JPH01170019A - 不純物拡散方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、パワートランジスタ等の半導体装置の基板
として用いられるシリコンウェーハの不純物拡散方法に
関する。

［従来の技術］ パワートランジスタ等の半導体装置の基板として用いら
れるシリコンウェーハ（以下、ウェーハと略称する）の
製造工程において、例えばｎ型のウェーハに燐元素を拡
散させてｎ°領領域形成するように、ウェーハ表面に不
純物元素を高濃度に拡散させて、トランジスタのコレク
タ部分の直列抵抗を減少させることが行われている。こ
の不純物元素の拡散方法には種々の方法があるが、例え
ば、特公昭５６−３９０４９　（特許番号１０９３０８
２号）に記載されているように、ウェーハに不純物元素
を供給して、ウェーハ表面に不純物元素を高濃度で含ん
だ表面層を形成さ仕るプレデポジション段階と、この表
面層が形成されたウェーハを、相互に重ね合わせ密着せ
しめた上で熱処理し、上記表面層からウェーハに不純物
元素を拡散させ、所要濃度の拡散層を形成させるドライ
ブイン段階とから成る二段階拡散方法が知られている。

上記二段階拡散方法におけるプレデポジション段階にお
いて、ウェーハに不純物元素を供給する方法としては、
ボックス法、液相法、固相法、気相法、及びペインティ
ング法等が知られている。

これら各方法の中で、液相法は、拡散源として液相の不
純物元素化合物、例えばオキシ塩化燐（ＰＯＣｌ２）、
臭化燐（ＰＢｒｓ）あるいは三臭化硼素（ＢＢｒ３）等
を用い、この液相の不純物元素をキャリアガスにてバブ
リングさせてウェーハ表面に供給し、ウェーハ表面に不
純物元素のガラス層を形成させるものであり、以下この
液相法をｎ型のウェーハに、燐元素が拡散されたｎ゛領
域形成する場合を例にとり、第７図に基きながら装置、
手順の順に説明する。

第７図において符号ｌは石英ポートである。この石英ポ
ートｌには、その上面に、複数枚の円形のｎ型のウェー
ハ２を、その表面と直交する方向に等間隔に隙間を空け
て立設さけるための溝部！ａが多数形成されている。ま
た、符号３は拡散炉である。この拡散炉３は、一端が開
放され、ざらに他端に不純物元素を導入するための不純
物元素導入部（以下、導入部と略称する）４ａが形成さ
れた石英チューブ４と、この石英チューブ４の外周面を
覆うヒーター５とからなるものである。そして、上記石
英チューブ４の導入部４ａは、図示しない不純物元素供
給源と接続されている。この不純物元素供給源は、約２
０°Ｃに保たれた液相の不純物元素化合物、すなわち燐
元素の化合物、例えばオキシ塩化燐（ＰＯＣｌ２）、三
臭化燐（ＰＢｒ、）あるいは塩化燐（ＰＣＩ）に、酸素
ガスをバブリングさせるか、もしくは窒素ガスをバブリ
ングさせて不純物を含むキャリアガスを拡散炉３内に送
り込むものである。なお、この時必要とされる燐量は、
例えば、ウェーハｔｏｏｏ枚を抵抗５Ωにする場合では
、１００μｇ単位の微量であり、バブリングにより十分
な量が供給可能である。従って、不純物拡散に当たって
は、余分な不純物、例えば指紋（指紋はリンを含む）を
付けたり、汗を付けることは厳禁される。また、キャリ
アガスとして窒素ガスを用いた場合には、同時に酸素ガ
スも一緒に拡散炉３へ送られるようになっている。

次に、上記構成の装置を用いて、ウェーハ２に不純物元
素を含んだ表面層を形成する手順を説明する。

まず、ｎ型の各ウェーハ２を、前処理として弗酸−硝酸
系のエツチング液にて厚さ数μｍの洗浄エツチングを行
うか、または一連の有機溶剤洗浄または強酸洗浄を行い
、引き続いてウェーハ２を乾燥窒素等で乾燥させる。

次に、上記前処理が終わったウェーハ２を、上記石英ポ
ートｌの溝部１ａに挿入して、石英ポートｌ上に各ウェ
ーハ２を立設させ、ついで、石英ポートｌを、拡散炉３
内のヒーター５に覆われた均熱部分に挿入する。

