JP6496280B2 - Method for manufacturing diffusion wafer - Google Patents
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Description
本発明は、半導体素子や半導体デバイスなどの製造過程に用いられる、非拡散層と拡散層を有する拡散ウエハ、及び、拡散ウエハを生産するための製造方法に関する。 The present invention relates to a diffusion wafer having a non-diffusion layer and a diffusion layer, and a manufacturing method for producing the diffusion wafer, which are used in manufacturing processes of semiconductor elements and semiconductor devices.
従来、この種の半導体素子の製造過程は、棒状の半導体単結晶から半導体ウエハを作成するウエハ作成工程と、この半導体ウエハの主面部に半導体素子を形成する素子形成工程と、に大別される。棒状のシリコン単結晶から半導体素子を作成する場合には、前記ウエハ作成工程で先ず棒状のシリコン単結晶からスライシングされたシリコンウエハに拡散処理を施して、その両主面に拡散層が形成され、次に拡散処理した後のシリコンウエハの中間部をスライシング加工により切断分離し、その次に拡散層以外の厚さが目標厚みになるように、それぞれの切断面に鏡面研磨加工を施すことで、ほぼ厚さの等しい2つの半導体ウエハ片を得る、半導体素子の製造方法がある(例えば、特許文献1参照)。
最後に、前記半導体ウエハ片の非拡散層の一部に、p形層やn形層が形成され、これをペレットに切断分離して素子形成工程が終了される。
Conventionally, the manufacturing process of this type of semiconductor element is roughly divided into a wafer preparation process for forming a semiconductor wafer from a rod-shaped semiconductor single crystal and an element formation process for forming a semiconductor element on the main surface portion of the semiconductor wafer. . In the case of producing a semiconductor element from a rod-shaped silicon single crystal, first, in the wafer creating step, a silicon wafer sliced from the rod-shaped silicon single crystal is subjected to a diffusion treatment, and diffusion layers are formed on both main surfaces thereof. Next, the intermediate part of the silicon wafer after the diffusion treatment is cut and separated by slicing processing, and then the mirror polishing process is performed on each cut surface so that the thickness other than the diffusion layer becomes the target thickness, There is a method of manufacturing a semiconductor device that obtains two semiconductor wafer pieces having substantially the same thickness (see, for example, Patent Document 1).
Finally, a p-type layer and an n-type layer are formed on a part of the non-diffusion layer of the semiconductor wafer piece, which is cut and separated into pellets, thereby completing the element formation step.
ところで、前記ウエハ作成工程と前記素子形成工程は、一般的に異なる場所で行われることが多い。例えば前記ウエハ作成工程が行われる第一の工場で、半導体素子の種類に関係なく共通する半導体ウエハ(拡散ウエハ)を作成する。この半導体ウエハ(拡散ウエハ)を第二の工場に出荷し、第二の工場では各種の前記素子形成工程を行うことにより、多種類の半導体素子が効率良く製造されている。
また、シリコンウエハにおいては、その口径を拡大することで、ウエハ1枚からより多くの半導体デバイスを作ることが可能となり、その生産性を大幅に高めることが行われている。
これと同様に拡散ウエハにおいても、従前の小口径サイズから大口径サイズに切り換えることで生産性を向上させることが検討されている。
しかし乍ら、拡散ウエハは、単結晶の板であるため極めて欠け易く、その厚みを従前の小口径サイズと同寸法に維持しつつ大口径化した場合には、機械的強度が更に低下してしまい、その後の前記素子形成工程におけるハンドリングなどで割れてしまうという問題がある。
そこで、このような問題点を解決するため、前記ウエハ作成工程において従前の小口径サイズよりも厚くて且つ大口径なシリコンウエハに拡散処理を施して、従前の小口径サイズと同じ厚みの非拡散層と、従前の拡散層よりも肉厚な拡散層とを有する拡散ウエハを作成することが考えられる。この大口径で肉厚な拡散ウエハであれば、その後の前記素子形成工程でハンドリングしても割れず、最終的には拡散層の余分な部分を削り落として目標厚みにすればよい。これにより、大口径化した拡散ウエハであっても、機械的強度が向上して前記素子形成工程における割れを防止可能にしつつ、従前の小口径サイズと同様に半導体素子が形成可能になって加工性の低下も防止できる。
しかし、この場合には、機械的強度アップで厚くした拡散層の追加厚み分を削り落すため、この大口径な拡散ウエハの拡散層における不純物の濃度分布は、従前の小口径な拡散ウエハの拡散層における不純物の濃度分布と異なってしまう。
詳しく説明すると、前記ウエハ作成工程で拡散処理を施した時点における不純物の濃度分布は、肉厚で大口径な拡散ウエハの拡散層と、従前の小口径な拡散ウエハの拡散層とがそれぞれ同じであるものの、大口径な拡散ウエハはその後に拡散層の拡散面から不純物の濃度分布が高い部分が削り落されてしまう。
このように従前の小口径な拡散ウエハと比べて、削り落としで不純物の濃度分布が異なってしまう大口径な拡散ウエハは、既存製品となる従前の小口径な拡散ウエハと製品規格が相違するため、従前の小口径な拡散ウエハの代替品として使用できないという問題がある。
Incidentally, the wafer creation process and the element formation process are generally performed at different places. For example, a common semiconductor wafer (diffusion wafer) is created regardless of the type of semiconductor elements at a first factory where the wafer creation process is performed. This semiconductor wafer (diffusion wafer) is shipped to a second factory, and various kinds of semiconductor elements are efficiently manufactured in the second factory by performing various element forming processes.
In addition, by increasing the diameter of a silicon wafer, it becomes possible to make more semiconductor devices from one wafer, and the productivity is greatly increased.
Similarly, in the diffusion wafer, it has been studied to improve productivity by switching from the conventional small diameter size to the large diameter size.
