JP6472936B1 - 半導体不純物液体ソース、半導体不純物液体ソースの製造方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
不純物を含む化合物、化合物を溶解する有機溶剤、有機溶剤に溶解し液体ソースに粘性を付与する増粘剤、不純物より大きい直径の無機粉末が含有され、増粘剤は、液体ソースを半導体基板の塗布面に塗布する際、粘性によって隣り合う無機粉末同士の間隔を調整して塗布面上への不純物の分布を調整し、第１の温度に加熱されて隣り合う無機粉末同士の間に析出して不純物の分布を維持し、無機粉末は、半導体基板同士の間隔の分布を調整し、不純物を第２の温度に加熱後、接合された半導体基板を剥離液に晒す際に、半導体基板同士の間隔を維持していることで半導体基板間に剥離液を浸透させる。
Description
本発明は、半導体不純物液体ソース、半導体不純物液体ソースの製造方法および半導体装置の製造方法に関する。
従来から、半導体プロセスでは、塗布コータヘッド上に載置されたＳｉウェーハを塗布コータヘッドで回転させながら、ノズルによって上方からＳｉウェーハに不純物の液体ソースを滴下することが行われていた。Ｓｉウェーハに滴下された液体ソースは、回転するＳｉウェーハの遠心力によってＳｉウェーハに全面的に塗布される。そして、液体ソースが塗布されたＳｉウェーハを加熱することで、Ｓｉウェーハに不純物を熱拡散することができる。また、一度に大量のＳｉウェーハを処理するため、不純物の熱拡散においては、液体ソースが塗布された複数枚のＳｉウェーハを積層し、積層されたＳｉウェーハをまとめて加熱することで、複数枚のＳｉウェーハに同時に熱拡散を行っていた。そして、熱拡散が完了した後は、フッ酸中にＳｉウェーハの積層体を浸漬することで、積層体から単体毎にＳｉウェーハを剥離する。
しかしながら、従来は、不純物の拡散の均一性を確保しつつ半導体基板の剥離の所要時間を短縮して半導体装置の製造効率を向上させることについて、有効な提案がなされていなかった。
例えば、特開平１１−１７６７６４号公報には、不純物の化合物および有機系バインダを含む拡散用フィルムが開示されているが、この技術では、有機系バインダが不純物の拡散の均一性に何ら寄与することができず、また、フィルムを溶融させる工程が必要であるため製造効率を向上させることもできない。したがって、特開平１１−１７６７６４号公報に記載の技術は、本発明とは全く異なる技術である。
そこで、本発明は、不純物の拡散の均一性を確保しつつ半導体基板の剥離の所要時間を短縮して半導体装置の製造効率を向上させることができる半導体不純物液体ソース、半導体不純物液体ソースの製造方法および半導体製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る半導体不純物液体ソースは、
積層された複数の半導体基板間に塗布された状態で加熱されることで、前記複数の半導体基板に不純物を拡散させる半導体不純物液体ソースであって、
前記不純物を含む化合物と、
前記化合物を溶解する有機溶剤と、
前記有機溶剤に溶解し、前記半導体不純物液体ソースに粘性を付与する増粘剤と、
前記不純物よりも大きい直径を有する無機粉末と、が混合して含有され、
前記増粘剤は、
前記半導体不純物液体ソースを前記半導体基板の塗布面に塗布する際に、前記半導体不純物液体ソースに付与する前記粘性によって、前記塗布面に沿った面方向において隣り合う前記無機粉末同士の間隔を調整して前記塗布面上への前記不純物の分布を調整し、
前記半導体不純物液体ソースを乾燥させる第１の温度に加熱されることで、前記有機溶剤の蒸発にともなって前記隣り合う無機粉末同士の間に析出して前記塗布面上への前記不純物の分布を維持する特性を有し、
前記無機粉末は、
前記複数の半導体基板を積層する際に、前記増粘剤によって前記面方向において隣り合う無機粉末同士の間隔が調整されていることで、前記複数の半導体基板同士の間隔の前記面方向における分布を調整し、
前記不純物を前記第１の温度よりも高い温度である前記不純物の拡散供給源が生成される第２の温度に加熱した後、前記第２の温度での加熱によって接合された前記複数の半導体基板を剥離液に晒す際に、前記複数の半導体基板同士の間隔を維持していることで、前記複数の半導体基板間に前記剥離液を浸透させる特性を有する。
積層された複数の半導体基板間に塗布された状態で加熱されることで、前記複数の半導体基板に不純物を拡散させる半導体不純物液体ソースであって、
前記不純物を含む化合物と、
前記化合物を溶解する有機溶剤と、
前記有機溶剤に溶解し、前記半導体不純物液体ソースに粘性を付与する増粘剤と、
前記不純物よりも大きい直径を有する無機粉末と、が混合して含有され、
前記増粘剤は、
