(57)【要約】【課題】高抵抗層を有する半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１５０の製造方法は、主面１５２に素子領域１５６が形成された半導体基板１５８を用意した後、主面１５２の反対側にある半導体基板１５８の裏面１５４側から加速エネルギーを変えてイオン照射を複数回行い、主面１５２と裏面１５４との間の非素子部分１６４に素子領域１５６より抵抗率の高い高抵抗層１６０を形成する。イオン照射は、第１の加速エネルギーで行った後に、第１の加速エネルギーよりも低い第２の加速エネルギーで行ってもよい。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面に素子領域が形成された半導体基板を用意した後、前記主面の反対側にある前記半導体基板の裏面側から加速エネルギーを変えてイオン照射を複数回行い、前記主面と前記裏面との間の非素子部分に前記素子領域より抵抗率の高い高抵抗層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記イオン照射は、第１の加速エネルギーで行った後に、前記第１の加速エネルギーよりも低い第２の加速エネルギーで行われることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記イオン照射は、照射するイオンが、前記半導体基板において前記裏面よりも前記主面に近い位置に到達しうる加速エネルギーで行われることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記イオン照射は、５ＭｅＶ以上１００ＭｅＶ以下の加速エネルギーで行われることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記イオン照射に用いられるイオン種は、水素（Ｈ）またはヘリウム（Ｈｅ）の原子がイオン化されたものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記主面側からイオン照射をさらに行い、前記非素子部分に高抵抗層を形成することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記主面側からのイオン照射は、前記裏面側からのイオン照射よりも低い加速エネルギーで行われることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記高抵抗層を形成した後に、前記半導体基板への熱処理を行うことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記半導体基板は、前記非素子部分にｐ型ドーパントが拡散されたｐ型基板であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
素子領域を備える主面と、
前記主面の反対側の裏面と、
前記主面と前記裏面との間にある非素子部分と、を備え、
前記非素子部分は、前記素子領域よりも抵抗率の高い第１格子欠陥層と、前記素子領域よりも抵抗率が高く、前記第１格子欠陥層よりも抵抗率の低い第２格子欠陥層を備え、
前記第２格子欠陥層は、前記第１格子欠陥層よりも前記裏面に近い位置に設けられることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法、及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコンウェハ等の基板に様々な微細加工を施すことで、半導体集積回路を製造している。このような基板に求められる性能は、用途や製造工程によって種々ある。例えば、デジタル回路からアナログ回路へ基板を介して伝わるノイズを遮断する手段として、あるいは、オンチップインダクタのＱ値を向上させる手段として、高抵抗基板が使用されている（例えば、特許文献１参照。）。高抵抗基板としては、例えば、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板、もしくは不純物の少ないＦＺ（Floating Zone）法により製造された基板が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−９３８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＳＯＩ基板、もしくはＦＺ法により製造された高抵抗基板は価格が高く、半導体装置の製造コストを上昇させてしまう。また、抵抗率の高い基板を採用したとしても、トランジスタやダイオード等の素子製造過程で注入された不純物が、その後の熱処理過程で拡散し、基板の抵抗率を低下させることもある。その結果、抵抗率を高く調整した高価な基板を使用していたとしても、半導体装置の製造過程において抵抗率が変化し、本来目標としている抵抗率が得られていない場合もある。
