(57)【要約】【課題】高品質な半導体素子を製造可能なＳＯＩウェーハおよびＳＯＩウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】支持基板上に酸化膜層を形成する酸化膜形成工程と、一方面に高濃度不純物層が形成された活性層を、当該高濃度不純物層と酸化膜とが接合するように酸化膜層上に形成する活性層形成工程と、高濃度不純物層が外気と触れる箇所に当該高濃度不純物層と外気との接触を防止するキャップ部を形成するキャップ形成工程とを備えることを特徴とする、ＳＯＩウェーハの製造方法である。【選択図】図１
2012234874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板上に酸化膜層を形成する酸化膜形成工程と、
一方面に高濃度不純物層が形成された活性層を、当該高濃度不純物層と前記酸化膜とが接合するように前記酸化膜層上に形成する活性層形成工程と、
前記高濃度不純物層が外気と触れる箇所に当該高濃度不純物層と外気との接触を防止するキャップ部を形成するキャップ形成工程とを備えることを特徴とする、ＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記酸化膜形成工程において前記支持基板上に前記酸化膜層が形成されて成る基板を第１基板とし、
前記活性層形成工程は、
半導体基板に活性不純物イオンを導入することによって、前記高濃度不純物層および前記活性層を備えた第２基板を製造する第２基板製造工程と、
前記第１基板に前記第２基板を貼り合わせる貼合工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記第２基板製造工程において、前記半導体基板の縁部領域へ前記活性不純物イオンを導入しないよう前記半導体基板へ選択的に当該活性不純物イオンを導入することによって当該半導体基板の縁部領域を前記キャップ部として形成することで、前記キャップ形成工程が当該第２基板製造工程と同一工程により実現されることを特徴とする、請求項２に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記キャップ形成工程は、前記活性層形成工程の後に実行され、
前記キャップ形成工程において、前記高濃度不純物層が外気と触れる箇所に前記キャップ部としてケイ素酸化膜を形成することを特徴とする、請求項１または２の何れか１項に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記キャップ部が形成された後に前記活性層の他方面においてエピタキシャル層を形成するエピタキシャル成長工程をさらに備えることを特徴とする、請求項１から４の何れか１項に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項６】
前記キャップ形成工程において、前記エピタキシャル成長工程における前記活性層中の前記活性不純物イオンの拡散係数をＤとし、当該工程における成長時間をｔ（min）とした場合、式（Ａ）で表される値Ｘ以上の厚みとなるよう前記キャップ部を形成することを特徴とする、請求項５に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
Ｘ＝（Ｄ×ｔ）1/2      …（Ａ）
【請求項７】
支持基板と、
前記支持基板上に形成された酸化膜層と、
前記酸化膜層上に形成され、活性不純物イオンを含む高濃度不純物層と、
前記高濃度不純物層上に形成された活性層と、
前記高濃度不純物層が外気と触れる箇所に形成され、当該高濃度不純物層と外気との接触を防止するキャップ部とを備えることを特徴とする、ＳＯＩウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＯＩウェーハおよびＳＯＩウェーハの製造方法に関し、より特定的には、埋込高濃度不純物層を備えたＳＯＩ基板およびＳＯＩ基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子用の基板の一つとして、酸化膜を単結晶シリコン基板内部に挟み込むよう形成したＳＯＩ（Silicon On Insulator）構造を有するＳＯＩ基板がある。ＳＯＩ基板は、一般的に同様の積層構造を有するＳＯＩウェーハを切り出すことによって製造される。このようなＳＯＩ基板に金属不純物が混入して、いわゆる金属汚染が生じた場合、当該基板を用いて製造される半導体素子の電気特性が劣化するおそれがある。このような金属汚染を防ぐため、内部に金属成分を捕獲するためのゲッタリング層を備えたＳＯＩ基板が開発されている。
【０００３】
