JP2020038937A - Method for manufacturing epitaxial wafer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エピタキシャルウエーハを製造する方法に関し、特にはシリコン単結晶基板上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させることによりエピタキシャルウエーハを製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an epitaxial wafer, and more particularly to a method for manufacturing an epitaxial wafer by vapor-phase growing a silicon epitaxial layer on a silicon single crystal substrate.
半導体集積回路を作製するための基板として、主にCZ(Czochra1ski)法によって作製されたシリコンウエーハが用いられている。近年の最先端撮像素子における不良には、デバイス活性領域中の極微量の金属不純物が原因と考えられるものがある。具体的には、ウエーハ中の金属不純物は深い準位を形成することで白キズ不良の原因となる。一方、デバイス工程においては、イオン注入工程があり、点欠陥が発生する。イオン注入で発生した点欠陥は、ウエーハ中の炭素と反応し、CiCs複合体を形成する。CiCs複合体は準位を形成するので白キズ不良の一因となることが予想される。 As a substrate for manufacturing a semiconductor integrated circuit, a silicon wafer mainly manufactured by a CZ (Czochralski) method is used. Some of the defects in recent state-of-the-art imaging devices are considered to be caused by a trace amount of metal impurities in the device active region. Specifically, metal impurities in the wafer form deep levels, causing white defects. On the other hand, in the device process, there is an ion implantation process, and point defects occur. Point defects generated by the ion implantation react with carbon in the wafer to form a CiCs complex. Since the CiCs complex forms a level, it is expected to contribute to poor white flaws.
一方、撮像素子用にはエピタキシャルウエーハが使用されることが多い。そのため、エピタキシャル層の炭素濃度が低いほど白キズの発生を低減することができる。しかし、エピタキシャル層中の炭素濃度を低減するための成長条件は明らかでない。
特許文献1では、不純物濃度が目標値以下のシリコンエピタキシャル層を有するエピタキシャルウエーハを製造する方法が開示されている。しかしながら、事前に不純物濃度の異なる成長ガスでエピタキシャルウエーハを製造する必要がある。
On the other hand, an epitaxial wafer is often used for an imaging device. Therefore, as the carbon concentration of the epitaxial layer is lower, the occurrence of white flaws can be reduced. However, the growth conditions for reducing the carbon concentration in the epitaxial layer are not clear.
Patent Document 1 discloses a method for manufacturing an epitaxial wafer having a silicon epitaxial layer having an impurity concentration equal to or lower than a target value. However, it is necessary to manufacture an epitaxial wafer in advance by using growth gases having different impurity concentrations.
ところで、ウエーハ中の炭素濃度測定には、FT−IR法(Fourier Transform Infrared Spectroscopy:フーリエ変換赤外分光法)、SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry:二次イオン質量分析法)、または電子線照射+低温PL(Photoluminescence)測定が挙げられる。
FT−IR法はウエーハに赤外光を透過させ、1106cm−1位置の赤外吸収ピークから炭素濃度を定量する方法である(非特許文献1)。しかし、FT−IR法による分析は透過光の吸収で測定するためにウエーハ深さ方向全体の評価になってしまい、デバイス活性層である極表層の評価はできない。
By the way, to measure the carbon concentration in the wafer, an FT-IR method (Fourier Transform Infrared Spectroscopy: Fourier Transform Infrared Spectroscopy), SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy: low-temperature electron beam mass spectroscopy), PL (Photoluminescence) measurement is mentioned.
The FT-IR method is a method of transmitting infrared light to a wafer and quantifying a carbon concentration from an infrared absorption peak at a position of 1106 cm -1 (Non-Patent Document 1). However, the analysis by the FT-IR method is based on the absorption of transmitted light, so that the entire evaluation is performed in the depth direction of the wafer, and the extreme surface layer as the device active layer cannot be evaluated.