However, since the diffusion wafer is a single crystal plate, it is very easy to chip. When the diameter of the diffusion wafer is increased while maintaining the same size as the conventional small diameter size, the mechanical strength further decreases. Therefore, there is a problem that it is broken by handling in the subsequent element formation process.
Therefore, in order to solve such problems, a non-diffusion having the same thickness as the conventional small-diameter size is performed by performing a diffusion process on the silicon wafer that is thicker and larger than the conventional small-diameter size in the wafer preparation process. It is conceivable to produce a diffusion wafer having a layer and a diffusion layer thicker than the conventional diffusion layer. If the diffusion wafer has a large diameter and is thick, it will not break even if it is handled in the subsequent element formation step, and finally, an excess portion of the diffusion layer may be scraped off to a target thickness. As a result, even for a diffusion wafer having a large diameter, the mechanical strength is improved and cracking in the element forming process can be prevented, and a semiconductor element can be formed in the same manner as a conventional small diameter size. It is possible to prevent a decrease in sex.
However, in this case, since the additional thickness of the diffusion layer thickened by increasing the mechanical strength is scraped off, the impurity concentration distribution in the diffusion layer of this large-diameter diffusion wafer is the diffusion of the conventional small-diameter diffusion wafer. This is different from the impurity concentration distribution in the layer.
Specifically, the impurity concentration distribution at the time of performing the diffusion process in the wafer preparation process is the same for the diffusion layer of the thick and large-diameter diffusion wafer and the diffusion layer of the conventional small-diameter diffusion wafer. Although there is a large-diameter diffusion wafer, a portion having a high impurity concentration distribution is subsequently scraped off from the diffusion surface of the diffusion layer.
Compared to the conventional small-diameter diffusion wafer, the large-diameter diffusion wafer whose impurity concentration distribution differs due to scraping is different from the existing small-diameter diffusion wafer, which is an existing product, in product specifications. However, there is a problem that it cannot be used as a substitute for the conventional small-diameter diffusion wafer.
このような課題を解決するために本発明に係る拡散ウエハの製造方法は、ウエハにおいて半導体素子が形成される非拡散層と、前記ウエハの表面全体から内部に不純物が拡散された拡散層を有する拡散ウエハの製造方法であって、ウエハの表面に前記不純物を付着して浸透させるデポジション工程と、前記デポジション工程中において前記ウエハの前記表面に生成される化合物層を除去する除去工程と、前記不純物を前記ウエハの内部に拡散させることで、前記拡散層として前記不純物の濃度が前記非拡散層側へ向かって減衰する濃度減衰層部を形成するドライブイン工程と、を含み、前記デポジション工程及び前記除去工程を行った後に、最後の前記デポジション工程で生成された前記化合物層が残ったまま前記ドライブイン工程を行うことで、前記拡散層の露出した拡散面に沿って前記不純物の濃度が、前記濃度減衰層部における前記不純物の最大濃度と略同じとなり、前記拡散層を目標厚さにする削り落とし部位が含まれる濃度均等層部を形成することを特徴とする。 In order to solve such a problem, a method for manufacturing a diffusion wafer according to the present invention includes a non-diffusion layer in which a semiconductor element is formed in the wafer, and a diffusion layer in which impurities are diffused from the entire surface of the wafer. A method for producing a diffusion wafer, wherein a deposition step for adhering and penetrating the impurities on the surface of the wafer, and a removal step for removing a compound layer generated on the surface of the wafer during the deposition step; A drive-in step of diffusing the impurities into the wafer to form a concentration attenuation layer portion in which the concentration of the impurities attenuates toward the non-diffusion layer as the diffusion layer. this performing step and after said removing step, the drive-in process while the compound layer that is generated by the last of the deposition process remained Then, the concentration of the impurity along the exposed diffusion surface of the diffusion layer is substantially the same as the maximum concentration of the impurity in the concentration attenuation layer portion, and a scraped portion that makes the diffusion layer a target thickness is included. A uniform density layer portion is formed.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る拡散ウエハAは、半導体素子や半導体デバイスなどの製造過程に用いられる、棒状の半導体単結晶(インゴット)からスライスされたウエハに拡散処理を施すことで、例えばリンなどの不純物(ドーパント)が拡散されるものである。
半導体素子や半導体デバイスなどの製造過程は、棒状の半導体単結晶から半導体ウエハを作成するウエハ作成工程と、この半導体ウエハの主面部に半導体素子を形成する素子形成工程と、に大別される。棒状のシリコン単結晶を用いて半導体素子を作成する場合には、ウエハ作成工程で先ず棒状のシリコン単結晶からスライシングされたシリコンウエハに拡散処理を施すことにより、拡散ウエハAが作成される。
詳しく説明すると、本発明の実施形態に係る拡散ウエハAは、図1(a)(b)に示すように、非拡散層1と、不純物が拡散された拡散層2と、を主要な構成要素として備えている。
また図示しないが、非拡散層1や拡散層2以外に別の層を追加することも可能である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The diffusion wafer A according to the embodiment of the present invention is a diffusion process performed on a wafer sliced from a rod-shaped semiconductor single crystal (ingot) used in the manufacturing process of semiconductor elements, semiconductor devices, etc. Impurities (dopants) are diffused.
Manufacturing processes of semiconductor elements, semiconductor devices, and the like are roughly divided into a wafer creation process for creating a semiconductor wafer from a rod-shaped semiconductor single crystal and an element formation process for forming a semiconductor element on the main surface portion of the semiconductor wafer. When a semiconductor element is formed using a rod-shaped silicon single crystal, a diffusion wafer A is formed by first performing a diffusion process on a silicon wafer sliced from the rod-shaped silicon single crystal in a wafer forming process.
