(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコンウエハの裏面に多結晶シリコン層を堆積してゲッタリングサイトを形成するに際し、多結晶シリコンの堆積に先立ち、該単結晶シリコン面上にＣＶＤ法により厚さ５乃至４０ｎｍの炭化珪素薄膜層を形成して後、炭化珪素薄膜層上に多結晶シリコンを堆積することを特徴とするシリコンウエハの製造方法。
【請求項２】
前記多結晶シリコン層の厚さが０．５乃至２．０μｍであることを特徴とする請求項１に記載されたシリコンウエハの製造方法。
【請求項３】
前記多結晶シリコン層が、減圧ＣＶＤ法により堆積形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたシリコンウエハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシリコンウエハの製造方法に関し、特に、シリコンウエハの製造工程における単結晶シリコンウエハ裏面に、多結晶シリコン（ポリシリコン）を堆積してゲッタリングサイトを形成するシリコンウエハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体用シリコンウエハの製造においては、素子特性を劣化させる重金属やナトリウムなどの不純物を除去、捕獲するためゲッタリング処理が施される。このゲッタリングには、各種の方法があるが、その一つとして、ＰＢＳ法（Ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ  Ｂａｃｋ  Ｓｅａｌｉｎｇ  法）がある。
この方法は、所謂、エクストリッシング・ゲッタリング法の一つであり、単結晶シリコンウエハの裏面（半導体ウエハのデバイスプロセス面の対向面）にポリシリコンを堆積して厚さ１乃至数μｍ程度のポリシリコン層を形成するものである。そして、該形成したポリシリコン層中の粒界や単結晶シリコンウエハとポリシリコン層の界面を、工程中のウエハ熱処理において移行する重金属やナトリウムなどの不純物を捕獲するゲッタリングサイトとするものである。
ＰＢＳ法におけるポリシリコン層の形成は、ウエハ製造工程の初期又は途中の適時に実施される。
従来、このポリシリコン層は、通常の場合、シリコンインゴットをスライスし、ラップしてエッチングにより歪みを除去した後、例えば、減圧ＣＶＤ法等により、ウエハ単結晶シリコン裏面に直接ポリシリコンを堆積して形成していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単結晶シリコンウエハ裏面に直接ポリシリコン層を形成させる従来の方法においては、その後の工程中の熱処理により形成界面のポリシリコンが固体反応によりシリコンウエハ上で再結晶化する。
しかも、この時、基板のシリコンウエハが単結晶であるため、ポリシリコンのシリコン単結晶基板面との界面からの結晶成長がエピキャシタル状に起こり、該部分からのポリシリコンの単結晶化を招来し、その分、ゲッタリングのサイトが減少してしまうという技術的課題があった。
更に、工程中におけるウエハの熱処理が重なるに従い、このポリシリコン層の再結晶固相成長による単結晶化が進行し、ポリシリコン相が減少して薄くなり、極端な場合には、ポリシリコンが消失するに至る。従って、ゲッタリングサイトが極端に減少してゲッタリング能力が低下してしまうという不都合を生じた。
【０００４】
ポリシリコン層のゲッタリング能力を高める方法や、ポリシリコン再結晶化の不都合を回避するため方法に関しては、既にいくつか提案がなされている。
例えば、特開平１−２３５２４２号公報には、シリコンウエハの裏面にポリシリコンを堆積してゲッタリングサイトを形成するに際して、ポリシリコンの堆積に先立ち、単結晶シリコン上のポリシリコンが単結晶に固相成長するのを抑制する不純物をウエハの裏面にイオン注入することを特徴とする半導体ウエハの製造方法が開示され、該明細書中には、好適なイオン注入不純物として、窒素、酸素又はアルゴンが挙げられている。
