(57)【要約】【課題】拡散ウエハの不純物拡散層を形成するための不純物の拡散時間を短縮させることにより、生産性の向上を図ることができ、しかも、デバイス形成に耐え得る十分な強度を有している拡散ウエハおよびその製造方法を提供する。【解決手段】シリコンウエハ１に、陽極化成処理により、多孔質層２を形成させる工程と、前記多孔質層２が形成されたシリコンウエハの少なくとも多孔質層２側から不純物を拡散させ、不純物拡散層２’、３を形成させる工程と、前記多孔質層２と反対面を所定の厚さまで除去する工程と、前記除去処理面または両面を鏡面加工する工程とを備えた製造方法により、非拡散層１’、非多孔質の不純物拡散層３、多孔質の不純物拡散層２の３層構造からなる拡散ウエハを得る。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非拡散層の下面が非多孔質の不純物拡散層であり、前記非多孔質の不純物拡散層の下面が多孔質の不純物拡散層である３層構造からなることを特徴とする拡散ウエハ。
【請求項２】
前記不純物拡散層の不純物濃度が１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることを特徴とする請求項１記載の拡散ウエハ。
【請求項３】
非拡散層の下面が非多孔質の不純物拡散層であり、前記非多孔質の不純物拡散層の下面が多孔質の不純物拡散層である３層構造からなる拡散ウエハの製造方法において、
シリコンウエハの片面に、陽極化成処理により、多孔質層を形成させる工程と、
前記多孔質層が形成されたシリコンウエハの少なくとも多孔質層側から不純物を拡散させ、不純物拡散層を形成させる工程と、
前記シリコンウエハの多孔質層の反対面を所定の厚さまで除去する工程と、
前記除去処理面または両面を鏡面加工する工程とを備えていることを特徴とする拡散ウエハの製造方法。
【請求項４】
非拡散層の下面が非多孔質の不純物拡散層であり、前記非多孔質の不純物拡散層の下面が多孔質の不純物拡散層である３層構造からなる拡散ウエハの製造方法において、
シリコンウエハの両面に、陽極化成処理により、多孔質層を形成させる工程と、
前記多孔質層が形成されたシリコンウエハの両面から不純物を拡散させ、不純物拡散層を形成させる工程と、
前記シリコンウエハを非多孔質層でスライスして、非拡散層を露出させる工程と、
前記非拡散層の露出面を所定の厚さまで除去する工程と、
前記除去処理面または両面を鏡面加工する工程とを備えていることを特徴とする拡散ウエハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、拡散ウエハおよびその製造方法に関し、より詳細には、非拡散層および不純物拡散層を備えており、トランジスタ、ダイオード、サイリスタ等のディスクリート（個別）素子の形成に好適に用いることができる拡散ウエハおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体は、ＩＣ（集積回路）と、トランジスタ、ダイオード、サイリスタ等のディスクリート素子とに大別される。
いずれも、主に、シリコン単結晶ウエハを基板材料として製造されるが、ＩＣの場合には、その作業領域はウエハの極表面に限られるのに対して、ディスクリート素子の場合には、そのウエハ自体の構造が、該素子の特性に大きな影響を及ぼす点で相違する。このため、ＩＣおよびディスクリート素子に用いられるウエハは、通常、それぞれ異なる方法により製造される。
【０００３】
前記ディスクリート素子用ウエハとしては、リン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）等の不純物が拡散された半導体ウエハ、いわゆる拡散ウエハが多用されている。
従来、拡散ウエハの製造方法においては、気相または固相の高濃度ドーパント源を用いて、ウエハ表面から熱拡散させることにより製造する方法が一般的であった（例えば、特許文献１または２参照）。
【０００４】
図６は、上記のようにして製造された従来の拡散ウエハの断面図である。図６に示すように、従来の拡散ウエハは、非拡散層（Ｉ層またはＸｉ層ともいう）１１と不純物拡散層１３との２層構造からなるものである。
