DE112019001022T5 - Verfahren zur herstellung eines epitaktischen halbleiterwafers und verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines epitaktischen halbleiterwafers und verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements Download PDF

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Abstract

Bereit gestellt wird ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiterwafer, das es ermöglicht, einen epitaktischen Halbleiterwafer herzustellen, der eine ausreichende Passivierung in einer Epitaxieschicht mit Wasserstoff ermöglicht, selbst wenn der epitaktische Halbleiterwafer einem Niedertemperatur-Bauelementbildungsprozess unterzogen wird. Das Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiterwafers 100 umfasst: einen ersten Schritt des Bestrahlens einer Oberfläche 10A eines Halbleiterwafers 10 mit Cluster-Ionen 12, die Kohlenstoff, Phosphor und Wasserstoff als konstituierende Elemente enthalten, um eine modifizierte Schicht 14 zu bilden, die sich in einem Oberflächenschichtabschnitt des Halbleiterwafers befindet und die die konstituierenden Elemente der Cluster-Ionen als feste Lösung enthält; und einen zweiten Schritt des Bildens einer epitaktischen Schicht 18 auf der modifizierten Schicht 14 des Halbleiterwafers. Das Verhältnis y/x der Anzahl y der Phosphoratome in Bezug auf die Anzahl x der Kohlenstoffatome erfüllt 0,5 oder mehr und 2,0 oder weniger, wobei die Anzahl der Kohlenstoff-, Phosphor- und Wasserstoffatome in den Cluster-Ionen 12 durch CxPyHzausgedrückt wird (x, y und z sind ganze Zahlen, die jeweils gleich oder größer als 1 sind).

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiterwafers und ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements.
  • HINTERGRUND
  • Epitaktische Halbleiterwafer, bei denen eine Epitaxieschicht auf einem durch einen Siliciumwafer typisierten Halbleiterwafer gebildet wird, werden als Bauelementsubstrate zur Herstellung verschiedener Halbleiterbauelemente wie Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), dynamische Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAMs), Leistungstransistoren und hintergrundbeleuchtete Festkörper-Bildsensorbauelemente verwendet.
  • In den letzten Jahren können beispielsweise hintergrundbeleuchtete Festkörper-Bildsensorvorrichtungen direkt Licht von außen empfangen und selbst an dunklen Orten und Ähnlichem schärfere Bilder oder Filme aufnehmen, da eine Verdrahtungsschicht und Ähnliches auf einer niedrigeren Schicht angeordnet sind als eine Sensoreinheit. Dementsprechend finden hintergrundbeleuchtete Festkörper-Bildsensorvorrichtungen in digitalen Videokameras und Mobiltelefonen wie Smartphones breite Anwendung.
  • Da Halbleiterbauelemente in den letzten Jahren zunehmend miniaturisiert und mit höherer Leistung entwickelt werden, müssen epitaktische Halbleiterwafer, die als Bauelement-Substrate verwendet werden, eine höhere Qualität aufweisen, um die Bauelementeigenschaften zu verbessern.
  • In Anbetracht dessen schlug der Anmelder dieser Anmeldung ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiterwafers vor, das einen ersten Schritt der Bestrahlung der Oberfläche des Halbleiterwafers mit Cluster-Ionen, die Wasserstoff als konstituierendes Element enthalten, wie z.B. C3H5, und einen zweiten Schritt der Bildung einer epitaktischen Schicht auf der Oberfläche des Halbleiterwafers nach dem ersten Schritt umfasst, wobei im ersten Schritt ein Strahlstrom der Cluster-Ionen 16 50 µA oder mehr beträgt. Die in PTL 1 offenbarte Technik ist unten zusammengefasst.
  • Zunächst werden Wasserstoffionen in Form von Monomerionen in einen Halbleiterwafer implantiert, um einen mit Wasserstoffionen implantierten Bereich in einem Oberflächenschichtabschnitt des Halbleiterwafers zu bilden, und bei einem epitaktischen Halbleiterwafer, bei dem danach eine epitaktische Schicht auf dem Oberflächenschichtabschnitt gebildet wird, ist, wenn das Wasserstoffkonzentrationsprofil des Oberflächenschichtabschnitts in Tiefenrichtung durch Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS) gemessen wird, die Wasserstoffkonzentration nicht höher als die Nachweisgrenze und es wird kein Wasserstoffkonzentrationspeak beobachtet. Da Wasserstoff ein leichtes Element ist, wird Wasserstoff aufgrund der bei der Bildung der Epitaxieschicht entstehenden Wärme nach außen diffundiert, und es verbleibt nur wenig Wasserstoff im Halbleiterwafer.
  • Wenn in PTL 1 Wasserstoff in Form von Cluster-Ionen wie C3H5-Ionen implantiert wird und der Strahlstrom auf 50 µA oder mehr eingestellt wird, kann der Wasserstoff auch nach der Bildung der Epitaxieschicht in einer hohen Konzentration im Oberflächenschichtabschnitt des Halbleiterwafers verbleiben und ein epitaktischer Halbleiterwafer erzeugt werden, bei dem ein Peak des Wasserstoffprofils in Tiefenrichtung im Oberflächenschichtabschnitt liegt. Wasserstoff, der im Oberflächenschichtabschnitt des Halbleiterwafers (d.h. unmittelbar unter der Epitaxieschicht) verbleibt, wird durch Wärmebehandlung, die im Bauelementbildungsprozess zur Bildung eines Halbleiterbauelements in der Epitaxieschicht durchgeführt wird, in die Epitaxieschicht diffundiert und passiviert Defekte in der Epitaxieschicht. Dementsprechend wird, wenn der epitaktische Halbleiterwafer von PTL 1 in einem Bauelementbildungsprozess verwendet wird, die Kristallinität einer Epitaxieschicht erhöht, und es wird erwartet, dass die Bauelementeigenschaften verbessert werden.
  • ZITATLISTE
  • Patent-Literatur
  • PTL 1: WO 2016/031328 A
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • (Technisches Problem)
  • Wasserstoff, der im Oberflächenschichtabschnitt des Halbleiterwafers verbleibt, macht Grenzflächenzustandsdichtedefekte in der Epitaxieschicht während des Bauelementbildungsprozesses inaktiv, was zur Verbesserung der Bauelementeigenschaften beiträgt, zum Beispiel zur Verringerung des Leckstroms. Weitere Studien des Erfinders dieser Offenbarung ergaben jedoch, dass in PTL 1 Verbesserungsbedarf in Bezug auf die folgenden Punkte besteht: PTL 1 beschreibt, dass die Epitaxieschicht eine hohe Kristallinität aufweist, wenn der epitaktische Halbleiterwafer einer Wärmebehandlung unterzogen wird, die einen Hochtemperatur-Bauelementbildungsprozess simuliert, z.B. bei einer Temperatur von 1100 °C für 30 Minuten. Es wurde jedoch festgestellt, dass im Falle einer Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur von 700 °C oder weniger der im Oberflächenschichtabschnitt eingeschlossene Wasserstoff nicht ausreichend diffundiert oder der Epitaxieschicht zugeführt werden kann. In den letzten Jahren wurde die Temperatur bei den Bauelementbildungsprozessen zunehmend gesenkt, und es ist erwünscht, Defekte in der Epitaxieschicht zu passivieren, indem der im Oberflächenschichtabschnitt eingeschlossene Wasserstoff ausreichend in die Epitaxieschicht diffundiert wird, selbst wenn ein Bauelementbildungsprozess bei niedriger Temperatur durchgeführt wird.
  • Angesichts der oben genannten Herausforderungen könnte es hilfreich sein, ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiterwafers bereitzustellen, das es ermöglicht, einen epitaktischen Halbleiterwafer herzustellen, der eine ausreichende Passivierungswirkung von Wasserstoff in einer Epitaxieschicht ermöglicht, selbst wenn der epitaktische Halbleiterwafer einem Bauelementbildungsprozess bei niedriger Temperatur unterzogen wird; und ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements unter Verwendung des Verfahrens zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiterwafers bereit zu stellen.
