JP3490596B2 - 拡散用フイルムおよびその作成方法ならびに半導体基板の不純物拡散方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板（ウエ
ハ）にリン、ボロンなどの半導体不純物を拡散するため
のソースとして使用される拡散用フイルムおよびその作
成方法ならびにその拡散用フイルムを使用して半導体基
板に不純物を拡散する方法に係り、特に無機化合物のパ
ウダーを基体とし、不純物拡散源となる不純物化合物、
金属不純物元素の単体が含まれてなる拡散用フイルムお
よびその作成方法ならびにその拡散用フイルムを使用し
た半導体基板の不純物拡散方法に関するもので、例えば
パワーデバイス用のウエハを製造するために使用される
ものである。

【０００２】

【従来の技術】例えばパワーデバイス用の三重拡散型の
ウエハのコレクタ拡散を行うためには、生のシリコンウ
エハ表面へ高濃度不純物を堆積した後、表面に形成され
たガラスを除去し、堆積不純物を高温、長時間の熱処理
でウエハ内部に深く拡散させるスランピング（Ｓｌｕｍ
ｐｉｎｇ）を行い、片側の表面の不純物を機械加工によ
って削り、その表面に対して鏡面研摩を行う。

【０００３】上記したような工程において、シリコンウ
エハに不純物を拡散する方法は、ウエハ表面に不純物を
一度集めた後、高温、長時間の熱処理でウエハ内部に拡
散させていく。

【０００４】従来、ウエハ表面に不純物を集めるために
は、（ａ）液状の不純物をスピンとかスプレーによりウ
エハ表面に塗布する（ＣＳＤ拡散）、（ｂ）不純物をガ
ス化してウエハ表面に付着させる、（ｃ）固体不純物を
ウエハの近くで蒸発させてウエハ表面に付着させるなど
の方法のほか、半導体不純物を高濃度に含む固体拡散源
としての拡散用フィルムをウエハ間にスタッキングし、
直接に不純物をウエハ内部に拡散させる方法が多用され
ている。

【０００５】この拡散用フィルムを使用する方法の利点
は、従来の工程、即ち、生ウエハ表面への高濃度不純物
の堆積→表面に形成されたガラスの除去→スタッキング
（Ｓｔａｃｋｉｎｇ）→堆積不純物をウエハ内部に深く
拡散させるスランピング→ガラス除去の工程を、フィル
ムスタッキング→スランピング→ガラス除去の工程に短
縮できることである。

【０００６】この拡散用フィルムは、米国特許第３９７
１８７０号明細書および特公昭５９−３２０５４号公報
に開示されているように、（ａ）シアノエチル化セルロ
ース、メチルセルロース、ポリビニルアルコール、デン
プンおよびポリビニルブチラールから成る群から選択さ
れたものと、拡散用の不純物化合物とから成るものと、
（ｂ）有機バインダー（結合剤）であるビニル系合成樹
脂（例えば、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルビニルケト
ン、ポリビニルピロリドン、アクリル酸メチル、アクリ
ル酸エチルなどの重合体、もしくは共重合体にニトロセ
ルロースが混合した状態）と、無機系バインダー（例え
ば、シラノール類では、四水酸化けい素、トリメチルシ
ラノール、トリエチルシラノールなど、有機アルミニウ
ム化合物では、アルミニウムメチレート、アルミニウム
エチレート、アルミニウムプロピレート、アルミニウム
プチレートなど）とに適量の剥離補助剤を加えたものに
拡散用の不純物元素の化合物が含まれたものが知られて
いる。

【０００７】特に、後者の拡散用フィルムを用いる方法
は、例えば特開昭５４−８４４７４号公報に開示されて
いるように、ウエハ間にフィルムを挾んで密着させたス
タッキング状態で、５００℃付近で分解、燃焼させた
後、連続的に、１２００℃付近で長時間の不純物拡散が
可能になるという特徴がある。この際、拡散する単位と
して５００枚から１０００枚のウエハを一括して行うこ
とが可能になる。

【０００８】ところで、公知のアルミナを基体とするボ
ロン拡散用フィルムも、ウエハ間にフィルムを挾んで密
着させたスタッキング状態でボロン拡散が可能である
が、フィルム内のボロン濃度の分布が不均一になり易い
という問題がある。

【０００９】これに対して、本願出願人は、耐熱性を有
する無機化合物（例えばＳｉＣ）を基体とするボロン拡
散用フィルムを作成して評価中である。このＳｉＣを基
体とするボロン拡散用フィルムを作成する方法は、一般
に、ＳｉＣパウダー、不純物拡散源となるボロン化合
物、バインダー、有機溶剤を混合してフィルム状に形成
した後、乾燥させて作成する。

