DE112020000890T5

DE112020000890T5 - Halbleiterepitaxiewafer und Verfahren zum Produzieren desselben

Info

Publication number: DE112020000890T5
Application number: DE112020000890.8T
Authority: DE
Inventors: Akihiro Suzuki; Takeshi Kadono; Ryo Hirose
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2020-02-07
Publication date: 2021-11-04
Also published as: US11626492B2; KR102507836B1; CN113454756B; TW202036666A; TWI726628B; CN113454756A; JP6988843B2; KR20210114519A; JP2020136585A; WO2020170875A1; US20220157948A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Produzieren eines Halbleiterepitaxiewafers mit verbesserter Getter-Fähigkeit bereitgestellt. Das Verfahren zum Produzieren eines Halbleiterepitaxiewafers 100 beinhaltet Folgendes: einen ersten Schritt des Bestrahlens einer Oberfläche 10A eines Halbleiterwafers 10 mit Clusterionen 12, die Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff als Bestandsteilelemente enthalten, um eine modifizierte Schicht 14 zu bilden, die sich in einem Oberflächenteil des Halbleiterwafers 10 befindet und die Bestandsteilelemente der Clusterionen als eine feste Lösung enthält; und einen zweiten Schritt des Bildens einer Epitaxieschicht 16 auf der modifizierten Schicht 14 des Halbleiterwafers 10.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft einen Halbleiterepitaxiewafer und ein Verfahren zum Produzieren desselben.
HINTERGRUND
Halbleiterepitaxiewafer, bei denen eine Epitaxieschicht auf einem Halbleiterwafer gebildet ist, der durch einen Siliciumwafer verkörpert ist, werden als Vorrichtungssubstrate zum Produzieren verschiedener Halbleitervorrichtungen, wie etwa von Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), dynamischen Direktzugriffsspeichern (DRAMs), Leistungstransistoren und rückwärtig belichteten Festkörperbilderfassungsvorrichtungen, verwendet.
Hier ist eine Metallkontamination einer der Faktoren, die die Charakteristiken einer Halbleitervorrichtung verschlechtern. Zum Beispiel verursacht für eine rückwärtig belichtete Festkörperbilderfassungsvorrichtung ein Metall, das in einen Halbleiterepitaxiewafer gemischt ist, der ein Substrat für die Vorrichtung sein soll, einen erhöhten Dunkelstrom in der Festkörperbilderfassungsvorrichtung und führt zu der Bildung von Defekten, die als Weißpunktdefekte (White Spot Defects) bezeichnet werden. In den letzten Jahren wurden rückwärtig belichtete Festkörperbilderfassungsvorrichtungen weithin in digitalen Videokameras und Mobiltelefonen, wie etwa Smartphones, verwendet, da sie Licht von außerhalb direkt empfangen können und aufgrund der Tatsache, dass eine Verdrahtungsschicht und dergleichen davon in einer Schicht unterhalb eines Sensorbereichs angeordnet sind, schärfere Bilder oder Filme selbst an dunklen Orten und dergleichen aufnehmen können. Entsprechend ist es wünschenswert, Weißpunktdefekte so weit wie möglich zu reduzieren.
Das Mischen von Metall in einen Wafer tritt hauptsächlich in einem Prozess des Produzierens eines Halbleiterepitaxiewafers und einem Prozess des Produzierens einer Festkörperbilderfassungsvorrichtung (Vorrichtungsfertigungsprozess) auf. Eine Metallkontamination in dem ersteren Prozess des Produzierens eines Halbleiterepitaxiewafers kann in Schwermetallteilchen von den Komponenten eines Epitaxiewachstumofens oder Schwermetallteilchen, die durch die Metallkorrosion von Rohrleitungsmaterialien des Ofens aufgrund von chlorbasiertem Gas produziert werden, das in dem Ofen während eines epitaktischen Wachstum verwendet wird, begründet sein. In den letzten Jahren wurden solche Metallkontaminationen 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 Produzierens einer Festkörperbilderfassungsvorrichtung eine Schwermetallkontamination von Halbleitersubstraten in Prozessschritten, wie etwa einer Ionenimplantations-, Diffusions- und Oxidierungswärmebehandlung, in dem Produktionsprozess auftreten.
Um eine solche Schwermetallkontamination zu verhindern, werden Techniken zum Bilden einer Getter-Stelle in einem Halbleiterwafer zum Einfangen von Schwermetallen verwendet. Ein bekanntes Verfahren ist das Implantieren von Ionen in einem Halbleiterwafer und dann Bilden einer Epitaxieschicht. Bei diesem Verfahren dient ein Gebiet, in das die Ionen implantiert werden, als eine Getter-Stelle.
WO 2012/157162 A (PTL 1) beschreibt ein Halbleiterepitaxiewaferproduktionsverfahren, das Folgendes beinhaltet: einen Schritt des Bestrahlens einer Oberfläche eines Halbleiterwafers mit Clusterionen mit Bestandsteilelementen Kohlenstoff und Wasserstoff, wie etwa C₃H₃, um eine modifizierte Schicht zu bilden, die sich in einem Oberflächenteil des Halbleiterwafers befindet und die die Bestandsteilelemente der Clusterionen in fester Lösung beinhaltet; und einen Schritt des Bildens einer Epitaxieschicht auf der modifizierten Schicht des Halbleiterwafers.
ZITATLISTE
Patentliteratur
PTL 1: WO 2012/157162 A
KURZDARSTELLUNG
(Technisches Problem)
PTL 1 demonstriert, dass eine modifizierte Schicht, die durch Bestrahlen mit Clusterionen mit den Bestandsteilelementen Kohlenstoff und Wasserstoff gebildet wird, eine stärkere Getter-Fähigkeit als ein Ionenimplantationsgebiet aufweisen kann, das durch Implantation von Kohlenstoffmonomerionen gebildet wird. Jedoch gibt es einen Bedarf an der Bereitstellung von Halbleiterepitaxiewafern mit einer noch stärkeren Getter-Fähigkeit, um die Halbleitervorrichtungscharakteristiken weiter zu verbessern.
In Anbetracht der obigen Herausforderung könnte es hilfreich sein, einen Halbleiterepitaxiewafer mit einer verbesserten Getter-Fähigkeit und ein Verfahren zum Produzieren desselben bereitzustellen.
(Lösung des Problems)
Die Erfinder dieser Offenbarung führten sorgfältige Untersuchungen durch, um die obige Herausforderung anzugehen, und haben Folgendes herausgefunden. Erhöhen der Dosis von Clusterionen ist zum Beispiel ein effektives Verfahren zum Verbessern der Getter-Fähigkeit der modifizierten Schicht in PTL 1. Jedoch würde eine übermäßige Dosis zu der Bildung einer großen Anzahl an epitaktischen Defekten in einer Epitaxieschicht führen, die danach zu bilden ist. Daher suchten die Erfinder nach Wegen zum Erhöhen der Getter-Fähigkeit ohne Erhöhen der Dosis und erwogen das Verbessern der Getter-Fähigkeit durch weiteres Hinzufügen von anderen Elementen als Kohlenstoff und Wasserstoff als die Elemente, die in den Clusterionen enthalten sind.
