JPH0198223A - シリコンウェーハの不純物拡散方法 - 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、半導体シリコンウェーハの製造工程におけ
る不純物拡散方法に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体シリコンウェーハ（以下、ウェーハと略称する）
の製造工程において、ウェーハの表面近傍にｐｎ接合部
を設けるため、表面より不純物原子を拡散させることが
行なわれている。この不純物原子の拡散方法には種々の
方法が用いられているが、各方法にはそれぞれの利点及
び欠点が存在するため、これらの方法はその利点に応じ
て使い分番プられているものである。

これらの方法の中で、スピンコード法は有害なガスを使
わずに拡散できる点に利点が有り、また、ドープドオキ
ナイド法若しくはドープドポリシリコン法は不純物原子
の高濃度拡散に右利な方法として知られている。

上記の方法は、いずれもあらかじめウェーハに拡ｒｌｌ
させる不純物原子を含んだ薄膜をウェーハの表面に形成
し、これを拡散炉にて加熱することにより不純物原子を
拡散させるものである。前記薄膜は、スピンコード法の
場合には、不純物または酸化不純物を有機溶媒に溶かし
、この液体をウェーハ表面に滴下した後、ウェーハを高
速で回転してウェーハ表面に均一の厚さとなるよう塗布
することにより形成する。またドープオキサイド法若し
くはドープドポリシリコン法の場合には、それぞれ不純
物原子を含んだ酸化膜若しくはポリシリコン膜をウェー
ハ表面上で気相成長させて形成する。

そして、上記方法により表面に薄膜が形成されたウェー
ハを拡散炉によって熱処理すれば、つ工−ハに不純物拡
散が行なわれるのであるが、この熱処理を第２図を用い
て説明する。

先ず、表面に不純物原子を含んだ薄膜が形成されたウェ
ーハ１を、その表面と直交する方向に互いに密着させて
石英製容器２に収納する。ついで、これらウェーハ１が
収納された石英製容器２を、一端が開放された石英製チ
ューブ３と、石英製デユープ３の外周面に設けられたヒ
ーター４から成る拡散炉５内に挿入する。なお、ヒータ
ー４は図示しない温度１ｌＩ１１御装置と接続され、拡
散炉５内の温度を調整することができるようになってい
る。

そして、ヒーター４を加熱してウェーハ１の温度を所要
の拡散温度迄昇温し、この拡散温度を一定時間継続する
とウェーハ１の表面に形成された薄膜からウェーハ１に
不純物原子が拡散し、不純物原子が拡散された部分が他
の部分に対する反転層となって、ウェーハ１の表面近傍
にｐｎ接合部が形成される。なお、この不純物拡散濃度
は前述の拡散温度及びこの温度の継続時間によって変化
するため、不純物拡散中における拡散炉５内の温度は、
所要の拡散温度に対して±０．５℃ｆｙ度の温度差とい
う極めて厳しい温度管理がなされているのが一般的であ
る。

（発明が解決しようとする問題点） 上記従来の不純物拡散方法においては、その熱処理時に
以下のような問題点があった。

ウェーハ１は互いの表面が密着されて石英製容器２に収
納されているため、その両端部のウェーハ１ａから数枚
のウェーハ１は中央付近のウェーハ１に比して熱的に不
安定な状態になっている。

すなわち、ウェーハ１を一定温度に保った場合、両端部
のウェーハ１ａより数枚のウェーハ１からは熱の拡散が
行なわれ易いので、中央付近のつ工−ハ１に比べて両端
部のウェーハ１ａから数枚のウェーハ１は温度が低下す
る傾向が見られる。ざらに、拡散炉５の石英製チューブ
３の一端が開放されていることから、温度低下の傾向は
助長され、両端部のウェーハ１ａから数枚のウェーハ１
の温度は、前述の湿度管理範囲内から外れて、より低下
してしまう。そして、前述の如く不純物原子の拡散温度
は温度依存性があることから、両端部のウェーハ１ａか
ら数枚のウェーハ１の不純物拡散濃度は、中央付近のウ
ェーハ１の不純物拡散濃度と比較して低いものとなって
しまい、結果とじてこれら両端部のウェーハ１ａ及び両
端部より数枚のウェーハ１を製品として扱うことができ
なかった。従って、従来の不純物拡散方法は、熱処理の
度に両端部より数枚のウェーハ１を廃棄する必要が有り
、非常に不経済なものであった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、熱
処理において全てのウェーハ１を製品として扱うことが
できる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） 本発明の不純物拡散方法においては、その表面に不純物
原子を含んだ薄膜が形成されたウェーハを、その表面と
直交する方向に互いに密着させて第１の石英製容器に収
納するとともに、前記シリコンウェーハの外形輪郭と同
一か若しくはこれより大きい外形輪郭を有し、且つ片面
に熱反射面を有する１枚若しく警よ複数枚の熱拡散防止
板を、その熱反射面が少なくとも一方の端面側に露出す
るように第２．第３の石英製容器内に収納する。そして
、これら第２．第３の石英製容器端面に露出した熱反射
面が、第１の石英製容器両端のウェー八表面と対向する
ように各石英製容器を拡散炉内に配置し、この状態で前
記シリコンウェーハを加熱し、不純物拡散を行なう。

