JPH09162420A - Soi構造及びその製造方法並びに半導体圧力検出装置 - Google Patents
Soi構造及びその製造方法並びに半導体圧力検出装置Info
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- JPH09162420A JPH09162420A JP7320104A JP32010495A JPH09162420A JP H09162420 A JPH09162420 A JP H09162420A JP 7320104 A JP7320104 A JP 7320104A JP 32010495 A JP32010495 A JP 32010495A JP H09162420 A JPH09162420 A JP H09162420A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ピエゾ抵抗効果の減少及び装置設計上の制限
を課すことなく、結晶亜粒界による抵抗値のばらつきを
抑制しうるSOI構造及びその製造方法並びに高精度の
温度補償が可能な半導体圧力検出装置を得る。 【解決手段】 この発明にかかるSOI構造は、単結晶
半導体基板1と、この単結晶半導体基板上に形成された
絶縁層2と、この絶縁層上に形成されその中に結晶亜粒
界7を有する単結晶半導体層32とを備え、この単結晶
半導体層32の結晶亜粒界7を含む部分に不純物濃度が
単結晶半導体層の他の部分の不純物濃度よりも高い高濃
度不純物領域40を形成したものである。その結果、S
OI構造のピエゾ抵抗効果をほとんど低下させることな
く抵抗値のばらつきを抑えることができる。
を課すことなく、結晶亜粒界による抵抗値のばらつきを
抑制しうるSOI構造及びその製造方法並びに高精度の
温度補償が可能な半導体圧力検出装置を得る。 【解決手段】 この発明にかかるSOI構造は、単結晶
半導体基板1と、この単結晶半導体基板上に形成された
絶縁層2と、この絶縁層上に形成されその中に結晶亜粒
界7を有する単結晶半導体層32とを備え、この単結晶
半導体層32の結晶亜粒界7を含む部分に不純物濃度が
単結晶半導体層の他の部分の不純物濃度よりも高い高濃
度不純物領域40を形成したものである。その結果、S
OI構造のピエゾ抵抗効果をほとんど低下させることな
く抵抗値のばらつきを抑えることができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、種結晶から絶縁
膜上に横方向に単結晶を成長するSOI(Silico
n On Insulator)構造及びその製造方法
並びにそのSOI構造を使用した半導体圧力検出装置に
関するものである。
膜上に横方向に単結晶を成長するSOI(Silico
n On Insulator)構造及びその製造方法
並びにそのSOI構造を使用した半導体圧力検出装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、種結晶から絶縁膜上に単結晶を横
方向に成長することにより形成したSOI構造及びその
SOI構造を感圧抵抗体として用いる半導体圧力検出装
置があった。このようなSOI構造を形成するための方
法の一つとして、絶縁膜上に形成した非単結晶シリコン
層にレーザ光を照射することによって該非単結晶シリコ
ン層を溶融再固化を行うレーザ再結晶化法が知られてい
る(特開平6−112121号公報)。このレーザ再結
晶化法によれば、上質の単結晶シリコン膜が低コストか
つ取扱いの簡単な装置によって形成できるという利点が
ある反面、この単結晶内部に結晶亜粒界が形成されると
いう問題点がある。
方向に成長することにより形成したSOI構造及びその
SOI構造を感圧抵抗体として用いる半導体圧力検出装
置があった。このようなSOI構造を形成するための方
法の一つとして、絶縁膜上に形成した非単結晶シリコン
層にレーザ光を照射することによって該非単結晶シリコ
ン層を溶融再固化を行うレーザ再結晶化法が知られてい
る(特開平6−112121号公報)。このレーザ再結
晶化法によれば、上質の単結晶シリコン膜が低コストか
つ取扱いの簡単な装置によって形成できるという利点が
ある反面、この単結晶内部に結晶亜粒界が形成されると
いう問題点がある。
【0003】図15〜図18はレーザ再結晶化法によっ
て絶縁膜上に単結晶シリコンを形成した従来のSOI構
造およびその製造方法を示すための断面図及び断面斜視
図である。図15において、単結晶シリコン基板1上に
開口部4を有しSiO2 膜からなる絶縁層2を形成し
た後、この絶縁層2の表面上および開口部4の内部に多
結晶シリコン層3を形成する。ここで、開口部4の内部
の多結晶シリコンは種結晶(シード)領域となりうる部
分である。次いで、多結晶シリコン層3の表面上、開口
部4からほぼ均等な間隔を隔てた位置にシリコン窒化膜
からなる反射防止膜5を形成した後、図16に示すよう
に、全面にレーザ光6を照射して表面を加熱する。ここ
で、多結晶シリコン層3の表面上の反射防止膜5が形成
されている部分の照射されるレーザ光に対する反射率
(例えばほぼ0%)は他のシリコンが露出している部分
の反射率(例えば約40%)よりも著しく低い。このた
め、この反射防止膜5の下部の多結晶シリコン層はレー
ザ光を良く吸収し、より高温に加熱される。言い換える
と、反射防止膜5の形成されていない開口部4の内部の
多結晶シリコンは比較的低温になっている。
て絶縁膜上に単結晶シリコンを形成した従来のSOI構
造およびその製造方法を示すための断面図及び断面斜視
図である。図15において、単結晶シリコン基板1上に
開口部4を有しSiO2 膜からなる絶縁層2を形成し
た後、この絶縁層2の表面上および開口部4の内部に多
結晶シリコン層3を形成する。ここで、開口部4の内部
の多結晶シリコンは種結晶(シード)領域となりうる部
分である。次いで、多結晶シリコン層3の表面上、開口
部4からほぼ均等な間隔を隔てた位置にシリコン窒化膜
