(57)【要約】  【課題】  接合界面の不整合欠陥から活性層を離す。  【解決手段】  不純物が高濃度の層１と低濃度の層２を接合させ、所定温度の固着熱処理で、不純物が低濃度の層２に高濃度の層１の不純物を拡散させて、不純物が高濃度の拡散層３を形成し、これら不純物が低濃度の層２と高濃度の拡散層３に亘ってトレンチ１１を設け、該トレンチ１１に沿って不純物が低濃度の層２及び高濃度の拡散層３と連通する層１２を形成することにより、これらトレンチ１１及びそれに沿った層１２が、高濃度層１と低濃度層２との接合界面Ａ１から離れて配置される。  【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物が高濃度の層（１）と低濃度の層（２）が貼り合わされた接合ウエハ（Ａ）を用い、これらの濃度が異なる層に亘りトレンチ（１１）を設け、該トレンチ（１１）に沿って層（１２）を形成する半導体接合ウエハの製造方法において、
前記不純物が高濃度の層（１）と低濃度の層（２）を接合させ、所定温度の固着熱処理により、不純物が低濃度の層（２）に高濃度の層（１）の不純物を拡散させて、不純物が高濃度の拡散層（３）を形成し、これら不純物が低濃度の層（２）と高濃度の拡散層（３）に亘って前記トレンチ（１１）を設け、該トレンチ（１１）に沿って前記不純物が低濃度の層（２）及び高濃度の拡散層（３）と連通する前記層（１２）を形成することを特徴とする半導体接合ウエハの製造方法。
【請求項２】
前記固着熱処理が、１．０℃/分以下の遅い昇温速度で１３００℃まで昇温させた請求項１記載の半導体接合ウエハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば絶縁ゲート型電解効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、伝導度変調型ＭＯＳＦＥＴ（ＩＧＢＴ）、バイポーラトランジスタ、ダイオード等に適用可能な半導体接合ウエハの製造方法に関する。
詳しくは、不純物が高濃度の層と低濃度の層が貼り合わされた接合ウエハを用い、これらの濃度が異なる層に亘りトレンチを設け、該トレンチに沿って層を形成する半導体接合ウエハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の半導体接合ウエハの製造方法として、高濃度のｎ+層と低濃度のｎ-ドリフト層の貼り合わせた接合ウエハを用いるか、又はこの接合ウエハに代えて低濃度の基板に高濃度の層を拡散させて形成するか、若しくはエピタキシャル成長により高濃度の層または低濃度の層を形成したウエハを用い、先ず、低濃度のドリフト層側に不純物層等を形成し、その次にドリフト層のオン状態で導電しオフ状態で空乏となる部分に、気相エッチングや液相エッチングを用いて分離溝を形成し、またその次に欠陥及びダメージ層をエッチングし取り除き、さらにその次に、分離溝の側面にエピタキシャル成長やイオン打ち込み法によって、ｎ-ドリフト層（ドリフト層）と反対の導電型であるｐ-層（低濃度層）を形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３１９９７４号公報（第１５−１６頁、図８）
【発明の開示】
【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接合ウエハの製造方法では、高濃度層と低濃度層が貼り合わされた接合ウエハを用いた場合、インゴットスライス時の傾き誤差や貼り合せズレなどよって接合界面に不整合欠陥が発生するため、この接合界面を貫通して高濃度層と低濃度層に亘りトレンチ（分離溝）が形成され、該トレンチに沿って低濃度層が形成される縦型ＤＭＯＳなどして使用すると、前記接合界面の不整合転位の影響でリーク電流が発生してデバイスの電気特性に大きく影響するという問題があった。
また、接合ウエハに代えて低濃度の基板に高濃度の層が拡散させるウエハを用いた場合には、接合ウエハのような接合界面にゲッタリング源として機能する不整合欠陥が無いため、主として重金属汚染などの汚染不純物による悪影響を受け易いという問題があった。
さらに、エピタキシャル成長により層が形成されるウエハを用いた場合には、エピタキシャル層を数ミクロン以上に厚く、しかも数千オーム以上の高抵抗に形成することは現状で困難であって、コスト高になるという問題があった。
【０００５】
