シリコンエピタキシャルウェーハおよびシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法
【課題】ゲッタリング能力が高く、かつシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度が極めて低いシリコンエピタキシャルウェーハを提供する。
【解決手段】酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上のシリコン単結晶基板の主表面上にエピタキシャル層が形成されたシリコンエピタキシャルウェーハであって、該シリコンエピタキシャルウェーハは２層以上の炭素イオン注入層を有し、かつ前記シリコンエピタキシャル層の最表面部は酸素濃度が５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）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。
【解決手段】酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上のシリコン単結晶基板の主表面上にエピタキシャル層が形成されたシリコンエピタキシャルウェーハであって、該シリコンエピタキシャルウェーハは２層以上の炭素イオン注入層を有し、かつ前記シリコンエピタキシャル層の最表面部は酸素濃度が５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）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および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】
固体撮像素子の製造では、素子特性を向上させるため、シリコンエピタキシャルウェーハを用いるとともに、ゲッタリング技術を適用するのが一般的である。
このゲッタリング技術とは、ウェーハ表層部にある金属不純物をウェーハ深層部にあるゲッタリングサイトで捕獲することにより、ウェーハ表層部の金属不純物濃度を低減させる技術である。
ゲッタリングサイトを形成する方法として、ＢＳＤ（Ｂａｃｋ Ｓｉｄｅ Ｄａｍａｇｅ）法やＩＧ（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）法が知られている。
【０００３】
ＢＳＤ法は、ウェーハ裏面に機械的損傷を付与することによりゲッタリングサイトを形成する方法である。機械的損傷の付与は、酸化シリコン微粒子の吹きつけ（サンドブラスト）や、液体中でのキャビティ流の吹きつけ（例えば、特許文献１等参照）により施される。
ＩＧ法は、ウェーハ内にＢＭＤ（Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ）を形成させることによりゲッタリングサイトを形成する方法である。ＢＭＤは、ウェーハ表面での酸素析出核を消滅させ、無欠陥層を形成するための高温熱処理、ウェーハ内部に酸素析出核を生成させるための低温熱処理及び酸素析出核を成長させるための高温熱処理の三段階の熱処理をウェーハに与えることにより形成される。
【０００４】
このような方法により予めシリコンエピタキシャルウェーハにゲッタリングサイトを形成しておけば、固体撮像素子の製造過程でシリコンエピタキシャルウェーハの表層部に金属不純物（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ等）が導入されたとしても、ゲッタリングサイトまで金属不純物を熱拡散させることにより、表層部の金属不純物濃度を低減させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２５２２８７号公報
【特許文献２】特開平１０−５０７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特に、近年、固体撮像素子の分野では画素の微細化が進み、画素信号の大きさが益々低下する傾向にある。そのため従来よりも強く金属不純物をゲッタリングし、画素信号のノイズ成分をさらに低減させたいという要請が強まっている。
【０００７】
ここで、ごく最近、デバイスメーカーから拡散酸素を制御した、すなわちエピタキシャル層、特にその最表面部の酸素濃度を低減させた低酸素濃度シリコン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の要求がなされるようになってきた。
【０００８】
これは例えば、撮像素子（ＣＣＤ、ＣＩＳ）のデバイス動作に影響する要因の一つにＶｔｈ（しきい値電圧：Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ Ｖｏｌｔａｇｅ）の変化があるが、シリコンエピタキシャルウェーハのバルク（シリコン単結晶基板）中の酸素がシリコンエピタキシャル層に拡散すると、酸素ドナーが発生してしまい、これによりＶｔｈを変化させてしまうという問題が生じることが明らかになってきたためである。
【０００９】
またＣＣＤ素子の白キズ発生要因としてフォトダイオード中の結晶欠陥があるが、これは結晶欠陥から電荷が発生し、画像に明るい固定点（白キズ）が生じるために発生するものである。そして、シリコン単結晶基板中の炭素がエピタキシャル層（デバイス層）に拡散すると、欠陥の元になり、デバイス特性に影響する。更に、炭素ドナーが発生すると、Ｖｔｈに影響することになる。
このため、シリコンエピタキシャル層中の酸素や炭素の濃度を制御する必要性が強まってきた。
【００１０】
この様な問題を解決するために、例えば特許文献２では、強いゲッタリング層を造るために、ドーパント濃度が大きく異なる層を多層積層するシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を開示している。そして、ドーパント濃度が大きく異なることとなるため、層の界面に不整合転位や応力場が形成され、この歪みの界面がゲッタリング効果を奏し、ゲッタリングの課題を解決できる、とある。
しかし、このようなドーパント濃度の差異により界面に発生した応力の強度は弱い（単結晶と単結晶の界面であるためミスフィット欠陥が発生する程度）と考えられるため、酸素や炭素の拡散を抑止できるか不明である、という問題がある。
【００１１】
また、他には、超低酸素（例えばＯｉ（格子間酸素濃度）が５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）程度）のＣＺシリコン単結晶基板や、ＦＺシリコン単結晶基板を使用してシリコンエピタキシャルウェーハを作製する方法もあることはある。しかしこの方法ではシリコン単結晶基板の低酸素化により、熱処理工程中にＢＭＤが形成せず、ゲッタリング能力が大幅に劣ることになる。このため、金属不純物低減の要求を満足することができない、という問題がある。
【００１２】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、ゲッタリング能力が高く、かつシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度が極めて低いシリコンエピタキシャルウェーハとそ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】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明では、酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上のシリコン単結晶基板の主表面上にエピタキシャル層が形成されたシリコンエピタキシャルウェーハであって、該シリコンエピタキシャルウェーハは２層以上の炭素イオン注入層を有し、かつ前記シリコンエピタキシャル層の最表面部は酸素濃度が５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）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。
【００１４】
このように酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上と酸素を多く含むシリコン単結晶基板が用いられ、かつ２層以上の炭素イオン注入層を有することによって、シリコン単結晶基板から拡散する酸素や炭素が多層の炭素イオン注入層によって吸収される。このため、シリコンエピタキシャル層の最表面部は酸素濃度が５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下となり、例えば撮像素子等のデバイスを形成した際にも、Ｖｔｈが変化する等のデバイス特性の予期せぬズレが抑制されたものとすることができる。またシリコン単結晶基板の酸素濃度は７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上と高いため、ＢＭＤが十分に形成されたものとなり、ゲッタリング能力も十分に高いシリコンエピタキシャルウェーハとすることができる。
なお、シリコン単結晶基板中の酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）未満では、ＢＭＤの形成が不十分で、ゲッタリング能力に問題があるため、シリコン単結晶基板の酸素濃度は７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上とする。また、最表面部とは、シリコンエピタキシャル層の最表面から深さ方向５μｍ以内の領域を意味するものである。
【００１５】
ここで、前記シリコン単結晶基板の酸素濃度が１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上であり、かつ前記炭素イオン注入層が３層以上であるものとすることが好ましい。