からなる反射防止膜5を形成した後、図16に示すよう
に、全面にレーザ光6を照射して表面を加熱する。ここ
で、多結晶シリコン層3の表面上の反射防止膜5が形成
されている部分の照射されるレーザ光に対する反射率
(例えばほぼ0%)は他のシリコンが露出している部分
の反射率(例えば約40%)よりも著しく低い。このた
め、この反射防止膜5の下部の多結晶シリコン層はレー
ザ光を良く吸収し、より高温に加熱される。言い換える
と、反射防止膜5の形成されていない開口部4の内部の
多結晶シリコンは比較的低温になっている。
【0004】レーザ光の照射によって溶融した多結晶シ
リコン層3は、レーザ光の照射の終了後に温度が低下し
始め、再結晶化が行われる。このとき、図17に示すよ
うに、溶融した多結晶シリコン層3の温度の低い部分か
ら再結晶化が始まるため、開口部4の内部の多結晶シリ
コン層から再結晶化が起こり、開口部4の内部の再結晶
化した単結晶シリコンがシード部41となる。次いで、
このシード部41を起点として多結晶シリコン層3の再
結晶化が行われることになる。ここで、溶融した多結晶
シリコン層3のうち、32は既に再結晶化が行われた部
分を、31は溶融状態にある部分を、また33は再結晶
化が行われた部分32と溶融状態にある部分31の境界
面を示す。
リコン層3は、レーザ光の照射の終了後に温度が低下し
始め、再結晶化が行われる。このとき、図17に示すよ
うに、溶融した多結晶シリコン層3の温度の低い部分か
ら再結晶化が始まるため、開口部4の内部の多結晶シリ
コン層から再結晶化が起こり、開口部4の内部の再結晶
化した単結晶シリコンがシード部41となる。次いで、
このシード部41を起点として多結晶シリコン層3の再
結晶化が行われることになる。ここで、溶融した多結晶
シリコン層3のうち、32は既に再結晶化が行われた部
分を、31は溶融状態にある部分を、また33は再結晶
化が行われた部分32と溶融状態にある部分31の境界
面を示す。
【0005】上記のようにして多結晶シリコン層3の再
結晶化が行われるのであるが、再結晶化はシード部41
から始まり、より高温の反射防止膜5の下部に向かって
進行する。このため、反射防止膜5の下部の中央付近に
おいて両側から成長してきた結晶が衝突することにな
り、図18の断面斜視図に示すように、この結晶の衝突
部分において結晶亜粒界7が生じる。このような結晶亜
粒界7には結晶欠陥(図示せず)が多く存在し、この結
晶欠陥がキャリア(電子又は正孔)を捕獲し、ポテンシ
ャルバリアを形成する。また、このポテンシャルバリア
は結晶中の不純物濃度が低い程高くなるという傾向があ
る。
結晶化が行われるのであるが、再結晶化はシード部41
から始まり、より高温の反射防止膜5の下部に向かって
進行する。このため、反射防止膜5の下部の中央付近に
おいて両側から成長してきた結晶が衝突することにな
り、図18の断面斜視図に示すように、この結晶の衝突
部分において結晶亜粒界7が生じる。このような結晶亜
粒界7には結晶欠陥(図示せず)が多く存在し、この結
晶欠陥がキャリア(電子又は正孔)を捕獲し、ポテンシ
ャルバリアを形成する。また、このポテンシャルバリア
は結晶中の不純物濃度が低い程高くなるという傾向があ
る。
【0006】図19はこのようにして形成した従来のS
OI構造を感圧抵抗体として用いた従来の半導体圧力検
出装置の構成を示す断面図、図20はこの従来の半導体
圧力検出装置の感圧抵抗体の部分の構成を示す部分上面
図である。図19及び図20において、30は従来のS
OI構造による感圧抵抗体であり、結晶亜粒界7をその
中に含んでいる。8は層間絶縁膜、9は感圧抵抗体30
に電気的に接続する配線層、10は層間絶縁膜8及び配
線層9を覆うように形成された保護膜、11はシリコン
基板の裏面に形成したダイヤフラムである。
OI構造を感圧抵抗体として用いた従来の半導体圧力検
出装置の構成を示す断面図、図20はこの従来の半導体
圧力検出装置の感圧抵抗体の部分の構成を示す部分上面
図である。図19及び図20において、30は従来のS
OI構造による感圧抵抗体であり、結晶亜粒界7をその
中に含んでいる。8は層間絶縁膜、9は感圧抵抗体30
に電気的に接続する配線層、10は層間絶縁膜8及び配
線層9を覆うように形成された保護膜、11はシリコン
基板の裏面に形成したダイヤフラムである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたような製造
工程を経て形成された従来のSOI構造はその内部に結
晶亜粒界を有している。一般的に、単結晶シリコン中の
不純物濃度を低くする程ピエゾ抵抗効果が大きくなるこ
とが知られている。しかし、結晶亜粒界を含む再結晶化
シリコンの場合は、不純物濃度を低くすると、上述した
ように、結晶亜粒界中に生じたポテンシャルバリアが高
くなるという特徴がある。ところで、このポテンシャル
バリアは結晶亜粒界に存在する結晶欠陥密度の高さにも
対応して高くなる。この結晶欠陥密度自体がウエハ内で
ばらついているため、不純物濃度を低くするとポテンシ
ャルバリアの高さのばらつきによる影響が顕著になり、
ウエハ内で感圧抵抗体の抵抗値のばらつきを生じること
となる。すなわち、大きなピエゾ抵抗効果のSOI構造
を得ようとして不純物濃度を低くすると、同一ウエハ内
に形成したSOI構造の抵抗値のばらつきが大きくな
り、抵抗値のばらつきを抑えようとして不純物濃度を高
くすると十分なピエゾ抵抗効果が得られなくなるという
問題を生じていた。
工程を経て形成された従来のSOI構造はその内部に結
晶亜粒界を有している。一般的に、単結晶シリコン中の
不純物濃度を低くする程ピエゾ抵抗効果が大きくなるこ
とが知られている。しかし、結晶亜粒界を含む再結晶化
シリコンの場合は、不純物濃度を低くすると、上述した
ように、結晶亜粒界中に生じたポテンシャルバリアが高
くなるという特徴がある。ところで、このポテンシャル
バリアは結晶亜粒界に存在する結晶欠陥密度の高さにも
対応して高くなる。この結晶欠陥密度自体がウエハ内で