本発明は、接合界面の不整合欠陥から活性層を離すことを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した目的を達成するために、本発明は、不純物が高濃度の層と低濃度の層を接合させ、所定温度の固着熱処理で、不純物が低濃度の層に高濃度の層の不純物を拡散させて、不純物が高濃度の拡散層を形成し、これら不純物が低濃度の層と高濃度の拡散層に亘ってトレンチを設け、該トレンチに沿って不純物が低濃度の層及び高濃度の拡散層と連通する層を形成することを特徴とするものである。
さらに、前記固着熱処理が、１．０℃/分以下の遅い昇温速度で１３００℃まで昇温させることが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、不純物が高濃度の層と低濃度の層を接合させ、所定温度の固着熱処理で、不純物が低濃度の層に高濃度の層の不純物を拡散させて、不純物が高濃度の拡散層を形成し、これら不純物が低濃度の層と高濃度の拡散層に亘ってトレンチを設け、該トレンチに沿って不純物が低濃度の層及び高濃度の拡散層と連通する層を形成することにより、これらトレンチ及びそれに沿った層が、高濃度層と低濃度層との接合界面から離れて配置される。
したがって、接合界面の不整合欠陥から活性層を離すことができる。
その結果、接合ウエハを用いて高濃度層と低濃度層に亘り形成されるトレンチに沿って層を形成する従来のものに比べ、リーク電流の発生を防止できて、デバイスの電気特性を向上できる。
また、接合ウエハに代えて低濃度の基板に高濃度の層が拡散させるウエハを用いる従来のものに比べ、接合ウエハの接合界面にゲッタリング源として機能する不整合欠陥を有するため、主として重金属汚染などの汚染不純物をデバイス形成領域から除去でき、それにによる悪影響を抑えることができる。
さらに、エピタキシャル成長により層が形成されるウエハを用いる従来のものに比べ、低コストで容易に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の半導体接合ウエハの製造方法の実施形態は、図１に示す如く、不純物濃度が高く低抵抗のベース層（第１シリコン基板：ベースウエハ）１と、不純物濃度が低く高抵抗のボンド層（第２シリコン基板：ボンドウエハ）２を接合させ、その後、所定温度の固着熱処理を行うことにより、これら不純物が高濃度のベース層１と低濃度のボンド層２が所望の接合強度に貼り合わされて接合ウエハＡとなると同時に、不純物が低濃度のボンド層２に高濃度のベース層１の不純物を拡散させて高濃度の拡散層３が形成される。
【０００９】
さらに、これらベース層１とボンド層２の接合前において、それらの接合面１ａ，２ａを鏡面研磨し、これら接合面１ａ，２ａに形成されている自然酸化膜を除去することが好ましい。
このように鏡面研磨された接合面１ａ，２ａを、清浄な雰囲気下で密接させるが、その際に、密接させる様子を赤外線透過影像法によって未接着部分（ボイド）が無いことを確認しながら貼り合せることが好ましい。
【００１０】
また、これらベース層１とボンド層２を接合させるとともに拡散層３を内部形成するために行う固着熱処理条件の特徴は、２枚のシリコンウエハの接合強固を高めるだけでその内部に熱拡散させる必要がない通常の固着熱処理条件に比べ、加熱最高温度を高温化しつつ長時間に亘り加熱し続けて、より多くの熱量が緩やかに与えられるように温度制御している。
【００１１】
そして、このような接合工程の後は、これら不純物が低濃度のボンド層２と高濃度の拡散層３に亘ってトレンチ１１を設け、該トレンチ１１に沿って不純物が低濃度の層２及び高濃度の拡散層３と連通する層１２を形成することにより、これらトレンチ１１及び層１２が配置される活性層（ボンド層２及びそれを含むデバイス形成層）を、接合ウエハＡにおけるベース層１とボンド層２との接合界面Ａ１から離して配置することが可能になる。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１２】
この実施例１は、図１（ａ）〜（ｄ）に示す如く、前記不純物が高濃度のベース層（ベースウエハ）１としてｎ+層と、前記不純物が低濃度のボンド層（ボンドウエハ）２としてｎ-層を接合し、前記所定温度の固着熱処理により、低濃度のｎ-層２に高濃度のｎ+層１を拡散させて高濃度のｎ+層３を形成し、その後工程で、低濃度のｎ-層２の表面にｐ-層１３とｐ+層１４を順次形成した後に、これらｐ-層１３、ｐ+層１４及びｎ-層（ボンド層）２と拡散した高濃度のｎ+層３とに亘ってトレンチ１１を凹設し、該トレンチ１１に沿って、ｐ-層１３、ｐ+層１４、ｎ-層（ボンド層）２、拡散した高濃度のｎ+層３及び拡散した高濃度のｎ+層３と夫々連通するｐ-層１２を形成し、例えば縦型ＤＭＯＳなどして使用される場合を示している。
【００１３】
そして、斯かる半導体接合ウエハの製造方法を工程順に詳しく説明する。
