特許 6893889 半導体ウエハ及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6893889

(24)【登録日】2021年6月4日

(45)【発行日】2021年6月23日

(54)【発明の名称】半導体ウエハ及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/22 20060101AFI20210614BHJP

   C30B 33/00 20060101ALI20210614BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/22 P

   C30B33/00

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2018-1768(P2018-1768)

(22)【出願日】2018年1月10日

(65)【公開番号】特開2019-121728(P2019-121728A)

(43)【公開日】2019年7月22日

【審査請求日】2019年11月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000214928

【氏名又は名称】直江津電子工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000626

【氏名又は名称】特許業務法人 英知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】茨木 正

(72)【発明者】

【氏名】大西 力

【審査官】 宇多川 勉

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−００８２０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０３７９８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０３２４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０７４６６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２２

Ｃ３０Ｂ ３３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶融した半導体材料及び第一不純物からなるウエハの厚さ方向全域に亘って、第二不純物がドープされた拡散層を有し、
前記拡散層における前記第一不純物及び前記第二不純物の濃度の和は、前記半導体材料の融点時の前記第一不純物の溶解度よりも高濃度であることを特徴とする半導体ウエハ。

【請求項2】

溶融した半導体材料及び第一不純物からなる単結晶のインゴットを作成する単結晶作成工程と、
前記インゴットをスライスしてウエハが作成されるスライス工程と、
前記ウエハに第二不純物がドープされた拡散層を形成する拡散工程と、を含み、
前記拡散工程では、前記ウエハの厚さ方向全域に亘って前記第二不純物を、前記単結晶作成工程において前記半導体材料が溶融した時の前記第一不純物の溶解度よりも高濃度となるようにドープすることを特徴とする半導体ウエハの製造方法。

【請求項3】

前記拡散工程は、前記ウエハの表面に前記第二不純物を付着させるデポジション工程と、前記第二不純物を前記ウエハの内部に拡散させるドライブイン工程と、を含み、前記デポジション工程が複数回行われることを特徴とする請求項２記載の半導体ウエハの製造方法。

【請求項4】

前記デポジション工程中において前記ウエハの前記表面に生成される化合物層を除去する除去工程を含み、前記デポジション工程及び前記除去工程を行った後に前記ドライブイン工程を行うことを特徴とする請求項３記載の半導体ウエハの製造方法。

【請求項5】

前記デポジション工程を行った後に、前記デポジション工程で生成された化合物層が残ったまま前記ドライブイン工程を行うことを特徴とする請求項３記載の拡散ウエハの製造方法。

【請求項6】

前記ドライブイン工程では、前記ウエハを複数枚それぞれ所定間隔が空くように配置することを特徴とする請求項４又は５記載の拡散ウエハの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、拡散ウエハやポリッシュドウエハ等として、半導体素子や半導体デバイスやその他の電子部品などの製造過程に用いられる、単結晶から切り出された半導体ウエハ、及び、半導体ウエハを生産するための製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の半導体ウエハの製造方法として、チャンバと、このチャンバ内に配置されシリコン融液に赤リンを添加したドーパント添加融液を収納可能な坩堝と、種子結晶をドーパント添加融液に接触させた後に引き上げる引き上げ部と、を備えた単結晶引き上げ装置を利用して得られる単結晶を用いたシリコンウェーハの製造方法がある（例えば、特許文献１参照）。
このシリコンウェーハの製造方法では、単結晶の抵抗率が０．７ｍΩ・ｃｍ以上０．９ｍΩ・ｃｍ以下となるように、シリコン融液に赤リンを添加し、単結晶を引き上げ、単結晶の引き上げ時の温度が５７０℃±７０℃の範囲内となる時間が２０分以上２００分以下となる部分からシリコンウェーハを切り出している。
このように製造された単結晶から得られるシリコンウェーハの抵抗率は、０．７ｍΩ・ｃｍ以上０．９ｍΩ・ｃｍ以下となり、赤リンの濃度は、８．０×１０¹⁹〜１．１×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１４／１７５１２０号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし乍ら、このような従来の半導体ウエハの製造方法により得られるシリコンウェーハでは、最良のものであっても抵抗率を０．７ｍΩ・ｃｍ、赤リンの濃度を１．１×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³とすることが限界であった。
そもそも、シリコンに対するリンの溶解度は、シリコンの溶融（１４１２℃）時に比べ、シリコンの融点よりも低温域（約１０５０℃〜１３００℃）の方が高いことが知られている。
このような状況下で、半導体材料に対する不純物の濃度を、半導体材料の溶融時における不純物の溶解度（固溶限界）よりも向上させて、低抵抗率を達成することが要望されている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

