阅读说明：本技术 吸除层的形成方法及硅晶圆 (Method for forming gettering layer and silicon wafer ) 是由 曲伟峰 砂川健 中杉直 于 2019-05-21 设计创作，主要内容包括：本发明是一种吸除层的形成方法,于单晶硅晶圆的内部形成吸除层,其中对该单晶硅晶圆进行激光的照射,将该激光的聚光点对准于该单晶硅晶圆的内部,由此将该单晶硅晶圆的内部的预定的区域予以多晶硅化,而形成作为该吸除层的多晶硅层。(The present invention is a method for forming a gettering layer inside a single crystal silicon wafer, wherein the single crystal silicon wafer is irradiated with laser light, and a predetermined region inside the single crystal silicon wafer is polycrystallized by aligning a focal point of the laser light with the inside of the single crystal silicon wafer, thereby forming a polycrystalline silicon layer as the gettering layer.)

吸除层的形成方法及硅晶圆

技术领域

本发明涉及具有吸除能力的硅晶圆。

背景技术

作为对单晶硅晶圆赋予吸除能力的方法，一般会通过RTA等的热处理将氧析出物形成于晶圆内部，赋予所谓的内质吸除(Intrinsic Gettering，IG)效果(例如专利文献1)。

此外，对于如FZ晶圆、低氧CZ晶圆及磊晶晶圆等难以形成氧析出物的晶圆，为了赋予吸除能力，会将CVD氧化膜等形成于晶圆的背面，赋予外质吸除(Extrinsic Gettering，EG)效果(例如专利文献2)。

此外，最近为了也对于Fe等的扩散速度较迟的杂质赋予吸除能力，亦会将离子注射于磊晶晶圆，将吸除层形成于靠近装置形成区域的区域(所谓的接近吸除)(例如专利文献3)。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本特开平10-326790号公报

[专利文献2]日本特开平5-29323号公报

[专利文献2]日本国际公开2015/034075号

发明内容

[发明所欲解决的问题]

然而，通过上述离子注射的接近吸除的形成中，必须于进行离子注射前将氧化膜形成于晶圆表面，或是于离子注射后进行氧化膜除去、结晶性回复热处理步骤等。这样的步骤，会使吸除层形成所必要的步骤增加，使产出量降低的问题。此外，随着步骤数的增加，受到各种污染的机会也会增加。因此希望通过步骤数少的简便的方法来形成吸除层。

于是，本发明的目的在于提供不必于形成吸除层前将氧化膜形成于晶圆表面或者于形成吸除层后进行结晶性回复热处理步骤的简便的方法并且将吸除层确实地形成于期望的区域的方法，以及于单晶硅晶圆的内部形成有吸除层的崭新的硅晶圆。

[解决问题的技术手段]

为达成上述目的，本发明提供一种吸除层的形成方法，于单晶硅晶圆的内部形成吸除层，其中对该单晶硅晶圆进行激光的照射，将该激光的聚光点对准于该单晶硅晶圆的内部，由此将该单晶硅晶圆的内部的预定的区域予以多晶硅化，而形成作为该吸除层的多晶硅层。

若依照这样的吸除层的形成方法，未于单一的单晶硅晶圆的内部使用离子注射或贴合等的手法，而是能够以简便的手法形成吸除层。此外，不必于形成吸除层的处理之前将氧化膜等形成于晶圆表面，也不必于形成吸除层后进行结晶性回复热处理步骤。

此时，该激光的中心波长能够为900～1100nm。

由此，能够于单晶硅晶圆的深度方向的预定的范围，更有效地将单晶硅变换为多晶硅。

此时，该激光的聚光点中的峰值功率密度能够为1×10⁸～1×10¹²W/cm²。

由此，能够更有效地将单晶硅变换为多晶硅。

此时，能够以使该多晶硅层的厚度成为1nm以上10μm以下的方式，调整该激光的照射条件。

由此，能够作为具有更有效的吸除能力的吸除层。

此时，为了将形成该多晶硅层的深度予以调整，能够基于下列公式决定照射条件：

Xd＝10-11exp(0.0287λ)

但是Xd＝该多晶硅层的深度(μm)，λ＝该激光的中心波长(nm)。

由此，能够简便地设定形成多晶硅层的深度。

此时，能够使用FZ晶圆、氧浓度为7ppma(JEIDA)以下的CZ晶圆及磊晶晶圆中任一种作为该单晶硅晶圆。

由此，即使对于难以形成氧析出物的晶圆，也能够赋予有效的吸除能力。

此外，本发明提供一种硅晶圆，为形成有吸除层的硅晶圆，其中，该硅晶圆自该硅晶圆的表面起具有第一单晶硅层、与该第一单晶硅层相接的作为该吸除层的多晶硅层以及与作为该吸除层的该多晶硅层相接的第二单晶硅层，该第一单晶硅层的厚度为1μm以上500μm以下。