先ず、夫々直径が６インチ、Ｎ型の結晶方位＜１００＞、厚さ６５０μｍで、支持基板となる不純物濃度が高くて比抵抗０．０１Ωｃｍのベースウエハ１と、デバイスが作製される側の不純物濃度が低くて比抵抗１５００Ωｃｍのボンドウエハ２を用意し、これらベースウエハ１とボンドウエハ２の接合面１ａ，２ａを鏡面研磨し、必要に応じて図１（ａ）に示す如く、これら接合面１ａ，２ａに形成されている自然酸化膜を、例えば１．５重量％程度のフッ酸（ＨＦ）水溶液Ｂに約４分間浸漬して除去する。
【００１４】
次に、５リットル／分速度の流量で流れる超純水で８分間水洗して、ベースウエハ１及びボンドウエハ２の表面をスピン乾燥させる。
このように処理されたベースウエハ１及びボンドウエハ２の接合面１ａ，２ａを、図１（ｂ）に示す如く、清浄な雰囲気下で重ね合わせ、室温で接着させる。
この時、接着させる様子を赤外線透過影像法によって未接着部分（ボイド）が無いことを確認しながら重ね合せる。
【００１５】
その後、これら接着されたベースウエハ１とボンドウエハ２の結合を強固にするとともに内部に熱拡散させるため、図１（ｃ）に示す如く、所定温度の固着熱処理を行う。
この固着熱処理条件の特徴は、２枚のシリコンウエハの接合強固を高めるだけでその内部に熱拡散させる必要がない通常の固着熱処理条件が９００〜１１００℃の温度で約２時間程度の熱処理を施すのに対し、約１３００℃で約３０時間程度に亘り熱処理することで、接合プロファイルを緩やかにしている。
【００１６】
更に詳しく説明すると、予め約６００℃の温度に保持された熱処理炉に、室温で接着されたベースウエハ１とボンドウエハ２を挿入し、約１．０℃／分以下の遅い昇温速度で約１３００℃まで昇温させ、そのまま約３０時間程度に亘り熱処理している。
なお図中、符号４は固着熱処理により形成された酸化膜である。
【００１７】
それにより、図１（ｃ）の二点鎖線及び図１（ｄ）の実線に示す如く、不純物が低濃度のボンドウエハ（ｎ-層）２に、高濃度のベースウエハ（ｎ+層）１から不純物が拡散して、高濃度の拡散層（ｎ+層）３が約１０μｍ以上形成される。
【００１８】
その後の加工工程で、図１（ｄ）の二点鎖線に示す如く、酸化膜４を除去した後に、ボンドウエハ（ｎ-層）２の表面に、ｐ-層１３とｐ+層１４を順次形成し、その後、これらｐ-層１３、ｐ+層１４及びボンドウエハ（ｎ-層）２と高濃度の拡散層（ｎ+層）３とに亘って、気相エッチングや液相エッチングによりトレンチ１１を凹設する。
【００１９】
このトレンチ１１の側面に沿ってエピタキシャル成長やイオン打ち込み法によりｐ-層１２を形成し、該ｐ-層１２とｐ-層１３、ｐ+層１４、ボンドウエハ（ｎ-層）２及び高濃度の拡散層（ｎ+層）３を夫々連通させ、その後に図示しないが必要な加工を加えて例えば縦型ＤＭＯＳなどのデバイスが形成される。
【００２０】
このようなデバイスを用いて実験したところ、トレンチ１１に沿ったｐ-層１２が配置される活性層（デバイス形成層）は、接合ウエハＡにおけるベースウエハ（ｎ+層）１とボンドウエハ（ｎ-層）２との接合界面Ａ１から離れるため、リーク電流が全く発生しないことを実証できた。
【００２１】
なお、前示実施例では、不純物が低濃度のｎ-層（ボンド層）２の表面にｐ-層１３とｐ+層１４を順次形成した後に、これらｐ-層１３、ｐ+層１４及びｎ-層（ボンド層）２と拡散した高濃度のｎ+層３とに亘ってトレンチ１１を凹設し、該トレンチ１１に沿ってｐ-層１２が形成される場合を示したが、これに限定されず、不純物が低濃度の層２と高濃度の拡散層３に亘って凹設されるトレンチ１１に沿って、少なくとも低濃度層２及び高濃度の拡散層３と連通する層１２を形成すれば、縦型ＤＭＯＳ以外のデバイスであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の半導体接合ウエハの製造方法の一実施例を示す工程図であり、（ａ）が洗浄時の縦断側面図であり、（ｂ）が接着時の側面図であり、（ｃ）が熱処理時の部分断面図であり、（ｄ）が加工時の断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
Ａ  接合ウエハ                        Ａ１  接合界面
１  不純物が高濃度の層（ベース層）    １ａ  接合面
２  不純物が低濃度の層（ボンド層）    ２ａ  接合面
３  拡散層                            ４  酸化膜
１１  トレンチ                        １２  層（ｐ-層）
１３  ｐ-層                           １４  ｐ+層
Ｂ  フッ酸水溶液
【図１】
2010098043.tif 000003