JP2005311126A - ｐ型シリコン単結晶ウェーハ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ｐ型シリコン単結晶ウェーハ内部においてＩＧ法ではゲッタリングされにくい重金属不純物をゲッタリングさせることのできるｐ型シリコン単結晶ウェーハ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】
ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体と、該ウェーハ本体の裏面に形成されるｎ型シリコン膜とを備え、前記ｎ型シリコン膜はその内部に形成された酸素析出物を有しており、該酸素析出物が前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体内部に存在する金属不純物をゲッタリングするようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、デバイス動作に悪影響を及ぼす重金属不純物、特にＣｕを効果的に除去できるようにしたｐ型シリコン単結晶ウェーハ及びその製造方法に関する。

半導体装置の高密度化、高集積化に伴い、半導体装置動作の安定化がさらに望まれている。この安定化を阻害するのがシリコン単結晶ウェーハや半導体装置内に存在する重金属不純物である。製造工程中においてシリコン単結晶ウェーハや半導体装置内に侵入する、例えば、鉄，銅等の重金属不純物は、Ｓｉ中の格子位置或いは格子間位置に固溶或いは化合物として析出する。この結果、少数キャリアの生成消滅中心の形成，ｐｎ接合のリーク電流の増大，過剰キャリア寿命の短命化等が起こり、半導体装置の電気的特性が劣化する。

例えば、ＭＯＳ型メモリ素子においては、発生した過剰電子又は過剰正孔がシリコン基板内を拡散するため、電荷蓄積セル内に蓄積された電荷が減少し、これにより蓄積電荷が臨界電荷以下になると、メモリセルの状態が１から０へ反転し、蓄積情報が失われる。

また、ＣＣＤにおいては、生成消滅中心から発生した過剰キャリアが、入射光による過剰キャリアと同様に信号電荷として検出される。この結果、生成消滅中心から発生した過剰キャリアが異常に強い信号（白傷）となって画質が低下する。

バイポーラ素子においては、生成消滅中心はｐｎ接合のリーク電流を増大させる。また、ベース領域に発生した過剰キャリアは、異常な信号として外部に伝わるため、低周波ノイズが増大するなどの不都合が生じる。このように重金属不純物汚染は、素子の電気的特性の劣化を引き起こしＬＳＩの生産歩留まりを低下させる。このような汚染物質に対して、従来から２つの対策が行なわれている。

１つは、汚染源を極力なくすことである。汚染源としては、弗酸、硝酸、塩酸、過酸化水素、弗化アンモニウム、硫酸等の化学薬品、超純水、クリーンルーム内のダスト、作業者、レジスト、各種微細加工装置内で発生する微粒子等、枚挙に暇がない。これらの純度を改善し、微粒子汚染を低減する技術は超クリーン化技術として開発が行われている。

しかしながら、超ＬＳＩの製造環境、使用材料の清浄化及び製造装置からの汚染の低減など超クリーン技術の開発が進んでも、数百工程に及ぶ超ＬＳＩ製造工程を必要な清浄度で完璧に管理することは困難である。統計的にもある確率で汚染が発生することが続いてきた。このように、超ＬＳＩ製造工程の全工程において、汚染物質の管理を行っているが、製造工程数の増大と共に汚染される可能性はかなり高く、幾つかの工程において汚染が生じるのは避けられないことである。

もう１つの対策は、重金属不純物等の汚染物質を素子の活性領域から取り除いてしまうこと、即ち、ゲッタリングである。このゲッタリングを行うゲッタリング領域を形成する技術には、ＩＧ（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）法、ＥＧ（Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）法がある。

ＩＧ法は、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不純物をゲッタリングする技術であり、例えば６５０℃〜７５０℃の低温熱処理によって酸素の析出核を形成した後、１０００℃〜１１００℃の高温熱処理で酸素を析出させ、この酸素析出物周囲の歪みに重金属不純物をゲッタリングする。また、表面近傍の素子の活性領域内に析出物が形成するのを防ぐために、１２００℃程度の高温熱処理を低温熱処理の前に行うことも多い。通常、上記低温熱処理はウェーハ製造工程で行い、上記高温熱処理は超ＬＳＩ製造工程で行っている。

一方、ＥＧ法にはウェーハ裏面ダメ−ジゲッタリング法と、いわゆるＰＢＳ（Ｐｏｌｙ Ｂａｃｋ Ｓｅａｌ）法がある。ウェーハ裏面ダメ−ジゲッタリング法では、ウェーハ裏面に故意に機械的歪みを形成する。その結果、この機械的歪みを核にして、ウェーハ酸化工程での熱処理により酸化誘起積層欠陥が発生し、そこに重金属不純物が析出する。機械的歪みは、例えば、ＳｉＯ₂微粉をウェーハ裏面に吹き付ければ形成できる。酸化誘起積層欠陥は、１１００℃程度の酸化工程で最も成長が速いので、このゲッタリングは高温熱処理通過の必要がある。また、ＰＢＳ法は、シリコン単結晶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である。

