JP2018139277A - エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法および固体撮像素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)試験用シリコンウェーハの表面に第1クラスターイオンを照射して、該試験用シリコンウェーハの表層部に、前記第1クラスターイオンの構成元素が固溶した第1改質層を形成する工程と、
その後、前記表層部をXPS測定して、第1のSi2pスペクトルを得る工程と、
前記第1のSi2pスペクトルから、前記第1クラスターイオンの照射前に予め前記試験用シリコンウェーハの表層部をXPS測定して求めた第2のSi2pスペクトルを差し引いて、アモルファス成分スペクトルを得る工程と、
前記試験用シリコンウェーハの第1改質層上に第1エピタキシャル層を形成する工程と、
前記第1エピタキシャル層の表面のエピタキシャル欠陥数を検出する工程と、
を含む試験を複数のクラスターイオン照射条件下でくり返し、
前記試験により得たアモルファス成分スペクトルのピーク強度と前記エピタキシャル欠陥数との関係に基づき、前記エピタキシャル欠陥数が目標値以下となる目標ピーク強度を求め、
シリコンウェーハの表面に、第2クラスターイオンを照射して、該シリコンウェーハの表層部に、前記第2クラスターイオンの構成元素が固溶した第2改質層を形成する第1工程と、
前記シリコンウェーハの第2改質層上に第2エピタキシャル層を形成する第2工程と、
を有し、前記第1工程は、前記シリコンウェーハの表層部から求めるアモルファス成分スペクトルのピーク強度が、前記目標ピーク強度となる照射条件下で行うことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
前記ドーズ量と前記試験により得た前記アモルファス成分スペクトルのピーク強度との関係に基づき、前記目標ピーク強度が実現できる目標ドーズ量を求め、
前記第1工程は、前記第2クラスターイオンを前記第1クラスターイオンと同一クラスターイオン種として、ドーズ量を前記目標ドーズ量とした照射条件下で行う、上記(1)に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
前記複数のクラスターイオン種ごとに、前記ドーズ量と前記試験により得た前記アモルファス成分スペクトルのピーク強度との関係に基づき、前記目標ピーク強度が実現できる目標ドーズ量を求め、
前記第1工程は、前記第2クラスターイオンのクラスターイオン種に対応する前記目標ドーズ量の照射条件下で行う、上記(1)に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
前記シリコンウェーハの改質層上にエピタキシャル層を形成する第2工程と、
を有し、
前記第1工程では、予めXPS測定により求めた前記表層部のアモルファス成分スペクトルのピーク強度と、前記エピタキシャル層の表面のエピタキシャル欠陥数との関係に基づき、前記クラスターイオンの照射条件を調整することを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
本発明の一実施形態によるエピタキシャルシリコンウェーハ100の製造方法は、図1に示すように、シリコンウェーハ10の表面10Aにクラスターイオン12を照射して、シリコンウェーハ10の表層部に、このクラスターイオン12の構成元素が固溶した改質層14を形成する第1工程(図1(A),(B))と、シリコンウェーハ10の改質層14上にエピタキシャル層20を形成する第2工程(図1(C))と、を有する。図1(C)は、この製造方法の結果得られた半導体エピタキシャルウェーハ100の模式断面図である。エピタキシャル層20は、裏面照射型固体撮像素子等の半導体素子を製造するためのデバイス層となる。
XPS法は、超高真空下で試料表面にX線を照射すると、光電効果により表面から光電子が真空中に放出される現象に基づいて、その光電子の運動エネルギーを観測することによって、その表面の元素組成や化学状態に関する情報を得ることができる分析法として一般的に知られている。本発明では、このXPS法によって、シリコンウェーハの表層部の結晶性を評価する点に特徴がある。以下、結晶性の評価方法について、より詳細に説明する。
CZ単結晶シリコンインゴットから得たn型シリコンウェーハ(直径:300mm、厚さ:725μm、ドーパント:リン、ドーパント濃度:5.0×1014atoms/cm3)を用意した。XPS分析装置(アルバック・ファイ株式会社製、PHI Quantera)を用いて、シリコンウェーハの表層部をXPS測定して、表層部が完全な単結晶である場合のSi2pスペクトルを得た。
