JP2774855B2 - ゲッタリング効果増強シリコン基板及びその製造方法 - Google Patents
ゲッタリング効果増強シリコン基板及びその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、集積回路などエレクトロニクスデバイス製
造において用いられるシリコン半導体基板材料及びその
製造方法に関するものである。特に、本発明は、デバイ
ス製造中に受ける汚染不純物をシリコン基板内のデバイ
ス領域から除去する効果（ゲッタリング効果）を増強す
る目的のシリコン基板材料及び製造方法に関するもので
ある。
造において用いられるシリコン半導体基板材料及びその
製造方法に関するものである。特に、本発明は、デバイ
ス製造中に受ける汚染不純物をシリコン基板内のデバイ
ス領域から除去する効果（ゲッタリング効果）を増強す
る目的のシリコン基板材料及び製造方法に関するもので
ある。
［従来の技術］ シリコン基板を用いた、集積回路などデバイスの製造
において、汚染不純物がデバイス領域及びその近傍に導
入されると、電気伝導度を変化させたり、転位などの結
晶欠陥を誘発するなどによって電流漏れを生じさせ、デ
バイスの収率を劣化させる。この汚染不純物を、シリコ
ン基板内のデバイス領域外に結晶欠陥を制御導入するこ
とによって、欠陥の歪場などに、吸収させ除去する効果
はゲッタリング効果（gettering effect）と呼ばれる。
このゲッタリング効果を有するシリコン基板は、デバイ
スの集積度が向上するにつれ、収率を維持あるいは向上
させることができる基板として、エレクトロニクス工業
分野において、使用させ始めている。
において、汚染不純物がデバイス領域及びその近傍に導
入されると、電気伝導度を変化させたり、転位などの結
晶欠陥を誘発するなどによって電流漏れを生じさせ、デ
バイスの収率を劣化させる。この汚染不純物を、シリコ
ン基板内のデバイス領域外に結晶欠陥を制御導入するこ
とによって、欠陥の歪場などに、吸収させ除去する効果
はゲッタリング効果（gettering effect）と呼ばれる。
このゲッタリング効果を有するシリコン基板は、デバイ
スの集積度が向上するにつれ、収率を維持あるいは向上
させることができる基板として、エレクトロニクス工業
分野において、使用させ始めている。
現在、使用されかつ有効なゲッタリング能力を発揮す
る基板は、内因性ゲッタリング効果（intrinsic getter
ing effect）を利用するものと、外因性のゲッタリング
効果（extrinsic gettering effect）を利用するものに
分類される。
る基板は、内因性ゲッタリング効果（intrinsic getter
ing effect）を利用するものと、外因性のゲッタリング
効果（extrinsic gettering effect）を利用するものに
分類される。
内因性のゲッタリング効果とは、シリコン基板材料に
含有される酸素不純物を利用し、熱処理により、酸素析
出物を基板内部に形成し、その酸素析出物と酸素析出に
よって二次的に誘発される転位などの結晶欠陥を、汚染
不純物吸収位置として、利用する方法である。この酸素
析出物を利用した内因性ゲッタリング効果については、
「アプライド・フィジックス・レターズ」（Applied Ph
ysics Letters）1977年２月、第30巻、第175頁に記載さ
れ、またその他多くの文献で議論されている。
含有される酸素不純物を利用し、熱処理により、酸素析
出物を基板内部に形成し、その酸素析出物と酸素析出に
よって二次的に誘発される転位などの結晶欠陥を、汚染
不純物吸収位置として、利用する方法である。この酸素
析出物を利用した内因性ゲッタリング効果については、
「アプライド・フィジックス・レターズ」（Applied Ph
ysics Letters）1977年２月、第30巻、第175頁に記載さ
れ、またその他多くの文献で議論されている。
外因性のゲッタリング効果とは、シリコン基板裏面に
加工処理を施すことによって結晶歪場を導入し、汚染不
純物をその歪場に吸収させ、除去する方法である。現
在、実用的に用いられている方法は、研磨や砥粒噴射手
段によって、シリコン基板裏面に機械的損傷を与え、結
晶歪を導入する方法と、多結晶シリコン層をシリコン基
板裏面に堆積し、多結晶層の結晶粒界位置の結晶歪を利
用する方法がある。機械的損傷を付与する方法は、米国
特許第4,144,099号に記載され、後者の多結晶シリコン
層堆積による方法は、米国特許第4,053,335号に記載さ
れている。他の、外因性ゲッタリング手段としては、ホ
ウ素やリンを過剰に拡散する方法、イオンインプランテ
ーション（ion implantation）法、多結晶シリコン層を
堆積する代わりに、窒化シリコン層を堆積する方法が提
案されており、それらについては、例えば、文献「応用
物理」1979年２月、140頁などに記載されている。
