JP2607853B2 - Silicon semiconductor wafer diffusion method and discrete substrate manufacturing method - Google Patents

Silicon semiconductor wafer diffusion method and discrete substrate manufacturing method

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JP2607853B2 JP6258766A JP25876694A JP2607853B2 JP 2607853 B2 JP2607853 B2 JP 2607853B2 JP 6258766 A JP6258766 A JP 6258766A JP 25876694 A JP25876694 A JP 25876694A JP 2607853 B2 JP2607853 B2 JP 2607853B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、トランジスター,ダイ
オード等のディスクリート用基板の製造における不純物
の深い拡散層の形成及び加工方法、さらに詳しくは、シ
リコン半導体インゴットよりスライスされたウエハ両面
に目的とする不純物の深い拡散層を形成し、ディスクリ
ート(トランジスター,ダイオード等)用基板(片側が
不純物の拡散層で反対側が不純物の未拡散層でその表面
は通常ミラー仕上げされている)を製造する際の拡散前
のウエハの処理方法と拡散方法と拡散後のウエハの加工
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming and processing a deep diffusion layer of impurities in the manufacture of a discrete substrate such as a transistor or a diode, and more particularly, to a method for forming both sides of a wafer sliced from a silicon semiconductor ingot. Diffusion for manufacturing discrete (transistor, diode, etc.) substrates (one side is an impurity diffusion layer, the other side is an impurity non-diffusion layer and the surface is usually mirror-finished) by forming a deep impurity diffusion layer The present invention relates to a method for processing and diffusing a wafer before and a method for processing a wafer after diffusion.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ディスクリート用基板を製造する
方法は、シリコン半導体インゴットよりスライスしたウ
エハを研磨剤にてラップ加工し又は更にエッチング加工
したウエハを使用してまず第一段階の拡散(即ち、デポ
ジション)として、ボート上に一定間隔をおいて配列し
た複数の素材ウエハを拡散チューブ内に格納し、そのチ
ューブ内に目的とする不純物(P又はB等)のソースを
含むキャリアガス、一般的にはN2 及びO2 ガスの混合
ガスを送って所望の温度,時間で熱処理し、前記不純物
をウエハ両面に浅く高濃度に拡散させる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a method of manufacturing a substrate for a discrete method is to use a wafer obtained by lapping a wafer sliced from a silicon semiconductor ingot with a polishing agent or further etching the wafer to perform a first-stage diffusion (that is, diffusion). (Deposition), a plurality of material wafers arranged at regular intervals on a boat are stored in a diffusion tube, and a carrier gas containing a source of a target impurity (P or B or the like) in the tube is used. Then, a mixed gas of N 2 and O 2 gas is sent and heat treatment is performed at a desired temperature and for a desired time to diffuse the impurities to a shallow and high concentration on both surfaces of the wafer.

【0003】次に第二段階の拡散(押込み拡散)とし
て、前記デポジション済みの各ウエハを別のボート上に
SiO2 粉等を介してお互いに密着させて配設し、拡散
チューブ内にてキャリアガス(N2 及びO2 ガスの混合
ガス)雰囲気下で高温,長時間熱処理して、前記不純物
を所望の深さまで拡散させると共に所望の不純物表面濃
度を達成するようになっていた。前記ウエハの片側の拡
散層は研削加工にて完全に除去し、不純物の未拡散層は
所定の厚みを残してその表面は通常ミラー仕上げしてデ
ィスクリート用基板を製造していた。
[0003] Next, as a second stage of diffusion (push diffusion), the deposited wafers are arranged in close contact with each other on a separate boat via SiO 2 powder or the like, and are placed in a diffusion tube. In a carrier gas (mixed gas of N 2 and O 2 ), high-temperature and long-time heat treatment is performed to diffuse the impurities to a desired depth and achieve a desired impurity surface concentration. The diffusion layer on one side of the wafer is completely removed by grinding, and the surface of the non-diffusion layer of the impurity is usually mirror-finished while leaving a predetermined thickness to manufacture a discrete substrate.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来の方法によると高
温,長時間の第二の拡散工程においてウエハ両面に「粒
子」と呼ばれる化合物が生成してしまっていた。この
「粒子」と呼ばれるものを説明すると、組成的には、
N,O,Si,不純物(P又はB),その他よりなって
いることは判明しているが、素材ウエハの結晶軸方向に
成長する極めて完全性の高い結晶であってフッ酸はもと
より王水にも溶解せず、現状においては適切な除去手段
が見当らないことから、引続く製造工程(機械加工工
程,次の拡散工程,洗浄工程等)において脱落する等し
て様々な悪影響を及ぼしていた。
According to the conventional method, compounds called "particles" are formed on both surfaces of the wafer in the second diffusion step at a high temperature for a long time. To explain what is called "particles", compositionally,
It is known that it is composed of N, O, Si, impurities (P or B), etc., but it is an extremely perfect crystal that grows in the crystal axis direction of the material wafer. At present, there is no suitable removal means, and it has had various adverse effects such as falling off in subsequent manufacturing processes (machining process, next diffusion process, washing process, etc.). .

