(57)【要約】【課題】本発明は、より高いゲッタリング能力を発揮することで金属汚染を抑制することが可能な半導体エピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】半導体エピタキシャルウェーハ１００の製造方法は、半導体ウェーハ１０上に第１エピタキシャル層１２を形成する工程と、該第１エピタキシャル層１２上に第２エピタキシャル層１４を形成する工程と、を有し、半導体ウェーハ表面１０Ａ（または第１エピタキシャル層表面）に、炭素を含むクラスターイオンを照射して、該半導体ウェーハ表面１０Ａ（または第１エピタキシャル層表面）に、炭素が固溶した改質層１８を形成する工程をさらに有し、前記第１エピタキシャル層１２中のドーパント元素のピーク濃度は、前記第２エピタキシャル層１４中のドーパント元素のピーク濃度よりも高いことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハ上に第１エピタキシャル層を形成する工程と、
該第１エピタキシャル層上に第２エピタキシャル層を形成する工程と、
を有する半導体エピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記半導体ウェーハ表面または前記第１エピタキシャル層表面に、炭素を含むクラスターイオンを照射して、該半導体ウェーハ表面または第１エピタキシャル層表面に、炭素が固溶した改質層を形成する工程をさらに有し、
前記第１エピタキシャル層中のドーパント元素のピーク濃度は、前記第２エピタキシャル層中のドーパント元素のピーク濃度よりも高いことを特徴とする半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記第１エピタキシャル層中のドーパント元素のピーク濃度を１．０×１０１８〜１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲とし、前記第２エピタキシャル層中のドーパント元素のピーク濃度を１．０×１０１３〜１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲とする請求項１に記載の半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記第１エピタキシャル層中のドーパント元素が、ボロン、リン、砒素およびアンチモンからなる群から選択される１または２以上の元素である請求項１または２に記載の半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記半導体ウェーハがシリコンウェーハであり、前記第１エピタキシャル層および前記第２エピタキシャル層がシリコンエピタキシャル層である請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記クラスターイオンの照射後、次のエピタキシャル層を形成する前に、前記半導体ウェーハに対して結晶性回復のための熱処理を行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項６】
前記半導体ウェーハ表面または前記第１エピタキシャル層表面からの深さが１５０ｎｍ以下の範囲内に、前記改質層における炭素濃度プロファイルのピークが位置するように、前記クラスターイオンを照射する請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項７】
半導体ウェーハと、該半導体ウェーハ上に位置する第１エピタキシャル層と、該第１エピタキシャル層上に位置する第２エピタキシャル層と、を有する半導体エピタキシャルウェーハであって、
前記半導体ウェーハの表面または前記第１エピタキシャル層の表面に形成された、炭素が固溶してなる改質層をさらに有し、
前記改質層における前記炭素の濃度プロファイルの半値幅が１００ｎｍ以下であり、
前記第１エピタキシャル層中のドーパント元素のピーク濃度は、前記第２エピタキシャル層中のドーパント元素のピーク濃度よりも高いことを特徴とする半導体エピタキシャルウェーハ。
【請求項８】
前記第１エピタキシャル層中のドーパント元素のピーク濃度が１．０×１０１８〜１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲であり、前記第２エピタキシャル層中のドーパント元素のピーク濃度が１．０×１０１３〜１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲である請求項７に記載の半導体エピタキシャルウェーハ。
【請求項９】
前記第１エピタキシャル層中のドーパント元素が、ボロン、リン、砒素およびアンチモンからなる群から選択される１または２以上の元素である請求項７または８に記載の半導体エピタキシャルウェーハ。
【請求項１０】
前記半導体ウェーハがシリコンウェーハであり、前記第１エピタキシャル層および前記第２エピタキシャル層がシリコンエピタキシャル層である請求項７〜９のいずれか１項に記載の半導体エピタキシャルウェーハ。
【請求項１１】
前記半導体ウェーハ表面または前記第１エピタキシャル層表面からの深さが１５０ｎｍ以下の範囲内に、前記改質層における炭素濃度プロファイルのピークが位置する請求項７〜１０のいずれか１項に記載の半導体エピタキシャルウェーハ。
【請求項１２】
前記改質層における炭素濃度プロファイルのピーク濃度が、１．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である請求項７〜１１のいずれか１項に記載の半導体エピタキシャルウェーハ。
【請求項１３】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の製造方法で製造されたエピタキシャルウェーハまたは請求項７〜１２のいずれか１項に記載のエピタキシャルウェーハの第２エピタキシャル層に、固体撮像素子を形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体エピタキシャルウェーハの製造方法、半導体エピタキシャルウェーハ、および固体撮像素子の製造方法に関する。本発明は特に、より高いゲッタリング能力を発揮することで金属汚染を抑制することが可能な半導体エピタキシャルウェーハおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの特性を劣化させる要因として、金属汚染が挙げられる。例えば、裏面照射型固体撮像素子では、この素子の基板となる半導体エピタキシャルウェーハに混入した金属は、固体撮像素子の暗電流を増加させる要因となり、白傷欠陥と呼ばれる欠陥を生じさせる。裏面照射型固体撮像素子は、配線層などをセンサー部よりも下層に配置することで、外からの光をセンサーに直接取り込み、暗所などでもより鮮明な画像や動画を撮影することができるため、近年、デジタルビデオカメラやスマートフォンなどの携帯電話に広く用いられている。そのため、白傷欠陥を極力減らすことが望まれている。
