(57)【要約】【課題】集積回路基板が薄型化しても高いゲッタリング能力を有するエピタキシャルシリコンウェーハを提供する。【解決手段】シリコン単結晶基板１の主面にシリコンエピタキシャル層３を有するエピタキシャルシリコンウェーハであって、前記シリコン単結晶基板及び前記シリコンエピタキシャル層に、少なくとも非キャリア性ドーパントを含む第１の層２と非キャリア性ドーパントを含む第２の層４が形成されている。【選択図】  図１Ｅ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶基板の主面にシリコンエピタキシャル層を有するエピタキシャルシリコンウェーハであって、
前記シリコン単結晶基板及び前記シリコンエピタキシャル層に、少なくとも非キャリア性ドーパントを含む第１の層と非キャリア性ドーパントを含む第２の層が形成されていることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。
【請求項２】
請求項１に記載のエピタキシャルシリコンウェーハにおいて、
前記非キャリア性ドーパントを含む第１の層は前記シリコン単結晶基板に形成され、前記非キャリア性ドーパントを含む第２の層は前記シリコンエピタキシャル層に形成されていることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。
【請求項３】
請求項１に記載のエピタキシャルシリコンウェーハにおいて、
前記非キャリア性ドーパントを含む第１の層及び前記非キャリア性ドーパントを含む第２の層は前記シリコン単結晶基板に形成されていることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。
【請求項４】
請求項１に記載のエピタキシャルシリコンウェーハにおいて、
前記非キャリア性ドーパントを含む第１の層及び前記非キャリア性ドーパントを含む第２の層は前記シリコンエピタキシャル層に形成されていることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハにおいて、
前記シリコン単結晶基板の初期格子間酸素濃度が２．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ  Ｆ−１２１，１９７９）以下であることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハにおいて、
前記非キャリア性ドーパントを含む第１及び第２の層は、非キャリア性ドーパントをイオン注入することにより形成されることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。
【請求項７】
請求項２に記載のエピタキシャルシリコンウェーハにおいて、
前記非キャリア性ドーパントを含む第２の層は、非キャリア性ドーパントを含有する反応ガスを用いたエピタキシャル成長により形成されることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。
【請求項８】
請求項４に記載のエピタキシャルシリコンウェーハにおいて、
前記非キャリア性ドーパントを含む第１及び第２の層は、非キャリア性ドーパントを含有する反応ガスを用いたエピタキシャル成長により形成されることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。
【請求項９】
シリコン単結晶基板の主面にシリコンエピタキシャル層を有するエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法であって、
前記シリコン単結晶基板に非キャリア性ドーパントを含む第１の層を形成する工程と、
前記シリコン単結晶基板の主面にシリコンエピタキシャル層を形成する工程と、
前記シリコンエピタキシャル層に非キャリア性ドーパントを含む第２の層を形成する工程と、を備えたことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項１０】
シリコン単結晶基板の主面にシリコンエピタキシャル層を有するエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法であって、
前記シリコン単結晶基板の主面にシリコンエピタキシャル層を形成する工程と、
前記シリコンエピタキシャル層に非キャリア性ドーパントを含む第１の層を形成する工程と、
前記シリコンエピタキシャル層に非キャリア性ドーパントを含む第２の層を形成する工程と、を備えたことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項１１】
シリコン単結晶基板の主面にシリコンエピタキシャル層を有するエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法であって、
