(57)【要約】【課題】目的とする面のみに不純物を拡散させると共に拡散炉の挿入枚数を増加させる。【解決手段】不純物と溶媒からなる拡散剤１が塗布されたウエハＷの表面を、一枚ずつ拡散炉Ｄの加熱温度より低い温度で所定時間に亘りベーキングすることにより、拡散剤１の溶媒が完全に蒸発すると共に不純物を含むシリサイドガラス１′に変質し、その後、これらベーキング処理された複数枚のウエハＷを一度にまとめて加熱炉Ｄで加熱処理することにより、拡散炉Ｄ内の雰囲気は余分な不純物が所定の濃度以下に保たれ、不純物を含むシリサイドガラス１′が拡散源となって拡散剤１が塗布された表面のみに拡散層が形成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウエハ（Ｗ）の片面又は両面に、不純物と溶媒からなる拡散剤（１）を塗布し、これら複数枚のウエハ（Ｗ）を拡散炉（Ｄ）で一度にまとめて加熱処理して各ウエハ（Ｗ）内に不純物が熱拡散される拡散ウエハの製造方法において、
前記ウエハ（Ｗ）の表面に不純物と溶媒からなる拡散剤（１）を塗布した後、この塗布面を一枚ずつ拡散炉（Ｄ）の加熱温度より低い温度で所定時間に亘りベーキングして、拡散剤（１）の溶媒を完全に蒸発させると共に不純物を含むシリサイドガラス（１′）に変質させ、その後、これらベーキング処理された複数枚のウエハ（Ｗ）を一度にまとめて加熱炉（Ｄ）で加熱処理してウエハ（Ｗ）の表面に拡散層を形成したことを特徴とする拡散ウエハの製造方法。
【請求項２】
前記ウエハ（Ｗ）の一方面（Ｗ１）に不純物と溶媒からなる拡散剤（１ａ）を塗布してから、この塗布面を一枚ずつベーキングして、拡散剤（１ａ）の溶媒を完全に蒸発させると共に不純物を含むシリサイドガラス（１ａ′）に変質させた後、該ウエハ（Ｗ）の他方面（Ｗ２）に一方面（Ｗ１）とは異種の不純物と溶媒からなる拡散剤（１ｂ）を塗布してから、この塗布面を一枚ずつベーキングして、拡散剤（１ｂ）の溶媒を完全に蒸発させると共に異種の不純物を含むシリサイドガラス（１ｂ′）に変質させ、その後、これらベーキング処理された複数枚のウエハ（Ｗ）を一度にまとめて加熱炉（Ｄ）で加熱処理してウエハ（Ｗ）の両面（Ｗ１，Ｗ２）に異種の拡散層を夫々形成した請求項１記載の拡散ウエハの製造方法。
【請求項３】
前記ベーキング工程で、ウエハ（Ｗ）の拡散剤（１，１ａ，１ｂ）が塗布されない非塗布面側から、拡散剤（１，１ａ，１ｂ）が塗布された塗布面へ向け不活性ガス（２ａ）を流して、この塗布面から蒸発した溶媒及び不純物を非塗布面と離れる方向へ誘導する請求項１または２記載の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、半導体シリコンウエハの表面に不純物を拡散（ディフュージョン）させる拡散ウエハの製造方法に関する。
詳しくは、シリコンウエハの片面又は両面に、不純物と溶媒からなる拡散剤を塗布し、これら複数枚のウエハを拡散炉でバッチ処理により一度にまとめて加熱処理して各ウエハ内に不純物が熱拡散される拡散ウエハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の拡散ウエハの製造方法として、シリコンウエハの一方面に、不純物と溶媒からなる拡散剤（リン拡散源塗布剤）を塗布した後、拡散炉で１２９０℃で４０時間に亘り熱処理して拡散層を形成し、その後、各ウエハの他方面に焼成形成されたシリサイドガラス（リンケイ酸ガラス）をＨＦ液で除去してから、異種の不純物と溶媒からなる拡散剤（ホウ素又はガリウム拡散源塗布剤）を塗布し、その後に拡散炉で１２９０℃で３０分間熱処理して別の拡散層を形成したものがある（例えば、特許文献１参照。）。
また、不純物の拡散に当たり、複数枚のウエハをボードの上に並べて拡散炉（加熱炉）の石英管内に挿入し、ヒータ（加熱手段）で  ９００℃〜１２５０℃に加熱処理することにより、これらウエハの一方面に拡散層が一度にまとめて形成され、更にボード上にウエハを並べる際に、拡散層を形成する一方面同士が向かい合うように配列することにより、不純物の熱拡散時に一方面から拡散層を形成する必要のない他方面に不純物が拡散するのを防止したものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５４−９４８７０号公報（第２−３頁、第２図）
