(57)【要約】【課題】所望の抵抗率のエピタキシャル層と従来より更に低抵抗率なシリコンウエーハからなり、素子の電気的特性の向上を実現できる、エピタキシャル成長中のオートドープを従来に比べて容易に抑制できるシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法を提供する。【解決手段】ボロンが１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の濃度でドープされたシリコンエッチドウエーハを準備し、準備したシリコンエッチドウエーハの裏面側にＣＶＤ酸化膜を形成する工程を行い、その後、シリコンエッチドウエーハの表面に対して鏡面研磨を行って、表面側に回り込んだＣＶＤ酸化膜を除去する工程を行い、その後、温度１１００℃以下のウェット酸化によって酸化膜を形成する工程を行い、そして、表面側の酸化膜をエッチングで除去する工程を行い、エッチング工程で酸化膜が除去された側の表面にエピタキシャル層を形成する。【選択図】図１
2011228330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンエピタキシャルウエーハの製造方法であって、少なくとも、
ボロンが１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の濃度でドープされた鏡面研磨が施されていないシリコンエッチドウエーハを準備し、
該準備したシリコンエッチドウエーハの裏面側にＣＶＤ酸化膜を形成する工程を行い、
その後、前記シリコンエッチドウエーハの表面に対して鏡面研磨を行って、該表面の平坦度を向上させるとともに該表面側に回り込んだＣＶＤ酸化膜を除去する工程を行い、
その後、温度１１００℃以下のウェット酸化によって酸化膜を形成する工程を行い、
そして、前記表面側の酸化膜をエッチングで除去する工程を行い、
該エッチング工程で前記酸化膜が除去された側の表面にエピタキシャル層を形成することを特徴とするシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法。
【請求項２】
前記酸化膜のエッチング除去工程は、前記表面側の酸化膜をケミカルエッチで除去した後、該表面を６ｎｍ以下のエッチング量で仕上げ洗浄するものとすることを特徴とする請求項１に記載のシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法。
【請求項３】
前記エピタキシャル層形成工程における、昇温完了からエピタキシャル成長開始までの時間をｔｅ、エピタキシャル層形成時の温度をＴｅ、該Ｔｅにおけるボロンの拡散係数をＤ（Ｔｅ）、
前記表面側の酸化膜形成工程における熱処理時間をｔＯ、熱処理温度をＴＯ、該ＴＯにおけるボロンの拡散係数をＤ（ＴＯ）とするときに、
０．２×（Ｄ（Ｔｅ）×ｔｅ）１／２≦（Ｄ（ＴＯ）×ｔＯ）１／２≦５．０×（Ｄ（Ｔｅ）×ｔｅ）１／２
の関係を満たすように、前記Ｔｅ、前記ｔｅ、前記ＴＯ、前記ｔＯを設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法。
【請求項４】
前記表面側の酸化膜のエッチング工程は、前記裏面側のＣＶＤ酸化膜が２００ｎｍ以上の厚さが残るようにエッチングすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドープ剤が実質的にはボロンに限定されるＰ型の低抵抗率シリコンウエーハを用いて、急峻なドーパント分布を有することになる高抵抗のエピタキシャル層を形成することができるシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーＭＯＳトランジスタやＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）のようなウエーハ表面から裏面に電流を流すスイッチングトランジスタでは、エピタキシャルウエーハを用いる場合が殆どである。
【０００３】
その理由は、素子の耐圧を確保するために必要となる比較的抵抗の高いエピタキシャル層と、導通状態では寄生抵抗となるシリコンウエーハの抵抗率を、独立して制御できるからである。
そのため、特に、シリコンウエーハの抵抗率がオン抵抗に強く影響する低耐圧パワーＭＯＳ等では、シリコンウエーハの低抵抗化が積極的に進められてきている。
【０００４】
ここで、Ｐ型のシリコンウエーハでは、ボロンをドープ剤に用いるのが一般的である。これは、ボロンはシリコンに対する固溶度が高く、８００℃で１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度の固溶度があり、比較的容易に高濃度ドーピング、すなわち低抵抗化が可能であるからである。
