DE112012003985T5 - Epitaxialwafer und Herstellungsverfahren dafür - Google Patents

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Abstract

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Epitaxialwafers zur Herstellung einer Bildaufnahmevorrichtung vorgesehen, wobei vor dem Wachsenlassen der Epitaxialschicht die Dicke X eines Bereichs berechnet wird, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Epitaxialschicht 4 × 1017 Atome/cm3 oder mehr nach dem Herstellen der Bildaufnahmevorrichtung wird, und beim Wachsenlassen der Epitaxialschicht die Epitaxialschicht mit einer solchen Dicke wachsen gelassen wird, dass die Dicke eines Bereichs, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Epitaxialschicht weniger als 4 × 1017 Atome/cm3 nach dem Herstellen der Bildaufnahmevorrichtung ist, 6 μm oder mehr zuzüglich der Dicke X beträgt. Im Ergebnis ist es möglich, den Epitaxialwafer, bei dem eine nachteilige Wirkung durch eine Verunreinigung, wie beispielsweise Sauerstoff, im Siliziumwafer nicht auf eine Bildaufnahmevorrichtung übertragen wird, die einen Abschnitt der Epitaxialschicht bildet, sowie ein Herstellungsverfahren dafür vorzusehen.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Epitaxialwafer zur Herstellung einer Bildaufnahmevorrichtung und ein Herstellungsverfahren dafür.
  • 2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
  • Als Siliziumwafer, der für eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung verwendet wird, dient ein Epitaxialwafer, bei dem die spezifischen Widerstände auf gleicher Ebene oder zwischen Wafern einheitlich sein können, um mittels eines photoelektrischen Effekts beim Bilden einer Fotodiode (Bildaufnahmevorrichtung) Träger zu erzeugen oder einen einheitlichen Betrieb beim Speichern der Träger unter Anwendung eines Kastenpotentials sicherzustellen. Obwohl die Fotodiode in dieser Epitaxialschicht gebildet wird, kann eine zweilagige Epitaxialschicht oder eine mehrlagige Epitaxialschicht verwendet werden, wobei eine Epitaxialschicht mit niedrigem spezifischem Widerstand unter einer Schicht gebildet wird, in der eine Fotodiode ausgebildet ist, um zu ermöglichen, dass eine nicht notwendige elektrische Ladung von der Fotodiode abfließt. Zum Beispiel wird relativ oft ein Aufbau verwendet, der als n/n+/n bezeichnet wird, bei dem eine Epitaxialschicht mit einem niedrigen spezifischen Widerstand (eine n+-Schicht: die oft mit der Hinzufügung „+” gekennzeichnet ist, da die Menge an Dotiermittel hoch ist) auf einem Siliziumwafer vom n-Typ wachsen gelassen wird und darauf eine Epitaxialschicht mit einem normalen spezifischen Widerstand wachsen gelassen wird.
  • Als Besonderheiten, die einen Siliziumwafer zum Herstellen einer Bildaufnahmevorrichtung betreffen, gibt es ein Getter-Verfahren. Bei einer Bildaufnahmevorrichtung kann in einigen Fällen ein Bildfehler erzeugt werden, der als weißer Kratzer bezeichnet wird, und es ist bekannt, dass dieser Fehler durch eine Verunreinigung oder dergleichen hervorgerufen wird. Als Technik zum Vermeiden dieser Verunreinigung ist die Getter-Technik zum Beseitigen einer Verunreinigung in einem Dehnungsfeld unter Anwendung einer thermischen Umgebung während der Herstellung einer Bildaufnahmevorrichtung unter Bilden eines Oxidpräzipitats (BMD) in einem Siliziumwafer (intrinsisches Gettern) oder Bilden eines mechanischen Defekts oder Dehnung einer unteren Oberflächenseite des Siliziumwafers (extrinsisches Gettern) bekannt. Bei dem Siliziumwafer zum Herstellen einer Bildaufnahmevorrichtung wird ein Verfahren verwendet, das in der Patentliteratur 1 und 2 und anderen zum Dotieren eines Kohlenstoffs und zum Verbessern (Erhöhen und Steuern) eines BMD zur weiteren Steigerung der Getterfähigkeit offenbart ist.
  • Als Merkmale, die die Epitaxialschicht betreffen, ist nicht nur die Gleichförmigkeit des spezifischen Widerstands sondern auch die Dicke der Epitaxie charakteristisch. Obwohl eine Fotodiode in der Epitaxialschicht gebildet wird, wird ein photoelektrischer Effekt durch Licht hervorgerufen, das durch eine Linse konzentriert und durch Farbfilter in diesem Abschnitt farbkodiert wird, und die Zahl der Träger, die durch diesen Effekt erzeugt werden, wird als Lichtintensität ermittelt. Die Eindringtiefe von Licht variiert jeweils abhängig von der Wellenlänge, und die Tiefe, bei der die Lichtintensität halbiert ist, beträgt im Fall von blau ungefähr 0,3 μm und ist im Fall von rot ungefähr 3 μm. Da mindestens ein Wert von ungefähr 3 μm für die Dicke der Epitaxialschicht erforderlich ist, um wirksam Licht von roter Farbe aufzunehmen, ist ein Wert von 4 μm oder mehr notwendig, wenn diese Tiefe zu einem Bereich addiert wird, der unterhalb der Epitaxialschicht gebildet wird und von dem Träger entladen werden, und es ist üblich, die Epitaxialschicht mit einer Dicke wachsen zu lassen, die über der Dicke einer Epitaxialschicht liegt, die oft für einen Speicher oder eine Logik verwendet wird. Als Offenbarungsbeispiel für eine dicke Epitaxialschicht findet sich in der Patentliteratur 3 bis 5 fast keine Diskussion über die Dicke der Epitaxialschicht, allerdings wird 2 bis 10 μm oder 1 bis 20 μm angegeben. Weiter gibt es in der Patentliteratur 6 und 7 eine Beschreibung über die Dicke der Epitaxialschicht, die in den Beispielen 11 μm oder 12 μm beträgt, und liegt aus der Vergangenheit auch ein Beispiel vor, das eine dicke Epitaxialschicht für eine Bildaufnahmevorrichtung verwendet. Wenn allerdings die Epitaxialschicht so wachsen gelassen wird, dass die Dick groß ist, steigen dadurch die Kosten, kann die Dicke der Epitaxialschicht nicht endlos erhöht werden und ist daher ungefähr 4 bis 6 μm eine realistische Dicke als Dicke einer echten Epitaxialschicht, die tatsächlich für eine Bildaufnahmevorrichtung verwendet wird.
  • Es ist allerdings in den letzten Jahren gezeigt worden, dass die Verteilung einer Verunreinigung, die in einem Siliziumwafer vorkommt, eine nachteilige Wirkung hervorruft. Der Siliziumwafer wird im Allgemeinen aus einem Silizium-Einkristall geschnitten, der mittels des CZ-Verfahrens (einschließlich des MCZ-Verfahrens) wachsen gelassen wurde. Bei einem solchen Kristallwachstumsverfahren wird ein Siliziumrohstoff in einem Quarztiegel geschmolzen, und der Silizium-Einkristall wird aus diesem Material wachsen gelassen, und jedes Sauerstoffatom, das aus dem Quarztiegel eluiert wurde, ist in dem Silizium-Einkristall mit einem Übersättigungszustand enthalten. Dieses Sauerstoffatom ist als BMD für das intrinsische Gettern von Nutzen. Das bedeutet, dass jedes überschüssige Sauerstoffatom im Silizium-Einkristall mit Si reagiert und in dem Silizium-Einkristall in Form von SiO2 über ein Wärmeverfahren bei der Herstellung eines Bauteils oder dergleichen ausfällt. Dies wird als BMD bezeichnet (Bulk Micro Defect).