【０００３】
ウェーハへの金属の混入は、主に半導体エピタキシャルウェーハの製造工程および固体撮像素子の製造工程（デバイス製造工程）において生じる。前者の半導体エピタキシャルウェーハの製造工程における金属汚染は、エピタキシャル成長炉の構成材からの重金属パーティクルによるもの、あるいは、エピタキシャル成長時の炉内ガスとして塩素系ガスを用いるために、その配管材料が金属腐食して発生する重金属パーティクルによるものなどが考えられる。近年、これら金属汚染は、エピタキシャル成長炉の構成材を耐腐食性に優れた材料に交換するなどにより、ある程度は改善されてきているが、十分ではない。一方、後者の固体撮像素子の製造工程においては、イオン注入、拡散および酸化熱処理などの各処理中で、半導体基板の重金属汚染が懸念される。
【０００４】
そのため、従来は、半導体エピタキシャルウェーハに金属を捕獲するためのゲッタリングシンクを形成するか、あるいは高濃度ボロン基板などの金属の捕獲能力(ゲッタリング能力)が高い基板を用いて、半導体ウェーハへの金属汚染を回避していた。
【０００５】
半導体ウェーハにゲッタリングシンクを形成する方法としては、半導体ウェーハの内部に結晶欠陥である酸素析出物（シリコン酸化物析出物の通称であり、ＢＭＤ：Bulk Micro Defectともいう。）や転位を形成するイントリンシックゲッタリング（ＩＧ）法と、半導体ウェーハの裏面にゲッタリングシンクを形成するエクストリンシックゲッタリング（ＥＧ）法が一般的である。
【０００６】
ここで、重金属のゲッタリング法の一手法として、半導体ウェーハ中にイオン注入によりゲッタリングサイトを形成する技術がある。特許文献１には、シリコンウェーハの一面から炭素イオンを注入して、炭素イオン注入領域を形成した後、この表面にシリコンエピタキシャル層を形成し、シリコンエピタキシャルウェーハとする製造方法が記載されている。この技術では、炭素イオン注入領域がゲッタリングサイトとして機能する。
【０００７】
また、特許文献２には、シリコンウェーハに炭素イオンを注入して炭素注入層を形成し、その後、イオン注入により乱れたウェーハの結晶性を回復させるための熱処理をＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置で行うことで、この回復熱処理工程を短縮させる技術が記載されている。
【０００８】
さらに、特許文献３には、シリコン単結晶基板に対してボロン、炭素、アルミニウム、砒素、アンチモンのうち少なくとも１種類をドーズ量５×１０１４〜１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の範囲でイオン注入し、その後、該イオン注入を行った前記シリコン単結晶基板に対して回復熱処理を行わずに洗浄を行った後、枚葉式エピタキシャル装置を用いて１１００℃以上の温度でエピタキシャル層を形成することを特徴と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】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−３３８５０７号公報
【特許文献２】特開２００８−２９４２４５号公報
【特許文献３】特開２０１０−１７７２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１、特許文献２および特許文献３に記載された技術は、いずれもエピタキシャル層形成前にモノマーイオン（シングルイオン）を半導体ウェーハに注入するものである。しかしながら、本発明者らの検討によれば、モノマーイオン注入を施した半導体エピタキシャルウェーハではゲッタリング能力が不十分であり、より強力なゲッタリング能力が求められることがわかった。
【００１１】
そこで本発明は、上記課題に鑑み、より高いゲッタリング能力を発揮することで金属汚染を抑制することが可能な半導体エピタキシャルウェーハおよびその製造方法、並びに、この半導体エピタキシャルウェーハから固体撮像素子を形成する固体撮像素子の製造方法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】
【００１２】
本発明者らの更なる検討によれば、半導体ウェーハに炭素を含むクラスターイオンを照射することにより、モノマーイオンを注入する場合に比べて、以下の有利な点があることを知見した。すなわち、クラスターイオンを照射した場合、モノマーイオンと同等の加速電圧で照射しても、１原子または１分子あたりのエネルギーは、モノマーイオンの場合より小さくして半導体ウェーハに衝突するため、照射した炭素の深さ方向の濃度プロファイルにおいて、ピーク濃度を半導体ウェーハ表面のより近い位置に急峻に位置させることができ、一度に複数の原子を照射できるので、高濃度とすることができる。その結果、ゲッタリング能力が向上することを知見した。また、デバイスが作製されるエピタキシャル層の直下に、高ドーパント濃度のエピタキシャル層を形成することで、該エピタキシャル層がゲッタリングサイトとして機能し、さらなるゲッタリング能力の向上に寄与する。本発明者らは上記知見に基づき、本発明を完成させるに至った。
【００１３】
すなわち、本発明の半導体エピタキシャルウェーハの製造方法は、半導体ウェーハ上に第１エピタキシャル層を形成する工程と、該第１エピタキシャル層上に第２エピタキシャル層を形成する工程と、を有する半導体エピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記半導体ウェーハ表面または前記第１エピタキシャル層表面に、炭素を含むクラスターイオンを照射して、該半導体ウェーハ表面または第１エピタキシャル層表面に、炭素が固溶した改質層を形成する工程をさらに有し、前記第１エピタキシャル層中のドーパント元素のピーク濃度は、前記第２エピタキシャル層中のドーパント元素のピーク濃度よりも高いことを特徴とする。
【００１４】
ここで、前記第１エピタキシャル層中のドーパント元素のピーク濃度を１．０×１０１８〜１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲とし、前記第２エピタキシャル層中のドーパント元素のピーク濃度を１．０×１０１３〜１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲とすることが好ましい。
【００１５】
また、前記第１エピタキシャル層中のドーパント元素が、ボロン、リン、砒素およびアンチモンからなる群から選択される１または２以上の元素であることが好ましい。
【００１６】
本発明では、前記半導体ウェーハがシリコンウェーハであり、前記第１エピタキシャル層および前記第２エピタキシャル層がシリコンエピタキシャル層であることが好ましい。