上記のようなＳＯＩ基板の製造方法が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されるＳＯＩ基板の製造方法では、先ず、活性不純物であるヒ素又はアンチモンを導入して高濃度不純物層（ゲッタリング層）を形成した単結晶シリコン基板と、高濃度不純物層を形成しない単結晶シリコン基板とを、シリコン酸化膜を介して貼り合わせる。その後、貼り合わされた基板を結合熱処理した後、上述のゲッタリング層を形成した単結晶シリコン基板を、平面研削および鏡面研磨あるいはエッチング等により薄膜化することによって、高濃度不純物層を内部に挟み込むように備えたＳＯＩウェーハを形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２２７４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示されるような従来のＳＯＩウェーハにエピタキシャル層を形成するべく加熱処理を行うと、不純物が活性層に混入する現象、いわゆるオートドープが起こるおそれがあった。
【０００６】
具体的には、特許文献１のように高濃度不純物層を形成した半導体基板を平面研削および鏡面研磨あるいはエッチング等により薄膜化する際には、基板縁部の不良部位を削除する研磨処理（いわゆる、テラス研磨）が行われる場合がある。テラス研磨により半導体基板１００にテラス部７０が形成されると、図５に示すように当該テラス部７０において高濃度不純物層１２２（ゲッタリング層）の一部が外気と触れるように露出した状態となる場合がある。なお、図５は、従来の高濃度不純物層を備えた半導体ウェーハの部分断面図である。このような状態で半導体ウェーハ１００の活性層１２１においてエピタキシャル層１２３を形成すべく加熱処理等を行うと、高濃度不純物層１２２に含まれていた不純物が外気を伝って活性層に混入するオートドープが起こる場合がある。
【０００７】
そして、上述のようなオートドープが発生すると、例えば、当該ＳＯＩウェーハから切り出されるＳＯＩ基板を用いて製造されるトランジスタの電流増幅率（ｈＦＥ）や、ダイオードの接合耐圧等の素子性能が低下するおそれがあった。
【０００８】
本発明は上記の課題を鑑みて成されたものであり、高品質な半導体素子を製造可能なＳＯＩウェーハおよびＳＯＩウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本願は以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明は、
支持基板上に酸化膜層を形成する酸化膜形成工程と、一方面に高濃度不純物層が形成された活性層を、当該高濃度不純物層と酸化膜とが接合するように酸化膜層上に形成する活性層形成工程と、高濃度不純物層が外気と触れる箇所に当該高濃度不純物層と外気との接触を防止するキャップ部を形成するキャップ形成工程とを備えることを特徴とする、ＳＯＩウェーハの製造方法である。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、酸化膜形成工程において支持基板上に酸化膜層が形成されて成る基板を第１基板とし、活性層形成工程は、半導体基板に活性不純物イオンを導入することによって、高濃度不純物層および活性層を備えた第２基板を製造する第２基板製造工程と、第１基板に第２基板を貼り合わせる貼合工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は、第２の発明において、第２基板製造工程において、半導体基板の縁部領域へ活性不純物イオンを導入しないよう半導体基板へ選択的に当該活性不純物イオンを導入することによって当該半導体基板の縁部領域をキャップ部として形成することで、キャップ形成工程が当該第２基板製造工程と同一工程により実現されることを特徴とする。
【００１２】
第４の発明は、第１または２の何れか１つの発明において、キャップ形成工程は、活性層形成工程の後に実行され、キャップ形成工程において、高濃度不純物層が外気と触れる箇所にキャップ部としてケイ素酸化膜を形成することを特徴とする。
【００１３】
第５の発明は、第１から４の何れか１つの発明において、キャップ部が形成された後に活性層の他方面においてエピタキシャル層を形成するエピタキシャル成長工程をさらに備えることを特徴とする。
【００１４】
第６の発明は、第５の発明において、キャップ形成工程において、エピタキシャル成長工程における活性層中の活性不純物イオンの拡散係数をＤとし、当該工程における成長時間をｔ（min）とした場合、式（Ａ）で表される値Ｘ以上の厚みとなるようキャップ部を形成することを特徴とすることを特徴とする。
Ｘ＝（Ｄ×ｔ）1/2…（Ａ）