前記シリコン単結晶基板に非キャリア性ドーパントを含む第１の層を形成する工程と、
前記シリコン単結晶基板に非キャリア性ドーパントを含む第２の層を形成する工程と、
前記シリコン単結晶基板の主面にシリコンエピタキシャル層を形成する工程と、を備えたことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか一項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法において、
前記シリコン単結晶基板の初期格子間酸素濃度が２．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ  Ｆ−１２１，１９７９）以下であることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれか一項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法において、
前記非キャリア性ドーパントを含む第１及び第２の層は、非キャリア性ドーパントをイオン注入することにより形成することを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項１４】
請求項９に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法において、
前記非キャリア性ドーパントを含む第２の層は、非キャリア性ドーパントを含有する反応ガスを用いたエピタキシャル成長により形成することを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項１５】
請求項１０に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法において、
前記非キャリア性ドーパントを含む第１及び第２の層は、非キャリア性ドーパントを含有する反応ガスを用いたエピタキシャル成長により形成することを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャルシリコンウェーハ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高集積化デバイスにおいて、デバイス活性領域に結晶欠陥あるいはドーパント以外の金属不純物が含まれていると、リーク電流の増大などのデバイスの電気的特性の劣化を招く。従来、高集積化シリコン半導体デバイスは、ＣＺ法で育成されたＣＺ−Ｓｉ基板が用いられてきたが、これらのＣＺ−Ｓｉ基板には過飽和の格子間酸素が約１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のオーダーで含まれており、デバイス製造プロセスにおいて酸素析出物や転位、積層欠陥などの結晶欠陥が誘起されることは良く知られている。
【０００３】
従来、ＬＯＣＯＳ(Local Oxidation of Silicon)形成やＷＥＬＬ拡散層形成のために１１００〜１２００℃の高温で数時間の熱処理が行われていたため、基板表面近傍では格子間酸素の外方拡散によって表面近傍数１０μｍには結晶欠陥のないいわゆるＤＺ(Denuded Zone)層が自然に形成され、ウェーハ表面のデバイス活性領域での結晶欠陥の発生が自然に抑制されていた。
【０００４】
しかし、半導体デバイスの微細化に伴い、ＷＥＬＬ形成に高エネルギーイオン注入が用いられ、デバイスプロセスが１０００℃以下の低温で行われるようになると、上記の酸素外方拡散が充分に起こらず表面近傍でのＤＺ層の形成が困難となってきた。このためにＳｉ基板の低酸素化が行われてきたが、結晶欠陥の発生を完全に抑制することは困難であった。
【０００５】
このようなことから、結晶欠陥をほぼ完全に含まないエピタキシャル層をＣＺ−Ｓｉ基板上に成長させたエピタキシャルシリコンウェーハが、高集積化デバイスに多用されている。
【０００６】
ところで、結晶の完全性が高いエピタキシャルウェーハを用いても、その後のデバイス工程におけるエピタキシャル膜の金属不純物汚染はデバイスの特性を悪化させる。従って、金属不純物をデバイス活性領域から離れた場所（シンク）に捕獲させる、いわゆるゲッタリング技術が必要となる。
【０００７】
ゲッタリング技術としては、デバイスプロセスの熱処理中に自然に誘起される酸素起因の結晶欠陥をシンクとするイントリンシックゲッタリング（ＩＧ）と、サンドブラスト、Ｓｉ３Ｎ４膜あるいはＰｏｌｙ−Ｓｉ膜の成長などによる裏面歪付けに代表されるイクストリンシックゲッタリング（ＥＧ）とがある。
【０００８】
しかしながら、高集積化デバイスが薄型化されると、Ｓｉ基板に分散して存在していたシンクの数が減少するためＩＧ効果が期待できないという問題がある。また、抗折強度維持のため研削後のダメージが除去されることになり、ＥＧ効果も期待できないという問題がある。
【０００９】
