(57)【要約】【課題】  簡便な方法で、所望の領域に確実にゲッタリング層を形成する方法を提供することを目的とする。【解決手段】  単結晶シリコンウェーハの内部にゲッタリング層を形成する方法であって、単結晶シリコンウェーハにレーザー光の照射を行い、前記単結晶シリコンウェーハの内部に前記レーザー光の集光点を合わせることによって、前記単結晶シリコンウェーハの内部の所定の領域を多結晶シリコン化し、前記ゲッタリング層としての多結晶シリコン層を形成するゲッタリング層の形成方法。【選択図】図１
2019212865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコンウェーハの内部にゲッタリング層を形成する方法であって、
単結晶シリコンウェーハにレーザー光の照射を行い、前記単結晶シリコンウェーハの内部に前記レーザー光の集光点を合わせることによって、前記単結晶シリコンウェーハの内部の所定の領域を多結晶シリコン化し、前記ゲッタリング層としての多結晶シリコン層を形成することを特徴とするゲッタリング層の形成方法。
【請求項２】
前記レーザー光の中心波長を９００〜１１００ｎｍとすることを特徴とする請求項１に記載のゲッタリング層の形成方法。
【請求項３】
前記レーザー光の集光点におけるピークパワー密度を１×１０８〜１×１０１２Ｗ／ｃｍ２とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のゲッタリング層の形成方法。
【請求項４】
前記多結晶シリコン層の厚さが１ｎｍ以上、１０μｍ以下となるように、前記レーザー光の照射条件を調整することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のゲッタリング層の形成方法。
【請求項５】
前記多結晶シリコン層を形成する深さを調整するために、下記式に基づいて照射条件を決定することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のゲッタリング層の形成方法。
Ｘｄ  ＝  １０−１１ｅｘｐ（０．０２８７λ）
但し、Ｘｄ：多結晶シリコン層の深さ（μｍ）、λ＝レーザー光の中心波長（ｎｍ）
【請求項６】
前記単結晶シリコンウェーハとして、ＦＺウェーハ、酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下のＣＺウェーハ、エピタキシャルウェーハのいずれかを用いることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のゲッタリング層の形成方法。
【請求項７】
ゲッタリング層が形成されたシリコンウェーハであって、
シリコンウェーハの表面から、第１の単結晶シリコン層、前記第１の単結晶シリコン層に接したゲッタリング層としての多結晶シリコン層、前記ゲッタリング層としての多結晶シリコン層に接した第２の単結晶シリコン層を有し、
前記第１の単結晶シリコン層の厚さが１μｍ以上、５００μｍ以下であることを特徴とするシリコンウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲッタリング能力を有するシリコンウェーハに関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶シリコンウェーハにゲッタリング能力を付与する方法として、ＲＴＡ等の熱処理によってウェーハ内部に酸素析出物を形成し、いわゆるイントリンシック・ゲッタリング（ＩＧ）効果を付与することが一般的に行われている（例えば、特許文献１）。
また、ＦＺウェーハ、低酸素ＣＺウェーハ及びエピタキシャルウェーハなどのように、酸素析出物を形成することが困難なウェーハに対しては、ゲッタリング能力を付与するために、ウェーハの裏面にＣＶＤ酸化膜等を形成し、エクストリンシックゲッタリング（ＥＧ）効果を付与することが行われている。（例えば、特許文献２）
また、最近では、Ｆｅなどの拡散速度の比較的遅い不純物に対してもゲッタリング能力を付与するため、エピタキシャルウェーハにイオン注入を行い、デバイス形成領域に近い領域にゲッタリング層を形成すること（いわゆる近接ゲッタリング）も行われている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３２６７９０号公報
【特許文献２】特開平５−２９３２３号公報