加工処理を施すことによって結晶歪場を導入し、汚染不
純物をその歪場に吸収させ、除去する方法である。現
在、実用的に用いられている方法は、研磨や砥粒噴射手
段によって、シリコン基板裏面に機械的損傷を与え、結
晶歪を導入する方法と、多結晶シリコン層をシリコン基
板裏面に堆積し、多結晶層の結晶粒界位置の結晶歪を利
用する方法がある。機械的損傷を付与する方法は、米国
特許第4,144,099号に記載され、後者の多結晶シリコン
層堆積による方法は、米国特許第4,053,335号に記載さ
れている。他の、外因性ゲッタリング手段としては、ホ
ウ素やリンを過剰に拡散する方法、イオンインプランテ
ーション（ion implantation）法、多結晶シリコン層を
堆積する代わりに、窒化シリコン層を堆積する方法が提
案されており、それらについては、例えば、文献「応用
物理」1979年２月、140頁などに記載されている。
［発明が解決しようとする課題］ ゲッタリング効果の有効性については、従来から、シ
リコン基板の電気的特性の一つである、少数キャリア寿
命（minority carrier lifetime）測定によって確認さ
れている。すなわち、例えば、特開昭59−186,331号公
報に記されているように、多結晶シリコン層堆積法によ
るゲッタリング効果によって、少数キャリア寿命が大幅
に延び、改善される。
リコン基板の電気的特性の一つである、少数キャリア寿
命（minority carrier lifetime）測定によって確認さ
れている。すなわち、例えば、特開昭59−186,331号公
報に記されているように、多結晶シリコン層堆積法によ
るゲッタリング効果によって、少数キャリア寿命が大幅
に延び、改善される。
しかしながら、課題として、（１）最近、全てのゲッ
タリング方法が、多様な汚染不純物元素に対して必ずし
も有効でないことが明らかになったこと、および（２）
酸素不純物を含有しないシリコン基板では、酸素不純物
によるゲッタリング手段（内因性ゲッタリング）を用い
ることができないことがある。
タリング方法が、多様な汚染不純物元素に対して必ずし
も有効でないことが明らかになったこと、および（２）
酸素不純物を含有しないシリコン基板では、酸素不純物
によるゲッタリング手段（内因性ゲッタリング）を用い
ることができないことがある。
課題（１）の具体例として、例えば、1989年春季第36
回応用物理学関係連合講演会シンポジウムダイジェスト
「シリコン結晶のゲッタリングと欠陥制御」（1989年５
月15日発行）、第９頁および第24頁では、鉄不純物元素
は酸素析出物に有効に吸収され、内因性ゲッタリング手
段が有効であるが、機械的損傷などによる外因性ゲッタ
リング手段では効果が弱いことが報告されている。ま
た、1988年日本金属学会秋期大会シンポジウム「シリコ
ン結晶の将来と結晶欠陥」講演予稿（1988年11月）第15
6頁では、銅不純物元素に対する各種ゲッタリング効果
が調べられ、多結晶シリコン層堆積方法と酸素析出物ゲ
ッタリング方法が有効であると報告されている。鉄や銅
などの、金属元素は、単結晶育成過程において原料シリ
コンに極微量含まれる不純物として、また、デバイス製
造工程中にガスや水配管材料およびデバイス製造装置本
体材料から発せられる汚染不純物として、シリコン基板
材料に混入し、デバイスの収率を劣化させる代表的な元
素として知られている。したがって、多様な汚染不純物
元素に対して有効なゲッタリング手段が必要となってい
る。
回応用物理学関係連合講演会シンポジウムダイジェスト
「シリコン結晶のゲッタリングと欠陥制御」（1989年５
月15日発行）、第９頁および第24頁では、鉄不純物元素
は酸素析出物に有効に吸収され、内因性ゲッタリング手
段が有効であるが、機械的損傷などによる外因性ゲッタ
リング手段では効果が弱いことが報告されている。ま
た、1988年日本金属学会秋期大会シンポジウム「シリコ
ン結晶の将来と結晶欠陥」講演予稿（1988年11月）第15
6頁では、銅不純物元素に対する各種ゲッタリング効果
が調べられ、多結晶シリコン層堆積方法と酸素析出物ゲ
ッタリング方法が有効であると報告されている。鉄や銅
などの、金属元素は、単結晶育成過程において原料シリ
コンに極微量含まれる不純物として、また、デバイス製
造工程中にガスや水配管材料およびデバイス製造装置本
体材料から発せられる汚染不純物として、シリコン基板
材料に混入し、デバイスの収率を劣化させる代表的な元
素として知られている。したがって、多様な汚染不純物
元素に対して有効なゲッタリング手段が必要となってい
る。
課題（２）は、内部に酸素不純物を含有しない、ある
いは酸素析出が起こらないデバイス製造熱処理工程を経
るシリコン基板のゲッタリング効果の増強である。通
常、集積回路製造に用いられているシリコン基板の大部
分は、石英ルツボ内のシリコン融液に種結晶を浸漬し、
