(57)【要約】【課題】表層への酸素イオンの注入欠陥に起因するエピタキシャル膜の成膜欠陥の発生を低減し、薄膜化ストップ層によるウェーハの薄膜化ストップを高精度に行え、エピタキシャル膜および活性層の金属不純物を捕獲可能とする。【解決手段】シリコン粒、シリコン酸化物、ボロンを含む薄膜化ストップ層がウェーハ表層に存在するので、酸素イオンの注入欠陥をボロンが捕獲し、この注入欠陥を原因としたエピタキシャル膜の成膜欠陥の発生頻度を低減できる。また、エピタキシャルウェーハとベース基板との貼り合わせウェーハを、ウェーハ裏面側から薄膜化する際には、薄膜化ストップ層を利用し、ウェーハの薄膜化ストップを高精度に行える。しかも、エピタキシャル膜の成膜時、エピタキシャル膜中の金属不純物や活性層中の金属不純物がボロンに捕獲されるので、高品質なエピタキシャル膜を成膜できる。【選択図】図１
2011082443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェーハの表面から酸素をイオン注入して、前記シリコンウェーハの表層にイオン注入層を形成し、
該イオン注入層の形成後、前記シリコンウェーハの表面から前記イオン注入層の一帯にボロンをイオン注入し、
該ボロンのイオン注入後、前記イオン注入層を熱処理することで、シリコン粒、シリコン酸化物およびボロンが混在する薄膜化ストップ層を形成し、かつ該薄膜化ストップ層より前記シリコンウェーハの表面側に活性層を形成し、
この熱処理後、前記シリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜を成膜させるエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記酸素のイオン注入量が、１．０×１０１４〜１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２である請求項１に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記ボロンのイオン注入量が、１．０×１０１５〜１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２である請求項１または請求項２に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記ボロンのイオン注入のピーク深さは、前記酸素のイオン注入のピーク深さの±５００Åである請求項１〜請求項３のうち、何れか１項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項５】
シリコンウェーハの表面から活性層と、シリコン粒、シリコン酸化物およびボロンが混在する薄膜化ストップ層とが、順次前記シリコンウェーハの表層に形成され、かつ前記シリコンウェーハの表面にはエピタキシャル膜が成膜されたエピタキシャルウェーハ。
【請求項６】
前記酸素のイオン注入量が、１．０×１０１４〜１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２である請求項５に記載のエピタキシャルウェーハ。
【請求項７】
前記ボロンのイオン注入量が、１．０×１０１５〜１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２である請求項５または請求項６に記載のエピタキシャルウェーハ。
【請求項８】
前記ボロンのイオン注入のピーク深さは、前記酸素のイオン注入のピーク深さの±５００Åである請求項４〜請求項７のうち、何れか１項に記載のエピタキシャルウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エピタキシャルウェーハおよびその製造方法、詳しくは完全なＳＯＩ構造のシリコンウェーハを使用することなく、エピタキシャルウェーハを高精度に薄化可能なエピタキシャルウェーハおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェーハの表層に埋め込み酸化膜を形成することで、埋め込み酸化膜のウェーハ表面側に活性層を形成したＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハが知られている。また、ＳＯＩウェーハの一種として、シリコンウェーハの表層に、ウェーハ表面から酸素をイオン注入してイオン注入層を形成し、その後、シリコンウェーハを熱処理することで、イオン注入層を埋め込み酸化膜（埋め込みシリコン酸化膜）としたＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｂｙ  ＩＭｐｌａｎｔｅｄ  ＯＸｙｇｅｎ）ウェーハが開発されている。
【０００３】
ＳＩＭＯＸウェーハは、ウェーハ表面にエピタキシャル膜を成膜してエピタキシャルＳＩＭＯＸウェーハとすることで、固体撮像素子（デバイス）の一種であるＣＩＳ（ＣＭＯＳ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ）用のウェーハとして多用されている（例えば特許文献１）。イメージセンサとは、半導体が光に反応する性質を利用し、映像情報をキャプチャする装置である。ＣＩＳでは、外部の被写体映像を撮像した光を吸収し、光電荷を受光素子であるフォトダイオードにより集積する。