【特許文献２】
特開平２−９０６０９号公報（第２−３頁、第２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし乍ら、このような従来の拡散ウエハの製造方法では、不純物と溶媒からなる拡散剤が塗布された複数枚のウエハを拡散炉に挿入して一度にまとめて加熱処理すると、この加熱に伴って拡散剤の溶媒が蒸発すると同時に不純物も蒸発するため、拡散炉内の雰囲気は溶媒及び不純物が充満し、拡散を目的としない面にも不純物が拡散されてしまった。
特に、異種の不純物と溶媒からなる拡散剤が両面に塗布された複数枚のウエハを拡散炉で一度にまとめて加熱処理した場合には、これら異種の不純物が溶媒と一緒に蒸発するため、不必要な不純物が目的としていない面に拡散してしまった。
その結果として、半導体装置の性能が低下したり、その製造歩留まりが上がらないという問題がある。
このような必要箇所以外の拡散を防止するため、前述したように拡散炉のボード上にウエハを並べる際に、同じ拡散層を形成する面同士が向かい合うように配列したり、更に拡散炉の石英管内にガスを塗布することも従来から行われているが、あまり効果を発揮することはできなかった。
更にウエハの両面に異種の拡散層を形成するには、各面毎に拡散炉へ二度も挿入する必要があるため、その度に多数枚のウエハをボード上に整列させるなどの作業が面倒で時間を要し、その結果として製造コストが高価になるという問題もある。
そこで、ウエハに不純物と溶媒からなる拡散剤を塗布されたウエハを拡散炉に挿入する前に、その溶媒を蒸発させるために熱処理することが考えられる。
しかし、この場合でも熱処理温度が少しでも低いと、溶媒を完全に蒸発させるまでには至らず、そのため拡散炉に挿入した時には溶媒の充満濃度が低下するものの、目的とする部分以外への拡散を完全に防止できないという問題がある。
また溶媒の蒸発量が多いと爆発の危険性があることから、拡散炉への挿入枚数も制限する必要があるという問題もある。
【０００５】
本発明のうち請求項１記載の発明は、目的とする面のみに不純物を拡散させると共に拡散炉の挿入枚数を増加させることを目的としたものである。
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明の目的に加えて、異種の不純物の拡散であっても拡散炉へ二度も挿入することなく従って製造コストを大幅に低減することを目的としたものである。
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の発明の目的に加えて、ベーキング時に蒸発した不純物が目的としない部分に付着するのを完全に防止することを目的としたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明が講じた手段は、以下の通りである。
請求項１では、ウエハの表面に不純物と溶媒からなる拡散剤を塗布した後、この塗布面を一枚ずつ拡散炉の加熱温度より低い温度で所定時間に亘りベーキングして、拡散剤の溶媒を完全に蒸発させると共に不純物を含むシリサイドガラスに変質させ、その後、これらベーキング処理された複数枚のウエハを一度にまとめて加熱炉で加熱処理してウエハの表面に拡散層を形成した方法を採用する。
ここで、拡散炉Ｄの加熱温度より低い温度で所定時間に亘りベーキングするとは、例えば  ４００℃〜１２００℃で数分間以上に亘りベーキングすることである。
請求項２では、請求項１記載の構成に加えて、ウエハの一方面に不純物と溶媒からなる拡散剤を塗布してから、この塗布面を一枚ずつベーキングして、拡散剤の溶媒を完全に蒸発させると共に不純物を含むシリサイドガラスに変質させた後、該ウエハの他方面に一方面とは異種の不純物と溶媒からなる拡散剤を塗布してから、この塗布面を一枚ずつベーキングして、拡散剤の溶媒を完全に蒸発させると共に異種の不純物を含むシリサイドガラスに変質させ、その後、これらベーキング処理された複数枚のウエハを一度にまとめて加熱炉で加熱処理してウエハの両面に異種の拡散層を夫々形成した方法を採用する。
