【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トランジスター，ダイオード等のディスクリート用基板の製造における不純物の深い拡散層の形成及び加工方法、さらに詳しくは、シリコン半導体インゴットよりスライスされたウエハ両面に目的とする不純物の深い拡散層を形成し、ディスクリート（トランジスター，ダイオード等）用基板（片側が不純物の拡散層で反対側が不純物の未拡散層でその表面は通常ミラー仕上げされている）を製造する際の拡散前のウエハの処理方法と拡散方法と拡散後のウエハの加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ディスクリート用基板を製造する方法は、シリコン半導体インゴットよりスライスしたウエハを研磨剤にてラップ加工し又は更にエッチング加工したウエハを使用してまず第一段階の拡散（即ち、デポジション）として、ボート上に一定間隔をおいて配列した複数の素材ウエハを拡散チューブ内に格納し、そのチューブ内に目的とする不純物（Ｐ又はＢ等）のソースを含むキャリアガス、一般的にはＮ ₂及びＯ ₂ガスの混合ガスを送って所望の温度，時間で熱処理し、前記不純物をウエハ両面に浅く高濃度に拡散させる。

【０００３】次に第二段階の拡散（押込み拡散）として、前記デポジション済みの各ウエハを別のボート上にＳｉＯ ₂粉等を介してお互いに密着させて配設し、拡散チューブ内にてキャリアガス（Ｎ ₂及びＯ ₂ガスの混合ガス）雰囲気下で高温，長時間熱処理して、前記不純物を所望の深さまで拡散させると共に所望の不純物表面濃度を達成するようになっていた。 前記ウエハの片側の拡散層は研削加工にて完全に除去し、不純物の未拡散層は所定の厚みを残してその表面は通常ミラー仕上げしてディスクリート用基板を製造していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法によると高温，長時間の第二の拡散工程においてウエハ両面に「粒子」と呼ばれる化合物が生成してしまっていた。 この「粒子」と呼ばれるものを説明すると、組成的には、
Ｎ，Ｏ，Ｓｉ，不純物（Ｐ又はＢ），その他よりなっていることは判明しているが、素材ウエハの結晶軸方向に成長する極めて完全性の高い結晶であってフッ酸はもとより王水にも溶解せず、現状においては適切な除去手段が見当らないことから、引続く製造工程（機械加工工程，次の拡散工程，洗浄工程等）において脱落する等して様々な悪影響を及ぼしていた。

【０００５】上記「粒子」については、図１（ａ），
（ｂ），（ｃ）に倍率を変えたＳＥＭ写真を示してある。 この顕微鏡写真例は、ＦＺ法により作製した面方位（１１１）のデポジション済みウエハを従来の所定条件で高温，長時間拡散した時に、ウエハ表面に生成した「粒子」形態の一例を示し、（１１１）の場合は核らしきものを中心として結晶方向（１２０°）に成長している様に観察できる。 尚、この倍率の電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）写真は、「粒子」の像を鮮明にするために拡散終了後のウエハの表面を浅くエッチング処理して撮影したものである。

【０００６】この粒子生成の原因としてラップ加工時に形成される加工歪が影響すると考え、更にエッチング加工（取代２０μ）し加工歪を除去して有効な対策としてきたが、 現在ディスクリート用基板として利用されるウエハの面方位は主に（１１１）及び（１００）であるが、面方位（１１１）ウエハに対しては有効であるものの、面方位（１００）ウエハに対しては不十分であることが判明してきた〔特に面方位（１００）ウエハを使用したパワーＭＯＳ系ＦＥＴの深い拡散層（例２５０〜３００
μ）については無力である〕。 その上、面方位（１１１）ウエハに対しては有効であるものの、加工歪除去により加工歪が本来もっているゲッターリング効果も失われ、このことは第二の拡散工程中に不純物の拡散（侵入）による未拡散層内に発生する転位の吸収作用が失われ、未拡散側の表面に著しく不均一に分布する転位が発生する。

【０００７】ディスクリートがトランジスターであればこの未拡散層は次のベース，エミッターの形成する層であり、不均一な転位の分布は素子となった時の特性の劣化（特にリーク電流）及びそのバラツキの原因をもたらす。 〔この状態を図２（Ａ）に示す。 ウエハは面方位（１１１）で拡散層は１６０μで未拡散層は９０μでその面はミラー仕上げされている。 このウエハのミラー面をジルトルエッチして転位をエッチピット（三角形）とし現し光の反射のない様に工夫して写真撮影したものである。 図中「シマ」状の白く観える部分が転位（エッチピット）の密集部であり、これの一部分を拡大して図３
に示す。 〕かといって加工歪を除去しないと多大な粒子が発生してしまう。 というジレンマがある。

