(57)【要約】      （修正有）【課題】異種の不純物による混合拡散を抑制すると共に、熱拡散時に積層された半導体ウエハを熱処理後に容易に分離できる方法の提供。【解決手段】ウエハ積層体Ｓの介在に用いられる粉体層３に酸化アルミニウムを使用し、この酸化アルミニウムの介在量をコントロールして、該ウエハ積層体Ｓ内の隣接するウエハＷの対向面同士を接近させることにより、加熱処理に伴い第１不純物源層１及び第２不純物源層２に含まれる各不純物のドープ量が高くても、該酸化アルミニウムの粒子に沿って移動し該粉体層３の側面から外部空気に外方拡散する不純物の量が抑制されると共に、その余分な不純物を酸化アルミニウムが吸い取るため、各粉体層３の側面から外方拡散する不純物の量が抑制され、また粉体層３の酸化アルミニウムは加熱によりシリコンの溶融温度近くまで上昇しても相互に溶融結合しないため、加熱後に隣接するウエハＷの対向面同士が溶着せず容易に剥離可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散源を含む第１不純物源層（１）が形成される一方の主面（Ｗ１）と、この第１不純物源層（１）とは異なる拡散源を含む第２不純物源層（２）が形成される他方の主面（Ｗ２）とを有する半導体ウエハ（Ｗ）を複数枚準備する工程と、
これら複数枚の半導体ウエハ（Ｗ）を用いて、各々の上記第１不純物源層（１）同士と上記第２不純物源層（２）同士が粉体層（３）を介して対向するように配置させたウエハ積層体（Ｓ）を形成する工程と、
このウエハ積層体（Ｓ）を加熱して上記第１不純物源層（１）及び第２不純物源層（２）から各不純物を上記半導体ウエハ（Ｗ）の一方の主面（Ｗ１）及び他方の主面（Ｗ２）に同時拡散させる工程とを含む半導体ウエハの不純物拡散法において、
前記ウエハ積層体（Ｓ）の介在に用いられる粉体層（３）として酸化アルミニウムを使用し、この酸化アルミニウムの介在量をコントロールして、該ウエハ積層体（Ｓ）内の隣接するウエハ（Ｗ）の対向面同士を接近させることを特徴とする半導体ウエハの不純物拡散方法。
【請求項２】
拡散源を含む第１不純物源層（１）が形成される一方の主面（Ｗ１）と、この第１不純物源層（１）とは異なる拡散源を含む第２不純物源層（２）が形成される他方の主面（Ｗ２）とを有する半導体ウエハ（Ｗ）を複数枚準備する工程と、
これら複数枚の半導体ウエハ（Ｗ）を用いて、各々の上記第１不純物源層（１）同士と上記第２不純物源層（２）同士が粉体層（３）を介して対向するように配置させたウエハ積層体（Ｓ）を形成する工程と、
このウエハ積層体（Ｓ）を加熱して上記第１不純物源層（１）及び第２不純物源層（２）から各不純物を上記半導体ウエハ（Ｗ）の一方の主面（Ｗ１）及び他方の主面（Ｗ２）に同時拡散させる工程とを含む半導体ウエハの不純物拡散法において、
前記ウエハ積層体（Ｓ）の介在に用いられる粉体層（３）として酸化アルミニウムを使用し、この酸化アルミニウムの平均粒径が５０μｍよりも小さく、この酸化アルミニウムの占める平均密度が０．７９以上且つ３．３８ｇ/ｃｍ3以下であることを特徴とする半導体ウエハの不純物拡散方法。
【請求項３】
前記第１不純物源層（１）及び第２不純物源層（２）は、ドナー不純物やアクセプター不純物としてリン、ボロン、アルミニウム、アンチモン、ガリウムから選ばれる少なくとも１種を含有する請求項１または２記載の半導体ウエハの不純物拡散法。
【請求項４】
前記ウエハ積層体（Ｓ）の介在に用いられる酸化アルミニウムの平均粒径は１μｍ以上１０μｍ以下である請求項１、２または３記載の半導体ウエハの不純物拡散法。
【請求項５】
前記ウエハ積層体（Ｓ）の介在量は１０μｍ以上且つ１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の半導体ウエハの不純物拡散方法。
【請求項６】
拡散源を含む第１不純物源層（１）が形成される一方の主面（Ｗ１）と、この第１不純物源層（１）とは異なる拡散源を含む第２不純物源層（２）が形成される他方の主面（Ｗ２）とを有する半導体ウエハ（Ｗ）を複数枚準備する工程と、
