DE112017004171T5 - Verfahren zum herstellen eines siliziumepitaxialwafers, siliziumepitaxialwafer und verfahren zum herstellen eines festkörperbilderfassungsbauelements - Google Patents

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Abstract

Bereitgestellt sind ein Siliziumepitaxialwafer, der eine Metallkontaminierung durch Ausüben einer höheren Getter-Fähigkeit reduzieren kann, und ein Verfahren zum Herstellen desselben. Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Siliziumepitaxialwafers (100), der einen Siliziumwafer (10), eine erste epitaktische Siliziumschicht (12), die auf dem Siliziumwafer (10) gebildet ist, eine erste Modifikationsschicht (14), in der Kohlenstoff in einem Oberflächenschichtteil der ersten epitaktischen Siliziumschicht (12) implantiert ist, und eine zweite epitaktische Siliziumschicht (16) auf der ersten Modifikationsschicht (14) beinhaltet, wird die Spitzenkonzentration des Sauerstoffprofils in der ersten Modifikationsschicht (14) nach Bildung der zweiten epitaktischen Schicht (16) auf 2 × 1017 Atome/cm3 oder weniger eingestellt und wird die Sauerstoffkonzentration der zweiten epitaktischen Siliziumschicht (16) auf gleich oder kleiner als der untere SIMS-Detektionsgrenzwert eingestellt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumepitaxialwafers, einen Siliziumepitaxialwafer und ein Verfahren zum Herstellen eines Festkörperbilderfassungsbauelements, insbesondere ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumepitaxialwafers, der eine höhere Getter-Fähigkeit ausübt.
  • HINTERGRUND
  • Metallkontaminierung ist einer der Faktoren, die die Charakteristiken eines Halbleiterbauelements verschlechtern. Zum Beispiel verursachen für ein rückwärtig belichtetes Festkörperbilderfassungsbauelement Metalle, die in einen Halbleiterepitaxialwafer gemischt werden, um ein Substrat für die Vorrichtung zu sein, einen erhöhten Dunkelstrom in dem Festkörperbilderfassungsbauelement, was zu der Bildung von Fehlern führt, die als Weißpunktfehler (White Spot Defects) bezeichnet werden. In den letzten Jahren wurden rückwärtig belichtete Festkörperbilderfassungsbauelemente weithin in digitalen Videokameras und Mobiltelefonen, wie etwa Smartphones, verwendet, weil sie eine Verdrahtungsschicht und andere Schichten beinhalten, die bei einer Position unterhalb einer Sensoreinheit angeordnet sind, und daher Licht von der Außenseite direkt empfangen und schärfere Bilder oder Bewegungsbilder selbst in dunklen Szenen erfassen können. Es war daher ein Wunsch in der Technik, Weißpunktfehler so weit wie möglich zu reduzieren.
  • Eine Metallkontaminierung von Siliziumwafern tritt hauptsächlich in dem Prozess des Herstellens eines Siliziumepitaxialwafers und einem Prozess des Herstellens eines Festkörperbilderfassungsbauelements (Bauelementfertigungsprozess) auf. Metallkontaminierung, die während des ersteren Prozesses des Herstellens eines Siliziumepitaxialwafers auftritt, kann in Schwermetallteilchen von Komponenten eines Epitaxiewachstumofens oder Schwermetallteilchen, die durch Metallkorrosion von Rohrleitungsmaterialien des Ofens aufgrund von chlorbasiertem Gas, das in einem epitaktischen Wachstum in dem Ofen verwendet wird, begründet sein. In den letzten Jahren wurden solche Metallkontaminierungen zu einem gewissen Ausmaß reduziert, indem Komponenten von Epitaxiewachstumöfen mit stark korrosionsbeständigen Materialien ersetzt wurden, allerdings nicht zu einem ausreichenden Ausmaß. Andererseits würde in dem letzteren Prozess des Herstellens eines Festkörperbilderfassungsbauelements eine Schwermetallkontaminierung von Siliziumepitaxialwafern in Prozessschritten, wie etwa Ionenimplantation, Diffusion und Oxidierungsbehandlung, in dem Herstellungsprozess auftreten.
  • Metallkontaminierung von Siliziumepitaxialwafern wird allgemein vermieden, indem eine Getter-Schicht in dem Siliziumepitaxialwafer zum Einfangen von Metallen gebildet wird.
  • Eine der Techniken zum Bilden einer Getter-Schicht schließt ein Bestrahlen einer epitaktischen Siliziumschicht mit Cluster-Ionen ein. PTL 1 offenbart eine Technik zum Bilden eines Siliziumepitaxialwafers, die Folgendes beinhaltet: Bestrahlen eines Siliziumwafers, oder einer ersten epitaktischen Siliziumschicht, die auf dem Wafer gebildet ist, mit kohlenstoffhaltigen Cluster-Ionen, um eine Modifikationsschicht, in der Kohlenstoff fest gelöst ist, in einem Oberflächenschichtteil des Siliziumwafers oder der ersten epitaktischen Siliziumschicht zu bilden; und Bilden einer zweiten epitaktischen Siliziumschicht, die eine Bauelementschicht wird, auf der Modifikationsschicht. In dieser Technik fungiert die Modifikationsschicht als eine Getter-Schicht. PTL 1 gibt auch an, dass sich die Getter-Fähigkeit mit zunehmender Konzentration von Kohlenstoff in der Modifikationsschicht verbessert, wobei die Kohlenstoffspitzenkonzentration bevorzugt 1 × 1015 bis 1 × 1022 Atome/cm3 ist.
  • ENTGEGENHALTUNGSLISTE
  • Patentliteratur
  • [PTL 1] WO 2012/157162 A
  • KURZDARSTELLUNG
  • (Technisches Problem)
  • PTL 1 demonstriert, dass eine Modifikationsschicht, die durch Bestrahlung mit Cluster-Ionen gebildet wird, eine höhere Getter-Fähigkeit als ein ionenimplantiertes Gebiet aufzeigt, das durch Implantieren von Monomerionen (Einzelionen) erhalten wird. Um die Charakteristiken von Halbleiterbauelementen weiter zu verbessern, verbleibt jedoch ein Bedarf, einen Siliziumepitaxialwafer mit höherer Getter-Fähigkeit bereitzustellen.
  • In Anbetracht des vorhergehenden Problems ist ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, einen Siliziumepitaxialwafer, der zum Reduzieren einer Metallkontaminierung durch Ausüben einer höheren Getter-Fähigkeit in der Lage ist, und ein Verfahren zum Herstellen desselben bereitzustellen.
  • (Lösung des Problems)
  • Um die Getter-Fähigkeit zu erhöhen, ist es tatsächlich wirksam, die Spitzenkonzentration des Kohlenstoffkonzentrationsprofils in einer Modifikationsschicht zu erhöhen, die durch Implantieren von kohlenstoffhaltigen Ionen gebildet wird. Zu diesem Zeitpunkt nimmt auch die Menge an in der Modifikationsschicht eingefangenem Kohlenstoff zu, das gleiche gilt für die Spitzenkonzentration des Sauerstoffkonzentrationsprofils in der Modifikationsschicht. Es war unbekannt, wie das Konzentrationsprofil von in dieser Modifikationsschicht eingefangenem Sauerstoff die Getter-Fähigkeit beeinflusst.
