JPH01170020A - 不純物拡散方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、パワートランジスタ等の半導体装置の基板
として用いられるシリコンウェーハの不純物拡散方法に
関する。

［従来の技術］ パワートランジスタ等の半導体装置の基板として用いら
れるシリコンウェーハ（以下、ウェーハと略称する）の
製造工程において、例えばｎ型のウェーハに燐元素を拡
散させてｎ０領域を形成するように、ウェーハ表面に不
純物元素を高濃度に拡散させて、トランジスタのコレク
タ部分の直列抵抗を減少させることが行われている。こ
の不純物元素の拡散方法には種々の方法があるが、例え
ば、特公昭５６−３９０４９　（特許番号１０９３０８
２号）に記載されているように、ウェーハに不純物元素
を供給して、ウェーハ表面に不純物元素を高濃度で含ん
だ表面層を形成するプレデポジション段階と、この表面
層が形成されたウェーハを、相互に重ね合わせ密着せし
めた上で熱処理し、上記表面層からウェーハに不純物元
素を拡散させ、所要浸度の拡散層を形成するドライブイ
ン段階とから成る二段階拡散方法が知られている。

上記二段階拡散方法におけるプレデポジション段階にお
いて、ウェーハに不純物元素を供給する方法としては、
ボックス法、液相法、固相法、気相法、及びペインティ
ング法等が知られている。

これら各方法の中で、液相法は、拡散源として液相の不
純物元素化合物、例えばオキシ塩化燐（ＰＯＣｌ、）、
臭化燐（ＰＢｒｓ）あるいは三臭化硼素（ＢＢｒａ）等
を用い、この液相の不純物元素をキャリアガスにてバブ
リングさせてウェーハ表面に供給し、ウェーハ表面に不
純物元素のガラス層を形成させるものであり、以下この
液相法をｎ型のウェーハに、燐元素が拡散されたｎ°領
領域形成する場合を例にとり、第６図に基きながら装置
、手順の順に説明する。

第６図において符号ｌは、不純物拡散に使用される石英
ポートである。この石英ポートｌには、その上面に、複
数枚の円形のｎ型のウェーハ２を、その表面と直交する
方向に等間隔に隙間を空けて立設させるための溝部１ａ
が多数形成されている。

また、符号３は拡散炉である。この拡散炉３は、一端が
開放され、さらに他端（こ不純物元素を導入するための
不純物元素導入部（以下、導入部と略称する）４ａが形
成された石英チューブ４と、この石英チューブ４の外周
面を覆うヒーター５とからなるものである。そして、上
記石英チューブ４の導入部４ａは、図示しない不純物元
素供給源と接続されている。この不純物元素供給源は、
約２０°　Ｃに保たれた液相の不純物元素化合物、すな
わち燐元素の化合物、例えばオキシ塩化燐（ＰＯＣｌ、
）、三臭化燐（ＰＢｒ、）あるいは塩化燐（ＰＣＩ）に
、酸素ガスをバブリングさせるか、もしくは窒素ガスを
バブリングさせて不純物を含むキャリアガスを拡散炉３
内に送り込むものである。なお、この時必要とされる燐
徽は、例えばウェーハ１０００枚を抵抗５Ωにする場合
では、およそ１００μｇ単位の微量であり、バブリング
により十分な量が供給可能である。従って、不純物拡散
に当たっては、余分な不純物、例えば指紋（指紋はリン
を含む）を付けたり、汗を付けることは厳禁される。ま
た、キャリアガスとして窒素ガスを用いた場合には、同
時に酸素ガスも一緒に拡散炉３へ送られるようになって
いる。

次に、上記構成の装置を用いて、ウェーハ２に不純物元
素を含んだ表面層を形成する手順を説明する。

まず、ｎ型の各ウェーハ２を、前処理として弗酸−硝酸
系のエツチング液にて厚さ数μｍの洗浄エツチングを行
うか、または一連の有機溶剤洗浄または強酸洗浄を行い
、引き続いてウェーハ２を乾燥窒素等で乾燥させる。

