(57)【要約】【課題】最高温度が１２００℃以上で、０．１秒以下のレーザーアニールを施しても、Slip転位が発生しないＳＯＩウェーハを提供する。【解決手段】シリコン単結晶の支持層と活性層との間に絶縁酸化膜層を有するＳＯＩ構造のウェーハであって、最高温度が１２００℃以上で、０．１秒以下のレーザーアニールが施される半導体デバイスの製造プロセスに用いられるＳＯＩウェーハにおいて、絶縁酸化膜層と支持層との界面から当該支持層側の２６０μｍの深さ領域における、９０°光散乱法による光散乱欠陥の密度が、２×１０８／ｃｍ３以下である。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶の支持層と活性層との間に絶縁酸化膜層を有するＳＯＩ構造のウェーハであって、最高温度が１２００℃以上で、０．１秒以下のレーザーアニールが施される半導体デバイスの製造プロセスに用いられるＳＯＩウェーハにおいて、
前記絶縁酸化膜層と支持層との界面から当該支持層側の２６０μｍの深さ領域における、９０°光散乱法による光散乱欠陥の密度が、２×１０８／ｃｍ３以下であることを特徴とするＳＯＩウェーハ。
【請求項２】
前記活性層の厚さが２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のＳＯＩウェーハ。
【請求項３】
シリコン単結晶の支持層と活性層との間に絶縁酸化膜層を有するＳＯＩ構造のウェーハを作製する工程と、
前記絶縁酸化膜層と支持層との界面から当該支持層側の２６０μｍの深さ領域における、９０°光散乱法による光散乱欠陥の密度が、２×１０８／ｃｍ３以下となるように前記工程により得られたウェーハを熱処理する工程とを有することを特徴とするＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記活性層の厚さが２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３記載のＳＯＩ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、最高温度が１２００℃以上で、０．１秒以下の極短時間熱処理が行われる半導体デバイス製造プロセスに用いて好ましいＳＯＩ(Silicon on Insulator)ウェーハ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デバイスの高集積化・低消費電力化によりデバイス製造プロセスにおいて、レーザーアニールのような最高温度が１２００℃以上で０．１秒以下の極短時間熱処理が応用されつつある。特にＳＯＩウェーハをレーザーアニール炉内で片側加熱する場合には、ごく短時間ではあるが、ＳＯＩウェーハの活性層だけでなく絶縁膜酸化膜層及び支持層の一部も加熱される場合がある。
【０００３】
このような短時間でも支持層が加熱されると、支持層と絶縁酸化膜層との界面近傍に存在する酸素析出物が熱伝導の障害となって、この界面近傍に高い応力を発生させ、ここから高密度なSlip転位を発生して絶縁酸化膜層直下が塑性変形をすることが分かった。
【０００４】
このような塑性変形は、デバイス工程における露光時にデフォーカス(ピントずれ)の原因となり、歩留まりを劣化させる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２３７０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、最高温度が１２００℃以上で、０．１秒以下のレーザーアニールを施しても、Slip転位が発生しないＳＯＩウェーハを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、シリコン単結晶の支持層と活性層との間に絶縁酸化膜層を有するＳＯＩ構造のウェーハであって、最高温度が１２００℃以上で、０．１秒以下のレーザーアニールが施される半導体デバイスの製造プロセスに用いられるＳＯＩウェーハにおいて、
前記絶縁酸化膜層と支持層との界面から当該支持層側の２６０μｍの深さ領域における、９０°光散乱法による光散乱欠陥の密度が、２×１０８／ｃｍ３以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、熱処理などの工程によって絶縁酸化膜層と支持層との界面から当該支持層側の２６０μｍの深さ領域における、９０°光散乱法による光散乱欠陥の密度が、２×１０８／ｃｍ３以下であるので、最高温度が１２００℃以上で、０．１秒以下のレーザーアニールを施しても、Slip転位は発生しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下の実施例において、絶縁酸化膜層と支持層との界面から当該支持層側の２６０μｍの深さ領域における、９０°光散乱法による光散乱欠陥の密度を、２×１０８／ｃｍ３以下にすると、最高温度が１２００℃以上で、０．１秒以下のレーザーアニールを施してもSlip転位は発生しないことを、比較例及び参考例とともに確認した。
