JP4311622B2

JP4311622B2 - 拡散ウェーハの製造方法

Info

Publication number: JP4311622B2
Application number: JP2003178217A
Authority: JP
Inventors: 浩一坂上
Original assignee: Covalent Materials Corp
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2023-06-23
Also published as: JP2005019450A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大出力トランジスタ、導電変調型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、サイリスタなどのディスクリート素子に用いられる拡散ウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、大出力トランジスタ、サイリスタなどのディスクリート素子の製造には、シリコンウェーハの片面に高濃度の不純物（ドーパント）を拡散させた拡散ウェーハが用いられている。この拡散ウェーハは、ボードに装着されたシリコンウェーハに、例えば常圧下でＰＯＣｌ_３（オキシ塩化リン）雰囲気によるプレデポジションを施し、さらにドライブ拡散を施して、シリコンウェーハの両面に厚さｘｊの不純物拡散層を形成させる。次に、中央部の非不純物拡散層の厚さｘｉが仕様に合致するようにウェーハの片面を研削し、表面を鏡面研磨したものである。この鏡面研磨に先立ち、一つのロットから数枚のウェーハを抜き取り、ＳＲ法を用いて不純物拡散層の厚さｘｊを測定する。このＳＲ法は、拡散ウェーハの断面が所定の角度になるように斜めに切断、研磨した上、２本の探針を用いて研磨面のｎ−領域（中央部）からｎ＋領域（表面）にかけて走査しながら抵抗値の変化を求める方法である。このＳＲ法で得られる抵抗値の変化は、図４に示すような曲線となり、拡散層ダレ部と抵抗値減少部とで形成される曲線の接線Ａを引き、ｎ−領域を表す直線Ｂとの交点Ｃを求め、この位置を拡散層と非不純物拡散層との境界としている。
【０００３】
そして、ＳＲ法で得られた不純物拡散層の厚さｘｊの良否を判定するとともに、ｘｊの平均値に基づいて鏡面研磨後の仕上げ厚さＴを、Ｔ＝〔ｘｊ（実測値の平均値）＋ｘｉ（規格値）〕によって算出し、この値を指示値としてロットウェーハの平面研削と研磨とを行っている。
【０００４】
しかしながら、上述のＳＲ法を用いた場合、２探針による走査面の研磨状態や接線の引き方によって拡散層の厚さｘｊの実測値には大きな測定誤差が含まれている。
この測定誤差を減少させる方法の一つとして、例えば、次に示すような方法がある（特許文献１参照）。すなわち、この方法は、シリコンウェーハの両面に不純物拡散層を形成し、その一方の不純物拡散層を研削除去し、中央部の非不純物拡散層を露出させ、その露出面を鏡面研磨して、仕上げる方法である。そして、この方法では、図２に示すように、研削後のシリコンウェーハの厚さＴｂを測定するとともにフーリエ変換赤外分光光度計を用いて、非不純物拡散層の厚さｘｉａを測定し、そのｘｉａをＳＲ法で測定した場合の非不純物拡散層の厚さｘｉｂを換算した上、シリコンウェーハの厚さＴｂから拡散層の厚さｘｊと非不純物拡散層の厚さの規格値ｘｉとの和を減じた厚さに仕上げることを特徴としている。なお、上述したフーリエ変換赤外分光光度計を用いて、非不純物拡散層の厚さｘｉａを測定する方法は、ＦＴ−ＩＲ法と称し、ＳＲ法よりも測定精度が良く、測定誤差も小さいものとなる。
【０００５】
以下、この方法について、シリコンウェーハの断面図である図２を用いて詳述する。
まず、シリコンウェーハの両面に不純物拡散を行ない、一方の面の拡散層を平面研削により除去し、非不純物拡散層を露出させる。図２ａが、非不純物拡散層が露出した状態のシリコンウェーハの断面図である。図２ａにおいて、符号１０ａが不純物拡散層であり、符号１０ｂが非不純物拡散層である。上記非不純物拡散層１０ｂ側のシリコンウェーハの不純物濃度は、１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度であり、一方、不純物拡散層側表面近傍の不純物濃度は、１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度である。そして、その境界領域においては、不純物濃度が徐々に変化する中間領域となっている。
【０００６】
次に、シリコンウェーハの厚さＴｂを、電子マイクロメータ、オプトマイクロメータ或いは静電容量方式の測定器など、公知の方法により計測する。
