(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶中の不純物に対するゲッタリング能力を付与したシリコン単結晶ウェーハであって、シリコン単結晶ウェーハの裏面に、該シリコン単結晶ウェーハ中の不純物の捕獲を行う高融点金属膜（高融点金属とシリコンとの化合物層を除く）を形成し、該高融点金属膜を構成する高融点金属がＴｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｐｄ、Ｚｒ及びＷからなる群から選択された１種又は2種以上の金属であることを特徴とする高融点金属膜付シリコン単結晶ウェーハ。
【請求項２】
シリコン単結晶中の不純物に対するゲッタリング能力を有するシリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、シリコン単結晶ウェーハの裏面に、該シリコン単結晶ウェーハ中の不純物の捕獲を行う高融点金属膜（高融点金属とシリコンとの化合物層を除く）を設け、該高融点金属膜を構成する高融点金属がＴｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｐｄ、Ｚｒ及びＷからなる群から選択された１種又は２種以上の金属であることを特徴とする高融点金属膜付シリコン単結晶ウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記高融点金属膜が、ＣＶＤ法、スパッタ法又は蒸着法によって形成されることを特徴とする請求項２記載の高融点金属膜付シリコン単結晶ウェーハの製造方法。
【請求項４】
シリコン単結晶ウェーハの裏面に、該シリコン単結晶ウェーハ中の不純物の捕獲を行う高融点金属膜（高融点金属とシリコンとの化合物層を除く）を形成し、該高融点金属膜を構成する高融点金属がＴｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｐｄ、Ｚｒ及びＷからなる群から選択された１種又は２種以上の金属であり、該高融点金属膜付シリコン単結晶ウェーハに対して不純物捕獲熱処理を施すことによって、該シリコン単結晶ウェーハ中の不純物の捕獲を行うことを特徴とするシリコン単結晶中の不純物ゲッタリング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、本発明は、デバイス動作に悪影響を及ぼす重金属不純物を除去する技術であるゲッタリング方法に関し、さらに詳細には、高いゲッタリング能力を持った半導体シリコン単結晶基板（以下、シリコン単結晶ウェーハ又は単にウェーハということがある。）及びその製造方法並びにシリコン単結晶中の不純物ゲッタリング方法に関する。
【０００２】
【関連技術】
半導体集積回路等のデバイスの高密度化、高集積化に伴い、デバイス動作の安定化が頓に望まれてきている。特にリーク電流や酸化膜耐圧等の特性値改善は重要な課題である。
【０００３】
しかるに、半導体集積回路の製造工程において、望まれざる重金属、例えばＣｕ、Ｆｅ、Ｎｉといった不純物に汚染される可能性が現在においても否定できていない。これらの重金属不純物はシリコン単結晶中に固溶した状態で、前述のリーク電流や酸化膜耐圧特性を著しく劣化させることが広く知られている。
【０００４】
そのため、これら重金属不純物をデバイス動作領域外へ取り除く方法として、種々のゲッタリング技術が開発されてきている。例えば、ＣＺ法で製造されたシリコン単結晶中に含まれる酸素原子を析出させ、その析出物周囲の歪みに重金属を捕獲するＩＧ（Internal Gettering）法や、シリコンウェーハの裏面に多結晶シリコン膜を形成し、その多結晶粒界の歪みに不純物を捕獲する方法などである。後者はＥＧ法（External Gettering）法の代表例である。この２種は不純物捕獲機構が異なるため、用途によって使い分けている。簡単には、前者は大量汚染の場合に有効だが微量汚染では効果を発揮しないことがあり、対して後者は微量汚染の場合でも有効である。
【０００５】
しかるに、デバイスの高集積化に従い、デバイス動作に影響する不純物の濃度は従来よりかなり下がってきている。従って、これ以上の不純物の低濃度化に対応するためには、微量汚染の場合でも有効な従来技術である裏面多結晶シリコン膜によっても不可能である可能性がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、シリコン単結晶中の微量汚染に対してもゲッタリング能力を持たせることのできるシリコン単結晶ウェーハ及びその製造方法並びにシリコン単結晶中の不純物ゲッタリング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】
上記課題を解決するために、本発明の高融点金属膜付シリコン単結晶ウェーハは、シリコン単結晶中の不純物に対するゲッタリング能力を付与したシリコン単結晶ウェーハであって、シリコン単結晶ウェーハの裏面に、該シリコン単結晶ウェーハ中の不純物の捕獲を行う高融点金属膜（高融点金属とシリコンとの化合物層を除く）を形成し、該高融点金属膜を構成する高融点金属がＴｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｐｄ、Ｚｒ及びＷからなる群から選択された１種又は2種以上の金属であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の高融点金属膜付シリコン単結晶ウェーハの製造方法は、シリコン単結晶中の不純物に対するゲッタリング能力を有するシリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、シリコン単結晶ウェーハの裏面に、該シリコン単結晶ウェーハ中の不純物の捕獲を行う高融点金属膜（高融点金属とシリコンとの化合物層を除く）を設け、該高融点金属膜を構成する高融点金属がＴｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｐｄ、Ｚｒ及びＷからなる群から選択された１種又は２種以上の金属であることを特徴とする。