Die Erfinder zogen die Verwendung von Clusterionen in Betracht, die Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff als Bestandsteilelemente enthalten. Obwohl ein Stickstoffatom ein Atom ist, das die Charakteristiken des elektrischen spezifischen Widerstands nicht beeinflusst, da ein Stickstoffatom eine größere Massenzahl als ein Kohlenstoffatom hat, wäre der Schaden, der durch solche Clusterionen an einer Halbleiterwaferoberfläche verursacht wird, größer als der Schaden, der durch Clusterionen verursacht wird, die eine vergleichbare Menge an Kohlenstoff ohne Stickstoff enthalten, folglich könnten solche Clusterionen epitaktische Defekte erhöhen. Jedoch demonstrierten durch die Erfinder durchgeführte Experimente, dass ein Halbleiterepitaxiewafer mit einer ausgezeichneten Getter-Fähigkeit ohne die Bildung epitaktischer Defekte erhalten werden kann.
Die basierend auf den obigen Ergebnissen vollendete Offenbarung beinhaltet primär die folgenden Merkmale.

(1) Ein Verfahren zum Produzieren eines Halbleiterepitaxiewafers, wobei das Verfahren umfasst:
- einen ersten Schritt des Bestrahlens einer Oberfläche eines Halbleiterwafers mit Clusterionen, die Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff als Bestandsteilelemente enthalten, um eine modifizierte Schicht zu bilden, die sich in einem Oberflächenteil des Halbleiterwafers befindet und die Bestandsteilelemente der Clusterionen als eine feste Lösung enthält; und
- einen zweiten Schritt des Bildens einer Epitaxieschicht auf der modifizierten Schicht des Halbleiterwafers.
(2) Das Verfahren zum Produzieren eines Halbleiterepitaxiewafers nach (1) oben, wobei eine Anzahl an Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Stickstoffatomen in den Clusterionen durch C_xH_yN_z repräsentiert wird, wobei x eine positive ganze Zahl von 16 oder kleiner ist, y eine positive ganze Zahl von 50 oder kleiner ist und z eine positive ganze Zahl von 16 oder kleiner ist.
(3) Das Verfahren zum Produzieren eines Halbleiterepitaxiewafers nach (1) oder 2 oben, wobei eine Dosis der Clusterionen 1 × 10¹⁴ Ionen/cm² oder mehr und 2 × 10¹⁵ Ionen/cm² oder weniger beträgt.
(4) Das Verfahren zum Produzieren eines Halbleiterepitaxiewafers nach einem von (1) bis (3) oben, wobei eine Spitzenkonzentration in einem Stickstoffkonzentrationsprofil in einer Tiefenrichtung der modifizierten Schicht nach dem zweiten Schritt 1 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder mehr und 1 × 10²¹ Atome/cm³ oder weniger beträgt.
(5) Ein Halbleiterepitaxiewafer, der umfasst:
- einen Halbleiterwafer;
- eine modifizierte Schicht, die sich in einem Oberflächenteil des Halbleiterwafers befindet und Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff als feste Lösung innerhalb des Halbleiterwafers enthält; und
- eine Epitaxieschicht, die auf der modifizierten Schicht gebildet ist, wobei eine Spitzenkonzentration in einem Kohlenstoffkonzentrationsprofil in einer Tiefenrichtung der modifizierten Schicht 1 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder mehr und 1 × 10²¹ Atome/cm³ oder weniger beträgt,
- eine Spitzenkonzentration in einem Wasserstoffkonzentrationsprofil in der Tiefenrichtung der modifizierten Schicht 1 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder mehr und 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger beträgt, und
- eine Spitzenkonzentration in einem Stickstoffkonzentrationsprofil in der Tiefenrichtung der modifizierten Schicht 1 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder mehr und 1 × 10²¹ Atome/cm³ oder weniger beträgt.
(6) Der Halbleiterepitaxiewafer nach (5) oben, wobei Halbwertsbreiten des Kohlenstoffkonzentrationsprofils, des Wasserstoffkonzentrationsprofils und des Stickstoffkonzentrationsprofils jeweils 200 nm oder weniger betragen.
(7) Der Halbleiterepitaxiewafer nach (5) oder (6) oben, wobei Spitzenpositionen in dem Kohlenstoffkonzentrationsprofil, dem Wasserstoffkonzentrationsprofil und dem Stickstoffkonzentrationsprofil jeweils in einem Tiefenbereich von 150 nm oder weniger von einer Oberfläche der modifizierten Schicht liegen.

(Vorteilhafter Effekt)
Ein Verfahren zum Produzieren eines Halbleiterepitaxiewafers gemäß dieser Offenbarung kann einen Halbleiterepitaxiewafer mit einer verbesserten Getter-Fähigkeit produzieren. Ein Halbleiterepitaxiewafer gemäß dieser Offenbarung weist eine verbesserte Getter-Fähigkeit auf.
Figurenliste
In den begleitenden Zeichnungen gilt:

1 präsentiert Querschnittsansichten, die Schritte eines Verfahrens zum Produzieren eines Halbleiterepitaxiewafers 100 gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung schematisch veranschaulichen;
2 ist ein Graph, der die Konzentrationsprofile von Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff bei einem Beispiel (CH₄N) veranschaulicht;
3A ist ein Graph, der die Konzentrationsprofile von Kohlenstoff und Ni nach einer erzwungenen Kontamination mit Ni bei dem Beispiel (CH₄N) veranschaulicht, und 3B ist ein Graph, der die Konzentrationsprofile von Kohlenstoff und Cu nach einer erzwungenen Kontamination mit Cu bei dem Beispiel (CH₄N) veranschaulicht;
4 ist ein Graph, der die Mengen an Ni und Cu veranschaulicht, die bei dem Beispiel (CH₄N) und einem Vergleichsbeispiel (C₃H₅) eingefangen werden;
5 präsentiert Querschnitts-TEM-Bilder von Clusterionenimplantationsgebieten bei dem Beispiel (CH₄N) und Vergleichsbeispiel (C₃H₅), und
6 ist ein Graph, der die durch TCAD-Simulation erhaltenen Schadenskonzentrationsprofile bei dem Beispiel (CH₄N) und Vergleichsbeispiel (C₃H₅) veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen dieser Offenbarung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es wird angemerkt, dass in 1 die Dicken einer modifizierten Schicht 14 und einer Epitaxieschicht 16 relativ zu jener eines Halbleiterwafers 10 zur einfachen Beschreibung übertrieben sind und dementsprechend das Verhältnis der Dicken von dem tatsächlichen Verhältnis abweicht.
