(57)【要約】【課題】エピタキシャル成長時の加熱に伴うスリップが発生せず、ウェーハ表面のボイド欠陥に起因したエピタキシャル膜の表面粗さの低下も解消可能なエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】単結晶のシリコンウェーハの表面を研削し、ウェーハ表層に加工変質層を形成後、変質層を高エネルギ光の照射で溶融、固化する。変質層は、単結晶シリコンより吸光係数が高いので、光加熱でウェーハが溶ける前に溶融し、エピタキシャル膜に改質できる。その結果、エピ成長加熱によるスリップが発生せず、ウェーハ表面のボイド欠陥よるエピ膜の表面粗さの低下も解消できる。【選択図】図１ｃ
2010192544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコンからなるシリコンウェーハの表面を研削し、該シリコンウェーハの表層に加工ダメージによる加工変質層を形成する変質層形成工程と、
前記加工変質層を、高エネルギ光の照射による溶融を伴う液相エピタキシーの熱処理条件か、前記高エネルギ光の照射による溶融を伴わない固相エピタキシーの熱処理条件で加熱し、その後、冷却することで、単結晶シリコンからなるエピタキシャル膜とする熱処理工程とを備えたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記変質層形成工程から前記熱処理工程までの間に、前記加工変質層にドーパントをイオン注入し、
前記熱処理工程では、溶融した前記加工変質層に、前記ドーパントが拡散される請求項１に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項３】
単結晶シリコンからなるシリコンウェーハの表面を研削し、該シリコンウェーハの表層に加工ダメージによる加工変質層を形成する変質層形成工程と、
該変質層形成工程後、前記加工変質層の表面にアモルファスシリコン膜または多結晶シリコン膜を堆積させる堆積工程と、
該堆積工程後、前記加工変質層に堆積された前記アモルファスシリコン膜または多結晶シリコン膜と前記加工変質層とを、高エネルギ光の照射による溶融を伴う液相エピタキシーの熱処理条件か、高エネルギ光の照射による溶融を伴わない固相エピタキシーの熱処理条件で加熱し、その後、冷却することで、単結晶シリコンからなるエピタキシャル膜とする熱処理工程とを備えたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記堆積工程では、ドーパントガスを使用する気相成長法が採用された請求項３に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記堆積工程から前記熱処理工程までの間に、前記アモルファスシリコン膜または多結晶シリコン膜にドーパントをイオン注入し、
前記熱処理工程では、溶融した前記アモルファスシリコン膜または多結晶シリコン膜に、前記ドーパントが拡散される請求項３または請求項４に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項６】
前記高エネルギ光がレーザ光またはランプ光である請求項１〜請求項５のうち、何れか１項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項７】
前記熱処理工程後、前記エピタキシャル膜の表面を研磨する請求項１〜請求項６のうち、何れか１項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法、詳しくはシリコンウェーハの表層の高品質化が図れるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チョクラルスキー法によるシリコン単結晶のインゴットの引き上げ時に、過剰の空孔がこのインゴットに導入され、ボイド欠陥が生成する。
近年のデバイスの高集積化や微細化に伴い、デバイスが形成されるシリコンウェーハの表層から、ボイド欠陥などを完全に消滅させた結晶欠陥フリーのウェーハの要請がなされている。これは、結晶欠陥がデバイス形成時の歩留低下を招くためである。
【０００３】
そこで、結晶引き上げ時の単結晶インゴットの温度勾配や引上げ速度などを制御し、点欠陥の発生を抑えてボイド欠陥や転位クラスタを縮小または消滅させる技術が、ウェーハの量産プロセスで実施されている。しかしながら、現状、結晶引き上げの制御のみでは、インゴットの一部だけしか結晶欠陥フリーのシリコン単結晶は達成されていない。しかも、表面検査装置の高感度化が進めば、今日ではボイドフリーと呼ばれる領域であっても、微小なボイド欠陥が存在する領域と判定される可能性もある。
特に、直径が３００ｍｍを超える大口径ウェーハになれば、ボイド欠陥などを含まないインゴットの引き上げがさらに困難になることから、結晶欠陥フリーのシリコンウェーハの作製は、さらに難しくなると予想される。