  • (Lösung des Problems)
  • Der Erfinder führte sorgfältige Studien durch, um die oben genannten Herausforderungen anzugehen, und fand Folgendes heraus. Das heißt, wenn Cluster-Ionen verwendet werden, die Kohlenstoff, Phosphor und Wasserstoff als konstituierende Elemente enthalten und ein Verhältnis der Anzahl der Phosphoratome zur Anzahl der Kohlenstoffatome von 0,5 oder mehr und 2,0 oder weniger aufweisen, weist das Wasserstoffkonzentrationsprofil im Oberflächenschichtabschnitt des Halbleiterwafers in Tiefenrichtung nach der Bildung einer epitaktischen Schicht eine Form mit einem Peak auf, der mit Hilfe der Lorentz-Funktion in zwei Peaks aufgeteilt werden kann. Während Wasserstoff, der den ersten Peak näher an der Epitaxieschicht bildet, aufgrund der Hochtemperatur-Wärmebehandlung wie bei konventionellen Techniken diffundiert, diffundiert wenig Wasserstoff während der Niedertemperatur-Wärmebehandlung; es wurde jedoch festgestellt, dass Wasserstoff, der den zweiten Peak weiter von der Epitaxieschicht entfernt bildet, während der Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 700 °C, die niedriger als die Temperatur bei konventionellen Techniken ist, ausreichend diffundiert.
  • Diese auf der Grundlage der obigen Feststellungen abgeschlossene Offenbarung umfasst in erster Linie die folgenden Merkmale.
    • (1) Ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiterwafers, wobei das Verfahren umfasst:
      • einen ersten Schritt des Bestrahlens einer Oberfläche eines Halbleiterwafers mit Cluster-Ionen, die Kohlenstoff, Phosphor und Wasserstoff als konstituierende Elemente enthalten, um eine modifizierte Schicht zu bilden, die sich in einem Oberflächenschichtabschnitt des Halbleiterwafers befindet und die die konstituierenden Elemente der Cluster-Ionen als feste Lösung enthält; und
      • einen zweiten Schritt der Bildung einer Epitaxieschicht auf der modifizierten Schicht des Halbleiterwafers,
      • wobei ein Verhältnis y/x der Anzahl y der Phosphoratome in Bezug auf die Anzahl x der Kohlenstoffatome 0,5 oder mehr und 2,0 oder weniger erfüllt, wobei die Anzahl der Kohlenstoff-, Phosphor- und Wasserstoffatome in den Cluster-Ionen durch CxPyHz ausgedrückt wird, wobei x, y und z ganze Zahlen sind, die jeweils gleich oder größer als 1 sind.
    • (2) Das Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiterwafers gemäß (1) oben, wobei x 1 oder mehr und 3 oder weniger ist, y 1 oder mehr und 3 oder weniger ist und z 1 oder mehr und 12 oder weniger ist.
    • (3) Das Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiterwafers gemäß (1) oder (2) oben, wobei im ersten Schritt ein Strahlstrom der Cluster-Ionen 50 µA oder mehr und 5000 µA oder weniger beträgt.
    • (4) Das Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiterwafers gemäß einem von (1) bis (3) oben, wobei der Halbleiterwafer ein Siliciumwafer ist.
    • (5) Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, wobei das Verfahren das Bilden eines Halbleiterbauelements in der epitaktischen Schicht des durch das Herstellungsverfahren gemäß einem von (1) bis (4) oben hergestellten epitaktischen Halbleiterwafers umfasst.
  • (Vorteilhafte Wirkung)
  • Das Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiterwafers nach dieser Offenbarung kann einen epitaktischen Halbleiterwafer herstellen, der eine ausreichende Passivierungswirkung von Wasserstoff in einer Epitaxieschicht ermöglicht, selbst wenn der epitaktische Halbleiterwafer einem Niedertemperatur-Bauelementbildungsprozess unterzogen wird. Das Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements gemäß dieser Offenbarung ermöglicht einen ausreichenden Passivierungseffekt von Wasserstoff in einer Epitaxieschicht, selbst bei einem Niedertemperatur-Bauelementbildungsprozess.
  • Figurenliste
  • In den begleitenden Zeichnungen:
    • 1 zeigt Querschnittsansichten, die schematisch die Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiterwafers 100 nach einer Ausführungsform dieser Offenbarung veranschaulichen;
    • 2 ist ein Diagramm, das die Massenfragmente der Cluster-Ionen veranschaulicht, die aus Trimethylphosphin (C3H9P) als Ausgangsgas erhalten wurden;
    • 3A ist ein Diagramm, das das Wasserstoff-Konzentrationsprofil eines epitaktischen Siliciumwafers im Experimentalbeispiel 1 veranschaulicht, 3B ist ein Diagramm, das durch die Durchführung der Peaktrennung des Wasserstoff-Konzentrationsprofils in 3A erhalten wurde;
    • 4A ist ein Diagramm, das das Wasserstoff-Konzentrationsprofil eines epitaktischen Siliciumwafers veranschaulicht, der einer Wärmebehandlung bei 700 °C für 30 min in Experimentalbeispiel 1 unterzogen wurde, 4B ist ein Diagramm, das durch die Durchführung einer Peaktrennung des Wasserstoff-Konzentrationsprofils in 4A erhalten wurde;
    • 5A ist ein Diagramm, das die Verringerung der Peakkonzentration der ersten Peakkomponente von epitaktischen Siliciumwafern veranschaulicht, die einer Wärmebehandlung bei verschiedenen Temperaturen für verschiedene Zeiträume in Experimentalbeispiel 1 unterzogen wurden, und 5B ist ein Diagramm, das die Verringerung der Peakkonzentration der zweiten Peakkomponente von epitaktischen Siliciumwafern veranschaulicht, die einer Wärmebehandlung bei verschiedenen Temperaturen für verschiedene Zeiträume in Experimentalbeispiel 1 unterzogen wurden;
    • 6A ist ein Diagramm, das einen Arrhenius-Plot der ersten Peakkomponente in Experimentalbeispiel 1 illustriert, und 6B ist ein Diagramm, das einen Arrhenius-Plot der zweiten Peakkomponente in Experimentalbeispiel 1 illustriert; und
    • 7A ist eine TEM-Schnittaufnahme der Umgebung der Grenzfläche zwischen einem Siliciumwafer und einer Silicium-Epitaxieschicht eines epitaktischen Siliciumwafers in Nr. 1 (Beispiel) des Experimentalbeispiels 2, und 7B ist eine TEM-Schnittaufnahme der Umgebung der Grenzfläche zwischen einem Siliciumwafer und einer Silicium-Epitaxieschicht eines epitaktischen Siliciumwafers in Nr. 5 (Vergleichsbeispiel) des Experimentalbeispiels 2.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Ausführungsformen dieser Offenbarung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es ist zu beachten, dass in 1 die Dicken einer modifizierten Schicht 14 und einer Epitaxieschicht 18 im Vergleich zu einem Halbleiterwafer 10 aus Gründen der einfacheren Beschreibung übertrieben sind und somit das Verhältnis der Dicken vom tatsächlichen Verhältnis abweicht.
  • (Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiterwafers)
  • Wie in 1 dargestellt, umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiterwafers 100 gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung: einen ersten Schritt (Schritte A und B in 1) des Bestrahlens einer Oberfläche 10A eines Halbleiterwafers 10 mit Cluster-Ionen 12, die Kohlenstoff, Phosphor und Wasserstoff als konstituierende Elemente enthalten, um eine modifizierte Schicht 14 zu bilden, die sich in einem Oberflächenschichtabschnitt des Halbleiterwafers 10 befindet und die die konstituierenden Elemente der Cluster-Ionen 12 als feste Lösung enthält; und einen zweiten Schritt (Schritt C in 1) des Bildens einer Epitaxieschicht 18 auf der modifizierten Schicht 14 des Halbleiterwafers 10. Die Epitaxieschicht 18 bildet eine Bauelementschicht zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, wie z.B. einer hintergrundbeleuchteten Festkörper-Bildsensorvorrichtung.
  • [Erster Schritt]
  • Der Halbleiterwafer 10 ist z.B. ein massiver einkristalliner Wafer, der aus Silicium oder einem Verbindungshalbleiter (GaAs, GaN oder SiC) besteht und an der Oberfläche keine Epitaxieschicht aufweist. Wenn ein hintergrundbeleuchteter Festkörper-Bildsensor hergestellt wird, wird typischerweise ein massiver einkristalliner Siliciumwafer verwendet. Darüber hinaus kann der verwendete Halbleiterwafer 10 z.B. durch die Züchtung eines einkristallinen Silicium-Blocks nach dem Czochralski-Verfahren (CZ-Verfahren) oder dem Schmelzverfahren mit schwebender Zone (FZ-Verfahren) und Schneiden des Blocks mit einer Drahtsäge o.ä. hergestellt werden. Außerdem kann dem Halbleiterwafer 10 Kohlenstoff und/oder Stickstoff hinzugefügt werden, um eine höhere Getterfähigkeit zu erreichen. Darüber hinaus kann dem Halbleiterwafer 10 ein bestimmter Dotierstoff in einer vorgegebenen Konzentration hinzugefügt werden, um ein Substrat vom n+-Typ+, p+-Typ, n-Typ oder p-Typ zu erhalten.