こうした高集積化デバイスの薄型化は、高画素カメラや音楽プレーヤー等が搭載された携帯電話などの小型モバイル機器に特に顕著である。大容量データを保存・高速処理する能力が求められているため、１パッケージあたりに複数タイプのメモリを搭載するＭＣＰ（マルチチップパッケージ）のニーズが高まっている。
【００１０】
特許文献１や特許文献２には、Ｓｉ基板に非キャリア性ドーパントを含む層を含むエピタキシャルウェーハが提案されている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−２１６９３４号公報
【特許文献２】特開２００７−３６２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記特許文献１及び２に記載されたウェーハでは、その後のエピタキシャル成長を含む熱プロセスの際に、非キャリア性ドーパントを含む層及びその周辺の歪により、Ｓｉ基板中の酸素が非キャリア性ドーパントを含む層に引き寄せられる。
【００１３】
したがって、金属不純物ゲッタリングのために導入した非キャリア性ドーパントを含む層による歪が拡散してきた酸素により緩和されてしまい、金属不純物をゲッタリングする能力が低減してしまうという問題があった。
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、集積回路基板が薄型化しても高いゲッタリング能力を有するエピタキシャルシリコンウェーハを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のエピタキシャルシリコンウェーハ及びその製造方法は、シリコン単結晶基板の主面にシリコンエピタキシャル層を有するエピタキシャルシリコンウェーハであって、前記シリコン単結晶基板及び前記シリコンエピタキシャル層に、少なくとも非キャリア性ドーパントを含む第１の層と非キャリア性ドーパントを含む第２の層が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
このようにシリコン単結晶基板及びシリコンエピタキシャル層に、少なくとも非キャリア性ドーパントを含む第１の層と非キャリア性ドーパントを含む第２の層を形成すると、エピタキシャル成長工程やその後のデバイス工程などの熱処理により非キャリア性ドーパントを含む第１の層にシリコン単結晶基板に含まれる酸素が流入し、当該非キャリア性ドーパントを含む第１の層の歪が緩和されていくが、それよりもウェーハの表面側に形成された非キャリア性ドーパントを含む第２の層へは酸素の流入は殆ど生じない。
【００１７】
したがって、非キャリア性ドーパントを含む第２の層の歪は維持され、その結果、当該非キャリア性ドーパントを含む第２の層による不純物金属のゲッタリング能力は高い状態で維持される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、集積回路基板が薄型化しても高いゲッタリング能力を有するエピタキシャルシリコンウェーハを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
《第１実施形態》
図１Ａ〜図１Ｅは第１実施形態に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を示すウェーハの断面図である。
【００２１】
本例の製造方法では、まずＣＺ法により育成されたシリコン単結晶にスライス、研削、エッチング、鏡面研磨等の処理を施し、シリコン単結晶基板１を得る。シリコン単結晶基板１の直径や厚さは特に限定されないが、固溶度から初期格子間酸素濃度は２．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ  Ｆ−１２１，１９７９）以下に限定される。
【００２２】
次いで、上記シリコン単結晶基板１をイオン注入装置にセットし、図１Ａに示すようにシリコン単結晶基板１の一方の表面（同図の上面）に炭素イオンをイオン注入し、図１Ｂに示すようにシリコン単結晶基板１の表面近傍に非キャリア性ドーパントを含む第１の層２を形成する。
【００２３】
炭素イオンの注入は、加速エネルギが１〜２０００ｋｅＶ、ピーク密度が１０１５〜１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｃ、表面からの深さが０．０１〜２．０μｍの条件ですることができる。
【００２４】
また、イオン注入されるイオンは炭素以外にも非キャリア性を有するドーパントであればよく、Ｓｉ、Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなども用いることができる。ただし、本例の非キャリア性ドーパントを含む第１の層２はシリコン単結晶基板１に存在する酸素を捕獲する機能を司ることから、当該酸素と結合し易い炭素などのドーパントを用いることがより好ましい。
【００２５】
