JP6616712B2 - 半導体基板の製造方法 - Google Patents
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Description
この場合、拡散剤組成物の塗布膜から不純物拡散成分を半導体基板表面に均一に拡散させるためには、立体構造の凹部の側壁の表面等にも均一な膜厚の塗布膜を形成することが望まれる。このため、拡散剤組成物をナノスケールの膜厚で基板の全表面に均一に塗布し、形成された薄い塗布膜から不純物拡散成分を良好に拡散させる必要がある。
半導体基板上に拡散剤組成物を塗布して30nm以下の膜厚の塗布膜を形成する塗布工程と、
拡散剤組成物中の不純物拡散成分(A)を半導体基板に拡散させる、拡散工程と、を含み、
拡散剤組成物が、不純物拡散成分(A)と、下式(1)表されるSi化合物(B)と、を含み、
不純物拡散成分(A)の拡散が、ランプアニール法、レーザーアニール法、及びマイクロ波照射法からなる群より選択される一種以上の方法により行われる、半導体基板の製造方法に関する。
R4−nSi(NCO)n・・・(1)
(式(1)中、Rは炭化水素基であり、nは3又は4の整数である。)
R4−nSi(NCO)n・・・(1)
(式(1)中、Rは炭化水素基であり、nは3又は4の整数である。)
塗布工程では、半導体基板上に拡散剤組成物を塗布して30nm以下の膜厚の塗布膜を形成する。以下、塗布工程について、拡散剤組成物、半導体基板、塗布方法の順に説明する。
拡散剤組成物としては、不純物拡散成分(A)と、下記式(1)で表されるSi化合物(B)とを含む。本明細書においてSi化合物(B)を、加水分解性シラン化合物(B)とも記す。以下、拡散剤組成物が含む、必須又は任意の成分と、拡散剤組成物の調製方法とについて説明する。
不純物拡散成分(A)は、従来から半導体基板へのドーピングに用いられている成分であれば特に限定されず、n型ドーパントであっても、p型ドーパントであってもよい。n型ドーパントとしては、リン、ヒ素、及びアンチモン等の単体、並びにこれらの元素を含む化合物が挙げられる。p型ドーパントとしては、ホウ素、ガリウム、インジウム、及びアルミニウム等の単体、並びにこれらの元素を含む化合物が挙げられる。
拡散剤組成物は、加水分解性シラン化合物(B)を含有する。加水分解性シラン化合物(B)は、下式(1):
R4−nSi(NCO)n・・・(1)
(式(1)中、Rは炭化水素基であり、nは3又は4の整数である。)
で表される化合物である。
拡散剤組成物は、通常、薄膜の塗布膜を形成できるように、溶媒として有機溶剤(S)を含む。有機溶剤(S)の種類は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。
拡散剤組成物は、本発明の目的を阻害しない範囲で、界面活性剤、消泡剤、pH調整剤、粘度調整剤等の種々の添加剤を含んでいてもよい。また、拡散剤組成物は、塗布性や、製膜性を改良する目的でバインダー樹脂を含んでいてもよい。バインダー樹脂としては種々の樹脂を用いることができ、アクリル樹脂が好ましい。
拡散剤組成物は、上記の必須又は任意の成分を混合して均一な溶液とすることで調製できる。拡散剤組成物の調製時には、不純物拡散成分(A)や、加水分解性シラン化合物(B)は、予め有機溶剤に(S)に溶解させた溶液として使用されてもよい。拡散剤組成物は、必要に応じて、所望する開口径のフィルターによりろ過されてもよい。かかるろ過処理により、不溶性の不純物が除去される。
半導体基板としては、従来から不純物拡散成分を拡散させる対象として用いられている種々の基板を特に制限なく用いることができる。半導体基板としては、典型的にはシリコン基板が用いられる。
拡散剤組成物は、拡散剤組成物を用いて形成される塗布膜の膜厚が30nm以下、好ましくは0.2〜10nmとなるように半導体基板上に塗布される。拡散剤組成物を塗布する方法は、所望の膜厚の塗布膜を形成できる限り特に限定されない。拡散剤組成物の塗布方法としては、スピンコート法、インクジェット法、及びスプレー法が好ましい。なお、塗布膜の膜厚は、エリプソメーターを用いて測定された5点以上の膜厚の平均値である。
拡散工程では、拡散剤組成物を用いて半導体基板上に形成された薄い塗布膜中の不純物拡散成分(A)を半導体基板に拡散させる。不純物拡散成分(A)を半導体基板に拡散させる際の加熱は、ランプアニール法、レーザーアニール法、及びマイクロ波照射法からなる群より選択される一種以上の方法により行われる。
ラピッドサーマルアニール法とは、拡散剤組成物が塗布された半導体基板の表面を、ランプ加熱により高い昇温速度で拡散温度まで昇温させ,次いで、短時間、所定の拡散温度を保持した後、半導体基板の表面を急冷する方法である。
フラッシュランプアニール法とは、キセノンフラッシュランプ等を使用して半導体基板の表面に閃光を照射し、拡散剤組成物が塗布された半導体基板の表面のみを短時間で、所定の拡散温度に昇温させる熱処理方法である。
マイクロ波照射法とは、半導体基板の表面にマイクロ波を照射することで、拡散剤組成物が塗布された半導体基板の表面のみを極短時間で、所定の拡散温度に昇温させる熱処理方法である。