  • Die Erfinder haben sich auf die Spitzenkonzentration des Sauerstoffkonzentrationsprofils in der Modifikationsschicht nach dem Bilden einer Bauelementschicht konzentriert und haben umfangreiche Untersuchungen hinsichtlich dieses Punktes durchgeführt. Infolgedessen haben sie herausgefunden, dass die Getter-Fähigkeit mit abnehmender Spitzenkonzentration des Sauerstoffkonzentrationsprofils in der Modifikationsschicht zunimmt. Die Erfinder haben auch entdeckt, dass es eine beachtliche Zunahme der Getter-Fähigkeit gibt, wenn die Spitzenkonzentration des Sauerstoffkonzentrationsprofils in der Modifikationsschicht auf 2 × 1017 Atome/cm3 oder weniger eingestellt wird und die Sauerstoffkonzentration der epitaktischen Siliziumschicht, die eine Bauelementschicht sein soll, auf 2 × 1016 Atome/cm3 oder weniger (nachfolgend als „unterer SIMS-Detektionsgrenzwert oder weniger“ bezeichnet) eingestellt wird.
  • Die vorliegende Offenbarung erfolgte basierend auf den oben beschriebenen Ergebnissen und der Kern davon ist wie folgt:
    1. (1) Ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumepitaxialwafers, das Folgendes umfasst:
      • einen ersten Schritt des Bildens einer ersten epitaktischen Siliziumschicht auf einem Siliziumwafer;
      • einen zweiten Schritt des Bestrahlens der ersten epitaktischen Siliziumschicht mit ersten Ionen, die Kohlenstoff enthalten, um eine erste Modifikationsschicht, in der der Kohlenstoff implantiert ist, in einem Oberflächenschichtteil der ersten epitaktischen Schicht zu Bilden; und
      • einen dritten Schritt des Bildens einer zweiten epitaktischen Siliziumschicht auf der ersten Modifikationsschicht,
      • wobei nach dem dritten Schritt ein Siliziumepitaxialwafer erhalten wird, wobei eine Spitzenkonzentration eines Sauerstoffkonzentrationsprofils in der ersten Modifikationsschicht 2 × 1017 Atome/cm3 oder weniger beträgt und eine Sauerstoffkonzentration der zweiten epitaktischen Siliziumschicht 2 × 1016 Atome/cm3 oder weniger beträgt.
    2. (2) Das Verfahren gemäß (1) oben, wobei die ersten Ionen Cluster-Ionen sind, die Kohlenstoff als ein Bestandselement enthalten.
    3. (3) Das Verfahren gemäß (1) oder (2) oben, wobei in dem ersten Schritt eine Dicke der ersten epitaktischen Siliziumschicht gemäß einer Sauerstoffkonzentration des Siliziumwafers bestimmt wird, so dass der Oberflächenschichtteil vor dem zweiten Schritt eine Sauerstoffkonzentration von 2 × 1016 Atome/cm3 oder weniger aufweist.
    4. (4) Das Verfahren gemäß (1) oder (2) oben, das ferner vor dem ersten Schritt Bestrahlen des Siliziumwafers mit zweiten Ionen, die Kohlenstoff enthalten, umfasst, um eine zweite Modifikationsschicht, in der Kohlenstoff implantiert ist, in einem Oberflächenschichtteil des Siliziumwafers zu bilden, so dass der Oberflächenschichtteil der ersten epitaktischen Siliziumschicht vor dem zweiten Schritt eine Sauerstoffkonzentration von 2 × 1016 Atome/cm3 oder weniger aufweist.
    5. (5) Das Verfahren gemäß (4) oben, wobei die zweiten Ionen Cluster-Ionen sind, die Kohlenstoff als ein Bestandteilelement enthalten.
    6. (6) Das Verfahren gemäß einem von (1) bis (5) oben, wobei die erste epitaktische Siliziumschicht eine Dotierstoffkonzentration aufweist, die gleich oder kleiner als eine Dotierstoffkonzentration der zweiten epitaktischen Siliziumschicht ist.
    7. (7) Das Verfahren gemäß (6) oben, wobei die erste epitaktische Siliziumschicht nicht mit einem Dotierstoff dotiert ist.
    8. (8) Ein Siliziumepitaxialwafer, der Folgendes umfasst:
      • einen Siliziumwafer;
      • eine erste epitaktische Siliziumschicht, die auf dem Siliziumwafer gebildet ist;
      • eine erste Modifikationsschicht, in der Kohlenstoff implantiert ist, wobei die erste Modifikationsschicht in einem Oberflächenschichtteil der ersten epitaktischen Siliziumschicht gebildet ist; und
      • eine zweite epitaktische Siliziumschicht, die auf der ersten Modifikationsschicht gebildet ist,
      • wobei eine Spitzenkonzentration eines Sauerstoffkonzentrationsprofils in der ersten Modifikationsschicht 2 × 1017 Atome/cm3 oder weniger beträgt und eine Sauerstoffkonzentration der zweiten epitaktischen Siliziumschicht 2 × 1016 Atome/cm3 oder weniger beträgt.
    9. (9) Der Siliziumepitaxialwafer gemäß (8) oben, wobei die erste epitaktische Siliziumschicht eine Dotierstoffkonzentration aufweist, die gleich oder kleiner als eine Dotierstoffkonzentration der zweiten epitaktischen Siliziumschicht ist.
    10. (10) Der Siliziumepitaxialwafer gemäß (9) oben, wobei die erste epitaktische Siliziumschicht nicht mit einem Dotierstoff dotiert ist.
    11. (11) Ein Verfahren zum Herstellen eines Festkörperbilderfassungsbauelements, das Folgendes umfasst:
      • Bilden eines Festkörperbilderfassungsbauelements in der zweiten epitaktischen Siliziumschicht des Siliziumepitaxialwafers, der durch das Verfahren gemäß einem von (1) bis (7) oben hergestellt ist, oder des Siliziumepitaxialwafers gemäß einem von (8) bis (10) oben.
  • (Vorteilhafter Effekt)
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, einen Siliziumepitaxialwafer, der zum Reduzieren einer Metallkontaminierung durch Ausüben einer höheren Getter-Fähigkeit in der Lage ist, und ein Verfahren zum Herstellen desselben bereitzustellen.