また、非キャリア性ドーパントを含む第１の層２の深さは特に限定されないが、シリコン単結晶基板１に存在する酸素の捕獲機能を考慮すると、できる限りシリコン単結晶基板１の表面近傍に形成することがより好ましい。
【００２６】
次いで、非キャリア性ドーパントを含む第１の層２が形成されたシリコン単結晶基板１を気相成長装置にセットし、図１Ｃに示すようにシリコン単結晶基板１の表面にシリコンエピタキシャル層３を形成する。
【００２７】
この気相成長反応の原料ガスとしては、目的とするデバイスに応じて、モノシランガスや水素希釈したクロロシラン系ガスにジボラン（Ｐ型）又はホスフィンやアルシン（Ｎ型）のドーパント原料ガスを添加したものを使用することができる。これにより、シリコン単結晶基板１の表面において熱ＣＶＤ反応によるシリコンエピタキシャル層３が形成される。なお、シリコンエピタキシャル層３の厚さは目的とするデバイスに応じて適宜選択される。
【００２８】
次いで、上記シリコンエピタキシャル層３が形成されたシリコン単結晶基板１をイオン注入装置にセットし、図１Ｄに示すようにシリコンエピタキシャル層３の表面（同図の上面）に炭素イオンをイオン注入し、図１Ｅに示すようにシリコンエピタキシャル層３に非キャリア性ドーパントを含む第２の層４を形成する。
【００２９】
この炭素イオンの注入は、加速エネルギが１〜２０００ｋｅＶ、ピーク密度が１０１５〜１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｃ、表面からの深さが０．０１〜２μｍの条件ですることができる。
【００３０】
また、イオン注入されるイオンは炭素以外にも非キャリア性を有するドーパントであればよく、Ｓｉ、Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなども用いることができる。特に上述した非キャリア性ドーパントを含む第１の層２とは異なり、本例の非キャリア性ドーパントを含む第２の層４は、デバイスプロセスにおける金属不純物を捕獲する機能を司ることから、当該金属不純物と結合し易いドーパントを用いることがより好ましい。
【００３１】
また、非キャリア性ドーパントを含む第２の層４の深さは特に限定されないが、金属不純物の捕獲機能を考慮すると、デバイス活性領域より深い位置であって当該デバイス活性領域の近傍に形成することがより好ましい。
【００３２】
以上の工程により、シリコン単結晶基板１に非キャリア性ドーパントを含む第１の層２が形成され、シリコンエピタキシャル層３に非キャリア性ドーパントを含む第２の層４が形成されたウェーハが得られる。
【００３３】
このウェーハによれば、上述した気相成長工程の熱処理やその後のデバイス工程の熱処理によって、シリコン単結晶基板１に存在する酸素は外方拡散しようとするが、図１Ｅに矢印で示すように、非キャリア性ドーパントを含む第１の層２よりも裏面側に存在する酸素は非キャリア性ドーパントを含む第１の層２により発生している歪に引き寄せられて炭素と結合する。
【００３４】
これにより非キャリア性ドーパントを含む第１の層２の歪みは緩和され金属不純物の捕獲機能は低下するものの、シリコンエピタキシャル層３に形成された非キャリア性ドーパントを含む第２の層４にはごく少数の酸素が捕獲されるだけであるため（非キャリア性ドーパントを含む第１の層２よりシリコン単結晶基板１の表面側の領域に存在する酸素が捕獲される）、当該非キャリア性ドーパントを含む第２の層４の金属不純物の捕獲機能の低下を抑制することができる。
【００３５】
また、シリコン単結晶基板１の初期酸素濃度が高くても非キャリア性ドーパントを含む第１の層２により酸素を捕獲でき、非キャリア性ドーパントを含む第２の層４がゲッタリング機能を発揮するので、初期酸素濃度が低いシリコン単結晶を用いなくても高いゲッタリング能力を有するウェーハを得ることができる。
【００３６】
特に、ウェーハ自体が薄型化しても非キャリア性ドーパントを含む第１の層２及び非キャリア性ドーパントを含む第２の層４は形成可能であることから、たとえばＭＣＰなどのデバイス用ウェーハに適用することができる。
【００３７】
《第２実施形態》
図２Ａ〜図２Ｆは第２実施形態に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を示すウェーハの断面図である。本例はシリコンエピタキシャル層３に非キャリア性ドーパントを含む第１の層２と非キャリア性ドーパントを含む第２の層４を形成したものである。
【００３８】
本例の製造方法では、図２Ａに示すように、ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶にスライス、研削、エッチング、鏡面研磨等の処理を施し、シリコン単結晶基板１を得る。シリコン単結晶基板１の直径や厚さは特に限定されないが、固溶度から初期格子間酸素濃度は２．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ  Ｆ−１２１，１９７９）以下に限定される。これについては上記第１実施形態と同様である。