  • Weiterhin ist neben dem Sauerstoffatom ein Dotiermittel im Silizium-Einkristall auf der Grundlage des CZ-Verfahrens enthalten, um den spezifischen Widerstand zu steuern. Atome, wie beispielsweise B in der Gruppe 3 oder P, As und Sb in der Gruppe 5 sind üblich. Weiter ist auch ein Kohlenstoffatom als Verunreinigung im Silizium-Einkristall mit darin dotiertem Kohlenstoff enthalten. Diese Dotiermittel oder die Sauerstoff/Kohlenstoff-Atome werden durch Segregation in den Silizium-Einkristall aufgenommen. Allerdings ist die Verunreinigungskonzentration im Silizium-Einkristall nicht gleichförmig, da eine Konzentration einer Verunreinigung in einer Siliziumschmelze nicht vollständig gleichförmig ist, weshalb ein wirksamer Segregationskoeffizient zusammen mit der Wachstumsrate variiert, da die Wachstumsrate nicht fest ist, sondern in Übereinstimmung mit einer Temperaturschwankung im Ofen oder dem Kristalldurchmesser schwankt. Da die Wachstumsgrenzfläche des Silizium-Einkristalls nicht eben ist, sondern im Allgemeinen eine nach oben vorstehende Form hat, und der Silizium-Einkristall unter Drehung wachsen gelassen wird, wird daher eine konzentrische kreisförmige streifenförmige Konzentrationsverteilung gebildet. Dies wird als Streifen oder als Wachstumsstreifen bezeichnet.
  • In den letzten Jahren ist gezeigt worden, dass ein Fehler, der mit dieser Konzentration zusammenhängt, auf einer Bildaufnahmevorrichtung erzeugt wird. Der Fehlerinhalt umfasst einen Dunkelstrom, bei dem trotz fehlenden Lichteintritts ein Träger erzeugt wird, oder eine Abnormalität einer Energiebarrierehöhe bei der Speicherung von erzeugten elektrischen Ladungen in einem Kastenpotential. Daher muss eine streifenförmige Verunreinigungsverteilung während des Einkristallkristallwachstums verringert werden. Als Technologie dafür legt die Patentliteratur 8 nahe, die Wachstumsrate in einem festen Bereich zu unterdrücken.
    • Patentliteratur 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2001-102384
    • Patentliteratur 2: ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2001-237247
    • Patentliteratur 3: ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2009-212351
    • Patentliteratur 4: ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2009-212352
    • Patentliteratur 5: ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2011-82443
    • Patentliteratur 6: ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. Hei 6-163410
    • Patentliteratur 7: ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. Hei 10-41311
    • Patentliteratur 8: ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2009-274888
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Allerdings ist festgestellt worden, dass die zuvor beschriebenen Techniken allein bei der Vielzahl der neueren weiteren Verbesserungen im Hinblick auf die Miniaturisierung/Empfindlichkeit nicht ausreichen und in einigen Fällen ein Problem in Bezug auf einen Dunkelstrom oder eine Potentialabnormalität möglicherweise wieder auftreten kann. Die vorliegenden Erfinder haben dieses Problem analysiert und sind davon ausgegangen, dass Sauerstoffatome, die in einem Siliziumwafer enthalten sind, während der Herstellung einer Bildaufnahmevorrichtung zu einer Epitaxialschicht diffundieren, der Sauerstoff zum Beispiel zu einem Donator wird und das zuvor beschriebene Problem verursacht wird. Es gibt Beispiele für eine dicke Epitaxialschicht wie die Patentliteratur 6 und 7, allerdings gibt es nur wenige. Eine Verunreinigung in der Epitaxialschicht ist in diesen Patentliteraturen nicht beschrieben, und es kann nicht davon ausgegangen werden, dass diese Patentliteraturen ausreichen.
  • Im Hinblick auf das zuvor beschriebene Problem besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Epitaxialwafer, bei dem eine nachteilige Wirkung durch eine Verunreinigung, wie beispielsweise Sauerstoff, in einem Siliziumwafer nicht auf eine Bildaufnahmevorrichtung, die einen Teil einer Epitaxialschicht bildet, übertragen wird, und ein Herstellungsverfahren dafür vorzusehen.
  • Um diese Aufgabe zu erzielen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Epitaxialwafers zur Herstellung einer Bildaufnahmevorrichtung vorgesehen, indem ein Silizium-Einkristall auf der Grundlage eines CZ-Verfahrens wachsen gelassen wird, ein Siliziumwafer aus dem Silizium-Einkristall produziert wird und eine Epitaxialschicht auf dem Siliziumwafer wachsen gelassen wird,
    wobei vor dem Wachsenlassen der Epitaxialschicht beim Wachsenlassen einer Epitaxialschicht auf dem Siliziumwafer die Dicke X eines Bereichs berechnet wird, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Epitaxialschicht 4 × 1017 Atome/cm3 oder mehr nach der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung durch diffundierenden Sauerstoff aus dem Siliziumwafer in die Epitaxialschicht während der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung wird, und
    beim Wachsenlassen der Epitaxialschicht die Epitaxialschicht mit einer solchen Dicke wachsen gelassen wird, dass die Dicke eines Bereichs, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Epitaxialschicht weniger als 4 × 1017 Atome/cm3 nach der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung ist, 6 μm oder mehr zusätzlich zur Dicke X beträgt.
  • Gemäß einem solchen Herstellungsverfahren ist es möglich, den Epitaxialwafer herzustellen, bei dem die nachteilige Wirkung durch eine Verunreinigung, wie beispielsweise Sauerstoff, im Siliziumwafer nicht auf die Bildaufnahmevorrichtung übertragen wird, die einen Abschnitt der Epitaxialschicht bildet.
  • Weiter ist es bevorzugt, vor dem Wachsenlassen der Epitaxialschicht die Dicke X auf der Grundlage des folgenden Ausdrucks zu berechnen: 4 × 1017 = ([Oi]ini + [O1]sol(T))/2 – ([Oi]ini – [Oi]sol(T))/2 × erf[X/{2√(D(T)t)}] (worin [Oi]ini die anfängliche Sauerstoffkonzentration im Siliziumwafer ist, T eine Temperatur im thermischen Verfahren mit der höchsten Temperatur während der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung ist, [Oi]sol(T) die Sauerstofflöslichkeit von festen Stoffen bei der Temperatur T ist, D(T) ein Diffusionskoeffizient des Sauerstoffs bei der Temperatur T ist, t die Prozesszeit des thermischen Prozesses bei der Temperatur T ist und erf eine Fehlerfunktion ist.)
  • Wie zuvor beschrieben, kann die Konzentration des Sauerstoffs, der vom Siliziumwafer aufgrund des thermischen Prozesses bei der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung in die Epitaxialschicht diffundiert, als Funktion der Dicke X dargestellt werden.
  • Weiterhin kann beim Wachsenlassen der Epitaxialschicht eine mehrlagige Epitaxialschicht als Epitaxialschicht wachsen gelassen werden.
  • Wie zuvor beschrieben wird, selbst wenn die mehrlagige Epitaxialschicht mit unterschiedlichen spezifischen Widerständen oder Leitfähigkeitsarten wachsen gelassen wird, wenn das Verfahren zum Herstellen des Epitaxialwafers gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, die nachteilige Wirkung durch eine Verunreinigung, wie beispielsweise Sauerstoff, im Siliziumwafer nicht auf den die Bildaufnahmevorrichtung bildenden Abschnitt übertragen.
  • Darüber hinaus ist es bevorzugt, beim Wachsenlassen der Epitaxialschicht die Epitaxialschicht mit einer solchen Dicke wachsen zu lassen, dass die Dicke eines Bereichs, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Epitaxialschicht weniger als 4 × 1017 Atome/cm3 nach der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung beträgt, 6 μm oder mehr zusätzlich zur Dicke X ist, nämlich eine Dicke von 9 μm oder mehr und 20 μm oder weniger der gesamten Epitaxialschicht.
