CN101542687B - 硼扩散源的使用方法及半导体的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供可以延长到再氧化处理的间隔时间的硼扩散源的使用方法及使用该硼扩散源的半导体的制造方法。在氧气浓度为0.3～5体积％的非氧化性气体气氛下使用由含有Al2O3成分、SiO2成分以及BN成分的复合烧结体构成的硼扩散源的方法。进一步，半导体的制造方法，其特征在于，将由下述复合烧结体构成的硼扩散源和半导体晶片置于扩散炉内，在氧气浓度为0.3～5体积％的非氧化性气体气氛下加热，其中所述复合烧结体含有Al2O3成分、SiO2成分以及BN成分，Al2O3成分和SiO2成分的合计含有率为30～70质量％，BN成分的含有率为30～70质量％，并且Al2O3/SiO2的摩尔比为1.0～2.4。
Description
技术领域
本发明涉及硼扩散源的使用方法及使用该硼扩散源的半导体的制造方法。
背景技术
为了使硼在例如锗、硅等半导体晶片中扩散以形成p型半导体，将硼扩散源和半导体晶片置于炉内(例如等间隔交替排列)，在非氧化性气体气氛下进行加热。这时，随着扩散的进行，硼扩散源的氧化硼被消耗，渐渐地难以得到均匀的硼扩散。因此，在适当的时候进行硼扩散源的再氧化处理，在表面生成氧化硼，但这种再氧化处理费时费力并且增加成本(专利文献1)。
专利文献1：日本特开2006-294964号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于，提供可以延长到再氧化处理的间隔时间的硼扩散源的使用方法以及使用该硼扩散源的半导体的制造方法。
用于解决问题的方案
本发明人为了实现上述目的进行了刻苦研究后，完成了实现该目的并具有下述要点的发明。
(1)硼扩散源的使用方法，其特征在于，在氧气浓度为0.3～5体积％的非氧化性气体气氛下使用由复合烧结体构成的硼扩散源，其中所述复合烧结体含有氧化铝(Al2O3)成分、氧化硅(SiO2)成分以及氮化硼(BN)成分。
(2)根据上述(1)所述的硼扩散源的使用方法，将前述非氧化性气体以0.5～15L/分钟的比例供给到扩散炉中而成。
(3)根据上述(1)或(2)所述的硼扩散源的使用方法，作为前述硼扩散源，使用氧化铝(Al2O3)成分和氧化硅(SiO2)成分的合计含有率为30～70质量％、氮化硼(BN)成分的含有率为30～70质量％并且Al2O3/SiO2的摩尔比为1.0～2.4的复合烧结体。
(4)根据上述(1)～(3)任一项所述的硼扩散源的使用方法，氧化铝(Al2O3)成分是γ-氧化铝或者α-氧化铝。
(5)根据上述(1)～(3)任一项所述的硼扩散源的使用方法，氧化硅(SiO2)成分是SiO2粉末、气相二氧化硅(Aerosil)或硼硅酸玻璃。
(6)根据上述(1)～(3)任一项所述的硼扩散源的使用方法，氮化硼(BN)成分是氮化硼粉末。
(7)根据上述(1)～(6)任一项所述的硼扩散源的使用方法，使用采用阿基米德法测得的开孔率为10％以上45％以下的硼扩散源。
(8)一种半导体的制造方法，其特征在于，将由复合烧结体构成的硼扩散源和半导体晶片置于扩散炉内，在氧气浓度为0.3～5体积％的非氧化性气体气氛下加热，其中所述复合烧结体含有氧化铝(Al2O3)成分、氧化硅(SiO2)成分以及氮化硼(BN)成分，氧化铝(Al2O3)成分和氧化硅(SiO2)成分的合计含有率为30～70质量％，氮化硼(BN)成分的含有率为30～70质量％，并且Al2O3/SiO2的摩尔比为1.0～2.4。
(9)根据上述(8)所述的半导体的制造方法，将前述非氧化性气体以0.5～15L/分钟的比例供给到扩散炉中。
发明的效果
根据本发明，在硼扩散源的表面总是存在氧化硼，因此能够延长到再氧化处理的间隔时间。进一步，能够提供适合在半导体晶片中扩散硼以形成p型半导体的半导体的制造方法。
具体实施方式
本发明中，为了在不干扰硼扩散的状态下逐次补充由于扩散而消耗的氧化硼，使非酸化性气氛中存在0.3～5体积％的氧气。氧气浓度不足0.3体积％时，在硼扩散源表面生成的氧化硼的量减少，所以必须频繁进行再氧化。另一方面，氧气浓度超过5体积％时，硼扩散源和半导体晶片均被过度氧化，有可能导致扩散到半导体晶片内部的硼扩散量减少。非氧化性气氛优选的氧气浓度为0.5～3.5体积％，更优选0.8～2.5体积％。