次いで、ＦＴ−ＩＲ法により、非不純物拡散層１０ｂの厚さｘｉａを測定する。この方法によって測定される非不純物拡散層１０ｂの厚さｘｉａは、不純物濃度が１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の層の厚さであるから、この値を不純物濃度が１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の層の厚さに変換する必要がある。換算のための補正値をｅとすると、不純物濃度が１０^２０／ｃｍ^３以下の層の厚さｘｉｂは、
ｘｉａ＋ｅ＝ｘｉｂ
として求めることができる（図２（ａ）参照）。そして、上述した補正値ｅは、不純物拡散層１０ａの厚さｘｊや抵抗率ρに依存する為、拡散ウェーハの品種毎にそれぞれ相関を求めた上、適切な値を定めておくものとする。したがって、不純物濃度が１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の拡散層１０ａの厚さｘｊは、
ｘｊ＝Ｔｂ−ｘｉｂ
により算出される。この算式より求めたｘｊの値を不純物拡散層１０ａの規格値と照合し、良否を判定する。
【０００７】
次に、このシリコンウェーハを鏡面研磨する際（図２（ｂ）参照）、ウェーハ厚の指示値Ｔを下記の算式により求める。
Ｔ＝ｘｊ＋ｘｉ
ここで、ｘｉは非不純物拡散層１０ｂの厚さの規格値である。したがって、鏡面研磨による仕上げ加工時の研磨代ｃは、
ｃ＝Ｔｂ−（ｘｊ＋ｘｉ）＝Ｔｂ−Ｔ
となる。
この方法によって、上述のＳＲ法による測定の測定誤差を改善した測定を行うことができると期待されている。
【０００８】
ところで、近年においては、パワーデバイス特に導電変調型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などは高集積化が望まれ、さらに上述した非不純物拡散層１０ｂの高精度化が要求されてきており、ウェーハ中央部１点のみならず、外周部にも規格が加えられ、かつ非不純物拡散層厚の規格の狭化も望まれている。なお、不純物拡散層１０ａがシリコンウェーハ面内で均一の場合は、シリコンウェーハの中央部の厚のみの管理で問題ないが、拡散ウェーハの製造上、必ずしも不純物拡散層が均一にならず、ウェーハ面内、またはロット内でも不純物拡散層の厚さ分布のバラツキが生ずる。そのため、中央部の非不純物拡散層の厚さが規格に入っても、外周部が規格外れとなるケースが多くなってきている。
また、規格下限外れ（完全不良）を恐れて、一度、鏡面研磨において、シリコンウェーハを厚く仕上げ、ＦＴ−ＩＲにて測定し、再度、鏡面研磨を行なう方法も考えられるが、この方法は製造効率の点で問題がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−８２６７０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した如く、従来の方法では、面内の非不純物拡散層の厚さのウェーハの外周部で規格外れが生じたり、また、製造コスト、製造効率の点で問題があった。本発明はこれらの問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、面内の拡散層の厚さのバラツキによる非不純物拡散層の厚さ、特に外周部での層厚の規格外れをなくすと共に、製造効率も向上させた高品質な拡散ウェーハを製造することが可能となる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シリコンウェーハの両面に不純物を拡散し不純物拡散層と非不純物拡散層を形成する工程と、前記非不純物拡散層を露出する工程と、この露出した面を鏡面研磨する工程とを備えた拡散ウェーハの製造方法において、
１）：鏡面研磨する工程前の前記シリコンウェーハをロット毎に複数枚用意し、
２）：前記複数枚のシリコンウェーハの中央部の厚さを測定し、
３）：前記複数枚のシリコンウェーハの中央部、及び周辺部の前記非不純物拡散層の厚さｘｉを測定し、
４）：前記手順３）で測定した前記中央部の非不純物拡散層の厚さの平均値と、前記中央部及び周辺部を含んだすべての測定点の前記非不純物拡散層の厚さの平均値との差を求め、
５）：前記手順４）で算出した値を、予め設定されている非不純物拡散層の厚さの製品規格値に加え、
６）：前記手順３）で測定した前記中央部の非不純物拡散層の厚さと、前記手順５）で算出した値との差を、複数枚のシリコンウェーハ毎に算出し、
７）：前記手順２）で測定した前記複数枚のシリコンウェーハの中央部の厚さの測定値と前記手順６）で算出した値との差を、複数枚のシリコンウェーハ毎に算出し、
８）：前記手順７）で算出した複数枚のシリコンウェーハ毎の値の平均値を、前記ロットの鏡面研磨の狙い厚さ値としてシリコンウェーハの鏡面研磨を行うことを特徴とする拡散ウェーハの製造方法である。
