(57)【要約】【課題】デバイスが形成される表層の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について提案する。【解決手段】シリコン単結晶インゴットからウェーハ加工を経て得られた、シリコンウェーハの表面の酸化膜を除去し、次いで、非酸化性雰囲気中での高エネルギ光の照射にて該シリコンウェーハの表層を溶融して再度固化させる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶インゴットからウェーハ加工を経て得られた、シリコンウェーハの表面の酸化膜を除去し、次いで、非酸化性雰囲気中での高エネルギ光の照射にて該シリコンウェーハの表層を溶融して再度固化させ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２】
前記酸化膜の除去は、ＨＦ溶液によるウェットエッチング、ＨＦガスエッチング、紫外線励起ＨＦエッチング、紫外線励起Ｆ２／Ｈ２エッチング、ＨＦ／ＣＨ３ＯＨガスエッチングおよびＨＦ／ＣＨ３ＣＯＯＨガスエッチングのうちのいずれか少なくとも一つにて行うことを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記酸化膜の除去は、酸化膜除去装置にて行い、該酸化膜除去装置から酸化膜除去後のウェーハを取り出した後、光加熱方式のアニール装置へ当該ウェーハを挿入して、高エネルギ光を照射することを特徴とする請求項１または２に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記シリコンウェーハの溶融は、少なくともデバイス活性層を含む厚みにわたることを特徴とする請求項１ないし３に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記シリコンウェーハの溶融は、少なくとも０．５μｍの深さ領域を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項６】
前記シリコンウェーハの溶融は、少なくとも１．０μｍの深さ領域を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか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】
本発明は、シリコンウェーハ、特に欠陥のない表層を有するシリコンウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの材料となるシリコンウェーハは、例えばチョクラルスキー法（Czochralski  Method：ＣＺ法）によりシリコン単結晶を成長させ、得られたシリコン単結晶に切断や研磨等のウェーハ加工を施すことにより作製される。
【０００３】
このシリコン単結晶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ボイド欠陥（ＣＯＰ）となることが知られている。かような結晶育成時の欠陥は、デバイス形成時の歩留り低下を招くことは勿論、デバイス性能にも悪影響を及ぼすために、特にデバイスを形成する表層に欠陥のないウェーハの提供が希求されている。
【０００４】
特に、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（ＣＯＰ）などを完全に消滅させた完全結晶からなるウェーハの提供が望まれている。
【０００５】
ここで、特許文献１には、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（ＣＯＰ）を縮小または消滅させることが、提案されている。しかしながら、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得られていないのが現状である。すなわち、結晶を育成させる引き上げ条件の制御では、完全結晶領域を部分的に作製することは可能であるが、ボイド欠陥（ＣＯＰ）の他にも、酸素析出物や転位の発生を回避するのは困難であった。
とりわけ、直径が３００ｍｍを超える大口径ウェーハになると、結晶育成時に欠陥のないインゴットの引き上げはさらに困難になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３３０３１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、デバイスが形成される表層の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について提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは、ウェーハ表層の欠陥を消滅させる手法について鋭意究明したところ、単結晶シリコン製のシリコンウェーハの表層をレーザ光などの高エネルギ光の照射によってウェーハ表層のみを短時間で溶融して再度固化（再結晶化）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（ＣＯＰ）や酸素析出核、さらには、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諸欠陥を消滅可能であることを見出した。次に、レーザビーム照射によってウェーハ表層のみを溶融して再度固化させる際の条件について、さらに検討したところ、高エネルギ光の照射域にて表面に「クラック」が発生する場合があることが判明した。
【０００９】
このウェーハ表面の「クラック」は、ウェーハ全面ではなく、一部に発生することがあり、発生した場合は目視で確認でき、表面の平坦度を阻害する上、ウェーハの強度が低下するなどの不都合をも招くことから、製品において解消しておくことが肝要である。
【００１０】
そこで、「クラック」の発生原因について鋭意究明したところ、高エネルギ光の照射によってウェーハの表層に高濃度の酸素などの不純物が混入し、この混入物によって表層に歪みが生じる結果、「クラック」が発生すること、この不純物はウェーハ表面に生成した酸化膜に由来していること、をそれぞれ見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
