(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
最大粒子径が３０μｍ以下、Ｂ２Ｏ３含有量が０．２％以下、水分含有量が１．０％以下である高珪酸ガラス粉末６〜２０％と、六方晶窒化硼素粉末３０〜８０％と、α−アルミナ粉末１４〜５０％とを含む混合粉末を成形後、温度１４００〜１７００℃でホットプレス焼結することを特徴とする半導体用硼素ドープ材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体用硼素ドープ材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ゲルマニウムやシリコンにＰ型不純物として硼素をドーピングする際、六方晶窒化硼素（以下、「ｈＢＮ」という。）を主成分とする半導体用硼素ドープ材（以下、「ＢＮウェハ」という。）が使用されている。そのドーピング方法は、まずＢＮウェハを酸化雰囲気下９００〜１２００℃で加熱することによりＢＮウェハを酸化し、ＢＮウェハ表面に酸化硼素（Ｂ2 Ｏ3 ）を析出させた後、ＢＮウェハをゲルマニウムやシリコンの基板と数ｍｍの間隔をおいて対向させ、非酸化性雰囲気下で再び９００〜１２００℃で加熱し、ＢＮウェハ表面のＢ2 Ｏ3 を蒸発させ、ゲルマニウムやシリコンの基板表面に堆積させる。次いで、後処理を行って基板内部に硼素を拡散させるものである。
【０００３】
このドーピング工程で重要なことは、基板表面にＢ2 Ｏ3 を均一に堆積させることである。そのためには、ドーピング中にＢＮウェハの反り等の変形を最小限に抑制することに加えて、組成をできるだけ均一にすることによりＢＮウェハ表面の酸化状態を均一化することである。また、近年の高集積化、大量生産化に伴い、ゲルマニウムやシリコンの基板が従来の３〜４インチから５インチへ、更には６インチ以上へと大型化する中、ＢＮウェハも大型化が必要となり、またその要求特性も一段と厳しくなってきている。
【０００４】
このような観点に立ち、特開平１０−３０３１３７号公報には、ｈＢＮ粉末とアルミナ粉末と高珪酸ガラス粉末及び／又はシリカ粉末とを含む混合原料の粒子径とＢ2 Ｏ3 量を制御することによって、大型形状品にして反り等がなく、しかも肉眼観察によってはムライト偏析による色ムラやシミのない、ＢＮウェハを製造できたことが記載されている。
【０００５】
この先行技術によって、出願当初の目的を達成することができたが、ＢＮウェハに対する更なる要求が高まっている今日、上記先行技術を凌ぐ新しい技術の出現が待たれている。また、上記先行技術においては、ムライト偏析による色ムラやシミの生成抑止効果の再現性が、必ずしも十分でなかったことが未解決であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、光学顕微鏡観察による１００μｍをこえる変色部が見られない高品質ＢＮウェハを再現性よく提供することである。本発明の目的は、上記先行技術において、高珪酸ガラス原料の最大粒子径とＢ2 Ｏ3 含有量と水分含有量を厳格に制御することによって達成することができる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、最大粒子径が３０μｍ以下、Ｂ２Ｏ３含有量が０．２％以下、水分含有量が１．０％以下である高珪酸ガラス粉末６〜２０％と、六方晶窒化硼素粉末３０〜８０％と、α−アルミナ粉末１４〜５０％とを含む混合粉末を成形後、温度１４００〜１７００℃でホットプレス焼結することを特徴とするＢＮウェハの製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、更に詳しく本発明について説明する。
【００１０】
本発明のＢＮウェハは、光学顕微鏡観察による１００μｍをこえる変色部がみられないものである。ここで、「変色部」とは、光学顕微鏡観察によって識別できる変色部分であり、ムライト偏析や鉄等の不純物によってもたらされる色ムラやシミなどである。
【００１１】