種結晶位置から、融液が単結晶成長し固化したものを引
き上げる、「引き上げ法」によって作製されたもので、
石英ルツボの融液への溶け込みによって、石英ルツボの
構成元素の一つである酸素元素が融液に溶け込み、その
結果、育成された単結晶は酸素を比較的多く、（20ppm
a）含有したものとなる。このシリコン基板を用いる
と、通常はデバイス製造熱処理工程（工程総合で900℃
以上の温度で、長期間熱処理を受ける）において、酸素
析出物が発生し、内因性ゲッタリング効果を持たせるこ
とができる。しかし、「帯溶融法」と呼ばれる方法で、
多結晶インゴットの一部を帯状に溶融させて単結晶を形
成する方法で作られたシリコン基板は、ppmaレベル以下
の不純物酸素しか含有しない。この場合、外因性ゲッタ
リング効果を付与することができるが、鉄汚染元素のゲ
ッタリングに有効な内因性ゲッタリング、すなわち、酸
素析出物によるゲッタリング効果を持たせることができ
ない。また、上で述べた通常のデバイス製造熱処理工程
を経ず、比較的低温（900℃以下、短時間熱処理）の熱
処理によって製造するデバイスでは、不純物酸素含有量
の多い「引き上げ法」によるシリコン基板でも酸素析出
物が形成されにくい。この場合も、酸素析出物による内
因性ゲッタリング効果を持たせることができない。
いは酸素析出が起こらないデバイス製造熱処理工程を経
るシリコン基板のゲッタリング効果の増強である。通
常、集積回路製造に用いられているシリコン基板の大部
分は、石英ルツボ内のシリコン融液に種結晶を浸漬し、
種結晶位置から、融液が単結晶成長し固化したものを引
き上げる、「引き上げ法」によって作製されたもので、
石英ルツボの融液への溶け込みによって、石英ルツボの
構成元素の一つである酸素元素が融液に溶け込み、その
結果、育成された単結晶は酸素を比較的多く、（20ppm
a）含有したものとなる。このシリコン基板を用いる
と、通常はデバイス製造熱処理工程（工程総合で900℃
以上の温度で、長期間熱処理を受ける）において、酸素
析出物が発生し、内因性ゲッタリング効果を持たせるこ
とができる。しかし、「帯溶融法」と呼ばれる方法で、
多結晶インゴットの一部を帯状に溶融させて単結晶を形
成する方法で作られたシリコン基板は、ppmaレベル以下
の不純物酸素しか含有しない。この場合、外因性ゲッタ
リング効果を付与することができるが、鉄汚染元素のゲ
ッタリングに有効な内因性ゲッタリング、すなわち、酸
素析出物によるゲッタリング効果を持たせることができ
ない。また、上で述べた通常のデバイス製造熱処理工程
を経ず、比較的低温（900℃以下、短時間熱処理）の熱
処理によって製造するデバイスでは、不純物酸素含有量
の多い「引き上げ法」によるシリコン基板でも酸素析出
物が形成されにくい。この場合も、酸素析出物による内
因性ゲッタリング効果を持たせることができない。
本発明は、上記課題に鑑み、外因性に酸素析出物領域
を形成し、酸素析出物によるゲッタリング効果を持たせ
るとともに、従来から提案されている多結晶シリコン層
堆積法などの外因性ゲッタリング手段との組合せによっ
て、多様な汚染元素をに対応できるゲッタリング能力を
増強させるシリコン基板を提供することを目的とする。
を形成し、酸素析出物によるゲッタリング効果を持たせ
るとともに、従来から提案されている多結晶シリコン層
堆積法などの外因性ゲッタリング手段との組合せによっ
て、多様な汚染元素をに対応できるゲッタリング能力を
増強させるシリコン基板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］ 本発明は、上記の目的のために次のゲッタリング効果
増強単結晶シリコン基板とその製造方法を提供する。
増強単結晶シリコン基板とその製造方法を提供する。
（１）単結晶シリコン基板裏面側（デバイス作製面の反
対面）に、多結晶シリコン層を有するシリコン基板にお
いて、前記単結晶シリコン基板と前記多結晶シリコン層
の境界面に微細な島状酸素析出物が全面に形成されてい
るゲッタリング効果増強シリコン基板。
対面）に、多結晶シリコン層を有するシリコン基板にお
いて、前記単結晶シリコン基板と前記多結晶シリコン層
の境界面に微細な島状酸素析出物が全面に形成されてい
るゲッタリング効果増強シリコン基板。
（２）単結晶シリコン基板裏面側に、酸素あるいは酸素
−窒素混合雰囲気中で５ナノメートル以下に極薄膜厚の
酸化膜形成後、酸化膜上に多結晶シリコンを堆積し、前
記多結晶シリコンを堆積したシリコン基板を1000℃〜12
00℃で熱処理を施すことによって、前記多結晶シリコン
の多結晶構造を保持したまま、前記単結晶シリコン基板
と前記多結晶シリコン層の境界面に微細な島状酸素析出
物を全面に形成することを特徴とするゲッタリング効果
増強シリコン基板の製造方法。
−窒素混合雰囲気中で５ナノメートル以下に極薄膜厚の
酸化膜形成後、酸化膜上に多結晶シリコンを堆積し、前
記多結晶シリコンを堆積したシリコン基板を1000℃〜12
