JP2002359205A - アンチモン拡散方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ボロンの混入によるｐ型反転の発生を低減でき
るアンチモン拡散方法を提供する。 【解決手段】シリコン単結晶ウェーハにアンチモンを気
相拡散するアンチモン拡散方法において、シリコン単結
晶ウェーハの表面をフッ酸で洗浄して酸化膜を除去した
後、熱拡散炉にシリコン単結晶ウェーハを投入し、アン
チモンの拡散処理を行う。この酸化膜の除去によって、
酸化膜中に捕獲されていたボロンがアンチモン拡散の前
に除去される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気相拡散によって
シリコン単結晶にアンチモンを拡散する、アンチモン拡
散方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコン単結晶にアンチモン（Ｓｂ）を
拡散させてｎ型拡散層を形成する方法に、気相拡散法が
ある。この方法は、例えば三酸化アンチモン（Ｓｂ
₂Ｏ₃）などの拡散源をシリコン単結晶ウェーハとともに
拡散炉内に入れ、加熱して三酸化アンチモンを昇華させ
る。そして、高温に熱したシリコン単結晶ウェーハを、
アンチモンを含む雰囲気に曝すことによって、アンチモ
ンを拡散させる方法である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなアンチモン
の気相拡散においては、アンチモンは蒸気圧が低く、ま
たシリコン単結晶に対する拡散定数が小さいことが知ら
れている。一方、ｐ型半導体を形成するためのドーパン
トであるボロン（Ｂ）は、アンチモンと比較すると拡散
定数がかなり大きく、シリコン単結晶中に拡散し易い。
そのため、前述のようなアンチモンの気相拡散を行う際
に、ボロンがシリコン単結晶ウェーハの主表面上に付着
していると、ボロンが優先的にシリコン単結晶中へ拡散
されてしまう。その結果、本来アンチモンによってｎ型
拡散層が形成されるべきところに、ｐ型の領域が形成さ
れることがある（ｐ型反転）。

【０００４】このようなｐ型反転を避けるため、アンチ
モンの気相拡散においては、ボロンの混入を防ぐための
細心の注意が払われる。例えば、拡散工程で使用される
装置や部材の洗浄を行って、できる限りボロンを取り除
く。また、拡散を行うクリーンルーム内の空気を循環さ
せる際にも、ボロン吸着フィルターを使用するなどの対
策が講じられる。しかし、このような措置を行っても完
全にボロンの混入を防ぐことができない場合があり、ア
ンチモン拡散前の更なるボロンの混入防止策が求められ
ている。

【０００５】本発明の課題は、ボロンの混入によるｐ型
反転を防止できる、アンチモン拡散方法を提供すること
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以上の課題に基づき、本
発明者等がアンチモン拡散工程の検討を行った結果、ア
ンチモン拡散の際に、シリコン単結晶ウェーハの表面に
酸化膜が形成されている場合にボロンの混入によるｐ型
反転が発生しやすいことが分かった。例えば、酸化膜の
形成されていないシリコン単結晶ウェーハでは、アンチ
モン拡散前にＳＣ１洗浄を行えば、ｐ型反転は防止でき
る。しかし、酸化膜が形成されているシリコン単結晶ウ
ェーハでは、アンチモン拡散前にＳＣ１洗浄を行って
も、ボロンの混入によるｐ型反転を防止することができ
ない。

【０００７】ところが、このような酸化膜が形成された
シリコン単結晶ウェーハに対してフッ酸洗浄を行い、酸
化膜を取り除いた後でアンチモン拡散を行うと、ｐ型反
転が好適に防止できることが分かった。酸化膜が形成さ
れたシリコン単結晶ウェーハの表面にボロンが付着する
と、ボロンは酸化膜中に取り込まれるか、酸化膜表面に
吸着されることによって、酸化膜に捕獲される。そし
て、このシリコン単結晶ウェーハに対してそのままアン
チモン拡散を行うと、酸化膜に捕獲されたボロンがシリ
コン単結晶中に拡散されてしまう。しかし、フッ酸洗浄
をアンチモン拡散の前に行えば、ボロンが酸化膜ととも
に除去され、ｐ型反転の発生が抑えられるのである。

【０００８】そこで、本発明によるアンチモン拡散方法
は、シリコン単結晶中にアンチモンを気相拡散させるア
ンチモン拡散方法において、シリコン単結晶の表面をフ
ッ酸で洗浄した後、アンチモン拡散処理を行うことを特
徴とする。

【０００９】このアンチモン拡散処理の前における、シ
リコン単結晶表面のフッ酸洗浄工程では、シリコン単結
晶表面に形成されている自然酸化膜などの酸化膜が除去
される。このフッ酸洗浄を行った後は、シリコン単結晶
ウェーハの表面にボロンが付着する前に、速やかにアン
チモン拡散処理を行うことが望ましい。

