(57)【要約】【課題】デバイスが形成される表層のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消滅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】チョクラルスキー法により引き上げられたシリコン単結晶インゴットをウェーハ加工して得られたシリコンウェーハの表層にレーザ光やランプ光などの高エネルギ光を照射し、この表層のみを溶融（溶融工程）させる。その結果、シリコンウェーハの表層に存在する結晶引上げに起因したＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消滅させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法により引き上げられたシリコン単結晶インゴットをウェーハ加工することで得ら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、結晶引上げに起因したＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消滅させるシリコンウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記表層の溶融部分は、デバイス形成領域を含む請求項１に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記表層の溶融後、前記シリコンウェーハの表面を研磨する請求項１〜請求項２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表層の高品質化が図れる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、ＣＯＰ（Ｃｒｙｔｓｔａｌ  Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ）などの空孔がこのインゴットに導入され、多数のＣＯＰが凝集し、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完全結晶からなるウェーハの要請がなされている。これは、結晶育成時の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、ＣＯＰなどの点欠陥の発生を抑えてボイド欠陥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（特許文献１）。しかしながら、現状、結晶引き上げの制御のみでは、インゴットの特定領域だけにしか完全結晶であるシリコン単結晶は達成されていない。また、完全結晶を育成させる引き上げ条件でも完全結晶領域を除けばボイド欠陥存在領域、酸素析出物形成領域や転位発生する領域が存在する。特に転位発生領域は、全く顧客には出荷されない不良結晶となっている。
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。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−０４４０８７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、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ボイド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、結晶育成時に欠陥フリーであるインゴットの引き上げがさらに困難になると予想される。
【０００６】
そこで、発明者は鋭意研究の結果、単結晶シリコン製のシリコンウェーハの表層をレーザビーム照射やランプ加熱によってウェーハ表層のみを短時間で溶融、固化させれば、デバイスが形成されるウェーハ表層のボイド欠陥、酸素析出核や、これまで適用できなかった転位発生部位などの結晶引上げに起因したＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消滅可能であることを知見し、この発明を完成させた。
【０００７】
この発明は、デバイスが形成される表層のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消滅させ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、チョクラルスキー法により引き上げられたシリコン単結晶インゴットをウェーハ加工することで得ら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、結晶引上げに起因したＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を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、チョクラルスキー法により引き上げられたシリコン単結晶インゴットをウェーハ加工して得られたシリコンウェーハの表層に高エネルギ光を照射し、この表層のみを溶融（溶融工程）させる。その結果、表層に存在する結晶引上げに起因したＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消滅させることができる。
【００１０】
シリコンウェーハは、チョクラルスキー法により引き上げられたシリコン単結晶インゴットをウェーハ加工して得られた単結晶シリコンウェーハ（ＣＺウェーハ）である。
溶融工程では、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。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、エキシマーレーザ光、固体レーザ光、ＩＲレーザ光などを採用することができる。レーザ光は単一波長のためシリコン侵入深さ領域で全て熱に変化される。そのため、それぞれの固有波長を有するレーザ光を選定すれば、溶融深さを制御することができる。また、同一波長または波長の相違した２波長レーザ光を採用してもよい。さらに、レーザ光の照射は、連続照射でもパルス照射でもよい。
高エネルギ光の照射エネルギは、０．１〜２０Ｊ／ｃｍ２である。０．１Ｊ／ｃｍ２未満では生産性が低下する。また、２０Ｊ／ｃｍ２を超えれば、相当数のレーザ発振器を装置（レーザアニール炉）に取り込まなければならず、装置コストが高くなるとともにメンテナンスも困難になる。高エネルギ光の好ましい照射エネルギは、１〜１０Ｊ／ｃｍ２である。この範囲であれば、市販の装置に数台のレーザ発振器を追加することにより対応できる。
【００１２】
シリコン溶融後の固化速度については、溶融付近での溶融されていない領域の温度が高いほど結晶性が高まる傾向にある。すなわち、固化速度が遅ければ表面凹凸が低減する。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記表層の溶融部分は、デバイス形成領域を含む請求項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、前記溶融領域がデバイス形成領域を含む領域であるため、溶融によるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の消滅によりデバイスの歩留まりが高まる。
【００１５】
シリコンウェーハの表層のうち、デバイスが形成されるデバイス形成領域の深さは、デバイス品種により相違しているが、少なくとも表面から０．１μｍ以上５μｍ以下とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、前記表層の溶融後、前記シリコンウェーハの表面を研磨する請求項１〜請求項２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。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、溶融工程後、シリコンウェーハの表面を研磨するので、ビーム幅がシリコンウェーハの直径より短い場合に、ウェーハ表面に発生した表面平坦度劣化領域、例えば微小な凹凸欠陥が存在しても、市販の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。
【００１８】
