(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に形成したマスク層を選択的に除去した第一導電型半導体基板表面に、第二の導電型拡散層を熱拡散により形成する半導体熱拡散層の形成方法において、第二導電型不純物拡散源として該第二導電型不純物含有ガラスのスパッタ薄膜を上記基板表面に形成し、その上面に同一の第二不純物含有ガラス層を形成し、加熱を行い、上記半導体基板内に上記不純物を拡散し、第二導電型拡散層を形成することを特徴とする半導体熱拡散層の形成方法。
【請求項２】
前記同一の第二導電型不純物の溶解液を塗布、乾燥して前記同一の第二導電型不純物含有ガラス層を形成することを特徴とする請求項１記載の半導体熱拡散層の形成方法。
【請求項３】
前記第二導電型不純物の酸化物を供給しながら加熱し、前記スパッタ薄膜上面に気相成長による前記同一の第二導電型不純物含有ガラス層を形成することを特徴とする請求項１記載の半導体熱拡散層の形成方法。
【請求項４】
前記第二導電型不純物をＳｂとすることを特徴とする請求項１乃至３記載の半導体熱拡散層の形成方法。
【請求項５】
前記第二導電型不純物の酸化物をＳｂ2Ｏ3とすることを特徴とする請求項３乃至４記載の半導体熱拡散層の形成方法。
【請求項６】
前記第一導電型基板表面内に形成した前記第二導電型層を半導体集積回路を構成するトランジスタの埋め込み層とすることを特徴とする請求項１乃至５記載の半導体熱拡散層の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の拡散層を熱拡散により形成する方法、及び半導体集積回路の素子を構成するトランジスタのコレクタ領域下部に形成する埋め込み層の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の素子を構成するＮＰＮトランジスタにおいて、トランジスタ動作に必要な真性コレクタ領域は、ベース領域直下の部分だけで、あとの部分は、コレクタ電極の引き出しの役目を負っている。この引き出し部分のコレクタ濃度は、真性コレクタ濃度と同じである必要はなく、コレクタ抵抗低減のため高濃度であることが望まれる。このため真性コレクタ領域からコレクタ電極まで高濃度Ｎ+層を埋め込む構造が採用されている。
【０００３】
図３は、半導体集積回路中に形成したＮＰＮトランジスタを示す。図中、１はＰ型Ｓｉ基板、２は、Ｎ+埋め込み層、３は、ＳｉＯ2膜、４は、Ｎ型エピタキシャル層を用いたＮ真性コレクタ領域、５はＰ+ベース領域、６はＮ+エミッタ領域、７はＰ+アイソレーション、８はコレクタ、ベース、エミッタを外部と接続する配線を示す。
【０００４】
このＮ+埋め込み層２は、Ｐ+Ｓｉ基板に、一般的に拡散材としてのＡｓまたはＳｂを拡散することにより形成する。このＡｓまたはＳｂの拡散は、拡散源を気相あるいは固相とした熱拡散法により行われるが、これらの熱拡散法の内、気相ー固相拡散は、ＡｓあるいはＳｂの封管法による拡散であるが、Ｓｉ基板表面状態に対する敏感さ、アンプル取扱の作業性の悪さなどのためあまり用いられない。
【０００５】
固相からの拡散法は、不純物を含んだ塗布ガラスをウエファーにスピン塗布し、熱処理によって半導体基板中に拡散する方法や、酸化雰囲気中に不純物の酸化物を流し、開管法で加熱してＳｉウエファー上に不純物を含んだガラスを形成して、これを拡散源とする方法、ＣＶＤ法で不純物を含んだガラスあるいは多結晶Ｓｉを堆積させ、これを拡散源とする方法がある。
【０００６】
