(57)【要約】【課題】  イオン飛程の変動要因を除去して半導体基板面内で安定したゲッタリングサイトを形成でき、表面に良質のエピタキシャル層を成長させる。又、以後の熱処理に依存しない安定した高密度なゲッタリングサイトの形成が可能となる【解決手段】  元板の半導体基板１の表面側からイオン注入を行って半導体基板１の所定深さに均一で高密度なゲッタリングサイト２を形成する半導体基板１０の製造方法において、このイオン注入時に基板深さ方向の制御性向上のために酸化膜などがない基板ミラー面からイオン注入を行い、このイオン注入後のエピタキシャル成長前に、酸化性ガス雰囲気で低温熱処理により基板表面側の不純物を除去し、非酸化性ガス雰囲気で高温熱処理により基板表面側に無欠陥層３を形成すると共に高密度なゲッタリングサイト２を形成し、熱処理後に熱処理で形成された熱酸化膜を除去する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
元板の半導体基板の表面側からイオン注入することにより該表面から所定深さにゲッタリングサイトを形成する半導体基板の製造方法であって、
表面酸化膜除去処理後の基板ミラー面からイオン注入処理を行う工程と、
該イオン注入処理後に、酸化性ガス雰囲気で該表面に形成された熱酸化膜中に基板表面側の不純物を取り込む低温熱処理および、非酸化性ガス雰囲気で基板表面部の結晶性を回復させて該熱酸化膜下に無欠陥層を形成する高温熱処理を行うと共に、該無欠陥層下にゲッタリングサイトを形成する工程と、
該熱酸化膜を除去する工程とを有する半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記表面酸化膜除去処理は、酸化膜除去液により半導体基板表面から自然酸化膜を含む酸化膜を除去する請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記イオン注入処理は、前記元板の半導体基板を構成している第１の元素とは異なり、かつ、該第１の元素と同族の第２の元素を少なくとも含むイオンをイオン注入する請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記第１の元素がシリコンであり、前記第２の元素が炭素である請求項３記載の半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記イオン注入処理において、前記第２の元素のイオンとして、炭素イオンをドーズ量５×１０１３ｉｏｎｓ・ｃｍ−２〜５×１０１５ｉｏｎｓ・ｃｍ−２でイオン注入する請求項３または４に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項６】
前記低温熱処理は、摂氏６００〜７５０度の温度範囲で、Ｏ２又は希釈Ｏ２のガスを使用する請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項７】
前記高温熱処理は、摂氏９００〜１２００度のＮ２雰囲気下にて処理時間を１０分〜４時間とする請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項８】
前記低温熱処理として、７００℃、酸化性雰囲気から徐々に昇温して、１０００℃の温度条件下で非酸化性雰囲気に切り換え、前記高温熱処理として１０分間の熱処理を行った後に、徐々に降温して８５０℃で３０分間の熱処理を行う請求項１、６および７のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の半導体基板の製造方法によって製造された半導体基板であって、
前記表面から所定の深さに均一なゲッタリングサイトが設けられ、該ゲッタリングサイトの表面側に無欠陥層が設けられている半導体基板。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体基板の無欠陥層上にエピタキシャル成長層が設けられ、該エピタキシャル成長層を用いて半導体装置が形成されている半導体デバイス。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれかに記載の半導体基板の製造方法による各工程と、
