(57)【要約】【課題】  炭素を含むイオンの注入によりゲッタリング能力を高めると共に、洗浄で汚染除去の難しい元素の汚染低減及び、ＥＰ欠陥の起点となるＣ系のパーティクル低減ができ、エピタキシャル成長後に汚染拡散及びエピ欠陥の発生が抑制されたシリコンエピタキシャルウェーハを製造することが可能な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】  シリコン基板上にエピタキシャル層を形成するシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記シリコン基板に、炭素を含むイオンを注入した後、オゾン水洗浄、フッ酸洗浄、オゾン水洗浄の順で行う洗浄工程と、ＳＣ−１洗浄、ＳＣ−２洗浄、オゾン水洗浄の順で行う洗浄工程とを組み合わせることにより、前記シリコン基板の表面を洗浄し、その後、前記シリコン基板上に前記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ェーハの製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上にエピタキシャル層を形成するシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記シリコン基板に、炭素を含むイオンを注入した後、
オゾン水洗浄、フッ酸洗浄、オゾン水洗浄の順で行う洗浄工程と、ＳＣ−１洗浄、ＳＣ−２洗浄、オゾン水洗浄の順で行う洗浄工程とを組み合わせることにより、前記シリコン基板の表面を洗浄し、その後、
前記シリコン基板上に前記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ェーハの製造方法。
【請求項２】
前記炭素を含むイオン注入を、炭素イオン又はＣ３Ｈ５イオンを注入することにより行う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ェーハの製造方法。
【請求項３】
前記オゾン水洗浄、フッ酸洗浄、オゾン水洗浄の順で行う洗浄工程と、前記ＳＣ−１洗浄、ＳＣ−２洗浄、オゾン水洗浄の順で行う洗浄工程とを、交互に繰り返し行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項４】
シリコン基板上にエピタキシャル層を有するシリコンエピタキシャルウェーハであって、前記シリコン基板は、炭素を含むイオンが注入されたイオン注入層を有し、前記エピタキシャル層表面のＡｌ汚染量が１×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、０．１２μｍ以上のエピタキシャル欠陥が２０個／ｗａｆｅｒ以下であることを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法及びシリコンエピタキシャルウェーハに関し、特に、半導体シリコン基板に炭素を含むイオンを注入した後、半導体シリコン基板表面にエピタキシャル層を形成するシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ、ＣＩＳ等の固体撮像素子等の半導体装置の微細化、高性能化に伴い、それらの製品歩留まりを向上させるために、材料としての基板にも高品質化が要求され、これに対応した各種シリコンウェーハが開発されている。
【０００３】
特に、製品特性に直接影響を与えるウェーハ表層部の汚染及び結晶欠陥の低減は大変重要であり、その改善策として、エピタキシャルウェーハのゲッタリング能力を高める手法の開発が進められている。その中でも、シリコン基板に炭素を含むイオンを注入し、シリコン基板表面にエピタキシャル層を形成したエピタキシャルウェーハは、先端デバイス特性改善に有力な方法として開発が進められている。
【０００４】
従来のエピタキシャル層形成前の基板の洗浄方法としては、ＳＣ−１＋ＳＣ−２洗浄だけで行っており、その洗浄の目的は、汚染及びパーティクルの除去のために行っていた（特許文献１）。しかしながら、炭素を含むイオンを注入した基板にこのような洗浄方法を適用しても、汚染やパーティクルの除去は十分ではないという問題があった。
【０００５】
また、特許文献２には、ＳＯＩ基板の製造方法において、基板に水素イオンを注入する前に、ＳＣ−1洗浄＋ＳＣ−２洗浄、ＨＦ洗浄＋Ｏ３洗浄を組み合わせる洗浄が開示されているが、これは水素イオン注入前に洗浄する方法であり、炭素を含むイオンを注入した後の洗浄方法については何ら記載がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４８３９８３６号（ＷＯ２００５／００１９１６）
