JP2502110B2

JP2502110B2 - 不純物拡散方法

Info

Publication number: JP2502110B2
Application number: JP32878887A
Authority: JP
Inventors: 孝一岩本
Original assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp; Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp; Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1987-12-25
Filing date: 1987-12-25
Publication date: 1996-05-29
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: JPH01170020A

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⁺領域を形成するように、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1093082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す
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す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（POCl₃）、臭化燐（PBr₃）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⁺領域を形成する場合を例にとり、第６図に
基きながら装置、手順の順に説明する。

第６図において符号１は、不純物拡散に使用される石
英ボートである。この石英ボート１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せるための溝部1a
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、さらに他端の不純物
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20℃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
（POCl₃）、三臭化燐（PBr₃）あるいは塩化燐（PCl）
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1000枚を抵抗５Ωにする場合で
は、およそ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
酸系のエッチング液にて厚さ数μｍの洗浄エッチングを
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
ボート１の溝部1aに挿入して、石英ボート１上に各ウェ
ーハ２を立設させ、ついで、石英ボート１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
1000℃以上の所要の温度まで昇温させると共に、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燐元素化合物を、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（POCl₃）は、 POCl₃＋3/4O₂→1/2P₂O₅＋3/2Cl₂ 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
ボート１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⁺領域が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を石英ボート１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、石英ボー
ト１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
純物元素化合物を導入すると、ウェーハ２の表面以外
に、ウェーハ２と石英ボート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
英ボート１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ボート１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
1a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1a
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、
ウェーハと石英ボ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、石英ボート
の溝部表面に微粒子粉末を付着させ、この溝部にウェー
ハを挿入して、石英ボート上に立設させた。

［作用］上記手段によれば、ウェーハの石英ボート溝部に挿入
された表面及び外周面は、溝部表面の微粒子粉末と点接
触する。従って、ウェーハと石英ボートが互いに癒着す
ることがないのである。

［実施例］以下、第１図ないし第５図を参照して、本発明の実施
例を、上記従来例と同じく、ｎ型ウェーハに燐元素を拡
散させてn⁺領域を形成する場合を例にとり、装置、手順
の順に説明する。なお、各図において、第６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ボートである。この石
英ボート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）6aと、このフレーム6aの下面に溶接された支持脚6b
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、石英ボート６を後記石英チューブ内に挿
入した場合に、この溝部6f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。また、第５図に示すよ
うに、溝部6fの幅はウェーハ２の厚さ寸法よりわずかに
大きく、口元がわずかに面取りされている。

そして、本発明の不純物拡散方法においては、この溝
部6f全面に渡ってシリコン粉末７が焼き付けられてお
り、溝部6fにウェーハ２を挿入した場合に、このシリコ
ン粉末７がウェーハ２と接触するようになっている。

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外周面が後記石英チュー
ブ内周面と密着するのを防止して、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
ものである。

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せ、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⁺領域が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を上記石英ボート６の溝部6fに挿入し
て、石英ボート６上に各ウェーハ２を立設させ、つい
で、石英ボート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℃以上の所要
の温度まで昇温させると共に、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
ブリングさせて燐元素化合物を拡散炉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を沸酸に浸して、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⁺領域が形成されるのであ
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、石英ボート６の溝部6f表面に固着され
たシリコン粉末７と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、す
なわちシリコン粉末７とは癒着しない。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、石英ボート６の溝部6fに
付着させる微粒子粉末を特にシリコン粉末７としたの
で、以下に述べる効果が得られた。

まず、ウェーハ２とシリコン粉末７の硬度が同一であ
るため、溝部6fにウェーハ２を出し入れする場合に、ウ
ェーハ２表面に引っ掻き傷が付きにくい。そして、ガラ
ス層形成時にシリコン粉末７からウェーハ２に余分な不
純物元素が供給されないので、本発明の効果をより確実
に得ることができる。

また、本実施例においては、ウェーハ２に不純物元素
を含んだ表面積を形成する方法として、液相法を取り上
げて説明したが、本発明はこ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ボ
ートの溝部表面に微粒子粉末を付着させ、この溝部にウ
ェーハを挿入して、ウェーハ表面を微粒子粉末と点接触
させた。

従って、ウェーハ表面に不純物元素化合物を供給して
もウェーハと石英ボートは癒着せず、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５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
石英ボートの平面図、第３図は石英ボートの正面図、第
４図は第３図のＡ−Ａ線における断面図、第５図は石英
ボートの溝部拡大図、そして、第６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。１……従来の不純物拡散方法用の石英ボート、２……ウェーハ、３……拡散炉、６……本発明の実施例に用いる石英ボート、 6f……溝部、７……微粒子粉末（シリコン粉末）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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
数形成された石英ボートに載置し、これらシリコンウェ
ーハ及び石英ボ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、上記石英ボートの溝部表面に微粒子粉末を付着
させ、この溝部にシリコンウェーハを挿入して、石英ボ
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。