【００１７】
また、前記クラスターイオンの照射後、次のエピタキシャル層を形成する前に、前記半導体ウェーハに対して結晶性回復のための熱処理を行うことが好ましい。
【００１８】
さらに、前記半導体ウェーハ表面または前記第１エピタキシャル層表面からの深さが１５０ｎｍ以下の範囲内に、前記改質層における炭素濃度プロファイルのピークが位置するように、前記クラスターイオンを照射することが好ましい。
【００１９】
次に、本発明の半導体エピタキシャルウェーハは、半導体ウェーハと、該半導体ウェーハ上に位置する第１エピタキシャル層と、該第１エピタキシャル層上に位置する第２エピタキシャル層と、を有する半導体エピタキシャルウェーハであって、前記半導体ウェーハの表面または前記第１エピタキシャル層の表面に形成された、炭素が固溶してなる改質層をさらに有し、前記改質層における前記炭素の濃度プロファイルの半値幅が１００ｎｍ以下であり、前記第１エピタキシャル層中のドーパント元素のピーク濃度は、前記第２エピタキシャル層中のドーパント元素のピーク濃度よりも高いことを特徴とする。
【００２０】
ここで、前記第１エピタキシャル層中のドーパント元素のピーク濃度が１．０×１０１８〜１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲であり、前記第２エピタキシャル層中のドーパント元素のピーク濃度が１．０×１０１３〜１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲であることが好ましい。
【００２１】
また、前記第１エピタキシャル層中のドーパント元素が、ボロン、リン、砒素およびアンチモンからなる群から選択される１または２以上の元素であることが好ましい。
【００２２】
さらに、前記半導体ウェーハがシリコンウェーハであり、前記第１エピタキシャル層および前記第２エピタキシャル層がシリコンエピタキシャル層であることが好ましい。
【００２３】
本発明では、前記半導体ウェーハ表面または前記第１エピタキシャル層表面からの深さが１５０ｎｍ以下の範囲内に、前記改質層における炭素濃度プロファイルのピークが位置することが好ましい。
【００２４】
また、前記改質層における炭素濃度プロファイルのピーク濃度が、１．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることが好ましい。
【００２５】
そして、本発明の固体撮像素子の製造方法は、上記いずれか１つの製造方法で製造されたエピタキシャルウェーハまたは上記いずれか１つのエピタキシャルウェーハの第２エピタキシャル層に、固体撮像素子を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の半導体ウェーハの製造方法によれば、半導体ウェーハにクラスターイオンを照射して、この半導体ウェーハの表面に前記クラスターイオンの構成元素からなる改質層を形成し、さらにデバイスが作製される第２エピタキシャル層の直下に、高ドーパント濃度の第１エピタキシャル層を形成したので、この改質層および第１エピタキシャル層がより高いゲッタリング能力を発揮することで、金属汚染を抑制することが可能な半導体エピタキシャルウェーハを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態による半導体エピタキシャルウェーハ１００の製造方法を説明する摸式断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態による半導体エピタキシャルウェーハ２００の製造方法を説明する摸式断面図である。
【図３】（Ａ）はクラスターイオンを照射する場合の照射メカニズムを説明する模式図、（Ｂ）はモノマーイオンを注入する場合の注入メカニズムを説明する模式図である。
【図４】参考例１，２におけるＳＩＭＳ測定で得られた炭素濃度プロファイルである。
【図５】実験例１におけるＳＩＭＳ測定で得られた炭素およびドーパント元素の濃度プロファイルであり、（Ａ）は本発明例１−１、（Ｂ）は本発明例１−２、（Ｃ）は比較例１−１を示す。
【図６】実験例２におけるＳＩＭＳ測定で得られた炭素およびドーパント元素の濃度プロファイルであり、（Ａ）は本発明例２−１、（Ｂ）は本発明例２−２を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。また、図１および図２では説明の便宜上、実際の厚さの割合とは異なり、半導体ウェーハ１０に対して第１および第２エピタキシャル層１２，１４の厚さを誇張して示す。
【００２９】
（半導体エピタキシャルウェーハの製造方法）
本発明の半導体エピタキシャルウェーハの製造方法の一実施形態を図１に、他の実施形態を図２に示す。これら図１および図２に示すように、本発明の半導体エピタキシャルウェーハの製造方法は、半導体ウェーハ１０上に第１エピタキシャル層１２を形成する工程と、この第１エピタキシャル層１２上に第２エピタキシャル層１４を形成する工程と、を有する。ここで、第２エピタキシャル層１４が、裏面照射型固体撮像素子等の半導体素子を製造するためのデバイス層となる。
【００３０】
まず、図１を参照して、第１実施形態による製造方法を説明する。本実施形態の製造方法では、図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、半導体ウェーハ１０の表面１０Ａに、炭素を含むクラスターイオン１６を照射して、この半導体ウェーハ表面１０Ａに、炭素が固溶した改質層１８を形成する。次に、半導体ウェーハ１０をＳＣ−１やＨＦなどの周知の方法で洗浄し、図１（Ｄ）に示すように、半導体ウェーハ１０上（本実施形態では改質層１８の直上）に第１エピタキシャル層１２を形成する。さらに、図１（Ｅ）に示すように、第１エピタキシャル層１２上に第２エピタキシャル層１４を形成する。図１（Ｅ）は、この製造方法の結果得られた半導体エピタキシャルウェーハ１００の模式断面図である。
【００３１】
次に、図２を参照して、第２実施形態による製造方法を説明する。本実施形態の製造方法では、まず、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、半導体ウェーハ１０上に第１エピタキシャル層１２を形成する。次に、図２（Ｃ），（Ｄ）に示すように、第１エピタキシャル層の表面１２Ａに、炭素を含むクラスターイオン１６を照射して、この第１エピタキシャル層表面１２Ａに、炭素が固溶した改質層１８を形成する。さらに、半導体ウェーハ１０をＳＣ−１洗浄やＨＦ洗浄などの周知の方法で洗浄した後、図２（Ｅ）に示すように、第１エピタキシャル層１２上（本実施形態では改質層１８の直上）に第２エピタキシャル層１４を形成する。図２（Ｅ）は、この製造方法の結果得られた半導体エピタキシャルウェーハ２００の模式断面図である。
【００３２】