【０００５】
近年、低耐圧パワーＭＯＳの技術開発が進み、パワーロス（オン抵抗）におけるシリコンウエーハ部の抵抗成分の比率が高くなってきた上、素子製造工程の熱処理の低温化に伴って、シリコンウエーハの低抵抗化が進められてきており、現在、エピタキシャル層の抵抗率が１Ωｃｍ以下の場合には、抵抗率が５ｍΩｃｍ以下のシリコンウエーハも広く用いられている。
【０００６】
しかし、ドープ剤としてボロンを用いる場合、エピタキシャル層の形成時に、シリコンウエーハから成長雰囲気に拡散したドーパントがエピタキシャル層に再ドープされる所謂オートドープや、素子製造中の熱処理中にシリコンウエーハからエピタキシャル層にドーパントが固体拡散する量が大きくなるという問題がある。
【０００７】
このため、エピタキシャル層の厚さを厚くする必要が生じ、それが素子のオン抵抗と耐圧制御性の悪化を招いていた。
しかし、Ｐ型では、実用的なドーパントはオートドープやアウトディフュージョン（以下、外方拡散ともいう）が生じ易いボロンに限定される。
【０００８】
なお、オートドープとは、具体的には、シリコンウエーハからエピタキシャル成長雰囲気中へ外方拡散後したドーパントがエピタキシャル層に取り込まれる現象であり（図４−ａ）参照）、このオートドープを抑制するためには、ドーパントの外方拡散を防止することが最も有効である。
そのため、裏面をノンドープの酸化膜等でシールすることが広く行われている（図４−ｂ）、特許文献１等参照）。このうち低抵抗ボロンドープウエーハについては、裏面にシール膜を形成したウエーハが広範に用いられてきている。
また、枚葉エピタキシャル装置のサセプタに貫通孔を設けて、キャリアガスをサセプタ裏面側に流してドーパントの再取り込みを抑制する手段も用いられている（図４−ｃ）参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５８−９５８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のような対策と、デバイスプロセスの低温化によって、アウトディフュージョンについてはある程度抑制することができるため、特に、低抵抗のエピタキシャル層を用いる低耐圧系のＭＯＳ用途には５ｍΩｃｍ以下のシリコンウエーハが基板として利用されるようになってきている。
しかし、エピタキシャル成長を行う表面側については、シール膜による外方拡散の予防策は適用できないため、低抵抗シリコンウエーハを基板に用い、高抵抗エピタキシャル層を成長しようとするときには、オートドープがやはり問題になっていた。
【００１１】
また、エピタキシャル層の抵抗率が高い場合には、エピタキシャル成長時にいわゆるオートドープやアウトディフュージョンが起こり、所定のフラットな抵抗率のエピタキシャル層を確保することが難しくなり、ある程度厚いエピタキシャル層を成長する必要が有ったが、このことはエピタキシャル層の抵抗率の管理を難しくするだけでなく、本来の目的である素子のオン抵抗低減に対しては逆の効果をもたらすという問題がある。
【００１２】
上述のように、近年、デバイスの微細化に伴ってプロセスの低温化が進んでおり、また、ウエーハの大口径化により枚葉エピタキシャル装置の利用が進んでいるため、熱処理の低温化や熱処理時間の短縮が可能となっている。
このため、アウトディフュージョンについては抑制されてきている。しかし、その分、シリコンウエーハも低抵抗化されてきている。また、枚葉エピタキシャル装置では、プリベーク後直ちに高速成長に入るため、外方拡散したドーパントがパージされ難く、オートドープの問題が依然として残されている。
【００１３】
そして、撮像素子や高周波用デバイスなどでは、比較的高抵抗のエピタキシャル層が用いられるが、その場合でも極力抵抗率の低いＰ型シリコンウエーハを用いることが望ましい場合がある。しかし、ボロンのオートドープが少ないエピタキシャル技術は依然として実現しておらず、課題となっている。
