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JPH0715893B2 - ドーパントフイルムおよび半導体基板の不純物拡散方法 - Google Patents

ドーパントフイルムおよび半導体基板の不純物拡散方法

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JPH0715893B2
JPH0715893B2 JP63173718A JP17371888A JPH0715893B2 JP H0715893 B2 JPH0715893 B2 JP H0715893B2 JP 63173718 A JP63173718 A JP 63173718A JP 17371888 A JP17371888 A JP 17371888A JP H0715893 B2 JPH0715893 B2 JP H0715893B2
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wafer
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dopant film
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Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体基板（ウエハ）にリン、ボロンなどの
半導体不純物を拡散するためのソースとして使用される
ドーパントフイルムおよび、これを用いて半導体基板に
不純物を拡散する方法に係り、例えばパワーデバイス用
の三重拡散型のウエハを製造するために使用されるもの
である。
（従来の技術） 例えばパワーデバイス用拡散ウエハのコレクタ拡散を行
うためには、生のシリコンウエハ表面へ高濃度不純物を
堆積（Deposition）した後、表面に形成されたガラスを
除去し、堆積不純物を高温、長時間の熱処理でウエハ内
部に深く拡散させるスランピング（Slumping）を行い、
片側の表面の不純物を機械加工によって削り、その表面
に対して鏡面研摩を行う。
上記したような工程において、シリコンウエハに不純物
を拡散する方法は、ウエハ表面に不純物を一度集めた
後、高温、長時間の熱処理でウエハ内部に拡散させてい
くが、従来から、（ａ）液状の不純物をスピンとかスプ
レーによりウエハ表面に塗布する、（ｂ）不純物をガス
化してウエハ表面に付着させる、（ｃ）固体不純物をウ
エハの近くで蒸発させてウエハ表面に付着させる、など
の方法がある。
最近は、半導体不純物を高濃度に含むドーパントフイル
ムをウエハ間にスタッキングし、直接に不純物をウエハ
内部に拡散させる方法が多用されている。この方法の利
点は、従来の工程、即ち、生ウエハ表面への高濃度不純
物の堆積→表面に形成されたガラスの除去→スタッキン
グ（Stacking）→堆積不純物をウエハ内部に深く拡散さ
せるスランピング（Slumping）→ガラス除去の工程を、
フイルムスタッキング→スランピング→ガラス除去の工
程に短縮できることである。
この拡散用フィルムは、米国特許第3971870号明細書お
よび特公昭59−32054号公報に開示されているように、
（ａ）シアノエチル化セルロース、メチルセルロース、
ポリビニルアルコール、デンプンおよびポリビニルブチ
ラールから成る群から選択されたものと、拡散用の不純
物化合物とから成るものと、（ｂ）有機バインダー（結
合剤）であるビニル系合成樹脂（例えば、ポリ酢酸ビニ
ル、ポリメチルビニルケトン、ポリビニルピロリドン、
アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、…などの重合
体、もしくは共重合体にニトロセルロースが混合した状
態）と、無機系バインダー（例えば、シラノール類で
は、四水酸化けい素、トリメチルシラノール、トリエチ
ルシラノールなど、有機アルミニウム化合物では、アル
ミニウムメチレート、アルミニウムエチレート、アルミ
ニウムプロピレート、アルミニウムプチレートなど）と
に適量の剥離補助剤を加えたものに拡散用の不純物元素