このような課題を解決するために本発明に係る半導体ウエハは、溶融した半導体材料及び第一不純物からなるウエハの厚さ方向全域に亘って、第二不純物がドープされた拡散層を有し、前記拡散層における前記第一不純物及び前記第二不純物の濃度の和は、前記半導体材料の融点時の前記第一不純物の溶解度よりも高濃度であることを特徴とする。
また、このような課題を解決するために本発明に係る半導体ウエハの製造方法は、溶融した半導体材料及び第一不純物からなる単結晶のインゴットを作成する単結晶作成工程と、前記インゴットをスライスしてウエハが作成されるスライス工程と、前記ウエハに第二不純物がドープされた拡散層を形成する拡散工程と、を含み、前記拡散工程では、前記ウエハの厚さ方向全域に亘って前記第二不純物を、前記単結晶作成工程において前記半導体材料が溶融した時の前記第一不純物の溶解度よりも高濃度となるようにドープすることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本発明の実施形態に係る半導体ウエハの製造方法の全体構成を示す説明図であり、（ａ）が単結晶作成工程の縦断正面図、（ｂ）がスライス工程の正面図、（ｃ）が拡散工程の拡大縦断正面図で要部を部分拡大したものである。

【図2】実施例１，２の不純物濃度と抵抗率を示す比較線図である。

【図3】実施例３の不純物濃度と抵抗率を示す比較線図である。

【図4】Ｓｉ中の不純物の溶解度を示す比較線図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る半導体ウエハＡは、拡散ウエハやポリッシュドウエハ（ＰＷ）等として、半導体素子や半導体デバイスやその他の電子部品などの製造過程に用いられ、単結晶のインゴット１から切り出されたウエハ１１に拡散処理を施すことで、不純物（ドーパント）ｄが拡散されるものである。
半導体素子や半導体デバイスやその他の電子部品などの製造工程では、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す単結晶のインゴット１から半導体ウエハＡを作成するウエハ作成過程と、半導体ウエハＡの主面部に半導体素子を形成する素子形成過程と、に大別される。
ウエハ作成過程は、半導体材料ｓからなる単結晶のインゴット１を作成する単結晶作成工程と、インゴット１をスライスしてウエハ１１を作成するスライス工程と、を含んでいる。

【0008】

単結晶作成工程では、チョクラルスキー法（ＣＺ法）やフローティングゾーン法(ＦＺ法)などにより、単結晶のインゴット１が作成される。ＣＺ法とは、図１（ａ）に示されるように、坩堝Ｂ１内で半導体材料ｓや不純物ｄなどを融解し、これらの溶液２を単結晶引き上げ装置機構Ｂ２で引き上げて成長させる結晶成長法である。ＦＺ法とは、坩堝Ｂ１を使用せず誘導加熱で半導体材料ｓが溶融されてその融液を表面張力で保持する方法である。
半導体材料ｓとしては、シリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）などが用いられる。
不純物ｄとしては、リン（Ｐ），ヒ素（Ａｓ），アンチモン（Ｓｂ）などのｎ型ドーパントや、ホウ素（Ｂ），アルミニウム（Ａｌ），ガリウム（Ｇａ），インジウム（Ｉｎ）などのｐ型ドーパントが用いられる。特にリンＰとしては、主に赤リンや白リン(黄リン)などが用いられる。
また、ウエハ作成工程と素子形成工程は、一般的に異なる場所で行われることが多い。例えばウエハ作成工程が行われる第一の工場では、半導体素子などの種類に関係なく共通する半導体ウエハＡを作成する。半導体ウエハＡには、両面拡散が施されたウエハの片側表面を削り落として研磨加工することや、両面拡散が施されたウエハを拡散面と平行に二分割することで構成される拡散ウエハも含まれる。半導体ウエハＡや拡散ウエハは、第二の工場に出荷され、第二の工場では各種の素子形成工程を行うことにより、多種類の半導体素子や半導体デバイスやその他の電子部品などが製造される。

