JP2010283296A - Silicon wafer, manufacturing method thereof, and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon wafer suitable for a semiconductor device which is to be thinned in a device post-step and has a rear surface to be polished. <P>SOLUTION: A manufacturing method includes: a step S11 for preparing a silicon substrate 11 having ≥2m Ω cm and ≤200m Ω cm of specific resistance based on boron concentration; an ion implantation step S12 for implanting ions at a dose of ≥1×10<SP>13</SP>and ≤5×10<SP>15</SP>atoms/cm<SP>2</SP>in the silicon substrate 11; and a step S13 for forming an epitaxial film 12 having a film thickness of ≤10 μm on the surface of a side subjected to ion implantation of the silicon substrate 11. With this configuration, chips are thinned by grinding the rear surface of the silicon substrate 11 in the device post-step, and thus, even if the rear surface is further polished, sufficient gettering performance can be exhibited for contamination due to heavy metal to be introduced in the device post-step. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明はシリコンウェーハ及びその製造方法に関し、特に、マルチチップパッケージ(MCP)に搭載される半導体デバイス用として好適なシリコンウェーハ及びその製造方法に関する。また、本発明は、MCPへの搭載が好適な半導体デバイスの製造方法に関する。   The present invention relates to a silicon wafer and a manufacturing method thereof, and more particularly to a silicon wafer suitable for a semiconductor device mounted on a multichip package (MCP) and a manufacturing method thereof. The present invention also relates to a method for manufacturing a semiconductor device suitable for mounting on an MCP.

半導体プロセスにおける問題点の一つとして、シリコンウェーハ中への不純物である重金属の混入が挙げられる。シリコンウェーハの表面側に形成されるデバイス領域へ重金属が拡散した場合、ポーズタイム不良、リテンション不良、接合リーク不良、及び酸化膜の絶縁破壊といったデバイス特性に著しい悪影響をもたらす。このため、シリコンウェーハに混入した重金属がデバイス領域に拡散するのを抑制するため、ゲッタリング法を採用するのが一般的である。ゲッタリングは、シリコン基板の表面にデバイス形成を行うデバイス前工程での重金属汚染防止を目的としている。   One of the problems in the semiconductor process is that heavy metals as impurities are mixed in the silicon wafer. When heavy metals diffuse into a device region formed on the surface side of a silicon wafer, device characteristics such as pause time failure, retention failure, junction leak failure, and dielectric breakdown of the oxide film are significantly adversely affected. For this reason, in order to suppress the heavy metal mixed in the silicon wafer from diffusing into the device region, the gettering method is generally adopted. Gettering is aimed at preventing heavy metal contamination in a device pre-process for forming a device on the surface of a silicon substrate.

一方、デバイス前工程の後に行われるシリコン基板の薄厚化、ワイヤーボンディングあるいは樹脂封入などのデバイス後工程での重金属汚染は、これまで特に重視されていなかった。これは、デバイス後工程の初期においてシリコンウェーハの裏面を研削除去する工程があり、この裏面研削時に導入されるスクラッチやダメージ等が強力なエクストリンシック・ゲッタリング(EG)によるゲッタリング源として作用するからである。   On the other hand, heavy metal contamination in post-device processes such as thinning of the silicon substrate, wire bonding, or resin encapsulation performed after the pre-device process has not been particularly emphasized. This is a process of grinding and removing the back surface of the silicon wafer in the early stage of the device post-process. Scratches and damage introduced during the back surface grinding act as a gettering source by strong extrinsic gettering (EG). Because.

しかしながら、最終的なチップ厚みは年々薄型化しており、特に、MCP搭載されるチップは100μm以下に薄型化されることが多く、製品によっては現在25μm以下まで薄型化され、将来的には10μm以下とも予測されている。チップの厚みが100μm以下まで薄型化されると、裏面研削時のダメージによってシリコンウェーハが割れやすくなるという問題が生じる。このような問題を解決するためには、裏面研削後にダメージ除去する工程、すなわちCMP法による裏面研磨工程を新たに追加する必要が生じる。   However, the final chip thickness is becoming thinner year by year, and in particular, the chip mounted on the MCP is often made thinner to 100 μm or less, and depending on the product, it is currently made thinner to 25 μm or less, and in the future it will be 10 μm or less. Both are predicted. When the thickness of the chip is reduced to 100 μm or less, there arises a problem that the silicon wafer is easily broken due to damage during back grinding. In order to solve such a problem, it is necessary to newly add a process of removing damage after the back surface grinding, that is, a back surface polishing process by the CMP method.

ところが、裏面研磨によってシリコンウェーハ裏面のダメージを除去すると、裏面のゲッタリング源も消失することから、EG効果が失われてしまう。しかも、薄型化されたシリコンウェーハはイントリンシック・ゲッタリング(IG)層の厚みも薄いことから、酸素析出物による通常のIG層では十分なIG効果も期待できない。より詳細には、IG法を用いたエピタキシャルウェーハやシリコンウェーハであっても、熱処理によってエピタキシャル膜の厚みを含め、酸素析出核が存在しないDZ層がウェーハ表面から10μm以上形成される。チップの最終膜厚が薄くなってくるとIG層は殆ど存在しない状態になり、デバイス後工程で発生した不純物金属を全くゲッタリングできなくなる。   However, if the damage on the back surface of the silicon wafer is removed by back surface polishing, the back surface gettering source also disappears, and the EG effect is lost. Moreover, since a thin silicon wafer has a thin intrinsic gettering (IG) layer, a sufficient IG effect cannot be expected with a normal IG layer formed of oxygen precipitates. More specifically, even in the case of an epitaxial wafer or silicon wafer using the IG method, a DZ layer having no oxygen precipitation nuclei including the thickness of the epitaxial film is formed by heat treatment to have a thickness of 10 μm or more from the wafer surface. When the final film thickness of the chip becomes thinner, the IG layer hardly exists and the impurity metal generated in the device post-process cannot be gettered at all.

このように、シリコンウェーハ裏面が研磨される薄型の半導体デバイスにおいては、デバイス後工程における重金属汚染の問題が顕在化し始めている。   As described above, in the thin semiconductor device in which the back surface of the silicon wafer is polished, the problem of heavy metal contamination in the device post-process is beginning to become apparent.

これに関し、特許文献1には、シリコン基板上に高濃度のボロンを含有するシリコンエピタキシャル膜(1層目)を100μm程度成長させ、さらに、デバイス領域となる高抵抗のシリコンエピタキシャル膜(2層目)を数十μm程度成長させる方法が記載されている。そして、このようなシリコンウェーハを用いてデバイス前工程を行った後、シリコン基板を裏面から研削することにより合計厚みを100μm程度に薄型化し、さらに裏面を鏡面研磨することが記載されている。   In this regard, Patent Document 1 discloses that a silicon epitaxial film (first layer) containing high-concentration boron is grown on a silicon substrate by about 100 μm, and further a high-resistance silicon epitaxial film (second layer) serving as a device region. ) Is grown about several tens of μm. And after performing a device pre-process using such a silicon wafer, the total thickness is reduced to about 100 μm by grinding the silicon substrate from the back surface, and the back surface is further mirror-polished.

特許文献1に記載された方法によれば、デバイス領域となる2層目のシリコンエピタキシャル膜の下部に、高濃度のボロンを含有する1層目のシリコンエピタキシャル膜が存在することから、鏡面研磨によってEG層が消失しても、高濃度ボロンの効果により重金属、特にCuやFeを効率よくゲッタリングすることができる。しかしながら、ボロンはNi汚染に対しては全く効果がない事を発明者らは実験により確認している。   According to the method described in Patent Document 1, since the first silicon epitaxial film containing high-concentration boron exists below the second silicon epitaxial film serving as the device region, mirror polishing is used. Even if the EG layer disappears, heavy metal, particularly Cu or Fe, can be efficiently gettered by the effect of high-concentration boron. However, the inventors have confirmed through experiments that boron has no effect on Ni contamination.

特許文献1には、高濃度ボロンを含有するエピタキシャル膜内に酸素や窒素などをイオン注入することによってダメージ層を形成させる方法や、シリコン基板に予め1000℃以上、例えば1200℃以下の温度で第1の熱処理を施し、更に1000℃以下、例えば800℃で第2の熱処理を行う方法も記載されている。これらの方法によれば、Ni汚染に対してもある程度の効果が得られるものと考えられる。しかしながら、エピタキシャル膜を数十μmも成長させる事は、生産性の大幅な低下さらに膜精度自体の劣化を引き起こすため、最先端デバイスで用いられる微細化構造には耐えられない。   Patent Document 1 discloses a method for forming a damaged layer by ion implantation of oxygen, nitrogen, or the like in an epitaxial film containing high-concentration boron, or a method in which a silicon substrate is previously formed at a temperature of 1000 ° C. or higher, for example, 1200 ° C. or lower. A method is also described in which the first heat treatment is performed and the second heat treatment is further performed at 1000 ° C. or lower, for example, 800 ° C. According to these methods, it is considered that a certain effect can be obtained against Ni contamination. However, growing an epitaxial film as much as several tens of μm can not withstand the miniaturized structure used in the most advanced devices because it causes a significant decrease in productivity and a deterioration in film accuracy itself.