次に、上記前処理が終わったウェーハ２を、上記石英ポ
ートｌの溝部１ａに挿入して、石英ポートｌ上に各ウェ
ーハ２を立設させ、ついで、石英ポートｌを、拡散炉３
内のヒーター５に覆われた均熱部分に挿入する。

ついで、ヒーター５を加熱して、拡散炉３内の温度をｔ
ｏｏｏ″Ｃ以上の所要の温度まで昇温さ仕ると共に、不
純物元素供給源内の液相の燐元素化合物中に、酸素ガス
ないしは窒素ガスをバブリングさせて燐元素化合物を、
拡散炉３の石英チューブ４の導入部４ａから拡散炉３内
に導入する。

なお、窒素ガスをバブリングさせるときは、同時に酸素
ガスも一緒に拡散炉３内に送り込む。すると、燐元素の
化合物、例えばオキシ塩化燐（ＰＯＣｌ３）は、 Ｐ　ＯＣｌ　ｓ＋　３／４０　ｔ→１／２Ｐ　ｔ　Ｏｓ
　＋　３／２Ｃ１ｔのように酸化反応を起こして、ウェ
ーハ２表面にリンガラス（ＰＳＧ）が形成され、同時に
ウェーハ２表面から極く浅い領域に、燐元素が拡散する
。

そしてこの後、石英ポートｌを拡散炉３から取り出し、
各ウェーハ２を弗酸に浸して、表面に残ったリンガラス
層を除去すれば、ウェーハ２に燐元素を高濃度で含んだ
表面層が形成されるのである。

以上の手順により、ウェーハ２に燐元素を含んだ表面層
を形成したら、ついでドライブイン段階に進み、上記表
面層から燐元素が目標深さに拡散するまで各ウェーハ２
を再度加熱すれば、ウェーハ２表面に所要の不純物拡散
層、すなわちｎ゛領域が形成されるのである。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上述した従来の不純物拡散方法におけるプレ
デポジション段階では、以下に述べるような欠点があっ
た。

すなわち、各ウェーハ２を石英ポートｌ上の溝部１ａに
挿入すると、各ウェーハ２表面及び外周面は、石英ポー
トｌの溝部１ａの表面と面接触した状態となる。そして
、この状態で、不純物元素供給源から拡散炉３内部に、
不純物元素化合物を導入すると、ウェーハ２の表面以外
に、ウェーハ２と石英ポート１の溝部１ａの接触面にお
いてもガラス層（従来例ではリンガラス）が成長して、
石英ポート１の溝部１ａ表面と、ウェーハ２の表面とが
全面に渡って癒着してしまう。

従って、ガラス層形成後に石英ポートｌからウェーハ２
を取り出すには、ある程度力任せにウェーハ２を溝部１
ａから引き剥がさねばならず、このため、拡散不純物元
素以外の不純物に対する保護膜であるガラス層が溝部１
ａの表面に残ってウェーハ２表面から剥離し、ウェーハ
汚染（特に重金属）を招く原因となるばかりでなく、癒
着が特にひどい場合には、ウェーハ２表面自体が部分的
に剥離してしまうというように、この癒着現象は、不純
物拡散工程における製品歩留まり率を低下させる要因と
なっており、不純物拡散におけるコスト低減及び生産性
の増大が進められる中で、大きな問題となっていた。

この発明は、このような背景の下になされたもので、ウ
ェーハ２表面に不純物元素化合物を供給する場合に、ウ
ェーハと石英ポートとが癒着する現象を防止して、製品
歩留まり率を低下させることがない不純物拡散方法を提
供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するためにこの発明は、石英ポートの
溝部表面に微粒子粉末を付着させ、この溝部にウェーハ
を挿入して、石英ポート上に立設させた。

［作用　］ 上記手段によれば、ウェーハの石英ポート溝部に挿入さ
れた表面及び外周面は、溝部表面の微粒子粉末と点接触
する。従って、ウェーハと石英ポートが互いに癒着する
ことがないのである。

