(57)【要約】【課題】研磨に起因したシリコンウェーハの表面の局所的な凹凸欠陥を縮小または消滅でき、これによりデバイスの歩留まりを高めることが可能なシリコンウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】シリコンウェーハの表面を研磨後、ウェーハ表層のみを高エネルギ光の照射により溶融させる。これにより、研磨に起因して発生したシリコンウェーハの表面の局所的な凹凸欠陥を縮小または消滅させることができる。その結果、デバイスの歩留まりを高めることができる。【選択図】図１
2010103450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が研磨されたシリコンウェーハの表層のみを、高エネルギ光の照射により溶融させ、前記研磨に起因した前記シリコンウェーハの表面の局所的な凹凸欠陥を縮小または消滅させるシリコンウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記表層の溶融される部分の深さが１００ｎｍ以下である請求項１に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記高エネルギ光はレーザ光で、
該レーザ光の照射は、前記シリコンウェーハの表面の一端から他端へスキャンすることを１回とし、
前記レーザ光のスキャン方向に直交するビーム幅は、前記シリコンウェーハの直径以上で、
各回の照射が該シリコンウェーハの表面の全域に及ぶように、前記レーザ光を前記シリコンウェーハの表面に１回または複数回照射し、前記シリコンウェーハの表層を溶融させる請求項１または請求項２に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記溶融後、冷却して固化した前記シリコンウェーハを焼鈍する請求項１〜請求項３のうち、何れか１項に記載の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研磨工程における研磨キズを低減または消滅させ、デバイスの歩留まりを高めるシリコンウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デバイス形成部門からは、ウェーハ表面に形成される電子回路のさらなる微細化の実現に対応するため、ウェーハ表面の欠陥の大幅な低減が要求されている。その欠陥の主な発生原因としては、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、空孔がインゴットに導入され、多数の空孔が凝集して生成されたボイド欠陥などが挙げられる。シリコンウェーハ表面にボイド欠陥が存在する場合にＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ）と呼ばれるピットになる。
その他にも表面欠陥として、研磨に起因したウェーハ表面の局所的な凹凸欠陥が知られている（特許文献１）。この研磨時の欠陥（研磨欠陥）は、凹みであるスクラッチや、微小な高さを有した突起（微小突起）である。スクラッチや微小突起は、研磨時に研磨砥粒やスラリーが凝集し、その状態で研磨を継続することで起きると推測される。
【０００３】
従来、この研磨を起因したウェーハ表面の局所的な凹凸欠陥を縮小または消滅させる技術として、研磨砥粒サイズを縮小させたものを使用したり、研磨速度を遅くすることが、シリコンウェーハの量産プロセスで実施されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３０３９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このように従来は、研磨起因のウェーハ表面の局所的な凹凸欠陥を縮小または消滅させるため、研磨砥粒の小サイズ化、研磨速度の低速化により対処していた。そのため、製品ウェーハの生産性が低下し、コスト高を招いていた。
【０００６】
そこで、発明者は鋭意研究の結果、表面が研磨されたシリコンウェーハの表層のみを、レーザビーム照射やランプ加熱により短時間で溶融、固化させれば、研磨に起因したシリコンウェーハの表面の局所的な凹凸欠陥を縮小または消滅可能で、したがって電子回路をさらに微細化しても、デバイスの高い歩留まりが得られることを知見し、この発明を完成させた。
【０００７】
この発明は、研磨に起因したシリコンウェーハの表面の局所的な凹凸欠陥を縮小または消滅することが可能で、これによりデバイスの歩留まりを高めることができるシリコンウェーハの製造方法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】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、表面が研磨されたシリコンウェーハの表層のみを、高エネルギ光の照射により溶融させ、前記研磨に起因した前記シリコンウェーハの表面の局所的な凹凸欠陥を縮小または消滅させるシリコンウェーハの製造方法である。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、シリコンウェーハの表面を研磨後、ウェーハ表層のみを高エネルギ光の照射により溶融させる。これにより、研磨に起因して発生したシリコンウェーハの表面の局所的な凹凸欠陥を縮小または消滅させることができる。その結果、デバイスの歩留まりを高めることができる。
