(57)【要約】【課題】  金属不純物に対して高いゲッタリング能力を有するＳＯＩウェーハを提供する。【解決手段】ＳＯＩウェーハ１０において、支持基板１の上部に熱酸化によるＢＯＸ層２が形成されている。ＢＯＸ層２の直上に、酸素、酸素と炭素、酸素と窒素、酸素と炭素と窒素のいずれかの組み合わせを含むシリコンからなるゲッタリング層３が形成され、ゲッタリング層３の直上に、半導体素子を形成するための単結晶シリコンからなるＳ層４が形成されている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコンからなる支持基板の表面に、シリコン酸化膜からなる絶縁層が形成され、
当該絶縁層の直上に、酸素、炭素、窒素のうち、少なくとも酸素が含有されたシリコンからなるゲッタリング層を有し、
当該ゲッタリング層の直上に、単結晶シリコン層を有することを特徴とするＳＯＩウェーハ。
【請求項２】
前記ゲッタリング層に、導電型不純物あるいはゲルマニウムが含有されていることを特徴とする請求項１記載のＳＯＩウェーハ。
【請求項３】
前記ゲッタリング層を構成するシリコンは、
単結晶、多結晶、非晶質のいずれかの形態、あるいは多結晶と非晶質が混合された形態であることを特徴とする請求項１または２記載のＳＯＩウェーハ。
【請求項４】
前記ゲッタリング層中に含有される酸素濃度が１×１０18 atoms / cm3以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載のＳＯＩウェーハ。
【請求項５】
前記ゲッタリング層に炭素が含有され、当該炭素濃度が３×１０16 atoms / cm3以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載のＳＯＩウェーハ。
【請求項６】
前記ゲッタリング層に窒素が含有され、当該窒素濃度が１×１０14atoms/cm3以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載のＳＯＩウェーハ。
【請求項７】
前記単結晶シリコン層の厚さは１μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載のＳＯＩウェーハ。
【請求項８】
前記ゲッタリング層の厚さは、前記単結晶シリコン層の厚さより小さいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか記載のＳＯＩウェーハ。
【請求項９】
２００Ｖ以上の高耐圧デバイスあるいは埋め込み型フォトダイオードを有するイメージデバイスを製造する素材として用いられ、
前記単結晶シリコン層の厚さが１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか記載のＳＯＩウェーハ。
【請求項１０】
５００Ｖを超える高耐圧デバイスを製造する素材として用いられ、
前記単結晶シリコン層の厚さが１０μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか記載のＳＯＩウェーハ。
【請求項１１】
第１支持基板上に、単結晶シリコン層と、酸素、炭素、窒素のうち、少なくとも酸素を含むシリコンからなるゲッタリング層とを順に形成することによって第１ウェーハを作成する第１ウェーハ作製工程と、
単結晶シリコンからなる第２支持基板の表面にシリコン酸化膜からなる絶縁層を形成することによって第２ウェーハを作成する第２ウェーハ作成工程と、
第１ウェーハにおけるゲッタリング層の表面と、第２ウェーハにおける絶縁層の表面とを貼り合わせる貼合工程と、
前記貼合工程で貼り合わせられた貼合体から前記第１支持基板を削り取る薄膜化工程とを備えるＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項１２】
第１支持基板上に、単結晶シリコン層を形成し、当該単結晶シリコン層の表面近傍領域に、酸素、窒素、炭素のうち、少なくとも酸素を、イオン注入法で導入することによって第１ウェーハを作成する第１ウェーハ作成工程と、
単結晶シリコン基板からなる第２支持基板の表面にシリコン酸化膜からなる絶縁層を形成することによって第２ウェーハを作成する第２ウェーハ作成工程と、
前記第１ウェーハにおけるイオン注入された側の表面と、第２ウェーハにおける絶縁層の表面とを貼り合わせる貼合工程と、
前記貼り合わせ工程で貼り合わせられた貼合体から前記第１支持基板を削り取る薄膜化工程とを備えるＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項１３】
第１ウェーハ作成工程でイオン注入するとき、
第１支持基板の表面近傍領域にピーク濃度を持ち、且つ総ドーズ量の８０％以上が当該表面近傍領域に存在するような加速エネルギでイオン注入する請求項１２記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項１４】
第１支持基板上に、単結晶シリコン層と、多結晶あるいは非晶質のシリコン層を順に形成した後、当該多結晶あるいは非晶質のシリコン層中に、酸素、窒素、炭素のうち、少なくとも酸素をイオン注入することによって第１ウェーハを作成する第１ウェーハ作成工程と、
単結晶シリコンからなる第２支持基板の表面に、シリコン酸化膜からなる絶縁層を形成することによって第２ウェーハを作成する第２ウェーハ作成工程と、
第１ウェーハにおける多結晶あるいは非晶質のシリコン層の表面と、第２ウェーハの絶縁層の表面とを貼り合わせる貼合工程と、
前記貼り合わせ工程で貼り合わせられた貼合体から前記第１支持基板を削り取る薄膜化工程とを備えるＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項１５】
第１ウェーハ作成工程でイオン注入するとき、
上記多結晶あるいは非晶質シリコン層中に、ピーク濃度を持ち且つ総ドーズ量の８０％以上が存在するような加速エネルギでイオン注入することを特徴とする請求項１４記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項１６】
前記第１ウェーハ作成工程の後、多結晶シリコン層あるいは非晶質シリコン層の形成温度より高い温度で熱処理を行った後、前記貼合工程を行うことを特徴とする請求項１４または１５記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項１７】
酸素、窒素、炭素のうち、少なくとも酸素を格子間に含む単結晶シリコンからなる第１支持基板に対して、熱処理を施すことによって当該第１支持基板の表面まで酸素析出をさせて第１ウェーハを作成する第１ウェーハ作成工程と、
単結晶シリコンからなる第２支持基板上にシリコン酸化膜からなる絶縁層を形成して第２ウェーハを作成する第２ウェーハ作成工程と、
前記第２ウェーハの絶縁層と、前記第１ウェーハの酸素析出している表面とを貼り合わせる貼合工程と、
前記貼り合わせ工程で貼り合わせられた貼合体における第１支持基板の外面側を削り取る薄膜化工程と、
前記貼合体における薄膜化された第１支持基板上に、単結晶シリコンエピタキシャル層を形成するシリコンエピタキシャル層形成工程とを備えるＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項１８】
前記貼合工程の前に、前記第１ウェーハ作成工程で作成した第１ウェーハに対して、所定深さ位置に水素イオンを注入する水素イオン注入工程を備え、
前記薄膜化工程では、
前記貼合体に熱処理を加え、前記所定深さの位置で、水素脆化と水素ガス化を生じさせて、第１支持基板を剥離させることによって薄膜化することを特徴とする請求項１７記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項１９】