【０００４】
このような課題を解決する従来技術として、シリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜を成長させる方法が知られている。
一般に、エピタキシャル成長プロセスでは、その第１ステップとして、シリコンウェーハに対して１１００℃以上の高温での水素ベーキングが行われている。これにより、表面酸化膜の除去およびウェーハ表面に存在するボイド欠陥の穴埋めを行う。しかしながら、直径３００ｍｍを超える大口径ウェーハの場合では、エピタキシャル成長に伴う高温熱処理時におけるスリップの発生が懸念される。そのため、今後はエピタキシャルプロセスの低温化が必要になると予想される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１８１０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、低温エピタキシャル成長用のシリコンウェーハとして、表面にボイド欠陥が存在するものを採用した場合には、水素ベーク時の加熱温度が低く、ウェーハ表面のボイド欠陥の穴埋めが不十分となる。その結果、ウェーハ表面の微小な凹凸がエピタキシャル膜の表面に転写され、またはボイド欠陥を起点としてエピタキシャル膜中に欠陥が生じることで、最終的にデバイス特性の劣化を招いてしまう。
【０００７】
そこで、発明者は鋭意研究の結果、単結晶シリコンに比べて吸光係数が高い加工ダメージからなる加工変質層、アモルファスシリコンおよび多結晶シリコンに着目した。すなわち、単結晶シリコンからなるシリコンウェーハの表層に、研削により得られる加工変質層のみを形成するか、この加工変質層の表面にアモルファスシリコン膜または多結晶シリコン膜を成膜する。次に、レーザ光などの高エネルギ光を、（１）単結晶シリコンは溶融しないものの、シリコン単結晶より吸光係数が高い加工変質層は溶融する液相エピタキシーの熱処理条件または溶融を伴わない固相エピタキシーの熱処理条件で加熱するか、（２）単結晶シリコンは溶融しないものの、シリコン単結晶より吸光係数が高い加工変質層とこれに堆積されたアモルファスシリコン膜または多結晶シリコン膜とが溶融する液相エピタキシーの熱処理条件または溶融を伴わない固相エピタキシーの熱処理条件で加熱し、その後、これを冷却して固化することで、単結晶シリコンからなるエピタキシャル膜とすれば、上述の問題は解消することを知見し、この発明を完成させた。
【０００８】
この発明は、エピタキシャル成長時の加熱に伴うスリップの発生を無くし、かつウェーハ表面のボイド欠陥に起因したエピタキシャル膜の表面粗さの低下を解消することができるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、単結晶シリコンからなるシリコンウェーハの表面を研削し、該シリコンウェーハの表層に加工ダメージによる加工変質層を形成する変質層形成工程と、前記加工変質層を、高エネルギ光の照射による溶融を伴う液相エピタキシーの熱処理条件か、前記高エネルギ光の照射による溶融を伴わない固相エピタキシーの熱処理条件で加熱し、その後、冷却することで、単結晶シリコンからなるエピタキシャル膜とする熱処理工程とを備えたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法である。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、単結晶シリコンからなるシリコンウェーハの表面を研削し、シリコンウェーハの表層に加工ダメージによる加工変質層を形成する（変質層形成工程）。その後、加工変質層を高エネルギ光の照射による溶融を伴う液相エピタキシーの熱処理条件か、高エネルギ光の照射による溶融を伴わない固相エピタキシーの熱処理条件で加熱し、冷却して固化する。熱処理された加工変質層が冷却されて固化する際、この加工変質層の固液界面において、シリコンウェーハの固体領域（単結晶シリコン）の結晶性を引き継ぎ、加工変質層（シリコン）が単結晶シリコンからなるエピタキシャル膜となる。単結晶シリコンに比べて加工変質層は吸光係数が高い。そのため、光加熱式のアニール炉を使用すれば、単結晶シリコンからなるシリコンウェーハが融点（１４１２℃）に達する前に、液相エピタキシーまたは固相エピタキシーにより、加工変質層を単結晶シリコンからなるエピタキシャル膜に改質することができる。ここでいう「結晶性を引き継ぐ」とは、シリコンウェーハの固体領域の結晶面や結晶方位を継承することをいう。
【００１１】
すなわち、疑似的ながらエピタキシャル成長を可能とし、従来のエピタキシャル成長の加熱に伴うシリコンウェーハのスリップの発生を無くすことができる。しかも、仮にウェーハ表面にボイド欠陥が存在している場合でも、ウェーハ表面を研削した後の加工変質層の溶融により、表面の平坦度が高いエピタキシャル膜が得られる。その結果、ウェーハ表面のボイド欠陥に起因したエピタキシャル膜の表面粗さの低下を解消することができる。