しかも、上記第1の熱処理は、DZ層を形成するための酸素外方拡散処理であることから、1200℃で1時間程度の熱処理が必要となる。この場合、スリップ転位の発生を防止するためには、昇降温速度を十分に遅くする必要があり、1回の処理で10時間程度を要することからコスト増加を引き起こす。特に、シリコンウェーハが大口径化されるほど処理時間は増加するので量産適用は益々困難になる。   Moreover, since the first heat treatment is an oxygen outward diffusion treatment for forming the DZ layer, heat treatment at 1200 ° C. for about 1 hour is required. In this case, in order to prevent the occurrence of slip dislocation, it is necessary to sufficiently slow the temperature raising / lowering speed, and about 10 hours are required for one process, resulting in an increase in cost. In particular, as the diameter of the silicon wafer is increased, the processing time is increased, so that mass production becomes increasingly difficult.

一方、特許文献2には、薄厚化されたウェーハ裏面に種々の方法によりゲッタリング能力を付与する技術が開示されている。例えば、薄厚化されたシリコンウェーハの裏面に多結晶シリコン膜や窒化膜を堆積させる方法、シリカ粒子を用いて裏面にダメージを与える方法、イオン注入により裏面にダメージ層を与える方法などが挙げられている。確かにこれらの方法は、チップ厚みがある程度厚ければ効果があるものと考えられるが、既に説明したとおり、最終的なチップ厚みが100μm以下、将来的には10μm程度まで薄型化されると、シリカ粒子などによる物理的ダメージ導入によって抗折強度が低下し、チップ割れの問題が生じてしまうため、歩留まりが大幅に低下することが予想される。また、デバイス後工程で多結晶シリコン膜や窒化膜を堆積させたり、イオン注入を行ったりすることは、量産品においては現実的ではない。   On the other hand, Patent Document 2 discloses a technique for imparting gettering capability to a thinned wafer back surface by various methods. For example, a method of depositing a polycrystalline silicon film or a nitride film on the back surface of a thinned silicon wafer, a method of damaging the back surface using silica particles, a method of giving a damaged layer on the back surface by ion implantation, etc. Yes. Certainly, these methods are considered to be effective if the chip thickness is thick to some extent, but as already explained, if the final chip thickness is reduced to 100 μm or less, and in the future to about 10 μm, The yield strength is expected to be significantly reduced because the bending strength is reduced due to the introduction of physical damage due to silica particles and the like, resulting in a problem of chip cracking. In addition, it is not practical for a mass-produced product to deposit a polycrystalline silicon film or a nitride film or perform ion implantation in a device post-process.

特開2005−317735号公報JP 2005-317735 A 特開2006−41258号公報JP 2006-41258 A

このような問題を解決すべく本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、シリコン基板自体に高濃度のボロンを含有させるとともに、エピタキシャル膜の形成前のシリコン基板にイオン注入を行っておけば、その後シリコン基板の表面に非常に薄いエピタキシャル膜を形成するだけで、薄型化される半導体デバイス用のシリコンウェーハとして量産適用が可能であることを見いだした。本発明は、このような技術的知見に基づきなされたものである。   As a result of intensive research conducted by the present inventors to solve such problems, if the silicon substrate itself contains a high concentration of boron and ion implantation is performed on the silicon substrate before the formation of the epitaxial film, After that, it was found that it can be mass-produced as a silicon wafer for a semiconductor device to be thinned only by forming a very thin epitaxial film on the surface of the silicon substrate. The present invention has been made based on such technical knowledge.

本発明によるシリコンウェーハは、ボロン濃度に基づく比抵抗が2mΩ・cm以上200mΩ・cm以下であるシリコン基板と、前記シリコン基板の表面に形成され、膜厚が10μm以下であり、前記シリコン基板よりも比抵抗が高いエピタキシャル膜と、を備えるシリコンウェーハであって、前記シリコン基板の前記エピタキシャル膜側の表層には、ドーズ量が1×1013atoms/cm以上5×1015atoms/cm以下のイオンが注入されていることを特徴とする。 The silicon wafer according to the present invention has a specific resistance based on boron concentration of 2 mΩ · cm to 200 mΩ · cm, and is formed on the surface of the silicon substrate, and has a film thickness of 10 μm or less. An epitaxial film having a high specific resistance, and a dose amount of 1 × 10 13 atoms / cm 2 or more and 5 × 10 15 atoms / cm 2 or less on the surface of the silicon substrate on the epitaxial film side. The ions are implanted.

本発明によるシリコンウェーハの製造方法は、ボロン濃度に基づく比抵抗が2mΩ・cm以上200mΩ・cm以下であるシリコン基板に対し、1×1013atoms/cm以上5×1015atoms/cm以下のドーズ量でイオンを注入するイオン注入工程と、前記シリコン基板の前記イオン注入を行った側の表面に、膜厚が10μm以下であり、前記シリコン基板よりも比抵抗が高いエピタキシャル膜を形成するエピタキシャル工程と、を備えることを特徴とする。 The silicon wafer manufacturing method according to the present invention is 1 × 10 13 atoms / cm 2 or more and 5 × 10 15 atoms / cm 2 or less for a silicon substrate having a specific resistance based on boron concentration of 2 mΩ · cm to 200 mΩ · cm. An ion implantation step of implanting ions at a dose of 1 nm and an epitaxial film having a film thickness of 10 μm or less and a higher specific resistance than the silicon substrate on the surface of the silicon substrate on which the ion implantation has been performed. And an epitaxial process.

本発明による半導体デバイスの製造方法は、ボロン濃度に基づく比抵抗が2mΩ・cm以上200mΩ・cm以下であるシリコン基板に対し、1×1013atoms/cm以上5×1015atoms/cm以下のドーズ量でイオンを注入するイオン注入工程と、前記シリコン基板の前記イオン注入を行った側の表面に、膜厚が10μm以下であり、前記シリコン基板よりも比抵抗が高いエピタキシャル膜を形成するエピタキシャル工程と、前記エピタキシャル膜に半導体素子を形成するデバイス前工程と、前記デバイス前工程を行った後、前記シリコン基板の一部を裏面側から除去することにより、前記シリコン基板及び前記エピタキシャル膜の合計厚みを100μm以下とする薄型化工程と、薄型化された前記シリコン基板の裏面を研磨する裏面研磨工程と、を備えることを特徴とする。 The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is 1 × 10 13 atoms / cm 2 or more and 5 × 10 15 atoms / cm 2 or less for a silicon substrate having a specific resistance based on boron concentration of 2 mΩ · cm to 200 mΩ · cm. An ion implantation step of implanting ions at a dose of 1 nm and an epitaxial film having a film thickness of 10 μm or less and a higher specific resistance than the silicon substrate on the surface of the silicon substrate on which the ion implantation has been performed. After performing the epitaxial process, the device pre-process for forming a semiconductor element on the epitaxial film, and the device pre-process, a part of the silicon substrate is removed from the back surface side, thereby forming the silicon substrate and the epitaxial film. A thinning step for reducing the total thickness to 100 μm or less, and the back surface of the thinned silicon substrate And back grinding step for grinding, characterized in that it comprises a.

本発明によれば、シリコン基板上に10μm以下のエピタキシャル膜を形成し、これをデバイス領域として用いていることから、エピタキシャル膜の形成を短時間で行うことができ、量産品への適用が可能となる。しかも、シリコン基板に高濃度のボロンが含有されていることから、最終的なチップ厚みが100μm程度まで薄型化されても、ボロンによってCuやFeなどの重金属を効果的にゲッタリングすることが可能となる。また、エピタキシャル膜の直下におけるシリコン基板に高濃度のイオン注入がされていることから、これによるダメージによってデバイス初期プロセスからNiなどの重金属についても効果的にゲッタリングすることが可能となる。   According to the present invention, since an epitaxial film of 10 μm or less is formed on a silicon substrate and used as a device region, the epitaxial film can be formed in a short time and can be applied to mass-produced products. It becomes. Moreover, since the silicon substrate contains high-concentration boron, even if the final chip thickness is reduced to about 100 μm, heavy metals such as Cu and Fe can be effectively gettered by boron. It becomes. In addition, since high-concentration ion implantation is performed on the silicon substrate immediately below the epitaxial film, heavy metal such as Ni can be effectively gettered from the initial device process due to damage caused by this.