(Verfahren zum Produzieren eines Halbleiterepitaxiewafers)
Wie in 1 veranschaulicht, beinhaltet ein Verfahren zum Produzieren eines Halbleiterepitaxiewafers 100 gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung Folgendes: einen ersten Schritt (Schritte A und B in 1) des Bestrahlens einer Oberfläche 10A eines Halbleiterwafers 10 mit Clusterionen 12, die Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff als Bestandsteilelemente enthalten, um eine modifizierte Schicht 14 zu bilden, die sich in einem Oberflächenteil des Halbleiterwafers 10 befindet und die Bestandsteilelemente 12 der Clusterionen als eine feste Lösung enthält; und einen zweiten Schritt (Schritt C in 1) des Bildens einer Epitaxieschicht 16 auf der modifizierten Schicht 14 des Halbleiterwafers 10. Die Epitaxieschicht 16 bildet eine Vorrichtungsschicht zum Produzieren einer Halbleitervorrichtung, wie etwa einer rückwärtig belichteten Festkörperbilderfassungsvorrichtung.
[Erster Schritt]
Der Halbleiterwafer 10 ist zum Beispiel ein Volumeneinkristallwafer, der aus Silicium oder einem Verbindungshalbleiter (GaAs, GaN, SiC) gefertigt ist und der keine Epitaxieschicht auf seiner Oberfläche aufweist. Wenn eine rückwärtig belichtete Festkörperbilderfassungsvorrichtung produziert wird, wird typischerweise ein Volumeneinkristallsiliciumwafer verwendet. Ferner kann der verwendete Halbleiterwafer 10 zum Beispiel durch Wachsen eines Einkristallsiliciumingots durch den Czochralski-Prozess (CZ-Prozess) oder den Zonenschmelzprozess (FZ(Floating Zone)-Prozess) und In-Scheiben-Schneiden des Ingots durch Verwenden einer Drahtsäge oder dergleichen erhalten werden. Ferner kann Kohlenstoff und/oder Stickstoff zu dem Halbleiterwafer 10 hinzugefügt werden, um eine stärkere Getter-Fähigkeit zu erhalten. Des Weiteren kann ein gegebener Dotierungsstoff zu dem Halbleiterwafer 10 mit einer vorbestimmten Konzentration hinzugefügt werden, um ein n⁺-Typ-, p⁺-Typ-, n^--Typ- oder p^--Typ-Substrat zu erhalten.
Alternativ dazu kann der Halbleiterwafer 10 ein Epitaxiehalbleiterwafer sein, in dem eine Halbleiterepitaxieschicht auf der Oberfläche eines Volumenhalbleiterwafers gebildet wurde. Zum Beispiel kann der Halbleiterwafer 10 ein Epitaxiesiliciumwafer sein, in dem eine Siliciumepitaxieschicht auf der Oberfläche eines Volumeneinkristallsiliciumwafers gebildet ist. Die Siliciumepitaxieschicht kann durch CVD unter typischen Bedingungen gebildet werden. Die Dicke der Epitaxieschicht liegt bevorzugt in einem Bereich von 0,1 µm bis 20 µm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,2 µm bis 10 µm. In diesem Fall weist der Halbleiterepitaxiewafer 100 mehrere Epitaxieschichten auf, einschließlich der Epitaxieschicht 16 und einer Epitaxieschicht eines nicht gezeigten Halbleiterwafers.
In dem ersten Schritt wird die Oberfläche 10A des Halbleiterwafers 10 mit Clusterionen 12 bestrahlt, die Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff als Bestandsteilelemente enthalten. In dieser Schrift werden „Clusterionen“ durch Folgendes erhalten: Bombardierung von gasförmigen Molekülen mit Elektronen, um die Bindung der gasförmigen Moleküle durch Elektronenstoßionisation zu dissoziieren, wodurch Aggregate von Atomen mit verschiedenen Anzahlen an Atomen gebildet werden; Ionisieren der Aggregate von Atomen durch Bewirken einer Fragmentierung; Unterziehen der Aggregate von Atomen mit verschiedenen Anzahlen von Atomen, die ionisiert wurden, einer Massenseparation; und Extrahieren der ionisierten Aggregate von Atomen mit gewissen Massenzahlen. Insbesondere werden die „Clusterionen“ hier durch Ionisieren von Clustern erhalten, indem den durch die Aggregation mehrerer Atome gebildeten Clustern positive Ladungen oder negative Ladungen gegeben werden, und solche Clusterionen unterscheiden sich klar von monoatomaren Ionen, wie etwa Kohlenstoffionen, und monomolekularen Ionen, wie etwa Kohlenstoffmonoxidionen. Die Anzahl an Atomen, die die Clusterionen darstellen, beträgt üblicherweise etwa 5 bis 100. Als ein Clusterionenimplantationssystem, das eine solche Theorie verwendet, kann zum Beispiel CLARIS (ein eingetragenes Warenzeichen in Japan, anderen Ländern oder beidem) verwendet werden, das von Nissin Ion Equipment Co., Ltd. hergestellt wird.
Wenn ein Siliciumwafer als der Halbleiterwafer 10 mit den Clusterionen 12 bestrahlt wird, die Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff enthalten, erwärmt die Bestrahlungsenergie Silicium unmittelbar auf eine hohe Temperatur von etwa 1350 °C bis 1400 °C und dementsprechend schmilzt das Silicium. Danach wird das Silicium rasch abgekühlt, um eine feste Lösung von Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff in der Nähe der Oberfläche des Siliciumwafers zu bilden. Entsprechend bedeutet die „modifizierte Schicht“ hier eine Schicht, in der Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff, die die Bestandsteilelemente der zu schießenden Clusterionen sind, eine feste Lösung bei Kristallzwischengitterstellen oder Substitutionsstellen in den Kristallgitterstellen des Oberflächenteils des Halbleiterwafers bilden. Ferner ist in den Konzentrationsprofilen von Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff in der Tiefenrichtung des Halbleiterwafers die modifizierte Schicht als ein Bereich definiert, in dem wenigstens eines der Elemente als eine scharfe Spitze aufweisend detektiert wird, in den meisten Fälle ist der Bereich ein Oberflächenteil von 500 nm oder weniger von der Oberfläche des Halbleiterwafers.