【００１５】
第７の発明は、支持基板と、支持基板上に形成された酸化膜層と、酸化膜層上に形成され、活性不純物イオンを含む高濃度不純物層と、高濃度不純物層上に形成された活性層と、高濃度不純物層が外気と触れる箇所に形成され、当該高濃度不純物層と外気との接触を防止するキャップ部とを備えることを特徴とする、ＳＯＩウェーハである。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、高品質な半導体素子を製造可能なＳＯＩウェーハを製造することができる。具体的には、高濃度不純物層に含まれる不純物の外気への漏出がキャップ部によって防がれるため、当該不純物によるオートドープを抑制し、高品質なＳＯＩウェーハを製造することができる。
【００１７】
第２の発明によれば、簡単な方法で高濃度不純物層を内部に備えたＳＯＩウェーハを製造できる。
【００１８】
第３の発明によれば、少ない工程でキャップ部を形成することができる。
【００１９】
第４の発明によれば、既存の工程設備を流用して容易に本発明に係るＳＯＩウェーハを製造することができる。
【００２０】
第５の発明によれば、純度の高いエピタキシャル層を備えたＳＯＩウェーハを製造することができる。
【００２１】
第６の発明によれば、高濃度不純物層に含まれる不純物の外気への漏洩を、より確実に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態に係るＳＯＩウェーハ１の構成を示す部分断面図
【図２】第１の実施形態に係るＳＯＩウェーハ１の製造方法の一例を示す図
【図３】第２の実施形態に係るＳＯＩウェーハ２の構成を示す部分断面図
【図４】第２の実施形態に係るＳＯＩウェーハ２の製造方法の一例を示す図
【図５】従来の高濃度不純物層を備えた半導体ウェーハの部分断面図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係るＳＯＩウェーハ１について説明する。先ず、図１を参照してＳＯＩウェーハ１の構成について説明する。なお、図１は、第１の実施形態に係るＳＯＩウェーハ１の構成を示す部分断面図である。図１に示すように、ＳＯＩウェーハ１は、支持基板１１、酸化膜層１２、活性層２１、高濃度不純物層２２、エピタキシャル層２３、およびキャップ部３１を備える。
【００２４】
支持基板１１は、典型的には単結晶シリコン基板などの半導体材料により形成された板状部材である。支持基板１１の表面には酸化膜層１２が形成されている。酸化膜層１２は、支持基板１１の表面を酸化する等して形成された酸化物（例えばＳｉＯ2）の膜層である。酸化膜層１２上には活性層２１が形成される。活性層２１は、支持基板１１と同様に典型的には単結晶シリコン基板などの半導体材料から成る層状領域である。活性層２１の裏側（酸化膜層１２と接合する側）の面には、高濃度不純物層２２が形成される。すなわち、酸化膜層１２上には高濃度不純物層２２が形成され、高濃度不純物層２２上に活性層２１が位置する構造となっている。高濃度不純物層２２は、例えばヒ素（Ａｓ）などの活性不純物を含む領域層であり、いわゆるゲッタリング層としての機能を有する。高濃度不純物層２２は、例えば、活性層２１を構成する単結晶シリコン基板に活性不純物を導入して形成される。一方、活性層２１の表側（高濃度不純物層２２が形成されている側とは反対側）の面には、エピタキシャル層２３が形成される。エピタキシャル層２３は、活性層２１に対して所定のエピタキシャル成長処理を施して形成される領域層である。
【００２５】
上記のような積層構造を有するＳＯＩウェーハ１は、図１に示す通り、外周縁部がテラス研磨されることによりテラス部７０を有する構造となっている。ここで、高濃度不純物層２２の縁部はキャップ部３１により覆われており、ＳＯＩウェーハ１の内部に埋設された状態となっている。すなわち、ＳＯＩウェーハ１は、高濃度不純物層２２が外気と触れることがないよう構成されている。なお、第１の実施形態に係るキャップ部３１は、活性層２１と同様の材質で活性層２１と一体的に形成されている。
【００２６】
以下、図２を参照して、上述ＳＯＩウェーハ１の製造方法ついて説明する。図２は、第１の実施形態に係るＳＯＩウェーハ１の製造方法の一例を示す図である。
【００２７】
先ず、図２の（ａ）に示すように、支持基板１１の表面に酸化膜層１２を形成して成る第１基板１０を製造する。
【００２８】