〔作用〕

本発明の不純物拡散方法によれば、その熱処理時におけ
る第１の石英製容器両端付近のウェー八数枚からの拡散
熱と外部の熱との交換は、第２゜第３の石英製容器内の
熱拡散防止板によって防止され、さらに、高温に熱せら
れたウェーハから発散されるふく射熱を熱拡散防止板の
熱反射面が反射する。従って、第１の石英製容器両端部
のウェーハ近辺の温度低下は防止され、全てのウェーハ
は均一な温度に保たれる。

（実施例） 以下本発明の実施例を、第１図に基づいて説明する。な
お、第１図において、第２図と同一構成要素には同一符
号を示しである。

図中符号１はウェーハであり、この表面にはウェーハ１
に拡散させる不純物原子を含んだ薄膜が形成されている
。この薄膜は、上記従来のスピンコード法、ドープドオ
キサイド法あるいはドープドポリシリコン法における薄
膜形成と同様に、不純物原子を溶かした液体を塗布する
か、あるいは不純物原子を含んだ気相成長膜を成長させ
ることにより形成されるものである。なお、この簿膜に
含まれる不純物原子は、ウェーハ１の表面にｎ型反転層
を形成する場合にはボロンであり、ウェーハ１の表面に
ｎ型反転層を形成する場合にはリンである。

上記薄膜が形成されたウェーハ１は、以下の手順に従っ
て熱処理される。

先ず、ウェーハ１を、その表面と直交する方向に互いに
密着させて第１の石英製容器２に収納し、ついで熱拡散
防止板６を、その表面と直交する方向に、適宜間隔をあ
けて第２．第３の石英製容器７．８に同枚数収納する。

この時、第２．第３の石英製容器７．８の一方の端部に
配置する熱拡散防止板６ａは、その熱反射面６ｂが第２
．第３の石英製容器７．８の端面側に露出するように収
容する。なお、この熱拡散防止板６は、円形のつ工−ハ
１より大きい外径を有し、且つ片面が鏡面仕上げされた
ウェーハであり、この鏡面を熱反射面６ｂとして使用す
るものである。また、第２．第３の石英製容器７，８の
内面には、熱拡散防止板６を適宜隙間があいた状態で整
列させるための溝部７ａ、８ａが設けられている。

次に、各石英製容器２，７．８を一端が開放されたチュ
ーブ３と、石英製チューブ３の外周面に設けられたヒー
ター４から成る拡散炉５内に、第１の石英製容器２両端
部のウェーハ１ａの表面と、第２．第３の石英製容器７
．８の端部の熱拡散防止板６ａの熱反射面６ｂとが対向
するように挿入する。なお、この拡散炉５のヒーター４
は図示しない温度制御装置と接続され、拡散炉５内の温
度を±０．５℃以内の誤差で一定温度に保つことができ
るようになっている。また、各石英製容器２゜７．８を
入炉する際の拡散炉５内の温度は９００℃程度に設定さ
れている。

