(57)【要約】【課題】拡散炉において不純物を気相拡散させることにより半導体基板に不純物拡散層を形成した半導体装置の製造方法において、不純物拡散層のシート抵抗のばらつきを抑制可能とした製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板表面には酸化膜をあらかじめ形成し、この半導体基板を拡散炉に収容して不純物を拡散させることにより不純物拡散層を形成する。拡散炉には縦型拡散炉を用い、気相拡散は半導体基板を１１５０℃以上の温度として行う。酸化膜の膜厚を５〜５０ｎｍとする。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散炉において不純物を気相拡散させることにより半導体基板に不純物拡散層を形成する半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板表面には酸化膜をあらかじめ形成し、その後、この半導体基板に前記気相拡散により前記不純物拡散層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記気相拡散は、前記半導体基板を１１５０℃以上として行うことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記酸化膜の膜厚は、５〜５０ｎｍとしていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関するものであり、特に、バイポーラトランジスタの埋込層等のような不純物導入層を、拡散炉により不純物を気相拡散させて形成した不純物拡散層で構成する半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体基板にバイポーラトランジスタの埋込層等の不純物導入層を形成する場合には、半導体基板の不純物導入層形成領域に、ヒ素（Ａｓ）やアンチモン（Ｓｂ）等の不純物を拡散させたり、あるいはイオン注入したりすることにより形成している。
【０００３】
特に、昨今では半導体基板が大型化してきており、かかる大型化した半導体基板においても安定的に不純物導入層を形成するために、不純物導入層の形成を、不純物の拡散による不純物拡散層の形成によって行うことが多く、この不純物拡散層の形成には縦型拡散炉がよく用いられ、固体ソース拡散に対応して昇華ヒータを設けた縦型拡散炉も開発されてきている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
昇華ヒータを設けた縦型拡散炉は、図４に示すように、上下方向に伸延させるとともに上端を閉塞した筒状体のアウタ管１１０と、同アウタ管１１０内に挿入した筒状体のインナ管１２０と、同インナ１２０管の下端に設けた昇華用ヒータ部１３０と、アウタ管の外周に沿って環装した主ヒータ部１４０とから構成している。
【０００５】
そして、昇華用ヒータ部１３０の上部には、固体ソースである不純物を収容した原料昇華部１５０を設け、同原料昇華部１５０の上部には石英ウール等で構成した断熱部１６０を設けて、同断熱部１６０の上部にキャップ１７０を介してボート１８０を設け、同ボート１８０に被処理物である半導体基板（図示せず）を載設すべく構成している。
【０００６】
さらに、インナ管１２０の下端にはガス供給管１９０を連通連結し、同ガス供給管１９０によってインナ管１２０内にキャリアガスを送気すべく構成している。インナ管１２０内に送気されたキャリアガスは、インナ管１２０内を下から上に向けて送気され、昇華用ヒータ部１３０の昇華用ヒータ（図示せず）によって加熱・昇華された原料昇華部１５０の不純物をボート１８０の半導体基板に送給している。
【０００７】
インナ管１２０の上部に達したキャリアガスは、インナ管１２０とアウタ管１１０との間の空間を上から下に送気され、インナ管１２０の下側外周面に設けた排気リング２００に送気されて、同排気リング２００に連通連結したガス排気管２１０を介して排気すべく構成している。
【０００８】