【０００８】本発明は上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものでその目的とするところは、ウエハ面方位（１１１）又は（１００）にかかわらず粒子の生成を防止し転位の均一化及び低転位化を同時に達成することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成する為に本発明は以下の手段を採用する。 即ち請求項１に係る手段は、シリコン単結晶のインゴットよりスライスされたウエハを研磨剤（ＦＯ＃１０００、又は＃１２００）
で両面同時にラップ加工（取代６０μ）し、均一な加工歪を付与し、拡散終了後の加工方法に合せた所要厚さの面方位（１１１）又は（１００）のウエハを使用して目的とする不純物の雰囲気下でウエハ両面にデポジションする第一の拡散工程と、該ウエハをＯ ₂ガス０．５％〜
１０（ｖｏｌ）％を含むＡｒ又はＨｅの混合ガスの雰囲気下で高温，長時間の拡散をする第二の拡散工程より成り、上記の所要厚さは不純物の拡散層厚をｘ _j 、ディスクリート基板となった時の未拡散層厚をｘ _iとすると、
その時のウエハ厚ｔ ₁は、２ｘ _j ＋ｘ _i ＋２０≦ｔ ₁ ≦
２ｘ _j ＋ｘ _i ＋８０である。

【００１０】請求項２に係る手段は、シリコン単結晶のインゴットよりスライスされたウエハを研磨剤（ＦＯ＃
１０００又は＃１２００）で両面同時にラップ加工（取代６０μ）し、均一な加工歪（略数μ）を付与し拡散後の加工方法に合せた所要厚の面方位（１１１）又は（１
００）のウエハを使用してウエハ両面に上記のデポジションする第一の拡散工程と、該ウエハをＯ ₂ガス０．５
％〜１０（ｖｏｌ）％含むＡｒ又はＨｅの混合ガスの雰囲気下で高温，長時間の拡散をする第二の拡散工程と、
該ウエハを枚葉式に内周刃切断装置でその厚み幅の中央部より２分割に切断し、その切断面側を研削，研磨加工する工程の組合せより成るディスクリート用基板製造方法を採用する。 そして、上記の拡散後の加工方法に合わせたウエハの所要厚さｔ ₂は、内周刃切断装置の刃厚をｔ _c （μｍ）とすると、２（ｘ _j ＋ｘ _i ）＋ｔ _c ＋７５
≦ｔ ₂ ≦２（ｘ _j ＋ｘ _i ）＋ｔ _c ＋３００である。

【００１１】

【作用】請求項１に係る作用について述べる前に現段階で結論づけられている粒子生成のメカニズムについて説明する。 この粒子生成のメカニズムについては、粒子の組成分析（目的とする不純物にデコレートされたＮ，
Ｏ，Ｓｉの化合物）及び今まで判明している事実より粒子生成の根本原因は、「ウエハが拡散時に高温，長時間のＯ ₂ガス及びＮ ₂ガスの共存する雰囲気下に晒されること」にあると考えられ、「ウエハ両面の加工歪の有無又はウエハ面方位（１１１），（１００）の差は粒子生成に大きく影響を与えＮ ₂ガスの割合の高い程、又当然のことながらより高温、より長時間の程、粒子生成数も多く、そのサイズも大きくなる」ことが確認されている。 そして上記根本原因は、 Ｏ ₂ガス１００％ 又は′Ｏ ₂ガスとＮ ₂ガス以外の他ガスの混合 Ｎ ₂ガス１００％ 又は′Ｎ ₂ガスとＯ ₂ガス以外の他ガスの混合 のいずれの雰囲気下でも他の条件に因らず粒子の生成のないことで裏付けされる。