  • In dem neueren Bildaufnahmevorrichtung-Herstellungsverfahren ist es oft der Fall, dass eine Wärmebehandlung, die das Ausbilden eines Gate-Oxidfilms ermöglicht, ein Verfahren mit der höchsten Temperatur ist, wobei die Dicke eines Bereichs, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Epitaxialschicht 4 × 1017 Atome/cm3 oder mehr nach diesem Verfahren wird, mit ungefähr 3 μm veranschlagt wird. Daher ist es wünschenswert, die Epitaxialschicht mit einer Dicke von 9 μm oder mehr zu bilden, und eine stärkere Dicke ist bevorzugt. Darüber hinaus kann eine Dicke von 20 μm oder weniger zu einem guten Kostenverlauf führen.
  • Weiter kann beim Wachsenlassen des Silizium-Einkristalls der Silizium-Einkristall wachsen gelassen werden, indem Kohlenstoff derart dotiert wird, dass die Kohlenstoffkonzentration 1,3 × 1016 bis 22 × 1016 Atome/cm3 (ASTM' 74) wird, und die Sauerstoffkonzentration so gesteuert wird, dass sie 8 × 1017 bis 16 × 1017 Atome/cm3 (ASTM' 79) wird.
  • Wie zuvor beschrieben kann bei dem Silizium-Einkristall, der den darin dotierten Kohlenstoff aufweist, der BMD-Verbesserungseffekt erhalten werden, wenn die Kohlenstoffkonzentration 1,3 × 1016 Atome/cm3 oder mehr ist, wird die Löslichkeitsgrenze des Kohlenstoffs im Silizium-Einkristall nicht erreicht, wenn die Kohlenstoffkonzentration 22 × 1016 Atome/cm3 oder weniger ist, und kann daher die Bildung des Einkristalls auf einfache Weise erleichtert werden. Weiterhin kann der BMD leicht gebildet werden, wenn die Sauerstoffkonzentration 8 × 1017 Atome/cm3 oder mehr beträgt, und können sowohl die Zahl als auch die Größe der BMD ausgezeichnet sein und die Getterfähigkeit verbessert werden, wenn die Sauerstoffkonzentration 16 × 1017 Atome/cm3 oder weniger beträgt.
  • Darüber hinaus kann beim Wachsenlassen des Silizium-Einkristalls der Silizium-Einkristall dadurch wachsen gelassen werden, dass die Sauerstoffkonzentration derart gesteuert wird, dass die Sauerstoffkonzentration 16 × 1017 bis 24 × 1017 Atome/cm3 (ASTM' 79) ohne Dotierung von Kohlenstoff wird.
  • Wie zuvor beschrieben, wächst selbst im Fall des Silizium-Einkristalls, in dem der Kohlenstoff nicht dotiert wird, wenn die Sauerstoffkonzentration 16 × 1017 Atome/cm3 (ASTM' 79) oder mehr ist, der BDM in ausreichendem Maße. Darüber hinaus wird, wenn die Sauerstoffkonzentration 24 × 1017 Atome/cm3 (ASTM' 79) oder weniger ist, die Menge an ausgefälltem Sauerstoff nicht zu hoch, und die Möglichkeit, dass ein anderes Problem, zum Beispiel eine Wölbung des Wafers, verursacht wird, kann ausgeschaltet werden.
  • Weiter wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Epitaxialwafer zur Herstellung einer Bildaufnahmevorrichtung vorgesehen, umfassend eine Epitaxialschicht, die auf einem Siliziumwafer wachsen gelassen wird, der aus einem mittels des CZ-Verfahrens wachsen gelassenen Silizium-Einkristalls hergestellt wird,
    wobei ein Bereich, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Epitaxialschicht 4 × 1017 Atome/cm3 oder mehr nach der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung beträgt, und ein Bereich, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Epitaxialschicht weniger als 4 × 1017 Atome/cm3 nach der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung ist, in der Epitaxialschicht durch Diffusion von Sauerstoff aus dem Siliziumwafer in die Epitaxialschicht während der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung gebildet werden und die Dicke des Bereichs, bei dem die Sauerstoffkonzentration weniger als 4 × 1017 Atome/cm3 ist, 6 μm oder mehr beträgt.
  • Gemäß einem solchen Epitaxialwafer wird der nachteilige Effekt durch eine Verunreinigung, wie beispielsweise von Sauerstoff, im Siliziumwafer nicht auf die Bildaufnahmevorrichtung übertragen, die einen Abschnitt der Epitaxialschicht bildet.
  • Wie zuvor beschrieben, ist es gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines Epitaxialwafers möglich, den Epitaxialwafer herzustellen, bei dem die nachteilige Wirkung durch eine Verunreinigung, wie beispielsweise Sauerstoff, in dem Siliziumwafer nicht auf die Bildaufnahmevorrichtung übertragen wird, die einen Abschnitt der Epitaxialschicht bildet. Weiterhin ist im Hinblick auf eine Berechnung der Dicke X des Bereichs, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Epitaxialschicht 4 × 1017 Atome/cm3 oder mehr ist, nach dem Herstellen der Bildaufnahmevorrichtung eine komplizierte Berechnung nicht erforderlich, und die Berechnung kann auf der Grundlage eines vielseitigen Verfahrens durchgeführt werden kann. Außerdem kann durch Verwenden des Siliziumwafers mit einer geeigneten Kohlenstoffkonzentration und Sauerstoffkonzentration ein Epitaxialwafer mit einer ausgezeichneten Getter-Eigenschaft hergestellt werden. Der Epitaxialwafer, der auf der Grundlage der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, kann vorzugsweise für eine feste Bildaufnahmevorrichtung, wie beispielsweise eine CCD oder CIS, die in einer digitalen Kamera oder einem Mobiltelefon verwendet werden, zum Einsatz kommen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Fließdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Epitaxialwafers gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist eine Ansicht, die die Verteilung der Sauerstoffkonzentration zeigt, wenn ein Epitaxialwafer, der die Bedingungen in Beispiel 1 erfüllt, einer thermischen Simulation unterworfen wird; und
  • 3 ist eine Ansicht, die eine Verteilung der Sauerstoffkonzentration zeigt, wenn ein Epitaxialwafer, der die Bedingungen von Beispiel 2 erfüllt, einer thermischen Simulation unterworfen wird.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHEIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Obwohl die vorliegende Erfindung nachfolgend nun ausführlicher beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Wie zuvor beschrieben, wird ein Verfahren zum Herstellen eines Epitaxialwafers gefordert, bei dem ein nachteiliger Effekt durch eine Verunreinigung, wie beispielsweise Sauerstoff, in einem Siliziumwafer nicht auf eine Bildaufnahmevorrichtung übertragen wird, die einen Abschnitt einer Epitaxialschicht bildet.
  • Als Ergebnis des wiederholten Durchführens von gründlichen Untersuchungen hinsichtlich des zuvor beschriebenen Problems haben die vorliegenden Erfinder festgestellt, dass ein Epitaxialwafer, bei dem ein nachteiliger Effekt durch eine Verunreinigung, wie beispielsweise Sauerstoff, in einem Siliziumwafer nicht auf eine einen Abschnitt einer Epitaxialschicht bildenden Bildaufnahmevorrichtung übertragen wird, dadurch erhalten wird, dass die Dicke eines Bereichs der Epitaxialschicht, bei der die Verunreinigung, zum Beispiel der Sauerstoff, im Siliziumwafer eine nachteilige Wirkung hat, berechnet wird und die Epitaxialschicht mit einer Dicke wachsen gelassen wird, die durch Addieren der zuvor beschriebenen Dicke zu einer Dicke von 6 μm oder mehr eines Bereichs (ein die Bildaufnahmevorrichtung bildender Abschnitt) der Epitaxialschicht erhalten wird, bei der die nachteilige Wirkung der Verunreinigung, zum Beispiel des Sauerstoffs, nicht übertragen wird, wodurch die vorliegende Erfindung abgeschlossen ist.