シリコンウェーハの表面の研磨量は、１ｎｍ〜１μｍである。１ｎｍ未満では、ウェーハ全面を均一に研磨することが困難になる。１μｍを超えれば、生産性低下や研磨代が大きければ逆に精度劣化を引き起こす。好ましい研磨量は、５ｎｍ〜１００ｎｍである。この範囲であれば研磨による平坦度劣化を誘発せず、かつ研磨工程の生産性低下も引き起こさない。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の発明によれば、チョクラルスキー法により引き上げられたシリコン単結晶インゴットをウェーハ加工して得られたシリコンウェーハの表層に高エネルギ光を照射し、この表層のみを溶融させる。その結果、表層に存在する結晶引上げに起因したＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消滅させることができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明によれば、シリコン溶融領域がデバイス活性層を含むので、デバイス特性に悪影響をおよぼす領域でのＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の消滅によりデバイス特性を高めることができる。
【００２１】
また、請求項３に記載の発明によれば、溶融工程後、シリコンウェーハの表面を研磨するので、仮に溶融工程後のウェーハ表面に微小な凹凸欠陥が存在しても、市販の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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、この発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例１】
【００２３】
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直径２００ｍｍ、比抵抗が１０ｍΩ・ｃｍ、初期酸素濃度１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の空孔リッチでＧｒｏｗｎ−ｉｎ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。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、表面に多くのボイド欠陥が存在する多数枚の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、エッチングが順次施された。
【００２４】
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。
まず、最終研磨されたシリコンウェーハ１０を窒素雰囲気下にしたパルス方式のレーザアニール炉に挿入する。ここで、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（波長５３２ｎｍ、パルス幅２００ナノ秒、照射エネルギ１０Ｊ／ｃｍ２）を、ウェーハ表面に照射する（図１（ａ）、溶融工程）。これにより、シリコンウェーハ１０の表層１１の全域のみが溶融し、表層１１に存在する結晶引上げに起因したボイド欠陥、転位クラスタ、酸素析出核などのＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥ａが消滅する（図１（ｂ））。
【００２５】
次に、表層１１Ａを有したシリコンウェーハ１０を、その表層１１Ａ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１１Ａを研磨量５０ｎｍ程度で、化学的機械的研磨する（図１（ｃ））。このように、表層１１Ａの溶融、固化後、シリコンウェーハ１０の表面を研磨するので、仮に溶融工程後のウェーハ表面に微小な凹凸欠陥が存在しても、市販のシリコンウェーハ１０と同等の表面平坦度を得ることができる。
【００２６】
以下、この発明のシリコンウェーハ１０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の成長条件で得られた直径２００ｍｍ、初期酸素濃度１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、比抵抗１０Ω・ｃｍの単結晶シリコンインゴットを引き上げ、このインゴットのうち、空孔濃度が高い領域から格子間シリコン濃度が高い領域を選別してシリコンウェーハを作製した。これにより、表層にＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が存在する多数枚のシリコンウェーハが得られた。
次いで、シリコンウェーハの一部の領域に、銅デコレーション法と呼ばれる微小欠陥評価を行った。その結果、多数のボイド欠陥がリングパターン状に発生していることが確認された（図２）。
【００２７】
（比較例２）
また、同じくボイド欠陥が発生する条件で引き上げられた直径２００ｍｍの単結晶シリコンインゴットを引き上げ、シリコンウェーハを作製した。得られたシリコンウェーハの表面に存在するＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｐｏｉｎｔ  Ｄｅｆｅｃｔｓ）を、テンコール社製のレーザ表面検査装置（ＳＰ−１）により観察した。その結果、ウェーハ中央部にＬＰＤが高濃度に存在する領域があった。
【００２８】
その後、上記比較例１，２の中から８枚のシリコンウェーハをそれぞれ抜き取り、レーザーテック社製のＭａｇｉｃｓと呼ばれる表面欠陥観察装置を用い、表面に存在するボイド欠陥またはＬＰＤの位置を記録した。これにより、比較例１はリングパターン状のボイド欠陥発生を確認することができた。また、比較例２は、ウェーハ中央部にディスク状にＣＯＰが集中していることが確認された。
【００２９】
（試験例１，２）
次に、比較例１，２のシリコンウェーハを４枚ずつ抜き出し、これらをパルス方式の窒素雰囲気下のレーザアニール炉に１枚ずつ挿入した。レーザ光は、ＹＡＧレーザ（波長５３２ｎｍ、パルス幅２００ナノ秒、照射エネルギ５Ｊ／ｃｍ２）と、シリコン表層溶融領域の加熱補助する目的で半導体レーザ（波長７９５ｎｍ、連続発振）を用いて、ウェーハ表面の全域に照射した。これにより、ウェーハ表面から２μｍ程度の深さ領域が溶融し、その後、これを冷却して固化させることで、試験例１のシリコンウェーハ（比較例１に対応）と、試験例２のシリコンウェーハ（比較例２に対応）とを作製した。
【００３０】
次に、比較例１，２のシリコンウェーハと、試験例１，２のシリコンウェーハとの表面状態を蛍光投下および集光灯下のもとで観察した。その結果、試験例１，２のウェーハのみ表面が白く曇った。そこで、試験例１，２のシリコンウェーハを２枚ずつ抜き取り、化学的機械的研磨（ＣＭＰ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を行って、ウェーハ表面から１００ｎｍの深さ領域を除去した。その後、再び集光灯下のもとでウェーハ表面状態を観察したところ、製品ウェーハと同等レベルの鏡面状態であることを確認した。
【００３１】
また、比較例１，２のシリコンウェーハと、試験例１，２のシリコンウェーハとについて、前記Ｍａｇｉｃｓの表面欠陥観察装置を用いて、先に測定した同点座標位置の欠陥を観察した。その結果、試験例１，２のシリコンウェーハのみ、欠陥が消滅していることが確認できた。さらに、試験例１，２のシリコンウェーハの表面をレーザ表面検査装置（ＳＰ−１）により観察し、ウェーハ全面にわたりＬＰＤの集中発生した領域が観察されないことを確認した。これにより、シリコンウェーハの表面近傍を溶融、固化させれば、単結晶シリコンインゴットの引き上げ時に形成されるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を完全に消滅できることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【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】従来手段に係るシリコンウェーハの製造方法により得られたシリコンウェーハの表面のボイド欠陥の発生状態を示す表面欠陥検出画像である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  シリコンウェーハ、
１１，１１Ａ  表層、
ａ  Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥。
【図１】
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【図２】
2010087375.tif 000004