前記半導体不純物液体ソースを前記半導体基板の塗布面に塗布する際に、前記半導体不純物液体ソースに付与する前記粘性によって、前記塗布面に沿った面方向において隣り合う前記無機粉末同士の間隔を調整して前記塗布面上への前記不純物の分布を調整し、
前記半導体不純物液体ソースを乾燥させる第１の温度に加熱されることで、前記有機溶剤の蒸発にともなって前記隣り合う無機粉末同士の間に析出して前記塗布面上への前記不純物の分布を維持する特性を有し、
前記無機粉末は、
前記複数の半導体基板を積層する際に、前記増粘剤によって前記面方向において隣り合う無機粉末同士の間隔が調整されていることで、前記複数の半導体基板同士の間隔の前記面方向における分布を調整し、
前記不純物を前記第１の温度よりも高い温度である前記不純物の拡散供給源が生成される第２の温度に加熱した後、前記第２の温度での加熱によって接合された前記複数の半導体基板を剥離液に晒す際に、前記複数の半導体基板同士の間隔を維持していることで、前記複数の半導体基板間に前記剥離液を浸透させる特性を有する。
また、前記半導体不純物液体ソースにおいて、
前記半導体不純物液体ソース全体に対する前記無機粉末の質量濃度は、前記半導体不純物液体ソース全体に対する前記増粘剤の質量濃度よりも低くてもよい。
前記半導体不純物液体ソース全体に対する前記無機粉末の質量濃度は、前記半導体不純物液体ソース全体に対する前記増粘剤の質量濃度よりも低くてもよい。
また、前記半導体不純物液体ソースにおいて、
前記半導体不純物液体ソース全体に対する前記無機粉末の質量濃度は、前記半導体不純物液体ソース全体に対する前記有機溶剤の質量濃度よりも低くてもよい。
前記半導体不純物液体ソース全体に対する前記無機粉末の質量濃度は、前記半導体不純物液体ソース全体に対する前記有機溶剤の質量濃度よりも低くてもよい。
また、前記半導体不純物液体ソースにおいて、
前記剥離液は、フッ酸であってもよい。
前記剥離液は、フッ酸であってもよい。
また、前記半導体不純物液体ソースにおいて、
前記無機粉末は、主成分として、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＣおよびＳｉ３Ｎ４からなる群から選択される少なくとも１つの物質を含有してもよい。
前記無機粉末は、主成分として、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＣおよびＳｉ３Ｎ４からなる群から選択される少なくとも１つの物質を含有してもよい。
また、前記半導体不純物液体ソースにおいて、
前記増粘剤は、主成分として、セルロースまたはその誘導体を含有してもよい。
前記増粘剤は、主成分として、セルロースまたはその誘導体を含有してもよい。
また、前記半導体不純物液体ソースにおいて、
前記増粘剤は、主成分として、ヒドロキシプロピルセルロースを含有してもよい。
前記増粘剤は、主成分として、ヒドロキシプロピルセルロースを含有してもよい。
また、前記半導体不純物液体ソースにおいて、
前記有機溶剤は、主成分として、エタノール、アセトン、又はプロパノールを含有してもよい。
前記有機溶剤は、主成分として、エタノール、アセトン、又はプロパノールを含有してもよい。
また、前記半導体不純物液体ソースにおいて、
前記化合物は、ほう酸および乳酸アルミニウムであってもよい。
前記化合物は、ほう酸および乳酸アルミニウムであってもよい。
また、前記半導体不純物液体ソースにおいて、
前記化合物は、ピロりん酸であってもよい。
前記化合物は、ピロりん酸であってもよい。
また、前記半導体不純物液体ソースにおいて、
更に、水を含有してもよい。
更に、水を含有してもよい。
本発明の一態様に係る半導体不純物液体ソースの製造方法は、
前記不純物を含む化合物と、前記化合物を溶解する有機溶剤と、前記有機溶剤に溶解し、前記半導体不純物液体ソースに粘性を付与する増粘剤と、を混合した混合液を生成する工程と、
前記混合液の粘性を安定させるために前記混合液を予め決められた時間所定の雰囲気下で保持する工程と、
前記保持の後に、前記混合液に、前記不純物よりも大きい直径を有する無機粉末を混合する工程と、を備える。
前記不純物を含む化合物と、前記化合物を溶解する有機溶剤と、前記有機溶剤に溶解し、前記半導体不純物液体ソースに粘性を付与する増粘剤と、を混合した混合液を生成する工程と、
前記混合液の粘性を安定させるために前記混合液を予め決められた時間所定の雰囲気下で保持する工程と、
前記保持の後に、前記混合液に、前記不純物よりも大きい直径を有する無機粉末を混合する工程と、を備える。
前記半導体不純物ソースの製造方法において、
前記保持の前に前記混合液を撹拌する工程を更に備えてもよい。
前記保持の前に前記混合液を撹拌する工程を更に備えてもよい。
本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、
