(57)【要約】【課題】  高抵抗の半導体層と低抵抗の半導体層が積層されている半導体ウエハを、少ない工程で製造できる技術を提供する。【解決手段】  第１半導体層８の（１００）面と第２半導体層６の（１００）面が交差する関係で第１半導体層８と第２半導体層６が積層されている積層体を用意し、第１半導体層８の（１００）面に直交する方向から第１半導体層８を通過するエネルギーで第１半導体層８の表面に不純物イオンを注入する。半導体ウエハ１０は、第１半導体層８の不純物濃度と第２半導体層６の不純物濃度が、第１半導体層８と第２半導体層の界面７で不連続に変化している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１半導体層の（１００）面と第２半導体層の（１００）面が交差する関係で第１半導体層と第２半導体層が積層されている積層体を用意する工程と、
前記第１半導体層の（１００）面に直交する方向から前記第１半導体層を通過するエネルギーで前記第１半導体層の表面に不純物イオンを注入する工程と、
を有することを特徴とする半導体ウエハの製造方法。
【請求項２】
第１半導体層の（１００）面と第２半導体層の（１００）面が交差する関係で第１半導体層と第２半導体層が積層されており、第１半導体層の不純物濃度と第２半導体層の不純物濃度が第１半導体層と第２半導体層の界面で不連続に変化していることを特徴とする半導体ウエハ。
【請求項３】
前記第１半導体層と前記第２半導体層のいずれか一方の（１００）面が、前記界面に平行であることを特徴とする請求項２の半導体ウエハ。
【請求項４】
前記第１半導体層の（１００）面と前記第２半導体層の（１００）面が、０°よりも大きく、９０°よりも小さい範囲で交差していることを特徴とする請求項２又は３の半導体ウエハ。
【請求項５】
前記第１半導体層と前記第２半導体層と埋め込み絶縁層の順に積層されているＳＯＩ型の半導体ウエハであり、
前記第１半導体層の（１００）面は前記界面に平行であり、
前記第２半導体層の（１００）面は前記界面に対して傾斜しており、
前記界面において、前記第１半導体層の不純物濃度よりも前記第２半導体層の不純物濃度の方が増大していることを特徴とする請求項２から４のいずれかの半導体ウエハ。
【請求項６】
前記第１半導体層と前記第２半導体層と埋め込み絶縁層の順に積層されているＳＯＩ型の半導体ウエハであり、
前記第１半導体層の（１００）面は前記界面に対して傾斜しており、
前記第２半導体層の（１００）面は前記界面に平行であり、
前記界面において、前記第１半導体層の不純物濃度よりも前記第２半導体層の不純物濃度の方が増大していることを特徴とする請求項２から４のいずれかの半導体ウエハ。
【請求項７】
前記第１半導体層と前記第２半導体層の材料が、シリコンであることを特徴とする請求項２から６のいずれかの半導体ウエハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体ウエハに関する。特に、半導体ウエハの厚み方向を観察したときに、半導体ウエハに含まれている不純物の濃度が濃い厚み範囲と薄い厚み範囲を有している半導体ウエハに関する。また、本発明はその半導体ウエハの製造方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
高抵抗の半導体層と低抵抗の半導体層が積層されている半導体ウエハが知られている。このような半導体ウエハを利用して半導体装置を製造すると、半導体装置の耐圧を高くする等の利点を得られることが多い。
特許文献１に、高抵抗のシリコン基板と低抵抗のシリコン基板が積層されている半導体ウエハが開示されている。特許文献１の技術では、高抵抗のシリコン基板の表面に、低抵抗のシリコンをエピタキシャル成長させている。それとは逆に、低抵抗のシリコン基板の表面に、高抵抗のシリコンをエピタキシャル成長させると、エピタキシャル成長の際に高抵抗の半導体層に結晶欠陥が生じやすい。特に、エピタキシャル成長させる半導体層の厚みが厚い程、結晶欠陥が生じやすい。半導体ウエハを使用する半導体装置では、高抵抗の半導体層を能動領域に使用するため、高抵抗の半導体層の結晶欠陥を少なくすることが重要である。しかしながら、高抵抗のシリコンをエピタキシャル成長させる際に、シリコンに結晶欠陥が生じることを防止することは困難である。高抵抗のシリコンをエピタキシャル成長させると、半導体ウエハの製造時の歩留まりが悪くなり、半導体ウエハの製造コストが高くなってしまう。