第１ウェーハ作成工程において、第１ウェーハに酸素を析出させるときの酸素析出密度は、５×１０5個/cm2以上１×１０7個/cm2以下であることを特徴とする請求項１７または１８記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項２０】
請求項１記載のＳＯＩウェーハを材料として半導体装置を製造する方法であって、
当該ＳＯＩウェーハの単結晶シリコン層に、半導体素子および配線を形成する素子形成工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
請求項１記載のＳＯＩウェーハを材料として半導体装置を製造する方法であって、
当該ＳＯＩウェーハの単結晶シリコン層に、埋め込み型半導体素子を含む半導体素子および配線を形成し、当該配線上に絶縁膜を形成することによって第１ウェーハを作成する第１ウェーハ作成工程と、
前記第１ウェーハの絶縁膜と、単結晶シリコンからなる第２支持基板とを貼り合わせる貼合工程と、
前記貼り合わせ工程で貼り合わせられた貼合体に対して、第１ウェーハの支持基板、絶縁層、ゲッタリング層、及び単結晶シリコン層の一部を削り取ることによって薄膜化する薄膜化工程と、
前記薄膜化された単結晶シリコン層の表面上に保護層を形成する保護層形成工程と、
前記第２支持基板の外表面から当該第２支持基板を貫通して前記配線に到る貫通ビアを形成して引出電極を形成する引出電極形成工程とを含む半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
前記第２支持基板の表面に絶縁層を形成することなく、前記貼合工程において、第１ウェーハと第２支持基板とを貼り合わせることを特徴とする請求項２１記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＳＯＩ(シリコン・オン・インシュレータ)ウェーハの構造およびその製造方法、さらに、ＳＯＩウェーハを用いた半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路装置の高集積化、高機能化及び高速化に伴って、素子の微細化が進んでいる。それに伴って、トランジスタのゲート長の微細化など横方向の微細化のみならず、ゲート絶縁膜の極薄膜化など縦方向の微細化も進んでいる。一方、このような素子の微細化により配線間および配線とシリコン基板間の静電容量（寄生容量）が大きくなるため、素子の低消費電力化、高速化を有効に行えないという問題も生じている。
【０００３】
配線間の寄生容量を低下させる上で、低誘電率の絶縁膜層間膜を開発することも行われているが、支持基板となるシリコンウェーハの表面にＢＯＸ(Buried Oxide)と呼ばれる酸化膜（絶縁膜）を形成し、その上に比較的薄い単結晶シリコン層を形成した構造のＳＯＩ(Silicon On Insulator)ウェーハが、その有効な手段として注目されている。近年では、このＳＯＩウェーハにおいて、半導体素子同士をさらに積層し高集積化して形成するなど、３次元的な集積回路への適用も検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２９３５８９号公報
【特許文献２】特開平９−２９３８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなＳＯＩウェーハを用いて半導体装置を製造する際に、金属不純物（主としてＦｅ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒなどの遷移金属や、重金属、貴金属）が、単結晶シリコン層（Ｓ層）やシリコン酸化膜中に残存すると、結晶欠陥を誘起したり、ＰＮ接合の接合リークや、酸化膜の絶縁破壊を引き起こし、半導体素子の電気特性や信頼性に深刻な問題を引き起こす可能性がある。特に、イメージデバイスにおいては電荷の湧き出しによる白点不良の原因となる。
【０００６】
そこで、ゲッタリングという手法を用いてこの金属不純物を無害化することが行われる。
一般的なシリコンウェーハにおけるゲッタリング手法としては、ウェーハにおける素子を形成しない深い領域（表面から数十μｍ）に、酸素析出や結晶欠陥などによって結晶歪を形成して、この結晶歪に金属原子を捕獲させる手法、シリコンウェーハの裏面に多結晶シリコンなどの結晶粒界を有する膜を形成し、この結晶粒界に金属原子を捕獲させる手法、あるいは、シリコンウェーハにおける表面から深い位置に、ホウ素の高濃度層を形成し、このホウ素が金属原子(Ｃｕ、Ｆｅ)とペア(Ｃｕ−Ｂ、Ｆｅ−Ｂ)を生成することによって当該金属原子を捕獲する手法などが採られている。
【０００７】
一方、ＳＯＩウェーハにおいては、主として半導体素子を形成する領域であるＳ層には基本的にゲッタリング能力を持たせることはなく、素子を形成しない支持基板にゲッタリング能力を付与する技術が知られている。
例えば、特許文献１には、支持基板となるシリコンウェーハの表面付近に酸素析出やレーザー照射による欠陥が露出するような支持基板を用い、これらのゲッタリング層がＢＯＸ層直下に来るような構造のＳＯＩウェーハが提案されている。また、特許文献２においても、支持基板であるシリコン基板の最表面に酸素析出を生じさせることにより、ＢＯＸ層直下にゲッタリング層を形成したＳＯＩ構造が開示されている（図８参照）。
【０００８】
これら先行文献に記載された技術では、ＳＯＩウェーハにおける支持基板に酸素析出や欠陥を導入しているので比較的容易にゲッタリングサイトが形成されるが、Ｓ層とゲッタリングサイトとの間にＢＯＸ層が介在しており、一般に金属不純物の拡散係数はシリコン中と比べてシリコン酸化膜中では小さく、ＢＯＸ層を構成するシリコン酸化膜中でも金属不純物の拡散係数が小さい。さらにＢＯＸ層の膜厚は、薄くても数十ｎｍあり、厚い場合は数μｍに及ぶ。
【０００９】
従って、Ｓ層に含まれる金属不純物がゲッタリングサイトに拡散して捕獲されるには、高温で長時間の熱処理が必要となり、半導体素子の形成プロセスに大きな制約が加わることとなる。
特に、ＢＯＸ層が厚い場合は、ゲッタリング能力は大幅に低下し、Ｆｅなど、酸化物を形成しやすい金属不純物については、シリコン酸化膜中での拡散はほとんど期待できず、ゲッタリングが極めて困難となる。一方、ＮｉやＣｕなどの金属についてはＦｅよりはシリコン酸化膜中での拡散が期待できるものの、ゲッタリングに高温・長時間の熱処理を必要とする。
【００１０】
以上のように、ＳＯＩウェーハにおいては、そのゲッタリング性能が低いことが解決すべき重要な課題である。
なお、この他のゲッタリング手法として、半導体製造プロセス中に、Ｓ層にゲッタリング能力を付与する近接ゲッタリング（Proximity Gettering）と呼ばれる手法も実施されている。
【００１１】
例えば、Ｓ層に形成する半導体素子の周囲に、不純物（ホウ素あるいは燐）を高濃度で拡散した不純物拡散層を、素子に近接させて形成し、不純物拡散層中の欠陥によってゲッタリングを行うことも報告されているが、半導体製造プロセス中に不純物拡散層を形成する工程が加わるため、製造プロセスが複雑になる。また、この近接ゲッタリングにおいても、拡散層の不純物濃度と素子からの距離に依存するため、そのゲッタリング効果は不安定であり、酸素析出や結晶欠陥による一般的なゲッタリングと比べるとその効果は低い。さらに、半導体素子を取り巻くように拡散層を形成するので、半導体装置設計上の自由度を低下させるだけでなく、素子の微細化を阻害する要因ともなる。
【００１２】
本発明は、このような課題に鑑み、優れたゲッタリング効果を奏するＳＯＩウェーハを提供することによって、ＳＯＩウェーハを用いて半導体装置を製造するときに、金属不純物によって半導体装置に欠陥が生じるのを抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明にかかるＳＯＩウェーハは、単結晶シリコンからなる支持基板の表面に、シリコン酸化膜からなる絶縁層（ＢＯＸ層）を形成し、当該絶縁層の直上に、酸素、炭素、窒素のうち、少なくとも酸素を含むゲッタリング層を設け、このゲッタリング層の直上に単結晶シリコン層を設けた。