［実施例］ 以下、第１図ないし第５図を参照して、本発明の実施例
を、上記従来例と同じく、ｎ型ウェーハに燐元素を拡散
させてｎ゛領域形成する場合を例にとり、装置、手順の
順に説明する。なお、各図において、第６図と同一の構
成要素には同一の符号を示し、その説明を簡略化する。

また、本実施例は、既に説明した上記従来の不純物拡散
方法と同様に、プレデポジション段階とドライブイン段
階とからなるものであり、同一の手順についても、その
説明を簡略化する。

第１図において、符号６は、本実施例のプレデポジショ
ン段階において使用される石英ポートである。この石英
ポート６は、第２図ないし第４図に示すように、長方形
のウェーハ支持フレーム（以下、フレームと略称する）
６ａと、このフレーム６ａの下面に溶接された支持脚６
ｂとからなるものである。フレーム６ａは、互いに平行
に配置された石英製丸棒からなる２本のウェーハ支持部
材（以下、支持部材と略称する）６ｃの両端部を、これ
ら支持部材６ｃより小径の石英製丸棒からなる連結部材
６ｄで結合して、さらに上記各支持部材６ｃを、長方形
断面を有する石英製の補強部材６ｅで適宜連結して補強
した構成であり、さらに、上記各支持部材６ｃの上部に
は溝部６ｆが、軸方向に等間隔に形成されている。この
溝部６ｆは、第４図に示すように、石英ポート６を後記
石英チューブ内に挿入した場合に、この溝部６ｆに挿入
された円形のウェーハ２が後記石英チューブとほぼ同軸
上に位置するように、その底面形状が定められている。

また、第５図に示すように、溝部６ｆの幅はウェーハ２
の厚さ寸法よりわずかに大きく、口元がわずかに面取り
されている。

そして、本発明の不純物拡散方法においては、この溝部
６ｆ全面に渡ってシリコン粉末７が焼き付けられており
、溝部６ｆにウェーハ２を挿入した場合に、このシリコ
ン粉末７がウェーハ２と接触するようになっている。

一方、上記支持脚６ｂは、上記支持部材６ｃ及び連結部
材６ｄよりも小径の石英製九棒片であり、第４図に示す
ように上記フレーム６ａの支持部材６ｃ外周面が後記石
英チューブ内周面と密着するのを防止して、不純物元素
化合物を、上記フレーム６ａの下側よりウェーハ２表面
に回り込ませ、表面に形成されるガラス層の均一化を図
るためのものである。

また、第１図において、符号３は拡散炉であり、上記従
来の拡散炉と同様に、石英チューブ４と、ヒーター５と
で構成され、石英チューブ４の導入部４ａは、図示しな
い不純物元素供給源と接続されている。

上記構成の装置を用いて、ウェーハ２に不純物元素を含
んだ表面層を形成させ、ついでドライブイン段階でウェ
ーハ２を熱処理すれば、ウェーハ２に所定の不純物拡散
層、すなわちｎ′″領域が形成されるのであるが、以下
第１図を用いながら、この手順を説明する。

まず、上記従来例と同じく各ウェーハ２を前処理した後
、各ウェーハ２を上記石英ポート６の溝部６ｆに挿入し
て、石英ポート６上に各ウェーハ２を立設させ、ついで
、石英ポート６を、拡散炉３内のヒーター５に覆われた
均熱部分に挿入する。

そして、上記従来の不純物拡散方法と同様に、ヒーター
５を加熱して、拡散炉３内の温度を１０００°Ｃ以上の
所要の温度まで昇温さ仕ると共に、不純物元素供給源内
の液相の燐元素化合物中に、酸素ガスないしは窒素ガス
をバブリングさせて燐元素化合物を拡散炉３の石英チュ
ーブ４の導入部４ａから拡散炉３内に導入する。すると
、燐元素の化合物は、酸化反応を起こし、ウェーハ２表
面にリンガラス（ＰＳＧ）層が形成され、同時にウェー
ハ２表面から極く浅い領域に、燐元素が拡散する。