Trotz einer Abhängigkeit von den für die Bestrahlung in der Form von Clusterionen verwendeten Elementen werden die Elemente zu einem gewissen Ausmaß im Verlauf der Bildung der unten zu beschreibenden Epitaxieschicht 16 thermisch diffundiert. Wenn Kohlenstoff in den Bestandsteilelementen der Clusterionen enthalten ist, werden in dem Konzentrationsprofil von Kohlenstoff nach der Bildung der Epitaxieschicht 16 breite Diffusionsgebiete auf beiden Seiten der Spitze gebildet, die den Ort des Kohlenstoffelements angibt. Jedoch ändert sich die Dicke der modifizierten Schicht (das heißt die Breite der Spitze) nicht signifikant. Infolgedessen kann sich Kohlenstoff lokal mit einer hohen Konzentration absetzen. Das Gebiet, wo sich Kohlenstoff lokal abgesetzt hat, dient als eine starke Getter-Stelle. Da Kohlenstoffatome an Gitterstellen einen kleineren kovalenten Radius als Si-Atome in einem Siliciumeinkristall aufweisen, wird das Siliciumkristallgitter komprimiert und zieht Zwischengitterfremdstoffe an. Da ferner die modifizierte Schicht 14 in der Nähe der Oberfläche des Siliciumwafers, das heißt unmittelbar unter der Epitaxieschicht 16, gebildet ist, wird Proximity-Gettern ermöglicht. Dementsprechend wird davon ausgegangen, dass eine starke Getter-Fähigkeit durch die lokale Bildung einer festen Lösung von Kohlenstoff in der modifizierten Schicht erhalten wird.
Obwohl die Einzelheiten basierend auf den experimentellen Ergebnissen in einem Beispiel beschrieben werden, ermöglicht ferner die Bestrahlung mit Clusterionen 12, die Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff als Bestandsteilelemente enthalten, dass der Halbleiterepitaxiewafer 100 derart erhalten wird, dass er eine höhere Getter-Fähigkeit als der Fall des Durchführens einer Bestrahlung mit Clusterionen mit Bestandsteilelementen, die aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen, aufweist. Die Erfinder glauben, dass der Mechanismus, der einen solchen Effekt ermöglicht, wie folgt ist; jedoch ist diese Offenbarung nicht auf dies beschränkt.
Gemäß den durch die Erfinder durchgeführten Untersuchungen reduziert das Implantieren von Monomerstickstoffionen in die Oberfläche des Siliciumwafers mit einer Dosis von näherungsweise 1 × 10¹⁵ Atome/cm², gefolgt von einer raschen Erwärmung, die Stickstoffkonzentration in dem Stickstoffkonzentrationsprofil in der Tiefenrichtung des Oberflächenteils des Siliciumwafers auf 3 × 10¹⁷ Atome/cm³. Dementsprechend wird Stickstoff als ein Element betrachtet, das einfach von dem Siliciumwafer desorbiert wird, weil es aufgrund einer Wärmebehandlung eines Prozesses, wie etwa eines epitaktischen Wachstums, diffundiert wird. Im Gegensatz dazu wurde, wenn die Oberfläche des Siliciumwafers mit Clusterionen bestrahlt wurde, die Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff als Bestandsteilelemente enthalten, und eine Siliciumepitaxieschicht danach aufgewachsen wurde, herausgefunden, dass zusammen mit dem Kohlenstoff und Wasserstoff auch Stickstoff ausreichend in dem Oberflächenteil des Siliciumwafers verbleibt. Entsprechend werden Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff gleichzeitig in der Form von Clusterionen in den Oberflächenteil des Siliciumwafers implantiert, dementsprechend kann reichlich Stickstoff in dem Oberflächenteil belassen werden.
Da die Massenzahl eines Stickstoffatoms größer als jene eines Kohlenstoffatoms ist, wird der durch die Bestrahlung mit den Clusterionen verursachte Schaden als größer erachtet, was eine Getter-Fähigkeit erhöhen würde. Die Zunahme des Bestrahlungsschadens kann der Bildung von Kristalldefekten zugeschrieben werden, die in dem mit den Clusterionen bestrahlten Gebiet neu gebildet werden. Wenn ein Querschnitt des Oberflächenteils des Siliciumwafers (modifizierte Schicht, Gebiet, in das die Clusterionen implantiert werden) nach dem epitaktischen Wachstum unter einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) betrachtet wurde, wurde entsprechend herausgefunden, dass sich die Form der in dem Implantationsgebiet gebildeten Kristalldefekte zwischen dem Fall der Implantation der Clusterionen mit Bestandsteilelementen, die aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen, und dem Fall der Implantation der Clusterionen, die Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff als Bestandsteilelemente enthalten, unterscheidet.
Obwohl die Einzelheiten nachfolgend unter Bezugnahme auf 5 beschrieben werden, wurden in dem ersteren Fall viele Kristalldefekte mit einem Durchmesser von näherungsweise 5 nm in dem Clusterionenimplantationsgebiet beobachtet. Es wird angenommen, dass diese Kristalldefekte aufgrund der Kohäsion von Kohlenstoff und Zwischengittersilicium gebildet wurden. Im Gegensatz dazu wurde in dem letzteren Fall herausgefunden, dass sich in dem Clusterionenimplantationsgebiet zusätzlich zu den Kristalldefekten mit einem Durchmesser von näherungsweise 5 nm Defekte mit einem Durchmesser von näherungsweise 50 nm verstreuen. Es wird davon ausgegangen, dass diese Defekte Stapelfehler in der Si[111]-Richtung verursachen. Es wird davon ausgegangen, dass die Bildung solcher neuer Kristalldefekte die Getter-Fähigkeit verbessert.
Die Clusterionenbestrahlungsbedingungen beinhalten die Clustergröße von Clusterionen, die Dosis, die Beschleunigungsspannung für Clusterionen und den Strahlstrom.
Die Clustergröße kann auf 2 bis 100, bevorzugt 60 oder weniger, besonders bevorzugt 50 oder weniger eingestellt werden. „Clustergröße“ bedeutet hier die Anzahl an Atomen, die einen Cluster bilden. Die Clustergröße kann angepasst werden, indem der Gasdruck von Gas, das aus einer Düse abgegeben wird, der Druck eines Vakuumbehälters, die Spannung, die an das Filament bei der Ionisierung angelegt wird, usw. gesteuert werden. Die Clustergröße wird bestimmt, indem die Clusteranzahlverteilung durch Massenspektrometrie unter Verwendung des Oszillationsquadrupolfeldes oder durch Flugzeitmassenspektrometrie gefunden wird und der Durchschnittswert der Anzahl an Clustern gefunden wird.
Es wird angemerkt, dass bei dieser Ausführungsform die Bestandsteilelemente der Clusterionen bevorzugt aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff bestehen, und wobei die Anzahlen an Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Stickstoffatomen in den Clusterionen durch C_xH_yN_z repräsentiert werden, wobei bevorzugt x eine positive ganze Zahl von 16 oder kleiner ist, y eine positive ganze Zahl von 50 oder kleiner ist und z eine positive ganze Zahl von 16 oder kleiner ist. Eine solche Clustergröße wird bevorzugt, weil ein Strahl aus Clusterionen mit kleiner Größe einfach gesteuert werden kann.