  • Figurenliste
  • In den begleitenden Zeichnungen gilt:
    • 1A bis 1E sind schematische Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumepitaxialwafers 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
    • 2A bis 2G sind schematische Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumepitaxialwafers 200 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
    • 3 ist ein Graph, der die Ergebnisse einer theoretischen Berechnung von Sauerstoffkonzentrationsprofilen nach dem Wachstum einer ersten epitaktischen Siliziumschicht 12 für verschiedene Sauerstoffkonzentrationsprofile eines Siliziumwafers zeigt;
    • 4A ist ein Graph, der Sauerstoffkonzentrationsprofile von Siliziumepitaxialwafern für das Erfindungsbeispiel und die Vergleichsbeispiele 1 bis 3 zeigt; und
    • 4B ist ein Graph, der Konzentrationen von in der ersten Modifikationsschicht eingefangenem Fe für das Erfindungsbeispiel und die Vergleichsbeispiele 1 bis 3 zeigt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. Im Prinzip sind gleiche Elemente durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet und ist eine redundante Beschreibung davon nicht bereitgestellt. In 1A bis 1E und 2A bis 2G sind im Gegensatz zu dem tatsächlichen Dickenverhältnis die erste und zweite epitaktische Siliziumschicht 12, 16 und die erste und zweite Modifikationsschicht 14, 22 mit Bezug auf einen Siliziumwafer 10 zur einfacheren Erklärung mit einer übertriebenen Dicke gezeigt.
  • (Verfahren zum Herstellen eines Siliziumepitaxialwafers)
  • 1A bis 1E zeigen eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Siliziumepitaxialwafers der vorliegenden Offenbarung und 2A bis 2G zeigen eine zweite Ausführungsform davon.
  • Zuerst wird unter Bezugnahme auf 1A bis 1E ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumepitaxialwafers 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Bei der folgenden Ausführungsform wird zuerst eine epitaktische Siliziumschicht 12 auf einem Siliziumwafer 10 gebildet (1A und 1B). Als Nächstes wird die erste epitaktische Siliziumschicht 12 mit Cluster-Ionen 18 (ersten Ionen) bestrahlt, die Kohlenstoff als ein Bestandselement enthalten, um eine erste Modifikationsschicht 14, in der der Kohlenstoff fest gelöst ist, in einem Oberflächenschichtteil der ersten epitaktischen Siliziumschicht 12 zu bilden (1C und 1D). Als Nächstes wird eine zweite epitaktische Siliziumschicht 16 auf der ersten Modifikationsschicht 14 (1E) gebildet. 1E ist eine schematische Querschnittsansicht eines Siliziumepitaxialwafers 100, der durch dieses Herstellungsverfahren erhalten wird.
  • Beispiele für den Siliziumwafer 10 beinhalten monokristalline Volumensiliziumwafer ohne epitaktische Siliziumschicht auf der Oberfläche. Monokristalline Volumensiliziumwafer sind allgemein für die Herstellung von rückwärtig belichteten Festkörperbilderfassungsbauelementen geeignet. Von dem Blickpunkt des Reduzierens der Diffusion von Sauerstoff in die erste und zweite epitaktische Siliziumschicht 12, 16 weist der Siliziumwafer 10 bevorzugt eine Sauerstoffkonzentration von 18 × 1017 Atome/cm3 oder weniger, bevorzugter 8 × 1017 Atome/cm3 oder weniger, auf. Jedoch weist der Siliziumwafer 10 von dem Blickpunkt des Reduzierens des Auftretens von Gleitung und Versetzung während des epitaktischen Wachstums bevorzugt eine Sauerstoffkonzentration von 2 × 1017 Atome/cm3 oder mehr auf. Ein Siliziumwafer, der ein Sauerstoffkonzentrationsprofil aufweist, das in den oben beschriebenen Bereich fällt, kann durch Inscheibenschneiden, unter Verwendung einer Drahtsäge oder eines anderen Werkzeugs, eines monokristallinen Siliziumingots vorbereitet werden, der durch das Czochralski-Verfahren (CZ-Verfahren) erhalten wird, das in der Technik üblicherweise verwendet wird. Bemerkenswerterweise ist es bei der vorliegenden Offenbarung möglich, die Sauerstoffkonzentration der Bauelementschicht auf die untere SIMS-Detektionsgrenze oder weniger durch das später beschriebene Verfahren zu reduzieren, ohne einen Siliziumwafer mit geringem Sauerstoff, der eine Sauerstoffkonzentration von 1 × 1017 Atome/cm3 oder weniger aufweist, verwenden zu müssen.
  • Kohlenstoff und/oder Stickstoff kann in den Siliziumwafer 10 dotiert werden, um eine höhere Getter-Fähigkeit zu erhalten. Ferner kann der Siliziumwafer 10 durch Dotieren mit einem beliebigen Dotierstoff zu einem n-Typ oder p-Typ gemacht werden.
  • Die erste und zweite epitaktische Siliziumschicht 12, 16 können durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD: Chemical Vapor Deposition) unter allgemeinen Bedingungen gebildet werden. Zum Beispiel kann ein Quellengas, wie etwa Dichlorsilan oder Trichlorsilan, unter Verwendung von Wasserstoff als ein Trägergas in eine Kammer zum epitaktischen Wachstum durch CVD bei etwa 1000 °C bis 1150 °C eingeführt werden. Die zweite epitaktische Siliziumschicht 16 wird zu einer Bauelementschicht zum Herstellen eines rückwärtig belichteten Festkörperbilderfassungsbauelements.
  • Die zweite epitaktische Siliziumschicht 16 kann durch Dotieren mit einem beliebigen Dotierstoff zu einem n-Typ oder p-Typ gemacht werden, wobei die Dotierstoffkonzentration bevorzugt 9 × 1013 Atome/cm3 bis 1 × 1015 Atome/cm3 beträgt. Es wird bevorzugt, dass die Dotierstoffkonzentration der ersten epitaktischen Siliziumschicht 12 gleich oder kleiner als die Dotierstoffkonzentration der zweiten epitaktischen Siliziumschicht 16 ist. Es ist bevorzugter, dass die erste epitaktische Siliziumschicht 12 eine epitaktische Siliziumschicht ist, die nicht mit einem Dotierstoff dotiert ist, weil es möglich ist, zu verhindern, dass die Getter-Stellen, die in der ersten Modifikationsschicht 14 gebildet sind, durch den Dotierstoff belegt werden, und daher eine höhere Getter-Fähigkeit erzielt werden kann.
  • Von dem Blickpunkt des Sicherstellens eines Gebiets zum Bilden eines rückwärtig belichteten Festkörpererfassungsbauelements wird es bevorzugt, dass die Dicke der zweiten epitaktischen Siliziumschicht 16 im Bereich von 2 µm bis 10 µm liegt. Einzelheiten der Dicke der ersten epitaktischen Siliziumschicht 12 sind später beschrieben.
  • Als Nächstes wird die erste Modifikationsschicht, die als eine Getter-Schicht in der vorliegenden Offenbarung fungiert, beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform, wie in 1C und 1D gezeigt, wird die erste Modifikationsschicht 14 durch Bestrahlen einer Oberfläche 12A der ersten epitaktischen Siliziumschicht mit kohlenstoffhaltigen Cluster-Ionen (ersten Ionen) gebildet, sodass Kohlenstoff fest in einem Oberflächenschichtteil der ersten epitaktischen Siliziumschicht 12 gelöst ist. Als eine andere Ausführungsform können die ersten anzuwendenden Ionen Monomerionen (Einzelionen) sein. Jedoch wird es von dem Blickpunkt des Erhaltens einer höheren Getter-Fähigkeit bevorzugt, Cluster-Ionen anzuwenden. Als ein Erzeuger für Monomerionen oder Cluster-Ionen kann ein beliebiger oder bekannter Erzeuger verwendet werden.