本発明において、シリコン基板に注入されるイオン種は、ボロン、リン、アンチモン、砒素、ヘリウム、アルゴン、フッ素、酸素、窒素、炭素、シリコン及びゲルマニウムからなる群より選ばれた1又は2以上のイオン種であることが好ましい。これらのイオン種を選択すれば、デバイスに悪影響を与えることなく、Niなどの重金属を効果的にゲッタリングすることが可能となる。   In the present invention, the ion species implanted into the silicon substrate is one or more ions selected from the group consisting of boron, phosphorus, antimony, arsenic, helium, argon, fluorine, oxygen, nitrogen, carbon, silicon, and germanium. Preferably it is a seed. By selecting these ion species, it is possible to effectively getter heavy metals such as Ni without adversely affecting the device.

本発明において、シリコン基板の初期酸素濃度は7×1017atoms/cm以上2.4×1018atoms/cm以下であることが好ましい。これによれば、デバイス前工程を行う前又はデバイス前工程中における熱処理によってシリコン基板に酸素析出物が形成されることから、これがNiなどの重金属のゲッタリング源となる。 In the present invention, the initial oxygen concentration of the silicon substrate is preferably 7 × 10 17 atoms / cm 3 or more and 2.4 × 10 18 atoms / cm 3 or less. According to this, oxygen precipitates are formed on the silicon substrate by heat treatment before or during the device pre-process, and this becomes a gettering source for heavy metals such as Ni.

また、本発明による半導体デバイスの製造方法においては、デバイス前工程中の熱処理によって、例えば、ウェル拡散のために1100℃以上の熱処理が30分間以上あるような熱処理工程では、イオン注入時のダメージ回復が起こり効果が薄れるゆえ、例えばバッチ式炉での熱処理時間が1050℃以下の数十分間以下のプロセスや枚葉式ランプ炉による数秒から1分間程度の短時間の熱処理で構成されたデバイス熱処理の場合ではダメージが完全に回復することがないため、デバイス後工程においても十分なゲッタリング効果を発揮することができるとともに、注入されたイオンがデバイス領域まで拡散することがなくなる。   Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the damage recovery at the time of ion implantation is performed by a heat treatment in the pre-device process, for example, in a heat treatment process in which a heat treatment at 1100 ° C. or higher is performed for 30 minutes or more for well diffusion. For example, the heat treatment time in a batch furnace is 1050 ° C. or less and the heat treatment time is several tens of minutes or less, or the heat treatment in a short time of several seconds to 1 minute in a single-wafer lamp furnace. In this case, since the damage is not completely recovered, a sufficient gettering effect can be exhibited even in the post-device process, and the implanted ions do not diffuse to the device region.

このように、本発明によるシリコンウェーハ及びその製造方法によれば、最終的なチップ厚みが100μm程度に薄型化される半導体デバイスを安価に量産することが可能となる。   Thus, according to the silicon wafer and the manufacturing method thereof according to the present invention, it is possible to inexpensively mass-produce semiconductor devices whose final chip thickness is reduced to about 100 μm.

また、本発明による半導体デバイスの製造方法によれば、薄型化された半導体デバイスを安価に量産することが可能となる。   In addition, according to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, it is possible to mass-produce thinned semiconductor devices at low cost.

本発明の好ましい実施形態によるシリコンウェーハ10の構造を示す略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a silicon wafer 10 according to a preferred embodiment of the present invention. 薄型化された半導体デバイス20の構造を示す略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a structure of a thinned semiconductor device 20. 薄型化された半導体デバイス20を用いたMCP30の構造を示す略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of MCP30 using the semiconductor device 20 reduced in thickness. 半導体デバイス20の製造方法を大まかに説明するためのフローチャートである。4 is a flowchart for roughly explaining a method for manufacturing the semiconductor device 20. シリコンウェーハの製造工程(ステップS10)を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing process (step S10) of a silicon wafer. デバイス後工程を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating a device back process. 実施例の評価結果を示す表である。It is a table | surface which shows the evaluation result of an Example.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の好ましい実施形態によるシリコンウェーハ10の構造を示す略断面図である。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a silicon wafer 10 according to a preferred embodiment of the present invention.

図1に示すように、本実施形態によるシリコンウェーハ10は、シリコン基板11とその表面に形成されたエピタキシャル膜12によって構成されている。シリコン基板11は、シリコンウェーハ10の機械的強度を確保するとともに、重金属のゲッタリング源としての役割を果たす。重金属のうち、CuやFeのように陽イオンの状態でシリコン中を拡散するものについては、シリコン基板11に含まれるボロンの陰イオンによって主に捕捉する。また、重金属のうち、Niのように電気的に中性状態でシリコン中を拡散するものについては、シリコン基板11に注入されたイオンによる結晶ダメージによって捕捉する。結晶ダメージは、CuやFeの捕捉にも寄与する。さらに、熱処理によって形成される酸素析出物もゲッタリング源として働く。シリコン基板11の厚さについては、機械的強度が確保される限り特に限定されないが、例えば725μm程度である。   As shown in FIG. 1, the silicon wafer 10 according to the present embodiment includes a silicon substrate 11 and an epitaxial film 12 formed on the surface thereof. The silicon substrate 11 secures the mechanical strength of the silicon wafer 10 and serves as a heavy metal gettering source. Among heavy metals, those that diffuse in silicon in a cation state, such as Cu and Fe, are mainly captured by the anions of boron contained in the silicon substrate 11. Further, among heavy metals, those that diffuse in silicon in an electrically neutral state, such as Ni, are captured by crystal damage caused by ions implanted into the silicon substrate 11. Crystal damage also contributes to trapping Cu and Fe. Furthermore, oxygen precipitates formed by heat treatment also serve as gettering sources. The thickness of the silicon substrate 11 is not particularly limited as long as the mechanical strength is ensured, but is about 725 μm, for example.

シリコン基板11は、高濃度のボロンがドーピングされたいわゆるP+基板である。ボロンのドーズ量は、1×1017atoms/cm以上5.5×1019atoms/cm以下であり、これにより、ボロン濃度に基づくシリコン基板11の比抵抗は2mΩ・cm以上200mΩ・cm以下となる。シリコン基板11の比抵抗が2mΩ・cm以上である必要があるのは、ボロン濃度が高すぎるとエピタキシャル膜12へのボロン拡散によってデバイス領域が影響を受ける可能性があるからであり、また、格子不整合による欠陥のないエピタキシャル膜12を形成することが困難となるからである。一方、シリコン基板11の比抵抗が200mΩ・cm以下である必要があるのは、ボロン濃度が低すぎるとCuやFeなどの重金属を十分にゲッタリングすることができないからである。 The silicon substrate 11 is a so-called P + substrate doped with high-concentration boron. The dose amount of boron is 1 × 10 17 atoms / cm 3 or more and 5.5 × 10 19 atoms / cm 3 or less, whereby the specific resistance of the silicon substrate 11 based on the boron concentration is 2 mΩ · cm or more and 200 mΩ · cm. It becomes as follows. The specific resistance of the silicon substrate 11 needs to be 2 mΩ · cm or more because if the boron concentration is too high, the device region may be affected by boron diffusion into the epitaxial film 12, and the lattice This is because it becomes difficult to form the epitaxial film 12 free from defects due to mismatch. On the other hand, the specific resistance of the silicon substrate 11 needs to be 200 mΩ · cm or less because heavy metals such as Cu and Fe cannot be sufficiently gettered if the boron concentration is too low.

特に、ボロン濃度に基づくシリコン基板11の比抵抗は、40mΩ・cm以上100mΩ・cm以下であることが好ましい。これは、ボロンのドーズ量に換算すると、2×1017atoms/cm以上1×1018atoms/cm未満に相当する。シリコン基板11の比抵抗をこの範囲に設定すれば、CuやFeなどのゲッタリング能力を確保しつつ、高濃度ボロンによる上記の問題を生じることはほとんどなくなる。尚、特許文献1には、不純物濃度が1×1018atoms/cm以上でなければ重金属の拡散速度に変化が生じず、1×1020atoms/cm以上でなければ重金属の拡散速度が顕著に変化しないと報告されているが、本発明者らのより詳細な研究によれば、ボロン濃度が1×1018atoms/cm未満であっても、明らかなゲッタリング効果が確認されている。具体的な実験結果については、後述する実施例に記載する。 In particular, the specific resistance of the silicon substrate 11 based on the boron concentration is preferably 40 mΩ · cm or more and 100 mΩ · cm or less. This is equivalent to 2 × 10 17 atoms / cm 3 or more and less than 1 × 10 18 atoms / cm 3 in terms of boron dose. If the specific resistance of the silicon substrate 11 is set within this range, the above-described problems due to high-concentration boron are hardly caused while securing gettering ability such as Cu and Fe. In Patent Document 1, there is no change in the diffusion rate of heavy metal unless the impurity concentration is 1 × 10 18 atoms / cm 3 or higher, and the diffusion rate of heavy metal is not higher than 1 × 10 20 atoms / cm 3. Although it has been reported that it does not change significantly, according to a more detailed study by the present inventors, even if the boron concentration is less than 1 × 10 18 atoms / cm 3 , an obvious gettering effect has been confirmed. Yes. Specific experimental results are described in the examples described later.