【0009】

ところで、半導体材料ｓに対する不純物ｄの溶解度は、図４の「Ｓｉ中の不純物の溶解度［ａｔｏｍｓ／ｃｍ³］（出典：「半導体ハンドブック」，第２版，オーム社）」に示されるように、半導体材料ｓの温度上昇に伴って増加するが、半導体材料ｓの融点よりも低い温度がピークで、それ以上になると温度上昇に伴って急速に減少する。
例えばＳｉに対するＰの溶解度は、Ｓｉの固体状態における所定の温度域（約１０５０℃〜１３００℃）の方が、Ｓｉの融点（１４１２℃）における液体状態よりも高い。またそれ以外のＡｓやＳｂなどの不純物ｄもＰと同様な傾向があり、図示しないが半導体材料ｓとしてＧｅなどに対する不純物ｄの溶解度も同様な傾向がある。
このため、半導体材料ｓと不純物ｄを主に融解した後に固化させるＣＺ法や、半導体材料ｓの融液に不純物ｄを添加した後に固化させるＦＺ法などで、単結晶のインゴット１（固溶体）を作成しても、半導体材料ｓに対する不純物ｄの濃度は、固溶限（固溶限界）を越えることがない。これに伴い、単結晶のインゴット１から切り出したウエハ１１も、不純物ｄの濃度が固溶限界を越えないので、所望の低抵抗率が得られないという問題があった。

【0010】

そこで、本発明の実施形態に係る半導体ウエハＡでは、固体状態の半導体材料ｓ中に不純物ｄをドープする方法として、溶融した半導体材料ｓ及び第一不純物ｄ１からなるウエハ１の少なくとも一部に、第二不純物ｄ２がドープされた拡散層１１ａを有する。
拡散層１１ａにおいて第一不純物と第二不純物ｄ２との濃度の和は、後述する拡散法により、半導体材料ｓの融点時の第一不純物ｄ１の溶解度よりも高濃度となるようにドープされている。
そして、本発明の実施形態に係る半導体ウエハＡを生産するための製造方法では、溶融した半導体材料ｓ及び第一不純物ｄ１からなる単結晶のインゴット１を作成する単結晶作成工程と、インゴット１をスライスしてウエハ１１が作成されるスライス工程と、ウエハ１１の少なくとも一部に第二不純物ｄ２がドープされた拡散層１１ａを形成する拡散工程と、を主要な工程として含んでいる。
ここで、ウエハ１１の少なくとも一部とは、ウエハ１１の両側又は片側の表面１１ｂにおいて、その表面全体か或いはパターニングなどの一部分である。
第一不純物ｄ１，第二不純物ｄ２としては、前述した不純物ｄの中から同じ導電型のものを用いることが好ましい。
スライス工程では、図１（ｂ）に示されるように、バンドソーなどの切断装置（図示しない）を用いて、単結晶のインゴット１を胴体部１ａとコーン部（ヘッド部）１ｂとテール部１ｃに切断し、ワイヤソーなどの切断装置（図示しない）で胴体部１ａから複数枚のウエハ１１を切り出す。
拡散工程では、図１（ｃ）に示されるように後述する拡散法により、ウエハ１１の少なくとも一部に対して第二不純物ｄ２を、単結晶作成工程において半導体材料ｓが溶融した時の第一不純物ｄ１の溶解度よりも高濃度となるようにドープすることで、拡散層１１ａが形成される。