ばらついているため、不純物濃度を低くするとポテンシ
ャルバリアの高さのばらつきによる影響が顕著になり、
ウエハ内で感圧抵抗体の抵抗値のばらつきを生じること
となる。すなわち、大きなピエゾ抵抗効果のSOI構造
を得ようとして不純物濃度を低くすると、同一ウエハ内
に形成したSOI構造の抵抗値のばらつきが大きくな
り、抵抗値のばらつきを抑えようとして不純物濃度を高
くすると十分なピエゾ抵抗効果が得られなくなるという
問題を生じていた。
【0008】また、SOI構造を感圧抵抗体として利用
した半導体圧力検出装置では、その使用温度に応じて出
力の温度補償を行う必要があり、高精度の温度補償を行
うには、感圧抵抗体の抵抗値と抵抗温度特性を高精度に
制御する必要がある。しかし、従来の結晶亜粒界を含む
SOI構造を半導体圧力検出装置の感圧抵抗体として用
いた場合は、装置毎の感圧抵抗体の抵抗値がばらつくた
め、高精度の温度補償を行うことが困難であった。
した半導体圧力検出装置では、その使用温度に応じて出
力の温度補償を行う必要があり、高精度の温度補償を行
うには、感圧抵抗体の抵抗値と抵抗温度特性を高精度に
制御する必要がある。しかし、従来の結晶亜粒界を含む
SOI構造を半導体圧力検出装置の感圧抵抗体として用
いた場合は、装置毎の感圧抵抗体の抵抗値がばらつくた
め、高精度の温度補償を行うことが困難であった。
【0009】このような問題を解消する一つの手段とし
て、図21の断面斜視図に示すように再結晶化によって
形成したシリコン層32の表面上、結晶亜粒界7の存在
しない領域に感圧抵抗体35を形成するという方法も考
えられている(特開平6−112121号公報)。しか
し、この方法によれば感圧抵抗体35の抵抗値のばらつ
きは抑えられるものの、結晶亜粒界7を避けて感圧抵抗
体35を形成しなければならず、感圧抵抗体35の大き
さ、形状、及び形成位置に制限を与え、装置設計上の障
害となるという新たな問題を発生させることとなる。
て、図21の断面斜視図に示すように再結晶化によって
形成したシリコン層32の表面上、結晶亜粒界7の存在
しない領域に感圧抵抗体35を形成するという方法も考
えられている(特開平6−112121号公報)。しか
し、この方法によれば感圧抵抗体35の抵抗値のばらつ
きは抑えられるものの、結晶亜粒界7を避けて感圧抵抗
体35を形成しなければならず、感圧抵抗体35の大き
さ、形状、及び形成位置に制限を与え、装置設計上の障
害となるという新たな問題を発生させることとなる。
【0010】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたものであり、ピエゾ抵抗効果の減少及び
装置設計上の制限を課すことなく、結晶亜粒界による抵
抗値のばらつきを抑制しうるSOI構造及びその製造方
法並びに感圧抵抗体の抵抗値のばらつきが少なく高精度
の温度補償が可能な半導体圧力検出装置を提供するもの
である。
ためになされたものであり、ピエゾ抵抗効果の減少及び
装置設計上の制限を課すことなく、結晶亜粒界による抵
抗値のばらつきを抑制しうるSOI構造及びその製造方
法並びに感圧抵抗体の抵抗値のばらつきが少なく高精度
の温度補償が可能な半導体圧力検出装置を提供するもの
である。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載のSOI
構造は、単結晶半導体基板と、この単結晶半導体基板上
に形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成されその中
に結晶亜粒界を有する単結晶半導体層とを備え、この単
結晶半導体層の結晶亜粒界を含む部分に不純物濃度が単
結晶半導体層の他の部分の不純物濃度よりも高い高濃度
不純物領域を形成したものである。
構造は、単結晶半導体基板と、この単結晶半導体基板上
に形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成されその中
に結晶亜粒界を有する単結晶半導体層とを備え、この単
結晶半導体層の結晶亜粒界を含む部分に不純物濃度が単
結晶半導体層の他の部分の不純物濃度よりも高い高濃度
不純物領域を形成したものである。
【0012】請求項2に記載のSOI構造は、単結晶半
導体基板と、この単結晶半導体基板上に形成された絶縁
層と、この絶縁層上に形成されその中に結晶亜粒界を有
する単結晶半導体層とを備え、この単結晶半導体層の結
晶亜粒界を含む部分に不純物濃度がこの単結晶半導体層
の他の部分の不純物濃度よりも高く、かつ、その不純物
濃度が4×1017cm-3以上である高濃度不純物領域
を形成したものである。
導体基板と、この単結晶半導体基板上に形成された絶縁
層と、この絶縁層上に形成されその中に結晶亜粒界を有
する単結晶半導体層とを備え、この単結晶半導体層の結
晶亜粒界を含む部分に不純物濃度がこの単結晶半導体層
の他の部分の不純物濃度よりも高く、かつ、その不純物
濃度が4×1017cm-3以上である高濃度不純物領域
を形成したものである。
【0013】請求項3に記載のSOI構造の製造方法
は、単結晶半導体基板上に開口部を有する絶縁層を形成
する工程と、この絶縁層上及びこの絶縁層の開口部の内
部に多結晶半導体層を形成する工程と、この絶縁層の表
面上のこの絶縁層の開口部からほぼ均等な距離を隔てた
位置に反射防止膜を部分的に形成する工程と、レーザ光
の照射により多結晶半導体層を溶融して単結晶化する工
程と、単結晶化した半導体層の結晶亜粒界を含む部分に
不純物を選択的に注入する工程とを備えたものである。
は、単結晶半導体基板上に開口部を有する絶縁層を形成
する工程と、この絶縁層上及びこの絶縁層の開口部の内
部に多結晶半導体層を形成する工程と、この絶縁層の表
面上のこの絶縁層の開口部からほぼ均等な距離を隔てた
位置に反射防止膜を部分的に形成する工程と、レーザ光
の照射により多結晶半導体層を溶融して単結晶化する工
程と、単結晶化した半導体層の結晶亜粒界を含む部分に
