(57)【要約】 【課題】高濃度の埋め込み不純物領域を形成した場合であっても、積層欠陥の発生抑制を可能とする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】シリコンウェーハ１０上の一部に不純物領域１８、２２を形成するステップと、シリコンウェーハ１０をＤＨＦ／ＨＮＯ３溶液で洗浄するステップと、シリコンウェーハ１０上にシリコン層２４をエピタキシャル成長により形成するステップを有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。【選択図】図１
2009123861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェーハ表面の一部に不純物領域を形成するステップと、
前記シリコンウェーハをＤＨＦ／ＨＮＯ３溶液で洗浄するステップと、
前記シリコンウェーハ上にシリコン層をエピタキシャル成長により形成するステップを有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。
【請求項２】
シリコンウェーハ上に第１のシリコン酸化膜を形成するステップと、
前記第１のシリコン酸化膜の一部を除去するステップと、
前記第１のシリコン酸化膜の除去された領域にＮ型不純物を含有する拡散剤を堆積するステップと、
第１の熱処理により前記Ｎ型不純物を前記シリコンウェーハ中に拡散させＮ型不純物領域を形成するステップと、
前記第１のシリコン酸化膜を全て除去するステップと、
前記シリコンウェーハ上に第２のシリコン酸化膜を形成するステップと、
前記第２のシリコン酸化膜の一部を除去するステップと、
前記第２のシリコン酸化膜の除去された領域にＰ型不純物を含有する拡散剤を堆積するステップと、
第２の熱処理により前記Ｐ型不純物を前記シリコンウェーハ中に拡散させＰ型不純物領域を形成するステップと、
前記第２のシリコン酸化膜を全て除去するステップと、
前記シリコンウェーハをＤＨＦ／ＨＮＯ３溶液で洗浄するステップと、
前記シリコンウェーハ上にシリコン層をエピタキシャル成長により形成するステップを有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。
【請求項３】
前記ＤＨＦの濃度が０．０１％以上２％以下であり、かつ、前記洗浄するステップの洗浄時間が１分以上３０分以下であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記Ｎ型不純物がＳｂ（アンチモン）であることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記Ｐ型不純物がＢ（ボロン）であることを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャルウェーハの製造方法に関し、特に積層欠陥の発生を抑制する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】
半導体デバイスの一種として、例えば、音響機器等の増幅機能に使用されるバイポーラデバイスがある。バイポーラデバイスは、その構成要素であるバイポーラトランジスタのコレクタ部として、シリコンウェーハ内部に１Ｅ１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上程度の高濃度の埋め込み不純物領域を形成することが必要となる。このような構造を形成するために、従来、シリコンウェーハ表面の所望の領域にＳｂ、Ａｓ、ＰまたはＢなどを高濃度に拡散させた後、エピタキシャル成長により、シリコン層を形成するプロセスが採用されている。
【０００３】
上記プロセスでシリコン層を有するエピタキシャルウェーハを形成する場合に、シリコン層中に積層欠陥（Ｓｔａｃｋｉｎｇ  ＦａｕｌｔまたはＳＦ）が生じる場合がある。積層欠陥は、ｐｎジャンクションの耐圧を低下させ、バイポーラトランジスタの動作不良の原因となりうるため、その発生を極力抑制することが重要である。
【０００４】
一般にエピタキシャルウェーハに生ずる積層欠陥の原因としては、ウェーハ表面に存在する金属汚染や、ウェーハ表面に形成された傷、スリップ欠陥、残留酸化膜などがある。金属汚染を除去する方法の一つとして、エピタキシャル成長前にシリコンウェーハ裏面の多結晶シリコン層をゲッタリングサイトとして利用する技術がある（特許文献１）。また、シリコン層のエピタキシャル成長前の洗浄処理として、ＤＨＦ（希フッ酸）洗浄、ＳＣ−１洗浄、Ｈ２Ｏ２／コリン洗浄等により金属汚染を除去する方法が取られていた。
【特許文献１】特開平５−１９８５７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