ついで、ヒーター５を加熱して、拡散炉３内の温度をｔ
ｏｏｏ″Ｃ以上の所要の温度まで昇温さ仕ると共に、不
純物元素供給源内の液相の燐元素化合物中に、酸素ガス
ないしは窒素ガスをバブリングさせて不純物を含むキャ
リアガスを拡散炉３の石英チューブ４の導入部４ａから
拡散炉３内に導入する。なお、窒素ガスをバブリングさ
せるときは、同時に酸素ガスも一緒に拡散炉３内に送り
込む。すると、燐元素の化合物、例えばオキシ塩化燐（
ＰＯＣｌ２）は、 Ｐ　ＯＣＩ　ｓ＋３／４０ｔ→ｌ／２Ｐ　ｔＯｓ＋３／
２Ｃ１２のように酸化反応を起こして、ウェーハ２表面
にリンガラス（ＰＳＧ）が形成され、同時にウェーハ２
表面から極く浅い領域に、燐元素が拡散する。

そしてこの後、石英ポートｉを拡散炉３から取り出し、
各ウェーハ２を弗酸に浸して、表面に残ったリンガラス
層を除去すれば、ウェーハ２に燐元素を高濃度で含んだ
表面層が形成されるのである。

以上の手順により、ウェーハ２に燐元素を含んだ表面層
を形成したら、ついでドライブイン段階に進み、上記表
面層から燐元素が目標深さに拡散するまで各ウェーハ２
を再度加熱すれば、ウェーハ２表面に所要の不純物拡散
層、すなわちｎ°領領域形成されるのである。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上述した従来の不純物拡散方法におけるプレ
デポジション段階では、以下に述べるような欠点があっ
た。

すなわち、各ウェーハ２を石英ポートｌ上の溝部１ａに
挿入すると、各ウェーハ２表面及び外周面は、石英ポー
ト監の溝部１ａの表面と面接触した状態となる。そして
、この状態で、不純物元素供給源から拡散炉３内部に、
不・鈍物元素化合物を導入すると、ウェーハ２の表面以
外に、ウエーノ１２と石英ポート１の溝部１ａの接触面
においてもガラス層（従来例ではリンガラス）が成長し
て、石英ポートｌの溝部１ａ表面と、ウェーハ２の表面
とが全面に渡って癒着してしまう。

従って、ガラス層形成後に石英ポートｌからウェーハ２
を取り出すには、ある程度力任せにウェーハ２を溝部１
ａから引き剥がさねばならず、このため、拡散不純物元
素以外の不純物に対する保護膜であるガラス層が溝部１
ａの表面に残ってウェーハ２表面から剥離し、ウェーハ
汚染（特に重金属）を招く原因となるばかりでなく、癒
着が特にひどい場合には、ウェーハ２表面自体が部分的
に剥離してしまうというように、この癒着現象は、不純
物拡散工程における製品歩留まり率を低下させる要因と
なっており、不純物拡散におけるコスト低減及び生産性
の増大が進められる中で、大きな問題となっていた。

この発明は、このような背景の下になされたもので、ウ
ェーハ２表面に不純物元素化合物を供給する場合に、ウ
ェーハと石英ポートとが癒着する現象を防止して、製品
歩留まり率を低下させることがない不純物拡散方法を提
供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するためにこの発明は、石英ポートの
溝部表面に、その頂点がウェーハ表面と点接触する凸部
を多数形成し、この状態でウェーハを溝部に挿入して、
石英ポート上に立設させた。

［作用］ 上記手段によれば、ウェーハ表面に不純物元素化合物を
供給しても、ウェーハ表面は、溝部表面の凸部頂点と点
接触しているため、ウェーハ表面に形成されるガラス層
によってウェーハと石英ポートが互いに癒着することが
ないのである。

［実施例コ 以下、第１図ないし第６図を参照して、本発明の実施例
を装置、手順の順に説明する。なお、各図において、第
７図と同一の構成要素には同一の符号を示し、その説明
を簡略化する。また、本実施例は、既に説明した上記従
来の不純物拡散方法と同様に、プレデポジション段階と
ドライブイン段階とからなるものであり、同一の手順に
ついても、その説明を簡略化する。