また、特開平５−２０６１４４号公報には、シリコンウエハの裏面に機械的損傷による歪層を形成させた後、この歪層上にポリシリコン膜層を形成させ、ゲッタリング能力を高める方法が開示され、また、特開平１−３１５１４４号公報には、単結晶シリコン基体の一方の表面を酸化して厚さ１乃至８Åの酸化シリコン膜を形成させ、この酸化シリコン膜をガス状シラン類と加熱下に接触させて該酸化シリコン膜上にポリシリコン層を形成させるシリコンウエハの製造方法が開示されている。
【０００５】
しかしながら、上記特開平１−２３５２４２号公報の方法は、イオン注入工程等の煩雑な工程を要し、しかも、イオン注入ドーズ量、注入エネルギー等の適切なコントロールを必要とし、他の方法は、繰り返しの熱処理に対し、ゲッタリング効果の持続性が充分でなく、また例えば適当な酸化シリコン層厚さに均等調製することが困難である等、簡易且つ有効な方法として工業規模の製造工程に採用するには必ずしも充分ではない。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、ポリシリコンの再結晶化の不都合が回避されて、該層乃至層間界面に多数のゲッタリングサイトが形成されることにより繰り返しの熱処理に対しても充分にゲッタリング効果が持続し、しかも工業規模の製造工程に容易に適用できる、簡易かつ有効な半導体シリコンウエハのゲッタリングサイト形成できるシリコンウエハの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、単結晶シリコンウエハの裏面に多結晶シリコン層を堆積してゲッタリングサイトを形成するに際し、多結晶シリコンの堆積に先立ち、該単結晶シリコン面上にＣＶＤ法により厚さ５乃至４０ｎｍの炭化珪素薄膜層を形成して後、炭化珪素薄膜層上に多結晶シリコンを堆積することを特徴とするシリコンウエハの製造方法が提供される。
【０００８】
半導体用シリコンウエハの製造においては、デバイス工程中に熱拡散や混入により入ってくる不純物（原子）をトラップするサイトを形成する、所謂ゲッタリング処理が施される。
本発明は、ゲッタリング処理の内、単結晶シリコンウエハの裏面にポリシリコンを堆積して厚さ１乃至数μｍ程度のポリシリコン層を形成し、該形成したポリシリコン層中の粒界や単結晶ウエハとポリシリコン層の界面を、工程中のウエハ熱処理において移行する該重金属やナトリウムなどの不純物を捕獲するゲッタリングサイトとする、所謂、ＰＢＳ法を改良したものである。
【０００９】
従来のＰＢＳ法によって、シリコンウエハ裏面にポリシリコンを直接形成させると、その後の熱処理により形成界面のポリシリコンが固相反応により再結晶化する。この時、基板のシリコンウエハは単結晶であるため、この界面ポリシリコンから始まる再結晶による結晶成長はエピタキシャル状に起こり、単結晶化する。
該エピタキシャル状に単結晶成長したポリシリコンの部分は、当然ながら、欠陥や転位がポリシリコン相（多結晶シリコン相）に比較して少ないため、従ってゲッタリングサイトが減少する。
そして、該ポリシリコン層によるゲッタリングサイト形成後のウエハに熱処理が繰り返し実施されると、このポリシリコン層の再結晶固相成長による単結晶化の進行により該層のポリシリコン相が減少して薄くなり、極端な場合には、ポリシリコンが消失する。
このように、シリコンウエハのゲッタリングサイトが極端に減少してゲッタリング能力が低下するものであった。
【００１０】
本発明にかかるシリコンウエハの製造方法は、この不都合を防止するため、ウエハ基板裏面上にポリシリコン層を形成するに先立って、炭化珪素（ＳｉＣ）薄膜を該基板面上に予め形成しておき、その後にポリシリコン層を形成させることに特徴を有する。
【００１１】
即ち、ＳｉＣとＳｉとの結晶格子定数の相違により（ＳｉとＳｉＣとの間には約２０％もの格子不整合がある）、ポリシリコンの単結晶化を防止するものである。
一般に、エピタキシャル成長の速度は、温度条件（エピタキシー温度）や基体面の単結晶の状態、その構造、特に基体の結晶格子サイズとエピタキシー成長させるべき結晶の格子サイズとの相違、等により大きく影響される。
通常、シリコン単結晶基板上に直接成長形成された多結晶シリコン（ポリシリコン）は、珪素（Ｓｉ）融点の１／２程度の温度での熱処理等による熱履歴を受けた場合、固相状態で再結晶化（単結晶化）する、所謂、固相エピタキシャル成長現象を発現する傾向を有するが、Ｓｉとは結晶の格子定数が異なるＳｉＣ膜層を間に挿入することによりこの成長がほぼ完全に抑制される。