Specifically, as shown in FIGS. 1A and 1B, the diffusion wafer A according to the embodiment of the present invention includes a
Although not shown, it is possible to add another layer in addition to the
拡散層2は、不純物の濃度が非拡散層1側へ向かうに従って減衰する濃度減衰層部21と、露出した拡散面2aに沿って形成される濃度均等層部22と、を有している。
濃度減衰層部21とは、拡散層2において非拡散層1と反対側の拡散面2a側から、非拡散層1と隣り合う隣接面2bへ向け深さ(以下「深度」という)が深くなるに従って、不純物の濃度が徐々に減衰するように形成される部位である。
濃度均等層部22とは、拡散面2aから濃度減衰層部21との境界面2cまでにおける不純物の濃度を、その深度に関係なく濃度減衰層部21へ向かって減衰せず、濃度減衰層部21における不純物の最大濃度と略同じになるように形成される部位である。
ここでいう「略同じ」とは、拡散面2aから境界面2cまでにおける不純物の濃度が、濃度減衰層部21における不純物の最大濃度と全く同じ(同一)のみに限らず、これに加えて、境界面2cから拡散面2aへ向かう不純物の濃度が、濃度減衰層部21における不純物の最大濃度よりも僅かに増えるものも含まれる。
さらに、濃度均等層部22は、前記ウエハ作成工程の後工程において目標厚さまで拡散層2を削り落とすために利用可能である。すなわち、濃度均等層部22は、その拡散面2a側に拡散層2を目標厚さにするための削り落とし部位22aを有している。
ウエハ作成工程の後工程とは、非拡散層1に対して半導体素子を作るための前記素子形成工程や、半導体デバイスを作るためのデバイス形成工程などが挙げられる。
The
The concentration
The concentration
Here, “substantially the same” is not limited to the fact that the impurity concentration from the
Further, the concentration
Examples of the post-process of the wafer creation process include the element formation process for producing a semiconductor element for the
一方、本発明の実施形態に係る拡散ウエハAは、既存製品となる従前の小口径な拡散ウエハBの代替品として使用可能な大口径な拡散ウエハである。
既存製品となる従前の小口径な拡散ウエハBとは、図1(a)(b)に示される例の場合、本発明の実施形態に係る大口径な拡散ウエハAから濃度均等層部22を除いた、境界面2cが拡散面として露出する構造体に相当する。
ところで、既存製品となる従前の小口径な拡散ウエハBにおける不純物の濃度の分布と、大口径な拡散ウエハAにおける不純物の濃度の分布は、拡散現象の基礎法則(Fickの法則)に従い、数式1に示す拡散方程式で表される。
数式1を満たすxとtの関数をF(x,t)、拡散ウエハの露出した拡散面における拡散による不純物の濃度(拡散によってウエハ内に追加された不純物の表面濃度)をNsとすると、数式2に示すようになる。
In the case of the example shown in FIGS. 1A and 1B, the conventional small-diameter diffusion wafer B that is an existing product is obtained by changing the concentration
By the way, the distribution of the impurity concentration in the conventional small-diameter diffusion wafer B, which is an existing product, and the distribution of the impurity concentration in the large-diameter diffusion wafer A are in accordance with the basic law of diffusion phenomenon (Fick's law). It is expressed by the diffusion equation shown below.
Assuming that the function of x and t
このように既存製品となる従前の小口径な拡散ウエハBにおける全不純物の濃度の分布が、数式3で示される拡散プロファイルを有するとき、従前の小口径な拡散ウエハBの代替品として使用可能な大口径な拡散ウエハAの全不純物の濃度Nの分布は、近似的に数式4と数式5に示す拡散プロファイルを有している。
特に、数式3の一例として、「拡散係数Dがx,tに依らない定数」、「拡散に用いた不純物の総量が一定」、「拡散開始時(t=0)には全ての拡散に用いた不純物が拡散面(x=0)に集中している」の全てを満たす場合には、拡散ウエハの全体における全不純物の濃度Nの分布は、数式6に示すように表せる。
数式6から、従前の小口径な拡散ウエハBの代替品として使用可能な大口径な拡散ウエハAの全不純物の濃度Nの分布を、近似的に数式7に示される拡散プロファイルを有するように変更することも可能である。
すなわち、この実施形態に係る拡散ウエハAにおいても、前述した実施形態に係る拡散ウエハAと同様になる。
In particular, as an example of
From Equation 6, the distribution of the concentration N of all impurities in the large-diameter diffusion wafer A that can be used as an alternative to the conventional small-diameter diffusion wafer B is changed to have a diffusion profile approximately represented by Equation 7. It is also possible to do.
That is, the diffusion wafer A according to this embodiment is the same as the diffusion wafer A according to the above-described embodiment.
そして、本発明の実施形態に係る拡散ウエハAを生産するための製造方法は、棒状の半導体単結晶から半導体ウエハを作成するウエハ作成工程において、棒状の半導体単結晶からスライシングされたウエハに対し、拡散処理を施すための製法である。半導体単結晶がシリコン単結晶である場合には、ウエハがシリコンウエハとなる。
詳しく説明すると、本発明の実施形態に係る拡散ウエハAの製造方法は、図2〜図4に示すように、ウエハ10の表面11に例えばリンなどの不純物を付着して浸透させるデポジション工程と、デポジション工程で付着し浸透された不純物をウエハ10の内部に拡散させるドライブイン工程と、を主要な工程として含んでいる。さらに加えて、デポジション工程中においてウエハ10の表面11に生成される化合物層3をデポジション工程後に除去する除去工程を含むことも可能である。
デポジション工程中においてウエハ10の表面11に生成される化合物層3とは、例えばリンガラスなどの酸化物やその他のシリコン化合物などからなる。
ドライブイン工程では、不純物をウエハ10の内部に拡散させることにより、拡散層2として不純物の濃度が非拡散層1側へ向かうに従って減衰する濃度減衰層部21を形成している。
デポジション工程の後にドライブイン工程を行うことにより、拡散層2の拡散面2aに沿って不純物の濃度が、濃度減衰層部21における不純物の最大濃度と略同じとなる濃度均等層部22を形成している。濃度均等層部22には、前記ウエハ作成工程の後工程で拡散層2を目標厚さにするための削り落とし部位22aが含まれている。
And the manufacturing method for producing the diffusion wafer A according to the embodiment of the present invention is a wafer creation step of creating a semiconductor wafer from a rod-shaped semiconductor single crystal, with respect to a wafer sliced from the rod-shaped semiconductor single crystal, This is a manufacturing method for performing diffusion treatment. When the semiconductor single crystal is a silicon single crystal, the wafer is a silicon wafer.