若为这样的硅晶圆，成为于单一的单晶硅晶圆中具有通过多晶硅层的有效的吸除层的崭新的硅晶圆。

[对照现有技术的功效]

如上所述，若依照本发明的吸除层的形成方法，未于单一的单晶硅晶圆的内部使用离子注射或贴合等的手法，而是能够以简便的手法形成吸除层。此外，若为本发明的硅晶圆，成为于单一的单晶硅晶圆中具有由多晶硅层所成的有效的吸除层的崭新的硅晶圆。

附图说明

图1为本发明的吸除层的形成方法的示意图。

图2为将包含通过本发明的吸除层的形成方法的加工流程的一范例与晶圆的示意图一同表示的图。

图3表示激光的中心波长与形成有多晶硅层的深度的关系。

图4为实施例中形成有多晶硅层的硅晶圆的截面SEM图像。

图5为经验证本发明的硅晶圆的吸除能力的结果。

具体实施方式

以下详细地说明本发明，然而本发明不限于这些。

如上所述，不必于形成吸除层前将氧化膜形成于晶圆表面或者于形成吸除层后进行结晶性回复热处理步骤的简便的方法并且将吸除层确实地形成于期望的区域的方法，以及于单晶硅晶圆的内部形成有吸除层的全新的硅晶圆为所求。

本发明人等针对上述课题反复积极探讨的结果，找出一种吸除层的形成方法，于单晶硅晶圆的内部形成吸除层，其中对该单晶硅晶圆进行激光的照射，将该激光的聚光点对准于该单晶硅晶圆的内部，由此将该单晶硅晶圆的内部的预定的区域予以多晶硅化，而形成作为该吸除层的多晶硅层，由此未于单一的单晶硅晶圆的内部使用离子注射或贴合等的手法，而是能够以简便的手法形成由多晶硅层所成的吸除层，进而完成本发明。

本发明人等针对上述课题反复积极探讨的结果，找出一种硅晶圆，为形成有吸除层的硅晶圆，其中该硅晶圆自该硅晶圆的表面起具有第一单晶硅层、与该第一单晶硅层相接的作为该吸除层的多晶硅层以及与作为该吸除层的该多晶硅层相接的第二单晶硅层，该第一单晶硅层的厚度为1μm以上500μm以下，由此成为于单一的单晶硅晶圆中具备有效的吸除层的崭新的硅晶圆，进而完成本发明。

以下参考附图而说明。

本发明人等，找出通过对硅晶圆照射激光，使照射区域的硅融化，经融化的硅再结晶之际形成多晶硅层，将此作为吸除层的功用。

图1表示本发明的吸除层的形成方法的示意图。自单晶硅晶圆1的表面2侧照射激光3而聚光于单晶硅晶圆1的内部，在聚光部将单晶硅融化再结晶化而改质为多晶硅，形成多晶硅层4。

图2表示关于本发明的于单晶硅晶圆1的内部的形成多晶硅层4的步骤流程。

首先，准备单晶硅晶圆1。准备的晶圆能够使用FZ晶圆、氧浓度为7ppma(JEIDA)以下的CZ晶圆及磊晶晶圆等。对于这样的难以形成氧析出物的晶圆，能够应用本发明的吸除层的形成方法，由此赋予有效的吸除能力。

其次，亦能够于单晶硅晶圆1形成用以表面保护的氧化膜5。本发明的作为吸除层的多晶硅层4的形成中，如后所述只有激光通过单晶硅晶圆1，由于原理上没有污染的顾虑，不必如离子注射般形成用以表面保护的氧化膜5。然而，并非排除用以表面保护的氧化膜5，为了使污染为更低等级，亦可形成用以表面保护的氧化膜5毋庸置疑。图2表示形成用以表面保护的氧化膜5的场合的步骤流程。

其次，对单晶硅晶圆1进行激光照射，融化晶圆的内部的一部分的区域，再结晶化而多晶硅化，形成多晶硅层4。

此时，能够使用例如激光中心波长为900～1100nm的近红外线区半导体激光。若为这样的激光的中心波长，在使光子充分被晶圆吸收而由此能够更有效地使单晶硅融化的同时，能够更提高融化的硅层的深度及厚度的控制性。

其次，形成用以表面保护的氧化膜5的场合，进行氧化膜5的除去。

如此一来，能够得到自硅晶圆的表面起具有第一单晶硅层6、与该第一单晶硅层6相接的作为吸除层的多晶硅层4以及与作为该吸除层的多晶硅层4相接的第二单晶硅层7的硅晶圆8。