このようにシリコン単結晶基板の酸素濃度が１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上と高濃度の場合に、炭素イオン注入層が３層以上であるものとすることによって、より確実にバルク中からの酸素の拡散を抑制でき、最表面部が５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下と低酸素濃度のシリコンエピタキシャル層が形成されたものとできるとともに、バルク部のＢＭＤ密度をより高くしてゲッタリング能力を十分に高いシリコンエピタキシャルウェーハとすることができる。
【００１６】
また、本発明では、シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上のシリコン単結晶基板を用い、該シリコン単結晶基板に対して、炭素イオン注入・結晶性回復熱処理・シリコンエピタキシャル層のエピタキシャル成長、のセットを２回以上行って２層以上の炭素イオン注入層を形成し、前記シリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度を５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下と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。
【００１７】
このように酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上と酸素を多く含むシリコン単結晶基板を用い、そしてそのようなシリコン単結晶基板に対して、炭素イオン注入・結晶性回復熱処理・シリコンエピタキシャル層のエピタキシャル成長、のセットを２回以上行って得られるシリコンエピタキシャルウェーハは、２層以上の炭素イオン注入層を有しており、この多層の炭素イオン注入層によってシリコン単結晶基板から拡散した酸素や炭素を吸収させることができる。よって酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上と高いシリコン単結晶基板を用いても、最表面部の酸素濃度が５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下と低酸素濃度のシリコンエピタキシャル層を有するものとすることができる。
更に、シリコン単結晶基板自体は７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上と高酸素濃度のものを用いているため、ＢＭＤが高密度に形成され、ゲッタリング能力が十分に期待でき、低金属不純物濃度のデバイス製造に好適な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。なお、酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）未満のシリコン単結晶基板では、ゲッタリング能力を十分に高くできないため、用いるシリコン単結晶基板の酸素濃度は７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上とする。
【００１８】
ここで、前記シリコン単結晶基板の酸素濃度を１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上とし、かつ前記炭素イオン注入層を３層以上形成することが好ましい。
このように酸素濃度が１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上のシリコン単結晶基板を用いるときには炭素イオン注入層を３層以上形成することによって、より確実にバルク中からの酸素の拡散を抑制することができ、低酸素濃度（５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下）の最表面部を有したシリコンエピタキシャル層を有するとともに、バルク部に高密度のＢＭＤを有する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。
【００１９】
また、前記炭素イオン注入のドーズ量を、１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上とすることが好ましい。
このように炭素イオン注入のドーズ量を、１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上とすることによって、より強力に酸素や炭素等を吸収する炭素イオン注入層を２層以上形成することができ、より確実に最表面部が低酸素濃度のシリコンエピタキシャル層を有し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。
【００２０】
そして、前記炭素イオン注入では、前記シリコンエピタキシャル層の最表面部に近いほど前記炭素イオン注入層の炭素イオンドーズ量を少なくすることが好ましい。
このようにシリコンエピタキシャル層の最表面部に近いほど炭素イオン注入層の炭素イオンドーズ量を少なくすることによって、最表面部のシリコンエピタキシャル層の結晶性をより良好なものとすることができ、より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できる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明によれば、ゲッタリング能力が高く、かつシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度が極めて低いシリコンエピタキシャルウェーハとその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの概略の一例を示した図である。
【図２】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工程フローである。
【図３】本発明の実験例１，２における、炭素イオン注入層の数とエピタキシャル層最表面部の酸素濃度との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。図１は本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの概略の一例を示した図である。
【００２４】
図１（ａ）に示すように、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハ１０は、酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上のシリコン単結晶基板１１の主表面上にシリコンエピタキシャル層１３が形成されたものであり、シリコンエピタキシャルウェーハ１０中に２層以上の炭素イオン注入層１２（図１（ａ）ではシリコン単結晶基板１１中に第１炭素イオン注入層１２ａ、シリコンエピタキシャル層１３中に第２炭素イオン注入層１２ｂと第３炭素イオン注入層１２ｃ、の計３層）を有している。また、シリコンエピタキシャル層１３の最表面部は酸素濃度が５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下となっているものである。
【００２５】
また、別の好適な態様として、図１（ｂ）に示すように、シリコンエピタキシャルウェーハ１０’は、酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上のシリコン単結晶基板１１の主表面上にシリコンエピタキシャル層１３’が形成されたものであり、シリコンエピタキシャル層１３’の最表面部は酸素濃度が５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下となっているものである。ここまでは上述の図１（ａ）のシリコンエピタキシャルウェーハ１０と略同じである。そして、炭素イオン注入層１２（シリコン単結晶基板１１中に第１炭素イオン注入層１２ａ’を有し、シリコンエピタキシャル層１３’中に第２炭素イオン注入層１２ｂ’）を有しているものである。
【００２６】
このようにシリコン単結晶基板の酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上と高いため、析出熱処理を行うことによってＢＭＤが十分に形成され、ゲッタリング能力が高いシリコンエピタキシャルウェーハとなる。
また２層以上の炭素イオン注入層を有することによって、シリコン単結晶基板からエピタキシャル層へ拡散する酸素や炭素が多層の炭素イオン注入層によって吸収されるものとなっている。
【００２７】
具体的には、シリコン単結晶基板中に注入された炭素は、格子間状態で存在している。そして、後に行うシリコンエピタキシャル層形成のための熱処理やその前の結晶性回復熱処理の際に、Ｃｉ＋Ｓｉｓ→Ｃｓ＋Ｓｉｉ（Ｃｉ：格子間炭素、Ｃｓ：格子置換炭素、Ｓｉｓ：格子置換シリコン、Ｓｉｉ：格子間シリコン）との反応が生じる。ここで、炭素の原子半径は０．７７Åで、シリコン（１．１７Å）より小さいため、圧縮状態で存在することになる。また、炭素イオン注入の場合は、結晶が完全に非結晶になるため、非結晶から単結晶に回復する場合に、大きな応力が発生する。従って、このような圧縮を緩和するため、酸素だけではなくサイズが大きい原子を初め、炭素、シリコン、水素、窒素等を吸収するようになり、酸素等の拡散を抑制することができるようになる。なお、この吸収工程は吸収量＞放出量となっているため、再放出等による拡散によってシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素の濃度が上昇することは抑制される。
【００２８】
そしてこのような炭素イオン注入層が２層以上あれば、ウェーハバルク部からの拡散を抑制して十分にシリコンエピタキシャル層の酸素濃度を低減させたものとすることができ、シリコンエピタキシャル層の最表面部は酸素濃度が５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下となったシリコンエピタキシャルウェーハとすることができる。このようなシリコンエピタキシャルウェーハは、撮像素子等のデバイスの作製に用いる場合、表層に存在する酸素や炭素によって酸素ドナー・炭素ドナーが発生してＶｔｈが変化することや、炭素起因の欠陥の発生による白キズ発生が従来に比べて抑制されるため、高性能で高品質な撮像素子の製造に適したシリコンエピタキシャルウェーハとすることができる。
