JP5505241B2 - シリコンウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献2には、CZ法により、抵抗率が100Ω・cm以上であり酸素濃度が5〜10ppmaである低酸素シリコンインゴットを育成し、得られたシリコンウェーハに対して急速加熱及び急速冷却熱処理を行ってシリコンウェーハに原子空孔を注入することにより、酸素ドナーの発生による抵抗率の低下を防ぎ、高いゲッタリング効果を有するシリコンウェーハを製造する方法が提案されている。
また、特許文献4には、CZ法によりシリコンインゴットを成長させる際に炭素を添加し、昇温による前熱処理と、高温熱処理及び中温熱処理を組み合わせて行うことにより、デバイス製造工程の熱処理における酸素ドナーの発生を抑制する技術について記載されている。
そこで、本発明の目的は、デバイス製造工程における熱処理を経た後にも高抵抗を維持するシリコンウェーハを高い生産性を以て製造する方法を提供することにある。
そこで、デバイスチップの最終的な厚みが予め分かっている場合に、ウェーハの表面から少なくともデバイスチップの厚みまで、導電型が逆転せずに設定された抵抗率が維持されるウェーハを高い生産性を以て製造するためには、設定された抵抗率毎に、シリコンウェーハを供するデバイス作製工程における熱処理後のシリコンウェーハの熱処理後抵抗率のウェーハ厚み方向のプロファイルを、複数のシリコンインゴット酸素濃度において予め求めておき、シリコンインゴットの成長を、前記プロファイルにおいて、熱処理後抵抗率がピークとなる深さまでのウェーハ表面からの厚みが、デバイスのチップ形成領域より厚いプロファイルを有する酸素濃度となる条件にて行うことが有効であることを見出し、本発明を完成させるに至った。
図1は、ウェーハ中のサーマルドナー量とデバイス製造工程における熱処理後のウェーハの抵抗率との関係を示す模式図である。ここで、設定された抵抗率は1000Ω・cmである。上述のように、デバイス製造工程における熱処理により、ウェーハ中にサーマルドナーが発生し、その量が増加すると、ウェーハ中のアクセプターを打ち消して抵抗率が増加する(理論的には無限大まで増加する)。サーマルドナーの量が更に増加すると、導電型がp型からn型へ逆転して抵抗率が減少し、設定した抵抗率である1000Ω・cmよりも小さくなってしまう。
また、デバイス製造工程における熱処理中にウェーハ表面の格子間酸素が外方拡散することから、デバイス製造工程後では、ウェーハ中のサーマルドナー量は、表面ほど少なく、内部ほど多い。従って、図1の横軸は、ウェーハ表面からの深さに置き換えることができる。
尚、本発明において、シリコンウェーハ中の酸素濃度及び炭素濃度は、それぞれASTM F121−1979及びASTM F123−1981の換算係数を用いて求めている。
まず、設定抵抗率毎に、シリコンウェーハを供するデバイス作製工程における熱処理後の該シリコンウェーハの熱処理後抵抗率のウェーハ厚み方向のプロファイルを複数のシリコンインゴット酸素濃度において予め求めておく。
ここで、設定抵抗率としては、例えば500Ω・cm、1000Ω・cm、3000Ω・cm、5000Ω・cm、10000Ω・cmとする。
また、初期酸素濃度については、例えば4×1017〜15×1017atoms/cm3の範囲について上記プロファイルを求めておく。
こうして得られたウェーハにおいて、表面から最終的にチップに使用される厚みに相当する深さよりも深い位置にて導電型が逆転する場合があるが、デバイス製造工程において、ウェーハの裏面が最終的なデバイスチップ厚まで研磨されるため問題はない。
また、ウェーハ強度の観点からは、デバイス製造工程におけるスリップの発生を抑制するため、初期酸素濃度は2×1017atoms/cm3以上とすることが好ましい。
また、従来技術のように、ウェーハの抵抗率を維持するために初期酸素濃度を不必要に低減させる必要はなくなり、過度の酸素濃度の低減に伴うゲッタリング能力や機械的強度の低下を防止することができる。
図3は、シリコンウェーハにレーザビームの照射を開始した直後におけるレーザビームの焦点位置近傍を説明するための断面拡大図である。レーザビーム10は、集光用レンズ11を用いて、シリコンウェーハ20の所定の深さ位置21にレーザビーム10の焦点位置を合わせて、シリコンウェーハ20の両面のうち、いずれか一方から照射され、所定の深さ位置21にレーサビーム10を集光することにより、多光子吸収過程を生じさせて改質部分22を形成する。この改質部分22は、アモルファス状態であると考えられるが、この改質部分22をゲッタリングシンクとして利用するのである。
図4は、炭素イオン注入によるシリコンウェーハ内部におけるゲッタリングシンクの形成を示す図である。この図に示すように、まず、イオン注入により炭素イオンをシリコンウェーハ30内部に注入する。その際のイオン注入条件は、加速エネルギー:1M〜5MeV、ドーズ量:2×1013〜5×1015ions/cm2とする。その際、炭素イオンのピーク濃度は、5×1015〜3×1017ions/cm3である。
こうして、本発明の方法により製造されたシリコンウェーハに炭素イオンを注入することにより、ウェーハの表面から所定の深さ位置にゲッタリングシンクが形成され、デバイス製造工程において、重金属不純物に対するゲッタリング能力を更に高めることができる。
こうして製造されたSOIウェーハは、デバイス製造熱処理を行なった後でもベースウェーハの高抵抗率が維持されるため、高周波デバイスとして使用することができる。
以下、本発明の実施例について説明する。