在此，针对形成多晶硅层的深度的控制进行描述。

激光的中心波长为激光的侵入深度控制的参数。使用作为激光的近红外线区半导体激光，使激光的中心波长变化，调查与形成有多晶硅层的深度(自晶圆表面起的距离)的关系。该结果示于图3。将图3的(A)的曲线图中，激光的中心波长的低波长区域予以扩大并示于图3的(B)。

此外，其他的激光的照射条件为激光的峰值功率密度1×10⁸(W/cm²)，照射时间30nsec。

从图3的结果求出回归公式，由此得知激光的中心波长与形成有多晶硅层的深度(自晶圆表面起的距离)的关系，以下列公式表示：

Xd＝10^-11exp(0.0287λ)。

在此，Xd为多晶层的深度(自晶圆表面起的距离，μm)，λ为激光的中心波长(nm)。

由上述公式得知，若激光的中心波长为900～1100nm，能够将自形成多晶硅层的表面起的深度控制在1μm～500μm的范围。换言之，能够得到上述第一单晶硅层6的厚度为1μm以上500μm以下的硅晶圆。

此外，多晶硅层的厚度(深度方向的幅宽)能够通过调节激光的强度及照射时间而控制。

多晶硅层的厚度以1nm以上10μm以下为佳。通过这样的范围，能够作为具有更有效的吸除能力的吸除层。

另外，激光的强度由激光的聚光点中的峰值功率密度(W/cm²)决定。聚光点中的峰值功率密度以1×10⁸～1×10¹²W/cm²为佳。若为这样的峰值功率密度，在能够更有效地将于照射部吸收的能量转化为热能而使单晶硅融化的同时，能够更提高融化的单晶硅层的深度及厚度的控制性。

激光的照射，可让单晶硅晶圆以室温进行，也可加热至例如400℃左右的状态下进行。激光照射时的温度的上限并无特别限制，但考虑到仅使单晶硅晶圆的内部融化及生产性等，以800℃以下为佳。

此外，激光的照射为低输出功率激光的例如飞秒激光般的超短脉冲激光为佳。这是因为低输出功率激光与YAG激光般的高输出功率激光相比，控制性更好且能够仅对预定的深度位置传达热能。

[实施例]

以下举出实施例而针对本发明详细地说明，然而本发明并不限于此。

(实施例)

首先，准备电阻率10Ωcm的硼参杂、直径200mm、结晶面方位(100)的单晶硅晶圆。

其次，于单晶硅晶圆表面形成作为污染防止氧化层的氧化膜。氧化条件为900℃、2时间、氧化性氛围。

其次，如上所述，基于以图3为主所导出的激光的中心波长与形成有多晶硅层的深度的关系，为了于自表面起深度约20μm的位置形成多晶硅层，将近红外线区半导体激光的中心波长定为987nm而进行激光的照射。此外，作为其他的条件，聚光点处的光束直径为2mm，激光的峰值功率密度1×10⁸(W/cm²)，照射时间30nsec，被承载的基板的移动速度为100mm/sec。

将以这种方式得到的具备多晶硅层的硅晶圆劈开而蚀刻，以高倍率显微镜观察晶圆的内部构造。

观察结果示于图4。得知如图4的上面的图所示，自表面起深度约20μm的地方开始往深度方向约10μm的厚度中单晶硅受到改质，如图4的下面的图(扩大影像)所示，仅经改质的部分成为多晶硅层。

其次，为了确认多晶硅层的吸除能力，将制作的具有多晶硅层的硅晶圆故意污染而进行评估。

首先，于晶圆表面以1×10¹¹atoms/cm²的污染量涂布Ni。之后实施800℃、20分的扩散热处理，冷却至室温。将该硅晶圆自表面使用混酸系药液(HF/HNO₃/H₂O＝1：7.5：5)进行选择蚀刻(1～5μm/Step)，使用ICP-MS测量Ni的深度方向分布。该结果示于图5。

就像从图5所得知，形成有自表面起深度约20μm的多晶硅层的区域能够确认到Ni的峰值。能够确认形成的多晶硅层作为吸除层的功用。

若依照本发明的吸除层的形成方法，能够简便地于单一的单晶硅晶圆的内部形成作为吸除层功用的多晶硅层。此外，若将本发明的吸除层的形成方法应用于FZ晶圆、氧浓度为7ppma(JEIDA)以下的CZ晶圆及磊晶晶圆般的基板，即使对于难以形成氧析出物的晶圆，亦能够赋予有效的吸除能力。

另外，本发明并不限于上述的实施型态。上述实施型态为举例说明，凡具有及本发明的申请专利范围所记载之技术思想及实质上同一构成而产生相同的功效者，不论为何物皆包含在本发明的技术范围内。

【符号说明】

1 单晶硅晶圆

2 表面

3 激光

4 多晶硅层

5 氧化膜

6 第一单晶硅层

7 第二单晶硅层

8 硅晶圆