【００１０】このようなボロン拡散用フィルムを使用し
てシリコンウエハ中にボロン拡散層を形成する方法は、
イオン注入法よりも遥かに安価に実現可能であり、特に
それを要求される例えばダイオード形成用のウエハを製
造する際に適している。

【００１１】しかし、上記拡散用フィルムを使用してシ
リコンウエハ中にボロン拡散層を形成すると、得られた
ボロン拡散層の接合面が不均一になり、波模様（波打ち
模様）が生じ易いという問題がある。なお、一般に、シ
リコンウエハに対する不純物の拡散は、内部に進むに従
って濃度が低下し、且つ、進行が遅くなっていく。

【００１２】上記したようにボロン拡散層の接合面が不
均一になる原因は、フィルム原料中に単体で含まれてい
る（つまり、化合物を形成していない）金属不純物元
素、特にアルミニウムは、ウエハ材料であるシリコン中
の拡散速度がボロンより速いので、アルミニウム濃度が
高い領域でＰ型不純物層が局部的に深く形成されること
にあることが判明した。

【００１３】そこで、上記問題点を解決するために、本
願発明者は、先に、ＳｉＣパウダーあるいはボロン化合
物あるいはそれらの混合物を窒素雰囲気中で加熱して原
料中に単体で含まれているアルミニウムを窒化アルミニ
ウムに変換してアルミニウム単体の濃度を下げた後、バ
インダー、有機溶剤と混合してフィルム状に形成し、乾
燥させてボロン拡散用フィルムを作成することを提案し
た。このボロン拡散用フィルムを使用してシリコンウエ
ハ中にボロン拡散層を形成すると、ボロン拡散層の接合
面の均一化を図ることが可能になる。

【００１４】ところで、ボロン拡散用フィルムの基体で
あるＳｉＣパウダーは、従来、例えば図２中に点線で示
すように０．５μｍ〜８０μｍの範囲内で対数正規分布
に近い粒度分布を有している。

【００１５】いま、フィルム中のＳｉＣパウダーの粒径
が大き過ぎると、ボロン拡散用フィルムを作成中にフィ
ルム内の濃度分布が不均一になり易く、フィルムの両面
のボロン濃度、金属不純物濃度に差が生じるという問題
がある。

【００１６】このため、ボロン拡散用フィルムの表面側
に接するシリコンウエハと裏面側に接するシリコンウエ
ハとでは、ボロン拡散層の接合深さ、接合面の波打ち振
幅などが異なる現象が生じる。これを避けるために、現
状では、２枚のボロン拡散用フィルムを貼り合わせてそ
の両面の特性に差が生じないように工夫している。

【００１７】また、フィルムの基体であるＳｉＣパウダ
ーの粒径が細か過ぎると、ウエハ間にボロン拡散用フィ
ルムを挾んで密着させたスタッキング状態で拡散した後
にフィルムをウエハから剥離することが困難になる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
ＳｉＣパウダーを基体とする拡散用フイルムは、ＳｉＣ
パウダーの粒径が大きいと、フィルム両面のボロン濃
度、アルミニウム濃度に差が生じるという問題があり、
ＳｉＣパウダーの粒径が細か過ぎると、ウエハ間にフィ
ルムを挾んで密着させたスタッキング状態で拡散した後
にフィルムをウエハから剥離することが困難になるとい
う問題があった。

【００１９】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、無機化合物のパウダーを基体として不純物化
合物、金属不純物の単体を含むフィルムの両面における
不純物濃度、金属不純物濃度の差を少なくすることが可
能になり、しかも、ウエハ間にフィルムを挾んで密着さ
せたスタッキング状態で拡散した後にフィルムをウエハ
から容易に剥離することが可能になる拡散用フイルムを
提供することを目的とする。

【００２０】また、本発明は、無機化合物を基体として
不純物化合物、金属不純物を含む拡散用フィルムの両面
側にそれぞれウエハを密着させたスタッキング状態でウ
エハに対して不純物を安定に効率よく拡散することが可
能になり、拡散後に拡散用フィルムをウエハから容易に
剥離することが可能になり、拡散用フイルムをウエハ間
に挾んで大量のウエハを積層した状態でウエハに対して
不純物を拡散することが可能になり、作業性の向上、半
導体装置の製造コストの低減を図り得る半導体基板の不
純物拡散方法を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の拡散用フイルム
は、無機化合物のパウダーを基体とし、不純物拡散源と
なる不純物化合物、金属不純物元素の単体が含まれてな
り、前記無機化合物のパウダーの粒径は、粒径分布の１
６％累積に対応する値と８４％累積に対応する値との差
が２０μｍ以下であることを特徴とする。