複数の半導体基板に、請求項１に記載の半導体不純物液体ソースを塗布する工程と、
前記塗布された半導体不純物液体ソースを第１の温度に加熱することで、前記塗布された半導体不純物液体ソースを乾燥させる工程と、
前記複数の半導体基板を積層させる工程と、
前記複数の半導体基板を積層させる際に、前記無機粉末によって前記複数の半導体基板同士の間隔の分布を調整する工程と、
前記不純物を第２の温度に加熱することで、前記不純物の拡散供給源を生成する工程と、 前記複数の半導体基板を剥離液に浸漬させて、前記第２の温度での加熱によって接合された前記複数の半導体基板同士を剥離する工程と、を備える。
複数の半導体基板に、請求項１に記載の半導体不純物液体ソースを塗布する工程と、
前記塗布された半導体不純物液体ソースを第１の温度に加熱することで、前記塗布された半導体不純物液体ソースを乾燥させる工程と、
前記複数の半導体基板を積層させる工程と、
前記複数の半導体基板を積層させる際に、前記無機粉末によって前記複数の半導体基板同士の間隔の分布を調整する工程と、
前記不純物を第２の温度に加熱することで、前記不純物の拡散供給源を生成する工程と、 前記複数の半導体基板を剥離液に浸漬させて、前記第２の温度での加熱によって接合された前記複数の半導体基板同士を剥離する工程と、を備える。
本発明の一態様に係る半導体不純物液体ソースは、積層された複数の半導体基板間に塗布された状態で加熱されることで、複数の半導体基板に不純物を拡散させる半導体不純物液体ソースであって、不純物を含む化合物と、化合物を溶解する有機溶剤と、有機溶剤に溶解し、半導体不純物液体ソースに粘性を付与する増粘剤と、不純物よりも大きい直径を有する無機粉末と、が混合して含有され、増粘剤は、半導体不純物液体ソースを半導体基板の塗布面に塗布する際に、半導体不純物液体ソースに付与する粘性によって、塗布面に沿った面方向において隣り合う無機粉末同士の間隔を調整して塗布面上への不純物の分布を調整し、半導体不純物液体ソースを乾燥させる第１の温度に加熱されることで、有機溶剤の蒸発にともなって隣り合う無機粉末同士の間に析出して塗布面上への不純物の分布を維持する特性を有し、無機粉末は、複数の半導体基板を積層する際に、増粘剤によって面方向において隣り合う無機粉末同士の間隔が調整されていることで、複数の半導体基板同士の間隔の面方向における分布を調整し、不純物を第１の温度よりも高い温度である不純物の拡散供給源が生成される第２の温度に加熱した後、第２の温度での加熱によって接合された複数の半導体基板を剥離液に晒す際に、複数の半導体基板同士の間隔を維持していることで、複数の半導体基板間に剥離液を浸透させる特性を有する。
このように、本発明によれば、半導体不純物液体ソースを塗布する際に、増粘剤の粘性によって塗布面上への不純物の分布を調整し、半導体不純物液体ソースを第１の温度で乾燥させる際に、増粘剤が隣り合う無機粉末同士の間に析出して塗布面上への不純物の分布を維持し、複数の半導体基板を積層する際に、増粘剤の粘性で面方向の間隔が調整されている無機粉末によって、半導体基板同士の間隔の面方向における分布を調整し、複数の半導体基板を剥離液に晒す際に、無機粉末で維持された半導体基板同士の間隔を介して剥離液を浸透させることができる。
これにより、不純物の拡散の均一性を確保しつつ半導体基板の剥離の所要時間を短縮して半導体装置の製造効率を向上させることができる。
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明を限定するものではない。また、実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
（半導体不純物液体ソース）
まず、本実施形態に係る半導体不純物液体ソースについて説明する。
まず、本実施形態に係る半導体不純物液体ソースについて説明する。
本実施形態に係る半導体不純物液体ソースは、積層された複数の半導体基板間に塗布された状態で加熱されることで、複数の半導体基板に不純物を拡散させるものである。このように、積層状態の複数の半導体基板に不純物を拡散させることで、複数の半導体基板に対して不純物を同時に拡散させることができるので、不純物の拡散を効率的に行うことができる。
半導体不純物液体ソースは、不純物を含む化合物と、化合物を溶解する有機溶剤と、有機溶剤に溶解し、半導体不純物液体ソースに粘性を付与する増粘剤と、不純物よりも大きい直径を有する無機粉末と、が混合して含有されている。半導体不純物液体ソースは、更に水を含有していてもよい。
半導体基板にＰ型の不純物を拡散させるＰ型の半導体不純物液体ソースの場合、不純物の含む化合物としては、例えば、ほう酸、乳酸アルミニウム等を好適に用いることができる。