  • 1 zeigt ein Fließdiagram des Verfahrens zum Herstellen eines Epitaxialwafers gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Silizium-Einkristall mittels des CZ-Verfahrens wachsen gelassen, wird ein Siliziumwafer 1 aus einem Silizium-Einkristall hergestellt (1(A)) und wird die Dicke X eines Bereichs, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Epitaxialschicht 4 × 1017 Atome/cm3 oder mehr nach der Herstellung einer Bildaufnahmevorrichtung ist, vor dem Züchten des Epitaxialwafers berechnet (1(B)). Dann wird die Epitaxialschicht 4 mit einer solchen Dicke wachsen gelassen, dass die Dicke eines Bereichs, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Epitaxialschicht 4 weniger als 4 × 1017 Atome/cm3 nach der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung ist, 6 μm oder mehr zuzüglich der Dicke X ist, wodurch ein Epitaxialwafer 10 zur Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung hergestellt wird (1(C)).
  • Wie in 1(D) gezeigt ist, diffundiert während eines Verfahrens zum Herstellen der Bildaufnahmevorrichtung aufgrund der thermischen Umgebung Sauerstoff aus dem Siliziumwafer 1 in die Epitaxialschicht 4. Im Ergebnis werden nach der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung ein Bereich, bei dem die Konzentration des diffundierten Sauerstoffs hoch ist, und ein Bereich, bei dem diese niedrig ist, in der Epitaxialschicht 4 gebildet. In der vorliegenden Erfindung wird der Bereich, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Epitaxialschicht 4 × 1017 Atome/cm3 (ASTM' 79) oder mehr nach der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung beträgt und der nahe am Siliziumwafer liegt, als Pufferschicht 2' bezeichnet, und der Bereich, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Epitaxialschicht weniger als 4 × 1017 Atome/cm3 (ASTM' 79) nach der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung ist und der getrennt von dem Siliziumwafer liegt, wird als wirksame Schicht 3' bezeichnet. Sowohl die Pufferschicht 2' als auch die wirksame Schicht 3' sind die Epitaxialschicht 4 vor der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung. In der vorliegenden Erfindung ist die Dicke der ganzen zu züchtenden Epitaxialschicht 4 die Summe der Dicke des Bereichs 2, der zur Pufferschicht 2' wird, nach dem Herstellen der Bildaufnahmevorrichtung und der Dicke des Bereichs 3, der zur wirksamen Schicht 3' wird, nach dem Herstellen der Bildaufnahmevorrichtung.
  • Zum Beispiel wird während eines Herstellungsverfahrens für die Bildaufnahmevorrichtung, das in 1(D) durchgeführt wird, eine Vertiefung 5 vom P-Typ in der Epitaxialschicht 4 ausgebildet, und der Gate-Oxidfilm wird auf der Epitaxialschicht 4 gebildet, und jeder Verunreinigungsimplantierabschnitt 6 vom n-Typ und jeder Verunreinigungsimplantierabschnitt 7 vom p-Typ wird selektiv in die Vertiefung vom P-Typ ionenimplantiert, wodurch jeder Transferabschnitt und jede Fotodiode gebildet werden. Darüber hinaus wird jede Polysiliziumelektrode 8 darauf ausgebildet, und jeder Lichtabschirmfilm 9 wird auf einem Abschnitt gebildet, der jeden Lichtaufnahmeabschnitt ausschließt, wodurch die Bildaufnahmevorrichtung gebildet wird.
  • Da festgestellt wurde, wie zuvor beschrieben, dass der Sauerstoff aus dem Siliziumwafer während der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung diffundiert (1(D)) und die Diffusion des Sauerstoffs die Bauteilmerkmale beeinträchtigt, wird in der vorliegenden Erfindung die Dicke des Bereichs 2, der als Pufferschicht 2' dient, die so konfiguriert ist, dass sie einen Einfluss vom Siliziumwafer 1 ausschaltet, vorher berechnet (1(B)), und die Epitaxialschicht 4 wird mit einer solchen Dicke wachsen gelassen, dass die Dicke des Bereichs 3, der als wirksame Schicht 3' dient, die so konfiguriert ist, dass sie die Bildaufnahmevorrichtung herstellt, 6 μm oder mehr zuzüglich der berechneten Dicke ist (1(C)). Im Ergebnis kann der Epitaxialwafer zur Herstellung einer Bildaufnahmevorrichtung mit einer hohen Empfindlichkeit und hohen Integration, die nicht vom Siliziumwafer beeinträchtigt wird, hergestellt werden.
  • Es wird hier davon ausgegangen, dass der Bereich, der als wirksame Schicht dient, nach dem Herstellen der Bildaufnahmevorrichtung ein Bereich ist, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Epitaxialschicht nach der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung weniger als 4 × 1017 Atome/cm3 (ASTM' 79) ist, und 6 μm oder mehr als seine Dicke erforderlich ist. Beim Ausbilden der Bildaufnahmevorrichtung in der wirksamen Schicht wird ein Abschnitt der Fotodiode (der Bildaufnahmevorrichtung), bei dem einfallendes Licht photoelektrisch umgewandelt wird und Träger erzeugt und gespeichert werden, gebildet, und ein Abschnitt, zu dem eine nicht notwendige elektrische Ladung abgeleitet wird, wird unter diesem Abschnitt gebildet. Außerdem wird auch ein Abschnitt, zum Beispiel ein Transferabschnitt, der die durch die Fotoelektrode ermittelte Lichtintensität feststellt, gebildet.
  • Wie zuvor beschrieben, unterscheidet sich die Lichteindringtiefe je nach der Wellenlänge, und zum Beispiel ist die Tiefe, die eine Reduzierung der Lichtintensität auf die Hälfte ermöglicht, ungefähr 0,3 μm im Fall einer blauen Farbe, und ist ungefähr 3 μm im Fall einer roten Farbe. Um wirksam Licht der roten Farbe aufzunehmen, muss die Dicke der Fotodiode mindestens ungefähr 3 μm sein. Daher ist die Dicke, die zur Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung erforderlich ist, einschließlich des Bereichs, zu dem nicht notwendige elektrische Ladungen abgeleitet werden, mindestens 4 μm oder mehr. Obwohl die notwendige Dicke im Wesentlichen den Aufbau der Bildaufnahmevorrichtung betrifft und nicht vollständig bestimmt werden kann, wird festgelegt, dass die Dicke, die für den Bereich erforderlich ist, der als wirksame Schicht dient, in der vorliegenden Erfindung 6 μm oder mehr ist, um eine hohe Empfindlichkeit für eine neuere Bildaufnahmevorrichtung zu realisieren.