00℃で熱処理を施すことによって、前記多結晶シリコン
の多結晶構造を保持したまま、前記単結晶シリコン基板
と前記多結晶シリコン層の境界面に微細な島状酸素析出
物を全面に形成することを特徴とするゲッタリング効果
増強シリコン基板の製造方法。
（３）酸化膜形成方法が、酸素イオンインプランテーシ
ョン法である前記第２項に記載のゲッタリング効果増強
シリコン基板の製造方法。
ョン法である前記第２項に記載のゲッタリング効果増強
シリコン基板の製造方法。
［作用］ 単結晶シリコン基板の酸化膜は、通常、酸化雰囲気中
（酸素ガス、酸素と窒素の混合ガス、および水蒸気ガ
ス）で900℃〜1200℃の高温熱酸化法によって形成され
る。熱酸化方法は、例えば、文献、エス・エム・スゼ
「VLSI テクノロジー」S.M.Sze「VLSI TECHNOLOGY」）
（1983年発行）（McGraw−Hill Book Company出版）第1
49頁に記載されている。5nm以下の極薄酸化膜を形成す
るためには、酸素ガスあるいは酸素と窒素の混合ガスに
よる熱酸化が、酸化膜厚制御が容易で簡便である。
（酸素ガス、酸素と窒素の混合ガス、および水蒸気ガ
ス）で900℃〜1200℃の高温熱酸化法によって形成され
る。熱酸化方法は、例えば、文献、エス・エム・スゼ
「VLSI テクノロジー」S.M.Sze「VLSI TECHNOLOGY」）
（1983年発行）（McGraw−Hill Book Company出版）第1
49頁に記載されている。5nm以下の極薄酸化膜を形成す
るためには、酸素ガスあるいは酸素と窒素の混合ガスに
よる熱酸化が、酸化膜厚制御が容易で簡便である。
また、多結晶シリコンの堆積は、工業的には、化学蒸
着法（Chemical Vapor Deposition:CVD）が、主として
用いられる。シリコン元素含有材料、例えばシランまた
はトリクロロシラン（塩素化シリコン）を材料ガスと
し、600℃〜800℃の温度範囲で、シランガスの熱分解反
応やトリクロロシランガスの水素ガスなどの還元材によ
る還元反応によって、シリコン基板上にシリコン元素を
析出させる。前記方法は、例えば、特開昭59−186,331
号公報に詳細に記載されている。他の方法としては、周
知の分子線エピタキシー（Molecular Beam Epitaxy :MB
E）など、原理的には真空蒸着法である、物理的蒸着法
（Physical Vapor Deposition:PVD）がある。真空蒸着
法では、シリコン基板温度が、約800℃以上で単結晶シ
リコンが析出（単結晶シリコン基板上に単結晶シリコン
を堆積させる方法をエピタキシーと呼ばれる）するが、
800℃以下では、多結晶シリコンあるいは非晶質シリコ
ンが析出することが知られている。分子線エピタキシー
法については、例えば文献（「シン・ソリッド・フィル
ムス（Thin Solids Films）」1983年、第106巻、第３頁
〜136頁に詳細に記載されている。単結晶シリコン基板
裏面に堆積した、多結晶シリコン層の厚さが厚すぎる
と、シリコン基板が弓形にゆがんだり、熱処理中の多結
晶シリコンと単結晶シリコンの熱膨張率の違いから反り
変形を生じさせることがあることが知られている。シリ
コン基板のゆがみや反り変形は、デバイス製造におい
て、収率悪化の原因となる。特開昭59−186,331号で
は、シリコン基板にゆがみや反り変形を生じさせず、有
効なゲッタリング能力を発揮する多結晶シリコン層の厚
さは0.05〜5.0ミクロン、最適厚さは、0.6〜1.0ミクロ
ンであると報告している。本発明は、以上の方法で、シ
リコン基板に極薄膜厚の酸化膜形成後、多結晶シリコン
層を堆積し、短時間高温熱処理を加えると、多結晶シリ
コン層と基板シリコン界面の酸化膜が軟化し、表面張力
によって分離変化し酸素析出物を形成する。第１図と本
発明の概念図を示す。本発明の単結晶シリコン基板を製
造するのに必要な温度範囲は1000℃〜1300℃で、酸化膜
の厚さは５ナノメートル以下である。酸化膜の酸素析出
物への分離変化には、酸化膜の厚さと熱処理温度が依存
する。酸化膜厚さが、５ナノメートルを越え厚くなる
と、酸化膜のまま安定で酸素析出物には変化しない。一
方、熱処理温度は、低いほど酸素析出物を細密化し、ゲ
ッタリング位置を増加させ好ましいが、1000℃未満にな
ると、酸化膜の軟化が起こりにくく、酸素析出物への分
離変化に長時間を要し、経済上実際的ではない。また、
高温ほど、短い熱処理時間で酸素析出物は形成するが、
その密度は低くなり、1300℃を越えると、酸化膜および
酸素析出物の分解が顕著になり、分解した酸素はシリコ
ン基板外へ拡散してしまい酸素析出物を形成しないこと
が判明した。最適な熱処理温度は、1100℃〜1200℃であ
る。前記条件下で、５〜10nm径の微細な島状酸素析出物
を、多結晶シリコン層と基板シリコン界面全面に形成す
ることができた。