Gasförmige Moleküle als eine Quelle der Clusterionen sind nicht beschränkt, solange Clusterionen mit der obigen Clustergröße erhalten werden können. Beispiele für die gasförmigen Moleküle beinhalten Propylamin (C₃H₉N), Cyclopropylmethylamin (C₄H₉N), N,N-Dimethylamin (C₅H₁₃N), Isobutylamin (C₄H₁₁N) und Piperidin (C₅H₁₁N). Es wird angemerkt, dass Clusterionen mit verschiedenen Größen aus diesen Quellengasen produziert werden. Obwohl Fragmente von CH₄N auch von Propylamin (C₃H₉N) erhalten werden, werden zum Beispiel auch kleine Fragmente von Methyl (CH₃), CH2N und C₂H₄N erhalten. Ein oder mehrere wünschenswerte Clusterionen (Fragmente) können aus diesen verschiedenen Größen von Clusterionen zum Bestrahlen der Oberfläche des Halbleiterwafers extrahiert werden.
Die Dosis der Clusterionen kann durch Steuern der Ionenbestrahlungszeit angepasst werden. Die Dosis jedes Elements, das die Clusterionen bildet, wird durch die Ionenspezies der Clusterionen und die Dosis der Clusterionen (Ionen/cm²) bestimmt. Bei dieser Ausführungsform beträgt die Dosis der Clusterionen bevorzugt 1 × 10¹⁴ Ionen/cm² oder mehr und 2 × 10¹⁵ Ionen/cm² oder weniger. Wenn die Dosis insbesondere 1 × 10¹⁵ Ionen/cm² oder mehr beträgt, kann der Verbesserungseffekt der Getter-Fähigkeit ausreichend erhalten werden. Wenn die Dosis 2 × 10¹⁵ Ionen/cm² oder weniger beträgt, wird ferner die Oberfläche des Halbleiterwafers nicht übermäßig beschädigt, was verhindern kann, dass Defekte auf der Oberfläche der Epitaxieschicht nach dem zweiten Schritt gebildet werden.
Die Dosis von Kohlenstoff beträgt bevorzugt 1 × 10¹⁴ Atome /cm² bis 2 × 10¹⁵ Atome /cm², besonders bevorzugt 1 × 10¹⁵ Atome /cm² oder mehr und 2 × 10¹⁵ Atome /cm² oder weniger. Wenn die Kohlenstoffdosis 1 × 10¹⁴ Atome /cm² oder mehr beträgt, kann eine ausreichende Getter-Fähigkeit erhalten werden; wenn die Kohlenstoffdosis 2 × 10¹⁵ Atome /cm² oder weniger beträgt, wird die Oberfläche des Halbleiterwafers allerdings nicht übermäßig beschädigt, was verhindern kann, dass Defekte auf der Oberfläche der Epitaxieschicht nach dem zweiten Schritt gebildet werden.
Die Dosis von Wasserstoff beträgt bevorzugt 1 × 10¹⁴ Atome /cm² bis 2 × 10¹⁶ Atome /cm², besonders bevorzugt 4 × 10¹⁵ Atome /cm² oder mehr und 8 × 10¹⁵ Atome /cm² oder weniger. Wenn die Wasserstoffdosis 1 × 10¹⁴ Atome /cm² oder mehr beträgt, kann Wasserstoff selbst nach der Epitaxieschichtbildung mit einer hohen Konzentration in der modifizierten Schicht belassen werden; wenn die Wasserstoffdosis 2 × 10¹⁶ Atome /cm² oder weniger beträgt, würde die Oberfläche der Epitaxieschicht nicht stark beschädigt.
Die Dosis von Stickstoff beträgt bevorzugt 1 × 10¹⁴ Atome /cm² bis 2 × 10¹⁵ Atome /cm², besonders bevorzugt 1 × 10¹⁵ Atome /cm² oder mehr und 2 × 10¹⁵ Atome /cm² oder weniger. Wenn die Stickstoffdosis 1 × 10¹⁴ Atome /cm² oder mehr beträgt, kann eine ausreichende Getter-Fähigkeit erhalten werden; wenn die Stickstoffdosis 2 × 10¹⁵ Atome /cm² oder weniger beträgt, wird die Oberfläche des Halbleiterwafers allerdings nicht übermäßig beschädigt, was verhindern kann, dass Defekte auf der Oberfläche der Epitaxieschicht nach dem zweiten Schritt gebildet werden.
Die Beschleunigungsspannung für die Clusterionen beeinflusst in Kombination mit der Clustergröße die Spitzenposition in dem Konzentrationsprofil der Bestandsteilelemente in der Tiefenrichtung in der modifizierten Schicht. Bei dieser Ausführungsform kann die Beschleunigungsspannung für die Clusterionen so eingestellt werden, dass sie mehr als 0 keV/Cluster und weniger als 200 keV/Cluster, bevorzugt 100 keV/Cluster oder weniger, besonders bevorzugt 80 keV/Cluster oder weniger beträgt. Die Beschleunigungsspannung wird typischerweise unter Verwendung von zwei Verfahren gesteuert: (1) elektrostatische Beschleunigung und (2) Hochfrequenzbeschleunigung. Beispiele für das erstere Verfahren beinhalten ein Verfahren, bei dem mehrere Elektroden in regelmäßigen Intervallen angeordnet sind und die gleiche Spannung zwischen den Elektroden angelegt wird, wodurch ein konstantes Beschleunigungsfeld in einer Achsenrichtung gebildet wird. Beispiele für letzteres Verfahren beinhalten ein Linearbeschleuniger(linac)-Verfahren, bei dem bewirkt wird, dass sich Ionen entlang einer geraden Linie bewegen, während sie durch Radiowellen beschleunigt werden.
Der Strahlstrom der Clusterionen kann zum Beispiel unter anderem innerhalb eines Bereichs von 50 µA bis 5000 µA angemessen bestimmt werden. Der Strahlstrom der Clusterionen kann zum Beispiel durch Ändern der Bedingungen zur Zersetzung des Quellengases in der Ionenquelle angepasst werden.
[Zweiter Schritt]
Die auf der modifizierten Schicht 14 gebildete Epitaxieschicht 16 ist zum Beispiel eine Siliciumepitaxieschicht und kann unter typischen Bedingungen gebildet werden. Zum Beispiel kann ein Quellengas, wie etwa Dichlorsilan oder Trichlorsilan, unter Verwendung von Wasserstoff als ein Trägergas in eine Kammer eingeführt werden und das Quellengas kann durch CVD bei einer Temperatur in einem Bereich von näherungsweise 1000 °C bis 1200 °C auf dem Halbleiterwafer 10 aufgewachsen werden, obwohl die Wachstumstemperatur auch von dem zu verwendenden Quellengas abhängt. Die Epitaxieschicht 16 weist bevorzugt eine Dicke in einem Bereich von 1 µm bis 15 µm auf. Wenn die Dicke weniger als 1 µm beträgt, würde sich der spezifische Widerstand der Epitaxieschicht 16 aufgrund des Herausdiffundierens von Dotierungsstoffen aus dem Halbleiterwafer 10 ändern, wohingegen eine Dicke, die 15 µm überschreitet, die Spektralempfindlichkeitscharakteristiken der Festkörperbilderfassungsvorrichtung beeinflussen würde.