  • Weiter ist der Bereich, der nach dem Herstellen der Bildaufnahmevorrichtung als Pufferschicht dient, der Bereich, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Epitaxialschicht nach der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung 4 × 1017 Atome/cm3 (ASTM' 79) oder mehr ist. Der Bereich, der nach der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung zur Pufferschicht wird, und der Bereich, der nach der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung zur wirksamen Schicht wird, werden aufgrund der Sauerstoffkonzentration von 4 × 1017 Atomen/cm3 (ASTM' 79) voneinander getrennt, weil davon ausgegangen wird, dass die Sauerstoffdonatoren aufgrund der Niedertemperatur-Wärmebehandlung beim Verdrahten oder Bestücken erzeugt werden, welche in einer Nachbearbeitung o. dgl. zur Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung durchgeführt werden. Die Sauerstoffdonatoren sind stark reduziert, wenn die Sauerstoffkonzentration verringert ist. Gemäß den Versuchsdaten, die von den vorliegenden Erfinder erhalten wurden, wurden in dem Fall, in dem eine Wärmebehandlung für fünf Stunden bei 450°C durchgeführt wurde, bei der die Sauerstoffdonatoren am wahrscheinlichsten erzeugt werden, etwa 8 × 1011 Atome/cm3 Träger erzeugt, wenn die Sauerstoffkonzentration 4 × 1017 Atome/cm3 (ASTM' 79) betrug, ungefähr 5 × 1013 Atome/cm3 Träger wurden erzeugt, wenn die Sauerstoffkonzentration 8 × 1017 Atome/cm3 (ASTM' 79) betrug, und ungefähr 6 × 1014 Atome/cm3 Träger wurden erzeugt, wenn die Sauerstoffkonzentration 12 × 1017 Atome/cm3 (ASTM' 79) war. Auf der Grundlage dieses Ergebnisses kann davon ausgegangen werden, dass die Träger, die durch die Sauerstoffdonatoren hervorgerufen wurden, unvergleichbar ansteigen, wenn sich die Sauerstoffkonzentration verdoppelt und verdreifacht. Da die ursprüngliche Dotiermittelkonzentration in einem Bereich nahe einer Position, wo eine Fotodiode hergestellt wird, ungefähr 1014 bis 1015 beträgt, ist es wünschenswert, dass die Donatorkonzentration um ungefähr zwei Stellen niedriger als dieser Wert ist, um eine nachteilige Wirkung der Träger zu vermeiden, die durch den Sauerstoffdonator hervorgerufen werden. Daher wird der Abschnitt, bei dem die Sauerstoffkonzentration 4 × 1017 Atome/cm3 (ASTM' 79) oder mehr beträgt, als der Bereich festgelegt, der zur Pufferschicht wird, und der Abschnitt, bei dem die Sauerstoffkonzentration weniger als 4 × 1017 Atome/cm3 (ASTM' 79) beträgt, unter Ausschluss des früheren Abschnitts, wird als der Bereich festgelegt, der zur wirksamen Schicht wird, bei dem eine Fotodiode oder dergleichen hergestellt wird.
  • Wenn die Dicke der Epitaxialschicht zunimmt, steigen im Allgemeinen auch die Kosten. Obwohl ein Verfahren zum Wachsenlassen der Epitaxialschicht einen Schritt aufweist, wie beispielsweise Beladen/Entladen eines Wafers oder Vorverarbeitung, ist ein Verfahren, das die Verfahrenszeit bestimmt, meist das Verfahren zum Wachsenlassen der Epitaxialschicht. Das liegt daran, dass die Wachstumsrate der Epitaxialschicht sehr gering ist. Daher führt das Wachsenlassen der dicken Epitaxialschicht direkt zu einem Kostenanstieg. Daher ist es üblich, dass die Dicke der Epitaxialschicht nicht über die notwendige Dicke erhöht wird. Allerdings ist die vorliegende Erfindung ausreichend dahingehend charakterisiert, dass der Bereich, der als Pufferschicht dient, die so aufgebaut ist, dass ein Einfluss des Siliziumwafers unterdrückt wird, zusätzlich zur Dicke vorgesehen ist, die zum Herstellen einer Fotodiode oder dergleichen notwendig ist, die in der herkömmlichen Technologie erforderlich ist. Im Ergebnis kann eine Verbesserung der Leistung aufgrund einer Erhöhung der Dicke der Epitaxialschicht im Hinblick auf die antizipierte Anforderung zur Miniaturisierung/hohen Empfindlichkeit erwartet werden, und ein Produkt mit ausgezeichnetem Kostenverlauf kann schließlich vorgesehen werden.
  • Wenn die Dicke der Pufferschicht wie folgt bestimmt wird, kann weiterhin der Betrieb zum Bestätigen der Sauerstoffkonzentration nach der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung ausgelassen werden. In der Annahme, dass die Länge der Epitaxialschichtseite von einer Grenzfläche zwischen dem Siliziumwafer und der Epitaxialschicht, d. h. der Dicke des Bereichs, der zur Pufferschicht wird, X ist, kann die Konzentration C des Sauerstoffs, der vom Siliziumwafer aufgrund eines Wärmeverfahrens in die Epitaxialschicht diffundiert, wie der folgende Ausdruck als Funktion der Dicke X dargestellt werden. Es ist zu beachten, dass bei diesem Ausdruck erf eine Abkürzung für eine Fehlerfunktion ist und generell verwendet wird, um die Diffusionskonzentration zu erhalten. C(X) = ([Oi]ini + [Oi]sol(T))/2 – ([Oi]ini – [Oi]sol(T))/2 × erf[X/{2√(D(T)t)]] (worin [Oi]ini die anfängliche Sauerstoffkonzentration im Siliziumwafer ist, T eine Temperatur im thermischen Verfahren mit der höchsten Temperatur während der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung ist, [Oi]sol(T) die Sauerstofflöslichkeit von festen Stoffen bei der Temperatur T ist, D(T) ein Diffusionskoeffizient des Sauerstoffs bei der Temperatur T ist, t die Prozesszeit des thermischen Prozesses bei der Temperatur T ist und erf eine Fehlerfunktion ist.)
  • Auf der Grundlage der erhaltenen Sauerstoffkonzentrationsverteilung kann die Dicke, mit der die Sauerstoffkonzentration 4x1017 Atome/cm3 (ASTM' 79) wird, d. h. die Dicke X des Bereichs, der zur Pufferschicht wird, bestimmt werden.
  • Es ist zu beachten, dass die diffundierte Sauerstoffkonzentration auf der Grundlage einer Behandlungstemperatur berechnet wird, die die höchste Temperatur während der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung in dem obigen Ausdruck ist, aber die Diffusion des Sauerstoffs kann bei allen Wärmebehandlungen berechnet werden, z. B. einer Wärmebehandlung zur Zeit des Epitaxialschichtwachstums oder einer anderen Wärmebehandlung während der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung. Wenn allerdings die Berechnung im Hinblick auf jede Wärmebehandlung durchgeführt wird, kann die Berechnungsformel kompliziert werden, und die allgemeine Vielseitigkeit der Berechnungsformel kann gefährdet sein. Andererseits wird das Epitaxiewachstum bei einer hohen Temperatur durchgeführt, aber in einer kurzen Zeit bewirkt, und Details der Wärmebehandlung während der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung sind ein Problem in Bezug auf das Wissen eines Bauteileherstellers und werden in geeigneter Weise zur Zeit der Herstellung des Bildaufnahmevorrichtung geändert. Weiterhin wird die Zahl der Verfahren zum Durchführen einer Wärmebehandlung bei hoher Temperatur bei einer Gesamtabnahme der Herstellungstemperatur einer neueren Bildaufnahmevorrichtung verringert. Darüber hinaus fällt der Diffusionskoeffizient des Sauerstoffs dramatisch, wenn die Wärmebehandlungstemperatur sinkt. Um daher die Berechnungsformel der Konzentration des diffundierten Sauerstoffs mit Einfachheit und allgemeiner Vielseitigkeit vorzusehen, erfolgt eine Probeberechnung für das Bildaufnahmevorrichtung-Herstellungsverfahrens mit der höchsten Temperatur im obigen Ausdruck, und es wird eine geschätzte Dicke des Bereichs, der zur Pufferschicht wird, festgelegt.