【００１２】
シリコンウェーハとしては、単結晶シリコンウェーハ、あるいはＳＯＩウェーハを採用することができる。
「シリコンウェーハの表面」とは、デバイスが形成される面をいう。
研削は、例えば表面研削装置を用いて、所定の回転速度で回転中の研削砥石をシリコンウェーハの表面に押し付けることで行われる。これにより、ウェーハ表層に加工ダメージ層である加工変質層が形成される。具体的には、♯１７０〜♯８００の研削砥石を用いてウェーハ表面を研削したとき、厚さ（深さ）が１１〜３４μｍの加工変質層が形成される。加工変質層の厚さは、デバイス活性層に応じて研磨砥石の番定を設計（変更）すればよい。
加工変質層は、アモルファスシリコンと同様に、単結晶シリコンに比べて吸光係数が高い。
【００１３】
熱処理工程では、シリコンウェーハの表面において、融点以上に加熱されて溶融するか融点近くまで加熱された加工変質層が、単結晶シリコン構造に反映した液相エピタキシャル成長または固相エピタキシャル成長を行い、加工変質層は単結晶シリコンのエピタキシャル膜となる。
【００１４】
熱処理方法は、加工変質層を溶融する条件での加熱としてもよい。このとき、加工変質層が、単結晶シリコンからなるシリコンウェーハの加工変質層との界面を基準とし、固体領域であるシリコンウェーハの加工変質層との界面を含む結晶性を引き継いで単結晶化する（液相エピタキシー）。
一方、固相エピタキシーの場合には、加工変質層を溶融させず、融点付近までの加熱に止める。これにより、加工変質層が、シリコンウェーハの加工変質層との界面を基準とし、固体領域である支持基板用ウェーハの結晶面を含む結晶性を引き継いで単結晶化する。
また、液相エピタキシャル成長または固相エピタキシャル成長されたエピタキシャル膜の比抵抗の調整は、加工変質層中に予めドーパントを規定量導入することで対応できる。
【００１５】
光加熱方法としては、例えば各種のランプアニール法（スパイククランプアニール法、フラッシュランプアニール法など）、レーザアニール法（レーザスパイクアニール法など）を採用することができる。
高エネルギ光としては、例えばランプ光、レーザ光などを採用することができる。高エネルギ光の照射エネルギは装置仕様により大きく変わるものの、可能な限りエネルギの高いものの方が処理時間の短縮が図れて好ましい。
【００１６】
例えば、加工変質層を溶融させる場合には、レーザ波長に依存するがレーザエネルギ密度を１〜２０Ｊ／ｃｍ２とする。１Ｊ／ｃｍ２未満では、溶融時間が長くなりすぎて生産性が低下する。また、２０Ｊ／ｃｍ２を超えれば、生産性は高まるが装置コストの問題が生じる。高エネルギ光の好ましい照射エネルギは、２〜５Ｊ／ｃｍ２である。この範囲であれば、市販のレーザアニール装置を使用することができる。また、例えば、加工変質層の溶融を伴わない場合のレーザエネルギ密度は、前記溶融を伴う場合の条件から１０％程度低い値とする。
また、レーザ種はエキシマレーザ、固体レーザ、半導体レーザなどシリコン内部に侵入可能な波長のレーザが適用される。また、２種類以上の波長のレーザ光をシリコン表面から照射してもよい。高エネルギ光としてランプ光を用いる場合には、例えば５００℃〜１３５０℃に設定させ、数ミリ秒から数分間加熱すればよい。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、前記変質層形成工程から前記熱処理工程までの間に、前記加工変質層にドーパントをイオン注入し、前記熱処理工程では、溶融した前記加工変質層に、前記ドーパントが拡散される請求項１に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法である。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、ドーパントのイオン注入量は、例えばボロンを１．３３×１０１４〜１．４６×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となるように設定すればよい。
ドーパントのイオン注入エネルギは、対象となる加工変質層の厚さ（深さ）より注入深さが浅くなるように設定すればよい。好ましくは加工変質層の表層近傍にドーパントを注入した方が、イオン注入装置に負荷をかけず、また中電流イオン注入装置などを使用することができ、イオン電流も大きくなって生産性が高まる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、単結晶シリコンからなるシリコンウェーハの表面を研削し、該シリコンウェーハの表層に加工ダメージによる加工変質層を形成する変質層形成工程と、該変質層形成工程後、前記加工変質層の表面にアモルファスシリコン膜または多結晶シリコン膜を堆積させる堆積工程と、該堆積工程後、前記加工変質層に堆積された前記アモルファスシリコン膜または多結晶シリコン膜と前記加工変質層とを、高エネルギ光の照射による溶融を伴う液相エピタキシーの熱処理条件か、高エネルギ光の照射による溶融を伴わない固相エピタキシーの熱処理条件で加熱し、その後、冷却することで、単結晶シリコンからなるエピタキシャル膜とする熱処理工程とを備えたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法である。