（１）シリコン単結晶インゴットからウェーハ加工を経て得られた、シリコンウェーハの表面の酸化膜を除去し、次いで、非酸化性雰囲気中での高エネルギ光の照射にて該シリコンウェーハの表層を溶融して再度固化させることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【００１２】
（２）前記酸化膜の除去は、ＨＦ溶液によるウェットエッチング、ＨＦガスエッチング、紫外線励起ＨＦエッチング、紫外線励起Ｆ２／Ｈ２エッチング、ＨＦ／ＣＨ３ＯＨガスエッチングおよびＨＦ／ＣＨ３ＣＯＯＨガスエッチングのうちのいずれか少なくとも一つにて行うことを特徴とする前記（１）に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【００１３】
（３）前記酸化膜の除去は、酸化膜除去装置にて行い、該酸化膜除去装置から酸化膜除去後のウェーハを取り出した後、光加熱方式のアニール装置へ当該ウェーハを挿入して、高エネルギ光を照射することを特徴とする前記（１）または（２）に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【００１４】
（４）前記シリコンウェーハの溶融は、少なくともデバイス活性層を含む厚みにわたることを特徴とする前記（１）ないし（３）に記載のシリコンウェーハの製造方法。
【００１５】
（５）前記シリコンウェーハの溶融は、少なくとも０．５μｍの深さ領域を含むことを特徴とする前記（１）ないし（４）のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法。
【００１６】
（６）前記シリコンウェーハの溶融は、少なくとも１．０μｍの深さ領域を含むことを特徴とする前記（１）ないし（５）のいずれかに記載のシリコンウェーハの製造方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、デバイスが形成される表層に欠陥がなく、かつ表面性状の良好なシリコンウェーハを製造することができる。
特に、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には、結晶引上げに起因したＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が表層に存在するが、該表層に高エネルギ光を照射し、この表層のみを溶融させれば、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消滅させることができる。
【００１８】
従って、シリコン溶融をデバイス活性層が含まれる領域に行うことによって、デバイス特性に悪影響をおよぼす領域でのＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が消滅されるから、デバイス特性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の方法を具体的に説明する。
まず、シリコン単結晶インゴットからシリコンウェーハをウェーハ加工する。シリコン単結晶インゴットには、例えば、チョクラルスキー法により引き上げた、インゴットを供する。このシリコン単結晶インゴットを、ブロックに切断したのち、外径研削およびスライスの各工程が施される。このウェーハには、表面に多くのボイド欠陥（ＣＯＰ）が存在するのが通例である。その後、各シリコンウェーハには、面取り、ラッピングおよびエッチングのウェーハ加工が順次施される。
【００２０】
かくして得られたウェーハには、表層のＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を消滅させるために、高エネルギ光を照射して表層のみを溶融させるが、この高エネルギ光の照射に先立ち、ウェーハ表面の酸化膜を除去することが肝要である。酸化膜の除去は、高エネルギ光を照射するウェーハの片面に施せば十分であるが、ウェーハの両面に施しても構わない。
【００２１】
すなわち、ウェーハ加工を経たシリコンウェーハは、表面の酸化が不可避であり、かように生成した酸化膜を除去してから、ウェーハの表面に高エネルギ光を照射することが、該照射後に表面クラックを発生させないためには必須である。
【００２２】
ここに、酸化膜の除去は、ＨＦ溶液によるウェットエッチング、または、ＨＦガスエッチング、紫外線励起ＨＦエッチング、紫外線励起Ｆ２／Ｈ２エッチング、ＨＦ／ＣＨ３ＯＨガスエッチング、ＨＦ／ＣＨ３ＣＯＯＨガスエッチングなどのドライエッチングを用いることができる。
【００２３】
また、酸化膜の除去は、例えば前記のいずれかのエッチング処理をするための酸化膜除去装置にて実施し、該酸化膜除去装置からウェーハを取り出した後、光加熱方式のアニール装置へウェーハを挿入して、高エネルギ光を照射するか、または、光加熱方式のアニール装置内において、高エネルギ光の照射前に実施することができる。
なお、アニール装置内で酸化膜を除去する場合は、高エネルギ光を照射する加工チャンバ内で酸化膜除去を実施するか、または、他のチャンバ内で酸化膜を除去した後にウェーハを加工チャンバへ搬送して実施するか、のいずれかを採用できる。
【００２４】
次いで、酸化膜を除去したウェーハ表面に、非酸化性雰囲気中での高エネルギ光、例えばレーザ光照射にて、該シリコンウェーハの表層を溶融して再度固化させる。
すなわち、表面の酸化膜を除去したシリコンウェーハを、非酸化性、例えば窒素雰囲気としたパルス方式のレーザアニール炉に挿入する。ここで、レーザ光を、ウェーハ表面に照射する。これにより、シリコンウェーハの表層のみが全域にわたって溶融し、表層に存在する結晶引上げに起因したボイド欠陥（ＣＯＰ）をはじめ、転位クラスタ、酸素析出核などのＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が消滅する。このレーザ照射による溶融後は再度固化（再結晶化）させることにより、表層は無欠陥層となる。