特許文献１の技術では、半導体装置の非能動領域に使用する低抵抗の半導体層をエピタキシャル成長させることによって、低抵抗の半導体層に結晶欠陥が生じても、その半導体ウエハを利用して製造される半導体装置に悪影響が及ぶことを防止している。特許文献１の技術では、厚みが厚い半導体層をエピタキシャル成長させる際に、特に有用な技術である。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１９６３０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されているように、高抵抗のシリコン基板の表面に、低抵抗のシリコンをエピタキシャル成長させると、高抵抗の半導体層と低抵抗の半導体層が積層されている半導体ウエハを製造することができる。しかしながら、特許文献１の技術では、エピタキシャル成長の技術を採用しているため、半導体ウエハを製造するために長い時間を要してしまう。特に、エピタキシャル成長させる半導体層の厚みが厚い程、より長い時間を要してしまう。半導体ウエハの製造時間が長くなり、半導体ウエハの製造コストが高くなってしまう。また、エピタキシャル成長させた半導体層の表面を、研磨することによって平坦にする工程も必要である。
本発明は、高抵抗の半導体層と低抵抗の半導体層が積層されている半導体ウエハを、少ない工程（すなわち、短い時間）で製造できる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書では、半導体ウエハの製造方法を開示する。その製造方法は、第１半導体層の（１００）面と第２半導体層の（１００）面が交差する関係で第１半導体層と第２半導体層が積層されている積層体を用意する工程と、第１半導体層の（１００）面に直交する方向から第１半導体層を通過するエネルギーで第１半導体層の表面に不純物イオンを注入する工程を有する。
【０００６】
半導体層を構成する材料の格子定数は、面方位によって異なることがある。例えばシリコンの場合、（１００）面の格子定数が最も大きい。すなわち、半導体層の（１００）面に直交する方向から不純物イオンを注入すると、その半導体層内を不純物イオンが通過しやすい。
上記の製造方法では、第１半導体層の（１００）面と第２半導体層の（１００）面が交差している。例えば、第１半導体層を通過しやすい方向（第１半導体層の（１００）面に直交する方向）から第１半導体層の表面に向けて不純物イオンを注入すると、その不純物イオンは第２半導体層を通過しにくい。反対に、第２半導体層を通過しやすい方向（第２半導体層の（１００）面に直交する方向）から第２半導体層の表面に向けて不純物イオンを注入すると、その不純物イオンは第１半導体層を通過しにくい。第１半導体層と第２半導体層の界面で不純物濃度が不連続に変化し、高抵抗の半導体層と低抵抗の半導体層を有する半導体ウエハを実現できる。なお、本明細書では、半導体層を不純物イオンが通過しやすい事象を、「チャネリング」と称することがある。
【０００７】
上記の製造方法によると、第１半導体層と第２半導体層のいずれか一方ではチャネリングがおきやすく、他方ではチャネリングがおきにくい条件で半導体ウエハに不純物イオンを注入することができる。第１半導体層と第２半導体層の界面において、不純物イオンの濃度が不連続に変化する半導体ウエハを製造することができる。すなわち、高抵抗の半導体層と低抵抗の半導体層が積層されている半導体ウエハを製造することができる。
【０００８】
本明細書で開示する半導体ウエハは、高抵抗の半導体層と低抵抗の半導体層が積層されている。具体的には、第１半導体層の（１００）面と第２半導体層の（１００）面が交差する関係で第１半導体層と第２半導体層が積層されており、第１半導体層の不純物濃度と第２半導体層の不純物濃度が第１半導体層と第２半導体層の界面で不連続に変化している。
【０００９】
上記の半導体ウエハによると、高抵抗の半導体層と低抵抗の半導体層が積層されている半導体ウエハを実現することができる。第１半導体層の不純物濃度と第２の不純物濃度が第１半導体層と第２半導体層の界面で不連続に変化しているため、第１半導体層と第２半導体層のいずれか一方の不純物濃度が、他方の不純物濃度よりも顕著に濃い状態を実現できる。
【００１０】
本明細書で開示される半導体ウエハは、第１半導体層と第２半導体層のいずれか一方の（１００）面が、第１半導体層と第２半導体層の界面に平行であることが好ましい。
上記したように、例えばシリコンの場合、（１００）面に直交する方向から半導体層の表面に不純物イオンを注入すると、不純物イオンがその半導体層を最も通過しやすい。高抵抗の半導体層と低抵抗の半導体が積層されている半導体ウエハを得るためには、高抵抗の半導体層に含まれる不純物イオンの濃度を少なくしなくてはいけない。