もっとも、バイポーラデバイス用のエピタキシャルウェーハでは、特に高濃度の埋め込み不純物領域における積層欠陥発生頻度が高くなることが見出されている。これは、不純物領域を形成するためにシリコンウェーハ上に堆積される不純物（ドーパント）を含有する拡散剤中にもともと含まれる金属原子に起因すると考えられる。あるいは、不純物を熱拡散させるための拡散炉から気相中を拡散してウェーハへ到達する金属原子により不純物領域が汚染されやすいためとも考えられる。代表的な金属原子および金属不純物としてはＦｅが挙げられる。
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、高濃度の埋め込み不純物領域を形成した場合であっても、積層欠陥の発生抑制を可能とするエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様のエピタキシャルウェーハの製造方法は、シリコンウェーハ表面の一部に不純物領域を形成するステップと、前記シリコンウェーハをＤＨＦ／ＨＮＯ３溶液で洗浄するステップと、前記シリコンウェーハ上にシリコン層をエピタキシャル成長により形成するステップを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の態様のエピタキシャルウェーハの製造方法は、シリコンウェーハ上に第１のシリコン酸化膜を形成するステップと、前記第１のシリコン酸化膜の一部を除去するステップと、前記第１のシリコン酸化膜の除去された領域にＮ型不純物を含有する拡散剤を堆積するステップと、第１の熱処理により前記Ｎ型不純物を前記シリコンウェーハ中に拡散させＮ型不純物領域を形成するステップと、前記第１のシリコン酸化膜を全て除去するステップと、前記シリコンウェーハ上に第２のシリコン酸化膜を形成するステップと、前記第２のシリコン酸化膜の一部を除去するステップと、前記第２のシリコン酸化膜の除去された領域にＰ型不純物を含有する拡散剤を堆積するステップと、第２の熱処理により前記Ｐ型不純物を前記シリコンウェーハ中に拡散させＰ型不純物領域を形成するステップと、前記第２のシリコン酸化膜を全て除去するステップと、前記シリコンウェーハをＤＨＦ／ＨＮＯ３溶液で洗浄するステップと、前記シリコンウェーハ上にシリコン層をエピタキシャル成長により形成するステップを有することを特徴とする。
【０００９】
ここで、前記ＤＨＦの濃度が０．０１％以上２％以下であり、かつ、前記洗浄するステップの洗浄時間が１分以上３０分以下であることが望ましい。
【００１０】
ここで、前記Ｎ型不純物がＳｂ（アンチモン）であることが望ましい。
【００１１】
ここで、前記Ｐ型不純物がＢ（ボロン）であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高濃度の埋め込み不純物領域を形成した場合であっても、積層欠陥の発生抑制を可能とするエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に関するエピタキシャルウェーハの製造方法についての実施の形態につき、添付図面に基づき説明する。なお、本明細書中、不純物濃度等が高濃度とは、１Ｅ１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度以上の濃度を意味するものとする。
【００１４】
本発明実施の形態のエピタキシャルウェーハの製造方法は、シリコンウェーハ表面に第１のシリコン酸化膜を形成するステップと、第１のシリコン酸化膜の一部を除去するステップと、第１のシリコン酸化膜の除去された領域にＮ型不純物を含有する拡散剤を堆積するステップと、第１の熱処理によりＮ型不純物をシリコンウェーハ中に拡散させＮ型不純物領域を形成するステップと、第１のシリコン酸化膜を全て除去するステップとを有する。そして、シリコンウェーハ上に第２のシリコン酸化膜を形成するステップと、第２のシリコン酸化膜の一部を除去するステップと、第２のシリコン酸化膜の除去された領域にＰ型不純物を含有する拡散剤を堆積するステップと、第２の熱処理によりＰ型不純物をシリコンウェーハ中に拡散させＰ型不純物領域を形成するステップと、第２のシリコン酸化膜を全て除去するステップとを有する。さらに、シリコンウェーハをＤＨＦ／ＨＮＯ３溶液で洗浄するステップと、シリコンウェーハ上にシリコン層をエピタキシャル成長により形成するステップを有する。
【００１５】
本実施の形態によれば、エピタキシャル成長前に、ＤＨＦ／ＨＮＯ３溶液でシリコンウェーハを洗浄する前処理を行うことで、ウェーハ上の金属汚染を効率よく除去することが可能となる。よって、エピタキシャル成長前に、高濃度の埋め込み不純物領域を形成した場合であっても、積層欠陥の発生を抑制することができる。
【００１６】
図１から図４は、本実施の形態のエピタキシャルウェーハの製造方法を示す工程断面図である。
【００１７】
まず、図２（ａ）に示すように、例えば、ＣＺ（チョクラルスキー法）で引き上げられたシリコンインゴットより製造されたＰ型で（１００）面方位を有するシリコンウェーハ１０を準備する。次に、図２（ｂ）に示すように、熱酸化により、シリコンウェーハ１０表面にシリコン酸化膜１２を形成する。
【００１８】