【００１４】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、素子の所定の電気特性を得るために必要な所望の抵抗率のエピタキシャル層と従来より更に低抵抗率なシリコンウエーハからなり、低耐圧パワーＭＯＳや撮像素子等の電気的特性の向上を実現することのできる、エピタキシャル成長中のオートドープを従来に比べて容易に抑制することができるシリコンエピタキシャルウエーハ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】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明では、シリコンエピタキシャルウエーハの製造方法であって、少なくとも、ボロンが１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の濃度でドープされた鏡面研磨が施されていないシリコンエッチドウエーハを準備し、該準備したシリコンエッチドウエーハの裏面側にＣＶＤ酸化膜を形成する工程を行い、その後、前記シリコンエッチドウエーハの表面に対して鏡面研磨を行って、該表面の平坦度を向上させるとともに該表面側に回り込んだＣＶＤ酸化膜を除去する工程を行い、その後、温度１１００℃以下のウェット酸化によって酸化膜を形成する工程を行い、そして、前記表面側の酸化膜をエッチングで除去する工程を行い、該エッチング工程で前記酸化膜が除去された側の表面にエピタキシャル層を形成することを特徴とするシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法を提供する。
【００１６】
ボロンが１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上と高濃度にドープされたシリコンウエーハを用いてエピタキシャルウエーハを作製する場合、エピタキシャル層の気相成長中のオートドープや、その原因となる外方拡散の抑制が非常に重要となる。そこで、シリコンウエーハの裏面側にＣＶＤ酸化膜を形成することによって裏面側からの外方拡散を確実に防止するが、表面側にも不必要なＣＶＤ酸化膜が形成されてしまう。しかし、エッチドウエーハにＣＶＤ酸化膜形成を行った後に鏡面研磨を行うことによって、ウエーハ表面の平坦度の向上とともに不要なＣＶＤ酸化膜の除去を同時に行うことができ、しかも鏡面研磨は１度しか行わないので工程に無駄が発生せず、また工程が煩雑になることなく、容易に実施することができる。
【００１７】
更に、ウェット酸化による酸化膜形成によって、シリコンウエーハの表面部分のボロンを酸化膜に高濃度に偏析させることができ、この酸化膜をエピタキシャル層形成前に除去することで、シリコンウエーハの表面のみボロン濃度を低くできる。よってエピタキシャル成長中における表面でのボロンの外方拡散を強く抑制することができ、所望の抵抗率、例えば高抵抗率のエピタキシャル層と低抵抗率のシリコンウエーハからなるシリコンエピタキシャルウエーハを容易に製造することができる。
【００１８】
なお、ウェット酸化の温度を１１００℃より高くすると、シリコン中のボロンの酸化膜中への偏析性向が弱まること、及び、基板表層付近のボロンが必要以上に酸化膜中に拡散して、エピタキシャル層と基板界面のドーパント濃度分布（抵抗率分布）が緩やかなものになり、所望の階段状に近い抵抗率分布からのズレが大きくなり、素子等の電気的特性の向上が思うように実現されなくなる。このため、ウェット酸化の温度は１１００℃以下とする。
【００１９】
ここで、前記酸化膜のエッチング除去工程は、前記表面側の酸化膜をケミカルエッチで除去した後、該表面を６ｎｍ以下のエッチング量で仕上げ洗浄することが好ましい。
【００２０】
この酸化膜のエッチング除去工程は一般的にフッ酸で行うが、この場合表面に特有のパーティクルが付着する。このパーティクルはＳＣ１、ＳＣ２洗浄で除去できるので問題ないが、１回のＳＣ１洗浄では２ｎｍ近くエッチングされる。そこで多数回の洗浄によって表層のボロン濃度が上昇してしまわない、すなわちボロン濃度の低い領域が必要以上にエッチングされ、ボロン濃度の高い領域が表層部に出てくることを確実に抑制するため、仕上げ洗浄でのエッチング量を６ｎｍに制限されるべきである。これによって、ドーパントのプロファイルがシャープなエピタキシャル層とシリコンウエーハの界面が確実に得られることになる。
【００２１】
また、前記エピタキシャル層形成工程における、昇温完了からエピタキシャル成長開始までの時間をｔｅ、エピタキシャル層形成時の温度をＴｅ、該Ｔｅにおけるボロンの拡散係数をＤ（Ｔｅ）、前記表面側の酸化膜形成工程における熱処理時間をｔＯ、熱処理温度をＴＯ、該ＴＯにおけるボロンの拡散係数をＤ（ＴＯ）とするときに、０．２×（Ｄ（Ｔｅ）×ｔｅ）１／２≦（Ｄ（ＴＯ）×ｔＯ）１／２≦５．０×（Ｄ（Ｔｅ）×ｔｅ）１／２の関係を満たすように、前記Ｔｅ、前記ｔｅ、前記ＴＯ、前記ｔＯを設定することが好ましい。
【００２２】
余り高温長時間でウェット酸化処理を行うと、シリコンウエーハの表面側にボロンの濃度の勾配を持った領域が広がってしまうが、低耐圧パワーＭＯＳや撮像素子等の形成のためには、エピタキシャル層とシリコンウエーハの界面近傍のドーパント濃度勾配を持った領域（遷移層）を狭くし、階段型のドーパント分布を崩さないようにするほうが良い。
