(57)【要約】【課題】エピタキシャル欠陥の形成を抑制しつつ、高いゲッタリング能力を有するエピタキシャルシリコンウェーハを製造することができる方法およびエピタキシャルシリコンウェーハを提供する。【解決手段】おもて面、裏面およびエッジ領域を有するシリコンウェーハに対して炭素含有ガス雰囲気下で８００℃以上９８０℃以下の温度にて熱処理を施し、シリコンウェーハの少なくともおもて面側の表層部に炭素拡散層を形成する第１工程と、シリコンウェーハのおもて面側の表層部に形成した炭素拡散層上にシリコンエピタキシャル層を９００℃以上１０００℃以下の温度にて形成する第２工程とを含むことを特徴とする。【選択図】図１
2020043232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
おもて面、裏面およびエッジ領域を有するシリコンウェーハに対して炭素含有ガス雰囲気下で８００℃以上９８０℃以下の温度にて熱処理を施し、前記シリコンウェーハの少なくとも前記おもて面側の表層部に炭素拡散層を形成する第１工程と、
前記シリコンウェーハの前記おもて面側の表層部に形成した炭素拡散層上にシリコンエピタキシャル層を９００℃以上１０００℃以下の温度にて形成する第２工程と、
を含むことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記第１工程において、前記炭素拡散層を前記シリコンウェーハの前記おもて面側の表層部のみに形成する、請求項１に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記第１工程の前に前記シリコンウェーハの前記裏面の上に保護膜を形成する第３工程と、前記第２工程の前または後に前記保護膜を除去する第４工程とをさらに有する、請求項２に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記第１工程において、前記炭素拡散層を前記シリコンウェーハの前記おもて面側および前記裏面側の双方の表層部に形成し、
前記第２工程の前または後に前記裏面側の表層部に形成された前記炭素拡散層を除去する第５工程をさらに有する、請求項２に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記第１工程において、裏面同士を重ね合わせた２枚のシリコンウェーハに対して、前記炭素拡散層を前記２枚のシリコンウェーハのそれぞれの少なくともおもて面側の表層部に形成し、
前記第１工程の後に、前記２枚のシリコンウェーハを剥離する第６工程をさらに有する、請求項２に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項６】
前記第１工程の後かつ前記第２工程の前に前記シリコンウェーハの前記エッジ領域の表層部に形成された前記炭素拡散層を除去する第７工程をさらに有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項７】
前記第１工程は、前記第２工程を行うエピタキシャル成長炉内で行う、請求項１〜６のいずれか一項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項８】
前記第１工程は、前記シリコンウェーハを前記炭素含有ガスを導入可能な熱処理装置内に導入して行い、前記第２工程は、熱処理後の前記シリコンウェーハをエピタキシャル成長炉内に導入して行う、請求項１〜６のいずれか一項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項９】
前記第１工程では前記炭素拡散層における炭素ピーク濃度が１×１０17／ｃｍ3以上１×１０20／ｃｍ3以下となるように熱処理を行い、
前記第２工程では前記炭素拡散層における水素ピーク濃度が１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下となるようにエピタキシャル成長処理を行う、請求項１〜８のいずれか一項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項１０】
おもて面、裏面およびエッジ領域を有するシリコンウェーハの少なくとも前記おもて面側の表層部に形成された炭素拡散層と、
前記おもて面側の表層部の炭素拡散層上に形成されたシリコンエピタキシャル層と、
を有し、
前記炭素拡散層の炭素ピーク濃度が１×１０17／ｃｍ3以上１×１０20／ｃｍ3以下であり、
前記炭素拡散層の水素ピーク濃度が１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である
ことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。
【請求項１１】
前記炭素拡散層の厚みは２００ｎｍ以下である、請求項１０に記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。
【請求項１２】
前記炭素拡散層は、前記おもて面側の表層部のみに形成されている、請求項１０または１１に記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。
【請求項１３】