ＣＩＳ用のエピタキシャルＳＩＭＯＸウェーハは、デバイス形成プロセスにおいて、エピタキシャル膜の表面に固体撮像素子が形成され、その後、エピタキシャル膜の表面にシリコン製の支持基板が貼着されて貼り合わせウェーハとなる。次に、貼り合わせウェーハのシリコンウェーハの裏面側が研削および研磨またはエッチングにより減厚され、その結果、エピタキシャル膜の裏側（貼着されたウェーハとの間）に固体撮像素子が埋め込まれた裏面照射型の固体撮像装置が得られる。
【０００４】
このとき、酸素のイオン注入条件は、基板加熱温度が２００℃〜６００℃、注入エネルギが２０〜２２０ｋｅＶ、イオン注入量が１．５×１０１７〜２．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ２である。また、埋め込み酸化膜は、ウェーハの薄膜化がシリコンウェーハから埋め込み酸化膜へ移行する際、研磨ストップ材またはエッチングストップ材として利用される。ここでは、酸化シリコンとシリコンとの硬度の違いでウェーハの研磨抵抗が変化するか、エッチング液に対する酸化シリコンとシリコンとのエッチングレートの違いで、エッチング速度が変化する素材特性を利用している。
このように、固体撮像装置の本体基板として、ＳＩＭＯＸウェーハを採用すれば、貼り合わせウェーハのシリコンウェーハの裏面側からの薄膜化時に、シリコンウェーハの研磨ストップおよびエッチストップを、簡単かつ高精度に行うことができる。しかも、イオン注入層から埋め込み酸化膜を形成する際、シリコンウェーハに１３００℃以上、４時間以上の高温の熱処理が施されるので、エピタキシャル成長欠陥の核となる活性層中の酸素イオンの注入欠陥（酸素析出物）も消失させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３３３０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＳＩＭＯＸウェーハを採用した場合には、上述したＳＩＭＯＸウェーハの製造方法に則り、シリコンウェーハを１３００℃以上で４時間を超えて熱処理し、ウェーハ表層にＳｉＯ２が連続した完全に密な埋め込み酸化膜（完全埋め込み酸化膜）が形成されることになる。そのため、シリコンウェーハに対して長時間の高温アニール工程が必要であった。これにより、エピタキシャルＳＩＭＯＸウェーハの製造コストが高騰していた。
また、近年、ＣＩＳ用のウェーハについて、金属汚染による固体撮像装置の歩留まりの低下を防ぐため、固体撮像素子が形成されるエピタキシャル膜の金属汚染対策の要望がなされている。
【０００７】
そこで、発明者は鋭意研究の結果、ウェーハ面内の全域にＳｉＯ２が連続した完全に密な埋め込み酸化膜を有する従来のエピタキシャルＳＩＭＯＸウェーハではなく、酸素のイオン注入量を従来に比べて減少し、シリコン粒、シリコン酸化物およびボロンが混在した薄膜化ストップ層（不完全埋め込み酸化膜）が、シリコンウェーハの表層に形成されたエピタキシャルウェーハとすれば、上述した全ての問題点が解消することを知見し、この発明を完成させた。
すなわち、薄膜化ストップ層を形成する熱処理条件は、ＳＩＭＯＸウェーハのときの熱処理に比べて、低温（９００〜１２００℃）、短時間（０．５〜４時間）である。そのため、この薄膜化ストップ層形成時の熱処理では、前記ウェーハ表層に存在する酸素イオンの注入欠陥は消失しない。しかしながら、この発明では酸素イオンの注入欠陥である酸素析出物がボロンに捕獲されるので、低温での熱処理条件ながらこの注入欠陥を消失させることができる。その結果、エピタキシャル成膜時において、酸素イオンの注入欠陥を原因としたエピタキシャル膜の成膜欠陥の発生頻度を低減させることができる。
【０００８】
この発明は、シリコンウェーハの表層への酸素イオンの注入欠陥を原因としたエピタキシャル膜の成膜欠陥の発生頻度を低減し、かつウェーハ薄膜化時に、薄膜化ストップ層を利用したシリコンウェーハの研磨ストップおよびエッチングストップを高精度に実施することができるとともに、エピタキシャル膜の金属不純物および活性層の金属不純物を捕獲することができるエピタキシャルウェーハおよびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、シリコンウェーハの表面から酸素をイオン注入して、前記シリコンウェーハの表層にイオン注入層を形成し、該イオン注入層の形成後、前記シリコンウェーハの表面から前記イオン注入層の一帯にボロンをイオン注入し、該ボロンのイオン注入後、前記イオン注入層を熱処理することで、シリコン粒、シリコン酸化物およびボロンが混在する薄膜化ストップ層を形成し、かつ該薄膜化ストップ層より前記シリコンウェーハの表面側に活性層を形成し、この熱処理後、前記シリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜を成膜させるエピタキシャルウェーハの製造方法である。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、イオン注入工程では、シリコンウェーハの表層への酸素のイオン注入量を、従来のエピタキシャルＳＩＭＯＸウェーハの場合より少なくする。また、イオン注入工程後のイオン注入層の熱処理（アニール）工程では、シリコンウェーハに対して、エピタキシャルＳＩＭＯＸウェーハの場合の高温アニールに比べて低温、短時間の熱処理を行う。こうして、シリコンウェーハの表層に薄膜化ストップ層が形成される。