上記の半導体ウエハは、第１半導体層と第２半導体層のいずれか一方の（１００）面が、第１半導体層と第２半導体層の界面に平行である。例えば、第１半導体層の（１００）面が、第１半導体層と第２半導体層の界面に平行な場合、第１半導体層の表面に直交する方向から不純物イオンを注入すると、第１半導体層の内部を不純物イオンが通過しやすい。不純物イオンが第１半導体層の表面から第１半導体層と第２半導体層の界面までに通過する距離が、最も短くなる。第１半導体層の内部の不純物イオンの濃度をより小さくすることができる。すなわち、第１半導体層と第２半導体層のいずれか一方の半導体層の不純物濃度と、他方の半導体層の不純物濃度との差をより大きくすることができる。
【００１１】
本明細書で開示される半導体ウエハでは、第１半導体層の（１００）面と第２半導体層の（１００）面が、０°よりも大きく、９０°よりも小さい範囲で交差していることが好ましい。
第１半導体層の（１００）面と第２半導体層の（１００）面が上記の範囲で交差していると、一方の半導体層に向けてその半導体層の（１００）面に直交する方向から不純物イオンを注入したときに、不純物イオンは、その半導体層ではチャネリングしやすく、他方の半導体層ではチャネリングしにくい。第１半導体層と第２半導体層の界面で、不純物イオンの濃度が不連続になるという現象を確実に得ることができる。
【００１２】
本明細書で開示される半導体ウエハは、第１半導体層と第２半導体層と埋め込み絶縁層の順に積層されているＳＯＩ型の半導体ウエハであってもよい。その半導体ウエハは、第１半導体層の（１００）面は第１半導体層と第２半導体層の界面に平行であり、第２半導体層の（１００）面は第１半導体層と第２半導体層の界面に対して傾斜しており、その界面において、第１半導体層の不純物濃度よりも第２半導体層の不純物濃度の方が増大している。
又は、第１半導体層と第２半導体層と埋め込み絶縁層の順に積層されているＳＯＩ型の半導体ウエハは、第１半導体層の（１００）面は第１半導体層と第２半導体層の界面に対して傾斜しており、第２半導体層の（１００）面は第１半導体層と第２半導体層の界面に平行であり、その界面において、第１半導体層の不純物濃度よりも第２半導体層の不純物濃度の方が増大している。
【００１３】
上記の半導体ウエハによると、埋め込み絶縁膜に近い領域に、低抵抗の半導体層を形成することができる。例えば横型の半導体装置を製造する際に、半導体装置を高耐圧化することができる。
【００１４】
本明細書で開示される半導体ウエハは、第１半導体層と第２半導体層の材料がシリコンであることが好ましい。
上記したように、シリコンでは（１００）面の格子定数が最も大きい。高抵抗の半導体層と低抵抗の半導体層が積層されている半導体ウエハを確実に得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、高抵抗の半導体層と低抵抗の半導体層が積層されている半導体ウエハを提供することができる。少ない工程でその半導体ウエハを製造することができるため、半導体ウエハの製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の特徴を列記する。
（第１形態）  シリコン基板２の表面に、ＣＤＶ法を利用して酸化膜（埋め込み絶縁膜）４を形成する。
（第２特徴）  表面に酸化膜４が形成されているシリコン基板２に第２半導体層６を貼り合せ技術を利用して貼り付け、さらに第２半導体層６に第１半導体層８を貼り合わせ技術を利用して貼り付ける。
（第３特徴）  第１半導体層８の（１００）面を、第１半導体層８と第２半導体層６の界面に平行になるように貼り付け、第１半導体層８の（１００）面に直交する方向から第１半導体層８の表面に向けて不純物イオンを注入する。
【実施例】
【００１７】
図面を参照して以下に実施例を詳細に説明する。なお、実施例ではＳＯＩ型の半導体ウエハについて説明するが、本発明の技術は酸化膜（埋め込み絶縁膜）を有さない半導体ウエハにも適用することができる。
（第１実施例）
図１に、本実施例の半導体ウエハ１０の断面図を模式的に示す。なお、後述する半導体ウエハ１０の各部の構成は、実際のサイズの縮尺を正確に表すものではない。図面の明瞭化のために、図面の縮尺を適宜変更している。また、図中のＸ、Ｙ、Ｚ方向は座標を示している。