前記炭素拡散層が前記エッジ領域の表層部に形成されていない、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法およびエピタキシャルシリコンウェーハに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体デバイスの基板としてシリコンウェーハが広く使用されているが、シリコンウェーハ中に重金属が混入すると、ポーズタイム不良、リテンション不良、接合リーク不良、酸化膜の絶縁破壊といったデバイス特性に著しい悪影響をもたらす。そのため、重金属を捕獲するためのゲッタリング層をウェーハ内部に形成することによって、デバイス形成領域に重金属が拡散するのを抑制している。ここで、チタンやモリブデンなどの拡散速度が遅い重金属を捕獲できるよう、デバイス形成領域の直下にゲッタリング層を形成することが肝要である。
【０００３】
また近年、デバイス形成領域には結晶欠陥が存在しないことが要求されており、シリコンウェーハ上にシリコンエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルシリコンウェーハが基板として使用されている。エピタキシャルシリコンウェーハにおいては、例えばシリコンウェーハの表層部にゲッタリング層を形成した後、ＣＶＤ法などによってゲッタリング層上にシリコンエピタキシャル層が形成される。
【０００４】
上記ゲッタリング層を形成する方法の１つに、イオン注入法がある。例えば、特許文献１には、炭素イオンをシリコンウェーハ表面に注入してウェーハの表層部に高濃度の炭素を含むゲッタリング層を形成し、形成したゲッタリング層の上にシリコンエピタキシャル層を形成する方法が記載されている。
【０００５】
イオン注入法によってシリコンエピタキシャル層の直下にゲッタリング層を形成するためには、イオンをシリコンウェーハの表面からより浅い位置に注入する必要がある。しかし、イオンをウェーハ表面から浅い位置に注入すると、ウェーハ表面には注入欠陥が形成され、その上に形成されるエピタキシャル層に多数のエピタキシャル欠陥が形成される。
【０００６】
また、ゲッタリング層を形成する他の方法として、炭素含有ガス雰囲気下でシリコンウェーハに対して熱処理を施して炭素をシリコンウェーハの内部に拡散させ、形成された炭素拡散層をゲッタリング層として使用する方法が提案されている。例えば、特許文献２には、１０００℃以上１２００℃以下の温度にてシリコンウェーハ上に炭素を含むガスを供給して熱分解された炭素を含むガスの層を形成し、その上にエピタキシャル層を形成することによって、エピタキシャル層の直下にゲッタリング層を有するエピタキシャルウェーハの製造方法について記載されている。
【０００７】
さらに、特許文献３には、炭素を含む溶液中にシリコンウェーハを浸漬してシリコンウェーハの表面に炭素含有膜を形成し、次いでシリコンウェーハを５００℃〜７５０℃の温度で熱処理して炭素含有膜中の炭素をシリコンウェーハの表層部に熱拡散させた後、形成された炭素拡散層の上にエピタキシャル層を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３３８４５０６号公報
【特許文献２】特開２０１３−５１３４８号公報
【特許文献３】特開２０１０−３４３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２に記載された方法で製造されたエピタキシャルウェーハにおいても、多数のエピタキシャル欠陥が形成されていることが分かった。また、特許文献３に記載の方法で製造されたエピタキシャルウェーハについては、ゲッタリング能力が不十分であることが分かった。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、エピタキシャル欠陥の形成を抑制しつつ、高いゲッタリング能力を有するエピタキシャルシリコンウェーハを製造することができる方法およびエピタキシャルシリコンウェーハを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明は以下の通りである。
［１］おもて面、裏面およびエッジ領域を有するシリコンウェーハに対して炭素含有ガス雰囲気下で８００℃以上９８０℃以下の温度にて熱処理を施し、前記シリコンウェーハの少なくとも前記おもて面側の表層部に炭素拡散層を形成する第１工程と、
前記シリコンウェーハの前記おもて面側の表層部に形成した炭素拡散層上にシリコンエピタキシャル層を９００℃以上１０００℃以下の温度にて形成する第２工程と、
を含むことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【００１２】
［２］前記第１工程において、前記炭素拡散層を前記シリコンウェーハの前記おもて面側の表層部のみに形成する、前記［１］に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【００１３】
［３］前記第１工程の前に前記シリコンウェーハの前記裏面の上に保護膜を形成する第３工程と、前記第２工程の前または後に前記保護膜を除去する第４工程とをさらに有する、前記［２］に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【００１４】
［４］前記第１工程において、前記炭素拡散層を前記シリコンウェーハの前記おもて面側および前記裏面側の双方の表層部に形成し、