【０００５】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、高抵抗層を有する半導体装置を実現する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の半導体装置の製造方法は、主面に素子領域が形成された半導体基板を用意した後、主面の反対側にある半導体基板の裏面側から加速エネルギーを変えてイオン照射を複数回行い、主面と裏面との間の非素子部分に素子領域より抵抗率の高い高抵抗層を形成する。
【０００７】
本発明の別の態様は、半導体装置である。この装置は、素子領域を備える主面と、主面の反対側の裏面と、主面と裏面との間にある非素子部分と、を備える。非素子部分は、素子領域よりも抵抗率の高い第１格子欠陥層と、素子領域よりも抵抗率が高く、第１格子欠陥層よりも抵抗率の低い第２格子欠陥層を備える。第２格子欠陥層は、第１格子欠陥層よりも裏面に近い位置に設けられる。
【０００８】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高抵抗層を有する半導体装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】イオン照射システムの概略構成を模式的に示した図である。
【図２】搬送プレートの一例を示す図である。
【図３】イオンビームの照射イメージを模式的に示した図である。
【図４】高抵抗層が形成されているウェハの断面図を模式的に示した図である。
【図５】イオン照射後のシリコンウェハの表面からの深さと抵抗率との関係の一例を示すグラフである。
【図６】図６（ａ）は、抵抗率のピークの深さが異なる３つの高抵抗層のグラフを示す図であり、図６（ｂ）は、半値幅の異なる３つの高抵抗層のグラフを示す図である。
【図７】深い位置に高抵抗層を形成したウェハを模式的に示す図である。
【図８】図７に示したウェハの表面からの深さと抵抗率との関係を模式的に示すグラフである。
【図９】２回のイオン照射により二つの高抵抗層を形成したウェハ２４を模式的に示す図である。
【図１０】図９に示したウェハの表面からの深さと抵抗率との関係を模式的に示すグラフである。
【図１１】図１１（ａ）−（ｄ）は、比較例に係る半導体装置の製造方法の一例を示す。
【図１２】図１２（ａ）−（ｄ）は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す。
【図１３】熱処理による抵抗率の変化を模式的に示すグラフである。
【図１４】本実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図１５】図１５（ａ）−（ｄ）は、変形例に係る半導体装置の製造方法の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、主面に素子領域が形成された半導体基板を用意した後、主面の反対側にある半導体基板の裏面側から加速エネルギーを変えてイオン照射を複数回行う。これにより、主面と裏面との間の非素子部分に素子領域より抵抗率の高い高抵抗層を形成する。高抵抗層を設けることにより、素子領域と非素子部分とを分離し、素子領域に設けられる回路素子の動作特性を向上させる。
【００１２】
半導体基板にイオンビームを照射すると、半導体基板を構成する原子にイオンが衝突して格子欠陥が生じ、欠陥の発生により抵抗率の高い領域が形成される。抵抗率の高い領域が形成される位置（抵抗率が高くなるピーク位置）は、主に照射イオンのイオン種と加速エネルギーの大きさによって決められ、加速エネルギーが大きいほどイオン照射の方向に深い位置となる。本実施形態では、加速エネルギーを変えて複数回イオン照射を施すことにより、抵抗率のピーク位置が異なる複数の格子欠陥層を重畳して形成する。これにより、所定の加速エネルギーのみでイオン照射を行う場合と比べて、深さ方向の幅が広い、厚い高抵抗層を形成することができる。
【００１３】
また、イオンビームを照射すると、ピーク位置の手前において主にイオンが通過する場所にも相対的に抵抗率の高い領域が形成される。ピーク位置の手前に形成される格子欠陥層（以下、第２格子欠陥層ともいう）は、ピーク位置の近傍に形成される格子欠陥層（以下、第１格子欠陥層ともいう）と比べて抵抗率が高くなりにくいが、イオン照射前の半導体基板よりは抵抗率が高くなる。本実施形態では、加速エネルギーを変えながら複数回イオン照射を実行することにより、ピーク位置の手前のイオン通過領域に複数回イオンを通過させて、相対的に抵抗率の高い領域を形成する。これにより、高抵抗層の深さ方向の幅を広くして、より厚い高抵抗層とすることができる。より厚い抵抗層を形成することで、素子領域に設けられる回路素子の動作特性を向上させることができる。