シリコン基板11に過剰なボロンを含有させる必要がないことは、次の意義を有する。すなわち、シリコン基板11に過剰なボロンが含有されていると、エピタキシャル膜成長時に基板のボロンが気相拡散するためにエピタキシャル膜の比抵抗がコントロールできない。また、デバイスプロセス中でのシリコン基板11からデバイス領域へのボロン固層拡散も無視できなくなる。このため、本発明のように、エピタキシャル膜12の膜厚が薄い場合(10μm以下)、過剰なボロンは却って歩留まりを低下させるおそれがある。この点を考慮すれば、ボロンのドーズ量は、1×1017atoms/cm以上5.5×1019atoms/cm以下(比抵抗に換算して2mΩ・cm以上200mΩ・cm以下)とすることが好ましく、2×1017atoms/cm以上1×1018atoms/cm未満(比抵抗に換算して40mΩ・cm以上100mΩ・cm以下)とすることが特に好ましい。 The fact that the silicon substrate 11 does not need to contain excessive boron has the following significance. That is, if the silicon substrate 11 contains excessive boron, the resistivity of the epitaxial film cannot be controlled because the boron of the substrate diffuses in the vapor phase during the growth of the epitaxial film. Also, boron solid layer diffusion from the silicon substrate 11 to the device region during the device process cannot be ignored. For this reason, when the thickness of the epitaxial film 12 is thin (10 μm or less) as in the present invention, excessive boron may reduce the yield. Considering this point, the dose of boron is 1 × 10 17 atoms / cm 3 or more and 5.5 × 10 19 atoms / cm 3 or less (2 mΩ · cm or more and 200 mΩ · cm or less in terms of specific resistance). It is preferable to set it to 2 × 10 17 atoms / cm 3 or more and less than 1 × 10 18 atoms / cm 3 (40 mΩ · cm or more and 100 mΩ · cm or less in terms of specific resistance).

また、シリコン基板11は、初期酸素濃度が7×1017atoms/cm以上2.4×1018atoms/cm以下であることが好ましい。これは、酸素濃度が7×1017atoms/cm未満であるとNiなどの重金属のゲッタリングに必要な酸素析出物が十分に形成されないからであり、酸素濃度が2.4×1018atoms/cm超であると欠陥のないエピタキシャル膜12を形成することが困難となるからである。但し、本発明においては、イオン注入による結晶ダメージがゲッタリング源として機能することから、シリコン基板11の初期酸素濃度は7×1017atoms/cm未満であっても構わない。尚、本明細書で記載する酸素濃度は全てASTM F−121(1979)に規格されたフーリエ変換赤外分光光度法による測定値である。 The silicon substrate 11 preferably has an initial oxygen concentration of 7 × 10 17 atoms / cm 3 or more and 2.4 × 10 18 atoms / cm 3 or less. This is because oxygen precipitates necessary for gettering heavy metals such as Ni are not sufficiently formed when the oxygen concentration is less than 7 × 10 17 atoms / cm 3 , and the oxygen concentration is 2.4 × 10 18 atoms. This is because if it exceeds / cm 3 , it becomes difficult to form the epitaxial film 12 having no defect. However, in the present invention, since the crystal damage due to ion implantation functions as a gettering source, the initial oxygen concentration of the silicon substrate 11 may be less than 7 × 10 17 atoms / cm 3 . In addition, all the oxygen concentrations described in this specification are measured values by Fourier transform infrared spectrophotometry standardized by ASTM F-121 (1979).

シリコン基板11の初期酸素濃度は、2.4×1018atoms/cmを超えない範囲でより高濃度であることが好ましく、酸素析出促進のためシリコン基板11内に炭素や窒素を含有させることがより好ましい。炭素の含有量としては、1×1016atoms/cm以上1.2×1017atoms/cm以下であることが好ましく、窒素の含有量としては、1×1013atoms/cm以上1×1014atoms/cm以下であることが好ましい。 The initial oxygen concentration of the silicon substrate 11 is preferably higher in a range not exceeding 2.4 × 10 18 atoms / cm 3 , and carbon or nitrogen is included in the silicon substrate 11 to promote oxygen precipitation. Is more preferable. The carbon content is preferably 1 × 10 16 atoms / cm 3 or more and 1.2 × 10 17 atoms / cm 3 or less, and the nitrogen content is 1 × 10 13 atoms / cm 3 or more and 1 It is preferable that it is x10 14 atoms / cm 3 or less.

シリコン基板11に酸素析出物を形成するための酸素析出熱処理は、デバイス前工程を行う前に行っても構わないし、デバイス前工程中における熱プロセスによって代用しても構わない。尚、酸素析出熱処理をデバイス前工程よりも前に行う場合は、後述するイオン注入よりも前に行うことが好ましい。これは、イオン注入によりダメージ層11xを形成してから酸素析出熱処理を行うと、ダメージが回復してしまい、ダメージ層11xによるゲッタリング効果が失われるおそれがあるからである。   The oxygen precipitation heat treatment for forming oxygen precipitates on the silicon substrate 11 may be performed before the device pre-process, or may be substituted by a thermal process in the device pre-process. In addition, when performing oxygen precipitation heat processing before a device pre-process, it is preferable to carry out before the ion implantation mentioned later. This is because if the oxygen precipitation heat treatment is performed after forming the damaged layer 11x by ion implantation, the damage is recovered and the gettering effect by the damaged layer 11x may be lost.

図1に示すように、ダメージ層11xは、シリコン基板11のエピタキシャル膜12側の表層に形成されている。ダメージ層11xは、デバイス層を汚染しないイオン種のイオン注入によって形成され、そのドーズ量は、1×1013atoms/cm以上5×1015atoms/cm以下とされる。これは、ドーズ量が1×1013atoms/cm未満であるとシリコン基板11のダメージが少なすぎるため、Niなどの重金属を十分に捕捉することができないからであり、ドーズ量が5×1015atoms/cm超であるとシリコン基板11のダメージが大きすぎるため、欠陥のないエピタキシャル膜12を形成することが困難となるからである。 As shown in FIG. 1, the damage layer 11 x is formed on the surface layer of the silicon substrate 11 on the epitaxial film 12 side. The damage layer 11x is formed by ion implantation of an ion species that does not contaminate the device layer, and the dose amount is set to 1 × 10 13 atoms / cm 2 or more and 5 × 10 15 atoms / cm 2 or less. This is because if the dose amount is less than 1 × 10 13 atoms / cm 2 , the silicon substrate 11 is not damaged so much that heavy metals such as Ni cannot be captured sufficiently, and the dose amount is 5 × 10 6. This is because if it exceeds 15 atoms / cm 2 , the silicon substrate 11 is damaged so much that it is difficult to form the defect-free epitaxial film 12.

ダメージ層11xの形成に用いられるイオン種は、P型ドーパントとして用いられるイオン種、N型ドーパントとして用いられるイオン種、さらには、非ドーパントイオンから選択することができる。P型ドーパントとして用いられるイオン種としては、ボロンを選択することが好ましい。さらに、非ドーパントとしては、ヘリウム、アルゴン、フッ素、酸素、窒素、炭素、シリコン又はゲルマニウムを選択することが好ましい。   The ion species used for forming the damaged layer 11x can be selected from ion species used as a P-type dopant, ion species used as an N-type dopant, and non-dopant ions. As the ion species used as the P-type dopant, it is preferable to select boron. Furthermore, it is preferable to select helium, argon, fluorine, oxygen, nitrogen, carbon, silicon, or germanium as the non-dopant.

イオン種としてボロンを選択すれば、注入ダメージだけでなく、シリコン基板11のボロン濃度がさらに高まることから、ボロンイオンによるゲッタリング効果も高められる。また、N型ドーパントとして用いられるイオン種としては、リン、アンチモン又は砒素を選択することが好ましい。イオン種としてN型ドーパントを選択すれば、注入ダメージだけでなく、ダメージ層11xの導電性がN型となり、ボロン基板よりもCuイオンの固溶度が低くなることから、デバイス後工程における裏面研削、裏面研磨時におけるCuイオン汚染のバリアとして効果を発揮する。さらに、イオン種として非ドーパントイオンを選択した場合には、ゲッタリング効果としては注入ダメージのみとなるが、トランジスタのしきい値などに変動が生じる危険性がない。   If boron is selected as the ion species, not only the implantation damage but also the boron concentration of the silicon substrate 11 is further increased, so that the gettering effect by boron ions can be enhanced. Moreover, it is preferable to select phosphorus, antimony, or arsenic as the ion species used as the N-type dopant. If an N-type dopant is selected as the ion species, not only implantation damage but also the conductivity of the damaged layer 11x becomes N-type, and the solid solubility of Cu ions is lower than that of the boron substrate. It is effective as a barrier against Cu ion contamination during backside polishing. Further, when a non-dopant ion is selected as the ion species, the gettering effect is only implantation damage, but there is no risk of fluctuation in the threshold value of the transistor.

