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JP2002093734A - 半導体用硼素ドープ材及びその製造方法 - Google Patents

半導体用硼素ドープ材及びその製造方法

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JP2002093734A
JP2002093734A JP2000279313A JP2000279313A JP2002093734A JP 2002093734 A JP2002093734 A JP 2002093734A JP 2000279313 A JP2000279313 A JP 2000279313A JP 2000279313 A JP2000279313 A JP 2000279313A JP 2002093734 A JP2002093734 A JP 2002093734A
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less
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boron
wafer
semiconductor
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JP2000279313A
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Takashi Kidokoro
隆 城所
Yutaka Hirashima
豊 平島
Taku Kawasaki
卓 川崎
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Denka Co Ltd
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Denki Kagaku Kogyo KK
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/22Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
    • H01L21/2225Diffusion sources

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Abstract

(57)【要約】 【課題】光学顕微鏡観察による色ムラやシミ等の変色部
が見られない高品質の半導体用硼素ドープ材を提供す
る。また、変色部発生防止効果の再現性がよい高品質半
導体用硼素ドープ材を容易に製造する方法を提供する。 【解決手段】最大粒子径30μm以下の六方晶窒化硼素
30〜80%と最大粒子径100μm以下のムライト7
0〜20%からなり、光学顕微鏡観察による100μm
をこえる変色部が見られない半導体用硼素ドープ材。最
大粒子径が30μm以下、B2 3 含有量が0.2%以
下、水分含有量が1.0%以下である高珪酸ガラス粉末
6〜20%と、六方晶窒化硼素粉末30〜80%と、α
−アルミナ粉末14〜50%とを含む混合粉末を成形
後、温度1400〜1700℃でホットプレス焼結して
上記半導体用硼素ドープ材を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体用硼素ドー
プ材及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、ゲルマニウムやシリコンにP
型不純物として硼素をドーピングする際、六方晶窒化硼
素(以下、「hBN」という。)を主成分とする半導体
用硼素ドープ材(以下、「BNウェハ」という。)が使
用されている。そのドーピング方法は、まずBNウェハ
を酸化雰囲気下900〜1200℃で加熱することによ
りBNウェハを酸化し、BNウェハ表面に酸化硼素(B
23 )を析出させた後、BNウェハをゲルマニウムや
シリコンの基板と数mmの間隔をおいて対向させ、非酸
化性雰囲気下で再び900〜1200℃で加熱し、BN
ウェハ表面のB23 を蒸発させ、ゲルマニウムやシリ
コンの基板表面に堆積させる。次いで、後処理を行って
基板内部に硼素を拡散させるものである。
【0003】このドーピング工程で重要なことは、基板
表面にB2 3 を均一に堆積させることである。そのた
めには、ドーピング中にBNウェハの反り等の変形を最
小限に抑制することに加えて、組成をできるだけ均一に
することによりBNウェハ表面の酸化状態を均一化する
ことである。また、近年の高集積化、大量生産化に伴
い、ゲルマニウムやシリコンの基板が従来の3〜4イン
チから5インチへ、更には6インチ以上へと大型化する
中、BNウェハも大型化が必要となり、またその要求特
性も一段と厳しくなってきている。
【0004】このような観点に立ち、特開平10−30
3137号公報には、hBN粉末とアルミナ粉末と高珪
酸ガラス粉末及び/又はシリカ粉末とを含む混合原料の
粒子径とB2 3 量を制御することによって、大型形状
品にして反り等がなく、しかも肉眼観察によってはムラ
イト偏析による色ムラやシミのない、BNウェハを製造
できたことが記載されている。
【0005】この先行技術によって、出願当初の目的を
達成することができたが、BNウェハに対する更なる要
求が高まっている今日、上記先行技術を凌ぐ新しい技術
の出現が待たれている。また、上記先行技術において
は、ムライト偏析による色ムラやシミの生成抑止効果の
再現性が、必ずしも十分でなかったことが未解決であっ
た。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、光学
顕微鏡観察による100μmをこえる変色部が見られな
い高品質BNウェハを再現性よく提供することである。
本発明の目的は、上記先行技術において、高珪酸ガラス
原料の最大粒子径とB2 3 含有量と水分含有量を厳格
に制御することによって達成することができる。
【0007】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、最
大粒子径30μm以下の六方晶窒化硼素30〜80%と
最大粒子径100μm以下のムライト70〜20%から
なり、光学顕微鏡観察による100μmをこえる変色部
が見られないものであることを特徴とするBNウェハで
ある。
【0008】また、本発明は、最大粒子径が30μm以
下、B2 3 含有量が0.2%以下、水分含有量が1.