次いで、図２の（ｂ）に示すように、活性層２１となる単結晶シリコン基板（以下、活性層基板２４と称する）を第１基板１０とは別途に用意する。そして、活性層基板２４の裏面に、例えばＡｓイオン等の活性不純物を導入して、高濃度不純物層２２を形成する。より詳細には、ｎ型Ａｓイオンを、ドーズ量３．７０Ｅ＋１５(ｃｍ-2）、注入エネルギー８０（ｋｅＶ）、ピーク濃度５．０Ｅ＋１９(ｃｍ-2）の条件で導入する。この際、活性層基板２４の縁部ＥにはＡｓイオンが導入されないよう、活性層基板２４における当該イオンの導入領域を適宜選択するものとする。具体的には、Ａｓイオンが透過しない材質で形成されたステンシルマスク５０を活性層基板２４の縁部Ｅに対応した位置に予め配置した状態で、Ａｓイオンを導入する。このようにして高濃度不純物層２２を備えた成る第２基板２０を製造する。なお、上記高濃度不純物層２２の形成方法は一例であり、従来周知の任意の手法を用いて高濃度不純物層２２を形成して良い。
【００２９】
次いで、図２の（ｃ）に示すように、高濃度不純物層２２と酸化膜層１２とが接合するよう第１基板１０と第２基板２０とを貼り合わせる。次いで、図２の（ｄ）に示すように図２の（ｃ）に示した基板を研削することによって活性層２１を薄膜化する。また、テラス研磨を行うことによりテラス部７０を形成する。
【００３０】
次いで、図２の（ｅ）に示すように、図２の（ｄ）に示した基板についてエピタキシャル成長処理を施し、活性層２１の表面にエピタキシャル層２３を形成する。より詳細には、雰囲気温度１２００（℃）、処理時間２（ｍｉｎ）の条件でエピタキシャル成長処理を行う。以上のようにして、本発明第１の実施形態に係るＳＯＩウェーハ１が製造される。
【００３１】
以上の通り、本発明第１の実施形態に係るＳＯＩウェーハ１では、その製造過程において高濃度不純物層２２が外気と触れる箇所にキャップ部３１が形成されていることから、上記のような高温雰囲気でエピタキシャル成長処理を行ったとしても、当該成長処理中に高濃度不純物層２２に含まれていた不純物が外気中へ漏出することがなく、エピタキシャル層２３への不純物のオートドープを抑制することができる。すなわち、本発明第１の実施形態に係るＳＯＩウェーハ１を用いれば、高品質な半導体素子を製造することができる。
【００３２】
また、本発明第１の実施形態に係るＳＯＩウェーハ１では、Ａｓイオン等の活性不純物イオンの導入領域をマスク等で限定する簡単な工法で、容易にキャップ部３１を形成することができる。したがって、キャップ部３１を新たに作成する工程等を増やすことなく、比較的少ない工程で上述オートドープを抑制する効果を得ることができる。
【００３３】
なお、単結晶シリコン（Ｓｉ）により構成されている第１の実施形態に係るキャップ部３１の厚みＷ１は、下記のような計算式により求めた拡散長Ｘ以上とすることが、より好ましい。このような厚みとすることによって、高濃度不純物層２２に含まれる不純物の外気への漏洩を、より確実に防ぐことができる。具体的には、エピタキシャル成長工程における活性層２１中の活性不純物（Ａｓイオン）の拡散係数をＤとし、当該工程における成長時間をｔ（ｍｉｎ）とした場合、拡散長Ｘは、式（１）で表される。
Ｘ＝（Ｄ×ｔ）1/2      …（１）
活性不純物Ｄは、ボルツマン定数をｋ（ｅＶ／ｋ）、エピタキシャル成長工程の雰囲気温度をＴ（℃）とすると式（２）により算出される。
Ｄ＝Ｄ0ｅｘｐ（−Ｑ0／ｋＴ）      …（２）
なお、式（２）に示す定数Ｄ0および定数Ｑ0は、活性不純物および活性層２１の材料固有の値である。例えば、活性不純物がＡｓであり、且つ活性層２１がＳｉである場合、定数Ｄ0は、０．３２（ｃｍ2／ｓｅｃ）定数Ｑ0は３．５６（ｋｅＶ）である。
【００３４】
上記のような式から、雰囲気温度１２００（℃）、処理時間２（ｍｉｎ）の条件でエピタキシャル成長処理を行うことを前提とした場合、キャップ部３１の厚みＷ１は０．０５（μｍ）以上とすることが好ましい。
【００３５】
（第２の実施形態）
上記第１の実施形態では、キャップ部をウェーハ内に形成する例について説明したが、キャップ部をウェーハ表面部に個別形成する態様としても良い。以下、第２の実施形態に係るＳＯＩウェーハ２について説明する。
【００３６】
先ず、図３を参照してＳＯＩウェーハ２の構成について説明する。なお、図３は、第２の実施形態に係るＳＯＩウェーハ２の構成を示す部分断面図である。図３に示すように、
第２の実施形態に係るＳＯＩウェーハ２は、第１の実施形態に係るＳＯＩウェーハ１と同様に、支持基板１１、酸化膜層１２、活性層２１、高濃度不純物層２２、エピタキシャル層２３を備える。一方、第２の実施形態に係るＳＯＩウェーハ２は、第１の実施形態に示したキャップ部３１に代えてキャップ部３２を備える。以下、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３７】