しかしながら、上記ゲッタリングには次のような問題があった。まず、ウェーハ裏面ダメ−ジゲッタリングは、ＳｉＯ₂微粉をウェーハ裏面に吹き付けるため、ウェーハ表面側にＳｉＯ₂が回りこんで、素子形成領域であるウェーハ表面を汚染してしまうという問題がある。さらに、超ＬＳＩの微細化が進むにつれて、各素子間の距離が短くなるので、リン、砒素、ボロン等によるｐｎ接合形成やＶｔｈコントロール等のための局所的ドーピングは、１０００℃以下、例えば、８００〜８５０℃程度の低温熱処理、または、１０００℃以上でも数秒から数分程度の短時間高速加熱冷却処理で行う必要がある。しかし、ウェーハ裏面ダメ−ジゲッタリングでは、酸化誘起積層欠陥の成長のために約１０００℃以上の高温熱処理を必要とし、この高温熱処理を通過しないと、それより低い温度でのゲッタリングで汚染物質を十分に取り除くことができないという問題があった。

そして、このような低温熱処理や、１０００℃以上でも数秒から数分程度の短時間の高速加熱冷却処理がデバイス作製過程における主流となってきている状況では、重金属不純物を捕獲層まで移動させるだけの拡散時間が足りず、不純物を裏面まで拡散させる必要のあるウェーハ裏面ダメ−ジゲッタリングやＰＢＳ法などのＥＧ法は不利になってきている。その点ＩＧ法は、長距離拡散が必要ないためＥＧ法より有利であるが、低温短時間熱処理では酸素析出物を形成させることも難しいため、デバイス工程投入前に酸素析出物を予め形成しておいたウェーハを使用することで、ゲッタリング能力を高める手法が取られはじめてきた。実際にそのようなウェーハは、従来のウェーハより安定した高い重金属不純物ゲッタリング能力を発揮することが確認されている。

しかるに、ｐ型シリコン単結晶ウェーハ内部において、ＩＧ法があまり有効でない金属不純物も存在する。その一例として銅（Ｃｕ）をモデルに説明する。ｐ型シリコン単結晶ウェーハ内部のＣｕは正の電荷を持った状態で固溶しているが、ＩＧ法でゲッタリングする際には、酸素析出物周辺でＣｕ₃Ｓｉというシリサイド析出物の形態に変化させ、さらにそのシリサイド析出物にＣｕ原子を集め、成長させなければ高いＩＧ能力は望めない。Ｃｕに限らず、他の金属不純物のＩＧも固溶原子から析出物の形態へ変化させる機構は同一であり、一般にＩＧ能力は目的金属不純物の析出物成長速度によって、その優劣が決定されると言って良い。しかしＣｕの場合、Ｃｕ₃Ｓｉというシリサイド析出物も正の電荷を帯びているため、仮に小さなＣｕ₃Ｓｉが形成されてもその後、ＩＧ能力を高めるのに大きく寄与する析出物の成長が望めない。なぜなら同一電荷を持っている固溶Ｃｕ原子とＣｕ₃Ｓｉシリサイド析出物の両者には斥力が働くからである。このような場合、Ｃｕのゲッタリングには、ＰＢＳなどのＥＧ法を適用せざるを得なかった。
特開平５−１３６１５３号公報

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、ｐ型シリコン単結晶ウェーハ内部においてＩＧ法ではゲッタリングされにくい重金属不純物をゲッタリングさせることのできるｐ型シリコン単結晶ウェーハ及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、ｐ型シリコン単結晶ウェーハ内部に存在する重金属不純物のゲッタリングについて検討した結果、ｐ型シリコン単結晶ウェーハ内部で重金属不純物とそのシリサイド析出物が同じ型の電荷を持った場合、ＩＧ法によって酸素析出物周囲の歪に捕獲した重金属不純物のシリサイド析出物にその重金属不純物をゲッタリングしようとしても、重金属不純物とそのシリサイド析出物との間にはたらく斥力によって、重金属不純物のシリサイド析出物への析出がほとんど進まず、ゲッタリング効果がほとんどないこと、特にＣｕの場合それが顕著であるという知見を得た。また、本発明者は、Ｃｕを含むこれらの重金属不純物がｎ型シリコン単結晶ウェーハ内部において中性電荷となり、そのシリサイド析出物との間に斥力がはたらかなくなるため、重金属不純物のシリサイド析出物への析出が進行し、ゲッタリング効果が得られるという知見も得た。これらの知見からＩＧ法を行ってもほとんどゲッタリングされないｐ型シリコン単結晶ウェーハ内部の重金属不純物を、ｐ型シリコン単結晶ウェーハの裏面に形成したｎ型シリコン膜内部に形成した酸素析出物によってゲッタリングできることに想到し、本発明を完成させた。

