JPH02285639A - 半導体装置用ウエハへのゲッタ層の作り込み方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は集積回路装置等の半導体装置用のシリコンから
なるウェハにウェハ内の不要な金属性不純物や結晶欠陥
等をトラップするためのゲッタ層を作り込む方法に関す
る。

〔従来の技術〕

半導体装置用のシリコンウェハに対するとくに１０００
°Ｃ以上の高温下のプロセスにおいては、よく知られて
いるようにウェハ自体ないしは拡散炉等の汚染によって
、ウェハ内に不要な金属性不純物等が侵入することがあ
り、この不純物等がとくに拡散層が作り込まれるその活
性領域内に侵入すると、ウェハ内に作り込ま、ｊする半
導体素子ないしは集積回路用回路要素の特性５例えばｐ
ｎ接合の耐電圧特性が低下しやすくなる問題がある。

本発明の対象であるゲッタ層は、かかる望ましくない不
純物等をトラップないし捕獲して、ウェハの活性領域か
ら不要な不純物を除去する役目を果たすもので、活性領
域が作り込まれるふつうはウェハの一方の表面を活性表
面側とすると、その他方の表面すなわち裏面のいわば不
活性表面側に設けられる。このゲッタ層としてはシリコ
ン結晶の転位や積層欠陥を利用３−るのがふつうで、こ
のためにはウェハの裏面側に数ｐ以下のごく浅い歪み層
を強制的に導入することでよい。

かかる歪み層を設けるには、例えば細がな砥粒をウェハ
に吹き付けるいわゆるサンドプラス１〜法が知られてい
る。この方法は、サンドプラスＦによりウェハの裏面を
僅かに掘り込むと同時に、シリコン単結晶のごく浅い面
に内部歪みを機械的に賦与してその表面の凹凸により固
定された転位等を導入するもので、非常に高いゲッタリ
ング効果をこの方法によって得ることができる。

もう−・つの手段として、効果の確実性は上述の歪み層
よりもやや劣るが燐、ボロン、砒素等の不純物元素をウ
ェハの裏面側に非常に高い濃度で拡散ないし導入するこ
とが知られており、かかる不純物の高濃度拡散層ないし
導入層内に同様に不要な金属性不純物等をトラップでき
る。

かかる従来方法によるゲッタ層のいずれでも、不要な金
属性不純物に限らず、プロセス中にウェハのシリコン単
結晶内に随時発生し得る結晶欠陥をも、とくにそれらの
拡散性や移動性が裔まる高温プロセスの間に１゛ソＳフ
内Ｇこ有効にトラップないし捕捉することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の機械的歪み層を用いるゲッタ層は、不要な不純物
等のトランプ効果自体ｉま非常に高いのであるが、サン
ドプラスＦ等の際に用いる砥粒中のあまり純度の高くな
いシリカやアルミナ等がウェハの裏面に強固に付着して
、洗浄等の手段では容易に除去できないので、これらが
汚染源になって拡散炉等のふん囲気内の有害な不純物量
を増加させやすく、この逆効果が著しい場合にはウェハ
内に作り込まれる素子ないし回路要素の特性を悪化させ
ることになりかねず、その効果が必ずしも確実でない問
題がある。

高濃度の燐等の不純物を用いるゲッタ層については、そ
の作り込みに１０００°Ｃ以上の高温プロセスがぜひ必
要なので、この分だけ工程上の手間が増えてコスト面で
不利をまぬがれないほか、素子ないし回路要素用の半導
体層用の不純物拡散時にゲッタ層用の不純物も拡ｔｌｋ
するので、その作り込み時期の選定がむつかしく、この
タイミングが適切でないと充分な効果が得られない。

さらに、有害不純物のトラップ効果が歪み層の場合より
も元来低いので、とくに最近のように集積回路のパター
ンが微細化して各半導体層の接合が浅くなり、従ってそ
れ用の不純物の拡散温度が比較的低（なって来ると、充
分な不純物トラップ効果が得られないうらみがある。

本発明はかかる問題点を解決して、不要な不純物に対す
るトラップ効果が従来よりも高くて確実な半導体装置用
ウェハへのゲッタ層の作り込み方法を得ることを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

この目的は本発明によれば、半導体装置用のシリコンか
らなるウェハにウェハ内に侵入し得る不要な金属性不純
物等をトラップさせるために、シリコンよりもイオン径
が大でシリコン結晶にミスフィツト転移を起こさせる非
金属性元素と１　シリコンに所定の導電形を賦与する不
純物としての非金属性元素とを含むゲッタ層を、ウェハ
の裏面側にイオン注入法により打ち込むことによって作
り込むことにより達成される。