【0005】上記「粒子」については、図1(a),
(b),(c)に倍率を変えたSEM写真を示してあ
る。この顕微鏡写真例は、FZ法により作製した面方位
(111)のデポジション済みウエハを従来の所定条件
で高温,長時間拡散した時に、ウエハ表面に生成した
「粒子」形態の一例を示し、(111)の場合は核らし
きものを中心として結晶方向(120°)に成長してい
る様に観察できる。尚、この倍率の電子顕微鏡(SE
M)写真は、「粒子」の像を鮮明にするために拡散終了
後のウエハの表面を浅くエッチング処理して撮影したも
のである。
[0005] The above "particles" are shown in FIG.
(B) and (c) show SEM photographs at different magnifications. This example of a micrograph shows an example of a “particle” form generated on a wafer surface when a deposited wafer having a plane orientation of (111) manufactured by the FZ method is diffused at a high temperature for a long time under a predetermined condition. In the case of (111), it can be observed that the crystal grows in the crystal direction (120 °) around the nucleus. The electron microscope (SE
M) The photograph was taken by etching the surface of the wafer after diffusion was shallow to sharpen the image of the “particles”.

【0006】この粒子生成の原因としてラップ加工時に
形成される加工歪が影響すると考え、更にエッチング加
工(取代20μ)し加工歪を除去して有効な対策として
きたが、 現在ディスクリート用基板として利用されるウエハ
の面方位は主に(111)及び(100)であるが、面
方位(111)ウエハに対しては有効であるものの、面
方位(100)ウエハに対しては不十分であることが判
明してきた〔特に面方位(100)ウエハを使用したパ
ワーMOS系FETの深い拡散層(例250〜300
μ)については無力である〕。 その上、面方位(111)ウエハに対しては有効で
あるものの、加工歪除去により加工歪が本来もっている
ゲッターリング効果も失われ、このことは第二の拡散工
程中に不純物の拡散(侵入)による未拡散層内に発生す
る転位の吸収作用が失われ、未拡散側の表面に著しく不
均一に分布する転位が発生する。
It is considered that the processing strain formed during the lapping process has an influence on the generation of the particles, and an etching process (a margin of 20 μm) has been performed to remove the processing strain, and an effective countermeasure has been taken. However, it is now used as a discrete substrate. Although the plane orientation of the wafer is mainly (111) and (100), it is effective for the plane orientation (111) wafer, but is insufficient for the plane orientation (100) wafer. [Especially, deep diffusion layers of power MOS FETs using (100) plane orientation wafers (examples 250 to 300)
It is powerless for μ)]. In addition, although effective for a (111) wafer with a plane orientation, the gettering effect inherent to the processing strain is lost by the processing strain removal, which means that the impurity diffusion (penetration) during the second diffusion step is performed. ) Loses the effect of absorbing dislocations generated in the non-diffusion layer, causing dislocations to be distributed extremely unevenly on the surface on the non-diffusion side.

【0007】ディスクリートがトランジスターであれば
この未拡散層は次のベース,エミッターの形成する層で
あり、不均一な転位の分布は素子となった時の特性の劣
化(特にリーク電流)及びそのバラツキの原因をもたら
す。〔この状態を図2(A)に示す。ウエハは面方位
(111)で拡散層は160μで未拡散層は90μでそ
の面はミラー仕上げされている。このウエハのミラー面
をジルトルエッチして転位をエッチピット(三角形)と
し現し光の反射のない様に工夫して写真撮影したもので
ある。図中「シマ」状の白く観える部分が転位(エッチ
ピット)の密集部であり、これの一部分を拡大して図3
に示す。〕かといって加工歪を除去しないと多大な粒子
が発生してしまう。というジレンマがある。
If the discrete transistor is a transistor, the undiffused layer is a layer formed by the next base and emitter, and the uneven distribution of dislocations causes deterioration of characteristics (particularly leakage current) and variations in the device. Bring the cause. [This state is shown in FIG. The wafer has a plane orientation (111), the diffusion layer is 160 μm, the non-diffusion layer is 90 μm, and the surface is mirror-finished. The mirror surface of the wafer was subjected to a Zirtol etch to show dislocations as etch pits (triangles) and photographed by devising so as not to reflect light. In FIG. 3, white portions in a “strip” shape are dense portions of dislocations (etch pits).
Shown in However, if the processing strain is not removed, a large number of particles will be generated. There is a dilemma.

