JP2009266940A - エピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高密度のゲッタリングサイトが形成された基板上に良質のエピタキシャル層を形成することができる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。
【解決手段】エピタキシャルウェーハの製造方法であって、少なくとも、シリコン単結晶基板の表面に有機膜を形成する工程と、該有機膜を通してイオン注入することによって前記シリコン単結晶基板にイオン注入層を形成する工程と、前記有機膜を除去する工程と、前記有機膜を除去された表面上にエピタキシャル層を形成する工程と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を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、イオン注入された基板上にエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。

半導体素子を形成するためのシリコン単結晶基板として、ＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法やＭＣＺ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ＣＺ）法で成長させたシリコン単結晶基板や、これらのシリコン単結晶基板の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、シリコン単結晶基板に熱処理を施したアニールウェーハ等が従来から用いられている。

一方、半導体素子の製造はクラス１００以下の超クリーンルーム内で行われているが、原材料（ガス，水，薬品類）や半導体製造装置等からの不純物によるシリコン単結晶基板の汚染を完全に避けることはできない。これらの不純物がシリコン単結晶基板の素子活性領域に存在していると、半導体素子の品質及び特性が著しく劣化する。そこで、これらの不純物をゲッタリングして素子活性領域から除去するために、イントリンシックゲッタリング（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ：ＩＧ）やエクストリンシックゲッタリング（Ｅｘｔｒｉｎｓｉｃ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ：ＥＧ）が従来から行われている。さらに、これらの処理を施した基板表面にエピタキシャル層を形成する場合もある。

特に、エピタキシャルウェーハは、半導体素子を製造する観点から見ると、基板とは異なる抵抗率を有する電気的活性層を形成することができるので、半導体素子を設計する際の自由度が大きく、また結晶欠陥の原因となる酸素や炭素の濃度が低い高純度の単結晶薄膜を任意の厚さに形成できる等の利点が多いため、高耐圧半導体素子や集積回路素子、固体撮像素子（ＣＣＤ＜Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ＞、ＣＩＳ＜ＣＭＯＳ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ＞）等で製品に実用化されている。

一般的なエピタキシャル層の形成方法として、例えばＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）が用いられており、以下の主な４種類のソースガスが使用されている。水素還元法では、ソースガスとしてＳｉＣｌ_４、ＳｉＨＣｌ_３が使用され、熱分解法では、ソースガスとしてＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＨ_４が使用される。

しかし、いずれのソースガスを用いてエピタキシャル層を形成したエピタキシャルウェーハも、エピタキシャル層の形成中に多くの不純物、特に金属不純物が混入する。このような金属不純物は、固体撮像素子に適用した場合に、暗電流による白傷欠陥が充分に低減できず、特性や歩留りを悪くする原因となっていた。

重金属不純物の発生源としては、エピタキシャル成長装置内のＳＵＳ系部材からのもの、ソースガスの配管からのものが考えられる。ソースガスに塩素系が含まれていると、エピタキシャル成長時に分解してＨＣｌガスが作られる。このＨＣｌガスがベルジャー内のＳＵＳ系部材を腐食して、金属の塩化物としてソースガス中に取り込まれ、この金属塩化物がエピタキシャル層中に取り込まれるものと考えられる。
また、エピタキシャル層形成前に、シリコン単結晶基板の表面を軽くエッチオフするために、ＨＣｌガスを故意に導入する場合もあり、これも腐食の一因となっている。

そこで、エピタキシャルウェーハを用いて固体撮像素子を形成する場合に、上記金属不純物をゲッタリングして除去するためのゲッタリング技術として、シリコンウェーハの一表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、この表面にシリコンエピタキシャル層を形成する炭素ゲッタリングエピタキシャルウェーハの製造方法がある。

例えば特許文献１には、半導体基板の表面側からイオンを注入して半導体基板内部にゲッタリングサイトを形成する半導体基板の製造方法が開示されている。この特許文献１の請求項１には、半導体基板を構成している第１の元素と異なり、かつ、この第１の元素と同族の第２の元素（例えば炭素）を少なくとも含むイオンを半導体基板に注入し、このイオン注入された基板表面上にエピタキシャル層を形成する方法が記載されている。