上記のように縦型拡散炉を構成することによって、縦型拡散炉内の気密性を向上させて、縦型拡散炉内に外気が侵入することによる不純物の不均一な拡散の生起を抑制できるとともに、昇華用ヒータ部の昇華用ヒータによって昇華させた不純物が、ボートの半導体基板に達する前に冷却凝集することを防止して、ボートの半導体基板に確実に不純物蒸気を供給可能としている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００３−３１５１５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した縦型拡散炉を用いた不純物の拡散による不純物拡散層の形成を行った場合には、縦型拡散炉内の気密性が向上したことによって、次のような不具合が生じるおそれがあった。
【００１１】
すなわち、縦型拡散炉内への外気の侵入が抑制されたことによって、縦型拡散炉内の半導体基板がキャリアガスとして送気した窒素ガスと反応し、半導体基板表面が窒化することによって不純物の拡散が阻害され、形成した不純物拡散層におけるシート抵抗の均一性を悪化させるおそれがあった。
【００１２】
そこで、キャリアガスに窒素ガスではなくアルゴンガスを用いた場合には、半導体基板表面にシリコン（Ｓｉ）の蒸発と思われる曇り不良が生じ、均質な不純物拡散層の形成を阻害するおそれがあった。
【００１３】
また、キャリアガスに微量の酸素ガスを混合することによって、半導体基板表面の窒化、あるいは半導体基板表面のシリコンの蒸発を抑制した場合には、酸素ガスが原料昇華部の不純物とも反応して不純物に酸化を生じさせ、同不純物の昇華を抑制するおそれがあり、安定的な不純物の拡散を阻害するおそれがあった。
【００１４】
本発明者はこのような問題点を解決すべく研究開発を行い、本発明を成すに至ったものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置の製造方法は、拡散炉において不純物を気相拡散させることにより半導体基板に不純物拡散層を形成する半導体装置の製造方法において、半導体基板表面には酸化膜をあらかじめ形成し、その後、この半導体基板に気相拡散により不純物拡散層を形成するものである。
【００１６】
また、気相拡散を半導体基板を１１５０℃以上として行うことにも特徴を有し、さらに、酸化膜の膜厚を５〜５０ｎｍとしていることにも特徴を有するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は、不純物拡散層を形成した半導体基板からなる半導体装置を製造する場合に、拡散炉において不純物を気相拡散させることにより不純物拡散層を形成する前に、半導体基板に酸化膜をあらかじめ形成しておき、酸化膜を形成した半導体基板を拡散炉に収容して不純物拡散層を形成するものである。
【００１８】
したがって、拡散炉内において半導体基板がキャリアガスによって窒化したり、あるいは半導体基板表面のシリコンが蒸発することによる曇り不良が発生したりすることを防止でき、均質な不純物拡散層を形成することができる。
【００１９】
特に、拡散炉として縦型拡散炉を用いた場合には、同縦型拡散炉が十分な気密性を有していることによって炉外からの空気の侵入を防止でき、半導体基板表面における不純物の拡散以外の反応の生起を防止して、より均質な不純物拡散層を形成することができる。
【００２０】
また、拡散温度として、半導体基板を１１５０℃以上の温度にて行うことによって、所定の不純物を、半導体基板表面の酸化膜を通して半導体基板中に拡散させることができる。
【００２１】
さらに、酸化膜の膜厚を５〜５０ｎｍとした場合には、均一性のよい不純物の拡散を行うことができるので、シート抵抗のばらつきの少ない不純物拡散層を形成することができる。
【００２２】
以下において、図面に基づいてさらに詳細に説明する。ここで、不純物拡散層は、バイポーラトランジスタのコレクタ埋込層となるものとする。
【００２３】
まず、図１（ａ）に示すように、埋込層を形成する半導体基板１の表面にはレジスト層２を形成し、図１（ｂ）に示すように、既知のフォトリソグラフィ技術を用いて埋込層を形成する埋込層形成領域部分のレジストを除去して開口３を形成する。
【００２４】
開口３の形成後、半導体基板１を熱酸化処理装置（図示せず）に収容して熱酸化処理を行うことにより、図１（ｃ）に示すように、半導体基板１の埋込層形成領域部分には熱酸化膜からなる酸化膜４を形成している。酸化膜４は、後述するように５〜５０ｎｍの膜厚であることが望ましく、ここでは約１０ｎｍとしている。
【００２５】
上記したように酸化膜４を形成した半導体基板１を、図４に示した縦型拡散炉のボート１８０に装着して不純物拡散を行う。本実施形態では、拡散させる不純物にはアンチモン（Ｓｂ）を用いており、縦型拡散炉の原料昇華部１５０にセットする固体ソースには酸化アンチモン粉末（Ｓｂ２Ｏ３）を用いている。