ディスクリート素子のデバイスは、前記非拡散層１１に形成されるため、その表面は鏡面加工され、該非拡散層１１の厚さは、目的とするデバイスに応じて、通常数十〜百μｍ程度に形成される。
一方、前記不純物拡散層１３は、デバイス形成の観点からは、前記非拡散層１１の裏面に電極が形成可能な程度の厚さで十分であるが、拡散ウエハの割れや破損等を防止し、補強する観点から、通常、最低約５０μｍの厚さが必要とされている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１２４８６７号公報
【特許文献２】
特開平１−２９３６１３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記不純物拡散層１３を所定の深さおよび所定の不純物拡散濃度で得るためには、通常１００〜４００時間程度にも及ぶ長い拡散時間が必要であった。
拡散ウエハの製造においては、製造コストの削減、製品納期の短縮等の観点から、前記拡散時間を短縮することが求められているが、従来の拡散ウエハの構成では、シリコンに対する不純物（ドーパント）の拡散係数や転位密度抑制のための昇降温レートの制限により、拡散時間を大幅に短縮することは困難であった。
【０００７】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、拡散ウエハの不純物拡散層を形成するための不純物の拡散時間を短縮させることにより、生産性の向上を図ることができ、しかも、デバイス形成に耐え得る十分な強度を有している拡散ウエハおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る拡散ウエハは、非拡散層の下面が非多孔質の不純物拡散層であり、前記非多孔質の不純物拡散層の下面が多孔質の不純物拡散層である３層構造からなることを特徴とする。
このように、拡散ウエハを非拡散層、非多孔質の不純物拡散層、多孔質の不純物拡散層の順に積層された３層構造とすることにより、ウエハの強度を十分に有したまま、非多孔質の不純物拡散層の厚さを薄くすることができ、拡散時間の短縮化を図ることができる。
【０００９】
前記拡散ウエハにおいては、不純物拡散層の不純物濃度が１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることが好ましい。
前記拡散ウエハが、ディスクリート素子等のデバイス形成に用いられる際、不純物拡散層に電極が形成されることから、不純物濃度を上記範囲とし、比抵抗を小さくすることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る拡散ウエハの製造方法は、非拡散層の下面が非多孔質の不純物拡散層であり、前記非多孔質の不純物拡散層の下面が多孔質の不純物拡散層である３層構造からなる拡散ウエハの製造方法において、シリコンウエハの片面に、陽極化成処理により、多孔質層を形成させる工程と、前記多孔質層が形成されたシリコンウエハの少なくとも多孔質層側から不純物を拡散させ、不純物拡散層を形成させる工程と、前記シリコンウエハの多孔質層の反対面を所定の厚さまで除去する工程と、前記除去処理面または両面を鏡面加工する工程とを備えていることを特徴とする。
このように、予め、不純物拡散層を形成する側に、陽極化成処理により多孔質層を形成することによって、不純物拡散層を形成するための拡散時間の短縮化を図ることができ、従来の拡散ウエハよりも生産性の向上を図ることができる。
【００１１】
また、本発明に係る拡散ウエハの製造方法の他の態様としては、非拡散層の下面が非多孔質の不純物拡散層であり、前記非多孔質の不純物拡散層の下面が多孔質層の不純物拡散層である３層構造からなる拡散ウエハの製造方法において、シリコンウエハの両面に、陽極化成処理により、多孔質層を形成させる工程と、前記多孔質層が形成されたシリコンウエハの両面から不純物を拡散させ、不純物拡散層を形成させる工程と、前記シリコンウエハを非多孔質層でスライスして、非拡散層を露出させる工程と、前記非拡散層の露出面を所定の厚さまで除去する工程と、前記除去処理面または両面を鏡面加工する工程とを備えていることを特徴とする。
