【手続補正書】
【提出日】平成21年10月14日(2009.10.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸、全体として前記中心軸に対して垂直な前表面及び後表面、周囲縁、前記中心軸から周囲縁の方へ延びる半径を有する基材であって、約１×１０１７キャリヤ／ｃｍ３未満のドーパント濃度を有している基材；
シリコンデバイス層；
前記デバイス層と基材との間に配されるシリコン保護層であって、約６．０×１０１７キャリヤ／ｃｍ３〜約１．０×１０２０キャリヤ／ｃｍ３の範囲のドーパント濃度にてドーピングされており、少なくとも約０．５μｍの厚さを有しているシリコン保護層
を有する半導体ウエハ。
【請求項２】
保護層が、約１μｍ〜約５μｍの範囲の厚さを有する請求項１に記載の半導体ウエハ。
【請求項３】
保護層が、約８．５×１０１８キャリヤ／ｃｍ３〜約２．０×１０１９キャリヤ／ｃｍ３の範囲のドーパント濃度にてドープされている請求項１に記載の半導体ウエハ。
【請求項４】
保護層が、約３．２×１０１８キャリヤ／ｃｍ３〜約８．５×１０１９キャリヤ／ｃｍ３の範囲のドーパント濃度にてドープされている請求項１に記載の半導体ウエハ。
【請求項５】
基材が約５×１０１４キャリヤ／ｃｍ３〜約１×１０１６キャリヤ／ｃｍ３の範囲のドーパント濃度を有する請求項３に記載の半導体ウエハ。
【請求項６】
デバイス層がＰ型ドーパントによってドーピングされている請求項１に記載の半導体ウエハ。
【請求項７】
デバイス層がホウ素によってドーピングされている請求項１に記載の半導体ウエハ。
【請求項８】
基材は、約５×１０１４キャリヤ／ｃｍ３〜約１×１０１６キャリヤ／ｃｍ３の範囲の濃度のＰ型ドーパントによってドーピングされており；
保護層は約３．２×１０１８キャリヤ／ｃｍ３〜約２．０×１０１９キャリヤ／ｃｍ３の範囲の濃度のＰ型ドーパントによってドーピングされて、約１μｍ〜約１０μｍの範囲の厚さを有しており；ならびに
デバイス層は約１×１０１４キャリヤ／ｃｍ３〜約４×１０１６キャリヤ／ｃｍ３の範囲の濃度のＰ型ドーパントによってドーピングされている請求項１に記載の半導体ウエハ。
【請求項９】
保護層は約１．０×１０１９キャリヤ／ｃｍ３〜約１．０×１０２０キャリヤ／ｃｍ３を超える濃度のＰ型ドーパントによってドーピングされ、約５μｍ未満の厚さを有しており；
デバイス層は約２μｍ〜１５μｍの範囲の厚みである請求項１に記載の半導体ウエハ。
【請求項１０】
保護層が約２μｍ未満の厚さを有しており、デバイス層は約２μｍ〜約５μｍの範囲の厚さを有している請求項９に記載の半導体ウエハ。
【請求項１１】
中心軸、全体として前記中心軸に対して垂直な前表面及び後表面、周囲縁、前記中心軸から周囲縁の方へ延びる半径を有しており、約１×１０１７キャリヤ／ｃｍ３未満のドーパント濃度を有する基材を有してなる半導体ウエハを製造する方法であって、
基材の前表面に保護層を形成する工程であって、該保護層は約６．０×１０１７キャリヤ／ｃｍ３〜約１．０×１０２０キャリヤ／ｃｍ３の範囲のドーパント濃度にてドーピングされており、少なくとも約０．５μｍの厚さを有している工程；ならびに
保護層の露出する表面に、基材の前表面と平行にデバイス層を成形する工程であって、該デバイス層は約１×１０１７キャリヤ／ｃｍ３未満のドーパント濃度によってドーピングされている工程
を含んでなる方法。
【請求項１２】
基材の表面を、シリコンおよびドーパントを含む雰囲気にさらして、シリコンエピタキシャル層を析出させることによって保護層を形成する請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
基材の表面にドーパントイオンを注入することによって保護層を形成する請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
基材の表面をドーパントを含む気体にさらして、気相ドーピングされた層を形成することによって第１の層を形成する請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
保護層が、約１μｍ〜約５μｍの範囲の厚さを有する請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
保護層が、約８．５×１０１８キャリヤ／ｃｍ３〜約２．０×１０１９キャリヤ／ｃｍ３の範囲のドーパント濃度にてドーピングされている請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
保護層が、約３．２×１０１８キャリヤ／ｃｍ３〜約８．５×１０１８キャリヤ／ｃｍ３の範囲のドーパント濃度によってドーピングされている請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
基材が、約５×１０１４キャリヤ／ｃｍ３〜約１×１０１６キャリヤ／ｃｍ３の範囲のドーパント濃度を有する請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
デバイス層がＰ型ドーパントによってドーピングされている請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
デバイス層がホウ素によってドーピングされている請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
