JP2010129918A - 半導体ウェーハの表層高強度化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハ表層の酸素濃度を高め、この表層の高強度化を図ることが可能な半導体ウェーハの表層高強度化方法を提供する。
【解決手段】半導体ウェーハの表層の一部に、酸化性ガスの雰囲気での熱処理に伴う内方拡散またはイオン注入によって酸素を導入する。その後、表層を除く部分は溶融させず、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、表層に導入された酸素が表層の全域に熱拡散し、その後、これを冷却して固化させることで、表層が高酸素濃度領域部となる。その結果、ウェーハ表層の酸素濃度を高め、この表層の高強度化を図ることができる。
【選択図】図１ｅ

Description

この発明は半導体ウェーハの表層高強度化方法、詳しくは半導体ウェーハの表層の高品質化が図れる半導体ウェーハの表層高強度化方法に関する。

近年、半導体集積回路における素子分離構造の形成方法として、シャロー・トレンチ・アイソレーション（ＳＴＩ；Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）法が開発されている。ＳＴＩ法では、シリコンウェーハの表層にトレンチ溝を形成し、その後、トレンチ溝にシリコン酸化膜などの絶縁物を埋め込むことで、シリコンウェーハの表層に素子分離構造を形成している（例えば、特許文献１）。

特開平１１−１４５２７５号公報

しかしながら、トレンチ溝に埋め込まれた絶縁物の特性により、素子分離構造（ＳＴＩ）の内部には大きいストレス（応力）が生じ、デバイス形成中のシリコンウェーハに転位が発生するおそれがあった。また、転位の発生量はシリコンウェーハの品種に左右され、かつウェーハ表層の酸素濃度が低いものほど転位の発生頻度が高いと言われている。しがって、シリコン単結晶からなるエピタキシャル膜付きのエピタキシャルシリコンウェーハや、非酸化性ガスの雰囲気下で高温熱処理されたシリコンウェーハあるいは極低酸素シリコンウェーハは、表層の酸素濃度が５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下となり、一般のＣＺ（チョクラルスキー）ウェーハ（１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）に比べて半桁以上低いため、転位の発生頻度が高く、歩留りが低下していた。

ところで、酸化性ガスの雰囲気で行われるウェーハ熱処理では、ウェーハ表層の基板酸素濃度がウェーハの加熱温度に応じて変動し、その酸素濃度はウェーハを急冷するときの加熱温度に応じた酸素固溶度に維持される。
すなわち、１０００℃以上の高温状態でウェーハを炉外へ取り出せば、ウェーハ表層の高い酸素固溶度が保持され、表層を高酸素濃度領域部とすることができる。
一方、前記表層酸素濃度の低いシリコンウェーハまたはエピタキシャルウェーハの場合には、表層部に酸素イオンを注入した後、高エネルギ光の照射、または、酸素を含む雰囲気下での高エネルギ光の照射、さらにはシリコン表層を溶融することでも酸素を取り込ませることが可能である。

これを踏まえて、発明者は鋭意研究の結果、ウェーハ表層に酸化性ガスの雰囲気での熱処理であり、前記半導体ウェーハが１０００℃以上融点以下で加熱処理による酸素内方拡散を行い、その後、加熱炉から１０００℃以上の温度で取り出す手法、あるいはイオン注入により酸素を導入し、その後、高エネルギ光の照射により溶融させる手法、もしくは酸素を含む雰囲気下で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手法により、その表層が高酸素濃度化してウェーハの強度が高まり、転位の発生が抑えられて歩留りが高まることを知見し、この発明を完成させた。

この発明は、ウェーハ表層の酸素濃度を高め、この表層の高強度化を図ることができ、そのため表層にＳＴＩ構造を設けた場合に発生するＳＴＩ構造内でのストレスを原因としたウェーハ表層の転位の発生が抑えられ、製品ウェーハの歩留りを高めることができる半導体ウェーハの表層高強度化方法を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、半導体ウェーハに、酸化性ガスの炉内雰囲気で１０００℃以上融点以下の抵抗加熱を施すことで、前記半導体ウェーハの表層の一部に酸素を内方拡散させる内方拡散工程と、該内方拡散工程後、前記半導体ウェーハを１０００℃以上の炉内温度で前記炉内から取り出し、該半導体ウェーハの表層を高酸素濃度領域部とする高温取り出し工程とを備えた半導体ウェーハの表層高強度化方法である。