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、単結晶シリコンからなるシリコンウェーハの表面を研削し、シリコンウェーハの表層に加工ダメージによる加工変質層を形成する（変質層形成工程）。その後、加工変質層の表面にアモルファスシリコン膜または多結晶シリコン膜を、例えばＣＶＤ（化学的気相成長）法などの薄膜成長法により堆積させる（堆積工程）。次に、この堆積されたアモルファスシリコン膜または多結晶シリコン膜と加工変質層とを、高エネルギ光の照射による溶融を伴う液相エピタキシーの熱処理条件か、高エネルギ光の照射による溶融を伴わない固相エピタキシーの熱処理条件で加熱し、その後、これを冷却して固化する（熱処理工程）。熱処理されたシリコンが固化する際、この熱処理されたシリコンの固液界面において、固体領域（単結晶シリコン）の結晶性を引き継ぎ、この熱処理されたシリコンが単結晶シリコンからなるエピタキシャル膜となる。単結晶シリコンに比べて加工変質層、アモルファスシリコンおよび多結晶シリコンは吸光係数が高い。特に、アモルファスシリコンは１桁程高いと言われている。そのため、光加熱式のアニール炉を使用すれば、単結晶のシリコンウェーハが融点に達する前に、加工変質層上のアモルファスシリコン膜または多結晶シリコン膜と、加工変質層とが溶融し、その後、これを冷却、固化してエピタキシャル膜に改質することができる。
【００２１】
しかも、仮にウェーハ表面にボイド欠陥が存在する場合でも、ウェーハ表面を研削しての加工変質層の形成によって、これを除去することができる。また、続く加工変質層へのシリコン膜の堆積直後、加工変質層の表面凹凸に起因した微小凹凸がシリコン膜の表面に転写された場合でも、続く熱処理工程でシリコン膜を液相エピタキシーの熱処理条件または固相エピタキシーの熱処理条件で熱処理することにより、これを溶失させることができる。その結果、表面の平坦度が高いエピタキシャル膜が得られる。
また、溶融後に液相エピタキシャル成長されたシリコン膜の比抵抗の調整は、アモルファスシリコン膜または多結晶シリコン膜中に予めドーパントを規定量導入することで対応できる。
【００２２】
ここでいう「堆積」とは、エピタキシャル成長を含まないアモルファスシリコン膜または多結晶シリコンの成長をいう。
アモルファスシリコン膜または多結晶シリコン膜を堆積させる方法としては、例えば気相成長法を採用すればよい。その他、スパッタ法などでもよい。
気相成長法としては、例えば常圧気相成長法、減圧気相成長法、有機金属気相成長法等を採用することができる。
気相成長装置としては、１枚ずつシリコンウェーハを処理する枚葉型、複数枚のシリコンウェーハを同時に処理可能なパンケーキ型、バレル型、ホットウォール型、クラスタ型でもよい。
気相成長法で使用される反応ガス（ソースガス）の成分としては、例えばＳｉＨ４を採用することができる。また、キャリアガスの成分としては、水素を採用することができる。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、前記堆積工程では、ドーパントガスを使用する気相成長法が採用された請求項３に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法である。
【００２４】
ドーパントガスの成分としては、ｎ形として、例えばＰＨ３（フォスフィン），ＡｓＨ３（アルシン）などを採用することができる。また、ｐ形として、例えばホウ素（Ｂ）を採用することができる。
ドーパント濃度は、顧客のデバイスに応じて仕様が異なるので一概に決められない。一般的には１Ω・ｃｍ以上１００Ω・ｃｍ以下となるように、ｐ型の場合、１．３３×１０１４〜１．４６×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とする。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、前記堆積工程から前記熱処理工程までの間に、前記アモルファスシリコン膜または多結晶シリコン膜にドーパントをイオン注入し、前記熱処理工程では、溶融した前記アモルファスシリコン膜または多結晶シリコン膜に、前記ドーパントが拡散される請求項３または請求項４に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法である。
【００２６】
ドーパントのイオン注入量は、前述したように例えばボロンを１．３３×１０１４〜１．４６×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となるように設定すればよい。