【０００９】
上記高融点金属膜の形成方法としては、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタ法又は蒸着法等を採用することができる。
【００１０】
本発明のシリコン単結晶中の不純物ゲッタリング方法は、シリコン単結晶ウェーハの裏面に、該シリコン単結晶ウェーハ中の不純物の捕獲を行う高融点金属膜（高融点金属とシリコンとの化合物層を除く）を形成し、該高融点金属膜を構成する高融点金属がＴｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｐｄ、Ｚｒ及びＷからなる群から選択された１種又は２種以上の金属であり、該高融点金属膜付シリコン単結晶ウェーハに対して不純物捕獲熱処理を施すことによって、該シリコン単結晶ウェーハ中の不純物の捕獲を行うことを特徴とする。
【００１１】
上記高融点金属膜を構成する高融点金属としては、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｐｄ、Ｚｒ及びＷからなる群から選択された１種の金属を用いることができる。
【００１２】
上記高融点金属膜を構成する高融点金属のうち、Ｔｉ又はＴａが特に好適である。
【００１３】
微量汚染に対応するためには、その捕獲機構上、単結晶シリコンとは別層で、かつ不純物の溶解度が大きいものを用いればよい。その代表例が前述の多結晶シリコン膜であり、また最近は高濃度ホウ素添加基板上に低濃度ホウ素添加のエピタキシャル層を堆積したＰ／Ｐ+エピタキシャルウェーハもその目的にて考えられている場合がある。
【００１４】
これらの例ではともに、ゲッタリング層としての別層に、種々の工夫を凝らしたシリコンを用いている。これらの工夫はいずれも不純物の溶解度を向上させる効果を持っている。しかし、これらの方法では不純物の溶解度を劇的に上昇させることはできない。
【００１５】
その点、全くの別物質による別層を考えれば、不純物の溶解度の高い物質が存在する。例えば、アルミニウム膜を用いる方法が知られている（S. A. McHugo, H. Hieslmair, E. R. Weber； Appl. Phys. A 64 (1997) 127-137）。このアルミニウム膜は不純物の溶解度が極めて高く、ゲッタリング能力としては裏面多結晶シリコンとは比較にならないほど強い。具体的には裏面多結晶シリコンがｐｐｍオーダーなのに対し、アルミニウムでは数１０％の溶解度がある。しかしアルミニウム膜は融点が６６０℃と低く、デバイス製造プロセス熱処理中に溶融してしまうため、実用にはならない。
【００１６】
その点、融点が１２００℃以上、好ましくはシリコンの融点（１４１２℃）以上、より好ましくは１５００℃以上の高融点金属を用いた場合、シリコンウェーハのデバイス製造プロセスは全てシリコンの融点未満の温度で行われており、１２００℃未満の温度で行われることも多いので、この様な高融点金属であれば、デバイス製造プロセス中に溶出するようなことはなく、デバイス製造のいかなる段階においても、そのゲッタリング能力を落とすことはない。また、高融点金属そのものがシリコンウェーハ内で不純物とならないよう、シリコン中における溶解度が低く、かつ拡散の遅い元素が特に好ましく、Ｔｉ、Ｔａは特に有望である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を添付図面とともに説明するが、本発明の技術思想から逸脱しない限り、図示例以外にも種々の変形が可能なことはいうまでもない。
【００１８】
図１は本発明のシリコン単結晶中の不純物ゲッタリング方法の１例を示すフローチャート、図２は本発明のシリコン単結晶の１例を示す模式図及び図３は本発明において用いられる代表的な高融点金属とＦｅ及びＡｌにおける温度と拡散係数の関係を示すグラフである。
【００１９】
図１において、本発明に用いられるシリコン単結晶は、ＣＺ（チョクラルスキー）法によって通常法によって引上げられる（ステップ１００）。引上げられたシリコン単結晶棒は通常法によりシリコン単結晶ウェーハＷに加工される（ステップ１０２）。
【００２０】
このウェーハＷの裏面に高融点金属膜Ｍを形成する（ステップ１０４）。この高融点金属膜Ｍの形成方法としては、ＣＶＤ法の他にスパッタ法や蒸着法を用いることができる。
【００２１】
また、この高融点金属膜Ｍを構成する高融点金属としては、Ｔｉ（チタン）の他に、Ｔａ（タンタル）、Ｖ（バナジウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）及びＷ（タングステン）を用いることができるが、Ｔｉ又はＴａが好適である。高融点金属膜Ｍは単体膜だけでなく、２種以上の合金膜や積層膜とすることもできる。
【００２２】