着法（Chemical Vapor Deposition:CVD）が、主として
用いられる。シリコン元素含有材料、例えばシランまた
はトリクロロシラン（塩素化シリコン）を材料ガスと
し、600℃〜800℃の温度範囲で、シランガスの熱分解反
応やトリクロロシランガスの水素ガスなどの還元材によ
る還元反応によって、シリコン基板上にシリコン元素を
析出させる。前記方法は、例えば、特開昭59−186,331
号公報に詳細に記載されている。他の方法としては、周
知の分子線エピタキシー（Molecular Beam Epitaxy :MB
E）など、原理的には真空蒸着法である、物理的蒸着法
（Physical Vapor Deposition:PVD）がある。真空蒸着
法では、シリコン基板温度が、約800℃以上で単結晶シ
リコンが析出（単結晶シリコン基板上に単結晶シリコン
を堆積させる方法をエピタキシーと呼ばれる）するが、
800℃以下では、多結晶シリコンあるいは非晶質シリコ
ンが析出することが知られている。分子線エピタキシー
法については、例えば文献（「シン・ソリッド・フィル
ムス（Thin Solids Films）」1983年、第106巻、第３頁
〜136頁に詳細に記載されている。単結晶シリコン基板
裏面に堆積した、多結晶シリコン層の厚さが厚すぎる
と、シリコン基板が弓形にゆがんだり、熱処理中の多結
晶シリコンと単結晶シリコンの熱膨張率の違いから反り
変形を生じさせることがあることが知られている。シリ
コン基板のゆがみや反り変形は、デバイス製造におい
て、収率悪化の原因となる。特開昭59−186,331号で
は、シリコン基板にゆがみや反り変形を生じさせず、有
効なゲッタリング能力を発揮する多結晶シリコン層の厚
さは0.05〜5.0ミクロン、最適厚さは、0.6〜1.0ミクロ
ンであると報告している。本発明は、以上の方法で、シ
リコン基板に極薄膜厚の酸化膜形成後、多結晶シリコン
層を堆積し、短時間高温熱処理を加えると、多結晶シリ
コン層と基板シリコン界面の酸化膜が軟化し、表面張力
によって分離変化し酸素析出物を形成する。第１図と本
発明の概念図を示す。本発明の単結晶シリコン基板を製
造するのに必要な温度範囲は1000℃〜1300℃で、酸化膜
の厚さは５ナノメートル以下である。酸化膜の酸素析出
物への分離変化には、酸化膜の厚さと熱処理温度が依存
する。酸化膜厚さが、５ナノメートルを越え厚くなる
と、酸化膜のまま安定で酸素析出物には変化しない。一
方、熱処理温度は、低いほど酸素析出物を細密化し、ゲ
ッタリング位置を増加させ好ましいが、1000℃未満にな
ると、酸化膜の軟化が起こりにくく、酸素析出物への分
離変化に長時間を要し、経済上実際的ではない。また、
高温ほど、短い熱処理時間で酸素析出物は形成するが、
その密度は低くなり、1300℃を越えると、酸化膜および
酸素析出物の分解が顕著になり、分解した酸素はシリコ
ン基板外へ拡散してしまい酸素析出物を形成しないこと
が判明した。最適な熱処理温度は、1100℃〜1200℃であ
る。前記条件下で、５〜10nm径の微細な島状酸素析出物
を、多結晶シリコン層と基板シリコン界面全面に形成す
ることができた。
シリコンの酸化物は、鉄元素不純物のゲッタリングに
有効であることが、例えば、文献、1989年春季第36回応
用物理学関係連合講演会シンポジウムダイジェスト「シ
リコン結晶のゲッタリングと欠陥制御」（1989年５月15
日発行）第９頁で報告されている。しかしながら、銅な
ど他の不純物元素に対しては、多結晶シリコンの結晶粒
界が有効であることが判明しているが、界面に酸化膜の
まま存在していると、その酸化膜が、不純物銅元素の多
結晶シリコン層への拡散を妨げてしまう。したがって、
酸化膜が析出物に分離変化することによって、酸化膜と
基板シリコンの界面を増やし、ゲッタリング面積を増す
とともに、多結晶シリコン粒界でのゲッタリングも有効
に起こさせ、界面析出物と多結晶シリコン層でのゲッタ
リングも相乗増加し、デバイスに有害な不純物元素を除
去することができる。
有効であることが、例えば、文献、1989年春季第36回応
用物理学関係連合講演会シンポジウムダイジェスト「シ
リコン結晶のゲッタリングと欠陥制御」（1989年５月15
日発行）第９頁で報告されている。しかしながら、銅な
ど他の不純物元素に対しては、多結晶シリコンの結晶粒
界が有効であることが判明しているが、界面に酸化膜の
まま存在していると、その酸化膜が、不純物銅元素の多
結晶シリコン層への拡散を妨げてしまう。したがって、
酸化膜が析出物に分離変化することによって、酸化膜と
基板シリコンの界面を増やし、ゲッタリング面積を増す
とともに、多結晶シリコン粒界でのゲッタリングも有効
に起こさせ、界面析出物と多結晶シリコン層でのゲッタ
リングも相乗増加し、デバイスに有害な不純物元素を除
去することができる。
酸化膜が分離変化して析出物になると、基板シリコン
と多結晶シリコン層が密着する領域が生じ、その結果、