請求項１に記載の発明によれば、半導体ウェーハを１０００℃以上の酸化性ガスの雰囲気の炉内で熱処理し、半導体ウェーハの表層の全域に酸素を熱拡散する（内方拡散工程）。その後、１０００℃以上の温度で半導体ウェーハを炉外へ取り出し、半導体ウェーハを急冷する（高温取り出し工程）。酸化性ガスの雰囲気でのウェーハ熱処理では、表層の酸素濃度が半導体ウェーハの加熱温度に応じて変動し、その酸素濃度は半導体ウェーハの急冷により固定（凍結）される。

例えば、半導体ウェーハを１２００℃で熱処理した際には、表層に高い酸素固溶度（約１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）が保持される。しかしながら、７００℃まで徐冷して炉外へ取り出した場合には、表層の酸素濃度はこの７００℃に見合った量の低い酸素固溶度まで低下する。そこで、１０００℃以上（好ましくは１０００℃以上熱処理温度以下）の高温状態で半導体ウェーハを炉外へ取り出せば、ウェーハ表層には高い酸素固溶度が固定され、表層を高酸素濃度領域部とすることができる。このように、酸素濃度を高めることで、表層の高強度化を図ることができ、その結果、表層にＳＴＩ構造を設けた場合に生じるＳＴＩ構造内でのストレスを原因としたウェーハ表層の転位の発生が抑えられ、製品ウェーハの歩留りを高めることができる。

半導体ウェーハとしては、単結晶シリコンウェーハ、ＳＯＩウェーハなどを採用することができる。
半導体ウェーハの表層の一部とは、ウェーハ深さ（厚さ）方向の一部でも、ウェーハ面内の一部でもよい。
半導体ウェーハの表層（高酸素濃度領域部）の厚さ（深さ）は、基本的にはデバイス構造に依存するがＳＴＩを含む領域以上である。具体的には、少なくとも表面から０．１〜２μｍである。０．１μｍ未満では、ＳＴＩの深さのデバイス予想から判断すれば０．１μｍ以下とならないので、転位を完全に抑制することはできない。また、２μｍを超えれば、レーザ照射時間が長くなり、高レーザパワーのレーザ装置が必要となる。そのため、生産性などを考慮すれば製造コストが上昇する。表層の好ましい厚さは、０．２〜２μｍである。

酸化性ガスとしては、例えば酸素ガス、酸素混合ガスを採用することができる。
酸化性ガス雰囲気での半導体ウェーハの熱処理温度は、半導体ウェーハの素材により、その上限値（融点未満）が変更される。例えば、半導体ウェーハが単結晶シリコンの場合には、１０００℃以上１４２０℃未満、好ましくは１０００℃〜１３５０℃である。１０００℃未満では、シリコンに対する酸素固溶度が低い。また１３５０℃を超えれば、スリップ抑制が困難となる。酸化性ガス雰囲気での半導体ウェーハのさらに好ましい熱処理温度は、１１００〜１２５０℃である。この範囲であれば、市販のランプアニラーなど適用することができる。

ここでいう熱処理とは、例えば白熱線ヒータなどによる抵抗加熱、白熱ランプなどによるランプ加熱を採用することができる。
酸化性ガス雰囲気での半導体ウェーハの熱処理時間は、５秒〜１時間である。５秒未満では、十分に酸素内方拡散ができない。また、１時間を超えれば、酸素拡散量は十分過ぎるほどであるが生産性が低下する。酸化性ガス雰囲気での半導体ウェーハの好ましい熱処理温度は、３０秒〜１０分である。

高酸素濃度領域部の酸素濃度は、５×１０^１７〜５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満では、十分強度向上を発揮できない。５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３を超えれば、デバイス工程で酸素ドナーを形成する可能性がある。高酸素濃度領域部の酸素濃度を５×１０^１７〜２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３とすることで、これらの課題を解消することができる。

請求項２に記載の発明は、半導体ウェーハの表面に酸化性ガスの雰囲気で高エネルギ光を照射し、前記半導体ウェーハの表層を溶融させ、その後、これを冷却して固化させることで、前記表層に高酸素濃度領域部を形成する半導体ウェーハの表層高強度化方法である。