薄膜化ストップ層を形成する際の熱処理条件は、ＳＩＭＯＸウェーハの埋め込み酸化膜を形成する熱処理に比べて、低温でかつ短時間である。そのため、この薄膜化ストップ層形成時には、酸素のイオン注入時、ウェーハ表層に生じた酸素イオンの注入欠陥は消失しない。しかしながら、この熱処理時に、酸素イオンの注入欠陥である酸素析出物が、薄膜化ストップ層の一部を構成してこの薄膜化ストップ層の一帯に存在するボロンにより捕獲される。これにより、低温の熱処理条件ながら、酸素イオンの注入欠陥を消失させることができる。その結果、エピタキシャル成膜時、酸素イオンの注入欠陥を原因としたエピタキシャル膜の成膜欠陥の発生頻度を低減させることができる。
【００１１】
しかも、薄膜化ストップ層は、このようにシリコン粒とシリコン酸化物とボロンとが混在した不完全埋め込み酸化膜である。そのため、従来のエピタキシャルＳＩＭＯＸウェーハの場合と同じように、シリコンウェーハの薄膜化時には、薄膜化ストップ層を利用したシリコンウェーハの研磨ストップまたはエッチングストップを高精度に実施することができる。しかも、このボロンがエピタキシャル膜中および活性層中の金属不純物のゲッタリングサイトとなる。そのため、エピタキシャル膜の成膜時、このような金属不純物をボロンが捕獲し、高品質なエピタキシャル膜を得ることができる。
【００１２】
シリコンウェーハとしては、単結晶シリコンウェーハを採用することができる。シリコンウェーハの表面は鏡面仕上げされている。
シリコンウェーハの直径は、例えば２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍなどである。
【００１３】
「シリコンウェーハの熱処理」とは、シリコンウェーハの表層に薄膜化ストップ層を形成可能な温度（９００〜１２００℃）、時間（０．５〜４時間）での熱処理である。例えば、エピタキシャル膜の成長時の熱処理、デバイス工程での熱処理などを採用することができる。
「シリコンウェーハの表層」とは、シリコンウェーハの表面から０．０５〜０．５μｍの深さ範囲をいう。０．０５μｍ未満では、シリコンウェーハの表面欠陥が増加する。また、０．５μｍを超えれば、市販のイオン注入機では対応できず、イオン注入エネルギが大きい特別な注入機が必要となる。
【００１４】
「薄膜化ストップ層」とは、ＳｉＯ２を含むＳｉＯＸからなる析出酸化物や帯状酸化物などのシリコン酸化物と、シリコンウェーハ中のシリコンが酸素のイオン注入により粒状化したシリコン粒とが所定の割合で混在し、かつシリコンウェーハの表層に埋め込まれた、完全でないシリコン酸化膜（不完全埋め込み酸化膜）をいう。完全でないシリコン酸化膜とは、イオン注入層の全域でシリコン酸化膜が非連続的に（断続的に）形成されている状態をいう。
薄膜化ストップ層の厚さは０．０５〜０．５μｍである。０．０５μｍ未満ではシリコンウェーハの薄膜化処理時の終点検知部としての機能を十分に果たすことができない。また、０．５μｍを超えれば、酸素のイオン注入時間が長くなり、エピタキシャルウェーハの生産性が低下し、コスト高を招く。
「イオン注入層の一帯にボロンをイオン注入する」とは、イオン注入層のウェーハ面内の全体にボロンをイオン注入することをいう。
「薄膜化ストップ層よりシリコンウェーハの表面側」とは、ウェーハ表層において、薄膜化ストップ層とウェーハ表面との間の部分をいう。
【００１５】
酸素のイオン注入工程は、低エネルギ法（１００ｋｅＶ以下）、低ドーズ法、モデファイド低ドーズ法の何れのＳＩＭＯＸプロセスのイオン注入に準じてもよい。何れのプロセスを採用した場合でも、酸素の好ましいイオン注入量は、該当するＳＩＭＯＸプロセスでのイオン注入量（例えば１．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２〜２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）の１／８倍を超えて１／２倍以下である。
酸素イオン注入時のウェーハの加熱温度は、例えば２００℃〜６００℃である。２００℃未満では、シリコンウェーハの表層に酸素の注入ダメージが残る。また、６００℃を超えれば、イオン注入機からの脱ガス量が増加することで、装置の真空度が悪化し、装置状態が不安定になる。
【００１６】
酸素の注入エネルギは２０〜２２０ｋｅＶである。２０ｋｅＶ未満では、シリコンウェーハの表面欠陥が大きくなる。また、２２０ｋｅＶを超えれば、市販のイオン注入機では対応できず、イオン注入エネルギが大きい特別な注入機が必要となる。
酸素のイオン注入深さは、０．０５〜０．５μｍである。酸素のイオン注入回数は１回のみでも、複数回に分けて行ってもよい。また、複数回に分けた場合、酸素イオンを異なる注入エネルギで注入してもよい。
【００１７】
ボロンの注入エネルギは、酸素イオン注入のピーク深さに対して、±５００Ａの深さにボロン注入のピークが形成されるように選定する。
ボロンのイオン注入回数は１回のみでも、複数回に分けて行ってもよい。また、複数回に分けた場合、ボロンイオンを異なる注入エネルギで注入してもよい。
薄膜化ストップ層を形成する熱処理工程でのウェーハ加熱温度は、９００℃〜１２００℃である。９００℃未満では薄膜化ストップ層が充分に形成されない。また、１２００℃を超えれば、超高温熱処理用の特別なアニール炉が必要となる。
熱処理工程でのウェーハ熱処理時間は０．５〜４時間である。０．５時間未満では、良好な薄膜化ストップ層が形成されない。また、４時間を超えれば、生産性が低下し、コスト高を招く。
エピタキシャル成長により形成されるエピタキシャル膜の素材としては、単結晶シリコンを採用することができる。一般的に、エピタキシャル成長の種類としては、気相法（ＶＰＥ）、液相法（ＬＰＥ）、固相法（ＳＰＥ）がある。特に、シリコンのエピタキシャル成長には、成長層の結晶性、量産性、装置の簡便さ、種々のデバイス構造形成の容易さなどの点から、化学的気相成長法（ＣＶＤ）が主として採用されている。