半導体ウェーハ１０としては、例えばシリコン、化合物半導体（ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＳｉＣ）からなり、表面にエピタキシャル層を有しないバルクの単結晶ウェーハが挙げられるが、裏面照射型固体撮像素子を製造する場合、一般的にはバルクの単結晶シリコンウェーハを用いる。また、半導体ウェーハ１０は、チョクラルスキ法（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をワイヤーソー等でスライスしたものを使用することができる。また、より高いゲッタリング能力を得るために、炭素および／または窒素を添加してもよい。また、任意のドーパントを添加して、ｎ型またはｐ型としてもよい。
【００３３】
第１エピタキシャル層１２および第２エピタキシャル層１４としては、シリコンエピタキシャル層が挙げられ、ＣＶＤ法により一般的な条件により形成することができる。例えば、水素をキャリアガスとして、ジクロロシラン、トリクロロシランなどのソースガスをチャンバー内に導入し、使用するソースガスによっても成長温度は異なるが、概ね１０００〜１２００℃の範囲の温度でＣＶＤ法により半導体ウェーハ１０上にエピタキシャル成長させることができる。本実施形態では、任意のドーパントを添加して、ｎ型またはｐ型のエピタキシャル層１２，１４を形成する。
【００３４】
ここで、本発明の特徴的工程の一つは、図１（Ｂ）および図２（Ｃ）に示すクラスターイオン照射工程である。この工程を採用することの技術的意義を、作用効果とともに説明する。クラスターイオン１６を照射した結果形成される改質層１８は、クラスターイオン１６の構成元素（少なくとも炭素）が半導体ウェーハ１０または第１エピタキシャル層１２の表面の結晶の格子間位置または置換位置に固溶して局所的に存在する領域であり、ゲッタリングサイトとして働く。その理由は、以下のように推測される。すなわち、クラスターイオンの形態で照射された炭素やホウ素などの元素は、シリコン単結晶の置換位置・格子間位置に高密度で局在する。そして、シリコン単結晶の平衡濃度以上にまで炭素やホウ素を固溶すると、重金属の固溶度（遷移金属の飽和溶解度）が極めて増加することが実験的に確認された。つまり、平衡濃度以上にまで固溶した炭素やホウ素により重金属の固溶度が増加し、これにより重金属に対する捕獲率が顕著に増加したものと考えられる。
【００３５】
ここで、本発明ではクラスターイオン１６を照射するため、モノマーイオンを注入する場合に比べて、より高いゲッタリング能力を得ることができる。そのため、本製法により得られる半導体エピタキシャルウェーハ１００，２００から製造した裏面照射型固体撮像素子は、従来に比べ白傷欠陥発生の抑制が期待できる。
【００３６】
なお、本明細書において「クラスターイオン」とは、原子または分子が複数集合して塊となったクラスターに正電荷または負電荷を与え、イオン化したものを意味する。クラスターは、複数（通常２〜２０００個程度）の原子または分子が互いに結合した塊状の集団である。
【００３７】
本発明者らは、クラスターイオンを照射することにより、高いゲッタリング能力が得られる作用を以下のように考えている。
【００３８】
シリコンウェーハに、例えば炭素のモノマーイオンを注入する場合、図３（Ｂ）に示すように、モノマーイオンは、シリコンウェーハを構成するシリコン原子を弾き飛ばし、シリコンウェーハ中の所定深さ位置に注入される。注入深さは、注入イオンの構成元素の種類およびイオンの加速電圧に依存する。この場合、シリコンウェーハの深さ方向における炭素の濃度プロファイルは、比較的ブロードになり、注入された炭素の存在領域は概ね０．５〜１μｍ程度となる。複数種のイオンを同一エネルギーで同時照射した場合には、軽い元素ほど深く注入され、すなわち、それぞれの元素の質量に応じた異なる位置に注入されるため、注入元素の濃度プロファイルはよりブロードになる。
【００３９】
一方、シリコンウェーハに、例えば炭素とホウ素からなるクラスターイオンを照射する場合、図３（Ａ）に示すように、クラスターイオン１６は、シリコンウェーハに照射されるとそのエネルギーで瞬間的に１３５０〜１４００℃程度の高温状態となり、シリコンが融解する。その後、シリコンは急速に冷却され、シリコンウェーハ中の表面近傍に炭素およびホウ素が固溶する。すなわち、本明細書における「改質層」とは、照射するイオンの構成元素が半導体ウェーハ表面の結晶の格子間位置または置換位置に固溶した層を意味する。シリコンウェーハの深さ方向における炭素およびホウ素の濃度プロファイルは、クラスターイオンの加速電圧およびクラスターサイズに依存するが、モノマーイオンの場合に比べてシャープになり、照射された炭素およびホウ素が局所的に存在する領域（すなわち、改質層）の厚みは、概ね５００ｎｍ以下の領域（例えば５０〜４００ｎｍ程度）となる。なお、クラスターイオンの形態で照射された元素は、モノマーイオンで注入された元素よりも熱拡散は抑制されるものの、やはりエピタキシャル層２０の形成過程で多少の熱拡散は起こる。このため、エピタキシャル層２０形成後の炭素およびホウ素の濃度プロファイルは、これらの元素が局所的に存在するピークの両側に、ブロードな拡散領域が形成される。しかし、改質層の厚みは大きく変化しない（後述の図５（Ａ），（Ｂ）、図６（Ａ），（Ｂ）参照）。その結果、炭素およびホウ素の析出領域を局所的にかつ高濃度にすることができる。また、シリコンウェーハの表面近傍に改質層１８が形成されるため、より近接ゲッタリングが可能となる。その結果、より高いゲッタリング能力を得ることができるものと考えられる。なお、クラスターイオンの形態であれば、複数種のイオンを同時に照射することができる。
【００４０】
クラスターイオン１６は結合様式によって多種のクラスターが存在し、例えば以下の文献に記載されるような公知の方法で生成することができる。ガスクラスタービームの生成法として、（１）特開平９−４１１３８号公報、（２）特開平４−３５４８６５号公報、イオンビームの生成法として、（１）荷電粒子ビーム工学：石川  順三：ISBN978-4-339-00734-3 :コロナ社、（２）電子・イオンビーム工学：電気学会：ISBN4-88686-217-9 :オーム社、（３）クラスターイオンビーム基礎と応用：ISBN4-526-05765-7:日刊工業新聞社。また、一般的に、正電荷のクラスターイオンの発生にはニールセン型イオン源あるいはカウフマン型イオン源が用いられ、負電荷のクラスターイオンの発生には体積生成法を用いた大電流負イオン源が用いられる。
【００４１】
次に、本発明の他の特徴は、ドーパントの添加量を調節することによって、第１エピタキシャル層１２中のドーパント元素のピーク濃度を、第２エピタキシャル層１４中のドーパント元素のピーク濃度よりも高く設定することである。このような高濃度のドーパント元素を含有する第１エピタキシャル層１２を、デバイスが作製される第２エピタキシャル層１４の直下に形成することで、改質層１８に加えて第１エピタキシャル層１２もゲッタリングサイトとして機能し、さらなるゲッタリング能力の向上が達成できる。