前記第２工程の前または後に前記裏面側の表層部に形成された前記炭素拡散層を除去する第５工程をさらに有する、前記［２］に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【００１５】
［５］前記第１工程において、裏面同士を重ね合わせた２枚のシリコンウェーハに対して、前記炭素拡散層を前記２枚のシリコンウェーハのそれぞれの少なくともおもて面側の表層部に形成し、
前記第１工程の後に、前記２枚のシリコンウェーハを剥離する第６工程をさらに有する、前記［２］に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【００１６】
［６］前記第１工程の後かつ前記第２工程の前に前記シリコンウェーハの前記エッジ領域の表層部に形成された前記炭素拡散層を除去する第７工程をさらに有する、前記［１］〜［５］のいずれか一項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【００１７】
［７］前記第１工程は、前記第２工程を行うエピタキシャル成長炉内で行う、前記［１］〜［６］のいずれか一項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【００１８】
［８］前記第１工程は、前記シリコンウェーハを前記炭素含有ガスを導入可能な熱処理装置内に導入して行い、前記第２工程は、熱処理後の前記シリコンウェーハをエピタキシャル成長炉内に導入して行う、前記［１］〜［６］のいずれか一項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【００１９】
［９］前記第１工程では前記炭素拡散層における炭素ピーク濃度が１×１０17／ｃｍ3以上１×１０20／ｃｍ3以下となるように熱処理を行い、
前記第２工程では前記炭素拡散層における水素ピーク濃度が１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下となるようにエピタキシャル成長処理を行う、前記［１］〜［８］のいずれか一項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【００２０】
［１０］おもて面、裏面およびエッジ領域を有するシリコンウェーハの少なくとも前記おもて面側の表層部に形成された炭素拡散層と、
前記おもて面側の表層部の炭素拡散層上に形成されたシリコンエピタキシャル層と、
を有し、
前記炭素拡散層の炭素ピーク濃度が１×１０17／ｃｍ3以上１×１０20／ｃｍ3以下であり、
前記炭素拡散層の水素ピーク濃度が１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である
ことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。
【００２１】
［１１］前記炭素拡散層の厚みは２００ｎｍ以下である、上記［１０］に記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。
【００２２】
［１２］前記炭素拡散層は、前記おもて面側の表層部のみに形成されている、上記［１０］または［１１］に記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。
【００２３】
［１３］前記炭素拡散層が前記エッジ領域の表層部に形成されていない、上記［１０］〜［１２］のいずれか一項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、エピタキシャル欠陥の形成を抑制しつつ、高いゲッタリング能力を有するエピタキシャルシリコンウェーハを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明によるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法のフローを示す図である。
【図２】おもて面および裏面の双方の上に炭素拡散層を有するエピタキシャルシリコンウェーハを示す図である。
【図３】シリコンウェーハの裏面に炭素拡散層を形成させないためのサセプタの一例を示す図である。
【図４】裏面に炭素拡散層を形成させないための保護膜を有するシリコンウェーハを示す図である。
【図５】裏面同士が重ね合わされた２枚のシリコンウェーハを示す図である。
【図６】発明例２のエピタキシャルシリコンウェーハにおける炭素および水素の濃度プロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法）
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明によるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法のフローを示している。本発明によるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法は、おもて面１１ａ、裏面１１ｂおよびエッジ領域１１ｃを有するシリコンウェーハ１１に対して炭素含有ガス雰囲気下で８００℃以上９８０℃以下の温度にて熱処理を施し、シリコンウェーハ１１の少なくともおもて面１１ａ側の表層部に炭素拡散層１２を形成する第１工程と、シリコンウェーハ１１のおもて面１１ａ側の表層部に形成した炭素拡散層１２上にシリコンエピタキシャル層１３を９００℃以上１０００℃以下の温度にて形成する第２工程とを含むことを特徴とする。