  • Alternativ kann als Halbleiterwafer ein epitaktischer Wafer verwendet werden, bei dem eine Halbleiter-Epitaxieschicht auf der Oberfläche eines Massen-Halbleiterwafers gebildet ist. Zum Beispiel kann der Halbleiterwafer 10 ein epitaktischer Siliciumwafer sein, bei dem eine epitaktische Siliciumschicht auf der Oberfläche eines massiven einkristallinen Siliciumwafers gebildet ist. Die Silicium-Epitaxieschicht kann unter typischen Bedingungen durch CVD gebildet werden. Die Dicke der Epitaxieschicht liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 µm bis 20 µm, noch bevorzugter in einem Bereich von 0,2 µm bis 10 µm. In diesem Fall hat der Halbleiter-Epitaxiewafer 100 eine Vielzahl von Epitaxieschichten, einschließlich der Epitaxieschicht 18 und einer Epitaxieschicht eines Halbleiterwafers, der nicht abgebildet ist.
  • In einem ersten Schritt wird die Oberfläche 10A des Halbleiterwafers 10 mit Cluster-Ionen 12 bestrahlt, die Kohlenstoff, Phosphor und Wasserstoff als konstituierende Elemente enthalten. In dieser Beschreibung werden „Cluster-Ionen“ erhalten, indem gasförmige Moleküle mit Elektronen beschossen werden, um die Bindung der gasförmigen Moleküle durch Elektronenstoß-Ionisation zu dissoziieren, wodurch Aggregate von Atomen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Atomen gebildet werden; die Aggregate von Atomen ionisiert werden, indem eine Fragmentierung bewirkt wird; die Aggregate von Atomen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Atomen, die ionisiert wurden, einer Massentrennung unterzogen werden; und ionisierte Aggregate von Atomen mit einer bestimmten Massenzahl extrahiert werden. Insbesondere werden die Cluster-Ionen durch Ionisierung von Clustern erhalten, indem den durch die Aggregation einer Vielzahl von Atomen gebildeten Clustern positive Ladungen oder negative Ladungen verliehen werden, und solche Cluster-Ionen sind deutlich von monoatomaren Ionen wie Kohlenstoff-Ionen und monomolekularen Ionen wie Kohlenmonoxid-Ionen zu unterscheiden. Die Anzahl der Atome, aus denen die Cluster-Ionen bestehen, liegt normalerweise bei 5 bis 100. Als Cluster-Ionen-Implantationssystem, das eine solche Theorie verwendet, kann z.B. CLARIS (ein eingetragenes Warenzeichen in Japan, anderen Ländern oder beiden), hergestellt von Nissin Ion Equipment Co., Ltd., verwendet werden.
  • Wenn ein Siliciumwafer wie der Halbleiterwafer 10 mit Cluster-Ionen 12, die Kohlenstoff, Phosphor und Wasserstoff enthalten, bestrahlt wird, erhitzt die Bestrahlungsenergie das Silicium augenblicklich auf eine hohe Temperatur von etwa 1350 °C bis 1400 °C und das Silicium schmilzt somit. Anschließend wird das Silicium schnell abgekühlt, um in der Nähe der Oberfläche des Siliciumwafers eine feste Lösung aus Kohlenstoff, Phosphor und Wasserstoff zu bilden. Dementsprechend bedeutet die „modifizierte Schicht“ hier eine Schicht, in der die konstituierenden Elemente der zu schießenden Cluster-Ionen an Kristallzwischengitterpositionen oder Substitutionspositionen im Kristallgitter des Oberflächenschichtabschnitts des Halbleiterwafers eine feste Lösung bilden. Ferner wird in den Konzentrationsprofilen von Kohlenstoff, Phosphor und Wasserstoff in Tiefenrichtung des Halbleiterwafers die modifizierte Schicht als ein Bereich identifiziert, in dem mindestens eines der Elemente in einer höheren Konzentration als der Hintergrund nachgewiesen wird; in den meisten Fällen ist der Bereich ein Oberflächenschichtabschnitt von 500 nm oder weniger von der Oberfläche des Halbleiterwafers aus.
  • Obwohl die Einzelheiten auf der Grundlage experimenteller Ergebnisse in Beispiele beschrieben werden, ist es in dieser Ausführungsform wichtig, Cluster-Ionen zu verwenden, die ein Verhältnis y/x der Anzahl y der Phosphoratome zur Anzahl x der Kohlenstoffatome aufweisen, das 0,5 oder mehr und 2,0 oder weniger erfüllt, wenn die Anzahl der Kohlenstoff-, Phosphor- und Wasserstoffatome in den Cluster-Ionen 12 durch CxPyHz ausgedrückt wird (x, y und z sind ganze Zahlen, die jeweils gleich oder größer als 1 sind). Dies ermöglicht es, dass Wasserstoff auch nach dem nachstehend zu beschreibenden epitaktischen Wachstum (zweiter Schritt) ausreichend in der modifizierten Schicht 14 verbleibt und dass in der modifizierten Schicht 14 eingeschlossener Wasserstoff auch dann in die Epitaxieschicht 18 diffundiert werden kann, wenn eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, die einen Niedertemperatur-Bauelementbildungsprozess simuliert. Im Hinblick auf eine zuverlässigere Erzielung eines solchen Effekts sind die Cluster-Ionen 12 vorzugsweise Cluster-Ionen, die Kohlenstoff, Phosphor und Wasserstoff als konstituierende Elemente enthalten; d.h. Cluster-Ionen, deren Cluster-Größe durch CxPyHz ausgedrückt wird (x, y und z sind ganze Zahlen, die jeweils gleich oder größer als 1 sind), werden bevorzugt.
  • Der Erfinder glaubt, dass der Mechanismus, der eine solche Wirkung ermöglicht, folgender ist; diese Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
  • Erstens, wie auch oben im Abschnitt HINTERGRUND beschrieben, verschwindet, wenn Wasserstoffionen in Form von Monomerionen (monoatomaren Ionen) in den Halbleiterwafer implantiert werden, selbst wenn eine Peakkonzentration von etwa 1 × 1020 Atome/cm3 im Wasserstoffkonzentrationsprofil in Tiefenrichtung des Oberflächenschichtabschnitts im Halbleiterwafer unmittelbar nach der Implantation erreicht wird, der Peak im Wasserstoffkonzentrationsprofil nach dem epitaktischen Wachstum und die Wasserstoffkonzentration erreicht die Nachweisgrenze. Es ist zu beachten, dass die Nachweisgrenze der Wasserstoffkonzentration 7,0 × 1016 Atome/cm3 bei den derzeitigen Nachweisverfahren mit SIMS beträgt.
  • Im Gegensatz dazu kann bei dieser Ausführungsform durch Bestrahlung des Halbleiterwafers mit Wasserstoff in Form von Cluster-Ionen eine große Anzahl von Defekten (Schäden) im Oberflächenschichtabschnitt des Halbleiterwafers gebildet werden. Folglich diffundiert zwar ein Großteil des Wasserstoffs während der Wärmebehandlung beim epitaktischen Wachstum nach außen, aber der in den Defekten im Oberflächenschichtabschnitt eingeschlossene Wasserstoff bleibt auch nach dem epitaktischen Wachstum im Oberflächenschichtabschnitt. Wenn Wasserstoff in einem Ausmaß implantiert wird, das einer Peakkonzentration von etwa 1 × 1020 Atomen/cm3 unmittelbar nach der Bestrahlung mit den Cluster-Ionen entspricht, findet sich daher auch nach dem epitaktischen Wachstum im Wasserstoff-Konzentrationsprofil ein Peak mit einer Peakkonzentration in der Nähe von 1 × 1018 Atome/cm3. Der in der modifizierten Schicht verbleibende Wasserstoff diffundiert aufgrund der Wärmebehandlung im Bauelementbildungsprozess in die Epitaxieschicht und passiviert die Defekte in der Epitaxieschicht.