【0008】本発明は上述したような従来の技術が有す
る問題点に鑑みてなされたものでその目的とするところ
は、ウエハ面方位(111)又は(100)にかかわら
ず粒子の生成を防止し転位の均一化及び低転位化を同時
に達成することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has as its object to prevent the generation of particles regardless of the wafer plane orientation (111) or (100). An object of the present invention is to achieve uniform dislocation and low dislocation at the same time.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成する為
に本発明は以下の手段を採用する。即ち請求項1に係る
手段は、シリコン単結晶のインゴットよりスライスされ
たウエハを研磨剤(FO#1000、又は#1200)
で両面同時にラップ加工(取代60μ)し、均一な加工
歪を付与し、拡散終了後の加工方法に合せた所要厚さの
面方位(111)又は(100)のウエハを使用して目
的とする不純物の雰囲気下でウエハ両面にデポジション
する第一の拡散工程と、該ウエハをO2 ガス0.5%〜
10(vol)%を含むAr又はHeの混合ガスの12
50℃〜1310℃の雰囲気下で20時間〜450時間
の拡散をする第二の拡散工程より成り、上記の所要厚さ
は不純物の拡散層厚をxj 、ディスクリート基板となっ
た時の未拡散層厚をxi とすると、その時のウエハ厚t
1 は、2xj +xi +20≦t1 ≦2xj +xi +80
である。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention employs the following means. That is, the means according to claim 1 is a method for polishing a wafer sliced from a silicon single crystal ingot with an abrasive (FO # 1000 or # 1200).
Lapping (both allowances: 60μ) at the same time on both sides to impart uniform processing strain, and use a wafer of plane orientation (111) or (100) with the required thickness according to the processing method after diffusion is completed. a first diffusion step of depositing the wafer both sides in an atmosphere of impurities, the wafer O 2 gas 0.5%
10 12 of a gas mixture of Ar or He containing (vol)%
It comprises a second diffusion step of diffusing for 20 hours to 450 hours in an atmosphere of 50 ° C. to 1310 ° C. The required thickness is x j for the impurity diffusion layer thickness, and the undiffused when a discrete substrate is formed. when the layer thickness and x i, wafer thickness at that time t
1, 2x j + x i + 20 ≦ t 1 ≦ 2x j + x i +80
It is.

【0010】請求項2に係る手段は、シリコン単結晶の
インゴットよりスライスされたウエハを研磨剤(FO#
1000又は#1200)で両面同時にラップ加工(取
代60μ)し、均一な加工歪(略数μ)を付与し拡散後
の加工方法に合せた所要厚の面方位(111)又は(1
00)のウエハを使用してウエハ両面に上記のデポジシ
ョンする第一の拡散工程と、該ウエハをO2 ガス0.5
%〜10(vol)%含むAr又はHeの混合ガスの
250℃〜1310℃の雰囲気下で20時間〜450
間の拡散をする第二の拡散工程と、該ウエハを枚葉式に
内周刃切断装置でその厚み幅の中央部より2分割に切断
し、その切断面側を研削,研磨加工する工程の組合せよ
り成るディスクリート用基板製造方法を採用する。そし
て、上記の拡散後の加工方法に合わせたウエハの所要厚
さt2 は、内周刃切断装置の刃厚をtc (μm)とする
と、2(xj +xi )+tc +75≦t2≦2(xj
i )+tc +300である。
According to a second aspect of the present invention, a wafer sliced from a silicon single crystal ingot is coated with an abrasive (FO #).
1000 or # 1200), the both sides are simultaneously lapped (60 μm allowance), uniform processing strain (approximately several μ) is imparted, and the plane orientation (111) or (1) of the required thickness is adjusted to the processing method after diffusion.
A first diffusion step of the above deposition on the wafer both sides using wafer 00), the wafer O 2 gas 0.5
% To 10 (vol) of the mixed gas of% containing Ar or the He 1
A second diffusion step of performing diffusion for 20 hours to 450 hours in an atmosphere of 250 ° C. to 1310 ° C. , and cutting the wafer into two pieces from a central portion of the thickness width by a single wafer type inner peripheral blade cutting device. And a method of manufacturing a discrete substrate comprising a combination of steps of grinding and polishing the cut surface side. The required thickness t 2 of the wafer according to the processing method after the diffusion is 2 (x j + x i ) + t c + 75 ≦ t, where the blade thickness of the inner peripheral blade cutting device is t c (μm). 2 ≤ 2 (x j +
x i ) + t c +300.