の化合物が含まれたものとの２種類がある。
特に、後者のフイルムを用いる方法は、例えば特開昭54
−84474号公報に開示されているように、ウエハ間にフ
イルムを挟んで密着させたスタッキング状態で、500℃
付近で分解、燃焼させた後、連続的に1200℃付近で長時
間の不純物拡散が可能になるという特徴がある。
しかし、この際、拡散する単位として500枚から1000枚
のウエハを一括して行うので、ウエハを１枚づつ取出し
てフイルムを挟み、またはウエハをセットする作業が極
めて根気のいる、かつ長時間の作業になる。また、ウエ
ハとフイルムとの密着性が不十分な場合、不純物の入り
方がばらつく原因となり、全てのウエハを均一に処理す
る必要があるのに数百枚のウエハを均一に処理すること
が困難である。また、ウエハとフイルムとを無理に密着
させるので、誤ってウエハ割れを発生させてしまうとい
う欠点がある。
一方、パワーデバイス用拡散ウエハの大口径（例えば12
7mmφ）化に伴い、工程中に行うハンドリングあるい
は、さまざまな膜の形成によって起るウエハ反り等によ
ってウエハ割れまたはマスク合わせ不能などのトラブル
が発生し易すくなるので、厚さを厚くすることが行われ
る。
この場合、パワーデバイス用拡散ウエハは、コレクタ側
の高濃度層（N+層あるいはP+層）上に素子を作り込むた
めの非拡散層があり、デバイスとして機能するのは非拡
散層であって、上記コレクタ側の高濃度層は電極の一部
となっている。そして、デバイスを作り込むためには、
さまざまなプロセスを経て行われることからウエハとし
ては処理可能な最低の厚さが必要であるので、上記コレ
クタ側の高濃度層の厚さの選択によりウエハの厚さを決
めており、前記大口径化に伴って上記コレクタ側の高濃
度層の厚さを厚くすることが行われる。
しかし、一般に、シリコンウエハに対する不純物の拡散
は、内部に進むに従って濃度が低下し、かつ進行が遅く
なっていくので、深く拡散するためには長時間の熱処理
が必要になり、深く拡散することによって濃度勾配（拡
散プロファイル）が緩やかとなり、前記コレクタ側の高
濃度層のシート抵抗が高くなる。
このため、デバイスの形成後、コレクタ電極での熱損失
が大きくなるとか、トランジスタの電流増幅率を維持し
ながらの電流量が低下するなどのトランジスタ特性のマ
イナス要因が発生する。従って、ウエハの大口径化に伴
って前記コクレタ側の高濃度層の厚さを厚くしようとし
ても、限界がある。
なお、パワーデバイス用ウエハとして使用されているエ
ピタキシャルウエハは、上記したような問題はないが、
コストが高く、使用範囲が限定されてしまうという問題
がある。
（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記したようにウエハ間にドーパントフイル
ムを挟んで密着させるスタッキング作業に起因して様々
な問題が生じるという点を解決すべくなされたもので、
ウエハとの密着性が良く、ウエハ間に挟んで大量のウエ
ハを積層し、この状態で不純物を拡散することが可能に
なり、ウエハに対する位置決め、位置合わせ等の自動機
械化を図り得るドーパントフイルムを提供することを目
的とする。
また、本発明は、上記したようにパワーデバイス用拡散
ウエハの大口径化に伴ってコレクタ側の高濃度層の厚さ
を厚くしようとしても、シリコンウエハに対する不純物
の拡散は、内部に進むに従って濃度が低下し、かつ進行
が遅くなるので、深く拡散するために長時間の熱処理が
必要になり、深く拡散することによって濃度勾配（拡散
プロファイル）が緩やかとなるのでコレクタ側の高濃度
層のシート抵抗が高くなり、デバイス形成後のトランジ
スタ特性が劣化するなどの問題点を解決すべくなされた
もので、シリコンウエハに対する不純物の深い拡散を短
時間の熱処理で行うことができ、かつ濃度勾配（拡散プ
リファイル）を急峻にすることができ、パワーデバイス
用拡散ウエハの大口径化に伴ってコレクタ側の高濃度層
の厚さを厚くしても、デバイス形成後のトランジスタ特
性を向上させることが可能な半導体基板の不純物拡散方