  • Weiterhin werden in dieser Ausführungsform im Falle einer Clustergröße von CxPyHz Cluster-Ionen mit einem Verhältnis y/x verwendet, das 0,5 oder mehr und 2,0 oder weniger erfüllt, so dass ein Passivierungseffekt von Wasserstoff in der Epitaxieschicht ausreichend erreicht werden kann, indem eine große Menge des in der modifizierten Schicht verbleibenden Wasserstoffs in die Epitaxieschicht diffundiert wird, selbst wenn die Wärmebehandlung bei einer niedrigen Temperatur im Bauelementbildungsprozess durchgeführt wird. Dies kann auf den folgenden Mechanismus zurückgeführt werden. Das heißt, wenn bestimmte Cluster-Ionen wie oben beschrieben verwendet werden, wird der in der modifizierten Schicht verbleibende Wasserstoff aufgeteilt in Wasserstoff, der in Form von C-H2-Bindungen in der modifizierten Schicht verbleibt, und Wasserstoff, der in Form von P-H-Bindungen in der modifizierten Schicht verbleibt. Da die Aktivierungsenergie der Dissoziation des erstgenannten Wasserstoffs von den C-H2-Bindungen hoch ist, wird der erstgenannte Wasserstoff von den C-H2-Bindungen dissoziiert und diffundiert im Falle eines Hochtemperatur-Bauelementbildungsprozesses in die Epitaxieschicht, während Wasserstoff im Falle eines Niedertemperatur-Bauelementbildungsprozesses nicht von den C-H2-Bindungen dissoziiert wird. Andererseits, da die Aktivierungsenergie der Dissoziation des letzteren Wasserstoffs von den P-H-Bindungen gering ist, wird der letztere Wasserstoff von den P-H-Bindungen dissoziiert und diffundiert in die Epitaxieschicht, selbst im Falle eines Niedertemperatur-Bauelementbildungsprozesses. Tatsächlich wurde, wie in den Beispielen (siehe 3B) beschrieben wird, in dieser Ausführungsform das Wasserstoff-Konzentrationsprofil nach dem epitaktischen Wachstum durch Peaktrennung unter Verwendung der Lorentz-Funktion erfolgreich in den ersten Peak von Wasserstoff in Form von C-H2-Bindungen und den zweiten Peak von Wasserstoff in Form von P-H-Bindungen getrennt. Als eine Wärmebehandlung bei 700 °C für 30 min durchgeführt wurde, die einen Niedertemperatur-Bauelementbildungsprozess simulierte, wurde die Peakkonzentration des ersten Peaks leicht reduziert, während die Peakkonzentration des zweiten Peaks stark reduziert wurde (siehe 4B).
  • Wenn Cluster-Ionen mit y/x von weniger als 0,5 verwendet werden, ist das Verhältnis von Phosphor zu Kohlenstoff zu niedrig, so dass Wasserstoff in Form von P-H-Bindungen kaum in der modifizierten Schicht verbleibt und somit die Konzentration des während des Niedertemperatur-Bauelementbildungsprozesses diffundierenden Wasserstoffs nicht ausreichend ist. Dementsprechend kann ein Passivierungseffekt des Wasserstoffs in der Epitaxieschicht bei der Herstellung von Bauelementen bei niedriger Temperatur nicht ausreichend erreicht werden. Außerdem ist bei Verwendung von Cluster-Ionen mit y/x über 2,0 das Verhältnis von Phosphor zu Kohlenstoff zu hoch, so dass Implantationsdefekte wie Versetzungsschleifen, die durch Phosphor verursacht werden, in der modifizierten Schicht gebildet werden. In diesem Fall wird Wasserstoff in den Implantationsdefekten eingeschlossen, und der eingeschlossene Wasserstoff diffundiert nicht während des Niedertemperatur-Bauelementbildungsprozesses. Infolgedessen kann eine Passivierungswirkung des Wasserstoffs in der Epitaxieschicht während des Niedertemperatur-Bauelementbildungsprozesses wiederum nicht ausreichend erreicht werden. Dementsprechend werden in dieser Ausführungsform Cluster-Ionen verwendet, die y/x mit 0,5 oder mehr und 2,0 oder weniger erfüllen.
  • Die Cluster-Ionen-Bestrahlungsbedingungen umfassen die Cluster-Größe von Cluster-Ionen, die Dosis, die Beschleunigungsspannung für Cluster-Ionen und den Strahlstrom.
  • Die Clustergröße kann auf 2 bis 100, vorzugsweise 60 oder weniger, mehr bevorzugt 50 oder weniger, eingestellt werden. Mit „Clustergröße“ ist hier die Anzahl der Atome gemeint, die einen Cluster bilden. Die Clustergröße kann eingestellt werden, indem der Druck des aus einer Düse ausgestoßenen Gases, der Druck eines Vakuumbehälters, die an das Filament bei der Ionisierung angelegte Spannung usw. kontrolliert werden. Die Clustergröße wird bestimmt, indem die Clusteranzahlverteilung durch Massenspektrometrie unter Verwendung des oszillierenden Quadrupolfeldes oder durch Flugzeitmassenspektrometrie ermittelt und der Mittelwert der Anzahl der Cluster ermittelt werden.
  • Es ist jedoch zu beachten, dass in dieser Ausführungsform für die Clustergröße von CxPyHz mehr bevorzugt wird, dass x 1 oder mehr und 3 oder weniger ist, y 1 oder mehr und 3 oder weniger ist, und z 1 oder mehr und 12 oder weniger ist. Die oben erwähnte Cluster-Größe wird bevorzugt, weil ein Cluster-Ionenstrahl von geringer Größe leicht kontrolliert werden kann. Außerdem beschleunigt eine zu große Anzahl von P-Atomen die Bildung von Defekten, die zum Wasserstoffeinfang beitragen. Dementsprechend werden Cluster-Ionen, die y/x mit 0,5 oder mehr und 2,0 oder weniger erfüllen, bevorzugt verwendet, wobei die Anzahl der Atome innerhalb des oben genannten Bereichs liegt.
  • Gasförmige Moleküle als Quelle der Cluster-Ionen sind nicht begrenzt, solange Cluster-Ionen mit der oben genannten Cluster-Größe erhalten werden können. Beispiele für die gasförmigen Moleküle sind Trimethylphosphin (C3H9P), Phosphole (C4H5P), Bis-Dimethylphosphinoethan (C6H16P2), Dimethylphosphinopropyl (C15H36P4), Triphenylphosphin (C18H15P) und Diphenylphosphinomethylethan (C41H39P3). Es ist zu beachten, dass aus jedem dieser Quellgase Cluster-Ionen mit unterschiedlichen Größen erzeugt werden können. Zum Beispiel, wie in 2 dargestellt, drei Fragmente: CPHz, C2PHz und C3PHz (z ist 1 bis 7) können aus Trimethylphosphin (C3H9P) erhalten werden. Bei dieser Ausführungsform wird die Oberfläche des Halbleiterwafers mit Cluster-Ionen mit y/x von 0,5 oder mehr und 2,0 oder weniger bestrahlt, die aus den Cluster-Ionen unterschiedlicher Größe extrahiert werden.
  • Die Dosis der Cluster-Ionen kann durch Steuerung der Bestrahlungszeit eingestellt werden. Die Dosis jedes Elements, das die Cluster-Ionen bildet, wird durch die Ionenspezies der Cluster-Ionen und die Dosis der Cluster-Ionen (Cluster/cm2) bestimmt. In dieser Ausführungsform beträgt die Dosis des Wasserstoffs vorzugsweise 1 × 1013 Atome/cm2 bis 1 × 1016 Atome/cm2, bevorzugter 5 × 1013 Atome/cm2 oder mehr, so dass der Wasserstoff auch nach dem zweiten Schritt in einer hohen Konzentration verbleibt. Wenn die Wasserstoffdosis weniger als 1 × 1013 Atome/cm2 beträgt, würde Wasserstoff während der Bildung der Epitaxieschicht diffundieren, während eine Dosis von mehr als 1 × 1016 Atome/cm2 die Oberfläche der Epitaxieschicht 18 stark schädigen würde.