このように、シリコン単結晶ウェーハＷの裏面に高融点金属膜Ｍを形成することによって、図２に示すような本発明のゲッタリング能力を有する高融点金属膜付シリコン単結晶ウェーハＷｇを製造することができる。
【００２３】
この高融点金属膜付シリコン単結晶ウェーハＷｇに対して不純物捕獲熱処理（２００〜１０００℃の温度で２分以上）を施す（ステップ１０６）ことによって、シリコン単結晶中の不純物は高融点金属膜Ｍに捕獲され、即ち、当該不純物のゲッタリングが行われる（ステップ１０８）。
【００２４】
本発明で用いられる高融点金属としては、融点が１２００℃以上、好ましくはシリコンの融点以上、より好ましくは１５００℃以上であり、かつ高融点金属そのものがシリコン単結晶ウェーハ中で不純物とならないように、シリコン中における溶解度が低く、かつ拡散の遅い元素が好ましい。
【００２５】
これらの高融点金属としては、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｐｄ、Ｚｒ及びＷをあげることができるが、これらの融点、不純物（Ｆｅ，Ｃｕ，Ｎｉ）に対する溶解度（ゲッタリング能力）及びシリコン単結晶中の拡散係数Ｄ（cm2/ｓｅｃ）を表１に、Ａｌと比較して示す。なお、Ｔｉ、Ｔａ及びＶについは、温度に対する拡散係数を図３に、Ｆｅ及びＡｌと比較したグラフにして図示した。Ｐｄ、Ｚｒ、Ｗの拡散係数はデータがないが、他の高融点金属相当の拡散係数を有するものと推測される。
【００２６】
【表１】
0005011608.tif 000002
【００２７】
上記した表１から明らかなように、本発明で用いられる高融点金属としては、Ｔｉ及びＴａが、不純物の溶解度（ゲッタリング能力）及びシリコン単結晶中の拡散係数の点から見て、特に好適である。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２９】
（実施例１）
ＣＺ法により、直径６インチ、初期酸素濃度１４ｐｐｍａ〔ＪＥＩＤＡ（日本電子工業振興協会）規格〕、方位＜１００＞の結晶棒を、通常の引上げ速度(１.２ｍｍ／ｍｉｎ)で引上げた。この結晶棒を加工して基板ウェーハとし、その裏面にＴｉ薄膜１μｍをＣＶＤ法にて堆積させた。
【００３０】
このウェーハ表面にＦｅを６×１０11cm-2の濃度で塗布し、１０００℃、１ｈｒにてＦｅ原子をウェーハ深さ方向に均一に分布させた後、６００℃、１５ｍｉｎのＦｅ捕獲熱処理にて、Ｔｉ膜に不純物を捕獲させた。不純物捕獲前後におけるウェーハ表面近傍のＦｅ濃度をＤＬＴＳ（Deep Level Transient Spectroscopy）法にて測定し、Ｔｉ膜付きウェーハ、裏面多結晶シリコン付きウェーハ、膜の付いていないウェーハの３種にて、それぞれ比較した。
【００３１】
その結果、何ら膜が付いていないウェーハではＦｅ濃度は１×１０13cm-3となり、表面に塗布したＦｅが全て均一にウェーハ中に拡散、溶解している値をとった。対して、裏面多結晶シリコン膜付きウェーハでは、Ｆｅ濃度３×１０11cm-3の値が得られ、高いゲッタリング能力が示されたが、Ｔｉ膜付きウェーハでは、ＤＬＴＳ法の検出下限であるＦｅ濃度１×１０11cm-3以下となり、多結晶シリコン膜よりさらに強いゲッタリング能力を持っていることが明らかになった。
【００３２】
従って、裏面にＴｉ膜のような単体の高融点金属膜が形成されたウェーハをデバイスプロセスへ投入することにより、１０００℃以下の低温のデバイスプロセスであってもＦｅ等の重金属不純物を効果的にゲッタリングすることができる。
【００３３】
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではない。上記した実施の形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、かつ同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００３４】
例えば本発明において、Ｔｉ膜に限定するものではなく、Ｔａ膜、Ｗ膜など、高融点金属膜の種類を問われていない。またその高融点金属膜の製法についても問われておらず、ＣＶＤ法のみならず、スパッタ法や蒸着法によって高融点金属膜付きウェーハを作製しても、本発明の範囲に含まれる。
【００３５】
ただし、ＣＶＤ法はスパッタ法や蒸着法に比べて効率的かつ厚膜に高融点金属膜を形成することができるので、生産性やゲッタリング能力を考慮すると、ＣＶＤ法を用いることが好ましい。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、シリコン単結晶中の微量汚染に対しても効果的なゲッタリングを実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のシリコン単結晶中の不純物ゲッタリング方法の手順の１例を示すフローチャートである。
【図２】  本発明の高融点金属膜付シリコン単結晶ウェーハの１例を示す模式図である。
【図３】  本発明において用いられる代表的な高融点金属とＦｅ及びＡｌにおける温度と拡散係数の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｍ：高融点金属膜、Ｗ：シリコン単結晶ウェーハ、Ｗｇ：高融点金属膜付シリコン単結晶ウェーハ。
【図１】
0005011608.tif 000003
【図２】
0005011608.tif 000004
【図３】
0005011608.tif 000005