設定抵抗率を1000Ω・cm、最終的なチップの厚みを25μmとし、表面から少なくとも40μmの深さ位置までは導電型が逆転しない直径200mmのp型シリコンウェーハの製造を想定した。そのために、シリコンウェーハの初期酸素濃度に対して、ウェーハの表面からの深さとデバイス製造工程での熱処理後の抵抗率との関係を調べた。その際、初期酸素濃度は9×1017atoms/cm3、10×1017atoms/cm3、及び11×1017atoms/cm3とした。また、デバイス製造工程の熱処理として、400℃で30分間+350℃で35分間の熱処理を採用した。その結果、導電型がp型からn型に逆転する深さ位置は、それぞれ77μm(9×1017atoms/cm3)、40μm(10×1017atoms/cm3)、及び13μm(11×1017atoms/cm3)であることが分かった。そこで、表面から少なくとも25μmまでは導電型が逆転しない初期酸素濃度である10×1017atoms/cm3を採用し、この酸素濃度を有するシリコンインゴットを製造して加工し、設定抵抗率1000Ω・cmのp型シリコンウェーハを得た。その際、酸素濃度以外のインゴットの成長条件は、水平磁場強度:3000ガウス、インゴットの回転速度:5rpm、るつぼの回転速度:0.2rpm、インゴットの引き上げ速度:0.65mm/分、Arガス流量:30torrとした。
上記発明例1と同一の条件で製造した1000Ω・cmの抵抗率を有する直径200mmのp型シリコンウェーハに対して透過性レーザを照射し、表面から20μmの深さ位置にゲッタリングシンクを形成した。その際、レーザ源として半導体励起固体YAGレーザを使用し、レーザビームの波長を1064nmとした。
次に、発明例1及び発明例2によるシリコンウェーハについて、それらのゲッタリング能力について検証した。そのために、まず、各ウェーハの表面を洗浄し(DHF洗浄→SC−1洗浄→SC−2洗浄)、ウェーハ表面全面に銅による汚染(5×1011atoms/cm2)を施した。銅はデバイス工程でリーク不良等を引き起こす、最も汚染低減が必要となる重金属元素の1つである。銅による汚染後、銅を拡散層中のゲッタリングサイトに捕獲する為に、900℃にて30分間、熱処理を施した。
上記発明例1と同一の条件で製造した1000Ω・cmの抵抗率を有する直径200mmのp型シリコンウェーハに対して、表面から炭素イオンを注入して、表面から15μmの深さ位置にゲッタリングシンクを形成した。その際、炭素イオン注入の具体的手順として、ウェーハ表面にSiO2膜を形成し、その後にウェーハ表面から加速エネルギーで2MeV,ドーズ量5×1014atoms/cm3で炭素イオン注入を行い、その後、ウェーハ表面のSiO2膜を除去した。
上記発明例1及び発明例2の方法で得られたウェーハに対するゲッタリング能力を比較した場合と同一の条件で、ウェーハ表面の銅濃度を調べた。その結果、発明例3のウェーハについては、表面から銅は検出されなかった。一方、発明例1のウェーハについては、表面から3×1011atoms/cm2の銅が検出された。このように、炭素イオン注入により、ウェーハ内部にゲッタリングシンクを形成することにより、重金属不純物のゲッタリング能力が向上することが確認された。
11 集光用レンズ
20,30 シリコンウェーハ
21,31 所定の深さ位置
22 改質部分
23,33 表面層
24 改質部分の幅
32 炭素イオン注入領域
34 炭素イオン注入領域の幅
Claims (7)
- 設定抵抗率に応じてドーパントを添加してシリコンインゴットをチョクラルスキー法により成長させ、該シリコンインゴットをスライスして前記設定抵抗率を有するシリコンウェーハを製造するに当たり、
前記設定抵抗率毎に、前記シリコンウェーハを供するデバイス作製工程における熱処理後の該シリコンウェーハの熱処理後抵抗率のウェーハ厚み方向のプロファイルを、複数のシリコンインゴット酸素濃度において予め求めておき、
前記プロファイルにおいて、熱処理後抵抗率がピークとなる深さまでのウェーハ表面からの厚みが、前記デバイスのチップ形成領域より厚いプロファイルを有する、酸素濃度となる条件にてシリコンインゴットの成長を行うことを特徴とする、シリコンウェーハの製造方法。 - 前記シリコンウェーハ中の炭素濃度が1×1016atoms/cm3(ASTM F123−1981)以上であることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
- 前記シリコンウェーハ中の窒素濃度が1×1013atoms/cm3以上であることを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。
- 請求項1〜3のいずれか一項の製造方法により得られたシリコンウェーハの表面に透過性レーザを照射し、前記シリコンウェーハの表面から前記所定の深さ位置にゲッタリングシンクを形成することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
- 請求項1〜3のいずれか一項の製造方法により得られたシリコンウェーハに対して、炭素イオン注入により、前記シリコンウェーハの表面から前記所定の深さ位置にゲッタリングシンクを形成することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか一項の製造方法により得られたシリコンウェーハをベースウェーハとし、該ベースウェーハ上にSOI構造を形成することを特徴とする、シリコンウェーハの製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか一項の製造方法により得られたシリコンウェーハをベースウェーハとし、該ベースウェーハ上にエピタキシャル構造を形成することを特徴とする、シリコンウェーハの製造方法。
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