More specifically, as shown in FIGS. 2 to 4, the manufacturing method of the diffusion wafer A according to the embodiment of the present invention includes a deposition process in which impurities such as phosphorus adhere to and penetrate into the
The
In the drive-in process, by diffusing impurities into the
By performing a drive-in process after the deposition process, a concentration
デポジション工程からドライブイン工程に至る製法には、デポジション工程からドライブイン工程に至る過程において、デポジション工程中でウエハ10の表面11に生成される化合物層3を除去した後にドライブイン工程を行う第一の製法と、最後のデポジション工程中で生成される化合物層3を残したままドライブイン工程を行う第二の製法と、がある。
第一の製法として図2(a)〜(e)に示される例の場合には、図2(a),(c)のデポジション工程と、図2(b),(d)の除去工程を一回ずつ又は複数回(2回以上)繰り返して行った後に、最終的に化合物層3が除去された状態で、図2(e)のドライブイン工程を行っている。
第二の製法として図3(a)〜(d)に示される例の場合には、図3(a)のデポジション工程と、図3(b)の除去工程を一回ずつ又は複数回(2回以上)繰り返して行った後に、図3(c)の最後のデポジション工程で生成された化合物層3が最終的に残された状態で、図3(d)のドライブイン工程を行っている。
それ以外の第二の製法として図4(a)(b)に示される例の場合には、図4(a)のデポジション工程を一回又は複数回(2回以上)繰り返して行った後に、最終的に化合物層3が残された状態で、図4(b)のドライブイン工程を行っている。
また、図3(a)〜(d)に示される例や図4(a)(b)に示される例のように最終的に化合物層3を残した状態でドライブインする場合には、ドライブイン後もウエハ10の表面11に化合物層3が残る。しかし、ドライブイン後に残った化合物層3は、洗浄などで容易に除去できる。その他に前記ウエハ作成工程などの後工程において、濃度均等層部22の一部(削り落とし部位22a)が削り落とされる時に化合物層3を含めて削り落とすことも可能である。
In the process from the deposition process to the drive-in process, in the process from the deposition process to the drive-in process, the drive-in process is performed after removing the
In the case of the example shown in FIGS. 2A to 2E as the first manufacturing method, the deposition process of FIGS. 2A and 2C and the removal process of FIGS. 2B and 2D. Is repeated once or a plurality of times (twice or more), and then the drive-in process of FIG. 2E is performed in a state where the
In the case of the example shown in FIGS. 3A to 3D as the second manufacturing method, the deposition process of FIG. 3A and the removal process of FIG. After repeating the process twice or more), the drive-in process of FIG. 3D is performed in a state where the
In the case of the example shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b) as the second production method other than that, after the deposition step of FIG. 4 (a) is repeated once or a plurality of times (twice or more). In the state where the
In the case of driving in with the
本発明の実施形態に係る大口径な拡散ウエハAの製造方法の具体例としては、従前の小口径な拡散ウエハBよりも大口径化された半導体単結晶から、従前の小口径な拡散ウエハBよりも肉厚にスライスし、この大口径で且つ肉厚なウエハ10に対し、気相拡散法などにより拡散処理を施すことが好ましい。
詳しく説明すると、所定温度に加熱された拡散炉(図示しない)の内部に、スライシング後にラッピング加工やエッチング加工などの前処理が施されたウエハ10を入れ、n型不純物であるリンが含まれた塩化ホスホリル(オキシ塩化リン)などと、窒素やアルゴンやヘリウム又はいずれかの混合ガスなど及び酸素と、を同時に流し込み、約1200℃以下でデポジションさせている。
これにより、拡散炉内のウエハ10は、その表面11からリンなどのn型不純物を取り込み、表面11から所定深さまで不純物20が浸透する。これと同時にウエハ10の表面11が酸素と熱の影響で酸化されるため、ウエハ10の表面11には、リンガラスなどの酸化物からなる化合物層3が生成される。
その後、デポジションされたウエハ10を拡散炉から取り出し、化合物層3の除去を行ってから拡散炉に入れてドライブインするか、又はデポジションされたウエハ10を拡散炉から取り出さずに化合物層3が残ったままでドライブインする。ドライブインは、拡散炉の内部に窒素やアルゴンやヘリウム又はいずれかの混合ガスなどを流し込み、一般的にデポジション温度より高い温度に加熱して行われる。なお、ドライブインに使用する拡散炉は、デポジションで使用した拡散炉と別なものでよいし、同じものでもよい。
これにより、ウエハ10の表面11から内部に向かって、所定濃度で所定深さの拡散層2が生成される。
なお、図2〜図4に示される例では、拡散炉で拡散処理されたウエハ10の中間部をスライシング加工により切断分離(二分割)して、拡散層2以外の厚みが目標厚みになるように、それぞれの切断面を研磨加工している。これにより、一方の表面11のみに拡散層2を有する全体の厚みがほぼ等しい2つの拡散ウエハAを作成している。図示例では、2つの拡散ウエハAのうち一方のみを示し、他方を省略している。
また、その他の例として図示しないが、気相拡散法と別の拡散法を用いたり、不純物としてリンと別なものを用いたり、デポジション工程を繰り返す度にデポジション条件を変更したり、拡散処理されたウエハ10の二分割に代えて、非拡散層1側を削り研磨することで、拡散層2以外の厚みが目標厚みとなった一つの拡散ウエハAを作成することも可能である。
As a specific example of the manufacturing method of the large-diameter diffusion wafer A according to the embodiment of the present invention, a conventional single-crystal diffusion wafer B is formed from a semiconductor single crystal having a larger diameter than the conventional small-diameter diffusion wafer B. It is preferable that the
More specifically, a
As a result, the
Thereafter, the deposited
Thereby, the
In the example shown in FIGS. 2 to 4, the intermediate portion of the
Although not shown in the drawings as other examples, a diffusion method different from the vapor phase diffusion method is used, an impurity other than phosphorus is used, the deposition conditions are changed each time the deposition process is repeated, or diffusion is performed. Instead of dividing the processed
一方、大量のウエハ10をバッチ処理で一度にまとめて拡散処理するには、拡散炉の内部に複数枚のウエハ10を相互に密接させて並列状に起立配置することが好ましい。