基材は約５×１０１４キャリヤ／ｃｍ３〜約１×１０１６キャリヤ／ｃｍ３の範囲の濃度にてＰ型ドーパントによってドーピングされており、
保護層は約３．２×１０１８キャリヤ／ｃｍ３〜約２．０×１０１９キャリヤ／ｃｍ３の範囲の濃度にてＰ型ドーパントによってドーピングされ、約１μｍ〜約１０μｍの範囲の暑さを有しており；ならびに
デバイス層は約１×１０１４キャリヤ／ｃｍ３〜約４×１０１６キャリヤ／ｃｍ３の範囲の濃度にてＰ型ドーパントによってドーピングされている請求項１１に記載の方法。
【請求項２２】
基材は約５×１０１４キャリヤ／ｃｍ３〜約１×１０１６キャリヤ／ｃｍ３の範囲の濃度にてＰ型ドーパントによってドーピングされており；
保護層は約１．０×１０１９キャリヤ／ｃｍ３〜約１．０×１０２０キャリヤ／ｃｍ３の範囲の濃度にてＰ型ドーパントによってドーピングされ、約３μｍ未満の厚さを有しており；ならびに
デバイス層は約２μｍ〜１５μｍの範囲の厚さを有しており、
更に、基材の実質的に全体を除去するのに十分な時間で、基材の後表面をアルカリ性エッチング液にさらして、保護層を露出させる第１のエッチング工程を含んでなる請求項１１に記載の方法。
【請求項２３】
エッチング液が、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、およびそれらの組合せからなる群から選ばれる化合物を含んでなる請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
第１のエッチングによって露出された保護層を、第２のエッチング液にさらして、保護層を酸性のエッチング液にさらすことを更に含んでなる請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
酸性のエッチング液が、フッ化水素酸、硝酸、および酢酸の溶液を含んでなる請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
保護層が約２μｍ未満の厚さを有し、デバイス層が約２μｍ〜約５μｍの厚さを有する請求項２２に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
半導体産業において、全体的規模の傾向は、プロセッサデバイスの動作周波数を増大させること、およびトランジスタ密度を高めることによって、シリコンパワー密度を向上させてきた。しかし、設計および方法の改良から得られるパワー低下は、増大するパワー密度に伴うより高い操作温度を相殺するためには十分ではない。
代わりに、半導体の電気的性能および信頼性は、より高い動作温度にて著しく低下し、半導体の処理速度および寿命を劣化させる。従って、構造全体にわたる半導体接合部の温度を低下させること、特に、より高いパワー密度で作動するエリアにおける局部的なホット・スポットを防止することの重要性が高まりつつある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
もう１つの態様例において、イオン注入技術を用いて、単結晶シリコン基材の中にドーパント原子を押し込む（または注入する）ことができる。更にもう１つの態様例において、気相ドーピング技術を用いて、単結晶シリコン基材の中にドーパント原子を押し込むことができる。イオン注入技術または気相ドーピング技術のいずれを用いる場合も、それらの技術は高温で行い、または、その後に高温アニーリングを行って、ドーパント原子を基材の中に拡散させ、保護層を形成する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
高度にドーピングされたシリコン保護層を形成するために用いられた特定の技術を問わず、高度にドーピングされた保護層と軽度にドーピングされた基材との間の遷移によって作成されたドーパントプロファイルは、また、この界面から基材の中へ過剰な電荷キャリヤを導く電界を形成する。保護層から電荷キャリヤを引き離すように、従ってデバイス層から引き離すように動かす電界を形成することによって、放射線に起因する事象（events）または故障への影響が保護層によって効果的に低減される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
III．デバイス層
一般に、デバイス層は、少なくとも１つのレベルの電気デバイスを有するのに十分な厚さである。デバイス層は複数のレベルの電気デバイスを有することもでき、従って、特定の用途について必要とされるレベルの数に応じて、厚さは変動し得る。デバイス層は一般に約２５μｍ未満の厚さである。例えば、デバイス層は、一般に約１μｍ〜約２５μｍの範囲の厚さとなり得る。いくつかの用途のために、デバイス層は、約１μｍ〜と約２０μｍの範囲にあるであろう。他の用途において、デバイス層は約１μｍ〜約１０μｍの範囲にあるであろう。例えば高速マイクロプロセッサーデバイスなどの、更に他の用途では、デバイス層は、約１μｍ〜約５μｍの範囲にあるであろう。別法として、例えばパワーデバイスなどのいくつかの用途のためには、デバイス層は約５μｍ〜約２０μｍの範囲にあるであろう。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
Ｂ．裏面照射用途