【００１０】
シリコンウェーハとしては、例えば単結晶シリコンウェーハ（ＣＺウェーハ）、ＳＯＩウェーハなどを採用することができる。
表層の溶融では、光加熱方式のアニール装置によりシリコンウェーハの表層が溶融される。
ここでいう「研磨」とは、研磨量が５〜２０μｍと大きい粗研磨でも、研磨量が１〜０．０１μｍと小さい仕上げ研磨などでもよい。
光加熱方式としては、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。
【００１１】
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。レーザ光の場合、エキシマレーザ光、グリーンレーザ光などを採用することができる。また、２波長以上のレーザ光を照射してもよい。レーザ光はパルス光、連続光いずれでもよい。ウェーハ表層に対するレーザ光の照射エリアは、ウェーハ表面の特定の欠陥領域を狙って照射してもよく、ウェーハ表面の全域に照射でもよい。
【００１２】
「研磨に起因したシリコンウェーハの表面の局所的な凹凸欠陥」とは、研磨時に研磨砥粒やスラリーが凝集し、その凝集状態のまま、研磨を継続することで発生するウェーハ表面のスクラッチや微小突起である。
この凹凸欠陥の高さは最大で１０ｎｍ程度である。そのため、ウェーハ表層の溶融深さは、５ｎｍ以上であればほとんどの欠陥を消滅または縮小させることができる。したがって、レーザ光の波長としては、ウェーハ表面からの侵入深さが短い短波長、例えば３００ｎｍ程度の波長を選択すれば、シリコンウェーハの極表層で光を効率よく熱に変換することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記表層の溶融される部分の深さが１００ｎｍ以下である請求項１に記載のシリコンウェーハの製造方法である。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、表層の溶融される部分の深さを１００ｎｍ以下としたので、従来のレーザ装置のレーザ出力やレーザ照射時間の範囲内で対処することができ、特殊なレーザ装置の作製による装置コスト高を招いたり、生産性の低下を招いたりしない。
【００１５】
表層の溶融される部分の深さが１００ｎｍ以上では、レーザ出力を大きくするか、またはレーザ照射を長く照射する必要があり、装置コスト高や生産性の低下を招く。表層の溶融される部分の好ましい深さは５〜２０ｎｍである。この範囲であれば、ウェーハ表層が溶融されることでの局所的な平坦度低下は観察されない。表層の溶融部分の深さが５ｎｍ未満では、研磨起因のウェーハ表面の局所的なウェーハ表面の凹凸欠陥が残存するおそれがある。これは、前述したように凹凸欠陥の平均高さが５〜１０ｎｍであるためである。ウェーハ表層（深さ５〜２０ｎｍ）を、例えば波長３０８ｎｍのエキシマレーザを用いて溶融させる場合のエネルギ密度は、レーザ装置の出力条件は０．１〜５Ｊ／ｃｍ２、パルス幅は２０〜２０００ｎｓである。さらに好ましい出力は０．５〜２．０Ｊ／ｃｍ２である。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、前記高エネルギ光はレーザ光で、該レーザ光の照射は、前記シリコンウェーハの表面の一端から他端へスキャンすることを１回とし、前記レーザ光のスキャン方向に直交するビーム幅は、前記シリコンウェーハの直径以上で、各回の照射が該シリコンウェーハの表面の全域に及ぶように、前記レーザ光を前記シリコンウェーハの表面に１回または複数回照射し、前記シリコンウェーハの表層を溶融させる請求項１または請求項２に記載のシリコンウェーハの製造方法である。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、レーザ光のビーム幅をシリコンウェーハの直径以上とし、しかも１回のレーザ光の照射のみ、または、複数回に分けて照射を行うことで、ウェーハ表層の全域を１回のレーザ光の照射で溶融させることができる。ただし、複数回の照射時には、各回の照射がウェーハ表面の全域に及ぶようにレーザ光を照射する。これにより、従来のビーム幅がウェーハ直径より短い高エネルギ光を、互いの端部が重なるようにスキャン照射する場合に比べて、溶融工程の時間短縮を図れる。しかも、ウェーハ表層の全域にわたって、均一な深さで溶融させることができる。
【００１８】
すなわち、従来のビーム幅が短いレーザ光を利用してスキャン照射する際には、レーザ光が互いの端部を重ね合わせて照射される。そのため、レーザ光が重なった部分が、他の部分に比べて深く溶融され、ウェーハ表面の平坦度が低下する。しかしながら、この発明ではレーザ光のビーム幅をシリコンウェーハの直径以上とし、かつ各回の照射をシリコンウェーハの表面の全域に及ぶように行うので、このような問題は生じない。
レーザ光のビーム幅は、シリコンウェーハの口径に応じて適宜変更される。例えば、２００ｍｍウェーハに照射されるレーザ光のビーム幅は２００ｍｍ以上である。