この場合には、各ウエハ10の間に緩衝材としてシリコンや酸化アルミニウムなどの耐熱性に優れた粉体(図示しない)を挟んでスタックし、この状態でドライブインすることが好ましい。これにより、作成された拡散ウエハA同士が容易に分離可能となって作業性に優れる。
また、その他の例として図3(a)〜(d)に示される例や図4(a)(b)に示される例のように最終的に化合物層3が残された状態でドライブインする場合には、拡散炉の内部に複数枚のウエハ10をそれぞれ所定間隔、詳しくは約500μm以上の間隔が空くように配置することが好ましい。
On the other hand, in order to perform batch processing of a large number of
In this case, it is preferable that the
Further, as another example, the drive-in is performed with the
このような本発明の実施形態に係る拡散ウエハAによると、従前の小口径な拡散ウエハBよりも大口径化しつつ、従前の小口径な拡散ウエハBの拡散層と同等な不純物の濃度を有するように形成された濃度減衰層部21に沿って、不純物の濃度が濃度減衰層部21における不純物の最大濃度と略同じ濃度均等層部22を形成することで、従前の小口径な拡散ウエハBよりも肉厚になる。
このため、半導体素子や半導体デバイスなどを作るための後工程でハンドリングしても割れることはなく、最終的に濃度均等層部22の一部(削り落とし部位22a)を部分的に削り落としても、従前の小口径な拡散ウエハBの拡散層と同じ不純物の濃度の分布を確保することが可能になる。
すなわち、大口径化に伴う機械的強度低下(割れ防止)を図りながら、濃度均等層部22を削り落した後も、従前の小口径な拡散ウエハBの拡散層と同じ不純物の濃度の分布が得られて、既存製品となる従前の小口径な拡散ウエハBの製品規格と合致できる。
これにより、拡散層2の一部を削り落す際の自由度が高くなる。
したがって、大口径化や拡散層2の部分的な削り落としに関係なく所望の不純物濃度分布を得ることができる。
その結果、既存製品となる従前の小口径な拡散ウエハBの代替品として大口径な拡散ウエハAを使用できる。
このため、大口径化に伴う機械的強度の低下による割れを防止でき、大口径化により生産性を大幅に高めて経済合理性の向上が図れる。
また、拡散層2において非拡散層1近くの深層部位における不純物の濃度を精密に調整可能となるため、半導体デバイスの領域直下における通電性を改善することも可能になる。
したがって、電力損失の少ない半導体デバイスを作製できる。
According to the diffusion wafer A according to the embodiment of the present invention, the impurity concentration is the same as that of the diffusion layer of the conventional small-diameter diffusion wafer B while the diameter is larger than that of the conventional small-diameter diffusion wafer B. By forming the concentration
For this reason, even if it is handled in a subsequent process for manufacturing a semiconductor element, a semiconductor device, etc., it does not break, and even if part of the concentration uniform layer portion 22 (the scraped
That is, the same impurity concentration distribution as that of the diffusion layer of the conventional small-diameter diffusion wafer B is obtained even after the concentration
Thereby, the freedom degree at the time of shaving off a part of
Therefore, a desired impurity concentration distribution can be obtained regardless of the increase in the diameter or the partial removal of the
As a result, the large-diameter diffusion wafer A can be used as an alternative to the conventional small-diameter diffusion wafer B that is an existing product.
For this reason, it is possible to prevent cracking due to a decrease in mechanical strength accompanying the increase in diameter, and it is possible to significantly increase productivity and improve economic rationality by increasing the diameter.
In addition, since the impurity concentration in the deep layer portion near the
Therefore, a semiconductor device with little power loss can be manufactured.
本発明の実施形態に係る拡散ウエハAの製造方法によると、デポジション工程の後にドライブイン工程を行うことで、ウエハ10の表面11側に拡散層2として不純物の濃度を非拡散層1側へ向かって減衰させる濃度減衰層部21が形成される。これと同時に、拡散層2の拡散面2aから境界面2cまでにおける不純物の濃度が、その深度に関係なく濃度減衰層部21における不純物の最大濃度と同じとなるとともに後工程で拡散層2を目標厚さにするための削り落とし部位22aを含んだ濃度均等層部22が形成される。
このため、半導体素子や半導体デバイスなどを作るための後工程でハンドリングしても割れることはなく、最終的に濃度均等層部22の一部(削り落とし部位22a)を削り落としても、従前の小口径な拡散ウエハBの拡散層と同じ不純物の濃度の分布を確保することが可能になる。これにより、拡散層2の一部を削り落す際の自由度が高くなる。
したがって、大口径化や拡散層2の部分的な削り落としに関係なく所望の不純物濃度分布を得ることができる。
その結果、既存製品となる従前の小口径な拡散ウエハBの代替品として大口径な拡散ウエハAを使用できる。
このため、大口径化に伴う機械的強度の低下による割れを防止でき、大口径化により生産性を大幅に高めて経済合理性の向上が図れる。
また、拡散層2において非拡散層1近くの深層部位における不純物の濃度を精密に調整可能となるため、半導体デバイスの領域直下における通電性を改善することも可能になる。
したがって、電力損失の少ない半導体デバイスを作製できる。
According to the manufacturing method of the diffusion wafer A according to the embodiment of the present invention, by performing a drive-in process after the deposition process, the concentration of impurities as the
For this reason, even if it is handled in a subsequent process for manufacturing a semiconductor element, a semiconductor device, etc., it will not break, and even if a part of the concentration uniform layer portion 22 (the scraped
Therefore, a desired impurity concentration distribution can be obtained regardless of the increase in the diameter or the partial removal of the
As a result, the large-diameter diffusion wafer A can be used as an alternative to the conventional small-diameter diffusion wafer B that is an existing product.