さらに、この特許文献１の請求項３には、半導体基板の表面に酸化膜を形成して、その酸化膜を通して、上記第２の元素を少なくとも含むイオンを半導体基板に注入し、そのイオン注入後に酸化膜を除去する方法が記載されている。このように、半導体基板表面に酸化膜を形成することによって、第２の元素のイオン注入による半導体基板表面のスパッタリング（金属粒子の飛び散り）が防止されて、良質のエピタキシャル層を有する半導体基板を製造することができるとされている。

また、例えば特許文献２においては、半導体基板の表面側からイオン注入を行って半導体基板の所定深さに均一で高密度なゲッタリングサイトを形成する半導体基板の製造方法において、このイオン注入時に基板深さ方向の制御性向上のために酸化膜などがない基板のミラー面からイオン注入を行い、このイオン注入後のエピタキシャル成長前に、酸化性ガス雰囲気で低温熱処理により基板表面側の不純物を除去し、非酸化性ガス雰囲気で高温熱処理により基板表面側に無欠陥層を形成すると共に高密度なゲッタリングサイトを形成し、熱処理後に熱処理で形成された熱酸化膜を除去する方法が提案されている。

しかし、これらの製造方法であっても、エピタキシャル層に発生する欠陥の低減には十分ではなく、高品質のエピタキシャルウェーハを製造することは困難であった。

特許第３３８４５０６号 特開２００７−１７３３２８号公報

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、高密度のゲッタリングサイトが形成された基板上に良質のエピタキシャル層を形成することができる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。

上記目的を達成するために、本発明は、エピタキシャルウェーハの製造方法であって、少なくとも、シリコン単結晶基板の表面に有機膜を形成する工程と、該有機膜を通してイオン注入することによって前記シリコン単結晶基板にイオン注入層を形成する工程と、前記有機膜を除去する工程と、前記有機膜を除去された表面上にエピタキシャル層を形成する工程と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を提供する（請求項１）。

このように、有機膜を通してイオン注入することで、注入イオンのチャネリング防止と共に、イオン注入時のシリコン単結晶基板表面へのスパッタリング及びパーティクルの付着を防止することができるため、基板表面を保護しながらイオン注入層を形成することができる。さらには、有機膜を基板表面の保護膜とすることで、その形成、除去に高温の熱処理が不要であるため、酸素析出による基板表面の欠陥もほとんどない。

これにより、欠陥の少ない基板表面上にエピタキシャル層を形成することができるため、エピタキシャル成長時に生じる欠陥を効果的に防止することができ、良質なエピタキシャル層を形成することができる。
このように製造されることにより、イオン注入層が高密度なゲッタリングサイトとして基板表面近傍に形成されており、その表面上に形成されたエピタキシャル層は不純物汚染が低減される。このため本発明の製造方法により製造されたエピタキシャルウェーハは、不純物汚染と欠陥がほとんどないエピタキシャル層を有するため、たとえば固体撮像素子等の製造に用いるのに好適である。

このとき、前記有機膜を形成する工程を、有機膜を塗布した後に、ベーキング又はＵＶキュアを行うことが好ましい（請求項２）。
このように、有機膜を塗布した後に低温のベーキング又はＵＶキュアを行うことにより、有機膜中の余剰溶剤が揮発され有機膜が硬化されるため、後の工程における剥がれ等を防止することができる。また、イオン注入時にイオンの衝突エネルギーによって有機膜が加熱されることにより、有機膜中の余剰溶剤が揮発されガスを放出し、装置中の真空度を悪化させることを防止できるため、良好なイオン注入を行うことができる。

このとき、前記エピタキシャル層を形成する工程の前に、前記有機膜を除去されたシリコン単結晶基板を、５００℃以上、１２０ｓｅｃ以下でアニールすることができる（請求項３）。
このように、エピタキシャル層形成前に５００℃以上でアニールすることにより、イオン注入による基板表面の注入ダメージを回復することができ、１２０ｓｅｃ以下と短時間のアニールを行うことで、アニール時に基板中の酸素の凝集によって酸素析出物が表面に発生することを防止できる。また、本発明の製造方法によれば、イオン注入時に生じる基板表面の欠陥等は低減されているため、短時間のアニールでも所望のダメージ回復を行うことができる。