【００１８】
ＣＶＤ法によるシリコンのエピタキシャル成長は、例えばシリコンを含むソースガスを、キャリアガス（通常Ｈ２ガス）とともに反応炉内へ導入し、１０００℃以上の高温に熱せられたシリコン単結晶の基板（ＣＺ法により作製）上に、原料ガスの熱分解または還元によって生成されたシリコンを析出させることで行なわれる。なお、シリコンを含む化合物は多数存在するが、純度、反応速度、取り扱いの容易さなどを考慮し、通常、ＳｉＨ４，ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＨＣｌ３，ＳｉＣｌ４の４種が用いられている。
使用されるエピタキシャル成長炉としては、例えば高周波誘導加熱型またはランプ加熱型などを採用することができる。
エピタキシャル膜の厚さは、１〜２０μｍである。１μｍ未満では、エピタキシャル膜にデバイスを形成することができない。また、２０μｍを超えれば、エピタキシャルウェーハの生産性が低下し、コスト高を招く。
【００１９】
エピタキシャル成長温度（ウェーハの熱処理温度）は、１０００〜１２００℃である。１０００℃未満では、エピタキシャル膜の結晶性が低下する。また、１２００℃を超えれば、スリップが発生し易い。
シリコンウェーハの薄膜化方法としては、例えば研削、研磨、エッチングを採用することができる。研削時には、シリコンウェーハの裏面（貼り合わせ面とは反対側の面）を、例えば＃８００（砥粒径１５〜２５μｍ）のレジノイド研削砥石により研削する。
研削後、貼り合わせ界面までシリコンウェーハを例えば５〜１５μｍ削り残してもよい。その際、研削後のシリコンウェーハの残部は、公知の研磨装置を用いた研磨により除去することができる。研磨に代えて、エッチングにより除去してもよい。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、前記酸素のイオン注入量が、１．０×１０１４〜１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２である請求項１に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法である。
【００２１】
酸素のイオン注入量が、１．０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満では、ストップ層がシリコンウェーハの全面に渡って均一に形成されない。また、１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２を超えれば、酸素のイオン注入時間が長くなり、生産性が低下し、コスト高につながる。酸素の好ましいイオン注入量は、１．０×１０１５〜１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２である。この範囲であれば、比較的低コストでウェーハ全面において均一な薄膜化ストップ層を形成できる。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、ボロンのイオン注入量が、１．０×１０１５〜１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２である請求項１または請求項２に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法である。
【００２３】
ボロンのイオン注入量が、１．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満では、薄膜化ストップ層がストップ層としての機能を充分に発揮できない。また、１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２を超えれば、酸素のイオン注入時間が長くなり、生産性が低下し、コスト高につながる。ボロンの好ましいイオン注入量は、１．０×１０１５〜５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２である。この範囲であれば、比較的低コストで強固な薄膜化ストップ層を形成できる。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、ボロンのイオン注入のピーク深さは、酸素のイオン注入のピーク深さの±５００Åである請求項１〜請求項３のうち、何れか１項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法である。
【００２５】
ボロンのイオン注入のピーク深さが、酸素のイオン注入のピーク深さから±５００Åから外れる場合は、薄膜化ストップ層が形成されない。ボロンのイオン注入の好ましいピーク深さは、酸素のイオン注入のピーク深さの±３００Åである。この範囲であれば、さらに強固なストップ層が形成される。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、シリコンウェーハの表面から活性層と、シリコン粒、シリコン酸化物およびボロンが混在する薄膜化ストップ層とが、順次前記シリコンウェーハの表層に形成され、かつ前記シリコンウェーハの表面にはエピタキシャル膜が成膜されたエピタキシャルウェーハである。
【００２７】
請求項５に記載の発明によれば、薄膜化ストップ層の形成に伴うウェーハ表層へのボロンのイオン注入時に、酸素イオンの注入欠陥をボロンが捕獲するので、この注入欠陥を原因としたエピタキシャル膜の成膜欠陥の発生頻度を低減させることができる。