これらの熱拡散技術で形成したＡｓ及びＳｂのＳｉ基板表面の拡散層不純物表面濃度は、図２に示した拡散温度における固溶度によって決まり、それよりも低濃度の拡散では、制御性が極端に低くなったり、また固溶度以上の不純物の導入は難しい。
【０００７】
Ｓｂの蒸気圧は高いが、拡散濃度もＳｉに対し最大で１０19／ｃｍ3以下で、Ａｓと比較し低い濃度となるが、製造工程中の温度加熱によるオートドーピングはＡｓより少なくトランジスターのＨｆｅの制御が容易である。Ａｓは、Ｓｉに対し最大１０21／ｃｍ3の拡散濃度を得ることが出来るが、製造工程中の温度加熱によりオートドーピングを生じ易く、Ｈｆｅの制御がＳｂと比較して難しい。
【０００８】
またＳｂのＳｉへの拡散は、格子ひずみが少なく、Ｓｂを拡散したエミッターとＢを拡散したベースの組合せでは、エミッターとベース間の格子欠陥が著しく減少する。
【０００９】
従来、Ｓｂを用いた埋め込み層を形成する方法として、拡散材入りＳＯＧ（ｓｐｉｎ  ｏｎ  ｇｌａｓｓ）法すなわちＳＯＤ（ｓｐｉｎ  ｏｎ  ｄｏｐａｎｔ）法で、Ｓｉ基板表面に形成した固相中の不純物を拡散源としＳｉ表面に熱拡散する方法と、Ｓｂ2Ｏ3の蒸気でＳｉ基板表面にＳｂ2Ｏ3ガラス層を形成、熱拡散し表面濃度を設定する方法が一般的である。
【００１０】
ＳＯＤ法により熱拡散源を形成する方法は、以下の手順が一般的である。
【００１１】
（１）シラノールのアルコール溶液、即ちイソプロピルアルコール＋ブタノール＋酢酸エステルにシラノールを溶解する。
【００１２】
（２）拡散源としてのＳｂを含有したアンチモントリプロポロキシド（ａｎｔｉｍｏｎｙ  ｔｒｉーｉーｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）に代表される拡散源の溶液即ち、アンチモンアルコキシドを、基板表面にＳｉ酸化膜を選択的に形成し埋め込み層形成部分のＳｉを露出したＳｉ基板表面にスピンナーを用いて回転塗布する。
【００１３】
（３）熱処理を施し、溶剤の蒸発および脱水・重合反応を進行させＳｂ含有ガラス層を形成する。
【００１４】
この後、所定の熱処理を行い、Ｓｉ基板内にＳｂを熱拡散させる。
【００１５】
Ｓｂ2Ｏ3の蒸気により拡散源を形成する方法は、低濃度拡散物Ｓｂｃｌ5（５塩化アンチモン）を純水中でバブリングし、窒素雰囲気の窒素流量、バブリングの液面高さを制御し、Ｓｂ2Ｏ3の蒸気を管中に発生させ、Ｓｉ基板表面にＳｂ2Ｏ3ガラス層を形成する。この後、所定の熱処理を行い、Ｓｉ基板内にＳｂを熱拡散させる。或いはＳｂ2Ｏ3をボートに乗せ所定の温度で加熱し、蒸気としてＳｉ基板表面に供給することもあるが、制御性に乏しい上に外来不純物の混入を招くことがある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなＳＯＤ法によるＳｉ基板表面への熱拡散源を形成する方法では、アルコキシドは、空気中の水分と結合し、加水分解し易く、また濃度が高ければ高い程加水分解し易いこと及びアルコキシドは、ＳｉＯ2と反応し、ＳｉＯ2上即ちＳｉ基板上のＳｉ酸化膜に欠陥を生じ易く、このためアルコキシドの濃度を薄めた溶液で上記の回転塗布を行えば酸化膜欠陥を抑制することができるが、濃度が薄いために多数回、溶液を回転塗布して所定の膜厚に形成する必要があるため、Ｓｉ基板表面に所定のＳｂ拡散源を形成する上で製造上の効率が低下するという問題点があった。
【００１７】
上記のようなＳｂ2Ｏ3の蒸気を用いる方法では、バブリングの液面高さのばらつきや、雰囲気ガスの流量による影響等により、Ｓｂ2Ｏ3蒸気圧の制御が難しく、熱拡散による不純物濃度の再現性が難しいという問題点があった。