Das oben beschriebene Verfahren zum Produzieren eines Halbleiterepitaxiewafers gemäß dieser Ausführungsform kann einen Halbleiterepitaxiewafer mit einer verbesserten Getter-Fähigkeit produzieren.
Nach dem ersten Schritt kann vor dem zweiten Schritt eine Wiederherstellungswärmebehandlung zur Kristallinitätswiederherstellung an dem Halbleiterwafer 10 durchgeführt werden. Für eine Wiederherstellungsbehandlung in diesem Fall kann der Halbleiterwafer 10 in einer Atmosphäre aus zum Beispiel 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 Wiederherstellungswärmebehandlung unter Verwendung einer Schnelle-Erwärmung/Abkühlung-Einrichtung für ein schnelles thermisches Tempern (RTA: Rapid Thermal Annealing), eine schnelle thermische Oxidation (Rapid Thermal Oxidation) oder dergleichen, separat von einer Epitaxiewachstumseinrichtung, durchgeführt werden.
(Halbleiterepitaxiewafer)
Unter Bezugnahme auf 1 kann der Halbleiterepitaxiewafer 100 dieser Ausführungsform durch das obige Produktionsverfahren erhalten werden und beinhaltet Folgendes: einen Halbleiterwafer 10; eine modifizierte Schicht 14, die sich in einem Oberflächenteil des Halbleiterwafers 10 befindet und Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff als feste Lösung in dem Halbleiterwafer 10 enthält; und eine Epitaxieschicht 16, die auf der modifizierten Schicht 14 gebildet ist.
Bei dieser Ausführungsform beträgt die Spitzenkonzentration in dem Kohlenstoffkonzentrationsprofil in der Tiefenrichtung der modifizierten Schicht 14 1 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder mehr und 1 × 10²¹ Atome/cm³ oder weniger; beträgt die Spitzenkonzentration in dem Wasserstoffkonzentrationsprofil in der Tiefenrichtung der modifizierten Schicht 14 1 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder mehr und 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger; und beträgt die Spitzenkonzentration in dem Stickstoffkonzentrationsprofil in der Tiefenrichtung der modifizierten Schicht 14 1 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder mehr und 1 × 10²¹ Atome/cm³ oder weniger. Ein solcher Halbleiterepitaxiewafer 100 weist eine höhere Getter-Fähigkeit auf. Die Spitzenkonzentration in dem Kohlenstoffkonzentrationsprofil beträgt bevorzugt 9 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder mehr. Die Spitzenkonzentration in dem Wasserstoffkonzentrationsprofil beträgt bevorzugt 1 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder mehr. Die Spitzenkonzentration in dem Stickstoffkonzentrationsprofil beträgt bevorzugt 2 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder mehr.
Ferner betragen die Halbwertsbreiten (FWHMs) des Kohlenstoffkonzentrationsprofils, des Wasserstoffkonzentrationsprofils und des Stickstoffkonzentrationsprofils in der Tiefenrichtung der modifizierten Schicht 14 bevorzugt jeweils 200 nm oder weniger. Die modifizierte Schicht 14 ist ein Gebiet, in dem Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff lokal als eine feste Lösung bei Kristallzwischengitterstellen oder Substitutionsstellen in dem Oberflächenteil des Halbleiterwafers vorhanden sind, und kann als eine starke Getter-Stelle dienen. Ferner betragen die Halbwertsbreiten hinsichtlich des Erhaltens einer stärkeren Getter-Fähigkeit besonders bevorzugt 100 nm oder weniger und die untere Grenze davon wird bevorzugt auf 50 nm festgelegt.
Ferner liegen die Spitzenpositionen in dem Kohlenstoffkonzentrationsprofil, dem Wasserstoffkonzentrationsprofil und dem Stickstoffkonzentrationsprofil in der Richtung der modifizierten Schicht 14 bevorzugt jeweils in einem Tiefenbereich von 150 nm oder weniger von der Oberfläche der modifizierten Schicht 14 (das heißt der Oberfläche des Halbleiterwafers 10).
Die Dicke der modifizierten Schicht 14 ist als die Dicke eines Gebiets definiert, für das die Konzentration von Kohlenstoff und/oder Wasserstoff und/oder Stickstoff in den Konzentrationsprofilen der Elemente in der Tiefenrichtung des Halbleiterwafers als eine scharfe Spitze beobachtet wird, und die Dicke kann zum Beispiel innerhalb eines Bereichs von 30 nm bis 500 nm liegen.
(Verfahren zum Produzieren einer Halbleitervorrichtung)
Das Verfahren zum Produzieren einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung beinhaltet die Schritte des oben beschriebenen Verfahrens zum Produzieren des Halbleiterepitaxiewafers 100 und einen Schritt des Bildens einer Halbleitervorrichtung auf der Epitaxieschicht 16. Gemäß diesem Produktionsverfahren kann eine stärkere Getter-Fähigkeit erhalten werden, was es ermöglicht, eine Halbleitervorrichtung mit vorteilhaften Vorrichtungscharakteristiken zu produzieren.
BEISPIELE
(Beispiel)
Ein n^--Typ-Siliciumwafer, der aus einem CZ-Einkristallsiliciumingot (Durchmesser: 300 mm, Dicke: 775 µm, Dotierungsstoff: Phosphor, spezifischer Widerstand: 20 Ω·cm) erhalten wurde, wurde vorbereitet. Als Nächstes wurden CH₄N-Clusterionen unter Verwendung von Propylamin (C₃H₉N) als ein Quellengas mit der Verwendung einer Clusterionenerzeugungseinrichtung (CLARIS, produziert von Nissin Ion Equipment Co., Ltd.; CLARIS ein eingetragenes Warenzeichen in Japan, anderen Ländern oder beidem) erzeugt und extrahiert und wurden auf den Siliciumwafer unter Bestrahlungsbedingungen mit einer Beschleunigungsspannung: 80 keV/Cluster (Beschleunigungsspannung je einem Wasserstoffatom: 2,7 keV/Atom, Beschleunigungsspannung je einem Kohlenstoffatom: 32 keV/Atom, Beschleunigungsspannung je einem Stickstoffatom: 37,3 keV/Atom) geschossen. Die Dosis der Clusterionen, die geschossen wurden, betrug 1,0 × 10¹⁵ Ionen/cm². Die Dosis betrug 1,0 × 10¹⁵ Atome/cm² basierend auf der Anzahl an Kohlenstoffatomen, 4,0 × 10¹⁵ Atome/cm² basierend auf der Anzahl an Wasserstoffatomen, und 1,0 × 10¹⁵ Atome/cm² basierend auf der Anzahl an Stickstoffatomen. Ferner wurde der Strahlstrom der Clusterionen auf 1700 µA eingestellt.
