CN107615470A - 硅外延晶片的制造方法以及评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种使外延层在硅的镜面晶片上生长而成的硅外延晶片的制造方法，其特征在于，具有以下工序：用PL测量装置测量镜面晶片的光致发光(PL)光谱，并调整PL测量装置以使TO线的发光强度为30000～50000计数的工序；对硅外延晶片照射电子束的工序；用调整过的PL测量装置测量来自电子束照射区域的PL光谱的工序；以及将PL光谱的CiCs缺陷所引起的发光强度在TO线的发光强度的0.83％以下、CiOi缺陷所引起的发光强度在TO线的发光强度的6.5％以下的硅外延晶片筛选为合格的工序。由此，提供一种硅外延晶片的制造方法，其能够筛选出在使用硅外延晶片制造摄像器件的情况下白瑕疵不良不成问题的等级的硅外延晶片。

Description

硅外延晶片的制造方法以及评价方法
技术领域
本发明涉及一种硅外延晶片的制造方法、使用由该制造方法制造的硅外延晶片制造的摄像器件、以及硅外延晶片的评价方法。
背景技术
作为用于制作半导体集成电路的基板，主要使用通过CZ(Czochralski)法制作的硅片。在近年的最先进摄像器件(CCD、CMOS图像传感器等)中，会发生被称为白瑕疵的暗电流缺陷。白瑕疵发生的原因被认为是由于存在形成深能级的某种缺陷。具体而言，可列举金属杂质。常见由于金属杂质存在于器件活性区域内而引起白瑕疵不良。
作为其它已知的形成深能级的缺陷，列举有CiCs缺陷和CiOi缺陷。CiCs缺陷是晶格间碳和晶格位碳的复合体，CiOi缺陷是晶格间碳和晶格间氧的复合体，由于形成深能级而成为白瑕疵不良的原因。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开平4-104042号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
作为形成深能级的缺陷相对较少的基板，在高灵敏度摄像器件中多使用外延晶片。作为此时发生的白瑕疵不良的原因，可列举外延层中的金属杂质。其它的形成深能级的缺陷有CiCs缺陷和CiOi缺陷。形成这些CiCs缺陷、CiOi缺陷必须存在氧或碳，不存在氧以及碳就不会发生缺陷。
目前，一般认为，在外延晶片的外延层中，除了在器件(device)工序中从基板扩散到外延层的氧或碳以外，不存在氧和碳。
但是，若在使外延层在硅基板上生长后立刻照射电子束，用低温光致发光法(Photoluminescence法；以下有时也称为PL法)测量，则检出CiCs缺陷、CiOi缺陷。这时的测量波长为532nm，对硅的穿透深度约为1μm，即使采用外延层与该穿透深度相比足够厚的外延晶片，也检出CiCs缺陷、CiOi缺陷，因此认为在外延层生长之后立即就存在的氧、碳并不是从基板扩散来的。
因此可知，实际上在外延生长之后，外延层中也立即就极微量地存在着氧、碳。因此，为了高成品率地制造摄像器件用基板，希望进一步减少外延层中含有的氧以及碳。
然而，直接准确地测量对最先进摄像器件的白瑕疵不良有影响的等级的极低浓度的氧、碳并不容易。作为高精度地求出硅中的氧浓度的方法，在专利文献1中记载有一种方法：向硅试样中注入碳离子，使其产生氧和碳的复合缺陷，对来自该硅试样的光致发光进行测量而求出氧浓度。然而，注入了碳，就无法求出原本存在于硅试样中的碳的浓度。
此外，专利文献1中对于摄像器件的白瑕疵不良没有任何记载，无法知晓使用外延晶片制造的摄像器件的白瑕疵不良、与外延晶片的和氧相关的光致发光之间的关系。
本发明是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于，提供一种硅外延晶片的制造方法，其能够将在使用硅外延晶片制造摄像器件的情况下、摄像器件的白瑕疵不良不成问题的等级的硅外延晶片筛选为合格。另外，本发明的目的在于，提供一种使用由该硅外延晶片的制造方法制造的硅外延晶片来制造的摄像器件。进一步地，本发明的目的在于，提供一种硅外延晶片的评价方法，其能够对在使用硅外延晶片制造摄像器件的情况下、是否为摄像器件的白瑕疵不良不成问题的等级进行判断。
