JPH01289109A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法に関するものであり、特
に、高耐圧半導体装置を製作するために用いられる急峻
な濃度分布を有するウェハを供給する製造方法に関する
ものである。

〔従来の技術〕

高耐圧用半導体装置を形成するためには、シリコン基板
の一方の面を低濃度層、もう一方に高濃度層を形成し、
低濃度層上に活性動作領域を形成し、高濃度層を電極と
して利用することが多い。

このような基板を作製する方法として、従来よりさまざ
まな製法が試みられてきた。

その１つとして、ウェハ直接接合法がある。この製造方
法は、低不純物濃度基板と高不純物濃度基板をＨｚ　Ｏ
ｚとＮＨ，との混合液、Ｈ，Ｏ□とＨＣＩとの混合液お
よびＨＦ液にそれぞれ順番に浸漬することにより、基板
表面の汚染の除去等の前処理を行った後、清浄な水で洗
浄後乾燥を行う。その後、研摩面同士を１０００℃〜１
２００℃の温度で接着させ低濃度層と高濃度層からなる
シリコン基板を得る。

この製造方法によって、接合過程では、１０００℃以上
、２時間程度という短時間の熱処理により形成可能であ
る。

しかし、この製造方法では、結晶同士を接着させるため
互いの基板同士の軸方位のずれはそのまま接合界面に欠
陥、転位として残存してしまうことになる。さらに、２
枚のシリコン基板を正確に結晶方位を合わせて接着する
ことは現実の問題として不可能である。従って欠陥、転
位は接合界面、数原子層に集中することになるため、こ
のような状態では界面抵抗の増加が発生する。しかも接
合界面近傍の非常に薄い領域に欠陥および転位が集中す
るため、密度の高い電流が流れたときには発熱が接合界
面に集中し、極端な場合には結晶破壊に至らしめ、更に
界面抵抗を増加させるという問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで本発明は、転位、欠陥が接合界面に集中せず良好
な界面特性を有する接合基板を持つ半導体装置の製造方
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〕 本発明は、２つの半導体基板の少なくとも一方の鏡面の
表面部に非晶質層を形成した後、２つの半導体基板を非
晶質層を介して接着し、６００℃以上の熱処理を施し、
非晶質層を固相成長させることにより境界層が形成され
た半導体装置を得る。

〔作用〕

上記の技術的手段を採用することによって、２つの半導
体基板の接合面には、固相成長による双方の半導体基板
の結晶構造を継承した境界層が形成されるので、転位、
欠陥の少ない接合界面となる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例を示す説明図である。

はじめに、非晶質層形成工程として、鏡面研磨された低
濃度Ｎ−基板２０（例えば１×１０１ｓ／ｃｔＡ以下の
濃度）の研磨面にＳｉイオンを注入し、結晶面を非晶質
化する。この時、最表層を非晶質化するため注入角は５
°以上、加速電圧は６０〜１００ｋＶに設定する。ドー
ズ量はｌＸｌ０”／ｃ＋Ｊ以上とする。これにより、低
濃度Ｎ−基板２０には非晶質１！２１が形成される。ま
た、本実施例では、厚さをほぼ１０００人とする。この
Ｓｔイオン注入時に同時にＡｓ”、Ｓｂ”又はＰ９イオ
ン等の型不純物の注入を行ってもよい。

次に、鏡面表面に非晶質１ｉｉ２１が形成された低濃度
Ｎ−基板２０と、少なくとも一方の面を鏡面研磨した高
濃度Ｎ″基板２を脱脂、および汚染の除去のため基板洗
浄工程を行う。この基板洗浄工程は例えば、Ｈｔ　Ｏｔ
とＮＨ，とＨ，Ｏとの混合液、Ｈ，Ｏ□とＨＣｌとＨ，
０との混合液およびＨＦ液の順に浸漬させる工程とする
。次に、親水工程として低濃度Ｎ−基板２０と高濃度Ｎ
゛基板２の接着性向上のためＨｔ　ＯｔとＨ，ＳＯ，と
の混合液の略９０℃の液温の液中に１０分以下の時間、
浸漬し表面活性化の後、水洗を数分程度行い、スピンナ
乾燥を行う、乾燥時間は長時間行うと基板表面の水分が
完全に除去され接着不能となるので２０分以内とする。

この後、低濃度Ｎ−基板２０の非晶質１１２１の形成面
と高濃度Ｎ゛基板２の鏡面研摩面を接触させ、接着基板
を形成する。これにより２つの基板は水素結合による親
和力で接着する。

この接着した基板を略１４０℃の清浄な雰囲気中により
乾燥する。

この後、６００℃以上の清浄な雰囲気中で１時間以上の
熱処理を行う。これにより、非晶質Ｎ２１は低濃度Ｎ−
層２０及び高濃度Ｎ″Ｊｇ２２の結晶構造を継承した面
相エピタキシャル成長を行い、境界層３０を形成する。

