(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面に不純物が拡散された不純物拡散層を有するウェーハを厚み幅の中央線に沿って二分割することにより、前記不純物拡散層と非拡散層との２層構造のウェーハを形成する拡散ウェーハの製造方法において、
規格口径より僅かに大なる口径のウェーハの全面であって、前記ウェーハの中心部から外周部へ、拡散厚さが一定である領域と、その外周部分に拡散深さが増大する領域を形成するように不純物拡散を行なった後、前記二分割を行ない、該二分割したウェーハの周縁を除去して前記不純物拡散層と非拡散層からなる規格口径のウェーハを形成することを特徴とする拡散ウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記不純物拡散は、前記規格口径より僅かに大なる口径のウェーハ全面に不純物をドープする第１の拡散工程と、該第１の拡散工程後の前記ウェーハを熱処理し前記ウェーハ全面にドープした不純物を前記ウェーハ内部に熱拡散させる第２の拡散工程とを有し、前記第１の拡散工程において、複数の前記ウェーハを所定間隔で拡散炉内に載置し前記拡散炉内にドープガスを導入して、前記ウェーハの中心部から外周部への径方向に前記不純物のドープ量を増大させることを特徴とする請求項１に記載の拡散ウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記不純物拡散層は、前記ウェーハの外周部における拡散深さを１に規格化して、前記ウェーハの中心部における拡散深さが０．９６〜０．９９の範囲になるように形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の拡散ウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記規格口径より僅かに大なる口径は、規格口径に少なくとも前記不純物拡散層の厚さの２倍の厚さを加えた口径であることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の拡散ウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡散ウェーハの製造方法および拡散ウェーハに係り、例えばパワートランジスタ、サイリスタ等の高耐圧素子あるいは大電力素子を搭載する半導体デバイス用の基板として用いられる、高濃度不純物層および低濃度不純物層の２層構造から成る拡散ウェーハの製造方法および拡散ウェーハに関する。
【背景技術】
【０００２】
高耐圧素子あるいは大電力素子を搭載する半導体デバイス用の半導体基板には、一面側にリン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）等の高濃度不純物を拡散させた高濃度不純物拡散層（以下、単に拡散層ともいう）と、他面側の不純物が拡散されていない低濃度不純物層（以下、非拡散層ともいう）の２層構造からなる拡散ウェーハが一般的に使用される。ここで、拡散ウェーハの製造方法としては、両面に不純物が拡散され高濃度不純物拡散層を有するウェーハをその厚み幅の中央部（非拡散層）で切断して二分割し、露出した非拡散層の表面を所望の非拡散層厚さに研削、研磨して拡散ウェーハにする方法がよく知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
この拡散ウェーハの製造方法について図５を参照して説明する。図５は従来の拡散ウェーハの製造方法の概略説明に供するための製造工程別断面図である。例えばＦＺ法（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｚｏｎｅ  ｍｅｔｈｏｄ）、ＭＣＺ法（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ａｐｐｌｉｅｄ  ＣＺｏｃｈｒａｌｓｋｉ  ｍｅｔｈｏｄ）で引上げ育成したシリコンインゴットをスライスしてウェーハ状にし、その後ラッピング加工およびエッチング処理を施してウェーハ１０１を作製する（図５（ａ））。ここで、上記ラッピング加工はウェーハ１０１表裏面に破砕層を含む適度な加工歪み層を形成する。なお、ウェーハ１０１は、その厚さが最終製品である拡散ウェーハの厚さの２倍以上であり、その口径が拡散ウェーハの口径より僅か大きくなるように加工される。