另外，这里，“不成问题的等级”是指如下程度，即，摄像器件的白瑕疵不良的数量足够少，在使用该摄像器件的、例如数码相机等产品中不会产生问题。
(二)技术方案
为了实现上述目的，本发明提供一种使外延层在硅的镜面晶片上生长而成的硅外延晶片的制造方法，其具有以下工序：
对所述镜面晶片照射光，用光致发光测量装置测量产生的光致发光的光谱，调整所述光致发光测量装置以使该光谱的TO线的发光的强度为30000～50000计数(counts)的工序；
对所述硅外延晶片照射电子束的工序；
对所述硅外延晶片的电子束照射区域照射光，用所述调整过的光致发光测量装置测量产生的光致发光的光谱的工序；以及
将来自所述硅外延晶片的光致发光的光谱的CiCs缺陷所引起的发光的强度在TO线的发光的强度的0.83％以下，CiOi缺陷所引起的发光的强度在TO线的发光的强度的6.5％以下的硅外延晶片筛选为合格的工序。
这样，对于使外延层生长来制作的硅外延晶片，通过调整光致发光测量装置以使TO线的发光的强度为30000～50000计数，筛选出光致发光的光谱的CiCs缺陷所引起的发光的强度在TO线的发光的强度的0.83％以下、CiOi缺陷所引起的发光的强度在TO线的发光的强度的6.5％以下的硅外延晶片，来制造摄像器件，从而能够切实地将摄像器件的白瑕疵不良减弱至没有问题的等级。
另外，30000～50000计数是指30000计数以上50000计数以下。
另外，本发明提供一种使用由上述的硅外延晶片的制造方法制造的硅外延晶片来制造的摄像器件。
若是这样的摄像器件，则其白瑕疵不良被减弱至没有问题的等级。
进一步地，为了实现上述目的，本发明提供一种硅外延晶片的评价方法，是使外延层在硅的镜面晶片上生长而成的硅外延晶片的评价方法，其具有以下工序：
对所述镜面晶片照射光，用光致发光测量装置测量产生的光致发光的光谱，调整所述光致发光测量装置以使该光谱的TO线的发光的强度为30000～50000计数的工序；
对所述硅外延晶片照射电子束的工序；
对所述硅外延晶片的电子束照射区域照射光，用所述调整过的光致发光测量装置测量产生的光致发光的光谱的工序；
求出来自所述硅外延晶片的光致发光的光谱的CiCs缺陷所引起的发光的强度，对该发光的强度是否在TO线的发光的强度的0.83％以下进行判断的工序；以及
求出来自所述硅外延晶片的光致发光的光谱的CiOi缺陷所引起的发光的强度，对该发光的强度是否在TO线的发光的强度的6.5％以下进行判断的工序。
这样，对于使外延层生长来制作的硅外延晶片，通过调整光致发光测量装置以使TO线的发光的强度为30000～50000计数，并对光致发光的光谱的CiCs缺陷所引起的发光的强度是否在TO线的发光的强度的0.83％以下、CiOi缺陷所引起的发光的强度是否在TO线的发光的强度的6.5％以下进行判断，从而不必实际制造摄像器件，即可判断是否为摄像器件的白瑕疵不良没有问题的等级的硅外延晶片。
(三)有益效果
如上所述，根据本发明的硅外延晶片的制造方法，通过筛选硅外延晶片来制造摄像器件，能够将摄像器件的白瑕疵不良减弱至没有问题的等级，制造高性能，高品质的摄像器件。另外，根据本发明的硅外延晶片的评价方法，不必实际制造摄像器件，即可判断是否为摄像器件的白瑕疵不良没有问题的等级的硅外延晶片。
附图说明
图1是表示硅外延晶片的光致发光的测量结果的图。
图2A是表示CiCs缺陷所引起的发光强度相对于TO线的发光的强度的比例与白瑕疵的关系的图表。
图2B是表示CiOi缺陷所引起的发光强度相对于TO线的发光的强度的比例与白瑕疵的关系的图表。
图3是表示本发明的硅外延晶片的制造方法的工序流程的图。