【００１８】
また所定の拡散温度における固溶度以下の低濃度の拡散では、その濃度の制御性が難しく再現性を出しにくいという問題点があった。
【００１９】
本発明は、上記問題点を解決し、Ｓｉ基板上にＳｉ酸化膜欠陥を抑制し、Ｓｂ拡散源を効率良く形成し安定した熱拡散を行う製造方法を提供するとともに、Ｓｂを用いた埋め込み層形成に関する製造方法を提供することを目的とするものである。
【００２０】
また本発明は、所定の拡散温度における固溶度以下の低濃度の拡散に対しても安定した再現性を出すことができる制御性の高い熱拡散方法を提供することを目的とするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は基板表面に形成したマスク層を選択的に除去した第一導電型半導体基板表面に、第二の導電型拡散層を熱拡散により形成する半導体熱拡散層の形成方法において、第二導電型不純物拡散源として該第二導電型不純物含有ガラスのスパッタ薄膜を上記基板表面に形成し、その上面に同一の第二導電型不純物含有ガラス層を形成し、加熱を行い、上記半導体基板内に上記不純物を拡散し、第二導電型拡散層を形成するものである。
【００２２】
また、前記同一の第二導電型不純物の溶解液を塗布、乾燥して前記同一の第二導電型不純物含有ガラス層を形成し、半導体基板内に同不純物を熱拡散するものである。
【００２３】
また、前記第二導電型不純物の酸化物を供給しながら加熱し、前記スパッタ薄膜上面に気相成長による前記同一の第二導電型不純物含有ガラス層を形成し、半導体基板内に同不純物を熱拡散するものである。
【００２４】
また、前記第二導電型不純物をＳｂとするものである。
【００２５】
また、前記第二導電型不純物の酸化物をＳｂ2Ｏ3とするものである。
【００２６】
また、前記第一導電型基板表面に形成した前記第二導電型層を半導体集積回路を構成するトランジスタの埋め込み層とするものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の方法を用いた製造方法は、
（１）基板表面に埋め込み層形成領域に相当する、マスク層としてのＳｉ酸化膜３を選択的に除去した領域を形成したＰ型Ｓｉ基板１を準備する。（図１（ａ））
（２）上記Ｓｉ基板１をＳｂ含有ガラスを拡散ターゲットとするスパッタ装置中に装着し、Ａｒ雰囲気中でスパッタし、Ｓｉ基板１表面に厚さ２０００〜３０００オングストロームのＳｂ含有ガラススパッタ薄膜９を形成する。（図１（ｂ））
（３）スパッタ装置よりＳｉ基板１を取り出し、次に従来のＳＯＤにより、高濃度のＳｂを溶解したアルコキシドを用いたＳＯＤによる方法でＳｉ基板１表面にＳｂ含有ガラス層１０を形成する。（図１（ｃ））
（４）所定の時間、雰囲気、温度で熱処理し、ＳｂをＳｉ基板上のＳｉ酸化膜を除去した部分に熱拡散させ、Ｓｂ拡散埋め込み層２を形成する。（図１（ｄ））（５）Ｓｉ酸化膜３、Ｓｂ含有ガラススパッタ薄膜９及びＳｂ含有ガラス膜１０を除去し、以後公知の方法でＳｂ拡散埋め込み層を用いた構造のｎｐｎトランジスタを有する半導体集積回路を形成する。（図３）
【００２８】
スパッタで形成したＳｂ含有ガラススパッタ薄膜９の厚さを、２０００〜３０００オングストロームとした理由は、これ以下の厚さでは、外来不純物例えばＢに対するバリヤとしての効果がなく、またこれ以上の厚さでは、ＳＯＤ法で積層したＳｂ含有ガラス膜１０よりの高濃度Ｓｂ熱拡散が阻害されるためである。
【００２９】