【００２９】
理想的にはシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度は「０」ｐｐｍａが望ましいが、デバイス熱処理工程中に酸素がシリコンエピタキシャル層に拡散することを完全に抑制することは困難である。
例えば、シリコンエピタキシャル層の酸素濃度が０ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）でも、酸化工程中に１０００℃（酸素の固溶度約５ｐｐｍａ）とした場合、酸素が基板に拡散することになり、最終的にデバイスが形成される最表面部にはどうしても５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）程度の酸素が存在することになってしまう。以上の理由からエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度は５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下に制御できればよく、５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下の酸素濃度であれば通常抵抗（例えば１２Ωｃｍ程度）基板の抵抗率に影響しないため、問題はない。
【００３０】
なお、炭素イオン注入層が１層の構造では、酸素等に対しての吸収効果が足りないことがあるため、完全に制御するためには２層以上が必要である。また、炭素イオン注入層は５層もあれば十分にシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度を低くすることができるが、層数はシリコン単結晶基板中の酸素濃度や、シリコンエピタキシャル層の抵抗率、デバイスのＶｔｈ変動幅に依存しており、２層以上であれば特に限定されない。
【００３１】
ここで、図１（ａ）に示すように、炭素イオン注入層１２が３層以上（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）である場合は、シリコン単結晶基板１１の酸素濃度が１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上であるものとすることができる。
このようにシリコン単結晶基板の酸素濃度が１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上と高濃度では、炭素イオン注入層が３層以上であると、バルク中からの酸素の拡散がより確実に抑制されたものとなり、より確実にシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度が５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下と低いシリコンエピタキシャルウェーハとなる。
【００３２】
上記のような、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハは、以下に示すようなシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法によって製造することができるが、もちろん本発明はこれらに限定されるものではない。図２は、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工程フローである。
【００３３】
（工程１）
まず、図２の工程１に示すように、酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上のシリコン単結晶基板を準備する。ここで準備するシリコン単結晶基板は、酸素濃度７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上であれば良く、その導電型や結晶方位や結晶径等は、適宜選択することができるが、導電型はＮ型のほうが望ましい。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。
【００３４】
（工程２）
次に、図２の工程２に示すように、先に準備したシリコン単結晶基板を洗浄することができる。この洗浄はＳＣ２溶液によって仕上げることが望ましく、これによって基板表面に薄い酸化膜を形成することができる。この酸化膜は不純物付着防止に効果的であり、また後の炭素イオン注入工程でのチャネリング防止に好適である。
【００３５】
（工程３）〜（工程６）
その後、図２の工程３に示すように、シリコン単結晶基板に対して、炭素イオン注入を行って、炭素イオン注入層を形成する。
【００３６】
その後、図２の工程４に示すように、シリコンエピタキシャル層を形成するために、表面を清浄にするべく、洗浄（例えばＨＦ洗浄の後に、ＳＣ１＋ＳＣ２による洗浄）を行うことができる。
【００３７】
その後に、図２の工程５に示すように、先の炭素イオン注入によって乱れた結晶性を回復させるために、結晶性回復熱処理を行うことができる。
この結晶性回復熱処理の実施形態は特に限定されず、枚葉式エピタキシャル成長装置での熱処理（例えば水素雰囲気で、昇温速度３０〜６０℃／ｓｅｃ、温度１１３０℃）とすることができ、また独立した熱処理装置で実施することもできる。
【００３８】
その後、図２の工程６に示すように、シリコンエピタキシャル層をエピタキシャル成長させる。
このエピタキシャル成長の条件は特に限定されず一般的なものでよく、例えば、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、サセプタ上に配置した基板の主表面上に、１０５０〜１２５０℃程度でＣＶＤ法により、エピタキシャル成長させることができる。
【００３９】
この工程２〜工程６は、シリコンエピタキシャルウェーハを完成させるまでに２回以上行って、２層以上の炭素イオン注入層を形成する。
この時の炭素イオン注入条件は、加速エネルギーは５０〜１００ｋｅＶ（注入深さは０．１〜０．５μｍ）程度が望ましい。また、イオン注入回数や炭素イオンドーズ量は、準備したシリコン単結晶基板の酸素濃度に応じて、適宜変更することができる。
【００４０】
ここで、この工程３における炭素イオン注入のドーズ量を、１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上とすることができる。
炭素イオン注入のドーズ量を１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上とすることによって、酸素等を捕らえる能力が高い炭素イオン注入層となり、この炭素イオン注入層を２層以上形成すれば、酸素濃度が低い（５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下）最表面部を有したシリコンエピタキシャル層をより確実に形成することができる。
【００４１】
また、この炭素イオン注入は、シリコンエピタキシャル層の最表面部に近いほど炭素イオン注入層の炭素イオンドーズ量を少なくすることができる。
このようにシリコンエピタキシャル層の最表面部に近いほど炭素イオン注入層の炭素イオンドーズ量を少なくすることで、最表面部に近いシリコンエピタキシャル層の結晶性を良好なものとすることができる。よって結晶性に優れ、酸素濃度の低い（５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下）シリコンエピタキシャル層を有したシリコンエピタキシャルウェーハが得られるようになる。
【００４２】
更に、上述の工程１において準備するシリコン単結晶基板の酸素濃度を１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上とした時には、この工程２〜工程６を３回以上行って形成する炭素イオン注入層を３層以上とすることができる。
シリコン単結晶基板として酸素濃度が１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上と高酸素濃度のものを用いるときは、３回以上炭素イオン注入を行って３層以上の炭素イオン注入層を形成することが良く、これによってバルク部からの酸素の拡散が確実に抑制されるとともに、ＢＭＤが高密度に形成されるため強力なゲッタリング能力を有した最表面部が低酸素濃度のシリコンエピタキシャル層のシリコンエピタキシャルウェーハを効率よく製造することができる。
【００４３】
以上の工程２〜工程６の炭素イオン注入工程を２回以上行うことによって、シリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度を５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下となっ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。
【００４４】
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によって、２層以上の炭素イオン注入層によってシリコン単結晶基板からの酸素等の拡散が抑制され、シリコンエピタキシャル層の酸素濃度を低くすることができ、最表面部の酸素濃度が５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下のシリコンエピタキシャル層を形成することができる。よって、撮像素子等のデバイスを作製する際にデバイス作製領域の酸素ドナー・炭素ドナーの発生を低減することができるためＶｔｈの変化を低減することができ、またフォトダイオード中の結晶欠陥の少ない高品質なデバイスの製造に好適なシリコンエピタキシャルウェーハが得られる。
更に、用いるシリコン単結晶基板は７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上と酸素が十分に存在しているので、ＢＭＤを高密度に形成することができ、ゲッタリング能力の高い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。