この製造方法は、上記製造方法と同様に、予め、不純物拡散層を形成する側に、陽極化成処理により多孔質層を形成するものであるが、１枚のウエハを、後の工程でスライスして２枚とすることにより、より生産性の向上を図ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を一部図面を参照して、より詳細に説明する。
本発明に係る拡散ウエハは、非拡散層の下面が非多孔質の不純物拡散層であり、前記非多孔質の不純物拡散層の下面が多孔質の不純物拡散層である３層構造からなることを特徴とするものである。
すなわち、非拡散層、非多孔質の不純物拡散層、多孔質の不純物拡散層の順に積層された３層構造からなる拡散ウエハである。
【００１３】
上記構成からなる拡散ウエハは、非拡散層が素子形成層として用いられ、不純物拡散層がウエハ全体の割れや破損等を防止し、強度を保持する役割を果たす。
したがって、従来の非拡散層と不純物拡散層との２層構造からなる拡散ウエハに比べて、ウエハの強度は十分に有したまま、非多孔質の不純物拡散層の厚さを薄くすることができ、拡散時間の短縮化を図ることができることから、量産に好適な構造を有している。
【００１４】
なお、前記多孔質層は、半導体素子製造後も残存する場合は、素子特性の低下を招くおそれがあるが、一般に、素子製造工程において研削除去されるため、多孔質層を有するウエハであっても、素子特性に影響を及ぼすことはない。
【００１５】
前記拡散ウエハにおいては、不純物拡散層の不純物濃度が１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることが好ましい。
前記拡散ウエハは、ディスクリート素子用ウエハとして好適に用いることができるものであるが、そのデバイス形成の際には、不純物拡散層に電極が形成されることから、不純物濃度を上記範囲とし、比抵抗を小さくしておくことが好ましい。
【００１６】
なお、不純物拡散層を形成するために導入される不純物としては、一般的に使用されるドーパントを用いることができる。不純物拡散層を、Ｎ型として得る場合には、例えば、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）等をドーパントとし、また、Ｐ型として得る場合には、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）等を用いることができる。
【００１７】
前記拡散ウエハにおいては、各層の厚さは、その用途に応じて適宜調整されるが、ディスクリート素子用ウエハとして用いられる場合、一般に、非拡散層の厚さは１５〜１５０μｍ程度、非多孔質の不純物拡散層の厚さは５〜２００μｍ程度、多孔質の不純物拡散層の厚さは５〜２００μｍ程度で、シリコンウエハ全体の厚さとしては、１５０〜５００μｍ程度であることが好ましい。
前記多孔質の不純物拡散層の厚さは、より好ましくは、５〜３０μｍ程度である。
【００１８】
上記のような本発明に係る３層構造からなる拡散ウエハは、シリコンウエハの片面に、陽極化成処理により、多孔質層を形成させる工程と、前記多孔質層が形成されたシリコンウエハの少なくとも多孔質側から不純物を拡散させ、不純物拡散層を形成させる工程と、前記シリコンウエハの多孔質層の反対面を所定の厚さまで除去する工程と、前記除去処理面または両面を鏡面加工する工程とを備えている製造方法により得ることができる。
このように、前記多孔質層は、陽極化成処理により均質に形成することができ、該多孔質層表面から、ドーパント拡散処理を施すことにより、不純物拡散層を形成するための拡散時間の短縮化を図ることができ、従来の拡散ウエハよりも生産性の向上を図ることができる。
【００１９】
前記陽極化成処理とは、シリコンウエハをＨＦ溶液に浸漬させて、該シリコンウエハを陽極、白金等の高耐食性金属を陰極として、電圧を印加することにより、該シリコンウエハ表面をエッチングして多孔質化させる処理方法である。例えば、特開平６−２１６１１０号公報に記載されているような方法により行うことができる。