請求項２に記載の発明によれば、酸素を含む雰囲気下で高エネルギ光の照射により表層を溶融させる。これにより、炉内雰囲気中の酸素が溶融した表層に取り込まれ、その後、これを冷却して固化させることで、表層が高酸素濃度領域部となる。

溶融工程では、光加熱方式のアニール装置により半導体ウェーハの表層のみが溶融される。
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。

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。
高エネルギ光の照射エネルギは、特に限定しないが０．１〜２０Ｊ／ｃｍ^２とする。０．１Ｊ／ｃｍ^２未満では、シリコン溶融に時間を有する。また、２０Ｊ／ｃｍ^２を超えれば、溶融速度は高まるものの、装置コストが大幅に高くなる。高エネルギ光の好ましい照射エネルギは、０．５〜１０Ｊ／ｃｍ^２である。この範囲であれば、市販の装置が適用できるというさらに好適な効果が得られる。
高エネルギ光の好適な波長は、半導体ウェーハの品種に応じて適宜選択される。

請求項３に記載の発明は、半導体ウェーハの表面から酸素をイオン注入し、半導体ウェーハの表層に酸素を導入する酸素導入工程と、該酸素導入工程後、高エネルギ光を照射により前記半導体ウェーハの表層を溶融させ、その後、これを冷却して固化させることで、前記表層に高酸素濃度領域部を形成する溶融工程とを備えた半導体ウェーハの表層高強度化方法である。

請求項３に記載の発明によれば、イオン注入により酸素を表層に導入し、その後、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、表層に導入された酸素が表層の全域に略均一に熱拡散し、その後、これを冷却して固化させることで、表層が高酸素濃度領域部となる。
その結果、表層の酸素濃度が高まり、表層の高強度化が図れる。よって、仮に表層にＳＴＩ構造を形成した場合には、ＳＴＩ構造内でのストレスを原因としたウェーハ表層の転位の発生が抑えられ、製品ウェーハの歩留りを高めることができる。

ここでいう「イオン注入」とは、イオン注入装置による酸素のイオン注入を意味する。その他、イオンドーピング装置による前記のイオン注入でもよい。イオンドーピングとは、イオン生成室で生成されたイオン種を質量分離せず、例えば、シリコンウェーハの表面に高速で注入する技術である。
酸素のイオン注入量は、例えば、１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２程度である。酸素のイオン注入エネルギは、例えば、１３０ｋｅＶ程度である。酸素のイオン注入深さは、例えば、０．４μｍ程度である。酸素の注入ピーク領域の酸素濃度は、例えば、３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度である。

請求項４に記載の発明は、前記高酸素濃度領域部は、少なくとも素子分離を行うシャロー・トレンチ・アイソレーションの形成領域を含む請求項１〜請求項３のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハの表層高強度化方法である。

シャロー・トレンチ・アイソレーション（ＳＴＩ）とは、ウェーハ表層に形成されたトレンチ溝をシリコン酸化膜などの絶縁物により埋めた素子分離構造をいう。
シャロー・トレンチ・アイソレーションの形成領域は、ウェーハ表面から２μｍ以内の深さ範囲である。
ここでのウェーハ表層の深さ（厚さ）は、少なくとも表面から０．１〜２μｍである。０．１μｍ未満では、ＳＴＩの深さのデバイス予想から判断すれば０．１μｍ以下とならないので、転位を完全に抑制することはできない。また、２μｍを超えれば、レーザ照射時間が長くなり、高レーザパワーのレーザ装置が必要となる。そのため、生産性などを考慮すれば製造コストが上昇する。表層の好ましい厚さは、０．２〜２μｍである。

請求項５に記載の発明は、前記高酸素濃度領域部の形成後、前記半導体ウェーハの表面を研磨する請求項１〜請求項４のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハの表層高強度化方法である。

請求項５に記載の発明によれば、高酸素濃度領域部の形成後、半導体ウェーハの表面を研磨するので、仮にウェーハ表面に微小な凹凸欠陥が存在しても、市販の半導体ウェーハと同等の表面平坦度を得ることができる。

