(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン半導体基体の表面に導電型決定用不純物と溶媒と珪素又は珪素化合物を含有する不純物源溶液を塗布する工程と、
塗布された不純物源溶液に対して、前記導電型決定用不純物を前記シリコン半導体基体に拡散させるための温度よりも低い温度の加熱処理を施して前記溶液を揮発させ、不純物源膜を形成する工程と、
前記不純物源膜の上にガラス形成用材料と溶剤とを含むガラス膜形成用溶液を塗布する工程と、
塗布された前記ガラス膜形成用溶液に対して、前記導電型決定用不純物を前記シリコン半導体基体に拡散させるための温度よりも低い温度の加熱処理を施してガラス膜を形成する工程と、
前記不純物源膜及び前記ガラス膜を伴ったシリコン半導体基体に前記導電型決定用不純物を拡散させるための加熱処理を施して前記シリコン半導体基体に前記前記導電型決定用不純物を拡散させ、不純物拡散領域を形成する工程と、
前記ガラス膜及び残存している不純物源膜を除去する工程と
を有することを特徴とする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、液状不純物源を使用してシリコン半導体基体に拡散領域を形成する工程を含むトランジスタ、サイリスタ、ダイオード等の半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｐ形不純物としてのアルミニウムはホウ素よりも拡散係数が大きいので、これを使用すると熱処理時間の短縮を図ることができる。従って、アルミニウムは、シリコン半導体基体に例えば１０１５ｃｍ−３オーダのような比較的不純物濃度の低いＰ形半導体領域を数１０μｍ以上の深さに形成する場合の不純物として好適である。アルミニウムの拡散方法としては、シリコン半導体基体の表面にアルミニウムを蒸着してアルミニウム層を形成し、これを不純物源としてシリコン半導体基体にアルミニウム拡散層を形成する方法と、アルミニウムを半導体基体にイオン注入する方法とがある。しかし、前者の方法では製造プロセスが複雑となり、後者の方法では製造装置がコスト高になるという問題があった。これ等の問題を解決するための方法としてアルミニウム化合物を含む液状不純物源を使用する方法が知られている。この方法では、ＡｌＣｌ3 ・６Ｈ2 Ｏ又はＡｌ（ＮＯ3 ）3 ・９Ｈ2 Ｏ又はＡｌ（ＣＨ3 ＣＯＣＨＣＯＣＨ3 ）3 等のアルミニウム化合物と有機溶剤との混合物から成る液状不純物源を周知のスピンナ方法で半導体基体上に塗布して液状不純物被膜を形成し、次に、このシリコン半導体基体に１２０〜１５０℃、３０秒〜１分の熱処理を施し、この液状不純物源をベーキングして有機溶剤を蒸発させて拡散源膜を形成し、続いて、このシリコン半導体基体に窒素雰囲気中で１２００℃以上の熱処理を施してＡｌ拡散層を形成する。その後、上記の熱処理によって半導体基体の表面に形成された絶縁膜を弗酸でエッチング除去してから、半導体基体の表面にオーミックコンタクト電極を形成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のＡｌ拡散方法では、液状不純物源としてアルコール等の溶液にアルミニウム化合物を溶解したものを使用するため、シリコンウエハに対する濡れ性が良好に得られず、不純物源の塗布むらが生じ易かった。ウエハに対して不純物源が均一に塗布されないと、不純物源からのＡｌ拡散によって形成された拡散層に凹凸ができてしまい、電気的な諸特性を低下させる原因となる。また、溶剤にアルミニウム化合物を溶解した液状不純物源を使用すると、溶剤を除去する熱処理（ベーキング）によってＡｌの結晶が析出してしまう。このＡｌの析出も、拡散層に凹凸を形成する原因となる。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、シリコンウエハに対する濡れ性を向上させると共に、Ａｌ化合物の析出を防止することで、凹凸が生じることを良好に防止された平坦性に優れたＡｌ拡散層を形成することのできる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、上記目的を達成するための本発明は、
シリコン半導体基体の表面に導電型決定用不純物と溶媒と珪素又は珪素化合物を含有する不純物源溶液を塗布する工程と、
塗布された不純物源溶液に対して、前記導電型決定用不純物を前記シリコン半導体基体に拡散させるための温度よりも低い温度の加熱処理を施して前記溶液を揮発させ、不純物源膜を形成する工程と、