【００１２】以下請求項１に係る作用について説明すると、請求項１は粒子生成のないより低転位のディスクリート用基板を製造する方法であり、これらを簡明に記すると以下の２条件、即ち、（１）素材ウエハは研磨剤（ＦＯ＃１２００又は＃１０００）にてラップ加工され両面に均一な「加工歪」（１〜１０μ）を有していること及び、（２）第二拡散はＯ ₂ ＋Ａｒガス（Ｈｅガス）
の雰囲気下で行うことであり、条件（１）の均一に分布する加工歪はそれが本来有しているゲッターリング効果により第二拡散中に不純物の拡散により不純物の未拡散層内に発生する転位を吸収し、かつ条件（２）で行なっているため粒子の生成もない。 即ち条件（１）（２）は粒子生成のない低転位ウエハ製造のためのお互いに補完し合う対の条件である。 ディスクリート基板は片側の拡散層（ｘ _j ）と反対側の未拡散層（ｘ _i ）よりなるが、
素材ウエハとしては最小限２ｘ _j ＋ｘ _iの厚さが必要であり、加工余裕代は２０μ以上と過大にならない様な８
０μ以下である。

【００１３】次に請求項２に係る作用について説明する。 請求項２は簡明に記すと以下の３条件、即ち、
（１）素材ウエハは研磨剤（ＦＯ＃１２００又は＃１０
００）にてラップ加工され両面に均一な「加工歪」（１
〜１０μ）を有して、かつ拡散後の加工を考慮した通常の倍程の「特別な厚さ」を有すること、（２）第二拡散はＯ ₂ ＋Ａｒガス（又はＨｅガス）の雰囲気下であること、（３）拡散終了後のウエハはその厚み幅の中央部より２分割に切断し、所要の厚さのディスクリート用基板に仕上げること（当然のことながら素材ウエハ１枚に対して２枚のディスクリート用基板を得る）、であり、条件（１）の「加工歪」及び（２）に係る作用は前述したものと基本的には同一と考えられるが、この時にウエハは「加工歪」を有するだけでなく通常の倍程の所要厚さ（後述）を有しており、このことは転位に関して請求項１に係る通常のウエハの厚さで得られる効果（転位レベル）の又更に数分の一程に下げることが実証されている。 （例えば、拡散深さが１６０μ、未拡散層が９０μ
の一例で述べるとＦＺ法によるウエハについては１／１
０に、そしてＣＺ法によるウエハについては１／２〜１
／３程度に減少できる。 ） 尚、この理由についてはウエハ中央部の未拡散が厚い分だけ転位発生が緩和されると考えても現象と一致する。
したがって、条件（１）の素材ウエハが更に低転位化を目標として「特別な厚さ」のウエハを使用できるためには、条件（３）が不可欠である。 以上の様に条件（１）
（２）及び（３）はお互いに補完し合って、粒子生成のない極めて低転位の高品位ディスクリート用基板の提供を可能とすることができる。

【００１４】又、素材ウエハの所要厚さ（ｔ ₂ ）は次式であり、 ２（ｘ _j ＋ｘ _i ）＋３３０＋７５≦ｔ ₂ ≦２（ｘ _j ＋ｘ
_i ）＋３３０＋３００ その式中の｛２（ｘ _j ＋ｘ _i ）＋３３０｝は加工形態を考えた必要最小限の厚さであり、（７５μ〜３００μ）
×１／２はディスクリート用基板１枚当りの切断面側の研削，研磨代であり、最小限３７．５μは必要であり、
特性（低転位）を重視して意識的に更に厚くする場合の他は１５０μ以上はコスト的に無理をきたす。 尚、請求項１及び２におけるＯ ₂ガス割合が０．５％〜１０％となっているのは、０．５％以上のＯ ₂ガスは高温，長時間の拡散中にＳｉＯ ₂膜が形成されていってＳｉ原子の蒸発を防ぎ、又逆に１０％以下のＯ ₂ガスは過度のＳｉ
Ｏ ₂膜形成による面のアレ（アバタ，クラック等）を防止する。 請求項３，４及び請求項５，６に係る作用はいずれもが本発明の対象としている実用上の範囲である。

【００１５】

【実施例】以下本発明に係る実施例について説明する。
「表１」は従来法と本発明法との「粒子」及び「転位」
に係る比較表で、ＦＺ法により作製した口径１００φの面方位（１００）のウエハと、ＦＺ法により作製した口径１００φの面方位（１１１）のウエハ２種を対象として、従来法と本発明法に分けて実施した結果である。 拡散深さは１６０μでディスクリート用基板となった時の未拡散層は９０μで、全厚さは２５０μとなる。 ウエハ厚さは標準によるものは２ｘ _j ＋ｘ _i ＋４５＝４５５μ
で、拡散終了後２分割切断するものは２（ｘ _j ＋ｘ _i ）
＋３３０＋１５０＝９８０μである。 従来法はシリコン単結晶のインゴットよりスライスされたウエハを研磨剤（ＦＯ＃１２００）でラップ加工（取代６０μ）したものと、更にエッチング加工（取代２０μ）を対象に一般的洗浄後、Ｐ（リン）雰囲気中でデポジションし、引き続きＯ ₂ガス：Ｎ ₂ガスが１：３よりなる雰囲気中で高温（１２８０℃），長時間（１５０Ｈｒ）拡散し、終了後片側の拡散層は完全に除去し、中央部の不純物の未拡散層厚が９０μになる様に研削後研磨加工し、ミラー面に仕上げたものである。