1100℃程度の温度で、多結晶シリコン層が基板側から基
板シリコンと同じ結晶成長方向で、単結晶化する。この
単結晶化した領域を通じて、基板側から、多結晶側へ、
汚染不純元素が拡散し、結晶粒界で吸収され除去され
る。
と多結晶シリコン層が密着する領域が生じ、その結果、
1100℃程度の温度で、多結晶シリコン層が基板側から基
板シリコンと同じ結晶成長方向で、単結晶化する。この
単結晶化した領域を通じて、基板側から、多結晶側へ、
汚染不純元素が拡散し、結晶粒界で吸収され除去され
る。
本発明の主旨は、基板シリコン裏面の多結晶層と基板
シリコン界面付近に酸素の析出物を形成することである
が、極薄酸化膜形成の代わりに、表面に酸素濃度富化領
域を形成しておいても、界面析出物が形成される。例え
ば、従来技術として既に知られている、酸素イオンのイ
ンプランテーション（イオン打ち込み）や酸素雰囲気中
での熱処理拡散である。前者は、文献「ジャパニーズ・
ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Japane
se Journal of Applied Physics）第５巻、1966年第737
頁に記載され、後者は「アプライド・フィジックス・レ
ターズ（Applied Physics Letters）」第41巻、1982年
第871頁に酸素富化方法が記載されている。これらの方
法は、酸素を含有しない、「帯溶融法」で作製したシリ
コン基板などの局所的酸素富化方法として有効で、この
方法を、界面酸素析出物を形成に利用することは容易で
ある。
シリコン界面付近に酸素の析出物を形成することである
が、極薄酸化膜形成の代わりに、表面に酸素濃度富化領
域を形成しておいても、界面析出物が形成される。例え
ば、従来技術として既に知られている、酸素イオンのイ
ンプランテーション（イオン打ち込み）や酸素雰囲気中
での熱処理拡散である。前者は、文献「ジャパニーズ・
ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Japane
se Journal of Applied Physics）第５巻、1966年第737
頁に記載され、後者は「アプライド・フィジックス・レ
ターズ（Applied Physics Letters）」第41巻、1982年
第871頁に酸素富化方法が記載されている。これらの方
法は、酸素を含有しない、「帯溶融法」で作製したシリ
コン基板などの局所的酸素富化方法として有効で、この
方法を、界面酸素析出物を形成に利用することは容易で
ある。
［実施例］ 実施例では、125cm径の単結晶シリコン基板を用い
た。作製した単結晶シリコン基板の断面構造の、透過型
電子顕微鏡観察結果を第２図および第３図に示す。第２
図は、単結晶シリコン基板を650℃で30分、窒素および
酸素の混合ガス中で熱処理し1.5ナノメートルの極薄膜
厚の酸化膜形成後、多結晶シリコンを堆積させた基板裏
面の断面構造を示す。多結晶シリコンの堆積は、シラン
ガスを原料ガスとし、基板温度650℃で50分、低圧化学
蒸着法にて堆積させた。多結晶シリコン厚さは、800ナ
ノメートルであった。このようにして、作製した基板
を、次に窒素ガス中で1100℃で１時間熱処理を施すと、
多結晶シリコン層および単結晶シリコン基板界面におい
て、極薄酸化膜が分離変化し酸素析出物が形成した。こ
の構造の透過電子顕微鏡による観察結果を第３図に示
す。
た。作製した単結晶シリコン基板の断面構造の、透過型
電子顕微鏡観察結果を第２図および第３図に示す。第２
図は、単結晶シリコン基板を650℃で30分、窒素および
酸素の混合ガス中で熱処理し1.5ナノメートルの極薄膜
厚の酸化膜形成後、多結晶シリコンを堆積させた基板裏
面の断面構造を示す。多結晶シリコンの堆積は、シラン
ガスを原料ガスとし、基板温度650℃で50分、低圧化学
蒸着法にて堆積させた。多結晶シリコン厚さは、800ナ
ノメートルであった。このようにして、作製した基板
を、次に窒素ガス中で1100℃で１時間熱処理を施すと、
多結晶シリコン層および単結晶シリコン基板界面におい
て、極薄酸化膜が分離変化し酸素析出物が形成した。こ
の構造の透過電子顕微鏡による観察結果を第３図に示
す。
次に、本発明シリコン基板のゲッタリング能力を、文
献を、Japanese Journal of Applied Physics第27巻、1
988年、L2361頁に記載されている方法で、銅元素を故意
に本発明単結晶シリコン基板上に汚染、拡散され、銅元
素の分布状況を二次イオン質量分析法（Secondary Ion
Mass Spectroscopy:SIMS）で調べた。その故意汚染方法
は、シリコン基板を回転させておき、基板上から、不純
物元素の溶液を垂らし、基板上に均一に汚染元素を塗布
する方法で、銅元素を本発明シリコン基板上に約1014原