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。また、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、製造方法を説明する際に示す各断面図において、半導体基板やその他の層の厚みや大きさは説明の便宜上のものであり、必ずしも実際の寸法や比率を示すものではない。
【００１５】
（イオン照射装置）
はじめに、半導体基板にイオン照射を行うイオン照射システムについて説明する。図１は、イオン照射システムの概略構成を模式的に示した図である。イオン照射システム１０は、加速器１２と、半導体ウェハを保持し搬送するウェハ搬送装置１４と、加速器１２から出射されたイオンビームをウェハ搬送装置１４まで導くビーム輸送ダクト１６と、を備える。
【００１６】
加速器１２は、イオンを加速し、イオンビームとして外部へ出射させる。加速器１２としては、例えば、サイクロトロン方式やバンデグラフ方式の装置が用いられる。ウェハ搬送装置１４は、複数の搬送プレート１８を収容する収容部（不図示）と、搬送プレート１８が搭載しているウェハにイオンビームが照射される照射チャンバ２０と、収容部と照射チャンバ２０との間で搬送プレート１８を移動する移動機構２２と、を備える。ビーム輸送ダクト１６の途中には、内部を真空に維持する真空ポンプやビームの方向を補正する電磁コイル等が設けられている。
【００１７】
図２は、搬送プレートの一例を示す図である。搬送プレート１８は、複数のウェハ２４を搭載する搭載部２６を有する。ウェハ２４は、搭載部２６に搭載された状態で所定の位置に保持される。移動機構２２は、一つの搬送プレート１８に搭載されている全てのウェハ２４に順次イオンビームが照射され、イオン照射処理が終了すると、搬送用軸２８の端部２８ａを搬送プレート１８の端部に設けられている被係合部３０に係合させ、搬送プレート１８を収容部に戻す。そして、次の搬送プレート１８を照射チャンバ２０へ移動する。
【００１８】
図３は、イオンビームＢの照射イメージを模式的に示した図である。加速器１２から出射したイオンビームＢは、マグネット３２の働きによりその方向が変化する。そして、イオンビームＢでウェハ２４の表面を順次走査することで、ウェハ２４の所定の領域にイオン照射がなされ、高抵抗層３４が形成される。なお、ウェハ２４の照射面の前方には、イオンビームの加速エネルギーを調整するために、アルミ製のアブソーバ３６が配設されている。アブソーバ３６は、例えばアルミホイル等の金属箔が用いられる。
【００１９】
次に、高抵抗層３４について説明する。図４は、高抵抗層３４が形成されているウェハ２４の断面図を模式的に示した図である。図４に示すように、イオンビームＢによりウェハ２４の所定の深さに高抵抗層３４が形成される。イオン照射により高抵抗層が形成されるメカニズムは、以下の通りと考えられる。
【００２０】
ウェハにイオン照射がなされると、イオンの加速エネルギーに応じた深さまでイオンが到達する。その際、到達した領域を含む近傍では格子欠陥が形成され、結晶の規則性（周期性）が乱れた状態となる。このような格子欠陥が多い領域では電子が散乱されやすくなり、電子の移動が阻害される。つまり、イオン照射により局所的な格子欠陥が生じた領域では、抵抗率が上昇することになる。なお、本明細書中、抵抗率ピークの近傍において局所的な格子欠陥が生じる領域を「第１格子欠陥層」ともいう。
【００２１】
図５は、イオン照射後のシリコンウェハの表面からの深さと抵抗率との関係の一例を示すグラフである。ここで、測定したシリコンウェハは、ＣＺ（Czochralski）法により作製されたＮ型のシリコン単結晶（基板抵抗率４Ω・ｃｍ）をスライスしたものである。なお、本実施の形態に係るウェハとしては、シリコン（Ｓｉ）以外にも、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等を用いることができる。
【００２２】
このＮ型のＣＺシリコンウェハに、サイクロトロン加速器によりエネルギー２３ＭｅＶで加速し、減速材（アルミホイル）を通過させてイオン打ち込み深さ９μｍに調整した３Ｈｅイオンを、ドーズ量１．０Ｅ＋１３ｃｍ−２の照射量で照射した。
【００２３】
その結果、図５に示すように、抵抗率の深さ方向の変化は、深さが９．５ミクロンの位置でピーク抵抗率１０００Ω・ｃｍとなる山型の関数となっている。また、抵抗率がピークの半分となる半値幅は９．２μｍ前後である。ここでは、この半値幅に含まれる領域を高抵抗層３４と称する。なお、高抵抗層３４の定義は、必ずしもこれに限られず、周囲より抵抗率の高い所定の領域ということもできる。また、設計上必要となる所定の抵抗率よりも高い抵抗率となる領域を高抵抗層としてもよい。
【００２４】
なお、所定の領域に高抵抗層を形成するためには、イオン照射の加速エネルギーやイオン種、照射量を適宜選択することで実現可能である。図６（ａ）は、抵抗率のピークの深さが異なる３つの高抵抗層のグラフを示す図、図６（ｂ）は、半値幅の異なる３つの高抵抗層のグラフを示す図である。
【００２５】