さらに、本発明に従って形成されたＰ／Ｐ＋＋／Ｐ−半導体構造は、例えば改良されたＣＭＯＳイメージセンサーデバイスなどの裏面照射用途において用いられる、薄型シリコン構造体の製造に有用である。図１０は、この用途における典型的なＰ／Ｐ＋＋／Ｐ−半導体構造のための典型的なキャリヤ濃度プロファイルを示している。Ｐ／Ｐ＋＋／Ｐ−半導体構造を形成した後、基材材料の実質的にすべてを除去し、および、極めて均一な厚さを有する、均一に薄くなったＰ／Ｐ＋＋シリコン構造体を得るために十分な時間で、Ｐ−基材の後表面がアルカリ性エッチング液にさらされる。すなわち本発明のこの用途において、高度にドーピングされたＰ＋＋（またはＰ＋＋＋）保護層は、アルカリ性エッチング液に対するエッチング停止（etch stop)として作用する。一般的なエッチング液は、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、および水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などの化合物を、適切な濃度で含んでなる。高度にドーピングされた保護層は、アルカリ性エッチング液を用いるエッチング停止として作用する。それは、Ｐ−基材は、Ｐ＋＋保護層よりも、約１０倍から約２０倍速いエッチング速度（etching rate）にてエッチングされるためである。例えば、図１０は、アルカリ性エッチング液をどのように用いて、少なくとも約１０μｍのところに示す垂直方向の破線まで材料を除去することができるか、ならびに、少なくとも約６μｍのところに示す垂直方向の破線まで材料を除去し得るかをグラフによって示している。この用途のために実施されたエッチングは、場合によって電気化学的電池で生じることもあり、それによって、エッチングレートが向上し、エッチング後に場合によって行う電気化学的不動態化ステップを促進し得る。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
場合によって、Ｐ−基材の残る後表面をアルカリ性化学薬品のエッチング液にさらす前に、Ｐ−基材の後表面の実質的な部分を除去するために、機械的手段、例えばグラインディング手段またはポリッシング手段を用いることができる。この場合、アルカリ性エッチング液を用いる前に、Ｐ−基材の厚さの約７５％以上、例えば、基材の厚さの約８０％、約９０％、または約９５％を越えて、機械的手段を用いることができる。例えば、再び図１０を参照して、機械的手段は、少なくとも約１０μｍのところに示す垂直方向の破線まで材料を除去することができ、アルカリ性エッチング液を用いて、少なくとも約６μｍのところに示す垂直方向の破線まで追加的材料を除去することもできる。さらに、基材の除去によって露出されたＰ＋＋表面を、場合によって酸性のエッチング液にさらすことによって、Ｐ／Ｐ＋＋シリコン構造体をさらに薄くし、ならびにＰ＋＋表面をさらに滑らかにすることもできる。１つの用途において、例えば酸性のエッチング液は、フッ化水素、硝酸、および酢酸の溶液を含んでいる（ＨＮＡ）。再び図１０を参照して、酸性のエッチング液を用いて、約６μｍのところに示す垂直方向の破線から、約３μｍのところに示す垂直方向の破線まで材料を除去することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
実施例１
２つの型の半導体ウエハを調製した。第１の型は、Ｐ−基材を有する、本発明の代表的な半導体ウエハを示している。第２の型は、Ｐ＋＋基材を有する、従来技術において知られている半導体ウエハを示している。それぞれの型の半導体ウエハに、Ｐ型ドーパントを用いた。Ｐ−基材を有する半導体ウエハは、約１×１０１６キャリヤ／ｃｍ３の濃度を有するデバイス層がウエハの中へ約２μｍ延びており、約１×１０１９キャリヤ／ｃｍ３の濃度を有する保護層がウエハの中の約３〜５μｍの深さで延びており、約１×１０１５キャリヤ／ｃｍ３の濃度を有する基材がウエハの深さの約６μｍから延びるという、キャリヤ濃度プロファイルを有していた。Ｐ＋＋基材を有する半導体ウエハは、約１×１０１６キャリヤ／ｃｍ３の濃度を有するデバイス層がウエハの中へ約２μｍ延びており、約１×１０１９キャリヤ／ｃｍ３の濃度を有する基材がウエハの深さの約３μｍから延びるという、キャリヤ濃度プロファイルを有していた。半導体ウエハの各層のドーピングプロファイルを、図３および４に示す。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
サンプル９１〜９９を、２５℃、５０℃、７５℃、１００℃および１２５℃にて、熱伝導率測定に付した。結果のグラフを図９に示す。図９は、温度とは無関係に、サンプル９２について最も低い熱伝導率を、サンプル９１および９４−９９について最も高い熱伝導率を示している。サンプル９１および９４−９９のすべてが実質的に等しい熱伝導率プロファイルを示すという事実は、これらのサンプルどうしの間で変更された変数は、これらの熱伝導率についてほとんど影響を及ばさないということを示している。さらに、サンプル９３は、サンプル９２と、サンプル９１および９４−９９の群との間の熱伝導率を表示する。これによって、シリコン構造体のドーパント濃度が熱伝導率に対する最も大きい影響を有する変数であることが確認される。さらに、データは、サンプル９２からサンプル９１および９４−９９への熱伝導率が、約２５℃にて約２３％増大し、約１２５℃にて約１３％増大することを示している。このことによって、本発明の半導体構造が、本明細書に記載するように、２５℃と１２５℃との間の温度で、少なくとも５％の熱伝導率の増大を示すことが確認される。