ここでいうビーム幅とは、レーザ発生器の出力開口から照射されるレーザ光の幅（レーザ光のスキャン方向と直交する長さ）をいう。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、前記溶融後、冷却して固化した前記シリコンウェーハを焼鈍する請求項１〜請求項３のうち、何れか１項に記載のシリコンウェーハの製造方法である。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、溶融後に、冷却し固化したシリコンウェーハは、表層のみが溶融、固化している。そのため、表層の界面付近に内部応力が発生する場合がある。そこで、シリコンウェーハを焼鈍することで、この内部応力を緩和することができる。
焼鈍条件は、例えば４００〜１２００℃での１秒以上の加熱である。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に記載の発明によれば、シリコンウェーハの表面を研磨後、ウェーハ表層のみを高エネルギ光の照射により溶融させる。これにより、研磨に起因したシリコンウェーハの表面の局所的な凹凸欠陥を縮小または消滅させることができる。その結果、デバイスの歩留まりを高めることができる。
この発明は、シリコンウェーハが大口径化するとともに、研磨起因のウェーハ表面の欠陥が増加するので、将来的には直径が３００ｍｍを超える大口径シリコンウェーハに対して、極めて重要な手法となると推察される。
【００２２】
特に、請求項２に記載の発明によれば、表層の溶融される部分の深さを１００ｎｍ以下としたので、従来のレーザ装置のレーザ出力やレーザ照射時間の範囲内で対処することができる。これにより、設備コストが高くてレーザ照射時間が長い特殊なレーザ装置を使用せずとも、既存のレーザ装置での対応が可能で、レーザ照射時間が長くなることでの生産性の低下も招いたりしない。
【００２３】
請求項３に記載の発明によれば、レーザ光のビーム幅をシリコンウェーハの直径以上とし、１回の高エネルギ光の照射のみまたは複数回に分けたレーザ光の照射でシリコンウェーハの表層の全域を溶融させるので、溶融工程の時間短縮が図れるとともに、ウェーハ表層の全域にわたって、均一な深さ領域を溶融させることができる。なお、複数回に分けたレーザ光の照射の場合には、各回のレーザ光の照射が、ウェーハ表面の全域に及ぶように照射を行う。
【００２４】
請求項４に記載の発明によれば、高エネルギ光による表層のみを溶融し、その後、冷却して溶融部分が固化したシリコンウェーハに対して、焼き鈍しを行う。これにより、表層のみの溶融、固化に起因するウェーハ表層の界面付近に発生した内部応力を緩和することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、この発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例１】
【００２６】
この発明の実施例１に係る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ボイド欠陥が成長しない条件で育成された直径２００ｍｍ、比抵抗が１０ｍΩ・ｃｍ、初期酸素濃度１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のシリコン単結晶インゴットを引き上げる。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得られた。その後、シリコンウェーハには、面取り、ラッピング、エッチングおよび研磨が順次施される。研磨は、１次研磨、２次研磨、仕上げ研磨からなる３段階の研磨である。
【００２７】
次に、図１のフローシートを参照して、ウェーハ加工を含むその後のシリコンウェーハの製造方法を説明する。
仕上げ研磨されたシリコンウェーハ１０をＨＦ溶液に浸漬して自然酸化膜を除去し、その後、シリコンウェーハ１０をヘリウム雰囲気下にしたレーザアニール炉に挿入する。ここで、研磨に起因した微小な凹凸欠陥ａの形成領域を含むシリコンウェーハ１０の表面全域に、ウェーハ直径より短いビーム幅（２ｍｍ）のエキシマレーザ光（波長３０８ｎｍ：高エネルギ光）を、照射エネルギ密度１Ｊ／ｃｍ２、パルス幅２０ｎｓで照射しながら往復スキャンする（図１（ａ）、図２）。これにより、深さ１０ｎｍの表層１１が溶融され、冷却後再結晶化した表層１１Ａとなる（図１（ｂ））。その結果、研磨に起因して発生したシリコンウェーハ１０の表面の局所的な凹凸欠陥ａが消滅する。よって、デバイスの歩留まりを高めることができる。ビーム幅とは、レーザ発生器の出力開口から照射されるレーザ光の幅、すなわちレーザ光のスキャン方向と直交する長さをいう。
【００２８】
次に、図３を参照して、この発明の実施例２に係るシリコンウェーハの製造方法を説明する。
実施例２のシリコンウェーハの製造方法では、ビーム幅をウェーハ直径より大きい２３０ｍｍとしたエキシマレーザ光（波長３０８ｎｍ）を使用し、シリコンウェーハ１０の一端から他端へ向かって１回のスキャンで、シリコンウェーハ１０の表層１１の全域を溶融させる（図３）。
溶融後、冷却して固化したシリコンウェーハ１０を焼鈍する。具体的には、シリコンウェーハ１０をランプアニール炉に挿入し、シリコンウェーハ１０をアルゴンガスの雰囲気で、７００℃で１０秒間加熱し、その後、冷却する。このようにシリコンウェーハ１０の表層１１のみをレーザ溶融した場合、冷却、固化後の表層１１Ａの界面付近に内部応力が発生する。そこで、次工程でシリコンウェーハ１０を焼鈍することにより、この内部応力を緩和することができる。