不純物を選択的に注入する工程とを備えたものである。
【0014】請求項4に記載のSOI構造の製造方法
は、単結晶半導体基板上に開口部を有する絶縁層を形成
する工程と、この絶縁層上及びこの絶縁層の開口部の内
部に多結晶半導体層を形成する工程と、この絶縁層の表
面上の絶縁層の開口部の上部に対応した位置に開口部を
有する反射膜を形成する工程と、レーザ光の照射により
多結晶半導体層を溶融して単結晶化する工程と、単結晶
化した半導体層の結晶亜粒界を含む部分に反射膜をマス
クとして不純物を選択的に注入する工程とを備えたもの
である。
は、単結晶半導体基板上に開口部を有する絶縁層を形成
する工程と、この絶縁層上及びこの絶縁層の開口部の内
部に多結晶半導体層を形成する工程と、この絶縁層の表
面上の絶縁層の開口部の上部に対応した位置に開口部を
有する反射膜を形成する工程と、レーザ光の照射により
多結晶半導体層を溶融して単結晶化する工程と、単結晶
化した半導体層の結晶亜粒界を含む部分に反射膜をマス
クとして不純物を選択的に注入する工程とを備えたもの
である。
【0015】請求項5に記載の半導体圧力検出装置は、
単結晶半導体基板と、この単結晶半導体基板上に形成さ
れた絶縁層と、この絶縁層上に形成されその中に結晶亜
粒界を有する単結晶半導体層とを備え、この単結晶半導
体層の結晶亜粒界を含む部分に不純物濃度が単結晶半導
体層の他の部分の不純物濃度よりも高い高濃度不純物領
域を形成したSOI構造を感圧抵抗体として用いたもの
である。
単結晶半導体基板と、この単結晶半導体基板上に形成さ
れた絶縁層と、この絶縁層上に形成されその中に結晶亜
粒界を有する単結晶半導体層とを備え、この単結晶半導
体層の結晶亜粒界を含む部分に不純物濃度が単結晶半導
体層の他の部分の不純物濃度よりも高い高濃度不純物領
域を形成したSOI構造を感圧抵抗体として用いたもの
である。
【0016】
発明の実施の形態1.以下、この発明の実施の形態1で
あるSOI構造及びその製造方法を説明する。まず、上
記のSOI構造の製造方法を図2〜図7に示す断面図お
よび断面斜視図に基づいて説明する。ここで、図2から
図5に至るまでの製造工程は従来のSOI構造の製造工
程と同一である。すなわち、図2において、単結晶シリ
コン基板1上に開口部4を有しSiO2 膜からなる絶
縁層2を形成した後、この絶縁層2の表面上および開口
部4の内部に多結晶シリコン層3を形成する。ここで、
開口部4の内部の多結晶は種結晶(シード)領域となり
うる部分である。次いで、多結晶シリコン層3の表面
上、開口部4からほぼ均等な間隔を隔てた位置にシリコ
ン窒化膜からなる反射防止膜5を形成した後、図3に示
すように、全面にレーザ光6を照射する。ここで、多結
晶シリコン層3の表面上の反射防止膜5が形成されてい
る部分のレーザ光の反射率(例えばほぼ0%)は他の部
分の反射率(例えば40%)よりも著しく低いため、こ
の反射防止膜5の下部の多結晶シリコン層はレーザ光を
良く吸収し、より高温に加熱される。言い換えると、反
射防止膜5の形成されていない開口部4の内部の多結晶
シリコンは比較的低温になっている。
あるSOI構造及びその製造方法を説明する。まず、上
記のSOI構造の製造方法を図2〜図7に示す断面図お
よび断面斜視図に基づいて説明する。ここで、図2から
図5に至るまでの製造工程は従来のSOI構造の製造工
程と同一である。すなわち、図2において、単結晶シリ
コン基板1上に開口部4を有しSiO2 膜からなる絶
縁層2を形成した後、この絶縁層2の表面上および開口
部4の内部に多結晶シリコン層3を形成する。ここで、
開口部4の内部の多結晶は種結晶(シード)領域となり
うる部分である。次いで、多結晶シリコン層3の表面
上、開口部4からほぼ均等な間隔を隔てた位置にシリコ
ン窒化膜からなる反射防止膜5を形成した後、図3に示
すように、全面にレーザ光6を照射する。ここで、多結
晶シリコン層3の表面上の反射防止膜5が形成されてい
る部分のレーザ光の反射率(例えばほぼ0%)は他の部
分の反射率(例えば40%)よりも著しく低いため、こ
の反射防止膜5の下部の多結晶シリコン層はレーザ光を
良く吸収し、より高温に加熱される。言い換えると、反
射防止膜5の形成されていない開口部4の内部の多結晶
シリコンは比較的低温になっている。
【0017】レーザ光の照射によって溶融した多結晶シ
リコン層31は、レーザ光の照射の終了後に温度が低下
し始め、再結晶化が行われる。このとき、図4に示すよ
うに、溶融した多結晶シリコン層3の温度の低い部分か
ら再結晶化が始まるため、開口部4の内部の多結晶シリ
コン層から再結晶化が起こり、開口部4の内部の再結晶
化した単結晶シリコンがシード部41となる。次いで、
このシード部41を起点として多結晶シリコン層3の再
結晶化が行われることになる。ここで、図4において溶
融した多結晶シリコン層3のうち、32は既に再結晶化
が行われた部分を、31は溶融状態にある部分を、また
33は再結晶化が行われた部分32と溶融状態にある部
分31の境界面を示す。
リコン層31は、レーザ光の照射の終了後に温度が低下
し始め、再結晶化が行われる。このとき、図4に示すよ
うに、溶融した多結晶シリコン層3の温度の低い部分か
ら再結晶化が始まるため、開口部4の内部の多結晶シリ
コン層から再結晶化が起こり、開口部4の内部の再結晶
化した単結晶シリコンがシード部41となる。次いで、
このシード部41を起点として多結晶シリコン層3の再
結晶化が行われることになる。ここで、図4において溶
融した多結晶シリコン層3のうち、32は既に再結晶化
が行われた部分を、31は溶融状態にある部分を、また
33は再結晶化が行われた部分32と溶融状態にある部
分31の境界面を示す。
【0018】上記のようにして多結晶シリコン層3の再
結晶化が行われるのであるが、再結晶化はシード部41
から始まり、より高温の反射防止膜5の下部に向かって
進行する。このため、反射防止膜5の下部の中央付近に
おいて両側から成長してきた結晶が衝突することにな