【００４５】
ここで、シリコン単結晶基板の主表面に、工程３の炭素イオン注入・工程５の結晶性回復熱処理・工程６のシリコンエピタキシャル層のエピタキシャル成長、のセットを２回以上行うことができる。この時、工程２の洗浄及び工程４の洗浄も同時に行うことが望ましい。そしてこの様な方法で作製されたのが図１（ａ）に示すようなシリコンエピタキシャルウェーハ１０である。
このような処理を行ってシリコンエピタキシャルウェーハを製造することによって、結晶性の良好なシリコンエピタキシャル層を有したシリコンエピタキシャルウェーハが得られる。
【００４６】
以下、実験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。
（実験例１）
酸素濃度１８ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）のシリコン単結晶基板６枚を準備し、そのうち５枚に対して、加速電圧８０ｋｅＶ、５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の条件で炭素イオン注入を行って、炭素イオン注入層を形成した。その後、１１３０℃で厚さ５μｍのシリコンエピタキシャル層を形成した。
次にエピタキシャル層を形成した５枚のシリコン単結晶基板から１枚取り出した後、更に、残りの４枚のシリコン単結晶基板に対して加速電圧５０ｋｅＶで１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の条件で炭素イオンを注入し、１１３０℃で厚さ５μｍのシリコンエピタキシャル層を形成した。
次にエピタキシャル層を形成した４枚のシリコン単結晶基板から１枚取り出した後、更に、残りの３枚のシリコン単結晶基板に対して加速電圧５０ｋｅＶで５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の条件で炭素イオンを注入し、１１３０℃で厚さ５μｍのシリコンエピタキシャル層を形成した。
次にエピタキシャル層を形成した３枚のシリコン単結晶基板から１枚取り出した後、更に、残りの２枚のシリコン単結晶基板に対して加速電圧５０ｋｅＶで５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の条件で炭素イオンを注入し、１１３０℃で厚さ５μｍのシリコンエピタキシャル層を形成した。
次にエピタキシャル層を形成した２枚のシリコン単結晶基板から１枚取り出した後、更に、残りの１枚のシリコン単結晶基板に対して加速電圧５０ｋｅＶで５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の条件で炭素イオンを注入し、１１３０℃で厚さ５μｍのシリコンエピタキシャル層を形成して、計５種類のシリコンエピタキシャルウェーハを製造した。
また、１枚のシリコン単結晶基板に対しては、炭素イオン注入を行わずに、同条件で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を製造した。
そして計６枚（炭素イオン注入層が０〜５層）のシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度を計測した。その結果を図３に示す。
【００４７】
その結果、図３に示すように、炭素イオン注入層が０〜１層ではシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度は５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）より多くなったが、炭素イオン注入層を２層以上形成した場合ではシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度は５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下となった。
【００４８】
（実験例２）
酸素濃度１３ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）のシリコン単結晶基板６枚を準備し、そのうち５枚に対して、加速電圧８０ｋｅＶ、５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の条件で炭素イオン注入を行って、炭素イオン注入層を形成した。その後、１１３０℃で厚さ５μｍのシリコンエピタキシャル層を形成した。
次にエピタキシャル層を形成した５枚のシリコン単結晶基板から１枚取り出した後、更に、残りの４枚のシリコン単結晶基板に対して加速電圧５０ｋｅＶで１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の条件で炭素イオンを注入し、１１３０℃で厚さ５μｍのシリコンエピタキシャル層を形成した。
次にエピタキシャル層を形成した４枚のシリコン単結晶基板から１枚取り出した後、更に、残りの３枚のシリコン単結晶基板に対して加速電圧５０ｋｅＶで５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の条件で炭素イオンを注入し、１１３０℃で厚さ５μｍのシリコンエピタキシャル層を形成した。
次にエピタキシャル層を形成した３枚のシリコン単結晶基板から１枚取り出した後、更に、残りの２枚のシリコン単結晶基板に対して加速電圧５０ｋｅＶで５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の条件で炭素イオンを注入し、１１３０℃で厚さ５μｍのシリコンエピタキシャル層を形成した。
次にエピタキシャル層を形成した２枚のシリコン単結晶基板から１枚取り出した後、更に、残りの１枚のシリコン単結晶基板に対して加速電圧５０ｋｅＶで５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の条件で炭素イオンを注入し、１１３０℃で厚さ５μｍのシリコンエピタキシャル層を形成して、計５種類のシリコンエピタキシャルウェーハを製造した。
また、１枚のシリコン単結晶基板に対しては、炭素イオン注入を行わずに、同条件で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を製造した。
そして計６枚（炭素イオン注入層が０〜５層）のシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度を計測した。その結果を図３に示す。
【００４９】
その結果、図３に示すように、実験例１と同様に、炭素イオン注入層が０〜１層ではシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度は５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）より多くなったが、炭素イオン注入層を２層以上形成した場合ではシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度は５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下となった。
【００５０】
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】
【００５１】
１０，１０’…シリコンエピタキシャルウェーハ、
１１…シリコン単結晶基板、 １２，１２’…炭素イオン注入層、 １２ａ，１２ａ’…第１炭素イオン注入層、 １２ｂ，１２ｂ’…第２炭素イオン注入層、 １２ｃ…第３炭素イオン注入層、 １３，１３’…シリコンエピタキシャル層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンエピタキシャルウェーハおよび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】
固体撮像素子の製造では、素子特性を向上させるため、シリコンエピタキシャルウェーハを用いるとともに、ゲッタリング技術を適用するのが一般的である。
このゲッタリング技術とは、ウェーハ表層部にある金属不純物をウェーハ深層部にあるゲッタリングサイトで捕獲することにより、ウェーハ表層部の金属不純物濃度を低減させる技術である。
ゲッタリングサイトを形成する方法として、ＢＳＤ（Ｂａｃｋ Ｓｉｄｅ Ｄａｍａｇｅ）法やＩＧ（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）法が知られている。
【０００３】
ＢＳＤ法は、ウェーハ裏面に機械的損傷を付与することによりゲッタリングサイトを形成する方法である。機械的損傷の付与は、酸化シリコン微粒子の吹きつけ（サンドブラスト）や、液体中でのキャビティ流の吹きつけ（例えば、特許文献１等参照）により施される。
ＩＧ法は、ウェーハ内にＢＭＤ（Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ）を形成させることによりゲッタリングサイトを形成する方法である。ＢＭＤは、ウェーハ表面での酸素析出核を消滅させ、無欠陥層を形成するための高温熱処理、ウェーハ内部に酸素析出核を生成させるための低温熱処理及び酸素析出核を成長させるための高温熱処理の三段階の熱処理をウェーハに与えることにより形成される。
【０００４】
このような方法により予めシリコンエピタキシャルウェーハにゲッタリングサイトを形成しておけば、固体撮像素子の製造過程でシリコンエピタキシャルウェーハの表層部に金属不純物（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ等）が導入されたとしても、ゲッタリングサイトまで金属不純物を熱拡散させることにより、表層部の金属不純物濃度を低減させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２５２２８７号公報