第１図において、符号６は、本実施例のプレデポジショ
ン段階において使用される石英ポートである。この石英
ポート６は、第２図ないし第４図に示すように、長方形
のウェーハ支持フレーム（以下、フレームと略称する）
６＆と、このフレーム６ａの下面に溶接された支持脚６
ｂとからなるものである。フレーム６ａは、互いに平行
に配置された石英製丸棒からなる２本のウェーハ支持部
材（以下、支持部材と略称する）６ｃの両端部を、これ
ら支持部材６ｃより小径の石英製丸棒からなる連結部材
６ｄで結合して、さらに上記各支持部材６ｃを、長方形
断面を有する石英製の補強部材６ｅで適宜連結して補強
した構成であり、さらに、上記各支持部材６ｃの上部に
は溝部６ｆが、軸方向に等間隔に形成されている。この
溝部６ｆは、第４図に示すように、石英ポート６を後記
石英チューブ内に挿入した場合に、この溝１１６ｆに挿
入された円形のウェーハ２が後記石英チューブとほぼ同
軸上に位置するように、その底面形状が定められている
。

そして、第５図に示すように溝部６ｆの表面及び支持部
材６Ｃの上部表面は凹凸状に形成され、溝部６ｆにウェ
ーハ２を挿入した場合に凸部６ｇの頂点が、ウェーハ表
面と点接触するようになっている。この凸部６ｇはサン
ドブラスト法により形成されており、以下第６図を用い
てこめ形成方法を説明する。

第６図に示すように、本実施例のサンドブラスト法は、
粒径１０μｍ程度の石英粉末７を、ノズル８によって支
持部材６ｃ上部に吹き付けるものである。すなわち、上
記石英粉末７を純水９に体積比１５％程度の割合で混合
させて、ノズル８に充填し、ノズル８内にゲージ圧３　
ｋｇｆ／ａｍ”程度に加圧された圧縮空気を送り込むこ
とによって支持部材６ｃ上部に吹き付けるものである。

すると、石英粉末７によって支持部材６ｃ上部及び溝部
６ｆ表面に深さ１０〜２０μｍ程度の圧痕が生じ、多数
の凸部６ｇが形成されるのである。

一方、上記支持脚６ｂは、上記支持部材６ｃ及び連結部
材６ｄよりも小径の石英製丸棒片であり、第４図に示す
ように上記フレーム６ａの支持部材６ｃ外周而が後記石
英チューブ内周面と密着するのを防止して、気体状態の
不純物元素化合物を、上記フレーム６ａの下側よりウェ
ーハ２表面に回り込ませ、表面に形成されるガラス層の
均一化を図るためのらのである。

また、第１図において、符号３は拡散炉であり、上記従
来の拡散炉と同様に、石英チューブ４と、ヒーター５と
で構成され、石英チューブ４の導入部４ａは、図示しな
い不純物元素供給源と接続されている。

上記構成の装置を用いて、ウェーハ２に不純物元素を含
んだ表面層を形成さけ、ついでドライブイン段階でウェ
ーハ２を熱処理すれば、ウェーハ２に所定の不純物拡散
層、すなわちｎ°領領域形成されるのであるが、以下第
１図を用いながら、この手順を説明する。

まず、上記従来例と同じく各ウェーハ２を前処理した後
、各ウェーハ２を上記石英ポート６の溝部６ｆに挿入し
て、石英ポート６上に各ウェーハ２を立設させ、ついで
、石英ポート６を、拡散炉３内のヒーター５に覆われた
均熱部分に挿入する。

そして、上記従来の不純物拡散方法と同様に、ヒーター
５を加熱して、拡散炉３内の温度を１０００°Ｃ以上の
所要の温度まで昇温さ仕ると共に、不純物元素供給源内
の液相の燐元素化合物中に、酸素ガスないしは窒素ガス
をバブリングさせて不純物を含むキャリアガスを拡散炉
３の石英チューブ４の導入部４ａから拡散炉３内に導入
する。すると、燐元素の化合物は、酸化反応を起こし、
ウェーハ２表面にリンガラス（ＰＳＧ）層が形成され、
同時にウェーハ２表面から極く浅い領域に、燐元素が拡
散する。