【００１０】本発明のアンチモン拡散方法によれば、ア
ンチモンの気相拡散前にシリコン単結晶表面の酸化膜を
除去することによって、酸化膜に捕獲されたボロンを除
去できるので、アンチモン拡散の際にボロンがシリコン
単結晶中に拡散してｐ型反転が生じることを防止でき
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。本発明のアンチモン拡散方法は、シリコン単結晶
ウェーハ（以降、ウェーハと記載）の主表面全体に対し
て、あるいはパターンの形成されたウェーハの所定の領
域に対して、アンチモンを気相拡散する場合に適用され
る。

【００１２】〔第１の実施の形態〕本実施の形態では、
ウェーハの主表面全体にアンチモンを気相拡散する場合
について説明する。まず、ウェーハを２５％フッ酸で洗
浄して、該ウェーハの表面に形成されている自然酸化膜
を完全に除去する。続いてウェーハをＳＣ１洗浄し、そ
の後、熱拡散炉にウェーハを投入して、アンチモンの拡
散処理を行う。その際、酸化膜除去後に、再びボロンが
ウェーハの表面に付着することを避けるため、フッ酸洗
浄からアンチモン拡散処理開始までは２４時間以内とす
ることが好ましい。アンチモンの気相拡散では、まず熱
拡散炉内にウェーハと、アンチモンの拡散源として三酸
化アンチモンを載置する。そして、熱拡散炉内をおよそ
1200℃付近に昇温させ、ウェーハを加熱するとともに、
三酸化アンチモンを昇華させる。この拡散処理中、熱拡
散炉内には、三酸化アンチモンからウェーハ方向へガス
を流通させる。拡散処理開始当初は主に窒素気流を流
し、アンチモンをウェーハ表面に堆積させ、拡散させ
る。そして、所定時間経過後は、酸素を含んだ気流に切
り換えることにより、ウェーハ表面に酸化膜を形成させ
てアンチモンの堆積を止め、ウェーハ内へのアンチモン
の拡散のみを行わせる。これらの、温度、時間、ガスの
組成、ガスを切り換えるまでの時間等の条件は、ウェー
ハにアンチモンを所望の濃度および深さで拡散させるた
めに、適宜設定する。これらの条件を適宜変更すること
により、所望のシート抵抗値を示すアンチモン拡散層を
形成する。

【００１３】本実施の形態によれば、拡散処理前にウェ
ーハ表面に酸化膜が形成され、その酸化膜にボロンが付
着しても、フッ酸洗浄によってボロンを酸化膜とともに
除去することができる。従って、このフッ酸洗浄を行っ
た後にアンチモン拡散を行うことによって、ボロンの混
入によるｐ型反転の発生を防止できるので、アンチモン
拡散領域を好適に形成することができる。

【００１４】なお、本実施の形態のアンチモン拡散方法
は、主表面にパターンが形成され、所定の領域にアンチ
モンを拡散しようとしているウェーハにおいて、アンチ
モン拡散前に酸化膜にボロンが付着し、それが熱処理に
よってウェーハ内に拡散してしまう恐れがある場合にも
適用される。すなわち、このようなパターン付ウェーハ
をフッ酸洗浄し、表面の酸化膜を除去する。その後、改
めて酸化膜形成、フォトリソグラフィー、エッチング等
の処理を施してパターンを形成した後、アンチモン拡散
を行う。本方法によれば、パターンの形成されたウェー
ハにおいてもボロンの混入を防止しながらアンチモンを
拡散することができる。

【００１５】〔第２の実施の形態〕本実施の形態におい
ては、既にパターンが形成されているウェーハの所定の
領域に対し、ボロンの混入を防止してアンチモン拡散を
行う方法について説明する。まず拡散処理前に、パター
ン付のウェーハを希フッ酸で洗浄して、酸化膜の表層部
をエッチングする。この際、アンチモンを拡散する領域
の酸化膜は完全に除去するとともに、アンチモン拡散領
域以外を覆っている酸化膜（パターンを形成している酸
化膜）が完全に除去されずに表面保護において十分な厚
さで残るように、洗浄に用いる希フッ酸の濃度を調整す
る。そして、ウェーハをＳＣ１洗浄した後、ウェーハに
対するアンチモンの拡散処理を行う。このフッ酸洗浄後
から拡散処理開始までは、第１の実施の形態と同様に、
２４時間以内とすることが好ましい。また、フッ酸洗浄
後のアンチモン拡散処理の工程は、前記第１の実施の形
態と同様である。

【００１６】本実施の形態によれば、ウェーハの所定領
域にアンチモンを気相拡散する場合においても、ボロン
が付着する酸化膜の表層部を除去した後にアンチモンの
拡散処理を行っている。従って、ボロンの混入によるｐ
型反転の発生を抑制することができる。