【0011】

拡散法とは、ウエハ１１の表面１１ｂに第二不純物ｄ２が添加され、熱拡散によりウエハ１１の内部１１ｃに溶解させる気相拡散法や、第二不純物ｄ２からなる固体薄膜がウエハ１１の表面１１ｂに堆積され、熱拡散によりウエハ１１の内部１１ｃに拡散させる固相拡散法などである。
つまり、単結晶作成工程によって第一不純物ｄ１が添加された単結晶のインゴット１からなるウエハ１１の少なくとも一部に対し、拡散工程により第二不純物ｄ２が添加されて拡散層１１ａとなる。
このため、ウエハ１の拡散層１１ａでは、半導体材料ｓに対する第一不純物ｄ１及び第二不純物ｄ２の濃度の和が、半導体材料ｓの融点時（単結晶作成工程）における第一不純物ｄ１の溶解度（固溶限界）を越えることになる。
特に拡散工程では、ウエハ１１の表面１１ｂに第二不純物ｄ２を付着して浸透させるデポジション工程と、第二不純物ｄ２をウエハ１の内部１１ｃに拡散させるドライブイン工程と、を含み、デポジション工程を一回又は複数回行うことが好ましい。
さらに加えて、デポジション工程となる第二不純物ｄ２の付着及び浸透（デポジション）中において、ウエハ１１の表面１１ｂに生成される化合物層１１ｄをデポジション後に除去する除去工程が含まれ、除去工程を行った後にドライブイン工程となる第二不純物ｄ２の拡散（ドライブイン）を行うことも可能である。

【0012】

デポジション工程からドライブイン工程に至る製法には、デポジション工程からドライブイン工程に至る過程において、デポジション工程中でウエハ１１の表面１１ｂに生成される化合物層１１ｄを除去した後にドライブイン工程を行う第一の製法と、最後のデポジション工程中で生成される化合物層１１ｄを残したままドライブイン工程を行う第二の製法と、がある。
第一の製法の場合には、デポジション工程との除去工程を一回ずつ又は複数回（２回以上）繰り返して行った後に、最終的に化合物層１１ｄが除去された状態で、最後にドライブインを行う。
第二の製法の場合には、デポジション工程と除去工程を一回ずつ又は複数回（２回以上）繰り返して行った後に、最後のデポジション工程で生成された化合物層１１ｄが最終的に残された状態で、ドライブインを行う。
それ以外の第二の製法としてはデポジション工程を一回又は複数回（２回以上）繰り返して行った後に、最終的に化合物層１１ｄが残された状態で、ドライブインを行うことも可能である。
また、最終的に化合物層１１ｄを残した状態でドライブインする場合には、ドライブイン後もウエハ１１の表面１１ｂに化合物層１１ｄが残る。しかし、ドライブイン後に残った化合物層１１ｄは、洗浄などで容易に除去できる。その他に前記ウエハ作成工程などの後工程において、ウエハ１１の片側表面が削り落とされる時に化合物層１１ｄを含めて削り落とすことも可能である。

【0013】

拡散工程の具体例として図１（ｃ）に示される場合には、拡散炉Ｃによる気相拡散法を用いて、ウエハ１１の両側表面１１ｂに第二不純物ｄ２を添加し、熱拡散によりウエハ１１の内部１１ｃに拡散させている。
図示例の拡散炉Ｃは、従来周知構造の横型拡散炉であり、石英管Ｃ１と、ボードＣ２と、石英管Ｃ１の周囲に配設されたヒーターなどの発熱体Ｃ３と、石英管Ｃ１の内部空間Ｃｓに所望の気体を供給する供給部Ｃ４と、を備えている。
デポジション工程やドライブイン工程では、複数枚のウエハ１１が載置されたボードＣ２を石英管Ｃ１に挿入してから、供給部Ｃ４により所望の気体を石英管Ｃ１内に供給しつつ、発熱体Ｃ３で第二不純物ｄ２の拡散開始温度以上に昇温して所定時間熱処理する。
図示例では、ボードＣ２上に複数枚のウエハ１１を所定間隔毎に配置している。
供給部Ｃ４は、デポジション工程において第二不純物ｄ２が含まれた気体を石英管Ｃ１内に供給する。第二不純物ｄ２がＰである場合には、Ｐが含まれた塩化ホスホリル（オキシ塩化リン）などと、窒素やアルゴンやヘリウム又はいずれかの混合ガスなど及び酸素と、を同時に流し込み、約１２００℃以下で第二不純物ｄ２の付着及び浸透（デポジション）が行われる。
また、その他の例として図示しないが、拡散炉Ｃとして図示例以外の構造の横型拡散炉を用いることや、縦型拡散炉を使用することや、気相拡散法と別の拡散法を用いることや、第二不純物ｄ２としてＰと別なものを用いることや、デポジション工程を繰り返す度にデポジション条件を変更することも可能である。