該半導体基板の無欠陥層上にエピタキシャル成長層を成長させ、該エピタキシャル成長層を用いて半導体装置を形成する工程とを有する半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属、特に重金属などの不純物を除去するために半導体基板の内部にゲッタリングサイトが形成された例えばシリコン基板などの半導体基板およびその製造方法、この半導体基板上に半導体装置が形成された集積回路基板として用いた例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ素子および固体撮撮像素子などの半導体デバイスおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、例えば半導体集積回路であるＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ素子および固体撮撮像素子などの半導体デバイスは、単結晶シリコンを素材とする半導体基板表面に各種回路素子（半導体装置）を形成することによって製造されている。このような従来の半導体デバイスの製造において、半導体基板内部に金属、特に重金属などの不純物が混入していると、製造された半導体デバイスの品質や特性が著しく低下してしまう。
【０００３】
このような半導体基板内部への不純物混入は、使用される生産材料および使用される設備の構成材料などから不純物が発生することに起因している。しかしながら、これらの不純物を完全に除去することは、半導体基板の製造においては不可能である。
【０００４】
そこで、従来から、半導体基板の内部にゲッタリングサイトを形成し、このゲッタリングサイトによって半導体基板の表面近傍の不純物を捕獲して固定することによって、半導体基板の表面近傍から不純物を除去するゲッタリングが行われている。
【０００５】
このゲッタリングサイトの形成方法としては、従来から、シリコンからなる半導体基板の内部に含有される酸素を半導体基板内部に析出させることによってゲッタリングサイトを形成する内部ゲッタリング（ＩＧ：ｉｎｔｒｉnｓｉｃＧｅｔｔｅｒｉｎｇ）や、半導体基板の裏面側に多結晶シリコン膜を形成したり、または半導体基板の裏面側に高濃度のリンを導入することによってゲッタリングサイトを形成する外部ゲッタリング（ＥＧ：ＥｘｔｒｉｎｓｉｃＧｅｔｔｅｒｉｎｇ）などが、一般的に行われてきている。
【０００６】
例えば特許文献１には、半導体基板の表面側からイオンを注入して半導体基板内部にゲッタリングサイトを形成する半導体基板の製造方法が開示されている。この特許文献１の請求項１には、半導体基板を構成している第１の元素と異なり、かつ、この第１の元素と同族の第２の元素（例えば炭素）を少なくとも含むイオンを半導体基板に注入し、このイオン注入された基板表面上にエピタキシャル成長層を形成する方法が記載されている。さらに、この特許文献１の請求項３には、半導体基板の表面に酸化膜を形成して、その酸化膜を介して、上記第２の元素を少なくとも含むイオンを半導体基板に注入し、そのイオン注入後に酸化膜を除去する方法が記載されている。このように、半導体基板表面に酸化膜を形成することによって、第２の元素のイオン注入による半導体基板表面のスパッタリング（金属粒子の飛び散り）が防止されて、良質のエピタキシャル成長層を有する半導体基板を製造することができるとされている。
【０００７】
特許文献２には、半導体基板の表面に不純物捕捉膜としてＬＰ−ＣＶＤ法による窒化膜とドライ酸化による酸化膜からなる２層構造膜を形成し、この不純物捕捉膜を介して半導体基板にイオン注入を行ってゲッタリングサイトを形成する方法が開示されている。
【０００８】
特許文献３には、上記外部ゲッタリングＥＧ層と素子形成領域との間に酸素析出核となる炭素をイオン注入することにより、ゲッタリングサイトを半導体基板内に形成する方法が記載されている。
【特許文献１】特許第３３８４５０６号公報（特開平６−３３８５０７号公報）
【特許文献２】特開２００３−１３３３１８号公報
【特許文献３】特許第３２０３７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来方法により形成されたゲッタリングサイトによるゲッタリングでは、以下のような問題がある。
【００１０】
上記内部ゲッタリングＩＧの場合、半導体基板表層の無欠陥層は、酸素の外方拡散によって形成される。しかしながら、基板結晶中の酸素濃度や酸素析出の不均一化によってゲッタリング能力の基板内の安定性が悪い。
【００１１】
また、この内部ゲッタリングＩＧでは、半導体デバイスの微細化に伴うプロセス温度の低温化によって、半導体基板の表面から均一な厚さの無欠陥層を形成することが困難である。
【００１２】
さらに、この内部ゲッタリングＩＧおよび外部ゲッタリングＥＧの場合、半導体基板表面からゲッタリングサイトまでの距離が大きく、半導体デバイスの品質や性能に大きく関わる、基板表面近傍から不純物を除去する能力が小さい。この問題は、特許文献３のゲッタリングサイト形成方法についても同様である。
【００１３】