【特許文献２】特開平１０−５０７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特に、近年、固体撮像素子の分野では画素の微細化が進み、画素信号の大きさが益々低下する傾向にある。そのため従来よりも強く金属不純物をゲッタリングし、画素信号のノイズ成分をさらに低減させたいという要請が強まっている。
【０００７】
ここで、ごく最近、デバイスメーカーから拡散酸素を制御した、すなわちエピタキシャル層、特にその最表面部の酸素濃度を低減させた低酸素濃度シリコン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の要求がなされるようになってきた。
【０００８】
これは例えば、撮像素子（ＣＣＤ、ＣＩＳ）のデバイス動作に影響する要因の一つにＶｔｈ（しきい値電圧：Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ Ｖｏｌｔａｇｅ）の変化があるが、シリコンエピタキシャルウェーハのバルク（シリコン単結晶基板）中の酸素がシリコンエピタキシャル層に拡散すると、酸素ドナーが発生してしまい、これによりＶｔｈを変化させてしまうという問題が生じることが明らかになってきたためである。
【０００９】
またＣＣＤ素子の白キズ発生要因としてフォトダイオード中の結晶欠陥があるが、これは結晶欠陥から電荷が発生し、画像に明るい固定点（白キズ）が生じるために発生するものである。そして、シリコン単結晶基板中の炭素がエピタキシャル層（デバイス層）に拡散すると、欠陥の元になり、デバイス特性に影響する。更に、炭素ドナーが発生すると、Ｖｔｈに影響することになる。
このため、シリコンエピタキシャル層中の酸素や炭素の濃度を制御する必要性が強まってきた。
【００１０】
この様な問題を解決するために、例えば特許文献２では、強いゲッタリング層を造るために、ドーパント濃度が大きく異なる層を多層積層するシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を開示している。そして、ドーパント濃度が大きく異なることとなるため、層の界面に不整合転位や応力場が形成され、この歪みの界面がゲッタリング効果を奏し、ゲッタリングの課題を解決できる、とある。
しかし、このようなドーパント濃度の差異により界面に発生した応力の強度は弱い（単結晶と単結晶の界面であるためミスフィット欠陥が発生する程度）と考えられるため、酸素や炭素の拡散を抑止できるか不明である、という問題がある。
【００１１】
また、他には、超低酸素（例えばＯｉ（格子間酸素濃度）が５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）程度）のＣＺシリコン単結晶基板や、ＦＺシリコン単結晶基板を使用してシリコンエピタキシャルウェーハを作製する方法もあることはある。しかしこの方法ではシリコン単結晶基板の低酸素化により、熱処理工程中にＢＭＤが形成せず、ゲッタリング能力が大幅に劣ることになる。このため、金属不純物低減の要求を満足することができない、という問題がある。
【００１２】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、ゲッタリング能力が高く、かつシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度が極めて低いシリコンエピタキシャルウェーハとそ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】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明では、酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上のシリコン単結晶基板の主表面上にエピタキシャル層が形成されたシリコンエピタキシャルウェーハであって、該シリコンエピタキシャルウェーハは２層以上の炭素イオン注入層を有し、かつ前記シリコンエピタキシャル層の最表面部は酸素濃度が５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）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。
【００１４】
このように酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上と酸素を多く含むシリコン単結晶基板が用いられ、かつ２層以上の炭素イオン注入層を有することによって、シリコン単結晶基板から拡散する酸素や炭素が多層の炭素イオン注入層によって吸収される。このため、シリコンエピタキシャル層の最表面部は酸素濃度が５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下となり、例えば撮像素子等のデバイスを形成した際にも、Ｖｔｈが変化する等のデバイス特性の予期せぬズレが抑制されたものとすることができる。またシリコン単結晶基板の酸素濃度は７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上と高いため、ＢＭＤが十分に形成されたものとなり、ゲッタリング能力も十分に高いシリコンエピタキシャルウェーハとすることができる。
なお、シリコン単結晶基板中の酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）未満では、ＢＭＤの形成が不十分で、ゲッタリング能力に問題があるため、シリコン単結晶基板の酸素濃度は７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上とする。また、最表面部とは、シリコンエピタキシャル層の最表面から深さ方向５μｍ以内の領域を意味するものである。
【００１５】
ここで、前記シリコン単結晶基板の酸素濃度が１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上であり、かつ前記炭素イオン注入層が３層以上であるものとすることが好ましい。
このようにシリコン単結晶基板の酸素濃度が１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上と高濃度の場合に、炭素イオン注入層が３層以上であるものとすることによって、より確実にバルク中からの酸素の拡散を抑制でき、最表面部が５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下と低酸素濃度のシリコンエピタキシャル層が形成されたものとできるとともに、バルク部のＢＭＤ密度をより高くしてゲッタリング能力を十分に高いシリコンエピタキシャルウェーハとすることができる。
【００１６】
また、本発明では、シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上のシリコン単結晶基板を用い、該シリコン単結晶基板に対して、炭素イオン注入・結晶性回復熱処理・シリコンエピタキシャル層のエピタキシャル成長、のセットを２回以上行って２層以上の炭素イオン注入層を形成し、前記シリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度を５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下と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。
【００１７】
このように酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上と酸素を多く含むシリコン単結晶基板を用い、そしてそのようなシリコン単結晶基板に対して、炭素イオン注入・結晶性回復熱処理・シリコンエピタキシャル層のエピタキシャル成長、のセットを２回以上行って得られるシリコンエピタキシャルウェーハは、２層以上の炭素イオン注入層を有しており、この多層の炭素イオン注入層によってシリコン単結晶基板から拡散した酸素や炭素を吸収させることができる。よって酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上と高いシリコン単結晶基板を用いても、最表面部の酸素濃度が５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下と低酸素濃度のシリコンエピタキシャル層を有するものとすることができる。
更に、シリコン単結晶基板自体は７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上と高酸素濃度のものを用いているため、ＢＭＤが高密度に形成され、ゲッタリング能力が十分に期待でき、低金属不純物濃度のデバイス製造に好適な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。なお、酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）未満のシリコン単結晶基板では、ゲッタリング能力を十分に高くできないため、用いるシリコン単結晶基板の酸素濃度は７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上とする。
【００１８】
ここで、前記シリコン単結晶基板の酸素濃度を１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上とし、かつ前記炭素イオン注入層を３層以上形成することが好ましい。
このように酸素濃度が１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上のシリコン単結晶基板を用いるときには炭素イオン注入層を３層以上形成することによって、より確実にバルク中からの酸素の拡散を抑制することができ、低酸素濃度（５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下）の最表面部を有したシリコンエピタキシャル層を有するとともに、バルク部に高密度のＢＭＤを有する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。
