(57)【要約】【課題】不純物をゲッタリングする微小欠陥層を安定して形成することができ、さらに製造プロセスの最後まで高いゲッタリング能力を維持することができる酸素注入シリコンウェーハを提供する。【解決手段】単結晶のシリコンウェーハ１上に、約１１５０℃の気相成長法によりエピタキシャル層２を形成し、エピタキシャル層２の下部に酸素イオン３をシリコンウェーハ１の裏面からイオン注入する。このときのイオン注入条件は、注入エネルギー３００ｋｅＶ、ドーズ量２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ２である。次に、１１５０℃で熱処理することにより、注入された酸素イオン及びイオン注入により生じた欠陥を核として成長させ、エピタキシャル層２の下部領域に、ゲッタリングサイトとなる成長した析出核４を含んだ厚さ１〜２μｍの微小欠陥層５を形成する。【選択図】  図１
2004356456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を形成し、前記シリコンウェーハの裏面から酸素イオンをイオン注入した後に熱処理することによって、不純物をゲッタリングするための微小欠陥層を前記エピタキシャル層の下部領域に形成したことを特徴とする酸素注入シリコンウェーハ。
【請求項２】
不純物をゲッタリングするための前記微小欠陥層を、イオン注入エネルギーを変えることにより、前記エピタキシャル層の下部領域に複数層形成したことを特徴とする請求項１記載の酸素注入シリコンウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【従来の技術】
ＬＳＩ素子用基板として使われているシリコンウェーハは完全結晶であるが、微量ながら不純物が含まれている。また、ＬＳＩ素子製造プロセスも完全ではなく、製造プロセス中にシリコンウェーハが汚染したり、結晶欠陥が導入される場合がある。これらの欠陥は、素子形成プロセス及び素子特性に種々の悪影響を与える。
【０００２】
これら結晶欠陥及び不純物を素子形成領域から除去、消滅させ、良好な素子特性を得ることがゲッタリングであり、イントリンシックゲッタリング法（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ、以下ＩＧ法という）とエクストリンシックゲッタリング法（Ｅｘｔｒｉｎｓｉｃ  Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ、以下ＥＧ法という）がある。
【０００３】
ＩＧ法は単結晶のシリコンウェーハに含まれる酸素原子を熱処理によって析出させ、シリコンウェーハ内部に微小欠陥層を形成し、そこに不純物をゲッタリングする方法であり、例えば特開２０００−３１４３９号公報に開示されている。図３（ａ）〜（ｄ）は、従来のＩＧ法のシリコンウェーハの断面図である。先ず、図３（ａ）に示すように、チョクラルスキー法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ、以下ＣＺ法という）を用いて成長させたインゴット状のシリコン単結晶を切断、研磨してシリコンウェーハ３１を得る。このシリコンウェーハ３１内部には、多数の酸素原子３２が含まれている。次に、図３（ｂ）に示すように、シリコンウェーハ３１に１０００℃〜１２００℃の熱処理を施し、酸素原子３２を外方拡散させて表面濃度を低減させ、シリコンウェーハ３１の表面に無欠陥層３３を形成する。次に、図３（ｃ）に示すように、６００℃〜９００℃の熱処理により酸素原子に析出核を形成させ、さらに９００℃〜１２００℃の熱処理を施すことにより表面から１０μｍから５０μｍ内部に、成長した析出核３４を含んだ微小欠陥層３５を形成する。そして、図３（ｄ）に示すように、シリコンウェーハ３１の表層に種々の製造プロセスによって集積回路３６を形成する。この集積回路３６を形成する際に侵入するＣｕ、Ｎｉ、Ｆｅ等の微量の不純物を、この微小欠陥層３５によりゲッタリングする。
【０００４】