【００３９】
次いで、このシリコン単結晶基板１を気相成長装置にセットし、図２Ｂに示すようにシリコン単結晶基板１の表面にシリコンエピタキシャル層３を形成する。
【００４０】
この気相成長反応の原料ガスとしては、上記第１実施形態と同様に、目的とするデバイスに応じて、モノシランガスや水素希釈したクロロシラン系ガスにジボラン（Ｐ型）又はホスフィンやアルシン（Ｎ型）のドーパント原料ガスを添加したものを使用することができる。これにより、シリコン単結晶基板１の表面において熱ＣＶＤ反応によるシリコンエピタキシャル層３が形成される。なお、シリコンエピタキシャル層３の厚さは目的とするデバイスに応じて適宜選択される。
【００４１】
次いで、上記シリコンエピタキシャル層３が形成されたシリコン単結晶基板１をイオン注入装置にセットし、図２Ｃに示すようにシリコンエピタキシャル層３の表面（同図の上面）に炭素イオンをイオン注入し、図２Ｄに示すようにシリコンエピタキシャル層３に非キャリア性ドーパントを含む第１の層２を形成する。
【００４２】
この炭素イオンの注入は、加速エネルギが１〜２０００ｋｅＶ、ピーク密度が１０１５〜１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｃ、表面からの深さが０．０１〜２μｍの条件ですることができる。
【００４３】
また、イオン注入されるイオンは炭素以外にも非キャリア性を有するドーパントであればよく、Ｓｉ、Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなども用いることができる。ただし、本例の非キャリア性ドーパントを含む第１の層２はシリコン単結晶基板１に存在する酸素を捕獲する機能を司ることから、当該酸素と結合し易い炭素などのドーパントを用いることがより好ましい。
【００４４】
また、非キャリア性ドーパントを含む第１の層２の深さは特に限定されないが、シリコン単結晶基板１に存在する酸素の捕獲機能を考慮すると、できる限りシリコン単結晶基板１の表面近傍に形成することがより好ましい。
【００４５】
続いて、図２Ｅに示すように、イオン注入装置により、非キャリア性ドーパントを含む第１の層２が形成されたシリコンエピタキシャル層３の表面（同図の上面）に炭素イオンをイオン注入し、図２Ｆに示すようにシリコンエピタキシャル層３の非キャリア性ドーパントを含む第１の層２より表面側に非キャリア性ドーパントを含む第２の層４を形成する。
【００４６】
この炭素イオンの注入は、加速エネルギが１〜２０００ｋｅＶ、ピーク密度が１０１５〜１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｃ、表面からの深さが０．０１〜２μｍの条件ですることができる。
【００４７】
また、イオン注入されるイオンは炭素以外にも非キャリア性を有するドーパントであればよく、Ｓｉ、Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなども用いることができる。特に上述した非キャリア性ドーパントを含む第１の層２とは異なり、本例の非キャリア性ドーパントを含む第２の層４は、デバイスプロセスにおける金属不純物を捕獲する機能を司ることから、当該金属不純物と結合し易いドーパントを用いることがより好ましい。
【００４８】
また、非キャリア性ドーパントを含む第２の層４の深さは特に限定されないが、金属不純物の捕獲機能を考慮すると、デバイス活性領域より深い位置であって当該デバイス活性領域の近傍に形成することがより好ましい。
【００４９】
以上の工程により、シリコンエピタキシャル層３の深い位置に非キャリア性ドーパントを含む第１の層２が形成され、浅い位置に非キャリア性ドーパントを含む第２の層４が形成されたウェーハが得られる。
【００５０】
このウェーハによれば、その後のデバイス工程の熱処理によって、シリコン単結晶基板１に存在する酸素は外方拡散しようとするが、図２Ｆに矢印で示すように、シリコン単結晶基板１に存在する酸素は非キャリア性ドーパントを含む第１の層２により発生している歪に引き寄せられて炭素と結合する。
【００５１】
これにより非キャリア性ドーパントを含む第１の層２の歪みは緩和され金属不純物の捕獲機能は低下するものの、シリコンエピタキシャル層３の浅い位置に形成された非キャリア性ドーパントを含む第２の層４には殆ど酸素が捕獲されないため（シリコンエピタキシャル層には酸素が含まれない）、当該非キャリア性ドーパントを含む第２の層４の金属不純物の捕獲機能を維持することができる。
【００５２】
また、シリコン単結晶基板１の初期酸素濃度が高くても非キャリア性ドーパントを含む第１の層２により酸素を捕獲でき、非キャリア性ドーパントを含む第２の層４がゲッタリング機能を発揮するので、初期酸素濃度が低いシリコン単結晶を用いなくても高いゲッタリング能力を有するウェーハを得ることができる。
【００５３】
特に、ウェーハ自体が薄型化しても非キャリア性ドーパントを含む第１の層２及び非キャリア性ドーパントを含む第２の層４は形成可能であることから、たとえばＭＣＰなどのデバイス用ウェーハに適用することができる。
【００５４】
《第３実施形態》
図３Ａ〜図３Ｅは第３実施形態に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を示すウェーハの断面図である。本例はシリコン単結晶基板１に非キャリア性ドーパントを含む第１の層２と非キャリア性ドーパントを含む第２の層４を形成したものである。
【００５５】
本例の製造方法では、図３Ａに示すように、ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶にスライス、研削、エッチング、鏡面研磨等の処理を施し、シリコン単結晶基板１を得る。シリコン単結晶基板１の直径や厚さは特に限定されないが、固溶度から初期格子間酸素濃度は２．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ  Ｆ−１２１，１９７９）以下に限定される。これについては上記第１実施形態と同様である。
【００５６】
次いで、上記シリコン単結晶基板１をイオン注入装置にセットし、図３Ａに示すようにシリコン単結晶基板１の一方の表面（同図の上面）に炭素イオンをイオン注入し、図３Ｂに示すようにシリコン単結晶基板１の表面近傍に非キャリア性ドーパントを含む第１の層２を形成する。
【００５７】
炭素イオンの注入は、加速エネルギが１〜２０００ｋｅＶ、ピーク密度が１０１５〜１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｃ、表面からの深さが０．０１〜２０００μｍの条件ですることができる。
【００５８】
また、イオン注入されるイオンは炭素以外にも非キャリア性を有するドーパントであればよく、Ｓｉ、Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなども用いることができる。ただし、本例の非キャリア性ドーパントを含む第１の層２はシリコン単結晶基板１に存在する酸素を捕獲する機能を司ることから、当該酸素と結合し易い炭素などのドーパントを用いることがより好ましい。
【００５９】
また、非キャリア性ドーパントを含む第１の層２の深さは特に限定されないが、シリコン単結晶基板１に存在する酸素の捕獲機能を考慮すると、できる限りシリコン単結晶基板１の表面近傍に形成することがより好ましい。
【００６０】
続いて、図３Ｃに示すように、イオン注入装置により、非キャリア性ドーパントを含む第１の層２が形成されたシリコン単結晶基板１の表面に炭素イオンをイオン注入し、図３Ｄに示すように非キャリア性ドーパントを含む第１の層２より表面側に非キャリア性ドーパントを含む第２の層４を形成する。
【００６１】
この炭素イオンの注入は、加速エネルギが１〜２０００ｋｅＶ、ピーク密度が１０１５〜１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｃ、表面からの深さが０．０１〜２μｍの条件ですることができる。
【００６２】
また、イオン注入されるイオンは炭素以外にも非キャリア性を有するドーパントであればよく、Ｓｉ、Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなども用いることができる。特に上述した非キャリア性ドーパントを含む第１の層２とは異なり、本例の非キャリア性ドーパントを含む第２の層４は、デバイスプロセスにおける金属不純物を捕獲する機能を司ることから、当該金属不純物と結合し易いドーパントを用いることがより好ましい。
【００６３】
また、非キャリア性ドーパントを含む第２の層４の深さは特に限定されないが、金属不純物の捕獲機能を考慮すると、デバイス活性領域より深い位置であって当該デバイス活性領域の近傍、すなわちシリコン単結晶基板１の表面近傍に形成することがより好ましい。
【００６４】
次いで、非キャリア性ドーパントを含む第１の層２及び非キャリア性ドーパントを含む第２の層４が形成されたシリコン単結晶基板１を気相成長装置にセットし、図３Ｅに示すようにシリコン単結晶基板１の表面にシリコンエピタキシャル層３を形成する。
【００６５】
この気相成長反応の原料ガスとしては、上記第１実施形態と同様に、目的とするデバイスに応じて、モノシランガスや水素希釈したクロロシラン系ガスにジボラン（Ｐ型）又はホスフィンやアルシン（Ｎ型）のドーパント原料ガスを添加したものを使用することができる。これにより、シリコン単結晶基板１の表面において熱ＣＶＤ反応によるシリコンエピタキシャル層３が形成される。なお、シリコンエピタキシャル層３の厚さは目的とするデバイスに応じて適宜選択される。