  • Wenn kohlenstoffhaltige Monomerionen als die ersten Ionen anzuwenden sind, werden die Monomerionen bei einer Tiefe innerhalb eines vorbestimmten Abstands von der Oberfläche der ersten epitaktischen Siliziumschicht implantiert. Die Tiefe einer Implantation hängt von dem Typ des Bestandselements der Monomerionen und der Beschleunigungsspannung der Monomerionen ab. In diesem Fall zeigt die erste epitaktische Siliziumschicht ein relativ breites Kohlenstoffkonzentrationsprofil in der Tiefenrichtung und weist das kohlenstoffimplantierte Gebiet (d. h. die erste Modifikationsschicht) eine Dicke von näherungsweise 0,5 µm bis 1 µm auf. Hier ist „der Oberflächenschichtteil der ersten epitaktischen Siliziumschicht“, der zu der ersten Modifikationsschicht wird, ein Gebiet näherungsweise 0,5 µm bis 1 µm von der Oberfläche der ersten epitaktischen Siliziumschicht entfernt, wenn Monomerionen angewandt werden.
  • Monomerionen können ein oder mehrere Male implantiert werden, um unterschiedliche Typen von Elementen zu implantieren. Insbesondere wird zusätzlich zu Kohlenstoff bevorzugt, ein oder mehrere Dotierstoffelemente anzuwenden, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Bor, Phosphor, Arsen und Antimon besteht. Weil unterschiedliche Elemente unterschiedliche Verunreinigungsmetalle effizient einfangen, ermöglicht eine Implantation von zwei oder mehr unterschiedlichen Elementen einschließlich Kohlenstoff, dass ein breiteres Spektrum an Verunreinigungsmetallen effizient eingefangen wird. Zum Beispiel kann Kohlenstoff Nickel effizient einfangen, wohingegen Bor Kupfer und Eisen effizient einfangen kann.
  • Die Beschleunigungsspannung von Monomerionen liegt allgemein im Bereich von 150 bis 2000 keV/Atom und kann innerhalb dieses Bereichs wie angemessen eingestellt werden. Die Dosis von Monomerionen ist auch nicht speziell beschränkt und kann zum Beispiel 1 × 1013 Atome/cm2 bis 1 × 1016 Atome/cm2 tragen.
  • Unter Bezugnahme auf 1C und 1D wird, wenn die kohlenstoffhaltigen Cluster-Ionen 18 als die ersten Ionen angewandt werden, die erste Modifikationsschicht 14, in der das Bestandselement der Cluster-Ionen 18 fest gelöst ist, in einem Oberflächenschichtteil der ersten epitaktischen Siliziumschicht 12 gebildet. In diesem Fall zeigt die erste epitaktische Siliziumschicht 12 ein scharfes Kohlenstoffkonzentrationsprofil in der Tiefenrichtung im Vergleich zu einem Fall, bei dem Monomerionen angewandt werden, und das Gebiet, wo Kohlenstoff existiert (d. h. die erste Modifikationsschicht 14), weist eine Dicke von näherungsweise 500 nm oder weniger (z. B. etwa 50 nm bis 400 nm) auf. Der Ausdruck „Cluster-Ionen“ bedeutet hier ein Cluster aus Atomen oder Molekülen, die ionisiert werden, indem ihnen eine positive oder negative elektrische Ladung gegeben wird. Ein Cluster verweist auf eine Population von mehreren (typischerweise 2 bis 2000) Atomen oder Molekülen, die aneinandergebunden sind. Hier ist „der Oberflächenschichtteil der ersten epitaktischen Siliziumschicht“, der zu der ersten Modifikationsschicht wird, ein Gebiet innerhalb von näherungsweise 500 nm von der Oberfläche der ersten epitaktischen Siliziumschicht, wenn Cluster-Ionen angewandt werden.
  • Die anzuwendenden Cluster-Ionen 18 enthalten Kohlenstoff als ein Bestandselement. Kohlenstoffatome bei Gitterstellen weisen im Vergleich zu Siliziumeinkristallen einen kleinen kovalenten Bindungsradius auf, sodass ein Kompressionsfeld in dem Siliziumkristallgitter erzeugt wird, was zu einer hohen Getter-Fähigkeit zum Anziehen von Verunreinigungen zwischen Gittern führt.
  • Es ist bevorzugter, dass die Cluster-Ionen 18 als Bestandselemente zwei oder mehr unterschiedliche Elemente einschließlich Kohlenstoff beinhalten. Insbesondere wird zusätzlich zu Kohlenstoff bevorzugt, ein oder mehrere Dotierstoffelemente anzuwenden, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Bor, Phosphor, Arsen und Antimon besteht. Weil unterschiedliche abzuscheidende Elemente unterschiedliche Verunreinigungsmetalle effizient einfangen, ermöglicht das feste Lösen von zwei oder mehr unterschiedlichen Elementen einschließlich Kohlenstoff, dass ein breiteres Spektrum an Metallkontaminierungen adressiert wird. Zum Beispiel kann Kohlenstoff Nickel effizient einfangen, wohingegen Bor Kupfer und Eisen effizient einfangen kann.
  • Zu ionisierende Verbindungen sind nicht speziell beschränkt. Beispiele für ionisierbare Kohlenstoffquellenverbindungen beinhalten Ethan, Methan, Propan, Benzyl (C7H7) und Kohlenstoffdioxid (CO2) und Beispiele für Borquellenverbindungen beinhalten Diboran und Decaboran (B10H14). Wenn zum Beispiel ein gemischtes Gas aus Benzyl und Decaboran als ein Materialgas verwendet wird, kann ein Wasserstoffverbindung-Cluster produziert werden, in dem Kohlenstoff, Bor und Wasserstoff zusammen angesammelt sind. Wenn alternativ dazu Cyclohexan (C6H12) als ein Materialgas verwendet wird, können Cluster-Ionen produziert werden, die aus Kohlenstoff und Wasserstoff gebildet sind. Insbesondere wird bevorzugt, als eine Kohlenstoffquellenverbindung ein Cluster CnHm (3 ≤ n ≤ 16, 3 ≤ m ≤ 10), das aus Pyren (C16H10), Dibenzyl (C14H14) oder dergleichen erzeugt wird, zu verwenden, weil ein Cluster-Ionenstrahl kleiner Größe einfach gesteuert werden kann.
  • Als Nächstes kann durch Steuern der Beschleunigungsspannung und der Cluster-Größe der Cluster-Ionen die Spitzenposition des Konzentrationsprofils des Bestandselements in der Tiefenrichtung der ersten Modifikationsschicht 14 gesteuert werden. Der Ausdruck „Cluster-Größe“ bedeutet hier die Anzahl an Atomen oder Molekülen, die einen Cluster darstellen.
  • Von dem Blickpunkt des Erhaltens einer höheren Getter-Fähigkeit wird bevorzugt, dass Cluster-Ionen so angewandt werden, dass die Spitze des Kohlenstoffkonzentrationsprofils in der ersten Modifikationsschicht 14 bei einer Tiefe innerhalb von 150 nm von der Oberfläche 12A der ersten epitaktischen Siliziumschicht liegt. Die Spitzenkonzentration des Kohlenstoffkonzentrationsprofils beträgt bevorzugt 3,8 × 1018 Atome/cm3 bis 1,2 × 1020 Atome/cm3.
