(57)【要約】【課題】  高濃度不純物拡散層と非拡散層の２層構造の拡散ウェーハ製造において、非拡散層内の転位密度を所要レベルに簡便にしかも自在に調節する。【解決手段】  シリコンインゴットを所定厚さにスライスし素材ウェーハ１１を形成する工程、素材ウェーハ１１をラッピング加工し両面に加工歪み層１２を形成する工程、加工歪み層１２表面のエッチング除去層１３を化学薬液で制御してエッチング除去する工程、素材ウェーハ１１の両面に不純物を所定の深さに拡散し高濃度不純物拡散層１４と非拡散層１５を形成する工程、素材ウェーハ１１をその厚み幅の中央部に沿い二分割して２層構造の拡散ウェーハ１６にする工程、を有する。ここで、上記エッチング除去の工程において加工歪み層１２の表面のエッチング量を制御することにより非拡散層１５内の転位密度を調節する。【選択図】  図１
2009152419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェーハの一方の面に高濃度の不純物が拡散された拡散層を有し、他方の面に不純物が拡散されていない非拡散層を有する２層構造から成り、前記非拡散層の表面に所要密度の転位が形成される拡散ウェーハの製造方法であって、
シリコン単結晶のインゴットを所定の厚さにスライスした素材ウェーハを形成する工程と、
前記素材ウェーハをラッピング加工し両面に加工歪み層を形成する工程と、
前記加工歪み層の表面を化学薬液によりエッチングする工程と、
前記エッチング後に、前記素材ウェーハの両面に前記不純物を所定の深さに拡散し前記両面に拡散層を形成する工程と、
前記素材ウェーハの厚み幅の中央線に沿った二分割あるいは前記両面の拡散層の一方を研削除去して、前記素材ウェーハを前記２層構造の拡散ウェーハにする工程と、
を有し、前記エッチングの工程において前記加工歪み層のエッチング量を制御することにより前記転位を所要密度に調節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】
前記エッチング量は、前記加工歪み層の表面からの深さが４μｍ〜９μｍの範囲で制御され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】
前記転位の密度は、前記非拡散層の面内での平均が１５００個／ｃｍ２以上から１００００個／ｃｍ２以下の範囲で調節されることを特徴とする請求項２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、高濃度不純物拡散層と非拡散層の２層構造から成る拡散ウェーハの製造方法に係り、特にデスクリートデバイスの高周波特性を良好にするために非拡散層内に生成させる転位の密度を簡便に自在に調節する拡散ウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トランジスタやダイオード等のデスクリートデバイス用の半導体基板として、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（非拡散層）の２層構造からなる拡散ウェーハが使用される。
【０００３】
上記拡散ウェーハの製造方法では、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単結晶のインゴットをスライスして拡散前の素材ウェーハを形成する。そして、この素材ウェーハの表裏面にラッピング処理あるいはエッチング処理を施す。ここで、上記素材ウェーハの厚さは最終製品である拡散ウェーハの厚さの例えば２倍以上と厚くなる。
【０００４】
そして、素材ウェーハを拡散炉内に投入し、リン、ボロン等のドープガスを含む雰囲気下の熱処理により不純物デポジション（デポ拡散）を行い、その後に高温の熱処理を施し上記デポジションした不純物を所定の深さに拡散させるスランプ拡散を行って素材ウェーハの両面側に高濃度不純物拡散層を形成する。更に、形成した拡散層の一方を除去して所望の非拡散層厚さに研削、研磨したり、又は、ウェーハ厚さ方向の中央部（非拡散層）で二分割して非拡散層を露出させその表面を所望の非拡散層厚さに研削、研磨することで、上記拡散ウェーハを製造する。
【０００５】
上記不純物拡散では、リンおよびボロンの正四面体半径がシリコン格子よりも小さく、上記スランプ拡散の降温時において、拡散層が非拡散層よりも収縮し易い。そして、この拡散層と非拡散層との間の熱膨張係数の違いから非拡散層あるいは拡散層に生じる熱応力により、非拡散層内および拡散層に転位が発生するようになる。通常では、非拡散層に作製される半導体素子はこの転位により耐圧等の電気特性が劣化することから、低い転位密度が要求されるが、一方で、転位の存在は半導体素子の高周波特性を良好にすることができることから、素子によっては高いレベルの転位密度が要求される。