  • Ferner beträgt die Kohlenstoffdosis vorzugsweise 1 × 1013 Atome/cm2 bis 1 × 1017 Atome/cm2, bevorzugter 5 × 1013 Atome/cm2 oder mehr und 5 × 1016 Atome/cm2 oder weniger. Wenn die Kohlenstoffdosis weniger als 1 × 1013 Atome/cm2 beträgt, wird möglicherweise keine ausreichende Getterfähigkeit erreicht, und wenn die Kohlenstoffdosis 1 × 1016 Atome/cm2 übersteigt, wird die Oberfläche 10A des Halbleiterwafers 10 stark geschädigt, und in der Oberfläche der Epitaxieschicht 18 würden sich im zweiten Schritt eine große Anzahl von Defekten bilden.
  • Die Dosis von Phosphor beträgt das 0,5-fache oder mehr bis 2,0-fache oder weniger der Dosis von Kohlenstoff, da y/x 0,5 oder mehr und 2,0 oder weniger beträgt.
  • Die Beschleunigungsspannung für die Cluster-Ionen beeinflusst in Kombination mit der Cluster-Größe die Peakposition des Konzentrationsprofils eines konstituierenden Elements in Tiefenrichtung in der modifizierten Schicht. In dieser Ausführungsform kann die Beschleunigungsspannung für die Cluster-Ionen auf höher als 0 keV/Cluster und niedriger als 200 keV/Cluster eingestellt werden, vorzugsweise 100 keV/Cluster oder weniger, bevorzugter 80 keV/Cluster oder weniger. Die Beschleunigungsspannung wird typischerweise mit zwei Verfahren gesteuert: (1) elektrostatische Beschleunigung und (2) Hochfrequenzbeschleunigung. Beispiele für das erstgenannte Verfahren umfassen ein Verfahren, bei dem eine Vielzahl von Elektroden in regelmäßigen Abständen angeordnet sind und die gleiche Spannung zwischen den Elektroden angelegt wird, so dass ein konstantes Beschleunigungsfeld in axialer Richtung entsteht. Beispiele für das letztere Verfahren sind ein Linearbeschleunigerverfahren („linac“-Verfahren), bei dem Ionen dazu gebracht werden, sich entlang einer geraden Linie zu bewegen, während sie durch Radiowellen beschleunigt werden.
  • Da Wasserstoff, wie oben beschrieben, ein leichtes Element ist, diffundieren Wasserstoffionen leicht, z.B. durch die Wärmebehandlung zur Bildung der Epitaxieschicht 18, und neigen dazu, nach der Bildung der Epitaxieschicht kaum im Halbleiterwafer zu verbleiben. Dementsprechend wird zusätzlich zur Abscheidung von Wasserstoff in hoher Konzentration in einem lokalisierten Bereich durch Cluster-Ionenbestrahlung die Oberfläche 10A des Halbleiterwafers 10 vorzugsweise in relativ kurzer Zeit mit Wasserstoffionen bestrahlt, wobei der Strahlstrom der Cluster-Ionen 12 auf 50 µA oder mehr eingestellt wird, wodurch die Schädigung des Oberflächenschichtabschnitts erhöht wird. Ein Strahlstrom von 50 µA oder mehr verursacht mehr Schaden und bewirkt, dass der Wasserstoff auch nach der anschließenden Bildung der Epitaxieschicht 18 leicht in einer hohen Konzentration im Oberflächenschichtabschnitt des Halbleiterwafers 10 auf der Seite der Epitaxieschicht 18 verbleibt. Zu diesem Zweck wird der Strahlstrom der Cluster-Ionen 12 vorzugsweise auf 100 µA oder mehr, noch bevorzugter auf 300 µA oder mehr eingestellt. Andererseits würden sich bei einem zu hohen Strahlstrom zu viele Epitaxiedefekte in der Epitaxieschicht bilden. Daher wird der Strahlstrom vorzugsweise auf 5000 µA oder weniger eingestellt. Der Strahlstrom der Cluster-Ionen 12 kann z.B. durch Änderung der Bedingungen für die Zersetzung des Quellgases in der Ionenquelle eingestellt werden.
  • [Zweiter Schritt]
  • Die auf der modifizierten Schicht 14 gebildete Epitaxieschicht 18 ist z.B. eine Silicium-Epitaxieschicht und kann unter typischen Bedingungen gebildet werden. So kann z.B. ein Ausgangsgas wie Dichlorsilan oder Trichlorsilan unter Verwendung von Wasserstoff als Trägergas in eine Kammer eingeleitet werden, und das Ausgangsmaterial kann auf dem Halbleiterwafer 10 durch CVD bei einer Temperatur in einem Bereich von etwa 1000 °C bis 1200 °C epitaktisch aufgewachsen werden, wobei die Wachstumstemperatur auch von dem zu verwendenden Ausgangsgas abhängt. Die Epitaxieschicht 18 hat vorzugsweise eine Dicke in einem Bereich von 1 µm bis 15 µm. Bei einer Dicke von weniger als 1 µm würde sich der spezifische Widerstand der Epitaxieschicht 18 aufgrund der Ausdiffusion von Dotierstoffen aus dem Halbleiterwafer 10 ändern, während eine Dicke von mehr als 15 µm die spektralen Empfindlichkeitseigenschaften des Festkörper-Bildsensors beeinflussen würde.
  • In dem so erhaltenen epitaktischen Halbleiterwafer 100 hat das Konzentrationsprofil von Wasserstoff in Tiefenrichtung in der modifizierten Schicht 14 typischerweise einen (Zahlwort) Peak, wie in 3A dargestellt, und die linke Seite des Peaks von der Peakposition (näher an der Grenzfläche zwischen der Epitaxieschicht und dem Halbleiterwafer) hat eine Form gemäß einem Gaußschen Profil, und die rechte Seite des Peaks von der Peakposition (weiter von der Grenzfläche zwischen der Epitaxieschicht und dem Halbleiterwafer entfernt) hat vorzugsweise eine Form mit einer Schulter, die sich von der Form gemäß dem Gaußschen Profil nach außen erweitert. Das Wasserstoffkonzentrationsprofil mit einer solchen Form kann typischerweise durch Peaktrennung unter Verwendung der Lorentz-Funktion, wie in dargestellt, in zwei Peaks mit einer Form gemäß einem Gaußschen Profil getrennt werden.
  • Die Peakkonzentration des Wasserstoffkonzentrationsprofils vor der Peaktrennung beträgt vorzugsweise 1,0 × 1017 Atome/cm3 oder mehr und 6,0 × 1018 Atome/cm3 oder weniger, und die Peakbreite liegt vorzugsweise in einem Bereich von 20 nm bis 200 nm. Es ist zu beachten, dass sich die Peakbreite auf die Breite eines Teils des Profils bezieht, der von der Linie der Nachweisgrenze von Wasserstoff nach oben reicht und als Peak definiert ist.
  • Die Peakkonzentration des ersten Peaks näher an der Grenzfläche zwischen der Epitaxieschicht und dem Halbleiterwafer nach der Peaktrennung beträgt vorzugsweise 1,0 × 1017 Atome/cm3 oder mehr und 5,0 × 1018 Atome/cm3 oder weniger. Die Peakbreite des ersten Peaks liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 nm bis 150 nm.
  • Die Peakkonzentration des zweiten Peaks weiter von der Grenzfläche zwischen der Epitaxieschicht und dem Halbleiterwafer entfernt nach der Peaktrennung verursacht den Schulteranteil im Wasserstoffkonzentrationsprofil vor der Peaktrennung und beträgt vorzugsweise 1,0 × 1017 Atome/cm3 oder mehr und 4,0 × 1018 Atome/cm3 oder weniger. Die Peakbreite des zweiten Peaks liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 nm bis 150 nm.
  • Vorzugsweise liegt die Peakposition des ersten Peaks in einem Tiefenbereich von 60 nm bis 100 nm von der Grenzfläche zwischen der Epitaxieschicht und dem Halbleiterwafer entfernt, und die Peakposition des zweiten Peaks ist 20 nm bis 60 nm tiefer als die Peakposition des ersten Peaks.
  • Es wird auch bevorzugt, dass eine Regenerationswärmebehandlung zur Kristallinitätsregeneration auf dem Halbleiterwafer 10 nach dem ersten Schritt vor dem zweiten Schritt durchgeführt wird. In diesem Fall kann der Halbleiterwafer 10 zur Regenerationswärmebehandlung in einer Atmosphäre aus z.B. Stickstoffgas oder Argongas bei einer Temperatur von 900 °C oder mehr und 1100 °C oder weniger für 10 min oder mehr und 60 min oder weniger gehalten werden. Ferner kann die Regenerationswärmebehandlung unter Verwendung einer Schnellheiz-/Kühlvorrichtung für schnelles thermisches Tempern („rapid thermal annealing“, RTA), schnelle thermische Oxidation („rapid thermal oxidation“, RTO) oder ähnliches, getrennt von einer Epitaxiewachstumsvorrichtung, durchgeführt werden.