次に、図２（ｃ）に示すように、公知のリソグラフィー技術を用いて、後にＮ型不純物領域を形成する部分が開口されるようなレジストパターン１４を形成する。次に、図２（ｄ）に示すように、公知のウェットエッチング技術を用いて、レジストパターン１４に覆われていないシリコン酸化膜１２の一部を除去する。
【００１９】
次に、図３（ａ）に示すように、公知のウェットエッチング技術を用いてレジストパターン１４を形成していたレジスト膜を剥離する。次に、図３（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜１２の除去された領域に、例えばＳｂ、Ｐ、Ａｓ等のＮ型不純物を含有する拡散剤１６を、例えば公知の常圧ＣＶＤ法を用いて堆積する。このＮ型不純物を含有する拡散剤としては、例えば、Ｓｂ２Ｏ３、Ａｓ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＰＳＧ、ＡｓＳＧ等を用いることが可能である。
【００２０】
次に、図３（ｃ）に示すように、Ｎ型不純物を含有する拡散剤１６からＮ型不純物をシリコンウェーハ中に拡散させるための熱処理を行う。この熱処理は、例えば、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下、１１００℃〜１３００℃の温度で行われる。Ｎ型不純物の拡散により、シリコンウェーハ中にＮ型不純物領域１８が形成される。この熱処理中に、拡散剤に含まれる金属不純物や、拡散炉から気相中を拡散してシリコンウェーハ１０へ達する金属原子などにより、Ｎ型不純物領域１８が金属汚染を受けるおそれがある。
【００２１】
次に、図３（ｄ）に示すように、公知のウェットエッチング技術により、拡散剤１６およびシリコン酸化膜１２を全て除去する。このようにして、Ｎ型不純物領域１８を有するシリコンウェーハ１０が形成される。
【００２２】
次に、図４（ａ）に示すように、熱酸化により、シリコンウェーハ１０表面にシリコン酸化膜１２を形成する。そして、図４（ｂ）に示すように、公知のリソグラフィー技術を用いて、後にＰ型不純物領域を形成する部分が開口されるようなレジストパターン１４を形成する。
【００２３】
次に、図４（ｃ）に示すように、公知のウェットエッチング技術を用いて、レジストパターン１４に覆われていないシリコン酸化膜１２の一部を除去する。次に、図４（ｄ）に示すように、公知のウェットエッチング技術を用いてレジストパターン１４を形成していたレジスト膜を剥離する。
【００２４】
次に、図１（ａ）に示すように、シリコン酸化膜１２の除去された領域に、例えばＢ等のＰ型不純物を含有する拡散剤２０を、例えば公知の常圧ＣＶＤ法を用いて堆積する。このＰ型不純物を含有する拡散剤としては、例えば、Ｂ２Ｏ３、ＢＳＧ等を用いることが可能である。
【００２５】
次に、図１（ｂ）に示すように、Ｐ型不純物を含有する拡散剤２０からＰ型不純物をシリコンウェーハ中に拡散させるための熱処理を行う。この熱処理は、例えば、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下、１１００℃〜１３００℃の温度で行われる。Ｐ型不純物の拡散により、シリコンウェーハ中にＰ型不純物領域２２が形成される。この熱処理中に、拡散剤に含まれる金属不純物や、拡散炉から気相中を拡散してシリコンウェーハ１０へ達する金属原子などにより、Ｐ型不純物領域２２が金属汚染を受けるおそれがある。
【００２６】
次に、図１（ｃ）に示すように、公知のウェットエッチング技術により、Ｐ型不純物を含有する拡散剤２０およびシリコン酸化膜１２を全て除去する。このようにして、Ｐ型不純物領域２２およびＮ型不純物領域１８を有するシリコンウェーハ１０が形成される。
【００２７】
次に、図１（ｄ）に示すように、公知のエピタキシャル成長方法を用いて、シリコンウェーハ１０上にシリコン層２４を形成する。この際、シリコン層２４形成の前処理としてシリコンウェーハ１０をＤＨＦ／ＨＮＯ３溶液で洗浄する。このようにして、Ｐ型不純物領域２２およびＮ型不純物領域１８を高濃度の埋め込み層として有するシリコンウェーハ１０が形成される。
【００２８】
このように、ＤＨＦ／ＨＮＯ３溶液で洗浄する前処理を行うことにより、シリコン層２４に発生する積層欠陥の密度を低減することが可能となる。
【００２９】
本実施の形態のように、シリコン層のエピタキシャル成長前に、Ｎ型不純物領域とＰ型不純物領域の両方を形成する製造プロセスにおいては、Ｐ型不純物領域を形成するための熱処理の際に、Ｎ型不純物領域上をシリコン酸化膜が被覆している。このような場合、Ｐ型不純物領域を形成するための熱処理で、Ｎ型不純物領域に拡散していた金属不純物が、高濃度のＮ型不純物領域とシリコン酸化膜との界面に偏析する現象が生ずる。そして、界面に偏析した金属不純物が原因となって、後にエピタキシャル成長によって形成されるシリコン層中に積層欠陥が誘起される。
【００３０】