また、半導体装置の作製プロセスにおいて、エピタキシャルウェーハとベース基板との貼り合わせウェーハを薄膜化する際、薄膜化ストップ層を利用したシリコンウェーハの研磨ストップやエッチングストップを高精度に行うことができる。しかも、加熱を伴うエピタキシャル膜の成膜時には、エピタキシャル膜中の金属不純物や活性層中の金属不純物をボロンにより捕獲できるので、高品質なエピタキシャル膜を成膜することができる。
【００２８】
請求項６に記載の発明は、前記酸素のイオン注入量が、１×１０１４〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２である請求項５に記載のエピタキシャルウェーハである。
【００２９】
請求項７に記載の発明は、前記ボロンのイオン注入量が、１×１０１５〜１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２である請求項５または請求項６に記載のエピタキシャルウェーハである。
【００３０】
請求項８に記載の発明は、前記ボロンのイオン注入のピーク深さは、前記酸素のイオン注入のピーク深さの±５００Åである請求項４〜請求項７のうち、何れか１項に記載のエピタキシャルウェーハである。
【発明の効果】
【００３１】
請求項１〜請求項８に記載の発明によれば、シリコンウェーハの表層に、シリコン粒、シリコン酸化物およびボロンが混在する薄膜化ストップ層を有しているので、この薄膜化ストップ層の形成に伴うウェーハ表層へのボロンのイオン注入時に、先に注入された酸素イオンの注入欠陥をボロンが捕獲する。これにより、この酸素イオンの注入欠陥を原因としたエピタキシャル膜の成膜欠陥の発生頻度を低減することができる。
また、エピタキシャルウェーハとベース基板との貼り合わせウェーハを、シリコンウェーハの裏面側から薄膜化する際には、薄膜化ストップ層を利用し、シリコンウェーハの研磨ストップまたはエッチングストップを高精度に行うことができる。しかも、加熱を伴うエピタキシャル膜の成膜時には、エピタキシャル膜中の金属不純物や活性層中の金属不純物がボロンに捕獲される。これにより、高品質なエピタキシャル膜を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の実施例１に係るエピタキシャルウェーハの部分拡大図を含む断面図である。
【図２】この発明の実施例１に係るエピタキシャルウェーハの製造方法の酸素イオン注入工程を示す断面図である。
【図３】この発明の実施例１に係るエピタキシャルウェーハの製造方法のボロンイオン注入工程を示す断面図である。
【図４】この発明の実施例１に係るエピタキシャルウェーハの製造方法の熱処理工程を示す断面図である。
【図５】この発明の実施例１に係るエピタキシャルウェーハの製造方法のエピタキシャル成長工程を示す断面図である。
【図６】この発明の実施例１に係るエピタキシャルウェーハのエピタキシャル膜にデバイスを形成するデバイス形成工程を示す断面図である。
【図７】この発明の実施例１に係るエピタキシャルウェーハと支持基板との貼り合わせ工程を示す断面図である。
【図８】この発明の実施例１に係るエピタキシャルウェーハと支持基板との貼り合わせウェーハの薄膜化工程を示す断面図である。
【図９】この発明の実施例１に係るエピタキシャルウェーハを利用して得られたＣＩＳ型の固体撮像装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、この発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例】
【００３４】
以下、図１を参照して、この発明の実施例１に係るエピタキシャルウェーハを説明する。
図１において、１０はこの発明の実施例１に係るエピタキシャルウェーハで、このエピタキシャルウェーハ１０は、シリコンウェーハ１１にその表面から酸素とボロンとを順次イオン注入し、その後、シリコンウェーハ１１を熱処理し、シリコンウェーハ１１の表層にシリコン粒ａ、シリコン酸化物ｂおよびボロンｃが混在する薄膜化ストップ層（不完全埋め込み酸化膜）１２と、ボロンｃのみのゲッタリング層１２Ａとを積層することで、薄膜化ストップ層１２（実際はゲッタリング層１２Ａ）よりシリコンウェーハ１１の表面側に活性層１３を形成し、かつシリコンウェーハ１１の表面に、エピタキシャル膜１４を成長させたウェーハである。
【００３５】
以下、エピタキシャルウェーハ１０を詳細に説明する。
シリコンウェーハ１１は、厚さが７７５μｍ、直径が３００ｍｍ、主表面の軸方位が〈１００〉のものである。
シリコンウェーハ１１は、以下の工程を順次行って作製される。すなわち、ルツボ内のシリコンの融液から、ＣＺ法によりシリコン単結晶の引き上げ後、シリコン単結晶をブロック切断、外周研削後、ワイヤソーにより多数枚のウェーハにスライスし、各ウェーハに対して面取り、ラッピング、エッチング、研磨、洗浄が行われる。
【００３６】