SIMSは、サンプル表面に一次イオンを照射し、放出された2次イオンを質量分析することで元素分析を行うことが可能である。SIMS分析は炭素濃度の深さ方向分布が測定可能だが、検出下限が0.002ppma程度となり、極低炭素分析は難しい。 SIMS is capable of performing elemental analysis by irradiating a sample surface with primary ions and performing mass spectrometry on the released secondary ions. SIMS analysis can measure the distribution of carbon concentration in the depth direction, but the lower limit of detection is about 0.002 ppma, so that extremely low carbon analysis is difficult.
電子線照射+低温PL測定法は、電子線照射によってウエーハ内に導入された点欠陥と炭素が反応し、格子間炭素と置換炭素の複合体(CiCs複合体)が形成され、低温PL法でその複合体による発光強度から炭素濃度を定量する方法である(非特許文献2)。この手法は、感度がよく検出下限が低いが、ウエーハ深さ方向全体にCiCs複合体が形成し、低温PL法で検出されるCiCs複合体は低温PL測定時のキャリアの拡散深さに依存する。例えば非特許文献2では約10μmとなり、それよりも浅い領域の炭素濃度は測定できない。例えば、撮像素子のフォトダイオード領域である、表層1〜2μmの評価はできない。
In the electron beam irradiation + low-temperature PL measurement method, a point defect introduced into the wafer by electron beam irradiation reacts with carbon to form a complex of interstitial carbon and substituted carbon (CiCs complex). This is a method of quantifying the carbon concentration from the emission intensity of the complex (Non-Patent Document 2). This technique has good sensitivity and a low detection lower limit, but a CiCs complex is formed in the entire wafer depth direction, and the CiCs complex detected by the low-temperature PL method depends on the carrier diffusion depth at the time of low-temperature PL measurement. . For example, in Non-Patent
これに対し、イオン注入+PL法では、特定の深さ位置に限定して点欠陥を導入してCiCs複合体形成することができるため、表層の炭素濃度を測定することができる。 On the other hand, in the ion implantation + PL method, a point defect can be introduced only at a specific depth position to form a CiCs complex, so that the carbon concentration in the surface layer can be measured.
成長条件の違いによるエピタキシャル層中の炭素濃度への影響が判明していないため、炭素濃度を低減した成長条件が不明であり、安定して撮像素子用のエピタキシャルウエーハが提供できない。 Since the influence of the difference in the growth conditions on the carbon concentration in the epitaxial layer has not been clarified, the growth conditions with the reduced carbon concentration are unknown, and an epitaxial wafer for an imaging device cannot be stably provided.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、特には撮像素子作製に用いた場合に白キズ不良の発生を抑制できるシリコンエピタキシャル層を有するエピタキシャルウエーハを製造することができる方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in particular, a method capable of manufacturing an epitaxial wafer having a silicon epitaxial layer that can suppress the occurrence of white spot defects when used for manufacturing an imaging device. The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、本発明は、シリコン単結晶基板上に原料ガスおよびキャリアガスを供給してシリコンエピタキシャル層を気相成長させることによりエピタキシャルウエーハを製造する方法であって、
前記シリコンエピタキシャル層の成長温度をT(℃)、成長中の前記キャリアガスの空気換算流量をX(SLM)としたとき、
前記成長温度Tを1000℃以上、1200℃以下とし、かつ、T<23X+885を満足する成長条件で気相成長を行って製造することを特徴とするエピタキシャルウエーハの製造方法を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention is a method for producing an epitaxial wafer by supplying a source gas and a carrier gas on a silicon single crystal substrate to vapor-grow a silicon epitaxial layer,
When the growth temperature of the silicon epitaxial layer is T (° C.) and the flow rate of the carrier gas during growth is X (SLM),
A method for producing an epitaxial wafer, characterized in that the growth temperature T is 1000 ° C. or more and 1200 ° C. or less and vapor phase growth is performed under a growth condition satisfying T <23X + 885.
このように、上記不等式を満足する成長条件で気相成長を行えば、簡便に、かつ安定して、低炭素濃度のシリコンエピタキシャル層を成長させることができる。そして、製造したエピタキシャルウエーハを用いれば、白キズ不良の発生が抑制された撮像素子を得ることができる。
また、成長温度を1000℃以上とすることで、成長速度が下がりすぎることもなく、生産性が高いものとすることができる。また1200℃以下とすることで、成長中のウエーハの面内温度分布の均一性を保ちやすい。
Thus, if the vapor phase growth is performed under the growth conditions satisfying the above inequality, a silicon epitaxial layer having a low carbon concentration can be easily and stably grown. Then, by using the manufactured epitaxial wafer, it is possible to obtain an imaging device in which the occurrence of the white defect is suppressed.