図６（ａ）に示すように、例えばイオン照射の際のイオンの加速エネルギーを調整することで、高抵抗層が形成される深さを自由に設定できる。例えば、イオン照射の加速エネルギーを０．００１ＭｅＶ以上としてもよい。あるいは、０．１ＭｅＶ以上の加速エネルギーとしてもよい。また、１００ＭｅＶ以下の加速エネルギーでイオン照射してもよい。あるいは、３０ＭｅＶ以下の加速エネルギーとしてもよい。
【００２６】
また、図６（ｂ）に示すように、例えばイオン照射に用いられるイオン種を適宜選択することで、半値幅の異なる高抵抗層を形成できる。イオン照射に用いられるイオン種は、Ｈ、Ｈｅ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｎｅ、Ｓｉ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅからなる群より選択される少なくとも１種の原子がイオン化されたものが挙げられる。具体的には、例えば、１Ｈ＋、２Ｈ＋、３Ｈｅ２＋、４Ｈｅ２＋などが挙げられる。
【００２７】
このように、イオン照射システム１０において、イオン種、加速エネルギー、イオン照射量（ビーム電流、照射時間）を調整することで、ウェハ中の所定の領域に形成する高抵抗層の位置や幅、抵抗率の大きさを適宜設定できる。
【００２８】
（イオン通過領域における格子欠陥層）
次に、イオン通過領域に形成される第２格子欠陥層について説明する。図７は、深い位置に高抵抗層３４を形成したウェハ２４を模式的に示す図である。図８は、図７に示したウェハ２４の表面からの深さと抵抗率との関係を模式的に示すグラフである。
【００２９】
上述したとおり、ウェハにイオンビームＢが照射されると、イオンの加速エネルギーに応じた深さまでイオンが到達し、到達した領域を含む近傍には抵抗率の高い第１格子欠陥層が形成される。その一方で、イオンが到達する領域の手前に位置するイオン通過領域４０においても、イオンビームがウェハを構成する原子に作用することによって、相対的に抵抗率の高い領域が形成される。特に、イオンビームがウェハの深い位置に到達するように、高い加速エネルギーでイオン照射することにより、イオン通過領域４０の抵抗率を高めることができる。
【００３０】
このイオン通過領域４０では、ピーク位置に近いほど抵抗率が高く、ピーク位置から離れるにしたがって緩やかに抵抗率が低下する。このような抵抗率分布となる理由として、通過するイオンの速度が遅くなるほど、格子欠陥が形成される確率が高くなるためと考えられる。なお、本明細書中、抵抗率ピークから離れたイオン通過領域において格子欠陥が生じる領域を「第２格子欠陥層」ともいう。
【００３１】
このような「第２格子欠陥層」は、リン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）などのｎ型ドーパントが拡散されたｎ型基板よりも、ボロン（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）などのｐ型ドーパントが拡散されたｐ型基板の方が形成されやすい。いいかえれば、ｐ型基板は、ｎ型基板と比べてイオン通過領域４０における抵抗率の増加量が大きくなりやすい。したがって、特にｐ型基板において高抵抗層を形成する場合に、イオン通過領域４０における第２格子欠陥層を活用するとよい。
【００３２】
なお、高抵抗層３４が形成される領域よりも先の領域は、照射されるイオンビームＢが到達しないか、到達しにくい非到達領域４２となる。この領域では、イオン照射による格子欠陥がほとんど生じないため、イオン照射前のウェハ２４と同じ程度の抵抗率の低い領域となる。つまり、非到達領域４２は、イオン通過領域４０よりも抵抗率の低い領域となる。
【００３３】
次に、加速エネルギーを変えてイオン照射を複数回行う場合について説明する。図９は、２回のイオン照射により二つの高抵抗層３４ａ、３４ｂを形成したウェハ２４を模式的に示す図である。本図では、深さ位置の異なる二つの高抵抗層３４ａ、３４ｂを形成するために、加速エネルギーを変えてイオン照射する場合を示す。まず、第１の加速エネルギーでイオン照射することにより、相対的に深い位置に設けられる第１高抵抗層３４ａを形成する。その後、第１の加速エネルギーよりも低い加速エネルギーでイオン照射することにより、相対的に浅い位置に設けられる第２高抵抗層３４ｂを形成する。
【００３４】
図１０は、図９に示したウェハ２４の表面からの深さと抵抗率との関係を模式的に示すグラフである。本図の（ａ）は、第１の加速エネルギーによるイオン照射のみとした場合の抵抗率分布を示し、（ｂ）は、第２の加速エネルギーによるイオン照射のみとした場合の抵抗率分布を示す。図８に示した場合と同様に、（ａ）、（ｂ）では、それぞれ、第１高抵抗層３４ａまたは第２高抵抗層３４ｂが形成される位置に抵抗率のピークがあり、第１格子欠陥層が形成される。また、高抵抗層の手前に位置するイオン通過領域４０には、非到達領域４２よりも抵抗率の高い第２格子欠陥層が形成される。