以上の点、並びに、イオン注入の容易さを考慮すれば、イオン種としてボロン、リン、アンチモン、シリコン又はアルゴンを選択することが特に好ましい。   Considering the above points and the ease of ion implantation, it is particularly preferable to select boron, phosphorus, antimony, silicon, or argon as the ion species.

エピタキシャル膜12は、図1に示すように、シリコン基板11の表面に形成されている。エピタキシャル膜12はデバイス領域となる部分であり、このため、エピタキシャル膜12の比抵抗は、シリコン基板11の比抵抗よりも高く設定される。エピタキシャル膜12の膜厚は、10μm以下である。これは、エピタキシャル膜12の膜厚が10μm超に厚くすると、その分シリコン基板11の厚さが薄くなるため、酸素析出層の残厚が薄くなる事によりゲッタリング能力が低下するとともに、エピタキシャル成長に時間がかかり、かつ膜厚増加は平坦度劣化に繋がり最先端デバイスでは対応できないからである。   The epitaxial film 12 is formed on the surface of the silicon substrate 11 as shown in FIG. The epitaxial film 12 is a part that becomes a device region. For this reason, the specific resistance of the epitaxial film 12 is set higher than the specific resistance of the silicon substrate 11. The film thickness of the epitaxial film 12 is 10 μm or less. This is because when the thickness of the epitaxial film 12 is increased to more than 10 μm, the thickness of the silicon substrate 11 is reduced correspondingly, so that the remaining thickness of the oxygen precipitation layer is reduced, so that the gettering ability is reduced and the epitaxial growth is performed. This is because it takes time, and an increase in film thickness leads to deterioration in flatness, which cannot be handled by a state-of-the-art device.

以上が本実施形態によるシリコンウェーハ10の構成である。このようなシリコンウェーハ10は、デバイス前工程によってエピタキシャル膜12にデバイス形成を行った後、シリコン基板11の一部を裏面側から除去することにより、シリコン基板11及びエピタキシャル膜12の合計厚みを100μm以下とすることができる。   The above is the configuration of the silicon wafer 10 according to the present embodiment. In such a silicon wafer 10, after device formation is performed on the epitaxial film 12 by a device pre-process, a part of the silicon substrate 11 is removed from the back surface side, so that the total thickness of the silicon substrate 11 and the epitaxial film 12 is 100 μm. It can be as follows.

図2は、薄型化された半導体デバイス(シリコンチップ)20の構造を示す略断面図である。図2に示す半導体デバイス20は、研削やエッチングによってシリコン基板11の一部が裏面側から除去されているとともに、新たに露出した裏面11aが鏡面研磨されている。これにより、合計厚みが100μm程度まで薄型化されている場合であっても、抗折強度が確保されることから、チップの割れを防止することが可能となる。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a thinned semiconductor device (silicon chip) 20. In the semiconductor device 20 shown in FIG. 2, a part of the silicon substrate 11 is removed from the back surface side by grinding or etching, and the newly exposed back surface 11a is mirror-polished. Thereby, even if it is a case where total thickness is thinned to about 100 micrometers, since bending strength is ensured, it becomes possible to prevent a crack of a chip | tip.

図3は、薄型化された半導体デバイス20を用いたMCP30の構造を示す略断面図である。図3に示すMCP30は、パッケージ基板31上に4つの半導体デバイス20が積層された構成を有している。上下に隣接する半導体デバイス20及びパッケージ基板31は、接着剤32によって固定されている。また、半導体デバイス20とパッケージ基板31はボンディングワイヤ33によって接続されており、これにより、各半導体デバイス20は、パッケージ基板31に設けられた内部配線(図示せず)を介して外部電極34に電気的に接続される。また、パッケージ基板31上には、半導体デバイス20及びボンディングワイヤ33を保護するための封止樹脂35が設けられている。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the MCP 30 using the thinned semiconductor device 20. The MCP 30 shown in FIG. 3 has a configuration in which four semiconductor devices 20 are stacked on a package substrate 31. The semiconductor device 20 and the package substrate 31 that are vertically adjacent to each other are fixed by an adhesive 32. Further, the semiconductor device 20 and the package substrate 31 are connected to each other by bonding wires 33, whereby each semiconductor device 20 is electrically connected to the external electrode 34 via an internal wiring (not shown) provided on the package substrate 31. Connected. Further, a sealing resin 35 for protecting the semiconductor device 20 and the bonding wire 33 is provided on the package substrate 31.

このような構成を有するMCP30においては、1つの半導体デバイス20の厚みが例えば100μm程度まで薄型化されていることから、MCP全体の厚みを例えば1mm程度まで薄くすること可能となる。このため、モバイル機器など低背化が要求される用途への適用が好適である。   In the MCP 30 having such a configuration, since the thickness of one semiconductor device 20 is reduced to, for example, about 100 μm, the thickness of the entire MCP can be reduced to, for example, about 1 mm. For this reason, the application to the use as which a low profile is requested | required, such as a mobile apparatus, is suitable.

次に、半導体デバイス20の製造方法についてフローチャートを参照しながら説明する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device 20 will be described with reference to a flowchart.

図4は、半導体デバイス20の製造方法を大まかに説明するためのフローチャートである。図4に示すように、半導体デバイス20の製造工程は、大きく分けてシリコンウェーハの製造工程(ステップS10)、デバイス前工程(ステップS20)、デバイス後工程(ステップS30)の3つに分類される。以下、それぞれの工程について詳細に説明する。   FIG. 4 is a flowchart for roughly explaining a method for manufacturing the semiconductor device 20. As shown in FIG. 4, the manufacturing process of the semiconductor device 20 is roughly classified into three processes: a silicon wafer manufacturing process (step S10), a device pre-process (step S20), and a device post-process (step S30). . Hereinafter, each process will be described in detail.

図5は、シリコンウェーハの製造工程(ステップS10)を説明するためのフローチャートである。   FIG. 5 is a flowchart for explaining the silicon wafer manufacturing process (step S10).

本実施形態においては、まず、シリコン基板11を用意する(ステップS11)。シリコン基板11は、チョクラルスキー(CZ)法によって引き上げられたシリコンインゴットから切り出されたCZウェーハであり、上述の通り、ボロン濃度に基づく比抵抗が2mΩ・cm以上200mΩ・cm以下、好ましくは初期酸素濃度が7×1017atoms/cm以上2.4×1018atoms/cm以下に設定されている。比抵抗については、シリコン融液に添加するボロン量によって調整することができ、初期酸素濃度については、シリコン融液の対流制御などによって調整することができる。 In the present embodiment, first, a silicon substrate 11 is prepared (step S11). The silicon substrate 11 is a CZ wafer cut out from a silicon ingot pulled up by the Czochralski (CZ) method. As described above, the resistivity based on the boron concentration is 2 mΩ · cm to 200 mΩ · cm, preferably initial The oxygen concentration is set to 7 × 10 17 atoms / cm 3 or more and 2.4 × 10 18 atoms / cm 3 or less. The specific resistance can be adjusted by the amount of boron added to the silicon melt, and the initial oxygen concentration can be adjusted by convection control of the silicon melt.

次に、シリコン基板11に対して、1×1013atoms/cm以上5×1015atoms/cm以下のドーズ量でイオン注入を行う(ステップS12)。これにより、エピタキシャル膜12が形成されるべきシリコン基板11の表面近傍にダメージ層11xが形成される。好ましいイオン種については上述の通りである。 Next, ion implantation is performed on the silicon substrate 11 at a dose of 1 × 10 13 atoms / cm 2 to 5 × 10 15 atoms / cm 2 (step S12). Thereby, a damage layer 11x is formed in the vicinity of the surface of the silicon substrate 11 on which the epitaxial film 12 is to be formed. Preferred ionic species are as described above.

次に、500℃以上1100℃以下の温度範囲でシリコン基板11を結晶回復熱処理する(ステップS13)。これにより、イオン注入によってシリコン基板11に生じている過度の結晶ダメージが修復され、次の工程で欠陥のないエピタキシャル膜12を形成することが可能となる。但し、本発明において結晶回復熱処理を行うことは必須でない。   Next, crystal recovery heat treatment is performed on the silicon substrate 11 in a temperature range of 500 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower (step S13). Thereby, excessive crystal damage generated in the silicon substrate 11 due to ion implantation is repaired, and the defect-free epitaxial film 12 can be formed in the next step. However, it is not essential to perform crystal recovery heat treatment in the present invention.