このように、ウエハ表面を多孔質化させることにより、ウエハの表面積を増大させることができ、ドーパントの拡散速度も速くすることができる。
ただし、本発明において陽極化成処理により形成される多孔質層は、ディスクリート素子等のデバイス形成の際に破損しない程度の強度を保持することができるように多孔質化されることが好ましい。
上記製造方法は、この原理を利用して、シリコンウエハの片面にのみ陽極化成処理による多孔質層を形成した後、不純物拡散処理を行うものである。
【００２０】
図１に、上記第１の製造方法における各工程を模式的に示す。以下、図１を参照して、第１の製造方法について説明する。
まず、シリコンウエハ１（図１（ａ））の片面に、陽極化成処理により、所定の厚さの多孔質層２を形成させる（図１（ｂ））。
次に、前記多孔質層２が形成されたシリコンウエハの両面からドーパントの拡散処理を行う。このとき、図１（ｂ）において、下面側は多孔質層２であるため、破線矢印で示したように、下面側からのドーパントの拡散速度は大きく、非多孔質層１’の上層および下層部分に、不純物拡散層３、２’が形成される（図１（ｃ））。
そして、前記上層部分の不純物拡散層３を完全に除去し、さらに、非多孔質層１’を所定の厚さまで除去した後、当該面または両面を鏡面加工して、本発明に係る３層構造からなる拡散ウエハに仕上げる（図１（ｄ））。
【００２１】
なお、シリコンウエハ１の片面に、陽極化成処理により、所定の厚さの多孔質層２を形成させた（図１（ｂ））後、該多孔質層２の反対面に保護膜（図示せず）を形成して、前記多孔質層２が形成された面のみから、ドーパントの拡散処理を行ってもよい。この場合は、多孔質層２側のみに不純物拡散層２’、３が形成されることとなる。
その後、保護膜を除去して、さらに、非拡散層（非多孔質層）を所定の厚さまで除去した後、当該面または両面を鏡面加工して、本発明に係る３層構造からなる拡散ウエハに仕上げることができる。
このように、多孔質層の反対面に保護膜を形成することにより、該多孔質層の反対面には、不純物拡散層が形成されないため、後の工程で不純物拡散層分の除去処理の時間およびコストを削減することができる。さらに、多孔質層形成前のシリコンウエハの厚さを小さくすることができるため、材料面からもコスト削減が可能である。
【００２２】
また、上記３層構造からなる拡散ウエハは、シリコンウエハの両面に、陽極化成処理により、多孔質層を形成させる工程と、前記多孔質層が形成されたシリコンウエハの両面から不純物を拡散させ、不純物拡散層を形成させる工程と、前記シリコンウエハを非多孔質層でスライスして、非拡散層を露出させる工程と、前記非拡散層の露出面を所定の厚さまで除去する工程と、前記除去処理面または両面を鏡面加工する工程とを備えた製造方法によっても得ることができる。
この第２の製造方法も、上記方法と同様に、陽極化成処理によるシリコンウエハの多孔質化を利用した方法であるが、１枚のウエハを、後の工程でスライスして２枚のウエハとするものであり、上記方法よりも、さらに生産性の向上を図ることができる。
【００２３】
図２に、上記第２の製造方法における各工程を模式的に示す。以下、図２を参照して、第２の製造方法について説明する。
まず、シリコンウエハ１（図２（ａ））の両面に、陽極化成処理により、所定の厚さの多孔質層２を形成させる（図２（ｂ））。
次に、前記多孔質層２が形成されたシリコンウエハの両面からドーパントの拡散処理を行う。このとき、図２（ｂ）において、上面側および下面側はともに多孔質層２であるため、破線矢印で示したように、上下面いずれの側からもドーパントの拡散速度は大きく、上下面の非多孔質層１’および多孔質層２の部分に、不純物拡散層２’、３が形成される（図２（ｃ））。
そして、前記シリコンウエハを非多孔質層（非拡散層）１’のＡ面でスライスして（図２（ｃ））、非拡散層１’を露出させた後、該Ａ面を所定の厚さまで除去し、前記除去処理面または両面を鏡面加工して、本発明に係る３層構造からなる拡散ウエハに仕上げる（図２（ｄ））。
【００２４】