上記課題を解決するため、本発明のｐ型シリコン単結晶ウェーハは、ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体と、該ウェーハ本体の裏面に形成されるｎ型シリコン膜とを備え、前記ｎ型シリコン膜はその内部に形成された酸素析出物を有しており、該酸素析出物が前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体内部に存在する金属不純物をゲッタリングするようにしたことを特徴とする。

このようにｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の裏面にｎ型シリコン膜を備え、該シリコン膜内部に酸素析出物が形成されていれば、ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体内部ではゲッタリングされにくい重金属不純物であっても、効果的に素子活性領域から除去することができる。前述した場合と同様にＣｕを例に挙げれば、ｎ型シリコン膜内部においては、Ｃｕは中性電荷となって固溶するため、析出物成長の阻害要因となっていた斥力は働かず、ＣｕはＣｕ₃Ｓｉのようなシリサイド析出物に容易に析出する。これによりＣｕは効果的かつ完全に素子活性領域から除去される。

そして、前記ｎ型シリコン膜は、エピタキシャル成長法により形成されることが好ましい。また、前記ｎ型シリコン膜は、ＣＶＤ法により形成されるものであってもよい。このように、前記ｎ型シリコン膜形成にエピタキシャル成長もしくはＣＶＤ法を用いれば、リン、アンチモン、ヒ素等のｎ型不純物をドーピングしながら簡便にｎ型シリコン膜をｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の裏面に形成することができるので、好適である。

本発明のｐ型シリコン単結晶ウェーハにおいては、前記ｎ型シリコン膜中に酸素をイオン注入した後、前記ｎ型シリコン膜が裏面に形成されたｎ型シリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハを熱処理して前記ｎ型シリコン膜及び前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハの内部に酸素析出物を形成することが好ましい。このように、前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の裏面に形成された前記ｎ型シリコン膜中に酸素をイオン注入し、前記ｎ型シリコン膜が裏面に形成されたｎ型シリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハを熱処理して前記ｎ型シリコン膜及び前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の内部に酸素析出物を形成すれば、重金属不純物をゲッタリングする酸素析出物がｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の内部にも、ｎ型シリコン膜の内部にも形成されるため、より効果的に重金属不純物をゲッタリングすることができる。

また、本発明のｐ型シリコン単結晶ウェーハにおいて、ノンドープのシリコン膜をｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の裏面に成長させ、該シリコン膜にｎ型不純物と酸素をイオン注入し、その後、該シリコン膜が裏面に形成されたシリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハを熱処理することによりｎ型シリコン膜を形成するとともに、前記ｎ型シリコン膜及び前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の内部に酸素析出物を形成してもよい。さらに、本発明のｐ型シリコン単結晶ウェーハにおいて、ノンドープのシリコン膜をｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の裏面に成長させ、該シリコン膜に酸素をイオン注入し、かつ、該シリコン膜表面にｎ型不純物を塗布し、その後、該ｎ型シリコン膜が裏面に形成されたシリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハを熱処理することによりｎ型シリコン膜を形成するとともに、前記ｎ型シリコン膜及び前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の内部に酸素析出物を形成してもよい。

そして、本発明のｐ型シリコン単結晶ウェーハにおいては、前記ｎ型シリコン膜内部に金属不純物をゲッタリングした後、前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の裏面に形成された前記ｎ型シリコン膜を除去することが好ましい。このように、金属不純物をゲッタリングしたｎ型シリコン膜を除去すれば、ゲッタリングされた金属不純物を永久に除去できるため、最も理想的なゲッター手法となる。

このとき、前記ｎ型シリコン膜の内部にゲッタリングされる金属不純物がＣｕであるとより効果的である。従来からシリコン単結晶ウェーハ内部において高速拡散種であるＣｕはその大きい拡散係数ゆえ、素子活性領域まで拡散しやすく、その素子活性領域に形成される半導体装置の電気的特性を劣化させる大きな要因の一つであった。このように、Ｃｕをゲッタリングしたｎ型シリコン膜を除去すれば、ｐ型シリコン単結晶ウェーハからＣｕを完全に除去することができるため、より半導体装置の歩留りが高いｐ型シリコン単結晶ウェーハを提供することができる。本発明のｐ型シリコン単結晶ウェーハにおいては、前記ｎ型シリコン膜は前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の裏面にあるため、素子活性領域から最も遠い位置にあるが、Ｃｕは最も高速な拡散種であるため、低温短時間熱処理工程であっても裏面までの拡散が十分可能であり、有効にゲッタリングすることができる。