そして、シリコン基板11の表面にエピタキシャル膜12を形成する(ステップS14)。エピタキシャル膜12の膜厚は10μm以下とし、比抵抗はシリコン基板11よりも高くなるよう設定する。エピタキシャル膜12の形成前に結晶回復熱処理を行っていない場合には、エピタキシャル膜12形成時における熱によって、シリコン基板11に生じている過度の結晶ダメージが修復される。以上により、シリコンウェーハ10が完成する。このように、ダメージ層11x形成のためのイオン注入は、エピタキシャル膜12の形成前に行われることから、イオン注入によってエピタキシャル膜12がダメージを受けることがない。   Then, the epitaxial film 12 is formed on the surface of the silicon substrate 11 (step S14). The film thickness of the epitaxial film 12 is set to 10 μm or less, and the specific resistance is set to be higher than that of the silicon substrate 11. When the crystal recovery heat treatment is not performed before the formation of the epitaxial film 12, excessive crystal damage generated in the silicon substrate 11 is repaired by heat at the time of forming the epitaxial film 12. Thus, the silicon wafer 10 is completed. Thus, since the ion implantation for forming the damaged layer 11x is performed before the formation of the epitaxial film 12, the epitaxial film 12 is not damaged by the ion implantation.

以上がシリコンウェーハの製造工程(ステップS10)である。図4に示すように、シリコンウェーハの製造工程(ステップS10)が終わると、次にデバイス前工程(ステップS20)が行われる。デバイス前工程(ステップS20)は、エピタキシャル膜12に半導体素子などを形成する工程であるが、製造される半導体デバイスの種類によって異なることから、その詳細については省略する。半導体デバイスの種類としては、MPUやDSPなどロジック系の半導体デバイス、DRAMやフラッシュメモリなどメモリ系の半導体デバイスが挙げられる。但し、デバイス前工程(ステップS20)では、バッチ式熱処理炉を用いた熱処理を行う場合、1100℃を超えない温度範囲で熱処理することが好ましく、枚葉式ランプ炉やレーザーアニーラーによる熱処理を行う場合、1100℃を超える工程もあるがミリ秒単位の超短時間熱処理であり、通常のRTPプロセスでも数秒から数分間の短時間熱処理で構成されていればイオン注入時のダメージが消滅する事がない。   The above is the silicon wafer manufacturing process (step S10). As shown in FIG. 4, when the silicon wafer manufacturing process (step S10) is completed, a device pre-process (step S20) is performed next. The device pre-process (step S20) is a process of forming a semiconductor element or the like on the epitaxial film 12, but the details thereof are omitted because it differs depending on the type of semiconductor device to be manufactured. Examples of the semiconductor device include logic semiconductor devices such as MPU and DSP, and memory semiconductor devices such as DRAM and flash memory. However, in the device pre-process (step S20), when performing heat treatment using a batch heat treatment furnace, heat treatment is preferably performed in a temperature range not exceeding 1100 ° C., and heat treatment is performed using a single wafer lamp furnace or a laser annealer. In some cases, the temperature exceeds 1100 ° C., but it is an ultra-short time heat treatment in milliseconds, and even when a normal RTP process is constituted by a short time heat treatment for several seconds to several minutes, damage during ion implantation may disappear. Absent.

図6は、デバイス後工程(ステップS30)を説明するためのフローチャートである。   FIG. 6 is a flowchart for explaining the device post-process (step S30).

図6に示すように、デバイス後工程においては、まずシリコンウェーハ10の裏面研削が行われる(ステップS31)。裏面研削は、シリコン基板11の一部を裏面側から粗研削することにより行い、これにより、シリコン基板11及びエピタキシャル膜12の合計厚みを100μm以下に薄型化する。尚、本工程は、研削に限らず、エッチングなどによって行うことも可能である。   As shown in FIG. 6, in the device post-process, first, the back surface of the silicon wafer 10 is ground (step S31). The back surface grinding is performed by roughly grinding a part of the silicon substrate 11 from the back surface side, thereby reducing the total thickness of the silicon substrate 11 and the epitaxial film 12 to 100 μm or less. Note that this step is not limited to grinding but can be performed by etching or the like.

次に、研削されたシリコン基板11の裏面を鏡面研磨する(ステップS32)これにより、裏面研削(ステップS31)によって導入されたダメージが除去され、機械的強度が高められる。   Next, the polished back surface of the silicon substrate 11 is mirror-polished (step S32), whereby the damage introduced by the back surface grinding (step S31) is removed and the mechanical strength is increased.

次に、シリコンウェーハ10をダイシングすることにより、チップごとに個片化する(ステップS33)。これにより、個片化されたチップ(半導体デバイス20)が完成する。   Next, the silicon wafer 10 is diced into individual chips (step S33). Thereby, the chip | tip (semiconductor device 20) separated into pieces is completed.

その後は、個片化された半導体デバイス20をパッケージ基板などに搭載し、ワイヤーボンディングや樹脂封止などを行えば、MCPが完成する(ステップS34)。   After that, when the separated semiconductor device 20 is mounted on a package substrate or the like and wire bonding or resin sealing is performed, the MCP is completed (step S34).

このようなデバイス後工程(ステップS30)では、特に裏面研削工程(ステップS31)や裏面研磨工程(ステップS32)などにおいて、シリコン基板11にCuやNiなどの重金属が混入することがあるが、本実施形態によるシリコンウェーハ10は、シリコン基板11に高濃度のボロンが含まれているとともに、エピタキシャル膜12の近傍にダメージ層11xが形成されていることから、CuやNiなどの重金属がデバイス領域に到達することがなくなる。   In such a device post-process (step S30), heavy metals such as Cu and Ni may be mixed into the silicon substrate 11 particularly in the back grinding process (step S31) and the back polishing process (step S32). In the silicon wafer 10 according to the embodiment, since the silicon substrate 11 contains high-concentration boron and the damaged layer 11x is formed in the vicinity of the epitaxial film 12, heavy metals such as Cu and Ni are present in the device region. It will never reach.

以上説明したように、本実施形態によれば、高濃度のボロン及び酸素を含有するシリコン基板11上に、薄いエピタキシャル膜12を形成していることから、最終的なチップ厚みが100μm以下に薄型化され、且つ、裏面が鏡面研磨された場合であっても、ゲッタリング能力と機械的強度を確保することが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, since the thin epitaxial film 12 is formed on the silicon substrate 11 containing high concentrations of boron and oxygen, the final chip thickness is as thin as 100 μm or less. Even when the back surface is mirror-polished, gettering ability and mechanical strength can be ensured.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.

[実施例1]
直径200mm、厚み725μm、初期酸素濃度が7×1017atoms/cm、比抵抗が10〜20mΩ・cmに調整されたボロンドープのCZウェーハを3枚用意し、それぞれ1×1013atoms/cm、1×1014atoms/cm、1×1015atoms/cmのドーズ量でボロンをイオン注入した後、イオン注入した側の表面に比抵抗10Ω・cm、膜厚3.5μmのエピタキシャル膜を成長させた。ドーズ量が1×1013atoms/cmであるサンプルは実施例1A、ドーズ量が1×1014atoms/cmであるサンプルは実施例1B、ドーズ量が1×1015atoms/cmであるサンプルは実施例1Cとした。
[Example 1]
Three boron-doped CZ wafers having a diameter of 200 mm, a thickness of 725 μm, an initial oxygen concentration of 7 × 10 17 atoms / cm 3 , and a specific resistance of 10 to 20 mΩ · cm were prepared, and each 1 × 10 13 atoms / cm 2. After implanting boron with a dose of 1 × 10 14 atoms / cm 2 and 1 × 10 15 atoms / cm 2 , an epitaxial film having a specific resistance of 10 Ω · cm and a film thickness of 3.5 μm is formed on the surface of the ion-implanted side. Grew. A sample with a dose amount of 1 × 10 13 atoms / cm 2 is Example 1A, a sample with a dose amount of 1 × 10 14 atoms / cm 2 is Example 1B, and a dose amount is 1 × 10 15 atoms / cm 2 . One sample was designated Example 1C.

[実施例2]
直径200mm、厚み725μm、初期酸素濃度が1.2×1017atoms/cm、比抵抗が50〜100mΩ・cmに調整されたボロンドープのCZウェーハを2枚用意し、1×1014atoms/cmのドーズ量でそれぞれアルゴン及びリンをイオン注入した後、イオン注入した側の表面に比抵抗10Ω・cm、膜厚3.5μmのエピタキシャル膜を成長させた。アルゴンをイオン注入したサンプルは実施例2A、リンをイオン注入した実施例2Bとした。
[Example 2]
Two boron-doped CZ wafers having a diameter of 200 mm, a thickness of 725 μm, an initial oxygen concentration of 1.2 × 10 17 atoms / cm 3 , and a specific resistance adjusted to 50 to 100 mΩ · cm are prepared, and 1 × 10 14 atoms / cm. After argon and phosphorus were ion-implanted at a dose of 2 , respectively, an epitaxial film having a specific resistance of 10 Ω · cm and a film thickness of 3.5 μm was grown on the ion-implanted surface. Samples into which argon was ion-implanted were Example 2A and phosphorus was ion-implanted in Example 2B.