そして、耐圧或いは素子形成の熱処理工程に応じて低濃
度Ｎ−層２０をラップ或いは鏡面研磨で適当な厚さにし
て接合基板２３を形成する。上記熱処理は、６００℃以
上で行われるが、ここで６００℃より低い時には固相エ
ピタキシャル成長は行われない。また、この熱処理は１
３００℃以上であるとシリコンの融点に近くなり、やは
り固相エピタキシャル成長はおこりにくくなる。

この後、従来の拡散工程により高濃度Ｐ゛層２７を形成
し、さらにスパッタ、蒸着或いはメツキにより電極２８
．２９を形成することにより高耐圧のダイオード２３を
形成する。

第２図は、得られた高耐圧のダイオードの断面ＴＥＭ　
（電子顕微鏡）写真である（倍率２７０万倍）。第２図
より明らかなように、低濃度Ｎ−層２０と高濃度Ｎ゛２
２との接合が良好に行われていることがわかる。

このようにして形成された基板２３は、任意の濃度の高
濃度Ｎ“基板２２と任意の濃度の低濃度Ｎ−基板２０の
接着が可能なため、前述のごとく、エピタキシャル成長
で問題となるＮ゛層からのオートドーピングの問題はな
い。また、高耐圧素子に必要な厚い低濃度層もウェハラ
ップ量を制御することが容易に得ることが可能である。

また、拡散ウニへのごとく高濃度層において深さ方向の
濃度分布がゆるやかな変化をすることはなく、急峻な分
布を形成する。実際に１２００℃で１００時間の熱処理
を行っても接合基板２３の高濃度Ｎ−層２２の抵抗値は
高濃度Ｎ°基板２２の濃度がｌＸｌ０”／ｃ−の場合に
おいて、ＩＣ−当たり約１０ｍΩと従来の拡散ウェハの
半分であり、素子形成の際、オン抵抗の低減に大きく寄
与することがわかる。また、接着工程において固相エピ
タキシャル成長を施しているので、前述のごとく非晶質
層は約１０００人程度存在するので、２つの基板の接合
状態が良好となる。すなわち、２つの基板の結晶性を非
晶質層２２で継承するためスムーズな結合が可能となる
。しかも、低濃度Ｎ−基板２０と高濃度Ｎ０基板２２の
接合時の結晶のずれによる欠陥は固相成長中に非晶質層
２１である１０００人程度０層の中に分布され、前述の
ごとく単に接着を行った接合基板２３のように接合界面
の２〜３原子層に集中することはない。従って、大電流
動作時にも局所的な発熱或いは結晶破壊がなくなり、ダ
イオードのみならずバイポーラトランジスタ、パワーＭ
Ｏ３，サイリスタ等のパワー素子形成用基板として有効
であることがわかる。

前記実施例においては低濃度Ｎ−基板２０と高濃度Ｎ″
基板２の接合について述べたが、第１表に示すように高
濃度基板としてＮ゛を用いた場合、低濃度基板としてＮ
−基板あるいはＰ−基板を用いてもよい。このとき、注
入イオン種はＳｔ”に限らず、Ｐ”、Ｓｂ”、Ａｓ＋等
を用いてもよい。さらに高濃度基板としてＰ゛を用いた
場合、低濃度基板としてＮ−基板あるいはＰ−を用いて
もよい。このとき注入イオン種はＳｔに限らずＢＰ”Ｂ
　Ｆ　ｚｏ等を用いても良い。

第１の実施例においては、低濃度基板の鏡面側にのみイ
オンを注入したが、高濃度基板の鏡面側に注入して固相
成長させても同様な効果が得られる。

また、低濃度基板、高濃度基板両者の鏡面にイオン注入
して固相成長させても良い。

さらに第１の実施例においては、低濃度基板と高濃度基
板の接合を考えたが、低濃度基板同士、高濃度基板同士
の接合にも適用できる。

〔発明の効果〕

本発明を採用することによって、転位および欠陥が接合
界面に集中しない良好な界面特性を有する接合基板を持
つ半導体装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す説明図、第２図は接合
ウェハの接合界面の断面結晶構造を示す電子顕微鏡写真
である。 ２０・・・低濃度Ｎ−基板、２１・・・非晶質層、２２
・・・高濃度Ｎ゛基板２３・・・接合基板。 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　第１の半導体基板と第２の半導体基板との少なくとも
   どちらか一方を鏡面研磨し、かつその表面に、非晶質層
   を形成する非晶質層形成工程と、前記第１の半導体基板
   と前記第２の半導体基板とを前記非晶質層を介して密着
   させ接着基板を形成する接着工程と、 前記接着基板に６００℃以上の熱処理を行うことにより
   、前記非晶質層を固相成長させ境界層とし、接合基板を
   形成する接合工程とからなることを特徴とする半導体装
   置の製造方法。