上記単結晶シリコン層は、半導体素子を形成する領域であって、通常、単結晶シリコンに導電型不純物が含有されている。
【００１４】
上記本発明にかかるＳＯＩウェーハにおいて、ゲッタリング層中に、導電型不純物あるいはゲルマニウムを含有していてもよい。
ゲッタリング層を構成するシリコンは、単結晶、多結晶、非晶質のいずれかでもよいし、多結晶と非晶質が混合された形態でもよい。
ゲッタリング層中に含有される酸素濃度は１×１０18 atoms / cm3以上であることが望ましい。
【００１５】
ゲッタリング層中に炭素が含まれる場合、炭素濃度は３×１０18 atoms / cm3以上であることが好ましい。ゲッタリング層中に窒素が含まれる場合、窒素濃度は１×１０14 atoms / cm3以上であることが好ましい。
単結晶シリコン層の厚さは１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
ゲッタリング層の厚さは、単結晶シリコン層よりも薄く設定することが好ましい。
【００１６】
本発明のＳＯＩウェーハを、ＰＤＰドライバ、ＬＣＤライバなど、２００Ｖ以上の高耐圧デバイス、あるいはイメージセンサなど、埋め込み型フォトダイオードを有するイメージデバイスを製造する材料として用いる場合、単結晶シリコン層の厚さは１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
また本発明のＳＯＩウェーハを、５００Ｖを超える高耐圧デバイスを製造する材料として用いる場合、単結晶シリコン層の厚さは、１０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
上記本発明のＳＯＩウェーハは、以下の製造方法によって製造できる。
（１）第１支持基板上に、単結晶シリコン層と、酸素、炭素、窒素のうち、少なくとも酸素を含むシリコンからなるゲッタリング層とを順に形成することによって第１ウェーハを作成する第１ウェーハ作製工程と、単結晶シリコンからなる第２支持基板の表面にシリコン酸化膜からなる絶縁層を形成することによって第２ウェーハを作成する第２ウェーハ作成工程と、第１ウェーハにおけるゲッタリング層の表面と、第２ウェーハにおける絶縁層の表面とを貼り合わせる貼合工程と、貼合工程で貼り合わせられた貼合体から第１支持基板を削り取る薄膜化工程とを備えるＳＯＩウェーハの製造方法。
（２）第１支持基板上に、単結晶シリコン層を形成し、当該単結晶シリコン層の表面近傍領域（ゲッタリング層形成予定領域）に、酸素、窒素、炭素のうち、少なくとも酸素を、イオン注入法で導入することによって第１ウェーハを作成する第１ウェーハ作成工程と、単結晶シリコン基板からなる第２支持基板の表面にシリコン酸化膜からなる絶縁層を形成することによって第２ウェーハを作成する第２ウェーハ作成工程と、第１ウェーハにおけるイオン注入された側の表面と、第２ウェーハにおける絶縁層の表面とを貼り合わせる貼合工程と、貼り合わせ工程で貼り合わせられた貼合体から第１支持基板を削り取る薄膜化工程とを備えるＳＯＩウェーハの製造方法。
【００１８】
ここで、第１ウェーハ作成工程でイオン注入するとき、上記表面近傍領域に、ピーク濃度を持ち且つ総ドーズ量の８０％以上が存在するような加速エネルギでイオン注入することが好ましい。
（３）第１支持基板上に、単結晶シリコン層と、多結晶あるいは非晶質のシリコン層を順に形成した後、当該多結晶あるいは非晶質のシリコン層中に、酸素、窒素、炭素のうち、少なくとも酸素をイオン注入することによって第１ウェーハを作成する第１ウェーハ作成工程と、単結晶シリコンからなる第２支持基板の表面に、シリコン酸化膜からなる絶縁層を形成することによって第２ウェーハを作成する第２ウェーハ作成工程と、第１ウェーハにおける多結晶あるいは非晶質のシリコン層の表面と、第２ウェーハの絶縁層の表面とを貼り合わせる貼合工程と、貼り合わせ工程で貼り合わせられた貼合体から第１支持基板を削り取る薄膜化工程とを備えるＳＯＩウェーハの製造方法。
【００１９】
ここで、第１ウェーハ作成工程でイオン注入するとき、上記多結晶あるいは非晶質シリコン層中に、ピーク濃度を持ち且つ総ドーズ量の８０％以上が存在するような加速エネルギでイオン注入することが好ましい。
（４）酸素、窒素、炭素のうち、少なくとも酸素を格子間に含む単結晶シリコンからなる第１支持基板に対して、熱処理を施すことによって当該第１支持基板の表面まで酸素析出をさせて第１ウェーハを作成する第１ウェーハ作成工程と、単結晶シリコンからなる第２支持基板上にシリコン酸化膜からなる絶縁層を形成して第２ウェーハを作成する第２ウェーハ作成工程と、第２ウェーハの絶縁層と、第１ウェーハの酸素析出している表面とを貼り合わせる貼合工程と、貼り合わせ工程で貼り合わせられた貼合体における第１支持基板の外面側を削り取る薄膜化工程と、貼合体における薄膜化された第１支持基板上に、単結晶シリコンエピタキシャル層を形成するシリコンエピタキシャル層形成工程とを備えるＳＯＩウェーハの製造方法。
【００２０】
上記製造方法において、貼合工程の前に、第１ウェーハ作成工程で作成した第１ウェーハに対して、所定深さ位置に水素イオンを注入する水素イオン注入工程を設けておいて、薄膜化工程において、貼合体に熱処理を加えて、所定深さの位置で、水素脆化と水素ガス化を生じさせることによって第１ウェーハを剥離させることが好ましい。
また、第１ウェーハ作成工程において、第１ウェーハに酸素を析出させる酸素析出密度、すなわち酸素析出によって単位体積あたりに生じる微小欠陥ＢＭＤ（Bulk  Micro  Defect）の個数は、５×１０5 / cm2以上、１×１０7 / cm2以下であることが好ましい。
【００２１】
本発明にかかる半導体装置の製造方法においては、上記本発明のＳＯＩウェーハを材料として、当該ＳＯＩウェーハの単結晶シリコン層に、半導体素子および配線を形成する素子形成工程を設けた。
また、本発明にかかる半導体装置の製造方法において、上記本発明のＳＯＩウェーハを材料として、ＳＯＩウェーハの単結晶シリコン層に、埋め込み型半導体素子を含む半導体素子および配線を形成し、配線上に絶縁膜を形成することによって第１ウェーハを作成する第１ウェーハ作成工程と、第１ウェーハの絶縁膜と、単結晶シリコンからなる第２支持基板とを貼り合わせる貼合工程と、貼り合わせ工程で貼り合わせられた貼合体に対して、第１ウェーハの支持基板、絶縁層、ゲッタリング層、及び単結晶シリコン層の一部を削り取ることによって薄膜化する薄膜化工程と、薄膜化された単結晶シリコン層の表面上に保護層を形成する保護層形成工程と、第２支持基板の外表面から当該第２支持基板を貫通して前記配線に到る貫通ビアを形成して引出電極を形成する引出電極形成工程とを設けてもよい。
【００２２】
ここで、第１ウェーハと貼り合わせ行う第２ウェーハの表面に、絶縁層を形成してもよいが、絶縁層を形成しなくてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明にかかるＳＯＩウェーハの構造によれば、単結晶シリコン層の直下に、酸素、炭素、窒素の中、少なくとも酸素を含むゲッタリング層が設けられているため、これを加熱した時に、ゲッタリング層に酸素が析出されてゲッタリングサイトが形成される。ここで、ゲッタリング層に、酸素と共に炭素や窒素が含まれている場合、その炭素や窒素は酸素析出を促進させる作用がある。
【００２４】
このように本発明によれば、単結晶シリコン層に接する層にゲッタリングサイトが形成されるので、単結晶シリコン層に対して強いゲッタリング能力を発揮する。
一方、半導体素子を形成する領域である単結晶シリコン層は、ゲッタリング層とは別の層であって、この単結晶シリコン層には酸素を含有させる必要がないので、単結晶シリコン層における酸素析出を抑えて、欠陥の少ない高品質の単結晶シリコン層に保つことができる。
【００２５】