【0011】[0011]

【作用】請求項1に係る作用について述べる前に現段階
で結論づけられている粒子生成のメカニズムについて説
明する。この粒子生成のメカニズムについては、粒子の
組成分析(目的とする不純物にデコレートされたN,
O,Siの化合物)及び今まで判明している事実より粒
子生成の根本原因は、「ウエハが拡散時に 2 ガス及び
2 ガスの共存する高温度の雰囲気下に長時間晒される
こと」にあると考えられ、「ウエハ両面の加工歪の有無
又はウエハ面方位(111),(100)の差は粒子生
成に大きく影響を与えN2 ガスの割合の高い程、又当然
のことながらより高温、より長時間の程、粒子生成数も
多く、そのサイズも大きくなる」ことが確認されてい
る。そして上記根本原因は、 O2 ガス100% 又は′O2 ガスとN2 ガス
以外の他ガスの混合 N2 ガス100% 又は′N2 ガスとO2 ガス
以外の他ガスの混合 のいずれの雰囲気下でも他の条件に因らず粒子の生成の
ないことで裏付けされる。
Before describing the operation according to the first aspect, the mechanism of particle formation concluded at this stage will be described. Regarding the mechanism of this particle formation, the composition analysis of the particles (N,
O, Si compounds) and the root cause of the particle generation from the facts known so far are as follows: “ O 2 gas and
It is considered that the wafer is exposed to a high-temperature atmosphere in which N 2 gas coexists for a long time. The higher the proportion of the N 2 gas that affects, and naturally the higher the temperature and the longer the time, the larger the number of generated particles and the larger their size. " And the root cause, O 2 gas of 100% or 'O 2 gas and N 2 100% other gases mixed N 2 gas other than the gas or' any atmosphere of a mixed of N 2 gas and another gas other than O 2 gas Even below, this is supported by the absence of particles regardless of other conditions.

【0012】以下請求項1に係る作用について説明する
と、請求項1は粒子生成のないより低転位のディスクリ
ート用基板を製造する方法であり、これらを簡明に記す
ると以下の2条件、即ち、(1)素材ウエハは研磨剤
(FO#1200又は#1000)にてラップ加工され
両面に均一な「加工歪」(1〜10μ)を有しているこ
と及び、(2)第二拡散はO2 +Arガス(Heガス)
の雰囲気下で行うことであり、条件(1)の均一に分布
する加工歪はそれが本来有しているゲッターリング効果
により第二拡散中に不純物の拡散により不純物の未拡散
層内に発生する転位を吸収し、かつ条件(2)で行なっ
ているため粒子の生成もない。即ち条件(1)(2)は
粒子生成のない低転位ウエハ製造のためのお互いに補完
し合う対の条件である。ディスクリート基板は片側の拡
散層(xj )と反対側の未拡散層(xi )よりなるが、
素材ウエハとしては最小限2xj +xi の厚さが必要で
あり、加工余裕代は20μ以上と過大にならない様な8
0μ以下である。
The operation according to the first aspect will be described below. The first aspect is a method for producing a discrete substrate having lower dislocations without generation of particles. These methods are briefly described in the following two conditions: 1) material wafer and that has a uniform "processing strain" (1~10Myu) on both sides are lapped by the abrasive (FO # 1200 or # 1000), (2) a second diffusion O 2 + Ar gas (He gas)
The processing strain uniformly distributed in the condition (1) is generated in the non-diffusion layer of the impurity by the diffusion of the impurity during the second diffusion due to the gettering effect inherent in the condition (1). Since dislocations are absorbed and the reaction is performed under the condition (2), no particles are generated. That is, the conditions (1) and (2) are complementary pair conditions for manufacturing a low dislocation wafer without particle generation. The discrete substrate is composed of a diffusion layer on one side (x j ) and an undiffusion layer on the opposite side (x i ).
As a material wafer is required thickness of a minimum 2x j + x i, machining allowance is such as not to become excessive and more than 20μ 8
0 μm or less.