【００４２】
ここで、第１エピタキシャル層１２中のドーパント元素のピーク濃度は１．０×１０１８〜１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲とすることが好ましい。１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とすれば、ゲッタリングの効果を十分に得ることができ、１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすれば、第２エピタキシャル層１４にミスフィット転移を発生させることがないからである。
【００４３】
また、第２エピタキシャル層１４中のドーパント元素のピーク濃度は、固体撮像素子等の半導体素子を製造するために最適な仕様を適宜設定すればよく、例えば１．０×１０１３〜１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲とすることが好ましい。
【００４４】
第１エピタキシャル層１２および第２エピタキシャル層１４中のドーパント元素は、ｐ型ドーパントとしてはボロンとすることができ、ｎ型ドーパントとしてはリン、砒素およびアンチモンからなる群から選択される１または２以上の元素とすることができる。
【００４５】
半導体ウェーハ１０／第１エピタキシャル層１２／第２エピタキシャル層１４の導電型の組合せは特に限定されず、ｐ／ｎ／ｐ構造、ｎ／ｐ／ｎ構造、ｐ／ｐ／ｐ構造、ｎ／ｎ／ｎ構造、ｎ／ｎ／ｐ構造、ｐ／ｐ／ｎ構造、ｐ／ｎ／ｎ構造、ｎ／ｐ／ｐ構造のいずれでもよい。
【００４６】
なお、図２に示す第２実施形態では、クラスターイオン照射をバルク半導体ウェーハ１０ではなく第１エピタキシャル層１２に行うことも特徴の１つである。バルク半導体ウェーハはエピタキシャル層に比べて酸素濃度が２桁程度高い。そのため、バルク半導体ウェーハ中に形成された改質層は、エピタキシャル層に形成された改質層よりも多くの酸素が拡散され、多くの酸素を捕獲する。捕獲された酸素はデバイス工程中に捕獲サイトから再放出され、デバイスの活性領域に拡散し、点欠陥を形成するため、デバイスの電気特性に悪影響を与える。したがって、固溶酸素濃度が低いエピタキシャル層にイオン注入し、酸素の拡散の影響をほとんど無視できるエピタキシャル層にゲッタリング層を形成することがデバイス工程において重要な設計条件となる。
【００４７】
以下で、クラスターイオンの照射条件について説明する。まず、照射する元素は少なくとも炭素を含むものとすれば、改質層１８のゲッタリング能力を確実に得ることができる。格子位置の炭素原子は共有結合半径がシリコン単結晶と比較して小さいため、シリコン結晶格子の収縮場が形成されるため、格子間の不純物を引き付けるゲッタリング能力が高い。
【００４８】
照射元素としては他にも、ホウ素、リン、砒素、アンチモンなどのドーパント元素を挙げることができる。クラスターイオンの構成元素は、炭素を含む２種以上の元素であることがより好ましい。固溶する元素の種類により効率的にゲッタリング可能な金属の種類が異なるため、２種以上の元素を固溶させることにより、より幅広い金属汚染に対応できるからである。例えば、炭素の場合、ニッケルを効率的にゲッタリングすることができ、ホウ素の場合、銅、鉄を効率的にゲッタリングすることができる。
【００４９】
イオン化させる化合物も特に限定されないが、イオン化が可能な炭素源化合物としては、エタン、メタン、二酸化炭素（ＣＯ２）などを用いることができ、イオン化が可能なホウ素源化合物としては、ジボラン、デカボラン（Ｂ１０Ｈ１４）などを用いることができる。例えば、ジベンジルとデカボランを混合したガスを材料ガスとした場合、炭素、ホウ素および水素が集合した水素化合物クラスターを生成することができる。また、シクロヘキサン（Ｃ６Ｈ１２）を材料ガスとすれば、炭素および水素からなるクラスターイオンを生成することができる。炭素源化合物としては特に、ピレン(Ｃ１６Ｈ１０)、ジベンジル（Ｃ１４Ｈ１４）などより生成したクラスターＣｎＨｍ（３≦ｎ≦１６，３≦ｍ≦１０）を用いることが好ましい。小サイズのクラスターイオンビームを制御し易いためである。
【００５０】
イオン化させる化合物としては、炭素および上記ドーパント元素の両方を含む化合物とすることも好ましい。このような化合物をクラスターイオンとして照射すれば、１回の照射で炭素およびドーパント元素の両方を固溶させることができるからである。
【００５１】
また、クラスターイオンの加速電圧およびクラスターサイズを制御することにより、改質層１８における構成元素の深さ方向の濃度プロファイルのピークの位置を制御することができる。本明細書において「クラスターサイズ」とは、１つのクラスターを構成する原子または分子の個数を意味する。
【００５２】
本実施形態では、より高いゲッタリング能力を得る観点から、図１の場合は半導体ウェーハの表面１０Ａからの深さが１５０ｎｍ以下の範囲内に、図２の場合は第１エピタキシャル層の表面１２Ａからの深さが１５０ｎｍ以下の範囲内に、改質層１８における炭素濃度プロファイルのピークが位置するように、クラスターイオン１６を照射する。ドーパント元素も照射する場合には、ドーパント元素の濃度プロファイルのピーク位置も同様とすることが好ましい。
【００５３】
ピーク位置を当該深さの範囲に設定するために必要な条件として、クラスターイオンとしてＣｎＨｍ（３≦ｎ≦１６，３≦ｍ≦１０）を用いる場合、炭素１原子あたりの加速電圧は、０ｋｅＶ／ａｔｏｍ超え５０ｋｅＶ／ａｔｏｍ以下とし、好ましくは、４０ｋｅＶ／ａｔｏｍ以下とする。また、クラスターサイズは２〜１００個、好ましくは６０個以下、より好ましくは５０個以下とする。
【００５４】
なお、加速電圧の調整には、（１）静電加速、（２）高周波加速の２方法が一般的に用いられる。前者の方法としては、複数の電極を等間隔に並べ、それらの間に等しい電圧を印加して、軸方向に等加速電界を作る方法がある。後者の方法としては、イオンを直線状に走らせながら高周波を用いて加速する線形ライナック法がある。また、クラスターサイズの調整は、ノズルから噴出されるガスのガス圧力および真空容器の圧力、イオン化する際のフィラメントへ印加する電圧などを調整することにより行うことができる。なお、クラスターサイズは、四重極高周波電界による質量分析またはタイムオブフライト質量分析によりクラスター個数分布を求め、クラスター個数の平均値をとることにより求めることができる。
【００５５】