图4是表示本发明的硅外延晶片的评价方法的工序流程的图。
具体实施方式
以下，对本发明进行详细说明。
如上所述，对于最先进摄像器件所采用的硅外延晶片，需要一种提供白瑕疵不良不成问题的等级的硅外延晶片的方法。
本发明人为了实现上述目的而进行了认真的研究，结果发现了如下的硅外延晶片的制造方法能够解决上述问题，从而完成了本发明，所述方法为使外延层在硅的镜面晶片上生长而成的硅外延晶片的制造方法，其特征在于，具有以下工序：
对所述镜面晶片照射光，用光致发光测量装置测量产生的光致发光的光谱，调整所述光致发光测量装置以使该光谱的TO线的发光的强度为30000～50000计数的工序；
对所述硅外延晶片照射电子束的工序；
对所述硅外延晶片的电子束照射区域照射光，用所述调整过的光致发光测量装置测量产生的光致发光的光谱的工序；以及
将来自所述硅外延晶片的光致发光的光谱的CiCs缺陷所引起的发光的强度在TO线的发光的强度的0.83％以下、CiOi缺陷所引起的发光的强度在TO线的发光的强度的6.5％以下的硅外延晶片筛选为合格的工序。
以下，作为实施方式的一例，参照附图对本发明进行详细说明，但本发明不受其限制。
最初，对硅外延晶片的CiCs缺陷以及CiOi缺陷所引起的PL的发光强度、与使用以和该硅外延晶片相同的条件制造的硅外延晶片来制造的摄像器件的白瑕疵的关系进行了调查。
首先，为了制造摄像器件所采用的直径300mm的硅外延晶片，准备在电阻率为10Ω·cm的n型的硅的镜面晶片上形成有电阻率10Ω·cm、厚度为10μm的外延膜(层)的试样。把这时的外延层生长条件设为5个级别(级别1、2、3、4、5)。这5个级别是基于考虑到在外延生长中吸收的氧的浓度差的制造条件而设定的。用这些试样实际制造摄像器件，对暗电流(白瑕疵)特性进行调查。
接着，在以与上述5个级别相同的生长条件制造硅外延晶片之后，对其照射电子束并进行电子束照射区域的PL光谱的测量。测量结果的光谱(级别1、3、5)如图1所示。另外，也对来自照射电子束之前的硅外延晶片的PL光谱进行测量，并示于图1。关于电子束照射前的PL光谱，示出来自级别1的情况，其它级别的PL光谱也几乎是相同的光谱。
在图1中，波长1130nm附近的强度最强的发光为TO线(TO-line)，其是由于与TO(横向光学；Transverse Optical)声子相关的带间跃迁发光而产生的。另外，波长1278nm附近的发光为G线(G-line)，其表示CiCs缺陷所引起的发光。进一步地，波长1571nm附近的发光为C线(C-line)，是CiOi缺陷所引起的发光。若与电子束照射前的PL光谱比较，则级别1-5的PL光谱均表现出G线以及C线的发光变强，检出了CiOi缺陷以及CiCs缺陷的能级。
在图1的G线上，就发光强度而言，级别5最大，级别1最小，并按级别1～5的顺序变大。另外，在C线上也与G线同样地，就发光强度而言，级别5最大，级别1最小，并按级别1～5的顺序变大。
这里，调整PL测量装置以使作为参考的镜面晶片的TO线的发光的强度为30000～50000计数，对各级别的晶片求出了之后使用的G线以及C线的发光强度。TO线的发光的强度不足30000计数时，G线以及C线的发光强度变小，无法高精度地评价白瑕疵。另外，若TO线的发光的强度超过50000计数，则G线以及C线的发光强度会变得过大，从而导致无法获得与白瑕疵的相关性。
而且，已经调查过的摄像器件的白瑕疵与CiCs缺陷所引起的发光(G线)的强度的关系如图2A所示，摄像器件的白瑕疵与CiOi缺陷所引起的发光(C线)的强度的关系如图2B所示。在图2A以及图2B中，横轴表示白瑕疵的数量，纵轴表示CiCs缺陷、CiOi缺陷所引起的发光强度相对于TO线的发光的强度的比例。另外，由于摄像器件的白瑕疵的数量也取决于成像面的面积等，因此图2A以及图2B中的白瑕疵的数量已被标准化。