上記のような陽極化成処理方法により、ウエハ表面に多孔質層を形成しておくことにより、不純物拡散速度は大きくなり、しかも、非多孔質の不純物拡散層の厚さを従来よりも薄くしても十分な強度を有するウエハとすることができるため、不純物拡散時間を従来よりも１／１０近くまで短縮することができる。
【００２５】
上記第１および第２の製造方法において前記ウエハ面を所定の厚さまで除去する工程は、例えば、ダイヤモンド砥粒が電着された砥石により表面を研削する方法、多孔質面側を保持して他方の面のみをエッチングする方法、両面をアルカリまたは酸エッチングする方法等により行うことができ、あるいはまた、片面または両面を直接、鏡面研磨してもよい。
なお、除去する所定の厚さとは、ディスクリート素子の各用途に応じて、それぞれ規格化された厚さとする。
【００２６】
本発明において行われる陽極化成処理は、例えば、陽極側には、図３に示すような治具を用いて行うことが好ましい。
図３に示す治具は、シリコンウエハを電極５とし、この電極５を２枚の被処理シリコンウエハ４により両面から挟み込むことができるように構成される。
そして、前記電極５の両面に被処理シリコンウエハ４を装着させた際、該電極５と被処理シリコンウエハ４との隙間にＨＦ溶液が浸入することを防止し、該被処理シリコンウエハ４の片面が電極５と完全に密着した状態となるように、深さ０．３ｍｍ程度のはめ込み段差を設けて、被処理シリコンウエハ４を嵌着可能な構成とすることが好ましい。
【００２７】
さらに、電極５と被処理シリコンウエハ４との隙間をバキュームライン６に接続して減圧状態とすることが好ましく、これにより、より強固な密着性が得られ、良好な導電性を保持することができる。
しかも、陽極化成処理終了後、減圧状態を解除することにより、前記被処理シリコンウエハ４を容易に取り外すことができる点でも有効である。
【００２８】
前記治具は、ＨＦ溶液に浸漬して用いられることから、フッ素系樹脂等の耐酸性材料により構成されていることが好ましい。
また、前記治具は、上記のように、被処理シリコンウエハ４を電極５の両面に装着することができる構造とすることにより、１つの電極で２枚ずつのウエハ処理が可能となり、陽極化成処理の効率化を図ることができる。
前記電極５には、被処理シリコンウエハ４と広面積で接触し、かつ、該被処理シリコンウエハ４への金属汚染転写を防止する観点から、シリコンウエハを用いることが好ましい。
【００２９】
上記のように陽極７を構成する治具は、例えば、図４に示すように、ＨＦ溶液９の入った溶液槽１０内に、白金板等の陰極８と交互に並列に複数組配置して、１バッチで複数枚同時に処理が行われる。
また、被処理シリコンウエハの装着および剥離工程と、溶液処理工程とを独立に自動化して行うことことにより、陽極化成処理を自動ライン化することができる。
上記のような陽極化成処理方法によれば、ウエハへのダメージが軽減され、複数枚の同時バッチ処理が可能となり、さらに、自動ライン化も可能となるため、シリコンウエハの片面を陽極化成処理により多孔質化させる工程を効率的に行うことができ、量産体制にも対応可能となる。
【００３０】
上記陽極化成処理を施す被処理シリコンウエハには、予め酸化膜を形成させておくことが好ましい。ＨＦ溶液槽内で、通電が開始されるまでの間に、該被処理シリコンウエハ表面が汚染された場合であっても、陽極化成処理中に、ＨＦ溶液による酸化膜の溶解と同時に、汚染物質も除去することができる。
したがって、上記のように、被処理シリコンウエハ表面を酸化膜により保護しておくことにより、陽極化成処理工程において、被処理シリコンウエハの装着から電圧印加までの間に付着する汚染物質や損傷の発生を防止することができる。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
直径１２５ｍｍ、比抵抗３０Ω・ｃｍ、厚さ５８０μｍで両面がラッピング処理されたＮ型シリコンウエハを、図４に示すような装置を用いて、下記処理条件で陽極化成処理を５分間施し、該シリコンウエハの片面に、厚さ２０μｍの多孔質層を形成した。
2004221096.tif 000003
次に、多孔質層を形成したＮ型シリコンウエハを、１２００℃の電気炉に挿入し、炉内に酸素、窒素およびＰＯＣｌ３ガスを導入して１８０分間熱処理を行い、該シリコンウエハ両面に約５μｍの不純物拡散層を形成した。