これら複数枚の半導体ウエハ（Ｗ）を用いて、各々の上記第１不純物源層（１）同士と上記第２不純物源層（２）同士が粉体層（３）を介して対向するように配置させたウエハ積層体（Ｓ）を形成する工程と、
このウエハ積層体（Ｓ）を加熱して上記第１不純物源層（１）及び第２不純物源層（２）から各不純物を上記半導体ウエハ（Ｗ）の一方の主面（Ｗ１）及び他方の主面（Ｗ２）に同時拡散させる工程とを含む半導体基体の製造方法において、
前記ウエハ積層体（Ｓ）の介在に用いられる粉体層（３）として酸化アルミニウムを使用し、この酸化アルミニウムの介在量をコントロールして、該ウエハ積層体（Ｓ）内の隣接するウエハ（Ｗ）の対向面同士を接近させることを特徴とする半導体基体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる不純物の混合を抑制しつつ半導体ウエハの両面に不純物拡散領域を形成させる半導体ウエハの不純物拡散方法、及びその方法を用いた半導体基体の製造方法に関する。
詳しくは、拡散源を含む第１不純物源層が形成される一方の主面と、この第１不純物源層とは異なる拡散源を含む第２不純物源層が形成される他方の主面とを有する半導体ウエハを複数枚準備する工程と、これら複数枚の半導体ウエハを用いて、各々の上記第１不純物源層同士と上記第２不純物源層同士が粉体層を介して対向するように配置させたウエハ積層体を形成する工程と、このウエハ積層体を加熱して上記第１不純物源層及び第２不純物源層から各不純物を上記半導体ウエハの一方の主面及び他方の主面に同時拡散させる工程とを含む半導体ウエハの不純物拡散法、及びその方法を用いた半導体基体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の半導体ウエハの不純物拡散方法として、同種の不純物源層を対向させて複数枚の半導体ウエハをカーボン治具などを用いて積層し、これら不純物源層の間に粉体層として平均粒径約５０μｍのシリコンを充填することでウエハ積層体が形成され、このウエハ積層体を石英からなる円環状の包囲体内に略同心状に配置し、これらウエハ積層体の外周と包囲体の内周との間及びウエハ積層体の上面の空間に粉体カバーの粉体を充填し、更にウエハ積層体上の粉体の上に錘部材を載置するなどして該ウエハ積層体を粉体カバーにより包囲した状態で加熱して、第１及び第２の不純物源層から各不純物を半導体ウエハに同時拡散させるものがある（例えば、特許文献１参照）。
それにより、前記ウエハ積層体の外周を包囲する粉体カバーは、不純物拡散時に不純物源層から拡散した不純物が、粉体層を通じてウエハ積層体の外へ移動する際の障壁となって、不純物の移動速度を低下させている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２２９３７４号公報（第１−５頁、図１−４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし乍ら、このような従来の半導体ウエハの不純物拡散方法では、各半導体ウエハの不純物源層の間に粉体層として介在するシリコン粉体の粒径が５０μmで比較的大きいため、この大きな粒径分だけ隣接するシリコン粉体間の隙間が大きくなり、その結果、不純物拡散時に不純物源層から拡散した不純物が、粉体層を通じてウエハ積層体の外へ移動し易くなり、特に異種の不純物が混合拡散するという問題があった。
そこで、それを防止するために粉体カバーにより包囲した状態で加熱しなければならず、粉体カバーや円環状の包囲体を配備する必要がある分だけ構造が複雑化するという問題もあった。
また、シリコン粉体により拡散加熱時における各半導体ウエハの不純物源層同士の融着（密着）を防止しているが、特に拡散係数の大きいリンのドープ（供給）量が高いとシリコン粉体にも拡散して不純物源層と一体化し易くなり、加熱後に隣接するウエハＷの対向面同士が貼り付いて容易に分離し難くなるという問題もあった。