【００３５】
図１０の（ｃ）は、第１の加速エネルギーによるイオン照射後に、第２の加速エネルギーでイオン照射した場合の抵抗率分布を示す。この場合、第１高抵抗層３４ａと第２高抵抗層３４ｂが形成される領域の双方をカバーするように、深さ方向の幅が大きい高抵抗層が形成される。この領域は、第１格子欠陥層に対応する。また、イオン通過領域４０のうち、ピーク位置に近い一部領域４０ａでは、ピーク位置の近傍と同程度に抵抗率の高い領域が形成される。この領域は、第２格子欠陥層に対応するが、複数回のイオン照射により、イオン通過領域４０においても格子欠陥が多く形成されることとなったため、第１格子欠陥層と同程度に抵抗が高い領域となっている。
【００３６】
このように、加速エネルギーを変えてイオン照射を複数回行うことにより、深さ方向に幅の広い第１格子欠陥層を形成するとともに、第１格子欠陥層に隣接して抵抗率のより高い第２格子欠陥層を形成することができる。特に、第１格子欠陥層が形成される領域だけでなく、イオン通過領域のうち第１格子欠陥層に近い領域にも高抵抗層が形成されるため、高抵抗層の厚さをより大きくすることができる。
【００３７】
なお、ピーク位置の異なる二つの高抵抗層を形成する場合に、高エネルギーのイオン照射によって相対的に深い位置に高抵抗層を形成した後、低エネルギーのイオン照射によって相対的に浅い位置に高抵抗層を形成することが望ましい。この順序を逆にすると、深い位置に到達させるための高エネルギーのイオンビームが、浅い位置に形成された高抵抗層を通過することとなる。そうすると、先に形成された高抵抗層の影響を受け、イオンビームが拡散したり、到達位置が変わったりしてしまうおそれがあるためである。なお、イオン照射の順序を逆にして、低エネルギーのイオン照射により相対的に浅い位置に高抵抗層を形成した後に、高エネルギーのイオン照射によって相対的に深い位置に高抵抗層を形成することとしてもよい。
【００３８】
（裏面側からのイオン照射）
続いて、イオンビームを照射する向きについて説明する。本実施の形態では、半導体基板の裏面側からイオン照射することにより高抵抗層を形成する。素子領域が形成される主面側からイオン照射を施した場合、イオン通過領域となる主面に近い領域に第２格子欠陥層が形成され、素子領域の抵抗率が上がるためである。まず、比較例として、主面側からイオン照射する場合に形成される高抵抗層について示した後に、本実施の形態として、裏面からイオン照射する場合について示す。
【００３９】
図１１（ａ）−（ｄ）は、比較例に係る半導体装置１００の製造方法の一例を示し、素子領域が形成される主面側からイオン照射する場合の製造方法について示す。まず、図１１（ａ）に示すように、素子領域１０６が主面１０２に形成された半導体装置１００を用意する。半導体装置１００は、主面１０２と、裏面１０４とを有する基板１０８を備える。主面１０２には、素子領域１０６が形成される。
【００４０】
素子領域１０６は、主面１０２を含む基板１０８の表層部分に設けられており、主面１０２はプロセス形成面と呼ぶこともできる。素子領域１０６は、素子及び／または配線層を含む回路領域である。素子領域１０６は基板１０８の主面側で横方向に広がっており、縦方向にある深さを有する。
【００４１】
素子領域１０６は少なくとも１つの回路素子（例えば、能動素子、または受動素子）を備える。素子領域１０６は、例えばＲＦ−ＣＭＯＳのインダクタを備えてもよい。素子領域１０６は、横方向に形成される電流経路を有するいわゆる横型の半導体素子を備えてもよい。素子領域１０６は少なくとも１つの電子回路（アナログ回路、またはデジタル回路）を備えていてもよい。
【００４２】
主面１０２と裏面１０４の間には、非素子部分１１４が設けられる。非素子部分１１４は、素子領域１０６の下方にあり、素子領域１０６と裏面１０４の間に設けられる部分である。非素子部分１１４は、素子領域１０６を構成する回路素子が設けられない部分とも言うことができる。
【００４３】
次に、図１１（ｂ）、（ｃ）に示すように主面１０２にイオン照射を施すことによって、非素子部分１１４に高抵抗層１１０ａ、１１０ｂを形成する。まず、第１の加速エネルギーによるイオン照射によって、非素子部分１１４のうち素子領域１０６から離れた領域に第１高抵抗層１１０ａを形成する。その後、第１の加速エネルギーよりも低い第２の加速エネルギーによるイオン照射によって、非素子部分１１４のうち素子領域１０６に近い領域に第２高抵抗層１１０ｂを形成する。これにより、図１１（ｄ）に示すように、第１高抵抗層１１０ａと第２高抵抗層１１０ｂとが積層された、深さ方向に幅の広い、厚い高抵抗層１１０を形成される。
【００４４】