半導体基板にＮ型の不純物を拡散させるＮ型の半導体不純物液体ソースの場合、不純物の含む化合物としては、例えば、ピロりん酸等を好適に用いることができる。
有機溶剤は、不純物を含む化合物を溶解する特性を有する。このような特性を有する有機溶剤としては、例えば、主成分として、エタノール、アセトン又はプロパノール等を含有する有機溶剤を好適に用いることができる。
増粘剤は、有機溶剤に溶解し、半導体不純物液体ソースに粘性を付与する特性を有する。また、増粘剤は、半導体不純物液体ソースを半導体基板の塗布面に塗布する際に、半導体不純物液体ソースに付与する粘性によって、塗布面に沿った面方向において隣り合う無機粉末同士の間隔を調整して塗布面上への不純物の分布を調整する特性を有する。さらに、増粘剤は、半導体不純物液体ソースを乾燥させる第１の温度に加熱されることで、有機溶剤の蒸発にともなって隣り合う無機粉末同士の間に析出して塗布面上への不純物の分布を維持する特性を有する。
このような特性を有する増粘剤としては、例えば、主成分として、セルロースまたはその誘導体を含有する増粘剤を好適に用いることができる。増粘剤は、より好ましくは、ヒドロキシプロピルセルロースを含有する。
無機粉末は、複数の半導体基板を積層する際に、増粘剤によって面方向において隣り合う無機粉末同士の間隔が調整されていることで、複数の半導体基板同士の間隔の面方向における分布を調整する特性を有する。
また、無機粉末は、不純物を第１の温度よりも高い温度である不純物の拡散供給源が生成される第２の温度に加熱した後、第２の温度での加熱によって接合された複数の半導体基板を剥離液に晒す際に、複数の半導体基板同士の間隔を維持していることで、複数の半導体基板間に剥離液を浸透させる特性を有する。
このような特性を有する無機粉末としては、例えば、主成分として、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＣおよびＳｉ３Ｎ４からなる群から選択される少なくとも１つの物質を含有する無機粉末を好適に用いることができる。
また、無機粉末を介して接合された半導体基板同士を剥離する特性を有する剥離液としては、例えば、フッ酸等を好適に用いることができる。
（半導体不純物液体ソースの製造方法）
次に、既述した半導体不純物液体ソースを製造するための製造方法について説明する。図１は、本実施形態に係る半導体不純物液体ソースの製造方法を示すフローチャートである。
次に、既述した半導体不純物液体ソースを製造するための製造方法について説明する。図１は、本実施形態に係る半導体不純物液体ソースの製造方法を示すフローチャートである。
図１に示すように、先ず、不純物を含む化合物と、化合物を溶解する有機溶剤と、有機溶剤に溶解し、半導体不純物液体ソースに粘性を付与する増粘剤と、を混合した混合液を生成する（ステップＳ１）。
図２は、本実施形態に係る半導体不純物液体ソースの製造方法において、Ｐ型の半導体不純物液体ソースの製造方法を説明するための説明図である。
図２に示すように、Ｐ型の半導体不純物液体ソースの混合液を生成する場合、例えば、粉末の乳酸アルミニウムを水に混合させ、乳酸アルミニウムが水に溶解するまで湯煎することで、乳酸アルミニウム液を生成する。このとき、図２に示すように、撹拌しながら湯煎することで、乳酸アルミニウムの溶解時間を短縮させることができる。乳酸アルミニウムは、有機溶剤よりも水に溶解し易い。溶解し易い水に乳酸アルミニウムを溶解させた後に有機溶剤と混合することで、混合液を適切に生成することができる。
また、図２に示すように、粉末のほう酸をエタノールに混合させ、ほう酸がエタノールに溶解するまで湯煎することで、ほう酸液を生成する。このとき、図２に示すように、撹拌しながら湯煎することで、ほう酸の溶解時間を短縮させることができる。
そして、図２に示すように、乳酸アルミニウム液と、ほう酸液と、有機溶剤と、増粘剤とを混合することで、混合液を生成する。
図３は、本実施形態に係る半導体不純物液体ソースの製造方法において、Ｎ型の半導体不純物液体ソースの製造方法を説明するための説明図である。
図３に示すように、Ｎ型の半導体不純物液体ソースの混合液を生成する場合、例えば、ピロりん酸と、有機溶剤と、増粘剤とを混合することで、混合液を生成する。
混合液を生成した後、図１に示すように、混合液の粘性を安定させるために混合液を予め決められた時間所定の雰囲気下で保持する（ステップＳ２）。
混合液を保持した後、混合液に、不純物よりも大きい直径を有する無機粉末を混合する（ステップＳ３）。以上のようにして、半導体不純物液体ソースを得ることができる。
（半導体装置の製造方法）
次に、既述した半導体不純物液体ソースを用いた半導体装置の製造方法について説明する。
次に、既述した半導体不純物液体ソースを用いた半導体装置の製造方法について説明する。