請求項３では、請求項１または２記載の構成に加えて、ベーキング工程で、ウエハの拡散剤が塗布されない非塗布面側から、拡散剤が塗布された塗布面へ向け不活性ガスを流して、この塗布面から蒸発した溶媒及び不純物を非塗布面と離れる方向へ誘導する方法を採用する。
【０００７】
【作用】
上記方法を採用することにより以下の作用を生じる。
請求項１では、不純物と溶媒からなる拡散剤が塗布されたウエハの表面を、一枚ずつ拡散炉の加熱温度より低い温度で所定時間に亘りベーキングすることにより、拡散剤の溶媒が完全に蒸発すると共に不純物を含むシリサイドガラスに変質し、その後、これらベーキング処理された複数枚のウエハを一度にまとめて加熱炉で加熱処理することにより、拡散炉内の雰囲気は余分な不純物が所定の濃度以下に保たれ、不純物を含むシリサイドガラスが拡散源となって拡散剤が塗布された表面のみに拡散層が形成される。
請求項２では、請求項１記載の発明の作用に加えて、不純物と溶媒からなる拡散剤が塗布されたウエハの一方面を、一枚ずつ拡散炉の加熱温度より低い温度で所定時間に亘りベーキングした後、該ウエハの他方面に一方面とは異種の不純物と溶媒からなる拡散剤を塗布してからこの塗布面を一枚ずつ拡散炉の加熱温度より低い温度で所定時間に亘りベーキングすることにより、両面夫々の拡散剤の溶媒が完全に蒸発されると共に不純物を含むシリサイドガラスに変質し、その後、これらベーキング処理された複数枚のウエハを一度にまとめて加熱炉で加熱処理してウエハの片面に拡散層を形成することにより、各面毎に拡散炉へ二度も挿入する必要がなくなって、ウエハをボード上に整列させるなどの作業が軽減される。
請求項３では、請求項１または２記載の発明の作用に加えて、ベーキング工程で、拡散剤の非塗布面側から塗布面へ向け不活性ガスを流して、この塗布面から蒸発した溶媒及び不純物を非塗布面と離れる方向へ誘導することにより、該塗布面から蒸発した溶媒及び不純物が、その雰囲気に充満せず強制的に排気されて、この拡散剤の拡散を目的としない非塗布面に回り込むことがない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
この実施例は、図１に示す如く、シリコンウエハＷの両面に異種の不純物を拡散させるために、これら異種の不純物と溶媒からなる拡散剤１を夫々塗布した後、これら塗布面を枚葉処理により一枚ずつベーク装置２でベーキングし、その後、これらベーキング処理された複数枚のウエハＷをバッチ処理により一度にまとめて加熱炉Ｄで加熱処理した場合を示したものである。
【０００９】
詳しくは、図１（ａ）（ｄ）に示す如く、ラップ処理後に洗浄したウエハＷの一方面Ｗ１に、リンと溶媒からなる拡散剤１ａをスピン法（ｓｐｉｎ−ｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ）により塗布し、他方面Ｗ２には、ボロン（ホウ素）と溶媒からなる拡散剤１ｂをスピン法により塗布している。
【００１０】
上記ベーク装置２は、拡散炉Ｄの加熱温度より若干低い温度で所定時間に亘りベーキングすることによって、拡散剤１の溶媒を完全に蒸発させると共に不純物を含むシリサイドガラス１′に変質させる。
【００１１】
このベーキング温度及び時間は、ウエハＷの大きさや拡散剤１の塗布量によって異なるが、その一例を示せば、  ４００℃〜１２００℃（好ましくは  ６００℃〜１２００℃）で数分間以上に亘りベーキングしている。
【００１２】
更に本実施例の場合には、図１（ｂ）（ｅ）に示す如く、ウエハＷの拡散剤１ａ，１ｂが塗布されない非塗布面側から、拡散剤１ａ，１ｂが塗布された塗布面へ向け不活性ガス２ａを流して、この塗布面から蒸発した溶媒及び不純物を非塗布面と離れる方向へ誘導する。
【００１３】
図示例の場合、ベーク装置２は、拡散剤１ａ，１ｂが塗布されたウエハＷを水平方向へ搬送するための例えばローラーコンベヤなどからなる移送手段２ｂと、この移送手段２ｂで搬送されるウエハＷの拡散剤１ａ，１ｂをベーキングするための例えばヒータなどからなる熱源２ｃと、これら移送手段２ｂ側から熱源２ｃへ向け不活性ガス２ａを流すための換気手段（図示せず）とを備えている。