【0013】次に請求項2に係る作用について説明す
る。請求項2は簡明に記すと以下の3条件、即ち、
(1)素材ウエハは研磨剤(FO#1200又は#10
00)にてラップ加工され両面に均一な「加工歪」(1
〜10μ)を有して、かつ拡散後の加工を考慮した通常
の倍程の「特別な厚さ」を有すること、(2)第二拡散
はO2 +Arガス(又はHeガス)の雰囲気下であるこ
と、(3)拡散終了後のウエハはその厚み幅の中央部よ
り2分割に切断し、所要の厚さのディスクリート用基板
に仕上げること(当然のことながら素材ウエハ1枚に対
して2枚のディスクリート用基板を得る)、であり、条
件(1)の「加工歪」及び(2)に係る作用は前述した
ものと基本的には同一と考えられるが、この時にウエハ
は「加工歪」を有するだけでなく通常の倍程の所要厚さ
(後述)を有しており、このことは転位に関して請求項
1に係る通常のウエハの厚さで得られる効果(転位レベ
ル)の又更に数分の一程に下げることが実証されてい
る。(例えば、拡散深さが160μ、未拡散層が90μ
の一例で述べるとFZ法によるウエハについては1/1
0に、そしてCZ法によるウエハについては1/2〜1
/3程度に減少できる。) 尚、この理由についてはウエハ中央部の未拡散が厚い分
だけ転位発生が緩和されると考えても現象と一致する。
したがって、条件(1)の素材ウエハが更に低転位化を
目標として「特別な厚さ」のウエハを使用できるために
は、条件(3)が不可欠である。以上の様に条件(1)
(2)及び(3)はお互いに補完し合って、粒子生成の
ない極めて低転位の高品位ディスクリート用基板の提供
を可能とすることができる。
Next, the operation according to claim 2 will be described. Claim 2 briefly describes the following three conditions:
(1) The material wafer is an abrasive (FO # 1200 or # 10)
00), and both sides are uniformly wrapped in “working distortion” (1
〜1010 μ) and having a “special thickness” about twice as large as the normal thickness in consideration of processing after diffusion. (2) The second diffusion is performed in an atmosphere of O 2 + Ar gas (or He gas). (3) The wafer after the diffusion is cut into two parts from the center of the thickness and finished into a discrete substrate of a required thickness (naturally, two wafers per material wafer). In this case, the processing according to condition (1) and the operation according to condition (2) are considered to be basically the same as those described above. As well as the required thickness (discussed below) which is about twice as large as that of ordinary wafers in terms of dislocations. It has been demonstrated that it can be reduced to a fraction of a second. (For example, the diffusion depth is 160 μm and the non-diffusion layer is 90 μm.
In one example, the wafer manufactured by the FZ method is 1/1.
0, and 1/2 to 1 for CZ wafers
/ 3 can be reduced. This reason is consistent with the phenomenon even if it is considered that the dislocation generation is alleviated by the thickness of the undiffused portion in the central portion of the wafer.
Therefore, the condition (3) is indispensable so that the material wafer of the condition (1) can use a “special thickness” wafer with the aim of further reducing dislocations. Condition (1) as described above
(2) and (3) complement each other, making it possible to provide a very low-dislocation, high-quality discrete substrate free from particle generation.

【0014】又、素材ウエハの所要厚さ(t2 )は次式
であり、 2(xj +xi )+330+75≦t2 ≦2(xj +x
i )+330+300 その式中の{2(xj +xi )+330}は加工形態を
考えた必要最小限の厚さであり、(75μ〜300μ)
×1/2はディスクリート用基板1枚当りの切断面側の
研削,研磨代であり、最小限37.5μは必要であり、
特性(低転位)を重視して意識的に更に厚くする場合の
他は150μ以上はコスト的に無理をきたす。尚、請求
項1及び2におけるO2 ガス割合が0.5%〜10%と
なっているのは、0.5%以上のO2 ガスは高温,長時
間の拡散中にSiO2 膜が形成されていってSi原子の
蒸発を防ぎ、又逆に10%以下のO2 ガスは過度のSi
2 膜形成による面のアレ(アバタ,クラック等)を防
止する。請求項3,4及び請求項5,6に係る作用はい
ずれもが本発明の対象としている実用上の範囲である。
The required thickness (t 2 ) of the material wafer is given by the following equation: 2 (x j + x i ) + 330 + 75 ≦ t 2 ≦ 2 (x j + x
i) + 330 + 300 is {2 (x j + x i ) +330} necessary minimum thickness considering the machining form of the formula, (75μ~300μ)
× 1/2 is the grinding and polishing allowance on the cut surface side for one discrete substrate, and a minimum of 37.5μ is required.
Except for the case where the characteristics (low dislocations) are emphasized and the thickness is intentionally further increased, the cost of 150 μm or more is impossible in terms of cost. The reason why the O 2 gas ratio in claims 1 and 2 is 0.5% to 10% is that the O 2 gas of 0.5% or more forms an SiO 2 film during high-temperature and long-time diffusion. To prevent the evaporation of Si atoms, and conversely, O 2 gas of less than 10%
Prevents surface irregularities (avatars, cracks, etc.) due to the O 2 film formation. The functions according to claims 3 and 4 and the functions according to claims 5 and 6 are all within the practical range to which the present invention is directed.