For this reason, it is possible to prevent cracking due to a decrease in mechanical strength accompanying the increase in diameter, and it is possible to significantly increase productivity and improve economic rationality by increasing the diameter.
In addition, since the impurity concentration in the deep layer portion near the
Therefore, a semiconductor device with little power loss can be manufactured.
特に、図2(a)〜(e)に示されるように、デポジション工程と除去工程を行った後にドライブイン工程を行うことが好ましい。
この場合には、前回のデポジションで生成された化合物層3が除去された状態で、次回のデポジションを行うため、不純物20が短時間でより深く浸透する。
したがって、大口径化や拡散層2の部分的な削り落としに関係なく所望の不純物濃度分布を短時間の熱処理で得ることができる。
その結果、前回のデポジションで生成された化合物層3を除去せずに次回のデポジションが行われたものに比べ、拡散面2aから境界面2cまでにおける不純物の濃度が、その深度に関係なく濃度減衰層部21における不純物の最大濃度と同じなる濃度均等層部22を、短時間でしかも簡単に作成することが可能になる。
デポジション工程及び除去工程の繰り返し回数と、それぞれのデポジション工程におけるデポジション温度やデポジション時間や拡散源の供給量などのデポジション条件、又はドライブイン工程におけるドライブイン温度やドライブイン時間などのドライブイン条件のいずれか一方又は両方を調節することによって、拡散層2の拡散面2aから任意の深度xmを任意に設定することが可能となる。
In particular, as shown in FIGS. 2A to 2E, it is preferable to perform the drive-in process after performing the deposition process and the removal process.
In this case, since the next deposition is performed in a state where the
Therefore, a desired impurity concentration distribution can be obtained by short-time heat treatment regardless of the increase in diameter or partial scraping of the
As a result, the impurity concentration from the
The number of repetitions of the deposition process and removal process, the deposition conditions such as the deposition temperature and deposition time in each deposition process, the supply amount of the diffusion source, the drive-in temperature and the drive-in time in the drive-in process, etc. By adjusting either or both of the drive-in conditions, it is possible to arbitrarily set an arbitrary depth xm from the
さらに、図3(a)〜(d)に示されるように、デポジション工程と除去工程を行った後に、最後のデポジション工程で生成された化合物層3が残ったままドライブイン工程を行うことが好ましい。
この場合には、前回のデポジションで生成された化合物層3が除去された状態で、次回のデポジションを行うため、不純物20が短時間でより深く浸透する。最後のデポジション後に化合物層3を除去せず連続してドライブインすることが可能になる。
したがって、大口径化や拡散層2の部分的な削り落としに関係なく所望の不純物濃度分布を短時間の熱処理で且つより確実に得ることができる。
その結果、図2(a)〜(e)に示されるデポジションと化合物層3の除去が繰り返し行われる製法に比べて、デポジション回数を減らしたり除去回数を減らしても高濃度で深い拡散を実現できる。これにより簡素化とコストダウンが同時に図れる。
デポジション工程及び除去工程の繰り返し回数と、それぞれのデポジション温度やデポジション時間や拡散源の供給量などのデポジション条件、又はドライブイン温度やドライブイン時間などのドライブイン条件のいずれか一方又は両方を調節することによって、拡散層2の拡散面2aから任意の深度xmを任意に設定することが可能となる。
Further, as shown in FIGS. 3A to 3D, after the deposition process and the removal process are performed, the drive-in process is performed with the
In this case, since the next deposition is performed in a state where the
Therefore, a desired impurity concentration distribution can be obtained more reliably and with a short heat treatment regardless of the increase in the diameter or the partial removal of the
As a result, compared to the production method shown in FIGS. 2A to 2E in which the deposition and the removal of the
Either the number of repetitions of the deposition process and removal process and the deposition conditions such as the deposition temperature, deposition time, and supply amount of the diffusion source, or the drive-in conditions such as the drive-in temperature and the drive-in time, or By adjusting both, it is possible to arbitrarily set an arbitrary depth xm from the
また、図4(a)(b)に示されるように、デポジション工程を行った後に、デポジション工程で生成された化合物層3が残ったままドライブイン工程を行うことが好ましい。
この場合には、デポジション後に化合物層3を除去せず連続してドライブインすることが可能になる。
したがって、大口径化や拡散層2の部分的な削り落としに関係なく所望の不純物濃度分布を最小工程数でより簡単に得ることができる。
その結果、図2(a)〜(e)や図3(a)〜(d)に示される化合物層3の除去工程を含む製法に比べて、デポジション回数を減らしたり除去工程を省略しても高濃度で深い拡散を実現できる。これにより大幅な簡素化とコストダウンが同時に図れる。
デポジション温度やデポジション時間や拡散源の供給量などのデポジション条件、又はドライブイン温度やドライブイン時間などのドライブイン条件のいずれか一方又は両方を調節することによって、拡散層2の拡散面2aから任意の深度xmを任意に設定することが可能となる。
Further, as shown in FIGS. 4A and 4B, it is preferable to perform the drive-in process with the
In this case, it is possible to drive in continuously without removing the
Therefore, a desired impurity concentration distribution can be more easily obtained with the minimum number of steps regardless of the increase in the diameter or the partial removal of the
As a result, compared with the manufacturing method including the removal process of the
The diffusion surface of the
さらにまた、ドライブイン工程ではウエハ10を複数枚それぞれ所定間隔が空くように配置することが好ましい。
この場合には、デポジション後に化合物層3を除去せずにドライブインしても、化合物層3中の不純物の一部がウエハ10の面内から外部へ均一に飛散するため、面内均一状態でウエハ10の内部に拡散する。
したがって、化合物層3の有無に関係なくウエハ10に不純物を面内均一状態で拡散させることができる。
その結果、各ウエハ10の間にシリコンなどの耐熱性に優れた粉体を挟んでスタックしドライブインする製法に比べて、ウエハ10面内の拡散深さのバラツキ(面内分布が不均一)を防止することができる。