Further, by setting the growth temperature to 1000 ° C. or higher, the productivity can be increased without the growth rate being excessively lowered. By setting the temperature to 1200 ° C. or lower, uniformity of the in-plane temperature distribution of the growing wafer can be easily maintained.
なお、ここでいうキャリアガスの空気換算流量X(SLM)(空気換算キャリアガス流量とも言う)とは、下記の換算式により求めることができる。
X0:実際に使用しているガスでの流量(SLM)、
γ0:流体密度(kg/m3)、T0:使用温度(℃)、
P0:使用圧力×9.87(MPa)である。
Here, the air-equivalent flow rate X (SLM) of the carrier gas (also referred to as air-equivalent carrier gas flow rate) can be obtained by the following conversion formula.
X 0 : flow rate (SLM) in the gas actually used,
γ 0 : fluid density (kg / m 3 ), T 0 : operating temperature (° C.),
P 0 : Working pressure × 9.87 (MPa).
このとき、前記成長条件で気相成長を行うことにより、炭素濃度が0.0015ppma以下の前記シリコンエピタキシャル層を気相成長させることができる。 At this time, the silicon epitaxial layer having a carbon concentration of 0.0015 ppma or less can be vapor-phase grown by performing vapor-phase growth under the above-described growth conditions.
本発明の製造方法によって、上記のような0.0015ppma以下という低炭素濃度のシリコンエピタキシャル層を容易に成長させることができる。シリコンエピタキシャル層中の炭素濃度が低いほど撮像素子における白キズ不良の発生を低減することができるため、本発明の製造方法により、撮像素子用として適したエピタキシャルウエーハを安定供給することができる。 According to the manufacturing method of the present invention, a silicon epitaxial layer having a low carbon concentration of 0.0015 ppma or less as described above can be easily grown. The lower the carbon concentration in the silicon epitaxial layer is, the more the occurrence of white defects in the image sensor can be reduced. Therefore, the manufacturing method of the present invention makes it possible to stably supply an epitaxial wafer suitable for an image sensor.
以上のように、本発明によれば、簡便に、かつ安定して、低炭素濃度のシリコンエピタキシャル層を成長させることができ、白キズ不良が発生しにくい撮像素子用のエピタキシャルウエーハを得ることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to easily and stably grow a silicon epitaxial layer having a low carbon concentration, and to obtain an epitaxial wafer for an imaging device in which white defects are less likely to occur. it can.
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
まず、図4に本発明のエピタキシャルウエーハの製造方法に用いることができる気相成長装置の一例を示す。
気相成長装置1は、内部で気相成長を行うためのチャンバー2と、チャンバー2内に連通し、チャンバー2内に原料ガスおよびキャリアガス等の各種のガスGを導入するガス導入管3と、チャンバー2内に連通し、チャンバー2内からガスを排出するガス排出管4と、チャンバー2内に配置され、ウエーハWを載置するサセプタ5とを具備する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings as an example of an embodiment, but the present invention is not limited to this.
First, FIG. 4 shows an example of a vapor phase growth apparatus that can be used in the method for producing an epitaxial wafer of the present invention.