その一方で、高抵抗層１１０を形成するために照射されたイオンは、素子領域１０６を通過するため、素子領域１０６はイオン通過領域１１２にもなる。イオン通過領域１１２には、第１格子欠陥層が形成される高抵抗層１１０ほど抵抗率は高くないものの、第２格子欠陥層の形成により照射前の基板１０８よりも抵抗率が上がってしまう。そうすると、抵抗率の上昇により、素子領域１０６に形成される回路素子の応答性が低下したり、抵抗成分により電気信号の一部がジュール熱となって消費され、信号損失が生じたりするおそれがある。そこで、本実施の形態では、素子領域がイオン通過領域とならないように、素子領域が形成されていない裏面側からイオン照射する。
【００４５】
図１２（ａ）−（ｄ）は、本実施の形態に係る半導体装置１５０の製造方法の一例を示す。比較例と同様、図１２（ａ）に示すように、素子領域１５６が主面１５２に形成された半導体装置１５０を用意する。次に、図１２（ｂ）、（ｃ）に示すように主面１５２の反対側の裏面１５４からイオン照射を施すことによって、非素子部分１６４に高抵抗層１６０ａ、１６０ｂを形成する。まず、第１の加速エネルギーによるイオン照射によって、非素子部分１６４のうち素子領域１５６に近い領域に第１高抵抗層１６０ａを形成する。その後、第１の加速エネルギーよりも低い第２の加速エネルギーによるイオン照射によって、非素子部分１６４のうち素子領域１５６から遠い領域に第２高抵抗層１６０ｂを形成する。これにより、図１２（ｄ）に示すように、第１高抵抗層１６０ａと第２高抵抗層１６０ｂとが積層された厚い高抵抗層１６０を形成する。
【００４６】
本実施の形態では、比較例とは異なり、裏面１５４側からイオン照射するため、非素子部分１６４がイオン通過領域１６２となる。イオン通過領域１６２には第２格子欠陥層が形成されるため、素子領域１５６よりも抵抗率の高い領域が、高抵抗層１６０と隣接して非素子部分１６４に設けられる。したがって、イオン通過領域１６２に形成される第２格子欠陥層は、第１格子欠陥層により構成される高抵抗層１６０の厚さを広げるように寄与する。これにより、第１格子欠陥層のみにより高抵抗層を形成する場合と比べて、厚い高抵抗層を形成することができる。
【００４７】
また、主面１５２側からのイオン照射を避けることにより、主面１５２に設けられる素子領域１５６の抵抗率の上昇を抑えることができる。本実施の形態における素子領域１５６は、照射イオンが進む方向において高抵抗層１６０の先に位置し、イオンビームがほとんど到達せず格子欠陥が生じにくい領域となるためである。このように、本実施の形態によれば、裏面側からイオン照射することにより、素子領域１５６の抵抗率の上昇を抑えつつ、非素子部分１６４により厚い高抵抗層を形成することができる。
【００４８】
一方で、裏面１５４側からイオン照射をする場合には、主面１５２側からイオン照射をする場合と比べて、より深い位置にイオンが到達するように照射条件を選択する必要がある。素子領域１５６は、主面１５２の近傍に設けられており、基板１５８の厚さ（主面１５２から裏面１５４までの幅）と比べて比較的浅い位置に形成されるためである。そこで、本実施の形態においては、比較的軽いイオンを高エネルギーで照射することとする。高エネルギーでイオンを照射することにより、基板１５８の深い位置にイオンを到達させることができるためである。また、比較的軽いイオンを用いることにより、重いイオンを用いる場合と比べて、小さな加速エネルギーでより深い位置にイオンを到達させることができる。
【００４９】
本実施の形態においては、例えば、水素（Ｈ）やヘリウム（Ｈｅ）などの軽いイオンを、５ＭｅＶ以上、１００ＭｅＶ以下の加速エネルギーで照射する。このような照射条件を用いることにより、シリコンウェハにおいて深さ７０μｍ以上、１５００μｍ以下の位置にイオンを到達させることができる。例えば、約６０ＭｅＶの加速エネルギーで３Ｈｅイオンを照射すれば、深さ８００μｍの位置にイオンを到達させることができる。したがって、厚さ８００μｍのシリコンウェハを用いる場合、６０ＭｅＶ以下の加速エネルギーで３Ｈｅイオンを照射すれば、裏面側からの照射であっても、主面に近い位置に高抵抗層を形成することができる。また、５ＭｅＶ以上の加速エネルギーとすることにより、イオンビームを深い位置に到達させることができる。
【００５０】
なお、本実施の形態で示す半導体装置１５０は、例えば、システムＬＳＩ、ＳＯＣ（System On a Chip）、または集積回路（ＩＣ）である。また、基板１５８は、低抵抗の半導体基板であり、例えば、ＣＺ法により作製されたウェハが用いられる。ＣＺ法により作製されたウェハは、ＦＺ法等により作製された高抵抗ウェハと比較して抵抗率が低く、安価である。本実施の形態によれば、ＣＺウェハを用いる場合であっても、イオン照射により高抵抗層を形成することができるため、高抵抗ウェハを用いる場合と比べて製造コストの上昇を低減することができる。
【００５１】
このとき、基板１５８の抵抗率は、例えば、１０Ω・ｃｍ以下、５０Ω・ｃｍ以下、１００Ω・ｃｍ以下、５００Ω・ｃｍ以下、または１０００Ω・ｃｍ以下に調整されている。この基板１５８に形成される高抵抗層１６０は、当該基板に高抵抗層１６０が形成される前の基板抵抗率よりも大きいピーク抵抗率（例えば図５参照）を有する。よって、高抵抗層１６０のピーク抵抗率は、例えば、１０Ω・ｃｍより大きく、５０Ω・ｃｍより大きく、１００Ω・ｃｍより大きく、５００Ω・ｃｍより大きく、または１０００Ω・ｃｍより大きい。