また、ウエハ10の間にシリコンなどの粉体を挟んでドライブインした場合、ウエハ10の表面11に汚れが発生することがある製法に比べて、ウエハ10の表面11が粉体と接触しないため、汚れの発生を防止することができる。
Furthermore, in the drive-in process, it is preferable to arrange a plurality of
In this case, even if drive-in is performed without removing the
Therefore, impurities can be diffused in the
As a result, compared to the manufacturing method in which powders having excellent heat resistance such as silicon are sandwiched between the
Further, when the drive-in is performed with a powder such as silicon sandwiched between the
次に、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
この実施例として、従前の小口径な拡散ウエハBよりも大口径化され、且つ従前の小口径な拡散ウエハBの厚みよりも濃度均等層部22の分だけ肉厚な拡散ウエハAを作成した。この実施例となる拡散ウエハAをウエハ作成工程で作成した後に、その後工程となる素子形成工程で濃度均等層部22の一部(削り落とし部位22a)を削り落とすことにより、従前の小口径な拡散ウエハBにおける全不純物の濃度分布と同じになるかを検証した。
つまり、既存製品となる従前の小口径な拡散ウエハBの代替品として、大口径な拡散ウエハAが使用できるか否かを検証した。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As this example, a diffusion wafer A having a larger diameter than the conventional small-diameter diffusion wafer B and having a thickness equivalent to the concentration
That is, it was verified whether or not the large-diameter diffusion wafer A can be used as an alternative to the existing small-diameter diffusion wafer B that is an existing product.
このため、図1(a)(b)に示されるように、既存製品となる従前の小口径な拡散ウエハBとして直径が125mmで気相拡散法により1200℃以下で、不純物をウエハ10の表面11に付着して浸透させるデポジションが行われたもの(以下「既存製品B」という)と、この実施例の大口径な拡散ウエハAとして直径が150mmで且つ既存製品Bよりも濃度均等層部22の分だけ肉厚なものと、比較対象の拡散ウエハとして直径が150mmで且つ既存製品Bよりも濃度均等層部22の分だけ肉厚なもの(以下「比較品C,D」という)と、をそれぞれ用意した。
さらに、これらを容易に比較できるように、図1(a)に示される不純物の濃度分布グラフでは、実施例の大口径な拡散ウエハAにおける全不純物の濃度分布A1を実線で示し、既存製品Bにおける全不純物の濃度分布B1を太い破線で示し、比較品Cにおける全不純物の濃度分布C1を二点鎖線で示し、比較品Dにおける全不純物の濃度分布D1を二点鎖線で示している。
For this reason, as shown in FIGS. 1A and 1B, a conventional small-diameter diffusion wafer B, which is an existing product, has a diameter of 125 mm and a temperature of 1200 ° C. or less by a vapor phase diffusion method. No. 11 (hereinafter referred to as “existing product B”) and a large-diameter diffusion wafer A of this embodiment having a diameter of 150 mm and a concentration-uniform layer portion as compared with the existing product B Thickness equivalent to 22 and a diffusion wafer having a diameter of 150 mm as a comparison target and thicker than the existing product B by the concentration uniform layer portion 22 (hereinafter referred to as “comparative products C and D”) , Respectively.
Further, in order to easily compare these, in the impurity concentration distribution graph shown in FIG. 1A, the concentration distribution A1 of all impurities in the large-diameter diffusion wafer A of the embodiment is shown by a solid line, and the existing product B The concentration distribution B1 of all impurities in FIG. 2 is indicated by a thick broken line, the concentration distribution C1 of all impurities in the comparative product C is indicated by a two-dot chain line, and the concentration distribution D1 of all impurities in the comparison product D is indicated by a two-dot chain line.
この実施例の大口径な拡散ウエハAでは、図2〜図4に示されるように、既存製品Bと同様に気相拡散法により1200℃以下で、ウエハ10の表面11に不純物が付着し浸透されるデポジションを行い、その後にドライブインを行った。
詳しく説明すると、図2(a)〜(e)に示されるように、デポジション工程と、デポジションで生成された(不純物を含む)リンガラスなどの化合物層3の除去工程を2回繰り返した後にドライブインしたもの用意した。さらに、図3(a)〜(d)に示されるように、デポジション工程と化合物層3の除去工程を一回ずつ行い、その後のデポジション工程で生成された化合物層3が残された状態でドライブインしたものも用意した。また、図4(a)(b)に示されるように、デポジション後に化合物層3が残された状態でドライブインしたものも用意した。
一方、比較品C,Dは、デポジション工程と化合物層3の除去工程をそれぞれ一回のみ行った。
さらに、比較品Cは、その後ドライブイン工程で不純物の濃度分布C1を図1(a)に二点鎖線で示されるように、既存製品Bにおける全不純物の濃度分布B1の一部分に倣わせるとともに、比較品Dにおける全不純物の濃度分布D1よりも濃くなるように拡散させている。
比較品Dは、その後ドライブイン工程で不純物の濃度分布D1を図1(a)に二点鎖線で示されるように、拡散面2aにおける不純物の濃度(全不純物の表面濃度、Ns+Nb)が、既存製品Bの露出した拡散面における不純物の濃度と同じになるように、比較品Cにおける全不純物の濃度分布C1よりも薄くなるように拡散させている。
In the large-diameter diffusion wafer A of this embodiment, as shown in FIGS. 2 to 4, impurities adhere to the
More specifically, as shown in FIGS. 2A to 2E, the deposition step and the removal step of the
On the other hand, Comparative products C and D were each subjected to the deposition process and the
Further, in the comparative product C, the impurity concentration distribution C1 in the drive-in process is copied to a part of the total impurity concentration distribution B1 in the existing product B as shown by a two-dot chain line in FIG. The diffusion is performed so as to be higher than the concentration distribution D1 of all impurities in the comparative product D.