【００２７】
上述のように、特許文献２および３には、炭素をシリコンウェーハ内部に拡散させ、形成された炭素拡散層をゲッタリング層として使用する技術が提案されている。しかし、特許文献２の方法で製造されたエピタキシャルウェーハにはエピタキシャル欠陥が多数形成され、特許文献３の方法で製造されたエピタキシャルウェーハについては、ゲッタリング能力が不十分であった。
【００２８】
本発明者は、上記問題の原因について詳細に調査した。その結果、特許文献３の方法で得られたエピタキシャルウェーハのゲッタリング能力が不十分であった原因は、熱処理温度が５００℃〜７５０℃と低いために、炭素含有膜中の炭素がウェーハ内に十分に拡散しなかったためであることが判明した。
【００２９】
一方、特許文献２の方法で得られたエピタキシャルウェーハにおいてエピタキシャル欠陥が多数形成された原因は、熱処理によってシリコンウェーハの表層部に炭素拡散層が形成されるものの、熱処理温度が１０００℃〜１２００℃と高いために炭素拡散層を構成するシリコンが昇華し、残った炭素同士が結合して析出し、ウェーハ表層部の結晶構造が乱れたためであることが分かった。
【００３０】
以上の検討によれば、特許文献３に記載された温度と、特許文献２に記載された温度との間の温度で熱処理を行うことにより、エピタキシャル欠陥の形成を抑制しつつ、ゲッタリング能力の高いエピタキシャルウェーハを製造できることが期待される。
【００３１】
しかしながら、本発明者が上記温度範囲で熱処理を行ってエピタキシャルシリコンウェーハを製造したところ、依然として多数のエピタキシャル欠陥が形成されることが分かった。そこで、本発明者はその原因について調査した。その結果、炭素拡散層上に形成するシリコンエピタキシャル層の一般的な形成温度は１１５０℃程度であるが、この形成温度が高いために、炭素拡散層におけるシリコンが上述のように昇華し、炭素が析出したためであることが分かった。
【００３２】
以上の検討から、本発明者は、エピタキシャル欠陥の形成を抑制しつつ、ゲッタリング能力の高いエピタキシャルシリコンウェーハを製造するためには、炭素含有ガス雰囲気下で炭素がシリコンウェーハの内部に十分に拡散しつつ、形成された炭素拡散層のシリコンが昇華して炭素が析出しない温度で行い、かつシリコンエピタキシャル層の形成についても、形成された炭素拡散層のシリコンが昇華して炭素が析出しない低温で行うことが必要であるとの結論に至った。
【００３３】
そして、本発明者が具体的な温度条件について鋭意検討した結果、炭素含有ガス雰囲気下でのシリコンウェーハの熱処理を８００℃以上９８０以下の温度にて行い、かつシリコンエピタキシャル層の形成を９００℃以上１０００℃以下で行うことによって、エピタキシャル欠陥の形成を抑制しつつ、ゲッタリング能力の高いエピタキシャルシリコンウェーハが得られることを見出し、本発明を完成させたのである。以下、各工程について説明する。
【００３４】
＜第１工程＞
まず、おもて面１１ａ、裏面１１ｂおよびエッジ領域１１ｃを有するシリコンウェーハ１１に対して炭素含有ガス雰囲気下で８００℃以上９８０℃以下の温度にて熱処理を施し、シリコンウェーハ１１の少なくともおもて面１１ａ側の表層部に炭素拡散層１２を形成する。
【００３５】
シリコンウェーハ１１としては、チョクラルスキー法（ＣＺ法）や浮遊帯域溶融法（ＦＺ法）により育成された単結晶シリコンインゴットに対して、ウェーハ加工を施して得られたものを使用することができる。より高いゲッタリング能力を得るために、シリコンウェーハ１１に炭素および／または窒素を添加してもよい。また、任意の適切な不純物を添加して、ｎ型またはｐ型としてもよい。シリコンウェーハ１１の直径は、例えば２００ｍｍや３００ｍｍ、４５０ｍｍとすることができる。抵抗率についても、設計に応じて適切に設定することができる。
【００３６】
本発明において、「炭素含有ガス雰囲気」とは炭素を含むガスで構成された雰囲気を意味している。上記炭素を含むガスとしては、メタンガス、エタンガス、プロパンガスなどを挙げることができる。中でもシリコンウェーハ１１への炭素の反応効率向上の観点から、プロパンガスまたはエタンガスを用いることが好ましい。
【００３７】
また、シリコンウェーハ１１の酸素濃度は、１×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ3以上１×１０18ａｔｏｍ／ｃｍ3以下であることが好ましい。これにより、スリップの発生を抑制しつつ酸素析出起因のエピタキシャル欠陥の形成を抑制することができる。
【００３８】
上述のように、本発明においては、炭素含有ガス雰囲気下での熱処理温度は８００℃以上９８０℃以下とすることが肝要である。熱処理温度が８００℃未満の場合には、炭素含有ガス雰囲気を構成する炭素を含むガス、例えばメタンガスを分解させることができず、炭素をシリコンウェーハ１１の表面からウェーハ内部に拡散させることができない。
【００３９】