そこで、ウェット酸化処理でのサーマルバジェット（（Ｄ（ＴＯ）×ｔＯ）１／２）は、エピタキシャル成長工程での昇温からエピタキシャル成長が開始されるまでの外方拡散の目安となるサーマルバジェット（（Ｄ（Ｔｅ）×ｔｅ）１／２）の５倍以下であることがよい。
また、ウェット酸化処理でのサーマルバジェットがエピタキシャル成長工程でのサーマルバジェットの５分の１以下になると、エピタキシャル層の形成におけるプリベーク中の外方拡散の抑制が必要十分なだけ確実に行うことが難しくなる。
そこで、０．２×（Ｄ（Ｔｅ）×ｔｅ）１／２≦（Ｄ（ＴＯ）×ｔＯ）１／２≦５．０×（Ｄ（Ｔｅ）×ｔｅ）１／２の関係を満たすように、Ｔｅ、ｔｅ、ＴＯ、ｔＯを設定することで、エピタキシャル層とシリコンウエーハの界面近傍のドーパント濃度勾配を急なもの、すなわち遷移層の幅を狭くすることができ、より確実に階段状のドーパント分布（抵抗率分布）となったシリコンエピタキシャルウエーハを製造することができる。
【００２３】
そして、前記表面側の酸化膜のエッチング工程では、前記裏面側のＣＶＤ酸化膜が２００ｎｍ以上の厚さが残るようにエッチングすることが好ましい。
【００２４】
このように、表面側の酸化膜のエッチングで裏面側のＣＶＤ酸化膜が２００ｎｍ以上残るようにエッチングすることによって、ボロンの外方拡散を抑制するためのＣＶＤ酸化膜の厚さを確保して、エピタキシャル層の形成工程における裏面側からのボロンの外方拡散を強く抑制することができ、より確実に所望の抵抗率となったエピタキシャル層を有するシリコンエピタキシャルウエーハが得られる。
【発明の効果】
【００２５】
高濃度のボロンドープシリコンウエーハ上に、低ドーパント濃度のエピタキシャル層の成長を行う場合には、気相からのオートドープやエピタキシャル層への固体拡散が問題になるが、以上説明したような本発明によれば、エピタキシャル層形成の際のボロンの外方拡散と、それによるオートドープを強く抑制することができ、エピタキシャル成長時のオートドープの著しい低減が図れる。すなわち、素子の所定の電気特性を得るために必要な所望の抵抗率のエピタキシャル層と従来より更に低抵抗率なシリコンウエーハからなるシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法の一例を示した工程フロー図である。
【図２】実施例と比較例のエピタキシャルウエーハのウエーハ表面からのドーパント濃度分布の測定結果を比較した図である。
【図３】実施例のエピタキシャルウエーハの製造過程であるウェット酸化後のシリコンウエーハのＳＩＭＳ（Ｂ１１）のデプスプロファイルを示した図である。
【図４】シリコンウエーハの表面にエピタキシャル層をエピタキシャル成長させる最中のドーパント不純物の動きの概要を示した説明図である。
【図５】シリコンウエーハからのドーパントの外方拡散の大きさ、表面濃度と時間の関係を示した図である。
【図６】様々な元素の拡散係数と温度の関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明についてより具体的に説明する。
上述のように、低抵抗率のシリコンウエーハを用いてエピタキシャルウエーハを製造するためには、エピタキシャル層の形成の際の外方拡散及びオートドープを抑制することが大切である。
このオートドープについては、シリコンウエーハからエピタキシャル成長雰囲気中への外方拡散を防止することが最も有効である。そのため、裏面をノンドープの酸化膜等でシールすることが広く行われている。
しかしながら、エピタキシャル成長を行う表面側については、シール酸化膜による外方拡散の防止策は適用できない。この表面からの外方拡散がオートドープの原因として残された問題である。
【００２８】
そこで、シリコンウエーハ表面側の外方拡散を少なくするために、低温で自然酸化膜除去アニールを行って、直ぐに薄いエピタキシャル層を成長させて外方拡散を抑制し、次にドーパントが拡散した雰囲気ガスを一旦パージしてからエピタキシャル成長を行うキャップデポジション法（２段階エピタキシャル成長）によって表面側のオートドープを抑制する方法が行われることもある。
しかし、この方法は工程が複雑になる割にはそれほどオートドープの抑制には有効ではないという問題がある。なぜなら、シリコンウエーハからドーパントを一旦外方拡散させてしまうと、ドーパント不純物は、表面吸着やポリ層への滲みこみ等、様々な形でシリコンウエーハ近傍に留まるため、オートドープの低減は難しくなる。
【００２９】
エピタキシャル成長中の雰囲気ガスへのドーパントの外方拡散の起こりやすさは、ドーパント種の拡散係数に関係するが、図６に示すように、拡散係数の大きなボロンでは、この外方拡散は大きくなる。