更に、粉体カバーが、半導体ウエハ、不純物源層及び粉体層の外周面並びに最上段の不純物源層の上面を含むウエハ積層体の最上面及び外周を完全に被覆して密封するため、この被覆状態で加熱処理を施すと、粉体カバー内におけるウエハ積層体の拡散加熱温度が上昇し易くなり、これに伴い各ウエハ間のシリコン粉体もその溶融温度近くまで上昇し、該シリコン粉体を介して各ウエハの対向面同士が融着（密着）する虞もあった。
【０００５】
そこで、本発明は、異種の不純物による混合拡散を抑制できると共に、熱拡散時に積層された半導体ウエハを熱処理後に容易に分離できる半導体ウエハの不純物拡散方法、及びその方法を用いた半導体基体の製造方法を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した目的を達成するために、本発明のうち第一の発明は、ウエハ積層体の介在に用いられる粉体層として酸化アルミニウムを使用し、この酸化アルミニウムの介在量をコントロールして、該ウエハ積層体内の隣接するウエハの対向面同士を接近させることを特徴とする半導体ウエハの不純物拡散法である。
第二の発明は、ウエハ積層体の介在に用いられる粉体層として酸化アルミニウムを使用し、この酸化アルミニウムの平均粒径が５０μｍよりも小さく、この酸化アルミニウムの占める平均密度が０．７９以上且つ３．３８ｇ/ｃｍ3以下であることを特徴とする。
第三の発明は、第一の発明または第二の発明の構成に、前記第１不純物源層及び第２不純物源層は、ドナー不純物やアクセプター不純物としてリン、ボロン、アルミニウム、アンチモン、ガリウムから選ばれる少なくとも１種を含有する構成を加えたことを特徴とする。
第四の発明は、第一の発明、第二の発明または第三の発明の構成に、前記ウエハ積層体の介在に用いられる酸化アルミニウムの平均粒径は１μｍ以上１０μｍ以下である構成を加えたことを特徴とする。
第五の発明は、第一の発明、第二の発明、第三の発明または第四の発明の構成に、前記ウエハ積層体の介在量は１０μｍ以上且つ１ｍｍ以下である構成を加えたことを特徴とする。
また、第六の発明は、ウエハ積層体の介在に用いられる粉体層として酸化アルミニウムを使用し、この酸化アルミニウムの介在量をコントロールして、該ウエハ積層体内の隣接するウエハの対向面同士を接近させることを特徴とする半導体基体の製造方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、ウエハ積層体の介在に用いられる粉体層に酸化アルミニウムを使用し、この酸化アルミニウムの介在量をコントロールして、該ウエハ積層体内の隣接するウエハの対向面同士を接近させることにより、加熱処理に伴い第１不純物源層及び第２不純物源層に含まれる各不純物のドープ（供給）量が高くても、粉体層の酸化アルミニウムの粒子を介して対向する同種の不純物源層間に移動するだけで、該酸化アルミニウムの粒子に沿って移動し該粉体層の側面から外部空気（雰囲気）に外方拡散する不純物の量が抑制されると共に、その余分な不純物を酸化アルミニウムが吸い取るため、各粉体層の側面から外方拡散する不純物の量が抑制され、また粉体層の酸化アルミニウムは加熱によりシリコンの溶融温度近くまで上昇しても粉体が相互に溶融結合しないため、加熱後に隣接するウエハの対向面同士が溶着せず容易に剥離可能となる。
従って、異種の不純物による混合拡散を抑制することができると共に、熱拡散時に積層された半導体ウエハを熱処理後に容易に分離することができる。
その結果、ウエハ積層体の介在に用いられる粉体層が粒径５０μmのシリコンを使用して粉体カバーにより包囲した状態で加熱する従来のものに比べ、所望の優れた電気的特性を有する信頼性の高い半導体チップを歩留り良く且つ効率的に生産することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明による半導体ウエハの不純物拡散方法の実施形態として、図１（ａ）〜（ｇ）に示す如く、拡散炉Ｄを用いた固相拡散によりシリコン半導体ウエハＷの表面Ｗ１，Ｗ２に異なる不純物を拡散（ドライブイン）させる拡散ウエハの製造方法について説明する。
【０００９】