このとき、前記イオン注入層を形成する工程を、炭素イオン又は炭素を含むイオンを、５×１０^１３〜５×１０^１５／ｃｍ^２のドーズ量でイオン注入することによって前記シリコン単結晶基板にイオン注入層を形成することが好ましい（請求項４）。
このように、炭素イオン又は炭素を含むイオンを上記範囲のドーズ量でイオン注入することで、よりゲッタリング能力の高いウェーハとすることができる。

このとき、前記有機膜を、フォトレジスト膜とすることができる（請求項５）。
このように、本発明の製造方法において、形成される有機膜としては、一般的に有機膜として利用されるフォトレジスト膜とすることができる。

このとき、前記有機膜を除去する工程を、アッシング、硫酸過水処理、有機溶剤処理のいずれか、あるいはこれらの処理の併用によって前記有機膜を除去することができる（請求項６）。
このように、いずれの処理によっても有機膜を除去することができ、有機膜の硬化により除去しにくくなっている場合は、これらの処理を組み合わせて併用することでも除去することができる。

また、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法により製造されたエピタキシャルウェーハを用いて製造されたことを特徴とする固体撮像素子を提供する（請求項７）。
このように、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法により製造されたエピタキシャルウェーハであれば、欠陥の少ないエピタキシャル層を有し、その近傍に高密度のゲッタリングサイトが形成されているため、エピタキシャル層への不純物汚染も低減されており、このウェーハを用いて固体撮像素子を製造することで、特性不良の少ない高品質の固体撮像素子にすることができる。

以上のように、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、基板表面に形成された有機膜により、注入イオンのチャネリング防止とともに、イオン注入時の基板表面のスパッタリングとパーティクルの付着を防止されているため、その後有機膜を除去した良好な基板表面上にエピタキシャル層を形成することで、エピタキシャル層に生じる欠陥を効果的に低減することができる。また、有機膜の形成に、熱酸化膜形成の時に必要な高温の熱処理は不要であるため、エピタキシャル成長前のウェーハ表面に酸素析出物欠陥を発生させることもない。従って、その後成長されるエピタキシャル層に、これが原因で欠陥が発生することがない。また、エピタキシャル層の近傍に高密度のゲッタリングサイトを形成されているため、不純物汚染も低減された良質のエピタキシャルウェーハを製造することができる。

イオン注入してその表面上にエピタキシャル層を形成してエピタキシャルウェーハを製造すると、イオン注入の際に基板表面に欠陥等が生じるため、その表面にエピタキシャル層を形成すると成長時に欠陥が多く発生してしまう問題があった。
本発明者らは、このような問題について以下のように検討を行った。

上記のような問題に対して、特許文献１では酸化膜を通してイオン注入し、その後酸化膜を除去してエピタキシャル層を形成する方法が開示されている。
しかし、その酸化膜の形成方法は、特許文献１の実施例に記載されている様に、一般的には、基板を高温かつ酸化性雰囲気中に晒す事で行われる。上記実施例では、１０００℃、１０ｍｉｎのドライ酸化で行われている。この様に基板を比較的高温で処理すると、結晶中の酸素が析出し酸素析出物が形成される。この酸素析出物は通常バルク内に形成されるが、基板表面は、熱処理の際に酸素が外方拡散されるため表面には形成されにくく無欠陥である。

しかしながら、結晶酸素濃度、熱処理条件、などの組み合わせにより、表面酸素が十分に外方拡散されず表面側に非常に微小な酸素析出物を形成する場合があることを見出した。この微小酸素析出物は熱処理後の段階では極めて微小であるため現在の技術では観察が難しいが、このような基板上にエピタキシャル層を成長させると、この微小酸素析出物を発生核とした積層欠陥がエピタキシャル層中に発生する。この積層欠陥は、デバイス特性不良を引き起こす。

このような問題は、イオン注入後に熱処理を行う特許文献２においても同様である。
さらに特許文献２では、半導体基板表面がむき出しの状態でイオン注入が行われる。この様な状態でのイオン注入は、基板表面のスパッタリングによる結晶性劣化、注入イオンのチャネリングを引き起こす。更に、イオン注入中に飛来するパーティクル等の汚染物質から基板表面を十分に保護できない。