【特許文献２】特開２００６−３０３０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
エピタキシャル層形成前にシリコン基板に炭素を含むイオンを注入した場合、ゲッタリング能力が高まる一方で、イオン注入工程によって生じる汚染の増大及び炭素を含んだパーティクルの増加により、その後のエピタキシャル成長での汚染拡散及びエピ欠陥発生等の問題が生じることが判明した。具体的には、シリコン基板に炭素を含むイオンを注入した後、Ａｌ汚染を始め、Ｍｏ、Ｎｂ汚染及び、Ｃ系のパーティクルが含まれていることが判った。そして、近年になって、デバイスの高品質化が進み、このような基板品質では、デバイスでの特性不良、特に白傷不良が発生することが判った。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、炭素を含むイオンの注入によりゲッタリング能力を高めると共に、エピタキシャル層形成前に、Ａｌ、Ｍｏ、Ｎｂ等汚染除去の難しい元素の汚染低減及び、ＥＰ欠陥の起点となるＣ系のパーティクル低減ができ、エピタキシャル成長後に汚染拡散及びエピ欠陥の発生が抑制されたシリコンエピタキシャルウェーハを製造することが可能なエピタキシャルウェ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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、シリコン基板上にエピタキシャル層を形成するシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記シリコン基板に、炭素を含むイオンを注入した後、オゾン水洗浄、フッ酸洗浄、オゾン水洗浄の順で行う洗浄工程と、ＳＣ−１洗浄、ＳＣ−２洗浄、オゾン水洗浄の順で行う洗浄工程とを組み合わせることにより、前記シリコン基板の表面を洗浄し、その後、前記シリコン基板上に前記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ェーハの製造方法を提供する。
【００１０】
このようなシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であれば、炭素を含むイオンの注入によりゲッタリング能力を高めると共に、Ａｌ、Ｍｏ、Ｎｂ等汚染除去の難しい元素の汚染低減及び、ＥＰ欠陥の起点となるＣ系のパーティクル低減ができ、エピタキシャル成長後に汚染拡散及びエピ欠陥の発生が抑制されたシリコンエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【００１１】
またこの場合、前記炭素を含むイオン注入を、炭素イオン又はＣ３Ｈ５イオンを注入することにより行うことが好ましい。
【００１２】
このような炭素を含むイオンを注入することにより、エピタキシャルウェーハのゲッタリング能力を、確実に向上させることができる。
【００１３】
また、この場合、前記オゾン水洗浄、フッ酸洗浄、オゾン水洗浄の順で行う洗浄工程と、前記ＳＣ−１洗浄、ＳＣ−２洗浄、オゾン水洗浄の順で行う洗浄工程とを、交互に繰り返し行うことが好ましい。
【００１４】
このように洗浄することで、高い汚染レベルであっても、エピタキシャル層形成前に、汚染低減及びパーティクル低減を確実に行うことができる
【００１５】
また本発明では、シリコン基板上にエピタキシャル層を有するシリコンエピタキシャルウェーハであって、前記シリコン基板は、炭素を含むイオンが注入されたイオン注入層を有し、前記エピタキシャル層表面のＡｌ汚染量が１×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、０．１２μｍ以上のエピタキシャル欠陥が２０個／ｗａｆｅｒ以下であることを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハを提供する。
【００１６】
このようなＡｌ汚染やエピタキシャル欠陥が低減されたシリコンエピタキシャルウェーハであれば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳイメージセンサ等の半導体装置の基板として用いた場合に、白傷の発生を低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であれば、炭素を含むイオンの注入によりゲッタリング能力を高めると共に、エピタキシャル層形成前に、Ａｌ、Ｍｏ、Ｎｂ等汚染除去の難しい元素の汚染低減及び、ＥＰ欠陥の起点となるＣ系のパーティクル低減をすることができ、エピタキシャル成長での汚染拡散及びエピ欠陥の発生が抑制された、高品質なシリコンエピタキシャルウェーハを製造することが可能となる。