また、本発明によれば、半導体素子を形成する前のＳＯＩウェーハにゲッタリング層が形成されているため、単結晶シリコン層に半導体素子を形成するプロセスの中で、近接ゲッタリングのように半導体素子に近接させて不純物拡散層を形成する工程を行う必要がなく、その点で、半導体装置設計上の自由度も保たれる。
また、本発明によるＳＯＩウェーハの製造方法によれば、上記本発明の構造を有するＳＯＩウェーハ、すなわち、強いゲッタリング能力を有するＳＯＩウェーハを、低コスト、高生産性で製造することができる。
【００２６】
また、本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、上記本発明のＳＯＩウェーハを用いることによって、強いゲッタリング効果を得ながら半導体装置を製造することができ、その結果、電気特性や信頼性の優れた半導体素子を製造することができる。
特に、固体撮像素子のような埋め込み素子を含む半導体装置においては、金属不純物による影響を受けやすいのが、本発明にかかる半導体装置を製造する製造方法によれば、埋め込み素子を含む半導体装置を製造する上で、金属不純物による影響を抑えることができ、その電気特性や信頼性を向上させる効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施の形態に係るＳＯＩウェーハの断面構造を示す図である。
【図２】実施の形態に係るＳＯＩウェーハの製造方法を示す図である。
【図３】実施の形態に係るＳＯＩウェーハの製造方法を示す図である。
【図４】実施の形態に係るＳＯＩウェーハの製造方法を示す図である。
【図５】実施の形態に係るＳＯＩウェーハの製造方法を示す図である。
【図６】実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【図７】実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図である。
【図８】従来技術に係るゲッタリング能力を付与したＳＯＩウェーハの断面構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の一実施形態に係る不純物ゲッタリング機能を有するＳＯＩウェーハについて、図面を参照しながら説明する。
[ＳＯＩウェーハ１０の構造]
図１に示すように、本実施の形態にかかるＳＯＩウェーハ１０においては、単結晶シリコンウェーハからなる支持シリコン基板１の上部に、シリコン酸化膜からなるＢＯＸ層（埋め込み酸化膜層）２が形成されている。このＢＯＸ層２は、単結晶シリコンウェーハを熱酸化することにより、その表面に形成された酸化膜である。
【００２９】
そして、ＢＯＸ層２の直上には、酸素が含有されたシリコンからなるゲッタリング層３が形成され、このゲッタリング層３の直上に、素子を形成するための単結晶シリコンからなるＳ層４が形成されて構成されている。そして、ＳＯＩウェーハ１０の加熱時に、ゲッタリング層３の層内に、酸素析出によるゲッタリングサイトが形成され、Ｓ層４に含まれる金属不純物を捕獲する効果を奏する。
【００３０】
支持シリコン基板１を構成する単結晶シリコンウェーハには、通常、導電型のドーパント（燐、ヒ素、ホウ素など）が含まれるが、高周波用などの用途では、支持シリコン基板１として、これら導電型ドーパントを意図的には含まない高抵抗な基板を用いてもよい。
支持シリコン基板１にはゲッタリング機能を必要としないので、この支持シリコン基板１には、酸素、窒素、炭素を含有させることは規定しておらず、酸素析出核を多量含有していてもよいし、酸素析出核を含有していなくてもよい。ただし、通常の単結晶シリコンウェーハの製造方法によれば、酸素および炭素が含有される。
【００３１】
ＢＯＸ層２の厚さは、ＳＯＩウェーハ１０を、どのような半導体デバイスを製造する材料として用いるかによって決まり、一般に５０ｎｍ〜数μｍの範囲で決定される。
ゲッタリング層３は、上記のように、酸素が含有されたシリコンで形成されているが、シリコンに対して酸素が含有される形態は、酸素単独で含有されていてもよいし、酸素と炭素、酸素と窒素、酸素と炭素と窒素のいずれかの組み合わせで含有されていてもよい。
【００３２】
このようなゲッタリング層３において、高温加熱時に、シリコンに含まれている酸素が析出されて、ゲッタリングサイトが形成される。また、ゲッタリング層３に酸素と共に炭素や窒素が含有されている場合、その炭素や窒素は、酸素析出を促進させる働きをなす。
ゲッタリング層３には半導体素子を形成しないので、当該ゲッタリング層３における結晶の品質は不問であり、単結晶シリコンであってもよいし、非晶質シリコン、多結晶シリコン、あるいは非晶質と多結晶の混晶であってもよい。後述するように、ゲッタリング層３の製造方法によって、ゲッタリング層３を構成するシリコンは様々な形態をとる。
【００３３】
むしろ、ゲッタリング層３を構成するシリコン結晶が、欠陥、酸素析出、歪み、あるいは結晶粒界を含んでいれば、これら結晶の乱れがゲッタリングサイトとして機能するので、ゲッタリング機能が向上することもある。
例えば、ゲッタリング層３にゲルマニウムＧｅを含有させれば、シリコン結晶の格子に歪みが生じ、その歪がゲッタリングサイトとして機能する。また、ゲッタリング層３にホウ素Ｂを含有させれば、ホウ素によるゲッタリング機能が加わる。
【００３４】
ゲッタリング層３に含まれる酸素の濃度（酸素がシリコン結晶に含まれる場合、酸素の格子間濃度）については、この酸素濃度が高いほど、プロセス熱処理に伴って酸素析出が生じてゲッタリングサイトとして振る舞う機能が高まるので、酸素濃度は1×１０18 atoms / cm3以上であることが好ましい。一方、酸素濃度の上限については、特に限定されないが、２×１０18 atoms / cm3程度が現実的な上限値である。
【００３５】
ゲッタリング層３に炭素を含有させる場合、酸素析出を促進させる上で、炭素濃度は3×１０16 atoms / cm3以上とし、１×１０18 atoms / cm3以下とすることが好ましい。
ゲッタリング層３に窒素が含まれると、酸素析出核の密度を高める機能がある。窒素濃度については、５×１０13 atoms / cm3以上とし、５×１０14 atoms / cm3以下とすることが好ましい。
【００３６】
なお、酸素濃度、炭素濃度については、赤外吸光法で測定することができ、窒素濃度については、ＳＩＭＳで測定することができる。
ゲッタリング層３の厚さについては、その厚さが大きいほど、ゲッタリング可能な金属不純物の総量が大きくなり、当該膜厚が薄いとゲッタリング可能な金属不純物の総量は減少する。そういう意味で、十分なゲッタリング機能を確保する厚さが必要ではあるが、ＳＯＩウェーハの機能を考慮すると、ゲッタリング層３の厚さを、Ｓ層４よりも厚く設定することは、特別な場合を除き考えにくく、通常はＳ層４の厚みと同程度か、Ｓ層４よりも薄い膜厚とするのが適当である。
【００３７】
Ｓ層４は、単結晶シリコンからなる層であり、導電型不純物（燐、ヒ素、ホウ素）を含んでいる。Ｓ層４は半導体素子を形成する領域であるため、無欠陥であって、格子間酸素濃度も低いほうが好ましい。
また、Ｓ層４には、プロセス熱処理によって酸素析出が生じないことが好ましいので、ゲッタリング層３とＳ層４とは、互いに異質のシリコン構造を有することが好ましい。
Ｓ層４の膜厚は、デバイス設計上の要求から決定され、１０ｎｍ〜数十μｍと幅があるが、支持基板（シリコン基板）の厚さに比べれば数十分の一以下である。
【００３８】
例えば、ＳＯＩウェーハ１０を、ＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンンサなどの撮像デバイスを製造する材料として用いる場合、Ｓ層４の厚さは２〜８μｍ程度が適しており、ＦＤ型（完全空乏型）のＭＯＳデバイス製造用ではＳ層４の厚さは２０〜５０ｎｍ、ＰＤ型（部分空乏型）のＭＯＳデバイス製造用では、Ｓ層４の厚さとして５０〜３００ｎｍ程度が適している。
【００３９】