【０００４】
続いて、多数枚のウェーハ１０１を１バッチとして拡散炉内に投入し、例えばリン不純物を含むドープガス、キャリアガスの窒素、および酸素の混合ガス雰囲気下でリン不純物のデポジション拡散を行い、更に上記拡散で形成されるリンガラス層を除去し、ウェーハ１０１の表裏面に拡散層源１０２を形成する（図５（ｂ））。そして、このデポジション拡散（以下、デポ拡散という）後に、アルゴンあるいは希釈酸素等のガス雰囲気下で、拡散層源１０２の不純物を所望の拡散層深さまで押込む。このいわゆるスランプ拡散により、高濃度不純物拡散層１０３をウェーハ１０１の両面に一様の深さに形成し、ウェーハ１０１の内部領域に不純物が拡散しない非拡散層１０４を形成する。このスランプ拡散ではウェーハ１０１の縁端にも高濃度不純物拡散層１０３が形成される（図５（ｃ））。
【０００５】
この高濃度不純物拡散層１０３の形成において、上記ラッピング加工によりウェーハ１０１表裏面に形成した加工歪み層は、ウェーハ１０１への不純物拡散に伴う格子歪み応力やウェーハ外周部と中心部との温度差に伴う熱応力等の吸収緩和能力を有する。そして、通常では、上記加工歪み層により非拡散層１０４へのスリップを含む転位発生が抑制される。一方で、あるレベルの転位の存在は非拡散層１０４に作製されるパワーＭＯＳＦＥＴのような半導体素子の高周波特性を良好にすることができる点から、上記加工歪み層により非拡散層１０４が所要の転位密度を有するように制御される。
【０００６】
次に、図５（ｃ）状態のウェーハ１０１を、図５（ｄ）に示すように、その厚み幅の中央線１０５に沿って切断し二分割する。この二分割により、図５（ｅ）に示すような露出した非拡散層１０４と高濃度不純物拡散層１０３を有する拡散ウェーハ１０６ａが２枚に形成される。ここで、拡散ウェーハ１０６ａは、非拡散層１０４側が凹んだ凹状のウェーハの反りを有し易い。このようなウェーハの反りは、高濃度不純物拡散層１０３の格子歪みと共に上述したラッピング加工の加工歪みにより生じる。
【０００７】
次に、二分割に形成された拡散ウェーハ１０６ａの周縁をリング状に削除する外周研削を施し、拡散ウェーハ１０６ａ縁端の高濃度不純物拡散層１０３を除去する。そして、面取り、平面研削、研磨等の加工を施して、製品規格の口径および非拡散層１０４厚さを有する拡散ウェーハ１０６を形成する（図５（ｆ））。ここで、最終製品である拡散ウェーハ１０６は、図５（ｅ）で説明したのと同じ凹状のウェーハの反りが生じ易く、例えば製品の規格口径１５０ｍｍφにおいて、そのウェーハ中心部と外周部の差が１００〜２００μｍ程度の反り量ｗが発生する。
【特許文献１】特開平０１−２９３６１３号公報
【特許文献２】特許第２９１５８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、従来の拡散ウェーハの製造方法では、上記拡散ウェーハに凹状のウェーハ反りが発生し易い。このようなウェーハ反りは、拡散ウェーハの製造工程において、ウェーハ搬送、ハンドリング時のウェーハ落下等のエラー発生、ウェーハ加工あるいは検査時での装置へのウェーハ装着のエラー発生等の大きな要因になる。また、上記高耐圧素子あるいは大電力素子を搭載した半導体デバイスの製造工程においても同様なエラー発生を引き起す。更に、このデバイス製造工程におけるいわゆるフォトリソグラフィでの位置合わせができない等の大きな不具合を生じさせる。これ等は、製造装置あるいは検査装置等の所定ステージ上に対して、例えばウェーハ裏面の真空吸着あるいは静電吸着による固持および装着が充分にできなくなることから起こり、特に上記凹状のウェーハ反りがある場合に生じ易い。
【０００９】