これらのような問題に対して、本発明者らは鋭意検討を行った結果、基板表面に有機膜を形成してイオン注入を行うことにより、注入イオンのチャネリング防止と、イオン注入中の基板表面を保護でき、酸化膜形成のための高温の熱処理もイオン注入後の基板表面の欠陥を低減するための熱処理も不要であるため、酸素析出による基板表面の欠陥の発生も防止でき、その基板上には良質なエピタキシャル層を形成することができることを見出し、本発明を完成させた。

以下、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法について、実施態様の一例として、図１を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の実施態様の一例としてのフロー図である。

図１（ａ）に示すように、本発明の製造方法ではまずシリコン単結晶基板１０の表面に有機膜１１を形成する。
このとき用意されるシリコン単結晶基板１０としては、例えば、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶棒を育成し、育成したシリコン単結晶棒を内周刃スライサあるいはワイヤソー等の切断装置によってスライスした後、面取り、ラッピング、エッチング、研磨等の工程を経て作製されたシリコン単結晶基板を用意する。

有機膜１１を形成する方法としては、特に限定されないが、例えば基板上に有機膜の材料を吐出し、基板を回転させて均一に有機膜を形成するスピン塗布法等を用いて、例えば０．４μｍ程度の厚さの有機膜を形成することができる。
このように本発明の製造方法において基板表面の保護膜を有機膜とすることで、形成、除去のための高温の熱処理は不要であるため、基板表面に酸素析出物による欠陥が生じることがほとんどなく、その後に形成されるエピタキシャル層の欠陥を低減することができる。

有機膜としては、適宜選択することができるが、一般的に用いられるフォトレジスト膜を形成することができ、例えばポジ型フォトレジスト膜を形成することができる。フォトレジスト膜であれば、半導体ウェーハに対して通常用いられているものであり、膜の形成技術や不純物発生防止の見地からも好適である。

また、本発明の製造方法において、有機膜１１を形成する工程を、有機膜を塗布した後に、低温のベーキング又はＵＶキュアを行うことが好ましい。
このように、有機膜を塗布した後にベーキング又はＵＶキュアを行うことにより、有機膜が硬化した後の工程における剥離等を防止することができる。さらに、イオン注入時にイオンの衝突エネルギーによる有機膜の加熱で余剰溶剤が揮発することを防止できるため、より真空度の高い装置内で良好なイオン注入を行うことができる。

次に、図１（ｂ）に示すように、本発明の製造方法では、有機膜１１を通してイオン注入することによって、シリコン単結晶基板１０にイオン注入層１２を形成する。
このように、有機膜を通してイオン注入することによって、注入イオンのチャネリングを防止することができ、さらにはイオン注入中に基板表面は保護されているため、基板表面へのスパッタリングやパーティクルの付着を効果的に防止することができる。

このとき注入するイオン及びそのドーズ量としては、特に限定されないが、炭素イオン又は炭素を含むイオンを、５×１０^１３〜５×１０^１５／ｃｍ^２のドーズ量でイオン注入することによって前記シリコン単結晶基板１０にイオン注入層１２を形成することが好ましい。
このように、炭素イオン又は炭素を含むイオンを上記範囲のドーズ量でイオン注入することで、形成されたイオン注入層がゲッタリング能力のより高いゲッタリングサイトとなり、その上に形成されるエピタキシャル層の不純物汚染を効果的に低減することができる。

次に、図１（ｃ）に示すように、本発明の製造方法では、有機膜１１を除去する。
有機膜１１を除去する方法としては、アッシング、硫酸過水処理、有機溶剤処理のいずれか、あるいはこれらの処理の併用によって有機膜を除去することができる。これらの処理であれば、容易に有機膜を除去することができ、ベーキングやイオン注入時の温度で硬化して除去しにくくなった有機膜でもこれらの処理を併用すれば除去することができる。