本発明のｐ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法の第１の態様は、ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体を準備する工程と、該ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の裏面にｎ型シリコン膜を形成しｎ型シリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハとする工程と、前記ｎ型シリコン膜及び前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の内部に酸素析出物を形成する工程とを含むことを特徴とする。このようなｐ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法であれば、簡便に本発明のｐ型シリコン単結晶ウェーハを製造できる。

このとき、前記ｎ型シリコン膜を形成する工程は、エピタキシャル工程、もしくはＣＶＤ工程であることが好ましい。このように、ｎ型シリコン膜を形成する工程としてエピタキシャル工程、もしくはＣＶＤ工程を用いれば、リン、アンチモン、ヒ素等のｎ型不純物をドーピングしながら簡便にｎ型シリコン膜をｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の裏面に形成することができる。

前記酸素析出物を形成する工程としては、ｎ型シリコン膜中に酸素をイオン注入する工程と、該ｎ型シリコン膜が裏面に形成されたｎ型シリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハを熱処理する工程とを含むことが好ましい。このような酸素析出物形成工程が本発明のｐ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法の第１の態様に含まれれば、ｎ型シリコン膜とｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の双方に酸素析出物が形成されるため、Ｃｕがｎ型シリコン膜内部にゲッタリングされるだけでなく、その他の重金属不純物もｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の内部にゲッタリングされるため、より多種の重金属不純物を効果的に素子活性領域から除去することができる。

本発明のｐ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法の第２の態様は、ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体を準備する工程と、ノンドープのシリコン膜を前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の裏面に成長させる工程と、該シリコン膜にｎ型不純物をイオン注入する工程と、該シリコン膜に酸素をイオン注入する工程と、前記シリコン膜が裏面に形成されたシリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハを熱処理することによってｎ型シリコン膜を形成するとともに前記ｎ型シリコン膜及び前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の内部に酸素析出物を形成する工程とを含むことを特徴とする。

本発明のｐ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法の第３の態様は、ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体を準備する工程と、ノンドープのシリコン膜を前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の裏面に成長させる工程と、該シリコン膜に酸素をイオン注入する工程と、該シリコン膜の表面にｎ型不純物を塗布する工程と、前記シリコン膜が裏面に形成されたシリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハを熱処理することによってｎ型シリコン膜を形成するとともに前記ｎ型シリコン膜及び前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の内部に酸素析出物を形成する工程とを含むことを特徴とする。

本発明の製造方法の第２及び第３の態様において、前記ノンドープのシリコン膜を前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の裏面に成長させる工程としては、エピタキシャル工程又はＣＶＤ工程を適用することができる。

さらに、本発明の製造方法の第１〜第３の態様において、前記ｎ型シリコン膜内部に金属不純物をゲッタリングした後、前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハの裏面に形成された前記ｎ型シリコン膜を除去する工程をさらに含むことが好ましい。

このような、ｐ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法であれば、ＩＧ法でもっとも除去しにくいＣｕを簡便にｎ型シリコン膜内部の酸素析出物を用いてゲッタリングでき、さらにそのｎ型シリコン膜を除去することによりＣｕを完全に除去することができる。

本発明のｐ型シリコン単結晶ウェーハによれば、近年重要性が増してきているＩＧ法ではゲッタリングされにくいｐ型シリコン単結晶ウェーハ中の重金属不純物であっても、効果的にゲッタリングして素子活性領域から除去することができる。また、本発明のｐ型シリコン単結晶ウェーハにおけるゲッタリングは、リンゲッタリングのような偏析型ゲッタリングではなく、緩和析出型のゲッタリングであるため、重金属不純物に大量汚染されたｐ型シリコン単結晶ウェーハの重金属不純物にも対応できる。本発明の製造方法によれば、本発明のｐ型シリコン単結晶ウェーハを効率よく製造することができる。

以下、本発明のｐ型シリコン単結晶ウェーハ及びその製造方法の実施の形態を添付図面を参照してさらに詳細に説明するが、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であることはいうまでもない。図１は本発明のｐ型シリコン単結晶ウェーハの製造過程の一例を模式的に示す断面説明図である。図２は本発明方法の第１の態様の工程順の一例を示すフローチャートである。