【特許文献３】国際公開第２０１５／０３４０７５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記イオン注入による近接ゲッタリングの形成では、イオン注入を行う前にウェーハ表面に酸化膜を形成したり、イオン注入後に酸化膜除去、結晶性回復熱処理工程等を行ったりする必要があった。このような工程は、ゲッタリング層形成に必要な工程を増加させ、スループットを低下させるという問題がある。また、工程数の増加により、様々な汚染を受ける機会も増加する。このため、工程数の少ない簡便な方法によりゲッタリング層を形成することが望まれていた。
【０００５】
そこで、本発明は、ゲッタリング層を形成する前にウェーハ表面に酸化膜を形成することや、ゲッタリング層を形成した後に結晶性回復熱処理工程を行う必要もない、簡便な方法で、しかも、所望の領域に確実にゲッタリング層を形成する方法、及び、単結晶シリコンウェーハの内部にゲッタリング層が形成された新規なシリコンウェーハ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】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、単結晶シリコンウェーハの内部にゲッタリング層を形成する方法であって、単結晶シリコンウェーハにレーザー光の照射を行い、前記単結晶シリコンウェーハの内部に前記レーザー光の集光点を合わせることによって、前記単結晶シリコンウェーハの内部の所定の領域を多結晶シリコン化し、前記ゲッタリング層としての多結晶シリコン層を形成するゲッタリング層の形成方法を提供する。
【０００７】
このようなゲッタリング層の形成方法によれば、単一の単結晶シリコンウェーハの内部に、イオン注入や貼り合わせなどの手法を用いることなく、簡便な手法でゲッタリング層を形成できる。また、ゲッタリング層を形成する処理の前にウェーハ表面に酸化膜等を形成する必要もなく、ゲッタリング層を形成した後に結晶性回復熱処理工程を行う必要もない。
【０００８】
このとき、前記レーザー光の中心波長を９００〜１１００ｎｍとすることができる。
【０００９】
これにより、単結晶シリコンウェーハの深さ方向の所定の範囲に、より効果的に単結晶シリコンを多結晶シリコンに変換することができる。
【００１０】
このとき、前記レーザー光の集光点におけるピークパワー密度を１×１０８〜１×１０１２Ｗ／ｃｍ２とすることができる。
【００１１】
これにより、より効果的に単結晶シリコンを多結晶シリコンに変換することができる。
【００１２】
このとき、前記多結晶シリコン層の厚さが１ｎｍ以上、１０μｍ以下となるように、前記レーザー光の照射条件を調整することができる。
【００１３】
これにより、より有効なゲッタリング能を有するゲッタリング層とすることができる。
【００１４】
このとき、前記多結晶シリコン層を形成する深さを調整するために、下記式に基づいて照射条件を決定することができる。
Ｘｄ  ＝  １０−１１ｅｘｐ（０．０２８７λ）
但し、Ｘｄ：多結晶層の深さ（μｍ）、λ＝レーザー光の中心波長（ｎｍ）
【００１５】
これにより、多結晶シリコン層を形成する深さを簡便に設定することができる。
【００１６】
このとき、前記単結晶シリコンウェーハとして、ＦＺウェーハ、酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下のＣＺウェーハ、エピタキシャルウェーハのいずれかを用いることができる。
【００１７】
これにより、酸素析出物を形成しにくいウェーハに対しても、有効なゲッタリング能力を付与することができる。
【００１８】
また、本発明は、ゲッタリング層が形成されたシリコンウェーハであって、シリコンウェーハの表面から、第１の単結晶シリコン層、前記第１の単結晶シリコン層に接したゲッタリング層としての多結晶シリコン層、前記ゲッタリング層としての多結晶シリコン層に接した第２の単結晶シリコン層を有し、前記第１の単結晶シリコン層の厚さが１μｍ以上、５００μｍ以下であることを特徴とするシリコンウェーハを提供する。
【００１９】
このようなシリコンウェーハによれば、単一の単結晶シリコンウェーハ中に多結晶シリコン層による有効なゲッタリング層を有する新規なシリコンウェーハとなる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明のゲッタリング層の形成方法によれば、単一の単結晶シリコンウェーハの内部に、イオン注入や貼り合わせなどの手法を用いることなく、簡便な手法でゲッタリング層を形成することが可能となる。また、本発明のシリコンウェーハによれば、単一の単結晶シリコンウェーハ中に多結晶シリコン層からなる有効なゲッタリング層を有する新規なシリコンウェーハとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のゲッタリング層の形成方法の概念図である。
【図２】本発明によるゲッタリング層の形成方法を含む加工フローの一例をウェーハの概略図とともに示した図である。