上記半導体ウエハＷとしては、例えばラップ処理後に洗浄したものを複数枚用意し、その一方の主面Ｗ１に、リン（Ｐ）やアンチモン（Ｓｂ）などのＮ形不純物からなる拡散源をスピン法などにより塗布するか又は印刷して、この不純物の拡散温度より低い温度（約５００℃以上）で焼成することにより、Ｎ形不純物が硬化して第１不純物源層１を形成する。
【００１０】
また、上記半導体ウエハＷの他方の主面Ｗ２には、ボロン（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）などのＰ形不純物からなる拡散源をスピン法などにより塗布するか又は印刷して、この不純物の拡散温度より低い温度（約５００℃以上）で焼成することにより、Ｐ形不純物が硬化して第２不純物源層２を形成する。
【００１１】
そして、これら複数枚の半導体ウエハＷを用い、各々の一方の主面Ｗ１に形成された上記第１不純物源層１同士と、他方の主面Ｗ２に形成された上記第２不純物源層２同士が相互に向き合うように配置させ、これら半導体ウエハＷの間には後述する粉体層３を介して積み重ねる（スタックする）ことにより、ウエハ積層体Ｓを形成する。
【００１２】
上記粉体層３としては、酸化アルミニウムを使用し、この酸化アルミニウムの平均粒径が５０μｍよりも小さく、この酸化アルミニウムの占める平均密度が０．７９以上且つ３．３８ｇ/ｃｍ3以下とする。
好ましくは約１〜１０μｍ以下の酸化アルミニウムを使用し、この酸化アルミニウムの介在量を好ましくは約１０μｍ〜１ｍｍにコントロールして、該ウエハ積層体Ｓ内の隣接するウエハＷの対向面同士を接近させる。
【００１３】
このウエハ積層体Ｓの介在に用いられる酸化アルミニウムの介在量コントロール方法としては、上述の範囲の平均粒径を有する酸化アルミニウムの粉体を各ウエハＷの表面全体に亘り略均一な密度（酸化アルミニウムの占める平均密度が約０.８〜３.４ｇ/ｃｍ３）及び厚さ（約１０μｍ〜１ｍｍ）で付着させる。
より詳しく説明すれば、上述の範囲の平均粒径を有する酸化アルミニウムの各粉体に静電気を帯びさせて各半導体ウエハＷに散布することで付着させると共に、その帯電量を調整することにより該粉体の付着密度及び厚さを上述の範囲となるようにコントロールすることが好ましい。
【００１４】
一方、前記拡散炉Ｄは、例えば従来周知構造の横型拡散炉であり、石英管Ｄ１と、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、このボードＤ２に上記ウエハ積層体Ｓを各ウエハＷが略垂直に立つ横積み状態にして載置した後、石英管Ｄ１に挿入してから、例えば窒素ガスなどの不活性ガスＤ５を石英管Ｄ１内に供給しつつ、均熱管Ｄ３及びヒータＤ４により不純物の拡散開始温度（約８００℃）〜シリコンの溶融温度（約１３５０℃）まで昇温して所定時間熱処理する。
【００１５】
次に、斯かる半導体ウエハＷの不純物拡散方法を工程順に従って説明する。
先ず、図１（ａ）に示す如く、洗浄処理されたウエハＷの一方の主面Ｗ１に、リンやアンチモンなどのＮ形不純物を塗布又は印刷する。
その後、図１（ｂ）に示す如く、このＮ形不純物が塗布又は印刷されたウエハＷを、該Ｎ形不純物の拡散温度より低い温度（約５００℃以上）で焼成して、第１不純物源層１が形成される。
【００１６】
これに続いて、図１（ｃ）に示す如く、上記ウエハＷの他方の主面Ｗ２に、ボロンやアルミニウムなどのＰ形不純物を塗布又は印刷する。
その後、図１（ｄ）に示す如く、該Ｐ形不純物の拡散温度より低い温度（約５００℃以上）で焼成して、第２不純物源層２が形成される。
【００１７】
このようにして得られたウエハＷには、図１（ｅ）に示す如く、上記粉体層３の酸化アルミニウムの粉体に静電気を帯びさせるなどして、その表面全体に亘り略均一な高密度（酸化アルミニウムの占める平均密度が約０.８〜３.４ｇ/ｃｍ３）及び厚さ（約１０μｍ〜１ｍｍ）で付着する。
【００１８】
そして、このようなウエハＷを、図１（ｆ）に示す如く、各々の一方の主面Ｗ１に形成された上記第１不純物源層１同士と、他方の主面Ｗ２に形成された上記第２不純物源層２同士が相互に対向するように積み重ねると、これらウエハＷの間には粉体層３の酸化アルミニウムが介在してウエハ積層体Ｓとなる。