【００１７】なお、本発明は、アンチモン拡散処理が途
中で一時的に停止され、ウェーハに酸化膜が形成された
状態でボロンの浮遊する雰囲気中にウェーハを放置した
場合などに対しても適用される。すなわち、アンチモン
拡散処理が一旦停止され、拡散処理が完了する前のウェ
ーハに酸化膜が形成されている場合、フッ酸洗浄によっ
て酸化膜を除去した後に、引き続きアンチモン拡散処理
を行う。ここで、ウェーハ表面全体の酸化膜を除去する
場合には、第１の実施の形態と同様の方法で酸化膜を除
去する。また、ウェーハ表面の、アンチモン拡散領域の
酸化膜のみを完全に除去する場合には、第２の実施の形
態と同様にして酸化膜を除去する。このアンチモン拡散
方法によれば、アンチモン拡散処理の途中でウェーハに
酸化膜が形成され、ボロンの混入が発生しやすい状態に
なっても、適宜フッ酸洗浄を行って酸化膜をエッチング
してからアンチモンを拡散するので、ｐ型反転の発生を
抑制しながら拡散処理の続きを行うことができる。

【００１８】［実施例］本実施例では、シリコン単結晶
ウェーハの主表面に、厚さ60nmの酸化膜を形成する。こ
のウェーハを、ボロンが浮遊する大気中に一週間放置し
た後、２５％フッ酸によって洗浄し、さらにＳＣ１洗浄
を行う。そして、ＳＣ１洗浄後２４時間以内に、このウ
ェーハにアンチモンを気相拡散する。

【００１９】このように実施して製造されるウェーハに
ついて、表面に付着するボロンの濃度の測定を行う（図
1）。ボロンの測定方法は、まず、初期状態のウェーハ
表面を、１％希フッ酸でエッチングする。そして、エッ
チングに使用した１％希フッ酸溶液を回収してＩＣＰ−
ＭＳ（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectroscop
y）による分析を行い、酸化膜中に含まれているボロン
量を測定する。一週間放置後、２５％フッ酸洗浄とＳＣ
１洗浄とを行ったウェーハ（ウェーハ）について、酸
化膜表面のボロン量の測定を行うと、単位面積当たりの
ボロン濃度は、5.85×10¹⁰ atoms/cm²を示した。酸化膜
を形成した直後の初期状態のウェーハ（ウェーハ）に
ついて、酸化膜中のボロン濃度を測定すると、1.04×10
¹¹ atoms/cm²を示したことから、本実施例のフッ酸洗浄
による酸化膜の除去は、ボロンの混入によるｐ型反転発
生を防止する上で有効であることがわかる。

【００２０】［比較例］前記実施例と同様の条件で、シ
リコン単結晶ウェーハに60nmの酸化膜を形成した後に一
週間放置したウェーハと、ウェーハに対し、ＳＣ１
洗浄のみを行ったウェーハを作成する。これらのウェ
ーハ、に対して、各々前記実施例と同様に、ウェー
ハ表面のボロン濃度を測定する。それぞれのウェーハの
ボロン濃度は、ウェーハが2.98×10¹¹ atoms/cm²、ウ
ェーハが2.74×10¹¹ atoms/cm²を示した。

【００２１】これらの実施例と比較例より、ウェーハ
と、一週間放置したウェーハとの比較では、ボロン濃
度が上昇しており、放置中にボロンが酸化膜に付着する
ことが分かる。また、ウェーハにＳＣ１洗浄を施した
ウェーハでは、ボロン濃度の減少がほとんど見られな
い。これに対し、ウェーハでは、明らかにボロンが減
少し、ウェーハに対し５分の１程度に減少している。
酸化膜形成後、放置されてボロンが付着したウェーハ
と、これにＳＣ１洗浄のみを施したウェーハに対し
て、アンチモンの気相拡散を行うと、ｐ型反転が発生し
た。一方、２５％フッ酸洗浄とＳＣ１洗浄とを施して、
酸化膜を除去したウェーハに、アンチモンの気相拡散
を行うと、ｐ型反転が発生しなかった。従って、シリコ
ン単結晶表面の酸化膜を除去した後にアンチモンの拡散
を行う方法は、ｐ型反転の発生を防止する上で有効であ
る。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、アンチモンの気相拡散
処理を行う前にシリコン単結晶表面の酸化膜を除去する
ので、酸化膜にボロンが付着していても、このボロンを
酸化膜とともに除去することができる。従って、アンチ
モン拡散の際、酸化膜中のボロンがシリコン単結晶中に
拡散してｐ型反転が発生することを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】酸化膜を形成して放置したシリコン単結晶ウェ
ーハに対し、ＳＣ１洗浄を行った場合と、フッ酸で酸化
膜を除去した場合における、ウェーハ表面のボロン濃度
を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリコン単結晶中にアンチモンを気相拡散
   させるアンチモン拡散方法において、 シリコン単結晶の表面をフッ酸で洗浄した後、アンチモ
   ン拡散処理を行うことを特徴とするアンチモン拡散方
   法。
2. 【請求項２】シリコン単結晶中にアンチモンを気相拡散
   させるアンチモン拡散方法において、 シリコン単結晶表面の酸化膜を除去した後、アンチモン
   拡散処理を行うことを特徴とするアンチモン拡散方法。