(57)【要約】      （修正有）【課題】添加した不純物の拡散を抑制し、不純物プロファイルを所望のものにした半導体基板およびその製造方法を提供する。【解決手段】カーボンとシリコンの比が２×１０−５〜２×１０−２であるシリコンカーボン領域２０と、前記シリコンカーボン領域２０の下に設けられた絶縁膜２１と、前記絶縁膜２１の下に設けられたシリコン領域２２と、を備えた半導体基板を提供する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンとシリコンの比が２×１０−５〜２×１０−２であるシリコンカーボン領域と、
前記シリコンカーボン領域の下に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜の下に設けられたシリコン領域と、
を備えた半導体基板。
【請求項２】
カーボンとシリコンの比が２×１０−５〜２×１０−２となるようにシリコン素材とカーボン素材を融解する工程と、
融解した前記シリコン素材と前記カーボン素材からカーボンを含有するシリコンカーボン基板を作成する工程と、
を含む半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記カーボン素材は、すす、黒鉛、グラファイトまたはダイヤモンドである請求項２に記載の半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、シリコン基板に形成され、第１導電型不純物を含むコレクタ層と、コレクタ層を取り囲むように上記基板に形成された絶縁膜からなる分離層と、コレクタ層および分離層の上に成長された第２導電型不純物を含むベース層と、ベース層の上に形成されエミッタ開口部を有する絶縁膜と、エミッタ開口部を埋めて形成され、第１導電型不純物を含む多結晶半導体からなるエミッタ電極と、を備え、コレクタ層およびベース層でエミッタ電極より外側に位置する部分を、内側よりも高濃度の第２導電型不純物層に形成され、かつ、この高濃度の第２導電型不純物層は、カーボンを含有している半導体装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この第２導電型不純物層には、点欠陥（特に格子間シリコン）が存在し、この点欠陥によってボロンなどの不純物は、増速拡散する。一方、カーボンは、点欠陥との相互作用が大きいため、点欠陥を消滅させる働きがあり、この半導体装置は、第２導電型不純物層にカーボンを存在させることによってボロンの拡散を抑制することができる。
【特許文献１】特開２００７―８８３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、添加した不純物の拡散を抑制し、不純物プロファイルを所望のものにした半導体基板およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、カーボンとシリコンの比が２×１０−５〜２×１０−２であるシリコンカーボン領域と、前記シリコンカーボン領域の下に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜の下に設けられたシリコン領域と、を備えた半導体基板が提供される。
【０００６】
また、本発明の他の一態様によれば、カーボンとシリコンの比が２×１０−５〜２×１０−２となるようにシリコン素材とカーボン素材を融解する工程と、融解した前記シリコン素材と前記カーボン素材からカーボンを含有するシリコンカーボン基板を作成する工程と、を含む半導体基板の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、添加した不純物の拡散を抑制し、不純物プロファイルを所望のものにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
[実施の形態]
（半導体装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の概略図である。この半導体装置１は、図１に示すように、半導体基板２と、半導体基板２内に形成された素子分離領域３と、半導体基板２上に形成されたＭＩＳＦＥＴ（MetalInsulator Semiconductor Field Effect Transistor）４と、を備えて概略構成されている。
【０００９】
半導体基板２は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板であり、最上層に位置するシリコンカーボン領域２０と、中間層に位置する絶縁膜２１と、最下層に位置するシリコン領域２２と、を備えて概略構成されている。
【００１０】
シリコンカーボン領域２０は、カーボンを所定の比で含有するシリコン結晶領域であり、そのカーボンとシリコンの比は、２×１０−５〜２×１０−２であることが望ましい。このカーボンとシリコンの比は、シリコン密度を５×１０２２（個／ｃｍ３）、カーボン密度を１×１０１８〜１×１０２１（個／ｃｍ３）として算出した。このカーボン密度の下限値は、ＳＩＭＳ（Secondary Ion-microprobe Mass Spectrometer；二次イオン質量分析計）を用いて、ボロン等の不純物の拡散の抑制効果が発生する半導体基板内のカーボン量を実験した結果に基づいている。また、カーボン密度の上限値は、カーボンを核にした酸素析出物の量やカーボンを核にした微小空孔（Crystal Originated Particle）の数等に基づいている。また、カーボンとシリコンの比は、後述する引上装置に投入するカーボン素材の量によって制御することができる。