【００１０】
《実施例１》
直径２００ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスしたシリコンウェーハ（酸素濃度が１１．５〜１３．６×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ(Old-ASTM)）を６５０℃に加熱し、これに加速エネルギー２００ｋｅＶ、ドーズ量５×１０１7／ｃｍ２の酸素イオンを注入した。この結果、酸素イオンが単結晶シリコンウェーハと反応して、単結晶シリコンウェーハの内部に埋込SiO2層（絶縁酸化膜層）が形成され、この埋込SiO2層上、すなわち、単結晶シリコンウェーハの表面部には、注入損傷を受けた残留シリコン層が形成される。
【００１１】
次いで、１３２５℃の高温にて、ＡｒおよびＯ２の混合雰囲気中で８時間、単結晶シリコンウェーハを熱処理する。この高温熱処理によって、単結晶シリコンウェーハから埋込SiO2層以外の析出物が取り除かれ、単結晶シリコンウェーハの表面部に、シリコン原子を再配列させた単結晶シリコン層（活性層）が形成される。形成された活性層の厚さ及び埋込SiO2層の厚さを透過電子顕微鏡観察したところ活性層の厚さは２００ｎｍ、埋込SiO2層の厚さは１２５ｎｍであった。
【００１２】
こうして得られたＳＯＩ構造のウェーハに、図３に示す水準３の熱処理を施した。この水準３の熱処理は、６００℃×１時間→昇温速度１℃／分で６５０℃まで昇温（５０分）→６５０℃×２時間→昇温速度５℃／分で９５０℃まで昇温（６０分）→９５０℃×１２時間というプロファイルを経る処理である。
【００１３】
この熱処理後のＳＯＩウェーハの絶縁酸化膜層と支持層との界面付近の熱処理誘起欠陥密度を、三井金属社製のＭＯ−４４１を用いた９０°光散乱法で評価した。この９０°光散乱法による光散乱欠陥（光散乱体）の測定は、出力１００ｍＷの波長１．０６μｍ（近赤外）の光をシリコンウェーハの表面側から入射して、ウェーハの劈開面から検出される９０°散乱光を検出することにより行った。９０°散乱光は、フィルターを入れて減衰させた。
【００１４】
測定領域は、図５に示す絶縁酸化膜層と支持層との界面から２６０μｍの深さまでの領域とし、ウェーハ径方向に２ｍｍを一視野としてウェーハ半径方向に１０点測定し、光散乱欠陥の密度も測定した。
【００１５】
この結果を表１に示すが光散乱欠陥密度は１．１×１０８／ｃｍ３であった。
【００１６】
次に、この実施例１のＳＯＩに、デバイス製造工程で行われる極短時間熱処理（レーザーアニール）を、レーザースパイクアニール炉を用いて最高温度１２００℃の条件で実施した。その後にＸ線トポグラフィー観察により、ウェーハ表面に向かい運動したSlip転位の有無を観察したが、表１に示すようにSlip転位の発生は観察されなかった。
【００１７】
《実施例２》
実施例１と同じ直径２００ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスしたシリコンウェーハ（酸素濃度が１１．５〜１３．６×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ(Old-ASTM)）を６５０℃に加熱し、これに加速エネルギー２００ｋｅＶ、ドーズ量５×１０１7／ｃｍ２の酸素イオンを注入した。
【００１８】
次いで、実施例１と同様に、１３２５℃の高温にて、ＡｒおよびＯ２の混合雰囲気中で８時間、単結晶シリコンウェーハを熱処理し、ＳＯＩウェーハを作製した。形成された活性層の厚さ及び埋込SiO2層の厚さを透過電子顕微鏡観察したところ活性層の厚さは２００ｎｍ、埋込SiO2層の厚さは１２５ｎｍであった。
【００１９】
こうして得られたＳＯＩ構造のウェーハに、図３に示す水準３の熱処理を施したのち、この熱処理後のＳＯＩウェーハの絶縁酸化膜層と支持層との界面付近の熱処理誘起欠陥密度を、実施例１と同様に三井金属社製のＭＯ−４４１を用いた９０°光散乱法で評価したところ、表１に示すとおり光散乱欠陥密度は１．９×１０８／ｃｍ３であった。
【００２０】