【図３】レーザーの中心波長と多結晶シリコン層が形成される深さの関係を示す。
【図４】実施例における、多結晶シリコン層が形成されたシリコンウェーハの断面ＳＥＭ像である。
【図５】本発明のシリコンウェーハのゲッタリング能力を検証した結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２３】
上述のように、ゲッタリング層を形成する前にウェーハ表面に酸化膜を形成することや、ゲッタリング層を形成した後に結晶性回復熱処理工程を行う必要もない、簡便な方法で、しかも、所望の領域に確実にゲッタリング層を形成する方法、及び、単結晶シリコンウェーハの内部にゲッタリング層が形成された新規なシリコンウェーハが求められていた。
【００２４】
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、単結晶シリコンウェーハの内部にゲッタリング層を形成する方法であって、単結晶シリコンウェーハにレーザー光の照射を行い、前記単結晶シリコンウェーハの内部に前記レーザー光の集光点を合わせることによって、前記単結晶シリコンウェーハの内部の所定の領域を多結晶シリコン化し、前記ゲッタリング層としての多結晶シリコン層を形成するゲッタリング層の形成方法により、単一の単結晶シリコンウェーハの内部に、イオン注入や貼り合わせなどの手法を用いることなく、簡便な手法で多結晶シリコン層からなるゲッタリング層を形成できることを見出し、本発明を完成した。
【００２５】
また、本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、ゲッタリング層が形成されたシリコンウェーハであって、シリコンウェーハの表面から、第１の単結晶シリコン層、前記第１の単結晶シリコン層に接したゲッタリング層としての多結晶シリコン層、前記ゲッタリング層としての多結晶シリコン層に接した第２の単結晶シリコン層を有し、前記第１の単結晶シリコン層の厚さが１μｍ以上、５００μｍ以下であるシリコンウェーハにより、単一の単結晶シリコンウェーハ中に有効なゲッタリング層を有する新規なシリコンウェーハとなることを見出し、本発明を完成した。
【００２６】
以下、図面を参照して説明する。
【００２７】
本発明者らは、シリコンウェーハに対してレーザー光を照射することにより、照射領域のシリコンを溶融させ、溶融したシリコンが再結晶する際に多結晶シリコン層が形成され、これがゲッタリング層として機能することを見出した。
【００２８】
図１に、本発明のゲッタリング層の形成方法の概念図を示す。単結晶シリコンウェーハ１の表面２側からレーザー光３を照射し、単結晶シリコンウェーハ１の内部に集光させ、集光部で単結晶シリコンを溶融、再結晶化することで多結晶シリコンに改質し、多結晶シリコン層４を形成する。
図２に、本発明に係る、単結晶シリコンウェーハ１の内部に多結晶シリコン層４を形成する工程フローを示す。
まず、単結晶シリコンウェーハ１を準備する。準備するウェーハは、ＦＺウェーハ、酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下のＣＺウェーハ、エピタキシャルウェーハ等を用いることができる。このような酸素析出物を形成しにくいウェーハに対して、本発明のゲッタリング層の形成方法を適用することで、有効なゲッタリング能力を付与することができる。
【００２９】
次に、単結晶シリコンウェーハ１に表面保護のための酸化膜５を形成してもよい。本発明のゲッタリング層としての多結晶シリコン層４の形成においては、後述のように単結晶シリコンウェーハ１をレーザー光が通過するだけであり、原理的に汚染の懸念がないため、イオン注入処理のように表面保護のための酸化膜５を形成する必要はない。しかしながら、表面保護のための酸化膜５の形成を排除するものではなく、汚染をより低レベルとするために、表面保護のための酸化膜５を形成してもよいことは言うまでもない。図２には、表面保護のための酸化膜５を形成する場合の工程フローを示す。
【００３０】
次に、単結晶シリコンウェーハ１にレーザー照射を行い、ウェーハの内部の一部の領域を溶融、再結晶化して多結晶シリコン化し、多結晶シリコン層４を形成する。
このとき、例えば、レーザー中心波長が９００〜１１００ｎｍである近赤外線域半導体レーザーを使用することができる。このようなレーザー光の中心波長であれば、十分な光子をウェーハに吸収させることにより、単結晶シリコンをより効果的に溶融させることができるとともに、溶融するシリコン層の深さや厚さの制御性をより高くすることができる。
【００３１】
次に、表面保護のための酸化膜５を形成した場合には、酸化膜５の除去を行う。