【００１９】
また、前記炭素イオン注入のドーズ量を、１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上とすることが好ましい。
このように炭素イオン注入のドーズ量を、１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上とすることによって、より強力に酸素や炭素等を吸収する炭素イオン注入層を２層以上形成することができ、より確実に最表面部が低酸素濃度のシリコンエピタキシャル層を有し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。
【００２０】
そして、前記炭素イオン注入では、前記シリコンエピタキシャル層の最表面部に近いほど前記炭素イオン注入層の炭素イオンドーズ量を少なくすることが好ましい。
このようにシリコンエピタキシャル層の最表面部に近いほど炭素イオン注入層の炭素イオンドーズ量を少なくすることによって、最表面部のシリコンエピタキシャル層の結晶性をより良好なものとすることができ、より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できる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明によれば、ゲッタリング能力が高く、かつシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度が極めて低いシリコンエピタキシャルウェーハとその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの概略の一例を示した図である。
【図２】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工程フローである。
【図３】本発明の実験例１，２における、炭素イオン注入層の数とエピタキシャル層最表面部の酸素濃度との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。図１は本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの概略の一例を示した図である。
【００２４】
図１（ａ）に示すように、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハ１０は、酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上のシリコン単結晶基板１１の主表面上にシリコンエピタキシャル層１３が形成されたものであり、シリコンエピタキシャルウェーハ１０中に２層以上の炭素イオン注入層１２（図１（ａ）ではシリコン単結晶基板１１中に第１炭素イオン注入層１２ａ、シリコンエピタキシャル層１３中に第２炭素イオン注入層１２ｂと第３炭素イオン注入層１２ｃ、の計３層）を有している。また、シリコンエピタキシャル層１３の最表面部は酸素濃度が５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下となっているものである。
【００２５】
また、別の好適な態様として、図１（ｂ）に示すように、シリコンエピタキシャルウェーハ１０’は、酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上のシリコン単結晶基板１１の主表面上にシリコンエピタキシャル層１３’が形成されたものであり、シリコンエピタキシャル層１３’の最表面部は酸素濃度が５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下となっているものである。ここまでは上述の図１（ａ）のシリコンエピタキシャルウェーハ１０と略同じである。そして、炭素イオン注入層１２（シリコン単結晶基板１１中に第１炭素イオン注入層１２ａ’を有し、シリコンエピタキシャル層１３’中に第２炭素イオン注入層１２ｂ’）を有しているものである。
【００２６】
このようにシリコン単結晶基板の酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上と高いため、析出熱処理を行うことによってＢＭＤが十分に形成され、ゲッタリング能力が高いシリコンエピタキシャルウェーハとなる。
また２層以上の炭素イオン注入層を有することによって、シリコン単結晶基板からエピタキシャル層へ拡散する酸素や炭素が多層の炭素イオン注入層によって吸収されるものとなっている。
【００２７】
具体的には、シリコン単結晶基板中に注入された炭素は、格子間状態で存在している。そして、後に行うシリコンエピタキシャル層形成のための熱処理やその前の結晶性回復熱処理の際に、Ｃｉ＋Ｓｉｓ→Ｃｓ＋Ｓｉｉ（Ｃｉ：格子間炭素、Ｃｓ：格子置換炭素、Ｓｉｓ：格子置換シリコン、Ｓｉｉ：格子間シリコン）との反応が生じる。ここで、炭素の原子半径は０．７７Åで、シリコン（１．１７Å）より小さいため、圧縮状態で存在することになる。また、炭素イオン注入の場合は、結晶が完全に非結晶になるため、非結晶から単結晶に回復する場合に、大きな応力が発生する。従って、このような圧縮を緩和するため、酸素だけではなくサイズが大きい原子を初め、炭素、シリコン、水素、窒素等を吸収するようになり、酸素等の拡散を抑制することができるようになる。なお、この吸収工程は吸収量＞放出量となっているため、再放出等による拡散によってシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素の濃度が上昇することは抑制される。
【００２８】
そしてこのような炭素イオン注入層が２層以上あれば、ウェーハバルク部からの拡散を抑制して十分にシリコンエピタキシャル層の酸素濃度を低減させたものとすることができ、シリコンエピタキシャル層の最表面部は酸素濃度が５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下となったシリコンエピタキシャルウェーハとすることができる。このようなシリコンエピタキシャルウェーハは、撮像素子等のデバイスの作製に用いる場合、表層に存在する酸素や炭素によって酸素ドナー・炭素ドナーが発生してＶｔｈが変化することや、炭素起因の欠陥の発生による白キズ発生が従来に比べて抑制されるため、高性能で高品質な撮像素子の製造に適したシリコンエピタキシャルウェーハとすることができる。
【００２９】
理想的にはシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度は「０」ｐｐｍａが望ましいが、デバイス熱処理工程中に酸素がシリコンエピタキシャル層に拡散することを完全に抑制することは困難である。
例えば、シリコンエピタキシャル層の酸素濃度が０ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）でも、酸化工程中に１０００℃（酸素の固溶度約５ｐｐｍａ）とした場合、酸素が基板に拡散することになり、最終的にデバイスが形成される最表面部にはどうしても５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）程度の酸素が存在することになってしまう。以上の理由からエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度は５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下に制御できればよく、５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下の酸素濃度であれば通常抵抗（例えば１２Ωｃｍ程度）基板の抵抗率に影響しないため、問題はない。
【００３０】
なお、炭素イオン注入層が１層の構造では、酸素等に対しての吸収効果が足りないことがあるため、完全に制御するためには２層以上が必要である。また、炭素イオン注入層は５層もあれば十分にシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度を低くすることができるが、層数はシリコン単結晶基板中の酸素濃度や、シリコンエピタキシャル層の抵抗率、デバイスのＶｔｈ変動幅に依存しており、２層以上であれば特に限定されない。
【００３１】
ここで、図１（ａ）に示すように、炭素イオン注入層１２が３層以上（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）である場合は、シリコン単結晶基板１１の酸素濃度が１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上であるものとすることができる。
このようにシリコン単結晶基板の酸素濃度が１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上と高濃度では、炭素イオン注入層が３層以上であると、バルク中からの酸素の拡散がより確実に抑制されたものとなり、より確実にシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度が５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下と低いシリコンエピタキシャルウェーハとなる。
【００３２】
上記のような、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハは、以下に示すようなシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法によって製造することができるが、もちろん本発明はこれらに限定されるものではない。図２は、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工程フローである。
【００３３】
（工程１）