り、図5の断面斜視図に示すように、この結晶の衝突部
分において結晶亜粒界7が生じる。上述したように、こ
こまでの工程は従来のSOI構造の製造工程と同様であ
る。
結晶化が行われるのであるが、再結晶化はシード部41
から始まり、より高温の反射防止膜5の下部に向かって
進行する。このため、反射防止膜5の下部の中央付近に
おいて両側から成長してきた結晶が衝突することにな
り、図5の断面斜視図に示すように、この結晶の衝突部
分において結晶亜粒界7が生じる。上述したように、こ
こまでの工程は従来のSOI構造の製造工程と同様であ
る。
【0019】次に、図6において、再結晶化したシリコ
ン層32の表面上、結晶亜粒界7が存在する部分に開口
部52を有するホトレジスト51を形成する。そして、
図7に示すように、このホトレジスト51をマスクとし
て、再結晶化したシリコン層32の結晶亜粒界7の存在
する部分に選択的にイオン注入を行い、イオン注入を行
った領域の不純物濃度が周囲の不純物濃度よりも高くな
るような高濃度不純物領域40を形成する。ここで、6
1はイオンビームであり、再結晶化したシリコン層32
がn型で不純物濃度が1×1017cm-3程度の場合
は、イオン源として例えばB+(ボロン)を用い、高濃
度不純物領域40の不純物濃度が4×10 17cm-3以
上になるように注入を行う。次いで、ホトレジスト51
を除去し、アニールを実施して高濃度不純物領域40の
不純物を活性化させる。
ン層32の表面上、結晶亜粒界7が存在する部分に開口
部52を有するホトレジスト51を形成する。そして、
図7に示すように、このホトレジスト51をマスクとし
て、再結晶化したシリコン層32の結晶亜粒界7の存在
する部分に選択的にイオン注入を行い、イオン注入を行
った領域の不純物濃度が周囲の不純物濃度よりも高くな
るような高濃度不純物領域40を形成する。ここで、6
1はイオンビームであり、再結晶化したシリコン層32
がn型で不純物濃度が1×1017cm-3程度の場合
は、イオン源として例えばB+(ボロン)を用い、高濃
度不純物領域40の不純物濃度が4×10 17cm-3以
上になるように注入を行う。次いで、ホトレジスト51
を除去し、アニールを実施して高濃度不純物領域40の
不純物を活性化させる。
【0020】このようにして形成したSOI構造の断面
斜視図を図1に示す。このSOI構造では再結晶化した
シリコン層32の結晶亜粒界7を含む高濃度不純物領域
40の不純物濃度は周囲の他の部分と比較して高く、上
述したようにポテンシャルバリアの高さは不純物濃度に
逆比例するため、結晶亜粒界7に生じるポテンシャルバ
リアの高さは高濃度不純物領域を形成しない場合と比較
すると低くなる。従って、このポテンシャルバリアの高
さのばらつきに起因するSOI構造の抵抗値のばらつき
の影響も小さくなる。一方、高濃度不純物領域40の不
純物濃度を高くしたことにより当該領域のピエゾ抵抗効
果は低下する。しかし、再結晶化したシリコン層32に
おける高濃度不純物領域40のその他の領域に対する体
積の割合は微小(例えば1/20)であるため、SOI
構造全体としてのピエゾ抵抗効果の低下も微小である。
従って、本発明の実施の形態1のSOI構造では、ピエ
ゾ抵抗効果をほとんど低下させることなく抵抗値のばら
つきを抑えることができる。
斜視図を図1に示す。このSOI構造では再結晶化した
シリコン層32の結晶亜粒界7を含む高濃度不純物領域
40の不純物濃度は周囲の他の部分と比較して高く、上
述したようにポテンシャルバリアの高さは不純物濃度に
逆比例するため、結晶亜粒界7に生じるポテンシャルバ
リアの高さは高濃度不純物領域を形成しない場合と比較
すると低くなる。従って、このポテンシャルバリアの高
さのばらつきに起因するSOI構造の抵抗値のばらつき
の影響も小さくなる。一方、高濃度不純物領域40の不
純物濃度を高くしたことにより当該領域のピエゾ抵抗効
果は低下する。しかし、再結晶化したシリコン層32に
おける高濃度不純物領域40のその他の領域に対する体
積の割合は微小(例えば1/20)であるため、SOI
構造全体としてのピエゾ抵抗効果の低下も微小である。
従って、本発明の実施の形態1のSOI構造では、ピエ
ゾ抵抗効果をほとんど低下させることなく抵抗値のばら
つきを抑えることができる。
【0021】ここで、高濃度不純物領域40の不純物濃
度を4×1017cm-3以上としたのは、上記のSOI
構造を感圧抵抗体として使用した場合の半導体圧力検出
器の良品率が上記の濃度以上であれば著しく改善される
という経験的事実に基づくものである。
度を4×1017cm-3以上としたのは、上記のSOI
構造を感圧抵抗体として使用した場合の半導体圧力検出
器の良品率が上記の濃度以上であれば著しく改善される
という経験的事実に基づくものである。
【0022】発明の実施の形態2.以下、この発明の実
施の形態2である半導体圧力検出装置の構造を図8及び
図9に基づいて説明する。図8は本発明の実施の形態1
によるSOI構造を感厚圧抵抗対34として用いた半導
体圧力検出装置の構成を示す断面図、図9はこの半導体
圧力検出装置の感圧抵抗体34の部分の構成を示す部分
上面図である。図8及び図9において、感圧抵抗体34
以外の構成部分は図18及び図19に示した従来の半導
体圧力検出装置と同様である。すなわち、8は層間絶縁
膜、9は感圧抵抗体34に電気的に接続する配線層、1
0は層間絶縁膜8及び配線層9を覆うように形成された
保護膜、11はシリコン基板の裏面に形成したダイヤフ
ラムである。本発明の実施の形態1によるSOI構造を
半導体圧力検出装置の感圧抵抗体34として用いると、
上述したように、ピエゾ抵抗効果をほとんど低下させる
ことなく抵抗値のばらつきの少ない感圧抵抗体が得られ
る。従って、高精度の温度補償が可能な半導体圧力検出
装置が得られることになる。
施の形態2である半導体圧力検出装置の構造を図8及び
図9に基づいて説明する。図8は本発明の実施の形態1
によるSOI構造を感厚圧抵抗対34として用いた半導