【００５２】
なお、半導体装置１５０を構成する基板１５８として、ｐ型ドーパントが拡散されたｐ型基板を用いることで、ｎ型基板を用いる場合よりもイオン通過領域１６２の抵抗率を高くしやすくすることができる。ここでいうｐ型基板とは、素子領域１５６にｐ型ドーパントが含まれているか否かをいうのではなく、イオン通過領域１６２となる非素子部分１６４にｐ型ドーパントが含まれていることをいう。つまり、素子領域１５６を形成する前のベースとなる基板１５８がｐ型基板であることをいう。ベースとしてｐ型基板を用いることで、イオン通過領域１６２の抵抗率を高め、より厚い高抵抗層を少ないイオン照射の回数で形成することができる。
【００５３】
（熱処理による抵抗率変化）
続いて、高抵抗層の温度依存性について説明する。図１３は、熱処理による抵抗率の変化を模式的に示すグラフである。本図の「処理前」は、図１０の（ｃ）に対応する。「熱処理１」は、２００℃の温度で１時間熱処理を施した後の抵抗率分布を示し、「熱処理２」は、４００℃の温度で１時間熱処理を施した後の抵抗率分布を示す。図示されるように、第１格子欠陥層が形成される高抵抗層３４ａ、３４ｂにおいては、熱処理前後において抵抗率があまり変化しないことがわかる。一方で、第２格子欠陥層が形成されるイオン通過領域４０においては、熱処理によって抵抗率が低下することがわかる。
【００５４】
このため、熱による抵抗率の変化を考慮すると、高抵抗層として第１格子欠陥層を利用することができたとしても、第２格子欠陥層は活用しにくいという側面がある。例えば、動作上限温度が２００℃である半導体装置に第２格子欠陥層による高抵抗層を形成した場合、使用環境により半導体装置が２００℃まで加熱されると、高抵抗層の抵抗率が低下して設計時に意図した性能を維持できなくなるおそれがあるためである。したがって、このような半導体装置においては、第２格子欠陥層を利用せずに、第１格子欠陥層のみにより高抵抗層を形成しようと考えるのが通常の設計思想であると考える。
【００５５】
しかしながら、本発明者は、第２格子欠陥層を形成した後に、あえて熱処理を施すことにより第２格子欠陥層の抵抗率を安定化させる方法を採用することとした。つまり、本実施の形態においては、イオン照射により第２格子欠陥層を形成した後に熱処理を加えることにより、第２格子欠陥層の抵抗率を低下させて安定化させる。熱処理の温度は、半導体装置の使用時に想定される動作上限温度であり、例えば１００℃や、２００℃である。加熱による抵抗率の低下を考慮して高抵抗層を形成するとともに、予め熱処理を施すことで、動作上限温度の範囲内であれば事後的に高抵抗層の抵抗率が低下してしまう影響を低減することができる。これにより、第２格子欠陥層による高抵抗層を活用とするとともに、熱による事後的な抵抗率の変化を抑制することができ、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００５６】
次に、高抵抗層を形成する工程について説明する。図１４は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。はじめに、用意されたシリコンウェハに種々の工程により素子を形成し（Ｓ１０）、更に配線を形成する（Ｓ１２）。この際、熱処理による不純物の拡散等により基板の抵抗率が低下しうる。ここで、抵抗率に変化が生じうる工程とは、例えば、ダイオードやトランジスタ等の素子の形成や配線（回路）の形成をする際に行われる種々の熱処理が挙げられる。熱処理としては、例えば、熱酸化、熱拡散、ＣＶＤ、アニール等が挙げられる。これらの熱処理によっては基板が４００℃以上になることもあるため、この工程の前に高抵抗層を形成してしまうと、せっかく形成した高抵抗層の抵抗率が大きく低下してしまうことになりかねない。
【００５７】
そこで、本実施の形態では、これらの工程の後に、イオン照射により高抵抗層を形成する（Ｓ１４）。このように、本実施の形態では、高抵抗層形成工程より前に、半導体基板への熱処理を伴う素子形成工程や配線（回路）形成工程をしている。つまり、イオン照射による高抵抗層の形成を、抵抗率が変化する一因となる熱処理等の工程の後に行っている。これにより、所望の抵抗率が保証された半導体装置を製造できる。
【００５８】
高抵抗層が形成された半導体基板は、保護膜が形成され（Ｓ１６）、裏面が研磨された（Ｓ１８）後、熱処理を含む後工程（Ｓ２０）で処理されて半導体集積回路として完成する。後工程には、例えば、ウェハをダイシングして個片化する工程や、個片化されたチップと実装基板とをワイヤボンドで結線する工程や、チップを樹脂で封止する工程が含まれる。また、この後工程では、高抵抗層の抵抗率を熱的に安定化させる熱処理（アニール処理）を施す。例えば、チップを樹脂で封止する工程において、樹脂硬化に必要な温度までチップを加熱することにより、封止処理を兼ねつつアニール処理を施す。なお、樹脂封止工程とは別の工程として、アニール処理を施してもよい。