【0014】

さらに、デポジション工程において拡散炉Ｃ内の各ウエハ１１は、その表面１１ｂから第二不純物ｄ２としてＰなどを取り込み、表面１１ｂから所定深さまで第二不純物ｄ２が浸透する。これと同時に各ウエハ１１の表面１１ｂが酸素と熱の影響で酸化されるから、各ウエハ１１の表面１１ｂには、第二不純物ｄ２がＰである場合、リンガラスなどの酸化物からなる化合物層１１ｄが生成される。
このため、化合物層１１ｄの除去工程を含む場合には、デポジション工程とドライブイン工程の間に、拡散炉Ｃからウエハ１１を取り出す必要がある。このため、デポジション工程専用の拡散炉Ｃと別にドライブイン工程の拡散炉Ｃを用いることも可能である。
除去工程では、デポジションされたウエハ１１を拡散炉Ｃから取り出し、フッ化水素酸（フッ酸）などの洗浄剤で化合物層１１ｄの除去を行ってから拡散炉Ｃに入れてドライブインするか、又はデポジションされたウエハ１１を拡散炉Ｃから取り出さずに化合物層１１ｄが残ったままでドライブインする。
ドライブイン工程では、供給部Ｃ４によりキャリアガスとして窒素やアルゴンやヘリウム又はいずれかの混合ガスなどを石英管Ｃ１内に流し込み、一般的にデポジション温度より高い温度、約１３００℃以上でドライブインが行われる。
これにより、各ウエハ１１の表面１１ｂから内部１１ｃに向かって、所定濃度で所定深さの拡散層１１ａが生成される。
また、大量のウエハ１１をバッチ処理で一度にまとめて拡散処理するには、拡散炉Ｃの内部空間Ｃｓに複数枚のウエハ１１を相互に密接させて並列状に起立配置することが好ましい。
ドライブイン工程の後工程として、作成された半導体ウエハＡから拡散ウエハを製造する場合には、ドライブイン後の拡散処理されたウエハ１１の中間部をスライシング加工により切断分離（二分割）して、拡散層１１ａ以外の厚みが目標厚みになるように、それぞれの切断面を研磨加工すれば、片側の表面１１ｂのみに拡散層１１ａを有する全体の厚みがほぼ等しい２つの拡散ウエハが作成される。またウエハ１１の二分割に代えて、片側表面１１ｂのみを削り研磨することで、拡散層１１ａ以外の厚みが目標厚みとなった一つの拡散ウエハを作成することも可能である。

【0015】

このような本発明の実施形態に係る半導体ウエハＡ及びその製造方法によると、ウエハ１の拡散層１１ａでは、半導体材料ｓに対する第一不純物ｄ１及び第二不純物ｄ２の濃度の和が、半導体材料ｓの融点時（単結晶作成工程）における第一不純物ｄ１の溶解度（固溶限界）を越える。
したがって、低抵抗率な半導体ウエハＡを提供することができる。
その結果、赤リンの濃度が１．１×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³で抵抗率が０．７ｍΩ・ｃｍが限界である従来のものに比べ、電力損失の少ない半導体素子や半導体デバイスやその他の電子部品などを作製でき、省エネ効果に優れて環境に優しい。

【0016】

特に拡散工程は、ウエハ１１の表面１１ｂに第二不純物ｄ２を付着させるデポジション工程と、第二不純物ｄ２をウエハ１の内部１１ｃに拡散させるドライブイン工程と、を含み、デポジション工程を複数回行うことが好ましい。
この場合には、デポジション工程の繰り返し回数が増えることに伴って、ウエハ１１の表面１１ｂに対する第二不純物ｄ２の付着量が増加する。
このため、デポジション工程が繰り返し行われた後にドライブイン工程を行うことにより、多量に付着した第二不純物ｄ２がウエハ１の内部１１ｃに拡散する。
したがって、ウエハ１に対する第二不純物ｄ２の濃度を確実に増大させることができる。
その結果、低抵抗率な半導体ウエハＡを確実に作製できる。