【０００６】
このように、非拡散層に要求される転位レベルは決して一律でなく、半導体デバイスを製造する側の顧客ニーズに応じた拡散ウェーハの製造が必要とされる。そこで、デスクリート用基板を対象とし、非拡散層の転位密度を所要レベルに合わせ込む拡散ウェーハの製造方法が提示されている（例えば、特許文献１参照）。この製造方法では、転位密度が５０００個／ｃｍ２以下のレベルにおいて、上記シリコンインゴットをスライスして形成した素材ウェーハの厚さを調整してから高濃度不純物拡散を行う。ここで、非拡散層内の転位密度は、一定の拡散層深さにあって素材ウェーハの厚みが大きくなるに従い単調に減少する関係が成り立つとしている。そこで、特許文献１では、要求された転位密度になるように素材ウェーハ厚さを適宜に調整する方法がとられる。
【０００７】
しかし、この素材ウェーハの厚さを調整することにより転位密度の所要レベル合わせ込みを行う拡散ウェーハの製造方法では、要求される転位密度が低くなるとそれに合わせて素材ウェーハの厚みを大きくしなければならない。このために、所定の拡散層深さおよび非拡散層厚さを有する最終製品の拡散ウェーハに対し必要とされる素材ウェーハは、その厚みが大きくなり無駄になる部分が必然的に増大する。そして、このシリコンインゴット原材料の無駄な消費により拡散ウェーハの製造コストが高くなる。また、逆に要求される転位密度が高レベルになると素材ウェーハの厚みを小さくしなければならず、非拡散層の厚さが大きくなるとそれを所定の規格内にすることが困難になる。このように、非拡散層内に生成させる転位の密度レベルを自在に調節することが難しい場合が生じる。
【特許文献１】特開第２９７５９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、高濃度不純物拡散層と非拡散層の２層構造から成る拡散ウェーハの製造方法であって、デスクリート用基板を対象とし、非拡散層内の転位密度を所要レベルに簡便にしかも自在に調節すると共にシリコンインゴット原材料の無駄な消費を低減することができる拡散ウェーハの製造方法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】
【０００９】
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、シリコンウェーハの一方の面に高濃度の不純物が拡散された拡散層を有し、他方の面に不純物が拡散されていない非拡散層を有する２層構造から成り、前記非拡散層の表面に所要密度の転位が形成される拡散ウェーハの製造方法であって、シリコン単結晶のインゴットを所定の厚さにスライスした素材ウェーハを形成する工程と、前記素材ウェーハをラッピング加工し両面に加工歪み層を形成する工程と、前記加工歪み層の表面を化学薬液によりエッチングする工程と、前記エッチング後に、前記素材ウェーハの両面に前記不純物を所定の深さに拡散し前記両面に拡散層を形成する工程と、前記素材ウェーハの厚み幅の中央線に沿った二分割あるいは前記両面の拡散層の一方を研削除去して、前記素材ウェーハを前記２層構造の拡散ウェーハにする工程と、を有し、前記エッチングの工程において前記加工歪み層のエッチング量を制御することにより前記転位を所要密度に調節する、という構成になっている。
【００１０】
上記発明の好適な実施態様では、前記エッチング量は、前記加工歪み層の表面からの深さが４μｍ〜９μｍの範囲で制御される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の構成により、高濃度不純物拡散層と非拡散層の２層構造から成る拡散ウェーハの製造において、非拡散層内の転位密度が所要レベルに簡便にしかも自在に調節される。そして、シリコンインゴット原材料の無駄な消費が低減され拡散ウェーハ製造の低コスト化が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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主要な工程別ウェーハ断面図である。図２は本実施形態にかかる拡散ウェーハの製造方法の効果の説明に供する素材ウェーハの断面図である。ただし、図面は模式的なものであって各寸法の比率等は現実のものと異なる。