【００１２】
本発明にかかるシリコンウエハの製造方法によって製造された、即ち、熱的、化学的に安定な物質であるＳｉＣ薄膜層を中間層として挿入し、この層の面上にポリシリコン層を堆積したシリコンウエハは、該シリコン基板単結晶とＳｉＣ界面及びＳｉＣとポリシリコン界面の夫々の界面でも不純物金属原子をトラップできるためゲッタリング効果が更に一層高められる。
また、本発明にかかるシリコンウエハの製造方法において、形成されるＳｉＣ相が多結晶ＳｉＣ相である場合、特にこの効果が顕著で、しかも多結晶ＳｉＣは、その上に堆積される多結晶シリコン（ポリシリコン）結晶成長に必要な多数の核を供給するため、ポリシリコン結晶相の形成が均等かつ高速に達成できるという利点も有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明にかかるシリコンウエハの製造方法は、図１に示すように、単結晶シリコンウエハ１の裏面側面に炭化珪素（ＳｉＣ）薄膜層２を形成し、そのＳｉＣ薄膜層２上に多結晶シリコン（ポリシリコン）層３を形成するものである。
本発明で使用される単結晶シリコンウエハは、一般の半導体用シリコンウエハの製造工程において通常施される処理、即ち、シリコン単結晶インゴットのスライシング、該スライシングされたウエハの表面ラッピング、それに続くケミカルエッチングによる数十μｍ以下の表面層エッチング除去等の処理工程を経て表面研磨された厚さ３００乃至２０００μｍ程度のものが用いられる。
【００１４】
本発明にかかるシリコンウエハの製造方法においては、上述したようにこのシリコンウエハの裏面側（デバイスプロセス面の反対側面）にゲッタリング処理を施すに際し、まずこの裏面上にＳｉＣ薄膜層を形成させる。
この単結晶シリコン基板に形成されるＳｉＣ膜の厚さは、本発明においては、通常５乃至４０ｎｍ、より好ましくは５乃至２０ｎｍの厚さに形成される。
この形成膜厚が５ｎｍ以下では、その上に形成されるポリシリコン層の厚さが不均一に成り勝ちとなり、しかも密着力が充分でなく、また形成されるポリシリコン層の結晶粒が大きくなるため好ましくない。
一方、４０ｎｍを越える場合には、単結晶シリコン基板中の不純物がポリシリコン層に移行する際に、ＳｉＣ層厚さが厚すぎるため、これが障害となってゲッタリング能力が低下する。
【００１５】
単結晶シリコンウエハの表面にＳｉＣ膜を形成する前に、まず、該単結晶シリコン基体の表面に付着している酸化物や汚染物質を、例えば希フッ酸等を用いて除去し、次いで、純水等でリンスし、乾燥しておくことが好ましい。
ＳｉＣ薄膜層形成方法としては、例えば、Ｃ3Ｈ8、Ｃ2Ｈ4、Ｃ2Ｈ2等の炭化水素をＣ源として用い、この分解によるウエハ表面Ｓｉの炭化によりＳｉＣ層を形成する方法、ＳｉＨ4、ＳｉＨＣｌ3、ＳｉＣｌ4等のＳｉ源、Ｃ3Ｈ8、Ｃ2Ｈ4、Ｃ2Ｈ2等のＣ源、キャリアガスとしてＨ2を用いて１３００乃至１８００℃で反応させる気相反応法（ＣＶＤ法）による方法、ＣＨ3ＳｉＣｌ3等、ＳｉとＣを同じ原子数含む化合物の熱分解による、所謂、熱分解法等の方法の他にグラファイト、Ｃ2Ｈ2等の炭素源を用いた分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）等が挙げられるが、これらのうち、ＣＶＤ法を用いることが好ましい。
【００１６】
形成されるＳｉＣ膜層は、単結晶層でも、また多結晶層でも良く、更に立方晶の３Ｃ−ＳｉＣでも、六方晶の６Ｈ−ＳｉＣでも良いが、次いで実施するポリシリコン層（多結晶シリコン層）の堆積時において多数の結晶成長核を付与できる点から結晶粒径０．０５乃至０．５μｍ程度の多結晶相であることがより好ましい。
【００１７】
本発明においては、このＳｉＣ膜の上に、多結晶シリコン（ポリシリコン）層を形成する。
該多結晶シリコン層の厚みは０．５〜２μｍ、好ましくは０．５〜１μｍであり、その結晶粒はアモルファスではなく、２μｍ以下、好ましくは０．０５〜０．５μｍである。
【００１８】
ＳｉＣ膜の上に多結晶シリコン層を形成させるには、窒素ガス、アルゴンガス等によって希釈したガス状シラン類の雰囲気中で前記単結晶基板を５００〜８００℃、好ましくは６００〜７００℃の温度で０．１〜７時間、好ましくは１〜２時間、減圧下または常圧下で加熱することにより行なわれる。