【００１１】
このシリコンカーボン領域２０に含まれるカーボンには、シリコンカーボン領域２０のシリコン結晶のシリコン格子位置に置換されているものがある。一般的に、シリコン結晶中のシリコン格子位置に置換されたカーボンは、格子間シリコンをトラップすると考えられている。
【００１２】
このため、シリコンカーボン領域２０のシリコン格子位置に置換されたカーボンは、格子間シリコンをトラップし、イオン注入等によってシリコンカーボン領域２０に添加された不純物の拡散を抑制すると考えられる。
【００１３】
例えば、ボロンをｐ型ＭＩＳＦＥＴのソース・ドレイン領域、ｎ型ＭＩＳＦＥＴのチャネル領域等の所望の領域にイオン注入した後、活性化のためのアニール処理を行うと、ボロンは、格子間シリコンと共に所望の領域以外にも拡散する。このため、不純物プロファイルの形状は、所望の領域以外にも大きく拡がった形状となり、また、所望の領域におけるボロン濃度は、アニール処理前に比べ低くなる。しかし、ＭＩＳＦＥＴ４等の半導体素子の性能を向上させるためには、所望の領域以外へのボロンの拡散を抑え、ボロンを所望の領域内に出来るだけ留めることが望ましい。つまり、不純物プロファイルの形状としては、所望の領域からの拡がりを抑えたものとし、また、所望の領域におけるボロン濃度としては、出来るだけアニール処理前の濃度に近づけることが望ましい。そこで、シリコンカーボン領域２０は、シリコンの含有量に対して所定の比でカーボンを含有することで、所望の領域以外へのボロンの拡散を抑え、また、不純物プロファイルを所望のものにすることができる。
【００１４】
絶縁膜２１は、一例として、ＳｉＯ２等の絶縁材料からなる。
【００１５】
シリコン領域２２は、シリコン結晶からなる。
【００１６】
素子分離領域３は、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）構造を有し、半導体基板２上に形成された所定のパターンを有する溝内に、例えば、絶縁膜であるＳｉＯ２膜が埋め込まれたものである。
【００１７】
ＭＩＳＦＥＴ４は、図１に示すように、シリコンカーボン領域２０内に形成されたソース・ドレイン領域４０と、ゲート電極４３の下方に形成されたチャネル領域４１と、シリコンカーボン領域２０上にゲート絶縁膜４２を介して形成されたゲート電極４３と、ゲート電極４３の側面に形成されたゲート側壁４４と、を備えて概略構成されている。
【００１８】
ソース・ドレイン領域４０は、イオン注入法によってシリコンカーボン領域２０の表面近傍に不純物を注入することによって形成される。例えば、ＭＩＳＦＥＴ４の導電型が、ｐ型であるとき、ソース・ドレイン領域４０にｐ型不純物であるボロンがイオン注入される。このとき、シリコンカーボン領域２０の格子間シリコンは、シリコン格子位置に置換されたカーボンにトラップされて数が減少しているので、ボロンのソース・ドレイン領域４０以外への拡散が抑制される。よって、ソース・ドレイン領域４０以外に拡散した不純物が原因となる短チャンネル効果やリーク電流の発生が抑制され、ＭＩＳＦＥＴ４の動作性能が向上する。
【００１９】
チャネル領域４１は、ＭＩＳＦＥＴ４の導電型に応じた不純物をイオン注入することによって形成される。例えば、ＭＩＳＦＥＴ４の導電型が、ｎ型であるとき、チャネル領域４１にｐ型不純物であるボロンが注入される。このとき、シリコンカーボン領域２０の格子間シリコンは、シリコン格子位置に置換されたカーボンにトラップされて数が減少しているので、ボロンのチャネル領域４１以外への拡散が抑制される。よって、チャネル領域４１以外に拡散した不純物が原因となる短チャンネル効果やリーク電流の発生が抑制され、ＭＩＳＦＥＴ４の動作性能が向上する。
【００２０】
ゲート絶縁膜４２は、一例として、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、または高誘電材料（例えば、ＨｆＳｉＯＮ、ＨｆＳｉＯ、ＨｆＯ等のＨｆ系材料、ＺｒＳｉＯＮ、ＺｒＳｉＯ、ＺｒＯ等のＺｒ系材料、Ｙ２Ｏ３等のＹ系材料）からなる。
【００２１】
ゲート電極４３は、一例として、導電型不純物を含む多結晶シリコン、または多結晶シリコンゲルマニウムからなり、導電型不純物としてＡｓ、Ｐ等のｎ型不純物イオンが注入される。なお、ゲート電極４３は、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｍｏ、Ａｌ等やこれらの化合物からなるメタルゲート電極であっても良い。
【００２２】
ゲート側壁４４は、一例として、ＳｉＮ等の絶縁材料からなる。また、ゲート側壁４４は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＴＥＯＳ等の複数種の絶縁材料からなる２層構造、更には３層以上の構造であっても良い。
【００２３】
図２は、本発明の実施の形態に係る引上装置の概略図である。この引上装置５は、例えば、結晶成長法としてチョクラクスキ（Czochralski）法を用いて、シリコン素材６およびカーボン素材７から半導体基板材料となるウェハのインゴットを作成する装置である。
【００２４】
引上装置５は、図２に示すように、シリコン素材６とカーボン素材７を加熱するためのヒータ５０と、ヒータ５０による加熱によって融解したシリコン素材６とカーボン素材７の融液であるシリコン融液５１の容器である石英ルツボ５２と、石英ルツボ５２を保持するグラファイト保持台５３と、図示しない回転機構に接続され、グラファイト保持台５３を保持する保持部５４と、図示しない回転機構に接続され、種結晶５５を保持する種結晶保持部５６と、を備えて概略構成されている。