体圧力検出装置の構成を示す断面図、図9はこの半導体
圧力検出装置の感圧抵抗体34の部分の構成を示す部分
上面図である。図8及び図9において、感圧抵抗体34
以外の構成部分は図18及び図19に示した従来の半導
体圧力検出装置と同様である。すなわち、8は層間絶縁
膜、9は感圧抵抗体34に電気的に接続する配線層、1
0は層間絶縁膜8及び配線層9を覆うように形成された
保護膜、11はシリコン基板の裏面に形成したダイヤフ
ラムである。本発明の実施の形態1によるSOI構造を
半導体圧力検出装置の感圧抵抗体34として用いると、
上述したように、ピエゾ抵抗効果をほとんど低下させる
ことなく抵抗値のばらつきの少ない感圧抵抗体が得られ
る。従って、高精度の温度補償が可能な半導体圧力検出
装置が得られることになる。
【0023】発明の実施の形態3.以下、この発明の実
施の形態3であるSOI構造の製造方法を図10〜図1
4に示す断面図に基づいて説明する。図10において、
単結晶シリコン基板1上に開口部4を有しSiO2 膜
からなる絶縁層2を形成した後、この絶縁層2の表面上
および開口部4の内部に多結晶シリコン層3を形成す
る。ここで、開口部4の内部の多結晶は種結晶(シー
ド)領域となりうる部分である。次いで、多結晶シリコ
ン層3の表面上、開口部4からほぼ均等な間隔を隔てた
位置に開口部501を有するシリコン窒化膜からなる反
射膜50を形成した後、図11に示すように、全面にレ
ーザ光6を照射する。ここで、多結晶シリコン層3の表
面上の反射膜50が形成されている部分のレーザ光の反
射率(例えば90%)は開口部501の反射膜の無い部
分の反射率(約40%)よりも著しく高い。このため、
この開口部501の部分の多結晶シリコン層は反射膜5
0の下部の多結晶シリコン層よりもレーザ光を良く吸収
し、より高温に加熱される。言い換えると、反射膜50
の下部の部分の多結晶シリコンは比較的低温になってい
る。
施の形態3であるSOI構造の製造方法を図10〜図1
4に示す断面図に基づいて説明する。図10において、
単結晶シリコン基板1上に開口部4を有しSiO2 膜
からなる絶縁層2を形成した後、この絶縁層2の表面上
および開口部4の内部に多結晶シリコン層3を形成す
る。ここで、開口部4の内部の多結晶は種結晶(シー
ド)領域となりうる部分である。次いで、多結晶シリコ
ン層3の表面上、開口部4からほぼ均等な間隔を隔てた
位置に開口部501を有するシリコン窒化膜からなる反
射膜50を形成した後、図11に示すように、全面にレ
ーザ光6を照射する。ここで、多結晶シリコン層3の表
面上の反射膜50が形成されている部分のレーザ光の反
射率(例えば90%)は開口部501の反射膜の無い部
分の反射率(約40%)よりも著しく高い。このため、
この開口部501の部分の多結晶シリコン層は反射膜5
0の下部の多結晶シリコン層よりもレーザ光を良く吸収
し、より高温に加熱される。言い換えると、反射膜50
の下部の部分の多結晶シリコンは比較的低温になってい
る。
【0024】レーザ光の照射によって溶融した多結晶シ
リコン層31は、レーザ光の照射の終了後に温度が低下
し始め、再結晶化が行われる。このとき、図12に示す
ように、溶融した多結晶シリコン層3の温度の低い部分
から再結晶化が始まるため、開口部4の内部の多結晶シ
リコン層から再結晶化が起こり、開口部4の内部の再結
晶化した単結晶シリコンがシード部41となる。次い
で、このシード部41を起点として多結晶シリコン層3
の再結晶化が行われることになる。ここで、溶融した多
結晶シリコン層3のうち、32は既に再結晶化が行われ
た部分を、31は溶融状態にある部分を、また33は再
結晶化が行われた部分32と溶融状態にある部分31の
境界面を示す。
リコン層31は、レーザ光の照射の終了後に温度が低下
し始め、再結晶化が行われる。このとき、図12に示す
ように、溶融した多結晶シリコン層3の温度の低い部分
から再結晶化が始まるため、開口部4の内部の多結晶シ
リコン層から再結晶化が起こり、開口部4の内部の再結
晶化した単結晶シリコンがシード部41となる。次い
で、このシード部41を起点として多結晶シリコン層3
の再結晶化が行われることになる。ここで、溶融した多
結晶シリコン層3のうち、32は既に再結晶化が行われ
た部分を、31は溶融状態にある部分を、また33は再
結晶化が行われた部分32と溶融状態にある部分31の
境界面を示す。
【0025】上記のようにして多結晶シリコン層31の
再結晶化が行われるのであるが、再結晶化はシード部4
1から始まり、より高温の反射膜50の開口部501の
下部に向かって進行する。このため、開口部501の下
部の中央付近において両側から成長してきた結晶が衝突
することになり、図13に示すように、この結晶の衝突
部分において結晶亜粒界7が生じる。
再結晶化が行われるのであるが、再結晶化はシード部4
1から始まり、より高温の反射膜50の開口部501の
下部に向かって進行する。このため、開口部501の下
部の中央付近において両側から成長してきた結晶が衝突
することになり、図13に示すように、この結晶の衝突
部分において結晶亜粒界7が生じる。
【0026】次に、図14において、反射膜50をマス
クとして、再結晶化したシリコン層32の結晶亜粒界7
の存在する部分に選択的にイオン注入を行い、高濃度不
純物領域40をその不純物濃度が周囲の不純物濃度より
も高くなるように形成する。ここで、61はイオンビー
ムであり、再結晶化したシリコン層32がn型で不純物
濃度が1×1017cm-3程度の場合は、イオン源とし
て例えばB+(ボロン)を用い、高濃度不純物領域40
の不純物濃度が4×1017cm-3以上になるように注
入を行う。次いで、反射膜50を除去し、アニールを実
施して高濃度不純物領域40の不純物を活性化させる。
クとして、再結晶化したシリコン層32の結晶亜粒界7
の存在する部分に選択的にイオン注入を行い、高濃度不
純物領域40をその不純物濃度が周囲の不純物濃度より
も高くなるように形成する。ここで、61はイオンビー