図４は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。図５は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法において、滴下工程を示す概略断面図である。
先ず、図４に示すように、半導体基板上に半導体不純物液体ソースを滴下する（ステップＳ１１）。例えば、図５に示すように、塗布コータヘッド３上に半導体基板２を載置し、載置された半導体基板２に対して、上方からノズル４によって半導体基板２の塗布面２ａ上にＰ型半導体不純物液体ソース１−Ｐを滴下する。図５に示すように、Ｐ型半導体不純物液体ソース１−Ｐは、Ｐ型不純物１１−Ｐと、有機溶剤１２と、増粘剤１３と、無機粉末１４とが混合して含有されている。なお、Ｐ型半導体不純物液体ソース１−Ｐは、更に、水やエタノールも含有していてもよい。半導体基板２は、例えば、シリコン単結晶基板である。半導体基板２は、不純物が拡散されていてもよい。
半導体不純物液体ソースを滴下した後、図４に示すように、滴下された半導体不純物液体ソースを半導体基板に塗布する（ステップＳ１２）。これにより、半導体基板上に拡散源皮膜を形成する。図６は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法において、図５に続く塗布工程を示す概略断面図である。半導体不純物液体ソースを塗布する際には、例えば、図６に示すように、塗布コータヘッド３を回転方向ｒに回転させることで、塗布コータヘッド３上に載置された半導体基板２とともに、半導体基板２の塗布面２ａ上のＰ型半導体不純物液体ソース１−Ｐを回転させる。回転によってＰ型半導体不純物液体ソース１−Ｐに遠心力が作用することで、Ｐ型半導体不純物液体ソース１−Ｐは、塗布面２ａの中心側から周辺側に向かって流動して、塗布面２ａ全体に塗布される。
このとき、増粘剤１３によってＰ型半導体不純物液体ソース１−Ｐに付与されている粘性によって、半導体基板２の周辺側への無機粉末１４の移動速度を調整することができる。これにより、塗布面２ａに沿った面方向ｄにおいて隣り合う無機粉末１４同士の間隔ｉを調整することができる。無機粉末１４同士の間隔ｉを調整することで、塗布面２ａ上へのＰ型不純物１１−Ｐの分布を調整することができる。例えば、隣り合う無機粉末１４同士の間隔ｉを均一に調整することで、塗布面２ａ上へのＰ型不純物１１−Ｐの分布を均一に調整することができる。
半導体不純物液体ソースを塗布した後、図４に示すように、半導体基板に塗布された半導体不純物液体ソースを乾燥させる（ステップＳ１３）。図７は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法において、図６に続く乾燥工程を示す概略断面図である。半導体不純物液体ソースを乾燥する際には、例えば、図７に示すように、発熱体が内蔵されたベーク板５上に、Ｐ型半導体不純物液体ソース１−Ｐが塗布された半導体基板２を載置し、ベーク板５を乾燥温度（第１の温度）まで加熱する。これにより、有機溶剤および水は概ね蒸発する。一方、図７に示すように、増粘剤１３は、析出（すなわち、固化）して残存している。増粘剤１３が析出していることで、隣り合う無機粉末１４間の間隔ｉを増粘剤１３によって安定的に維持することができる。これにより、塗布面２ａ上へのＰ型不純物１１−Ｐの分布を維持することができる。
半導体不純物液体ソースを乾燥させた後、同様の工程（ステップＳ１１〜Ｓ１３）を、半導体基板２の塗布面２ａの反対側の表面を新たな塗布面として、不純物の導電型が異なる半導体不純物液体ソースを用いて行う。
半導体基板の表裏の塗布面の半導体不純物液体ソースを乾燥させた後、図４に示すように、複数の半導体基板を積層する（ステップＳ１４）。図８は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法において、図７に続く積層工程を示す概略断面図である。半導体基板を積層する際には、例えば、図８に示すように、複数の半導体基板２を、同じ導電型の半導体不純物液体ソースの塗布面同士を向かい合わせるように積層させる。なお、図８において、符号１１−Ｎは、Ｎ型不純物である。
ここで、もし、隣り合う無機粉末１４同士の間隔が調整されていない場合、無機粉末１４の分布が偏ることで、局所的に半導体基板２間に無機粉末１４が存在しない箇所が生じ得る。この場合、無機粉末１４が局所的に存在しない箇所では、積層される半導体基板２の重力によって半導体基板２間の間隔が狭められてしまう。これにより、半導体基板２同士の間隔が面方向において不均一となり、半導体基板２間の不純物の配置状態も面方向において不均一となる。この結果、不純物の拡散の均一性を維持することが困難となる。 これに対して、本実施形態では、増粘剤１３によって面方向ｄにおいて隣り合う無機粉末１４同士の間隔が調整されていることで、無機粉末１４は、複数の半導体基板２同士の間隔の面方向における分布を調整することができる。例えば、無機粉末１４は、半導体基板２同士の間隔の面方向ｄにおける分布を均一になるように調整することができる。