【００１３】
例えばＦＺ法又はＭＣＺ法で引上げ育成したｎ導電型のシリコン単結晶のインゴットをスライスし所定の厚さの素材ウェーハ１１を形成する（図１（ａ））。そして、この素材ウェーハ１１の表面および裏面をラッピング加工し、両面にマイクロクラック、破砕層を含む加工歪み層１２を形成する（図１（ｂ））。ここで、ラッピング加工に使用する砥粒は例えば＃８００〜＃１５００程度のアルミナ、シリカ等を使用し、例えば片面のラッピング取代１０μｍ程度にして両面に同じ加工歪みを施す。
【００１４】
次に、化学薬液をエッチャントにしたウェットエッチングにより上記加工歪み層１２の表面をそのエッチング量の制御の下にエッチング除去層１３として除去する（図１（ｃ））。ここで、エッチャントとしては例えば水酸カリウム（ＫＯＨ）を含むアルカリ性の化学薬液あるいは硝酸（ＨＮＯ３）とフッ酸（ＨＦ）を含む酸性の化学薬液が好適に使用される。そして、例えば温度制御した上記化学薬液中に加工歪み層１２の形成された素材ウェーハ１１を浸漬させ、所定時間エッチングして加工歪み層１２のエッチング量を制御する。
【００１５】
上記加工歪み層１２の表面のエッチング量と、非拡散層の表面に生成する転位密度（以下、ＥＰＤ：Ｅｔｃｈ  Ｐｉｔ  Ｄｅｎｓｉｔｙという）とは対応しており、エッチング量を制御することで上記ＥＰＤを所要レベルに容易に合わせ込むことができる。ここで制御されるエッチング量であるエッチング除去層１３の厚さは加工歪み層１２表面からの深さ４μｍ〜９μｍが好適である。これは、９μｍ以下であると上記ＥＰＤは加工歪み層１２のエッチング量と共に単調に増加する関係が成り立ち、エッチング量の制御によりＥＰＤが安定して所要の値に調節できるからである。
【００１６】
ここで、エッチング量が４μｍ未満であると非拡散層面内におけるＥＰＤの均一性が低下してくる。また、エッチング量が９μｍを超えてくるとＥＰＤは加工歪み層１２のエッチング量と共に単調に減少するようになる。なお、従来技術では加工歪み層のエッチング量は、通常２μｍ以下であり、ラッピング砥粒の摺接によって加工歪み層の最表面に摺り込まれ残留する砥粒を除去する程度、あるいは加工歪み層を除去する程度に決められている。
【００１７】
次に、リン不純物を含むドープガス、窒素キャリアガスおよび酸素の混合ガス雰囲気下で不純物のデポ拡散を行い、更に上記拡散で形成されるリンガラス層を除去する。そして、例えばアルゴンあるいは希釈酸素等のガス雰囲気下で、素材ウェーハ１１の表裏面にデポジションした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１４を素材ウェーハ１１の両面に形成し、素材ウェーハ１１の内部領域に不純物が拡散しない非拡散層１５を形成する（図１（ｄ））。このスランプ拡散の条件により、高濃度不純物拡散層１４の拡散層深さＸｊは、半導体素子の規格により例えば１５０μｍ〜３００μｍ程度になるように制御される。
【００１８】
次に、図１（ｄ）状態の素材ウェーハ１１を、従来技術で説明したのと同様にその厚み幅の中央線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１５および高濃度不純物拡散層１４を有する拡散ウェーハ１６が２枚に形成される。そして、二分割して形成した状態の拡散ウェーハ１６の周縁をリング状に削除する外周研削を施し、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１５の厚さを有する拡散ウェーハ１６にする。
【００１９】
このようにして、高濃度不純物拡散層１４と非拡散層１５の２層構造から成り、非拡散層１５に所要のＥＰＤを有する拡散ウェーハ１６が製造される。上記加工歪み層１２の表面のエッチング量を制御して非拡散層１５内のＥＰＤを所要レベルにする方法では、ＥＰＤは１５００個／ｃｍ２〜１００００個／ｃｍ２の範囲であれば極めて簡便にしかも自在に調節される。
【００２０】
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）の素材ウェーハ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（ｅ）で説明した面取りの工程で形成してもよい。
【００２１】
上記実施形態では、図２に示すように、シリコン単結晶のインゴットをスライスし両面をラッピング加工した状態での素材ウェーハ１１の厚さＴは（１）式を満たすようになる。