ウェーハ表面とは、半導体ウェーハのデバイスが形成される面をいう。
ウェーハ表面の研磨量は、高酸素濃度領域部の深さより少なくするのは当然であるが、研磨による平坦度劣化を防ぐため、できるだけ研磨量は少なくした方が好ましい。すなわち、研磨代は固化後の高酸素濃度領域部（表層）の表面（露出面）の凹凸欠陥を除去できるだけの大きさである。例えば、高酸素濃度領域部の厚みに依存するが５〜５００ｎｍである。５ｎｍ未満では、現状のＣＭＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）装置では表面を均一に研磨するのが困難で、逆に平坦度を劣化させる可能性がある。

請求項１に記載の発明によれば、半導体ウェーハを１０００℃以上の酸化性ガスの雰囲気の炉内で熱処理し、半導体ウェーハの表層の全域に酸素を熱拡散する。その後、１０００℃以上の温度で半導体ウェーハを炉外へ取り出し、半導体ウェーハを急冷する。これにより、ウェーハ表層に高い酸素固溶度の高酸素濃度領域部が形成され、この表層が高強度化される。その結果、表層にＳＴＩ構造を設けた場合に生じるＳＴＩ構造内でのストレスを原因としたウェーハ表層の転位の発生が抑えられ、製品ウェーハの歩留りを高めることができる。

請求項２に記載の発明によれば、酸素を含む雰囲気下で高エネルギ光の照射により表層を溶融させる。これにより、溶融時に、表層へ導入された酸素が表層の全域に熱拡散し、これを冷却（急冷）して固化させることで、表層が高酸素濃度領域部となる。その結果、ウェーハ表層の酸素濃度を高め、この表層の高強度化を図ることができる。よって、表層にＳＴＩ構造を設けた場合に発生するＳＴＩ構造内でのストレスを原因としたウェーハ表層の転位の発生が抑えられ、製品ウェーハの歩留りを高めることができる。

請求項３に記載の発明によれば、イオン注入により酸素を表層に導入し、その後、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、表層に導入された酸素が表層の全域に略均一に熱拡散し、その後、これを冷却して固化させることで、表層が高酸素濃度領域部となる。その結果、表層の酸素濃度が高まり、表層の高強度化が図れる。よって、仮に表層にＳＴＩ構造を形成した場合には、ＳＴＩ構造内でのストレスを原因としたウェーハ表層の転位の発生が抑えられ、製品ウェーハの歩留りを高めることができる。

請求項５に記載の発明によれば、高酸素濃度領域部の形成後、半導体ウェーハの表面を研磨するので、仮にウェーハ表面に微小な凹凸欠陥が存在しても、市販の半導体ウェーハと同等の表面平坦度を得ることができる。

以下、この発明の実施例を具体的に説明する。

この発明の実施例１に係る半導体ウェーハの表層高強度化方法を説明する。
チョクラルスキー法により直径２００ｍｍ、初期酸素濃度１．０×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、比抵抗が１０ｍΩ・ｃｍ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、スライス、面取り、エッチング、表面研磨の各工程が順次施される。これにより、表面が鏡面化された厚さ７２５μｍのシリコンウェーハ（半導体ウェーハ）が作製される。

次に、図１のフローシートに示すように、シリコンウェーハ１０の表層（表面から深さ０．４μｍ）の一部に、酸素をイオン導入する（図１ａ、酸素導入工程）。具体的には、シリコンウェーハ１０を中電流イオン注入装置の炉内に挿入し、１３０ｋｅＶの加速電圧で、１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２の酸素をイオン注入する。これにより、ウェーハ表面から深さ０．４μｍの位置に酸素の注入ピーク領域（酸素濃度は約３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）を有したイオン注入領域部１１が形成される。

次いで、レーザ光（高エネルギー光）をシリコンウェーハ１０の表面に照射し、表層を溶融させる（図１ｂ、溶融工程）。具体的には、レーザアニール炉にシリコンウェーハ１０を挿入し、その後、例えば波長５１０ｎｍでシリコンウェーハ１０の表面全域にレーザ光をパルス照射または連続照射する。これによりウェーハ１０の表層のみが溶融する。このとき、炉内は非酸化性ガスの雰囲気にすれば雰囲気中からの酸素の取り込みを無視できるので好ましい。その後、溶融した表層は、冷却して固化される。