次に、この実施例２のＳＯＩに、デバイス製造工程で行われる極短時間熱処理（レーザーアニール）を、レーザースパイクアニール炉を用いて最高温度１３００℃の条件で実施した。その後にＸ線トポグラフィー観察により、ウェーハ表面に向かい運動したSlip転位の有無を観察したが、表１に示すようにSlip転位の発生は観察されなかった。
【００２１】
《実施例３》
実施例１と同じ直径２００ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスしたシリコンウェーハ（酸素濃度が１１．５〜１３．６×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ(Old-ASTM)）を６５０℃に加熱し、これに加速エネルギー２００ｋｅＶ、ドーズ量５×１０１7／ｃｍ２の酸素イオンを注入した。
【００２２】
次いで、実施例１と同様に、１３２５℃の高温にて、ＡｒおよびＯ２の混合雰囲気中で８時間、単結晶シリコンウェーハを熱処理し、ＳＯＩウェーハを作製した。形成された活性層の厚さ及び埋込SiO2層の厚さを透過電子顕微鏡観察したところ活性層の厚さは２００ｎｍ、埋込SiO2層の厚さは１２５ｎｍであった。
【００２３】
さらに、ＡｒおよびＯ２の混合雰囲気中で１１００℃の熱処理を行って犠牲酸化させ、この犠牲酸化によって生成された酸化膜をフッ酸溶液中で剥離した。これによる活性層の厚さを透過電子顕微鏡で観察したところ１００ｎｍであった。
【００２４】
こうして得られたＳＯＩ構造のウェーハに、図３に示す水準３の熱処理を施したのち、この熱処理後のＳＯＩウェーハの絶縁酸化膜層と支持層との界面付近の熱処理誘起欠陥密度を、実施例１と同様に三井金属社製のＭＯ−４４１を用いた９０°光散乱法で評価したところ、表１に示すとおり光散乱欠陥密度は１．８×１０８／ｃｍ３であった。
【００２５】
次に、この実施例３のＳＯＩに、デバイス製造工程で行われる極短時間熱処理（レーザーアニール）を、レーザースパイクアニール炉を用いて最高温度１３００℃の条件で実施した。その後にＸ線トポグラフィー観察により、ウェーハ表面に向かい運動したSlip転位の有無を観察したが、表１に示すようにSlip転位の発生は観察されなかった。
【００２６】
《実施例４》
実施例１と同じ直径２００ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスしたシリコンウェーハ（酸素濃度が１１．５〜１３．６×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ(Old-ASTM)）を１１００℃で熱酸化し、３００ｎｍの酸化膜を形成したのち、このウェーハの上面から、この酸化膜を介して、水素イオンを注入エネルギー５０ｋｅＶ、ドーズ量６×１０１7atoms／cm2を注入し、活性層ウェーハ内部にイオン注入層を形成する。
【００２７】
次いで、実施例１と同じ直径２００ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスしたシリコンウェーハ（酸素濃度が１１．５〜１３．６×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ(Old-ASTM)）を支持ウェーハとして、酸化膜を介して密着させ、その後、剥離熱処理を６００℃で施し、注入層を境界として、活性層ウェーハを薄膜状に剥離した。さらに、１１００℃の貼り合わせ強化熱処理を施すことで、強固に結合したＳＯＩウェーハを得た。なお、表面のダメージ除去には、酸素雰囲気中で熱処理して表面近傍を酸化する犠牲酸化法を用いた。
【００２８】
作製されたＳＯＩウェーハを透過電子顕微鏡で確認したところ、活性層が１００ｎｍ、埋込SiO2層の厚さは１５０ｎｍであった。
【００２９】
こうして得られたＳＯＩ構造のウェーハに、図４に示す水準４の熱処理を施した。この水準４の熱処理は、８００℃×４時間→昇温速度１．５℃／分で９５０℃まで昇温（１００分）→昇温速度２℃／分で１０００℃まで昇温（２５分）→１０００℃×８時間というプロファイルを経る処理である。
【００３０】
この熱処理後のＳＯＩウェーハの絶縁酸化膜層と支持層との界面付近の熱処理誘起欠陥密度を、実施例１と同様に三井金属社製のＭＯ−４４１を用いた９０°光散乱法で評価したところ、表１に示すとおり光散乱欠陥密度は１．７×１０８／ｃｍ３であった。
【００３１】
次に、この実施例４のＳＯＩウェーハに、デバイス製造工程で行われる極短時間熱処理（レーザーアニール）を、レーザースパイクアニール炉を用いて最高温度１３００℃の条件で実施した。その後にＸ線トポグラフィー観察により、ウェーハ表面に向かい運動したSlip転位の有無を観察したが、表１に示すようにSlip転位の発生は観察されなかった。