非氧化性气氛中的氧气浓度可以采用例如原电池型测定器(泰荣电器社制造，商品名“标准型氧气监测器OXYMAN”)来测定。
作为半导体晶片的材质，可以使用例如锗、硅等。
本发明的非氧化性气氛可以列举氮气、氢气、氩气、氦气、氖气或者这些气体的混合气体等气氛。其中，优选氮气。为了使扩散炉内保持氧气浓度为0.3～5体积％的非氧化性气氛，可以以例如0.5～15L(升)/分钟的比例向扩散炉供给被调节成该组成的载气。
作为扩散炉，使用能够控制扩散温度和载气流量的卧式炉或者立式炉。作为其具体示例，可以列举光洋サ一モテクノ社制造的商品名“モデル272-M400”。在实施例中举出了扩散时的升温速度、温度、保持时间等的一个例子。
如本发明这样，由于硼扩散源使用含有氧化铝(Al2O3)成分、氧化硅(SiO2)成分以及氮化硼(BN)成分的复合烧结体，通过氮化硼的氧化生成的氧化硼(无水硼酸)的一部分变成高熔点的硼酸铝。因此，即使在扩散温度为950℃以上的高温下，也能够减少石英夹具等上的付着以及氧化硼的悬挂。而且，由于复合烧结体中的氧化铝和氧化硅主要以3Al2O3·2SiO2存在，因此硼扩散源的机械强度也得到提高。
本发明的硼扩散源优选氮化硼成分的含有率为30～70质量％，氧化铝(Al2O3)成分和氧化硅(SiO2)成分的合计含有率为30～70质量％，并且Al2O3/SiO2的摩尔比为1.0～2.4。氮化硼(BN)成分的含有率不足30质量％时，扩散时氧化硼的生成量减少，因此难以使硼元素均匀地扩散，超过70质量％时，氧化硼的生成量过多，因此在半导体晶片表面上的氧化硼的付着变多，在夹具等上的付着变多。特别优选氮化硼(BN)成分的含有率为35～65质量％，氧化铝(Al2O3)成分和氧化硅(SiO2)成分的合计含有率为35～65质量％。
另外，Al2O3/SiO2的摩尔比不足1.0时，延长到再氧化处理的间隔时间的效果变小。基于同样的理由，采用阿基米德法测得的硼扩散源的开孔率优选在10％以上。另一方面，Al2O3/SiO2的摩尔比超过2.4时，扩散时硼扩散源的变形变大，难以进行更均匀的硼扩散。基于同样的理由，优选采用阿基米德法测得的硼扩散源的开孔率为45％以下。特别优选的Al2O3/SiO2的摩尔比为1.2～2.0，特别优选的硼扩散源的开孔率为15～30％。
含有氧化铝(Al2O3)成分、氧化硅(SiO2)成分以及氮化硼(BN)成分的本发明的硼扩散源的复合烧结体可以通过对具有上述组成的混合原料进行调制和热压烧结，或者在CIP成型(冷等静压成形、Cold Isostatic Press)后在氮气、氩气等非氧化气氛下烧结来制造。
作为含有氧化铝(Al2O3)成分的原料，使用平均粒径优选为0.02～5μm的例如γ-氧化铝、α-氧化铝等。
另外，作为含有氧化硅(SiO2)成分的原料，使用平均粒径优选为0.02～5μm的例如氧化硅粉末、气相二氧化硅、硼硅酸玻璃等。作为含有氧化铝(Al2O3)成分和氧化硅(SiO2)成分两者的原料，有例如莫来石等。
作为含有氮化硼(BN)成分的原料，使用平均粒径优选为0.1～30μm的市售氮化硼粉末便可。
热压烧结条件举例的话，压力优选5～15MPa、更优选6～12MPa，温度优选1400～1800℃、更优选1420～1700℃，时间为1～10小时、优选2～8小时。
CIP成型的条件举例的话，成型压力优选为100～500MPa、更优选300～500MPa。CIP成型体的烧结条件举例的话，温度优选1500～1900℃、更优选1600～1800℃，时间优选1～10小时、更优选2～8小时。
得到的复合烧结体经过车床、铣刀、切片机等机器加工成圆板、平板形状从而制得硼扩散源。
实施例
以下通过其实施例对本发明进行更详细说明，但并不意味着本发明受这些实施例限制。
实施例1～12比较例1～6
将氮化硼粉末(BN纯度：99质量％以上，平均粒径：7μm)、氧化铝粉末(Al2O3纯度：99质量％以上、平均粒径：0.2μm)、硼硅酸玻璃粉末(纯度：99质量％以上、组成：SiO2成分为90质量％、B2O3成分为10质量％、平均粒径：2.1μm)按表1所示比例配合并在球磨机内混合3小时。将所得到的混合原料填充到内径150mm的石墨模具内，在1500℃、压力8～12MPa下，在氮气气氛中热压烧结4小时。