また、ＥＧ法は、素子形成領域外、通常はシリコンウェーハ裏面に種々の歪み場を加え、そこに不純物をゲッタリングする方法である。その一つに、シリコンウェーハ裏面にポリシリコン層を形成する方法があり、例えば、特開平６−１４０４１１号公報に開示されている。図４（ａ）〜（ｄ）は、従来のＥＧ法のシリコンウェーハの断面図である。先ず図４（ａ）に示すように、インゴット状のシリコン単結晶を切断、研磨してシリコンウェーハ４１を得る。次に、図４（ｂ）に示すように、ＳｉＨ４とＨｅの混合ガスを用いた約６００℃の減圧ＣＶＤ法により、シリコンウェーハ４１の裏面に、ゲッタリングサイトとなるポリシリコン層４２を、形成する。このポリシリコン層４２は、製造プロセス中のエッチングにより侵食され易いため、図４（ｃ）に示すように、ＳｉＨ２Ｃｌ２とＮＨ４の混合ガスを用いた約７００℃の減圧ＣＶＤ法により、ポリシリコン層４２の上に保護層として窒化シリコン層４３を形成する。そして、図４（ｄ）に示すように、ウェーハ４１の表層に種々の製造プロセスによって集積回路４４を形成する。この集積回路４４を形成する際に侵入するＣｕ、Ｎｉ、Ｆｅ等の微量の不純物を、このポリシリコン層４２の結晶粒界及びポリシリコン層４２とシリコンの界面歪みによりゲッタリングする。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３１４３９号公報（第２頁、０００２段落，０００３段落、図２）
【特許文献２】
特開平６−１４０４１１号公報（第２頁、０００８段落〜００１４段落、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のゲッタリング方法には、以下のような問題があった。
【０００７】
先ず、図３（ａ）〜（ｄ）に示した従来のＩＧ法は、シリコンウェーハ３１中に含有される酸素原子３２を熱処理することによって、集積回路３６を形成するための無欠陥層３３と、不純物をゲッタリングするための微小欠陥層３５を同時に形成している。
【０００８】
この際、シリコンウェーハ３１中の初期酸素濃度が少ないと微小欠陥層３５が小さくなってゲッタリング能力が低下し、逆に初期酸素濃度が多いと無欠陥層３３内に欠陥が混入して、素子特性に悪影響を及ぼすことになる。従って、ＣＺ法で作製するシリコンウェーハ３１内の初期酸素濃度を、結晶育成の段階から厳密に制御する必要がある。しかし、シリコンウェーハ３１を切り出すインゴットは、インゴット毎に初期酸素濃度が異なったり、インゴット内の熱履歴が異なるため、シリコンウェーハ３１の無欠陥層３３や微小欠陥層３４の厚さや欠陥密度がばらつき易く、ゲッタリング能力や素子特性が低下するという問題がある。
【０００９】
また、集積回路３６を形成する前に、あらかじめシリコンウェーハ３１を長時間に亘って、数種類の条件で熱処理（酸素原子の外方拡散、析出核の形成、析出核の成長）する必要もあり、生産性の低下やコストアップに繋がっている。
【００１０】
また、より高信頼性の集積回路３６を形成するために、シリコンウェーハ３１上にエピタキシャル層を形成したエピタキシャルウェーハを使用する場合は、エピタキシャル層の内部にほとんど格子間酸素が存在しないため、熱処理によっても不純物をゲッタリングする析出核が形成されない。このため、このＩＧ法を適用することができない。
【００１１】
一方、図４（ａ）〜（ｄ）に示した従来のＥＧ法は、ポリシリコン層４２にゲッタリングされた不純物が１０００℃以上で集積回路４４の形成領域に再放出されたり、１２００℃の高温熱処理でポリシリコン層４２が再結晶化し、その後のゲッタリング能力が失われるという問題がある。従って、ポリシリコン層４２によるゲッタリング効果は温度の影響を受けやすいので、多くの熱処理が必要とされるデバイスに適用する際には、ゲッタリング効果が低下してしまう。
【００１２】
また、集積回路４４を形成する製造プロセスの一つである成膜工程では、シリコンウェーハ４１の裏面から放射される赤外線を検出しながら、処理温度を監視することが行なわれている。これは、成膜速度や膜質が処理温度に大きく左右されるためであり、処理温度を正確に監視することにより成膜速度や膜質を均一にするためである。しかし、シリコンウェーハ４１の裏面にポリシリコン層４２や窒化シリコン層４３を形成すると、裏面の反射率がシリコンウェーハ４１と異なるために、裏面から放射される赤外線の強度が変化してしまう。そのため、処理温度を正確に監視することができずに、膜厚や膜質が変化し、素子特性が低下することになる。
【００１３】