上述のミスフィツト転位を起こさせる非金属元素として
は酸素が最も簡単かつ有効である。また不純物としての
非金属元素としては、ウェハの裏面側の導電形によって
も若干事情が異なるが、多くの場合に燐を用いるのが最
も望ましい。かかる酸素および燐を含むゲッタ層は、い
わゆる燐ガラス状ないしはそれに近い組成を持ち、非常
に高い金属性不純物等に対するトラップ効果がこのゲッ
タ層によって得られる。

本発明によるかかるいわば２元素組成のゲッタ層は、各
元素のイオンを別個にイオン注入法により順次はぼ同じ
深さに打ち込むことにより、あるいは２元素化合物のイ
オンを打ち込むことによって作り込むことができる。例
えば元素が酸素および燐の場合、この打ち込み用化合物
イオンとしてはその適宜な化合物ＰＯ７，Ｐｇ（ｈ、Ｐ
Ｏｓ、ＰｚＯ□、ＰｚＯｓ等のふつうは正の１価のイオ
ンを用いることができ、かかる各元素イオンを別個に順
次打ち込む場合にもかかる元素比率が得られるようなド
ーズ量比率で打ち込むのが合理的である。

〔作用〕

本発明は、イオン注入法を利用すればその質量分析機能
により所望の質量をもつ元素またはその化合物のイオン
を特定して取り出すことができ、この特質を利用して上
記構成にいうようにシリコンよりもイオン径が大な非金
属元素またはその化合物のイオンを取り出してシリコン
ウェハの裏面側に打ち込み、その単結晶組織にいわゆる
ミスフィツト転移を起こさせれば、従来の歪み層による
と同等な不純物トラップ効果を得ることができる点にま
ず着目したものである。

かかる本発明方法によれば、イオン径の大な元素ないし
その化合物イオンだけを純粋に打ち込めるから、従来の
サンドブラスト法のように砥粒中の不純物による逆効果
の発生のおそれなく金属不純物等に対するトラップ効果
が確実に得られ、かつミスフィツト転位は上述の元素等
がある限り消失し得ないから、以後の高温プロセスによ
ってもこの効果が減殺されることがない安定なゲッタ層
を作り込むことができる。

さらに本発明では上記構成にいうように、上述のイオン
径の大な元素にシリコンに所定の導電形を賦与する不純
物として非金属性元素、とくにトラップすべき金属不純
物とは逆の導電形をシリコンに賦与する元素例えば燐を
組み合わせることにより、高い不純物トラップ効果を実
用的な低いドーズ量で得ることができる。

かかる非金属元素はそれ自体が金属不純物をトラップす
る効果、とくに燐の場合は非常に高い効果を持ち、しか
もそれ自体はイオン径の大な第１の非金属元素によるミ
スフィツト転位によってトラップされるので、高温プロ
セス時にも拡散によってその効果が減殺されることがな
い。従って、かかる第２の非金属元素によってミスフィ
ツト転位による不純物のトラップ効果を一層高め、かつ
その効果を長く安定に持続できる。

このように、本発明方法ではイオン注入法を利用して作
り込むゲッタ層をかかる２種の元素の組み合わせで構成
することによって、上述の所期の課題を解決することが
できる。

〔実施例〕

以下、図を参照しながら本発明の実施例を具体的に説明
する。なお以下のいずれの実施例でも、ゲッタ層３用の
シリコンよりイオン径の大な第１の元素としては酸素０
が、これと組み合わされる第２の元素としては燐Ｐがそ
れぞれ用いられるものとする。

第１図の実施例では、これら２種の元素ＯとＰをその化
合物Ｐ２０．の１価のイオンｐ２ｏ、”の形でつ′エバ
１の裏面１ｂにイオン注入法で打ち込むことによりゲッ
タ層３が作り込まれる。これら２元素の化合物としては
、このほかにそれぞれ質量数の異なるＰＯ□、　Ｐ（１
＋、ＰｚＯｚ、ＰｚＯｓ等を適宜利用することができ、
この中でも１分子内に酸素原子を多数個含む化合物を用
いるのが、同じドーズ量のイオン注入によりゲッタ層内
に多数のミスフィツト転位を起こさせ、その不純物トラ
ップ効果を高めるヒて有利である。また、それらの２価
以上のイオンを利用することも可能であるが、ふつうは
この例のように１価のイオンが用いられる。