拡散工程において、基板表面を所望する拡散温度まで昇温させる際の昇温速度は、25℃/秒以上が好ましく、不純物拡散成分が良好に拡散する範囲で、できる限り高いことが好ましい。
この場合、上記の不純物拡散方法において、基板表面を所定の拡散温度まで急速に昇温させた後、半導体基板表面を急速に冷却する温度プロファイルを採用するのが好ましい。このような温度プロファイルによる加熱処理は、スパイクアニールと呼ばれる。
拡散剤組成物の成分として以下の材料を用いた。不純物拡散成分(A)としては、トリ−n−ブトキシヒ素(濃度4質量%の酢酸−n−ブチル溶液)を用いた。加水分解性シラン化合物(B)としては、テトライソシアネートシランを用いた。有機溶剤(S)としては、酢酸−n−ブチルを用いた。
塗布膜の形成後、以下の方法に従って、不純物拡散成分の拡散処理を行った。
まず、ホットプレート上で塗布膜をベークした。次いで、ラピッドサーマルアニール装置(ランプアニール装置)を用いて、流量1L/mの窒素雰囲気下において昇温速度25℃/秒の条件で加熱を行い、表1に記載の不純物拡散条件で拡散を行った。表1に記載の保持時間の始点は、基板の温度が所定の拡散温度に達した時点である。拡散の終了後、半導体基板を室温まで急速に冷却した。
拡散剤組成物の成分として以下の材料を用いた。不純物拡散成分(A)としては、トリ−n−ブトキシヒ素(濃度4質量%の酢酸−n−ブチル溶液)を用いた。加水分解性シラン化合物(B)としては、メチルテトライソシアネートシランを用いた。有機溶剤(S)としては、酢酸−n−ブチルを用いた。
塗布膜の形成後、以下の方法に従って、不純物拡散成分の拡散処理を行った。
まず、ホットプレート上で塗布膜をベークした。次いで、ラピッドサーマルアニール装置(ランプアニール装置)を用いて、流量1L/mの窒素雰囲気下において昇温速度25℃/秒の条件で加熱を行い、表2に記載の不純物拡散条件で拡散を行った。表2に記載の保持時間の始点は、基板の温度が所定の拡散温度に達した時点である。拡散の終了後、半導体基板を室温まで急速に冷却した。
不純物拡散成分(A)及び加水分解性シラン化合物(B)としては、それぞれ表3に記載の化合物を用いた。有機溶剤(S)としては、酢酸−n−ブチルを用いた。
A1:亜リン酸トリス(トリメチルシリル)
A2:リン酸トリス(トリメチルシリル)
A3:リン酸トリメチル
表3中、加水分解性シラン化合物(B)((B)成分)に関する略称は以下の通りである。
B1:テトライソシアネートシラン
B2:メチルトリイソシアネートシラン
塗布膜の形成後、以下の方法に従って、不純物拡散成分の拡散処理を行った。
まず、ホットプレート上で塗布膜をベークした。次いで、ラピッドサーマルアニール装置(ランプアニール装置)を用いて、流量1L/mの窒素雰囲気下において昇温速度25℃/秒の条件で加熱を行い、表3に記載の不純物拡散条件で拡散を行った。表3に記載の保持時間の始点は、基板の温度が所定の拡散温度に達した時点である。拡散の終了後、半導体基板を室温まで急速に冷却した。
Claims (4)
- 半導体基板上に拡散剤組成物(ただし、ホウ酸エステルと、下記一般式(P)で表される多価アルコールと、アルコキシシラン化合物とを含有することを特徴とする拡散剤組成物を除く。)を塗布して30nm以下の膜厚の塗布膜を形成する塗布工程と、
前記拡散剤組成物中の不純物拡散成分(A)を前記半導体基板に拡散させる、拡散工程と、を含み、
前記拡散剤組成物が、前記不純物拡散成分(A)と、下式(1)表されるSi化合物(B)と、を含み、
前記不純物拡散成分(A)の拡散が、ランプアニール法、レーザーアニール法、及びマイクロ波照射法からなる群より選択される一種以上の方法により行われる、半導体基板の製造方法。
R4−nSi(NCO)n・・・(1)
(式(1)中、Rは炭化水素基であり、nは3又は4の整数である。)
(一般式(P)中、kは0〜3の整数である。mは1以上の整数である。R 2 およびR 3 は、それぞれ独立に、水素原子、水酸基、炭素原子数1〜5のアルキル基、または炭素原子数1〜5のヒドロキシアルキル基である。R 2 およびR 3 が複数の場合は複数のR 2 およびR 3 はそれぞれ同じでも異なってもよい。またkが2以上である場合、複数のR 2 およびR 3 は必ず一つ以上の水酸基または炭素原子数1〜5のヒドロキシアルキル基を含む。R 4 およびR 5 は、それぞれ独立に水素原子または炭素原子数1〜3のアルキル基である。) - 前記不純物拡散成分(A)が、リン、ヒ素、アンチモン、ガリウム、インジウム若しくはアルミニウムの単体、又はこれらの元素を含む化合物である、請求項1に記載の半導体基板の製造方法。
- 前記不純物拡散成分(A)を拡散させる方法がランプアニール法である、請求項1又は2に記載の半導体基板の製造方法。
- 前記塗布膜の膜厚が0.2〜10nmである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体基板の製造方法。
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