Anschließend wurde der Siliciumwafer, der mit den Clusterionen bestrahlt wurde, in eine Einzelwaferverarbeitungsepitaxiewachstumseinrichtung (produziert von Applied Materials, Inc.) transferiert und wurde einem Wasserstoffausheizen bei einer Temperatur von 1120 °C für 30 s in der Einrichtung unter Verwendung von Wasserstoff als ein Trägergas und Trichlorsilan als ein Quellengas unterzogen, gefolgt von CVD bei 1120 °C, wodurch eine Siliciumepitaxieschicht (Dicke: 5 µm, Dotierungsstoff: Phosphor, spezifischer Widerstand 10 Ω·cm) dort auf einer Oberfläche des Siliciumwafers, wo die modifizierte Schicht gebildet wurde, aufgewachsen wird. Dementsprechend wurde ein Epitaxiesiliciumwafer erhalten.
(Vergleichsbeispiel)
Ein Epitaxiesiliciumwafer wurde auf die gleiche Weise wie in dem Beispiel erhalten, mit der Ausnahme, dass die Bedingungen für die Bestrahlung mit Clusterionen wie folgt eingestellt wurden. Insbesondere wurden C₃H₅-Clusterionen unter Verwendung von Cyclohexan (C₆H₁₂) als ein Quellengas erzeugt und extrahiert und wurden auf den Siliciumwafer unter Bestrahlungsbedingungen einer Beschleunigungsspannung: 80 keV (Beschleunigungsspannung je einem Kohlenstoffatom: 23,4 keV/Atom und Beschleunigungsspannung je einem Wasserstoffatom: 2,0 keV/Atom) geschossen. Die Dosis der Clusterionen, die geschossen wurden, betrug 3,3 × 10¹⁴ Ionen/cm². Die Dosis betrug 1,0 × 10¹⁵ Atome/cm² basierend auf der Anzahl an Kohlenstoffatomen und betrug 1,7 × 10¹⁵ Atome/cm² basierend auf der Anzahl an Wasserstoffatomen. Ferner wurde der Strahlstrom der Clusterionen auf 850 µA eingestellt.
[Auswertung 1: Auswertung von Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Stickstoffkonzentrationsprofilen unter Verwendung von SIMS]
Die in dem Beispiel und Vergleichsbeispiel erhaltenen Epitaxiesiliciumwafer wurden den Messungen der Konzentrationsprofile von Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff in der Tiefenrichtung von der Siliciumepitaxieschichtoberfläche durch Sekundärionenmassenspektrometrie(SIMS)-Messungen unterzogen. Als ein Ergebnis befand sich bei dem Beispiel die modifizierte Schicht in einem Oberflächenteil von näherungsweise 300 nm (das heißt näherungsweise 300 nm von der Grenzfläche zwischen der Siliciumepitaxieschicht und dem Siliciumwafer) des Siliciumwafers. Bei dem Vergleichsbeispiel befand sich die modifizierte Schicht in einem Oberflächenteil von näherungsweise 400 nm in dem Siliciumwafer.
2 veranschaulicht die Konzentrationsprofile von Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff bei dem Beispiel (CH₄N). In 2 betrug die Spitzenkonzentration in dem Kohlenstoffkonzentrationsprofil 9 × 10¹⁹ Atome/cm³, betrug die Spitzenkonzentration in dem Wasserstoffkonzentrationsprofil 1 × 10¹⁸ Atome/cm³, und betrug die Spitzenkonzentration in dem Stickstoffkonzentrationsprofil 2 × 10¹⁹ Atome/cm³. Ferner betrugen die Halbwertsbreiten des Kohlenstoffkonzentrationsprofils, des Wasserstoffkonzentrationsprofils und des Stickstoffkonzentrationsprofils 100 nm, 100 nm bzw. 100 nm. Ferner wurden die Spitzenpositionen in dem Kohlenstoffkonzentrationsprofil, Wasserstoffkonzentrationsprofil und Stickstoffkonzentrationsprofil in Tiefen von 100 nm, 100 nm bzw. 100 nm von der Oberfläche des Siliciumwafers beobachtet.
[Auswertung 2: Auswertung der Getter-Fähigkeit]
Die Oberfläche der Epitaxieschicht des Epitaxiewafers in sowohl dem Beispiel als auch dem Vergleichsbeispiel wurde durch ein Rotationsbeschichtungskontaminationsverfahren unter Verwendung einer Ni-Kontaminationsstofflösung zwangskontaminiert und wurde dann einer Wärmebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre bei 900 °C für 30 min unterzogen. Danach wurden SIMS-Messungen an den Epitaxiewafern durchgeführt, um die Konzentrationsprofile von Kohlenstoff und Ni in der Tiefenrichtung des Wafers zu bestimmen. Die Konzentrationsprofile von Kohlenstoff und Ni in dem Beispiel sind in 3A gegeben. Ferner ist die Menge an Ni, das in jedem Epitaxiewafer eingefangen wurde, was aus dem Ni-Konzentrationsprofil gefunden wurde, in 4 gegeben.
Ein ähnlicher Test wurde unter Verwendung einer Cu-Kontaminationsstoffflüssigkeit durchgeführt und die Konzentrationsprofile von Kohlenstoff und Cu in dem Beispiel sind in 3B gegeben. Ferner ist die Menge an Cu, das in jedem Epitaxiewafer eingefangen wurde, was aus dem Cu-Konzentrationsprofil gefunden wurde, in 4 gegeben.
Wie aus 4 ersichtlich ist, waren, obwohl die Dosen von Kohlenstoff in dem Beispiel und Vergleichsbeispiel die gleichen waren, die Mengen an eingefangenem Ni und Cu in dem Beispiel größer als in dem Vergleichsbeispiel und eine stärkere Getter-Fähigkeit wurde in dem Beispiel erhalten.