0%以下である高珪酸ガラス粉末6〜20%と、六方晶
窒化硼素粉末30〜80%と、α−アルミナ粉末14〜
50%とを含む混合粉末を成形後、温度1400〜17
00℃でホットプレス焼結することを特徴とする上記B
Nウェハの製造方法である。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、更に詳しく本発明について
説明する。
【0010】本発明のBNウェハは、光学顕微鏡観察に
よる100μmをこえる変色部がみられないものであ
る。ここで、「変色部」とは、光学顕微鏡観察によって
識別できる変色部分であり、ムライト偏析や鉄等の不純
物によってもたらされる色ムラやシミなどである。
【0011】変色部が目視で確認できる大きさまでにな
ると、ムライト偏析等によってB23 源となるhBN
が少なくなり、基板上に形成されるB2 3 膜厚が不均
一となる。また、そのようなBNウェハを繰り返し使用
すると、B2 3 の生成と蒸発によるhBNの消失量が
正常部と異なるため、BNウェハが均一に消費されず反
り等の変形が大きくなる。
【0012】本発明のBNウェハは、最大粒子径30μ
m以下のhBNを30〜80%と最大粒子径100μm
以下のムライトを70〜20%含有する焼結体で構成さ
れている。hBN含有量が30%未満では、硼素含有量
が少なすぎてBNウェハとしては不適切となる。また、
80%をこえると、BNウェハの酸化時に生成するB2
3 量が多くなりすぎ、色ムラやシミ等による変色部が
生じやすくなる。その上、ゲルマニウムやシリコンの基
板上に堆積するB2 3 量も多くなりすぎ好ましくな
い。本発明のBNウェハは、hBNとムライトから構成
されていることが好ましいが、最大10%までのα−ア
ルミナ等の他成分が含まれていてもよい。
【0013】また、BNウェハ中のhBN粒子の最大粒
子径が30μmをこえると、酸化が局所的に起こるため
反り等の変形が生じやすくなる。また、ムライト粒子の
最大粒子径が100μmをこえると、変色部が多くなり
基板上に堆積するB2 3 膜厚が不均一となる。
【0014】hBN含有量は、原料BNの配合量から算
出するか、X線回折による標準添加法等によって測定す
ることができる。また、ムライト含有量も、X線回折に
よる標準添加法等によって測定することができる。さら
には、hBN粒子やムライト粒子の最大粒子径は、倍率
100倍の二次電子像又は反射電子像から測定すること
ができる。
【0015】本発明のBNウェハは、高珪酸ガラス粉末
6〜20%と、hBN粉末30〜80%と、α−アルミ
ナ粉末14〜50%とを含む混合粉末を成形後、温度1
400〜1700℃でホットプレス焼結する方法におい
て、高珪酸ガラス粉末として、最大粒子径が30μm以
下、B2 3 含有量が0.2%以下、水分含有量が1.
0%以下であるものを用いることによって製造すること
ができる。
【0016】hBN粉末の最大粒子径は25μm以下で
あることが好ましい。25μmをこえると、BNウェハ
中のhBN粒子の最大粒子径が30μmをこえやすくな
る。最大粒子径は小さいほど好ましいが、hBNは一般
に粒径が小さくなるほどB23 含有量が増加するた
め、実用的には最大粒子径0.1μm程度までである。
hBN粉末中のB2 3 含有量は1%未満であることが
好ましい。1%以上であると、焼結温度に比較してかな
り低温(450℃程度)でB2 3 を主成分とする多量
の液相を生成し、ムライトやhBNの偏析を生じたり、
液相量が多くなってBNウェハに光学顕微鏡観察による
100μm以上の変色部が生じやすくなる。hBN粉末
中のB2 3 含有量は、メタノール抽出法によって測定
することができる。
【0017】α−アルミナ粉末の最大粒子径は50μm
以下であることが好ましい。50μmをこえると、ムラ
イト粒子の最大粒子径が100μmをこえやすくなる。
最大粒子径は小さいほど好ましいが、一般に入手できる
α−アルミナ粉末の最大粒子径は0.5μm程度までで
ある。
【0018】高珪酸ガラス粉末は、例えばシリカ粉末と
硼酸粉末を遊離B2 3 成分が0.2%以下になる配合
で混合し、900℃程度で仮焼後、ボールミル、振動ミ
ル、ジェットミル等で粉砕した後、必要に応じて空気分
級等で分級することによって製造することができる。
【0019】本発明で用いられる高珪酸ガラス粉末の最
大粒子径は30μm以下である。最大粒子径が30μm
をこえると、焼成によって生成するムライト粒子の最大
粒子径が100μmをこえる。最大粒子径は小さいほど
好ましいが、高珪酸ガラスは一般に粒径が小さくなるほ
どB2 3 含有量や水分含有量が増加するため、最大粒
子径が1μmであることが好ましい。
【0020】高珪酸ガラス粉末中のB2 3 含有量は
0.2%以下である。B2 3 含有量が0.2%をこえ
ると、高珪酸ガラスの融点が低下し、更に液相形成時の