法を提供することを目的とする。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明のドーパントフイルムは、有機バインダーおよび
無機系バインダーおよび拡散用の不純物元素の化合物が
含まれたドーパントフイルムの両面に粘着剤が塗布され
ていることを特徴とする。
また、本発明の半導体基板の不純物拡散方法は、有機バ
インダーおよび無機系バインダーおよび拡散用の不純物
元素の化合物が含まれ、両面に粘着剤が塗布されている
ドーパントフイルムを半導体ウエハ間に挟んで積層した
状態で不純物を拡散する際、上記フイルムの不純物濃度
重量比を、不純物元素がボロンの場合に９％〜22％、リ
ンの場合に12％〜20％とすることを特徴とする。
（作用） 上記ドーパントフイルムは、スタッキングの自動化が可
能になるので、省力化の効果が大きい。また、自動化し
た場合にはウエハ割れが発生しなくなり、割れ率は激減
する。また、ウエハとの密着性が向上するので、拡散時
の拡散深さのばらつきが小さくなる。
また、上記半導体基板の不純物拡散方法は、シリコンウ
エハに対する不純物の深い拡散を短時間の熱処理で行う
ことができ、かつ濃度勾配（拡散プロファイル）を急峻
にすることができることが確認された。従って、パワー
デバイス用拡散ウエハの大口径化に伴ってコレクタ側の
高濃度層の厚さを厚くしてもその表面抵抗が高くならな
いので、デバイス形成後のトランジスタ特性を向上させ
ることができることが確認された。
（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。
（第１実施例） 高純度の材料を用いて次に述べるような工程により、第
１図に示すようなドーパントフイルムを製造する。即
ち、有機バインダーであるビニル系合成樹脂としてポリ
酢酸ビニルとニトロセルロース共重合体とを選び、無機
系バインダーとして四水酸化けい素を選び、これらと拡
散用の不純物元素の化合物（酸化ボロン B2O3）の秤量
をエタノールに溶解させる。この溶解液を清浄な弗化樹
脂プレート上に入れ、50℃以上の温度で乾燥し、厚さ50
μｍ、B2O3濃度が約10％のドーパントフイルムを作成す
る。
次に、このフイルムをプレートから剥離した後、シリコ
ンウエハの寸法（例えば100±1mmφ、オリエンテーショ
ンフラット30−35mm）の形状に裁断する。次に、このフ
イルム１の両面にスプレーによりアクリル系粘着剤２を
塗布し、さらに、このフイルムを２枚のロール状剥離性
シート３により挟持してロール状で保管する。
上記したように製造された拡散用フイルムの使用に際し
ては、この拡散用フイルムのロールを自動接着装置に装
填しておき、この装置により500枚のシリコンウエハ
（それぞれ例えば100mmφ、抵抗率５Ω・cm、Ｐ型、面
方位（111）、厚さ500μｍ）を交互に取出し、上記拡散
用フイルムのロールから剥離性シートを剥離して取出し
たドーパントフイルムをウエハ間に挟みながら接着固化
させてウエハを積層する。この場合、上記ロール状の拡
散用フイルムは、ウエハに対する位置決め、位置合わせ
等の自動機械化が容易である。
そして、第２図に示すように、上記したようにウエハ20
とドーパントフイルム10とが積層されたものをボート21
に載せ、酸素ガス2l/分が供給されている拡散炉22に挿
入し、昇温を行い、500℃で10分間を保って有機物のハ
イドロカーボンを燃焼させる。次に、炉の温度を1250℃
に昇温し、100時間の不純物拡散を行う。拡散終了後
は、ウエハをそのまま濃度49％の弗酸に浸漬し、表面の
ボロンシリケートガラスを除くと共にウエハを剥離して
終了する。
上記したようなドーパントフイルムによれば、（ａ）ス
タッキングの自動化が可能になるので、省力化の効果が
大きい。因みに、500枚のウエハに対して従来のスタッ
キングでは一人で１時間を要し、この場合の１枚当りの
コストに比べて、自動化した場合の機械設備の償却費や
電力費などを計算すると１枚当りのコストは約1/4にな
る。（ｂ）ウエハとの密着性が向上するので、拡散時の
拡散深さのばらつきが小さくなる。（ｃ）ロール状剥離
性シートにより挟持されてロール状で保管されるので、
ロール状剥離性シートにより挟持されないで露呈される