【0017】

さらに、デポジション工程中においてウエハ１１の表面１１ｂに生成される化合物層１１ｄを除去する除去工程を含み、デポジション工程及び除去工程を行った後にドライブイン工程を行うことが好ましい。
この場合には、前回のデポジションで生成された化合物層１１ｄが除去された状態で、次回のデポジションを行うため、不純物が短時間でより深く浸透する。最後のデポジション後に化合物層１１ｄを除去せず連続してドライブインすることが可能になる。
したがって、所望の不純物濃度分布を短時間の熱処理で且つより確実に得ることができる。
その結果、デポジション回数を減らすことや除去回数を減らしても高濃度で深い拡散を実現できる。これにより簡素化とコストダウンが同時に図れる。
デポジション工程及び除去工程の繰り返し回数と、それぞれのデポジション温度やデポジション時間や拡散源の供給量などのデポジション条件、又はドライブイン温度やドライブイン時間などのドライブイン条件のいずれか一方又は両方を調節することによって、拡散層１１ａを拡散面から任意の深度に設定することが可能となる。

【0018】

また、デポジション工程を行った後に、デポジション工程で生成された化合物層１１ｄが残ったままドライブイン工程を行うことが好ましい。
この場合には、デポジション後に化合物層１１ｄを除去せず連続してドライブインすることが可能になる。
したがって、所望の不純物濃度分布を最小工程数でより簡単に得ることができる。
その結果、デポジション回数を減らすことや除去工程を省略しても高濃度で深い拡散を実現できる。これにより大幅な簡素化とコストダウンが同時に図れる。
デポジション温度やデポジション時間や拡散源の供給量などのデポジション条件、又はドライブイン温度やドライブイン時間などのドライブイン条件のいずれか一方又は両方を調節することによって、拡散層１１ａを拡散面から任意の深度に設定することが可能となる。

【0019】

またさらに、図１（ｃ）に示されるように、ドライブイン工程では、複数枚のウエハ１１をそれぞれ所定間隔が空くように配置することが好ましい。
この場合には、デポジション後に化合物層１１ｄを除去せずにドライブインしても、化合物層１１ｄ中の第二不純物ｄ２の一部がウエハ１１の面内から外部へ均一に飛散するため、面内均一状態でウエハ１１の内部１１ｃに拡散する。
したがって、化合物層１１ｄの有無に関係なくウエハ１１の少なくとも一部に第二不純物ｄ２を面内均一状態で拡散させることができる。
その結果、各ウエハ１１の間にシリコンなどの耐熱性に優れた粉体を挟んでスタックしドライブインする製法に比べて、ウエハ１１面内の拡散深さのバラツキ（面内分布が不均一）を防止することができる。
また、ウエハ１１の表面１１ｂに汚れが発生することがある製法に比べて、ウエハ１１の表面１１ｂが粉体と接触しないため、汚れの発生を防止することができる。
また、ウエハ１１の間にシリコンなどの粉体を挟んでドライブインした場合、ウエハ１１の表面１１ｂに汚れが発生することがある製法に比べて、ウエハ１１の表面１１ｂが粉体と接触しないため、汚れの発生を防止することができる。

【実施例】

【0020】

次に、本発明の実施形態に係る半導体ウエハＡの実施例について説明する。
実施例１〜３は、ＣＺ法で半導体材料ｓのＳｉと第一不純物ｄ１のＰが融解固化された単結晶のインゴット１を作成し、この単結晶のインゴット１から切り出したウエハ１１の両側表面１１ｂに、第二不純物ｄ２としてＰを気相拡散法で溶解させた半導体ウエハＡである。実施例１〜３の拡散工程では、複数回のデポジション、フッ酸によるリンガラスの除去、ドライブインを順次行っている。
実施例１と実施例３では、第一不純物ｄ１のＰとして赤リンを添加している。実施例２では、第一不純物ｄ１のＰとして白リン(黄リン)を添加している。さらに実施例１〜３では共に、第二不純物のＰとしてオキシ塩化リンを用いている。
このように作成された実施例１〜３において、それぞれＰの濃度が、半導体材料ｓの融点時（単結晶作成工程）におけるＰの溶解度（固溶限界）を越えるか否かを検証した。
さらに実施例１〜３において、それぞれの抵抗率が、半導体材料ｓの融点時（単結晶作成工程）における抵抗率よりも低くなるか否かを検証した。