一方、ＳＯＩウェーハ１０を、ＰＤＰ(Plasma Display Panel)ドライバやＬＣＤ(Liquid Crystal Display)ドライバなど、２００Ｖ以上の高耐圧デバイスを製造する材料として用いる場合、Ｓ層４の厚さは大きく、１〜５μｍに設定する。さらに１０００Ｖを越えるような高耐圧電力デバイス製造用では、Ｓ層の厚さは１０〜５０μｍ、ＢＯＸ層も１〜２μｍと厚く設定する。
【００４０】
Ｓ層４の膜厚が２０〜３００ｎｍ程度と比較的薄く設定される場合には、ゲッタリング層３もかなり薄く形成する必要があるが、Ｓ層４が１μｍ以上の場合は、Ｓ層４の膜厚より小さい範囲内で、Ｓ層４中に混入する金属不純物をゲッタリングできる膜厚に設定すればよいので、ゲッタリング層３を比較的容易に形成することができる。
[ＳＯＩウェーハ１０による効果]
以上説明したＳＯＩウェーハ１０によれば、ＳＯＩウェーハ１０に熱処理プロセスが加えられると、ゲッタリング層３に含まれる酸素が、ゲッタリング層３を構成するシリコン中に析出して、ゲッタリングサイトとして振る舞う。
【００４１】
ここで、ゲッタリング特性を有するゲッタリング層３が、素子を形成するＳ層４の直下に形成されており、ゲッタリング層３とＳ層４との間にＢＯＸ層が介在していないので、Ｓ層４中に含まれる金属不純物の原子がゲッタリング層３に効率よく拡散され、ゲッタリング層３に形成されているゲッタリングサイトで捕獲される。
従って、ＳＯＩウェーハ１０によれば、Ｓ層４に存在する金属不純物をゲッタリングする能力が高い。
【００４２】
よって、ＳＯＩウェーハ１０のＳ層４に半導体素子を形成して半導体装置を製造すれば、金属不純物によって結晶欠陥の誘起、ＰＮ接合の接合リーク、酸化膜の絶縁破壊などが生じるのを抑えることができる。
一方、Ｓ層４は、単結晶シリコンからなり、ゲッタリング層３とは別の層であるため、熱処理プロセスが加えられても、Ｓ層４には酸素は析出されず、良好な結晶性が維持される。
【００４３】
なお、ＳＯＩウェーハ１０を提供する時点では、必ずしもゲッタリング層３にゲッタリングサイトが形成されていなくてもよく、ＳＯＩウェーハ１０を用いてデバイスを製造するプロセスの中でゲッタリング層３にゲッタリングサイトが形成されてもよい。例えば、ＳＯＩウェーハ１０の製造工程において、ゲッタリング層３およびＳ層４の形成後に高温の熱処理が行われる場合は、製造されたＳＯＩウェーハ１０は初期の段階からゲッタリング特性が発揮されるが、そうでない場合、半導体デバイス製造工程の中で、高温の熱処理が施された後にゲッタリング特性が発揮されることになる。
【００４４】
従って、半導体デバイス製造工程の初期から高いゲッタリング特性が必要ならは、デバイス製造プロセスの開始前あるいは最初の工程において、１０００℃を越える熱処理工程を行えばよい。
[ＳＯＩウェーハの製造方法]
上記のような構造を有するＳＯＩウェーハ１０を製造する方法として、以下に製造方法１〜４を説明する。
[製造方法１]
図２は、製造方法１にかかるＳＯＩウェーハの製造工程を示す図である。
【００４５】
第１ウェーハ製造工程：
図２（ａ）に示すようにドナーウェーハとなる第１ウェーハを製造する。
第１支持基板１０１として用いる基板については、単結晶シリコン基板であれば特に限定されない。ここでは、第１支持基板１０１として、酸素濃度が１．２×１０18 atoms / cm3で、ホウ素を濃度１．５×１０15 atoms / cm3でドーピングしたＣＺシリコン基板を用いることとする。
【００４６】
第１支持基板１０１上に、気相エピタキシャル法により、ホウ素を濃度１×１０15 atoms / cm3で含有するシリコンからなるＳ層１０２を厚さ５μｍで形成する。その後、Ｓ層１０２の上に再度、気相エピタキシャル法によって、酸素、あるいは酸素に窒素、炭素を組み合わせて含有するシリコンからなるゲッタリング層１０３を形成する。
ここでは、ゲッタリング層１０３を構成するシリコンに、酸素及び炭素を組み合わせて含有させることとするが、酸素単体あるいは酸素と窒素、酸素と窒素と炭素とを含有させる場合も、同様に、気相エピタキシャル工程中において各元素を含有させれば実施可能である。
【００４７】
また、このゲッタリング層１０３を構成するシリコンにもホウ素を濃度１×１０15 atoms / cm3となるようにドーピングする。
以上の工程により、第１支持基板１０１上に、Ｓ層１０２（厚さ５μｍ）と、酸素及び炭素を含有するシリコンからなるゲッタリング層１０３（厚さ１μｍ）の２層構造が形成される。
【００４８】
第２ウェーハ製造工程：
図２（ｂ）に示すハンドルウェーハとしての第２ウェーハを製造する。
第２支持基板となる単結晶シリコンウェーハを準備し、このシリコンウェーハを熱酸化することによって、第２支持基板１０４の表面部にシリコン酸化膜１０５を膜厚３００ｎｍで形成する。
【００４９】
支持基板となるシリコンウェーハとしては、Ｐ型（ホウ素ドープ量１．５×１０15 atoms / cm3）で、比抵抗１０〜１５Ωｃｍ、酸素および窒素をドープしたものを用いた（酸素ドープ量１．６×１０18 atoms / cm3、窒素ドープ量４×１０15 atoms / cm3）。
貼り合わせ工程：
第１ウェーハのゲッタリング層１０３と、第２ウェーハのシリコン酸化膜１０５とを重ね合わせることによって貼り合わせる。そして、貼り合わせ強度を高めるため６００℃で熱処理を行う。その結果、図２（ｃ）に示されるように、第２ウェーハ上に第１ウェーハが貼り合わせされる。
【００５０】
研磨工程：
その後、機械化学研磨法（Chemical Mechanical Polishing）により、貼り合わせたウェーハに対して、第１ウェーハ裏面側（第１支持基板１０１側）から研磨を行う。この研磨工程において、第１支持基板１０１をすべて研磨した後、Ｓ層１０２の厚さ５μｍのうち1μｍを研磨する。
【００５１】
このようにして作製されたＳＯＩウェーハは、第２支持基板１０４の表面部分に、シリコン酸化膜からなるＢＯＸ層１０５が厚さ３００ｎｍで形成され、その直上に、酸素及び窒素を含むシリコンからなるゲッタリング層１０３が厚さ1μｍで形成され、その直上に単結晶シリコンからなるＳ層１０２が厚さ４μｍで形成されている。
その後、表面安定化のため７５０℃で２時間、さらに１０００℃で２時間、熱処理を行う。本熱処理により、Ｓ層１０２は良好な結晶性を保ったまま、その直下に存在するゲッタリング層１０３に酸素が析出される。ゲッタリング層１０３に析出される酸素析出密度は、例えば５×１０6個/cm2である。
【００５２】
[製造方法２]
図３は、製造方法２にかかるＳＯＩウェーハの製造工程を示すものである。
本製造方法においても、上記製造方法１と同様、ドナーウェーハとハンドルウェーハとを貼り合わせてＳＯＩウェーハを製造するが、シリコン層の表面部分に酸素などをイオン注入することによってゲッタリング層を形成する点が異なっている。
【００５３】
第１ウェーハ製造工程：
まず、ドナーウェーハとなる第１ウェーハを準備するにあたり、図３（ａ）に示すように、単結晶シリコンからなる第１支持基板２０１上に、気相エピタキシャル法により、ホウ素濃度１×１０15 atoms / cm3のシリコンエピタキシャル層２０２を厚さ６μｍで形成する。ここで用いる第１支持基板２０１については特に限定されない。
【００５４】
なお、このシリコンエピタキシャル層２０２は、後の工程で、Ｓ層２０２ａとゲッタリング層２０４とに分かれるが、この段階ではまだ２層に分かれていない。
続いて、図３（ａ）に示すように、シリコンエピタキシャル層２０２の表面から、酸素（並びに、窒素、炭素など）２０３を注入する。このとき、形成予定のゲッタリング層２０４の厚さ（1μｍ）の範囲内に各イオン（酸素、窒素、炭素など）の平均飛程(Ｒｐ)とバラツキΔＲｐの和が入るように、加速エネルギを設定する。
【００５５】
ただし、ゲッタリング層２０４の厚み１μｍ内に、酸素イオン、窒素イオン、炭素イオンがその総注入量に対して８０％以上含まれるようにすればよい。すなわち、平均飛程とΔＲｐを加えたイオンの飛程の裾部分がＳ層２０２ａに入ったとしても、その量が酸素イオン、窒素イオン、炭素イオンの総注入量に対して２０％未満であれば差し支えない。