変色部が目視で確認できる大きさまでになると、ムライト偏析等によってＢ2 Ｏ3 源となるｈＢＮが少なくなり、基板上に形成されるＢ2 Ｏ3 膜厚が不均一となる。また、そのようなＢＮウェハを繰り返し使用すると、Ｂ2 Ｏ3 の生成と蒸発によるｈＢＮの消失量が正常部と異なるため、ＢＮウェハが均一に消費されず反り等の変形が大きくなる。
【００１２】
本発明のＢＮウェハは、最大粒子径３０μｍ以下のｈＢＮを３０〜８０％と最大粒子径１００μｍ以下のムライトを７０〜２０％含有する焼結体で構成されている。ｈＢＮ含有量が３０％未満では、硼素含有量が少なすぎてＢＮウェハとしては不適切となる。また、８０％をこえると、ＢＮウェハの酸化時に生成するＢ2 Ｏ3 量が多くなりすぎ、色ムラやシミ等による変色部が生じやすくなる。その上、ゲルマニウムやシリコンの基板上に堆積するＢ2 Ｏ3 量も多くなりすぎ好ましくない。本発明のＢＮウェハは、ｈＢＮとムライトから構成されていることが好ましいが、最大１０％までのα−アルミナ等の他成分が含まれていてもよい。
【００１３】
また、ＢＮウェハ中のｈＢＮ粒子の最大粒子径が３０μｍをこえると、酸化が局所的に起こるため反り等の変形が生じやすくなる。また、ムライト粒子の最大粒子径が１００μｍをこえると、変色部が多くなり基板上に堆積するＢ2 Ｏ3 膜厚が不均一となる。
【００１４】
ｈＢＮ含有量は、原料ＢＮの配合量から算出するか、Ｘ線回折による標準添加法等によって測定することができる。また、ムライト含有量も、Ｘ線回折による標準添加法等によって測定することができる。さらには、ｈＢＮ粒子やムライト粒子の最大粒子径は、倍率１００倍の二次電子像又は反射電子像から測定することができる。
【００１５】
本発明のＢＮウェハは、高珪酸ガラス粉末６〜２０％と、ｈＢＮ粉末３０〜８０％と、α−アルミナ粉末１４〜５０％とを含む混合粉末を成形後、温度１４００〜１７００℃でホットプレス焼結する方法において、高珪酸ガラス粉末として、最大粒子径が３０μｍ以下、Ｂ2 Ｏ3 含有量が０．２％以下、水分含有量が１．０％以下であるものを用いることによって製造することができる。
【００１６】
ｈＢＮ粉末の最大粒子径は２５μｍ以下であることが好ましい。２５μｍをこえると、ＢＮウェハ中のｈＢＮ粒子の最大粒子径が３０μｍをこえやすくなる。最大粒子径は小さいほど好ましいが、ｈＢＮは一般に粒径が小さくなるほどＢ2 Ｏ3 含有量が増加するため、実用的には最大粒子径０．１μｍ程度までである。ｈＢＮ粉末中のＢ2 Ｏ3 含有量は１％未満であることが好ましい。１％以上であると、焼結温度に比較してかなり低温（４５０℃程度）でＢ2 Ｏ3 を主成分とする多量の液相を生成し、ムライトやｈＢＮの偏析を生じたり、液相量が多くなってＢＮウェハに光学顕微鏡観察による１００μｍ以上の変色部が生じやすくなる。ｈＢＮ粉末中のＢ2 Ｏ3 含有量は、メタノール抽出法によって測定することができる。
【００１７】
α−アルミナ粉末の最大粒子径は５０μｍ以下であることが好ましい。５０μｍをこえると、ムライト粒子の最大粒子径が１００μｍをこえやすくなる。最大粒子径は小さいほど好ましいが、一般に入手できるα−アルミナ粉末の最大粒子径は０．５μｍ程度までである。
【００１８】
高珪酸ガラス粉末は、例えばシリカ粉末と硼酸粉末を遊離Ｂ2 Ｏ3 成分が０．２％以下になる配合で混合し、９００℃程度で仮焼後、ボールミル、振動ミル、ジェットミル等で粉砕した後、必要に応じて空気分級等で分級することによって製造することができる。
【００１９】
本発明で用いられる高珪酸ガラス粉末の最大粒子径は３０μｍ以下である。最大粒子径が３０μｍをこえると、焼成によって生成するムライト粒子の最大粒子径が１００μｍをこえる。最大粒子径は小さいほど好ましいが、高珪酸ガラスは一般に粒径が小さくなるほどＢ2 Ｏ3 含有量や水分含有量が増加するため、最大粒子径が１μｍであることが好ましい。
【００２０】
高珪酸ガラス粉末中のＢ2 Ｏ3 含有量は０．２％以下である。Ｂ2 Ｏ3 含有量が０．２％をこえると、高珪酸ガラスの融点が低下し、更に液相形成時の粘性も低下するため、ムライト偏析等による変色部を生じやすくなる。