在图2A中，白瑕疵最少的是级别1，最多的是级别5，白瑕疵按级别1～5的顺序变多。在图2B中也同样地是，级别1的白瑕疵最少，级别5的最多。根据这些可知，随着CiCs缺陷所引起的G线的发光强度或者CiOi缺陷所引起的C线的发光强度变高，白瑕疵特性会恶化。
这里，对于G线，若发光强度相对于TO线的发光强度超过0.83％，则白瑕疵特性急剧恶化。另一方面，对于C线，在发光强度相对于TO线的发光强度超过6.5％的情况下，白瑕疵特性急剧恶化。对于G线，在发光强度相对于TO线的发光强度为0.83％的情况下，白瑕疵的数量估计有18个，对于C线，在发光强度相对于TO线的发光强度为6.5％的情况下，白瑕疵的数量估计有18个。这些对于最先进摄像器件而言，都是在实际使用中不成问题的等级。因此，若使用G线的发光强度相对于TO线的发光强度在0.83％以下、C线的发光强度相对于TO线的发光强度在6.5％以下的硅外延晶片制造摄像器件，则能够达到白瑕疵不良不成问题的等级。
另外，G线的发光强度相对于TO线的发光强度的比例以及C线的发光强度相对于TO线的发光强度的比例均可在0％以上。
接着，参照图3对本发明的硅外延晶片的制造方法进行说明。
图3是表示本发明的硅外延晶片的制造方法的工序流程的图。首先，在本发明中，对作为参考的硅的镜面晶片照射光，用PL测量装置测量产生的PL光谱。对镜面晶片照射的光并不特别受限，可以使用例如波长为532nm的固体激光。此外，也可以使用Ar离子激光、He-Cd激光等。并且，调整PL测量装置以使得到的PL光谱的TO线的发光强度为30000～50000计数(A工序)。
这时，作为参考的硅的镜面晶片并不特别受限，但优选通过长期使用始终相同的镜面晶片，来防止由于测量时间不同而导致的发光强度测量值的波动。另外，参考的镜面晶片可以根据外延晶片的规格决定。在该情况下，也优选根据规格长期使用相同的镜面晶片。
接着，对筛选对象的硅外延晶片照射电子束(B工序)，使外延层中生长CiCs缺陷、CiOi缺陷。照射电子束的装置并不特别受限，可以使用例如扫描型电子显微镜这样的装置。电子束可以对所有筛选对象的外延晶片照射，但是，例如在事先推定为在相同的外延生长装置中连续生长的20枚外延晶片之间，G线以及C线的发光强度没有变化的情况下，也可以仅对该20枚中的1枚照射电子束。
接着，对硅外延晶片的电子束照射区域照射光，用所述调整过的PL测量装置测量产生的PL光谱(C工序)，求出G线以及C线的发光强度。
而且，在CiCs缺陷所引起的G线的发光强度在TO线的发光强度的0.83％以下、CiOi缺陷所引起的C线的发光强度在TO线的发光强度的6.5％以下的情况下，将该硅外延晶片设为合格(D工序)。另外，如上所述，例如若已知在含有该硅外延晶片的20枚晶片之间G线以及C线的发光强度没有变化，则剩下的19枚硅外延晶片也可以设为合格。
使用这样筛选为合格的硅外延晶片来制造摄像器件。这样，就能够使该摄像器件的白瑕疵不良变得极少，成为在实际使用中没有问题的等级的摄像器件。
进一步地，参照图4对本发明的硅外延晶片的评价方法进行说明。
本发明的硅外延晶片的评价方法具有：使用硅的镜面晶片测量PL光谱并调整PL测量装置以使TO线的发光强度为30000～50000计数的工序(A工序)、对评价对象的外延晶片照射电子束的工序(B工序)、以及测量该电子束照射区域的PL光谱的工序(C工序)，与之前已经说明的在硅外延晶片中筛选合格的硅外延晶片的制造方法相同。
本发明的硅外延晶片的评价方法还具有：对来自评价对象的硅外延晶片的PL光谱的CiCs缺陷所引起的G线的发光强度是否在TO线的发光强度的0.83％以下进行判断的工序、以及对CiOi缺陷所引起的C线的发光强度是否在TO线的发光强度的6.5％以下进行判断的工序。
根据本发明的硅外延晶片的评价方法，能够对所制造的硅外延晶片是否适合作为摄像器件用的晶片进行评价。具体而言，例如使用本发明的硅外延晶片的评价方法，能够详细求出用于制造适合摄像器件之用的硅外延晶片的外延层的生长条件的范围。