【００１４】
上記不活性ガス２ａとしては、後述する拡散炉Ｄの石英管Ｄ１内で使用する例えば窒素ガスなどと同じものを使用している。
【００１５】
一方、前記拡散炉Ｄは、例えば特開平２−９０６０９号公報に開示されるような従来周知構造のものであり、石英管Ｄ１と、複数枚のウエハＷ…が互いに向かい合うように配列されるボードＤ２と、石英管Ｄ１の周囲に配設された均熱管Ｄ３及びヒータＤ４とを備え、石英管Ｄ１にボードＤ２を挿入した状態で、例えば窒素ガスなどの不活性ガスＤ５を石英管Ｄ１内に供給しながら、均熱管Ｄ３及びヒータＤ４により所定温度（１０００℃〜１４００℃）まで昇温して所定時間（２４〜７２時間）に亘り熱処理する。
【００１６】
次に、斯かる拡散ウエハの製造方法を工程順に従って説明する。
先ず、図１（ａ）に示す如く、ラップ処理されたウエハＷの一方面Ｗ１に、リンと溶媒からなる拡散剤１ａをスピン法により塗布する。
【００１７】
その後、図１（ｂ）に示す如く、拡散剤１ａが塗布されたウエハＷを一枚ずつ、その塗布面がベーク装置２の熱源２ｃと対向するように上向きにしてベーク装置２の移送手段２ｂに載せ、この移送手段２ｂの作動により所定速度で水平搬送して、拡散炉Ｄの加熱温度より若干低い温度（４００℃〜１２００℃）で所定時間（数分間以上）に亘りベーキングする。
【００１８】
それにより、図１（ｃ）に示す如く、拡散剤１ａの溶媒が完全に蒸発すると共に不純物を含むシリサイドガラス１ａ′に変質する。
【００１９】
この際、ベーク装置２の換気手段の作動により、拡散剤１ａが塗布されない非塗布面Ｗ２側から拡散剤１ａの塗布面へ向け不活性ガス２ａを流して、この塗布面から蒸発した溶媒及び不純物が非塗布面Ｗ２と離れる方向へ誘導され、そのまま排気される。
【００２０】
それにより、拡散剤１ａの塗布面から蒸発した溶媒及び不純物が、ベーク装置２内の雰囲気に充満せず強制的に排気されて、この拡散剤１ａの拡散を目的としない非塗布面Ｗ２に回り込むことがない。
その結果、ベーキング時に蒸発した不純物が目的としない部分に付着するのを完全に防止できる。
【００２１】
これに続いて、図１（ｄ）に示す如く、上記ウエハＷを裏返して他方面Ｗ２に、ボロンと溶媒からなる拡散剤１ｂを、上述したようにスピン法により塗布する。
【００２２】
その後、図１（ｅ）に示す如く、ウエハＷを一枚ずつ拡散剤１ｂが塗布された面が熱源２ｃと対向するように上向きにして移送手段２ｂに載せ、この移送手段２ｂの作動により所定速度で水平搬送して、拡散炉Ｄの加熱温度より若干低い温度（４００℃〜１２００℃）で所定時間（数分間以上）に亘りベーキングする。
【００２３】
それにより、図１（ｆ）に示す如く、拡散剤１ｂの溶媒が完全に蒸発すると共に不純物を含むシリサイドガラス１ｂ′に変質する。
【００２４】
この際、ベーク装置２の換気手段の作動により、拡散剤１ｂが塗布されない非塗布面Ｗ１側から拡散剤１ｂの塗布面へ向け不活性ガス２ａを流して、この塗布面から蒸発した溶媒及び不純物が非塗布面Ｗ１と離れる方向へ誘導され、そのまま排気される。
【００２５】
それにより、拡散剤１ｂの塗布面から蒸発した溶媒及び不純物が、ベーク装置２内の雰囲気に充満せず強制的に排気されて、この拡散剤１ｂの拡散を目的としない非塗布面Ｗ１に回り込むことがなく、ベーキング時に蒸発した不純物が目的しない部分に付着するのを完全に防止できる。
【００２６】
そして最後に、これらベーキング処理された複数枚のウエハＷ…を、拡散炉ＤのボードＤ２上に同じシリサイドガラス１ａ′，１ｂ′同士が向かい合うように並べてから石英管Ｄ１に挿入し、窒素ガスなどの不活性ガスＤ５を石英管Ｄ１内に供給しながら、均熱管Ｄ３及びヒータＤ４により所定温度（１０００℃〜１４００℃）まで昇温して所定時間（２４〜７２時間）に亘り熱処理する。
【００２７】
それにより、拡散炉Ｄの石英管Ｄ１内の雰囲気は余分な不純物が所定の濃度以下に保たれ、不純物を含むシリサイドガラス１ａ′，１ｂ′が拡散源となって拡散剤１ａ，１ｂが塗布された両面Ｗ１，Ｗ２に拡散層が形成される。