このため、上記拡散ウェーハの製造において、上述した凹状のウェーハ反りは、その反り量が大きくなるとその拡散ウェーハが不良品になることから、製造歩留まり低減による生産性の低下および製造コストの増大につながる。そこで、上記凹状のウェーハ反りを簡便にしかも安定的に抑制させる手法が強く望まれている。
【００１０】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、例えば高耐圧素子あるいは大電力素子を搭載した半導体デバイス等に用いられる拡散ウェーハにおけるウェーハ反りの簡便で安定した低減を実現させ、ウェーハ形状の高品質化および低コスト化が容易な拡散ウェーハの製造方法および拡散ウェーハを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明にかかる拡散ウェーハの製造方法は、両面に不純物が拡散された不純物拡散層を有するウェーハを厚み幅の中央線に沿って二分割することにより、前記不純物拡散層と非拡散層との２層構造のウェーハを形成する拡散ウェーハの製造方法において、規格口径より僅かに大なる口径のウェーハの全面であって、前記ウェーハの中心部から外周部へ拡散厚さが一定である領域と、その外周部分に拡散深さが増大する領域を形成するように不純物拡散を行なった後、前記二分割を行ない、該二分割したウェーハの周縁を除去して前記不純物拡散層と非拡散層からなる規格口径のウェーハを形成する、という構成になっている。
【００１２】
上記発明の好適な実施態様では、前記不純物拡散は、前記規格口径より僅かに大なる口径のウェーハ全面に不純物をドープする第１の拡散工程と、該第１の拡散工程後の前記ウェーハを熱処理し前記ウェーハ全面にドープした不純物を前記ウェーハ内部に熱拡散させる第２の拡散工程とを有し、前記第１の拡散工程において、複数の前記ウェーハを所定間隔で拡散炉内に載置し前記拡散炉内にドープガスを導入して、前記ウェーハの中心部から外周部への径方向に前記不純物のドープ量を増大させる。
【００１３】
上記発明により、従来技術で発生していた拡散ウェーハにおける凹状のウェーハ反りが簡便にしかも安定的に抑制できるようになる。そして、拡散ウェーハの製造歩留まりが増加し、その生産性の向上および製造コストの低減が容易に実現される。
【００１４】
上記発明において、前記不純物拡散層は、前記ウェーハの外周部における拡散深さを１に規格化して、前記ウェーハの中心部における拡散深さが０．９６〜０．９９の範囲になるように形成すると好適である。また、前記規格口径より僅かに大なる口径は、規格口径に少なくとも前記不純物拡散層の厚さの２倍の厚さを加えた口径である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の構成により、例えば高耐圧素子あるいは大電力素子を搭載した半導体デバイス等に用いられる拡散ウェーハにおけるウェーハ反りの簡便で安定した低減を実現させ、ウェーハ形状の高品質化および低コスト化が容易な拡散ウェーハの製造方法および拡散ウェーハを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本実施形態にかかる拡散ウェーハの製造方法を示す製造工程別断面図である。図２は本実施形態にかかる拡散ウェーハの製造方法の説明に供する拡散炉の模式的な断面図である。図３は図２に示す拡散炉におけるデポ拡散を説明する概念図である。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は一部省略される。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なる。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、例えばＦＺ法又はＭＣＺ法で引上げ育成したｎ導電型のシリコンインゴットをスライスし所定形状のウェーハ１１に加工する。そして、上記拡散ウェーハの表面および裏面にラッピング加工およびエッチング処理を施し、従来の技術で説明したのと同様に、両面に破砕層を含む適度な加工歪み層を形成する。ここで、例えばウェーハ１１の厚さｔは（１）式を満たすようにする。