一方、熱処理温度が９８０℃を超える場合には、熱エネルギーが高いために、形成された炭素拡散層１２におけるシリコンが昇華する。その結果、炭素拡散層１２に残った炭素同士が結合して析出し、シリコンの結晶構造が乱れて、炭素拡散層１２の上に形成されるシリコンエピタキシャル層１３におけるエピタキシャル欠陥が多数形成される。そこで、熱処理温度は８００℃以上９８０℃以下とする。より好ましくは、熱処理温度は８００℃以上９５０℃以下とする。
【００４０】
上記範囲の温度で熱処理を行うことにより、シリコンウェーハ１１の表層部の結晶構造を乱すことなく、炭素をウェーハ内部に拡散させて炭素拡散層１２を形成することができる。そして、炭素拡散層１２に含まれる炭素の濃度は１×１０17／ｃｍ3以上１×１０20／ｃｍ3以下となり、重金属のゲッタリングに十分な濃度の炭素を炭素拡散層１２に含有させることができる。なお、上記炭素濃度は、シリコンウェーハ１１の内部における最大濃度であり、炭素濃度はシリコンウェーハ１１とシリコンエピタキシャル層１３との界面で最大（ピーク）となる。
【００４１】
また、熱処理時間は１分以上４０分以下とすることが好ましい。熱処理時間を１分以上とすることにより、炭素含有ガス雰囲気中の炭素をシリコンウェーハ１１の表面から十分に拡散させて、高濃度の炭素を含む炭素拡散層１２をシリコンウェーハ１１の表層部に形成することができる。熱処理時間を１分以上とすることにより、炭素拡散層１２の厚みは２０ｎｍ以上となる。また、熱処理時間を４０分を超えて行っても、炭素のウェーハ内部への拡散は飽和する。そのため、熱処理時間の上限は、４０分以下とすることが好ましい。形成される炭素拡散層１２の厚みの上限は、概ね２００ｎｍである。
【００４２】
なお、図２に示すように、シリコンウェーハ１１のおもて面１１ａ側の表層部のみならず、裏面１１ｂ側の表層部にも炭素拡散層１２を形成し、形成された裏面１１ｂ側の表層部の炭素拡散層１２についてもゲッタリング層として使用することによって、ゲッタリング能力をさらに高めることができる。
【００４３】
また、炭素拡散層１２は、シリコンウェーハ１１のおもて面１１ａ側の表層部のみに形成してもよい。これにより、炭素による汚染を抑制することができる。なお、炭素拡散層１２は、エッジ領域１１ｃに形成されていてもよい。
【００４４】
炭素拡散層１２のシリコンウェーハ１１のおもて面１１ａ側の表層部のみへの形成は、例えば、シリコンウェーハ１１のエッジ領域１１ｃを線接触で支えるタイプのサセプタではなく、図３に示すようなサセプタを用いて行うことができる。すなわち、図３に示したサセプタ２０は、側壁２１ａと底面２１ｂとで区画される凹部２１を有し、底面２１ｂがシリコンウェーハ１１よりも大きな直径を有している。このようなサセプタ２０の底面２１ｂ上にシリコンウェーハ１１を配置して、底面２１ｂに裏面１１ｂを接触させた状態で熱処理を行うことにより、おもて面１１ａ側の表層部のみに炭素拡散層１２を形成することができる。
【００４５】
また、図４に示すように、シリコンウェーハ１１の裏面１１ｂ上に保護膜１４を形成し（第３工程）、保護膜１４が形成された状態で上述した熱処理を行うことにより、炭素拡散層１２をシリコンウェーハ１１のおもて面１１ａ側の表層部のみに形成することができる。形成した保護膜１４は、後述する第２工程の前または後に、例えば研磨して除去することができる（第４工程）。また、保護膜１４としては、炭素の拡散を防止できる膜であればよく、酸化膜や窒化膜などを適用することができる。
【００４６】
さらに、シリコンウェーハ１１のおもて面１１ａ側および裏面１１ｂ側の双方の表層部に炭素拡散層１２を一旦形成した後に、裏面１１ｂ側の表層部に形成された炭素拡散層１２を除去することによって、おもて面１１ａ側の表層部のみに炭素拡散層１２を形成することもできる。裏面１１ｂ側の表層部に形成された炭素拡散層１２の除去は、後述する第２工程の前または後に、例えば研磨して除去することができる（第５工程）。
【００４７】
さらにまた、炭素拡散層１２をシリコンウェーハ１１のおもて面１１ａ側の表層部のみに形成させるために、図５に示すように、裏面１１ｂ同士を重ね合わせた２枚のシリコンウェーハ１１を用意し、第１工程において炭素拡散層１２を２枚のシリコンウェーハ１１のそれぞれのおもて面１１ａ側の表層部に形成してもよい。この場合、第１工程の後に２枚のシリコンウェーハを互いに剥離し（第６工程）、第２工程において、おもて面１１ａ側の表層部に形成された炭素拡散層１２の上にシリコンエピタキシャル層１３を形成する。
【００４８】
なお、上述のように、炭素拡散層１２をシリコンウェーハ１１のおもて面１１ａ側の表層部のみに形成する場合に、ウェーハ１１の外周部が面取り加工されたエッジ領域１１ｃの表層部にも炭素拡散層１２が形成される。このエッジ領域１１ｃに形成された炭素拡散層１２の炭素は、その後のデバイスプロセス過程で実施される熱処理を受けることによってウェーハ外に外方拡散してしまい、シリコンエピタキシャル層（デバイス形成領域）１３に炭素が取り込まれしまう惧れがある。そのため、後述する第２工程の前に、エッジ領域１１ｃの表層部に形成された炭素拡散層１２を除去することが好ましい（第７工程）。このエッジ領域１１ｃの表層部に形成された炭素拡散層１２は、研磨により除去することができる。
【００４９】