  • Als eine Bedingung, die zum derartigen Einstellen der Spitzenposition, dass sie in den oben beschriebenen Tiefenbereich fällt, notwendig ist, wird die Beschleunigungsspannung der Cluster-Ionen auf mehr als 0 keV/Cluster und weniger als 100 keV/Cluster, bevorzugt auf 80 keV/Cluster, bevorzugter 60 keV/Cluster, eingestellt. Ferner wird die Cluster-Größe auf 2 bis 100 Atome oder Moleküle, bevorzugt 60 Atome oder Moleküle oder weniger, bevorzugter 50 Atome oder Moleküle oder weniger, eingestellt.
  • Die Dosis von Cluster-Ionen kann durch Steuern der Bestrahlungszeit angepasst werden. Insbesondere beträgt die Kohlenstoffdosis bevorzugt 2 × 1014 Atome/cm2 bis 1 × 1015 Atome/cm2. Eine Kohlenstoffdosis von 2 × 1014 Atome/cm2 oder mehr ermöglicht, dass Sauerstoff, der aus dem Siliziumwafer 10 zu der ersten epitaktischen Siliziumschicht 12 diffundiert, ausreichend eingefangen wird. Eine Kohlenstoffdosis von 1 × 1015 Atome/cm2 oder weniger kann eine Schaden an der Oberfläche 12A der ersten epitaktischen Siliziumschicht reduzieren.
  • Ein Schlüsselaspekt der vorliegenden Offenbarung ist, nach dem dritten Schritt (1E) einen Siliziumepitaxialwafer 100 zu erhalten, wobei die Spitzenkonzentration des Sauerstoffkonzentrationsprofils in der ersten Modifikationsschicht 14 2 × 1017 Atome/cm3 oder weniger beträgt und das Sauerstoffkonzentrationsprofil der zweiten epitaktischen Siliziumschicht 16 2 × 1016 Atome/cm3 oder weniger beträgt. Unten ist ihre technische Signifikanz besprochen. Der Ausdruck „Konzentrationsprofil“ bedeutet hier eine Konzentrationsverteilung in der Tiefenrichtung, wie durch Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS: Secondary Ion Mass Spectrometry) gemessen. Der Ausdruck „Sauerstoffkonzentration der zweiten epitaktischen Siliziumschicht“ bedeutet hier einen durchschnittlichen Wert des Sauerstoffkonzentrationsprofils über die zweite epitaktische Siliziumschicht in der Tiefenrichtung, wenn die Sauerstoffkonzentration in der zweiten epitaktischen Siliziumschicht durch SIMS gemessen wird.
  • Die Erfinder haben sich auf die Spitzenkonzentration des Sauerstoffkonzentrationsprofils in der ersten Modifikationsschicht konzentriert und haben umfangreiche Untersuchungen durchgeführt. Infolgedessen haben sie entdeckt, dass es eine bemerkenswerte Zunahme der Getter-Fähigkeit gibt, wenn die Spitzenkonzentration des Sauerstoffkonzentrationsprofils in der ersten Modifikationsschicht nach dem Bilden der zweiten epitaktischen Siliziumschicht auf 2 × 1017 Atome/cm3 oder weniger eingestellt wird und die Sauerstoffkonzentration der zweiten epitaktischen Siliziumschicht auf den unteren SIMS-Detektionsgrenzwert oder weniger reduziert wird. Das Folgende beschreibt einen möglichen Grund hierfür.
  • Die erste Modifikationsschicht beinhaltet Getter-Stellen, die durch Bestrahlung mit ersten Ionen gebildet werden. Falls die erste Modifikationsschicht eine hohe Sauerstoffkonzentration aufweist, werden die meisten der Getter-Stellen unerwünscht durch Sauerstoffatome belegt. Falls Sauerstoffatome die meisten der Getter-Stellen belegen, nimmt die Getter-Fähigkeit ab, weil die Getter-Stellen Metalle nicht vollständig einfangen können. Im Gegensatz dazu gibt es gemäß der vorliegenden Offenbarung eine signifikante Zunahme der Getter-Fähigkeit, weil die vorliegende Offenbarung es ermöglicht, die Anzahl an Sauerstoffatomen zu reduzieren, die die Getter-Stellen belegen, indem die Spitzenkonzentration des Sauerstoffkonzentrationsprofils in der ersten Modifikationsschicht auf 2 × 1017 Atome/cm3 oder weniger eingestellt wird. Dies reduziert auch die Diffusion von Sauerstoff aus dem Siliziumwafer 10 ausreichend, sodass die Sauerstoffkonzentration der zweiten epitaktischen Siliziumschicht ebenfalls auf die untere SIMS-Detektionsgrenze oder weniger reduziert werden kann.
  • Als ein Ergebnis weiterer Untersuchungen, die durch die Erfinder vorgenommen wurden, wurde herausgefunden, dass es wichtig ist, die Sauerstoffkonzentration in einem Oberflächenschichtteil der ersten epitaktischen Siliziumschicht, wenn kohlenstoffhaltige erste Ionen angewandt werden, gleich oder kleiner als der untere SIMS-Detektionsgrenzwert zu machen, um die Spitzenkonzentration des Sauerstoffkonzentrationsprofils in der ersten Modifikationsschicht auf 2 × 1017 Atome/cm3 oder weniger einzustellen und um die Sauerstoffkonzentration der zweiten epitaktischen Siliziumschicht (um eine Bauelementschicht zu sein) auf 2 × 1016 Atome/cm3 oder weniger (den unteren SIMS-Detektionsgrenzwert oder weniger) einzustellen.
  • Unter Bezugnahme auf 1A bis 1E und 3 beschreibt das Folgende ein Verfahren, um die Sauerstoffkonzentration in dem Oberflächenschichtteil der ersten epitaktischen Siliziumschicht 12 vor dem zweiten Schritt gleich oder kleiner als den unteren SIMS-Detektionsgrenzwert (2 × 1016 Atome/cm3) zu machen.
  • Unter Bezugnahme auf 1A und 1B wird bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Dicke der ersten epitaktischen Siliziumschicht 12 in dem ersten Schritt gemäß der Sauerstoffkonzentration des Siliziumwafers 10 bestimmt, sodass die Sauerstoffkonzentration in dem Oberflächenschichtteil der ersten epitaktischen Siliziumschicht 12 vor dem zweiten Schritt gleich oder kleiner als der untere SIMS-Detektionsgrenzwert ist. Unter Bezugnahme auf 3 beschreibt das Folgende ein Beispiel für ein Verfahren zum Bestimmen der Dicke der ersten epitaktischen Siliziumschicht 12.