またこの外方拡散は温度に依存する。このため、低温短時間のアニールで自然酸化膜を蒸発させ、エピタキシャル成長が可能なシリコン面を生成できるようになればよいが、現実的にはＳｉＧｅへテロエピタキシャルの水素終端処理が実用化されているだけであり、水素終端化したシリコンウエーハの表面上に形成されたエピタキシャル層には欠陥が生じやすいという問題がある。
【００３０】
ここで、ボロンについては、工程の低温化が固体拡散にもオートドープにも有効であるので、エピタキシャル層の形成にジクロロシランやモノシランが使われることがある。
しかし、エピタキシャル層の成長前に自然酸化膜を除去するためのプリベークの温度・時間については、トリクロロシランの場合と同じであるため、これらもそれほど有効ではない。
【００３１】
ところで、ドーパントの外方拡散は、加熱初期（図５のｔ＝０参照）には表面のドーパント濃度が大きいため非常に大きく、やがて表面のドーパント濃度が低減するために外方拡散自体も少なくなる（図５のｔ＝１，２参照）。
本発明者らは、この点を考慮して、エピタキシャル成長前に、基板表面のドーパントを外方拡散させることを考えた。
【００３２】
ここで、ボロンがドープされたシリコンウエーハを酸化、特にウェット雰囲気で酸化すると、シリコンと酸化膜（ＳｉＯ２）との界面でシリコン側の濃度がバルクの濃度の数分の１になる、という現象がある。
そこで、ボロンが高濃度にドープされたシリコンウエーハをウェット酸化して、その酸化膜をフッ酸等でエッチング除去することで、表層のボロン濃度を５分の１以下にすることができ、これによってシリコンウエーハ表面側の外方拡散を抑制できること、裏面についてはＣＶＤ酸化膜によるシールを行うことを発想した。
【００３３】
なお、枚葉エピタキシャル装置を用いる場合には、ウエーハが１１００℃前後のエピタキシャル成長温度に昇温されてからエピタキシャル成長が始まるまでの時間は１分前後であるので、表面に酸化膜がない状態で熱処理されても表面のドーパント濃度が再び高くなることは殆どなく、固体拡散の量を低減することが十分可能である。
【００３４】
更に、裏面シール用のＣＶＤ酸化を行うウエーハを鏡面ウエーハではなくエッチドウエーハとし、ＣＶＤ酸化後に表面側の鏡面研磨を行うことによって、工程の無駄を省き、製造コストが上昇しないようにすることで、安価に高抵抗率エピタキシャル層と低抵抗率シリコンウエーハからなるシリコンエピタキシャルウエーハを製造できることを発想し、本発明を完成させた。
【００３５】
以下、本発明について図を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
まず、図１（ａ）に示すように、ボロンが１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の濃度でドープされた鏡面研磨が施されていないシリコンエッチドウエーハ１１を準備する。なお、シリコンエッチドウエーハ１１は、一方の主表面を表面１１ａ側、もう一方の主表面を裏面１１ｂ側とする。
ここで準備するシリコンエッチドウエーハは、ボロンが１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の濃度でドープされたものであり、かつ一般的なウエーハ作製工程においてエッチング工程後のウエーハ（半導体単結晶インゴット製造、円筒研削工程、スライス加工工程、ベベリング加工工程、ラッピング加工工程、エッチング加工工程を経たもので、鏡面研磨は行われていないもの）とすること以外の他の物性は特に限定されず、例えばＣＺ法で育成したシリコン単結晶棒からスライスして作製したものを用いればよい。また結晶方位、結晶径、その他の条件等も規格に応じて所望のものとすれば良く、特に限定されない。
【００３６】
次に、図１（ｂ）に示すように、準備したシリコンエッチドウエーハ１１の裏面１１ｂ側にＣＶＤ酸化膜１２を形成する工程を行う。
このＣＶＤ酸化膜の形成方法であるが、熱分解であっても、プラズマ成長であっても良
いが、生産性を考慮するとバッチ処理が可能な熱分解ＣＶＤ法が最も好適である。
【００３７】
そして、図１（ｃ）に示すように、その後、シリコンエッチドウエーハ１１の表面１１ａ側に対して鏡面研磨を行って、該表面１１ａの平坦度を向上させるとともに該表面１１ａ側に回り込んだＣＶＤ酸化膜１２を除去する工程を行う。
この鏡面研磨の条件も特に限定されず、一般的な条件で行うことができる。
【００３８】
その後、図１（ｄ）に示すように、温度１１００℃以下のウェット酸化によって酸化膜１３を形成する工程を行う。
【００３９】
ボロンを含むシリコンウエーハを酸化すると、シリコンと酸化膜（ＳｉＯ２）との界面で、シリコン側のボロン濃度がバルクの濃度の数分の１になる。すなわち、酸化膜中にボロンが多量に偏析し、シリコンウエーハ表面部のボロン濃度を低減することができる。