【0015】[0015]

【実施例】以下本発明に係る実施例について説明する。
「表1」は従来法と本発明法との「粒子」及び「転位」
に係る比較表で、FZ法により作製した口径100φの
面方位(100)のウエハと、FZ法により作製した口
径100φの面方位(111)のウエハ2種を対象とし
て、従来法と本発明法に分けて実施した結果である。拡
散深さは160μでディスクリート用基板となった時の
未拡散層は90μで、全厚さは250μとなる。ウエハ
厚さは標準によるものは2xj +xi +45=455μ
で、拡散終了後2分割切断するものは2(xj +xi
+330+150=980μである。従来法はシリコン
単結晶のインゴットよりスライスされたウエハを研磨剤
(FO#1200)でラップ加工(取代60μ)したも
のと、更にエッチング加工(取代20μ)を対象に一般
的洗浄後、P(リン)雰囲気中でデポジションし、引き
続きO2 ガス:N2 ガスが1:3よりなる雰囲気中で高
温(1280℃),長時間(150Hr)拡散し、終了
後片側の拡散層は完全に除去し、中央部の不純物の未拡
散層厚が90μになる様に研削後研磨加工し、ミラー面
に仕上げたものである。
Embodiments of the present invention will be described below.
"Table 1" shows "particles" and "dislocations" between the conventional method and the method of the present invention.
In the comparison table according to the above, the conventional method and the method of the present invention are applied to two kinds of wafers having a plane orientation of (100) having a diameter of 100φ produced by the FZ method and wafers having a plane orientation of (111) having a diameter of 100φ produced by the FZ method. It is the result of having divided and implemented. The diffusion depth is 160 μm, and the non-diffusion layer when a discrete substrate is formed is 90 μm, and the total thickness is 250 μm. Wafer thickness due to standard 2x j + x i + 45 = 455μ
The one that is cut into two after diffusion is 2 (x j + x i )
+ 330 + 150 = 980 μ. In the conventional method, a wafer sliced from a silicon single crystal ingot is wrapped with a polishing agent (FO # 1200) (with a margin of 60 μ), and further etched (with a margin of 20 μ). ) Deposition in an atmosphere, followed by diffusion of O 2 gas: N 2 gas in a 1: 3 atmosphere at a high temperature (1280 ° C.) for a long time (150 hr). After the completion, the diffusion layer on one side is completely removed. The surface is mirror-finished and polished so that the thickness of the non-diffused layer of the impurity in the central portion becomes 90 μm, thereby finishing the mirror surface.

【0016】一方、本発明法によるものは同じくラップ
加工された455μ及び980μのウエハを一般的な洗
浄後、同じくP(リン)雰囲気下でデポジションし、引
き続きO2 ガス5%を含むArガスの雰囲気中で高温,
長時間の拡散を行い、終了後厚み幅の中央部より2分割
に切断し、厚さ325μのウエハを得てその切断面側を
研削,研磨加工し、ミラー面に仕上げたものである。粒
子数はディスクリート用基板のHF処理した拡散層側表
面をSEMでウエハ中心を数回観察し、視野内の平均的
粒子数を単位面積換算して示した。又、転位はディスク
リート用基板の未拡散層側のミラー面をジルトルエッチ
ングし、光学的顕微鏡で視野内のエッチピット数を単位
面積換算したEPD値(エッチピット密度数)で示し
た。右側数値はウエハ中心の値であり左側数値はウエハ
外周4点の平均値を示す。但し、面方位(100)はエ
ッチピット(三角形)としては観察できず、小さい円形
窪みとして現われるものをカウントしたため、参考用と
いう意味で( )で示した。
On the other hand, according to the method of the present invention, 455 μm and 980 μm wafers which have also been lapped are generally cleaned and then deposited under a P (phosphorus) atmosphere, followed by Ar gas containing 5% of O 2 gas. High temperature in the atmosphere of
After diffusion for a long time, the wafer is cut into two parts from the center of the thickness after completion, a 325 μm thick wafer is obtained, and the cut surface side is ground and polished to finish the mirror surface. The number of particles is shown by converting the average number of particles in the visual field into a unit area by observing the center of the wafer several times with an SEM on the surface of the discrete substrate on the side of the HF-treated diffusion layer. Dislocations were indicated by an EPD value (the number of etch pit densities) obtained by subjecting the mirror surface of the non-diffusion layer side of the discrete substrate to a zirtle etching and converting the number of etch pits in the visual field into a unit area by an optical microscope. The numerical values on the right side are values at the center of the wafer, and the numerical values on the left side are average values at four points on the outer periphery of the wafer. However, the plane orientation (100) was not observed as an etch pit (triangle), and what appeared as a small circular pit was counted.