【００３２】
《比較例１》
実施例１と同じ条件で作製したＳＯＩ構造のウェーハ（活性層の厚さが２００ｎｍ、埋込SiO2層の厚さが１２５ｎｍ）に図２に示す水準２の熱処理を施した。この水準２の熱処理は、６００℃×１時間→昇温速度１℃／分で６５０℃まで昇温（５０分）→６５０℃×２時間→昇温速度３℃／分で９５０℃まで昇温（１００分）→９５０℃×１２時間というプロファイルを経る処理である。
【００３３】
この熱処理後のＳＯＩウェーハの絶縁酸化膜層と支持層との界面付近の熱処理誘起欠陥密度を、実施例１と同様に三井金属社製のＭＯ−４４１を用いた９０°光散乱法で評価したところ、表１に示すとおり光散乱欠陥密度は３．２×１０８／ｃｍ３であった。
【００３４】
次に、この比較例１のＳＯＩに、デバイス製造工程で行われる極短時間熱処理（レーザーアニール）を、レーザースパイクアニール炉を用いて最高温度１２００℃の条件で実施した。その後にＸ線トポグラフィー観察により、ウェーハ表面に向かい運動したSlip転位の有無を観察したところ、表１に示すようにSlip転位の発生が観察された。
【００３５】
《比較例２》
実施例３と同じ条件で作製したＳＯＩ構造のウェーハ（活性層の厚さが１００ｎｍ、埋込SiO2層の厚さが１２５ｎｍ）に図２に示す水準２の熱処理を施した。
【００３６】
この熱処理後のＳＯＩウェーハの絶縁酸化膜層と支持層との界面付近の熱処理誘起欠陥密度を、実施例１と同様に三井金属社製のＭＯ−４４１を用いた９０°光散乱法で評価したところ、表１に示すとおり光散乱欠陥密度は３．５×１０８／ｃｍ３であった。
【００３７】
次に、この比較例２のＳＯＩに、デバイス製造工程で行われる極短時間熱処理（レーザーアニール）を、レーザースパイクアニール炉を用いて最高温度１２００℃の条件で実施した。その後にＸ線トポグラフィー観察により、ウェーハ表面に向かい運動したSlip転位の有無を観察したところ、表１に示すように著しいSlip転位の発生が観察された。
【００３８】
《比較例３》
実施例１と同じ条件で作製したＳＯＩ構造のウェーハ（活性層の厚さが２００ｎｍ、埋込SiO2層の厚さが１２５ｎｍ）に図２に示す水準２の熱処理を施した。
【００３９】
この熱処理後のＳＯＩウェーハの絶縁酸化膜層と支持層との界面付近の熱処理誘起欠陥密度を、実施例１と同様に三井金属社製のＭＯ−４４１を用いた９０°光散乱法で評価したところ、表１に示すとおり光散乱欠陥密度は４．４×１０８／ｃｍ３であった。
【００４０】
次に、この比較例３のＳＯＩに、デバイス製造工程で行われる極短時間熱処理（レーザーアニール）を、レーザースパイクアニール炉を用いて最高温度１３００℃の条件で実施した。その後にＸ線トポグラフィー観察により、ウェーハ表面に向かい運動したSlip転位の有無を観察したところ、表１に示すように著しいSlip転位の発生が観察された。
【００４１】
《参考例１》
実施例１と同じ直径２００ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスしたシリコンウェーハ（酸素濃度が１１．５〜１３．６×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ(Old-ASTM)）を１１００℃で熱酸化し、２００ｎｍのシリコン酸化膜を形成した。
【００４２】
次いで、この２００ｎｍのシリコン酸化膜により覆われた活性層用ウェーハと、酸化処理されていない、実施例１と同じ直径２００ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスしたシリコンウェーハ（酸素濃度が１１．５〜１３．６×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ(Old-ASTM)，支持ウェーハ）とを常温で貼り合わせ、貼り合わせ基板を作製した。さらに、この貼り合わせ基板に１１００℃の貼り合わせ熱処理を施し、その貼り合わせ強度を増強した。
【００４３】
次いで、活性層用ウェーハの外周部に研削またはエッチングを施し、貼り合わせ基板の外周部に存在する貼り合わせ不良部分を除去した。
【００４４】
次に、活性層用ウェーハに表面研削および表面研磨を施し、厚さ１０００ｎｍ程度の活性層を形成し、貼り合わせＳＯＩウェーハを得た。
【００４５】
このＳＯＩ構造のウェーハ（活性層の厚さが１０００ｎｍ、絶縁酸化膜層の厚さが２００ｎｍ）に図１に示す水準１の熱処理を施した。この水準１の熱処理は、７００℃×４時間→昇温速度５℃／分で９５０℃まで昇温（５０分）→昇温速度２℃／分で１０００℃まで昇温（２５分）→１０００℃×８時間というプロファイルを経る処理である。