【００２１】
高珪酸ガラス粉末中の水分含有量は１．０％以下である。水分含有量が１．０％をこえると、上記過剰Ｂ2 Ｏ3 を含有する場合と同様、高珪酸ガラスの融点が低下し、また液相形成時の粘性も低下して変色部が生じやすくなる。変色部の生成には、水分含有量の影響は著しく大きい。また、Ｂ2 Ｏ3 は吸湿しやすいので、Ｂ2 Ｏ3 はできるだけ少ないことが好ましい。水分量は、Ｂ2 Ｏ3 が吸湿した水分量も測定できるように、５００℃カールフィッシャー法で測定する。
【００２２】
ｈＢＮ粉末、α−アルミナ粉末、高珪酸ガラス粉末の混合原料において、ｈＢＮ粉末の割合が３０％未満では、硼素含有量が少なすぎてＢＮウェハとしては不適切である。また、８０％をこえると、ＢＮウェハの酸化時に生成するＢ2 Ｏ3 量が多くなりすぎ、変色部が生じやすくなる。その上、ゲルマニウムやシリコンの基板上に堆積するＢ2 Ｏ3 も多くなりすぎる。α−アルミナ粉末、高珪酸ガラス粉末の割合は、ムライトが生成する組成比とすることが最適である。
【００２３】
原料粉末は、ボールミル、振動ミル、リボンブレンダー、ヘンシェルミキサー等の一般的な方法で混合され、成形後、温度１４００〜１７００℃でホットプレス焼結されて本発明のＢＮウェハが製造される。
【００２４】
【実施例】
以下、実施例、比較例をあげて更に具体的に本発明を説明する。
【００２５】
本実験で使用した原料粉末の特性を表１に示す。ここで、最大粒子径は、マイクロトラック法で粒度分布を測定した際の９０％粒径（Ｄｐ９０）の値である。高珪酸ガラス粉末は、シリカ粉末と硼酸粉末を遊離Ｂ2 Ｏ3 含有量が表１になる割合で混合し、温度９００℃、保持時間１時間で仮焼した後、振動ミルを用い、表１の最大粒子径に粉砕したものである。
【００２６】
【表１】
0004394814.tif 000002
【００２７】
実施例１〜３、比較例１〜６
表１に示す原料粉末を表２に示す割合で配合し、振動ミルにより３時間混合した。この原料粉末を１５５０℃、１６０ＭＰａの条件でホットプレス焼結を行った後、直径１２７ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのＢＮウェハに加工した。
【００２８】
得られたＢＮウェハのＸ線回折を行ったところ、全実験例について、ｈＢＮとムライトが明確に同定された。ついで、ＢＮウェハ中のｈＢＮ含有量は配合比から、またムライト含有量はＸ線回折による標準添加法から測定した。また、ＢＮウェハの二次電子像及び反射電子像（１００倍）を観察し、ｈＢＮ粒子とムライト粒子の最大粒子径を測定した。
【００２９】
さらに、ＢＮウェハの変色部を光学顕微鏡で観察し、１００μｍをこえる色ムラやシミ等の変色部が見られないものを「○」、見られるものを「×」とした。
【００３０】
以上の結果を表２に示す。表２から、実施例１〜３のＢＮウェハは、１００μｍをこえる変色部が見られない高品質なものであることがわかる。これに対し、比較例１〜３、６では変色部が認められた。比較例４、５では変色部が見られなかったが、ＢＮウェハを１０５０℃の空気中で加熱したところ、比較例４ではＢ2 Ｏ3 の析出が多くなりすぎ、変色部が生じ、また比較例５では、Ｂ2 Ｏ3 の析出が十分でなく、いずれもＢＮウェハとしては不適切なものであった。
【００３１】
【表２】
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【００３２】
【発明の効果】
本発明のＢＮウェハは、光学顕微鏡観察による１００μｍをこえる変色部が見られない高品質なものであるため、ゲルマニウムやシリコンの基板上に均一なＢ2 Ｏ3 膜を堆積させることができる。これは、Ｐ型不純物として硼素をドーピングする一連の工程で非常に重要なことであり、今日の要求を十分に満たしているものである。
【００３３】
また、本発明のＢＮウェハの製造方法によれば、本発明の高品質ＢＮウェハを容易に製造することができる。とくに、高珪酸ガラス粉末の水分含有量を調節することによって、変色部の発生防止効果の再現性が良くなった。