溶融工程後、シリコンウェーハ１０の表面を研磨する（図１ｃ）。
具体的には、ウェーハ表面を下に向け、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、シリコンウェーハ１０を貼着する。その後、回転中の研磨ヘッドを徐々に下降させ、研磨定盤の上面の研磨布に、研磨液を供給しながら、ウェーハ表面を０．０５μｍ程度、化学的機械的研磨する。これにより、表層が高強度化されたシリコンウェーハ２０が作製される（図１ｄ）。
得られた表層高強度化ウェーハ２０は、デバイス形成プロセス部門へ移送され、ウェーハ表層に一般の方法でＳＴＩ（シャロー・トレンチ・アイソレーション）構造１４が形成される（図１ｅ）。すなわち、表層高強度化ウェーハ２０の表面に所定幅のトレンチ溝を形成し、その後、トレンチ溝にシリコン酸化膜（絶縁物）を埋め込み、表層に素子分離構造を形成する。

このように、シリコンウェーハ１０の表層の一部に酸素をイオン注入し、その後、表層のみを溶融させて注入酸素を表層の全域に熱拡散し、次に表層を急冷して固化させるように構成したので、ウェーハの表層が高酸素濃度領域部１３となる。その結果、表層の強度が高まり、後工程で表層にＳＴＩ構造１４を形成した場合でも、トレンチ溝に埋め込まれた絶縁物の特性で生じるＳＴＩ構造内のストレスを原因とした転位の発生を抑制することができる。よって、製品ウェーハ（シリコンウェーハ）の歩留りを高めることができる。
また、溶融工程後、シリコンウェーハ２０の表面を研磨するので、仮に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。

次に、図２のフローシートを参照してこの発明の実施例２に係る半導体ウェーハの表層高強度化方法を説明する。
実施例２の半導体ウェーハの表層高強度化方法の特徴は、半導体ウェーハとして、シリコンウェーハの表面にシリコン単結晶からなるエピタキシャル膜が成長されたエピタキシャルシリコンウェーハを採用し、高酸素濃度領域部をエピタキシャル膜に形成した点である。

以下、図２のフローシートを参照して実施例２を具体的に説明する。
まず、前記表面研磨後のシリコンウェーハ１０の表面にエピタキシャル膜１５を成長させる（図２ａ）。すなわち、シリコンウェーハ１０を赤外線ランプ加熱型炉の反応室に挿入し、材料ガスにトリクロルシラン、キャリアガスにＨ_２ガスを使用し、反応温度１１００℃で単結晶シリコンの成長反応を行う。これにより、表面に厚さが０．５μｍのエピタキシャル膜１５が成長されたエピタキシャルシリコンウェーハ３０が作製される。

その後、実施例１と同様にレーザアニール炉に導入、雰囲気ガスを例えば大気とする。次にエピタキシャル膜１５の表層一部をレーザ照射により溶融させる（図２ｂ、溶融工程）。これにより、大気中の酸素を溶融されたエピタキシャル膜１５の全域に拡散させる。それからエピタキシャル膜１５を固化させ、エピタキシャル膜１５を高酸素濃度領域部１３（酸素濃度は４×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）とする。

なお、高酸素濃度領域部１３は、エピタキシャル膜１５の表面からシリコンウェーハ１０のエピタキシャル膜１５との界面付近１０ａまでに形成してもよい（図２ｃ）。すなわち、シリコン下地基板が溶融されることになるので、溶融された領域のシリコンウェーハ１０に存在する酸素が、エピタキシャル膜１５に拡散する。ここでいう界面付近１０ａとは、シリコンウェーハ１０のエピタキシャル膜１５との界面からウェーハ内部へ深さ１μｍまでの領域をいう。高酸素濃度領域部１３を、上記界面付近１０ａまで延長する具体的な方法は、以下の通りである。すなわち、レーザパワーを増加させるかスキャン速度を遅くすることで対応する。
溶融工程後は、実施例１と同じように、エピタキシャル膜１５の表面を研磨（図２ｄ）して、表層高強度化エピタキシャルウェーハ４０を作製する（図２ｅ）。その後、このウェーハ４０がデバイス形成プロセス部門へ移送され、エピタキシャル膜１５にＳＴＩ構造１４が形成される（図２ｆ）。
その他の構成、作用および効果は、実施例１から推測可能な範囲であるので、説明を省略する。