[Auswertung 3: Querschnitts-TEM-Beobachtung an einem Clusterionenimplantationsgebiet]
Ein Querschnitt eines Bereichs um die modifizierte Schicht herum (Clusterionenimplantationsgebiet) in jedem Epitaxiewafer in dem Beispiel und Vergleichsbeispiel wurde durch TEM beobachtet. 5 präsentiert Querschnitts-TEM-Bilder unter den Sätzen von Bedingungen. Wie aus 5 ersichtlich ist, wurden in dem Vergleichsbeispiel viele Kristalldefekte mit einem Durchmesser von näherungsweise 5 nm in dem Clusterionenimplantationsgebiet beobachtet. Bei dem Beispiel waren Defekte mit einem Durchmesser von näherungsweise 50 nm zusätzlich zu den Kristalldefekten mit einem Durchmesser von näherungsweise 5 nm in dem Clusterionenimplantationsgebiet verstreut. Es wird davon ausgegangen, dass solche neuen Kristalldefekte zu der Verbesserung der Getter-Fähigkeit beigetragen haben. Große Defekte einer solchen Größe wurden bei der Implantation von Clusterionen mit Bestandsteilelementen, die aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen, nicht gebildet; dementsprechend hat Stickstoff wahrscheinlich zu der Bildung solcher Defekte mit großer Größe beigetragen.
[Auswertung 4: Auswertung eines Schadenkonzentrationsprofils durch TCAD-Simulation]
Die Konzentration eines an dem Oberflächenteil jedes Siliciumwafers erfolgten Bestrahlungsschadens, der durch die Clusterionenbestrahlung bei dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel verursacht wurde, wurde durch Simulation berechnet. Insbesondere wurde das Profil der Bestrahlungsschadenkonzentration in der Tiefenrichtung durch einen TCAD-Simulator, Sentaurus Process (erhältlich von Nihon Synopsys G.K.), der zu Berechnungen basierend auf einer Monte-Carlo(MC)-Simulation in der Lage ist, unter Verwendung der Ionenspezies für die Ionenimplantation, der Bestrahlungsenergie, der Dosis, des Strahlstroms, des Bestrahlungswinkels, der Wafertemperatur während der Bestrahlung und der Dicke eines Schutzoxidfilms als Parameter berechnet. Hier ist die Bestrahlungsschadenkonzentration als die Summe der Konzentration von Zwischengittersiliciumatomen und der Lochkonzentration definiert. Die Ergebnisse sind in 6 gegeben. Wie aus 6 ersichtlich ist, war die Konzentration an Schäden, die in dem Oberflächenteil des Siliciumwafers gebildet wurden, in dem Beispiel höher als in dem Vergleichsbeispiel, was wahrscheinlich zu der Verbesserung der Getter-Fähigkeit beigetragen hat.
[Auswertung 5: Auswertung epitaktischer Defekte]
Die Oberfläche der Epitaxieschicht in sowohl dem Beispiel als auch dem Vergleichsbeispiel wurde Messungen unter Verwendung des Surfscan SP1 (Hergestellt von KLA-Tencor Corporation) im Normalmodus unterzogen und von den Defekten, die als LPDs von wenigstens 90 nm gezählt wurden, wurde jeder Defekt, der als ein LPD-N gezählt wurde, als ein epitaktischer Defekt definiert. Als ein Ergebnis wurden epitaktische Defekte in dem Epitaxiewafer weder des Beispiels noch des Vergleichsbeispiels beobachtet.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Ein Verfahren zum Produzieren eines Halbleiterepitaxiewafers gemäß dieser Offenbarung kann einen Halbleiterepitaxiewafer mit einer verbesserten Getter-Fähigkeit produzieren. Ein Halbleiterepitaxiewafer gemäß dieser Offenbarung weist eine verbesserte Getter-Fähigkeit auf.
Bezugszeichenliste

100: Halbleiterepitaxiewafer
10: Halbleiterwafer
10A: Oberfläche des Halbleiterwafers
12: Clusterion
14: Modifizierte Schicht
16: Epitaxieschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012/157162 A [0006, 0007]

Claims

Verfahren zum Produzieren eines Halbleiterepitaxiewafers, wobei das Verfahren umfasst: einen ersten Schritt des Bestrahlens einer Oberfläche eines Halbleiterwafers mit Clusterionen, die Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff als Bestandsteilelemente enthalten, um eine modifizierte Schicht zu bilden, die sich in einem Oberflächenteil des Halbleiterwafers befindet und die Bestandsteilelemente der Clusterionen als eine feste Lösung enthält; und einen zweiten Schritt des Bildens einer Epitaxieschicht auf der modifizierten Schicht des Halbleiterwafers.
Verfahren zum Produzieren eines Halbleiterepitaxiewafers nach Anspruch 1, wobei Anzahlen an Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Stickstoffatomen in den Clusterionen durch C_xH_yN_z repräsentiert werden, wobei x eine positive ganze Zahl von 16 oder kleiner ist, y eine positive ganze Zahl von 50 oder kleiner ist und z eine positive ganze Zahl von 16 oder kleiner ist.
Verfahren zum Produzieren eines Halbleiterepitaxiewafers nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Dosis der Clusterionen 1 × 10¹⁴ Ionen/cm² oder mehr und 2 × 10¹⁵ Ionen/cm² oder weniger beträgt.
Verfahren zum Produzieren eines Halbleiterepitaxiewafers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Spitzenkonzentration in einem Stickstoffkonzentrationsprofil in einer Tiefenrichtung der modifizierten Schicht nach dem zweiten Schritt 1 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder mehr und 1 × 10²¹ Atome/cm³ oder weniger beträgt.
Halbleiterepitaxiewafer, der umfasst: einen Halbleiterwafer; eine modifizierte Schicht, die sich in einem Oberflächenteil des Halbleiterwafers befindet und Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff als feste Lösung innerhalb des Halbleiterwafers enthält; und eine Epitaxieschicht, die auf der modifizierten Schicht gebildet ist, wobei eine Spitzenkonzentration in einem Kohlenstoffkonzentrationsprofil in einer Tiefenrichtung der modifizierten Schicht 1 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder mehr und 1 × 10²¹ Atome/cm³ oder weniger beträgt, eine Spitzenkonzentration in einem Wasserstoffkonzentrationsprofil in der Tiefenrichtung der modifizierten Schicht 1 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder mehr und 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger beträgt, und eine Spitzenkonzentration in einem Stickstoffkonzentrationsprofil in der Tiefenrichtung der modifizierten Schicht 1 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder mehr und 1 × 10²¹ Atome/cm³ oder weniger beträgt.
Halbleiterepitaxiewafer nach Anspruch 5, wobei Halbwertsbreiten des Kohlenstoffkonzentrationsprofils, des Wasserstoffkonzentrationsprofils und des Stickstoffkonzentrationsprofils jeweils 200 nm oder weniger betragen.
Halbleiterepitaxiewafer nach Anspruch 5 oder 6, wobei Spitzenpositionen in dem Kohlenstoffkonzentrationsprofil, dem Wasserstoffkonzentrationsprofil und dem Stickstoffkonzentrationsprofil jeweils in einem Tiefenbereich von 150 nm oder weniger von einer Oberfläche der modifizierten Schicht liegen.