  • Zuerst kann ein angemessener Sauerstoffdiffusionskoeffizient unter Berücksichtigung der epitaktischen Wachstumsbedingung eingestellt werden. Als Nächstes ist es basierend auf diesen Diffusionskoeffizienten von Sauerstoff, wie in 3 gezeigt, möglich, Sauerstoffkonzentrationsprofile nach dem Wachstum der ersten epitaktischen Siliziumschicht 12 für verschiedene Sauerstoffkonzentrationen des Siliziumwafers 10 durch theoretische Berechnung zu erhalten. Bei einem epitaktischen Wachstum kann die Dicke der zu bildenden epitaktischen Siliziumschicht 12 um näherungsweise 500 nm in dem Fall von Cluster-Ionen oder um näherungsweise 0,5 µm bis 1 µm in dem Fall von Monomerionen von den Tiefenpositionen (a, b, c, d) in 3 erhöht werden, wobei sich Kurven von Sauerstoffkonzentrationsprofilen mit der geraden Linie schneiden, die den unteren SIMS-Detektionsgrenzwert angibt. Dementsprechend kann gelernt werden, dass, je höher die Sauerstoffkonzentration in dem Siliziumwafer 10 ist, eine umso größere Dicke der ersten epitaktischen Siliziumschicht 12 benötigt wird, um die Sauerstoffkonzentration in dem Oberflächenschichtteil der ersten epitaktischen Siliziumschicht 12 gleich oder kleiner als den unteren IMS-Detektionsgrenzwert zu machen.
  • Als Nächstes beschreibt das Folgende unter Bezugnahme auf 2A bis 2G ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumepitaxialwafers 200 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die gleichen Elemente wie jene bei den ersten Ausführungsformen werden nicht beschrieben.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird zuerst der Siliziumwafer 10 mit Cluster-Ionen 20 (zweiten Ionen) bestrahlt, die Kohlenstoff als ein Bestandselement enthalten, um eine zweite Modifikationsschicht 22, in der Kohlenstoff fest gelöst ist, in einem Oberflächenschichtteil des Siliziumwafers 10 zu bilden (2A, 2B und 2C). Als Nächstes wird eine erste epitaktische Siliziumschicht 12 auf der zweiten Modifikationsschicht 22 (2D) gebildet. Als Nächstes wird die erste epitaktische Siliziumschicht 12 mit Cluster-Ionen 18 (ersten Ionen) bestrahlt, die Kohlenstoff als ein Bestandselement enthalten, um eine erste Modifikationsschicht 14, in der der Kohlenstoff fest gelöst ist, in einem Oberflächenschichtteil der ersten epitaktischen Siliziumschicht 12 zu bilden (2E und 2F). Als Nächstes wird eine zweite epitaktische Siliziumschicht 16 auf der ersten Modifikationsschicht 14 (2G) gebildet. 2G ist eine schematische Querschnittsansicht eines Siliziumepitaxialwafers 200, der durch dieses Herstellungsverfahren erhalten wird.
  • Von dem Blickpunkt des Verbesserns der Getter-Fähigkeit der zweiten Modifikationsschicht 22 wird es bevorzugt, als die zweiten Ionen Cluster-Ionen zu verwenden, die Kohlenstoff als ein Bestandselement enthalten. Bemerkenswert erweise können Bestrahlungsbedingungen für die zweiten Ionen die gleichen wie jene für die ersten Ionen sein. Bei der zweiten Ausführungsform ist die Dicke der ersten epitaktischen Siliziumschicht 12 nicht speziell beschränkt, aber beträgt bevorzugt 1 µm bis 10 µm.
  • Dementsprechend kann bei der zweiten Ausführungsform eine Diffusion von Sauerstoff, der in dem Siliziumwafer 10 vorhanden ist, in die erste epitaktische Siliziumschicht 12 reduziert werden, weil die zweite Modifikationsschicht 22, die in dem Oberflächenschichtteil des Siliziumwafers 10 gebildet ist, als eine Getter-Schicht zum Einfangen des Sauerstoffs fungiert, der aus dem Siliziumwafer 10 diffundiert. Infolgedessen ist es möglich, die Sauerstoffkonzentration in dem Oberflächenschichtteil der ersten epitaktischen Siliziumschicht 12 vor dem zweiten Schritt gleich oder kleiner als den unteren SIMS-Detektionsgrenzwert zu machen.
  • Ein Verfahren, um die Sauerstoffkonzentration in einem Oberflächenschichtteil der ersten epitaktischen Siliziumschicht 12 gleich oder kleiner als den unteren SIMS-Detektionsgrenzwert zu machen, wurde oben für die erste und zweite Ausführungsform beschrieben. Es wird jedoch angemerkt, dass ein beliebiges Verfahren verwendet werden kann, um die Sauerstoffkonzentration in dem Oberflächenschichtteil der ersten epitaktischen Siliziumschicht 12 gleich oder kleiner als den unteren SIMS-Detektionsgrenzwert zu machen. Zum Beispiel kann der Siliziumwafer vor dem ersten Schritt des Bildens der ersten epitaktischen Siliziumschicht einer Wärmebehandlung zum Herausdiffundieren von Sauerstoff unterzogen werden, um eine Schicht mit herausdiffundiertem Sauerstoff in einem Oberflächenschichtteil des Siliziumwafers zu bilden. Das Folgende beschreibt eine Wärmebehandlung zum Herausdiffundieren von Sauerstoff.
  • Indem eine Wärmebehandlung zum Herausdiffundieren von Sauerstoff durchgeführt wird, wird Sauerstoff, der in dem Oberflächenschichtteil des Siliziumwafers vorhanden ist, auswärts (d. h. zu der Außenseite des Siliziumwafers) diffundiert. Dies führt zu der Bildung einer Schicht mit herausdiffundiertem Sauerstoff, die eine geringere Sauerstoffkonzentration als der zentrale Teil der Siliziumschicht in dem Oberflächenschichtteil des Siliziumwafers aufweist. Eine beliebige Bedingung kann für die Wärmebehandlung zum Herausdiffundieren von Sauerstoff verwendet werden, solange die Sauerstoffkonzentration in dem Oberflächenschichtteil der ersten epitaktischen Siliziumschicht auf den unteren SIMS-Detektionsgrenzwert oder weniger reduziert werden kann. Speziell wird eine Wärmebehandlung zum Herausdiffundieren von Sauerstoff in dem Temperaturbereich von 1100°C bis 1250°C für 1 Stunde bis 5 Stunden durchgeführt. Die Wärmebehandlung zum Herausdiffundieren von Sauerstoff kann in einem beliebigen oder bekannten Wärmebehandlungsofen durchgeführt werden.
  • (Siliziumepitaxialwafer)
  • Unter Bezugnahme auf 1E und 2G beschreibt das Folgende Siliziumepitaxialwafer 100, 200, die durch die oben beschriebenen Herstellungsverfahren erhalten werden. Die Siliziumepitaxialwafer 100, 200 beinhalten jeweils einen Siliziumwafer 10, eine erste epitaktische Siliziumschicht 12, die auf dem Siliziumwafer 10 gebildet ist, eine erste Modifikationsschicht 14, in der Kohlenstoff in einem Oberflächenschichtteil der ersten epitaktischen Siliziumschicht 12 implantiert ist, und eine zweite epitaktische Siliziumschicht 16 auf der ersten Modifikationsschicht 14. Wie in 2G gezeigt, beinhaltet der Siliziumepitaxialwafer 200 ferner eine zweite Modifikationsschicht 22, in der Kohlenstoff in einem Oberflächenschichtteil des Siliziumwafers 10 implantiert ist. In jedem der Siliziumepitaxialwafer 100, 200 beträgt die Spitzenkonzentration des Sauerstoffkonzentrationsprofils in der ersten Modifikationsschicht 14 2 × 1017 Atome/cm3 oder weniger und beträgt die Sauerstoffkonzentration der zweiten epitaktischen Siliziumschicht 16 2 × 1016 Atome/cm3 oder weniger.