こうして得られたシリコンウェーハ１１には、以下の工程が順次施される。すなわち、シリコンウェーハ１１の表面からウェーハの略全面に酸素イオンを注入し、ウェーハ表層に酸素イオン注入層１５を形成する酸素イオン注入工程（図２）と、シリコンウェーハ１１の表面からウェーハの略全面にボロンイオンを注入し、ウェーハ表層のうち、酸素イオン注入層１５の全域の上方にボロンイオン注入層１５Ａを形成するボロンイオン注入工程（図３）と、ボロンイオン注入工程の直後、酸素イオン注入層１５およびボロンイオン注入層１５Ａの熱処理を行うことで、ウェーハ表層内にシリコン粒ａ、シリコン酸化物ｂおよびボロンｃが混在する薄膜化ストップ層１２と、ゲッタリング層１２Ａとを、表面から順次形成するとともに、ゲッタリング層１２Ａよりシリコンウェーハ１１の表面側に活性層１３を形成する熱処理工程（図４）と、シリコンウェーハ１１をエピタキシャル成長装置のチャンバ（エピタキシャル成長炉）３０に挿入し、シリコンウェーハ１１の表面にエピタキシャル膜１４を成長させるエピタキシャル成長工程（図５）とが順次施される。
【００３７】
酸素イオン注入工程では、まずシリコンウェーハ１１をイオン注入装置に挿入する（図２）。次に、基板加熱温度を４００℃とし、２００ｋｅＶ、１．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２で、ウェーハ表面からシリコンウェーハ１１の表層に、イオン注入のピーク深さを０．４４μｍとして、酸素をイオン注入する。これにより、シリコンウェーハ１１の表面から０．４４μｍの深さに、低級酸化物のＳｉＯ，Ｓｉ２Ｏ３などからなる酸素イオン注入層１５が形成される。
【００３８】
ボロンイオン注入工程では、酸素イオン注入時と同じイオン注入装置を使用する（図３）。ここでは、基板加熱は行わずに、１２０ｋｅＶ、５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２で、ウェーハ表面からシリコンウェーハ１１の表層に、イオン注入のピーク深さを０．４０μｍ（酸素のイオン注入のピーク深さより４００Å浅い）として、ボロンをイオン注入する。これにより、シリコンウェーハ１１の表面から０．４０μｍの深さに、ボロンイオン注入層１５Ａが形成される。
【００３９】
熱処理工程では、ボロンイオン注入後のシリコンウェーハ１１が、バッチ式の熱処理炉に挿入される。ここでは、１００％のアルゴンガスの雰囲気で、１２００℃、３０分のシリコンウェーハ１１の熱処理が行われる。これにより、ＳｉＯ２を含むＳｉＯＸからなる析出酸化物や帯状酸化物などのシリコン酸化物ｂと、シリコンウェーハ１１中のシリコンが酸素のイオン注入により粒状化したシリコン粒ａと、ボロンｃとが所定の割合で混在する、厚さ約０．１μｍの薄膜化ストップ層１２が形成される。しかも、薄膜化ストップ層１２よりシリコンウェーハ１１の表面側には、ボロンを主とした厚さ０．０５μｍのゲッタリング層１５Ａと、厚さ０．５μｍの活性層１３とが順次形成される。このとき、活性層１３とエピタキシャル膜１４とは同じシリコンからなるので、これらは一体化する。
【００４０】
エピタキシャル成長工程では、シリコンウェーハ１１を枚葉式の気相エピタキシャル成長装置の反応室内に配置し、シリコンウェーハ１１の表面に、気相エピタキシャル法によりエピタキシャル膜１４を成長させる（図５）。
気相エピタキシャル成長装置は、上下にヒータが配設されたチャンバ３０の中央部に、平面視して円形のサセプタ１６が水平配置されたものである。サセプタ１６の表面の中央部には、シリコンウェーハ１１を、その表裏面を水平な横置き状態で収納する凹形状のウェーハ収納部１７が形成されている。また、チャンバ３０の一側部には、チャンバ３０の上部空間に、所定のキャリアガス（Ｈ２ガス）と所定のソースガス（ＳｉＨＣｌ３ガス）とを、ウェーハ表面に対して平行に流す一対のガス供給口が配設されている。また、チャンバ３０の他側部には、両ガスの排気口が形成されている。
【００４１】
エピタキシャル成長時には、まず、シリコンウェーハ１１をサセプタ１６のウェーハ収納部１７に、ウェーハ表裏面を水平にして載置する。次に、キャリアガスとソースガスとを、対応するガス供給口を通して反応室へ導入する。１１５０℃の高温に熱せられたシリコンウェーハ１１上に、ソースガスを流すことにより、シリコンウェーハ１１の表面上に厚さ５μｍのシリコン単結晶のエピタキシャル膜１４を成長させる。こうして、エピタキシャルウェーハ１０が作製される。
【００４２】
次に、得られたエピタキシャルウェーハ１０は、デバイス形成プロセスに移送される。ここでは、エピタキシャル膜１４の表面に所定のフォトプロセスが施され、デバイス（固体撮像素子）１５１が形成される（図６）。
その後、エピタキシャル膜１４の表面に、直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍの単結晶シリコンからなるベース基板１６が貼着される（図７）。
それから、エピタキシャルウェーハ１０のシリコンウェーハ１１がその裏面側から研削、研磨され、減厚される（図８）。このとき、薄膜化ストップ層１２は、シリコンウェーハ１１を選択的に除去する酸化物層として機能する。すなわち、薄膜化ストップ層１２は、シリコンウェーハ１１の薄膜化が薄膜化ストップ層１２へ移行する際、研磨ストップ材となる。シリコンウェーハ１１の表面研磨がシリコン酸化物ｂに達したとき、研磨布が薄膜化ストップ層１２に当接して滑る。このとき、研磨装置の研磨トルクが低下し、これを検出することで研磨のストップ時を検知することができる。
【００４３】
なお、このウェーハの薄膜化処理としては、エピタキシャルウェーハ１０の研削および研磨に代えて、エッチングを採用してもよい。その場合、薄膜化ストップ層１２がエッチストップ材の機能を果たす。エッチングの方法として、ウェットエッチングとドライエッチングとがある。ウェットエッチングの場合、ＨＦ／ＨＮＯ３／ＣＨ３ＣＯＯＨ溶液やアルカリ系溶液（例えばＫＯＨ）を使用することで、シリコンウェーハ１１から薄膜化ストップ層１２へ達した時、シリコンとシリコン酸化物ｂの素材的なエッチングレートの違いで、薄膜化ストップ層１２のエッチング速度が低下する。ただし、薄膜化ストップ層１２のウェットエッチングのストップ機能は完全ではない。そのため、膜厚の変化をモニタする必要がある。