【００１６】一方、本発明法によるものは同じくラップ加工された４５５μ及び９８０μのウエハを一般的な洗浄後、同じくＰ（リン）雰囲気下でデポジションし、引き続きＯ ₂ガス５％を含むＡｒガスの雰囲気中で高温，
長時間の拡散を行い、終了後厚み幅の中央部より２分割に切断し、厚さ３２５μのウエハを得てその切断面側を研削，研磨加工し、ミラー面に仕上げたものである。 粒子数はディスクリート用基板のＨＦ処理した拡散層側表面をＳＥＭでウエハ中心を数回観察し、視野内の平均的粒子数を単位面積換算して示した。 又、転位はディスクリート用基板の未拡散層側のミラー面をジルトルエッチングし、光学的顕微鏡で視野内のエッチピット数を単位面積換算したＥＰＤ値（エッチピット密度数）で示した。 右側数値はウエハ中心の値であり左側数値はウエハ外周４点の平均値を示す。 但し、面方位（１００）はエッチピット（三角形）としては観察できず、小さい円形窪みとして現われるものをカウントしたため、参考用という意味で（ ）で示した。

【００１７】

【表１】

【００１８】従来法（１）は面方位（１１１）には粒子が生成しないが（１００）には多数発生しており、面方位（１１１）及び（１００）は共に著しく転位が不均一に分布している〔図２（Ａ）〕。 従来法（２）は転位の不均一性は消滅〔図２（Ｂ）〕しているものの粒子の発生は最大である。 これはウエハ表面に形成されている加工歪の影響と考えられる。 本発明法の（１）及び（２）
によるものはウエハ面方位（１１１）及び（１００）共に粒子の生成はなく、かつ本発明（２）によるものは転位は加工歪によって吸収されたレベル〔従来法（２）の（１１１）ウエハの２５２０〜２０７０ケ／ｃｍ ² 〕より更に１桁程低下させることができており、最終的目標としている未拡散層内に結晶欠陥を発生させない無欠陥拡散法に近づいたものとなっている。 尚、本実施例はＦ
Ｚ法によるウエハを対象としたが、ＣＺ法によるものは転位の発生レベルに差（ＣＺ法によるものは転位が発生しやすい）は生じるものの同様の傾向であり、粒子の生成についても傾向の差は生じない。

【００１９】又、本発明法（２）によるものは拡散層の特に深いもの（例えば２００μ以上）については圧倒的に品質面，コスト面で有利であり、本発明法（１）によるものについては拡散層の浅いもの（２０μ〜８０μ）
及び２つのオリエンテーションフラット〔片方は一般的にＣＦ（カットフラット）とよばれる〕を有して２分割切断が不適合のものに有用である。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の拡散方法によれば、シリコン半導体ウエハに深い拡散層を形成してディスクリート用基板を製造していく時に、本発明によるラップ加工された均一な加工歪を有してその後の２分割切断可能な厚さのウエハを使用してＯ ₂ガスを含むＡ
ｒガス又はＨｅガスの雰囲気下で高温，長時間の拡散をし、拡散後その厚み幅の中央部より２分割に切断し、その切断面側を研削，研磨してディスクリート用基板に仕上げる方法は粒子生成のない極めて低転位の高品位の製品とすることができ、それ以降の工程における粒子剥離等による問題（ミラー面への付着，蒸着不良）を未然に防止することができ生産性を向上できると共に、無欠陥拡散に近い極めて低転位の不純物未拡散層を利用して特性のすぐれたディスクリートを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の方法によって生成された粒子構造を示す顕微鏡写真である。

【図２】ウエハのミラー面に生じた転位の結晶構造を示す写真である。

【図３】図２（Ａ）の結晶構造を示す写真の部分拡大写真である。