【００２６】
半導体基板１をボート１８０に装着して主ヒータ１４０による加熱を開始するとともに、ガス供給管１９０から窒素ガス（Ｎ２）の供給を開始する。さらに、昇華用ヒータ部１３０に設けた昇華用ヒータを作動させて酸化アンチモン粉末を加熱する。
【００２７】
主ヒータ１４０と昇華用ヒータは、昇華用ヒータの温度が約６２５℃に達した際に、主ヒータ１４０の温度が約１１５０℃となるべく構成しており、その後、主ヒータ１４０の温度を約１１５０℃に４５分間維持して酸化アンチモンの拡散を行うべく構成している。このとき、昇華用ヒータは約２．５℃／ｍｉｎでさらに昇温して、４０分後に７２５℃に達したところで、７２５℃に５分間維持する。
【００２８】
その後、主ヒータ１４０および昇華用ヒータの温度を降下させて酸化アンチモンの拡散を終了する。なお、主ヒータ１４０の温度が１１５０℃に維持されている間は、キャリアガスである窒化ガスを２ｌ／ｍｉｎで送気し、それ以外の場合には１０ｌ／ｍｉｎで送気している。
【００２９】
上記の拡散処理条件で拡散処理を行った場合の、酸化膜４の有無における不純物拡散層のシート抵抗の測定結果、及びシート抵抗の面内均一性の測定結果を表１に示す。ここで、半導体基板１には、Ｐ型の＜１００＞８インチシリコンウエーハを用いている。
【００３０】
【表１】
2004356361.tif 000003
【００３１】
表１に示すように、酸化膜４を設けない場合には、シート抵抗の面内均一性がσ／Ａｖｅ．で±５．０％以上ばらつくとともに、半導体基板１のボート１８０への装着位置によってシート抵抗が大きくばらつくが、酸化膜４を設けた場合には、シート抵抗の面内均一性はσ／Ａｖｅ．で±１．０％以下と優れており、半導体基板１のボート１８０への装着位置によるシート抵抗のばらつきも抑制できている。
【００３２】
図２は酸化膜４の厚みとアンチモン（Ｓｂ）表面濃度との関係を示したグラフ、図３は酸化膜４の厚みと拡散深さとの関係を示したグラフである。
【００３３】
図２及び図３のグラフから明らかなように、酸化膜４の膜厚を５０ｎｍよりも厚くした場合には、酸化膜４が拡散のマスクとして作用することによりアンチモンの表面濃度が低下するとともに拡散の深さも低下して、良質な不純物拡散層を形成しにくくなっていることがわかる。
【００３４】
また、酸化膜４の膜厚を５ｎｍよりも小さくした場合には、アンチモンの表面濃度が高くなることによってシート抵抗の面内均一性のばらつきが大きくなるおそれがあり、また半導体基板１のボート１８０への装着位置によるシート抵抗のばらつきが大きくなるおそれがある。
【００３５】
これらのことから、酸化膜の膜厚は５〜５０ｎｍであることが望ましい。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、拡散炉において不純物を気相拡散させることにより半導体基板に不純物拡散層を形成する半導体装置の製造方法において、半導体基板表面には酸化膜をあらかじめ形成し、その後、この半導体基板に気相拡散により不純物拡散層を形成することによって、不純物拡散層の形成時における半導体基板の窒化や、半導体基板のシリコンの蒸発を抑止でき、良質な不純物拡散層を形成することができる。
【００３７】
請求項２記載の発明によれば、気相拡散を半導体基板を１１５０℃以上として行うことによって、所定の不純物を、半導体基板表面の酸化膜を通して確実に半導体基板中に拡散させることができる。
【００３８】
請求項３記載の発明によれば、酸化膜の膜厚を５〜５０ｎｍとしたことによって、均一性のよい不純物の拡散を行うことができるので、シート抵抗のばらつきの少ない不純物拡散層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】酸化膜の形成形態の説明図である。
【図２】酸化膜の厚みとアンチモン（Ｓｂ）表面濃度との関係を示したグラフである。
【図３】酸化膜の厚みと拡散深さとの関係を示したグラフである。
【図４】従来の縦型拡散炉の概略説明図である。
【符号の説明】
１  半導体基板
２  レジスト層
３  開口
４  酸化膜
【図１】
2004356361.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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