更に、表面側の酸化膜の形成においては、ウェット酸化、例えばパイロ酸化等の水蒸気を含む雰囲気での酸化が有効である。何故なら、酸化膜除去後のシリコン表面のボロンの濃度はウェット酸化の場合にはドライ酸化と比べて２分の１前後になるからである。
【００４０】
また、外方拡散するドーパント量は、図５に示すようにシリコンウエーハ表面のドーパント濃度に比例するので、ウェット酸化により酸化膜にボロンを偏析させ、これを除去することによって、除去後のシリコンウエーハは表面のドーパント濃度を減少させることができる。そして、ウェット酸化ではより厚い酸化膜が成長するので、より低温の酸化で多量のボロンを取り込むことができるという利点も有する。
【００４１】
このように、適当な酸化条件を選ぶ（温度１１００℃以下のウェット酸化によって酸化膜を形成する）ことにより、ボロンのシリコン相・酸化相の偏析特性を利用してシリコン表面のボロン濃度を低減させることができる。よって、エピタキシャル成長開始前の外方拡散の低減、オートドープの低減が達成され、エピタキシャル層−シリコンウエーハ界面のドーパント分布を悪化させることなく、エピタキシャル層側で生ずるオートドープの顕著な低減を図ることができる。
【００４２】
なお、このウェット酸化は、温度が１１００℃より高いと、エピタキシャル層との界面となる領域のボロンが必要以上に酸化膜側に拡散して、シリコンウエーハ表面のボロン濃度が必要以上に低くなり、抵抗率分布が緩やかになる。そしてこのような表面にエピタキシャル層を形成しても、エピタキシャル層とシリコンウエーハとの界面のドーパント濃度分布（抵抗率分布）が階段状とならず緩やかな分布となってしまうため、所望の抵抗率分布とのズレが大きくなる。そのため、抵抗率の遷移領域が狭いシリコンエピタキシャルウエーハとならず、素子等の電気的特性の向上を実現することが困難となる。従って、ウェット酸化の温度は１１００℃以下とする。
【００４３】
そして、図１（ｅ）に示すように、表面１１ａ側の酸化膜１３をエッチングで除去する工程を行う。
このエッチング工程も、その詳細は特に限定されず、一般的に行われている酸化膜のエッチング方法を用いることができ、例えばフッ酸を用いることができる。
【００４４】
ここで、この酸化膜のエッチング除去工程は、表面側の酸化膜をケミカルエッチで除去した後、表面を６ｎｍ以下のエッチング量で仕上げ洗浄することができる。
酸化膜のエッチング除去はフッ酸を用いて行うことが一般的であるが、フッ酸を用いる場合、エッチングされた表面に特有のパーティクルが付着することがよく知られている。しかしこのパーティクルはＳＣ１、ＳＣ２洗浄で除去できるので、エピタキシャル層の形成等で問題となることはないが、１回のＳＣ１洗浄ではシリコンウエーハの表面が２ｎｍ近くエッチングされる。
そのため、このＳＣ１、ＳＣ２洗浄を複数回行うと、ボロン濃度の低い領域がエッチングによって除去され、ボロン濃度が高い領域が表面にあらわれることになるが、これでは先のウェット酸化によってボロン濃度を低減させた意味が薄れることになる。そこで仕上げ洗浄でのエッチング量を６ｎｍ以下に制限することが重要であり、これによって、ドーパントのプロファイルがシャープなシリコンエピタキシャルウエーハを確実に製造することができる。
【００４５】
また、これによってボロン濃度の低い領域の厚さをある程度保つことができ、素子製造工程中の熱処理におけるシリコンウエーハからエピタキシャル層へのボロンの拡散によってエピタキシャル層の抵抗率が上昇する危険性を低くできるので、エピタキシャル層の厚さも、所定の耐圧に対して、従来に比べてその分薄くすることができる。
そこで、本発明のシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法においては、厚さを振ったサンプルを用いてデバイスを作製し、特性を確認して最適化を行うことが望ましい。そうすることにより、シリコンウエーハの低抵抗化と同時にオン抵抗低減がより容易に実現できるようになる。
【００４６】
そして、この表面１１ａ側の酸化膜１３のエッチング工程では、裏面１１ｂ側のＣＶＤ酸化膜１２が２００ｎｍ以上の厚さが残るようにエッチングすることができる。これは、例えば、シール用のＣＶＤ酸化膜１２の厚さが表面１１ａ側に形成する酸化膜１３の厚さよりも、３００ｎｍ程度厚いものとすることによって実現できる。
このように、裏面側のＣＶＤ酸化膜が２００ｎｍ以上残るように表面側の酸化膜をエッチングすることによって、裏面におけるボロンの外方拡散を抑制するＣＶＤ酸化膜の厚さを十分に確保することができる。よって、エピタキシャル成長中に裏面側からボロンが外方拡散することを確実に抑制することができ、より確実に所望の抵抗率となったエピタキシャル層を成長させることができる。