場合に比べて保管時に吸湿が減少し、拡散時の拡散深さ
のばらつきが小さくなる。因みに、従来の拡散によるば
らつきは、ウエハ面内で８μｍ、製造ロット内で７μｍ
であったが、上記フイルムを用いて拡散した場合のばら
つきは、ウエハ面内および製造ロット内でそれぞれ５μ
ｍであった。（ｄ）従来のスタッキングではウエハとフ
イルムとを無理に密着させるので誤ってウエハ割れを発
生させてしまうことが多く、割れ率は0.8％であった
が、自動化した場合にはウエハ割れが発生しなくなり、
割れ率は０％であった。
なお、有機バインダーおよび無機系バインダーは、上記
実施例に限らず、前述した米国特許第3971870号明細書
および特公昭59−32054号公報に開示されているものを
用いても、上記実施例と同様の効果が得られる。
（第２実施例） 100±0.5mmφ、抵抗率８−10Ω・cm、Ｐ型、面方位（11
1）±１度、厚さ580±10μｍのシリコンウエハを100枚
用意し、ウエハ間に上記第１実施例のように両面にアク
リル系粘着剤が塗布されたドーパントフイルムを挟んで
積層する。この場合、上記ドーパントフイルムの成分
は、ポリ酢酸ビニルを有機バインダーとし、アルミナを
無機バインダーとし、拡散用の不純物元素の化合物とし
て酸化ボロンB2O3を混合したものであり、その混合比
（重量比）は次の様になっている。
次に、上記積層されているウエハを、N2ガスを流して40
0℃に管理されている拡散炉内にゆっくり挿入し、500℃
に昇温し、ポリ酢酸ビニルを燃焼させる。この燃焼時間
は100分である。拡散炉は、プログラム管理により、上
記燃焼の後に1250℃に昇温し、所望の拡散深さを得るた
めの熱処理を行う。本実施例では、拡散深さとして150
μｍ、180μｍ、220μｍを目標として熱処理を行った。
この熱処理の間は前記N2ガスを流さないでO2ガスのみ流
している。この後、プログラム管理により、800℃に降
温し、800℃に達したらウエハをゆっくり拡散炉外へ引
き出す。拡散終了後は、ウエハをそのまま弗酸に浸漬
し、表面のボロンシリケートガラスを除くと共にウエハ
を剥離して終了し、ウエハそれぞれの拡散深さxjを測定
する。
なお、前記フイルムＡ、Ｂは、別々に拡散炉内に挿入し
て拡散を行っている。また、上記測定に際し、例えばア
ングルラップ後のスプレッディング・レジスタンス法
（Spreading Resistance Probe Method）で抵抗を測定
して得た拡散プロファイルを第３図（ａ）乃至（ｃ）に
示しており、この測定結果を次の表にまとめた。ここ
で、xjは拡散深さ（cm）、ρｓはシート抵抗（Ω）であ
る。
なお、従来のドーパントフイルムのB2O3濃度は、〜５％
であり、これを用いた不純物拡散の結果は、xj＝205μ
ｍ、ρｓ＝0.15Ωであった。
上記表より、ボロン濃度の高いフイルムＡを用いて拡散
した場合、180μｍ以上の拡散深さで顕著な効果が現れ
ており、xjが10％深くなること（拡散時間で20％以上短
縮されること）、ρｓが60％以上も低下していることが
解かる。このことは、プロファイルを見ても解るよう
に、濃度を上げることで同一時間での拡散深さが深くな
り、プロファイルが急峻になる効果があることになる。
次に、上記ウエハをパワーデバイス用拡散ウエハに加工
し、パワートランジスタデバイスを製作した場合に、次
の特性項目の不良率の低減効果は、ICBOが50％、ICERが
80％、Ｋが100％、VCEO（SAT）が80％であった。
なお、従来のフイルムを用いる場合に対する上記したよ
うな効果はボロン濃度が22％程度の場合にも確認され
た。
（第３実施例） 100±0.5mmφ、抵抗率50−70Ω・cm、Ｎ型、面方位（11
1）±１度、厚さ580±10μｍのシリコンウエハを100枚
用意し、ウエハ間に前記第１実施例のように両面にアク
リル系粘着剤が塗布されたドーパントフイルムを挟んで
積層する。この場合、上記ドーパントフイルムの成分
は、ポリ酢酸ビニルを有機バインダーとし、アルミナを
無機バインダーとし、拡散用の不純物元素の化合物とし
て酸化リンP2O5を混合したものであり、その混合比は次
の様になっている。