【００１９】
その後、図１（ｇ）に示す如く、このウエハ積層体Ｓを各ウエハＷが略垂直状に立つ横積みに向きを変えてから、上記拡散炉ＤのボードＤ２上に載置する。
この際、粉体層３の酸化アルミニウムの粉体を静電気の利用によって各ウエハＷの表面全体に付着したため、ウエハ積層体Ｓが横積みに向きを変えて各ウエハＷが略垂直状に立っても、それらに付着した酸化アルミニウムの粉体は静電気力により重力で落下せず、そのまま付着保持される。
【００２０】
このボードＤ２によってウエハ積層体Ｓを石英管Ｄ１内に挿入し、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により熱処理を行うと、高温度雰囲気（約８００℃〜１３５０℃）中で各ウエハＷの第１不純物源層１及び第２不純物源層２に含まれる各不純物が、一方の主面Ｗ１及び他方の主面Ｗ２に同時拡散される。
【００２１】
この際、これら第１不純物源層１及び第２不純物源層２に含まれる各不純物のドープ（供給）量が高くても、粉体層３の酸化アルミニウムの砥粒、密度及び粉体層３の厚みを本発明で示すようにコントロールすることで、粉体層３の酸化アルミニウムの粒子を介して対向する同種の不純物源層間に移動するものの、該酸化アルミニウムの粒子に沿って移動し該粉体層３の側面から外部空気に拡散する不純物の量が抑制される。
これと同時に、その余分な不純物は粉体層３の酸化アルミニウムが吸着する。
それにより、各粉体層３の側面から外部空気に拡散する各不純物の量が抑制されるため、異種の不純物による混合拡散を抑制できる。
【００２２】
また、粉体層３の厚みを１０μｍ以上とすることで粉体層３の酸化アルミニウムは、不純物源層から拡散する不純物（特に拡散係数の大きいリン）によって不純物源層と一体化せず残存するため容易に剥離可能となって、拡散時にウエハ積層体Ｓとして積層された各ウエハを熱処理後に容易に分離できる。
これと逆に粉体層３の厚みを１ｍｍ以下とすることで、粉体層３の酸化アルミニウムで吸収される不純物の量が所望する程度以上となることを抑制し、半導体ウエハ両面の不純物拡散領域の不純物拡散濃度を所望する濃度（例えば１×１０３〔Ａ/ｃｍ３〕以上とすることができる。
【００２３】
従って、斯かる半導体ウエハＷの不純物拡散方法は、特開２００３−２２９３７４号に開示されるような粉体カバーに代えて、従来から用いられている拡散炉Ｄを使用するため、バッチ処理により一度にまとめて大量に加熱処理可能となるから、それによって製造される半導体基体の生産効率を著しく向上できると共に、粉体カバーを用意する必要がないからその分だけコストの低減化が図れるという利点がある。
【００２４】
尚、前示実施例では、前記ウエハ積層体Ｓの介在に用いられる酸化アルミニウムの介在量コントロール方法として、酸化アルミニウムの粉体に静電気を帯びさせて各ウエハＷの表面全体に付着させたが、これに限定されず、各ウエハＷの表面全体に亘り略均一な密度及び厚さで付着できれば、静電気以外の方法で介在量をコントロールしても良い。
更に、前記拡散炉Ｄとして横型拡散炉を使用したが、これに限定されず、例えば特開２００３−２２９３７４号に開示されるような粉体カバーを使用せずに縦型拡散炉を使用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施例を示す半導体ウエハの不純物拡散方法の概略図であり、その工程順に従って（ａ）〜（ｇ）に示している。
【符号の説明】
【００２６】
Ｗ  半導体ウエハ                    Ｗ１  一方の主面
Ｗ２  他方の主面                    １  第１不純物源層
２  第２不純物源層                  ３  粉体層
Ｓ  ウエハ積層体                    Ｄ  拡散炉
【図１】
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