一方、特許文献１および特許文献２に開示されているゲッタリングサイト形成方法において、半導体基板表面に酸化膜や不純物捕捉膜などを形成しなければ、上記内部ゲッタリングＩＧや外部ゲッタリングＥＧのような問題は生じない。しかしながら、半導体基板表面に酸化膜や不純物捕捉膜などを形成しない場合には、第２の元素のイオン注入時に半導体基板表面がスパッタリング（金属粒子の飛び散り）されて、良質のエピタキシャル成長層を成長することが困難となる。さらに、酸化膜などを介してイオンを半導体基板に注入する場合には、イオンの飛程距離が酸化膜や不純物捕捉膜の厚みばらつきによる影響を受けてしまうため、半導体基板内部におけるゲッタリングサイトの所定深さの発生箇所が半導体基板面内においてばらつくことになって、所によってゲッタリング能力が低下する。
【００１４】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、イオン飛程の変動要因を除去して半導体基板面内で安定したゲッタリングサイトを形成でき、表面に良質のエピタキシャル層を成長させることができる半導体基板およびその製造方法、この半導体基板を用いた例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ素子および固体撮撮像素子などの半導体デバイスおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の半導体基板の製造方法は、元板の半導体基板の表面側からイオン注入することにより該表面から所定深さにゲッタリングサイトを形成する半導体基板の製造方法であって、表面酸化膜除去処理後の基板ミラー面からイオン注入処理を行う工程と、該イオン注入処理後に、酸化性ガス雰囲気で該表面に形成された熱酸化膜中に基板表面側の不純物を取り込む低温熱処理および、非酸化性ガス雰囲気で基板表面部の結晶性を回復させて該熱酸化膜下に無欠陥層を形成する高温熱処理を行うと共に、該無欠陥層下にゲッタリングサイトを形成する工程と、該熱酸化膜を除去する工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１６】
また、好ましくは、本発明の半導体基板の製造方法における表面酸化膜除去処理は、酸化膜除去液により半導体基板表面から自然酸化膜を含む酸化膜を除去する。
【００１７】
さらに、好ましくは、本発明の半導体基板の製造方法におけるイオン注入処理は、前記元板の半導体基板を構成している第１の元素とは異なり、かつ、該第１の元素と同族の第２の元素を少なくとも含むイオンをイオン注入する。
【００１８】
さらに、好ましくは、本発明の半導体基板の製造方法における第１の元素がシリコンであり、前記第２の元素が炭素である。
【００１９】
さらに、好ましくは、本発明の半導体基板の製造方法におけるイオン注入処理において、前記第２の元素のイオンとして、炭素イオンをドーズ量５×１０１３ｉｏｎｓ・ｃｍ−２〜５×１０１５ｉｏｎｓ・ｃｍ−２でイオン注入する。
【００２０】
さらに、好ましくは、本発明の半導体基板の製造方法における低温熱処理は、摂氏６００〜７５０度の温度範囲で、酸素Ｏ２又は希釈酸素Ｏ２のガスを使用する。
【００２１】
さらに、好ましくは、本発明の半導体基板の製造方法における高温熱処理は、摂氏９００〜１２００度のＮ２雰囲気下にて処理時間を１０分〜４時間とする。さらに好ましくは、摂氏１１００度のＮ２雰囲気下にて処理時間を２時間とする。
【００２２】
さらに、好ましくは、本発明の半導体基板の製造方法において、前記低温熱処理として、７００℃、酸化性雰囲気から徐々に昇温して、１０００℃の温度条件下で非酸化性雰囲気に切り換え、前記高温熱処理として１０分間の熱処理を行った後に、徐々に降温して８５０℃で３０分間の熱処理を行う。
【００２３】
本発明の半導体基板は、半導体基板の製造方法によって製造された半導体基板であって、前記表面から所定の深さに均一なゲッタリングサイトが設けられ、該ゲッタリングサイトの表面側に無欠陥層が設けられているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２４】
本発明の半導体デバイスは、半導体基板の無欠陥層上にエピタキシャル成長層が設けられ、該エピタキシャル成長層を用いて半導体装置が形成されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２５】
本発明の半導体デバイスの製造方法は、本発明の上記半導体基板の製造方法による各工程と、該半導体基板の無欠陥層上にエピタキシャル成長層を成長させ、該エピタキシャル成長層を用いて半導体装置を形成する工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２６】
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。
【００２７】