この多結晶シリコン層形成の好適方法の一例として、減圧ＣＶＤ法による薄膜形成を挙げることができる。
使用されるシラン類としては、モノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ）、モノクロロシラン（ＳｉＨ3 ＣＩ）等を挙げることができる。
【００１９】
本発明にかかるシリコンウエハの製造方法によって製造されたシリコンウエハは、単結晶シリコン基体の表面に、特定の厚みを有するＳｉＣ層が形成されているので、多結晶シリコン層が優れた密着力で均一な厚みに形成される。しかも、ＳｉＣ膜層は多結晶シリコン層の成長のために必要な成長核を与える。
ＳｉＣ膜が形成されていない場合には、汚れなどを核として島状に多結晶シリコン層が成長するので成長速度の均等性が担保できない。
これに対して、本発明にかかるシリコンウエハの製造方法によって製造されたシリコンウエハのようにＳｉＣ膜層が形成されている場合には、多結晶シリコンの成長が均等且つ高速に行われる。
【００２０】
本発明のシリコンウエハの製造方法は、シリコン単結晶基板裏面上にＳｉＣ膜を形成し、その上に多結晶シリコン層（ポリシリコン層）を形成しているため、多結晶シリコンの成長が均等且つ高速に行われるだけでなく形成されたポリシリコン層は、その後の半導体ウエハ処理工程における何回もの熱処理によってもポリシリコン層のエピタキシャル状再結晶による単結晶化が起こらず、該層のゲッタリング性能が低下しない。
【００２１】
【実施例】
「実施例１」
厚さ７００μｍの単結晶シリコンウエハを１％フッ酸水溶液に浸潰して裏面に付着していた自然酸物膜等の不純物を除去し、ついで、純水でリンスし、さらにスピンドライヤーで乾燥した。
乾燥終了後のシリコン単結晶基板のデバイスプロセス面をシールし、その裏面側に、原料ガスとしてＳｉＨ4およびＣＨ4を用い、１１００℃で反応させる周知の方法により、膜厚が５ｎｍ、２０ｎｍ、４０ｎｍのＳｉＣ膜を形成させた。
次いで、減圧ＣＶＤ法により、シランガス（ＳｉＨ4）を水素ガスをキャリアとして６５０℃で熱分解させてＳｉＣ膜状にポリシリコン層を約１．５μｍ堆積させた。これらのポリシリコン層中の結晶粒子の大きさを測定した。
次に得られたポリシリコン層形成ウエハを、熱処理炉中にセットして、アルゴン雰囲気中で１２００℃で６０分、１２０分熱処理したものについて形成したポリシリコン層の結晶粒径を測定した。
これらの結果を表１に示す。
【００２２】
「比較例１」
実施例１と同様の単結晶シリコンウエハ基板を実施例１と同様に不純物除去、純水リンス、乾燥し、このウエハ基板の裏面上に直接ポリシリコン層を、減圧ＣＶＤ法により約１．５μｍの厚さに堆積した。
得られたポリシリコン層形成ウエハ基板を実施例１と同様にしてそのゲッタリング性能を評価した。
【００２３】
表１から理解されるように、本発明のＳｉＣ膜を介してポリシリコン層を形成したシリコンウエハは、熱処理をしてもポリシリコン層を形成する結晶の成長が抑えられていることが理解される。これによりゲッタリング性能を長時間維持することができる。
【００２４】
【表１】
0003922674.tif 000002
【００２５】
【発明の効果】
上記のように本発明にかかるシリコンウエハの製造方法により製造されたシリコンウエハは、特定厚みに形成された炭化珪素膜層を介して単結晶シリコン基体上に多結晶シリコン（ポリシリコン）層を形成して成るものであるため、ＳｉＣ結晶とＳｉ結晶との格子定数の相違により、その後の半導体ウエハ処理工程における熱処理によってもポリシリコン層のエピタキシャル状再結晶による単結晶化が起こらず、該層のゲッタリング性能が低下しない。
また、ポリシリコン層との密着性及び均質性も優れたものとなり、従って、高密度集積回路のデバイスとしての歩留まりが高い材料として好適に使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるシリコンウエハの製造方法により製造されたシリコンウエハの層構成を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
１    単結晶シリコンウエハ
２    炭化珪素（ＳｉＣ）薄膜層
３    多結晶シリコン（ポリシリコン）層
【図１】
0003922674.tif 000003