The vapor phase growth apparatus 1 includes a
この他、気相成長装置1は、サセプタ5を回転させるためのサセプタ回転機構6や、ウエーハWを加熱するための加熱手段7等を適宜具備する。また、チャンバー2は、通常、複数の部材から構成される。例えば、透明石英からなるチャンバー上部部材8及びチャンバー下部部材9から構成される。ガス導入管3にはガス導入口10、ガス排出管4にはガス排出口11が設けられている。また、サセプタ5は、軸12を有する主支柱13、及び副支柱14により支持されている。また、サセプタ5はウエーハWが載置される座ぐり15を有する。
In addition, the vapor phase growth apparatus 1 appropriately includes a
次に、本発明のエピタキシャルウエーハの製造方法について説明する。
まず、シリコン単結晶基板を用意する。このシリコン単結晶基板としては、例えばCZ法により作製したものを用意することができる。CZシリコン単結晶基板を用いて、特には撮像素子用のエピタキシャルウエーハが製造されている。
なお、CZ法に限定されず、FZ(Floating Zone)法など他の方法により用意することも可能である。
Next, a method for manufacturing an epitaxial wafer of the present invention will be described.
First, a silicon single crystal substrate is prepared. As this silicon single crystal substrate, one manufactured by, for example, the CZ method can be prepared. 2. Description of the Related Art An epitaxial wafer, particularly for an image sensor, is manufactured using a CZ silicon single crystal substrate.
Note that the method is not limited to the CZ method, and can be prepared by another method such as an FZ (Floating Zone) method.
次に、図4のような気相成長装置1を用いて、シリコン単結晶基板(ウエーハW)上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させる。
このエピタキシャル成長工程では、ガス導入管3を通してキャリアガスとして水素を供給し、該水素雰囲気でシリコンエピタキシャル層の成長温度まで昇温する。その後TCS(トリクロロシラン)等の原料ガスをキャリアガスと共に供給して所定時間でシリコンエピタキシャル層を成長する。
なお、原料ガスとしてはトリクロロシラン以外に、モノシラン、モノクロロシラン、ジクロロシラン、あるいは四塩化炭素などを用いることができる。また、原料ガスの他に、ジボラン(B2H6)あるいはホスフィン(PH3)等のドーパントガスを水素ガスとともに供給することができる。
Next, using a vapor phase growth apparatus 1 as shown in FIG. 4, a silicon epitaxial layer is vapor-phase grown on a silicon single crystal substrate (wafer W).
In this epitaxial growth step, hydrogen is supplied as a carrier gas through the
In addition, in addition to trichlorosilane, monosilane, monochlorosilane, dichlorosilane, carbon tetrachloride, or the like can be used as a source gas. In addition to the source gas, a dopant gas such as diborane (B 2 H 6 ) or phosphine (PH 3 ) can be supplied together with the hydrogen gas.
このようにしてエピタキシャル層を気相成長させた後に、原料ガス及びドーパントガスの供給を停止し、キャリアガスである水素の雰囲気に保持したまま反応容器内の温度を降温させ、降温後、製造したエピタキシャルウエーハを取り出す。 After the epitaxial layer was thus vapor-grown, the supply of the source gas and the dopant gas was stopped, and the temperature in the reaction vessel was lowered while maintaining the atmosphere of hydrogen as the carrier gas. Take out the epitaxial wafer.
なお、エピタキシャル成長工程の際の成長温度、成長時間、キャリアガス流量などの各種成長条件は所望のシリコンエピタキシャル層の厚さなどを考慮して適宜決めることができる。ただし、本発明では成長温度およびキャリアガス流量に関しては、以下の条件を満たすようにする。 Note that various growth conditions such as a growth temperature, a growth time, and a carrier gas flow rate in the epitaxial growth step can be appropriately determined in consideration of a desired thickness of the silicon epitaxial layer. However, in the present invention, the following conditions are satisfied for the growth temperature and the carrier gas flow rate.
シリコンエピタキシャル層の成長温度T(℃)については、まず、1000℃以上、1200℃以下とする。成長温度は1000℃未満となると成長速度が下がり生産性が悪化するため1000℃以上とする。また1200℃を超えると成長中のウエーハの面内温度分布の均一性を保つことが難しくなるため、1200℃以下とする。このような成長温度とすることで、シリコンエピタキシャル層の厚さや特性が面内均一のエピタキシャルウエーハを生産性高く製造することができる。 First, the growth temperature T (° C.) of the silicon epitaxial layer is 1000 ° C. or more and 1200 ° C. or less. If the growth temperature is lower than 1000 ° C., the growth rate is reduced and the productivity is deteriorated. On the other hand, if the temperature exceeds 1200 ° C., it becomes difficult to maintain the uniformity of the in-plane temperature distribution of the growing wafer. With such a growth temperature, an epitaxial wafer having a uniform thickness and characteristics of a silicon epitaxial layer in a plane can be manufactured with high productivity.