  • Wie oben beschrieben, diffundiert bei einem Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiterwafers gemäß dieser Ausführungsform Wasserstoff in Form von P-H-Bindungen in die epitaktische Schicht sogar während eines Niedertemperatur-Bauelementbildungsprozesses bei beispielsweise 400 °C oder mehr und 700 °C oder weniger, und Wasserstoff in Form von C-H2-Bindungen diffundiert während eines Hochtemperatur-Bauelementbildungsprozesses beispielsweise bei einer Temperatur über 700 °C. Dementsprechend kann der Passivierungseffekt von Wasserstoff in der Epitaxieschicht, der Bauelementbildungsprozesse eines breiten Temperaturbereichs abdeckt, ausreichend erhalten werden.
  • (Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements)
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung umfasst die Bildung eines Halbleiterbauelements in der Epitaxieschicht 18, die sich auf der Oberfläche des epitaktischen Halbleiterwafers 100 befindet, der nach dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren hergestellt wurde. Nach diesem Herstellungsverfahren kann die Passivierungswirkung von Wasserstoff in der Epitaxieschicht selbst dann ausreichend erreicht werden, wenn der Bauelementherstellungsprozess bei einer niedrigen Temperatur durchgeführt wird.
  • BEISPIELE
  • (Experimentalbeispiel 1)
  • Ein n--Typ-Siliciumwafer, der aus einem CZ-Einkristall-Siliciumbarren (Durchmesser: 300 mm, Dicke: 775 µm, Dotierstoff: Phosphor, spezifischer Widerstand: 20 Ω·cm) gewonnen wurde, wurde hergestellt. Als nächstes wurden CPH2-Cluster-Ionen (CxPyHz, wobei y/x = 1,0) erzeugt und extrahiert, wobei Trimethylphosphin (C3H9P) als Ausgangsgas verwendet wurde, und zwar unter Verwendung einer Vorrichtung zur Erzeugung von Cluster-Ionen (CLARIS, hergestellt von Nissin Ion Equipment Co, Ltd.; CLARIS ist ein eingetragenes Warenzeichen in Japan, anderen Ländern oder beiden), und die Cluster-Ionen wurden unter Bestrahlungsbedingungen mit einer Beschleunigungsspannung von 80 keV/Cluster (Beschleunigungsspannung pro ein Wasserstoffatom: 1,74 keV/Atom, Beschleunigungsspannung pro ein Kohlenstoffatom: 20,9 keV/Atom, Beschleunigungsspannung pro ein Phosphoratom: 53,9 keV/Atom) auf den Siliciumwafer geschossen. Die Dosis der abgeschossenen Cluster-Ionen betrug 1,0 × 1015 Cluster/cm2. Die Dosis betrug 2,0 × 1015 Atome/cm2 bezogen auf die Anzahl der Wasserstoffatome, 1,0 × 1015 Atome/cm2 bezogen auf die Anzahl der Kohlenstoffatome und 1,0 × 1015 Atome/cm2 bezogen auf die Anzahl der Phosphoratome. Außerdem wurde der Strahlstrom der Cluster-Ionen auf 550 µA eingestellt.
  • Anschließend wurde der Siliciumwafer, der mit den Cluster-Ionen bestrahlt worden war, in eine Einzelwafer-Verarbeitungs-Epitaxiewachstumsvorrichtung (hergestellt von Applied Materials, Inc.) überführt und in der Vorrichtung bei einer Temperatur von 1120 °C 30 s lang einem Wasserstoffausheizen unter Verwendung von Wasserstoff als Trägergas, Trichlorsilan als Ausgangsgas und anschließendem CVD bei 1120 °C unterzogen, wodurch auf einer Oberfläche des Siliciumwafers, auf der die modifizierte Schicht gebildet wurde, eine epitaktische Siliciumschicht (Dicke: 4,9 µm, Dotierstoff: Phosphor, spezifischer Widerstand: 10 Ω·cm) epitaktisch aufgewachsen wurde. Auf diese Weise wurde ein epitaktischer Siliciumwafer erhalten.
  • [Auswertung des Wasserstoff-Konzentrationsprofils mit SIMS]
  • Der unter den oben genannten Herstellungsbedingungen erhaltene epitaktische Siliciumwafer wurde den Messungen der Konzentrationsprofile von Kohlenstoff, Phosphor und Wasserstoff in Tiefenrichtung von der Oberfläche der epitaktischen Siliciumschicht aus durch SIMS-Messungen unterzogen. Folglich befand sich die modifizierte Schicht im Oberflächenschichtabschnitt von 120 nm (d.h. 120 nm von der Grenzfläche zwischen der epitaktischen Siliciumschicht und dem Siliciumwafer entfernt) des Siliciumwafers.
  • 3A zeigt das erhaltene Wasserstoff-Konzentrationsprofil. Wie in 3A zu sehen ist, hatte das Wasserstoff-Konzentrationsprofil einen Peak, und die linke Seite des Peaks von der Peakposition aus hatte eine Form gemäß einem Gaußschen Profil, und die rechte Seite des Peaks von der Peakposition aus hatte eine Form mit einer Schulter, die sich von der Form gemäß einem Gaußschen Profil nach außen ausdehnte. Die Peakkonzentration betrug 1,8 × 1018 Atome/cm3, und die Peakbreite betrug 110 nm. Wie in 3B zu sehen ist, wurde dieses Wasserstoff-Konzentrationsprofil erfolgreich durch Peaktrennung unter Verwendung der Lorentz-Funktion in zwei Peaks mit einer Form gemäß einem Gauß-Profil getrennt. Die Peakkonzentration des ersten Peaks, der sich näher an der Grenzfläche zwischen der Epitaxieschicht und dem Halbleiterwafer befand, betrug 1,2 × 1018 Atome/cm3, und die Peakbreite des ersten Peaks betrug 50 nm. Die Peakkonzentration des zweiten Peaks, der weiter von der Grenzfläche zwischen der Epitaxieschicht und dem Halbleiterwafer entfernt war, betrug 8,2 × 1017 Atome/cm3, und die Peakbreite des zweiten Peaks betrug 100 nm. Die Peakposition des ersten Peaks lag in einer Tiefe von 80 nm von der Grenzfläche zwischen der Epitaxieschicht und dem Halbleiterwafer entfernt, und die Peakposition des zweiten Peaks lag in einer Tiefe, die 30 nm tiefer lag als die Peakposition des ersten Peaks.
  • Als nächstes wurde der unter den oben genannten Herstellungsbedingungen erhaltene epitaktische Siliciumwafer einer 30-minütigen Wärmebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre bei 700 °C unterzogen, und das Wasserstoff-Konzentrationsprofil des Wafers wurde dann auf ähnliche Weise gemessen. 4A zeigt das erhaltene Wasserstoff-Konzentrationsprofil. Wie in 4B zu sehen ist, wurde dieses Wasserstoff-Konzentrationsprofil ebenfalls erfolgreich durch Peaktrennung unter Verwendung der Lorentz-Funktion in zwei Peaks getrennt, die eine Form entsprechend dem Gauß-Profil hatten. Die Peakkonzentration des ersten Peaks betrug 9,8 × 1017 Atome/cm3 und die Peakkonzentration des zweiten Peaks betrug 4,4 × 1017 Atome/cm3. Folglich wurde die Peakkonzentration des ersten Peaks durch die Wärmebehandlung auf nur 82% reduziert, während die Peakkonzentration des zweiten Peaks durch die Wärmebehandlung auf 53% reduziert wurde.