【００１９】
【数１】
0005314883.tif 000002
ここで、Ｘｉは最終製品の拡散ウェーハにおける非拡散層厚さであり、Ｘｊは高濃度不純物の拡散層深さである。そして、α１およびα２は拡散ウェーハの加工あるいはエッチング等における取代、ウェーハの製品コストあるいは高濃度不純物ドープによる結晶中の転位密度等を考慮して適宜に決められる定数である。
【００２０】
また、ウェーハ１１の口径は、最終製品の拡散ウェーハの規格口径Ｒより僅かに大なる口径（Ｒ＋２γ）となるようにする。ここで、γ≧Ｘｊを満たす。
【００２１】
次に、図１（ｂ）に示すように、第１の拡散工程において、リン不純物を含むドープガス、窒素および酸素の混合ガス雰囲気下でデポ拡散を行い、更に上記拡散で形成されるリンガラス層を除去し、ウェーハ１１の表裏面および縁端に不純物をドープし拡散層源１２を形成させる。ここで、拡散層源１２は、ウェーハ１１の径方向に不純物ドープ量が変化し、ウェーハ１１の中心部から外周部の径方向にドープ量が増加するようになっている。このような拡散層源１２における不純物ドープ量は、後述されるように、デポ拡散のバッチ処理において拡散炉内での多数枚のウェーハの配置ピッチを調整することにより、極めて容易に制御することができる。
【００２２】
次に、この不純物ドープ量の制御方法について図２および図３を参照して説明する。図２に示すような横型拡散炉において、加熱ヒータ１３により所望の温度（例えば１１５０℃程度）に加熱されるウェーハ１１を、詳細は後述されるが、従来技術のデポ拡散の場合に較べてウェーハ１１間隔が狭い所定の配置ピッチで拡散用ボート（図示せず）上に載置し、例えば石英製のプロセスチューブ１４内に投入する。そして、ガス導入口１５から、窒素をキャリアガスにしたオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）のドープガス、および酸素のような酸化性ガスから成るプロセスガス１６を導入する。ここで、上記ドープガスと酸化性ガスは別々のガス導入口からプロセスチューブ１４内に導入するようになっていても構わない。また、拡散炉は縦型拡散炉であってもよい。
【００２３】
このようにすると、プロセスチューブ１４内に導入されたプロセスガス１６は、プロセスチューブ１４と拡散用ボートに載置した多数枚のウェーハ１１との間を流れると共に、所定の配置ピッチに載置され隣接するウェーハ１１の間隙にそれ等の一部が供給される。そして、図３（ａ）に示すように、従来技術のデポ拡散の場合に較べてウェーハ１１間隔を狭くすることにより、ウェーハ１１の中心部に供給されるプロセスガス１６の量が、ウェーハ１１の外周部への供給量に比べて減少するようになる。そして、拡散層源１２は、そのドープ量がウェーハ中心部から外周部の径方向に増加するようになる。
【００２４】
ここで、プロセスガス１６中の酸化性ガスは、例えば１１５０℃程度の高温に加熱されたウェーハ１１のシリコンと反応し、リン不純物を高濃度に含有するリンガラス層を形成する。そして、そのリン不純物が例えば１０２０原子／ｃｍ３程度の表面濃度に保たれてウェーハ１１表面から内部に高濃度不純物として熱拡散する。そして、反応後のプロセスガス１６はガス排出口１７から排出ガス１８として排気される。
【００２５】
この不純物ドープ量は、上記不純物の拡散深さと不純物の濃度とで決まってくる。ここで、不純物濃度が高くなるとウェーハ１１中の実効の拡散係数が僅かに増加する。そして、不純物の増速拡散が起こり拡散深さが増大する。
【００２６】
なお、図３（ｂ）は従来技術のデポ拡散の場合におけるウェーハ１１配置ピッチを示している。従来技術では、ウェーハ１１の中心部とその外周部に供給されるプロセスガス１６の量に差がなく、中心部および外周部における不純物ドープ量が一定になるように、ウェーハ１１はある間隔以上に広くしたウェーハ間隔で拡散用ボート上に載置されている。
【００２７】