半導体基板表面からイオン注入を行ってゲッタリングサイトを形成する際に、酸化膜を介してイオンを半導体基板に注入すると、イオンの飛程距離が酸化膜の厚みばらつきによる影響を受ける。このため、半導体基板内部におけるゲッタリングサイトの所定深さの発生箇所が半導体基板面内においてばらつくことになり、所によってゲッタリング能力が低下する。
【００２８】
そこで、本発明では、ゲッタリングサイト形成のためのイオン注入前に自然酸化膜を含む酸化膜の除去を行って、酸化膜などが形成されていない基板ミラー面からイオン注入を行うことにより、半導体基板面内でゲッタリングサイトの所定深さ位置を精度良く制御することができる。
【００２９】
さらに、イオン注入後、酸化性ガス雰囲気での低温熱処理によりイオン注入中などに発生した不純物を酸化膜中に取り込み、非酸化性ガス雰囲気での高温熱処理により基板表面の結晶性を回復させて無欠陥層を形成すると共に均一で高密度なゲッタリングサイトを形成することが可能となる。その熱処理後に、不純物を取り込んだ熱酸化膜を除去することにより、半導体基板表面の不純物を除去して、無欠陥層上に良質なエピタキシャル成長層を成長させることが可能となる。
【発明の効果】
【００３０】
以上により、本発明によれば、高密度な結晶欠陥によるゲッタリングサイトの発生領域を、半導体基板全面に渡って均一化させることが可能となり、さらに、以後のプロセス温度に依存しない無欠陥層を形成することができる。したがって、基板表面側に高密度なゲッタリングサイトを面内均一性良く形成可能で、表面側の無欠陥層上に良好なエピタキシャル成長層を成長可能で品質および特性に優れた半導体基板を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に、本発明の半導体基板およびその製造方法の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３２】
図１は、本発明の実施形態に係る半導体基板の構成例を示す要部縦断面図である。
【００３３】
図１において、本実施形態の半導体基板１０は、元板の半導体基板１の表面から所定の深さに均一で高密度なゲッタリングサイト２が設けられ、そのゲッタリングサイト２の表面側に無欠陥層３が設けられている。
【００３４】
以下に、この半導体基板１０の製造方法について、図２（ａ）〜図２（ｄ）を用いて詳細に説明する。
【００３５】
図２（ａ）〜図２（ｄ）は、図１の半導体基板を製造する各工程を順に説明するための要部縦断面図である。
【００３６】
まず、図２（ａ）に示すように、イオン注入処理前に、元板の半導体基板１の表面から自然酸化膜を含む酸化膜を除去する。本実施形態では、半導体基板１表面の酸化膜を酸化膜除去液であるＨＦ＋ＮＨ４ＯＨ／Ｈ２Ｏ２水溶液にて除去した。これにより、酸化膜厚ばらつきおよび酸化膜によるイオン注入処理時のスパッタリングなど、その後のイオン注入時にイオンの飛程をばらつかせる要因である酸化膜を除去することができる。
【００３７】
次に、図２（ｂ）に示すように、表面酸化膜除去処理後の酸化膜が形成されていない半導体基板１の表面側（基板ミラー面）からイオン注入して、半導体基板１の所定深さにゲッタリングサイト２を形成する。本実施形態では、半導体基板１を構成している第１の元素であるシリコンと異なり、かつ、この第１の元素と同族の第２の元素として、炭素をドーズ量：５×１０１３〜５×１０１５ｉｏｎｓ・ｃｍ−２でイオン注入した。このとき、半導体基板１の表面側には酸化膜が形成されていないため、半導体基板１の所定深さに精度良く、かつ、半導体基板１の表面内でばらつきなく、均一なゲッタリングサイト２を形成することができる。
【００３８】
さらに、酸化性ガス雰囲気で低温熱処理を行い、非酸化性ガス雰囲気で高温熱処理を行う。本実施形態では、ゲッタリングサイト２が形成された半導体基板１にＨＦ＋ＮＨ４ＯＨ／Ｈ２Ｏ２＋ＨＣｌ／Ｈ２Ｏ２にて前処理を行った後、７００℃、酸化性雰囲気から徐々に昇温させて、１０００℃の条件下にて非酸化性雰囲気に切り換え、１０分間の熱処理を行った後、徐々に降温して８５０℃で３０分間の熱処理を行う。
【００３９】
なお、熱処理条件は、上記条件に限られるものではない。低温熱処理では、６００℃〜７５０℃の範囲であることが望ましく、酸素Ｏ２又は希釈酸素Ｏ２のガスを使用する。また、高温熱処理では、９００℃以上のＮ２雰囲気下にて４時間を上限とする。即ち、高温熱処理では、摂氏９００〜１２００度のＮ２雰囲気下にて処理時間を１０分〜４時間とする。さらに好ましくは、摂氏１１００度のＮ２雰囲気下にて処理時間を２時間とする。
図２（ｃ）に示すように、この一連の熱処理によって、犠牲熱酸化膜４下の半導体基板表面部に存在する不純物を、その半導体基板表面に形成された犠牲熱酸化膜４中に取り込むことができる。また、第２の元素のイオン注入処理により半導体基板表面がスパッタリングされても、犠牲熱酸化膜４下の基板表面部の結晶性を回復させてその半導体基板表面部に無欠陥層３を形成することができる。さらに、高密度な結晶欠陥によるゲッタリングサイト２を半導体基板表面近傍に形成することができる。