【００４４】
ドライエッチングの場合、反応ガス中に材料を曝す方法（反応性ガスエッチング）とプラズマによりガスをイオン化・ラジカル化してエッチングする反応性イオンエッチングなどを採用することができる。反応性ガスエッチングで使用されるものとしてはＸｅＦ２、反応性イオンエッチングではＳＦ６、ＣＦ４、ＣＨＦ３が一般的である。また、プラズマ発生法による分類としては、容量結合型、誘導結合型、ＥＣＲ−ＲＩＥなどが適用できる。露出した不完全埋め込み酸化膜は、完全なシリコン酸化膜ではないので研摩により除去することができる。また、６００〜１０００℃、１〜３０分程度の酸化熱処理で完全なシリコン酸化物とした後、ＨＦ溶液により除去する方法の適用も可能である。
こうして、エピタキシャル膜１４の裏側（ベース基板１６との間）にデバイス１５１が埋め込まれたＣＩＳ型の固体撮像装置が得られる（図９）。
【００４５】
このように、実施例１のエピタキシャルウェーハ１０では、酸素のイオン注入量を、従来のエピタキシャルＳＩＭＯＸウェーハの埋め込み酸化膜の場合（２．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）より少ない１．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２とし、酸素イオン注入層１５を、従来の高温アニール（１３５０℃）に比べて低温の１２００℃で熱処理するように構成した。そのため、従来のエピタキシャルＳＩＭＯＸウェーハに比べて酸素のイオン注入量が少なく、かつ高温アニール工程も不要となるので、エピタキシャルＳＩＭＯＸウェーハより低コスト化が図れる。
【００４６】
また、シリコンウェーハ１１の表層には、シリコン粒ａ、シリコン酸化物ｂおよびボロンｃが混在する薄膜化ストップ層１２と、ボロンｃが存在するゲッタリング層１２Ａとを有している。これにより、薄膜化ストップ層１２の形成に伴うシリコンウェーハ１１の表層へのボロンのイオン注入時において、先にウェーハ表層に注入された酸素イオンの注入欠陥を、ボロンｃのゲッタリングサイトに捕獲することができる。その結果、酸素イオンの注入欠陥を原因としたエピタキシャル膜１４の成膜欠陥の発生頻度を低減することができる。
さらに、ボロンｃを含む薄膜化ストップ層１２およびボロンｃからなるゲッタリング層１２Ａは、活性層１３およびエピタキシャル膜１４に含まれる金属不純物のゲッタリングサイトとなる。これにより、シリコンウェーハ１１、ひいてはデバイス１５１の金属汚染を防止することができる。
【００４７】
ここで、実際に本発明法と従来法とを利用し、エピタキシャルウェーハを作製した際のエピタキシャル膜の成膜欠陥の発生頻度と、薄膜化ストップ層による研磨ストップとエッチストップとの可否と、エピタキシャルウェーハの作製から３０日後のエピタキシャル膜の表面のＣｕ汚染量を評価した結果を報告する。
【００４８】
（試験例１）
直径３００ｍｍ、ｐ−ｔｙｐｅ（１０Ω・ｃｍ）のシリコンウェーハを５０枚準備し、各シリコンウェーハの表層に対して、各ウェーハ表面から、注入エネルギが２００ｋｅＶ、ドーズ量（イオン注入量）が５．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、基板加熱温度が３５０℃の条件で、酸素をイオン注入した。
次に、酸素イオン注入後の各シリコンウェーハの表層に対して、各ウェーハ表面から、注入エネルギが１２０ｋｅＶ、ドーズ量が５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、基板加熱無しの条件で、ボロンをイオン注入した。
その後、各シリコンウェーハに対して、バッチ式の熱処理炉において、１２００℃で３０分間、アルゴン雰囲気下での熱処理を行った。
次に、枚葉式のエピタキシャル成長装置を使用し、各シリコンウェーハの表面に膜厚０．５ｕｍ、抵抗率１０Ω・ｃｍのエピタキシャル膜を成長させた。エピタキシャル成長条件は実施例１に準ずる。
【００４９】
（比較例１）
直径３００ｍｍ、ｐ−ｔｙｐｅ（１０Ω・ｃｍ）のシリコンウェーハを５０枚準備し、各シリコンウェーハの表層に対して、各ウェーハ表面から、注入エネルギが２００ｋｅＶ、ドーズ量が５．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、基板加熱温度が３５０℃の条件で、酸素をイオン注入した。
次に、酸素イオン注入後の各シリコンウェーハの表層に対して、各ウェーハ表面から、注入エネルギが２００ｋｅＶ、ドーズ量が５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、基板加熱無しの条件で、再び酸素をイオン注入した。
次に、バッチ式の熱処理炉において、１２００℃で３０分間、アルゴン雰囲気下での熱処理を行った。
続いて、各シリコンウェーハに対して、枚葉式エピタキシャル成長装置を使用し、表面に膜厚が０．５ｕｍ、抵抗率が１０Ω・ｃｍのエピタキシャル膜を成長させた。エピタキシャル成長条件は実施例１に準ずる。
【００５０】
（試験例２）
直径３００ｍｍ、ｐ−ｔｙｐｅ（１０Ω・ｃｍ）のシリコンウェーハを５０枚準備し、各シリコンウェーハの表層に対して、各ウェーハ表面から、注入エネルギが２００ｋｅＶ、ドーズ量が５．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、基板加熱温度が３５０℃の条件で酸素をイオン注入した。