次に、図３のフローシートを参照して、この発明の実施例３に係る半導体ウェーハの表層高強度化方法を説明する。
実施例３の半導体ウェーハの表層高強度化方法の特徴は、シリコンウェーハ１０を１０００℃以上の酸素ガスの雰囲気の炉内で熱処理し、シリコンウェーハ１０の表層の全域に酸素を熱拡散し（内方拡散工程）、その後、１０００℃以上熱処理以下の温度でシリコンウェーハ１０を炉外へ取り出し、シリコンウェーハ１０を急冷することで、表層を高酸素濃度領域部１３とした（高温取り出し工程）点である。

以下、図３のフローシートを参照して実施例３を具体的に説明する。
まず、前記表面研磨後のシリコンウェーハ１０を熱酸化炉に挿入し、酸素ガスの雰囲気で、１２５０℃、１分間の熱処理を行う（図３ａ）。これにより、酸素がウェーハ表面から内方拡散し、シリコンウェーハ１０の表面から数μｍの深さ領域の酸素濃度が１．２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３まで高まる。その後、シリコンウェーハ１０を７５℃／秒で徐冷し、シリコンウェーハ１０を炉外へ取り出す（図３ｂ）。これにより、シリコンウェーハ１０が急冷され、表層に高い酸素濃度（約１．２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）が凍結される。そのため、表層を高酸素濃度領域部１３とすることができる。このように、酸素濃度を高めることで、表層の高強度化を図ることができ、その結果、表層にＳＴＩ構造１４を設けた場合に生じるＳＴＩ構造１４内でのストレスを原因としたウェーハ表層の転位の発生が抑えられ、製品ウェーハの歩留りを高めることができる。
その他の構成、作用および効果は、実施例１から推測可能な範囲であるので、説明を省略する。

以下、この発明の半導体ウェーハの表層高強度化方法を、試験例および比較例に基づき、具体的に説明する。
直径２００ｍｍ、初期酸素濃度１．０×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、比抵抗が１０ｍΩ・ｃｍのシリコン単結晶インゴットをウェーハ加工し、最終的に表面が鏡面研磨された多数枚のシリコンウェーハを実験で使用した。これらをベースウェーハとする。

（比較例１）
次に、このシリコンウェーハ（ベースウェーハ）を使用し、エピタキシャルシリコンウェーハを製造する。すなわち、シリコンウェーハの表面に、単結晶シリコンからなるエピタキシャル膜を成長させた。具体的には、シリコンウェーハを赤外線ランプ加熱炉に挿入し、材料ガスにトリクロルシラン、キャリアガスにＨ_２ガス、ドーパントガスを使用し、反応温度が１１３０℃で単結晶シリコンの成長反応を行う。これにより、表面に厚さ３μｍのエピタキシャル膜が成長された比較例１のエピタキシャルシリコンウェーハを得た。

（比較例２）
前記ベースウェーハをアニール炉に挿入し、アルゴンガスの雰囲気で１２００℃、１時間の熱処理を施し、比較例２のシリコンウェーハを得た。

（比較例３）
比較例１のエピタキシャルシリコンウェーハを使用し、酸素イオン注入装置により加速エネルギが１３０ＫｅＶ、ドーズ量が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３で、エピタキシャル膜の表面からこの膜内に酸素をイオン注入した。得られたものを比較例３のエピタキシャルシリコンウェーハとした。

（試験例１）
比較例２のシリコンウェーハ（アルゴンアニールウェーハ）を枚葉式のランプ加熱炉に挿入し、１２５０℃、酸素ガスの雰囲気下で３０秒間保持した。その後、ウェーハ表層を７５℃／秒の速度で急冷し、実施例１のシリコンウェーハを得た。比較例２と実施例１のサンプルをＳＩＭＳ測定した結果、比較例２のサンプルでは、表層は初期酸素濃度に対して約１桁ほど低下していたが、実施例１のサンプルでは表層酸素濃度が低下していないことが確認できた。