【００４０】
図２（ｄ）に示すように、その熱処理後、上記熱処理により半導体基板表面に形成された犠牲熱酸化膜４を除去する。本実施形態では、上記熱処理により形成された犠牲熱酸化膜４をＨＦ＋ＮＨ４ＯＨ／Ｈ２Ｏ２水溶液にて除去する。このとき、犠牲熱酸化膜４中に取り込まれた基板極表面の不純物も除去されると共に、犠牲熱酸化膜４下の無欠陥層３が基板表面に露出する。
【００４１】
以上のように、本実施形態によれば、元板の半導体基板１の表面側からイオン注入処理を行って半導体基板１の所定深さに均一で高密度なゲッタリングサイト２を形成する半導体基板１０の製造方法において、このイオン注入処理時に基板深さ方向の制御性向上のために酸化膜などがない基板ミラー面からイオン注入を行い、このイオン注入処理後のエピタキシャル成長前に、酸化性ガス雰囲気で低温熱処理により熱酸化膜下の基板表面部側の不純物を熱酸化膜中に取り込んで除去し、非酸化性ガス雰囲気で高温熱処理により、その基板表面部側に無欠陥層３を形成すると共に高密度なゲッタリングサイト２を形成し、熱処理後に熱処理で形成された犠牲熱酸化膜４を除去して無欠陥層３を露出させる。
このようにして作製された本実施形態の半導体基板１０は、酸化膜のない基板表面側からのイオン注入により、所定深さに面内均一で高密度なゲッタリングサイト２を形成するため、半導体基板内部に金属などの不純物が混入していても、ゲッタリングサイト２によりその不純物を捕獲してゲッタリングサイト２に固定することができる。このように、半導体デバイスの製造に用いられる半導体基板１０のゲッタリング能力を向上させることができる。また、半導体基板１０の表面に以後のプロセス温度に依存しない無欠陥層３が形成されているため、その無欠陥層３上に良質なエピタキシャル層を成長させることができる。
【００４２】
なお、上記実施形態では、特に説明しなかったが、所定の深さに均一で高密度なゲッタリングサイト２が設けられ、このゲッタリングサイト２の表面側に無欠陥層３が設けられた半導体基板１０を用い、この無欠陥層３上にエピタキシャル成長層を成長させ、このエピタキシャル成長層を用いてトランジスタなどの半導体装置（各種回路素子）が一または多数形成された集積回路として、ＣＰＵ、メモリ素子および固体撮撮像素子などの半導体デバイスを製造することができる。
繰り返して説明するが、高密度な結晶欠陥によるゲッタリングサイト２の発生領域を、半導体基板１全面に渡って均一化させることができており、さらに、以後のプロセス温度に依存しない無欠陥層３を形成することができる。したがって、基板表面側に高密度なゲッタリングサイト２を面内均一性良く形成し、表面側の無欠陥層３上に良好なエピタキシャル成長層を成長可能とし品質および特性に優れた半導体基板１０を製造することができる。この半導体基板１０の表面の良好なエピタキシャル成長層（例えばエピタキシャル成長後の輝点が無く、ＣＣＤ固体撮像素子を作製した場合の白傷欠陥を防止できる）を用いて各種回路素子を形成することによって、高品質で高性能な半導体デバイスを作製することができる。
【００４３】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、金属、特に重金属などの不純物を除去するために半導体基板の内部にゲッタリングサイトが形成された例えばシリコン基板などの半導体基板およびその製造方法、この半導体基板上に半導体装置が形成された集積回路基板として用いた例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ素子および固体撮撮像素子などの半導体デバイスおよびその製造方法の分野において、イオン飛程の変動要因を除去して半導体基板面内で安定したゲッタリングサイトを形成でき、かつ第２の元素のイオン注入時に半導体基板表面のスパッタリングを防止して、表面に良質のエピタキシャル層を成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体基板の構成例を示す要部縦断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、図１の半導体基板を製造する各工程を順に説明するための要縦部断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  元板の半導体基板
２  ゲッタリングサイト
３  無欠陥層
４  熱酸化膜
１０  半導体基板
【図１】
2007173328.tif 000003
【図２】
2007173328.tif 000004