次に、上記デポ拡散によりウェーハ両面および縁端に生成されたリンガラス層を除去した後の第２の拡散工程において、上記拡散ウェーハのスランプ拡散を従来技術で説明したのと同様にして行う。すなわち、アルゴンあるいは希釈酸素等のガス雰囲気下で、拡散層源１２の不純物を所望の拡散層深さまで押込む。そして、このスランプ拡散により、高濃度不純物拡散層１９をウェーハ１１の両面および縁端に形成し、ウェーハ１１の内部領域に不純物が拡散しない非拡散層２０を形成する。例えば、スランプ拡散の条件として、その温度が１３００℃程度、拡散時間が３００時間程度にして、高濃度不純物拡散層１９の拡散層深さＸｊは２５０μｍ程度にする。この拡散層深さＸｊは、半導体デバイスの高耐圧素子の規格により例えば１５０μｍ〜３００μｍ程度になるようにスランプ拡散の条件を設定し制御される。
【００２８】
ここで、図１（ｃ）に示すように、上記スランプ拡散後において、高濃度不純物拡散層１９は、ウェーハ１１の中心部よりも外周部で拡散深さが増大している。これは、図１（ｂ）で説明したデポ拡散において不純物ドープ量が増加しているウェーハ１１外周部の方がその中心部よりも、スランプ拡散において増速拡散が生じるようになるからである。ウェーハ径方向における拡散深さの変化は単調になるようにすることが好ましい。
【００２９】
次に、従来技術で説明したのと同様にして、図１（ｃ）状態のウェーハ１１を、図１（ｄ）に示すように、その厚み幅の中央線２１に沿って切断して二分割する。この二分割により、図１（ｅ）に示すような露出した非拡散層２０および高濃度不純物拡散層１９を有する拡散ウェーハ２２ａが２枚に形成される。ここで、これ等拡散ウェーハ２２ａは、ウェーハの反りが効果的に抑制される。
【００３０】
上記効果は、その理由は未だ明確にできていないが、上記ラッピング加工の加工歪みにより生じ易くなる従来技術で述べた非拡散層２０側の凹状のウェーハ反りが、ウェーハ１１の中心部よりも外周部で高濃度不純物拡散層１９の拡散深さを増大させることにより、抑制されるようになるためと思われる。すなわち、シリコン格子よりも正四面体半径が小さくなるリン（ボロンも同じ）が高濃度不純物拡散層１９に効果的に収縮力を発生させ、上記凹状のウェーハ反りをそれとは逆方向の反りにより補償し抑制するようになるからである。
【００３１】
次に、従来技術で説明したのと同様に、二分割して形成した状態の拡散ウェーハ２２ａの周縁をリング状に削除する外周研削を施し、拡散ウェーハ２２ａ縁端の高濃度不純物拡散層１９を除去する。そして、図１（ｆ）に示すように、面取り、平面研削、研磨等の加工を施して、製品規格の口径および非拡散層２０の厚さを有する拡散ウェーハ２２を形成する。ここで、最終製品である拡散ウェーハ２２は、図１（ｅ）で説明したようにウェーハの反りが大幅に抑制される。
【００３２】
上記拡散ウェーハの製造において説明は省略したが、通常、結晶方位や位置合わせ等の目的でオリエンテーションフラットやノッチと呼ばれる切欠き部が設けられる。ここで、これ等の切欠き部は、例えば、図１（ａ）のウェーハ１１に加工する前のシリコンインゴットの外周研削の工程で形成してもよいし、また、図１（ｆ）で説明した面取りの工程で形成してもよい。
【００３３】
そして、最終的に図４に示すような製品規格の拡散ウェーハ２２が作製される。
すなわち、拡散ウェーハ２２の中心部よりも外周部で拡散深さが深くなり、この拡散深さはウェーハ径方向に単調に変化するようになっている。ここで、拡散ウェーハ２２の外周部の拡散層深さを１に規格化すると、拡散ウェーハ２２の中心部の拡散層深さは０．９６〜０．９９の範囲にあると好適である。中心部の拡散層深さが０．９６未満になると、拡散ウェーハ２２に作製した例えば高耐圧素子の耐圧バラツキが大きく、その半導体デバイスの製造歩留まりが低減する。また、中心部の拡散層深さが０．９９を超えて高濃度不純物層２０のウェーハ面内均一性が高くなると、従来技術で説明したウェーハ反りが発生し易くなる。
【００３４】