【0017】[0017]

【表1】 [Table 1]

【0018】従来法(1)は面方位(111)には粒子
が生成しないが(100)には多数発生しており、面方
位(111)及び(100)は共に著しく転位が不均一
に分布している〔図2(A)〕。従来法(2)は転位の
不均一性は消滅〔図2(B)〕しているものの粒子の発
生は最大である。これはウエハ表面に形成されている加
工歪の影響と考えられる。本発明法の(1)及び(2)
によるものはウエハ面方位(111)及び(100)共
に粒子の生成はなく、かつ本発明(2)によるものは転
位は加工歪によって吸収されたレベル〔従来法(2)の
(111)ウエハの2520〜2070ケ/cm2 〕よ
り更に1桁程低下させることができており、最終的目標
としている未拡散層内に結晶欠陥を発生させない無欠陥
拡散法に近づいたものとなっている。尚、本実施例はF
Z法によるウエハを対象としたが、CZ法によるものは
転位の発生レベルに差(CZ法によるものは転位が発生
しやすい)は生じるものの同様の傾向であり、粒子の生
成についても傾向の差は生じない。
In the conventional method (1), particles are not generated in the plane orientation (111), but a large number is generated in the plane orientation (100). In both the plane orientations (111) and (100), dislocations are remarkably unevenly distributed. [FIG. 2 (A)]. In the conventional method (2), the dislocation nonuniformity disappears (FIG. 2B), but the generation of particles is maximum. This is thought to be due to the influence of processing strain formed on the wafer surface. (1) and (2) of the method of the present invention
In the case of (111) and (100), no particles were formed in the wafer plane orientations, and in the case of the present invention (2), the dislocations were at the level absorbed by the processing strain [the (111) wafer of the conventional method (2)). 2520-2070 / cm 2 ], which is closer to the final target by a defect-free diffusion method that does not generate crystal defects in the undiffused layer. In this embodiment, F
Although wafers manufactured by the Z method were used, the results obtained by the CZ method had the same tendency, although the difference in the level of occurrence of dislocations occurred (the results obtained by the CZ method tended to generate dislocations). Does not occur.

【0019】又、本発明法(2)によるものは拡散層の
特に深いもの(例えば200μ以上)については圧倒的
に品質面,コスト面で有利であり、本発明法(1)によ
るものについては拡散層の浅いもの(20μ〜80μ)
及び2つのオリエンテーションフラット〔片方は一般的
にCF(カットフラット)とよばれる〕を有して2分割
切断が不適合のものに有用である。
The method according to the method (2) of the present invention is overwhelmingly advantageous in quality and cost when the diffusion layer is particularly deep (for example, 200 μm or more). Shallow diffusion layer (20μ ~ 80μ)
And two orientation flats (one of which is generally called CF (cut flat)), which are useful for those in which two-piece cutting is incompatible.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上説明したように本発明の拡散方法に
よれば、シリコン半導体ウエハに深い拡散層を形成して
ディスクリート用基板を製造していく時に、本発明によ
るラップ加工された均一な加工歪を有してその後の2分
割切断可能な厚さのウエハを使用してO2 ガスを含むA
rガス又はHeガスの1250℃〜1310℃の雰囲気
中で20時間〜450時間の拡散をし、拡散後その厚み
幅の中央部より2分割に切断し、その切断面側を研削,
研磨してディスクリート用基板に仕上げる方法は粒子生
成のない極めて低転位の高品位の製品とすることがで
き、それ以降の工程における粒子剥離等による問題(ミ
ラー面への付着,蒸着不良)を未然に防止することがで
き生産性を向上できると共に、無欠陥拡散に近い極めて
低転位の不純物未拡散層を利用して特性のすぐれたディ
スクリートを製造することができる。
As described above, according to the diffusion method of the present invention, when a deep diffusion layer is formed on a silicon semiconductor wafer to manufacture a discrete substrate, the lapping uniform processing according to the present invention is performed. A wafer containing O 2 gas using a wafer having a thickness capable of being subsequently cut into two pieces having a strain.
Atmosphere of r gas or He gas at 1250 ° C to 1310 ° C
In the diffusion for 20 hours to 450 hours in the inside, after the diffusion, it is cut into two parts from the center of the thickness width, and the cut surface side is ground,
The method of polishing to finish a discrete substrate can produce a very low-dislocation, high-quality product without particle generation, and prevent problems such as particle separation in the subsequent process (adhesion to mirror surface, poor deposition). In addition, the productivity can be improved, and a discrete having excellent characteristics can be manufactured by using an impurity non-diffusion layer of extremely low dislocation close to defect-free diffusion.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来の方法によって生成された粒子構造を示す
顕微鏡写真である。
FIG. 1 is a micrograph showing a particle structure generated by a conventional method.

【図2】ウエハのミラー面に生じた転位の結晶構造を示
す写真である。
FIG. 2 is a photograph showing a crystal structure of a dislocation generated on a mirror surface of a wafer.

【図3】図2(A)の結晶構造を示す写真の部分拡大写
真である。
FIG. 3 is a partially enlarged photograph of the photograph showing the crystal structure of FIG. 2 (A).