【００２２】前記無機化合物はＳｉＣ、前記不純物化合
物はボロン化合物、前記金属不純物元素はアルミニウム
であることを特徴とする。また、本発明の半導体基板の
不純物拡散方法は、本発明の拡散用フィルムを半導体ウ
エハ間に挾んで密着させたスタッキング状態で複数枚の
ウエハを積層した状態で不純物を拡散することを特徴と
する。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実
施の形態に係るボロン拡散用フイルムを示している。図
１に示すボロン拡散用フイルム１０は、ＳｉＣパウダー
１１を基体としてボロン化合物（図示せず）、アルミニ
ウムの単体（図示せず）を含むものであり、アルミニウ
ム単体の濃度は１ｐｐｍ以下と低いことが望ましく、理
想的には全く含まれていないことが望ましく、ＳｉＣパ
ウダーの粒径は所定の条件を満たしている。

【００２４】即ち、ＳｉＣパウダーの粒径は、例えば図
２中に実線で示すように約５μｍ〜３０μｍの範囲内で
対数正規分布に近い粒度分布を有しており、粒径分布の
１６％累積に対応する値と８４％累積に対応する値との
差が２０μｍ以下となるように規定されている。本例で
は、ＳｉＣパウダーの粒径は、７μｍ〜２０μｍの範囲
内に大部分が分布するように揃えられている。

【００２５】上記実施の形態のボロン拡散用フイルムを
作成する方法の一例としては、ＳｉＣパウダーあるいは
ボロン化合物あるいはそれらの混合物を窒素雰囲気中で
加熱して原料中に単体で含まれているアルミニウムを窒
化アルミニウムに変換してアルミニウム単体の濃度を下
げた後、バインダー、有機溶剤と混合してフィルム状に
形成し、乾燥させることで可能である。

【００２６】この際、フイルム原料であるＳｉＣパウダ
ーあるいはボロン化合物中には、金属不純物元素として
アルミニウムの単体が含まれており、前述した提案と同
様に、ボロン拡散層の接合面の均一化を図るために、フ
イルム状の前記ＳｉＣパウダーとボロン化合物とを窒素
雰囲気中で加熱してフイルム原料中に単体で含まれてい
るアルミニウムを窒化アルミニウムに変換してアルミニ
ウム単体の濃度を下げている。

【００２７】上記実施の形態のボロン拡散用フィルムに
よれば、ＳｉＣパウダーの粒径が所定の条件を満たす範
囲内に分布するように揃えられている（ＳｉＣパウダー
の粒径が大き過ぎることがない）ので、このフィルム両
面における不純物濃度、金属不純物濃度の差を少なくす
ることが可能になる。これにより、従来のように２枚の
ボロン拡散用フィルムを貼り合わせてその両面の特性に
差が生じないように工夫する必要がなくなり、１枚の拡
散用フィルムの両面側でそれぞれウエハに対して同様に
処理できるようになる。

【００２８】従って、上記実施の形態のボロン拡散用フ
イルムの両面側にそれぞれシリコンウエハを密着させた
スタッキング状態でウエハーにボロン拡散層を形成した
場合には、ボロン拡散用フィルムの表面側に接するシリ
コンウエハと裏面側に接するシリコンウエハとでボロン
拡散層の接合深さ、接合面の波打ち振幅などが同等に得
られる。

【００２９】また、上記実施の形態のボロン拡散用フィ
ルムによれば、ＳｉＣパウダーの粒径が所定の条件を満
たす範囲内に分布するように揃えられている（ＳｉＣパ
ウダーの粒径が細か過ぎることがない）ので、ウエハ間
に拡散用フィルムを挾んで密着させたスタッキング状態
で拡散した後に拡散用フィルムをウエハから剥離するこ
とが容易になる。

【００３０】換言すれば、上記実施の形態のボロン拡散
用フイルムをウエハ間に挾んで密着させたスタッキング
状態で複数枚（大量）のウエハを積層した状態で不純物
を拡散する半導体基板の不純物拡散方法によれば、ウエ
ハに対して不純物を安定に効率よく拡散することが可能
になり、拡散後に拡散用フィルムをウエハから容易に剥
離することが可能になるので、作業性の向上、半導体装
置の製造コストの低減を図ることが可能になる。