  • Vor diesem Hintergrund wurden epitaktische Siliciumwafer, die unter den oben genannten Herstellungsbedingungen hergestellt wurden, Wärmebehandlungen in einer Stickstoffatmosphäre bei Wärmebehandlungstemperaturen von 700 °C, 900 °C und 1100 °C für eine Wärmebehandlungszeit von 10 min, 30 min oder 60 min für jede Temperatur unterzogen, und die Wasserstoff-Konzentrationsprofile wurden dann in ähnlicher Weise durch SIMS gemessen. Anschließend wurden der erste Peak und der zweite Peak, die oben erwähnt wurden, einer Peaktrennung unterzogen, und die Reduktionsrate der Peakkonzentration jedes Peaks wurde bestimmt. Das Ergebnis für den ersten Peak ist in 5A und das Ergebnis für den zweiten Peak ist in 5B dargestellt. Es ist zu beachten, dass das Verhältnis CH/C0 von C0 in Bezug auf CH als Reduktionsrate der Peakkonzentration jedes Peaks verwendet wird, wobei die Wasserstoff-Peakkonzentration vor der Wärmebehandlung als Co und die Wasserstoff-Peakkonzentration nach der Wärmebehandlung als CH ausgedrückt wird. Wie in 5A zu sehen ist, wurde die Peakkonzentration des ersten Peaks in den Fällen, in denen die Wärmebehandlungstemperatur 900 °C und 1100 °C betrug, stark reduziert, während die Peakkonzentration bei einer Wärmebehandlungstemperatur von 700 °C nur um etwas weniger als 20% reduziert wurde, obwohl die Wärmebehandlungszeit 60 min betrug. Dies zeigt, dass der größte Teil des Wasserstoffs, der den ersten Peak bildete, bei den Wärmebehandlungen bei 900 °C und 1100 °C in die Epitaxieschicht diffundierte, während die Diffusion des Wasserstoffs in die Epitaxieschicht bei der Wärmebehandlung bei 700 °C unzureichend war. Andererseits wurde, wie in 5B zu sehen ist, die Peakkonzentration des zweiten Peaks bei der Wärmebehandlung von nur 10 min um bis zu ca. 50% reduziert, obwohl die Wärmebehandlungstemperatur 700 °C betrug. Dies zeigt, dass die Diffusion des Wasserstoffs, der den zweiten Peak bildet, in die Epitaxieschicht auch bei der Wärmebehandlung bei 700 °C ausreichend war. Demgemäß wird davon ausgegangen, dass die Wasserstoffdesorptionsreaktionsgeschwindigkeit des Wasserstoffs, der den zweiten Peak bildet, höher ist, als diejenige des Wasserstoffs, der den zweiten Peak bildet.
  • Zur Bestimmung der Aktivierungsenergie für die Wasserstoffdesorption wurde das folgende Reaktionsmodell angenommen. Für Wasserstoff jedes Peaks wurde eine Reaktionsgeschwindigkeitsgleichung (1) angenommen, die Wasserstoffdesorption und Wasserstoffadsorption (Trapping), also die umgekehrte Reaktion, darstellt. d [ H D ] d t = − k 1 [ H D ] + k 2 [ H ]
    Figure DE112019001022T5_0001
    wobei [HD] die Konzentration des in der modifizierten Schicht adsorbierten Wasserstoffs darstellt, [H] die Konzentration des aus der modifizierten Schicht desorbierten und diffundierten Wasserstoffs darstellt, k1 die Geschwindigkeitskonstante der Wasserstoff-Desorptionsreaktion darstellt und k2 die Geschwindigkeitskonstante der Wasserstoff-Adsorptionsreaktion darstellt. Dabei bedeutet t die Zeit.
  • In der obigen Gleichung (1) wird, unter der Annahme, dass unter einer Anfangsbedingung (t = 0) [HD] = Co und [H] = 0 sind, und nach der Wärmebehandlung [HD] = CH ist, das Verhältnis von Co in Bezug auf CH durch die folgende Gleichung (2) gegeben. C H C 0 = k 2 + k 1  exp [ − ( k 1 + k 2 ) t ] k 1 + k 2
    Figure DE112019001022T5_0002
  • Unter Verwendung der Ergebnisse aus 5A und 5B wurden Arrhenius-Plots auf der Grundlage der Arrhenius-Gleichung (k = exp (-Ea/kBT); k ist die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante, Ea ist die Aktivierungsenergie, kB ist die Boltzmann-Konstante, T ist die Wärmebehandlungstemperatur) erstellt. Die Ergebnisse sind in 6A und 6B dargestellt. Als Ergebnis der Datenanpassung, basierend auf 6A, betrug die Aktivierungsenergie der Wasserstoffdesorption des ersten Peaks 0,77 eV und die Aktivierungsenergie der Wasserstoffadsorption betrug 0,008 eV. Ferner betrug, basierend auf 6B, die Aktivierungsenergie der Wasserstoffdesorption des ersten Peaks 0,47 eV und die Aktivierungsenergie der Wasserstoffadsorption betrug 0,016 eV.
  • Die Aktivierungsenergie der Wasserstoffdesorption des ersten Peaks: 0,77 eV entsprach fast der Bindungsenergie von C-H2-Bindungen: 0,80 eV, so dass angenommen wird, dass der Wasserstoff, der den ersten Peak bildete, Wasserstoff in Form von C-H2-Bindungen war. Da die in der modifizierten Schicht vorhandenen Elemente Kohlenstoff, Phosphor, Wasserstoff und Silicium waren, sind mögliche Bindungen, die Wasserstoff bildete, auch P-H-Bindungen. Die Bindungsenergie von P-H-Bindungen betrug 0,3 eV bis 0,4 eV. Die P-H-Bindungen wurden unter Bildung von atomarem Wasserstoff dissoziiert. Die Aktivierungsenergie der Diffusion von atomarem Wasserstoff: 0,48 eV war fast die gleiche wie die Aktivierungsenergie der Wasserstoffdesorption des zweiten Peaks: 0,47 eV. Somit wird der Wasserstoff, der den zweiten Peak bildet, als Wasserstoff in Form von P-H-Bindungen betrachtet. Da der Wasserstoff, der den zweiten Peak bildet, mit einer niedrigeren Energie als der Wasserstoff, der den ersten Peak bildet, desorbiert wird, kann der erstere Wasserstoff bei einer niedrigeren Wärmebehandlungstemperatur desorbiert werden, um in die Epitaxieschicht zu diffundieren.
  • (Experimentalbeispiel 2)
  • In Experimentalbeispiel 1 wurde der Siliciumwafer mit CPH2-Cluster-Ionen bestrahlt, die unter Verwendung von Trimethylphosphin (C3H9P) als Ausgangsgas erzeugt und extrahiert wurden, während in diesem Experimentalbeispiel 2 verschiedene Arten von Cluster-Ionen aus den verschiedenen in Tabelle 1 angegebenen Ausgangsgasen erzeugt und auf den Siliciumwafer geschossen wurden. Wie in Experimentalbeispiel 1 wurde die Beschleunigungsspannung auf 80 keV/Cluster, die Dosis auf 1,0 × 1015 Cluster/cm2 und der Strahlstrom der Cluster-Ionen auf 550 µA eingestellt. Anschließend wurden unter den gleichen Bedingungen wie in Experimentalbeispiel 1 epitaktische Siliciumschichten gebildet, um epitaktische Siliciumwafer zu erhalten. Es ist zu beachten, dass die Bedingungen für Cluster-Ionen im Experimentalbeispiel 1 der Nr. 1 in Tabelle 1 entsprechen. Tabelle 1
    Nr. Cluster-Ionen-Bedingungen Auswertung Art
    Ausgangsgas Cluster-IonenSpezies CxPyHz y/x Vorhandensein von durch TEM beobachteten Versetzungsschleifen Ausmaß der Wasserstoffdiffusion bei Niedertemperatur-Behandlung, 700 °C, 30 min (Atome/cm2)
    1 C3H9P CPH2 1,0 nein 1,3×1012 Beispiel
    2 C3H9P C2PH2 0,5 nein 6,2×1011 Beispiel
    3 C3H9P C3PH2 0,3 nein 9,1×109 Vergleichsbeispiel
    4 C6H16P2 CP2H2 2,0 nein 3,1×1012 Beispiel
    5 C15H36P4 CP3H2 3,0 ja 8,2×109 Vergleichsbeispiel
    6 C3H9P CPH4 1,0 nein 1,5×1012 Beispiel
    7 C3H9P CPH8 1,0 nein 2,3×1012 Beispiel
  • [Bewertung des Vorhandenseins von Versetzungsschleifen durch TEM-Betrachtung]
  • Für epitaktische Siliciumwafer, die unter individuellen Bedingungen hergestellt wurden, wurde ein Querschnitt im Bereich der modifizierten Schicht unter einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) beobachtet. Stellvertretend ist in 7A ein TEM-Querschnittsbild von Nr.1 (Beispiel) und in 7B ein TEM-Querschnittsbild von Nr.5 (Vergleichsbeispiel) dargestellt. Wie in 7B zu sehen ist, wurde in Nr. 5, in dem y/x 3,0 war, die Bildung von Versetzungsschleifen, die anscheinend auf Phosphor zurückzufuhren sind, in einem relativ tiefen Bereich in der modifizierten Schicht beobachtet. Andererseits wurde, wie in 7A zu sehen ist, in Nr. 1, in dem y/x 1,0 war, keine solche Versetzungsschleife beobachtet. Ebenso wurde in den Wafern unter den anderen Bedingungen keine Versetzungsschleife beobachtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angeordnet.