子/cm2汚染した後、1000℃、酸素ガス中で25分熱処理
し、汚染銅元素を拡散させた。銅元素の分布状況調査結
果を第４図に示す。銅元素は、シリコン基板裏面の、多
結晶シリコン層および界面酸素析出物領域で大量に検出
され、ゲッタリング効果を生じていることが明らかとな
った。さらに、界面酸素析出物領域（第４図中、矢印で
明示）で、多結晶層に比べて、銅元素の吸収量が約２倍
で、ゲッタリング効果が増強されている。また、先に述
べたように、鉄元素のゲッタリング効果が界面酸素析出
物で期待される。
献を、Japanese Journal of Applied Physics第27巻、1
988年、L2361頁に記載されている方法で、銅元素を故意
に本発明単結晶シリコン基板上に汚染、拡散され、銅元
素の分布状況を二次イオン質量分析法（Secondary Ion
Mass Spectroscopy:SIMS）で調べた。その故意汚染方法
は、シリコン基板を回転させておき、基板上から、不純
物元素の溶液を垂らし、基板上に均一に汚染元素を塗布
する方法で、銅元素を本発明シリコン基板上に約1014原
子/cm2汚染した後、1000℃、酸素ガス中で25分熱処理
し、汚染銅元素を拡散させた。銅元素の分布状況調査結
果を第４図に示す。銅元素は、シリコン基板裏面の、多
結晶シリコン層および界面酸素析出物領域で大量に検出
され、ゲッタリング効果を生じていることが明らかとな
った。さらに、界面酸素析出物領域（第４図中、矢印で
明示）で、多結晶層に比べて、銅元素の吸収量が約２倍
で、ゲッタリング効果が増強されている。また、先に述
べたように、鉄元素のゲッタリング効果が界面酸素析出
物で期待される。
［発明の効果］ 本発明は、多結晶シリコン層と基板シリコン界面に外
因性に酸素析出物を形成することである。この結果、従
来法である多結晶シリコン層によるゲッタリング効果と
酸素析出物によるゲッタリング効果が相乗的に増強して
その効果を発揮する。その結果、デバイス製造工程にお
いて、有害な汚染不純物を、多種元素に対して有効にデ
バイス活性領域から除去することができる。特に、内部
に酸素を含有しないシリコン基板にたいして、酸素析出
物によるゲッタリング効果を持たせることができるよう
になる。回路の集積度の向上にともない不純物汚染の機
会を受けやすくなった、最近のエレクトロニクスデバイ
ス製造に、本発明シリコン基板を提供することにより、
デバイス収率の向上という効果を及ぼす。
因性に酸素析出物を形成することである。この結果、従
来法である多結晶シリコン層によるゲッタリング効果と
酸素析出物によるゲッタリング効果が相乗的に増強して
その効果を発揮する。その結果、デバイス製造工程にお
いて、有害な汚染不純物を、多種元素に対して有効にデ
バイス活性領域から除去することができる。特に、内部
に酸素を含有しないシリコン基板にたいして、酸素析出
物によるゲッタリング効果を持たせることができるよう
になる。回路の集積度の向上にともない不純物汚染の機
会を受けやすくなった、最近のエレクトロニクスデバイ
ス製造に、本発明シリコン基板を提供することにより、
デバイス収率の向上という効果を及ぼす。
作用の点から、類推できるように、本発明シリコン基
板はデバイス製造工程において、高価で煩雑な工程を新
規に導入する事なく、極薄酸化膜形成とその上の堆積膜
形成を経る工程を通すことでも、有効な界面酸素析出物
ゲッタリング効果を富化することができる。また、極薄
酸化膜上の堆積膜は、多結晶シリコンを堆積する方法に
限らず、他の外因的ゲッタリング方法として提案さてい
る堆積膜、例えば窒化シリコン膜なども有効であること
が容易に推測できる。
板はデバイス製造工程において、高価で煩雑な工程を新
規に導入する事なく、極薄酸化膜形成とその上の堆積膜
形成を経る工程を通すことでも、有効な界面酸素析出物
ゲッタリング効果を富化することができる。また、極薄
酸化膜上の堆積膜は、多結晶シリコンを堆積する方法に
限らず、他の外因的ゲッタリング方法として提案さてい
る堆積膜、例えば窒化シリコン膜なども有効であること
が容易に推測できる。
第１図は、多結晶シリコン層と基板シリコン界面に酸素
析出物を外因的に形成し、ゲッタリング効果を増強した
シリコン基板の概念図、 第２図は本発明シリコン基板の実施例。作製シリコン基
板の断面構造を透過型電子顕微鏡で高分解観察した結果
を示す図、 第３図は本発明である、ゲッタリング効果増強シリコン
基板の実施例２。作製シリコン基板の断面構造を、透過
型電子顕微鏡観察した結果を示す図、 第４図は本発明シリコン基板を用い、銅元素のゲッタリ
ング効果を調べた効果を示す図である。
析出物を外因的に形成し、ゲッタリング効果を増強した
シリコン基板の概念図、 第２図は本発明シリコン基板の実施例。作製シリコン基
板の断面構造を透過型電子顕微鏡で高分解観察した結果
を示す図、 第３図は本発明である、ゲッタリング効果増強シリコン