ついで、各ウェーハ２を沸酸に浸して、表面に残ったリ
ンガラス層を除去し、ウェーハ２に燐元素を含んだ表面
層を形成する。そして、この後ドライブイン段階におい
て、上記表面層から燐元素が目標深さに拡散するまで各
ウェーハ２を再度加熱すれば、ウェーハ２表面に所要の
不純物拡散層、すなわちｎ°領領域形成されるのである
。・ところで、上記拡散炉３内において、各ウェーハ２
表面及び外周面は、石英ポート６の溝部６ｆ表面に固着
されたシリコン粉末７とと点接触しているため、ウェー
ハ２表面に燐元素化合物を供給して、ウェーハ２表面に
リンガラス層を形成しても、このガラス層は溝部６ｆ表
面、すなわちシリコン粉末７とは癒着しない。従って、
本実施例によれば、ガラス層形成後に、総てのウェーハ
２を上記溝部６ｆから、その表面を剥離させることなく
取り出し、後のガラス層除去作業やドライブイン段階に
送ることができ、不純物拡散工程における製品歩留まり
率は大幅に改善される。

なお、本実施例においては、石英ポート６の溝部６ｆに
付着させる微粒子粉末を特にシリコン粉末７としたので
、以下に述べる効果が得られた。

まず、ウェーハ２とシリコン粉末フの硬度が同一である
ため、溝部６ｆにウェーハ２を出し入れする場合に、ウ
ェーハ２表面に引っ掻き傷が付きにくい。そして、ガラ
ス層形成時にシリコン粉末７からウェーハ２に余分な不
純物元素が供給されないので、本発明の効果をより確実
に得ることができる。

また、本実施例においては、ウェーハ２に不純物元素を
含んだ表面層を形成する方法として、液相法を取り上げ
て説明したが、本発明はこれに限るものではなく、気相
法、固相法にも適用可能であり、あるいはドープドオキ
サイド法などに用いられるＣＶＤ法においても適用可能
なものである。

［発明の効果コ 以１−説明したように、この発明は、ウェーハに不純物
元素を含んだ表面層を形成する場合に用いられる石英ポ
ートの溝部表面に微粒子粉末を付着させ、この溝部にウ
ェーハを挿入して、ウェーハ表面゛を微粒子粉末と点接
触させた。

従って、ウェーハ表面に不純物元素化合物を供給しても
ウェーハと石英ポートは癒着せず、不純物拡散工程にお
ける製品歩留まり率を大幅に向上させることが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の一実施例を示す図であり
、第１図はガラス層形成時の拡散炉断面図、第２図は石
英ポートの平面図、第３図は石英ポートの正面図、第４
図は第３図のＡ−Ａ線における断面図、第５図は石英ポ
ートの溝部拡大図、そして、第６図は従来の不純物拡散
方法におけるガラス層形成時の拡散炉断面図である。 １・・・・・・従来の不純物拡散方法用の石英ポート、
２・・・・・・ウェーハ、　３・・・・・・拡散炉、６
・・・・・・本発明の実施例に用いる石英ポート、６ｆ
・・・・・・溝部、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　複数枚のシリコンウェーハを、その上部に該シリコン
   ウェーハを間隔を空けて立設させる溝部が多数形成され
   た石英ポートに載置し、これらシリコンウェーハ及び石
   英ポートを拡散炉内に挿入し、この拡散炉内の温度を所
   要の温度に保ちながら、該拡散炉内に不純物元素化合物
   を供給して、シリコンウェーハに不純物元素の含まれた
   表面層を形成し、この後これらシリコンウェーハを熱処
   理して上記表面層から不純物元素をシリコンウェーハ内
   部に所要濃度で拡散させる不純物拡散方法において、上
   記石英ポートの溝部表面に微粒子粉末を付着させ、この
   溝部にシリコンウェーハを挿入して、石英ポート上にシ
   リコンウェーハを立設させたことを特徴とする不純物拡
   散方法。