ムであり、再結晶化したシリコン層32がn型で不純物
濃度が1×1017cm-3程度の場合は、イオン源とし
て例えばB+(ボロン)を用い、高濃度不純物領域40
の不純物濃度が4×1017cm-3以上になるように注
入を行う。次いで、反射膜50を除去し、アニールを実
施して高濃度不純物領域40の不純物を活性化させる。
【0027】以上説明したように、この発明の実施の形
態3のSOI構造の製造方法は、結晶亜粒界7を含む領
域に高濃度の不純物領域を形成してピエゾ抵抗効果をほ
とんど低下させることなく抵抗値のばらつきを抑えるこ
とができるSOI構造が得られるという点で実施の形態
1と同様である。しかし、実施の形態3のSOI構造の
製造方法では、反射膜50をイオン注入の選択マスクと
しても用いているため、実施の形態1のように、結晶亜
粒界7が存在する部分に開口部52を合わせてホトレジ
スト51を形成する必要がなく、より簡単な製造工程で
実施の形態1と同様のSOI構造が得られるという効果
がある。
態3のSOI構造の製造方法は、結晶亜粒界7を含む領
域に高濃度の不純物領域を形成してピエゾ抵抗効果をほ
とんど低下させることなく抵抗値のばらつきを抑えるこ
とができるSOI構造が得られるという点で実施の形態
1と同様である。しかし、実施の形態3のSOI構造の
製造方法では、反射膜50をイオン注入の選択マスクと
しても用いているため、実施の形態1のように、結晶亜
粒界7が存在する部分に開口部52を合わせてホトレジ
スト51を形成する必要がなく、より簡単な製造工程で
実施の形態1と同様のSOI構造が得られるという効果
がある。
【0028】また、この実施の形態3の製造方法によっ
て形成したSOI構造を半導体圧力検出装置の感圧抵抗
体として用いても実施の形態2で説明した効果と同様の
効果を有する半導体圧力検出装置が得られることはいう
までもない。
て形成したSOI構造を半導体圧力検出装置の感圧抵抗
体として用いても実施の形態2で説明した効果と同様の
効果を有する半導体圧力検出装置が得られることはいう
までもない。
【0029】以上に述べたように、本発明の実施の形態
3においてはシリコン層3を加熱溶融する方法としてレ
ーザ光6を用いたが、レーザ光に代えて電子ビームを用
いても本発明のSOI構造を製造することができる。ま
た、高濃度不純物領域40の形成方法として、選択マス
ク51又は50を用いてイオン注入を行ったが、選択マ
スクを用いずに、収束イオンビーム(FIB)を用いて
も同様のSOI構造が得られる。さらに、不純物拡散法
によって当該領域を形成することもできる。また、実施
の形態1において、ホトレジスト51をマスクとして選
択的にイオン注入を行い、高濃度不純物領域40を形成
したが、他の物質、例えばSiO2等の絶縁膜や多結晶
シリコン膜等をマスクとして用いてもよい。さらに、上
記の実施の形態において、反射防止膜5及び反射膜50
の材料としてシリコン窒化膜を用いたが、他の材料例え
ばシリコン酸化膜等を用いてもよい。
3においてはシリコン層3を加熱溶融する方法としてレ
ーザ光6を用いたが、レーザ光に代えて電子ビームを用
いても本発明のSOI構造を製造することができる。ま
た、高濃度不純物領域40の形成方法として、選択マス
ク51又は50を用いてイオン注入を行ったが、選択マ
スクを用いずに、収束イオンビーム(FIB)を用いて
も同様のSOI構造が得られる。さらに、不純物拡散法
によって当該領域を形成することもできる。また、実施
の形態1において、ホトレジスト51をマスクとして選
択的にイオン注入を行い、高濃度不純物領域40を形成
したが、他の物質、例えばSiO2等の絶縁膜や多結晶
シリコン膜等をマスクとして用いてもよい。さらに、上
記の実施の形態において、反射防止膜5及び反射膜50
の材料としてシリコン窒化膜を用いたが、他の材料例え
ばシリコン酸化膜等を用いてもよい。
【0030】
【発明の効果】この発明によるSOI構造は、再結晶化
した単結晶半導体層の結晶亜粒界を含む部分に不純物濃
度が上記単結晶半導体層の他の部分の不純物濃度よりも
高い領域を形成したことにより、SOI構造のピエゾ抵
抗効果をほとんど低下させることなく抵抗値のばらつき
を抑えることができるという効果がある。また、上記の
領域の不純物濃度を4×1017cm-3以上とすること
により上記の効果を確実なものにすることができる。
した単結晶半導体層の結晶亜粒界を含む部分に不純物濃
度が上記単結晶半導体層の他の部分の不純物濃度よりも
高い領域を形成したことにより、SOI構造のピエゾ抵
抗効果をほとんど低下させることなく抵抗値のばらつき
を抑えることができるという効果がある。また、上記の
領域の不純物濃度を4×1017cm-3以上とすること
により上記の効果を確実なものにすることができる。
【0031】この発明のSOI構造の製造方法は、再結
晶化した単結晶半導体層の結晶亜粒界を含む部分に不純
物を選択的に注入する工程を備えたことにより、上記の
この発明にかかるSOI構造が簡単な製造工程で得られ
るという効果がある。
晶化した単結晶半導体層の結晶亜粒界を含む部分に不純
物を選択的に注入する工程を備えたことにより、上記の
この発明にかかるSOI構造が簡単な製造工程で得られ
るという効果がある。
【0032】この発明の他のSOI構造の製造方法は、
反射膜をイオン注入の選択マスクとしても用いているた
め、結晶亜粒界が存在する部分に開口部を合わせてホト
レジストを形成する必要がなく、より簡単な製造工程で
上記のSOI構造が得られるという効果がある。
反射膜をイオン注入の選択マスクとしても用いているた
め、結晶亜粒界が存在する部分に開口部を合わせてホト
レジストを形成する必要がなく、より簡単な製造工程で
上記のSOI構造が得られるという効果がある。
【0033】この発明の半導体圧力検出装置は、再結晶
化した単結晶半導体層の結晶亜粒界を含む部分に不純物
濃度が上記単結晶半導体層の他の部分の不純物濃度より