基板の実施例２。作製シリコン基板の断面構造を、透過
型電子顕微鏡観察した結果を示す図、 第４図は本発明シリコン基板を用い、銅元素のゲッタリ
ング効果を調べた効果を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐賀 誠 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新 日本製鐵株式會社第一技術研究所内 (56)参考文献 特開 平１−135028（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−16532（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/322
Claims (3)
- 【請求項１】単結晶シリコン基板裏面側（デバイス作製
面の反対面）に多結晶シリコン層を有するシリコン基板
において、前記単結晶シリコン基板と前記多結晶シリコ
ン層の境界面に微細な島状酸素析出物が全面に形成され
ているゲッタリング効果増強シリコン基板。 - 【請求項２】単結晶シリコン基板裏面側に、酸素あるい
は酸素・窒素混合雰囲気中で５ナノメートル以下の極薄
膜厚の酸化膜形成後、酸化膜上に多結晶シリコンを堆積
し、前記多結晶シリコンを堆積したシリコン基板を1000
〜1200℃で熱処理を施すことによって、前記多結晶シリ
コンの多結晶構造を保持したまま、前記単結晶シリコン
基板と前記多結晶シリコン層の境界面に微細な島状酸素
析出物を全面に形成することを特徴とするゲッタリング
効果増強シリコン基板の製造方法。 - 【請求項３】酸化膜形成方法が、酸素イオンインプラン
テーション法である請求項２記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2071830A JP2774855B2 (ja) | 1990-03-23 | 1990-03-23 | ゲッタリング効果増強シリコン基板及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2071830A JP2774855B2 (ja) | 1990-03-23 | 1990-03-23 | ゲッタリング効果増強シリコン基板及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03273639A JPH03273639A (ja) | 1991-12-04 |
| JP2774855B2 true JP2774855B2 (ja) | 1998-07-09 |
Family
ID=13471856
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2071830A Expired - Fee Related JP2774855B2 (ja) | 1990-03-23 | 1990-03-23 | ゲッタリング効果増強シリコン基板及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2774855B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4304849C2 (de) * | 1992-02-21 | 2000-01-27 | Mitsubishi Electric Corp | Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung |
| JPH0786289A (ja) * | 1993-07-22 | 1995-03-31 | Toshiba Corp | 半導体シリコンウェハおよびその製造方法 |
| JP3165071B2 (ja) * | 1997-05-09 | 2001-05-14 | 日本電気株式会社 | 半導体基板及びその製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6116532A (ja) * | 1984-07-03 | 1986-01-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体基板およびその製造方法 |
| JPH01135028A (ja) * | 1987-11-20 | 1989-05-26 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
-
1990
- 1990-03-23 JP JP2071830A patent/JP2774855B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03273639A (ja) | 1991-12-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |