(57)【要約】【課題】  単結晶層のうちの埋め込み絶縁層に面する側の深さ範囲に不純物が含まれている積層基板を製造する際に、単結晶層に結晶欠陥が発生するのを抑制できる製造方法を提供する。【解決手段】  ベース層２の表面に酸化シリコン層４を形成する。次に、酸化シリコン層４の表面から不純物を注入し、酸化シリコン層４内に不純物高濃度含有領域を形成する。次に、酸化シリコン層４の表面に追加酸化シリコン層１４を形成する。次に、追加酸化シリコン層１４の表面にシリコン単結晶層１２を重ね合わせる。貼り合わせ時の加熱する。その結果、酸化シリコン層４に注入された不純物は、追加酸化シリコン層１４を貫通してシリコン単結晶層１２に固層拡散する。シリコン単結晶層１２のうちの埋め込み絶縁層１５に面する側の深さ範囲に固層拡散領域２２が形成される。シリコン単結晶層１２の結晶性が破壊されることがない。【選択図】  図５
2009010298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース層と埋め込み絶縁層と単結晶層が順に積層されており、単結晶層のうちの埋め込み絶縁層に面する側の深さ範囲に不純物が拡散している積層基板を製造する方法であり、
前記不純物が導入されている絶縁層をベース層の表面に形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層形成工程で形成された絶縁層の表面に単結晶層を重ね合わせる工程と、
前記重ね合わせ工程で重ね合わせたベース層と絶縁層と単結晶層を、絶縁層の表面に単結晶層が接合し、かつ絶縁層に導入されている不純物が単結晶層に拡散する条件で加熱する工程と、
を備えていることを特徴とする積層基板の製造方法。
【請求項２】
前記絶縁層形成工程が、絶縁層をベース層の表面に形成する段階と、前記段階で形成された絶縁層に不純物を注入する段階を含むことを特徴とする請求項１の積層基板の製造方法。
【請求項３】
前記不純物注入段階で、絶縁層の表面に臨む範囲に不純物が留まる注入エネルギーで不純物を注入し、
不純物を注入した絶縁層の表面に不純物が導入されていない絶縁層を形成してから前記重ね合わせ工程を実施することを特徴とする請求項２の積層基板の製造方法。
【請求項４】
前記不純物注入段階で、絶縁層の表面に臨む範囲に不純物が留まる注入エネルギーで不純物を注入し、
単結晶層の表面に絶縁層を形成してから前記重ね合わせ工程を実施することを特徴とする請求項２の積層基板の製造方法。
【請求項５】
前記不純物注入段階で、絶縁層の表面に臨む範囲を不純物が通過する注入エネルギーで不純物を注入することを特徴とする請求項２の積層基板の製造方法。
【請求項６】
前記単結晶層がシリコン単結晶層であり、前記絶縁層が酸化シリコン層であることを特徴とする請求項１から５のいずれかの１項の積層基板の製造方法。
【請求項７】
ベース層と埋め込み絶縁層と単結晶層が順に積層されており、単結晶層のうちの埋め込み絶縁層に面する側の深さ範囲に不純物が拡散している積層基板であり、
不純物濃度が最大値となる深さが、埋め込み絶縁層と単結晶層の界面に存在することを特徴とする積層基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベース層と埋め込み絶縁層と単結晶層が順に積層されており、単結晶層のうちの埋め込み絶縁層に面する側の深さ範囲に不純物が拡散している積層基板を製造する方法と、その製造方法で製造可能な積層基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
ベース層と埋め込み絶縁層と単結晶層が順に積層されており、単結晶層のうちの埋め込み絶縁層に面する側の深さ範囲に不純物が導入されている積層基板が知られている。この種の積層基板は、例えば縦型半導体素子を製造する場合に有用であり、単結晶層のうちの不純物を高濃度に含む領域がコレクタ領域の一部に利用される。
【０００３】
図１２〜１４に、ベース層と埋め込み絶縁層と単結晶層が順に積層されており、単結晶層のうちの埋め込み絶縁層に面する側の深さ範囲に不純物が拡散している積層基板２００の従来の製造方法を示す。
まず、図１２に示すように、イオン注入法により、単結晶層４２の表面から不純物６を注入し、単結晶層４２の表面に不純物高濃度含有領域４２ａを形成する。
次に、図１３に示すように、ベース層３２を用意し、熱酸化法やＣＶＤ法によって、ベース層３２の表面に絶縁層３４を形成する。
次に、図１４に示すように、絶縁層３４の表面に単結晶層４２の不純物高濃度含有領域４２ａを重ね合わせる。重ね合わせた後、絶縁層３４と不純物高濃度含有領域４２ａが接合される条件で加熱を行う。
【０００４】
上記の結果、ベース層３２と埋め込み絶縁層３４と単結晶層４２が順に積層されており、単結晶層４２のうちの埋め込み絶縁層３４に面する側の深さ範囲に不純物が注入されている積層基板２００が形成される。
単結晶層４２へ不純物６をイオン注入すると、気相拡散法を用いて単結晶層４２の表面から不純物６を拡散した場合に比べて、単結晶層４２の深さに対して不純物６の濃度が敏感に変化する分布を得ることをできる。すなわち、不純物高濃度含有領域４２ａを狭い深さ範囲に集中的に形成することができる。そのため、単結晶層４２へ不純物６を導入する際には、一般的にイオン注入法が用いられる。このような積層基板２００の製造方法が、例えば特許文献１などに開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平３−１１０８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
単結晶層へ不純物を導入するためにイオン注入法を用いた場合、単結晶層の結晶性が破壊されやすい。結晶欠陥の中にはその後の加熱処理によって結晶欠陥が解消するものもあるが、転位ループ等の結晶欠陥はその後の熱処理によっても解消しない。その結果、従来の製造方法で得られた積層基板を加工してデバイスを製造すると、リーク電流の増大や絶縁破壊などの素子特性の劣化を引き起こす。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決する。すなわち、ベース層と埋め込み絶縁層と単結晶層が順に積層されており、単結晶層のうちの埋め込み絶縁層に面する側の深さ範囲に不純物が含まれている積層基板の製造過程において、単結晶層で結晶欠陥が発生することを抑制できる積層基板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】
【０００８】
この発明は、ベース層と埋め込み絶縁層と単結晶層が順に積層されており、単結晶層のうちの埋め込み絶縁層に面する側の深さ範囲に不純物が拡散している積層基板を製造する方法に関する。
本発明の製造方法は、不純物が導入されている絶縁層をベース層の表面に形成する絶縁層形成工程と、絶縁層形成工程で形成された絶縁層の表面に単結晶層を重ね合わせる工程と、重ね合わせ工程で重ね合わせたベース層と絶縁層と単結晶層を、絶縁層の表面に単結晶層が接合し、かつ絶縁層に導入されている不純物が単結晶層に拡散する条件で加熱する工程を備えている。
【０００９】
本方法では、ベース層の表面に不純物が導入されている絶縁層を形成する（絶縁層形成工程）。不純物はｎ型であってもよいし、ｐ型であってもよい。絶縁層は熱酸化法で形成してもよいし、ＣＶＤ法等の気相成長法で形成してもよい。ここでいう導入とは注入に限られない。熱酸化法または気相成長法で形成した絶縁層に不純物を注入してもよいし、不純物を導入しながら絶縁層を気相成長させてもよい。本方法では、絶縁層形成工程で形成された絶縁層の表面に単結晶層を重ね合わせる（重ね合わせ工程）。本方法では、重ね合わせたベース層と絶縁層と単結晶層を、絶縁層の表面に単結晶層が接合し、かつ絶縁層に導入されている不純物が単結晶層に拡散する条件で加熱する。
上記の条件で加熱することで、絶縁層と単結晶層が接合される。さらに、絶縁層に導入されている不純物が単結晶層に固層拡散する。不純物は、単結晶層のうちの埋め込み絶縁層に面する側の深さ範囲に拡散する。
【００１０】
本方法では、単結晶層に不純物を直接的には注入しない。不純物が導入されている絶縁層から単結晶層へ不純物を固相拡散させることによって、単結晶層のうちの埋め込み絶縁層に面する側の深さ範囲に不純物を導入する。この方法によると、単結晶層の結晶性が破壊されることがない。単結晶層で結晶欠陥が発生するのを抑制することができる。
【００１１】
本方法では、絶縁層形成工程が、絶縁層をベース層の表面に形成する段階と、その段階で形成された絶縁層に不純物を注入する段階を含むことが好ましい。
不純物を注入すると、不純物を導入しながら絶縁層を成長させる場合に比べて、不純物の注入深さと注入濃度のプロファイルを調整しやすい。その結果、単結晶層内における不純物の拡散パターン（不純物の拡散深さと拡散濃度のプロファイル）を調整することができる。
【００１２】
絶縁層に不純物を注入する場合、絶縁層の表面に臨む範囲に不純物が留まる注入エネルギーで、不純物を注入することができる。
この場合、不純物を注入した絶縁層の表面に不純物が注入されていない絶縁層を形成してから、絶縁層の表面に単結晶層を重ね合わせることが好ましい。
不純物が注入されていない絶縁層を形成すると、その絶縁層の厚みを調整することによって、不純物が単結晶層内で拡散する深さ範囲を制御することが可能となる。不純物の拡散領域を埋め込み絶縁層に接する狭い深さ範囲内に留めることが可能となる。この場合、同一厚みの単結晶層であれば不純物拡散領域以外の単結晶層の厚みを厚くすることができる。不純物拡散領域以外の単結晶層の厚みに所望の厚みが要求されている場合、不純物の拡散領域を埋め込み絶縁層に接する狭い深さ範囲内に留めることによって、必要な単結晶層の厚みを減じることができる。単結晶層の厚みを減じることができれば、単結晶層の深部に位置する不純物拡散領域と単結晶層の表面を導通させるのに必要な領域を不純物拡散工程によって形成するのに必要な拡散時間を短縮化することができる。基板表面に平行な面内での拡散現象を抑えることができる。基板表面内での素子の集積度を向上させることもできる。
【００１３】
絶縁層の表面に臨む範囲に不純物が留まる注入エネルギーで不純物を注入する場合、単結晶層の表面（絶縁層に重ねる側の表面）に絶縁層を形成してから重ね合わせ工程を実施してもよい。その場合も、単結晶層の表面に形成する絶縁層の厚みを調整することによって、不純物が単結晶層内で拡散する深さ範囲を制御することが可能となる。
【００１４】
絶縁層に不純物を注入する場合、絶縁層の表面に臨む範囲を不純物が通過する注入エネルギーで、不純物を注入することもできる。
注入エネルギーを調整することで、絶縁層の内部に不純物を注入することができる。その結果、不純物を注入した領域と単結晶層の間に不純物濃度の低い絶縁層が形成される。この不純物濃度の低い絶縁層は不純物の拡散を抑制する。そのため、追加絶縁層を形成することなく、単結晶層に不純物が拡散する拡散深さを制御することができる。
【００１５】
本発明の製造方法では、単結晶層がシリコン単結晶層であり、絶縁層が酸化シリコン層であることが好ましい。
絶縁層の材料が酸化シリコンであり、単結晶層の材料がシリコン単結晶である場合、酸化シリコンに含まれていたｎ型の不純物はシリコン単結晶中に移動しやすい。酸化シリコンに含まれていたｎ型の不純物のほぼ全量をシリコン単結晶中に移動させ、シリコン単結晶中に拡散させることもできる。絶縁層に導入しておく不純物量を制御しておくことによって、シリコン単結晶中の不純物拡散領域の不純物濃度と拡散領域の広がり範囲を制御することができる。本発明のメリットをよく活用することができる。
【００１６】
本発明によって、ベース層と埋め込み絶縁層と単結晶層が順に積層されており、単結晶層のうちの埋め込み絶縁層に面する側の深さ範囲に不純物が拡散している積層基板が実現される。本発明で実現される積層基板は、不純物濃度が最大値となる深さが、埋め込み絶縁層と単結晶層の界面に存在する。
従来の技術で製造された積層基板は、不純物濃度がピークとなる深さが単結晶層の中間深さにあった。それに対して、本発明によると、不純物濃度がピークとなる深さが埋め込み絶縁層と単結晶層の界面にある。そのために、不純物の拡散領域を埋め込み絶縁層に接する狭い深さ範囲内に留めることが可能となる。上記の積層基板は、埋め込み絶縁層からの固層拡散によって単結晶層に不純物が拡散されている。このため、単結晶層内の結晶欠陥の発生が抑制されている。
本発明で実現される積層基板は、不純物拡散領域以外の単結晶層の厚みを確保しやすく、その単結晶層に存在する結晶欠陥密度を低減することができる。リーク電流や絶縁破壊などの素子特性に優れているともに、集積度の高い半導体素子を製造することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、ベース層と埋め込み絶縁層と単結晶層が順に積層されており、単結晶層のうちの埋め込み絶縁層に面する側の深さ範囲に不純物が含まれている積層基板を製造する際に、単結晶層内で結晶欠陥が発生するのを抑制することができる。さらに、単結晶層を薄く形成することができ、半導体素子の製造時間を短縮することができる。また半導体素子の集積度を向上させることもできる。
【実施例】
【００１８】
（第１実施例）
図１〜５に、第１実施例の積層基板１００の製造方法を示す。最初に、図１に示すように、シリコン単結晶層１の表面を熱酸化して酸化シリコン層４を形成する。熱酸化しないシリコン単結晶層１が、ベース層２となる。これに代えて、シリコン単結晶のベース層２の表面に、ＣＶＤ法によって酸化シリコン層４を形成してもよい。
次に図２に示すように、酸化シリコン層４の表面から、酸化シリコン層４の表面に臨む範囲に留まる注入エネルギーで、ｎ＋型の不純物６を注入する。その結果、酸化シリコン層４の表面に不純物高濃度含有領域４ａが形成される。ｎ＋型の不純物６の材料には、例えば、リン、ヒ素、アンチモンなどを用いる。また、ｎ＋型の不純物６の注入量は、１×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２〜１×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２とする。
次に図３に示すように、不純物高濃度含有領域４ａの表面に、追加酸化シリコン層１４を形成する。追加酸化シリコン層１４はＣＶＤ法により形成することができる。追加酸化シリコン層１４には、不純物を注入しない。
次に図４に示すように、追加酸化シリコン層１４の表面にシリコン単結晶層１２を重ね合わせる。
【００１９】
次に図５に示すように、ベース層２と酸化シリコン層４と追加酸化シリコン層１４とシリコン単結晶層１２を重ね合わせた状態で１１００℃以上で加熱する。この加熱によって、追加酸化シリコン層１４とシリコン単結晶層１２は接合される。さらに、酸化シリコン層４に注入されていたｎ＋型の不純物６がシリコン単結晶層１２に拡散する。ｎ＋型の不純物６は、酸化シリコン層４，１４中に存在するよりも、シリコン単結晶層１２中に存在しやすい。このために、不純物高濃度含有領域４ａに含まれていたｎ＋型の不純物６は、追加酸化シリコン層１４に固層拡散して通過し、ついで単結晶シリコン層１２に固層拡散し、単結晶シリコン層１２中で安定する。不純物高濃度含有領域４ａに含まれていたｎ＋型の不純物６の大部分は、追加酸化シリコン層１４を通過して単結晶シリコン層１２に固層拡散する。以上によって、シリコン単結晶層１２のうち、酸化シリコン層１４，４に面する側の深さ範囲にｎ＋型の不純物６の固層拡散領域２２が形成される。なお、酸化シリコン層４と追加酸化シリコン層１４は一体化して埋め込み絶縁層１５となる。
上記の結果、シリコン単結晶層１２のうちの埋め込み絶縁層１５に面する側の深さ範囲に不純物６が拡散している積層基板１００が形成される。積層基板１００のシリコン単結晶層１２には、不純物６が固層拡散しているものの、不純物６を注入した場合と比して、結晶欠陥の発生が大幅に抑制されている。
積層基板１００の固層拡散領域２２には、ｎ＋型の不純物６が高濃度に含まれており、抵抗が低い。シリコン単結晶層１２の半導体構造を製造した場合に、固層拡散領域２２の抵抗が低いことから高品質な半導体装置を製造することが可能となる。
また、追加酸化シリコン層１４の厚さを変えることによって、不純物６が拡散している固層拡散領域２２の厚みを制御することができる。必要に応じて固層拡散領域２２の深さ範囲を狭くすることができ、シリコン単結晶層１２のうちの不純物６が拡散していない深さの範囲ｔを厚く確保することができる。薄いシリコン単結晶層１２を用いて必要な厚みｔを確保することができる。
【００２０】
（第２実施例）
次に、第２実施例である積層基板１００の他の製造方法を示す。酸化シリコン層４の表面に不純物高濃度含有領域４ａを形成する工程までは第１実施例と同様であるため説明を省略する。すなわち、図２までは同一である。
次に図６に示すように、シリコン単結晶層１１の表面を熱酸化して酸化シリコン層１３を形成する。熱酸化しないシリコン単結晶層１１が、シリコン単結晶層１２となる。
次に図７に示すように、酸化シリコン層４の表面に、酸化シリコン層１３を重ね合わせる。次に、１１００℃以上で加熱する。この加熱によって、酸化シリコン層４と酸化シリコン層１３は接合され、埋め込み絶縁層１５を形成する。なお、シリコン単結晶層１２に不純物が拡散し、シリコン単結晶層１２のうちの埋め込み絶縁層１５に面する側の深さ範囲に不純物６が拡散している固層拡散領域２２を形成する。その過程は第１実施例と同様であるため重複説明を省略する。
上記の結果、図８に示すように第２実施例の積層基板１０２が形成される。
本実施例では、酸化シリコン層４と酸化シリコン層１３の両者を熱酸化法で形成することが好ましい。重ね合わせ工程で重ね合わせた界面が、熱酸化により形成された層同士の界面となるため、界面順位の発生が抑制される。
本実施例でも、酸化シリコン層１３の厚さを変えることによって、不純物６が拡散している固層拡散領域２２の厚みを制御することができる。
【００２１】
（第３実施例）