ついで、各ウェーハ２を弗酸に浸して、表面に残ったリ
ンガラス層を除去し、ウェーハ２に燐元素を含んだ表面
層を形成する。そして、この後ドライブイン段階におい
て、上記表面層から燐元素が目標深さに拡散するまで各
ウェーハ２を再度加熱すれば、ウェーハ２表面に所要の
不純物拡散層、すなわちｎ゛領域形成されるのである。

ところで、上記拡散炉３内において、各ウェーハ２表面
及び外周面は、石英ポート６の溝部６ｆ表面の凸部６ｇ
頂点と点接触しているため、ウェーハ２表面に燐元素化
合物を供給して、ウェーハ２表面にリンガラス層を形成
しても、このガラス層は溝部６ｆ表面と全面に渡って癒
着することがない。従って、本実施例によれば、ガラス
層形成後に、総てのウェーハ２を上記溝部６ｆから、そ
の表面を剥離させることなく取り出し、後のガラス層除
去作業やドライブイン段階に送ることができ、不純物拡
散工程における製品歩留まり率は大幅に改善される。

なお、本実施例においては、溝部６ｆの凸部６ｇを形成
する方法として石英粉末７を吹き付けるサンドブラスト
法を用いたが、本発明はこれに限るものではなく、カー
ボランダム（ＳｉＣ）粉末などを吹き付けても同様の効
果が得られるものであり、その粒径や加圧力も本実施例
の値に限らず様々に変化させても十分本発明の効果を得
ることは可能である。さらに、サンドブラスト法に限ら
ず、支持部材６ｃを化学的にエツチングして溝部６ｆ表
面を凹凸状に形成しても全く同様の効果が得られるもの
である。

また、本実施例においては、ウェーハ２に不純物元素を
含んだ表面層を形成する方法として、液相法を取り上げ
て説明したが、本発明はとれに限るものではなく、気相
法、固相法にも適用可能であり、あるいはドープドオキ
サイド法などに用いられるＣＶＤ法においても適用可能
なものである。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明は、ウェーハに不純物元
素を含んだ表面層を形成する場合に用いられる石英ポー
トの溝部表面にウェーハ表面と点接触する凸部を形成し
、この状態でウェーハを挿入して、石英ポート上にウェ
ーハを立設させた。

従って、ウェーハ表面に気体状態の不純物元素化合物を
供給してもウェーハと石英ポートは癒着せず、不純物拡
散工程における製品歩留まり率を大幅に向上させること
が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の一実施例を示す図であり
、第１図はガラス層形成時の拡散炉断面図、第２図は石
英ポートの平面図、第３図は石英ポートの正面図、第４
図は第３図のＡ−Ａ線における断面図、第５図は石英ポ
ートの溝部拡大図、第６図は凸部の形成方法を示す説明
図、そして、第７図は従来の不純物拡散方法におけるガ
ラス層形成時の拡散炉断面図である。 ｌ・・・・・・従来の不純物拡散方法用の石英ポート、
２・・・・・・ウェーハ、　３・・・・・・拡散炉、６
・・・・・・本発明の実施例に用いる石英ポート、６ｆ
・・・・・・溝部、６ｇ・・・・・・凸部、７・・・・
・・石英粉末、　９・・・・・・純水。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　複数枚のシリコンウェーハを、その上部に該シリコン
   ウェーハを間隔を空けて立設させる溝部が多数形成され
   た石英ポートに載置し、これらシリコンウェーハ及び石
   英ポートを拡散炉内に挿入し、この拡散炉内の温度を所
   要の温度に保ちながら、該拡散炉内に不純物元素化合物
   を供給して、シリコンウェーハに不純物元素の含まれた
   表面層を形成し、この後これらシリコンウェーハを熱処
   理して上記表面層から不純物元素をシリコンウェーハ内
   部に所要濃度で拡散させる不純物拡散方法において、上
   記石英ポートの溝部表面に、その頂点が上記シリコンウ
   ェーハ表面と点接触する凸部を多数形成し、この状態で
   シリコンウェーハを溝部に挿入して、石英ポート上にシ
   リコンウェーハを立設させたことを特徴とする不純物拡
   散方法。