さらに成長温度Tとキャリアガス流量の関係、より具体的には、成長温度T(℃)と成長中のキャリアガスの空気換算流量X(SLM)の関係として、T<23X+885の不等式の関係が成り立つようにする。
すなわち、成長条件として、上記成長温度の範囲内で、上記不等式が成り立つように、成長温度とキャリアガスの流量を設定し、設定した条件に基づいてエピタキシャル成長工程を実施する。
Further, as the relationship between the growth temperature T and the flow rate of the carrier gas, more specifically, the relationship between the growth temperature T (° C.) and the air-equivalent flow rate X (SLM) of the growing carrier gas, an inequality of T <23X + 885 holds. To do.
That is, as the growth conditions, the growth temperature and the flow rate of the carrier gas are set such that the above inequality holds within the range of the growth temperature, and the epitaxial growth step is performed based on the set conditions.
このような製造方法であれば、シリコン単結晶基板上に、簡便に、かつ安定して、低炭素濃度のシリコンエピタキシャル層を成長させることができる。特には、0.0015ppma以下という低炭素濃度のシリコンエピタキシャル層を成長させることができる。そして、このような低炭素濃度のシリコンエピタキシャル層を有するエピタキシャルウエーハを生産性高く、安定して供給することができるため、該エピタキシャルウエーハを用いて撮像素子を製造した場合に、白キズ不良の発生が低減された高品質のものを安定して供給することができる。 According to such a manufacturing method, a low-carbon-concentration silicon epitaxial layer can be easily and stably grown on a silicon single crystal substrate. In particular, a silicon epitaxial layer having a low carbon concentration of 0.0015 ppma or less can be grown. Further, since an epitaxial wafer having such a silicon epitaxial layer with a low carbon concentration can be supplied stably with high productivity, white defect defects may occur when an imaging device is manufactured using the epitaxial wafer. Can be stably supplied.
ここで、上記不等式を本発明者らが見出すに至った経緯および実験結果を説明する。
初めに成長温度を1040〜1180℃、キャリアガスの空気換算流量を3〜13SLMに振った成長条件で、用意したシリコン単結晶基板上にシリコンエピタキシャル層をエピタキシャル成長した直径300mmのエピタキシャルウエーハを作製した。エピタキシャル層の厚さは9μmである。なお、作製するにあたっては図4の気相成長装置を用い、原料ガスとしてTCS、キャリアガスとして水素ガスを用いた。
Here, a description will be given of how the inventors have found the above inequality and experimental results.
First, an epitaxial wafer having a diameter of 300 mm was prepared by epitaxially growing a silicon epitaxial layer on a prepared silicon single crystal substrate under a growth condition in which the growth temperature was 1040 to 1180 ° C. and the air flow rate of the carrier gas was changed to 3 to 13 SLM. The thickness of the epitaxial layer is 9 μm. In the fabrication, the vapor phase growth apparatus shown in FIG. 4 was used, and TCS was used as a source gas, and hydrogen gas was used as a carrier gas.
それらのエピタキシャルウエーハに対して、Heイオン注入を施した後(イオン注入の飛程は約0.5μmである)、低温PL測定でCiCs発光強度を測定し、炭素濃度を見積もった。
さらに、シリコンエピタキシャル層中の炭素濃度の異なるエピタキシャルウエーハを用いて撮像素子を作製し、白キズ不良を評価した。
After He ions were implanted into these epitaxial wafers (the range of ion implantation was about 0.5 μm), the emission intensity of CiCs was measured by low-temperature PL measurement to estimate the carbon concentration.
Furthermore, an image sensor was manufactured using epitaxial wafers having different carbon concentrations in the silicon epitaxial layer, and white defect defects were evaluated.