ここではまず、酸素を、注入の平均飛程(Ｒｐ)が０．５μｍとなる加速エネルギ２２５ｋｅＶでイオン注入し、続いて、窒素イオンを、平均飛程(Ｒｐ)が０．５μｍとなる加速エネルギ２２５ｋｅＶで注入することとする。酸素イオンのドーズ量は１．６×１０14 atoms /cm2とし、窒素イオンのドーズ量は１×１０12 atoms /cm2とする。なお、酸素、窒素の２２５ｋｅＶにおけるΔＲｐはそれぞれ８０ｎｍ、１１３ｎｍであるので、ゲッタリング層２０４の厚さとして想定している1μｍ以内にイオン注入する上で問題はない。
【００５６】
このように酸素と窒素をイオン注入することによって、第１支持基板２０１上に、厚さ５μｍでＳ層２０２ａとなるシリコンエピタキシャル層２０２が形成され、その上に厚さ１μｍで酸素および窒素を含有するシリコンからなるゲッタリング層２０４が形成されることになる。
上記酸素及び窒素のイオン注入において、場合によっては、形成予定のゲッタリング層２０４の厚み内において、２つ〜３つの各深さにイオン注入してもよい。例えば、形成予定のゲッタリング層２０４の厚みを１μｍとし、３つの平均飛程（０．２５μｍ、０．５μｍ、０．７５μｍ）となるように、酸素を１１０ｋｅＶ、２２５ｋｅＶ、３７５ｋｅＶでイオン注入（ドーズ量５．３×１０13atoms /cm2）すると共に、窒素をこれと同じ平均飛程になるように１００ｋｅＶ，２２５ｋｅＶ,３７５ｋｅＶでイオン注入（ドーズ量３．４×１０11atoms /cm2）することによって、３つの各深さに、酸素および窒素をイオン注入することもできる。このとき、最も深い位置（０．７５μｍ）に酸素と窒素を注入するときのΔＲｐは、０．１５μｍと０．１４μｍである。このΔＲｐを注入深さＲｐに加えても０．９μｍなので、ゲッタリング層２０４の厚さ1μｍ以内に注入したイオンを収めることが可能である。
【００５７】
また、炭素を上記０．２５μｍ、０．５μｍ、０．７５μｍの各深さにイオン注入する場合、その加速エネルギは９０ｋｅＶ, ２００ｋｅＶ, ３２５ｋｅＶである。
このように、ゲッタリング層２０４内で複数の各深さにイオン注入することによって、酸素、窒素、炭素の深さ方向に対する濃度分布を均一化することができる。
第２ウェーハ製造工程：
図３（ｂ）に示すように、ハンドルウェーハとしての第２ウェーハを作製する。
【００５８】
この第２ウェーハは、単結晶シリコン基板（シリコンウェーハ）の表面部分を熱酸化して、ＢＯＸ層２０６となるシリコン酸化膜を厚さ２００ｎｍで形成することによって作製する。シリコンウェーハとしてはノンドープの比抵抗１０００Ωｃｍの高抵抗ウェーハ用いる。
貼り合わせ工程：
第１ウェーハのＳ層２０２ａと、第２ウェーハのＢＯＸ層２０６とを貼り合わせて、貼り合わせ強度を高めるための熱処理を６００℃で行う。貼り合わせられたウェーハは、図３（ｃ）に示すように、支持基板２０５におけるＢＯＸ層２０６の上に、ゲッタリング層２０４、単結晶シリコンからなるＳ層２０２ａ、第１支持基板２０１が順に積層された構造となっている。
【００５９】
研磨工程：
その後、貼り合わせられたウェーハに対して、機械化学研磨法により、第１ウェーハの裏面側（第１支持基板２０１側）から研磨を行い、第１支持基板２０１をすべて研磨して除去した後、厚さ５μｍのＳ層２０２ａのうち、厚さ1μｍを研磨する。
この状態で、図３（ｄ）に示すように、第２支持基板２０５の上部に、シリコン酸化膜からなるＢＯＸ層２０６が形成され、その上にゲッタリング層２０４が厚さ１μｍで、さらにその直上にＳ層２０２が厚さ４μｍで形成されている。その後、表面安定化のため１０００℃で２時間熱処理を行う。本熱処理により、Ｓ層２０２ａ直下のゲッタリング層２０４に酸素が析出される。酸素析出密度は例えば５×１０6個/cm2である。
【００６０】
なお、上記のようにゲッタリング層２０４内において、複数の各深さにイオン注入して、深さ方向のイオン濃度分布を均一化すれば、Ｓ層２０２ａにおけるイオン濃度は低く抑えながら、ゲッタリング層２０４内のイオン濃度を深さ方向全体にわたって高くできる。
従って、Ｓ層２０２ａの結晶性を良好に保ちながら、ゲッタリング層２０４に高密度でゲッタリングサイトを形成して、ゲッタリング機能を高めることができる。
【００６１】
[製造方法３]
本製造方法において、非結晶あるいは多結晶のシリコン層に、酸素などをイオン注入してゲッタリング層を形成する。非結晶あるいは多結晶のシリコン層、特に多結晶シリコン層は、それ自体がゲッタリングサイトとして機能するので、ゲッタリング層におけるゲッタリング機能を高めることができる。
【００６２】
図４は、製造方法３にかかるＳＯＩウェーハの製造工程を示すものである。
第１ウェーハ製造工程：
ドナーウェーハとなる第１ウェーハを製造するにあたり、まず第１支持基板３０１を準備する。第１支持基板３０１として用いる基板は、単結晶シリコンからなる基板であれば特に制限はない。
【００６３】
図４（ａ）に示すように、第１支持基板３０１上に、気相エピタキシャル法により、ホウ素を濃度１×１０15 atoms /cm3で含有するシリコンエピタキシャル層（Ｓ層３０２）を厚さ５μｍで形成する。その後、当該Ｓ層３０２の上に、ノンドープの多結晶または非結晶のシリコンからなるシリコン層３０３を厚さ１μｍで形成する。
上記Ｓ層３０２、シリコン層３０３は、ＣＶＤ法をはじめとする気相法で、条件を変えてシリコンを製膜することによって形成することができる。すなわち、シリコン成膜時において、温度などの条件を調整することによって、単結晶で形成したり、多結晶あるいは非結晶で形成できる。
【００６４】
通常は、５７０℃以上の高温においてはシリコンが単結晶で形成されやすく、５５０℃以下の低温においては、シリコンが多結晶あるいは非結晶が形成されやすい。
ただし、単結晶シリコンエピタキシャル層上に、多結晶シリコンあるいは非晶質シリコンを堆積させようとする場合、通常は多結晶あるいは非晶質が形成されるような条件でも、表面状態によってはエピタキシャル単結晶成長する可能性があるため、条件設定に注意を払う必要がある。
【００６５】
次に、多結晶または非結晶のシリコン層３０３の表面上から、酸素（および窒素、炭素）３０４をイオン注入することによって、シリコン層３０３に酸素などが導入されてゲッタリング層３０５が形成される。
ここでは、酸素と窒素の組み合わせでイオン注入することとするが、酸素のみ、あるいは酸素と炭素、酸素と窒素と炭素の組み合わせで注入しても良い。
【００６６】
シリコン層３０３に酸素と窒素を注入するにあたって、上記製造方法２で説明したように、シリコン層３０３の厚さ範囲内に各イオン（酸素、窒素、炭素など）の平均飛程(Ｒｐ)のバラツキΔＲｐが入るように加速エネルギを設定する。ここで、厚さ１μｍのシリコン層３０３中に、酸素および窒素の総注入量に対して８０％以上が含まれていればよく、イオン飛程の裾部分がＳ層中に入っても、その割合が総注入量の２０％未満であれば差し支えない。
【００６７】
具体的には、まず、酸素を、平均飛程(Ｒｐ)が０．５μｍとなる加速エネルギ２２５ｋｅＶでイオン注入する。そのドーズ量は１．６×１０14 atoms / cm2とする。続いて窒素を平均飛程(Ｒｐ)が０．５μｍとなる加速エネルギ２２５ｋｅＶで注入し、そのドーズ量を１×１０12 atoms / cm2とする。続いて、炭素を平均飛程０．５μｍとなる加速エネルギ２００ｋｅＶでイオン注入し、そのドーズ量を１×１０13 atoms/ cm2とする。
【００６８】
以上の工程により、第１支持基板上３０１上には、Ｓ層３０２が厚さ５μｍで形成され、その上に、酸素および窒素を含有する多結晶あるいは非晶質のシリコンからなるゲッタリング層３０５が厚さ１μｍで形成されている。
また、上記製法２で説明したように、シリコン層３０３に対して２〜３つの各深さにイオン注入してもよい。例えば、シリコン層３０３の厚み１μｍ内（０．２５μｍ，０．５μｍ，０．７５μｍ）の各平均飛程の位置に、酸素をドーズ量５．３×１０13 atoms / cm2で、窒素をドーズ量３．４×１０11 atoms / cm2でイオン注入する。さらに炭素をドーズ量３．４×１０12 atoms / cm2でイオン注入してもよい。