まず、図２の工程１に示すように、酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上のシリコン単結晶基板を準備する。ここで準備するシリコン単結晶基板は、酸素濃度７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上であれば良く、その導電型や結晶方位や結晶径等は、適宜選択することができるが、導電型はＮ型のほうが望ましい。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。
【００３４】
（工程２）
次に、図２の工程２に示すように、先に準備したシリコン単結晶基板を洗浄することができる。この洗浄はＳＣ２溶液によって仕上げることが望ましく、これによって基板表面に薄い酸化膜を形成することができる。この酸化膜は不純物付着防止に効果的であり、また後の炭素イオン注入工程でのチャネリング防止に好適である。
【００３５】
（工程３）〜（工程６）
その後、図２の工程３に示すように、シリコン単結晶基板に対して、炭素イオン注入を行って、炭素イオン注入層を形成する。
【００３６】
その後、図２の工程４に示すように、シリコンエピタキシャル層を形成するために、表面を清浄にするべく、洗浄（例えばＨＦ洗浄の後に、ＳＣ１＋ＳＣ２による洗浄）を行うことができる。
【００３７】
その後に、図２の工程５に示すように、先の炭素イオン注入によって乱れた結晶性を回復させるために、結晶性回復熱処理を行うことができる。
この結晶性回復熱処理の実施形態は特に限定されず、枚葉式エピタキシャル成長装置での熱処理（例えば水素雰囲気で、昇温速度３０〜６０℃／ｓｅｃ、温度１１３０℃）とすることができ、また独立した熱処理装置で実施することもできる。
【００３８】
その後、図２の工程６に示すように、シリコンエピタキシャル層をエピタキシャル成長させる。
このエピタキシャル成長の条件は特に限定されず一般的なものでよく、例えば、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、サセプタ上に配置した基板の主表面上に、１０５０〜１２５０℃程度でＣＶＤ法により、エピタキシャル成長させることができる。
【００３９】
この工程２〜工程６は、シリコンエピタキシャルウェーハを完成させるまでに２回以上行って、２層以上の炭素イオン注入層を形成する。
この時の炭素イオン注入条件は、加速エネルギーは５０〜１００ｋｅＶ（注入深さは０．１〜０．５μｍ）程度が望ましい。また、イオン注入回数や炭素イオンドーズ量は、準備したシリコン単結晶基板の酸素濃度に応じて、適宜変更することができる。
【００４０】
ここで、この工程３における炭素イオン注入のドーズ量を、１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上とすることができる。
炭素イオン注入のドーズ量を１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上とすることによって、酸素等を捕らえる能力が高い炭素イオン注入層となり、この炭素イオン注入層を２層以上形成すれば、酸素濃度が低い（５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下）最表面部を有したシリコンエピタキシャル層をより確実に形成することができる。
【００４１】
また、この炭素イオン注入は、シリコンエピタキシャル層の最表面部に近いほど炭素イオン注入層の炭素イオンドーズ量を少なくすることができる。
このようにシリコンエピタキシャル層の最表面部に近いほど炭素イオン注入層の炭素イオンドーズ量を少なくすることで、最表面部に近いシリコンエピタキシャル層の結晶性を良好なものとすることができる。よって結晶性に優れ、酸素濃度の低い（５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下）シリコンエピタキシャル層を有したシリコンエピタキシャルウェーハが得られるようになる。
【００４２】
更に、上述の工程１において準備するシリコン単結晶基板の酸素濃度を１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上とした時には、この工程２〜工程６を３回以上行って形成する炭素イオン注入層を３層以上とすることができる。
シリコン単結晶基板として酸素濃度が１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上と高酸素濃度のものを用いるときは、３回以上炭素イオン注入を行って３層以上の炭素イオン注入層を形成することが良く、これによってバルク部からの酸素の拡散が確実に抑制されるとともに、ＢＭＤが高密度に形成されるため強力なゲッタリング能力を有した最表面部が低酸素濃度のシリコンエピタキシャル層のシリコンエピタキシャルウェーハを効率よく製造することができる。
【００４３】
以上の工程２〜工程６の炭素イオン注入工程を２回以上行うことによって、シリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度を５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下となっ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。
【００４４】
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によって、２層以上の炭素イオン注入層によってシリコン単結晶基板からの酸素等の拡散が抑制され、シリコンエピタキシャル層の酸素濃度を低くすることができ、最表面部の酸素濃度が５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下のシリコンエピタキシャル層を形成することができる。よって、撮像素子等のデバイスを作製する際にデバイス作製領域の酸素ドナー・炭素ドナーの発生を低減することができるためＶｔｈの変化を低減することができ、またフォトダイオード中の結晶欠陥の少ない高品質なデバイスの製造に好適なシリコンエピタキシャルウェーハが得られる。
更に、用いるシリコン単結晶基板は７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上と酸素が十分に存在しているので、ＢＭＤを高密度に形成することができ、ゲッタリング能力の高い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。
【００４５】
ここで、シリコン単結晶基板の主表面に、工程３の炭素イオン注入・工程５の結晶性回復熱処理・工程６のシリコンエピタキシャル層のエピタキシャル成長、のセットを２回以上行うことができる。この時、工程２の洗浄及び工程４の洗浄も同時に行うことが望ましい。そしてこの様な方法で作製されたのが図１（ａ）に示すようなシリコンエピタキシャルウェーハ１０である。
このような処理を行ってシリコンエピタキシャルウェーハを製造することによって、結晶性の良好なシリコンエピタキシャル層を有したシリコンエピタキシャルウェーハが得られる。
【００４６】
以下、実験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。
（実験例１）
酸素濃度１８ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）のシリコン単結晶基板６枚を準備し、そのうち５枚に対して、加速電圧８０ｋｅＶ、５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の条件で炭素イオン注入を行って、炭素イオン注入層を形成した。その後、１１３０℃で厚さ５μｍのシリコンエピタキシャル層を形成した。
次にエピタキシャル層を形成した５枚のシリコン単結晶基板から１枚取り出した後、更に、残りの４枚のシリコン単結晶基板に対して加速電圧５０ｋｅＶで１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の条件で炭素イオンを注入し、１１３０℃で厚さ５μｍのシリコンエピタキシャル層を形成した。
次にエピタキシャル層を形成した４枚のシリコン単結晶基板から１枚取り出した後、更に、残りの３枚のシリコン単結晶基板に対して加速電圧５０ｋｅＶで５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の条件で炭素イオンを注入し、１１３０℃で厚さ５μｍのシリコンエピタキシャル層を形成した。
次にエピタキシャル層を形成した３枚のシリコン単結晶基板から１枚取り出した後、更に、残りの２枚のシリコン単結晶基板に対して加速電圧５０ｋｅＶで５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の条件で炭素イオンを注入し、１１３０℃で厚さ５μｍのシリコンエピタキシャル層を形成した。
次にエピタキシャル層を形成した２枚のシリコン単結晶基板から１枚取り出した後、更に、残りの１枚のシリコン単結晶基板に対して加速電圧５０ｋｅＶで５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の条件で炭素イオンを注入し、１１３０℃で厚さ５μｍのシリコンエピタキシャル層を形成して、計５種類のシリコンエピタキシャルウェーハを製造した。
また、１枚のシリコン単結晶基板に対しては、炭素イオン注入を行わずに、同条件で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を製造した。
そして計６枚（炭素イオン注入層が０〜５層）のシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度を計測した。その結果を図３に示す。
【００４７】
その結果、図３に示すように、炭素イオン注入層が０〜１層ではシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度は５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）より多くなったが、炭素イオン注入層を２層以上形成した場合ではシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度は５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下となった。