本発明では、まずｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体１０を準備する〔図１(a)及び図２のステップ１００〕。このｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体１０の初期酸素濃度や抵抗率、結晶方位等に特に規定はなく、その表面状態も主表面のみが研磨されたもの、あるいは表裏面ともに研磨されたもののいずれであってもよいが、初期酸素濃度については金属不純物をゲッタリングできる酸素析出物が形成できるだけの濃度以上であることが必要である。

そして、上記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体１０の裏面にｎ型シリコン膜１２を形成、即ちｎ型シリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハ１０ａを形成する〔図１(ｂ)及び図２のステップ１０２〕。上記ｎ型シリコン膜１２の形成方法としてはエピタキシャル成長法を用いてもよいし、ＣＶＤ法を用いてもよい。また、シリコン膜へのｎ型ドーパントの導入は、エピタキシャル成長やＣＶＤ成長の際、シリコン成長ガスとともにｎ型ドーパントガスを流すことによって行う。あるいは、後述するようにエピタキシャル成長やＣＶＤ成長においてはノンドープでシリコン膜を成長させ、その後ｎ型ドーパントをイオン注入でシリコン膜中に導入し、熱処理を行ってシリコン膜中のｎ型ドーパントを活性化してもよいし、ノンドープシリコン膜表面にｎ型ドーパントを塗布した後、シリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハに熱処理を行って、該ノンドープシリコン膜内部にｎ型ドーパントを拡散してもよい。

次に、上記ｎ型シリコン膜１２の内部に酸素析出物１４、及び上記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体１０の内部に酸素析出物１６を形成する〔図１(c)及び図２のステップ１０４〕。エピタキシャル成長法やＣＶＤ法ではシリコン成長ガスやドーパントガスのキャリアガスとして水素を用いるため、これらの成長法で形成されたシリコン膜中に酸素は存在しない。そのため、上記ｎ型シリコン膜１２の成長後に酸素を該膜中に導入する必要がある。上記ｎ型シリコン膜１２の内部に酸素を導入するためには、該ｎ型シリコン膜１２中に酸素をイオン注入する方法が簡便である。しかも、たとえｎ型シリコン膜１２の厚さが薄くてもイオン注入法は注入するイオンの飛程距離を精密に制御できるので非常に有利である。

そして、酸素が導入されたｎ型シリコン膜１２を裏面に有するｎ型シリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハ１０ａに対して酸素析出物熱処理を行うことにより、ｎ型シリコン膜１２の内部に酸素析出物１４を形成することができる。このとき、酸素析出物熱処理の雰囲気は特に限定されない。また、熱処理温度や熱処理時間も重金属不純物をゲッタリングする酸素析出物が十分形成される条件であれば特に限定されない。また、この酸素析出物熱処理を行えば、ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体１０の内部にも酸素析出物１６が形成される。

なお、イオン注入によってシリコン膜に導入されたドーパントや酸素は熱処理によって活性化する必要があるが、この熱処理は上記酸素析出物熱処理と兼ねてもよいし、別々に行ってもよい。また、ｎ型ドーパントの塗布拡散熱処理も同様で、上記酸素析出物熱処理と兼ねてもよいし、別々に行ってもよい。

さらに、エピタキシャル成長法やＣＶＤ法でシリコン膜を形成する際に、同時にドーパントを導入する場合を除いて、上記ドーパント導入工程と酸素導入工程は、どちらを先に行っても差し支えない。

このように酸素析出物処理を受けて作製されたｎ型シリコン膜１２を有するｎ型シリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハ１０bは、ｎ型シリコン膜１２及びｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体１０の双方に酸素析出物１４，１６が形成されているため、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。特にｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体１０の内部の酸素析出物１６ではゲッタリングすることが困難なＣｕのような重金属不純物をｎ型シリコン膜１２の内部の酸素析出物１４にゲッタリングすることができる。

さらに、重金属不純物をゲッタリングしたｎ型シリコン膜１２をｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体１０の裏面から除去して最終のｐ型シリコン単結晶ウェーハ１０ｃを作製することにより、ｎ型シリコン膜１２内部にゲッタリングされた重金属不純物をｐ型シリコン単結晶ウェーハ１０ｃから完全に除去することができる〔図１(ｄ)，図２のステップ１０６〕。なお、このｎ型シリコン膜１２の除去方法に特別の限定はなく、研磨、研削、ウェットエッチング、ドライエッチング等、保有している装置や半導体装置製造工程の都合により所望の装置を用いて行えばよい。