上記第１工程は、後述する第２工程を行うエピタキシャル成長炉内で行うことができる。具体的には、まず、エピタキシャル成長炉にシリコンウェーハ１１を導入し、炉内に水素ガスを導入して１１００℃〜１１５０℃まで昇温して水素ベークを行い、シリコンウェーハ１１表面の自然酸化膜を除去する。次いで、炉内の温度を８００〜９８０℃の温度まで降温し、炉内に、水素ガス（キャリアガス）とともにメタンガスなどの炭素含有ガスを導入して、例えば１分間保持する。これにより、シリコンウェーハ１１の表面から炭素をウェーハ内部に拡散させて、少なくともおもて面１１ａ上に炭素拡散層１２を形成することができる。引き続き、第２工程のシリコンエピタキシャル層１３の形成を行うことができる。
【００５０】
また、第１工程は、基板であるシリコンウェーハ１１を炭素含有ガスを導入可能な専用の熱処理装置内に導入し、次いで炉内に炭素含有ガスを導入して炉内を炭素含有ガス雰囲気にした後、所定の熱処理温度まで昇温することにより行うことができる。熱処理装置は特に限定されず、縦型や横型のものを用いることができる。また、ＲＴＡ装置のように１枚のウェーハを処理するものを用いてもよいが、多数枚のウェーハを同時に熱処理できるバッチ式の熱処理装置を用いることが好ましい。この場合、熱処理後のシリコンウェーハ１１をエピタキシャル成長炉内に導入して第２工程を行うことができる。
【００５１】
＜第２工程＞
次に、第１工程においておもて面１１ａ側の表層部に形成した炭素拡散層１２上に、シリコンエピタキシャル層１３を９００℃以上１０００℃以下の温度にて形成する。これは、例えばＣＶＤ法などの気相成長法により行うことができる。
【００５２】
具体的には、第１工程において炭素拡散層１２が形成されたシリコンウェーハ１１をエピタキシャル成長炉内に導入し、炉内に水素ガスを導入して１１００〜１１５０℃程度に昇温し、水素ベークを行ってシリコンウェーハ１１表面の自然酸化膜を除去する。次いで、例えば水素ガスをキャリアガスとし、モノシランガス（ＳｉＨ4）、ジクロロシランガス（ＳｉＨ2Ｃｌ2）などの、９００℃以上１０００℃以下で分解されるシラン系ガスをソースガスとして炉内に導入する。これにより、炭素拡散層１２上にシリコンエピタキシャル層１３を形成することができる。また、炭素拡散層１２における水素濃度を増加させる観点からは、水素結合の多いモノシランガス（ＳｉＨ4）を用いることが望ましい。
【００５３】
シリコンエピタキシャル層１３の厚みは、設計に応じて適切に設定できるが、例えば１〜１５μｍの範囲内とすることができる。また、シリコンエピタキシャル層１３の抵抗率についても、設計に応じて適切に設定することができる。
【００５４】
シリコンエピタキシャル層１３の形成温度が９００℃未満の場合には、ソースガスであるシラン系ガスの分解を良好に行うことができなくなる。また、シリコンエピタキシャル層１３の形成温度が１０００℃超えの場合には、第１工程において形成された炭素拡散層１２におけるシリコンが昇華して炭素同士が結合して析出する。その結果、シリコンの結晶構造が乱れ、炭素拡散層１２上に形成されるシリコンエピタキシャル層１３にエピタキシャル欠陥が多数形成される。そこで、シリコンエピタキシャル層１３の形成温度は９００℃以上１０００℃以下とする。
【００５５】
こうして、本発明によるエピタキシャルシリコンウェーハ１を製造することができる。形成された炭素拡散層１２には、ソースガス中に含まれる水素やキャリアガスである水素ガスの水素が捕獲される。この炭素拡散層１２内に捕獲された水素は、デバイス形成工程における熱処理においてシリコンエピタキシャル層１３内に拡散し、シリコンエピタキシャル層１３内の欠陥をパッシベートする作用を有する。本発明においては、シリコンエピタキシャル層１３の形成を９００℃以上１０００℃以下という比較的低温で行う。そのため、シリコンエピタキシャル層１３を１１５０℃程度の高温で形成する場合に比べて、高濃度の水素を炭素拡散層１２に捕獲させることができ、欠陥のパッシベーション効果を高めることができる。
【００５６】
ここで、炭素拡散層１２に捕獲される水素のピーク濃度は１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。なお、上記水素濃度は、シリコンウェーハ１１の内部における最大濃度であり、水素濃度は炭素拡散層１２内において最大（ピーク）となる。
【００５７】
（エピタキシャルシリコンウェーハ）
次に、本発明によるエピタキシャルシリコンウェーハについて説明する。本発明によるエピタキシャルシリコンウェーハ１は、おもて面１１ａ、裏面１１ｂおよびエッジ領域１１ｃを有するシリコンウェーハ１１の少なくともおもて面１１ａ側の表層部に形成された炭素拡散層１２と、おもて面１１ａ側の表層部の炭素拡散層１２上に形成されたシリコンエピタキシャル層１３とを有する。ここで、炭素拡散層１２の炭素ピーク濃度が１×１０17／ｃｍ3以上１×１０20／ｃｍ3以下であり、炭素拡散層１２の水素ピーク濃度が１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることを特徴とする。
【００５８】
上述のように、本発明によるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法においては、炭素含有ガス雰囲気下でのシリコンウェーハ１１の熱処理を８００℃以上９８０℃以下の比較的低温で行う。これにより、炭素拡散層１２の炭素ピーク濃度が１×１０17／ｃｍ3以上１×１０20／ｃｍ3以下となり、炭素拡散層１２は高いゲッタリング能力を有する。
【００５９】