前記不純物源膜の上にガラス形成用材料と溶剤とを含むガラス膜形成用溶液を塗布する工程と、
塗布された前記ガラス膜形成用溶液に対して、前記導電型決定用不純物を前記シリコン半導体基体に拡散させるための温度よりも低い温度の加熱処理を施してガラス膜を形成する工程と、
前記不純物源膜及び前記ガラス膜を伴ったシリコン半導体基体に前記導電型決定用不純物を拡散させるための加熱処理を施して前記シリコン半導体基体に前記前記導電型決定用不純物を拡散させ、不純物拡散領域を形成する工程と、
前記ガラス膜及び残存している不純物源膜を除去する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法に係わるものである。
【０００６】
なお、上記から明らかなように、本発明では、不純物源の上にガラス膜を形成した後、不純物を拡散させている。
【０００７】
【発明の効果】
各請求項の発明によれば、次の効果が得られる。
（１）  導電圧型決定用不純物と有機溶剤と珪素化合物との混合物から成る液状不純物源を塗布して拡散するという比較的簡単な製造工程によって、相対的に不純物濃度が低く且つ拡散の深さが深いＰ形半導体領域を容易に形成することができる。
（２）  珪素又は珪素化合物を含む液状不純物源を使用するので、液状不純物源の半導体基体に対する濡れ性が向上し、半導体基板の上に液状不純物源をむら無く均一な厚みで形成することができる。この結果、拡散層の平坦性を向上することができ、電気的諸特性が良好な半導体装置を製造することができる。
また、請求項２の発明によれば、ガラス膜を設けたので、半導体基板の一方の主面に容易に除去することができない絶縁膜（例えばシリコン窒化膜）の生成を抑制することができる。この結果、不純物源膜等から構成される残さ被膜を弗酸又はこれを主成分とするエッチング液によって容易に且つ完全にエッチング除去することができ、Ｐ形半導体領域に対してオーミック電極等を形成することが可能になる。
【０００８】
【実施形態及び実施例】
次に、図１及び図２を参照して本発明の実施形態及び実施例を説明する。
【０００９】
まず、半導体基体としてＮ型のシリコン半導体基板１を用意する。
【００１０】
次に、本発明に従うアルコール系溶媒と導電型決定用不純物としてのＡｌ化合物と珪素化合物とから成る不純物源溶液即ち液状不純物源を用意する。ここで、アルコール系溶媒は、例えばメタノール、エタノール、２−プロパノール、２−メトキシエタノール等のＡｌ化合物が可溶な有機溶剤から選択される。
アルミニウム化合物としては、塩化アルミニウム、六水和物（ＡｌＣｌ3 ・６Ｈ2 Ｏ）即ちＡｌＣｌ3 分子１個に対して結晶水として６個の水を保有しているもの、硝酸アルミニウム・九水和物Ａｌ（ＮＯ3 ）3 ・９Ｈ2 Ｏ即ちＡｌ（ＮＯ3 ）３分子１個に対して結晶水として９個の水を保有しているもの、アルミニウムアセチルフセテートＡｌ（ＣＨ3 ＣＯＣＨＯＣＨ3 ）3 等の高純度で容易に入手でき、且つアルコールに対して可溶であって取り扱いが比較的安全なものが適する。
珪素化合物は例えばＲn Ｓｉ（ＯＨ）4-n （Ｒはアルキル基を示し、ｎは任意の数値を示す）であり、液状不純物源に対してはこの珪素化合物を酢酸エチルやメタノール等の有機溶剤に溶かしたもの（以下、珪素化合物溶液と言う）を含有させている。本実施例では、アルコール系溶媒とＡｌ化合物との混合物中に、珪素化合物の濃度が５．９％の珪素化合物溶液を混合させて液状不純物源を形成した。ここで、珪素化合物がシリコンウエハに対する液状不純物源の濡れ性を向上させる機能を有効に発揮するためには、液状不純物中の珪素化合物とＡｌ化合物との含有比率が重要であるが、これについては後述する。
【００１１】
次に、この液状不純物源を、周知のスピンナ方法によって半導体基板１の一方の主面即ち不純物拡散予定領域の表面に均一に塗布して液状不純物源層２を図１（Ｂ）に概念的に示すように形成する。本実施例では、液状不純物源のスピンナ塗布形成時における半導体基板の回転数を３０００〜４０００ｒｐｍに設定した。本実施例では、液状不純物源に上述のように珪素化合物が含まれているため、半導体基板１に対する液状不純物源の濡れ性が向上し、半導体基板１の一方の主面に対して液状不純物源を、塗布むらの少ないほぼ均一な厚みに塗布することができる。
【００１２】