このように、半導体基板２同士の間隔の面方向における均一性を高めることができるので、半導体基板２間の不純物の配置状態の面方向における均一性を高めることができる。この結果、不純物の拡散の均一性を高めることができる。
半導体基板を積層させた後、図４に示すように、不要な物質を除去する焼成工程を実施する（ステップＳ１５）。図９は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法において、図８に続く焼成工程を示す概略断面図である。図１０は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法において、拡散プロセスでの温度遷移を示すグラフである。焼成工程においては、例えば、図９に示すように、積層された半導体基板２を焼成温度で加熱して増粘剤１３を除去する。より詳しくは、図１０に示すように、積層された半導体基板２を、一定の焼成温度Ｔａで一定時間ｔ１加熱して増粘剤１３を除去する。このとき、Ｐ型半導体不純物液体ソース１−Ｐの塗布の際に増粘剤１３によって無機粉末１４間の間隔ｉが調整されているので、半導体基板２の表面上にＰ型不純物１１−Ｐをできるだけ均一に配置することができる。
焼成の後、図４に示すように、不純物をガラス化して拡散供給源を生成するデポジション工程を実施する（ステップＳ１６）。
図１１は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法において、図９に続くデポジション工程を示す概略断面図である。デポジション工程においては、例えば、図１１に示すように、Ｐ型不純物１１−Ｐをデポジション温度（第２の温度）に加熱することで、Ｐ型不純物１１−Ｐをガラス化して拡散供給源にする。より詳しくは、図１０に示すように、Ｐ型不純物１１−Ｐを、焼成温度Ｔａよりも高温の一定のデポジション温度Ｔｂで、焼成時間ｔ１よりも長い時間ｔ２加熱することで、Ｐ型不純物１１−Ｐを拡散供給源にする。このとき、Ｐ型不純物１１−Ｐは、浅い位置までは拡散される。
ここで、Ｐ型半導体不純物液体ソース１−Ｐの塗布の際に、増粘剤１３によって隣り合う無機粉末１４間の間隔ｉが調整されているので、半導体基板２の表面上にＰ型不純物１１−Ｐをできるだけ均一に配置することができる。これにより、Ｐ型不純物１１−Ｐをできるだけ均一に拡散させることができる。このことは、Ｎ型不純物１１−Ｎについても同様である。
また、このとき、上下の半導体基板２同士がブロック状態となって接合される。
デポジション工程を実施した後、図４に示すように、所望の深さまで不純物を拡散させる拡散工程を実施する（ステップＳ１７）。図１２は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法において、図１１に続く拡散工程を示す概略断面図である。拡散工程においては、例えば、図１２に示すように、Ｐ型不純物１１−Ｐを拡散温度に加熱することで、Ｐ型不純物１１−Ｐを所望の深さまで拡散させる。より詳しくは、図１０に示すように、Ｐ型不純物１１−Ｐを、デポジション温度Ｔｂよりも高温の一定の拡散温度Ｔｃで、デポジション時間ｔ２よりも長い時間ｔ３加熱することで、Ｐ型不純物１１−Ｐを所望の深さまで拡散させる。Ｎ型不純物１１−Ｎについても同様に拡散が行われる。
拡散工程を実施した後、図４に示すように、積層された半導体基板２を剥離液６に浸漬させる（ステップＳ１８）。図１３は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法において、図１２に続く浸漬工程を示す概略断面図である。浸漬の際には、図１３に示すように、無機粉末１４によって半導体基板２同士の間隔が維持されているため、剥離液６は、最外周の無機粉末１４の箇所から中心側に向かって容易に浸透することができる。
これにより、半導体基板２同士の剥離が促進されて剥離時間を短縮することができる。
剥離液への浸漬の後、図４に示すように、半導体基板２を洗浄、乾燥させて積層状態から剥離する（ステップＳ１９）。
以下、本実施形態によってもたらされる作用について説明する。