【００２５】
ここで、表層の溶融は、少なくともデバイス活性層の厚みが確保される深さ領域を含むことが好ましい。なぜなら、デバイス特性に悪影響をおよぼす領域でのＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が消滅されるため、デバイス特性を高めることができるからである。
なお、溶融、固化後のウェーハ表面を化学的機械的研磨する場合は、研磨後にデバイス活性層の厚みが確保されるように、研磨での取り代を考慮して、表層の溶融深さを深くする。具体的には、表層の溶融は、少なくとも０．５μｍの深さ領域、より好ましくは、少なくとも１．０μｍの深さ領域を含むことが好ましい。
【００２６】
また、表層の溶融は、光加熱方式のアニール装置により行うことができる。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）が適合する。
【００２７】
高エネルギ光には、例えばランプ光やレーザ光などを用いることができる。レーザ光としては、エキシマレーザ光、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、単一波長であるため、シリコン侵入深さ領域で全て熱に変換される。従って、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、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。パルス照射のパルス幅は、１０〜２０００ｎｓであることが好ましい。
【００２８】
高エネルギ光の照射エネルギは、０．１〜２０Ｊ／ｃｍ２であることが好ましい。すなわち、０．１Ｊ／ｃｍ２未満では生産性が低下する。一方、２０Ｊ／ｃｍ２を超えると、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。コストの観点から、高エネルギ光の照射エネルギは、１〜１０Ｊ／ｃｍ２であることがより好ましい。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十分対応できるからである。なお、照射エネルギが高いほどクラックが発生し易いことから、本発明で所期する効果は照射エネルギが２Ｊ／ｃｍ２以上で顕著であり、照射エネルギが３Ｊ／ｃｍ２以上で特に顕著である。
【００２９】
なお、非酸化性雰囲気には、窒素のほか、ＡｒやＨｅの単独または複合が適している。とりわけ、Ｈｅは熱伝導率が高いため、ウェーハ表層の温度勾配を小さくでき、レーザ光の走査跡を低減できることから、Ｈｅ雰囲気にて行うことが好ましい。
【００３０】
さらに、シリコン溶融後の固化速度については、特に限定する必要はないが、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り、表面凹凸が低減するため、固化速度が遅い方が好ましい。
【００３１】
一方、表層を溶融、固化後のシリコンウェーハは、該表層（無欠陥層）を研磨することも可能である。すなわち、無欠陥層を形成したシリコンウェーハは、例えば、無欠陥層を下に向けた状態にて、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装着し、ウェーハ表面を化学的機械的研磨にて５０ｎｍ程度を研磨することができる。このような、シリコンウェーハ表面の研磨を施せば、仮に溶融工程後のウェーハ表面に微小な凹凸が導入された場合にあっても、通常のシリコンウェーハ製品と同等の表面平坦度を与えることができる。
【実施例１】
【００３２】
以下、本発明のシリコンウェーハの製造方法を、実施例に基づき、具体的に説明する。
まず、シリコンウェーハとして、次の素材（Ａ）および（Ｂ）を用意した。
（Ａ）：チョクラルスキー法（ＣＺ法）による単結晶シリコンインゴット
直径：２００ｍｍ
初期酸素濃度：１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３
比抵抗：１０Ω・ｃｍ
（Ｂ）：フローティングゾーン法（ＦＺ法）による単結晶シリコンインゴット
直径：１５０ｍｍ
初期酸素濃度：１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３
比抵抗：１３０Ω・ｃｍ
【００３３】
これらのウェーハについて、表層欠陥を調査した。ここで、表層欠陥は、ウェーハ表面検査装置にて０．５μｍの深さ範囲について、ボイド欠陥（ＣＯＰ）の有無を調査したものである。その調査結果を表１に示す。
【００３４】
次いで、ウェーハ種毎に、一部のウェーハについて、０．５％ＨＦ溶液に１０分間浸漬して、自然酸化膜を除去した。エッチングに用いるＨＦ溶液の濃度は、自然酸化膜を除去できれば特に限定する必要はないが、０．５〜５％が好ましい。また、処理時間は自然酸化膜の膜厚やＨＦ溶液の濃度によっても異なるが、例えば、０．５〜１０分が好ましい。
【００３５】
その後、全てのウェーハを、パルス方式の種々の雰囲気下のレーザアニール炉に１枚ずつ挿入し、表層の溶融処理を施した。レーザ光は、ＹＡＧレーザ（波長５３２ｎｍ、パルス幅１００ｎｓ、照射エネルギ５Ｊ／ｃｍ２）を用いて、ビーム幅２ｍｍのビームを、ステージをＸＹスキャンさせることによって、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１．０μｍの深さ領域が溶融し、その後、これを冷却して固化させた。
【００３６】
かくして得られたウェーハにつき、表層欠陥並びに表面クラックを調査した。なお、表面クラックは、発生の有無を目視で観察した後、その密度を光学顕微鏡にて調査した。表層欠陥についてはいずれのウェーハも認められなかった。また、表面クラックについての調査結果は、表１に併記する。
【００３７】
【表１】
2011091092.tif 000002
注）
（＊）表層欠陥高：ボイド欠陥（ＣＯＰ）密度＞１×１０5／ｃｍ３
表層欠陥低：ボイド欠陥（ＣＯＰ）密度＜１×１０5／ｃｍ３
（**）表面クラック評価    ○：クラック発生無し
△：低密度のクラックが発生
×：高密度のクラックが発生