も高い領域を形成したSOI構造を感圧抵抗体として用
いたので、高精度の温度補償が可能な半導体圧力検出装
置が得られる効果がある。
化した単結晶半導体層の結晶亜粒界を含む部分に不純物
濃度が上記単結晶半導体層の他の部分の不純物濃度より
も高い領域を形成したSOI構造を感圧抵抗体として用
いたので、高精度の温度補償が可能な半導体圧力検出装
置が得られる効果がある。
【図1】この発明の実施の形態1のSOI構造を示す断
面斜視図。
面斜視図。
【図2】この発明の実施の形態1のSOI構造の製造方
法を示す断面図。
法を示す断面図。
【図3】この発明の実施の形態1のSOI構造の製造方
法を示す断面図。
法を示す断面図。
【図4】この発明の実施の形態1のSOI構造の製造方
法を示す断面図。
法を示す断面図。
【図5】この発明の実施の形態1のSOI構造の製造方
法を示す断面図。
法を示す断面図。
【図6】この発明の実施の形態1のSOI構造の製造方
法を示す断面図。
法を示す断面図。
【図7】この発明の実施の形態1のSOI構造の製造方
法を示す断面図。
法を示す断面図。
【図8】この発明の実施の形態2の半導体圧力検出装置
を示す断面図。
を示す断面図。
【図9】この発明の実施の形態2の半導体圧力検出装置
を示す平面図。
を示す平面図。
【図10】この発明の実施の形態3のSOI構造の製造
方法を示す断面図。
方法を示す断面図。
【図11】この発明の実施の形態3のSOI構造の製造
方法を示す断面図。
方法を示す断面図。
【図12】この発明の実施の形態3のSOI構造の製造
方法を示す断面図。
方法を示す断面図。
【図13】この発明の実施の形態3のSOI構造の製造
方法を示す断面図。
方法を示す断面図。
【図14】この発明の実施の形態3のSOI構造の製造
方法を示す断面図。
方法を示す断面図。
【図15】従来のSOI構造を示す断面図。
【図16】従来のSOI構造の製造方法を示す断面図。
【図17】従来のSOI構造の製造方法を示す断面図。
【図18】従来のSOI構造の製造方法を示す断面斜視
図。
図。
【図19】従来の半導体圧力検出装置を示す断面図。
【図20】従来の半導体圧力検出装置を示す平面図。
【図21】従来の他のSOI構造を示す断面斜視図。
1 単結晶シリコン基板 2 絶縁層 3 多結晶シリコン層 4 絶縁層2の開口部 5 反射防止膜 6 レーザ光 7 結晶亜粒界 8 層間絶縁膜 9 配線層 10 保護膜 11 ダイヤフラム 30 従来の感圧抵抗体 31 溶融状態の多結晶シリコン層 32 溶融した多結晶シリコン層の既に再結晶化が行わ
れた部分 33 再結晶化が行われた部分32と溶融状態にある部
分31の境界面 34 本発明による感圧抵抗体 35 結晶亜粒界7の存在しない部分に形成した感圧抵
抗体 40 高濃度不純物領域 41 シード部 50 反射膜 501 反射膜50の開口部 51 ホトレジスト 52 ホトレジスト51の開口部 61 イオンビーム
れた部分 33 再結晶化が行われた部分32と溶融状態にある部
分31の境界面 34 本発明による感圧抵抗体 35 結晶亜粒界7の存在しない部分に形成した感圧抵
抗体 40 高濃度不純物領域 41 シード部 50 反射膜 501 反射膜50の開口部 51 ホトレジスト 52 ホトレジスト51の開口部 61 イオンビーム
Claims (5)
- 【請求項1】 単結晶半導体基板、前記単結晶半導体基
板上に形成された絶縁層、前記絶縁層上に形成されその
中に結晶亜粒界を有する単結晶半導体層を備え、前記単
結晶半導体層の結晶亜粒界を含む部分に不純物濃度が前
記単結晶半導体層の他の部分の不純物濃度よりも高い高
濃度不純物領域を形成したことを特徴とするSOI構
造。 - 【請求項2】 単結晶半導体層の高濃度不純物領域の不
純物濃度が4×1017cm-3以上であることを特徴とす
る請求項1に記載のSOI構造。 - 【請求項3】 単結晶半導体基板上に開口部を有する絶
縁層を形成する工程、前記絶縁層上及び前記絶縁層の開
口部の内部に多結晶半導体層を形成する工程、前記絶縁
層の表面上前記絶縁層の開口部からほぼ均等な距離を隔
てた位置に反射防止膜を部分的に形成する工程、レーザ
光の照射により、前記多結晶半導体層を溶融して単結晶
化する工程、前記単結晶化した半導体層の結晶亜粒界を
含む部分に不純物を選択的に注入する工程とを備えたこ
とを特徴とするSOI構造の製造方法。 - 【請求項4】 単結晶半導体基板上に開口部を有する絶
縁層を形成する工程、前記絶縁層上及び前記絶縁層の開
口部の内部に多結晶半導体層を形成する工程、前記絶縁
層の表面上、前記絶縁層の開口部の上部に対応した位置
に開口部を有する反射膜を形成する工程、レーザ光の照
射により前記多結晶半導体層を溶融して単結晶化する工
程、前記単結晶化した半導体層の結晶亜粒界を含む部分
に前記反射膜をマスクとして不純物を選択的に注入する
工程とを備えたことを特徴とするSOI構造の製造方
法。 - 【請求項5】 請求項1に記載のSOI構造を感圧抵抗
体として用いたことを特徴とする半導体圧力検出装置。
Priority Applications (4)
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JP7320104A JPH09162420A (ja) | 1995-12-08 | 1995-12-08 | Soi構造及びその製造方法並びに半導体圧力検出装置 |
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JP7320104A JPH09162420A (ja) | 1995-12-08 | 1995-12-08 | Soi構造及びその製造方法並びに半導体圧力検出装置 |
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Family Applications (1)
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