另外，采用橡胶模，在表1所示压力下将上述混合原料进行CIP成型(成型体尺寸：外径约150mm、高度约60mm)后，在温度1700℃、氮气气氛中常压烧结4小时。
将采用上述方法烧结得到的各烧结体用车床、切片机加工成圆盘(直径125mm、厚度1.5mm)制得硼扩散源，采用以下所示方法测定开孔率、变形量和可扩散的时间(到需要再氧化处理的间隔时间)。其结果示于表1。另外，开孔率的增减在热压时根据烧结压力来调节，在常压烧结时根据CIP成型压力来调节。
(1)开孔率：基于JIS R1634通过下式求得。
开孔率(％)＝(饱水质量-干燥质量)×100/(饱水质量-水中质量)
(2)变形量：采用游隙测量仪测定在1150℃大气中加热硼扩散源10小时后的变形。
(3)可扩散的时间：在氧气气氛下、在1100℃温度加热硼扩散源1.5小时。然后，使硼扩散源与硅晶片相对设置并使间隔为3.5mm，以2L/分钟的比例供应氮气和氧气的比例经过调整的载气，使得扩散炉内的氮气气氛的氧气浓度达到表1所示的浓度，同时以1050℃温度、1小时为一个循环重复进行扩散试验。每次用4探针法测定硅晶片的薄层电阻，测定薄层电阻值从初始值到上升20％以上为止的累积时间。
由表1的结果可知，在实施例中，到再酸化处理为止的可扩散的时间大幅延长，但是在比较例中，得不到该效果。
产业上的可利用性
本发明可用于制造具有p+n结或者p+p结的设备、例如太阳能电池、变频器、二极管、晶体管等半导体。
另外，在这里引用2006年11月29日申请的日本专利申请2006-321304号的说明书、权利要求书以及摘要的全部内容，作为本发明的说明书的公开而引入。
Claims (13)
1.一种硼扩散源的使用方法，其特征在于，在氧气浓度为0.3～5体积％的非氧化性气体气氛下使用由复合烧结体构成的硼扩散源，其中所述复合烧结体含有氧化铝Al2O3成分、氧化硅SiO2成分以及氮化硼BN成分。
2.根据权利要求1所述的硼扩散源的使用方法，将前述非氧化性气体以0.5～15L/分钟的比例供给到扩散炉中。
3.根据权利要求1所述的硼扩散源的使用方法，作为前述硼扩散源，使用氧化铝Al2O3成分和氧化硅SiO2成分的合计含有率为30～70质量％、氮化硼BN成分的含有率为30～70质量％并且Al2O3/SiO2的摩尔比为1.0～2.4的复合烧结体。
4.根据权利要求2所述的硼扩散源的使用方法，作为前述硼扩散源，使用氧化铝Al2O3成分和氧化硅SiO2成分的合计含有率为30～70质量％、氮化硼BN成分的含有率为30～70质量％并且Al2O3/SiO2的摩尔比为1.0～2.4的复合烧结体。
5.根据权利要求1～4任一项所述的硼扩散源的使用方法，氧化铝Al2O3成分是γ-氧化铝或者α-氧化铝。
6.根据权利要求1～4任一项所述的硼扩散源的使用方法，氧化硅SiO2成分是氧化硅粉末、气相二氧化硅或硼硅酸玻璃。
7.根据权利要求1～4任一项所述的硼扩散源的使用方法，氮化硼BN成分是氮化硼粉末。
8.根据权利要求1～4任一项所述的硼扩散源的使用方法，使用采用阿基米德法测得的开孔率为10％以上45％以下的硼扩散源。
9.根据权利要求5所述的硼扩散源的使用方法，使用采用阿基米德法测得的开孔率为10％以上45％以下的硼扩散源。
10.根据权利要求6所述的硼扩散源的使用方法，使用采用阿基米德法测得的开孔率为10％以上45％以下的硼扩散源。
11.根据权利要求7所述的硼扩散源的使用方法，使用采用阿基米德法测得的开孔率为10％以上45％以下的硼扩散源。
12.一种半导体的制造方法，其特征在于，将由复合烧结体构成的硼扩散源和半导体晶片置于扩散炉内，在氧气浓度为0.3～5体积％的非氧化性气体气氛下加热，其中所述复合烧结体含有氧化铝Al2O3成分、氧化硅SiO2成分以及氮化硼BN成分，氧化铝Al2O3成分和氧化硅SiO2成分的合计含有率为30～70质量％，氮化硼BN成分的含有率为30～70质量％，并且Al2O3/SiO2的摩尔比为1.0～2.4。
13.根据权利要求12所述的半导体的制造方法，将前述非氧化性气体以0.5～15L/分钟的比例供给到扩散炉中。
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