【００３１】また、上記実施の形態のボロン拡散用フィ
ルムによれば、アルミニウム単体の濃度を１ｐｐｍ以下
に下げているので、このボロン拡散用フイルムを使用し
てシリコンウエハーにボロン拡散層を形成した場合に
は、ボロンとアルミニウムとの拡散速度差に起因してボ
ロン拡散層の接合面が不均一になる現象が少なくなり、
接合面の波打ち振幅が小さくなり、接合面の均一性がＣ
ＳＤ（coated source diffusion ）拡散と同程度に得ら
れることが確認された。

【００３２】上記実施の形態のボロン拡散用フイルムを
使用した半導体基板の不純物拡散方法により不純物が拡
散されたウエハの電圧サージ耐量を測定したところ、フ
イルム表面側のウエハの電圧サージ耐量は１．４〜１．
６ｋＶ、フイルム裏面側のウエハでも電圧サージ耐量は
１．４〜１．６ｋＶであった。

【００３３】因みに、従来のボロン拡散用フイルムを使
用した半導体基板の不純物拡散方法により不純物が拡散
されたウエハの電圧サージ耐量を測定したところ、フイ
ルム表面側のウエハの電圧サージ耐量は１．３〜１．６
ｋＶ、フイルム裏面側のウエハでも電圧サージ耐量は
１．４〜１．５ｋＶであり、上記実施の形態によれば従
来例よりも電圧サージ耐量が改善されていることが分か
る。

【００３４】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、無機化
合物のパウダーを基体として不純物化合物、金属不純物
の単体を含むフィルムの両面における不純物濃度、金属
不純物濃度の差を少なくすることが可能になり、しか
も、ウエハ間にフィルムを挾んで密着させたスタッキン
グ状態で拡散した後にフィルムをウエハから容易に剥離
することが可能になる拡散用フィルムおよびその作成方
法を提供することができる。

【００３５】また、本発明の半導体基板の不純物拡散方
法によれば、無機化合物を基体として不純物化合物、金
属不純物を含む拡散用フィルムの両面側にそれぞれウエ
ハを密着させたスタッキング状態でウエハに対して不純
物を安定に効率よく拡散することが可能になり、拡散後
に拡散用フィルムをウエハから容易に剥離することが可
能になり、拡散用フイルムをウエハ間に挾んで大量のウ
エハを積層した状態でウエハに対して不純物を拡散する
ことが可能になり、作業性の向上、半導体装置の製造コ
ストの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る拡散用フイル
ムの一例を示す側面図。

【図２】ボロン拡散用フィルムの基体であるＳｉＣパウ
ダーの粒度分布について実施例および従来例を対比して
示す分布図。

【符号の説明】

１０…ボロン拡散用フイルム、 １１…ＳｉＣパウダー。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無機化合物のパウダーを基体とし、不純
   物拡散源となる不純物化合物、金属不純物元素の単体が
   含まれてなる拡散用フイルムであって、 前記無機化合物のパウダーの粒径は、粒径分布の１６％
   累積に対応する値と８４％累積に対応する値との差が２
   ０μｍ以下となるように規定されていることを特徴とす
   る拡散用フイルム。
2. 【請求項２】 請求項１記載の拡散用フイルムにおい
   て、前記金属不純物元素の濃度は１ｐｐｍ以下であるこ
   とを特徴とする拡散用フイルム。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の拡散用フイルム
   において、前記無機化合物はＳｉＣ、前記不純物化合物
   はボロン化合物、前記金属不純物の元素はアルミニウム
   であることを特徴とする拡散用フイルム。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
   拡散用フイルムにおいて、前記ＳｉＣパウダーの粒径
   は、対数正規分布に近い分布を有し、５μｍ〜２０μｍ
   の範囲内に９０％以上が分布するように揃えられている
   ことを特徴とする拡散用フイルム。
5. 【請求項５】 請求項２乃至４のいずれか１項に記載の
   拡散用フイルムを作成する際、前記ＳｉＣパウダーある
   いはボロン化合物あるいはそれらの混合物を窒素雰囲気
   中で加熱して原料中に単体で含まれているアルミニウム
   を窒化アルミニウムに変換してアルミニウム単体の濃度
   を下げた後、バインダー、有機溶剤と混合してフィルム
   状に形成し、乾燥させることを特徴とする拡散用フイル
   ムの作成方法。
6. 【請求項６】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
   拡散用フイルムを半導体ウエハ間に挾んで密着させたス
   タッキング状態で複数枚のウエハを積層した状態で不純
   物を拡散することを特徴とする半導体基板の不純物拡散
   方法。