【００４７】
そして、図１（ｆ）に示すように、エッチング工程で酸化膜が除去された側の表面にエピタキシャル層１４を形成することによって、シリコンエピタキシャルウエーハ１０が得られる。
このエピタキシャル層を形成する方法としては、例えば気相成長法によれば良い。気相成長法で形成する場合、例えば、サセプタ上に先の工程で酸化膜を除去した裏面側にＣＶＤ酸化膜を有するシリコンウエーハをエッチングによってシリコンが露出した側を上面として配置し、Ｈ２をキャリアガスとしてＳｉＨＣｌ３等のソースガスをチャンバー内に導入して、シリコンウエーハの表面上に、１０５０〜１２５０℃程度でのＣＶＤ法により、エピタキシャル成長させることができる。
そしてこの際、形成するエピタキシャル層の導電型や抵抗率、厚さ等は特に制限されるものではなく、作製する素子に適した所望の物性とすることができる。
【００４８】
ここで、このエピタキシャル層形成工程における、昇温完了からエピタキシャル成長開始までの時間をｔｅ、エピタキシャル層形成時の温度をＴｅ、Ｔｅにおけるボロンの拡散係数をＤ（Ｔｅ）、表面側の酸化膜形成工程における熱処理時間をｔＯ、熱処理温度をＴＯ、ＴＯにおけるボロンの拡散係数をＤ（ＴＯ）とするときに、０．２×（Ｄ（Ｔｅ）×ｔｅ）１／２≦（Ｄ（ＴＯ）×ｔＯ）１／２≦５．０×（Ｄ（Ｔｅ）×ｔｅ）１／２の関係を満たすように、Ｔｅ、ｔｅ、ＴＯ、ｔＯを設定することができる。
【００４９】
上述のウェット酸化処理でのサーマルバジェット（（Ｄ（ＴＯ）×ｔＯ）１／２）が、このエピタキシャル成長工程でのサーマルバジェット（（Ｄ（Ｔｅ）×ｔｅ）１／２）の５分の１以上であれば、エピタキシャル層成長の際のプリベーク中のシリコンウエーハ表面からの外方拡散が必要十分なだけ抑制することが容易となる。そこで、ウェット酸化処理でのサーマルバジェットは、エピタキシャル成長工程での昇温からエピタキシャル成長が開始されるまでのサーマルバジェットの１／５以上とすることがよい。
また、ウェット酸化処理が長時間であったり、高温であると、酸化膜にボロンが必要以上に拡散して、シリコンウエーハの表面側にボロンの濃度の勾配を持った領域が広がってしまう。そしてエピタキシャル層とシリコンウエーハの界面近傍のドーパント濃度勾配を持った領域（遷移層）を狭くし、階段型のドーパント分布を崩さないようにするほうが低耐圧パワーＭＯＳや撮像素子等の形成のためには都合が良い。そこで、ウェット酸化処理でのサーマルバジェット（（Ｄ（ＴＯ）×ｔＯ）１／２）は、エピタキシャル成長工程での昇温からエピタキシャル成長が開始されるまでのサーマルバジェット（（Ｄ（Ｔｅ）×ｔｅ）１／２）の５倍以下であることがよい。
【００５０】
そこで、０．２×（Ｄ（Ｔｅ）×ｔｅ）１／２≦（Ｄ（ＴＯ）×ｔＯ）１／２≦５．０×（Ｄ（Ｔｅ）×ｔｅ）１／２の関係を満たすように、Ｔｅ、ｔｅ、ＴＯ、ｔＯを設定し、ウェット酸化やエピタキシャル層の形成を行うことによって、エピタキシャル層とシリコンウエーハの界面近傍のドーパント濃度勾配を確実に急にすることができ、よってより確実に階段状のドーパント分布（抵抗率分布）となったシリコンエピタキシャルウエーハを製造することができる。
【００５１】
このように、シリコンエッチドウエーハの裏面側にＣＶＤ酸化膜を形成することによって裏面側からの外方拡散を確実に防止する。
そして、シリコンエッチドウエーハにＣＶＤ酸化膜形成を行った後に鏡面研磨を行うことによって、ウエーハ表面の平坦度の向上とともに不要なＣＶＤ酸化膜の除去を同時に行うことができ、工程に無駄が発生せず、またその実施も非常に容易である。
更に、ウェット酸化による酸化膜形成によって、シリコンウエーハの表面部分のボロンをこの酸化膜に高濃度に凝集させることができ、シリコンウエーハの表面のみボロン濃度を低くできる。よってエピタキシャル成長中における表面でのボロンの外方拡散、すなわちオートドーピングの発生を強く抑制することができ、所望の抵抗率のシリコンエピタキシャルウエーハを容易にかつ確実に製造することができる。
【００５２】
このように、本発明のようなシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法であれば、安全上の問題もなく、また簡単な設備でよい上、ボロンは酸化膜に凝集するため、拡散炉が汚染されることはなく、量産を行う上での問題もないという利点を有する。
また、近年Ｇｅをコドープした高濃度ボロンドープ結晶がエピタキシャルウエーハの出発基板として用いられるようになってきたりする等、基板の若干のコスト上昇が受け入れられるようになっているが、本発明の製造方法であれば、短時間のウェット酸化工程を加えるだけでよいので、品質的な問題がないと共に、高価なＧｅを使用する必要もないため、コスト的にも優れているものとなっている。