さらに、クラスターイオン種を、シクロヘキサンより生成したC3H5クラスターとした以外は、上記と同じ手順で実験を行った。ドーズ量は、3.3×1013〜3.3×1015Clusters/cm2の範囲の種々の値とした。
実験例1,2について、各シリコンウェーハの表層部から得られたSi2pスペクトルから、表層部が完全な単結晶である場合のSi2pスペクトルを差し引いて、アモルファス成分スペクトルを得た。そして、各アモルファス成分スペクトルにおいて、ピーク強度を求めた。実験例1,2とも、ある閾値以上のドーズ量においては、アモルファス成分スペクトルのピーク強度が飽和した。この飽和ピーク強度の場合、表層部は全体的にアモルファス化しているものと考えられる。そこで、飽和ピーク強度を「1」として、各シリコンウェーハにおけるアモルファス成分スペクトルのピーク強度を規格化して求めた。この規格化後のピーク強度を、以下「表層アモルファス化率」と称する。図4に、クラスターイオンのドーズ量と、表層アモルファス化率との関係を示す。また、図5に、表層アモルファス化率とエピタキシャル欠陥数との関係を示す。
上記実験例に示したように、本実施形態ではまず、試験用シリコンウェーハの表面に第1クラスターイオンを照射して、該試験用シリコンウェーハの表層部に、前記第1クラスターイオンの構成元素が固溶した第1改質層を形成する工程と、その後、前記表層部をXPS測定して、第1のSi2pスペクトルを得る工程と、前記第1のSi2pスペクトルから、前記第1クラスターイオンの照射前に予め前記試験用シリコンウェーハの表層部をXPS測定して求めた第2のSi2pスペクトルを差し引いて、アモルファス成分スペクトルを得る工程と、前記試験用シリコンウェーハの第1改質層上に第1エピタキシャル層を形成する工程と、前記第1エピタキシャル層の表面のエピタキシャル欠陥数を検出する工程と、を含む試験を複数のクラスターイオン照射条件下でくり返す。
クラスターイオンは一般的に10〜100keV/Cluster程度の加速電圧で照射するが、クラスターは複数の原子または分子の集合体であるため、1原子または1分子あたりのエネルギーを小さくして打ち込むことができ、シリコンウェーハの結晶へ与えるダメージは小さい。そのため、一実施形態では、上記第1工程の後、シリコンウェーハに対して結晶性回復のための熱処理を行うことなく、シリコンウェーハをエピタキシャル成長装置に搬送して上記第2工程を行うことができ、高いゲッタリング能力を有するエピタキシャルシリコンウェーハ100を効率的に製造することができる。すなわち、RTA(Rapid Thermal Annealing)やRTO(Rapid Thermal Oxidation)などの、エピタキシャル装置とは別個の急速昇降温熱処理装置などを用いて回復熱処理を行う必要がない。
改質層14上に形成するシリコンエピタキシャル層20は、一般的な条件により形成することができる。例えば、水素をキャリアガスとして、ジクロロシラン、トリクロロシランなどのソースガスをチャンバー内に導入し、使用するソースガスによっても成長温度は異なるが、概ね1000〜1200℃の範囲の温度でCVD法によりシリコンウェーハ10上にエピタキシャル成長させることができる。エピタキシャル層20は、厚さが1〜15μmの範囲内とすることが好ましい。1μm未満の場合、シリコンウェーハ10からのドーパントの外方拡散によりエピタキシャル層20の抵抗率が変化してしまう可能性があり、また、15μm超えの場合、固体撮像素子の分光感度特性に影響が生じるおそれがあるからである。
本発明の実施形態による固体撮像素子の製造方法は、上記の製造方法で製造されたエピタキシャルシリコンウェーハ100の表面に位置するエピタキシャル層20に、固体撮像素子を形成することを特徴とする。この製造方法により得られる固体撮像素子は、従来に比べ白傷欠陥の発生を十分に抑制することができる。
10 シリコンウェーハ
10A シリコンウェーハの表面
12 クラスターイオン
14 改質層
20 エピタキシャル層
Claims (9)
- 試験用シリコンウェーハの表面に第1クラスターイオンを照射して、該試験用シリコンウェーハの表層部に、前記第1クラスターイオンの構成元素が固溶した第1改質層を形成する工程と、
その後、前記表層部をXPS測定して、第1のSi2pスペクトルを得る工程と、
前記第1のSi2pスペクトルから、前記第1クラスターイオンの照射前に予め前記試験用シリコンウェーハの表層部をXPS測定して求めた第2のSi2pスペクトルを差し引いて、アモルファス成分スペクトルを得る工程と、
前記試験用シリコンウェーハの第1改質層上に第1エピタキシャル層を形成する工程と、
前記第1エピタキシャル層の表面のエピタキシャル欠陥数を検出する工程と、
を含む試験を複数のクラスターイオン照射条件下でくり返し、
