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公開番号2025153336
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-10
出願番号2024055776
出願日2024-03-29
発明の名称エピタキシャルウェーハの製造方法
出願人信越半導体株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01L 21/205 20060101AFI20251002BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】
ウェーハの面粗さを悪化させずに、効率的に酸素原子層を形成、制御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】
シリコン単結晶ウェーハに単結晶シリコン層を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記シリコン単結晶ウェーハの表面の自然酸化膜を、フッ化水素酸を含む洗浄液により除去するフッ化水素酸洗浄工程と、前記自然酸化膜を除去した前記シリコン単結晶ウェーハの表面に、洗浄により酸素原子層を形成する酸素原子層形成工程と、前記酸素原子層を形成した前記シリコン単結晶ウェーハの表面上に気相成長法により前記単結晶シリコン層をエピタキシャル成長するエピタキシャル成長工程とを含み、前記酸素原子層形成工程では、前記洗浄に少なくとも過酸化水素水を含む洗浄液を用い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
特許請求の範囲【請求項１】
シリコン単結晶ウェーハに単結晶シリコン層を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記シリコン単結晶ウェーハの表面の自然酸化膜を、フッ化水素酸を含む洗浄液により除去するフッ化水素酸洗浄工程と、
前記自然酸化膜を除去した前記シリコン単結晶ウェーハの表面に、洗浄により酸素原子層を形成する酸素原子層形成工程と、
前記酸素原子層を形成した前記シリコン単結晶ウェーハの表面上に気相成長法により前記単結晶シリコン層をエピタキシャル成長するエピタキシャル成長工程とを含み、
前記酸素原子層形成工程では、前記洗浄に少なくとも過酸化水素水を含む洗浄液を用い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。
続きを表示（約 550 文字）【請求項２】
前記酸素原子層形成工程後に前記酸素原子層を薄くする処理を行わない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。
【請求項３】
前記過酸化水素水を含む洗浄液のｐＨ値を４～７の範囲とする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。
【請求項４】
前記酸素原子層形成工程において、前記酸素原子層の酸素の平面濃度を１×１０
１５
ａｔｏｍｓ／ｃｍ
２
以下とする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。
【請求項５】
前記エピタキシャル成長工程では、４５０℃以上８００℃以下の温度でエピタキシャル成長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。
【請求項６】
前記エピタキシャル成長工程後に前記単結晶シリコン層の表面にＣＭＰ加工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。
【請求項７】
少なくとも前記酸素原子層形成工程と前記エピタキシャル成長工程とを交互に複数回行うことを特徴とする請求項１から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。

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する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子やその他のトランジスタをはじめとした半導体素子を形成するシリコン基板には、重金属をはじめとした素子特性を狂わせる元素をゲッタリングする機能を持つことが求められる。ゲッタリングには、シリコン基板裏面に多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ－Ｓｉ）層を持たせたり、ブラスト加工によりダメージを持たせた層を形成する方法や、高濃度ボロンのシリコン基板を利用したり、析出物を形成させたりと、さまざまな手法が提案、実用化されている。酸素析出によるゲッタリングは、電気陰性度が大きい酸素に対して、イオン化傾向が大きい（電気陰性度が小さい）金属を取り込むことでゲッタリングする。
【０００３】
また、素子の活性領域近傍にゲッタリング層を形成する、いわゆる近接ゲッタリングも提案されている。例えば、炭素をイオン注入した基板の上にシリコンをエピタキシャル成長させた基板などがある。ゲッタリングでは、ゲッタリングサイト（金属が単元素で存在するよりも、サイトで結合やクラスタリングすることで系全体のエネルギーが低下する）まで元素が拡散する必要がある。シリコン中に含まれる金属元素の拡散係数は元素により異なり、また近年のプロセス低温化によりゲッタリングサイトまで金属が拡散することが出来なくなることを考慮して、近接ゲッタリングの手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２２－１４６６６４号公報
特開２０２１－１１１６９６号公報
国際公開第２０２２／１５８１４８号
特開２０２４－００７８９０号公報
特開２００９－０１６６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近接ゲッタリングに酸素を用いることが出来れば、非常に有力なゲッタリング層を持ったシリコン基板となると考えられる。特に、エピタキシャル層の途中に酸素原子層を有するエピタキシャルウェーハであれば、近年の低温プロセスにおいても確実に金属不純物をゲッタリングすることができる。また、ゲッタリング以外にも、ボロンやリンなどのドーパントの拡散を抑止する効果も期待できる。
【０００６】
以上のように、特にエピタキシャル層の途中に酸素原子層を有するエピタキシャルウェーハは、酸素原子層を有しない通常のエピタキシャルウェーハよりもデバイス性能を向上させることができる。また、このように数原子層の厚みで高濃度にドーピングを行うことはデルタドーピング（「δドープ」ともいう）と呼ばれる。例えばドーピング元素が酸素の場合は酸素のδドープと呼ばれる。即ち、エピタキシャル層の途中に酸素原子層を有するエピタキシャルウェーハは酸素がδドープされたエピタキシャルウェーハである。以下、本発明では酸素原子層と酸素のδドープ層とは同じ意味を示す。
【０００７】
続いて、酸素がδドープされたエピタキシャルウェーハの製造方法に関して先行技術を述べる。特許文献１には、シリコンウェーハ表面の自然酸化膜を７００℃以下で除去する工程を行い、その後、単結晶シリコンウェーハ表面に、一酸化窒素を用いて平面濃度が１×１０
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ａｔｏｍｓ／ｃｍ
２
以下の酸素原子層を形成し、その上にエピタキシャル成長で単結晶シリコン層を形成する、酸素原子層および単結晶シリコン層形成工程を１回以上行うことで、酸素がδドープされたエピタキシャルウェーハを製造する方法が記載されている。
【０００８】
特許文献２には、シリコンを含むＩＶ族の元素からなるウェーハ表面の自然酸化膜を水素を含む雰囲気で除去した後、酸化処理で酸素原子層を形成し、さらにその上に単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させることで酸素がδドープされたエピタキシャルウェーハを製造する方法が記載されている。
【０００９】
特許文献３には、フッ酸により単結晶シリコンウェーハ表面の自然酸化膜を除去した後に純水によりリンスするか、酸素を含む雰囲気中に放置することで、酸素原子層を形成した後、さらにその上に単結晶シリコン層をエピタキシャル成長することで酸素がδドープされたエピタキシャルウェーハを製造する方法が記載されている。また、酸素原子層の酸素の平面濃度を１×１０
１５
ａｔｏｍｓ／ｃｍ
２
以下にすることで、酸素原子層上に転位及び積層欠陥を形成することなく、単結晶シリコン層を成長できることが開示されている。一方で、酸素濃度が低すぎると、例えばゲッタリング機能が発現しない。
【００１０】
特許文献４には、シリコンウェーハ表面に酸化性溶液により酸化膜を形成した後、この酸化膜を薄膜化し酸素原子層を形成した後、さらにその上に単結晶シリコン層をエピタキシャル成長することで酸素がδドープされたエピタキシャルウェーハを製造する方法が記載されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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