ドーパントのイオン注入エネルギは、対象となるアモルファスシリコン膜や多結晶シリコン膜の厚さより注入深さが浅くなるように設定すればよい。好ましくはアモルファスシリコン膜や多結晶シリコン膜の表層近傍にドーパントを注入した方が、イオン注入装置に負荷をかけず、また中電流イオン注入装置などを使用することができ、イオン電流も大きくなって生産性が高まる。
【００２７】
請求項６に記載の発明は、前記高エネルギ光がレーザ光またはランプ光である請求項１〜請求項５のうち、何れか１項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法である。
特に、レーザ光を採用した場合には、レーザスキャン速度や照射時間を任意に変更できるので、固化速度などを変更可能で、得られるエピタキシャル膜の品質を改善することができる。
【００２８】
レーザ光としては、例えば、エキシマレーザやＹＡＧレーザの第３高調波（波長３５５ｎｍ）のパルスレーザ光、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ、Ｎｄ：ガラスファイバレーザ、Ｎｄ：ＹＶ０４レーザ、Ｙｂ：ＹＡＧレーザなどの第２高調波、第３高調波、第４高調波などを採用することができる。また、レーザ光はパルス照射でも連続照射の何れでもよく、またビーム幅はシリコンウェーハの直径以上にした方が均一に溶融できるので好ましい。
レーザ光の照射エネルギ、レーザ光の照射パルス数、レーザ光のパルス幅は、レーザ光の種類に応じてそれぞれ選択される。
ランプ光としては、例えば、ＲＴＡ（ラピッド・サーマル・アニーリング）装置やＦＬＡ装置（フラッシュ・ランプ・アニーリング）を用いることができる。また、固層エピタキシャル成長させる場合には、通常の抵抗加熱炉を用いてもよい。
【００２９】
請求項７に記載の発明は、前記熱処理工程後、前記エピタキシャル膜の表面を研磨する請求項１〜請求項６のうち、何れか１項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法である。
【００３０】
請求項７に記載の発明によれば、熱処理工程後、エピタキシャル膜の表面を研磨するので、仮にエピタキシャル膜の表面に微小な凹凸欠陥が存在しても、市販のエピタキシャルシリコンウェーハと同等の表面平坦度を得ることができる。
【００３１】
エピタキシャル膜の表面の研磨量は、エピタキシャル膜の厚さより少なくするのは当然であるが、研磨により平坦度劣化を防ぐためにできるだけ少なくする。すなわち、研磨代は凹凸欠陥高さを研磨除去できるだけの大きさである。例えば５〜１０００ｎｍである。５ｎｍ未満では、現状のＣＭＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ）装置では表面を均一に研磨するのが困難であり、逆に研磨代が大きいと平坦度を劣化させる可能性がある。
【発明の効果】
【００３２】
請求項１に記載の発明によれば、単結晶のシリコンウェーハの表面を研削し、ウェーハ表層に加工変質層を形成後、加工変質層を高エネルギ光の照射により、溶融を伴う液相エピタキシーの熱処理条件か、溶融を伴わない固相エピタキシーの熱処理条件で加熱し、その後、冷却して固化する。加工変質層は、単結晶シリコンに比べて吸光係数が高いので、光加熱すれば、単結晶のシリコンウェーハが融点に達する前に加工変質層が溶融し、固化してエピタキシャル膜に改質することができる。その結果、液相エピタキシャル成長または固相エピタキシャル成長を可能とし、従来の気相エピタキシャル成長に伴う加熱時に発生していたスリップを無くすことができる。
しかも、仮にウェーハ表面にボイド欠陥が存在している場合でも、ウェーハ表面の研削およびその後の加工変質層の溶融により、表面の平坦度が高いエピタキシャル膜が得られる。その結果、ウェーハ表面のボイド欠陥に起因したエピタキシャル膜の表面粗さの低下を解消することができる。
【００３３】
また、請求項３に記載の発明によれば、単結晶のシリコンウェーハの表面を研削し、ウェーハ表層に加工変質層を形成後、加工変質層の表面にアモルファスシリコン膜または多結晶シリコン膜を堆積させる。その後、堆積されたシリコン膜と加工変質層とを、高エネルギ光の照射による溶融を伴う液相エピタキシーの熱処理条件か、溶融を伴わない固相エピタキシーの熱処理条件で加熱する。次に、これを冷却して固化することで、熱処理されたシリコンをエピタキシャル膜に改質することができる。その結果、エピタキシャル膜の液相エピタキシャル成長または固相エピタキシーを可能とし、従来の気相エピタキシャル成長に伴う加熱時に発生していたスリップを無くすことができる。