前述したように、図２に示した本発明の製造方法の第１の態様においては、酸素析出物の形成（図２のステップ１０４）をｎ型シリコン膜１２中に酸素をイオン注入し、酸素析出熱処理を行うことにより実現することができるが、図２のステップ１０４をさらに具体的な工程として示したフローチャートを図３に示した。図３において、ステップ１００，１０２及び１０６は図２の場合と同様であるので再度の説明は省略する。図３における酸素析出物の形成は、ｎ型シリコン膜に酸素を注入し（図３のステップ１０４ａ）、ｎ型シリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハ１０ａの熱処理による酸素析出物の形成（図３のステップ１０４ｂ）によって達成される。

前述したように、ｎ型シリコン膜１２の形成は、ノンドープでシリコン膜を成長させ、その後ｎ型ドーパントをイオン注入でシリコン膜中に導入し、ドーパントを活性化する熱処理を行ってもよいし、ノンドープシリコン膜表面にｎ型ドーパントを塗布した後、シリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハに熱処理を行って、該ノンドープシリコン膜内部にｎ型ドーパントを拡散してもよいものであり、また、ドーパント導入工程と酸素導入工程はどちらを先に行っても差し支えないものである。以下に本発明方法のその他の態様について添付図面を参照して説明する。

図４は本発明の製造方法の第２の態様の工程順の一例を示すフローチャートである。本発明の製造方法の第２の態様においても、まず、ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体１０を準備する（図４のステップ２００）。次に、ノンドープのシリコン膜をｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の裏面に形成する（図４のステップ２０２）。続いて、上記シリコン膜にｎ型不純物をイオン注入する（図４のステップ２０４）。さらに、上記シリコン膜に酸素をイオン注入する（図４のステップ２０６）。上記シリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハ１０ａを熱処理することによって、ｎ型シリコン膜１２を形成するとともにｎ型シリコン膜１２及びｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体１０の内部に酸素析出物１４，１６を形成する（図４のステップ２０８）。さらに、前述した場合と同様に、重金属不純物をゲッタリングしたｎ型シリコン膜１２をｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体１０の裏面から除去して最終のｐ型シリコン単結晶ウェーハ１０ｃを作製する（図４のステップ２１０）。

図５は本発明の製造方法の第３の態様の工程順の一例を示すフローチャートである。本発明の製造方法の第３の態様において、ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体１０の準備（図５のステップ３００）及びノンドープのシリコン膜の形成（図５のステップ３０２）は本発明の製造方法の第２の態様と同様である。次に、上記シリコン膜に酸素をイオン注入する（図５のステップ３０４）。さらに、上記シリコン膜表面にｎ型不純物を塗布する（図５のステップ３０６）。上記シリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハ１０ａを熱処理することによって、ｎ型シリコン膜１２を形成するとともに前記ｎ型シリコン膜１２及びｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体１０の内部に酸素析出物１４，１６を形成する（図５のステップ３０８）。さらに、ｎ型シリコン膜１２をｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体１０の裏面から除去して最終のｐ型シリコン単結晶ウェーハ１０ｃを作製する（図５のステップ３１０）。上記した図４及び図５のフローチャートにおいて、ノンドープのシリコン膜をｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の裏面に形成する工程としては、エピタキシャル工程又はＣＶＤ工程が好適に用いられる。

以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、下記実施例は例示的に示されるもので、限定的に解釈されるべきものでないことはいうまでもない。

（実施例１）
ＣＺ法により、直径６インチ、ｐ型、初期酸素濃度１４ｐｐｍａＪＥＩＤＡ、方位＜１００＞の結晶棒を、通常の引き上げ速度（１．２ｍｍ／ｍｉｎ）で引き上げた。この結晶棒を加工してウェーハとし、その裏面にエピタキシャル成長法でリン添加のｎ型シリコン膜を厚さ１０μｍ形成した。

このウェーハ裏面、つまりｎ型シリコン膜中に酸素をイオンインプランテーションし、１１００℃、４時間の熱処理で酸素を均一拡散させた。その後、７００℃、８時間と１０００℃、１６時間の酸素析出用の熱処理を施し、裏面ｎ型シリコン膜中に酸素析出物を形成した。酸素析出物密度は表面側ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の表面層とウェーハ裏面に形成されているｎ型シリコン膜で変わらず、共に約１０⁹ｃｍ^-3であった。

このように作製したｐ型シリコン単結晶ウェーハの表面層側にＣｕを１×１０¹³ｃｍ^-2の濃度で塗布し、８００℃、４分の均一拡散熱処理後、室温まで冷却した。その後、全反射蛍光Ｘ線分析法（ＴＸＲＦ法）にて、表面残留Ｃｕ濃度を測定したところ、Ｃｕは検出下限以下であった。