この例のように化合物がＰ２Ｏ，の場合、そのイオン２
のイオン注入条件は例えば加速電圧５ＭｅＶ。

ドーズ量１ｘ１０１５分子／　ｃ＋ｆｌとされ、これに
よってウェハ１の裏面１ｂから２ｔ１ｍ程度の深さの所
に最大濃度点をもち、約±１ｕｒｎの幅で化合物イオン
２が打ち込まれたゲッタ層３が作り込まれる。この分子
のシリコン単結晶内への割り込みの形態は必ずしも定か
でないが、シリコンとともにいわゆる燐ガラス状組織が
ゲッタ層３として作り込まれるものと考えられる。なお
、上述のようにイオン注入時の加速電圧をかなり高める
要があるが、打ち込み深さを若干浅くすればそれを半分
程度にまで減少させることが可能である。

この実施例におけるゲッタ層３は、ウェハｌの表面ｌａ
側に素子や回路要素用の半導体層を拡散させる際等に侵
入しやすい金、銅、鉄等の不要な金属性不純物に対して
、と（に１０００°Ｃ以上の高温下で高いゲッタ作用を
示し、かつ経験によればかかる高温プロセスを数回繰り
返えしてもその不純物トラップ効果の減退は見られない
。

第２図の実施例では、２種の元素ＯとＰをそれぞれ別個
に例えばそれぞれ正の１価の単独イオンの形でイオン注
入することによりゲッタ層３を作り込む。同図（ａ）の
工程では、例えばまず酸素イオン２ａを約１．２ＭｅＶ
の加速電圧、３ｘｌＯ１５原子／　ｃ＋ｉ程度のドーズ
量で打ち込むことにより、ミスフィツト転位層３ａを前
の実施例と同様に２Ｊ１ｍ程度の深さに作り込み、つい
で同図（ｂ）の工程では燐イオン２ｂをこれに重なり合
うよう約２ＭｅＶの加速電圧５２ｘｌＯＩ５原子／　ｃ
Ｊ程度のドーズ量で同程度の深さに打ち込んでゲッタ層
３とする。

この実施例により作り込まれたゲッタ層３は、２種の元
素に対するドーズ量の比が上述のように化合物Ｐ２０．
の組成に対応するように選定されζいるので、前の実施
例の場合と実質的な差はなく、はぼ同一の機能と効果を
有するが、両元素を個別に打ち込むので、イオン注入時
の加速電圧を前例よりも下げることができ、かつドーズ
量比を適宜に設定することにより、任意の原子比の組成
を持つゲッタ層を作り込み得る利点を有する。

なお、この実施例では酸素と燐のイオン注入の順序は逆
にしてもとくに支障はないが、この例のようにまず第１
の元素の打ち込みによりミスフィツト層３ａを作り込ん
だ上で第２の元素を打ち込むのが、ミスフィツト層３ａ
による第２の元素のトラップ効果を利用できるので好都
合である。また、第２の元素が燐の場合には、再実施例
ともウェハ１はｎ形が好都合であるが、燐のドーズ量を
非常に高くしない限りｎ形であってもとくに支障が生じ
ることはない。

第３図は本発明方法をＣＭＯ３集積回路装置用のウェハ
１に適用した例を示すもので、この例ではウェハｌにｎ
形の最も簡単なものが用いられているが、例えばＰ形の
基板上にｎ形のエピタキシャル層を成長させたものでも
差し支えない。ゲッタ層３の作り込みはウェハプロセス
の初期段階に行なうのがよく、同図（ａ）に示すように
前の第１図ないし第２図の実施例の要領で、このウェハ
１の裏面ｌｂ側に酸素と燐を含むゲッタ層３がイオン注
入法によって作り込まれる。

集積回路用回路要素はウェハ１の表面１８側から行なわ
れ、この例では同図（ロ）に示すように左側にｎチャネ
ル電界効果トランジスタが、右側にｐチャネル電界効果
トランジスタがそれぞれ作り込まれる。まず前者用にウ
ェル４をｐ形で深く拡散した上で両トランジスタを作り
込むべき範囲を囲むようにＬＯＧＯ５膜等の酸化膜１０
を被着し、ついでその内側に薄いゲート酸化膜１１を付
けた後その上にゲート５を形成し、さらに通例のように
このゲート５をマスクの一部としてｐ形のソース・ドレ
イン層６とｎ形のソース・ドレイン層７を両トランジス
タ用にそれぞれイオン注入法を利用して作り込む。この
上を別の酸化膜１２で覆った後に要所に窓明けを行ない
、アルミ等の接続膜２０によって両電界効果トランジス
タ用の電極を形成する。この例では両トランジスタは１
対の電源点ＶｄおよびＶｓ間に直列にいわゆるインバー
タ接続されており、通例のようにそれらの共通接続され
たゲート５には入力信号Ｖｉが与えられ、両者の相互接
続点からは出力信号Ｖｏが導出される。