しかも、仮にウェーハ表面にボイド欠陥が存在する場合でも、ウェーハ表面を研削しての加工変質層の形成によって、これを除去することができる。また、続く加工変質層へのシリコン膜の堆積直後、加工変質層の表面凹凸に起因した微小凹凸がシリコン膜の表面に転写された場合でも、続く熱処理工程でシリコン膜を溶融することにより、これを溶失させることができる。その結果、表面の平坦度が高いエピタキシャル膜が得られる。
【００３４】
特に、請求項７に記載の発明によれば、熱処理工程後、前記エピタキシャル膜の表面を研磨するので、仮にエピタキシャル膜の表面に微小な凹凸欠陥が存在しても、市販のエピタキシャルシリコンウェーハと同等の表面平坦度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１ａ】この発明の実施例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法に使用されるシリコンウェーハの縦断面図である。
【図１ｂ】この発明の実施例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法の変質層形成工程を示すシリコンウェーハの縦断面図である。
【図１ｃ】この発明の実施例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法の熱処理工程を示すシリコンウェーハの縦断面図である。
【図１ｄ】この発明の実施例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法のエピタキシャル膜の成膜状態を示すシリコンウェーハの縦断面図である。
【図１ｅ】この発明の実施例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法のエピタキシャル膜の研磨工程を示すシリコンウェーハの縦断面図である。
【図２ａ】この発明の実施例２に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法に使用されるシリコンウェーハの縦断面図である。
【図２ｂ】この発明の実施例２に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法のシリコンウェーハの変質層形成工程を示すシリコンウェーハの縦断面図である。
【図２ｃ】この発明の実施例２に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法の堆積工程を示すシリコンウェーハの縦断面図である。
【図２ｄ】この発明の実施例２に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法の熱処理工程を示すシリコンウェーハの縦断面図である。
【図２ｅ】この発明の実施例２に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法のエピタキシャル膜の成膜状態を示すシリコンウェーハの縦断面図である。
【図２ｆ】この発明の実施例２に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法の研磨工程を示すシリコンウェーハの縦断面図である。
【図３ａ】この発明の実施例３に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法に使用されるシリコンウェーハの縦断面図である。
【図３ｂ】この発明の実施例３に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法の変質層形成工程を示すシリコンウェーハの縦断面図である。
【図３ｃ】この発明の実施例３に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法の熱処理工程を示すシリコンウェーハの縦断面図である。
【図３ｄ】この発明の実施例３に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法のエピタキシャル膜の成膜状態を示すシリコンウェーハの縦断面図である。
【図３ｅ】この発明の実施例３に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法の研磨工程を示すシリコンウェーハの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、この発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例】
【００３７】
この発明の実施例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を説明する。
チョクラルスキー法により直径２００ｍｍ、初期酸素濃度１．３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の空孔リッチなボイド欠陥が存在するシリコン単結晶インゴットを引き上げる。その際、ドーパントとしてボロンを、シリコン単結晶インゴットの比抵抗が２ｍΩ・ｃｍとなるまで添加する。得られたシリコン単結晶インゴットには、ブロック切断、外径研削およびスライスの各工程が順次施される。これにより、表面にボイド欠陥が多数存在するシリコンウェーハが作製される。