また同時に所要のＳｂ拡散濃度を得るのに必要なＳｂ量を確保するのに必要な膜厚でもある。
【００３０】
また、上記工程の（２）の後に、ＳＯＤ法によりＳｂ含有ガラス層を形成するかわりに、Ｓｂ2Ｏ3の蒸気中にて加熱することによりＳｉ基板表面のスパッタ薄膜上面に気相成長によるＳｂ含有ガラス層であるＳｂ2Ｏ3層を形成し、上記（４）の工程と同様に熱処理を行い、Ｓｂ拡散埋め込み層２を形成する方法でも良い。
【００３１】
Ｓｂ2Ｏ3は、ボートに充填し所定の温度に加熱して供給するが、スパッタ膜を設けてあることにより部分的に過剰になったりすることを防ぎ、同時にスパッタ膜中の不足したＳｂをこのＳｂ2Ｏ3の方から補うことが出来る。
【００３２】
上記の製造方法を用いることにより、ＳＯＤ法によるＳｂ含有ガラス層の形成に際し、スパッタ膜がバリアとなり、製造工程中の吸湿による酸化膜欠陥の発生による耐湿性上の問題や、後工程の不純物（例えばＢ等）の汚染もなくなり、高濃度拡散を行うことができる。また比較的低濃度のスパッタガラス膜中のＳｂが先にＳｉ基板内に拡散し、次にＳＯＤ法で形成した高濃度のＳｂ含有ガラス層からＳｂがＳｉ基板内に拡散し、拡散結晶欠陥も少なく、設計された濃度のＳｂを制御性良く拡散することが出来る。スパッタ時に生ずる欠陥は拡散のための熱処理時に固相エピタキシーの現象により修復される。
【００３３】
この場合のＳｂ拡散濃度は１０10〜１０11／ｃｍ3となり、所定温度におけるＳｉへの固溶度より低い濃度の熱拡散が再現性良く制御できる。またこのような埋め込み層として必要な範囲での低濃度拡散が可能になるため、半導体集積回路製造工程でその後に形成するエピタキシャル成長層の結晶欠陥は、大幅に減少する。
【００３４】
上記の実施例では、集積回路を構成するトランジスタの埋め込み層を形成する例を示したが、埋め込み層のみではなく、半導体素子を形成する際の、熱拡散層を形成する方法としても用いられることは、いうまでもない。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体熱拡散層の形成方法では、製造工程中での吸湿によるＳｉ酸化膜欠陥の発生や外来不純物例えばＢによる汚染の防止が可能になり、且つ結晶欠陥の少ない高濃度拡散を行うことが可能になる。
【００３６】
また、所定加熱温度におけるＳｉへの固溶度より低濃度のＳｂ熱拡散が、再現性よく制御出来るようになり、製造性が著しく向上するとともに、低濃度拡散により埋め込み層上にその後に積層形成するエピタキシャル成長層の結晶欠陥を著しく減少させることが可能になる。
【００３７】
また、Ｓｂ2Ｏ3蒸気により、Ｓｂスパッタ膜上にＳｂ含有ガラス膜を形成する場合には、Ｓｉ基板内にマイルドな熱拡散が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による熱拡散のよる拡散層の形成方法を示す。
【図２】Ｓｉ基板表面のＡｓ及びＳｂの固溶度のグラフを示す。
【図３】従来及び本発明により形成した埋め込み層を有する集積回路中のｎｐｎトランジスタ構造を示す。
【符号の説明】
１  Ｐ＋Ｓｉ基板
２  Ｎ＋埋め込み層
３  ＳｉＯ２膜
４  Ｎエピタキシャル層を用いたＮ真性コレクタ領域
５  ベース領域
６  Ｎ＋エミッタ領域
７  Ｐ＋アイソレーション
８  コレクタ、ベース、エミッタを外部と接続する配線
９  Ｓｂ含有ガラススパッタ薄膜
１０  Ｓｂ含有ガラス層
【図１】
0003639423.tif 000002
【図２】
0003639423.tif 000003
【図３】
0003639423.tif 000004