また、クラスターイオンのドーズ量は、イオン照射時間を制御することにより調整することができる。本実施形態では、炭素のドーズ量は１×１０１３〜１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２とし、好ましくは５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下とする。１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満の場合、ゲッタリング能力を十分に得ることができない可能性があり、１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２超えの場合、エピタキシャル層の表面に大きなダメージを与えるおそれがあるからである。
【００５６】
本実施形態において、クラスターイオンの照射後、次のエピタキシャル層を形成する前に、半導体ウェーハ１０に対して結晶性回復のための熱処理を行うことが好ましい。
【００５７】
ここで、モノマーイオンは一般的に１５０〜２０００ｋｅＶ程度の加速電圧で注入するが、各イオンがそのエネルギーをもってシリコン原子と衝突するため、モノマーイオンが注入されたシリコンウェーハ表面部の結晶性が乱れ、その後にウェーハ表面上に成長させるエピタキシャル層の結晶性を乱す。一方、クラスターイオンは一般的に１０〜１００ｋｅＶ/Cluster程度の加速電圧で照射するが、クラスターは複数の原子または分子の集合体であるため、１原子または１分子あたりのエネルギーを小さくして打ち込むことができ、半導体ウェーハの結晶へ与えるダメージは小さい。そのため、クラスターイオン照射の場合、回復熱処理の条件は比較的緩やかなものとすることができる。すなわち、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）やＲＴＯ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）などの、エピタキシャル装置とは別個の急速昇降温熱処理装置などを用いて回復熱処理を行う必要はない。
【００５８】
それは、エピタキシャル装置内でエピタキシャル成長に先立ち行われる水素ベーク処理によって、半導体ウェーハ１０の結晶性を十分回復させることができるからである。水素ベーク処理の一般的な条件は、エピタキシャル成長装置内を水素雰囲気とし、６００℃以上９００℃以下の炉内温度で半導体ウェーハ１０を炉内に投入し、１℃／秒以上１５℃／秒以下の昇温レートで１１００℃以上１２００℃以下の温度範囲にまで昇温させ、その温度で３０秒以上１分以下の間保持するものである。この水素ベーク処理は、本来はエピタキシャル層成長前の洗浄処理によりウェーハ表面に形成された自然酸化膜を除去するためのものであるが、上記条件の水素ベークにより半導体ウェーハ１０の結晶性を十分回復させることができる。
【００５９】
もちろん第１工程の後、第２工程の前に、エピタキシャル装置とは別個の熱処理装置を用いて回復熱処理を行ってもよい。この回復熱処理は、９００℃以上１２００℃以下で１０秒以上１時間以下の条件とすることが好ましい。この回復熱処理は、９００℃以上１２００℃以下で１０秒以上１時間以下行えばよい。ここで、熱処理温度を９００℃以上１２００℃以下とするのは、９００℃未満では、結晶性の回復効果が得られにくいためであり、一方、１２００℃を超えると、高温での熱処理に起因するスリップが発生し、また、装置への熱負荷が大きくなるためである。また、熱処理時間を１０秒以上１時間以下とするのは、１０秒未満では回復効果が得られにくいためであり、一方、１時間超えでは、生産性の低下を招き、装置への熱負荷が大きくなるためである。
【００６０】
この回復熱処理は、例えば、半導体ウェーハ１０をエピタキシャル成長装置内に搬送する前に、ＲＴＡやＲＴＯなどの急速昇降温熱処理装置や、バッチ式熱処理装置（縦型熱処理装置、横型熱処理装置）を用いて行うことができる。前者は、ランプ照射加熱方式のため、装置構造的に長時間処理には適しておらず、１５分以内の熱処理に適している。一方、後者は、所定温度までに温度上昇させるために時間がかかるものの、一度に多数枚のウェーハを同時に処理できる。また、抵抗加熱方式のため、長時間の熱処理が可能である。使用する熱処理装置は、クラスターイオン１６の照射条件を考慮して適切なものを選択すればよい。
【００６１】
（半導体エピタキシャルウェーハ）
次に、上記製造方法により得られる半導体エピタキシャルウェーハ１００，２００について、図１（Ｅ）および図２（Ｅ）を参照して説明する。半導体エピタキシャルウェーハ１００，２００は、ともに半導体ウェーハ１０と、この半導体ウェーハ１０上に位置する第１エピタキシャル層１２と、この第１エピタキシャル層１２上に位置する第２エピタキシャル層１４と、を有する。そして、第１実施形態による半導体エピタキシャルウェーハ１００は半導体ウェーハの表面１０Ａに、第２実施形態による半導体エピタキシャルウェーハ２００は、第１エピタキシャル層の表面１２Ａに形成された、少なくとも炭素が固溶してなる改質層１８をさらに有する。そして、いずれにおいても改質層１８における炭素の濃度プロファイルの半値幅Ｗが１００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００６２】
すなわち、本発明の製造方法によれば、モノマーイオン注入に比べて、クラスターイオンを構成する元素の析出領域を局所的かつ高濃度にすることができ、その結果、上記半値幅Ｗを１００ｎｍ以下とすることが可能となった。下限としては１０ｎｍと設定することができる。なお、本明細書における「濃度プロファイル」は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）にて測定した深さ方向の濃度分布を意味する。また、「炭素の濃度プロファイルの半値幅」とは、測定精度を考慮して、改質層の上のエピタキシャル層の厚さが１μｍ超の場合は、そのエピタキシャル層を１μｍに薄膜化した状態で、ＳＩＭＳにて炭素の濃度プロファイルを測定したときの半値幅とする。
【００６３】
また、第１エピタキシャル層１２中のドーパント元素のピーク濃度が、第２エピタキシャル層１４中のドーパント元素のピーク濃度よりも高いため、既述のように、改質層１８に加えて第１エピタキシャル層１２もゲッタリングサイトとして機能し、さらなるゲッタリング能力の向上が達成できる。
【００６４】
このように、本実施形態の半導体エピタキシャルウェーハ１００，２００によれば、従来に比べ高いゲッタリング能力を発揮することで、金属汚染をより抑制することが可能である。
【００６５】
より高いゲッタリング能力を得る観点から、図１の場合は半導体ウェーハの表面１０Ａからの深さが１５０ｎｍ以下の範囲内に、図２の場合は第１エピタキシャル層の表面１２Ａからの深さが１５０ｎｍ以下の範囲内に、改質層１８における炭素濃度プロファイルのピークが位置することが好ましい。ドーパント元素も照射する場合には、ドーパント元素の濃度プロファイルのピーク位置も同様とすることが好ましい。
【００６６】