【００５９】
なお、後工程等の後に高抵抗層を形成することも可能であるが、素子や配線以外に種々の層や部材が半導体基板上に形成された状態でイオン照射するため、イオン照射の照射条件の調整が難しくなる。また、個片化されたチップは、イオン照射の際の位置決めやハンドリングが難しくなる。そこで、高抵抗層を形成する工程より後に、抵抗率の変化が実質的に生じない保護膜形成、裏面研磨、後工程等を行うことで、個片化後にイオン照射する場合における手間を省くことができる。
【００６０】
以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態におけるイオン照射システム、加速器、ウェハ搬送装置などにおいて各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。
【００６１】
上述の実施の形態においては、照射するイオンの加速エネルギーを変えて、イオン照射を２回行う場合について示した。変形例においては、照射条件を変えて３回以上イオン照射することとしてもよい。加速エネルギーを変えて照射回数を増やすと、第１格子欠陥層により構成される高抵抗層の位置をずらして複数積層させることができるため、より厚い高抵抗層を形成することができる。また、第１格子欠陥層の手前に位置するイオン通過領域を通過量が増えることから、第２格子欠陥層により抵抗率が高くなる領域を増やすことができる。
【００６２】
なお、加速エネルギーを変えずに１回だけイオン照射することとしてもよい。この場合においても、第１格子欠陥層による高抵抗層と、第２格子欠陥層による高抵抗層とを積層させて、深さ方向の幅が広い高抵抗層を形成することができる。
【００６３】
上述の実施形態においては、裏面側からのイオン照射により高抵抗層を形成することとしたが、変形例においては、主面側からのイオン照射を組み合わせて高抵抗層を形成することとしてもよい。例えば、加速器の性能等の制約により、裏面からのイオン照射では素子領域の近傍にイオンを到達させることが難しい場合に、主面側からのイオン照射を補完的に行うことで、厚い高抵抗層を形成する。
【００６４】
図１５（ａ）−（ｄ）は、変形例に係る半導体装置１７０の製造方法の一例を示す。実施の形態と同様、図１５（ａ）に示すように、素子領域１７６が主面１７２に形成された半導体装置１７０を用意する。次に、図１５（ｂ）、（ｃ）に示すように主面１７２の反対側の裏面１７４からイオン照射を施すことによって、非素子部分１８４に第１高抵抗層１８０ａおよび第２高抵抗層１８０ｂを形成する。なお、裏面１７４側からのイオン照射により形成される高抵抗層１８０ａ、１８０ｂは、加速器の性能不足等の理由により、素子領域１７６から離れた位置に形成される。このとき、イオン通過領域１８２には、第２格子欠陥層が形成されることにより、抵抗率の高い領域が形成される。
【００６５】
その後、図１５（ｄ）に示すように、主面１５２側からイオン照射を行うことで、素子領域１７６に近い領域に第３高抵抗層１８０ｃを形成する。第３高抵抗層１８０ｃが形成される領域は、裏面１７４からは遠いものの主面１７２から近いため、比較的低い加速エネルギーのイオン照射であっても第３高抵抗層１８０ｃを形成することができる。このように、主面側からのイオン照射と、裏面側からのイオン照射を組み合わせることにより、加速器の性能に制限がある場合であっても、厚い高抵抗層１８０を形成することができる。
【００６６】
また、主面側からのイオン照射と裏面側からのイオン照射を組み合わせることで、高抵抗層１８０を形成するために全てのイオン照射を主面側から行う場合と比べて、素子領域１７６を通過するイオンの照射量を低減させることができる。これにより、素子領域１７６の抵抗率が上昇してしまう影響を抑えることができる。なお、イオン照射の順序は、裏面側へイオン照射した後に主面側からイオンを照射してもよいし、主面側へイオン照射した後に裏面側からイオン照射をしてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
３４…高抵抗層、３８…半導体装置、１００…半導体装置、１０２…主面、１０４…裏面、１０６…素子領域、１０８…基板、１１０…高抵抗層、１１４…非素子部分、１５０…半導体装置、１５２…主面、１５４…裏面、１５６…素子領域、１５８…基板、１６０…高抵抗層、１６４…非素子部分、１７０…半導体装置、１７２…主面、１７４…裏面、１７６…素子領域、１７８…基板、１８０…高抵抗層、１８４…非素子部分。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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