(57)【要約】【課題】半導体基板の自重によるスリップの発生を防止する。【解決手段】半導体基板(2)の全面を覆うように、例えばシリコン窒化膜(21)のような酸素透過性の低い膜を形成する。半導体基板(2)の表面を覆っているシリコン窒化膜(21)をエッチング除去する。半導体基板(2)を、非酸化性雰囲気において高温熱処理する。半導体基板(2)の底部には酸素析出層(23)が形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を形成する面に形成された無欠陥層と、
前記半導体素子を形成する面とは反対側の面で少なくともその一部に酸素析出層を備えたことを特徴とする半導体基板。
【請求項２】
前記酸素析出層に対応してダメージ層を有することを特徴とする請求項１記載の半導体基板。
【請求項３】
半導体基板の半導体素子を形成する面とは反対側の面に酸素透過性が低い膜を形成し、
前記半導体基板を熱処理し、前記酸素透過性が低い膜に接して前記半導体基板内に酸素析出層を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記酸素透過性の低い膜を前記反対側の面の少なくとも一部に形成し、前記酸素析出層を前記少なくとも一部に形成することを特徴とする請求項３記載の半導体基板の製造方法。
【請求項５】
半導体基板の半導体素子を形成する面とは反対側の面の一部にダメージ層を形成し、
前記半導体基板を熱処理し、前記ダメージ層に対応して酸素析出層を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項６】
裏面の一部に酸素析出層を備えた半導体基板を、前記酸素析出層に接するよう冶具で保持し、前記半導体基板に対して処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無欠陥層を有する大口径の半導体基板に係わり、特にスリップの発生を抑圧した半導体基板及び半導体装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば直径が３００ｍｍ程度に及ぶ大口径のシリコンウエハからなる半導体基板を用いて半導体基板が製造されている。このような大口径の半導体基板は基板の裏面を治具で保持した場合、その自重によって基板に大きなストレスがかかる。特に、無欠陥層（Denuded Zone）を形成した表層酸素濃度が低い基板は、冶具によって保持された位置からスリップが入りやすい。従って、その後の９００℃程度以上での高温熱処理の過程でスリップの発生を防ぐことが困難である。
【０００３】
尚、半導体基板の製造方法に関連する技術として、素子活性領域での無欠陥性を高めるため、素子活性領域が形成された面と反対側にある面に非晶質シリコン層を形成する方法が既に提案されている（例えば特許文献１参照）。しかし、この特許文献１は、ＬＳＩ製造プロセス中に生じる外部からの金属汚染等の除去を目的としており、自重ストレスに起因するスリップの発生を抑圧することを目的としたものではない。
【特許文献１】特開平６−３４２８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、自重ストレスに起因するスリップの発生を防止することが可能な半導体基板及び半導体装置とその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の半導体基板の態様は、半導体素子を形成する面に形成された無欠陥層と、前記半導体素子を形成する面とは反対側の面で少なくともその一部に酸素析出層を備えたことを特徴とする。
【０００６】
本発明の半導体基板の製造方法の態様は、半導体基板の半導体素子を形成する面とは反対側の面に酸素透過性が低い膜を形成し、前記半導体基板を熱処理し、前記酸素透過性が低い膜に接して前記半導体基板内に酸素析出層を形成することを特徴とする。
【０００７】
本発明の半導体基板の製造方法の態様は、半導体基板の半導体素子を形成する面とは反対側の面の一部にダメージ層を形成し、前記半導体基板を熱処理し、前記ダメージ層に対応して酸素析出層を形成することを特徴とする。
【０００８】
本発明の半導体装置の製造方法の態様は、裏面の一部に酸素析出層を備えた半導体基板を、前記酸素析出層に接するよう冶具で保持し、前記半導体基板に対して処理を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、自重ストレスに起因するスリップの発生を防止することが可能な半導体基板及び半導体装置とその製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態の半導体基板の断面図を示す。半導体基板１はその表面に高温の熱処理により形成された無欠陥層１１を有し、裏面に酸素析出物を含む層１２を有している。ここで、表面とは半導体基板１の半導体素子を形成する面である。析出された酸素には転位を固着させる作用があるため、転位が発生した場合においても転位が移動しにくくなりスリップの発生を抑制することができる。
【００１２】