また、上記比較的低温での熱処理に加えて、シリコンエピタキシャル層１３の形成についても比較的低温で行っている。その結果、エピタキシャル欠陥の形成が抑制され、エピタキシャル欠陥は９０ｎｍ以上のサイズで４個以下である。このように、本発明によるエピタキシャルシリコンウェーハ１は、エピタキシャル欠陥が少ない上に、高いゲッタリング能力を有する。
【００６０】
炭素拡散層１２の厚みは２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。また、炭素拡散層１２は、１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下の高ピーク濃度の水素を含有しており、デバイス形成工程における熱処理の際にシリコンエピタキシャル層１３内を拡散し、欠陥をパッシベートする作用を有する。
【００６１】
炭素拡散層１２は、シリコンウェーハ１１のおもて面１１ａ側の表層部のみに有してもよいし、おもて面１１ａ側および裏面１１ｂ側の双方の表層部に有してもよい。また、炭素拡散層１２がエッジ領域１１ｃの表層部に形成されていないようにすることが好ましい。
【実施例】
【００６２】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は実施例に限定されない。
【００６３】
（発明例１）
まず、エピタキシャルシリコンウェーハの基板として、ＣＺ法により育成された単結晶シリコンインゴットに対してウェーハ加工を施して得られた直径２００ｍｍのｎ型シリコンウェーハ（抵抗率：５０Ω・ｃｍ、ドーパント：リン、リン濃度：８．６×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3、酸素濃度：９×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）を用意した。このシリコンウェーハを熱処理炉内に導入し、図３に示したサセプタ上に載置した。次いで、炉内にエタンガスを導入してエタンガス雰囲気とした後、炉内の温度を８００℃に昇温して、シリコンウェーハに対して１分間の熱処理を施し、シリコンウェーハのおもて面側の表層部に炭素拡散層を形成した。続いて、炭素拡散層が形成されたシリコンウェーハを熱処理炉から取り出した後、炭素拡散層が形成されたシリコンウェーハをエピタキシャル成長炉内に導入し、炉内に水素ガスを導入した。そして、炉内の温度を９８０℃に降温した後、水素ガスをキャリアガス、モノシランガス（ＳｉＨ4）をソースガス、ホスフィン（ＰＨ4）をドーパントガスとして炉内に導入して、炭素拡散層上にｎ型のシリコンエピタキシャル層（ドーパント：リン、抵抗率：１０Ω・ｃｍ、厚み：４μｍ）を形成した。こうして、発明例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハを得た。
【００６４】
（発明例２）
発明例１と同様に、エピタキシャルシリコンウェーハを作製した。ただし、第１工程の熱処理温度を９５０℃として発明例２に係るエピタキシャルシリコンウェーハを得た。その他の条件は発明例１と全て同じである。
【００６５】
（発明例３）
発明例１と同様に、エピタキシャルシリコンウェーハを作製した。ただし、第１工程の熱処理温度を９８０℃として発明例３に係るエピタキシャルシリコンウェーハを得た。その他の条件は発明例１と全て同じである。
【００６６】
（比較例１）
発明例１と同様に、エピタキシャルシリコンウェーハを作製した。ただし、第１工程の熱処理温度を７５０℃として比較例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハを得た。その他の条件は発明例１と全て同じである。
【００６７】
（比較例２）
発明例１と同様に、エピタキシャルシリコンウェーハを作製した。ただし、第１工程の熱処理温度を１０００℃として比較例２に係るエピタキシャルシリコンウェーハを得た。その他の条件は発明例１と全て同じである。
【００６８】
（比較例３）
発明例１と同様に、エピタキシャルシリコンウェーハを作製した。ただし、第１工程の熱処理温度を１１００℃として比較例３に係るエピタキシャルシリコンウェーハを得た。
【００６９】
（発明例４）
発明例２と同様に、エピタキシャルシリコンウェーハを作製した。ただし、第２工程におけるエピタキシャル層の形成温度を９００℃として発明例４に係るエピタキシャルシリコンウェーハを得た。その他の条件は発明例２と全て同じである。
【００７０】
（発明例５）
発明例２と同様に、エピタキシャルシリコンウェーハを作製した。ただし、第２工程におけるシリコンエピタキシャル層の形成温度を１０００℃として発明例５に係るエピタキシャルシリコンウェーハを得た。その他の条件は発明例２と全て同じである。
【００７１】
（比較例４）
発明例２と同様に、エピタキシャルシリコンウェーハを作製した。ただし、第２工程におけるエピタキシャル層の形成温度を８５０℃とした。その結果、シリコンエピタキシャル層を成長させることができなかった。
【００７２】
（比較例５）
発明例２と同様に、エピタキシャルシリコンウェーハを作製した。ただし、第２工程におけるエピタキシャル層の形成温度を１１８０℃として比較例５に係るエピタキシャルシリコンウェーハを得た。その他の条件は発明例２と全て同じである。
【００７３】