【００２８】
その結果、目的とする面に目的とする不純物を拡散できると共に、拡散炉Ｄの石英管Ｄ１内へ挿入可能な枚数が、同じ大きさで従来のものが数１０〜１０００枚であったのに対し、数１０００枚まで増加できることが実験により解った。
【００２９】
更に、ウエハＷの両面に異種の不純物を拡散させる場合には、各面毎に拡散炉へ二度も挿入する必要がある従来のものに比べ、ウエハＷ…をボードＤ２上に整列させるなどの作業が軽減され、異種の不純物の拡散であっても拡散炉へ二度も挿入することなく従って製造コストを大幅に低減できるという利点がある。
【００３０】
尚、前示実施例では、シリコンウエハＷの両面に異種の不純物を拡散させる場合を示したが、これに限定されず、ウエハＷの片面のみに不純物を拡散させる場合も上述したものと同様に製造できる。
【００３１】
更にウエハＷの一方面Ｗ１にリンと溶媒からなる拡散剤１ａをスピン法により塗布し、他方面Ｗ２にボロンと溶媒からなる拡散剤１ｂをスピン法により塗布したが、これに限定されず、リンやボロン以外の不純物を使用したり、スピン塗布方式以外の方法で不純物を塗布したり、或いは塗布以外の方法で供給しても良い。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１記載の発明は、不純物と溶媒からなる拡散剤が塗布されたウエハの表面を、一枚ずつ拡散炉の加熱温度より低い温度で所定時間に亘りベーキングすることにより、拡散剤の溶媒が完全に蒸発すると共に不純物を含むシリサイドガラスに変質し、その後、これらベーキング処理された複数枚のウエハを一度にまとめて加熱炉で加熱処理することにより、拡散炉内の雰囲気は余分な不純物が所定の濃度以下に保たれ、不純物を含むシリサイドガラスが拡散源となって拡散剤が塗布された表面のみに拡散層が形成されるので、目的とする面のみに不純物を拡散できると共に拡散炉の挿入枚数を増加できる。
従って、拡散炉内における溶媒の蒸発を完全に防止できない従来のものに比べ、半導体装置の性能を向上できると共にその製造歩留まりを上げられる。
【００３３】
請求項２の発明は、請求項１の発明の効果に加えて、不純物と溶媒からなる拡散剤が塗布されたウエハの一方面を、一枚ずつ拡散炉の加熱温度より低い温度で所定時間に亘りベーキングした後、該ウエハの他方面に一方面とは異種の不純物と溶媒からなる拡散剤を塗布してからこの塗布面を一枚ずつ拡散炉の加熱温度より低い温度で所定時間に亘りベーキングすることにより、両面夫々の拡散剤の溶媒が完全に蒸発されると共に不純物を含むシリサイドガラスに変質し、その後、これらベーキング処理された複数枚のウエハを一度にまとめて加熱炉で加熱処理してウエハの片面に拡散層を形成することにより、各面毎に拡散炉へ二度も挿入する必要がなくなって、ウエハをボード上に整列させるなどの作業が軽減されるので、異種の不純物の拡散であっても拡散炉へ二度も挿入することなく従って製造コストを大幅に低減できる。
【００３４】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明の効果に加えて、ベーキング工程で、拡散剤の非塗布面側から塗布面へ向け不活性ガスを流して、この塗布面から蒸発した溶媒及び不純物を非塗布面と離れる方向へ誘導することにより、該塗布面から蒸発した溶媒及び不純物が、その雰囲気に充満せず強制的に排気されて、この拡散剤の拡散を目的としない非塗布面に回り込むことがないので、ベーキング時に蒸発した不純物が目的としない部分に付着するのを完全に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す拡散ウエハの製造方法の概略図である。
【符号の説明】
Ｗ  ウエハ                      Ｗ１  一方面
Ｗ２  他方面                    Ｄ  拡散炉
１，１ａ，１ｂ  拡散剤          １′，１ａ′，１ｂ′  シリサイドガラス
２ａ  不活性ガス
【図１】
2004221466.tif 000003