[実施例3]
直径200mm、厚み725μm、初期酸素濃度が1.2×1017atoms/cm、比抵抗が10〜20mΩ・cmに調整されたボロンドープのCZウェーハを2枚用意し、1×1014atoms/cmのドーズ量でそれぞれアルゴン及びアンチモンをイオン注入した後、イオン注入した側の表面に比抵抗10Ω・cm、膜厚3.5μmのエピタキシャル膜を成長させた。アルゴンをイオン注入したサンプルは実施例3A、アンチモンをイオン注入した実施例3Bとした。
[Example 3]
Two boron-doped CZ wafers having a diameter of 200 mm, a thickness of 725 μm, an initial oxygen concentration of 1.2 × 10 17 atoms / cm 3 and a specific resistance adjusted to 10 to 20 mΩ · cm are prepared, and 1 × 10 14 atoms / cm. After argon and antimony were ion-implanted at a dose of 2 , respectively, an epitaxial film having a specific resistance of 10 Ω · cm and a film thickness of 3.5 μm was grown on the ion-implanted surface. The sample into which argon was ion-implanted was Example 3A and Example 3B into which antimony was ion-implanted.

[比較例1]
直径200mm、厚み725μm、初期酸素濃度が1×1018atoms/cm、比抵抗が15〜20Ω・cmに調整されたボロンドープのCZウェーハを1枚用意し、その表面に、比抵抗12Ω・cm、膜厚3.5μmのエピタキシャル膜を成長させた。これにより得られたサンプルは比較例1とした。
[Comparative Example 1]
A boron-doped CZ wafer having a diameter of 200 mm, a thickness of 725 μm, an initial oxygen concentration of 1 × 10 18 atoms / cm 3 , and a specific resistance adjusted to 15 to 20 Ω · cm is prepared, and a specific resistance of 12 Ω · cm is provided on the surface. An epitaxial film having a thickness of 3.5 μm was grown. The sample thus obtained was designated as Comparative Example 1.

[比較例2]
直径200mm、厚み725μm、初期酸素濃度が1.2×1018atoms/cm、比抵抗が約20Ω・cmに調整されたリンドープのCZウェーハを1枚用意し、その表面に、比抵抗12Ω・cm、膜厚3.5μmのエピタキシャル膜を成長させた。これにより得られたサンプルは比較例2とした。
[Comparative Example 2]
One phosphorus-doped CZ wafer with a diameter of 200 mm, a thickness of 725 μm, an initial oxygen concentration of 1.2 × 10 18 atoms / cm 3 , and a specific resistance adjusted to about 20 Ω · cm is prepared. An epitaxial film having a thickness of cm and a thickness of 3.5 μm was grown. The sample thus obtained was referred to as Comparative Example 2.

[比較例3]
直径200mm、厚み725μm、初期酸素濃度が1×1018atoms/cm、比抵抗が5〜10mΩ・cmに調整されたボロンドープのCZウェーハを1枚用意し、その表面に、比抵抗12Ω・cm、膜厚3.5μmのエピタキシャル膜を成長させた。これにより得られたサンプルは比較例3とした。
[Comparative Example 3]
One boron-doped CZ wafer having a diameter of 200 mm, a thickness of 725 μm, an initial oxygen concentration of 1 × 10 18 atoms / cm 3 and a specific resistance adjusted to 5 to 10 mΩ · cm is prepared, and a specific resistance of 12 Ω · cm is provided on the surface. An epitaxial film having a thickness of 3.5 μm was grown. The sample thus obtained was referred to as Comparative Example 3.

[比較例4]
直径200mm、厚み725μm、初期酸素濃度が1×1018atoms/cm、比抵抗が15〜20Ω・cmに調整されたボロンドープのCZウェーハを1枚用意し、その表面に、比抵抗50〜100mΩ・cm、膜厚50μmの1層目のエピタキシャル膜を成長させ、さらに、1層目のエピタキシャル膜の表面に、比抵抗10Ω・cm、膜厚3.5μmの2層目のエピタキシャル膜を成長させた。これにより得られたサンプルは比較例4とした。
[Comparative Example 4]
One boron-doped CZ wafer having a diameter of 200 mm, a thickness of 725 μm, an initial oxygen concentration of 1 × 10 18 atoms / cm 3 and a specific resistance adjusted to 15 to 20 Ω · cm is prepared, and a specific resistance of 50 to 100 mΩ is provided on the surface. A first epitaxial film with a thickness of 50 μm is grown, and a second epitaxial film with a specific resistance of 10 Ω · cm and a thickness of 3.5 μm is grown on the surface of the first epitaxial film. It was. The sample thus obtained was designated as Comparative Example 4.

[比較例5]
直径200mm、厚み725μm、初期酸素濃度が1×1018atoms/cm、比抵抗が15〜20Ω・cmに調整されたボロンドープのCZウェーハを1枚用意し、アルゴンガス雰囲気下で1200℃、1時間の熱処理を施した後、更に800℃にて2時間の熱処理を施した。次に、ウェーハの表面に、比抵抗50〜100mΩ・cm、膜厚50μmの1層目のエピタキシャル膜を成長させ、さらに、1層目のエピタキシャル膜の表面に、比抵抗10Ω・cm、膜厚3.5μmの2層目のエピタキシャル膜を成長させた。これにより得られたサンプルは比較例5とした。
[Comparative Example 5]
One boron-doped CZ wafer having a diameter of 200 mm, a thickness of 725 μm, an initial oxygen concentration of 1 × 10 18 atoms / cm 3 , and a specific resistance adjusted to 15 to 20 Ω · cm is prepared at 1200 ° C. under an argon gas atmosphere. After the heat treatment for an hour, the heat treatment was further performed at 800 ° C. for 2 hours. Next, a first epitaxial film having a specific resistance of 50 to 100 mΩ · cm and a film thickness of 50 μm is grown on the surface of the wafer, and a specific resistance of 10 Ω · cm and a film thickness is formed on the surface of the first epitaxial film. A second epitaxial film of 3.5 μm was grown. The sample thus obtained was designated as Comparative Example 5.

[評価1]
全てのサンプルに対して、Ni表面濃度換算で1×1012/cmのスピンコート汚染を施した後、1000℃、1時間の熱処理を施し、フッ酸水溶液液にて表面酸化膜を除去した。その後、選択エッチング(Wright Etching)を行った後にエピタキシャル表面の欠陥を光学顕微鏡にて観察した。
結果を図7に示す。図7に示すように、比較例1〜4のサンプルでは、エピタキシャル膜の表面に多数の欠陥が観察された。他のサンプルでは欠陥は観察されなかった。
[Evaluation 1]
All samples were subjected to spin coating contamination of 1 × 10 12 / cm 2 in terms of Ni surface concentration, followed by heat treatment at 1000 ° C. for 1 hour, and the surface oxide film was removed with a hydrofluoric acid aqueous solution. . Then, after performing selective etching (Wright Etching), defects on the epitaxial surface were observed with an optical microscope.
The results are shown in FIG. As shown in FIG. 7, in the samples of Comparative Examples 1 to 4, many defects were observed on the surface of the epitaxial film. No defects were observed with the other samples.

[評価2]
全てのサンプルに対して、Cu表面濃度換算で5×1011/cmのスピンコート汚染を施した後、900℃、1時間の熱処理を施した。その後、表面を洗浄し、ホットプレート上で400℃、1時間の加熱を行った。加熱後のサンプルは、エピタキシャル膜表面のCu濃度を評価するため全反射蛍光X線にて評価を行った。
結果を図7に示す。図7に示すように、比較例1,2のサンプルでは、エピタキシャル膜の表面において約1×1012/cmのCuが検出されたが、他のサンプルでは1×1010/cm以下であった。
[Evaluation 2]
All samples were subjected to 5 × 10 11 / cm 2 of spin coat contamination in terms of Cu surface concentration, and then subjected to heat treatment at 900 ° C. for 1 hour. Thereafter, the surface was washed and heated on a hot plate at 400 ° C. for 1 hour. The sample after heating was evaluated with total reflection fluorescent X-rays in order to evaluate the Cu concentration on the surface of the epitaxial film.
The results are shown in FIG. As shown in FIG. 7, in the samples of Comparative Examples 1 and 2, about 1 × 10 12 / cm 2 of Cu was detected on the surface of the epitaxial film, but in other samples, it was 1 × 10 10 / cm 2 or less. there were.

[評価3]
デバイス後工程での汚染模擬として、Cuを故意に20ppb汚染させたスラリーにて全てのサンプル裏面を2μm研磨した。その後、表面を洗浄し、ホットプレート上で400℃、1時間の加熱を行った。加熱後のサンプルは、エピタキシャル膜表面のCu濃度を評価するため全反射蛍光X線にて評価を行った。
結果を図7に示す。図7に示すように、比較例1,2のサンプルでは、エピタキシャル膜の表面において約1×1011/cmのCuが検出されたが、他のサンプルでは1×1010/cm以下であった。
[Evaluation 3]
As a simulation of contamination in the device post-process, the back surface of all samples was polished by 2 μm with a slurry intentionally contaminated with 20 ppb of Cu. Thereafter, the surface was washed and heated on a hot plate at 400 ° C. for 1 hour. The sample after heating was evaluated with total reflection fluorescent X-rays in order to evaluate the Cu concentration on the surface of the epitaxial film.
The results are shown in FIG. As shown in FIG. 7, in the samples of Comparative Examples 1 and 2, about 1 × 10 11 / cm 2 of Cu was detected on the surface of the epitaxial film, but in other samples, it was 1 × 10 10 / cm 2 or less. there were.