また、炭素濃度プロファイルのピーク濃度が、１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることが好ましく、１×１０１７〜１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲内がより好ましく、１×１０１９〜１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲内がさらに好ましい。
【００６７】
また、改質層１８の深さ方向厚みは、概ね３０〜４００ｎｍの範囲内とすることができる。
【００６８】
第１エピタキシャル層１２は、厚さが０．１〜１０μｍの範囲内とすることが好ましく、０．２〜５μｍの範囲内とすることがより好ましい。第２エピタキシャル層１４は、厚さが１〜１５μｍの範囲内とすることが好ましい。１μｍ未満の場合、半導体ウェーハ１０からのドーパントの外方拡散により第２エピタキシャル層１４の抵抗率が変化してしまう可能性があり、また、１５μｍ超えの場合、固体撮像素子の分光感度特性に影響が生じるおそれがあるからである。
【００６９】
（固体撮像素子の製造方法）
本発明の実施形態による固体撮像素子の製造方法は、上記の製造方法で製造されたエピタキシャルウェーハまたは上記のエピタキシャルウェーハ、すなわち半導体エピタキシャルウェーハ１００，２００の第２エピタキシャル層１４に、固体撮像素子を形成することを特徴とする。この製造方法により得られる固体撮像素子は、従来に比べ白傷欠陥の発生を十分に抑制することができる。
【実施例】
【００７０】
（参考実験例）
まず、クラスターイオン照射とモノマーイオン注入の相違を明らかにするため、以下の実験を行った。
【００７１】
（参考例１）
ＣＺ単結晶シリコンインゴットから得たｎ型シリコンウェーハ（直径：３００ｍｍ、厚さ：７２５μｍ、ドーパント：リン、ドーパント濃度：５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を用意した。次に、クラスターイオン発生装置（日新イオン機器社製、型番：CLARIS）を用いて、ジベンジル（Ｃ１４Ｈ１４）よりＣ５Ｈ５クラスターを生成して、ドーズ量９．０×１０１３Ｃｌｕｓｔｅｒｓ／ｃｍ２（炭素のドーズ量４．５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）、炭素１原子あたりの加速電圧１４．８ｋｅＶ／ａｔｏｍの条件で、シリコンウェーハに照射した。
【００７２】
（参考例２）
参考例１と同じシリコンウェーハに対して、クラスターイオン照射に替えて、二酸化炭素（ＣＯ２）を材料ガスとして、炭素のモノマーイオンを生成し、ドーズ量９．０×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、加速電圧３００ｋｅＶ／ａｔｏｍの条件で、シリコンウェーハに照射した。
【００７３】
＜ＳＩＭＳ測定結果＞
上記参考例１，２で作製したサンプルについて、ＳＩＭＳ測定を行い、図４に示す炭素の濃度プロファイルを得た。なお、横軸の深さはシリコンウェーハの表面をゼロとしている。図４から明らかなように、クラスターイオン照射をした参考例１では、炭素濃度プロファイルがシャープであるが、モノマーイオン注入をした参考例２では、炭素濃度プロファイルがブロードである。また、参考例２に比べて参考例１では、炭素濃度プロファイルのピーク濃度は高く、ピーク位置もより半導体ウェーハ表面近傍に位置している。このことから、エピタキシャル層形成後も、炭素濃度プロファイルの傾向は同様となることが推定される。
【００７４】
（実験例１）
（本発明例１−１）
ＣＺ単結晶シリコンインゴットから得たｎ型シリコンウェーハ（直径：３００ｍｍ、厚さ：７２５μｍ、ドーパント：リン、ドーパント濃度：５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を用意した。次に、クラスターイオン発生装置（日新イオン機器社製、型番：CLARIS）を用いて、ジベンジル（Ｃ１４Ｈ１４）よりＣ５Ｈ５クラスターを生成して、ドーズ量９．０×１０１３Ｃｌｕｓｔｅｒｓ／ｃｍ２（炭素のドーズ量４．５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）、炭素１原子あたりの加速電圧１４．８ｋｅＶ／ａｔｏｍの条件で、シリコンウェーハに照射した。その後、シリコンウェーハをＨＦで洗浄した後、枚葉式エピタキシャル成長装置（アプライドマテリアルズ社製）内に搬送し、装置内で１２００℃の温度で３０秒の水素ベーク処理を施した後、水素をキャリアガス、トリクロロシランをソースガスとして１１５０℃でＣＶＤ法により、シリコンウェーハ上に第１シリコンエピタキシャル層（厚さ：２μｍ、ドーパント：ボロン、ドーパント濃度：３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）をエピタキシャル成長させ、続いて、第２シリコンエピタキシャル層（厚さ：４μｍ、ドーパント：リン、ドーパント濃度：５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）をエピタキシャル成長させ、本発明に従うシリコンエピタキシャルウェーハとした。なお、ドーパントガスとしては、ボロンドープの場合ジボランガス（Ｂ２Ｈ６）を、リンドープの場合ホスフィン（ＰＨ３）を用いた。
【００７５】
（本発明例１−２）
シリコンウェーハ／第１エピタキシャル層／第２エピタキシャル層を以下のように変更した以外は、本発明例１−１と同様にして、本発明に従うシリコンエピタキシャルウェーハを作製した。
シリコンウェーハ：ｐ型シリコンウェーハ（ドーパント：ボロン、ドーパント濃度：１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）
第１エピタキシャル層：ドーパント種類：リン、ドーパント濃度：３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３
第２エピタキシャル層：ドーパント種類：ボロン、ドーパント濃度：１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３
【００７６】
（比較例１−１）
クラスター照射に替えて、二酸化炭素（ＣＯ２）を材料ガスとして、炭素のモノマーイオンを生成し、ドーズ量９．０×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、加速電圧３００ｋｅＶ／ａｔｏｍの条件で、シリコンウェーハに注入し、その後の第１エピタキシャル層を形成しなかったこと以外は、本発明例１−１と同様にして、比較例のシリコンエピタキシャルウェーハを作製した。
【００７７】
＜評価方法および評価結果＞
（１）ＳＩＭＳ測定