上記積層されているウエハを前記第２実施例と同様にし
て拡散した。この場合、拡散深さとして130μｍ、160μ
ｍ、190μｍを目標として熱処理を行った。この結果を
次の表にまとめた。
なお、従来のドーパントフイルムのP2O5濃度は、〜10％
であり、これを用いた不純物拡散の結果は、xj＝180μ
ｍ、ρｓ＝0.09Ωであった。
上記表より、リン濃度の高いフイルムＣあるいはＤを用
いて拡散した場合、同一時間での拡散深さが深くなり、
プロファイルが急峻になる効果があることが解り、従来
のフイルムを用いる場合に対する上記したような効果は
リン濃度が20％程度の場合にも確認された。
また、上記ウエハをパワーデバイス用拡散ウエハに加工
し、パワートランジスタデバイスを製作した場合に、I
CBO、ICER、Ｋ、VCEO（SAT）の特性項目の不良率が低減
する効果が確認された。
なお、上記実施例のリンに代えて、AsあるいはSbを含ま
せたドーパントフイルムを用いた場合には、この不純物
濃度を10％〜20％にすることによって、上記実施例と同
様の効果が得られた。
［発明の効果］ 上述したように本発明のドーパントフイルムによれば、
ウエハとの密着性が良く、ウエハ間に挟んで大量のウエ
ハを積層し、この状態で不純物を拡散することが可能に
なり、ウエハに対する位置決め、位置合わせ等の自動機
械化を図ることが可能になる。
また、本発明の半導体基板の不純物拡散方法によれば、
シリコンウエハに対する不純物の深い拡散を短時間の熱
処理で行うことができるので電力費などを削減でき、か
つ濃度勾配（拡散プロファイル）を急峻にすることがで
き、パワーデバイス用拡散ウエハの大口径化に伴ってコ
レクタ側の高濃度層の厚さを厚くしても、その表面抵抗
が高くならないのでデバイス形成後のトランジスタ特性
を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のドーパントフイルムの一実施例を示す
側面図、第２図は第１図のドーパントフイルムをウエハ
間に挟んで積層した状態で不純物を拡散する方法の一例
を示す図、第３図（ａ）乃至（ｃ）は本発明の半導体基
板の不純物拡散方法の一実施例が適用されたウエハの拡
散プロファイルの測定データを示す図である。 １……フイルム、２……アクリル系粘着剤、３……ロー
ル状剥離性シート、10……ドーパントフイルム、20……
ウエハ、21……ボート、22……拡散炉。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】有機バインダーおよび無機系バインダーお
    よび拡散用の不純物元素の化合物が含まれたドーパント
    フイルムであって、その両面に粘着剤が塗布されている
    ことを特徴とするドーパントフイルム。
  2. 【請求項２】請求項１記載のドーパントフイルムを半導
    体ウエハ間に挟んで積層した状態で不純物を拡散する
    際、上記フイルムの不純物濃度重量比を、不純物元素が
    ボロンの場合に９％〜22％、リンの場合に12％〜20％と
    することを特徴とする半導体基板の不純物拡散方法。
JP63173718A 1987-10-28 1988-07-14 ドーパントフイルムおよび半導体基板の不純物拡散方法 Expired - Fee Related JPH0715893B2 (ja)

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US07/263,202 US5024867A (en) 1987-10-28 1988-10-27 Dopant film and methods of diffusing impurity into and manufacturing a semiconductor wafer
KR1019880014097A KR920009717B1 (ko) 1987-10-28 1988-10-28 도우펀트막 구조체와 이를 이용해서 반도체 웨이퍼에 불순물을 확산시키는 방법 및 그 반도체장치의 제조방법
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