次に、図１（Ｂ）に示す不純物源層２を形成した半導体基板１をホットプレート（ヒートプレート）上に配置し、この不純物源層２を伴った半導体基板１に対してアルミニウムの拡散温度よりも低い１２０〜１５０℃の温度で熱処理を施して、液状不純物源層２に含まれる溶剤を揮発させ、図１（Ｃ）に示すように半導体基板１の一方の主面にＰ形導電型不純物としてのＡｌを含む珪素化合物フィルムから成る拡散源膜即ち不純物源膜３を形成する。
【００１３】
次に、半導体基板１の一方の主面に設けられた不純物源膜３の上にガラス膜を形成する。ガラス膜形成材料としては、上述の珪素化合物Ｒn Ｓｉ（ＯＨ）4-n （Ｒはアルキル基を示し、ｎは任意の数値を示す）を溶剤としてのアルコールに溶かしたものから成る溶液を使用することができる。即ち、このガラス形成溶液を周知のスピンナ方法によって均一に塗布して図１（Ｄ）に概略的に示すようにガラス溶液層４を形成する。本実施例では、ガラス形成溶液をスピンナで塗布する時における半導体基板１の回転数を約３０００ｒｐｍに設定した。
【００１４】
次に、図１（Ｄ）に示すガラス溶液層４を形成した半導体基板１をホットプレート（ヒートプレート）上に配置し、これに対してアルミニウムの拡散温度よりも低い１５０℃の温度で空気中において熱処理を施して、ガラス溶液層４に含まれるアルコールを揮発させる。
【００１５】
次に、図１（Ｄ）に示すガラス溶液層４からアルコールを揮発させた層を有する半導体基板１を石英やＳｉＣ（シリコンカーバイト）から構成される半導体基板拡散用ホルダーにチャージした後に、これを石英やＳｉＣ等から構成されるプロセスチューブ内に入れて所定の温度プロファイルの熱処理を施す。即ち、チューブ内に酸素を導入してチューブ内を酸素雰囲気とした状態でアルミニウムの拡散温度（１２６０℃）よりも低い５００〜１０００℃の温度まで半導体基板を徐々に加熱する。この熱処理の結果、ガラス形成用材料としてのシラノールが酸化して図２（Ｅ）に示すように半導体基板１の一方の主面にＳｉＯ2 から成るガラス膜５が形成される。このガラス膜５は一般にＳＯＧ（Spin on Giass ）と呼ばれるものであり、不純物源膜３のほぼ全面を被覆している。
【００１６】
次に、チューブ内に導入するガスを酸素から窒素に切り替えてから、図２（Ｅ）の半導体基板１内に１２６０℃の熱処理を約５時間施して不純物源膜３からシリコン半導体基板１内にＡｌを拡散する。これにより、図２（Ｆ）に示すように半導体基板１内に表面濃度が２×１０１５ｃｍ−３、拡散深さが約３６μｍの比較的低濃度のＰ形半導体領域６が形成される。ガラス膜５の形成後における不純物源膜３は、Ａｌのみではなく、ＡｌとＳｉとの化合物又は混合物の状態になっているものと考えられ、ここからＡｌが半導体基板１内に拡散する。本実施例では、拡散源膜即ち不純物源膜３のほぼ全面がＳＯＧ膜即ちガラス膜５によって被覆された状態でＡｌの拡散を行っているので、このＡｌ拡散工程の熱処理によってシリコン半導体基板１の一方の主面が窒化されない。なお、半導体基板１の他方の主面側にＮ型半導体領域１ａが残存し、ＰＮ接合が得られる。
【００１７】
次に、図２（Ｆ）の半導体基板１に弗酸又はこれを主成分とする液でエッチングを施して、半導体基板１の一方の主面に残存した不純物源膜３及びガラス膜５を除去して、図２（Ｇ）に示すように半導体基板１の一方の主面にＰ型半導体領域６を露出させる。本実施形態では、上述のようにシリコン半導体基板１の一方の主面が窒化されることがないため、半導体基板１の一方の主面に形成された不純物源膜３やガラス膜５から成る残さ被膜を容易に且つ安全に除去することができる。この理由については、後述する。
【００１８】
次に、図２（Ｈ）に示すようにＰ形半導体領域６の上に金属オーミック電極７を形成する。なお、図２（Ｈ）では省略されているが、Ｎ型半導体領域１ａに必要に応じてＰ形半導体領域等を形成し、周知のトランジスタ、サイリスタ等を構成する。
【００１９】
本実施例によれば次の効果を得ることができる。
（１）  アルミニウム化合物、有機溶剤及び珪素化合物との混合物から成る液状不純物源を塗布して、これを乾燥し、拡散するという比較的簡単な製造工程によって、相対的に不純物濃度が低く且つ拡散の深さが深いＰ形半導体領域６を容易に形成することができる。