半導体ウエハ１０は、単結晶シリコンで形成されている半導体基板２と、半導体基板２上に設けられている酸化膜（埋め込み絶縁膜）４と、その酸化膜４上に設けられている第２半導体層６と、第２半導体層６上に設けられている第１半導体層８を有している。第１半導体層８の（１００）面と第２半導体層６の（１００）面が交差する関係で第１半導体層８と第２半導体層６が積層されており、その交差する角度はおよそ７°である。第１半導体層８の（１００）面は、第１半導体層８と第２半導体層６の界面７に平行である。すなわち、第１半導体層８の（１００）面は、Ｘ−Ｙ平面に平行に形成されている。後述するが、第１半導体層８と第２半導体層６の不純物濃度が、第１半導体層８と第２半導体層６の界面７で不連続に変化している。また、第１半導体層８に含まれている不純物濃度よりも、第２半導体層６に含まれている不純物濃度の方が濃い。
【００１８】
図５に、半導体ウエハ１０の厚み方向（Ｚ方向）の位置と、不純物濃度の関係を示している。グラフの横軸は半導体ウエハ１０の厚み方向の位置を示しており、グラフの縦軸は不純物濃度（単位：ｃｍ−３）を示している。図中の矢印で示している範囲８、６、４は、第１半導体層８、第２半導体層６及び酸化膜４の範囲を示している。曲線１２は、半導体ウエハ１０の不純物濃度を示している。
曲線１２から明らかなように、半導体ウエハ１０に含まれている不純物濃度は、第１半導体層８と第２半導体層６の界面７で不連続に変化している。第１半導体層８から第２半導体層６に向けて、不純物濃度が第１半導体層８と第２半導体層６の界面７で急峻に増加している。
また、半導体ウエハ１０に含まれている不純物濃度は、第２半導体層６と酸化膜４の界面でも不連続に変化している。ここでは、第２半導体層６から酸化膜４に向けて、不純物の濃度が第２半導体層６と酸化膜４の界面で急峻に減少している。
曲線１４は、第１半導体層８の（１００）面と第２半導体層６の（１００）面が平行な関係で第１半導体層８と第２半導体層６が積層されている半導体ウエハ１０の不純物濃度を示している。曲線１４では、第１半導体層８と第２半導体層６の不純物濃度が、第１半導体層８と第２半導体層６の界面で連続している。第１半導体層８と第２半導体層６の不純物濃度の差が小さく、高濃度の半導体層と低濃度の半導体層が積層されている半導体ウエハを得ることができない。
【００１９】
（半導体ウエハ１０の製造方法）
図１から３を参照して、半導体ウエハ１０の製造方法について説明する。
まず、図２に示しているように、シリコン基板２を用意する。シリコン基板２の表面（図１のＸ−Ｙ平面に平行な面）は（１００）面でもよいし、他の面方位でもよい。
次に、図３に示しているように、ＣＶＤ法を利用し、シリコン基板２の表面に酸化膜４を形成する。
次に、図１に示しているように、既存の貼り合せ技術（例えば、熱圧着技術等）を利用し、表面に酸化膜４が形成されているシリコン基板２の表面に第２半導体層６を貼り付け、さらに第２半導体層６の表面に第１半導体層８を貼り付ける。第２半導体層６は、（１００）面がＸ−Ｙ平面におよそ７°の角度で交わるように貼り付ける。第１半導体層８は、（１００）面がＸ−Ｙ平面に平行になるように貼り付ける。第１半導体層８の（１００）面と第２半導体層６の（１００）面が、およそ７°の角度で交差する。
次に、第１半導体層８の表面に、Ｚ軸方向（第１半導体層８の（１００）面に直交する方向）から不純物イオンを注入する。このとき、不純物イオンが第１半導体層８を通過する大きさのエネルギーで不純物イオンを注入する。以上の工程によって、半導体ウエハ１０が完成する。なお、図１に示している矢印は、不純物イオンが注入される範囲と方向を示している。
【００２０】
上述したように、第１半導体層８は、（１００）面がＸ−Ｙ平面に平行に形成されている。不純物イオンをＸ−Ｙ平面に直交する方向（Ｚ軸方向）から注入すると、第１半導体層８内ではチャネリングがおきやすい。すなわち、チャネリングの効果によって、不純物イオンは第１半導体層８の内部を通過しやすい。一方、第２半導体層６は、（１００）面がＸ−Ｙ平面におよそ７°の角度で交わるように形成されている。Ｚ軸方向から注入された不純物イオンは、第２半導体層６内ではチャネリングがおきにくい。第１半導体層８の内部を通過して第２半導体層６に達した不純物イオンは、第２半導体層６の内部に留まりやすく、第１半導体層８と第２半導体層６の界面７で、不純物濃度が不連続に変化（増加）する。なお、第１半導体層８の（１００）面がＸ−Ｙ平面に平行に形成されていることによって、不純物イオンが第１半導体層８の内部を通過するときの距離を最も短くすることができる。第１半導体層８の内部の不純物濃度をより小さくすることができる。
【００２１】
本実施例の製造方法では、シリコン基板２の表面にＣＶＤ法を利用して酸化膜４を形成している。シリコン基板２の表面を熱酸化することによって、酸化膜４を形成することもできる。このことは後述する半導体ウエハ１００にも適用可能な事象である。