【００１２】
本発明によれば、面内の不純物拡散層の厚さのバラツキによる非不純物拡散層の厚さ特に外周部での層厚の規格外れをなくし、製造効率も向上した高品質な拡散ウェーハを製造することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図１において工程（ａ）から工程（ｅ）は拡散ウェーハの製造工程の流れを示す工程断面図である。
工程Ａ：まず、図１（ａ）に示すように、両方がラップ処理されたシリコンウェーハを用意する。
工程Ｂ：このシリコンウェーハ（１０）にＰＯＣｌ_３雰囲気によるプレ拡散を施し、さらにドライブ拡散を行なってウェーハ両面に深さ（厚さ）ｘｊの不純物拡散層１０ａを形成させる（図１（ｂ））。
工程Ｃ：次に、図１（ｃ）に示すように、シリコンウェーハの中腹部となる部分（非不純物拡散層１０ｂ）を、スライスし、不純物拡散層１０ａと不純物非拡散層１０ｂとからなるシリコンウェーハを形成する。
工程Ｄ：次に、図１（ｃ）のシリコンウェーハの非不純物拡散層１０ｂ側表面を研削して、図１（ｄ）に示すような平滑な表面を有するシリコンウェーハを形成する。
工程Ｅ：次に、図１（ｄ）のシリコンウェーハの非不純物拡散層１０ｂ側を、鏡面研磨して図１（ｅ）に示す拡散ウェーハを製造する。
【００１４】
本発明は、上記工程Ｅにおいて、鏡面研磨する研磨取り代を決定する方法に特徴を有するものであり、これにより得られた研磨取り代に従ってシリコンウェーハを鏡面研磨し、得られる拡散ウェーハの非不純物拡散層の厚さが、高い歩留まりで製品規格値の範囲に適合する方法を実現するものである。以下、工程Ｄによって得られるシリコンウェーハの断面図である図２（ｂ）を用いてその方法を詳述する。
【００１５】
まず、上記工程Ｄで研削加工したシリコンウェーハを用意する。
次に、製造する拡散ウェーハの１ロット中から数枚のシリコンウェーハのサンプルを抜き取り、抜き取ったサンプルすべてのシリコンウェーハの中央部の厚さＴｂを測定する。この測定は、前述の電子マイクロメータ、オプトマイクロメータ、あるいは静電容量方式など従来公知の方法を採用できる。また、測定するサンプルは、１ロット中数枚の抜き取り測定でもよいが、１ロット全数を測定するとより好ましい。
【００１６】
次に、サンプルすべてのシリコンウェーハの面内の中央部及び周辺部を含めて複数の測定点において、非不純物拡散層１０ｂの厚さｘｉを、ＦＴ−ＩＲ法など公知の方法によって測定する。シリコンウェーハの面内測定点は、中央部及び周辺部を複数箇所測定することが好ましい（下記実施例では面内５点について測定している）。また、周辺部の測定点は、シリコンウェーハの周縁部から５ｍｍ程度の内側箇所が好ましい。さらに、この非不純物拡散層の厚さ測定においては、前述の特許文献１に記載されている方法を採用することができる。
【００１７】
次に、測定した中央部の非不純物拡散層１０ｂの厚さｘｉの値の平均値と、中央部及び周辺部を含めた非不純物拡散層１０ｂの厚さｘｉの面内多点の平均値を求め、中央部の非不純物拡散層１０ｂの厚さｘｉの値の平均値と、面内多点の非不純物拡散層１０ｂの厚さｘｉの平均値との差Ａを算出する。
【００１８】
次に、前記算出値Ａと、その製品における非不純物拡散層１０ｂの規格中心値との和Ｂを算出する。非不純物拡散層の規格中心値とは、例えば、ある品種の非不純物拡散層の厚さの規格を、５０μｍ±３μｍ（４７〜５３μｍ）とした場合、その中心値、すなわち、５０μｍとなる。
【００１９】
次に、最初に測定したシリコンウェーハの中央部の非不純物拡散層の厚さｘｉと前記算出値Ｂとの差Ｃを、シリコンウェーハ毎に算出（最初に測定した非不純物拡散層の厚さｘｉ−算出値Ｂ）する。これが、各々のサンプルのシリコンウェーハの鏡面研磨取り代となる。
【００２０】
次に、最初に測定したそれぞれのシリコンウェーハの中央部の厚さＴｂと、前記算出値Ｃとの、測定したシリコンウェーハ毎の差を求める。これが、それぞれのサンプルの最終ウェーハ狙い厚さとなる。この平均値を算出し、これを該ロット全体の鏡面研磨狙い厚さとして鏡面研磨を行う。
【００２１】
以上の工程によって、面内の非不純物拡散層厚さの規格不適合を減少させ、製造効率の高い高品質な拡散ウェーハを実現できる。
【００２２】
【実施例】
（実施例）
以下、本発明を具体的な実施例により説明する。ある所定のロットＡを上述した実施形態に示したとおりに、工程Ｄまで加工を行った。次いで、該ロットから、鏡面加工狙い厚さ評価用のサンプルを５枚抜き取った。なお、本実施例における非不純物拡散層厚さの測定点は、シリコンウェーハの上面図である図３に示す５点で、その具体的な数値は、下記の表１に示すとおりである。
【００２３】
【表１】