キャップ部３２は、高濃度不純物層２２の縁部が外気と触れぬよう、これを覆うようテラス部７０に沿って形成されている部材である。キャップ部３２の材料としては、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）等のケイ素酸化物を用いることができる。
【００３８】
以下、図４を参照して、上述ＳＯＩウェーハ２の製造方法ついて説明する。図４は、第２の実施形態に係るＳＯＩウェーハ２の製造方法の一例を示す図である。
【００３９】
先ず、図４の（ａ）に示すように、支持基板１１の表面に酸化膜層１２を形成して成る第１基板１０を製造する。
【００４０】
次いで、図４の（ｂ）に示すように、活性層２１となる単結晶シリコン基板（以下、活性層基板２４と称する）を第１基板１０とは別途に用意する。そして、活性層基板２４の裏面に、例えばＡｓイオン等の活性不純物を導入して、高濃度不純物層２２を形成する。第２の実施形態では、第１の実施形態とは異なり、活性層基板２４の裏面全体に活性不純物（Ａｓイオン）を導入して良い。
【００４１】
次いで、図４の（ｃ）に示すように、高濃度不純物層２２と酸化膜層１２とが接合するよう第１基板１０と第２基板２８とを貼り合わせる。次いで、図４の（ｄ）に示すように、図４の（ｃ）に示した基板を研削することによって活性層２１を薄膜化する。また、テラス研磨を行うことによりテラス部７０を形成する。
【００４２】
次いで、図４の（ｅ）に示すように、図４の（ｄ）に示した基板の外周縁部についてのみキャップ部３２を形成する。より詳細には、先ず、熱酸化法により、例えば、雰囲気温度１１００（℃）、処理時間４０（ｍｉｎ）の条件化で図４の（ｄ）に示した基板を加熱することによって当該基板の表面全体にケイ素酸化膜を形成する。その後、テラス部７０のみをレジストで覆い、当該レジストで被覆されていない領域のケイ素酸化膜をエッチングにより除去する。なお、上記熱酸化法による加熱処理は、当該処理中のオートドープを抑制するべく、後述エピタキシャル成長処理よりも低い雰囲気温度で行うことが好ましい。
【００４３】
次いで、図４の（ｆ）に示すように、図４の（ｅ）に示した基板についてエピタキシャル成長処理を施し、活性層２１の表面にエピタキシャル層２３を形成する。以上のようにして、本発明第１の実施形態に係るＳＯＩウェーハ２が製造される。
【００４４】
以上の通り、本発明第２の実施形態に係るＳＯＩウェーハ２では、第１の実施形態と同様に、その製造過程で高濃度不純物層２２が外気と触れる箇所にキャップ部３２が形成されていることから、高温雰囲気でエピタキシャル成長処理を行ったとしても、当該成長処理中に高濃度不純物層２２に含まれていた不純物が外気中へ漏出することがなく、エピタキシャル層２３への不純物のオートドープを抑制することができる。すなわち、本発明第２の実施形態に係るＳＯＩウェーハ２を用いれば、高品質な半導体素子を製造することができる。
【００４５】
また、本発明第２の実施形態に係るＳＯＩウェーハ２では、半導体層を積層形成した後にキャップ部を後から形成するため、既存の工程設備を流用し易いという利点がある。
【００４６】
なお、第２の実施形態に係るキャップ部３２は、その材質がＳｉＯ2であることから、第１の実施形態とは活性不純物の拡散係数Ｄの値が異なる。具体的には、活性不純物がＡｓであり、且つ活性層２１がＳｉＯ2である場合、上式（２）中の定数Ｄ0は、６７（ｃｍ2／ｓｅｃ）定数Ｑ0は３．７（ｋｅＶ）となる。したがって、上述の式（１）、（２）に基づいて、キャップ部３２の厚みＷ２は、０．５μｍ以上とすることが好ましい。
【００４７】
なお、上記各実施形態では、高濃度不純物層２２を形成する際に導入する活性不純物としてＡｓイオンを用いる例を示したが、従来周知の他の不純物を用いても構わない。例えば、ボロン（Ｂ）等を活性不純物として用いても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明に係るＳＯＩウェーハおよびＳＯＩウェーハの製造方法は、高品質な半導体素子を製造可能なＳＯＩウェーハおよびＳＯＩウェーハの製造方法などとして有用である。
【符号の説明】
【００４９】
１、２    ＳＯＩウェーハ
１０    第１基板
１１、１１１    支持基板
１２、１１２    酸化膜層
２０、２８    第２基板
２１、１２１    活性層
２２、１２２    高濃度不純物層
２３、１２３    エピタキシャル層
２４    活性層基板
３１、３２  キャップ部
５０    ステンシルマスク
７０、１７０    テラス部
【図１】
2012234874.tif 000003
【図２】
2012234874.tif 000004
【図３】
2012234874.tif 000005
【図４】
2012234874.tif 000006
【図５】
2012234874.tif 000007