【００６６】
以上の工程により、シリコン単結晶基板１に非キャリア性ドーパントを含む第１の層２と非キャリア性ドーパントを含む第２の層４が形成された、シリコンエピタキシャル層３を有するウェーハが得られる。
【００６７】
このウェーハによれば、上述した気相成長工程の熱処理やその後のデバイス工程の熱処理によって、シリコン単結晶基板１に存在する酸素は外方拡散しようとするが、図３Ｅに矢印で示すように、非キャリア性ドーパントを含む第１の層２よりも裏面側に存在する酸素は非キャリア性ドーパントを含む第１の層２により発生している歪に引き寄せられて炭素と結合する。
【００６８】
これにより非キャリア性ドーパントを含む第１の層２の歪みは緩和され金属不純物の捕獲機能は低下するものの、シリコンエピタキシャル層３に形成された非キャリア性ドーパントを含む第２の層４にはごく少数の酸素が捕獲されるだけであるため（第１の非キャリア性ドーパントを含む層２よりシリコン単結晶基板１の表面側の領域に存在する酸素が捕獲される）、当該非キャリア性ドーパントを含む第２の層４の金属不純物の捕獲機能の低下を抑制することができる。
【００６９】
また、シリコン単結晶基板１の初期酸素濃度が高くても非キャリア性ドーパントを含む第１の層２により酸素を捕獲でき、非キャリア性ドーパントを含む第２の層４がゲッタリング機能を発揮するので、初期酸素濃度が低いシリコン単結晶を用いなくても高いゲッタリング能力を有するウェーハを得ることができる。
【００７０】
特に、ウェーハ自体が薄型化しても非キャリア性ドーパントを含む第１の層２及び非キャリア性ドーパントを含む第２の層４は形成可能であることから、たとえばＭＣＰなどのデバイス用ウェーハに適用することができる。
【００７１】
《第４実施形態》
図４Ａ〜図４Ｆは第４実施形態に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を示すウェーハの断面図である。本例はシリコンエピタキシャル層３に非キャリア性ドーパントを含む第１の層２と非キャリア性ドーパントを含む第２の層４を形成したものであり、構造的には上記第２実施形態と同じであるが、非キャリア性ドーパントを含む第１及び第２の層２，４をイオン注入法に代えて気相成長法により形成したものである。
【００７２】
本例の製造方法では、図４Ａに示すように、ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶にスライス、研削、エッチング、鏡面研磨等の処理を施し、シリコン単結晶基板１を得る。シリコン単結晶基板１の直径や厚さは特に限定されないが、固溶度から初期格子間酸素濃度は２．７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｃ（ＡＳＴＭ  Ｆ−１２１，１９７９）以下に限定される。これについては上記第２実施形態と同様である。
【００７３】
次いで、このシリコン単結晶基板１を気相成長装置にセットし、図４Ｂに示すようにシリコン単結晶基板１の表面にシリコンエピタキシャル層３ａを形成する。
【００７４】
この気相成長反応の原料ガスとしては、上記第２実施形態と同様に、目的とするデバイスに応じて、モノシランガスや水素希釈したクロロシラン系ガスにジボラン（Ｐ型）又はホスフィンやアルシン（Ｎ型）のドーパント原料ガスを添加したものを使用することができる。これにより、シリコン単結晶基板１の表面において熱ＣＶＤ反応によるシリコンエピタキシャル層３ａが形成される。
【００７５】
次いで、気相成長装置の反応ガスを切り替え、非キャリア性ドーパントである炭素を上記反応ガスに含有させ、気相成長を行うことにより、図４Ｃに示すようにシリコンエピタキシャル層３ａの表面に非キャリア性ドーパントを含む第１の層２を形成する。
【００７６】
次いで、気相成長装置の反応ガスを、上記シリコンエピタキシャル層３ａを成長させた反応ガスに切り替え、図４Ｄに示すように非キャリア性ドーパントを含む第１の層２の表面にシリコンエピタキシャル層３ｂを気相成長により形成する。
【００７７】
次いで、気相成長装置の反応ガスを切り替え、非キャリア性ドーパントである炭素を上記反応ガスに含有させ、気相成長を行うことにより、図４Ｅに示すようにシリコンエピタキシャル層３ｂの表面に非キャリア性ドーパントを含む第２の層４を形成する。
【００７８】
次いで、気相成長装置の反応ガスを、上記シリコンエピタキシャル層３ａ，３ｂを成長させた反応ガスに切り替え、図４Ｆに示すように非キャリア性ドーパントを含む第２の層４の表面にシリコンエピタキシャル層３ｃを気相成長により形成する。
【００７９】
なお、シリコンエピタキシャル層３ａ，３ｂ，３ｃ及び非キャリア性ドーパントを含む第１の層２、非キャリア性ドーパントを含む第２の層４の総合厚さは目的とするデバイスに応じて適宜選択される。
【００８０】