また、本実施例では、第１半導体層８の（１００）面と第２半導体層６の（１００）面が、およそ７°の角度で交差している。第１半導体層８の（１００）面と第２半導体層６の（１００）面が交差する角度はおよそ７°でなくてもよい。第１半導体層８ではチャネリングがおきやすく、第２半導体層６ではチャネリングがおきにくい範囲で交差していればよい。すなわち、第１半導体層８の（１００）面と第２半導体層６の（１００）面は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい範囲で交差していればよく、第２半導体層６のチャネリング防止効果が最も高く得られるという観点から、特に７°以上で８°以下の範囲で交差していることが好ましい。
【００２２】
（第２実施例）
図４を参照して半導体ウエハ１００について説明する。半導体ウエハ１００は、半導体ウエハ１０の変形例であり、半導体ウエハ１０と同じ構成については、半導体ウエハ１０と同じ参照番号を付すことによって説明を省略することがある。
酸化膜４の表面に、第２半導体層１０６が形成されており、第２半導体層１０６の表面に第１半導体層１０８が形成されている。第１半導体層１０８と第２半導体層１０６が界面１０７で接している。第２半導体層１０６の（１００）面が界面１０７に平行に形成されており、第１半導体層１０８の（１００）面が界面１０７に傾斜して形成されている。第１半導体層１０８の（１００）面と第２半導体層１０６の（１００）面がおよそ７°の角度で交差している。
第１半導体層１０８に含まれている不純物イオンの濃度よりも、第２半導体層１０６に含まれている不純物イオンの濃度の方が濃い。第１半導体層１０８と第２半導体層１０６の界面１０７で、不純物イオンの濃度が不連続に変化（増加）している。
【００２３】
（半導体ウエハ１００の製造方法）
第２半導体層１０６の表面に第１半導体層１０８を形成するまでの工程は、半導体ウエハ１０の製造方法と実質的に同じため説明を省略する。
第１半導体層１０８の表面に、第１半導体層１０８の（１００）面に直交する方向から第１半導体層１０８を通過する大きさのエネルギーで不純物イオンを注入する。第１半導体層１０８に注入された不純物イオンは、第１半導体層１０８ではチャネリングされやすく、第２半導体層１０６ではチャネリングされにくい。第１半導体層１０８と第２半導体層１０６の界面１０７で、不純物イオンの濃度が不連続に変化する。なお、図４に示している矢印は、不純物イオンが注入される範囲と方向を示している。
本実施例でも第１半導体層１０８の（１００）面と第２半導体層１０６の（１００）面は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい範囲で交差していればよく、第２半導体層１０６のチャネリング防止効果が最も高く得られるという観点から、特に７°以上で８°以下の範囲で交差していることが好ましい。
【００２４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば上記実施例では、第１半導体層と第２半導体層のいずれか一方の（１００）面が、第１半導体層と第２半導体層の界面に平行に形成されている。しかしながら、第１半導体層と第２半導体層の双方の（１００）面が、第１半導体層と第２半導体層の界面に平行に形成されていなくてもよい。第２実施例で説明したように、第１半導体層の（１００）面に直交する方向から不純物イオンを注入すれば、第１半導体層と第２半導体層の双方の（１００）面が、第１半導体層と第２半導体層の界面に平行に形成されていなくても、第１半導体層ではチャネリングされやすく、第２半導体層ではチャネリングされにくい関係を得られる。第１半導体層と第２半導体層のいずれか一方の（１００）面が、第１半導体層と第２半導体層の界面に対して傾斜を有していればよい。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例１の半導体ウエハを示す。
【図２】実施例１の半導体ウエアの製造工程を示す。
【図３】実施例１の半導体ウエハの製造工程を示す。
【図４】実施例２の半導体ウエハを示す。
【図５】実施例１の半導体ウエハにおいて、厚み方向の位置と不純物イオンの濃度との関係を示す。
【符号の説明】
【００２６】
４：酸化膜
６：第２半導体層
８：第１半導体層
１０、１００：半導体ウエハ
【図１】
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【図２】
2008262973.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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