の拡散はすべて所望の場所に選択
的に行なう要があり、このために拡散が不要な場所をマ
スクする膜が必要で、よく知られているようにこのマス
クとしての機能と半導体表面を安定な状態に保つ保護機
能とを兼ねて酸化硅素膜が一般的に採用される。この酸
化硅素膜には拡散に対するマスクとしての機能上は、不
純物を透過しないように十分な厚みを持たせることが必
要で、かつ保護機能上はその下の半導体表面を安定状態
に保ちうるように不純物により汚染されていない充分な
清浄度を持たせることが必要である。

、以下、かかる酸化硅素膜を拡散用マスクとして用い、
前述の不純物源を用いる不純物導入法と熱拡散法とによ
り、半導体内に高濃度の深い拡散層を作る従来方法を第
２図を参照しながら説明する。

第２図はｐ形の基板１に強いｎ形の埋込拡散層２を介し
てｎ形の高抵抗性のエピタキシャル層を成長させた基体
に対し、エピタキシャル層３の表面から同図＋ｄ＋に示
す強いｐ形の分ｉｇ層６を基板１に達するように深く選
択拡散させることにより、エピタキシャル１１３を集積
回路用の回路要素を作り込むべき部分領域に接合分離す
る例を示すものである。各部分領域にはその中に作り込
まれる回路要素からふつう正、の電圧が掛かるので、接
合分離上は上記のようにエピタキシャルＩ’Ｊ　３をｎ
形に分６１１６をｐ形にする°要があり、分離Ｎ６用の
不純物としてはボロンが一般的に用いられる。

同図（ａｌの工程では、酸化硅素膜４をエピタキシャル
Ｎ３の全面にスチーム酸化法等によりふつうは０．４〜
０８６μの厚みに付けた上でフォトプロセスにより窓５
を抜く、同図（ｂｌは不純物の導入工程で、例えば導入
すべき不純物がｎ形の場合は窒化ボロン（ＢＮ）を固相
の不純物源とする固相拡散法により、窓５のエピタキシ
ャル層３の表面に不純物６ａを１−程度の厚みに固溶限
−杯の高濃度で浅く導入する。このとき窓５のエピタキ
シャルＮ３の表面上には不純物が若干堆積ないしは付着
しており、窓部以外の酸化硅素Ｉ！１４の表面にはかな
り多量の不純物が入り込んで、図で模式的に示したよう
に酸化硅素膜４は汚染部４ａと清浄部４ｂとの二層構成
になる。このため、同図の）の工程では例えばふっ酸系
のエツチング液によって酸化硅素膜４の汚染部４ａを溶
解除去する。最後の同図（（１）の熱拡散工程では、窓
部のエピタキシャル層３の表面に導入された不純物６ａ
を高温下で例えば１０ｎ以上に深（拡散させて、基板に
まで到達するように分離層６をエピタキシャル層３内に
作り込む、この熱拡散はふつうは酸化性雰囲気内で行な
われ、これにより酸化硅素膜の清浄部４ｂが成長して酸
化硅素膜４ｃとなり、以後の工程におけるマスクやエピ
タキシャルＮ３の表面保護に用いられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、選択拡散すべき不純物がｎ形用のボロンであ
る場合、酸化硅素膜の不純物に対する不透過性が必ずし
も充分でなく、所望の拡散層の不純物濃度と深さが小な
ときにはあまり問題はないが、不純物濃度や深さが大で
第２図伽）の工程で半導体に導入すべき不純物量が多い
と、酸化硅素膜４内の清浄部４ｂを維持することが困難
になって来る。この本来清浄であ１べき部分にボロンが
混入していると、第２図（ｄ）の熱拡散工程後の酸化硅
素膜４ｃにもボロンが残留することになり、このためそ
の下の高抵抗性のエピタキシャル層３の表面がｐ形に近
付いて、酸化硅素膜上に設けられる電極膜に電圧が掛か
ったときに表面がｐ形に反転して誤動作が生じやすくな
り、ボロンの残留量が多いとエピタキシャル層の表面が
常時ｐ形に反転してしまって集積口路が不良になること
もある。