例えばアッシング（灰化処理）では、アッシング装置に基板を挿入して、酸素をプラズマ分解して活性な酸素原子及びオゾンを装置内に発生させ、これにより有機膜が剥離除去される。
また、この有機膜を除去した後に、基板表面をさらに清浄にする為に、例えばＳＣ１溶液やフッ酸水溶液等で洗浄することにより、後の工程でさらに良質のエピタキシャル層を形成することができる。

次に、図１（ｄ）示すように、本発明の製造方法では、有機膜１１を除去された表面上にエピタキシャル層１３を形成する。
このエピタキシャル層１３の形成には一般的な条件を用いることができる。例えばＣＶＤ法により、Ｈ_２をキャリアガスとしてＳｉＨＣｌ_３等のソースガスをチャンバー内に導入し、サセプタ上に配置した基板上に、１０５０〜１２５０℃程度でエピタキシャル成長させることによりエピタキシャル層を形成することができる。

このように、本発明の製造方法によって、イオン注入を行った後でも欠陥の少ない基板表面であるためその上にエピタキシャル層を形成することで、エピタキシャル層形成時の欠陥がほとんど生じない。

また、このエピタキシャル層１３を形成する工程の前に、有機膜１１を除去されたシリコン単結晶基板１０を、５００℃以上、１２０ｓｅｃ以下でアニールすることができる。
このように、５００℃以上でアニールすることにより、イオン注入による基板表面のダメージを回復することができ、本発明の製造方法によれば、イオン注入時は有機膜で基板表面が保護されているため従来のイオン注入と比べ基板表面の欠陥等は大幅に低減されており、１２０ｓｅｃ以下と酸素が基板表面に析出しないように短時間のアニールを行った場合でも、非常に良好な基板表面にすることができる。これにより、基板上に欠陥がより低減されたエピタキシャル層を形成することができる。

このようにして製造されたエピタキシャルウェーハは、欠陥が低減されたエピタキシャル層の近傍に高密度のゲッタリングサイトを有し、これによりエピタキシャル層への不純物の汚染もほとんどないため、このエピタキシャルウェーハを用いて固体撮像素子を作製することで、特性不良の少ない優れた品質を持つ固体撮像素子を得ることができる。

以下、本発明を実施例、比較例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されない。

（実施例）
以下、実施例を図１を参照しながら説明する。
まず、シリコン単結晶基板１０としてチョクラルスキー法（ＣＺ法）で成長させた、面方位（１００）、抵抗率１０〜２０ｏｈｍ・ｃｍ、酸素濃度が１．１２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の基板を準備し、この基板をＮＨ_４ＯＨ／Ｈ_２Ｏ_２水溶液、及びＨＣｌ／Ｈ_２Ｏ_２水溶液で洗浄した。

次に、図１（ａ）に示すように、この基板１０上に有機薄膜１１を形成した。
まず、粘度が５ＣＰのポジ型フォトレジストを基板上に吐出し、基板を６０００ｒｐｍで回転させ、いわゆるスピン塗布法により基板上にポジ型フォトレジストを塗布した。その後、基板をホットプレート上で１１０℃、９０秒でベーキングし、余分な溶剤成分を揮発させると同時にスピン塗布されたポジ型フォトレジストを硬化させた。このようにして、膜厚が０．４μｍのフォトレジスト膜を形成した。

次に、図１（ｂ）に示すように、フォトレジスト膜１１を通して、表面から１４０ＫｅＶのエネルギー、１×１０^１５／ｃｍ^２のドーズ量で炭素をイオン注入してイオン注入層１２を形成した。
この時の炭素の投影飛程は、フォトレジスト膜／シリコン単結晶基板界面からおよそ０．２３μｍであり、そのピーク濃度はおよそ５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であった。

次に、図１（ｃ）に示すように、不要となったフォトレジスト膜１１をＨ_２ＳＯ_４／Ｈ_２Ｏ_２水溶液で除去した（硫酸過水処理）。ベーキングやイオン注入時の熱で硬化されたフォトレジスト膜であったため、Ｈ_２ＳＯ_４／Ｈ_２Ｏ_２水溶液では除去しにくいケースもあったが、その際は酸素プラズマ雰囲気中でフォトレジスト膜をアッシング（灰化処理）して除去した。その後、Ｈ_２ＳＯ_４／Ｈ_２Ｏ_２処理（硫酸過水処理）の際に形成された表面の自然酸化膜をＨＦ水溶液にて除去し、さらに基板表面の清浄度を高めるために、ＮＨ_４ＯＨ／Ｈ_２Ｏ_２水溶液、及びＨＣｌ／Ｈ_２Ｏ_２水溶液で洗浄した。