（比較例１）
ＣＺ法により、直径６インチ、ｐ型、初期酸素濃度１４ｐｐｍａＪＥＩＤＡ、方位＜１００＞の結晶棒を、通常の引き上げ速度（１．２ｍｍ／ｍｉｎ）で引き上げた。この結晶棒を加工してウェーハとし、その裏面にエピタキシャル成長法でボロン添加のｐ型シリコン膜を厚さ１０μｍ形成した。

このウェーハ裏面、つまりｐ型シリコン膜中に酸素をイオンインプランテーションし、１１００℃、４時間の熱処理で酸素を均一拡散させた。その後、７００℃、８時間と１０００℃、１６時間の酸素析出用の熱処理を施し、ｐ型シリコン膜中に酸素析出物を形成した。酸素析出物密度はｐ型シリコン単結晶ウェーハの表面層と該ウェーハの裏面に形成されたｐ型シリコン膜で変わらず、共に約１０⁹ｃｍ^-3であった。

このように作製したｐ型シリコン単結晶ウェーハの表面層側にＣｕを１×１０¹³ｃｍ^-2の濃度で塗布し、８００℃、４分の均一拡散熱処理後、室温まで冷却した。その後、全反射蛍光Ｘ線分析法（ＴＸＲＦ法）にて、表面残留Ｃｕ濃度を測定したところ、１０¹²ｃｍ^-2の濃度で検出された。

（比較例２）
ＣＺ法により、直径６インチ、ｐ型、初期酸素濃度１４ｐｐｍａＪＥＩＤＡ、方位＜１００＞の結晶棒を、通常の引き上げ速度（１．２ｍｍ／ｍｉｎ）で引き上げた。この結晶棒を加工してウェーハとし、実施例１と同一の熱処理を施した。具体的には、１１００℃、４時間、７００℃、８時間と１０００℃、１６時間の三つの熱処理を実施した。酸素析出物密度は、実施例とほとんど変わらず、約１０⁹ｃｍ^-3であった。

このように作製したウェーハの表面側にＣｕを１×１０¹³ｃｍ^-2の濃度で塗布し、８００℃、４分の均一拡散熱処理後、室温まで冷却した。その後、全反射蛍光Ｘ線分析法（ＴＸＲＦ法）にて、表面残留Ｃｕ濃度を測定したところ、Ｃｕは１０¹²ｃｍ^-2の濃度で検出された。

（比較例３）
ＣＺ法により、直径６インチ、ｐ型、初期酸素濃度１４ｐｐｍａＪＥＩＤＡ、方位＜１００＞の結晶棒を、通常の引き上げ速度（１．２ｍｍ／ｍｉｎ）で引き上げた。この結晶棒を加工して基板ウェーハとするが、実施例１のような熱処理は施さず、そのままウェーハの表面側にＣｕを１×１０¹³ｃｍ^-2の濃度で塗布し、８００℃、４分の均一拡散熱処理後、室温まで冷却した。その後、全反射蛍光Ｘ線分析法（ＴＸＲＦ法）にて、表面残留Ｃｕ濃度を測定したところ、Ｃｕは約１０¹³ｃｍ^-2の濃度で検出され、初期汚染量とほぼ変わらなかった。

このように、実施例１と比較例１〜３により、ｐ型シリコン単結晶ウェーハの裏面に形成されたｎ型シリコン膜とその内部に形成された酸素析出物がＣｕに対する高いＩＧ能力を持っていることがわかる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記形態は例示であり、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。例えば、本発明において、ｐ型シリコン単結晶ウェーハの裏面にｎ型シリコン膜を形成する方法として、エピタキシャル成長法やＣＶＤ法を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ｐ型シリコン単結晶ウェーハとｎ型シリコン単結晶ウェーハを貼り合わせた後、ｎ型シリコン単結晶ウェーハを研磨して該ウェーハの裏面にｎ型シリコン膜を形成する方法や、いわゆるスマートカット法を行ってｐ型シリコン単結晶ウェーハの裏面にｎ型シリコン膜を形成する方法も本発明の範囲に含まれる。また、本発明のようなｎ型シリコン膜を裏面に備えたｐ型シリコン単結晶ウェーハを製造した後の裏面のｎ型シリコン膜の除去は、前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハの主表面に半導体装置を形成する前に行ってもよいし、形成後に行ってもよい。

本発明のｐ型シリコン単結晶ウェーハの製造過程の一例を模式的に示す断面説明図で、（ａ）はｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体、（ｂ）はｎ型シリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハ、（ｃ）は酸素析出物を形成したｎ型シリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハ、及び（ｄ）はｎ型シリコン膜を除去した最終のｐ型シリコン単結晶ウェーハをそれぞれ示す。 本発明の製造方法の第１の態様の工程順の一例を示すフローチャートである。 本発明の製造方法の第１の態様の工程順の他の例を示すフローチャートである。 本発明の製造方法の第２の態様の工程順の一例を示すフローチャートである。 本発明の製造方法の第３の態様の工程順の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０：ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体、１０ａ：ｎ型シリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハ、１０ｂ：酸素析出物を形成したｎ型シリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハ、１０ｃ：最終のｐ型シリコン単結晶ウェーハ、１２：ｎ型シリコン膜、１４，１６：酸素析出物。