【実施例】
【００５３】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例・比較例）
直径２００ｍｍ、ボロンドープ、導電型Ｐ型、抵抗率１０．０ｍΩｃｍ、結晶面が（１００）のＣＺ単結晶から、エピタキシャル用のシリコンエッチドウエーハを計３枚準備した。
そして準備した３枚のシリコンエッチドウエーハの裏面側に、常圧ＣＶＤによりノンドープ、厚さ５００ｎｍの酸化膜を形成した。
その後、ＣＶＤ酸化膜を形成した裏面側とは反対側である表面側の鏡面研磨を行った。
【００５４】
その後、３枚のシリコンエッチドウエーハのうち２枚に対して、拡散炉を用いて、１０００℃、６０分のパイロ酸化により、鏡面側に２００ｎｍの酸化膜を形成した（実施例）。
その後、酸化膜形成後のシリコンウエーハをフッ酸水溶液にディップしてエッチングを行い、鏡面側の撥水を確認して酸化膜を除去した。このとき、ウエーハ裏面側のＣＶＤ酸化膜は干渉色から約２００ｎｍ以上残っていることが確認できた。また、フッ酸水溶液中に浸漬するとパーティクルが生じ易いので、エッチング終了後に、ＳＣ１、ＳＣ２洗浄で取り代３ｎｍの洗浄を行い、ウエーハ表面については、通常の鏡面研磨ウエーハと同等レベルまでパーティクルを低減させた。
また、残りの１枚に対しては、このウェット酸化膜形成と酸化膜のエッチング除去を行わなかった（比較例）。
【００５５】
ウェット酸化を行ったウエーハ（実施例）のうち１枚はここで工程から外し、残り１枚と、ウェット酸化を行わなかったウエーハ（比較例）１枚について、枚葉式エピタキシャル反応機を用いてエピタキシャル成長を行った。
エピタキシャル成長はトリクロロシランをシリコンソースに用いて、１１５０℃で５μｍのエピタキシャル層を形成した。また、エピタキシャル成長では、１１５０℃で６０秒のプリベークを行った。
この条件は、ウェット酸化を行った実施例のウエーハでは、ボロンのサーマルバジェット（Ｄ（ｔ）・ｔ）１／２は、エピタキシャル成長工程に関しては（Ｄ（１１５０℃）・（１／６０））１／２≒０．５×（０．０１７）１／２＝０．０６５μｍ、ウェット酸化膜成長に関しては（Ｄ（１，０００℃）・１．０）１／２≒０．０８×（１．０）１／２＝０．０８μｍとなり、０．２×０．０６５≒０．０１３≦０．０８≦５．０×０．０６５≒０．３２５と、０．２×（Ｄ（Ｔｅ）×ｔｅ）１／２≦（Ｄ（ＴＯ）×ｔＯ）１／２≦５．０×（Ｄ（Ｔｅ）×ｔｅ）１／２の関係を満たしている。
【００５６】
そして作製した実施例と比較例のエピタキシャルウエーハのエピタキシャル層の厚さを赤外線の干渉法で調べた。
その結果、エピタキシャル層の厚さは、５．０〜５．２μｍの範囲であった。また、エピタキシャル層の抵抗率は、ＣＶ法の測定からウエーハ中心で１０．５Ωｃｍであることが判った。
【００５７】
そして上記エピタキシャルウエーハを、それぞれ角度研摩・スプレデイングレジスタンス測定を行い、ドーパントプロファイルを測定した。その結果を図２に示した。
図２に示すように、スプレデイングレジスタンスの測定結果から、オートドープに明確な差が見られた。
【００５８】
また、ウェット酸化膜をフッ酸で除去した段階で工程から外したシリコンウエーハに対して、四重極型のＳＩＭＳで表面から１μｍまでのボロンのデプスプロファイルを測定した。その結果を図３に示した。
図３に示すように、酸化膜を除去した段階で基板の表面のボロン濃度はバルクの濃度の約７分の１に減少していること、また濃度分布は表面から約０．２μｍの深さでは、ほぼバルクの濃度になっており、ボロン濃度分布は急な勾配を有していることが判った。
【００５９】
以上のように、本発明のシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法によれば、エピタキシャル成長工程初期の昇温、プリベーク段階でボロンの外方拡散が低減され、それがオートドープ現象を大きく抑制でき、所望の抵抗率分布のシリコンエピタキシャルウエーハが製造できることが判った。
【００６０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００６１】
１０…シリコンエピタキシャルウエーハ、
１１…シリコンエッチドウエーハ、  １１ａ…表面、  １１ｂ…裏面、  １２…ＣＶＤ酸化膜、  １３…酸化膜、  １４…エピタキシャル層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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