  • Darüber hinaus kann bei dem Verfahren zum Herstellen eines Epitaxialwafers gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur eine Epitaxialschicht wachsen gelassen werden, sondern es kann auch eine mehrlagige Epitaxialschicht, die aus zwei oder mehr Schichten besteht, wachsen gelassen werden, wenn zum Beispiel ein Teil eines Bildaufnahmevorrichtungsaufbaus zur Zeit des Epitaxiewachstums gebildet wird. Bei einem solchen mehrlagigen Epitaxialwafer reicht es aus, wenn die Dicke der gesamten Epitaxialschichten, die die Summe der Dicken der jeweiligen Epitaxialschichten ist, die Dicke des Bereichs, der zur Pufferschicht wird, und des Bereichs, der zur wirksamen Schicht wird, aufweist.
  • Wenn die mehrlagige Epitaxialschicht gebildet wird, können mehrlagige Epitaxialschichten mit unterschiedlichen spezifischen Widerständen oder Leitfähigkeitsarten wachsen gelassen werden. Obwohl eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin besteht, zu verhindern, dass eine nachteilige Wirkung durch eine Verunreinigung, wie beispielsweise Sauerstoff, im Siliziumwafer auf eine Fotodiode übertagen wird, die einen Abschnitt in den Epitaxialschichten bildet, selbst wenn die spezifischen Widerstände sich voneinander unterscheiden, wie zuvor beschrieben, liegt die Konzentration der Sauerstoffatome oder Kohlenstoffatome in jeder Epitaxialschicht bei nur Null im Vergleich zum Siliziumwafer, und daher kann jede Schicht mit jedem spezifischen Widerstand eine Rolle für den Bereich spielen, der zur Pufferschicht wird.
  • Obwohl die Dicke des Bereichs, der als Pufferschicht dient, ein Zahlenwert ist, der vom Aufbau des Bildaufnahmevorrichtung-Herstellungsverfahrens abhängt, ist es oft der Fall, dass eine Wärmebehandlung zum Bilden eines Gate-Oxidfilms ein Verfahren mit der höchsten Verfahrenstemperatur in den letzten Jahren ist. Wenn zum Beispiel davon ausgegangen wird, dass die anfängliche Sauerstoffkonzentration eines Substrats 14,5 × 1017 Atome/cm3 (ASTM' 79) ist und die Temperatur und die Zeit, die zum Bilden eines Oxidfilms erforderlich sind, 1000°C und 60 Minuten sind, dann beträgt die Tiefe, mit der die Sauerstoffkonzentration von 4 × 1017 Atomen/cm3 oder mehr realisiert wird, ungefähr 2,6 μm. Daher wird davon ausgegangen, dass die geschätzte Dicke des Bereichs, der als Pufferschicht dient, in der neueren Bildaufnahmevorrichtung ungefähr 3 μm ist. Da 6 μm oder mehr für den Bereich erforderlich ist, der als wirksame Schicht dient, wird davon ausgegangen, dass die minimale Dicke der ganzen Epitaxialschicht für die Bildaufnahmevorrichtung 9 μm ist.
  • Auf der Grundlage der obigen Beschreibung ist es wünschenswert, die Dicke der ganzen Epitaxialschicht auf 9 μm oder mehr und 20 μm oder weniger einzustellen. Die obere Grenze wird auf 20 μm eingestellt, da die Kosten den Nutzen sonst übersteigen können. Wenn die Epitaxiewachstumstechnik verbessert wird und eine Gegenmaßnahme zum Reduzieren der Kosten in der Zukunft gefunden wird, kann gesagt werden, dass eine größere Dicke für die Epitaxialschicht gut ist.
  • Bei dem Verfahren zum Herstellen eines Epitaxialwafers gemäß der vorliegenden Erfindung ist es im Fall des Silizium-Einkristalls mit darin dotiertem Kohlenstoff, der in herkömmlichen Beispielen als Maßnahme gegen weißen Kratzer verwendet wird, bevorzugt, dass die Kohlenstoffkonzentration 1,3 × 1016 bis 22 × 1016 Atome/cm3 (ASTM' 74) beträgt. Wenn die Kohlenstoffkonzentration 1,3 × 1016 Atome/cm3 oder mehr ist, kann die BDM-Verbesserungswirkung erhalten werden, und wenn die Kohlenstoffkonzentration 22 × 1016 Atome/cm3 oder weniger ist, erreicht die Kohlenstoffkonzentration nicht die Löslichkeitsgrenze von Kohlenstoff im Silizium-Einkristall, und der Einkristall kann leicht gebildet werden.
  • Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Sauerstoffkonzentration des kohlenstoffdotierten Silizium-Einkristalls auf 8 × 1017 bis 16 × 1017 Atome/cm3 (ASTM' 79) reguliert wird. Wenn die Sauerstoffkonzentration 8 × 1017 Atome/cm3 oder mehr ist, können die BMD ohne weiteres gebildet werden. Wenn weiter die Sauerstoffkonzentration 16 × 1017 Atome/cm3 oder weniger ist, sind sowohl die Zahl als auch die Größe der BMD ausgezeichnet, und die Getter-Fähigkeit kann verbessert werden.
  • Weiterhin wächst in dem Fall, in dem der Silizium-Einkristall keinen darin dotierten Kohlenstoff hat, wenn die Sauerstoffkonzentration 16 × 1017 Atome/cm3 (ASTM' 79) oder mehr ist, der BMD ausreichend. Daher ist es für eine Maßnahme gegen weiße Kratzer auf der Bildaufnahmevorrichtung auch wirksam, als Siliziumwafer einen Siliziumwafer zu verwenden, der darin keine Kohlenstoffdotierung aufweist und eine Sauerstoffkonzentration von 16 × 1017 Atomen/cm3 (ASTM' 79) oder mehr hat. Wenn darüber hinaus die Sauerstoffkonzentration 24 × 1017 Atome/cm3 (ASTM' 79) oder weniger ist, wird die Menge an ausgefälltem Sauerstoff nicht übermäßig erhöht, und die Möglichkeit, dass ein anderes Problem, wie beispielswiese eine Auswölbung des Wafers auftritt, kann ausgeschaltet werden.
  • BEISPIELE
  • Obwohl die vorliegende Erfindung nachfolgend nun ausführlicher auf der Grundlage der Beispiele und der Vergleichsbeispiele beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt.
  • (Beispiel 1)
  • Ein Silizium-Einkristall mit einer Kohlenstoffkonzentration von 5,4 × 1016 Atomen/cm3 (ASTM' 74), einer Sauerstoffkonzentration von 14,2 × 1017 Atomen/cm3 (ASTM' 79) und einem Durchmesser von 300 mm wurde mittels eines MCZ-Verfahrens wachsen gelassen, bei dem es sich um das CZ-Verfahren mit einem damit verbundenen Magnetfeld handelt, und es wurde ein Wafer, der aus diesem Silizium-Einkristall herausgeschnitten wurde, poliert, um zu einem Siliziumwafer zu werden.
  • Eine Wärmebehandlung, die als die Sauerstoffdiffusion beeinflussend gilt, ist meist eine Gate-Oxidationswärmebehandlung, und es wurde speziell erwartet, dass sie in einer trockenen oxidierenden Atmosphäre bei 1000°C für 60 Minuten durchgeführt wurde. Die Dicke eines Bereichs, bei dem die Sauerstoffkonzentration in einer Epitaxialschicht nach der Herstellung einer Bildaufnahmevorrichtung 4 × 1017 Atome/cm3 (ASTM' 79) oder mehr wird, wird bezogen auf den obigen Ausdruck als 2,3 μm berechnet, wie in 2 gezeigt, und zwar auf der Basis der Sauerstoffkonzentration und den Wärmebehandlungsbedingungen. Unter der Annahme, dass die Tiefe eines eine Fotodiode bildenden Bereichs 6 μm ist, beträgt die Dicke, die zum Vermeiden eines Einflusses des Siliziumwafers erforderlich ist, 8,3 μm. Es ist zu beachten, dass der Diffusionskoeffizient D(T) von Sauerstoff auf der Grundlage von D(T) = DOexp(–EO/kT), DO = 0,13 (cm2/s), EO = 2,53 (eV) berechnet wurde, die Sauerstofflöslichkeit von Feststoffen [Oi]sol(T) ist [Oi]sol(T) = [Oi]Oexp(–EOi/kT), [Oi]O = 9,00 × 1022 (Atome/cm3) und EOi = 1,52 (eV).