【００２４】
上記表１において、中央部の非不純物拡散層の厚さｘｉの平均値は、７１．７μｍで、中央部及び周辺部（周辺部１〜４）の非不純物拡散層の厚さの平均値は、７１．１７２μｍであった。この測定した、中央部の非不純物拡散層の厚さの平均値（７１．７μｍ）から、中央部及び周辺部を含めた５点の非不純物拡散層の厚さの平均値（７１．１７２μｍ）を差し引くと、０．５２８μｍとなる。なお、非不純物拡散層の厚さｘｉの規格中心値は、５０μｍである。
【００２５】
次いで、この差０．５２８μｍに、規格中心値（５０μｍ）を加え、その値を、各々の測定した中央部の非不純物拡散層の厚さｘｉから差し引く。その結果、下記表２に示すように、試料１から５までのそれぞれの値は、２０．６７２μｍ、２１．５７２μｍ、２０．９７２μｍ、２１．３７２μｍ、２１．５７２μｍとなり、この値が、各サンプルのシリコンウェーハにおいて鏡面研磨する値となる。この値を、元のシリコンウェーハの厚さから差し引いた値が、最終的なシリコンウェーハの厚さとなり、この狙い値を基準に鏡面研磨することになる。しかしながら、この値は、サンプルの個別の値であり、ロット内のすべてのシリコンウェーハに適合しているわけではない。それ故、このサンプルのシリコンウェーハの最終ウェーハ厚、すなわち、狙い値の平均を算出し、その値をロット内のすべてのシリコンウェーハの狙い値として、鏡面研磨処理する。
下記表２に、鏡面研磨した最終の拡散ウェーハの膜厚を併せて示す。
【００２６】
【表２】