次に、図１（ｄ）に示すように、エピタキシャル層１３の形成を行ったが、先にイオン注入ダメージの回復アニールを行い、同一チャンバー内において連続的にエピタキシャル成長を行った。具体的には、基板をチャンバー内に投入後、水素雰囲気中で１２００℃で６０秒間アニールを行い、その後同一チャンバー内で連続的にＳｉＨＣｌ_３ガスを導入し、厚さ７μｍ、抵抗率１０ｏｈｍ・ｃｍのエピタキシャル層を成長させた。

この様に連続処理をすれば工程時間の短縮、コスト低減に有利である事は言うまでもないが、無論、アニールとエピタキシャル成長を別々に行ってもよい。また、アニール温度については、イオン注入ダメージの回復の観点から言えば、５００℃以上であれば十分であるが、水素雰囲気中で高温でアニールすれば、表面に残留している微量な自然酸化膜を水素還元により除去する事ができ、これにより、さらに高品質なエピタキシャル層を得る事が可能である。さらにアニール時間を１２０秒以下にすれば、酸素が凝集するための十分な時間がなく、微小酸素析出物の発生が抑制されるので、その後のエピタキシャル層成長中における積層欠陥の発生を防止できる。

この様に製造されたエピタキシャルウェーハの表面欠陥を、レーザー散乱を用いた表面検査装置で評価した結果を図２に示す。
図２からわかるように、本発明の製造方法によれば、欠陥の殆ど無い良好なエピタキシャル層が形成出来ていることがわかる。

（比較例１）
以下、比較例１を図３を参照しながら説明する。
比較例１は、実施例がイオン注入前に有機膜（フォトレジスト膜）を形成する事に対し、熱酸化膜を形成した場合である。
まず、実施例１と同様のシリコン単結晶基板１５を準備し、ＨＦ水溶液、ＮＨ_４ＯＨ／Ｈ_２Ｏ_２水溶液、及びＨＣｌ／Ｈ_２Ｏ_２水溶液で洗浄した。

次に、図３（Ａ）に示すように、この基板１５の表面に熱酸化法により酸化膜１４を厚さ２４μｍ形成した。この酸化膜は基板表面のスパッタリング防止、チャネリング防止、汚染物質の付着防止として作用する。

次に、図３（Ｂ）に示すように酸化膜１４を通して、表面から７０ＫｅＶのエネルギー、１×１０^１５／ｃｍ^２のドーズ量で炭素をイオン注入してイオン注入層１６を形成した。この時の炭素の投影飛程は酸化膜／シリコン単結晶基板界面からおよそ０．２μｍであり、そのピーク濃度はおよそ４×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であった。
次に、図３（Ｃ）に示すように、不要となった酸化膜１４をＨＦ水溶液にて除去し、さらに基板表面の清浄度を高めるために、ＮＨ_４ＯＨ／Ｈ_２Ｏ_２水溶液、及びＨＣｌ／Ｈ_２Ｏ_２水溶液で洗浄した。

次に、図３（Ｄ）に示すように、エピタキシャル層１７の形成を行ったが、先にイオン注入ダメージの回復アニールを行い、同一チャンバー内において連続的にエピタキシャル成長を行った。具体的には、基板をチャンバー内に投入後、水素雰囲気中で１２００℃で６０秒間アニールを行い、その後同一チャンバー内で連続的にＳｉＨＣｌ_３ガスを導入し、厚さ７μｍ、抵抗率１０ｏｈｍ・ｃｍのエピタキシャル層を成長させた。

この様に製造されたエピタキシャルウェーハの表面欠陥を、レーザー散乱を用いた表面検査装置で評価した結果を図２に示す。
図２からわかるように、比較例１においては、多数の表面欠陥が生じている事がわかる。原因は前述した様に、半導体基板を酸化熱処理した際に、表面に微小酸素析出物が析出し、それを核としたエピタキシャル積層欠陥が発生したものであると考えられる。