このようにして、シリコンウェーハの表面から、第１の単結晶シリコン層６、前記第１の単結晶シリコン層６に接したゲッタリング層としての多結晶シリコン層４、前記ゲッタリング層としての多結晶シリコン層４に接した第２の単結晶シリコン層７を有するシリコンウェーハ８を得ることができる。
【００３２】
ここで、多結晶シリコン層を形成する深さの制御について述べる。
レーザー光の中心波長はレーザー光の侵入深さ制御のパラメータである。レーザー光として近赤外線域半導体レーザー光を用い、レーザー光の中心波長を変化させて、形成された多結晶シリコン層の深さ（ウェーハ表面からの距離）との関係を調査した。その結果を図３に示す。図３（Ａ）のグラフのうち、レーザー光の中心波長の低波長領域を拡大したものを、図３（Ｂ）に示す。
なお、他のレーザー光の照射条件は、レーザー光のピークパワー密度を１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）、パルス幅、照射時間を３０ｎｓｅｃとした。
【００３３】
図３の結果から回帰式を求めることにより、レーザーの中心波長と、多結晶シリコン層が形成された深さ（ウェーハ表面からの距離）の関係は下記式で表わされることがわかった。
Ｘｄ  =  １０−１１ｅｘｐ（０．０２８７λ）
ここで、Ｘｄは多結晶層の深さ（ウェーハ表面からの距離；μｍ）、λはレーザー光の中心波長（ｎｍ）である。
上記式から、レーザー光の中心波長を９００〜１１００ｎｍとすると、多結晶シリコン層を形成する表面からの深さを１μｍ〜５００μｍの範囲で制御することができることがわかる。言い換えると、上記第１の単結晶シリコン層６の厚さが、１μｍ以上、５００μｍ以下であるシリコンウェーハを得ることができる。
【００３４】
また、多結晶シリコン層の厚さ（深さ方向の幅）は、レーザー光の強度と照射時間を調節することによって制御できる。
多結晶シリコン層の厚さは、１ｎｍ以上、１０μｍ以下とすることが好ましい。このような範囲とすることで、より有効なゲッタリング能力を有するゲッタリング層とすることができる。
なお、レーザー光の強度は、レーザー光の集光点におけるピークパワー密度（Ｗ／ｃｍ２）で決まる。集光点におけるピークパワー密度は、１×１０８〜１×１０１２Ｗ／ｃｍ２とすることが好ましい。このようなピークパワー密度であれば、照射部で吸収されたエネルギーが熱エネルギーに転化して単結晶シリコンを溶融させることが、より効果的にできるとともに、溶融する単結晶シリコン層の深さや厚さの制御性をより高くすることができる。
【００３５】
レーザー光の照射は、単結晶シリコンウェーハを室温にして行ってもよいし、例えば、４００℃程度に加熱した状態で行ってもよい。レーザー光照射時の温度の上限は特に限定されないが、単結晶シリコンウェーハの内部のみを溶融させることや、生産性等を考慮すると、８００℃以下とすることが好ましい。
【００３６】
また、レーザー光の照射は、低出力レーザーである、例えば、フェムト秒レーザーのような超短パルスレーザが好ましい。低出力レーザーは、ＹＡＧレーザーのような高出力レーザーと比較して、より制御性良く所定の深さ位置だけに熱エネルギーを伝達することができるためである。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例を挙げて本発明について詳細に説明するが、これは本発明を限定するものではない。
【００３８】
（実施例）
まず、抵抗率１０Ωｃｍのボロンドープ、直径２００ｍｍ、結晶面方位（１００）の単結晶シリコンウェーハを準備した。
次に、単結晶シリコンウェーハ表面に汚染防止酸化層としての酸化膜を形成した。酸化条件は、９００℃、２時間、酸化性雰囲気とした。
【００３９】
次に、上述のように、図３をもとに導出したレーザー光の中心波長と多結晶シリコン層が形成される深さの関係に基づいて、表面から深さ約２０μｍの位置に多結晶シリコン層を形成するため、近赤外線域半導体レーザー光の中心波長を９８７ｎｍとして、レーザー光の照射を行った。また、他の条件としては、集光点でのビーム径を２ｍｍ、レーザー光のピークパワー密度を１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）、パルス幅、照射時間を３０ｎｓｅｃとした。
【００４０】
このようにして得た、多結晶シリコン層を備えたシリコンウェーハを劈開しエッチングして、高倍率顕微鏡でウェーハの内部構造を観察した。
観察結果を図４に示す。図４の上図に示されるように、表面から深さ約２０μｍの場所から深さ方向に約１０μｍの厚さで単結晶シリコンが改質されており、図４の下図（拡大画像）に示されるように、改質された部分のみが多結晶シリコン層となっていることがわかった。