【００４８】
（実験例２）
酸素濃度１３ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）のシリコン単結晶基板６枚を準備し、そのうち５枚に対して、加速電圧８０ｋｅＶ、５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の条件で炭素イオン注入を行って、炭素イオン注入層を形成した。その後、１１３０℃で厚さ５μｍのシリコンエピタキシャル層を形成した。
次にエピタキシャル層を形成した５枚のシリコン単結晶基板から１枚取り出した後、更に、残りの４枚のシリコン単結晶基板に対して加速電圧５０ｋｅＶで１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の条件で炭素イオンを注入し、１１３０℃で厚さ５μｍのシリコンエピタキシャル層を形成した。
次にエピタキシャル層を形成した４枚のシリコン単結晶基板から１枚取り出した後、更に、残りの３枚のシリコン単結晶基板に対して加速電圧５０ｋｅＶで５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の条件で炭素イオンを注入し、１１３０℃で厚さ５μｍのシリコンエピタキシャル層を形成した。
次にエピタキシャル層を形成した３枚のシリコン単結晶基板から１枚取り出した後、更に、残りの２枚のシリコン単結晶基板に対して加速電圧５０ｋｅＶで５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の条件で炭素イオンを注入し、１１３０℃で厚さ５μｍのシリコンエピタキシャル層を形成した。
次にエピタキシャル層を形成した２枚のシリコン単結晶基板から１枚取り出した後、更に、残りの１枚のシリコン単結晶基板に対して加速電圧５０ｋｅＶで５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の条件で炭素イオンを注入し、１１３０℃で厚さ５μｍのシリコンエピタキシャル層を形成して、計５種類のシリコンエピタキシャルウェーハを製造した。
また、１枚のシリコン単結晶基板に対しては、炭素イオン注入を行わずに、同条件で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を製造した。
そして計６枚（炭素イオン注入層が０〜５層）のシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度を計測した。その結果を図３に示す。
【００４９】
その結果、図３に示すように、実験例１と同様に、炭素イオン注入層が０〜１層ではシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度は５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）より多くなったが、炭素イオン注入層を２層以上形成した場合ではシリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度は５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下となった。
【００５０】
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】
【００５１】
１０，１０’…シリコンエピタキシャルウェーハ、
１１…シリコン単結晶基板、 １２，１２’…炭素イオン注入層、 １２ａ，１２ａ’…第１炭素イオン注入層、 １２ｂ，１２ｂ’…第２炭素イオン注入層、 １２ｃ…第３炭素イオン注入層、 １３，１３’…シリコンエピタキシャル層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上のシリコン単結晶基板の主表面上にエピタキシャル層が形成されたシリコンエピタキシャルウェーハであって、
該シリコンエピタキシャルウェーハは２層以上の炭素イオン注入層を有し、かつ前記シリコンエピタキシャル層の最表面部は酸素濃度が５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）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。
【請求項２】
前記シリコン単結晶基板の酸素濃度が１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上であり、かつ前記炭素イオン注入層が３層以上であ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ェーハ。
【請求項３】
シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上のシリコン単結晶基板を用い、該シリコン単結晶基板に対して、炭素イオン注入・結晶性回復熱処理・シリコンエピタキシャル層のエピタキシャル成長、のセットを２回以上行って２層以上の炭素イオン注入層を形成し、前記シリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度を５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下と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４】
前記シリコン単結晶基板の酸素濃度を１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上とし、かつ前記炭素イオン注入層を３層以上形成することを特徴とする請求項３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５】
前記炭素イオン注入のドーズ量を、１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上とすることを特徴とする請求項３または請求項４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６】
前記炭素イオン注入では、前記シリコンエピタキシャル層の最表面部に近いほど前記炭素イオン注入層の炭素イオンドーズ量を少なくすることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項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１】
酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上のシリコン単結晶基板の主表面上にエピタキシャル層が形成されたシリコンエピタキシャルウェーハであって、
該シリコンエピタキシャルウェーハは２層以上の炭素イオン注入層を有し、かつ前記シリコンエピタキシャル層の最表面部は酸素濃度が５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）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。
【請求項２】
前記シリコン単結晶基板の酸素濃度が１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上であり、かつ前記炭素イオン注入層が３層以上であ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ェーハ。
【請求項３】
シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
酸素濃度が７ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上のシリコン単結晶基板を用い、該シリコン単結晶基板に対して、炭素イオン注入・結晶性回復熱処理・シリコンエピタキシャル層のエピタキシャル成長、のセットを２回以上行って２層以上の炭素イオン注入層を形成し、前記シリコンエピタキシャル層の最表面部の酸素濃度を５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以下と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４】
前記シリコン単結晶基板の酸素濃度を１４ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）以上とし、かつ前記炭素イオン注入層を３層以上形成することを特徴とする請求項３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５】
前記炭素イオン注入のドーズ量を、１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上とすることを特徴とする請求項３または請求項４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６】
前記炭素イオン注入では、前記シリコンエピタキシャル層の最表面部に近いほど前記炭素イオン注入層の炭素イオンドーズ量を少なくすることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−５９８４９（Ｐ２０１２−５９８４９Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２００４５３（Ｐ２０１０−２００４５３）
【出願日】平成２２年９月８日（２０１０．９．８）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月８日（２０１０．９．８）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
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