この問題を解決するために酸化硅素１１１４の厚みを最
初から増しておくことは可能であるが、２倍程度に厚み
を増して見てもあまり完全な解決にはならない、そこで
、第２図ｔｃ＋の汚染部除去工程において清浄部４ｂの
方も含めて一旦酸化硅素膜を全部除去することが試みら
れたが、実際には酸化硅素膜を完全にをり除くことがか
なり困難で、若干でもボロンにより汚染された酸化硅素
膜が残っていると、以後に付けられる酸化硅素膜４ｃに
ボロンが混入してしまうので、実用上あまり有効な対策
になり得ない、逆に、酸化硅素膜の汚染部を除去した後
にスチーム酸化法により清浄部上に別の酸化硅素膜を付
けることにより、清浄部内に残存するボロンをこのスチ
ーム酸化膜の方に吸い出した上でスチーム酸化膜をエツ
チングにより取り除くこともできるが、これを複数回繰
り返えせばともかく手間の掛かる割に酸化硅素膜からボ
ロンを充分除去できない。

本発明は上述のようにｐ形不純物としてボロンを選択拡
散させる方法に関し、上述のような問題点を解決してボ
ロンの選択拡散後に半導体表面に形成される酸化硅素膜
をボロンにより汚染されない清浄な状態に保つことを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はボロンの選択拡散を、半導体の全面に酸化硅素
膜と窒化硅素膜を不純物拡散用マスクとして順次付けた
上で不純物を拡散すべき領域の両膜に窓を抜くマスク膜
形成工程と、マスク膜の窓から不純物を半導体の表面に
浅く高濃度で導入する不純物導入工程と、マスク膜から
窒化硅素膜を取り除く窒化膜除去工程と、半導体表面に
導入された不純物を高温下で半導体内部に深く拡散させ
る熱拡散工程とを経て行なうこと、により上述の目的の
達成に成功したものである。

〔作用〕

前述の従来技術の記載からもわかるように、酸化硅素膜
のボロンに対する不透過性が必ずしも充分でない以上、
とくに高濃度で深い選択拡散用のマスクとして酸化硅素
膜だけを用いるのでは問題の解決にならないので、上記
の構成にいうように本発明では酸化硅素膜と窒化硅素膜
とからなる２層構成の膜を選択拡散用のマスクに用いる
。窒化硅素膜はほとんど全ての不純物について非常に不
透過性が良好なことが以前から知られており　（例えば
、Ｉ　Ｅ　Ｅ　Ｅ　　Ｔｒａｎｓ、　Ｖｏｌ、、Ｉ！Ｄ
−１３，Ｎｏ、７＋ｐ５６１〜５６３参照）、原理上は
窒化硅素膜だけをマスクとして用いることもできるので
あるが、その性状が硅素とかなり異なっており、半導体
表面に直接に窒化硅素膜を付けて試験して見ると、多分
半導体表面に界面準位がかなり多量に導入されるためと
思われるが、半導体の特性や安定性が悪くなることがわ
かった。従って、半導体表面の安定化上は最終的には清
浄な酸化硅素膜で覆ってやる要があり、窒化硅素膜をマ
スクとして用いてもこれを除去した上で酸化硅素膜を付
ける要がある。

ところが、窒化硅素膜を一旦半導体表面に直接に付けて
しまうと、表面の性質が変化してしまうためと思われる
が、その後に窒化硅素膜を酸化硅素膜で置き換えても、
性質の良好な酸化硅素膜が得られないことがわかった。

そこで、本発明では半導体表面にまずマスク膜形成工程
において上述のように酸化硅素膜と窒化硅素膜との二層
構成膜を付けて、その内の窒化硅素膜によりボロンの酸
化硅素膜への侵入を防ぎながら、不純物導入工程におい
て選択拡散すべき場所に明けた窓からボロンを半導体表
面部に導入した上で、次の窒化膜除去工程において酸化
硅素膜上から窒化硅素膜を取り除（、この二層膜中の酸
化硅素膜の厚みは実験結果によれば従来よりもかなり薄
い０．１−前後であってよく、この程度の１い酸化硅素
膜でも窒化硅素膜が半導体表面に与えうる悪影響をな（
すことができる、一方、窒化硅素膜の厚みは０．１〜０
．３ｎ程度あればボロンの酸化硅素膜への侵入を充分防
止することができる。