【００４１】
次に、多結晶シリコン層のゲッタリング能力を確認するために、作製した多結晶シリコン層を有するシリコンウェーハを故意汚染させ、評価を行った。
まず、ウェーハ表面に１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の汚染量でＮｉを塗布した。その後、８００℃、２０分の拡散熱処理を施し、室温まで冷却した。このシリコンウェーハを、表面から混酸系薬液（ＨＦ／ＨＮＯ３／Ｈ２Ｏ＝１：７．５：５）を用いて選択エッチング（１〜５μｍ／Ｓｔｅｐ）し、ＩＣＰ−ＭＳを用いてＮｉの深さ方向分布を測定した。その結果を図５に示す。
【００４２】
図５からわかるように、表面から深さが約２０μｍの多結晶シリコン層を形成した領域にＮｉのピークが確認できた。形成した多結晶シリコン層がゲッタリング層として機能していることが確認できた。
【００４３】
本発明のゲッタリング層の形成方法によれば、単一の単結晶シリコンウェーハの内部に、ゲッタリング層として機能する多結晶シリコン層を簡便に形成することができる。また、本発明のゲッタリング層の形成方法を、ＦＺウェーハ、酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下のＣＺウェーハ、エピタキシャルウェーハのような基板に適用すると、酸素析出物を形成しにくいウェーハに対しても、有効なゲッタリング能力を付与することができる。
【００４４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４５】
１…単結晶シリコンウェーハ、  ２…表面、  ３…レーザー光、
４…多結晶シリコン層（ゲッタリング層）、  ５…酸化膜、
６…第１の単結晶シリコン層、  ７…第２の単結晶シリコン層、
８…シリコンウェーハ。
【図１】
2019212865.tif 000003
【図２】
2019212865.tif 000004
【図３】
2019212865.tif 000005
【図４】
2019212865.tif 000006
【図５】
2019212865.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月23日(2019.4.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
これにより、より有効なゲッタリング能力を有するゲッタリング層とすることができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
次に、単結晶シリコンウェーハ１に表面保護のための酸化膜５を形成してもよい。本発明のゲッタリング層としての多結晶シリコン層４の形成においては、後述のようにレーザー光が単結晶シリコンウェーハ１を通過するだけであり、原理的に汚染の懸念がないため、イオン注入処理のように表面保護のための酸化膜５を形成する必要はない。しかしながら、表面保護のための酸化膜５の形成を排除するものではなく、汚染をより低レベルとするために、表面保護のための酸化膜５を形成してもよいことは言うまでもない。図２には、表面保護のための酸化膜５を形成する場合の工程フローを示す。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
ここで、多結晶シリコン層を形成する深さの制御について述べる。
レーザー光の中心波長はレーザー光の侵入深さ制御のパラメータである。レーザー光として近赤外線域半導体レーザー光を用い、レーザー光の中心波長を変化させて、形成された多結晶シリコン層の深さ（ウェーハ表面からの距離）との関係を調査した。その結果を図３に示す。図３（Ａ）のグラフのうち、レーザー光の中心波長の低波長領域を拡大したものを、図３（Ｂ）に示す。
なお、他のレーザー光の照射条件は、レーザー光のピークパワー密度を１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）、照射時間を３０ｎｓｅｃとした。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
次に、上述のように、図３をもとに導出したレーザー光の中心波長と多結晶シリコン層が形成される深さの関係に基づいて、表面から深さ約２０μｍの位置に多結晶シリコン層を形成するため、近赤外線域半導体レーザー光の中心波長を９８７ｎｍとして、レーザー光の照射を行った。また、他の条件としては、集光点でのビーム径を２ｍｍ、レーザー光のピークパワー密度を１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）、照射時間を３０ｎｓｅｃとした。