図４に示したような拡散ウェーハ２２は、図１で説明したウェーハの厚み幅の中央線２１に沿った二分割の他に、例えば図１（ｄ）で示した工程において、形成されている高濃度不純物拡散層１９の一方を切削除去し、その後に所望の非拡散層厚さに研削、研磨する方法によっても製造することができる。但し、この場合には、図１（ａ）のウェーハ１１の厚さｔは（２）式を満たすようにする。そして、それ以外の工程は図１で説明したのと同じにようにする。
【００３５】
【数２】
0005314883.tif 000003
ここで、Ｘｉは最終製品の拡散ウェーハにおける非拡散層厚さであり、Ｘｊは高濃度不純物の拡散層深さである。そして、β１およびβ２は拡散ウェーハの加工あるいはエッチング等における取代、ウェーハの製品コストあるいは高濃度不純物ドープに伴う結晶転位の低減を考慮して適宜に決められる定数である。
【００３６】
図４で説明したような拡散ウェーハ２２であると、例えば、その製品規格の口径が１５０ｍｍφの拡散ウェーハの場合、従来技術で生じていたウェーハの反り量ｗの平均レベルを１として規格化すると、上記実施形態の拡散ウェーハにおけるウェーハ反りは、その平均レベルが０．４〜０．９に極めて容易に低減し、簡便に抑制することができる。
【００３７】
本実施形態では、高耐圧素子あるいは大電力素子を搭載する半導体デバイスに使用される、高濃度不純物層および低濃度不純物層の２層構造から成る拡散ウェーハの製造において、高濃度不純物層は、その深さが拡散ウェーハの中心部から外周部に向かって増大し、拡散ウェーハの径方向で傾斜を有するように形成される。このようにすることにより、従来技術で発生していた拡散ウェーハにおける凹状のウェーハ反りが簡便にしかも安定的に抑制できるようになる。
【００３８】
そして、上記拡散ウェーハの製造において、拡散ウェーハの製造歩留まりが増加し、その生産性の向上および製造コストの低減が容易になる。このようにして、拡散ウェーハにおけるウェーハ形状の高品質化と低コスト化の両立が可能になる。
【００３９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。
【００４０】
上記実施形態では、高濃度不純物拡散層はリン不純物で形成される場合について説明しているが、例えば、ボロン不純物を含む高濃度不純物拡散層であってもよい。
【００４１】
また、上記拡散ウェーハの製造では、ＦＺ法、ＭＣＺ法で引上げ育成したシリコンインゴットが用いられているが、ＣＺ法（ＣＺｏｃｈｒａｌｓｋｉ  ｍｅｔｈｏｄ）により引上げ育成したシリコンインゴットも同様に使用することができる。
【００４２】
本発明は、特に高耐圧素子、大電力素子等が搭載される半導体デバイス用の拡散ウェーハの製造に好適であるが、その他に深い不純物層を有する半導体ウェーハの製造において同様に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態にかかる拡散ウェーハの製造方法を示す製造工程別断面図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる拡散ウェーハの製造方法の説明に供する拡散炉の模式的な断面図である。
【図３】本発明の実施形態の拡散炉におけるデポ拡散を説明する概念図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる拡散ウェーハの一例を示す断面図である。
【図５】従来技術における拡散ウェーハの製造方法を示す製造工程別断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１１  ウェーハ
１２  拡散層源
１３  加熱ヒータ
１４  プロセスチューブ
１５  ガス導入口
１６  プロセスガス
１７  ガス排出口
１８  排出ガス
１９  高濃度不純物拡散層
２０  非拡散層
２１  中央線
２２，２２ａ  拡散ウェーハ
【図１】
0005314883.tif 000004
【図２】
0005314883.tif 000005
【図３】
0005314883.tif 000006
【図４】
0005314883.tif 000007
【図５】
0005314883.tif 000008