本発明は、前記問題点を解決するために考えられたもので、不純物をゲッタリングする微小欠陥層を安定して形成することができ、さらに製造プロセスの最後まで高いゲッタリング能力を維持することができる酸素注入シリコンウェーハを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の酸素注入シリコンウェーハは、シリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を形成し、前記シリコンウェーハの裏面から酸素原イオンをイオン注入した後に熱処理することによって、不純物をゲッタリングするための微小欠陥層を前記エピタキシャル層の下部領域に形成したことを特徴とする。この構成によれば、シリコンウェーハの裏面から酸素原子をイオン注入した後に熱処理することによって微小欠陥層を形成するので、シリコンウェーハ内部の初期酸素濃度を厳密に管理する必要がなく、安定したゲッタリング能力や素子特性が得られる。また、この微小欠陥層をシリコンウェーハの内部に形成するので、製造プロセス中の処理温度を正確に監視することができ、膜厚や膜質も安定化する。
【００１５】
また、請求項２記載の酸素注入シリコンウェーハは、請求項１記載の酸素注入シリコンウェーハであって、不純物をゲッタリングするための前記微小欠陥層を、イオン注入エネルギーを変えることにより、前記エピタキシャル層の下部領域に複数層形成したことを特徴とする。この構成によれば、イオン注入エネルギーを変えることにより、複数の微小欠陥層を容易に形成できるので、ゲッタリング能力が大幅に向上する。また、これらの微小欠陥層は、集積回路の製造プロセス途中に導入することもでき、製造プロセス全般に亘って安定したゲッタリング能力が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１実施例の酸素注入シリコンウェーハの断面図である。以下、製造工程順に説明する。
【００１７】
先ず、図１（ａ）に示すように、単結晶のシリコンウェーハ１上に、約１１５０℃の気相成長法により、ＳｉＨ４とＨ２の混合ガスを用いてシリコン薄膜を堆積し、微小欠陥のないエピタキシャル層２を形成する。次に、図１（ｂ）に示すように、エピタキシャル層２の下部に酸素イオン３をシリコンウェーハ１の裏面からイオン注入する。このときのイオン注入条件は、注入エネルギー３００ｋｅＶ、ドーズ量２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ２である。尚、本発明における好ましいイオン注入条件は、注入エネルギー３０ｋｅＶ〜５００ｋｅＶ、ドーズ量１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２〜３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ２である。次に、図１（ｃ）に示すように、１１５０℃で熱処理することにより、注入された酸素イオン及びイオン注入により生じた欠陥を核として成長させ、エピタキシャル層２の下部領域に、ゲッタリングサイトとなる成長した析出核４を含んだ厚さ１〜２μｍの微小欠陥層５を形成する。尚、本発明における好ましい熱処理条件は、４００℃〜１３００℃である。次に、図１（ｄ）に示すように、エピタキシャル層２内に、種々の製造プロセスにより集積回路６を形成し、形成時に侵入するＣｕ、Ｎｉ、Ｆｅ等の微量の不純物を微小欠陥層５によりゲッタリングする。
【００１８】
以上説明したように、本実施例では、シリコンウェーハ１の裏面から酸素イオン３をイオン注入するので、素子形成領域にゲート破壊等の悪影響を与えることなく、厚さや欠陥密度の安定した微小欠陥層５を形成することができる。また、微小欠陥層５の形成位置も任意に調整でき、不純物を効率良くゲッタリングすることができる。なお、微小欠陥層５を形成するための熱処理は、集積回路６を形成する際の熱処理と兼用することもできる。これにより、工程を簡略化でき、生産性を向上できる。
【００１９】
次に、本発明の他の実施の形態を図面を参照して説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２実施例の酸素注入シリコンウェーハの断面図である。以下、製造工程順に説明する。
【００２０】