【００１８】
そのため、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハであれば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳイメージセンサ等の高品質、高歩留まりが要求される製品に使用された場合に、白傷不良を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の一例を示したフロー図である。
【図２】実施例１におけるパーティクル測定結果（Ａ）〜（Ｃ）及び比較例１におけるパーティクル測定結果（Ｄ）である。
【図３】比較例１における炭素イオン（Ａ）又はＣ３Ｈ５イオン（Ｂ）注入後の洗浄を行った後のパーティクルのＳＥＭ画像及びＳＥＭによる元素分析結果である。
【図４】実施例２及び比較例２における、Ａｌの定量分析結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
上述したように、シリコン基板に炭素を含むイオンを注入した後では、Ａｌ汚染を始め、Ｍｏ、Ｎｂ汚染及び、Ｃ系のパーティクルが含まれており、このような基板品質では、デバイスでの特性不良、特に白傷不良を生じさせるという問題があった。
【００２１】
そして、本発明者らは上記の問題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、シリコン基板に炭素を含むイオンを注入した後に、エピタキシャル成長の前洗浄として、オゾン水洗浄で酸化膜を付けてその後フッ酸洗浄で酸化膜を除去すれば（Ｏ３＋ＨＦ洗浄）、深さ方向に形成された、汚染物質やパーティクルを除去することが可能であることを発見した。そして更に、ＳＣ−１＋ＳＣ−２洗浄を行うと、Ｏ３＋ＨＦ洗浄で取り切れない汚染物質やパーティクルも除去することができ、更に、各Ｏ３＋ＨＦ洗浄及びＳＣ−１＋ＳＣ−２洗浄の後にＯ３洗浄を加えることにより、基板表面が親水化され、パーティクルの再付着を防止することが可能になることを見出し、本発明に到達した。
【００２２】
即ち、本発明は、シリコン基板上にエピタキシャル層を形成するシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記シリコン基板に、炭素を含むイオンを注入した後、オゾン水洗浄、フッ酸洗浄、オゾン水洗浄の順で行う洗浄工程と、ＳＣ−１洗浄、ＳＣ−２洗浄、オゾン水洗浄の順で行う洗浄工程とを組み合わせることにより、前記シリコン基板の表面を洗浄し、その後、前記シリコン基板上に前記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ェーハの製造方法を提供する。
【００２３】
以下、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を詳細に説明する。図１に、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の一例を示したフロー図を示す。
【００２４】
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法においては、まず、シリコン基板に炭素含むイオンを注入する（Ｓ１）。これによりゲッタリング能力を付与する。この時、炭素含むイオンとしては、炭素イオン又はＣ３Ｈ５イオンを注入することが望ましい。
【００２５】
次いで、オゾン水洗浄、フッ酸洗浄、オゾン水洗浄の順で行う洗浄工程（Ｏ３＋ＨＦ＋Ｏ３洗浄工程ともいう）を行う（Ｓ２）。この洗浄工程は、連続した洗浄槽で行うことができ、最初のＯ３洗浄では酸化膜を形成し、次のＨＦ洗浄では酸化膜を除去し、次のＯ３洗浄では表面を親水性にする。
【００２６】
この時、使用する洗浄液の条件は特に限定されないが、例えば、オゾン水は濃度５〜１５ｍｇ／Ｌ、流量１０〜１５Ｌ／ｍｉｎ、フッ酸は濃度１０〜２０％、流量２０〜３０Ｌ／ｍｉｎとすることができる。最初のオゾン水洗浄とＨＦ洗浄後のオゾン水洗浄は、同じ条件でも良いが、最初のオゾン水洗浄の濃度をＨＦ洗浄後のオゾン水洗浄の濃度よりも高くすることが好ましい。
【００２７】