【００３８】
次に、図１ａ〜図１ｅのフローシートを参照して、このシリコンウェーハを用いたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を説明する。
図１ａに示すように、まず上述した製造方法によりシリコンウェーハ１０を準備する。
次いで、シリコンウェーハ１０を、枚葉式の片面研削装置２０のウェーハ保持板に吸着し、シリコンウェーハ１０の表面を、＃８００のカップ型レジノイド研削砥石２０ａにより研削する（図１ｂ、研削工程）。このときのウェーハ表層の研削量は８０μｍである。これにより、ウェーハ表層に厚さ１１μｍの加工ダメージからなる加工変質層１０ａが形成される。
【００３９】
それから、研削されたシリコンウェーハ１０を、真空下、あるいはヘリウムガス雰囲気またはアルゴンガス雰囲気のレーザアニール炉（パルス方式）に挿入する。ここで、加工変質層１０ａに、Ｎｄ：ＹＬＹレーザ光（波長５２７ｎｍ）を、エネルギ密度４．５Ｊ／ｃｍ２で照射する（図１ｃ、熱処理工程）。これにより、加工変質層１０ａが溶けて溶融シリコン層１１となる。
前述したように、加工変質層１０ａは、単結晶シリコンに比べて吸光係数が１桁程高い加工ダメージ層である。そのため、レーザアニール炉を使用し、前述した条件でエキシマレーザ光（高エネルギ光）を照射すれば、加工変質層１０ａより吸光係数が低い単結晶のシリコンウェーハ１０は溶けず、加工変質層１０ａのみが溶融する。
【００４０】
その後、溶融シリコン層１１を冷却し、固化することで、加工変質層１０ａのみが単結晶のエピタキシャル膜１２に変質する（図１ｄ）。このようにレーザアニール炉を使用すれば、単結晶のシリコンウェーハ１０が融点に達する前に加工変質層１０ａが溶融される。その後、溶融シリコン層１１が冷却され、固化されるが、溶融されたシリコン（加工変質層１０ａ）の固液界面において、固体領域であるシリコンウェーハ１０の結晶性を引き継ぎ、単結晶シリコンのエピタキシャル膜１２が成長される。
【００４１】
すなわち、疑似的ながらエピタキシャル成長を可能とし、従来の（気相）ピタキシャル成長の加熱に伴うシリコンウェーハのスリップの発生を無くすことができる。しかも、仮にシリコンウェーハ１１の表面にボイド欠陥が存在する場合でも、ウェーハ表面を研削後、加工変質層１０ａを溶融させるので、表面の平坦度が高いエピタキシャル膜１２が得られる。その結果、ウェーハ表面のボイド欠陥に起因したエピタキシャル膜１２の表面粗さの低下を解消することができる。
実際に、研削工程において、研削砥石の番手が＃１７０、♯３２５、♯８００の３種類のレジノイド研削砥石によりシリコンウェーハの表面を研削した。得られた加工変質層１０ａの厚さは、走査型電子顕微鏡を用いた測定の結果、＃１７０の場合で３４μｍ、♯３２５の場合で２６μｍ、♯８００の場合で１１μｍであった。
【００４２】
次に、シリコンウェーハ１０を、その溶融された部分を下に向け、キャリアプレートを介して、枚葉式の研磨装置の研磨ヘッドの下面に貼着し、ウェーハ表層を例えば研磨量０．０５μｍ程度で化学的機械的研磨する。その結果、エピタキシャルシリコンウェーハ３０が作製される（図１ｅ）。
これにより、仮にレーザ照射後のシリコン表面に凹凸が生じたとしても、溶融時に単結晶シリコンの場合より低い温度でボイド欠陥や転位クラスタを消滅させ、ウェーハの表面粗さを小さくすることができる。しかも、このような効果が、単結晶シリコン（融点１４１２℃）を溶融可能な高出力の光加熱式のアニール炉に比べて低出力の光加熱式のアニール炉で得られる。そのため、アニール炉の低コスト化および光加熱源の長寿命化が図れる。
【００４３】
次に、図２ａ〜図２ｆのフローシートを参照して、この発明の実施例２に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を説明する。
この実施例２のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法は、以下の点を特徴としている。すなわち、シリコンウェーハ１０（図２ａ）の表層に、加工変質層１０ａを形成し（図２ｂ）、この加工変質層１０ａの表面にアモルファスシリコン膜１３を、ＣＶＤ（化学的気相成長）法により堆積させる（図２ｃ、堆積工程）。その後、アモルファスシリコン膜１３および加工変質層１０ａにエキシマレーザ光を照射し、これらを溶融して実施例１の場合に比べて厚肉な溶融シリコン層１１Ａを形成する（図２ｄ、熱処理工程）。次いで、溶融シリコン層１１Ａを冷却し、これを固化することで、溶融シリコン層１１Ａを厚肉なエピタキシャル膜１２Ａに変質させる（図２ｅ）。そして、変質後のエピタキシャル膜１２Ａの表面を化学的機械的研磨することで、エピタキシャルシリコンウェーハ３０Ａが作製される（図２ｆ）。