上述したように、本実施形態に係る半導体不純物液体ソースは、不純物を含む化合物と、化合物を溶解する有機溶剤と、有機溶剤に溶解し、半導体不純物液体ソースに粘性を付与する増粘剤と、不純物よりも大きい直径を有する無機粉末と、が混合して含有されている。増粘剤は、半導体不純物液体ソースを半導体基板の塗布面に塗布する際に、半導体不純物液体ソースに付与する粘性によって、塗布面に沿った面方向において隣り合う無機粉末同士の間隔を調整して塗布面上への不純物の分布を調整し、半導体不純物液体ソースを乾燥させる第１の温度に加熱されることで、有機溶剤の蒸発にともなって隣り合う無機粉末同士の間に析出して塗布面上への不純物の分布を維持する特性を有する。無機粉末は、複数の半導体基板を積層する際に、増粘剤によって面方向において隣り合う無機粉末同士の間隔が調整されていることで、複数の半導体基板同士の間隔の面方向における分布を調整し、不純物を第１の温度よりも高い温度である不純物の拡散供給源が生成される第２の温度に加熱した後、第２の温度での加熱によって接合された複数の半導体基板を剥離液に晒す際に、複数の半導体基板同士の間隔を維持していることで、複数の半導体基板間に剥離液を浸透させる特性を有する。
このように、本発明によれば、半導体不純物液体ソースを塗布する際に、増粘剤の粘性によって塗布面上への不純物の分布を調整し、半導体不純物液体ソースを第１の温度で乾燥させる際に、増粘剤が隣り合う無機粉末同士の間に析出して塗布面上への不純物の分布を維持し、複数の半導体基板を積層する際に、増粘剤の粘性で面方向の間隔が調整されている無機粉末によって、半導体基板同士の間隔の面方向における分布を調整し、複数の半導体基板を剥離液に晒す際に、無機粉末で維持された半導体基板同士の間隔を介して剥離液を浸透させることができる。
これにより、不純物の拡散の均一性を確保しつつ半導体基板の剥離の所要時間を短縮して半導体装置の製造効率を向上させることができる。
また、ドーパントフィルムでは、大量の有機系バインダによるガスが急激に発生して異常燃焼が生じないように、一定温度でドーパントフィルムをプリベークする必要があるところ、半導体不純物液体ソースでは、異常燃焼が生じない有機溶剤を用いているため、焼成の前のプリベークは不要である。これにより、工程数を抑えて製造効率を更に向上させることができる。
（変形例）
上述した以外にも、本発明には、種々の変形例を適用することができる。
上述した以外にも、本発明には、種々の変形例を適用することができる。
図１４は、本実施形態の変形例に係る半導体不純物液体ソースの製造方法を示すフローチャートである。例えば、図１４に示すように、半導体不純物液体ソースを製造する際に、混合液を保持する前に撹拌してもよい（ステップＳ４）。混合液を撹拌することで、増粘剤の粘度を更に安定させることができる。増粘剤の粘度を安定させることで、半導体装置の製造の際に、より効果的に不純物の拡散の均一性を確保することができる。
また、半導体不純物液体ソース全体に対する無機粉末の質量濃度（ｗｔ％）は、半導体不純物液体ソース全体に対する増粘剤の質量濃度（ｗｔ％）よりも低くてもよい。ここで、無機粉末の質量濃度が増粘剤の質量濃度よりも高いと、増粘剤が粘性を適切に発揮できず半導体不純物液体ソースが伸びにくくなるため、所望の粘度を得ようとして増粘剤の材料の選定等を行ったとしても、増粘剤の粘度を正確に調整することが困難である。これに対して、無機粉末の質量濃度が増粘剤の質量濃度よりも低ければ、増粘剤が粘性を適切に発揮できるので、所望の粘度を得ようとして増粘剤の材料の選定等を行うことで、増粘剤の粘度を正確に調整することができる。
また、半導体不純物液体ソース全体に対する無機粉末の質量濃度は、半導体不純物液体ソース全体に対する有機溶剤の質量濃度よりも低くてもよい。ここで、無機粉末の質量濃度が有機溶剤の質量濃度よりも高いと、半導体不純物液体ソースの流動性が著しく損なわれた状態になるので、流動体に粘性を付与する増粘剤が加わっても、粘性を付与すべき流動体（有機溶剤）が少な過ぎるので、増粘剤が適切に粘性を発揮できない。このため、所望の粘度を得ようとして増粘剤の材料の選定等を行ったとしても、増粘剤の粘度を正確に調整することは困難である。これに対して、無機粉末の質量濃度が有機溶剤の質量濃度よりも低ければ、粘性を付与する十分な有機溶剤を確保することができるので、増粘剤が粘性を適切に発揮できる。このため、所望の粘度を得ようとして増粘剤の材料の選定等を行うことで、増粘剤の粘度を正確に調整することができる。
上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではない。異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。
１−Ｐ Ｐ型半導体不純物液体ソース
１−Ｎ Ｎ型半導体不純物液体ソース
１１−Ｐ Ｐ型不純物
１１−Ｎ Ｎ型不純物
１２ 有機溶剤
１３ 増粘剤
１４ 無機粉末
１−Ｎ Ｎ型半導体不純物液体ソース
１１−Ｐ Ｐ型不純物
１１−Ｎ Ｎ型不純物
１２ 有機溶剤
１３ 増粘剤
１４ 無機粉末
Claims (14)
- 積層された複数の半導体基板間に塗布された状態で加熱されることで、前記複数の半導体基板に不純物を拡散させる半導体不純物液体ソースであって、