【００２７】
（比較例）
以下、本発明の従来の方法（比較例）を説明する。
上記実施例とは異なる別ロットＢを用いて、上記実施例と同様にして、工程Ｄまで加工を行った。次いで、該ロットから鏡面研磨狙い厚さ評価用サンプルを５枚抜き取った。これらについて、シリコンウェーハの厚さ、及びシリコンウェーハの中央部の非不純物拡散層の厚さｘｉを測定した。次いで、このシリコンウェーハの中央部の非不純物拡散層の厚さｘｉの平均値から、非不純物拡散層の規格中心値（５０μｍ）を差し引き、シリコンウェーハ毎に、研磨取り代を算出した。次いで、サンプルであるシリコンウェーハの厚さから、前記手順で算出した研磨取り代を差し引いた厚さを、シリコンウェーハ毎の最終狙い厚さとし、この平均値を、そのロットにおける最終鏡面研磨狙い厚さとして、鏡面研磨を行った。その結果を表３に示す。
【００２８】
【表３】

【００２９】
なお、比較例のような算出方法、すなわち中央部の非不純物拡散層の厚さから、規格中心値を差し引いて、鏡面研磨取り代を算出し、次いで、研削後のシリコンウェーハの厚さからこの鏡面研磨取り代を差し引いて最終ウェーハ狙い厚さを算出し、その平均値を算出する方法で、実施例（ロットＡ）の最終鏡面研磨狙い厚さを計算すると、２７８．９μｍとなる。すなわち、実施例との狙い厚さ（２７９．４２８μｍ）の差は、０．５２８μｍとなった。
【００３０】
次いで、本実施例と比較例によって求められた最終ウェーハ狙い厚を元に、それぞれのロットにおける１００枚のシリコンウェーハについてそれぞれ鏡面研磨し、得られたシリコンウェーハの非不純物拡散層の厚さを測定し、規格範囲の適合性を検討した。その結果を表４に示す。
【００３１】
【表４】

【００３２】
上記表４から明らかなように、本実施例の場合は、比較例と比べて、良品歩留まりで、１７．１％の改善が見られた。特に、非不純物拡散層厚さ不足の不良については、実施例では、０．６％であったのに対して、比較例では、１４．４％と格段に劣っていた。非不純物拡散層厚さ過剰の不良については、さらに研磨を行うことによって、良品となることがあるが、非不純物拡散層厚さ不足の不良については、全く補修によって良品とすることは不可能であり、この不良率が高いことは、従来方法が経済的な方法ではないことを示している。
【００３３】
上述した実施例ではウェーハの拡散層、非不純物拡散層の測定数は、センターも含め５箇所としたが、さらに測定精度を高めるためには、より多点測定（例えば、中心からの半径をＲとした場合の１／２Ｒの位置）、または、評価時間の短縮のために、中心部、外周部２点（例えば、図３でいう、周辺部１、周辺部３）でもかまわない。本発明を実施する上での好適な測定数は、３カ所から９カ所（９カ所は、図３でいうところの中心部から各周辺部に向かった半径Ｒの１／２Ｒの位置である。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、面内の不純物拡散層の厚さｘｊのバラツキによる非不純物拡散層の厚さｘｉ、特に外周部での層厚の規格外れをなくすと共に、製造効率も向上させた高品質な拡散ウェーハを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の拡散ウェーハの製造方法を説明するための工程を示すシリコンウェーハの断面図。
【図２】本発明の実施形態を説明するためのシリコンウェーハの断面図。
【図３】本発明の実施形態を説明するためのシリコンウェーハの上面図。
【図４】従来例を説明するための図。
【符号の説明】
１０ａ不純物拡散層
１０ｂ非不純物拡散層

Claims

シリコンウェーハの両面に不純物を拡散し不純物拡散層と非不純物拡散層を形成する工程と、前記非不純物拡散層を露出する工程と、この露出した面を鏡面研磨する工程とを備えた拡散ウェーハの製造方法において、
１）：鏡面研磨する工程前の前記シリコンウェーハをロット毎に複数枚用意し、
２）：前記複数枚のシリコンウェーハの中央部の厚さを測定し、
３）：前記複数枚のシリコンウェーハの中央部、及び周辺部において、前記非不純物拡散層ｘｉの厚さを測定し、
４）：前記手順３）で測定した前記中央部の非不純物拡散層の厚さの平均値と、前記中央部及び周辺部を含んだすべての測定点の前記非不純物拡散層の厚さの平均値との差を求め、
５）：前記手順４）で算出した値を、予め設定されている非不純物拡散層の厚さの製品規格値に加え、
６）：前記手順３）で測定した前記中央部の非不純物拡散層の厚さと、前記手順５）で算出した値との差を、複数枚のシリコンウェーハ毎に算出し、
７）：前記手順２）で測定した前記複数枚のシリコンウェーハの中央部の厚さの測定値と前記手順６）で算出した値との差を、複数枚のシリコンウェーハ毎に算出し、
８）：前記手順７）で算出した複数枚のシリコンウェーハ毎の値の平均値を、前記ロットの鏡面研磨の狙い厚さ値としてシリコンウェーハの鏡面研磨を行うことを特徴とする拡散ウェーハの製造方法。