（試験例２，比較例４）
比較例１，３のエピタキシャルシリコンウェーハを実施例１のレーザアニール炉を使用し、非酸化性ガス雰囲気下で、これらのエピタキシャル膜の表面から約１μｍまでの深さ領域が溶融する条件で、それぞれレーザ照射を行った。その後、上述したＳＩＭＳ測定を行った。
比較例１のエピタキシャル膜へのレーザ照射後は、レーザ照射前と酸素濃度値は変化がなかった（比較例４）。一方、比較例３のウェーハ表層へのレーザ照射後は、溶融領域での酸素濃度が約１桁程増加していることが判明した（試験例２）。

この発明の実施例１に係る半導体ウェーハの表層高強度化方法における酸素導入工程を示す要部拡大縦断面図である。 この発明の実施例１に係る半導体ウェーハの表層高強度化方法における溶融工程を示す要部拡大縦断面図である。 この発明の実施例１に係る半導体ウェーハの表層高強度化方法におけるウェーハ表面の研磨工程を示す要部拡大縦断面図である。 この発明の実施例１に係る半導体ウェーハの表層高強度化方法により得られた表層が高強度化された半導体ウェーハの要部拡大縦断面図である。 この発明の実施例１に係る半導体ウェーハの表層高強度化方法により作製されたシリコンウェーハの表層にＳＴＩを形成した要部拡大縦断面図である。 この発明の実施例２に係る半導体ウェーハの表層高強度化方法における酸化性ガス雰囲気でのエピタキシャル成長工程を示す要部拡大縦断面図である。 この発明の実施例２に係る半導体ウェーハの表層高強度化方法におけるエピタキシャル膜の溶融工程を示す要部拡大縦断面図である。 この発明の実施例２に係る半導体ウェーハの表層高強度化方法におけるエピタキシャル膜の別の溶融工程を示す要部拡大縦断面図である。 この発明の実施例２に係る半導体ウェーハの表層高強度化方法におけるエピタキシャル膜の研磨工程を示す要部拡大縦断面図である。 この発明の実施例２に係る半導体ウェーハの表層高強度化方法により得られたエピタキシャル膜が高強度化された半導体ウェーハの要部拡大縦断面図である。 この発明の実施例２に係る半導体ウェーハの表層高強度化方法により得られたエピタキシャル膜が高強度化された半導体ウェーハのうち、エピタキシャル膜にＳＴＩを形成した要部拡大縦断面図である。 この発明の実施例３に係る半導体ウェーハの表層高強度化方法における酸素の内方拡散工程を示す要部拡大縦断面図である。 この発明の実施例３に係る半導体ウェーハの表層高強度化方法における高温取り出し工程を示す要部拡大縦断面図である。

符号の説明

１０ シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）、
１０ａ 界面付近、
１３ 高酸素濃度領域部、
１４ ＳＴＩ（シャロー・トレンチ・アイソレーション）構造、
１５ エピタキシャル膜、
３０ エピタキシャルシリコンウェーハ。

Claims (5)

1. 半導体ウェーハに、酸化性ガスの炉内雰囲気で１０００℃以上融点以下の熱処理を施すことで、前記半導体ウェーハの表層の一部に酸素を内方拡散させる内方拡散工程と、
   該内方拡散工程後、前記半導体ウェーハを１０００℃以上の炉内温度で前記炉内から取り出し、該半導体ウェーハの表層を高酸素濃度領域部とする高温取り出し工程とを備えた半導体ウェーハの表層高強度化方法。
2. 半導体ウェーハの表面に酸化性ガスの雰囲気で高エネルギ光を照射し、前記半導体ウェーハの表層を溶融させ、その後、これを冷却して固化させることで、前記表層に高酸素濃度領域部を形成する半導体ウェーハの表層高強度化方法。
3. 半導体ウェーハの表面から酸素をイオン注入し、半導体ウェーハの表層に酸素を導入する酸素導入工程と、
   該酸素導入工程後、高エネルギ光を照射により前記半導体ウェーハの表層を溶融させ、その後、これを冷却して固化させることで、前記表層に高酸素濃度領域部を形成する溶融工程とを備えた半導体ウェーハの表層高強度化方法。
4. 前記高酸素濃度領域部は、少なくとも素子分離を行うシャロー・トレンチ・アイソレーションの形成領域を含む請求項１〜請求項３のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハの表層高強度化方法。
5. 前記高酸素濃度領域部の形成後、前記半導体ウェーハの表面を研磨する請求項１〜請求項４のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハの表層高強度化方法。

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