  • Daher wurde eine Epitaxialschicht, die 9 μm dicker als 8,3 μm war, die durch die Probeberechnung erhalten wurde, auf dem Siliziumwafer wachsen gelassen und dann einem Bildaufnahmevorrichtungsverfahren unterworfen. Als Epitaxialschicht wurde eine P-dotierte Schicht vom n-Typ ausgebildet. Darüber hinaus wurde als Entwurf des Bildaufnahmevorrichtungsverfahrens eine Vertiefung vom P-Typ in einer Epitaxialschicht vom n-Typ ausgebildet, und der Gate-Oxidfilm wurde auf einer Epitaxialschicht vom n-Typ gebildet, und die Verunreinigungen vom n-Typ und p-Typ wurden selektiv in diese Vertiefung ionenimplantiert, wodurch ein Transferabschnitt und eine Fotodiode gebildet wurden. Eine Polysiliziumelektrode wurde darauf ausgebildet, und ein Lichtschutzfilm wurde auf jedem Abschnitt außer einem lichtaufnehmenden Abschnitt gebildet, wodurch eine Bildaufnahmevorrichtung ausgebildet wurde.
  • Im Ergebnis wurde im Beispiel 1 keine Streifen-Dunkelstromabnormalität beobachtet. Darüber hinaus wurden BMD, die 1 × 109/cm3 oder mehr entsprachen, die zum Unterdrücken von weißen Kratzern für ausreichend gehalten wurden, vom Siliziumwafer durch ein Lichtstreuverfahren ermittelt. Daher kann gelten, dass das Ergebnis geeignet ist, bei dem die Dicke der Epitaxialschicht, die durch die Probeberechnung erhalten wird, 8,3 μm oder mehr sein muss.
  • (Vergleichsbeispiel)
  • Dann wurde ein Siliziumwafer verwendet, der aus demselben Silizium-Einkristall (Kohlenstoffkonzentration von 5,4 × 1016 Atomen/cm3 (ASTM' 74), Sauerstoffkonzentration von 14,2 × 1017 Atomen/cm3 (ASTM' 79)) herausgeschnitten wurde, und es wurde ein Epitaxialwafer hergestellt, der völlig gleich wie im Beispiel 1 war, mit der Ausnahme, dass die Dicke der Epitaxialschicht 6 μm dünner als 8,3 μm war, die durch die zuvor beschriebene Probeberechnung erhalten wurden. Dieser Wafer wurde demselben Bildaufnahmevorrichtungsverfahren wie im Beispiel 1 unterworfen.
  • Im Ergebnis wurde eine Streifen-Dunkelstromabnormalität, die im Beispiel 1 nicht beobachtet wurde, bei einer hergestellten Bildaufnahmevorrichtung ermittelt. Demgegenüber wurden BMD, die 1 × 109/cm3 oder mehr entsprachen, die zum Unterdrücken von weißen Kratzern als ausreichend gelten, vom Siliziumwafer durch ein Lichtstreuverfahren ermittelt. Die BMD wurden in einer Waferoberfläche mittels Röntgenstrahlentopographie und einem Lichtstreuverfahren beobachtet, ein konzentrisches kreisförmiges Streifenmuster (entsprechend einer Linie) wurde als Abstufung einer gebeugten Intensität im Röntgenstrahl oder einer Größe oder Kleinheit der BMD-Dichte im Lichtstreuverfahren beobachtet. Wenn die Linienverteilung und ein Streifen-Dunkelstrom-Fehlermuster miteinander verglichen wurden, zeigte sich, dass sie sehr ähnlich waren. Daher kann davon ausgegangen werden, dass durch einen Streifen ein Versagen hervorgerufen wurde.
  • Auf der Grundlage der Probeberechnung im Beispiel 1 gilt, dass die Dicke, die notwendig ist, um die Beeinflussung vom Siliziumwafer zu vermeiden, 8,3 μm beträgt. Daher kann gelten, dass ein Problem bei einer Dicke der Epitaxialschicht von 6 μm auftrat.
  • Darüber hinaus wurde eine Wärmesimulation, die das Bildaufnahmevorrichtung-Herstellungsverfahren simulierte, in Bezug auf alle Epitaxialwafer durchgeführt, die im Vergleichsbeispiel und im Beispiel 1 verwendet wurden. In jedem dieser Wafer wurde eine Verteilung der Sauerstoffkonzentration in der Tiefenrichtung von der Oberfläche mittels eines SIMS (Secondary Ion-microprobe Mass Spectrometer) gemessen. Im Ergebnis erhöhte sich die Sauerstoffkonzentration allmählich von der Oberfläche zur Innenseite des Wafers, der im Vergleichsbeispiel verwendet wurde, und die Sauerstoffkonzentration erreichte 4 × 1017 Atome/cm3 (ASTM' 79) an einem Punkt, der 3,7 μm (2,3 μm von einer Grenzfläche zwischen dem Siliziumwafer und der Epitaxialschicht) von der Oberfläche entfernt war. Demgegenüber wurde im Fall des im Beispiel 1 verwendeten Wafers die Sauerstoffkonzentration gleichermaßen allmählich von der Oberfläche zur Innenseite erhöht, wie in 2 gezeigt, und die Sauerstoffoxidation erreichte 4 × 1017 Atome/cm3 (ASTM' 79) bei einer Tiefe von ungefähr 6,5 μm (2,5 μm von der Grenzfläche zwischen dem Siliziumwafer und der Epitaxialschicht).
  • Es wurde daher bestätigt, dass die als wirksame Schicht erforderliche Tiefe ungefähr 6 μm betrug, die ausreichende Pufferschicht vorgesehen werden sollte und die Sauerstoffkonzentration 4 × 1017 Atome/cm3 (ASTM' 79) oder weniger sein muss, um als wirksame Schicht zu fungieren.
  • (Beispiel 2)
  • Anders als bei den im Vergleichsbeispiel und im Beispiel 1 verwendeten Siliziumwafern wurde ein Siliziumwafer aus einem Silizium-Einkristall gebildet, der keinen darin dotierten Kohlenstoff aufwies und mit einer erhöhten Sauerstoffkonzentration von 17 × 1017 Atomen/cm3 (ASTM' 79) wachsen gelassen wurde. Dieser Siliziumwafer mit unterschiedlicher Sauerstoffkonzentration wurde verwendet, eine Wärmesimulation, die das Bildaufnahmevorrichtung-Herstellungsverfahren simulierte, wurde durchgeführt, dann wurde die Sauerstoffkonzentrationsverteilung gemessen und ein Experiment durchgeführt, um zu bestätigen, ob eine ausreichende Dicke einer wirksamen Schicht erhalten werden konnte. Dabei wurde von einer Änderung der Bedingungen des Bildaufnahmevorrichtung-Herstellungsverfahrens ausgegangen, und die Oxidfilmbildungswärmebehandlung in der im Beispiel 1 verwendeten Wärmesimulation wurde auf 1000°C und eine Halbzeit von 30 Minuten eingestellt.