【００２２】
【数１】
2009152419.tif 000003
ここで、Ｘｊは高濃度不純物拡散層１４の深さ、Ｘｉは最終製品の拡散ウェーハ１６における非拡散層１５の厚さ、βはエッチング除去層１２の厚さである。そして、α１は拡散ウェーハ１６にするための機械加工あるいはエッチング等における取代を考慮して適宜に決められる定数である。また、Ｘｉは最終製品の規格により種々の厚さにできるが、例えばＸｉ≧２０μｍであれば好適である。
【００２３】
上述した（１）式に示すα１はほぼ機械加工の精度により略一定に決められ、従来技術のように非拡散層のＥＰＤの合わせ込みと共に変化することはない。しかも、顧客ニーズに合わせて所要レベルのＥＰＤを極めて簡便にしかも自在に非拡散層内に生成することができる。このために、従来技術において生じていた問題は全て解消される。また、加工歪み層１２の表面のエッチング量は両側合わせた２βは２０μｍ程度であり、このエッチング取代による原材料の消費は僅かに抑えられる。
【００２４】
上記実施形態では、図１で説明したウェーハの厚み幅の中央線に沿った二分割の他に、例えば図１（ｄ）で示した高濃度不純物拡散層１４の一方を切削除去し、更に非拡散層１５を所望の厚さに研削、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２で示したのと同様な素材ウェーハ１１の厚さＴは（２）式を満たすようになり、１枚の素材ウェーハ１１から１枚の拡散ウェーハ１６が製造される。
【００２５】
【数２】
2009152419.tif 000004
ここで、Ｘｊは高濃度不純物拡散層１４の深さ、Ｘｉは最終製品の拡散ウェーハ１６における非拡散層１４の厚さ、βはエッチング除去層１２の厚さである。そして、α２は拡散ウェーハ１６にするための機械加工あるいはエッチング等における取代を考慮して適宜に決められる定数である。
【００２６】
この場合でも（２）式に示すα２は、ほぼ機械加工の精度により決められてほぼ一定になり、ＥＰＤを顧客ニーズに合わせて極めて簡便に自在に変えることができる。このために、（１）式の場合と同様に従来技術で生じていた問題は全て解消される。
【００２７】
本実施形態では、上記ラッピング加工により素材ウェーハ１１表裏面に形成した加工歪み層１２は、その後の素材ウェーハ１１の高温（例えば１２００〜１３００℃）で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充分に有し、非拡散層１５に転位を発生させない程度に形成されている。そこで、図１（ｃ）に説明したように、加工歪み層１２の表面を化学薬液により適宜なエッチング量で除去することにより上記加工歪み層１２の上記熱応力の吸収緩和能力を変え、例えば、非拡散層１５に転位を発生させるようにする。そして、上記エッチング量を制御することにより非拡散層１５に発生する転位の密度を調節する。
【００２８】
このようにすることにより、高濃度不純物拡散層と非拡散層の２層構造から成る拡散ウェーハの製造において、非拡散層内の転位密度が所要レベルに簡便にしかも自在に調節できるようになる。そして、シリコン単結晶のインゴット原材料の無駄な消費が低減するようになり、拡散ウェーハ製造の低コスト化が極めて容易になる。
【実施例】
【００２９】
次に、実施例により本発明の効果について具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。以下、シリコン単結晶のインゴットはＦＺ法で育成した。そして、それをスライスして作製した素材ウェーハの基準厚さは実施例では全て１．１ｍｍとし、比較例では４４０μｍとした。上記素材ウェーハのラッピング加工は水準Ａと水準Ｂの２種類に分け、水準Ａを実施例１〜３および比較例に適用し、水準Ｂを実施例４〜６に適用した。また、ラッピング加工で形成した加工歪み層のエッチングは硝酸（ＨＮＯ３）とフッ酸（ＨＦ）との混酸によりエッチング時間を変えその量を制御した。
【００３０】
上記加工歪み層のエッチング後、全ての実施例および比較例においてそれぞれロット単位でリン不純物の拡散を行った。ここで、不純物拡散における条件は温度の昇降レートも含めて同一とし、デポ拡散は１１５０℃、スランプ拡散は１３００℃で行って高濃度不純物拡散層の深さＸｊが１５０μｍ、非拡散層の厚さＸｉが１１５μｍになるようにした。そして、全ての実施例では拡散後の素材ウェーハは二分割し所要の研削、鏡面研磨を施し口径１２５ｍｍの拡散ウェーハを作製した。なお、比較例では拡散後の素材ウェーハの片側の拡散層を研削除去し、非拡散層の研削および鏡面研磨により拡散ウェーハとした。