以上のようにウェハ１の裏面側に作り込まれたゲッタ層
３は、その表面側に集積回路用の回路要素が拡散により
作り込まれるに際し、ウェハ１内に侵入する不要な金属
性不純物等に対し充分なゲッタリング作用を及ぼす。例
えば、ｎ形のウェハ１内にｐ形のウェル４を深く拡散す
る際にそのゲッタリング作用により、両者間に不純物に
より汚染されず漏洩電流の少ないｐｎ接合を形成でき、
トランジスタに良好な耐電圧特性を賦与することができ
る。また、ソース・ドレイン層６や７の拡散深さが０．
５ＩＩｍ以下とごく浅くてその熱拡散温度が比較的低い
場合にも、ゲッタ層３は充分な不純物トラップ作用をこ
の際にも及ぼし、電界効果トランジスタにばらつきの少
ない安定した動作しきい値を持たせることができる。

以上説明した実施例に限らず本発明は種々の態様で実施
することができる。例えば、ゲッタ層用の第１および第
２の元素の種類およびそれらのイオン注入の深さやドー
ズ量には、本発明の要旨内で必要に応じて適宜な選択が
可能である。

〔発明の効果〕

以上の記載かられかるように本発明では、半導体装置用
のシリコンからなるウェハ内に侵入し得る不要な金属性
不純物等をトラップするためのゲッタ層を作り込むに際
し、シリコンよりもイオン径が大でシリコン結晶にミス
フィツト転移を起こさせる非金属性元素とシリコンに所
定の導電形を賦与する不純物としての非金属性元素とを
含むゲッタ層をウェハの裏面側にイオン注入法により打
ち込むことにより、従来の歪み層と同等な高い不純物ト
ラップ効果を持つゲッタ層をイオン注入法により簡単に
作り込むことができる。

この際、本発明方法ではイオン径の大な元素ないしその
化合物のイオンだけを打ぢ込めるから、従来のサンドブ
ラスト法のように砥粒中の不純物による逆効果のおそれ
なくトラップ効果が確実に得られ、かつミスフィツト転
位は上述の元素等がある限り消失し得ないから、高温プ
ロセスによってもこの効果が減殺されることがない安定
なゲッタ層を作り込むことができる。

また、本発明方法ではイオン径の大な元素にシリコンに
所定の導電形を賦与する不純物としての非金属性元素を
組み合わせるので、高い不純物トラップ効果を持つゲッ
タ層を実用的な低いドーズ量のイオン注入法で作り込む
ことができる。

さらに本発明の有利な実施態様として、イオン径の大な
第１の元素には酸素を、これと組み合わせる第２の元素
には燐をそれぞれ用いれば、いわゆる燐ガラス状の組成
をもつゲッタ層をイオン注入法により簡単にウェハ内に
作り込んで、その不純物トラップ効果を一層高めるとと
もに、この効果を高温プロセスの繰り返えしに対しても
安定に維持することができる。

かかる特長をもつ本発明によるゲッタ層の作り込み方法
は、半導体装置とくに集積回路装置用ウェハに適用する
ことにより、これらの装置内のｐｎ接合の不純物による
漏洩電流を減少させて耐電圧値を上げ、その動作特性を
向上させ、かつそのばらつきを減少させて製造歩留まり
を改善する著効を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

図はすべて本発明に関し、第１図および第２図は本発明
によるゲッタ層の作り込み方法のそれぞれ異なる実施例
における半導体装置用ウェハの断面図、第３図は本発明
方法を集積回路装置に適用した実施例を示ずウェハの断
面図である。これらの図において、 １：シリコンウェハ、２：化合物イオンないしは酸化燐
イオン、２ａ：第１の元素イオンないしは酸素イオン、
２ｂ；第２の元素イオンないしは燐イオン、３ニゲツタ
層、３ａ；ミスフィツト転位層、４：ウェル、５：ゲー
ト、６：ｐチャネル電界効果トランジスタ用ソース・ド
レイン層、７：ｎチャネル電界効果トランジスタ用ソー
ス・ドレイン層、１０二酸化膜、１１：ゲート酸化膜、
１２：別の酸化膜、２０：端子用接続膜、ｖｄ：電源電
位、ｖｉ：人力信号、ｖｏ：出力信号、ｖＳ：別の電源
電位ないしは接地電位、である。　　　　　　　　　　
　１、。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体装置用のシリコンからなるウェハにウェハ内に侵
   入し得る不要な金属性不純物等をトラップするためのゲ
   ッタ層を作り込む方法であって、シリコンよりもイオン
   径が大でシリコン結晶にミスフィット転移を起こさせる
   非金属性元素とシリコンに所定の導電形を賦与する不純
   物としての非金属性元素とを含むゲッタ層をウェハの裏
   面側にイオン注入法により打ち込むことによって作り込
   むことを特徴とする半導体装置用ウェハへのゲッタ層の
   作り込み方法。