次に、酸素がイオン注入された各シリコンウェーハの表層に対して、そのウェーハ表面から、注入エネルギが１２０ｋｅＶ、ドーズ量が５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、基板加熱無しの条件でボロンをイオン注入した。
次に、バッチ式の熱処理炉において、各シリコンウェーハに対して、１２００℃で３０分間、アルゴン雰囲気下での熱処理を行った。
続いて、枚葉式エピタキシャル成長装置を使用し、各シリコンウェーハの表面に、膜厚が３．０ｕｍ、抵抗率が１０Ω・ｃｍのエピタキシャル膜を成長させた。その成長条件は実施例１に準ずる。
【００５１】
（比較例２）
直径３００ｍｍ、ｐ−ｔｙｐｅ（１０Ω・ｃｍ）のシリコンウェーハを５０枚準備し、各シリコンウェーハの表層に対して、各ウェーハ表面から、注入エネルギが２００ｋｅＶ、ドーズ量が５．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、基板加熱温度が３５０℃の条件で酸素をイオン注入した。
次に、酸素がイオン注入された各シリコンウェーハの表層に対して、各ウェーハ表面から注入エネルギが２００ｋｅＶ、ドーズ量が５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、基板加熱無しの条件で、再び酸素をイオン注入した。
次に、バッチ式の熱処理炉において、各シリコンウェーハに対して、１２００℃×３０分間、アルゴン雰囲気下での熱処理を行った。
続いて、枚葉式エピタキシャル成長装置を使用し、各シリコンウェーハの表面に、膜厚３．０ｕｍ、抵抗率１０Ω・ｃｍのエピタキシャル膜を成長させた。その成長条件は実施例１に準ずる。
【００５２】
こうして作製された各エピタキシャルウェーハについて、エピタキシャル膜の成膜欠陥の発生頻度と、薄膜化ストップ層による研磨ストップの可否およびエッチストップの可否と、汚染研磨後の活性層の表面のＣｕ汚染量を評価した結果を、同じく表１に示す。
【００５３】
【表１】
2011082443.tif 000003
【００５４】
次に、評価結果の詳細を記す。試験例１，２および比較例１，２の各５０枚のサンプルに関して、表面異物検査装置（ＫＬＡ  Ｔｅｎｃｏｒ社製、ＳＰ−２）を使用し、６５ｎｍ以上の欠陥の数を測定して比較を行った。欠陥数は、明らかに比較例１，２より試験例１，２の方が少なくなっていた。
この欠陥測定後のサンプルのうち、各２５枚について、１５００Å厚の酸化膜を形成したベース基板と貼り合わせた。貼り合わせ条件は実施例１に準ずる。その後、各シリコンウェーハの研削および研磨を行い、研磨ストップが機能するかの確認を行った。この評価は、研磨ストップ後に目視検査により研磨不足や研磨過剰の領域の有無確認により行った。研磨ストップについては、試験例１，２、比較例１，２ともにウェーハ全面で研磨ストップがなされており、研磨ストップ層として問題なく機能していた。
【００５５】
前記欠陥測定後のサンプルのうち、各２５枚について、１５００Å厚の酸化膜を形成したベース基板と貼り合わせた。その後、研削および研磨を行った後、エッチストップが機能するかの確認を行った。この評価は、エッチストップ後に目視検査によりエッチング不足やエッチングの過剰な領域の有無の確認による。エッチストップについては、比較例１，２ではウェーハ外周部で薄膜化ストップ層が突破していた。これに対して、試験例１，２ではウェーハ全面でエッチストップしていることが確認された。
研磨ストップおよびエッチストップを行った各サンプルのうち、各５枚を抜き取り、３０ｐｐｂのＣｕを含む研磨液を使用してストップ面の研磨を行った。研磨後、薄膜化ストップ層の除去を行い、エピタキシャル膜と一体化した活性層の表面のＣｕ濃度を測定した。その結果、比較例１，２では、１．０×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２のＣｕが検出された。これに対して、実施例１，２では、１．０×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であった。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
この発明は、裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサ用基板などに有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１０  エピタキシャルウェーハ、
１１  シリコンウェーハ、
１２  薄膜化ストップ層、
１３  活性層、
１４  エピタキシャル膜、
１５  酸素イオン注入層、
１５Ａ  ボロンイオン注入層、
ａ  シリコン粒、
ｂ  シリコン酸化物、
ｃ  ボロン。
【図１】
2011082443.tif 000004
【図２】
2011082443.tif 000005
【図３】
2011082443.tif 000006
【図４】
2011082443.tif 000007
【図５】
2011082443.tif 000008
【図６】
2011082443.tif 000009
【図７】
2011082443.tif 000010
【図８】
2011082443.tif 000011
【図９】
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