また、酸化硅素膜上の窒化硅素膜は例えばプラズマエツ
チングにより簡単に除去することができ、酸化硅素膜が
前述のように薄くてもこの除去時に酸化硅素膜が損傷を
蒙ることはない、この窒化膜除去工程後の熱拡散工程で
は、従来と同じ（半導体表面の所望の場所に導入された
ボロンを高温下で半導体内部に深（選択拡散させればよ
い。

以上の構成かられかるように、本発明によればボロンの
半導体表面への導入時に酸化硅素膜は窒化硅素膜により
ボロンの侵入から安全に守られ、窒化硅素膜の除去後の
半導体表面は清浄な酸化硅素膜によって覆われることに
なり、これにより本発明の課題が解決される。

〔実施例〕

以下、前の第２図に対応する第１図を参照しながら本発
明の詳細な説明する。第１図中の第２図と同じ部分には
同じ符号が付されている。

第１図Ｔａ）はマスク膜形成工程終了時の状態を示す、
基板ｌには例えばｌＯ〜２０Ω（２）の比抵抗をもつｐ
形の基板が用いられ、ｎ形のエピタキシャル層３は例え
ば１０Ｉｆｍの厚みに成長されその比抵抗は例えば１〜
２Ω備とされる。酸化硅素膜ｌＯはエピタキシャル層３
の表面全体に例えば１０００℃のスチーム酸化法や水素
と酸素との混合気中の酸化法により前述のように０．１
ｎ前後の厚みに付けられる。

窒化硅素膜２０はこの酸化硅素膜１０の全面上にシラン
系とアンモニアガスとを用いる７００〜８００℃のＣＶ
Ｄ法により０．１〜０．３−の厚みに成長させる。

これらの酸化硅素膜ｌＯおよび窒化硅素膜２０からなろ
二層のマスク−に図示のように窓５を明けるには、図示
しないレジスト膜を窒化硅素膜上に付けてそれに窓を設
け、これをマスクと゛して窒化硅素膜２０をＣＦオガス
を用いろプラズマエツチング法等により、酸化硅素膜ｌ
Ｏをぶつ酸系の化学エツチング法くよりそれぞれ抜く、
窒化硅素膜２ｏの窓抜きには燐酸系の化学エツチング法
を利用することもできる。以後、レジスト膜を例えばプ
ラズマ灰化法により取り除いて同図（ａｌの状態とする
。

同図中）は不純物導入工程後の状態を示すもので、窓５
の部分のエピタキシャル層３の表面に不純物としてのボ
ロン６ａを例えば固相拡散法により固溶限である１０茸
０原子／−の高濃度でｌｎ程度に薄く導入する。固相拡
散時の固体不純物源としては通例のように窒化ボロンを
用い、例えば１０００℃の１％以下の微量酸素を含む酸
化性窒素雰囲気下で１時間程度掛けてボロンを導入する
。この導入には液体不純物源を用いる拡散や通常の気相
拡散法を用いてもよく、いずれもイオン注入法によるよ
りは短時間内で導入が可能であるが、固体不純物源を用
いる方法が最も能率的である。この工程では窓５内には
ボロンに富むごく薄いボロシリケートガラス膜６ｂがエ
ピタキシャル層３の表面に形成され、窒化硅素膜２０の
表面にも薄くボロンがドープされるが、酸化硅素膜ｌＯ
へのボロンの侵入は窒化硅素膜２０により防止される。

同図（Ｃ）の窒化膜除去工程では、窒化硅素ｗ１２０が
例えば前と同様なプラズマエツチング法により除去され
る。窒化硅素膜２０の表面部にドープされたボロンはこ
の工程の初期に取り除かれ、上のプラズマエツチング法
は窒化硅素膜に対する選択性を有するので、酸化硅素膜
は除去されることなくその清浄面がこの工程完了時に露
出される。