（比較例２）
以下、比較例２を図４を参照しながら説明する。
比較例２は、実施例がイオン注入前に有機膜（フォトレジスト膜）を形成する事に対し、保護膜等を形成せずに、基板表面に直接炭素イオンを注入した場合である。
まず、図４（Ａ）に示すように、実施例１と同様のシリコン単結晶基板１５を準備し、ＨＦ水溶液、ＮＨ_４ＯＨ／Ｈ_２Ｏ_２水溶液、及びＨＣｌ／Ｈ_２Ｏ_２水溶液で洗浄した。

次に、図４（Ｂ）に示すように、基板１５の表面から７０ＫｅＶのエネルギー、１×１０^１５／ｃｍ^２のドーズ量で炭素をイオン注入してイオン注入層１６を形成した。この時の炭素の投影飛程は酸化膜／シリコン単結晶基板界面からおよそ０．２μｍであり、そのピーク濃度はおよそ４×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であった。
しかし、チャネリングに基づくと思われる、イオン注入層１６の厚さや深さにバラツキが見られた。

次に、図４（Ｃ）に示すように、エピタキシャル層１７の形成を行ったが、先にイオン注入ダメージの回復アニールを行い、同一チャンバー内において連続的にエピタキシャル成長を行った。具体的には、基板をチャンバー内に投入後、水素雰囲気中で１２００℃で６０秒間アニールを行い、その後同一チャンバー内で連続的にＳｉＨＣｌ_３ガスを導入し、厚さ７μｍ、抵抗率１０ｏｈｍ・ｃｍのエピタキシャル層を成長させた。

この様に製造されたエピタキシャルウェーハの表面欠陥を、レーザー散乱を用いた表面検査装置で評価した結果を図２に示す。
図２からわかるように、比較例２においては、エピタキシャル成長前に微小酸素析出物が形成される様な熱処理が無いため、比較例１に示したような多数の表面欠陥は観察されない。しかしながら、イオン注入中に付着したパーティクルによると考えられる欠陥が数十個レベルで観察されている。これは、保護膜なしでイオン注入を行った為に、エピタキシャル成長前の基板表面の清浄度が十分ではなかった為と考えられる。

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。

本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の工程の一例を示すフロー図である。 エピタキシャル層の表面の欠陥数を表面検査装置で評価したグラフである。 比較例１のエピタキシャルウェーハの製造方法の工程を示すフロー図である。 比較例２のエピタキシャルウェーハの製造方法の工程を示すフロー図である。

符号の説明

１０、１５…シリコン単結晶基板、 １１…有機膜、 １２、１６…イオン注入層、
１３、１７…エピタキシャル層、 １４…酸化膜。

Claims (7)

1. エピタキシャルウェーハの製造方法であって、少なくとも、シリコン単結晶基板の表面に有機膜を形成する工程と、該有機膜を通してイオン注入することによって前記シリコン単結晶基板にイオン注入層を形成する工程と、前記有機膜を除去する工程と、前記有機膜を除去された表面上にエピタキシャル層を形成する工程と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。
2. 前記有機膜を形成する工程を、有機膜を塗布した後に、ベーキング又はＵＶキュアを行うことを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
3. 前記エピタキシャル層を形成する工程の前に、前記有機膜を除去されたシリコン単結晶基板を、５００℃以上、１２０ｓｅｃ以下でアニールすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
4. 前記イオン注入層を形成する工程を、炭素イオン又は炭素を含むイオンを、５×１０^１３〜５×１０^１５／ｃｍ^２のドーズ量でイオン注入することによって前記シリコン単結晶基板にイオン注入層を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項３の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。
5. 前記有機膜を、フォトレジスト膜とすることを特徴とする請求項１乃至請求項４の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。
6. 前記有機膜を除去する工程を、アッシング、硫酸過水処理、有機溶剤処理のいずれか、あるいはこれらの処理の併用によって前記有機膜を除去することを特徴とする請求項１乃至請求項５の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。
7. 請求項１乃至請求項６の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により製造されたエピタキシャルウェーハを用いて製造されたことを特徴とする固体撮像素子。

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