  • Die Sauerstoffkonzentration in der Epitaxialschicht, die aus der Sauerstoffkonzentration und den Wärmebehandlungsbedingungen berechnet wurde, beruhte, wie in 3 gezeigt, auf dem zuvor beschriebenen Ausdruck, und die Dicke, die die Sauerstoffkonzentration von 4 × 1017 Atomen/cm3 (ASTM' 79) erfüllt, wurde als 1,9 μm veranschlagt. Daher wurde eine Epitaxialschicht mit einer Dicke von 8 μm, die erwartungsgemäß 6 μm oder mehr für eine wirksame Schicht sicherstellt, auf einem Siliziumwafer mit hoher Sauerstoffkonzentration wachsen gelassen, der keiner Kohlenstoffdotierung unterworfen wurde. Dann wurde eine Bauteilsimulationswärmebehandlung durchgeführt, bei der es sich um eine einen Oxidfilm bildende Wärmebehandlung handelt, die bei 1000°C für 30 Minuten durchgeführt wurde.
  • Die Verteilung der Sauerstoffkonzentration im Wafer wurde in der Tiefenrichtung von der Oberfläche aus mittels SIMS (Secondary Ion-microprobe Mass Spectrometer) gemessen. Die Sauerstoffkonzentration wurde allmählich von der Oberfläche zur Innenseite erhöht, und die Sauerstoffkonzentration erreichte 4 × 1017 Atome/cm3 an einem Punkt, der 6,2 μm (1,8 μm von der Grenzfläche zwischen dem Siliziumwafer und der Epitaxialschicht) von der Oberfläche entfernt war. Das bedeutet, dass die Dicke von 6 μm der wirksamen Schicht, die zur Bildung einer Fotodiode erforderlich war, erfolgreich sichergestellt wurde, wie in einer Berechnung veranschlagt. Darüber hinaus wurden BMD entsprechend 1 × 109/cm3 oder mehr ermittelt, die als ausreichend zum Unterdrücken von weißen Kratzern galten.
  • Wenn, wie zuvor beschrieben, die Wärmebehandlungsbedingungen im Bildaufnahmevorrichtung-Herstellungsverfahren und die Sauerstoffkonzentration des Siliziumwafers vorher bekannt sind, kann die Dicke der Epitaxialschicht zum Sicherstellen der Dicke des wirksamen Schicht vorher veranschlagt werden, und die Epitaxialschicht kann mittels des Herstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wachsen gelassen werden, und der Epitaxialwafer, bei dem eine nachteilige Wirkung durch eine Verunreinigung, wie beispielsweise Sauerstoff, im Siliziumwafer nicht auf die einen Abschnitt der Epitaxialschicht bildenden Bildaufnahmevorrichtung übertragen wird, kann hergestellt werden, und das Fehlerverhältnis kann reduziert werden.
  • Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt ist. Die vorstehende Ausführungsform ist nur ein veranschaulichendes Beispiel, und jedes Beispiel, das weitgehend denselben Aufbau hat und dieselben Funktionen und Wirkungen wie das in den Ansprüchen gemäß der vorliegenden Erfindung beschriebene technischen Konzept aufweist, ist vom technischen Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Epitaxialwafers zur Herstellung einer Bildaufnahmevorrichtung durch Wachsenlassen eines Silizium-Einkristalls auf der Grundlage eines CZ-Verfahrens, Herstellen eines Siliziumwafers aus dem Silizium-Einkristall und Wachsenlassen einer Epitaxialschicht auf dem Siliziumwafer, wobei vor dem Wachsenlassen der Epitaxialschicht die Dicke X eines Bereichs berechnet wird, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Epitaxialschicht 4 × 1017 Atome/cm3 oder mehr nach dem Herstellen der Bildaufnahmevorrichtung unter Diffusion von Sauerstoff aus dem Siliziumwafer in die Epitaxialschicht während der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung wird, und beim Wachsenlassen der Epitaxialschicht die Epitaxialschicht mit einer solchen Dicke wachsen gelassen wird, dass die Dicke eines Bereichs, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Epitaxialschicht weniger als 4 × 1017 Atome/cm3 nach dem Herstellen der Bildaufnahmevorrichtung ist, 6 μm oder mehr zuzüglich der Dicke X beträgt.
  2. Verfahren zum Herstellen eines Epitaxialwafers nach Anspruch 1, wobei vor dem Wachsenlassen der Epitaxialschicht die Dicke X auf der Grundlage der folgenden Formel berechnet wird 4 × 1017 = ([Oi]ini + [O1]sol(T))/2 – ([Oi]ini – [Oi]sol(T))/2 × erf[X/{2√(D(T)t)}] und worin [Oi]ini die anfängliche Sauerstoffkonzentration im Siliziumwafer ist, T eine Temperatur im thermischen Verfahren mit der höchsten Temperatur während der Herstellung der Bildaufnahmevorrichtung ist, [Oi]sol(T) die Sauerstofflöslichkeit von festen Stoffen bei der Temperatur T ist, D(T) einen Diffusionskoeffizient des Sauerstoffs bei der Temperatur T darstellt, t die Prozesszeit des thermischen Verfahrens bei der Temperatur T repräsentiert und erf eine Fehlerfunktion ist.
  3. Verfahren zum Herstellen eines Epitaxialwafers nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei beim Wachsenlassen der Epitaxialschicht eine mehrlagige Epitaxialschicht als Epitaxialschicht wachsen gelassen wird.
  4. Verfahren zum Herstellen eines Epitaxialwafers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei beim Wachsenlassen der Epitaxialschicht die Epitaxialschicht mit einer solchen Dicke wachsen gelassen wird, dass die Dicke eines Bereichs, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Epitaxialschicht weniger als 4 × 1017 Atome/cm3 nach dem Herstellen der Bildaufnahmevorrichtung ist, 6 μm oder mehr zuzüglich der Dicke X ist, d. h. die Epitaxialschicht mit einer Dicke von 9 μm oder mehr und 20 μm oder weniger der gesamten Epitaxialschicht wachsen gelassen wird.
  5. Verfahren zum Herstellen eines Epitaxialwafers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei beim Wachsenlassen des Silizium-Einkristalls der Silizium-Einkristall wachsen gelassen wird, indem Kohlenstoff derart dotiert wird, dass die Kohlenstoffkonzentration 1,3 × 1016 bis 22 × 1016 Atome/cm3 (ASTM' 74) wird und die Sauerstoffkonzentration auf 8 × 1017 bis 16 × 1017 Atome/cm3 (ASTM' 79) geregelt wird.
  6. Verfahren zum Herstellen eines Epitaxialwafers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei beim Wachsenlassen des Silizium-Einkristalls der Silizium-Einkristall wachsen gelassen wird, indem die Sauerstoffkonzentration so geregelt wird, dass sie 16 × 1017 bis 24 × 1017 Atome/cm3 (ASTM' 79) ohne Kohlenstoffdotierung wird.
  7. Epitaxialwafer zum Herstellen einer Bildaufnahmevorrichtung, umfassend eine Epitaxialschicht, die auf einem Siliziumwafer wachsen gelassen wird, der von einem mittels des CZ-Verfahrens wachsen gelassenen Silizium-Einkristall hergestellt wird, wobei ein Bereich, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Epitaxialschicht 4 × 1017 Atome/cm3 oder mehr nach dem Herstellen der Bildaufnahmevorrichtung ist, und ein Bereich, bei dem die Sauerstoffkonzentration in der Epitaxialschicht weniger als 4 × 1017 Atome/cm3 nach dem Herstellen der Bildaufnahmevorrichtung ist, in der Epitaxialschicht durch Diffundieren von Sauerstoff aus dem Siliziumwafer in die Epitaxialschicht während des Herstellens der Bildaufnahmevorrichtung gebildet werden, und die Dicke des Bereichs, bei dem die Sauerstoffkonzentration weniger als 4 × 1017 Atome/cm3 beträgt, 6 μm oder mehr ist.
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