[評価4]
全てのサンプルについて、量産を想定して生産性を評価した。
結果を図7に示す。図7に示すように、比較例4,5のサンプルでは、エピタキシャル成長を2回行っており、且つ、成長膜厚が大きいことから、量産品に適用することは現実的でないと考えられる。他のサンプルについては、量産に適していると考えられる。
[Evaluation 4]
For all samples, productivity was evaluated assuming mass production.
The results are shown in FIG. As shown in FIG. 7, in the samples of Comparative Examples 4 and 5, epitaxial growth is performed twice and the growth film thickness is large, so that it is considered impractical to apply to mass-produced products. Other samples are considered suitable for mass production.

[考察]
以上の評価1〜4を考慮すれば、実施例1〜3のサンプルは、重金属のゲッタリング能力に優れ、且つ、量産性に優れていると考えられる。このため、デバイス後工程でシリコン基板の裏面を研削することによってチップを薄型化し、さらに裏面研磨を施したとしても、デバイス後工程で導入されうる重金属汚染に対して十分なゲッタリング能力を発揮することができるものと考えられる。
これに対し、比較例1〜5のサンプルは、重金属のゲッタリング能力が不十分であるか、或いは、量産性が不十分であると考えられる。
[Discussion]
Considering the above evaluations 1 to 4, the samples of Examples 1 to 3 are considered to be excellent in heavy metal gettering ability and excellent in mass productivity. For this reason, even if the chip is thinned by grinding the back surface of the silicon substrate in the post-device process and further polished on the back surface, it exhibits sufficient gettering ability against heavy metal contamination that can be introduced in the post-device process. Can be considered.
On the other hand, it is considered that the samples of Comparative Examples 1 to 5 have insufficient heavy metal gettering capability or insufficient mass productivity.

10 シリコンウェーハ
11 シリコン基板
11a シリコン基板の裏面
11x ダメージ層
12 エピタキシャル膜
20 半導体デバイス
30 MCP
31 パッケージ基板
32 接着剤
33 ボンディングワイヤ
34 外部電極
35 封止樹脂
10 Silicon wafer 11 Silicon substrate 11a Back surface 11x of silicon substrate Damaged layer 12 Epitaxial film 20 Semiconductor device 30 MCP
31 Package Substrate 32 Adhesive 33 Bonding Wire 34 External Electrode 35 Sealing Resin

Claims (9)

ボロン濃度に基づく比抵抗が2mΩ・cm以上200mΩ・cm以下であるシリコン基板と、
前記シリコン基板の表面に形成され、膜厚が10μm以下であり、前記シリコン基板よりも比抵抗が高いエピタキシャル膜と、を備えるシリコンウェーハであって、
前記シリコン基板の前記エピタキシャル膜側の表層には、ドーズ量が1×1013atoms/cm以上5×1015atoms/cm以下のイオンが注入されていることを特徴とするシリコンウェーハ。
A silicon substrate having a specific resistance based on boron concentration of 2 mΩ · cm to 200 mΩ · cm;
An epitaxial film formed on the surface of the silicon substrate, having a film thickness of 10 μm or less and having a higher specific resistance than the silicon substrate,
A silicon wafer in which ions having a dose of 1 × 10 13 atoms / cm 2 or more and 5 × 10 15 atoms / cm 2 or less are implanted into a surface layer of the silicon substrate on the epitaxial film side.
前記注入されたイオン種がボロン、リン、アンチモン、砒素、ヘリウム、アルゴン、酸素、窒素、炭素、シリコン及びゲルマニウムからなる群より選ばれた1又は2以上のイオン種であることを特徴とする請求項1に記載のシリコンウェーハ。   The implanted ion species is one or more ion species selected from the group consisting of boron, phosphorus, antimony, arsenic, helium, argon, oxygen, nitrogen, carbon, silicon, and germanium. Item 2. The silicon wafer according to Item 1. 前記シリコン基板の初期酸素濃度が7×1017atoms/cm以上2.4×1018atoms/cm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のシリコンウェーハ。 3. The silicon wafer according to claim 1, wherein an initial oxygen concentration of the silicon substrate is 7 × 10 17 atoms / cm 3 or more and 2.4 × 10 18 atoms / cm 3 or less. ボロン濃度に基づく比抵抗が2mΩ・cm以上200mΩ・cm以下であるシリコン基板に対し、1×1013atoms/cm以上5×1015atoms/cm以下のドーズ量でイオンを注入するイオン注入工程と、
前記シリコン基板の前記イオン注入を行った側の表面に、膜厚が10μm以下であり、前記シリコン基板よりも比抵抗が高いエピタキシャル膜を形成するエピタキシャル工程と、を備えることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
Ion implantation in which ions are implanted at a dose of 1 × 10 13 atoms / cm 2 or more and 5 × 10 15 atoms / cm 2 or less into a silicon substrate having a specific resistance based on boron concentration of 2 mΩ · cm to 200 mΩ · cm. Process,
An epitaxial process for forming an epitaxial film having a film thickness of 10 μm or less and a higher specific resistance than the silicon substrate on the surface of the silicon substrate on which the ion implantation has been performed. Manufacturing method.
前記イオン注入工程においては、ボロン、リン、アンチモン、砒素、ヘリウム、アルゴン、酸素、窒素、炭素、シリコン及びゲルマニウムからなる群より選ばれた1又は2以上のイオン種をイオン注入することを特徴とする請求項4に記載のシリコンウェーハの製造方法。   In the ion implantation step, one or more ion species selected from the group consisting of boron, phosphorus, antimony, arsenic, helium, argon, oxygen, nitrogen, carbon, silicon, and germanium are ion-implanted. The method for producing a silicon wafer according to claim 4. 前記シリコン基板の初期酸素濃度が7×1017atoms/cm以上2.4×1018atoms/cm以下であることを特徴とする請求項4又は5に記載のシリコンウェーハの製造方法。 6. The method for producing a silicon wafer according to claim 4, wherein an initial oxygen concentration of the silicon substrate is 7 × 10 17 atoms / cm 3 or more and 2.4 × 10 18 atoms / cm 3 or less. ボロン濃度に基づく比抵抗が2mΩ・cm以上200mΩ・cm以下であるシリコン基板に対し、1×1013atoms/cm以上5×1015atoms/cm以下のドーズ量でイオンを注入するイオン注入工程と、
前記シリコン基板の前記イオン注入を行った側の表面に、膜厚が10μm以下であり、前記シリコン基板よりも比抵抗が高いエピタキシャル膜を形成するエピタキシャル工程と、
前記エピタキシャル膜に半導体素子を形成するデバイス前工程と、
前記デバイス前工程を行った後、前記シリコン基板の一部を裏面側から除去することにより、前記シリコン基板及び前記エピタキシャル膜の合計厚みを100μm以下とする薄型化工程と、
薄型化された前記シリコン基板の裏面を研磨する裏面研磨工程と、を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
Ion implantation in which ions are implanted at a dose of 1 × 10 13 atoms / cm 2 or more and 5 × 10 15 atoms / cm 2 or less into a silicon substrate having a specific resistance based on boron concentration of 2 mΩ · cm to 200 mΩ · cm. Process,
An epitaxial step of forming an epitaxial film having a film thickness of 10 μm or less and a higher specific resistance than the silicon substrate on the surface of the silicon substrate on which the ion implantation has been performed;
A device pre-process for forming a semiconductor element on the epitaxial film;
After performing the device pre-process, by removing a part of the silicon substrate from the back side, a thinning process to make the total thickness of the silicon substrate and the epitaxial film 100 μm or less,
And a back surface polishing step for polishing the back surface of the thinned silicon substrate.
前記イオン注入工程においては、ボロン、リン、アンチモン、砒素、ヘリウム、アルゴン、酸素、窒素、炭素、シリコン及びゲルマニウムからなる群より選ばれた1又は2以上のイオン種をイオン注入することを特徴とする請求項7に記載の半導体デバイスの製造方法。   In the ion implantation step, one or more ion species selected from the group consisting of boron, phosphorus, antimony, arsenic, helium, argon, oxygen, nitrogen, carbon, silicon, and germanium are ion-implanted. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7. 前記シリコン基板の初期酸素濃度が7×1017atoms/cm以上2.4×1018atoms/cm以下であることを特徴とする請求項7又は8に記載の半導体デバイスの製造方法。 9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein an initial oxygen concentration of the silicon substrate is 7 × 10 17 atoms / cm 3 or more and 2.4 × 10 18 atoms / cm 3 or less.
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