实施例
以下，通过实施例对本发明进行更具体的说明，但本发明不限于此。
(实施例1)
为了制造摄像器件所采用的直径300mm的硅外延晶片，准备5枚在电阻率为10Ω·cm的n型的硅的镜面晶片上形成有电阻率为10Ω·cm、厚度为10μm的外延层的晶片。该5枚晶片是使用同一外延生长装置连续地在同一生长条件下使外延层生长而成的，5枚晶片的外延层是均质的。
接着，使用硅的镜面晶片，调整PL测量装置以使TO线的发光强度为40000计数。
进而，对所准备的硅外延晶片中的1枚照射电子束。接着，用调整过的PL测量装置测量该晶片的电子束照射区域的PL光谱。这时的G线的发光强度为TO线的发光强度的0.63％、C线的发光强度为TO线的发光强度的5.2％，满足筛选条件。
另一方面，用剩下的4枚硅外延晶片制造摄像器件并进行了白瑕疵不良的评价。所制造的摄像器件的白瑕疵的数量的平均值为4个，而能够制造白瑕疵不良极少的摄像器件。
(实施例2)
与实施例1同样地，准备了5枚在直径为300mm、电阻率为10Ω·cm的n型的硅的镜面晶片上形成有电阻率为10Ω·cm、厚度为10μm的外延层的晶片。但是，用于外延生长的外延生长装置是与实施例1不同的装置。而且，使用硅的镜面晶片，调整PL测量装置以使TO线的发光强度为40000计数。
进而，对所准备的硅外延晶片中的1枚照射电子束，用调整过的PL测量装置测量该晶片的电子束照射区域的PL光谱。这时的G线的发光强度为TO线的发光强度的0.94％、C线的发光强度为TO线的发光强度的8.3％，未满足筛选(评价)条件。
然后，用剩下的4枚硅外延晶片制造摄像器件并进行了白瑕疵不良的评价。根据G线以及C线的发光强度的评价而预测白瑕疵会较多，实际制造的摄像器件的白瑕疵的数量的平均值为较多的102个。这是不适于最先进摄像器件的等级。
此外，本发明不受上述实施方式限制。上述实施方式仅为示例，具有与本发明权利要求书记载技术思想实质相同的结构、同样作用效果者皆含于本发明技术范围。

Claims (3)

1.一种硅外延晶片的制造方法，其是使外延层在硅的镜面晶片上生长而成的硅外延晶片的制造方法，其特征在于，具有以下工序：
对所述镜面晶片照射光，用光致发光测量装置测量产生的光致发光的光谱，调整所述光致发光测量装置以使该光谱的TO线的发光的强度为30000～50000计数的工序；
对所述硅外延晶片照射电子束的工序；
对所述硅外延晶片的电子束照射区域照射光，用所述调整过的光致发光测量装置测量产生的光致发光的光谱的工序；以及
将来自所述硅外延晶片的光致发光的光谱的CiCs缺陷所引起的发光的强度在TO线的发光的强度的0.83％以下、CiOi缺陷所引起的发光的强度在TO线的发光的强度的6.5％以下的硅外延晶片筛选为合格的工序。
2.一种摄像器件，其是使用由权利要求1所述的硅外延晶片的制造方法制造的硅外延晶片而制造的。
3.一种硅外延晶片的评价方法，其是使外延层在硅的镜面晶片上生长而成的硅外延晶片的评价方法，其特征在于，具有以下工序：
对所述镜面晶片照射光，用光致发光测量装置测量产生的光致发光的光谱，调整所述光致发光测量装置以使该光谱的TO线的发光的强度为30000～50000计数的工序；
对所述硅外延晶片照射电子束的工序；
对所述硅外延晶片的电子束照射区域照射光，用所述调整过的光致发光测量装置测量产生的光致发光的光谱的工序；
求出来自所述硅外延晶片的光致发光的光谱的CiCs缺陷所引起的发光的强度，对该发光的强度是否在TO线的发光的强度的0.83％以下进行判断的工序；以及
求出来自所述硅外延晶片的光致发光的光谱的CiOi缺陷所引起的发光的强度，对该发光的强度是否在TO线的发光的强度的6.5％以下进行判断的工序。
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