【0021】

このため、実施例１〜３として下記のウエハ１１をそれぞれ用意した。
・実施例１のウエハ１１：直径が１５０ｍｍ，厚みが６４０μｍ、
第一不純物ｄ１のＰが赤リン
・実施例２のウエハ１１：直径が１５０ｍｍ，厚みが６４０μｍ、
第一不純物ｄ１のＰが白リン(黄リン)
・実施例３のウエハ１１：直径が１５０ｍｍ，厚みが１０００μｍ
第一不純物ｄ１のＰが赤リン
実施例１，３のウエハ１１は、単結晶作成工程における融点時のＳｉに対するＰ（赤リン）の濃度が１．１×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³、抵抗率が０．７ｍΩ・ｃｍとなるように設定した。
実施例２のウエハ１１は、単結晶作成工程における融点時のＳｉに対するＰ（白リン）の濃度が４．３×１０¹³ａｔｏｍｓ／ｃｍ³、抵抗率が１００Ω・ｃｍとなるように設定した。
実施例１〜３のウエハ１１は、拡散工程（デポジション工程）及び除去工程において、Ｓｉに対するＰ（赤リン，白リン）の濃度が略同じになるように、下記に示す条件でデポジションと化合物層１１ｄの除去をそれぞれ行った。
・デポジション温度：１２００℃以下
・デポジション時間：２．５時間
・デポジション回数：２回
・フッ酸によるリンガラスの除去：２回
実施例１〜３のウエハ１１は、拡散工程（ドライブイン工程）において、下記に示す条件でドライブインをそれぞれ行った。
・実施例１，３の赤リンがドープされたウエハ１１に対する
ドライブイン温度及び時間：１３００℃以上×３６０時間
・実施例２の白リンがドープされたウエハ１１に対する
ドライブイン温度及び時間：１３００℃以上×３６０時間超
実施例１〜３におけるＰの濃度［ａｔｏｍｓ／ｃｍ³］は、２探針法によるＳＲ（広がり抵抗）測定で求めた。
実施例１〜３における抵抗率［ｍΩ・ｃｍ］は、それぞれの換算値（ＡＳＴＭ′７４）で求めた。

【0022】

検証結果を図２及び図３に示す。
図２及び図３において左縦軸は、実施例１〜３の不純物濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）を示し、右縦軸は、実施例１〜３の抵抗率（Ω・ｃｍ）を示し、横軸は、実施例１〜３の厚み方向（ｘ／μｍ）を示している。実施例１，２の場合には、３２０μｍが厚み方向の中央である。実施例３の場合には、厚み方向の片側となる５００μｍのみを示している。
図２及び図３では、Ｓｉの融点時（単結晶作成工程）におけるＰの溶解度（固溶限界）を一点鎖線で示している。Ｓｉの融点時（単結晶作成工程）における抵抗率を二点鎖線で示している。
実施例１，２は、ドライブインが前述した条件で実行されることにより、図２に示されるようにＰの濃度が、ウエハ１１の厚さ方向全域に亘って（両側表面１１ｂを貫通して）、Ｓｉの融点時（単結晶作成工程）におけるＰの溶解度（固溶限界）である１．１×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³を越えた。
詳しくは、ウエハ１１の拡散面（両側表面１１ｂ）から約２００μｍまでが１．６×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³となり、ウエハ１１の厚み方向中央部（内部１１ｃの中央を中心とした約１００μｍの部位）が１．３×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³となった。
このため実施例１，２の抵抗率は、ウエハ１１の厚さ方向全域に亘って、Ｓｉの融点時（単結晶作成工程）における抵抗率である０．７ｍΩ・ｃｍよりも低くなった。
詳しくは、ウエハ１１の拡散面（両側表面１１ｂ）から約２００μｍまでが０．５ｍΩ・ｃｍとなり、ウエハ１１の厚み方向中央部（内部１１ｃの中央を中心とした約１００μｍの部位）が０．６ｍΩ・ｃｍとなった。