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 結晶軸が〈111〉または〈100〉で
あるシリコン単結晶のインゴットを所定厚さにスライス
し、得られたウエハを研磨剤を用いて両面同時にラッピ
ングした、両面に均一な加工歪を有する下記(1)式の
厚さ(t1 )のウエハ面方位(111)または(10
0)のウエハ面に不純物の雰囲気中でデポジションする
第1の拡散工程と、第1拡散工程終了後のウエハをO2
ガス0.5〜10(vol)%を含むArまたはHeの
混合ガスの1250℃〜1310℃の雰囲気中で20時
間〜450時間処理し、該ウエハの中央部に不純物の未
拡散層を有し両面に不純物の拡散層を形成したウエハを
得る第2の拡散工程とより成るシリコン半導体ウエハの
拡散方法。 2xj +xi +20≦t1 ≦2xj +xi +80………(1) xj :ウエハ不純物拡散層厚(μm) xi :ディスクリート基板となった時の ウエハ不純物未拡散層厚(μm)
1. An ingot of a silicon single crystal having a crystal axis of <111> or <100> is sliced to a predetermined thickness, and the obtained wafer is simultaneously lapped on both sides using an abrasive, so that both sides are uniformly processed. Wafer plane orientation (111) or (10) having a thickness (t 1 ) of the following formula (1) having distortion
0) a first diffusion step of depositing on the wafer surface in an atmosphere of impurities, the wafer after completion of the first diffusion step O 2
20 hours in an atmosphere of Ar or He mixed gas containing 0.5 to 10 (vol)% of gas at 1250 to 1310 ° C
A second diffusion step of obtaining a wafer having a non-diffused layer of impurities in the center of the wafer and having an impurity diffusion layer formed on both sides by performing treatment for about 450 hours. 2x j + x i + 20 ≦ t 1 ≦ 2x j + x i + 80 ......... (1) x j: wafer impurity diffusion layer thickness (μm) x i: discrete wafer impurity undiffused layer thickness when a substrate ([mu] m)
【請求項2】 結晶軸が〈111〉または〈100〉で
あるシリコン単結晶のインゴットを所定厚さにスライス
し、得られたウエハを研磨剤を用いて両面同時にラッピ
ングした、両面に均一な加工歪を有する下記(2)式の
厚さ(t2 )のウエハ面方位(111)または(10
0)のウエハ面に不純物の雰囲気中でデポジションする
第1の拡散工程と、第1拡散工程終了後のウエハをO2
ガス0.5〜10(vol)%を含むArまたはHeの
混合ガスの1250℃〜1310℃の雰囲気中で20時
間〜450時間処理し、該ウエハの中央部に不純物の未
拡散層を有し両面に不純物の拡散層を形成したウエハを
得る第2の拡散工程と、第2の拡散工程後のウエハを厚
み幅の中央部の不純物未拡散層より枚葉式に内周刃切断
装置で2分割に切断し、該ウエハの切断面を研削・研磨
しミラー仕上げすることを特徴とするディスクリート基
板の製造方法。 2(xj +xi )+tc +75≦t2 ≦2(xj +xi )+tc +300…(2) xj :ウエハ不純物拡散層厚(μm) xi :ディスクリート基板となった時の ウエハ不純物未拡散層厚(μm) t2 :ウエハの厚さ(μm) tc :内周刃切断装置の刃厚(μm)
2. A silicon single crystal ingot having a crystal axis of <111> or <100> is sliced to a predetermined thickness, and the obtained wafer is simultaneously wrapped on both sides using an abrasive, so that both sides are uniformly processed. Wafer plane orientation (111) or (10) having a thickness (t 2 ) of the following formula (2) having distortion
0) a first diffusion step of depositing on the wafer surface in an atmosphere of impurities, the wafer after completion of the first diffusion step O 2
20 hours in an atmosphere of Ar or He mixed gas containing 0.5 to 10 (vol)% of gas at 1250 to 1310 ° C
A second diffusion step of obtaining a wafer having a non-diffusion layer of impurities in the center of the wafer and having an impurity diffusion layer formed on both sides, and processing the wafer after the second diffusion step to a thickness of not more than 450 hours. A method of manufacturing a discrete substrate, comprising: cutting an impurity non-diffusion layer at a central portion of a width into two by a single-wafer type inner peripheral blade cutting device; grinding and polishing a cut surface of the wafer; 2 (x j + x i) + t c + 75 ≦ t 2 ≦ 2 (x j + x i) + t c + 300 ... (2) x j: wafer impurity diffusion layer thickness (μm) x i: discrete wafer when a substrate Impurity non-diffusion layer thickness (μm) t 2 : Wafer thickness (μm) t c : Blade thickness of inner peripheral blade cutting device (μm)
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