本実施の形態のように、シリコン層成長前に、ＤＨＦ／ＨＮＯ３溶液で洗浄する前処理を行うことにより、シリコン層２４に発生する積層欠陥の密度を低減することが可能となる理由は以下のように考えられる。まず、ＨＮＯ３は、強い酸化力を有しているため、シリコンウェーハ表面に付着している金属原子の溶液中への溶解度が高くなる。したがって、シリコンウェーハ表面に付着している金属原子の除去能力が高くなる。また、ＤＨＦ／ＨＮＯ３溶液はシリコンをエッチングするため、シリコンウェーハ表面に形成された金属不純物とシリコンとの化合物をシリコンと一緒にエッチング除去することが可能となるためである。
【００３１】
ここで、ＤＨＦの濃度が０．０１％以上２％以下であり、かつ、洗浄時間が１分以上３０分以下であることが望ましい。これは、この範囲を下回るとシリコンのエッチング量が不足し、十分に金属不純物が除去できない恐れがあるからである。また、この範囲を上回ると、不純物領域が過度にエッチング除去され、シリコン層成長後の埋め込み拡散層の不純物濃度が低下し、このシリコンウェーハから製造される半導体デバイスのデバイス特性が変化する恐れがあるからである。
【００３２】
なお、ここではＮ型不純物領域をＰ型不純物領域の前に形成する製造プロセスを例に説明したが、Ｐ型不純物領域をＮ型不純物領域の前に形成する製造プロセスであっても同様の作用、効果を得ることが可能である。
【００３３】
また、本実施の形態においては、Ｎ型不純物領域とＰ型不純物領域両方が形成されたシリコンウェーハ上に、シリコン層を形成する場合について記載した。この場合、上述したように、特に、ＤＨＦ／ＨＮＯ３溶液の作用、効果が有効に機能する。しかしながら、どちらか一方の不純物領域のみしかシリコンウェーハ上に形成されていない場合であっても、ＤＨＦ／ＨＮＯ３溶液による本発明の作用および効果は得られるため、本発明は、このようなエピタキシャルウェーハの製造方法を排除するわけではない。
【００３４】
また、本実施の形態においては、拡散剤を堆積する固相拡散を用いて、不純物領域を形成する製造方法を示している。しかしながら、本発明において不純物領域の形成方法は、固相拡散に限らず、気相、液相あるいはイオン注入による形成方法を用いても構わない。
【００３５】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。実施の形態の説明においては、エピタキシャルウェーハの製造方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされるエピタキシャルウェーハの製造方法等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
【００３６】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのエピタキシャルウェーハの製造方法は、本発明の範囲に包含される。
【実施例】
【００３７】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００３８】
（実施例）
実施例として、上述した実施の形態のプロセスで、φ１２５ｍｍ（５インチ）のＣＺシリコンウェーハに対して、ＳｂおよびＢを拡散させたサンプルを５枚準備した。このサンプルに対して、ＤＨＦ濃度が０．１％のＤＨＦ／ＨＮＯ３溶液による前処理を行い、シリコン層をエピタキシャル成長により形成した。そして、５枚のサンプルにつき、ＳＦ（積層欠陥）密度を測定した。
【００３９】
（比較例）
比較例として、ＳＣ−１による前処理を行う以外は実施例と同様の処理を行ったサンプルを５枚準備した。
【００４０】
ＳＦ密度の測定結果を図５に示す。図５に示すように、比較例の場合は、１５ヶ〜３０ヶ／ｃｍ２であったＳＦ密度が、実施例においては０ヶ〜２ヶ／ｃｍ２となった。このように、本実施例により、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の有効性が確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施の形態のエピタキシャルウェーハの製造方法を示す工程断面図。
【図２】実施の形態のエピタキシャルウェーハの製造方法を示す工程断面図。
【図３】実施の形態のエピタキシャルウェーハの製造方法を示す工程断面図。
【図４】実施の形態のエピタキシャルウェーハの製造方法を示す工程断面図。
【図５】実施例におけるＳＦ密度測定結果を示す図。
【符号の説明】
【００４２】
１０                  シリコンウェーハ
１２                  シリコン酸化膜
１４                  レジストパターン
１６                  Ｎ型不純物を含有する拡散剤
１８                  Ｎ型不純物領域
２０                  Ｐ型不純物を含有する拡散剤
２２                  Ｐ型不純物領域
２４                  シリコン層
【図１】
2009123861.tif 000003
【図２】
2009123861.tif 000004
【図３】
2009123861.tif 000005
【図４】
2009123861.tif 000006
【図５】
2009123861.tif 000007