その結果として、図1に、空気換算キャリアガスの流量ごとの、エピタキシャル層中の炭素濃度と成長温度の関係を示す。キャリアガスの空気換算流量が5、8、10SLMの場合を例としてまとめたものである。また、図2に、成長温度ごとの、エピタキシャル層中の炭素濃度とキャリアガスの空気換算流量の関係を示す。成長温度が1090、1130、1170℃の場合を例としてまとめたものである。
なお、図1、図2および後述する図3のそれぞれにおける印は白キズレベルをあらわす。○が良好で、×は不良で、△は中間である。○、×、△については、全チップの白キズ不良の個数に関する指標で、○を「1」とした場合は、×は「3.0」以上であり、△は1.0より大きく、3.0より小さい場合である。
As a result, FIG. 1 shows the relationship between the carbon concentration in the epitaxial layer and the growth temperature for each flow rate of air-equivalent carrier gas. The case where the air-equivalent flow rate of the carrier gas is 5, 8, and 10 SLM is summarized as an example. FIG. 2 shows the relationship between the carbon concentration in the epitaxial layer and the air-equivalent flow rate of the carrier gas at each growth temperature. The case where the growth temperature is 1090, 1130, or 1170 ° C. is summarized as an example.
The marks in FIGS. 1 and 2 and FIG. 3 described later represent white defect levels. ○ is good, X is bad, and △ is intermediate. ○, ×, and Δ are indices relating to the number of white defect defects in all chips. When ○ is set to “1”, × is equal to or more than “3.0”, and △ is larger than 1.0 and 3 0.0.
これらの結果から、白キズレベルが不良になるのを防ぐためには(すなわち、良好または中間になるようにするには)シリコンエピタキシャル層中の炭素濃度が特には0.0015ppma以下であることが良いことがわかった。
そこで、図1、図2の結果からエピタキシャル層中の炭素濃度が0.0015ppma以下となる条件を目安として、白キズレベルが不良にならない条件(特には良好となる条件)を検討した。具体的には、まず、成長温度を1030〜1170℃、キャリアガスの空気換算流量を3〜13SLMに振った成長条件でエピタキシャル成長を行い、得られたエピタキシャルウエーハを用いて撮像素子を作製して白キズレベルを評価した。
From these results, it is preferable that the carbon concentration in the silicon epitaxial layer is particularly 0.0015 ppma or less in order to prevent the white flaw level from becoming defective (that is, to make it good or intermediate). I understood.
Therefore, based on the results of FIGS. 1 and 2, the conditions under which the white flaw level does not become defective (especially, the conditions under which the carbon concentration in the epitaxial layer becomes 0.0015 ppma or less) were examined. Specifically, first, epitaxial growth is performed under growth conditions in which the growth temperature is 1030 to 1170 ° C., and the air-equivalent flow rate of the carrier gas is changed to 3 to 13 SLM. The scratch level was evaluated.
図3に成長温度、キャリアガスの空気換算流量、白キズレベル(あるいは炭素濃度とも言える)との関係を示す。このようにして得られた、白キズレベルと成長温度およびキャリアガス流量の関係から成長温度T(℃)<23×成長中キャリアガス流量(空気換算流量)X(SLM)+885となる成長条件を満たす領域(図3のT=23X+885の直線よりも右側の網掛け領域)で、白キズレベルが確実に良好となることが分かった。さらには、この不等式を満たす領域においては、エピタキシャル層中の炭素濃度が0.0015ppma以下となることがわかった。
なお、図3は、上記のように成長温度が1030〜1170℃の範囲内の評価結果を示したものであるが、1000℃前後、および1200℃前後においても、同様に、T=23X+885の直線よりも右側の領域で白キズレベルが良好となっていることを確認している。
FIG. 3 shows the relationship among the growth temperature, the air-equivalent flow rate of the carrier gas, and the level of white spots (or carbon concentration). From the relationship between the white flaw level, the growth temperature, and the carrier gas flow rate thus obtained, the growth condition of growth temperature T (° C.) <23 × growing carrier gas flow rate (air conversion flow rate) X (SLM) +885 is satisfied. In the region (the shaded region on the right side of the straight line of T = 23X + 885 in FIG. 3), it was found that the white flaw level was reliably improved. Furthermore, it was found that in the region satisfying the inequality, the carbon concentration in the epitaxial layer was 0.0015 ppma or less.