以上の工程により、上記第２実施形態と同様に、シリコンエピタキシャル層３の深い位置に非キャリア性ドーパントを含む第１の層２が形成され、浅い位置に非キャリア性ドーパントを含む第２の層４が形成されたウェーハが得られる。
【００８１】
このウェーハによれば、その後のデバイス工程の熱処理によって、シリコン単結晶基板１に存在する酸素は外方拡散しようとするが、図４Ｆに矢印で示すように、シリコン単結晶基板１に存在する酸素は非キャリア性ドーパントを含む第１の層２により発生している歪に引き寄せられて炭素と結合する。
【００８２】
これにより非キャリア性ドーパントを含む第１の層２の歪みは緩和され金属不純物の捕獲機能は低下するものの、シリコンエピタキシャル層３の浅い位置に形成された非キャリア性ドーパントを含む第２の層４には殆ど酸素が捕獲されないため（シリコンエピタキシャル層３ａ，３ｂ，３ｃには酸素が含まれない）、当該非キャリア性ドーパントを含む第２の層４の金属不純物の捕獲機能を維持することができる。
【００８３】
また、シリコン単結晶基板１の初期酸素濃度が高くても非キャリア性ドーパントを含む第１の層２により酸素を捕獲でき、非キャリア性ドーパントを含む第２の層４がゲッタリング機能を発揮するので、初期酸素濃度が低いシリコン単結晶を用いなくても高いゲッタリング能力を有するウェーハを得ることができる。
【００８４】
特に、ウェーハ自体が薄型化しても非キャリア性ドーパントを含む第１の層２及び非キャリア性ドーパントを含む第２の層４は形成可能であることから、たとえばＭＣＰなどのデバイス用ウェーハに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１Ａ】発明の実施形態に係る製造方法を示す断面図である。
【図１Ｂ】発明の実施形態に係る製造方法を示す断面図である。
【図１Ｃ】発明の実施形態に係る製造方法を示す断面図である。
【図１Ｄ】発明の実施形態に係る製造方法を示す断面図である。
【図１Ｅ】発明の実施形態に係る製造方法を示す断面図である。
【図２Ａ】発明の他の実施形態に係る製造方法を示す断面図である。
【図２Ｂ】発明の他の実施形態に係る製造方法を示す断面図である。
【図２Ｃ】発明の他の実施形態に係る製造方法を示す断面図である。
【図２Ｄ】発明の他の実施形態に係る製造方法を示す断面図である。
【図２Ｅ】発明の他の実施形態に係る製造方法を示す断面図である。
【図２Ｆ】発明の他の実施形態に係る製造方法を示す断面図である。
【図３Ａ】発明のさらに他の実施形態に係る製造方法を示す断面図である。
【図３Ｂ】発明のさらに他の実施形態に係る製造方法を示す断面図である。
【図３Ｃ】発明のさらに他の実施形態に係る製造方法を示す断面図である。
【図３Ｄ】発明のさらに他の実施形態に係る製造方法を示す断面図である。
【図３Ｅ】発明のさらに他の実施形態に係る製造方法を示す断面図である。
【図４Ａ】発明のさらに他の実施形態に係る製造方法を示す断面図である。
【図４Ｂ】発明のさらに他の実施形態に係る製造方法を示す断面図である。
【図４Ｃ】発明のさらに他の実施形態に係る製造方法を示す断面図である。
【図４Ｄ】発明のさらに他の実施形態に係る製造方法を示す断面図である。
【図４Ｅ】発明のさらに他の実施形態に係る製造方法を示す断面図である。
【図４Ｆ】発明のさらに他の実施形態に係る製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
１…シリコン単結晶基板
２…非キャリア性ドーパントを含む第１の層
３…シリコンエピタキシャル層
４…非キャリア性ドーパントを含む第２の層
【図１Ａ】
2010040864.tif 000003
【図１Ｂ】
2010040864.tif 000004
【図１Ｃ】
2010040864.tif 000005
【図１Ｄ】
2010040864.tif 000006
【図１Ｅ】
2010040864.tif 000007
【図２Ａ】
2010040864.tif 000008
【図２Ｂ】
2010040864.tif 000009
【図２Ｃ】
2010040864.tif 000010
【図２Ｄ】
2010040864.tif 000011
【図２Ｅ】
2010040864.tif 000012
【図２Ｆ】
2010040864.tif 000013
【図３Ａ】
2010040864.tif 000014
【図３Ｂ】
2010040864.tif 000015
【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
2010040864.tif 000017
【図３Ｅ】
2010040864.tif 000018
【図４Ａ】
2010040864.tif 000019
【図４Ｂ】
2010040864.tif 000020
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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