【００６９】
第２ウェーハ製造工程：
単結晶シリコンからなる第２支持基板３０６として、ノンドープの比抵抗１０００Ωｃｍの高抵抗ウェーハ用いる。この第２支持基板３０６の表面部分を熱酸化して、ＢＯＸ層３０７となるシリコン酸化膜を厚さ２００ｎｍで形成することによって、図４（ｂ）に示すハンドルウェーハとしての第２ウェーハを作製する。
【００７０】
貼り合わせ工程：
第１ウェーハのゲッタリング層３０５と、第２ウェーハのＢＯＸ層３０７とを貼り合わせて、貼り合わせ強度を高めるため６００℃で熱処理を行う。貼り合わせられたウェーハは、図４（ｃ）に示すように、支持基板３０６におけるＢＯＸ層３０７の上に、酸素および窒素を含有する多結晶あるいは非晶質のシリコンからなるゲッタリング層３０５、単結晶シリコンからなるＳ層３０２、第１支持基板３０１が順に積層されている。
【００７１】
研磨工程：
その後、貼り合わせられたウェーハに対して、機械化学研磨法によって、第１ウェーハの裏面側から研磨を行い、第１支持基板３０１をすべて研磨して除去した後、厚さ５μｍのＳ層３０２のうち、厚さ１μｍだけ研磨する。
この状態で、第２支持基板３０６の上部に、シリコン酸化膜からなるＢＯＸ層３０７が形成され、その上にゲッタリング層３０５が厚さ１μｍで形成され、さらにその直上にＳ層３０２が厚さ４μｍで形成されている。その後、表面安定化のため１０００℃で２時間熱処理を行う。本熱処理において、単結晶シリコンからなるＳ層３０２はその結晶性が良好に維持され、その直下のゲッタリング層３０５において酸素析出が生じる。ゲッタリング層３０５における酸素析出密度は例えば１×１０9個/cm3である。
【００７２】
なお、シリコン層３０３が非晶質シリコンで構成されていた場合、上記の熱処理（１０００℃）によって単結晶あるいは多結晶シリコンに変化するが、ゲッタリング層３０５のゲッタリング効果は基本的に変わらない。
[製造方法４]
図５は、製造方法４にかかるＳＯＩウェーハの製造工程を示すものである。
【００７３】
本製造方法では、酸素を含む単結晶シリコン基板を剥離する方法を用いてゲッタリング層を形成する。
第１ウェーハ製造工程：
まず、ドナーウェーハとなる第１ウェーハを製造するにあたり、格子間酸素濃度１．６×１０18 atoms / cm3、格子間窒素濃度５×１０14 atoms / cm3で酸素及び窒素を含んでいる単結晶シリコン基板を準備する。
【００７４】
この単結晶シリコン基板を８００℃で２時間、続いて１０００℃で４時間熱処理を行うことによって、酸素析出を生じさせる。酸素析出密度は例えば１×１０9個/cm3である。
この単結晶シリコン基板を熱酸化することによって、図５（ａ）に示すように、単結晶シリコン基板４０１の表面部分に、ＢＯＸ層４０２となるシリコン酸化膜を厚さ２００ｎｍで形成する。次いで、ＢＯＸ層４０２の表面側から、水素イオンを２００ＫｅＶ（Ｒｐ＝１．８３μｍ）でイオン注入する。これによって、Ｒｐ＝１．８３μｍに相当する深さに水素イオンを注入し、水素イオン注入領域４０４における水素密度を１×１０16 atoms / cm3に高める。
【００７５】
第２ウェーハ準備工程：
図５（ｂ）に示すように、ハンドルウェーハとなる第２支持基板４０５として、単結晶シリコンからなるウェーハを準備する。
貼り合わせ工程：
第１ウェーハのＢＯＸ層４０２と第２支持基板４０５とを貼り合わせる。
【００７６】
剥離工程：
その後、貼り合わせられたウェーハに対して６００℃で熱処理を行うことにより、単結晶シリコン基板４０１内部の水素イオン注入領域４０４に、水素脆化、及び水素原子の水素ガス化による堆積膨張を生じさせて剥離させる。この剥離技術は、ナノクリービング技術あるいはSOITEC法（Smart Cut法）として公知である（特開２００８−２６３０８７号公報参照）。
【００７７】
この剥離工程によって、ＢＯＸ層４０２上に存在する単結晶シリコン基板４０１の厚みを、ゲッタリング層として適した厚みに低減できる。剥離後、安定化のため熱処理を行った後、単結晶シリコン基板４０１における剥離表面を研磨して、その仕上がり膜厚を1μｍに仕上げる。
これによって、図５（ｄ）に示すように、ＢＯＸ層４０２上に、ゲッタリング層４０１ａが形成される。その後、当該ゲッタリング層４０１ａの上に、気相エピタキシャル法によって、ホウ素を濃度１×１０15 atoms / cm3含有する単結晶シリコンからなるＳ層４０７を、厚さ５μｍで形成する。
【００７８】
作製されたＳＯＩウェーハにおいては、第２支持基板４０５の上部に、厚さ２００ｎｍのシリコン酸化膜からなるＢＯＸ層４０２が形成され、当該ＢＯＸ層４０２上に、酸素析出密度１×１０9個/cm3の単結晶シリコンからなるゲッタリング層４０１ａが厚さ１μｍで形成され、その直上に、単結晶シリコンからなるＳ層４０７が厚さ５μｍで形成されている。
【００７９】
なお、本製造方法においては、気相エピタキシャル法でＳ層４０７を形成する前に、上記のように第１ウェーハに対して８００℃と１０００℃の２段階で熱処理を行うことによって酸素析出を行ったが、２段階熱処理を行うときの温度は、析出核形成（低温）と析出核成長（高温）の組み合わせで行えばよく、また、熱処理を２段階でなく単一の１０００℃以上の高温度で行ってもよい。
【００８０】
また、貼り合わせ後の熱処理が、Ｓ層４０７に酸素析出を発生させるのに十分な熱処理であれば、上記第１ウェーハに対する８００℃及び１０００℃の熱処理を省略しても、酸素析出させることができる。
以上説明したＳＯＩウェーハの製造方法１〜４によれば、高ゲッタリング能力を有するＳＯＩウェーハを、安価に生産性よく製造することができる。
[半導体装置の製造] 
上記ＳＯＩウェーハ１０と同様のＳＯＩウェーハを出発材料として、半導体装置を製造する例を説明する。
【００８１】
[半導体装置の製造例１]
フォトダイオードを埋め込み素子として有する裏面照射型の撮像素子を製造する方法について説明する。
出発原料であるＳＯＩウェーハは、図６（ａ）に示すように、単結晶シリコン基板からなる支持基板６０１の表面部分にＢＯＸ層６０２が形成され、その上に酸素を含有するシリコンからなるゲッタリング層６０３、及びＰ型単結晶シリコンからなるＳ層６２０が順に形成されて構成されている。
【００８２】
支持基板６０１を構成する単結晶シリコン基板として、ＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）などの光照射による熱処理工程を安定に行うことを考慮して、Ｐ型で比抵抗０．０１〜０．０２Ωｃｍの低抵抗基板を用いる。
ＢＯＸ層６０２の厚さは２００ｎｍ、ゲッタリング層６０３の厚さは1μｍとする。Ｓ層６２０は、Ｐ型単結晶エピタシャル層であって、比抵抗１１−１４Ωｃｍ、厚さ５μｍで形成されている。
【００８３】
ＳＯＩウェーハを１０００℃で４時間熱処理を行うことによって、ゲッタリング層６０３には酸素析出によるゲッタリングサイト６０４を形成しておく。その酸素析出密度は例えば５×１０6個/cm2である。
このようなＳＯＩウェーハを用いて以下のように撮像素子を形成する。
図６（ｂ）に示すように、ＳＯＩウェーハにおけるＳ層６２０の表面領域に、表面から３μｍの深さまで埋め込み型素子としてのフォトダイオード６０６を形成すると共に、ＣＭＯＳトランジスタ６０７および素子分離６０５を形成する。
【００８４】
また、Ｓ層６２０の表面上に配線層６０８を形成し、当該配線の最表面にシリコン酸化膜からなる絶縁層６０９を形成し、機械化学研磨によって平坦化処理を施す。
このようにＳ層６２０に半導体素子を形成する工程において、ゲッタリング層６０３がゲッタリング機能を発揮して、Ｓ層６２０に混入する金属不純物を捕獲する。図６（ｂ）において、Ｍ→Ｘと示されているのは、Ｓ層６２０中に含まれる金属不純物Ｍが、ゲッタリング層６０３に拡散して、ゲッタリング層６０３の中でＸで示されるゲッタリングサイト６０４に捕獲されることを示している。