前記試験により得たアモルファス成分スペクトルのピーク強度と前記エピタキシャル欠陥数との関係に基づき、前記エピタキシャル欠陥数が目標値以下となる目標ピーク強度を求め、
シリコンウェーハの表面に、第2クラスターイオンを照射して、該シリコンウェーハの表層部に、前記第2クラスターイオンの構成元素が固溶した第2改質層を形成する第1工程と、
前記シリコンウェーハの第2改質層上に第2エピタキシャル層を形成する第2工程と、
を有し、前記第1工程は、前記シリコンウェーハの表層部から求めるアモルファス成分スペクトルのピーク強度が、前記目標ピーク強度となる照射条件下で行うことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。 - 前記試験は、前記第1クラスターイオンを同一クラスターイオン種で固定して、複数のドーズ量にてくり返し、
前記ドーズ量と前記試験により得た前記アモルファス成分スペクトルのピーク強度との関係に基づき、前記目標ピーク強度が実現できる目標ドーズ量を求め、
前記第1工程は、前記第2クラスターイオンを前記第1クラスターイオンと同一クラスターイオン種として、ドーズ量を前記目標ドーズ量とした照射条件下で行う、請求項1に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。 - 前記試験は、前記第1クラスターイオンを同一クラスターイオン種で固定して、複数のドーズ量にてくり返し、これを複数のクラスターイオン種について行い、
前記複数のクラスターイオン種ごとに、前記ドーズ量と前記試験により得た前記アモルファス成分スペクトルのピーク強度との関係に基づき、前記目標ピーク強度が実現できる目標ドーズ量を求め、
前記第1工程は、前記第2クラスターイオンのクラスターイオン種に対応する前記目標ドーズ量の照射条件下で行う、請求項1に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。 - 前記クラスターイオンが、構成元素として炭素を含む請求項1〜3のいずれか一項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
- 前記クラスターイオンが、構成元素として炭素を含む2種以上の元素を含む請求項4に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
- 前記クラスターイオンの炭素数が16個以下である請求項4または5に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
- シリコンウェーハの表面にクラスターイオンを照射して、該シリコンウェーハの表層部に、前記クラスターイオンの構成元素が固溶した改質層を形成する第1工程と、
前記シリコンウェーハの改質層上にエピタキシャル層を形成する第2工程と、
を有し、
前記第1工程では、予めXPS測定により求めた前記表層部のアモルファス成分スペクトルのピーク強度と、前記エピタキシャル層の表面のエピタキシャル欠陥数との関係に基づき、前記クラスターイオンの照射条件を調整することを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。 - 前記第1工程では、予め求めた、前記表層部のアモルファス成分スペクトルのピーク強度と前記エピタキシャル層の表面のエピタキシャル欠陥数との関係、および、前記表層部のアモルファス成分スペクトルのピーク強度と前記クラスターイオンのドーズ量との関係に基づき、前記クラスターイオンの照射条件としてドーズ量を調整する、請求項7に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の製造方法で製造されたエピタキシャルシリコンウェーハの、前記エピタキシャル層に、固体撮像素子を形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
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Non-Patent Citations (1)
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石井昌彦、広瀬美治、佐藤敏一、大脇健史、多賀康訓: "イオン照射により形成されるSiアモルファス層のXPSその場観察", 豊田中央研究所R&Dレビュー, vol. 32, no. 3, JPN6019051627, September 1997 (1997-09-01), JP, pages 53 - 60, ISSN: 0004186238 * |
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