Claims (14)

1. ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体と、該ウェーハ本体の裏面に形成されるｎ型シリコン膜とを備え、前記ｎ型シリコン膜はその内部に形成された酸素析出物を有しており、該酸素析出物が前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体内部に存在する金属不純物をゲッタリングするようにしたことを特徴とするｐ型シリコン単結晶ウェーハ。
2. 前記ｎ型シリコン膜を、エピタキシャル成長法又はＣＶＤ法により形成することを特徴とする請求項１に記載のｐ型シリコン単結晶ウェーハ。
3. 前記ｎ型シリコン膜中に酸素をイオン注入した後、前記ｎ型シリコン膜が裏面に形成されたｎ型シリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハを熱処理して前記ｎ型シリコン膜及び前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の内部に酸素析出物を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のｐ型シリコン単結晶ウェーハ。
4. ノンドープのシリコン膜を前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の裏面に成長させ、該シリコン膜にｎ型不純物と酸素をイオン注入し、その後、該シリコン膜が裏面に形成されたシリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハを熱処理することにより、ｎ型シリコン膜を形成するとともに前記ｎ型シリコン膜及び前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の内部に酸素析出物を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のｐ型シリコン単結晶ウェーハ。
5. ノンドープのシリコン膜を前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の裏面に成長させ、該シリコン膜に酸素をイオン注入し、かつ、該シリコン膜表面にｎ型不純物を塗布し、その後、該シリコン膜が裏面に形成されたシリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハを熱処理することによりｎ型シリコン膜を形成するとともに前記ｎ型シリコン膜及び前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の内部に酸素析出物を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のｐ型シリコン単結晶ウェーハ。
6. 前記ｎ型シリコン膜の内部に金属不純物をゲッタリングした後、前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の裏面に形成された前記ｎ型シリコン膜を除去することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のｐ型シリコン単結晶ウェーハ。
7. 前記ｎ型シリコン膜の内部にゲッタリングされる金属不純物は銅（Ｃｕ）であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のｐ型シリコン単結晶ウェーハ。
8. ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体を準備する工程と、該ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の裏面にｎ型シリコン膜を形成しｎ型シリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハとする工程と、前記ｎ型シリコン膜及び前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の内部に酸素析出物を形成する工程とを含むことを特徴とするｐ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法。
9. 前記ｎ型シリコン膜を前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の裏面に成長させる工程は、エピタキシャル工程又はCVD工程であることを特徴とする請求項８に記載のｐ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法。
10. 前記酸素析出物を形成する工程は、前記ｎ型シリコン膜中に酸素をイオン注入する工程と、該ｎ型シリコン膜が裏面に形成されたｎ型シリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハを熱処理する工程とを含むことを特徴とする請求項８又は９に記載のｐ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法。
11. ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体を準備する工程と、ノンドープのシリコン膜を前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の裏面に成長させる工程と、該シリコン膜にｎ型不純物をイオン注入する工程と、該シリコン膜に酸素をイオン注入する工程と、前記シリコン膜が裏面に形成されたシリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハを熱処理することによってｎ型シリコン膜を形成するとともに前記ｎ型シリコン膜及び前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の内部に酸素析出物を形成する工程とを含むことを特徴とするｐ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法。
12. ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体を準備する工程と、ノンドープのシリコン膜を前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の裏面に成長させる工程と、該シリコン膜に酸素をイオン注入する工程と、該シリコン膜の表面にｎ型不純物を塗布する工程と、前記シリコン膜が裏面に形成されたシリコン膜付きｐ型シリコン単結晶ウェーハを熱処理することによってｎ型シリコン膜を形成するとともに前記ｎ型シリコン膜及び前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の内部に酸素析出物を形成する工程とを含むことを特徴とするｐ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法。
13. 前記ノンドープのシリコン膜を前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の裏面に成長させる工程は、エピタキシャル工程又はＣＶＤ工程であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のｐ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法。
14. 前記ｎ型シリコン膜内部に金属不純物をゲッタリングした後、前記ｐ型シリコン単結晶ウェーハ本体の裏面に形成された前記ｎ型シリコン膜を除去する工程をさらに含むことを特徴とする請求項８ないし１３のいずれか１項に記載のｐ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法。

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