【００８５】
このように半導体素子を形成したＳＯＩウェーハをドナーウェーハとして、さらに以下の工程を行う。
貼り合わせ工程：
ハンドルウェーハとして、図６（ｃ）に示す、Ｐ型単結晶シリコンからなる比抵抗１０〜１５Ωｃｍの第二支持基板６１０を準備する。
【００８６】
図６（ｄ）に示すように、この第二支持基板６１０上に、ドナーウェーハであるＳＯＩウェーハの絶縁層６０９を貼り合わせ、貼り合わせを安定化するための熱処理を行う。ＳＯＩウェーハにはすでに配線が形成されているため、この熱処理は比較的低温（例えば４００℃）で行う。
研磨工程：
貼り合わせたウェーハに対して、支持基板６０１の表面側から研磨を行う。そして、支持基板６０１を全部研磨によって除去し、ＢＯＸ層６０２において一旦研磨を止める。
この研磨工程において、ＢＯＸ層６０２はストッパ層として機能するので、研磨の制御性を高めるのに役立つ。この点を考慮して、ＢＯＸ層６０２の膜厚を、あらかじめ研磨ストッパ層として最適な膜厚に設定しておくことが望ましい。
【００８７】
次に、ＢＯＸ層６０２をエッチングにより除去した後、ゲッタリング層６０３を全部研磨して除去し、さらに、図６（ｅ）に示すように、Ｓ層６２０を、厚さ５μｍのうち厚さ1μｍだけ研磨することによって、厚さを４μｍにする。Ｓ層６２０において、フォトダイオード６０６は表面から３μｍの深さまで形成されていたので、Ｓ層６２０を厚さ1μｍ研磨しても、フォトダイオード６０６上にＳ層６２０が厚さ１μｍ残る。
【００８８】
続いて、Ｓ層６２０の表面上に、保護膜６１１を形成する。その後、図示はしないが、保護膜６１１の上に、フィルター、レンズなどの形成工程を行う。
一方、図６（ｆ）に示すように、第二支持基板６１０の裏面側から配線層６０８に向けて  ＴＳＶ６１２(シリコン貫通ビア)を形成し、そのＴＳＶ内に配線を行い、さらに、第二支持基板６１０の裏面に、パッドやバンプなど配線引き出し６１３を形成する。
【００８９】
以上で、第二支持基板６１０の上にフォトダイオードを有する裏面照射型撮像素子が作製される。
以上説明した半導体装置の製造方法によれば、撮像素子形成プロセス中において、配線工程が完了するまで、活性層であるＳ層６２０の直下にゲッタリング能力を有するゲッタリング層６０３が存在するため、十分なゲッタリング能力が確保できる。固体撮像素子は、金属不純物の存在によって欠陥が生じやすいので、金属不純物をゲッタリングすることによって得られる効果も大きい。
【００９０】
また、ウェーハを貼り合わせた後に、すでに金属不純物をゲッタリングしたゲッタリング層６０３が、エッチングまたは研磨により除去されるため、ゲッタリング層６０３に捕獲された金属不純物が放出されて半導体素子に悪影響を与えることもない。
なお、上記のように、ゲッタリング層６０３を研磨やエッチングで除去するか否かについては、半導体素子設計上の判断によるものであり、ゲッタリング層６０３の一部あるいは全部をそのまま半導体素子に残してもよい。
[半導体装置の製造例２]
次に、高耐圧向けＭＯＳトランジスタを含む半導体デバイスを製造する製造例２について説明する。
【００９１】
図７は、製造例２によって製造された半導体素子を示す図である。本製造例２においては、上記製造例１と異なり、ゲッタリング層を含むＳＯＩ基板が、そのまま半導体素子に残る。
半導体素子を形成する出発材料として、単結晶シリコン基板からなる支持基板７０１の表面部分にシリコン酸化膜からなるＢＯＸ層７０２が形成され、その上にゲッタリング層７０３、及びＰ型単結晶シリコンからなるＳ層７０４が形成されているＳＯＩウェーハを用いる。
【００９２】
支持基板７０１は、ＲＴＰなどの光照射による熱処理工程を安定化することを考慮して、Ｐ型で比抵抗０．０１〜０．０２Ωｃｍの低抵抗基板を用いる。ＢＯＸ層７０２は厚さ１μｍとし、ゲッタリング層７０３は厚さ1μｍとし、Ｓ層７０４は、比抵抗１１〜１４ΩｃｍのＰ型単結晶エピタシャル層であって厚さ２μｍとする。
半導体装置作成工程前に１０００℃４時間の熱処理を行うことによってゲッタリング層７０３に酸素析出を形成する。酸素析出密度は例えば１×１０9個/cm3である。
【００９３】
このようなＳＯＩウェーハに対して、Ｓ層７０４の表面からＳ層７０４を貫通してＢＯＸ層７０２に至る酸化膜からなる素子分離７０５を形成すると共に、当該素子分離７０５によって囲まれるＳ層活性領域７０６に、ソースドレイン７０９を含むＭＯＳトランジスタを形成することによって、図７に示す半導体素子を作製する。
作製された半導体素子は、素子分離７０５によってＭＯＳトランジスタが形成されたＳ層活性領域７０６が完全に素子分離されているので、高耐圧デバイスとして適している。
ところで、高耐圧トランジスタにおいては、高電圧が印加されるため素子分離が完全なだけでなく、ＭＯＳトランジスタのゲート酸化膜７０７にも高い信頼性が要求される。
【００９４】
従来のＳＯＩウェーハにおいても、素子分離に関しては酸化膜で完全に分離が可能であるが、強いゲッタリング特性を持たないため、ゲート酸化膜が絶縁破壊するという信頼性の問題が常にあった。
これに対して、本製造例によって製造される半導体装置においては、ＭＯＳトランジスタの２μｍ直下に厚さ１μｍのゲッタリング層７０３が存在するため、ゲート酸化膜７０７の形成中あるいは形成後も、ゲッタリング層７０３によって金属不純物が捕獲されるので、ゲート酸化膜７０７の信頼性が確保される。
【００９５】
なお、本製造例では、高耐圧ＣＭＯＳデバイスを製造する説明をしたが、通常のＣＭＯＳデバイスを製造する場合も、Ｓ層やＢＯＸ層の厚みを変更するだけで同様に実施でき、同様の効果が得られる。
また本製造例では、Ｓ層にＭＯＳトランジスタを形成したが、高耐圧デバイスを構成する他の半導体素子についても同様に形成できることはいうまでもない。
【００９６】
以上、半導体装置の製造例１，２を通して説明したように、上記のＳＯＩウェーハ１０は、Ｓ層に含まれる金属不純物を捕獲するゲッタリング能力が優れているので、このＳＯＩウェーハを用いて半導体素子を製造すれば、金属不純物が極めて強力にゲッタリングされ、半導体素子の性能向上および信頼性向上に寄与する。また、半導体製造プロセス中において、ゲッタリング能力を付与するために煩雑な工程を行う必要もない。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明にかかるＳＯＩウェーハは、固体撮像素子をはじめとする半導体素子を製造するのに適している。
【符号の説明】
【００９８】
１    支持基板
２    ＢＯＸ層
３    ゲッタリング層
４    Ｓ層
１０    ＳＯＩウェーハ
１０１    第１支持基板
１０２    Ｓ層（シリコンエピタキシャル層）
１０３    ゲッタリング層
１０４    第２支持基板
１０５    ＢＯＸ層
２０１    支持基板
２０２    Ｓ層
２０２    シリコンエピタキシャル層
２０２ａ  Ｓ層
２０４    ゲッタリング層
２０５    支持基板
２０６    ＢＯＸ層
３０１    第１支持基板
３０２    Ｓ層
３０３    アモルファスシリコン層
３０５    ゲッタリング層
３０６    第２支持基板
３０７    ＢＯＸ層
４０１    単結晶シリコン基板
４０１ａ  ゲッタリング層
４０２    ＢＯＸ層
４０４    イオン注入領域
４０５    第２支持基板
４０７    Ｓ層
６０１    支持基板
６０２    ＢＯＸ層
６０３    ゲッタリング層
６０４    ゲッタリングサイト
６２０    Ｓ層
７０１    支持基板
７０２    ＢＯＸ層
７０３    ゲッタリング層
７０４    Ｓ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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