  • Die Sauerstoffkonzentration des Siliziumwafers 10 beträgt bevorzugt 2 × 1017 Atome/cm3 bis 18 × 1017 Atome/cm3. Die Spitzenkonzentration des Kohlenstoffkonzentrationsprofils in der ersten Modifikationsschicht 14 beträgt bevorzugt 3,8 × 1018 Atome/cm3 bis 1,2 × 1020 Atome/cm3. Die Dotierstoffkonzentration der ersten epitaktischen Schicht 12 ist bevorzugt gleich oder kleiner als die Dotierstoffkonzentration der zweiten epitaktischen Siliziumschicht 16 und die erste epitaktische Siliziumschicht 12 ist bevorzugt eine epitaktische Siliziumschicht, die nicht mit einem Dotierstoff dotiert ist. Die Gründe hierfür sind wie oben besprochen.
  • Dementsprechend ist es gemäß den Siliziumepitaxialwafern 100, 200 der vorliegenden Ausführungsformen möglich, eine Metallkontaminierung durch Ausüben einer hohen Getter-Fähigkeit zu reduzieren.
  • (Verfahren zum Herstellen eines
  • Festkörperbilderfassungsbauelements)
  • Ein Verfahren zum Herstellen eines Festkörperbilderfassungsbauelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schließt die Bildung eines Festkörperbilderfassungsbauelements in der zweiten epitaktischen Siliziumschicht 16 des Siliziumepitaxialwafers 100, 200, der durch das oben beschriebenen Verfahren hergestellt wird, oder des oben beschriebenen Siliziumepitaxialwafers 100 ein. Festkörperbilderfassungsbauelemente, die durch dieses Herstellungsverfahren erhalten werden, sind empfindlicher und produzieren weniger Weißpunktdefekte als herkömmliche.
  • Die vorliegende Offenbarung wurde basierend auf repräsentativen Ausführungsformen beschrieben, die nicht als den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung beschränkend ausgelegt werden sollten.
  • BEISPIELE
  • (Erfindungsbeispiel)
  • Ein Siliziumwafer (300 mm im Durchmesser und 725 µm dick) mit einer Sauerstoffkonzentration (ASTM F121-1979) von 14 × 1017 Atome/cm3 wurde aus einem monokristallinen CZ-Siliziumingot vorbereitet.
  • Als Nächstes wurde der Siliziumwafer in eine
  • Einzelwaferverarbeitungsepitaxiewachstumseinrichtung (Applied Materials, Inc.) transferiert und einer Wasserstofftemperung bei 1120 °C für 30 Sekunden in der Einrichtung unterzogen. Eine erste epitaktische Siliziumschicht mit einer Dicke von 8 µm wurde dann epitaktisch auf den Siliziumwafer durch CVD bei 1150 °C unter Verwendung von Wasserstoff als ein Trägergas und Trichlorsilan als ein Quellengas aufgewachsen. Die Sauerstoffkonzentration der ersten epitaktischen Siliziumschicht in einem Gebiet 500 nm von der Oberfläche war nicht größer als die untere SIMS-Detektionsgrenze (2.0 × 1016 Atome/cm3), wie durch SIMS gemessen. Bemerkenswerterweise wurde die erste epitaktische Siliziumschicht nicht mit einem Dotierstoff dotiert.
  • Als Nächstes wurden C3H5-Cluster-Ionen, die aus Cyclohexan unter Verwendung eines Cluster-Ionen-Generators (Nissin Ion Equipment Co., Ltd., Modell: CLARIS) erzeugt wurden, auf die Oberfläche der ersten epitaktischen Siliziumschicht bei einer Kohlenstoffdosis von 1,0 × 1015 Atome/cm2 bei einer Beschleunigungsspannung von 80 keV/Cluster angewandt, um einen Oberflächenschichtteil der ersten epitaktischen Siliziumschicht in eine erste Modifikationsschicht umzuwandeln.
  • Als Nächstes wurde eine zweite epitaktische Siliziumschicht (Dicke: 8 µm, Dotierstofftyp: Phosphor, Dotierstoffkonzentration 9 × 1013 Atome/cm3) auf der ersten Modifikationsschicht durch das gleiche Verfahren wie jenes gebildet, das für die Bildung der ersten epitaktischen Siliziumschicht verwendet wird.
  • Ein Kohlenstoffkonzentrationsprofil wurde durch SIMS gemessen. Die erste Modifikationsschicht konnte identifiziert werden, indem die Anwesenheit einer steilen Spitze in dem Bereich von 80 nm von der Oberfläche der ersten epitaktischen Siliziumschicht entfernt bestätigt wurde. Der Spitzenwert des Kohlenstoffkonzentrationsprofils in der ersten epitaktischen Siliziumschicht betrug 1 × 1020 Atome/cm3.
  • (Vergleichsbeispiel 1)
  • Ein Siliziumepitaxialwafer wurde durch das gleiche Herstellungsverfahren wie in dem Erfindungsbeispiel erhalten, mit der Ausnahme, dass die Oberfläche des Siliziumwafers mit Cluster-Ionen ohne Bilden der ersten epitaktischen Siliziumschicht bestrahlt wurde.
  • (Vergleichsbeispiel 2)
  • Ein Siliziumepitaxialwafer wurde durch das gleiche Herstellungsverfahren wie bei dem Erfindungsbeispiel erhalten, mit der Ausnahme, dass die Dicke der ersten epitaktischen Siliziumschicht auf 0,5 µm eingestellt wurde. Die Sauerstoffkonzentration der ersten epitaktischen Siliziumschicht in einem Gebiet 500 nm von der Oberfläche betrug vor der Bestrahlung mit Cluster-Ionen 7 × 1017 Atome/cm3), wie durch SIMS gemessen.
  • (Vergleichsbeispiel 3)
  • Ein Siliziumepitaxialwafer wurde durch das gleiche Herstellungsverfahren wie bei dem Erfindungsbeispiel erhalten, mit der Ausnahme, dass die Dicke der ersten epitaktischen Siliziumschicht auf 6,0 µm eingestellt wurde. Die Sauerstoffkonzentration der ersten epitaktischen Siliziumschicht in einem Gebiet 500 nm von der Oberfläche betrug vor der Bestrahlung mit Cluster-Ionen 3 × 1016 Atome/cm3), wie durch SIMS gemessen.
  • (Auswertungsverfahren)
  • Bei dem Erfindungsbeispiel und den Vergleichsbeispielen wurde die folgende Auswertung vorgenommen.