前記不純物を含む化合物と、
前記化合物を溶解する有機溶剤と、
前記有機溶剤に溶解し、前記半導体不純物液体ソースに粘性を付与する増粘剤と、
前記不純物よりも大きい直径を有する無機粉末と、が混合して含有され、
前記増粘剤は、
前記半導体不純物液体ソースを前記半導体基板の塗布面に塗布する際に、前記半導体不純物液体ソースに付与する前記粘性によって、前記塗布面に沿った面方向において隣り合う前記無機粉末同士の間隔を調整して前記塗布面上への前記不純物の分布を調整し、
前記半導体不純物液体ソースを乾燥させる第１の温度に加熱されることで、前記有機溶剤の蒸発にともなって前記隣り合う無機粉末同士の間に析出して前記塗布面上への前記不純物の分布を維持する特性を有し、
前記無機粉末は、
前記複数の半導体基板を積層させる際に、前記増粘剤によって前記面方向において隣り合う無機粉末同士の間隔が調整されていることで、前記複数の半導体基板同士の間隔の前記面方向における分布を調整し、
前記不純物を前記第１の温度よりも高い温度である前記不純物の拡散供給源が生成される第２の温度に加熱した後、前記第２の温度での加熱によって接合された前記複数の半導体基板を剥離液に晒す際に、前記複数の半導体基板同士の間隔を維持していることで、前記複数の半導体基板間に前記剥離液を浸透させる特性を有することを特徴とする半導体不純物液体ソース。 - 前記半導体不純物液体ソース全体に対する前記無機粉末の質量濃度は、前記半導体不純物液体ソース全体に対する前記増粘剤の質量濃度よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の半導体不純物液体ソース。
- 前記半導体不純物液体ソース全体に対する前記無機粉末の質量濃度は、前記半導体不純物液体ソース全体に対する前記有機溶剤の質量濃度よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の半導体不純物液体ソース。
- 前記剥離液は、フッ酸であることを特徴とする請求項１に記載の半導体不純物液体ソース。
- 前記無機粉末は、主成分として、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＣおよびＳｉ３Ｎ４からなる群から選択される少なくとも１つの物質を含有することを特徴とする請求項１に記載の半導体不純物液体ソース。
- 前記増粘剤は、主成分として、セルロースまたはその誘導体を含有することを特徴とする請求項１に記載の半導体不純物液体ソース。
- 前記増粘剤は、主成分として、ヒドロキシプロピルセルロースを含有することを特徴とする請求項６に記載の半導体不純物液体ソース。
- 前記有機溶剤は、主成分として、エタノール、アセトン、又はプロパノールを含有することを特徴とする請求項１に記載の半導体不純物液体ソース。
- 前記化合物は、ほう酸および乳酸アルミニウムであることを特徴とする請求項１に記載の半導体不純物液体ソース。
- 前記化合物は、ピロりん酸であることを特徴とする請求項１に記載の半導体不純物液体ソース。
- 更に、水を含有することを特徴とする請求項１に記載の半導体不純物液体ソース。
- 請求項１に記載の半導体不純物液体ソースの製造方法であって、
前記不純物を含む化合物と、前記化合物を溶解する有機溶剤と、前記有機溶剤に溶解し、前記半導体不純物液体ソースに粘性を付与する増粘剤と、を混合した混合液を生成する工程と、
前記混合液の粘性を安定させるために前記混合液を予め決められた時間所定の雰囲気下で保持する工程と、
前記保持の後に、前記混合液に、前記不純物よりも大きい直径を有する無機粉末を混合する工程と、を備えることを特徴とする半導体不純物液体ソースの製造方法。 - 前記保持の前に前記混合液を撹拌する工程を更に備えることを特徴とする請求項１２に記載の半導体不純物ソースの製造方法。
- 複数の半導体基板に、請求項１に記載の半導体不純物液体ソースを塗布する工程と、
前記塗布された半導体不純物液体ソースを第１の温度に加熱することで、前記塗布された半導体不純物液体ソースを乾燥させる工程と、
前記複数の半導体基板を積層させる工程と、
前記前記複数の半導体基板を積層させる際に、前記無機粉末によって前記複数の半導体基板同士の間隔の分布を調整する工程と、
前記不純物を第２の温度に加熱することで、前記不純物の拡散供給源を生成する工程と、
前記複数の半導体基板を剥離液に浸漬させて、前記第２の温度での加熱によって接合された前記複数の半導体基板同士を剥離する工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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