【００４４】
アモルファスシリコン膜１３の堆積方法は、２００〜４００℃に設定されたＣＶＤ炉内に、加工変質層１０ａが形成されたシリコンウェーハ１０を投入し、水素ガスをベースにして、シランガス、必要に応じてジボロランガスを導入し、アモルファスシリコン膜１３を２μｍ堆積させる。
なお、アモルファスシリコン膜１３に代えて多結晶シリコン膜を堆積させてもよい。多結晶シリコンの堆積方法としては、ＣＶＤ装置に温度５００℃〜７５０℃程度の温度域で、例えば減圧化によりモノシランガスを導入し、多結晶シリコンを堆積させる方法などを採用することができる。
【００４５】
なお、必要に応じて、堆積工程でアモルファスシリコン膜１３にドーパントを添加してもよく、またはドーパントを添加するのではなく、堆積工程から熱処理工程までの間に、アモルファスシリコン膜１３の内部に、その表面からドーパントをイオン注入してもよい。この場合には、以下のイオン注入工程が行われる。
まず、アモルファスシリコン膜１３付きのシリコンウェーハ１０を中電流イオン注入装置の炉内に挿入し、７０ｋｅＶの加速電圧で所定濃度となるようにドーパントをイオン注入する。これにより、ウェーハ表面から深さ３００ｎｍ付近の位置に注入ピーク領域を有したイオン注入領域部が形成される。ドーパントのイオン注入を採用した場合、熱処理工程において、アモルファスシリコン膜１３の全域にドーパントが均一に拡散される。
【００４６】
Ｎｄ：ＹＬＹレーザ光の照射条件は、波長５２７ｎｍ、エネルギ密度４．５Ｊ／ｃｍ２で、シリコンウェーハ１０の表面全域に照射する。これにより、アモルファスシリコン膜１３だけでなく加工変質層１０ａも同時に溶融され、厚肉な溶融シリコン１１Ａとなる。その後、これを冷却して固化することで厚肉なエピタキシャル膜１２Ａが得られる。
このように構成したので、仮に堆積直後のアモルファスシリコン膜１３の表面に、加工変質層１０ａの表面凹凸に起因した微小凹凸が転写された場合でも、その後のアモルファスシリコン膜１３および加工変質層１０ａの溶融により、表面の平坦度が高いエピタキシャル膜１２Ａが得られる。こうして、エピタキシャルシリコンウェーハ３０Ａが作製される。
その他の構成、作用および効果は、実施例１とから推測可能な範囲であるので、説明を省略する。
【００４７】
次に、図３のフローシートを参照して、この発明の実施例３に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を説明する。
この実施例３のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法は、以下の点を特徴としている。すなわち、シリコンウェーハ１０（図３ａ）の表層に、加工変質層１０ａを形成し（図３ｂ）、その後、シリコンウェーハ１０をフラッシュランプ炉内に挿入する。次に、１２５０℃まで炉内温度を高めて、ミリ秒レベルの時間だけ加熱する。
【００４８】
これにより、加工変質層１０ａが、溶融を伴わないシリコン１１Ｂとなる（図３ｃ）。その結果、シリコンウェーハ１０がその溶融を伴わないシリコン層１１Ｂとの界面を基準とし、固体領域の結晶面を含む結晶性を引き継いで、溶融を伴わないシリコン層１１Ｂが単結晶化する。その後、シリコンウェーハ１０を炉外へ取り出す。これにより、溶融を伴わないシリコン層１１Ｂをエピタキシャル膜１２Ｂに変質させる（図３ｄ）。そして、変質後のエピタキシャル膜１２Ｂの表面を化学的機械的研磨することで、エピタキシャルシリコンウェーハ３０Ｂが作製される（図３ｅ）。
その他の構成、作用および効果は、実施例１とから推測可能な範囲であるので、説明を省略する。
【符号の説明】
【００４９】
１０  シリコンウェーハ、
１０ａ  加工変質層、
１２，１２Ａ，１２Ｂ  エピタキシャル膜、
１３  アモルファスシリコン膜、
３０，３０Ａ，３０Ｂ  エピタキシャルシリコンウェーハ。
【図１ａ】
2010192544.tif 000003
【図１ｂ】
2010192544.tif 000004
【図１ｃ】
2010192544.tif 000005
【図１ｄ】
2010192544.tif 000006
【図１ｅ】
2010192544.tif 000007
【図２ａ】
2010192544.tif 000008
【図２ｂ】
2010192544.tif 000009
【図２ｃ】
2010192544.tif 000010
【図２ｄ】
2010192544.tif 000011
【図２ｅ】
2010192544.tif 000012
【図２ｆ】
2010192544.tif 000013
【図３ａ】
2010192544.tif 000014
【図３ｂ】
2010192544.tif 000015
【図３ｃ】
2010192544.tif 000016
【図３ｄ】
2010192544.tif 000017
【図３ｅ】
2010192544.tif 000018