Note that FIG. 3 shows the evaluation results when the growth temperature is in the range of 1030 to 1170 ° C. as described above. Similarly, at around 1000 ° C. and around 1200 ° C., the straight line of T = 23X + 885 is similarly obtained. It has been confirmed that the white scratch level is good in the region on the right side of the figure.
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1−2、比較例1)
直径300mmのシリコン単結晶ウエーハを用意して、図4の気相成長装置を用い(原料ガス:TCS、キャリアガス:水素)、成長温度を1050℃、キャリアガス空気換算流量を2SLM(比較例1)、8SLM(実施例1)、18SLM(実施例2)の3種類に振った条件で厚さ10μmのエピタキシャル層を成長させた。これらのエピタキシャルウエーハを用いて撮像素子を作製し、白キズ不良を評価した。
また、同じ条件で成長したエピタキシャルウエーハにHeイオン注入を施した後、低温PL測定でCiCs発光強度を測定し、炭素濃度を見積もった。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.
(Example 1-2, Comparative Example 1)
A silicon single crystal wafer having a diameter of 300 mm was prepared, and the vapor phase growth apparatus shown in FIG. 4 was used (source gas: TCS, carrier gas: hydrogen), the growth temperature was 1050 ° C., and the carrier gas air equivalent flow rate was 2 SLM (Comparative Example 1). ), 8 SLM (Example 1), and 18 SLM (Example 2), and a 10 μm thick epitaxial layer was grown. An image sensor was manufactured using these epitaxial wafers, and white defect defects were evaluated.
After He ions were implanted into the epitaxial wafer grown under the same conditions, the emission intensity of CiCs was measured by low-temperature PL measurement to estimate the carbon concentration.
その結果、キャリアガス空気換算流量が2SLMの場合では、炭素濃度が0.006ppmaとなり、白キズレベルは不良となった。一方、キャリアガス空気換算流量が8SLMおよび18SLMの場合は、それぞれ、炭素濃度が0.0010ppma、0.00025ppmaとなり、白キズレベルは良好であった。 As a result, when the carrier gas air equivalent flow rate was 2 SLM, the carbon concentration was 0.006 ppma, and the white flaw level was poor. On the other hand, when the carrier gas air equivalent flow rates were 8 SLM and 18 SLM, the carbon concentration was 0.0010 ppma and 0.00025 ppma, respectively, and the white flaw level was good.
本発明における不等式に、各成長温度およびキャリアガス空気換算流量を代入すると、キャリアガス空気換算流量が2SLMの場合、「成長温度1050<931」となり、本発明における不等式を満たしておらず、上記のように白キズレベルは不良となる。一方、キャリアガス空気換算流量が8SLMおよび18SLMの場合、それぞれ「成長温度1050<1069」ならびに「成長温度1050<1299」となり、本発明における不等式の条件を満たしており、白キズレベルは良好となる。
When the growth temperature and the carrier gas air-equivalent flow rate are substituted for the inequality in the present invention, when the carrier gas air-equivalent flow rate is 2 SLM, “
(実施例3、比較例2−3)
直径300mmのシリコン単結晶ウエーハを用意して、図4の気相成長装置を用い(原料ガス:TCS、キャリアガス:水素)、成長温度を1100℃、キャリアガス空気換算流量を2SLM(比較例2)、8SLM(比較例3)、18SLM(実施例3)の3種類に振った条件で厚さ10μmのエピタキシャル層を成長させた。これらのエピタキシャルウエーハを用いて撮像素子を作製し、白キズ不良を評価した。
また、同じ条件で成長したエピタキシャルウエーハにHeイオン注入を施した後、低温PL測定でCiCs発光強度を測定し、炭素濃度を見積もった。
(Example 3, Comparative Example 2-3)
A silicon single crystal wafer having a diameter of 300 mm was prepared and the vapor phase growth apparatus shown in FIG. 4 was used (source gas: TCS, carrier gas: hydrogen), the growth temperature was 1100 ° C., and the carrier gas air conversion flow rate was 2 SLM (Comparative Example 2). ), 8 SLM (Comparative Example 3), and 18 SLM (Example 3), and a 10 μm thick epitaxial layer was grown. An image sensor was manufactured using these epitaxial wafers, and white defect defects were evaluated.