  • <Sauerstoffkonzentrationsverteilung, gemessen durch SIMS>
  • Bei dem Erfindungsbeispiel und den Vergleichsbeispielen wurde die Sauerstoffkonzentration nach Bildung der zweiten epitaktischen Siliziumschicht durch Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS) gemessen. Die Messergebnisse sind in 4A gezeigt.
  • <Auswertung der Getter-Fähigkeit>
  • Die Oberfläche der Siliziumepitaxialwaferproben, die in dem Erfindungsbeispiel und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 vorbereitet wurden, wurde absichtlich mit einer Fe-kontaminierten Flüssigkeit (1 × 1013 Atome/cm2) durch das Spin-Coat-Kontaminierungsverfahren kontaminiert und anschließend auf 1050 °C für 2 Stunden erwärmt. Die Fe-Konzentration wurde dann durch SIMS gemessen. Spitzenkonzentrationen von Konzentrationsprofilen von Fe, das in der ersten Modifikationsschicht eingefangen sind, sind für das Erfindungsbeispiel und die Vergleichsbeispiele in 4B gezeigt.
  • (Erklärung von Auswertungsergebnissen)
  • Zuerst war in den Vergleichsbeispielen 1 bis 3, wie in 4A gezeigt, die Spitzenkonzentration des Sauerstoffkonzentrationsprofils in der ersten Modifikationsschicht größer als 2 × 1017 Atome/cm3. Außerdem war die Sauerstoffkonzentration in der zweiten epitaktischen Siliziumschicht größer als 2 × 1016 Atome/cm3. Dementsprechend zeigten, wie in 4B gezeigt, die Vergleichsbeispiele 1 bis 3 alle eine geringe Getter-Fähigkeit. Im Gegensatz dazu war bei dem Erfindungsbeispiel, wie in 4A gezeigt, die Spitzenkonzentration des Sauerstoffkonzentrationsprofils in der ersten Modifikationsschicht nicht größer als 2 × 1017 Atome/cm3 und war die Sauerstoffkonzentration in der zweiten epitaktischen Siliziumschicht konstant nicht größer als der untere SIMS-Detektionsgrenzwert in der Tiefenrichtung. Zu diesem Zeitpunkt zeigte, wie in 4B gezeigt, die Getterfähigkeit eine signifikante Zunahme.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, einen Siliziumepitaxialwafer, der eine Metallkontaminierung durch Ausüben einer höheren Getter-Fähigkeit reduzieren kann, und ein Verfahren zum Herstellen desselben bereitzustellen.
  • Bezugszeichenliste
    • 100, 200
    Siliziumepitaxialwafer
    10
    Siliziumwafer
    10A
    Siliziumwaferoberfläche
    12
    Erste epitaktische Siliziumschicht
    12A
    Erste epitaktische Siliziumschichtoberfläche
    14
    Erste Modifikationsschicht
    16
    Zweite epitaktische Siliziumschicht
    18
    Kohlenstoffhaltige Cluster-Ionen (erste Ionen)
    20
    Kohlenstoffhaltige Cluster-Ionen (zweite Ionen)
    22
    Zweite Modifikationsschicht
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2012/157162 A [0006]

Claims (11)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Siliziumepitaxialwafers, das Folgendes umfasst: einen ersten Schritt des Bildens einer ersten epitaktischen Siliziumschicht auf einem Siliziumwafer; einen zweiten Schritt des Bestrahlens der ersten epitaktischen Siliziumschicht mit ersten Ionen, die Kohlenstoff enthalten, um eine erste Modifikationsschicht, in der der Kohlenstoff implantiert ist, in einem Oberflächenschichtteil der ersten epitaktischen Schicht zu bilden; und einen dritten Schritt des Bildens einer zweiten epitaktischen Siliziumschicht auf der ersten Modifikationsschicht, wobei nach dem dritten Schritt ein Siliziumepitaxialwafer erhalten wird, wobei eine Spitzenkonzentration eines Sauerstoffkonzentrationsprofils in der ersten Modifikationsschicht 2 × 1017 Atome/cm3 oder weniger beträgt und eine Sauerstoffkonzentration der zweiten epitaktischen Siliziumschicht 2 × 1016 Atome/cm3 oder weniger beträgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ersten Ionen Cluster-Ionen sind, die Kohlenstoff als ein Bestandselement enthalten.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem ersten Schritt eine Dicke der ersten epitaktischen Siliziumschicht gemäß einer Sauerstoffkonzentration des Siliziumwafers bestimmt wird, so dass der Oberflächenschichtteil vor dem zweiten Schritt eine Sauerstoffkonzentration von 2 × 1016 Atome/cm3 oder weniger aufweist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das ferner vor dem ersten Schritt Bestrahlen des Siliziumwafers mit zweiten Ionen, die Kohlenstoff enthalten, umfasst, um eine zweite Modifikationsschicht, in der Kohlenstoff implantiert ist, in einem Oberflächenschichtteil des Siliziumwafers zu bilden, so dass der Oberflächenschichtteil der ersten epitaktischen Siliziumschicht vor dem zweiten Schritt eine Sauerstoffkonzentration von 2 × 1016 Atome/cm3 oder weniger aufweist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die zweiten Ionen Cluster-Ionen sind, die Kohlenstoff als ein Bestandselement enthalten.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste epitaktische Siliziumschicht eine Dotierstoffkonzentration aufweist, die gleich oder kleiner als eine Dotierstoffkonzentration der zweiten epitaktischen Siliziumschicht ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die erste epitaktische Siliziumschicht nicht mit einem Dotierstoff dotiert ist.
  8. Siliziumepitaxialwafer, der Folgendes umfasst: einen Siliziumwafer; eine erste epitaktische Siliziumschicht, die auf dem Siliziumwafer gebildet ist; eine erste Modifikationsschicht, in der Kohlenstoff implantiert ist, wobei die erste Modifikationsschicht in einem Oberflächenschichtteil der ersten epitaktischen Siliziumschicht gebildet ist; und eine zweite epitaktische Siliziumschicht, die auf der ersten Modifikationsschicht gebildet ist, wobei eine Spitzenkonzentration eines Sauerstoffkonzentrationsprofils in der ersten Modifikationsschicht 2 × 1017 Atome/cm3 oder weniger beträgt und eine Sauerstoffkonzentration der zweiten epitaktischen Siliziumschicht 2 × 1016 Atome/cm3 oder weniger beträgt.
  9. Siliziumepitaxialwafer nach Anspruch 8, wobei die erste epitaktische Siliziumschicht eine Dotierstoffkonzentration aufweist, die gleich oder kleiner als eine Dotierstoffkonzentration der zweiten epitaktischen Siliziumschicht ist.
  10. Siliziumepitaxialwafer nach Anspruch 9, wobei die erste epitaktische Siliziumschicht nicht mit einem Dotierstoff dotiert ist.
  11. Verfahren zum Herstellen eines Festkörperbilderfassungsbauelements, das Folgendes umfasst: Bilden eines Festkörperbilderfassungsbauelements in der zweiten epitaktischen Siliziumschicht des Siliziumepitaxialwafers, der durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist, oder des Siliziumepitaxialwafers nach einem der Ansprüche 8 bis 10.
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