次に、第３実施例である積層基板の他の製造方法を示す。この場合、得られる積層基板は、第１実施例の積層基板１００にほぼ等しい。
最初に図９に示すように、シリコン単結晶層１の表面を熱酸化して酸化シリコン層４を形成する。熱酸化しないシリコン単結晶層１が、ベース層２となる。これに代えて、シリコン単結晶のベース層２の表面にＣＶＤ法によって酸化シリコン層４を形成してもよい。
次に図１０に示すように、酸化シリコン層４の表面からｎ＋型の不純物６を注入する。このとき、注入エネルギーを調整し、酸化シリコン層４の表面ではなく、酸化シリコン層４の内部に不純物高濃度含有領域４ａを形成する。
次に図１１に示すように、酸化シリコン層４の表面にシリコン単結晶層１２を重ね合わせる。次に、１１００℃以上で加熱する。この加熱によって、重ね合わせた酸化シリコン層４とシリコン単結晶層１２は接合される。これによって、図５と同様の積層基板が製造できる。シリコン単結晶層１２に不純物が拡散し、シリコン単結晶層１２のうちの埋め込み絶縁層１５に面する側の深さ範囲に不純物６が拡散している固層拡散領域２２が形成される。その形成過程は第１実施例と同様であるため重複説明を省略する。
本実施例では、不純物高濃度含有領域４ａが酸化シリコン層４の内部に形成されるために、第１実施例の追加酸化シリコン層１４や、第２実施例の酸化シリコン層１３を形成する必要がない。製造工程を削減することができる。
また、本実施例では、不純物６が酸化シリコン層４に注入される深さを変えることによって（注入エネルギーを変えることによって）、不純物６がシリコン単結晶層１２に拡散する拡散深さを制御することができる。
【００２２】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、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、第１実施例で形成した追加酸化シリコン層１４や、第２実施例で形成した酸化シリコン層１３を形成しないで貼り合わせてもよい。この場合も絶縁層から単結晶層に向けて不純物が拡散移動する。また、本実施例では、酸化シリコン層４を形成してから不純物を注入したが、不純物を導入しながら酸化シリコン層４を成長させてもよい。不純物を導入した絶縁層の形成過程は特に制約されない。
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】
【００２３】
【図１】第１実施例の積層基板１００の製造方法の工程（１）を示す。
【図２】第１実施例の積層基板１００の製造方法の工程（２）を示す。
【図３】第１実施例の積層基板１００の製造方法の工程（３）を示す。
【図４】第１実施例の積層基板１００の製造方法の工程（４）を示す。
【図５】第１実施例の積層基板１００の製造方法の工程（５）を示す。
【図６】第２実施例の積層基板１０２の製造方法の工程（３）を示す。
【図７】第２実施例の積層基板１０２の製造方法の工程（４）を示す。
【図８】第２実施例の積層基板１０２の製造方法の工程（５）を示す。
【図９】第３実施例の積層基板の製造方法の工程（１）を示す。
【図１０】第３実施例の積層基板の製造方法の工程（２）を示す。
【図１１】第３実施例の積層基板の製造方法の工程（３）を示す。
【図１２】従来の積層基板２００の製造方法の工程（１）を示す。
【図１３】従来の積層基板２００の製造方法の工程（２）を示す。
【図１４】従来の積層基板２００の製造方法の工程（３）を示す。
【符号の説明】
【００２４】
２、３２：ベース層
４：酸化シリコン層
４ａ、４２ａ：不純物高濃度含有領域
６：不純物
１２：シリコン単結晶層
１４：追加酸化シリコン層
１００、１０２、２００：積層基板 
【図１】
2009010298.tif 000003
【図２】
2009010298.tif 000004
【図３】
2009010298.tif 000005
【図４】
2009010298.tif 000006
【図５】
2009010298.tif 000007
【図６】
2009010298.tif 000008
【図７】
2009010298.tif 000009
【図８】
2009010298.tif 000010
【図９】
2009010298.tif 000011
【図１０】
2009010298.tif 000012
【図１１】
2009010298.tif 000013
【図１２】
2009010298.tif 000014
【図１３】
2009010298.tif 000015
【図１４】
2009010298.tif 000016