その他の構成、作用および効果は、実施例１と略同じであるので説明を省略する。
【００２９】
以下、この発明のシリコンウェーハの製造方法を、試験例および比較例に基づき、具体的に説明する。
（比較例１）
実施例１に記載されたシリコン単結晶インゴットの引き上げ条件、ウェーハ加工条件で得られた研磨済みのシリコンウェーハ２５枚を比較例１とした。そのうち、１枚のシリコンウェーハの表面に対して、ケーエルエーテンコール社製の表面検査装置（ＳＰ−１）を用いて、０．１２μｍ以上のパーティクルや欠陥などの散乱物の位置と個数とを測定した。得られた位置情報に基づき、その位置に存在する欠陥種の形状を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により観察した。その結果、この欠陥種は突状欠陥の微小突起や凹み欠陥であるスクラッチであった（図４および図５）。このうち、微小突起の高さは８．７ｎｍであった（図６）。同じ評価を、全てのシリコンウェーハについても行ったところ、同様の結果が得られた。
【００３０】
（試験例１）
比較例１で使用したシリコンウェーハに対して、実施例１に記載された酸化膜の除去条件で、その表面の自然酸化膜を除去した。その後、実施例１に記載されたビーム幅が短いエキシマレーザ光によるレーザアニール条件で、シリコンウェーハの表層（深さ１０ｎｍ）の全域を溶融させた。溶融後、冷却したシリコンウェーハに対して、比較例１で事前に把握していたウェーハ表面上の凹凸欠陥の座標を、再び原子間力顕微鏡により観察した。その結果、研磨に起因して発生したウェーハ表面の局所的な凹凸欠陥が消滅していることが明らかとなった。これにより、デバイスの歩留まりを高めることができた。
しかしながら、ビーム走査時、互いの端部が重なるようにレーザ光を複数回に分けてウェーハ表面に照射した領域には、このビームの重なりに起因した新たな凹凸欠陥（欠陥サイズは５ｎｍ程度）が発生していた。
今回の条件では、レーザ照射後に新たに凹凸欠陥が発生したが、レーザ照射エネルギを小さくするか、照射時間を短くすれば凹凸欠陥は低減可能と推測される。ただし、生産性の低下を招くおそれがある。
【００３１】
（試験例２）
ここでは、レーザアニール時に実施例２のビーム幅をウェーハ直径より大きい２３０ｍｍとしたエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ）を使用し、シリコンウェーハの一端から他端へ向かって１回のみのスキャンを行い、ウェーハ表層の全域を溶融させた。その後、事前に把握していたウェーハ表面上の凹凸欠陥の座標を、原子間力顕微鏡により観察した。その結果、研磨起因のウェーハ表面の凹凸欠陥が消滅していた。また、このようにエキシマレーザ光のビーム幅をウェーハ直径より大きくし、１回のレーザ光の照射のみでウェーハ表層の全域を溶融させるので、溶融工程の時間短縮が図れた。しかも、ウェーハ表層の全域にわたって、均一な深さ領域を溶融させることができた。
その他の構成、作用および効果は、試験例１と同じであるので説明を省略する。
【００３２】
（試験例３）
ここでは、実施例１で得られたシリコンウェーハを、ランプアニール炉に挿入し、実施例２の焼鈍条件（７００℃、１０秒）で、シリコンウェーハを焼鈍した。得られたシリコンウェーハについて、事前に把握していたウェーハ表面上の凹凸欠陥の座標を、原子間顕微鏡により観察した。その結果、ウェーハ表面の研磨起因の凹凸欠陥の存在は確認できなかった。
また、ラマン分光法による残留応力測定装置を使用し、ウェーハ表層やその周辺に作用している内部応力を測定した。その結果、レーザ溶融のみのサンプルとレーザ溶融後の鈍化熱処理を施したサンプルでの応力差は観察されなかった。しかしながら、デバイスが微細構造となれば影響を及ぼすことも十分に考えられるので、鈍化処理を施した方が好ましい。
その他の構成、作用および効果は、試験例１と同じであるので説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の実施例１に係るシリコンウェーハの製造方法のフローシートである。
【図２】この発明の実施例１に係るシリコンウェーハの製造方法のウェーハ表層の溶融工程を示す平面図である。
【図３】この発明の実施例２に係るシリコンウェーハの製造方法のウェーハ表層の溶融工程を示す平面図である。
【図４】シリコンウェーハの表面に現出した研磨起因の微小突起の電子顕微鏡写真である。
【図５】シリコンウェーハの表面に現出した研磨起因のスクラッチキズの電子顕微鏡写真である。
【図６】シリコンウェーハの表面に現出した研磨起因の微小突起の表面検査装置による高さ等の測定結果である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  シリコンウェーハ、
１１，１１Ａ  表層、
ａ  研磨起因の凹凸欠陥。
【図１】
2010103450.tif 000003
【図２】
2010103450.tif 000004
【図３】
2010103450.tif 000005
【図４】
2010103450.tif 000006
【図５】
2010103450.tif 000007
【図６】
2010103450.tif 000008