次いで、ＳＣ−１洗浄、ＳＣ−２洗浄、オゾン水洗浄の順で行う洗浄工程（以下、ＳＣ−１＋ＳＣ−２＋Ｏ３洗浄工程ともいう）を行う（Ｓ３）。この洗浄工程は、連続した洗浄槽で行うことができ、最初のＳＣ−１洗浄ではパーティクル除去を行い、次のＳＣ−２洗浄では汚染を除去し、最後のＯ３洗浄は表面を親水性にする。
【００２８】
この時の洗浄条件は特に限定されないが、例えば、ＳＣ−１洗浄は、アンモニア（ＮＨ３濃度２８％）、過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２濃度３０％）、水の体積比（以下、ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏともいう）で１：１：５〜１：１：２０、流量２０〜３０Ｌ／ｍｉｎ、ＳＣ−２洗浄は、塩酸（ＨＣｌ濃度３６％）、過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２濃度３０％）、水の体積比（以下、ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏともいう）で１：１：５０〜２００、流量２０〜３０Ｌ／ｍｉｎとすることができる。また、オゾン水は濃度５〜１５ｍｇ／Ｌ、流量１０〜１５Ｌ／ｍｉｎとすることができる。
【００２９】
（Ｓ２）のＯ３＋ＨＦ＋Ｏ３洗浄工程と（Ｓ３）のＳＣ−１＋ＳＣ−２＋Ｏ３洗浄工程とは、連続して行うこともでき、この場合の洗浄時間は、通常、同じになる。洗浄能力を確実なものとするためには、例えば、（Ｓ２）、（Ｓ３）中の各洗浄を１〜５分程度、好ましくは２〜３分実施することが望ましい。
【００３０】
（Ｓ２）の洗浄工程と（Ｓ３）の洗浄工程は、この順番に限定されず、逆であっても構わない。即ち、ＳＣ−１洗浄、ＳＣ−２洗浄、オゾン水洗浄の順で行う洗浄工程の後に、オゾン水洗浄、フッ酸洗浄、オゾン水洗浄の順で行う洗浄工程を行っても良い。
【００３１】
また、（Ｓ２）、（Ｓ３）の各洗浄工程の間に純水でリンスする工程を入れることもできる。更に（Ｓ２）と（Ｓ３）を交互に繰り返すことにより、高い汚染レベルであっても汚染除去及びパーティクル除去をより確実に行うことができる。この場合、最大でも５回の繰り返し洗浄で十分であり、この時形成されるＯ３洗浄の酸化膜厚は、１ｎｍ程度である。
【００３２】
上記（Ｓ２）中の最後のＯ３洗浄、（Ｓ３）中のＯ３洗浄において、１ｎｍ程度（例えば、０．５ｎｍ〜１．５ｎｍ）の薄い酸化膜を形成することで、エピタキシャル成長前の水素ベークで容易に除去することができ、エピタキシャル層を容易に形成することができるために好ましい。
【００３３】
次いで、シリコン基板上にエピタキシャル層を形成する（Ｓ４）。通常、水素ベークによりウェーハ表面の酸化膜を除去してから、エピタキシャル成長を行う。これにより、エピタキシャル層表面のＡｌ汚染が、１×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、０．１２μｍ以上のエピタキシャル欠陥が、２０個／ｗａｆｅｒ以下のエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【００３４】
従って、本発明によれば、シリコン基板上にエピタキシャル層を有するシリコンエピタキシャルウェーハであって、前記シリコン基板は、炭素を含むイオンが注入されたイオン注入層を有し、前記エピタキシャル層表面のＡｌ汚染量が１×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、０．１２μｍ以上のエピタキシャル欠陥が２０個／ｗａｆｅｒ以下であることを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハが提供される。
【実施例】
【００３５】
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、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３６】
（実施例１）
直径３００ｍｍ、抵抗率１０Ω・ｃｍのリンドープのシリコン単結晶基板を準備し、シリコン基板表面の０．１２μｍ以上のパーティクルを測定した。その結果、シリコン基板表面にはパーティクルは存在していないことが確認された（図２（Ａ））。
【００３７】
次に、シリコン基板に炭素イオン、又は、Ｃ３Ｈ５イオンを加速電圧８０ｋｅＶ、ドーズ量２．５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２でイオン注入を行い、イオン注入後の段階で同様にシリコン基板表面のパーティクル測定を行った。その結果、炭素イオンを注入した場合は１３７０個／ｗａｆｅｒ、Ｃ３Ｈ５イオンを注入した場合は１２４３個／ｗａｆｅｒとなった（図２（Ｂ））。