先ず、図２（ａ）に示すように、単結晶のシリコンウェーハ２１上に、約１１５０℃の気相成長法により、ＳｉＨ４とＨ２の混合ガスを用いてシリコン薄膜を堆積し、微小欠陥のないエピタキシャル層２２を形成する。次に、図２（ｂ）に示すように、エピタキシャル層２２の下部領域に酸素イオン２３をシリコンウェーハ２１の裏面からイオン注入する。このときのイオン注入条件は、注入エネルギー１００、２００、３００ｋｅＶ、ドーズ量２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ２である。尚、本発明における好ましいイオン注入条件は、注入エネルギー３０ｋｅＶ〜５００ｋｅＶ、ドーズ量１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２〜３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ２である。次に、図２（ｃ）に示すように、１１５０℃で熱処理することにより、注入された酸素イオン２３及びイオン注入により生じた欠陥を核として成長させ、エピタキシャル層２２の下部領域に、ゲッタリングサイトとなる成長した析出核２４を含んだ厚さ１〜２μｍの複数の微小欠陥層２５ａ〜２５ｃを形成する。尚、本発明における好ましい熱処理条件は、４００℃〜１３００℃である。次に、図２（ｄ）に示すように、エピタキシャル層２２に種々の製造プロセスにより集積回路２６を形成し、形成時に侵入するＣｕ、Ｎｉ、Ｆｅ等の微量の不純物を微小欠陥層２５ａ〜２５ｃによりゲッタリングする。
【００２１】
以上説明したように、本実施例では、シリコンウェーハ２１の裏面から酸素イオン２３を注入エネルギーを変えてイオン注入するので、素子形成領域にゲート破壊等の悪影響を与えることなく、厚さや欠陥密度の安定した複数の微小欠陥層２５ａ〜２５ｃを形成することができ、不純物をより効率良くゲッタリングすることができる。
【００２２】
なお、本実施例では、最初に微小欠陥層２５ａ〜２５ｃを形成したが、集積回路２６を形成する途中の製造プロセスで、導入するようにしてもよい。このようにすれば、ゲッタリングが必要な工程の直前に微小欠陥層２５ａ〜２５ｃを形成でき、効率のよいゲッタリングが可能となる。なお、上述した微小欠陥層２５ａ〜２５ｃを形成するための熱処理は、集積回路２６を形成する際の熱処理と兼用することもできる。これにより、工程を簡略化でき、生産性を向上できる。
【００２３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の酸素注入シリコンウェーハによると、シリコンウェーハの裏面から酸素をイオン注入した後に熱処理することにより、ゲッタリングサイトである微小欠陥層を形成できる。従って、従来のＩＧ法における初期酸素濃度の制御や長時間の熱処理が不要になり、安定したゲッタリング能力や素子特性が得られる。また、従来のＥＧ法のようにシリコンウェーハの裏面にゲッタリングサイトを形成する必要がないので、成膜工程における処理温度をシリコンウェーハの裏面の反射率から精度良くモニタすることができ、膜厚や膜質が安定化する。
【００２４】
さらに、イオン注入エネルギーを変えることにより、容易に複数の微小欠陥層を形成できるので、ゲッタリング能力を大幅に向上させることもできる。また、この微小欠陥層は、所望の工程で形成し、製造プロセスの熱処理と兼用することができる。従って、ゲッタリング能力がほしい工程で微小欠陥層を形成でき、ゲッタリング能力を製造プロセスの最後まで安定して持続させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の酸素注入シリコンウェーハの断面図
【図２】本発明の第２実施例の酸素注入シリコンウェーハの断面図
【図３】従来のＩＧ法のシリコンウェーハの断面図
【図４】従来のＥＧ法のシリコンウェーハの断面図
【符号の説明】
１  シリコンウェーハ
２  エピタキシャル層
３  酸素イオン
４  成長した析出核
５  微小欠陥層
６  集積回路
２１  シリコンウェーハ
２２  エピタキシャル層
２３  酸素イオン
２４  成長した析出核
２５ａ〜２５ｃ  微小欠陥層
２６  集積回路
３１  シリコンウェーハ
３２  酸素原子
３３  無欠陥層
３４  成長した析出核
３５  微小欠陥層
３６  集積回路
４１  シリコンウェーハ
４２  ポリシリコン層
４３  窒化シリコン層
４４  集積回路
【図１】
2004356456.tif 000003
【図２】
2004356456.tif 000004
【図３】
2004356456.tif 000005
【図４】
2004356456.tif 000006