＜エピタキシャル欠陥の評価＞
上記発明例１〜５および比較例１〜３、５のエピタキシャルシリコンウェーハのそれぞれについて、シリコンエピタキシャル層に形成されたエピタキシャル欠陥の数を評価した。具体的には、表面欠陥検査装置（KLA-Tencor社製：Surfscan  SP-2）を用いて各サンプルのエピタキシャルウェーハの表面を観察評価し、９０ｎｍサイズ以上の輝点欠陥（Light Point Defect，ＬＰＤ）の発生状況を調べた。その際、観察モードはＯｂｌｉｑｕｅモード（斜め入射モード）とし、表面ピットの推定は、Ｗｉｄｅ  Ｎａｒｒｏｗチャンネルの検出サイズ比に基づいて行った。続いて、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope，ＳＥＭ）を用いて、ＬＰＤの発生部位を観察評価して、ＬＰＤが積層欠陥（Stacking Fault，ＳＦ）であるか否かを評価した。検出されたエピタキシャル欠陥の個数（個／ウェーハ）を表１に示す。
【００７４】
【表１】
2020043232.tif 000003
【００７５】
表１から明らかなように、ウェーハ１枚当たりのエピタキシャル欠陥の形成は、発明例１〜５および比較例１については、５個未満であった。一方、熱処理温度が１０００℃以上の比較例２および３、並びにシリコンエピタキシャル層の形成温度が１０００℃を超える比較例５については、多数のエピタキシャル欠陥が形成された。これは、形成された炭素拡散層のシリコンが昇華して炭素が析出したためと考えられる。
【００７６】
＜ゲッタリング能力の評価＞
上記発明例１〜５、比較例１〜３、５のエピタキシャルシリコンウェーハのそれぞれについて、ゲッタリング能力の評価を行った。具体的には、各エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面をＮｉ汚染液（１．０×１０13／ｃｍ2）でスピンコート汚染法を用いて故意に汚染し、引き続き窒素雰囲気中で１０００℃、３分間の拡散熱処理を施した。その後、３分間のライトエッチングを行い、光学顕微鏡を用いてエピタキシャル層表面上で観察されるピットを観察し、ピットの有無でゲッタリング能力を評価した。評価結果を表１に示す。
【００７７】
表１から明らかなように、発明例１〜５、比較例２、３および５についてはピットは観察されなかったが、熱処理温度が７５０℃と低い比較例１についてはピットが観察され、ゲッタリング能力が不十分であった。これは、比較例１においては熱処理温度が低かったために、炭素をウェーハ内部に十分に拡散させることができなかったためと考えられる。
【００７８】
＜炭素濃度および水素濃度の評価＞
発明例１〜５、比較例１〜３、５について、得られたエピタキシャルシリコンウェーハに対してＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）測定を行い、炭素濃度および水素濃度を測定した。得られた炭素濃度および水素濃度を表１に示す。また、発明例２のエピタキシャルシリコンウェーハにおける炭素および水素の濃度プロファイルを図６に示す。
【００７９】
表１に示すように、炭素濃度は、発明例１〜５および熱処理温度が高い比較例２、３、５については５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であり、高いゲッタリング能力を有していた。これに対して、比較例１については、熱処理温度が低かったために炭素をウェーハ内部に十分に拡散させることができず、ゲッタリング能力が不十分であった。
【００８０】
また、水素濃度は、ゲッタリング能力の高い発明例１〜５のうち、熱処理温度が比較的低かった発明例１については１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3オーダーであったものの、発明例２〜５については１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3オーダーであり、炭素拡散層は高濃度の水素を含有していた。また、シリコンエピタキシャル層の形成温度が本発明において規定された範囲内にある比較例２および３についても、水素濃度は１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3オーダーであった。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明によれば、エピタキシャル欠陥の形成を抑制しつつ、高いゲッタリング能力を有するエピタキシャルシリコンウェーハを製造することができるため、半導体ウェーハ製造業において有用である。
【符号の説明】
【００８２】
１  エピタキシャルシリコンウェーハ
１１  シリコンウェーハ
１１ａ  おもて面
１１ｂ  裏面
１１ｃ  エッジ領域
１２  炭素拡散層
１３  シリコンエピタキシャル層
１４  保護層
２０  サセプタ
２１  凹部
２１ａ  側壁
２１ｂ  底面
【図１】
2020043232.tif 000004
【図２】
2020043232.tif 000005
【図３】
2020043232.tif 000006
【図４】
2020043232.tif 000007
【図５】
2020043232.tif 000008
【図６】
2020043232.tif 000009