  • [Bewertung des Ausmaßes der Wasserstoffdiffusion bei der Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur]
  • Das Ausmaß der Wasserstoffdiffusion bei der Niedertemperatur-Wärmebehandlung wurde anhand des Ausmaßes der Reduktion in der Peakfläche des zweiten Peaks des epitaktischen Siliciumwafers bewertet, der einer 30-minütigen Wärmebehandlung bei 700 °C unterzogen wurde, was einer Niedertemperatur-Wärmebehandlung entsprach. Das Ausmaß der Reduktion wurde auf folgende Weise ermittelt. Die von der Kurve des zweiten Peaks vor der Wärmebehandlung bei 700 °C für 30 min und der Nachweisgrenzlinie (7,0 × 1016 Atome/cm3) der SIMS-Messung eingeschlossene Fläche wurde als Peakfläche A bestimmt. Danach wurde die Fläche, die von der Kurve des zweiten Peaks nach der 30-minütigen Wärmebehandlung bei 700 °C und der Nachweisgrenzlinie eingeschlossen wurde, als Peakfläche B bestimmt. Der Wert, der durch Subtraktion der Fläche B von der Fläche A erhalten wurde, wurde als das Ausmaß der Wasserstoffdiffusion bei der Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur bestimmt. Die Grenzflächenzustandsdichte an der Grenzfläche zwischen Si (100) und SiO2 beträgt 1,0 × 1010 Atome/cm2 bis 1,0 × 1011 Atome/cm2. Wenn die Menge der Wasserstoffdiffusion bei der Niedertemperatur-Wärmebehandlung 1,0 × 1010 Atome/cm2 oder weniger beträgt, kann es daher sein, dass der Passivierungseffekt im Bauelementprozess nicht erwartet werden kann. Vor diesem Hintergrund wurde das Kriterium für die Bewertung des Ausmaßes der Wasserstoffdiffusion bei der Niedertemperatur-Wärmebehandlung auf 1,0 × 1010 Atome/cm2 festgelegt.
  • Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, war in den Beispielen mit Cluster-Ionen mit einem y/x von 0,5 oder mehr und 2,0 oder weniger die Wasserstoffdiffusion bei der Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur groß, während in den Vergleichsbeispielen mit einem y/x von weniger als 0,5 oder mehr als 2,0 die Wasserstoffdiffusion bei der Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur nicht ausreichend war.
  • GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
  • Das Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiterwafers gemäß dieser Offenbarung erzeugt einen epitaktischen Halbleiterwafer, der eine ausreichende Passivierungswirkung von Wasserstoff in einer Epitaxieschicht ermöglicht, selbst wenn der epitaktische Halbleiterwafer einem Niedertemperatur-Bauelementbildungsprozess unterzogen wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Epitaktischer Halbleiterwafer
    10
    Halbleiterwafer
    10A
    Oberfläche eines Halbleiterwafers
    12
    Cluster-Ion
    14
    Modifizierte Schicht
    18
    Epitaxieschicht
  • 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 2016/031328 A [0008]

Claims (5)

  1. Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiterwafers, wobei das Verfahren umfasst : einen ersten Schritt des Bestrahlens einer Oberfläche eines Halbleiterwafers mit Cluster-Ionen, die Kohlenstoff, Phosphor und Wasserstoff als konstituierende Elemente enthalten, um eine modifizierte Schicht zu bilden, die sich in einem Oberflächenschichtabschnitt des Halbleiterwafers befindet und die die konstituierenden Elemente der Cluster-Ionen als feste Lösung enthält; und einen zweiten Schritt des Bildens einer Epitaxieschicht auf der modifizierten Schicht des Halbleiterwafers, wobei ein Verhältnis y/x der Anzahl y der Phosphoratome in Bezug auf die Anzahl x der Kohlenstoffatome 0,5 oder mehr und 2,0 oder weniger erfüllt, wobei die Anzahl der Kohlenstoff-, Phosphor- und Wasserstoffatome in den Cluster-Ionen durch CxPyHz ausgedrückt wird, wobei x, y und z ganze Zahlen sind, die jeweils gleich oder größer als 1 sind.
  2. Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiterwafers nach Anspruch 1, wobei x gleich 1 oder mehr und 3 oder weniger ist, y gleich 1 oder mehr und 3 oder weniger ist und z gleich 1 oder mehr und 12 oder weniger ist.
  3. Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiterwafers nach Anspruch 1 oder 2, wobei im ersten Schritt ein Strahlstrom der Cluster-Ionen 50 µA oder mehr und 5000 µA oder weniger beträgt.
  4. Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Halbleiterwafers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Halbleiterwafer ein Siliciumwafer ist.
  5. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, wobei das Verfahren die Bildung eines Halbleiterbauelements in der Epitaxieschicht des durch das Herstellungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellten epitaktischen Halbleiterwafers umfasst.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10923562B2 (en) * 2016-08-19 2021-02-16 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device, and method for manufacturing semicondcutor device
JP6988843B2 (ja) * 2019-02-22 2022-01-05 株式会社Sumco 半導体エピタキシャルウェーハ及びその製造方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2026889A4 (de) * 2006-06-12 2011-09-07 Semequip Inc Dampfzufuhr zu vorrichtungen unter vakuum
US7807961B2 (en) * 2008-10-08 2010-10-05 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Techniques for ion implantation of molecular ions
JP2010114409A (ja) * 2008-10-10 2010-05-20 Sony Corp Ｓｏｉ基板とその製造方法、固体撮像装置とその製造方法、および撮像装置
KR20130063018A (ko) * 2010-11-30 2013-06-13 쿄세라 코포레이션 복합 기판 및 제조방법
JP6278591B2 (ja) * 2012-11-13 2018-02-14 株式会社Sumco 半導体エピタキシャルウェーハの製造方法、半導体エピタキシャルウェーハ、および固体撮像素子の製造方法
JP5799936B2 (ja) 2012-11-13 2015-10-28 株式会社Sumco 半導体エピタキシャルウェーハの製造方法、半導体エピタキシャルウェーハ、および固体撮像素子の製造方法
JP6065848B2 (ja) * 2014-01-07 2017-01-25 株式会社Sumco 半導体エピタキシャルウェーハの製造方法、半導体エピタキシャルウェーハ、および固体撮像素子の製造方法
JP6539959B2 (ja) 2014-08-28 2019-07-10 株式会社Sumco エピタキシャルシリコンウェーハおよびその製造方法、ならびに、固体撮像素子の製造方法
JP6137165B2 (ja) * 2014-12-25 2017-05-31 株式会社Sumco 半導体エピタキシャルウェーハの製造方法および固体撮像素子の製造方法
US10026843B2 (en) * 2015-11-30 2018-07-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Fin structure of semiconductor device, manufacturing method thereof, and manufacturing method of active region of semiconductor device
JP6459948B2 (ja) * 2015-12-15 2019-01-30 株式会社Sumco 半導体エピタキシャルウェーハの製造方法および固体撮像素子の製造方法
JP6493197B2 (ja) * 2015-12-18 2019-04-03 株式会社Sumco シリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハの製造方法およびシリコンゲルマニウムエピタキシャルウェーハ
JP6504082B2 (ja) * 2016-02-29 2019-04-24 株式会社Sumco 半導体エピタキシャルウェーハおよびその製造方法ならびに固体撮像素子の製造方法
JP6750351B2 (ja) * 2016-07-05 2020-09-02 株式会社Sumco クラスターイオンビーム生成方法およびそれを用いたクラスターイオンビーム照射方法
JP6737066B2 (ja) * 2016-08-22 2020-08-05 株式会社Sumco エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法、エピタキシャルシリコンウェーハ、及び固体撮像素子の製造方法
JP2017175145A (ja) * 2017-05-01 2017-09-28 株式会社Sumco 半導体エピタキシャルウェーハの製造方法、半導体エピタキシャルウェーハ、および固体撮像素子の製造方法

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