各石英製容器２．７．８を拡散炉５内に挿入したら、次
にヒーター４を加熱して拡散炉５内の温度を１２００℃
近辺の所要の拡散温度迄昇温する。

そして、この拡散温度を一定時間継続した後ヒーター４
の温度を下げて拡散炉５内の温度を９００℃降瀉し、熱
処理を終了する。

上記熱処理において、ウェーハ１を所要の拡散温度保つ
ことにより、ウェーハ１の表面に形成された薄膜からウ
ェーハ内に向かって不純物原子が拡散し、この不純物原
子が拡散された部分が反転層となってウェーハ１の表面
近傍にｐｎ接合部が形成される。この場合、拡散炉５内
の温度分布についてみると、第２．第３の石英製容器７
．８内の熱拡散防止板６が拡散炉５内の熱と外部の熱と
の交換を妨げるため、第１の石英製容器２両端部のウェ
ーハ１ａから数枚のウェーハ１の拡散熱は外部へ伝わら
ない。さらに、熱拡散防止板６ａの熱反射面６ｂが、高
温に熱せられたウェーハ１から発散されるふく射熱を効
率よく反射する。従って、第１の石英製容器２の両端部
ウェーハ１ａ付近の温度は、中央付近のウェーハ１と同
一に保たれ、よって、各ウェーハ１の表面に形成された
薄膜から拡散される不純物原子の濃度は、全てのウェー
ハ１において同一となり、全てのシリコンウェーハ１を
製品として扱うことが可能である。また、本実施例では
、各熱拡散防止板６を適宜隙間をあけて第２．第３の石
英製容ぼ７，８に収納したため、これら熱拡散防止板６
同枚数を密着させた場合に比して、第２．第３の石英製
容器７．８の一方の端部より他方の端部へ熱が通過する
場合の熱伝導率をより低減することができ、使用する熱
拡散防止板６の枚数を必要最少限に止めた上で熱拡散防
止効果を高めることが可能である。さらに、熱拡散防止
板６を円形のウェーハ１より大きい外径を有し、片面が
鏡面仕上げされたシリコンウェーハとしたため、以下に
述べる効果も得られる。先ず、熱処理中にウェーハ１に
新たな不純物原子を供給することがないため、本発明の
効果をより確実に発揮することができる。さらに、熱拡
散防止板６として使用するウェーハを、片面鏡面仕上げ
の後何らかの原因により廃棄処分となったウェーへの中
から調達し、これらを繰り返して使用すれば、熱拡散防
止板６を新たに製作する必要がなく、本発明の経済的効
果をより高めることが可能である。

なお、本実施例において、同一の熱拡散防止板６を同じ
枚数だけ第２．第３の石英製容器７，８に収納したが、
これに限るものでなく、第１の石英製容器２のそれぞれ
の端面付近の温度低下傾向に対応して第２．第３の石英
製容器７．８に収納する熱拡散防止板６の枚数あるいは
寸法を変化させてもよい。また、熱拡散防止板６の外形
輪郭はウェハ１より大きい程、すなわち、熱拡散防止板
６の外周と石英製チューブ３の内周面との半径方向隙間
が小さい捏水発明の効果はより効果的に発揮され、熱反
射面６ｂとウェーハ１ａ表面との距離も近ければ近い程
好ましい。ざらに、熱拡散防止板６の熱反射面６ｂの向
きを組み換えることによって熱拡散防止効果を変化させ
ることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の不純物拡散方法によれば
、その熱処理時における第１の石英製容器両端付近のウ
ェーハの温度低下を、拡散炉内に配置した第２．第３の
石英製容器内の熱拡散防止板及び熱反射面によって防止
することができる。

よって全てのウェーハは均一な温度に保たれ、それぞれ
のウェーハにおける表面の薄膜から拡散される不純物原
子の拡散濃度は同一となる。従って、熱処理時において
第１の石英製容器内に収納した全てのウェーハを製品と
して扱うことができ、非常に経済的に半導体シリコンウ
ェーハの不純物拡散を行なうことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にお番ノる熱処理中の拡散炉
断面を示すものであり、第２図は従来の不純物拡散方法
における熱処理中の拡散炉断面を示すものである。 １・・・シリコンウェーハ、２・・・第１の石英製容器
、３・・・石英製チューブ、４・・・ヒーター、５・・
・拡散炉、６．６ａ・・・熱拡散防止板、６ｂ・・・熱
反射面、７・・・第２の石英製容器、８・・・第３の石
英製容器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　その表面に不純物原子を含んだ薄膜が形成されたシリ
   コンウェーハを、その表面と直交する方向に互いに密着
   させて第１の石英製容器に収納し、これらシリコンウェ
   ーハ及び第１の石英製容器を拡散内に挿入して加熱する
   ことにより不純物拡散を行なうシリコンウェーハの不純
   物拡散方法であって、前記シリコンウェーハの外形輪郭
   と同一か若しくはこれより大きい外形輪郭を有し、且つ
   片面に熱反射面を有する１枚若しくは複数枚の熱拡散防
   止板を、その熱反射面が少なくとも一方の端面側に露出
   するように第２、第３の石英製容器内に収納し、これら
   第２、第３の石英製容器をそれぞれの端面に露出した熱
   反射面が、第１の石英製容器両端部のシリコンウェーハ
   表面と対向するように拡散炉内にそれぞれ配置し、この
   状態で前記シリコンウェーハを加熱し、不純物拡散を行
   なうことを特徴とするシリコンウェーハの不純物拡散方
   法。