そして、前記シリコンウエハ両面に付着したリンガラス層を酸エッチングにより除去した後、アルゴンガス雰囲気中、１２９０℃で２０時間熱処理し、両面の不純物拡散層の不純物をさらに深くまで拡散させた。このときの不純物拡散層の厚さ（拡散深さ）を拡がり抵抗（ＳＲ）法により測定した。
その結果を図５に示す。
【００３２】
［実施例２］
実施例１と同様にして、直径１２５ｍｍ、比抵抗３０Ω・ｃｍ、厚さ５８０μｍで両面がラッピング処理されたＮ型シリコンウエハに、陽極化成処理を１５分間施し、該シリコンウエハの片面に厚さ３０μｍの多孔質層を形成した。
そして、実施例１と同様にして、不純物拡散層を形成し、その厚さを測定した。
その結果を図５に示す。
【００３３】
［比較例］
実施例１と同様のＮ型シリコンウエハを、陽極化成を施さずに、１２００℃の電気炉に挿入し、炉内に酸素、窒素およびＰＯＣｌ３ガスを導入して１８０分間熱処理を行い、該シリコンウエハ両面に約５μｍの不純物拡散層を形成した。
そして、前記シリコンウエハ両面に付着したリンガラス層を酸エッチングにより除去した後、アルゴンガス雰囲気中、１２９０℃で２０時間熱処理し、両面の不純物拡散層の不純物をさらに深くまで拡散させた。このときの不純物拡散層の厚さ（拡散深さ）を拡がり抵抗（ＳＲ）法により測定した。
その結果を図５に示す。不純物拡散層の厚さは１３μｍであった。
【００３４】
図５に示したように、陽極化成処理により、多孔質層を形成しておく（実施例１、２）ことにより、同じ不純物拡散時間で、約８〜１０倍の拡散深さが得られることが認められた。
【００３５】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明に係る拡散ウエハは、非拡散層、非多孔質の不純物拡散層、多孔質の不純物拡散層の３層構造からなり、特に、ディスクリート素子用ウエハとして好適であり、デバイス形成に必要な強度を十分に保持したまま、従来の拡散ウエハよりも、非多孔質の不純物拡散層を薄層化させることができる。
このため、不純物拡散層を形成するためのドーパント拡散時間を短縮させることができ、生産性の向上を図ることができる。
また、本発明に係る拡散ウエハの製造方法によれば、陽極化成処理方法を利用して、効率的に多孔質層を形成することができるため、上記ドーパント拡散時間の短縮化と併せて、前記拡散ウエハの生産性の向上に寄与することができ、量産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る拡散ウエハの第１の製造方法の各工程を説明するための概略断面図である。
【図２】本発明に係る拡散ウエハの第２の製造方法の各工程を説明するための概略断面図である。
【図３】陽極化成処理に用いられる陽極側治具の概略断面図である。
【図４】本発明において用いられる陽極化成槽の一例を模式的に示した図である。
【図５】実施例および比較例における不純物の拡散深さを示したグラフである。
【図６】従来の拡散ウエハの構造を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
１          シリコンウエハ
１’、１１  非多孔質層（非拡散層）
２          多孔質層（非拡散層）
２’        多孔質の不純物拡散層
３、１３    非多孔質の不純物拡散層
４          被処理シリコンウエハ
５          電極
６          バキュームライン
７          陽極
８          陰極
９          ＨＦ溶液
１０        溶液槽
【図１】
2004221096.tif 000004
【図２】
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【図３】
2004221096.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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