In the comparative product D, the impurity concentration distribution D1 in the drive-in process is shown in FIG. 1A by the two-dot chain line, and the impurity concentration (surface concentration of all impurities, Ns + Nb) on the
実施例の大口径な拡散ウエハAと比較品C,Dを比較すると、実施例の大口径な拡散ウエハAは、その濃度分布A1が図1(a)に実線で示されるように、拡散層2において拡散面2aから任意の深度xm(濃度減衰層部21と濃度均等層部22の境界面2c)まで等しく概ね一直線上になるように短時間で且つ容易に拡散できた。
さらに、実施例の大口径な拡散ウエハAの濃度分布A1は、任意の深度xm(境界面2c)から非拡散層1との隣接面2bまでが、既存製品Bにおける不純物の濃度分布B1と同じになるように短時間で且つ容易に拡散できた。
これにより、濃度均等層部22の一部(削り落とし部位22a)を削り落とすことで、既存製品Bにおける不純物の濃度分布B1が得られ、既存製品Bの製品規格と簡単に合致させることが実証できた。
その結果として、実施例の大口径な拡散ウエハAは、既存製品Bの代替品として使用できることが解った。
Comparing the large-diameter diffusion wafer A of the example and the comparative products C and D, the large-diameter diffusion wafer A of the example has a diffusion layer whose concentration distribution A1 is indicated by a solid line in FIG. In FIG. 2, the diffusion can be easily performed in a short time so as to be substantially in a straight line from the
Further, the concentration distribution A1 of the large-diameter diffusion wafer A in the embodiment is the same as the impurity concentration distribution B1 in the existing product B from an arbitrary depth xm (
As a result, by removing a part of the uniform concentration layer portion 22 (the scraped
As a result, it was found that the large-diameter diffusion wafer A of the example can be used as an alternative to the existing product B.
これに対して、比較品C,Dは、それぞれの濃度分布C1,D1が図1(a)に二点鎖線で示されるように、既存製品Bにおける不純物の濃度分布B1と同じになるように拡散できなかった。
これにより、実施例の大口径な拡散ウエハAの濃度均等層部22となる拡散面2a側を削り落としても、既存製品Bにおける不純物の濃度分布B1が得られず、既存製品Bの製品規格と合致不能なことが実証できた。
On the other hand, the comparative products C and D have the same concentration distributions C1 and D1 as the impurity concentration distribution B1 in the existing product B as shown by the two-dot chain line in FIG. Could not spread.
Thereby, even if the
なお、前示実施例では、拡散ウエハAの作成後に後工程で濃度均等層部22の一部を削り落とす場合を説明したが、これに限定されず、後工程で濃度均等層部22の一部を削り落とさないように変更してもよく、また濃度均等層部22を超えて更に削り落とすように変更してもよい。
In the embodiment described above, the case where a part of the concentration
A 拡散ウエハ 1 非拡散層
2 拡散層 2a 拡散面
2b 隣接面 2c 境界面
20 不純物 21 濃度減衰層部
22 濃度均等層部 22a 削り落とし部位
3 化合物層
A
Claims (2)
ウエハの表面に前記不純物を付着して浸透させるデポジション工程と、
前記デポジション工程中において前記ウエハの前記表面に生成される化合物層を除去する除去工程と、
前記不純物を前記ウエハの内部に拡散させることで、前記拡散層として前記不純物の濃度が前記非拡散層側へ向かって減衰する濃度減衰層部を形成するドライブイン工程と、を含み、
前記デポジション工程及び前記除去工程を行った後に、最後の前記デポジション工程で生成された前記化合物層が残ったまま前記ドライブイン工程を行うことで、前記拡散層の露出した拡散面に沿って前記不純物の濃度が、前記濃度減衰層部における前記不純物の最大濃度と略同じとなり、前記拡散層を目標厚さにする削り落とし部位が含まれる濃度均等層部を形成することを特徴とする拡散ウエハの製造方法。 A method for producing a diffusion wafer comprising a non-diffusion layer on which a semiconductor element is formed on a wafer and a diffusion layer in which impurities are diffused from the entire surface of the wafer,
A deposition process for adhering and infiltrating the impurities on the surface of the wafer;
A removal step of removing a compound layer generated on the surface of the wafer during the deposition step;
A drive-in step of diffusing the impurities into the wafer to form a concentration attenuation layer portion in which the concentration of the impurities attenuates toward the non-diffusion layer as the diffusion layer, and
After performing the deposition step and the removal step, by performing the drive-in step while the compound layer generated in the last deposition step remains , along the exposed diffusion surface of the diffusion layer The diffusion is characterized in that the concentration of the impurity is substantially the same as the maximum concentration of the impurity in the concentration attenuation layer portion, and a concentration uniform layer portion including a scraped portion that makes the diffusion layer a target thickness is formed. Wafer manufacturing method.
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