粘性も低下するため、ムライト偏析等による変色部を生
じやすくなる。
【0021】高珪酸ガラス粉末中の水分含有量は1.0
%以下である。水分含有量が1.0%をこえると、上記
過剰B2 3 を含有する場合と同様、高珪酸ガラスの融
点が低下し、また液相形成時の粘性も低下して変色部が
生じやすくなる。変色部の生成には、水分含有量の影響
は著しく大きい。また、B2 3 は吸湿しやすいので、
2 3 はできるだけ少ないことが好ましい。水分量
は、B2 3 が吸湿した水分量も測定できるように、5
00℃カールフィッシャー法で測定する。
【0022】hBN粉末、α−アルミナ粉末、高珪酸ガ
ラス粉末の混合原料において、hBN粉末の割合が30
%未満では、硼素含有量が少なすぎてBNウェハとして
は不適切である。また、80%をこえると、BNウェハ
の酸化時に生成するB2 3量が多くなりすぎ、変色部
が生じやすくなる。その上、ゲルマニウムやシリコンの
基板上に堆積するB2 3 も多くなりすぎる。α−アル
ミナ粉末、高珪酸ガラス粉末の割合は、ムライトが生成
する組成比とすることが最適である。
【0023】原料粉末は、ボールミル、振動ミル、リボ
ンブレンダー、ヘンシェルミキサー等の一般的な方法で
混合され、成形後、温度1400〜1700℃でホット
プレス焼結されて本発明のBNウェハが製造される。
【0024】
【実施例】以下、実施例、比較例をあげて更に具体的に
本発明を説明する。
【0025】本実験で使用した原料粉末の特性を表1に
示す。ここで、最大粒子径は、マイクロトラック法で粒
度分布を測定した際の90%粒径(Dp90)の値であ
る。高珪酸ガラス粉末は、シリカ粉末と硼酸粉末を遊離
2 3 含有量が表1になる割合で混合し、温度900
℃、保持時間1時間で仮焼した後、振動ミルを用い、表
1の最大粒子径に粉砕したものである。
【0026】
【表1】
【0027】実施例1〜3、比較例1〜6 表1に示す原料粉末を表2に示す割合で配合し、振動ミ
ルにより3時間混合した。この原料粉末を1550℃、
160MPaの条件でホットプレス焼結を行った後、直
径127mm、厚さ1.5mmのBNウェハに加工し
た。
【0028】得られたBNウェハのX線回折を行ったと
ころ、全実験例について、hBNとムライトが明確に同
定された。ついで、BNウェハ中のhBN含有量は配合
比から、またムライト含有量はX線回折による標準添加
法から測定した。また、BNウェハの二次電子像及び反
射電子像(100倍)を観察し、hBN粒子とムライト
粒子の最大粒子径を測定した。
【0029】さらに、BNウェハの変色部を光学顕微鏡
で観察し、100μmをこえる色ムラやシミ等の変色部
が見られないものを「○」、見られるものを「×」とし
た。
【0030】以上の結果を表2に示す。表2から、実施
例1〜3のBNウェハは、100μmをこえる変色部が
見られない高品質なものであることがわかる。これに対
し、比較例1〜3、6では変色部が認められた。比較例
4、5では変色部が見られなかったが、BNウェハを1
050℃の空気中で加熱したところ、比較例4ではB 2
3 の析出が多くなりすぎ、変色部が生じ、また比較例
5では、B2 3 の析出が十分でなく、いずれもBNウ
ェハとしては不適切なものであった。
【0031】
【表2】
【0032】
【発明の効果】本発明のBNウェハは、光学顕微鏡観察
による100μmをこえる変色部が見られない高品質な
ものであるため、ゲルマニウムやシリコンの基板上に均
一なB 2 3 膜を堆積させることができる。これは、P
型不純物として硼素をドーピングする一連の工程で非常
に重要なことであり、今日の要求を十分に満たしている
ものである。
【0033】また、本発明のBNウェハの製造方法によ
れば、本発明の高品質BNウェハを容易に製造すること
ができる。とくに、高珪酸ガラス粉末の水分含有量を調
節することによって、変色部の発生防止効果の再現性が
良くなった。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 最大粒子径30μm以下の六方晶窒化硼
    素30〜80%と最大粒子径100μm以下のムライト
    70〜20%からなり、光学顕微鏡観察による100μ
    mをこえる変色部が見られないものであることを特徴と
    する半導体用硼素ドープ材。
  2. 【請求項2】 最大粒子径が30μm以下、B2 3
    有量が0.2%以下、水分含有量が1.0%以下である
    高珪酸ガラス粉末6〜20%と、六方晶窒化硼素粉末3
    0〜80%と、α−アルミナ粉末14〜50%とを含む
    混合粉末を成形後、温度1400〜1700℃でホット
    プレス焼結することを特徴とする請求項1記載の半導体
    用硼素ドープ材の製造方法。
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