同図１ｄ）の熱拡散工程は従来技術と同じであり、例え
ば１２００℃の酸化性の窒素ガス雰囲気内で、５〜６時
間かけてエピタキシャル層３の表面に導入されたボロン
６ａおよびボロシリケートガラス膜６ｂ中に含有される
ボロンを１０＃１１程度にまで深く拡散させて、基板１
に達する分離層６をエピタキシャル層３内に作り込む、
この間酸化硅素［１０は０．５〜ｌｎ程度の厚い酸化硅
素膜１１に成長され、この酸化硅素膜１１の分離層６の
表面部には若干のボロン６ａが含有されることになるが
とくに支障はな（、ｎ形のエピタキシャル層３の上の酸
化硅素膜１１は清浄に保たれる。なおこの工程終了時の
分離層６の表面部におけるボロン濃度はｔｏ”原子／ｄ
程度になるのがふつうである。

上述のようにしてボロンドープの分離層６により接合分
離されたエピタキシャル層３内には、以後酸化硅素膜１
１をマスクとしてバイポーラ回路やＭＯ３回路が通常の
ように作り込まれる６本発明により調製された基体内に
集積回路を作り込んで試験をした結果、ＭＯ３回路の場
合においても従来若干見られた半導体表面の不安定性に
起因する特性の変動は認められず、この要因に基づくと
考えられる不良は皆無であった。

以上の実施例においては、専ら本発明方法を集積回路用
基体の接合分離に適用した場合について説明したが、も
ちろん本発明はこれに限らずボロンの硅素半導体への選
択拡散とくに高不純物濃度の深い選択拡散用に広く適用
することが可能である。

〔発明の効果〕

以上の記載かられかるように本発明においては、半導体
の全面に酸化硅素膜と窒化硅素膜を不純物拡散用マスク
として順次付けた上で不純物を拡散すべき領域の両膜に
窓を抜くマスク膜形成工程と、マスク膜の窓から不純物
を半導体の表面に浅く高濃度で導入する不純物導入工程
と、マスク膜から窒化硅素膜を取り除（窒化膜除去工程
と、半導体表面に導入された不純物を高温下で半導体内
部に深く拡散させる熱拡散工程とを経て半導体にボロン
を選択拡散しか、つその表面に酸化硅素膜を形成するよ
うにしたので、選択拡散される範囲外の半導体表面上の
酸化硅素膜が不純物導入工程時に窒化硅素膜によりボロ
ンの侵入から有効に守られ、窒化膜除去工程および熱拡
散工程後の半導体表面がボロンを含まない清浄な酸化硅
素膜によって覆われる。これによって、本発明を実施後
の種々な工程を通じて半導体表面は常にこの酸化硅素膜
により保護ないしは安定化され、半導体内に作り込まれ
るダイオードやトランジスタの特性が安定化されその動
作信鯨性が向上される。

本発明はボロンを高濃度でかつ深く選択拡散する場合に
とくに適し、従来技術に比べて窒化硅素膜の成長と除去
の工程が必要であるが、高性能で高信績性を要する高耐
圧の半導体装置や集積回路等の製作工程に適用して上述
の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を集積回路用半導体基体の接合分離
に適用した実施例を工程ごとに示す該半導体基体の一部
拡大断面図、第２図は第１図に対応する従来技術を示す
集積回路用半導体基体の一部拡大断面図である０図にお
いて、 １：半導体基板、２：埋込拡散層、３：エピタキシャル
層、４：酸化硅素膜、５：窓、６：分離層、６ａ：不純
物としてのボロン、６ｂ：ポロシリケートガラス膜、１
０：二層マスク膜を構成する酸化硅素膜、１１：熱拡散
工程後の酸化硅素膜、２０：窒化硅素膜、である。 代理人番埋士　山　口　　武＼１、− １０　　６ａ　　　　　　　　　　６ｂｗ１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）硅素半導体にボロンを不純物として選択拡散しかつ
   半導体表面に酸化硅素膜を形成する方法であって、半導
   体の全面に酸化硅素膜と窒化硅素膜を不純物拡散用マス
   クとして順次付けた上で不純物を拡散すべき領域の両膜
   に窓を抜くマスク膜形成工程と、マスク膜の窓から不純
   物を半導体の表面に浅く高濃度で導入する不純物導入工
   程と、マスク膜から窒化硅素膜を取り除く窒化膜除去工
   程と、半導体表面に導入された不純物を高温下で半導体
   内部に深く拡散させる熱拡散工程とを含むボロンの選択
   拡散方法。