【００４６】
この熱処理後のＳＯＩウェーハの絶縁酸化膜層と支持層との界面付近の熱処理誘起欠陥密度を、実施例１と同様に三井金属社製のＭＯ−４４１を用いた９０°光散乱法で評価したところ、表１に示すとおり光散乱欠陥密度は３．２×１０９／ｃｍ３であった。
【００４７】
次に、この参考例１のＳＯＩウェーハに、デバイス製造工程で行われる極短時間熱処理（レーザーアニール）を、レーザースパイクアニール炉を用いて最高温度１２００℃の条件で実施した。その後にＸ線トポグラフィー観察により、ウェーハ表面に向かい運動したSlip転位の有無を観察したところ、表１に示すようにSlip転位の発生は観察されなかった。
【００４８】
《参考例２》
実施例１と同じ直径２００ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスしたシリコンウェーハ（酸素濃度が１１．５〜１３．６×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ(Old-ASTM)）を１１００℃で熱酸化し、２００ｎｍのシリコン酸化膜を形成した。
【００４９】
次いで、この２００ｎｍのシリコン酸化膜により覆われた活性層用ウェーハと、酸化処理されていない、実施例１と同じ直径２００ｍｍのシリコン単結晶インゴットからスライスしたシリコンウェーハ（酸素濃度が１１．５〜１３．６×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｃ(Old-ASTM)，支持ウェーハ）とを常温で貼り合わせ、貼り合わせ基板を作製した。さらに、この貼り合わせ基板に１１００℃の貼り合わせ熱処理を施し、その貼り合わせ強度を増強した。
【００５０】
次いで、活性層用ウェーハの外周部に研削またはエッチングを施し、貼り合わせ基板の外周部に存在する貼り合わせ不良部分を除去した。
【００５１】
次に、活性層用ウェーハに表面研削および表面研磨を施し、厚さ１０００ｎｍ程度の活性層を形成し、貼り合わせＳＯＩウェーハを得た。
【００５２】
このＳＯＩ構造のウェーハ（活性層の厚さが１０００ｎｍ、絶縁酸化膜層の厚さが２００ｎｍ）に図１に示す水準１の熱処理を施し、この熱処理後のＳＯＩウェーハの絶縁酸化膜層と支持層との界面付近の熱処理誘起欠陥密度を、実施例１と同様に三井金属社製のＭＯ−４４１を用いた９０°光散乱法で評価したところ、表１に示すとおり光散乱欠陥密度は３．５×１０９／ｃｍ３であった。
【００５３】
次に、この参考例２のＳＯＩウェーハに、デバイス製造工程で行われる極短時間熱処理（レーザーアニール）を、レーザースパイクアニール炉を用いて最高温度１３００℃の条件で実施した。その後にＸ線トポグラフィー観察により、ウェーハ表面に向かい運動したSlip転位の有無を観察したところ、表１に示すようにSlip転位の発生は観察されなかった。
【００５４】
【表１】
2008235495.tif 000003
《考  察》
以上の実施例１〜４及び比較例１〜３並びに参考例１〜２の結果から、極短時間アニール処理の場合、ウェーハの極表層が加熱されると考えられるが、参考例１〜２のように活性層が十分厚い場合は、この加熱領域は活性層領域に限られるので支持層のslip転位には及ばない。しかしながら、活性層が特に２００ｎｍ以下の薄い場合は、絶縁酸化膜層と支持層の一部も加熱されることが考えられ、この急速に加熱される領域に高密度の赤外散乱体の欠陥が存在すると、熱伝導の障害となり絶縁酸化膜/支持基板界面付近に高い応力を発生させ、slip転位が発生したものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施例に係る熱処理水準（水準１）を示すグラフである。
【図２】実施例に係る熱処理水準（水準２）を示すグラフである。
【図３】実施例に係る熱処理水準（水準３）を示すグラフである。
【図４】実施例に係る熱処理水準（水準４）を示すグラフである。
【図５】ＳＯＩウェーハの構造を示す断面図である。
【図１】
2008235495.tif 000004
【図２】
2008235495.tif 000005
【図３】
2008235495.tif 000006
【図４】
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【図５】
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