【００３１】
その後、各実施例および比較例のロット単位の拡散ウェーハのうちモニターとした１枚の拡散ウェーハをライトエッチングし、その非拡散層の表面に生成されたエッチピットを面内９箇所で計数して平均ＥＰＤおよびその面内バラツキを求めた。また、角度研磨した表面をライトエッチングして非拡散層内部および高濃度不純物拡散層内部のＥＰＤについても調べた。
【００３２】
（実施例１〜３）
これ等の実施例では水準Ａのラッピング加工を施している。このラッピング加工では枚葉式のラッピング装置において＃１２００のシリカ砥粒を用い加工歪み層の厚さが２５μｍ程度になるようにした。そして、加工歪み層の表面の化学薬液によるエッチング量は、実施例１で４μｍ、実施例２で６μｍ、実施例３で１１μｍとした
【００３３】
（比較例）
比較例において上記実施例１〜３と同じ条件で水準Ａのラッピング加工を施している。そして、加工歪み層の表面の化学薬液によるエッチング量は、加工歪み層の最表面に摺り込まれ残留した砥粒を除去する１μｍ以下にした。
【００３４】
上記実施例１〜３の結果について図３に示す。ここで、図３の縦軸には上述した平均ＥＰＤを示している。実施例１では、平均ＥＰＤは２，３７０個／ｃｍ２程度になるのに対し、実施例２では平均ＥＰＤは６，１５０個／ｃｍ２と増加した。しかし、実施例３では平均ＥＰＤは２，８８０個／ｃｍ２と実施例２の場合よりも減少するようになる。これに対して、比較例では非拡散層内の転位の発生は殆ど見られなかった。これは、上記ラッピング加工において、加工歪み層は高温（例えば１３００℃）で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充分に具備するように形成されていることを示す。
【００３５】
（実施例３〜実施例６）
これ等の実施例では水準Ｂのラッピング加工を施している。このラッピング加工では枚葉式のラッピング装置において＃１２００のアルミナ砥粒を用い加工歪み層の厚さが３０μｍ程度になるようにした。そして、加工歪み層の表面の化学薬液によるエッチング量は、実施例４で４μｍ、実施例５で９μｍ、実施例６で１０μｍとした。
【００３６】
上記実施例４〜６の結果について図４に示す。図４の縦軸は平均ＥＰＤを示している。実施例４では、平均ＥＰＤは約２，０００個／ｃｍ２程度になるのに対し、実施例５では平均ＥＰＤは約５，３２０個／ｃｍ２と増加した。しかし、実施例６では平均ＥＰＤは約３，０３０個／ｃｍ２と実施例５の場合よりも減少した。
【００３７】
以上のことから、高濃度不純物拡散層と非拡散層の２層構造から成る２層構造の拡散ウェーハの製造において、本実施形態で説明した加工歪み層のエッチング量の制御により、非拡散層内の所要レベルのＥＰＤを自在に調整できることが確認された。
【００３８】
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。
【００３９】
上記実施形態では、主に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。
【００４０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【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主要な工程別ウェーハ断面図である。
【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効果の説明に供する素材ウェーハの模式的な断面図である。
【図３】本発明の実施例１〜３における拡散ウェーハの非拡散層の表面の平均ＥＰＤを示すグラフである。
【図４】本発明の実施例４〜６における拡散ウェーハの非拡散層の表面の平均ＥＰＤを示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１１  素材ウェーハ
１２  加工歪み層
１３  エッチング除去層
１４  高濃度不純物拡散層
１５  非拡散層
１６  拡散ウェーハ
【図１】
2009152419.tif 000005
【図２】
2009152419.tif 000006
【図３】
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【図４】
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