（２）  珪素化合物を含む液状不純物源を使用するので、液状不純物源の半導体基板１に対する濡れ性が向上し、半導体基板１の上に液状不純物源をむら無く均一な厚みで形成することができる。この結果、拡散層の平坦性を向上することができ、電気的諸特性が良好な半導体装置を製造することができる。液状不純物源濡れ性が向上する理由は、次のように考えられる。即ち、液状不純物源に珪素化合物を含有させない場合には半導体基板（シリコンウエハ）１に対して濡れ性の悪いアルコールが配位するため濡れ性が良好に得られないが、珪素化合物を含有させるとこの化合物又は珪素元素がＡｌ3+に配位していたアルコールの一部と置換して濡れ性の良い配位化合物を形成するためと考えられる。従って、液状不純物源中の珪素化合物の含有率が小さすぎると、濡れ性向上の効果が良好に得られなくなる。このため、液状不純物源中のＡｌ化合物と珪素化合物の含有比率  （珪素化合物／Ａｌ化合物）を０．０６以上、好ましくは０．１以上とするのが良い。一方、液状不純物源中の珪素化合物の含有率が大きすぎると、Ａｌを良好に拡散させることができなくなる。従って、液状不純物源中のＡｌ化合物と珪素化合物の含有比率（珪素化合物／Ａｌ化合物）を１０以下、好ましくは５以下とするのが良い。
（３）  ガラス膜５を設けたので、半導体基板１の一方の主面にシリコン窒化膜が形成されない。この結果、不純物源膜等から構成される残さ被膜を弗酸又はこれを主成分とするエッチング液によって容易に且つ完全にエッチング除去することができ、Ｐ形半導体領域に対してオーミック接触する電極を形成することができる。
【００２０】
【変形例】
本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
（１）  Ａｌを含む液状不純物の代りに、Ａｌ（アルミニウム）とＢ（ホウ素）と珪素又は珪素化合物を含む液状不純物源を半導体基板１に塗布し、乾燥し、その上にガラス膜５を形成して拡散処理することができる。この場合、ホウ素はアルミニウムよりも拡散係数が小さいので、半導体基板１の表面寄りに高い不純物濃度を有した第１のＰ型半導体領域（ＡｌとＢの拡散領域）と、これよりも低い不純物濃度を有して第１のＰ形半導体領域よりも深い位置に配置された第２のＰ形半導体領域（Ａｌ拡散領域）とが同時に形成される。この結果、第１及び第２のＰ形半導体領域を比較的短時間且つ容易に形成することができる。
なお、Ａｌ化合物と共にＢ化合物も含有する液状不純物源を使用すると、実施例と同じ１２６０℃、５時間の熱処理拡散によって、表面不純物濃度３×１０１8ｃｍ−３、拡散深さが約１８μｍの高濃度の第１のＰ型半導体領域と、不純物濃度２×１０１５ｃｍ−３、拡散深さが約３６μｍの低濃度の第２のＰ形半導体領域とを一度の拡散によって形成することができる。ボロン化合物としては、高純度のものが得易く、アルコールに可溶であり取り扱いが容易で比較的安全なものである例えば三酸化二ホウ素（Ｂ2 Ｏ3 ）、オルトホウ酸（Ｈ3 ＢＯ3 ）等を使用する。
（２）  Ｎ形不純物の拡散にも本発明を使用することができる。
（３）  実施例では、珪素化合物Ｒn Ｓｉ（ＯＨ）4-n をアルコールに溶かしたものから成るガラス溶液（ＳＯＧ）を使用したが、ポリシラザン系の化合物をエーテル等の溶剤に溶かしたものから成るガラス溶液（ＳＯＧ）を使用しても良い。この場合、このガラス溶液（ＳＯＧ）を塗布した後に湿潤雰囲気中で加熱して加水分解、脱ＮＨ3 、脱Ｈ2 反応を起こさせて重合させることによってＳＯＧ被膜を形成することができる。この場合、チューブ内をウェットＮ2 雰囲気として、半導体基板に対してＡｌ等の不純物を拡散する温度よりも低い温度（例えば５００℃程度）の熱処理を施してＳＯＧを加水分解し、その後にＡｌ等が拡散する１２６０℃に上昇させる。これにより、半導体基板１の一方の主面における窒化膜の生成が防止される。
（４）  シラノール、ポリシラザン系化合物以外の有機珪素化合物をガラス膜５の形成に使用することができる。
（５）  窒素雰囲気の代りにアルゴン等の非酸化性雰囲気で不純物を拡散する場合においても、弗酸又はこれを主成分とするエッチング液で除去し難いシリコン化合物が形成されることがある。従って、本発明は、この場合にも適用可能である。
（６）  液状不純物源を半導体基板１の特定領域即ち拡散予定領域のみに塗布することができる。
（７）  オーミック電極９の代りに、ショットキバリア電極、ＦＥＴのゲート絶縁膜等をＰ形半導体領域６の表面に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例ら従う半導体装置の製造方法を工程順に説明するための概略断面図である。
【図２】図１の工程に続く工程を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１  半導体基板
２  液状不純物源層
５  ガラス膜
６  Ｐ形半導体領域
【図１】
0003922334.tif 000002
【図２】
0003922334.tif 000003