作製した各サンプルについてＳＩＭＳ測定を行い、図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す炭素およびドーパントの濃度プロファイルを得た。なお、横軸の深さは第２エピタキシャル層の表面をゼロとしている。また、作製した各サンプルについて、エピタキシャル層を１μｍまで薄膜化した後にＳＩＭＳ測定を行った。このとき得られた炭素濃度プロファイルの半値幅、ピーク濃度、およびピーク位置（エピタキシャル層を除いたシリコンウェーハ表面からのピーク深さ）を表１に示す。
【００７８】
（２）ゲッタリング能力評価
作製した各サンプルの第２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９００℃、３０分の熱処理を施した。その後、ＳＩＭＳ測定を行った。Ｎｉの捕獲量（ＳＩＭＳプロファイルの積分値）を以下のように分類して、評価基準とした。評価結果を表１に示す。
◎：１．０×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上
○：５．０×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上１．０×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満
△：５．０×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満
【００７９】
【表１】
2014099456.tif 000003
【００８０】
＜評価結果の考察＞
本発明例１−１では図５（Ａ）に示すように、ボロンの高濃度領域が確認され、本発明例１−２では図５（Ｂ）に示すように、リンの高濃度領域が確認された。また、図５（Ａ），（Ｂ）では、炭素濃度プロファイルがシャープであるが、図５（Ｃ）では、炭素濃度プロファイルがブロードである。また、表１のＳＩＭＳ測定結果からも明らかなように、クラスターイオン照射により、モノマーイオン注入よりも局所的かつ高濃度に炭素が固溶した改質層が形成できたことがわかる。このような、ドーパント高濃度領域および炭素の改質層に起因して、表１に示すように、本発明例では比較例よりも高いゲッタリング能力を得ることができた。
【００８１】
（実験例２）
（実施例２−１）
ＣＺ単結晶シリコンインゴットから得たｎ型シリコンウェーハ（直径：３００ｍｍ、厚さ：７２５μｍ、ドーパント：リン、ドーパント濃度：５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を用意した。次に、シリコンウェーハをＨＦで洗浄した後、枚葉式エピタキシャル成長装置（アプライドマテリアルズ社製）内に搬送し、装置内で１２００℃の温度で３０秒の水素ベーク処理を施した後、水素をキャリアガス、トリクロロシランをソースガスとして１１５０℃でＣＶＤ法により、シリコンウェーハ上に第１シリコンエピタキシャル層（厚さ：２μｍ、ドーパント：ボロン、ドーパント濃度：３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）をエピタキシャル成長させた。次に、クラスターイオン発生装置（日新イオン機器社製、型番：CLARIS）を用いて、ジベンジル（Ｃ１４Ｈ１４）よりＣ５Ｈ５クラスターを生成して、ドーズ量９．０×１０１３Ｃｌｕｓｔｅｒｓ／ｃｍ２（炭素のドーズ量４．５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）、炭素１原子あたりの加速電圧１４．８ｋｅＶ／ａｔｏｍの条件で、シリコンウェーハに照射した。その後、シリコンウェーハを再度枚葉式エピタキシャル成長装置内に搬送し、第２シリコンエピタキシャル層（厚さ：４μｍ、ドーパント：リン、ドーパント濃度：５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）をエピタキシャル成長させ、本発明に従うシリコンエピタキシャルウェーハとした。なお、ドーパントガスとしては、ボロンドープの場合ジボランガス（Ｂ２Ｈ６）を、リンドープの場合ホスフィン（ＰＨ３）を用いた。
【００８２】
（本発明例２−２）
シリコンウェーハ／第１エピタキシャル層／第２エピタキシャル層を以下のように変更した以外は、本発明例２−１と同様にして、本発明に従うシリコンエピタキシャルウェーハを作製した。
シリコンウェーハ：ｐ型シリコンウェーハ（ドーパント：ボロン、ドーパント濃度：１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）
第１エピタキシャル層：ドーパント種類：リン、ドーパント濃度：３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３
第２エピタキシャル層：ドーパント種類：ボロン、ドーパント濃度：１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３
【００８３】
＜評価方法および評価結果＞
作成した各サンプルについて、実験例１と同様の評価を行った。図６（Ａ）に本発明例２−１、図６（Ｂ）に本発明例２−２についての、炭素およびドーパントの濃度プロファイルを示す。また、エピタキシャル層を１μｍまで薄膜化した後にＳＩＭＳ測定およびゲッタリング能力評価の結果は、表２に示す。なお、表２中、炭素濃度プロファイルのピーク位置は、第２エピタキシャル層を除いた第１エピタキシャル層表面からのピーク深さを意味する。
【００８４】
【表２】
2014099456.tif 000004
【００８５】
以上の結果から、第１エピタキシャル層にクラスターイオンを照射した実験例２でも、シリコンウェーハにクラスターイオンを照射した実験例１と同様の結果を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明によれば、より高いゲッタリング能力を発揮することで金属汚染を抑制することが可能な半導体エピタキシャルウェーハおよびその製造方法、並びに、この半導体エピタキシャルウェーハから固体撮像素子を形成する固体撮像素子の製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１００，２００  半導体エピタキシャルウェーハ
１０    半導体ウェーハ
１０Ａ  半導体ウェーハの表面
１２    第１エピタキシャル層
１２Ａ  第１エピタキシャル層の表面
１４    第２エピタキシャル層
１６    クラスターイオン
１８    改質層
【図１】
2014099456.tif 000005
【図２】
2014099456.tif 000006
【図３】
2014099456.tif 000007
【図４】
2014099456.tif 000008
【図５】
2014099456.tif 000009
【図６】
2014099456.tif 000010