図２（ａ）〜（ｅ）は図１に示す半導体基板の製造工程を示している。図２（ａ）はＣＺ（チョクラルスキー:Czochralski）法で作製されたシリコンの半導体基板２を示している。この基板は直径が例えば３０ｍｍの大口径基板である。
【００１３】
次に、図２(ｂ)に示すように半導体基板２の全面を覆うように、例えばシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）２１のような酸素透過性の低い膜を形成する。具体的には、例えばシラン（ＳｉＨ４）及びアンモニア（ＮＨ３）或いはジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）及びアンモニアを用いて減圧（Low Pressure）ＣＶＤによってシリコン窒化膜を形成する。成膜条件は、温度が例えば７００度以上、圧力が数Ｔｏｒｒ、例えば１Ｔｏｒｒ以下が望ましい。このようにして、基板２の全面にシリコン窒化膜２１が形成される。シリコン窒化膜２１の膜厚は数百Å以上、例えば２０〜３０ｎｍ程度が好ましい。
【００１４】
その後、図２（ｃ）に示すように、基板２の表面に例えばリン酸をスプレーし、基板２の表面を覆っているシリコン窒化膜２１をエッチング除去する。
【００１５】
次いで、半導体基板２を、例えば１０００℃以上の非酸化性雰囲気において熱処理する。圧力は例えば１気圧である。すると、図２（ｄ）に示すように、半導体基板２の表面から基板内に含まれる酸素が抜け出してゆく。その結果、半導体基板表面付近には酸素濃度の低い無欠陥層２２が形成される。
【００１６】
一方、半導体基板の裏面と側面は酸素透過性の低いシリコン窒化膜２１により覆われているため酸素は殆ど放出されない。このため基板２の底部には酸素析出層２３が形成される。
【００１７】
ここで非酸化性雰囲気としてはＨ２やＡｒ、Ｈｅ、Ｘｅ等の不活性ガスのようにＳｉ表面に反応生成物を形成しないガスが好ましい。また、高温熱処理の条件としては十分な無欠陥層を形成するために１０００℃以上の温度が望ましく、例えば１気圧、１２００℃で1時間の熱処理をした場合には１０μｍ程度以上の無欠陥層を形成することができる（図２（ｄ）では無欠陥層の深さは実際と異なっている）。
【００１８】
最後に、図２（ｅ）に示すようにシリコン窒化膜２１を除去する。シリコン窒化膜２１の除去は、例えばリン酸をシリコン窒化膜２１にスプレーし、エッチングする。シリコン窒化膜２１の除去は必須ではなく、その後の熱処理時に基板２との膨張率の差に起因して基板２のそりが生じなければ除去する必要はない。例えばシリコン窒化膜２１の膜厚が２０〜３０ｎｍ程度の薄さである場合は、シリコン窒化膜２１と基板２との熱膨張率の差による基板２へ与えるストレスが僅かであるのでシリコン窒化膜２１を残すことも可能である。
【００１９】
上記第１の実施形態によれば、基板２の裏面側に酸素濃度が高い酸素析出層２３を形成している。析出された酸素には転位を固着させる作用があるため、転位が発生した場合においても転位が移動しにくくなりスリップの発生を抑制することができる。
【００２０】
（第２の実施形態）
図３（ａ）〜（ｆ）は、第２の実施形態に係る半導体基板の製造工程を示している。
【００２１】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ＣＺ法で作製されたシリコン半導体基板２の全面を覆うようにシリコン窒化膜２１を形成するところまでは、第１の実施形態と同様である。
【００２２】
本実施形態においてはこの後、基板２の裏面側のシリコン窒化膜２１の上に酸化膜を形成し、さらにその上にレジストを塗布する。次に、後の工程で基板を保持する治具が接触する領域を含んだ部分を残してレジストを除去する。図３（ｃ）に示すように残ったレジスト３１をマスクとしてさらに酸化膜を除去する。すると、マスクされた酸化膜３２が残る。
【００２３】
この残ったレジスト３１及び酸化膜３２をマスクとしてシリコン窒化膜２１を除去する。すると、図３（ｄ）に示すように一部のシリコン窒化膜２１ａが残る。シリコン窒化膜２１の除去は、例えばリン酸をシリコン窒化膜２１にスプレーし、エッチングする。
【００２４】
次に、基板２を第１の実施形態と同様に非酸化性雰囲気において熱処理する。すると、図３（ｅ）に示すように酸素透過性の低いシリコン窒化膜２１ａで覆われた部分以外から基板２内に含まれる酸素が抜けて出してゆく。その結果、シリコン窒化膜２１ａによって酸素の抜けが殆ど起こらない領域を除いて無欠陥層２２が形成される。
【００２５】
このようにして形成された無欠陥層２２の深さ方向の酸素濃度分布の代表例を図６に示す。表面から１５μｍ程度まで低酸素濃度の層、即ち無欠陥層が形成されている様子が分かる。
【００２６】
一方、シリコン窒化膜２１ａに覆われた部分は熱処理後も酸素の抜けが殆ど生じない。従って、シリコン窒化膜２１ａに覆われた部分を中心に酸素濃度が高くなった酸素析出層２３が残ることになる。
【００２７】
酸素析出層２３の深さ方向の酸素濃度分布の代表例を図７に示す。図７から分かるようにこの酸素析出層では深さ０μｍから酸素濃度が高いままになっている。
【００２８】
最後に、図３（ｆ）に示すようにシリコン窒化膜２１ａを除去する。シリコン窒化膜２１ａ除去は、例えばリン酸をシリコン窒化膜２１ａにスプレーし、エッチングする。本実施形態の場合シリコン窒化膜２１ａの全体の面積が半導体基板全体の面積に比べて小さい。そのため、シリコン窒化膜２１ａがそのまま基板２の上に残っていても、その後の熱処理時における膨張率の差に起因して基板２へ与えるストレスが僅かである。従ってこの場合、シリコン窒化膜２１ａを残すことも可能である。
【００２９】
この後引き続き行われる半導体の製造工程では、６００℃以上の温度での熱処理が行われる。この工程では基板裏面の一部を冶具で保持するため、一般的に冶具と半導体基板２の接触点から基板にスリップが発生しやすい。半導体基板２を保持する支持部材である冶具は例えば基板２の周辺を支えており基板２の少なくとも一部に接触し、基板２を保持している。しかし、本実施形態のように基板２を保持する部分に対応して、基板２の少なくとも一部にあらかじめ酸素析出層２３を形成しておくことにより、冶具と接触する部位から生ずる転位を固着することができ、スリップの発生を防ぐことが可能となる。
【００３０】
なお、裏面に形成する酸素析出層の面方向の大きさは、冶具の先端部の太さだけを考慮するならば直径０．１ｍｍ以上程度あれば十分である。しかし、実際の半導体製造工程においては、基板を冶具で保持する際に位置ずれが生じることがある。従って、これを考慮すると直径数ｍｍ程度の領域が好適と考えられる。
【００３１】
（第３の実施形態）
図４（ａ）、（ｂ）は第３の実施形態に係る半導体基板の製造工程の一部を示す。
【００３２】
本実施形態においては図４（ａ）に示すように、まず、サンドブラスト等の手法により基板２の裏面に局所的に微小な凹凸のダメージ層４１を形成する。サンドブラスト法とはＳｉＯ２等の微粒子を吹き付けることによって半導体基板に傷を形成する手法である。ダメージ層４１を形成する他の方法としては、機械的にダメージを形成するグラインダーまたは超音波等があり、これらの方法を用いることも可能である。しかし現実的には、サンドブラスト法によってダメージ層４１を形成することが容易であり、サンドブラスト法を用いることが好ましい。ダメージ層４１を形成する部分は後の工程で基板を保持する治具が接触する部分に対応している。
【００３３】
図５は半導体基板２の裏面に形成されたダメージ層４１の部位を示している。この場合は３個のダメージ層４１を形成した例を示しているが、ダメージ層４１の個数や位置に制限は無く、半導体製造工程における半導体基板２の保持部分にあわせて自由に選択することが可能である。
【００３４】
この後、第１及び第２の実施形態と同様な熱処理を行う。その結果、図４（ｂ）に示すように無欠陥層２２及び酸素析出層２３が形成される。ダメージ層４１が形成された部分は熱処理時に第２の実施形態におけるシリコン窒化膜２１ａで覆われた部分と同様な働きをする。即ち、ダメージ層４１が形成された部分は酸素の抜けを抑制する。このため、この部分を起点として酸素析出層２３が半導体基板２の内部に形成される。
【００３５】
先に述べたように酸素析出物は転位を固着する作用があるため、この部分においてスリップの発生が抑制される。従って、第２の実施形態の場合と同様な効果を得ることができる。
【００３６】
サンドブラスト法によって半導体基板２の裏面全面にダメージ層を形成することも可能であるが、この場合裏面全体に凸凹が形成される。このため、後のリソグラフィー工程における平坦性を損なう可能性がある。本実施形態では、局所的に制御された位置にダメージ層４１を形成することにより、リソグラフィー工程への影響を最小限にすることが可能である。
【００３７】
その他、本発明はその主旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施可能なことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１の実施形態に係る半導体基板の断面図を示す図。
【図２】図２（ａ）乃至（ｅ）は、第１の実施形態に係る半導体基板の製造工程を示す図。
【図３】図３（ａ）乃至（ｆ）は、第２の実施形態に係る半導体基板の製造工程を示す図。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は、第３の実施形態に係る半導体基板の製造工程の一部を示す図。
【図５】第３の実施形態に係る半導体基板の裏面に形成されたダメージ層の部位を示す図。
【図６】無欠陥層の深さ方向の酸素濃度分布の代表例を示す。
【図７】酸素析出層の深さ方向の酸素濃度分布の代表例を示す。
【符号の説明】
【００３９】
１、２…半導体基板、１１、２２…無欠陥層、１２…酸素析出物を含む層、
２１、２１ａ…シリコン窒化膜、２３…酸素析出層、３１…レジスト、３２…酸化膜、
４１…ダメージ層。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成17年4月15日(2005.4.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
図２（ａ）〜（ｅ）は図１に示す半導体基板の製造工程を示している。図２（ａ）はＣＺ（チョクラルスキー:Czochralski）法で作製されたシリコンの半導体基板２を示している。この基板は直径が例えば３００ｍｍの大口径基板である。