【００２５】
グラファイト保持台５３は、一例として、保持部５４が回転することで時計回りに回転し、種結晶保持部５６は、グラファイト保持台５３とは逆の方向である反時計回りに回転する。また、種結晶保持部５６は、反時計回りに回転しながら、引き上げられるように構成されている。
【００２６】
種結晶５５は、特定の結晶方位（例えば、<１１１>）を有するシリコン単結晶からなる。
【００２７】
シリコン素材６は、高純度多結晶シリコンである。
【００２８】
カーボン素材７は、一例として、すす、黒鉛、グラファイトまたはダイヤモンドである。
【００２９】
以下に、本実施の形態の半導体基板２の製造方法の一例について説明する。
【００３０】
（半導体基板の製造）
図３(ａ)、(ｂ)および(ｃ)は、本発明の実施の形態に係る半導体基板の製造工程を示す断面図である。図３(ａ)、(ｂ)および(ｃ)に示すシリコンカーボン基板２００およびシリコン基板２２０は、ウェハから切り出される前の状態を表しており、絶縁膜２１は、シリコン基板２２０となるウェハ上に形成されるものとする。最初に、シリコンカーボン基板２００を作成する工程から説明する。
【００３１】
まず、シリコン素材６およびカーボン素材７を引上装置５の石英ルツボ５２に投入する。続いて、ヒータ５０によって、例えば、シリコンの融点１４１０℃以上にシリコン素材６およびカーボン素材７を加熱して融解させ、カーボンを含有するシリコン融液５１を作成する。このとき、石英ルツボ５２は、局所加熱および局所冷却を避けるために、常に時計回りに回転している。
【００３２】
また、カーボン素材７は、ヒータ５０やグラファイト保持台５３等からシリコン融液５１に混入するカーボン量を考慮し、作成されたインゴットにおけるカーボンとシリコンの比が２×１０−５〜２×１０−２の範囲となるように、投入される量が調整される。
【００３３】
次に、シリコン融液５１の温度が安定した後、種結晶保持部５６に取り付けた種結晶５５をシリコン融液５１に浸す。
【００３４】
次に、種結晶５５とシリコン融液５１が十分なじんだところで、種結晶保持部５６をゆっくり引き上げる。種結晶５５に付着したシリコン融液５１が、種結晶５５の方位に従って固化し始め、図２に示す結晶５７が成長する。このとき、種結晶５５は、石英ルツボ５２とは逆の方向である反時計回りに回転している。
【００３５】
次に、結晶５７を成長させながら、石英ルツボ５２の中のシリコン融液５１が無くなるまで種結晶保持部５６を引き上げ、結晶５７からなるインゴットを作成する。
【００３６】
次に、図３（ａ）に示すように、シリコンカーボン基板２００を作成する。具体的には、作成したインゴットを円柱状に研磨した後、所定の厚みにスライスして、シリコンカーボン基板２００となるウェハを作成する。以下では、このウェハをシリコンカーボン基板２００とする。
【００３７】
次に、シリコン基板２２０となるウェハ（以下シリコン基板２２０とする）を用意し、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等によってシリコン基板２２０上に絶縁膜２１を形成する。
【００３８】
次に、図３（ｂ）に示すように、絶縁膜２１が形成されたシリコン基板２２０とシリコンカーボン基板２００を貼り合わせる。続いて、ＳＯＩ基板の最上層としてシリコンカーボン基板２００を用いてこれをシリコンカーボン領域２０とし、また、ＳＯＩ基板の最下層としてシリコン基板２２０を用いてこれをシリコン領域２２として、図３（ｃ）に示す半導体基板２を得る。続いて、この半導体基板２に素子分離領域３およびＭＩＳＦＥＴ４を形成して図１に示す半導体装置１を得る。
【００３９】
（実施の形態の効果）
上記した実施の形態における半導体装置１によれば、シリコンカーボン領域２０の所望の領域に添加した不純物の拡散を抑制し、不純物プロファイルを所望のものにすることができる。また、この半導体装置１は、所望の領域以外への不純物の拡散を抑制するので、所望の領域以外に拡散した不純物が原因となる短チャンネル効果やリーク電流の発生を抑制することができ、ＭＩＳＦＥＴ４の性能を向上させることができる。
【００４０】
また、上記した実施の形態における半導体基板の製造方法によれば、従来のように、不純物の拡散を抑制するためのカーボンを、半導体基板にイオン注入する工程に関連する工程が不要になるので、工程数が少なくなり、半導体装置１の製造コストを削減することができる。
【００４１】
（他の実施の形態について）
本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形および組み合わせが可能である。
【００４２】
例えば、上記した半導体基板２は、ＳＯＩ基板であったが、シリコンカーボン基板２００を半導体基板として用い、その上に半導体素子を形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る引上装置の概略図である。
【図３】図３(ａ)、(ｂ)および(ｃ)は、本発明の実施の形態に係る半導体基板の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…半導体装置、２…半導体基板、２０…シリコンカーボン領域、２１…絶縁膜、２２…シリコン領域、６…シリコン素材、７…カーボン素材
【図１】
2010147352.tif 000003
【図２】
2010147352.tif 000004
【図３】
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