【0023】

実施例３は、ドライブインが前述した条件で実行されることにより、図３に示されるようにＰの濃度が、ウエハ１１の厚さ方向の一部で、Ｓｉの融点時（単結晶作成工程）におけるＰの溶解度（固溶限界）である１．１×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³を越えた。
詳しくは、ウエハ１１の拡散面（両側表面１１ｂ）から約１６０μｍまでが１．６×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³となり、そこから徐々に低下して拡散面から約３００μｍでは、１．１×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³となった。
このため実施例３の抵抗率は、ウエハ１１の拡散面から約３００μｍまでが、Ｓｉの融点時（単結晶作成工程）における抵抗率である０．７ｍΩ・ｃｍよりも低くなった。
詳しくは、ウエハ１１の拡散面（両側表面１１ｂ）から約１６０μｍまでが０．５ｍΩ・ｃｍとなり、そこから徐々に低下して拡散面から約３００μｍでは、０．７ｍΩ・ｃｍとなった。
つまり、実施例３のウエハ１１は、実施例１のウエハ１１に比べて３６０μｍだけ厚くなったので、ウエハ１１の厚み方向中央部（内部１１ｃの中央を中心とした約５００μｍの部位）におけるＰの濃度は、１．１×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³を越えず、その抵抗率も０．７ｍΩ・ｃｍよりも低くならなかった。
これに加え、実施例１〜３においてデポジション時間を２．５時間よりも長くすることや、デポジション回数を３回以上に代えることや、ドライブイン温度及び時間を前述した条件以上に代えることで、実施例１〜３の前述した検証結果よりも向上することが推測できる。

【0024】

また、その他の実施例として図示しないが、デポジション回数が２回であっても、デポジション温度又は時間やドライブイン温度又は時間のうち一つでも前述した条件に至らない場合には、ウエハ１１の拡散面（両側表面１１ｂ）から約３００μｍ以下においても、Ｐの濃度が１．１×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³を越え、その抵抗率が０．７ｍΩ・ｃｍよりも低くなる。しかし、ウエハ１１の厚み方向中央部（内部１１ｃの中央部位）では、Ｐの濃度が１．１×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³を越えず、その抵抗率が０．７ｍΩ・ｃｍよりも高かった。
これに対し、デポジション回数を１回に減らしても、Ｐの濃度がウエハ１１の厚さ方向の一部で、Ｓｉの融点時（単結晶作成工程）におけるＰの溶解度（固溶限界）である１．１×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³を越えた。
詳しくは、実施例３の赤リンがドープされたウエハ１１（直径：１５０ｍｍ，厚み：１０００μｍ）に対するドライブインを、１３００℃以上×１０時間で１回のみ実行することにより、ウエハ１１の拡散面（両側表面１１ｂ）から約４０μｍまで、比較的に浅いが１．１×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³を越える拡散層１１ａが形成された。
これに伴い、デポジション回数が１回であっても、ウエハ１１の拡散面（両側表面１１ｂ）から約４０μｍまでの抵抗率は、０．７ｍΩ・ｃｍよりも低くなった。
なお、実施例１〜３で用いたウエハ１１のサイズは、前述した直径や厚みに限らず、サイズが異なるものであっても、デポジションとドライブインを前述した条件で実行したところ、前述した実施例１〜３の検証結果と同様であった。

【0025】

これらの検証結果からウエハ１の拡散層１１ａは、Ｓｉに対する第一不純物ｄ１及び第二不純物ｄ２となるＰの濃度が、Ｓｉの融点時（単結晶作成工程）におけるＰの溶解度（固溶限界）を越え、その抵抗率がＳｉの融点時（単結晶作成工程）における抵抗率よりも低くなることが実証できた。
なお、不純物ｄとしてＰの種類と関係なく、赤リン，白リン以外の紫リンや黒リンであっても、前述した試料１，２の同様な検証結果が得られることを推測できる。
これに加えてＰ以外にＡｓ，Ｓｂなどの不純物ｄを用いることや、Ｓｉ以外にＧｅなどの半導体材料ｓを用いても、前述した試料１，２の同様な検証結果が得られることを推測できる。

【符号の説明】

【0026】

Ａ 半導体ウエハ １ インゴット
１１ ウエハ １１ａ 拡散層
１１ｂ 表面 １１ｃ 内部
１１ｄ 化合物層 ｓ 半導体材料
ｄ１ 第一不純物 ｄ２ 第二不純物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】