【００３８】
そして、Ｏ３＋ＨＦ＋Ｏ３洗浄工程を、最初のＯ３洗浄が（濃度１０ｍｇ／Ｌ、流量１５Ｌ／ｍｉｎ、２ｍｉｎ）、ＨＦ洗浄が（濃度１５％、流量２５Ｌ／ｍｉｎ、２ｍｉｎ）、最後のＯ３洗浄が（濃度１０ｍｇ／Ｌ、流量１５Ｌ／ｍｉｎ、２ｍｉｎ）の条件で行い、その後、ＳＣ−１＋ＳＣ−２＋Ｏ３洗浄工程を、ＳＣ−１洗浄が（ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１：１０、流量２５Ｌ／ｍｉｎ、２ｍｉｎ）、ＳＣ−２洗浄が（ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１：１００、流量２５Ｌ／ｍｉｎ、２ｍｉｎ）、Ｏ３洗浄が（濃度１０ｍｇ／Ｌ、流量１５Ｌ／ｍｉｎ、２ｍｉｎ）の条件で行った後、同様にシリコン基板表面のパーティクル測定を行った。その結果、炭素イオンを注入した場合は５個／ｗａｆｅｒ、Ｃ３Ｈ５イオンを注入した場合は７個／ｗａｆｅｒとなった。この結果を図２（Ｃ）に示す。
【００３９】
以上により、このＯ３＋ＨＦ＋Ｏ３洗浄工程とＳＣ−１＋ＳＣ−２＋Ｏ３洗浄工程はそれぞれ１回のみの実施であるが、ＥＰ欠陥の原因となるシリコン基板表面のパーティクルがほとんどなくなっていることが判った。
【００４０】
さらに、水素ベーク及び５μｍのエピタキシャル成長を行った後に、同様にしてＥＰ欠陥の評価を行った。その結果、２０個／ｗａｆｅｒ以下であった。
【００４１】
（比較例１）
実施例１と同様にシリコン基板の準備、炭素イオン又はＣ３Ｈ５イオン注入をした後、ＳＣ−１＋ＳＣ−２＋Ｏ３洗浄のみを行い、洗浄後のシリコン基板表面のパーティクル測定を行った。その結果、炭素イオンを注入した場合は５４９個／ｗａｆｅｒ、Ｃ３Ｈ５イオンを注入した場合は４５６個／ｗａｆｅｒとなった（図２（Ｄ））。
【００４２】
このように、ＳＣ−１＋ＳＣ−２＋Ｏ３洗浄のみではシリコン基板表面のパーティクルを十分に除去することができなかった。また、このシリコン基板表面のパーティクルをＳＥＭで分析した結果、図３に示すように、炭素起因のパーティクルであることが確認された。炭素イオン又はＣ３Ｈ５イオン注入後の洗浄を行った後のパーティクルのＳＥＭ画像及びＳＥＭによる元素分析結果をそれぞれ図３（Ａ）、（Ｂ）に示す。
【００４３】
（実施例２）
イオン注入元素を炭素イオンとし、実施例１と同じ方法でシリコン基板の準備、イオン注入、Ｏ３＋ＨＦ＋Ｏ３洗浄工程とＳＣ−１＋ＳＣ−２＋Ｏ３洗浄工程を行った後、ＩＣＰ−ＭＳでＡｌ汚染の定量分析を行った。このＡｌ汚染の評価では、Ｏ３＋ＨＦ＋Ｏ３洗浄工程とＳＣ−１＋ＳＣ−２＋Ｏ３洗浄工程を交互に１回〜５回繰り返して行ったときのそれぞれの定量分析を行った。この結果を図４に示す。
【００４４】
図４から分かるように、Ｏ３＋ＨＦ＋Ｏ３洗浄とＳＣ−１＋ＳＣ−２＋Ｏ３洗浄とを少なくても１回以上行うことにより、Ａｌ汚染量は１×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下となった。また、これらの洗浄を繰り返すことで、Ａｌ汚染量はより減少した。そして、Ｏ３＋ＨＦ＋Ｏ３洗浄工程とＳＣ−１＋ＳＣ−２＋Ｏ３洗浄工程を実施した後、水素ベーク及び５μｍのエピタキシャル成長を行った後でも同様にしてエピタキシャル表面のＡｌ汚染の定量分析を行った。その結果、エピタキシャル成長前と同等のレベルであることが確認された。
【００４５】
（比較例２）
イオン注入後の洗浄を、ＳＣ−１＋ＳＣ−２＋Ｏ３洗浄工程を１回のみとした以外は、実施例２と同じ方法でＡｌ汚染の定量分析を行った。この結果を図４に示す。ＳＣ−１＋ＳＣ−２＋Ｏ３洗浄工程だけでは、１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２を超える汚染量となった。この時の、ＳＣ−１、ＳＣ−２、Ｏ３洗浄の条件は、実施例１の条件と同じで実施した。
【００４６】
また、ＳＣ−１＋ＳＣ−２＋Ｏ３洗浄を実施した後、水素ベーク及び５μｍのエピタキシャル成長を行った後でも同様にして、エピタキシャル表面のＡｌ汚染の定量分析を行った。その結果、エピタキシャル成長前と同等のレベルであることが確認された。
【００４７】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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