After He ions were implanted into the epitaxial wafer grown under the same conditions, the emission intensity of CiCs was measured by low-temperature PL measurement to estimate the carbon concentration.
その結果、キャリアガス空気換算流量が2SLMの場合の炭素濃度は0.01ppmaとなり、8SLMの場合の炭素濃度は0.0016ppmaとなり、いずれも白キズレベルは不良となった。一方、キャリアガス空気換算流量が18SLMの場合は炭素濃度が0.00047ppma以下となり、白キズレベルは良好であった。 As a result, the carbon concentration was 0.01 ppma when the carrier gas air-equivalent flow rate was 2 SLM, and 0.0016 ppma when the carrier gas air-equivalent flow rate was 8 SLM. On the other hand, when the carrier gas air equivalent flow rate was 18 SLM, the carbon concentration was 0.00047 ppma or less, and the white flaw level was good.
本発明における不等式に、各成長温度およびキャリアガス空気換算流量を代入すると、キャリアガス空気換算流量が2SLMおよび8SLMの場合、「成長温度1100<931」および「成長温度1100<1069」となり、本発明における不等式の条件を満たしておらず、白キズレベルは不良となる。一方、キャリアガス空気換算流量が18SLMの場合、「成長温度1050<1299」となり、本発明における不等式の条件を満たしており、白キズは良好となる。
When the respective growth temperatures and the carrier gas air-equivalent flow rates are substituted into the inequality in the present invention, when the carrier gas air-equivalent flow rates are 2 SLM and 8 SLM, “
これらの実施例1−3、比較例1−3の成長条件および白キズレベルの評価結果を下記表1にまとめる。同じ成長温度であっても、キャリアガス空気換算流量によって白キズレベルの評価が変わる。また、同じキャリアガス流量であっても、成長温度によって白キズレベルの評価が変わる。 Table 1 below summarizes the growth conditions and the evaluation results of the white flaw level in Example 1-3 and Comparative Example 1-3. Even at the same growth temperature, the evaluation of the white flaw level changes depending on the carrier gas air-equivalent flow rate. Further, even at the same carrier gas flow rate, the evaluation of the white flaw level changes depending on the growth temperature.
本発明における成長温度の温度範囲とすることで生産性や均一性が高いエピタキシャルウエーハを得ることができる。かつ、本発明における不等式を満たすように成長温度とキャリアガス空気換算流量を設定してエピタキシャル成長することで、低炭素濃度であり、白キズ不良の発生の低減が可能な撮像素子用として優れたエピタキシャルウエーハを容易に安定供給することが可能である。 By setting the temperature range of the growth temperature in the present invention, an epitaxial wafer having high productivity and uniformity can be obtained. In addition, by setting the growth temperature and the carrier gas air-equivalent flow rate so as to satisfy the inequality in the present invention and performing epitaxial growth, the epitaxial growth is excellent for an imaging device having a low carbon concentration and capable of reducing the occurrence of white spot defects. It is possible to easily and stably supply the wafer.
以上のように、本発明における不等式を満たせば、炭素濃度が低減して白キズレベルが良好となることが確認された。従って、シリコン単結晶基板上にシリコンエピタキシャル層を気相成長するときの成長条件として、本発明における成長温度と空気換算キャリアガス流量の不等式の関係(および成長温度の温度範囲)を満たす条件を設定する工程を設け、該設定した条件で気相成長すれば、エピタキシャル層中の炭素濃度が低く白キズ不良の発生が抑制される、撮像素子用として有用なシリコンエピタキシャルウエーハを簡便に安定して得ることができる。 As described above, it was confirmed that, when the inequality in the present invention was satisfied, the carbon concentration was reduced and the white spot level was improved. Therefore, as a growth condition when a silicon epitaxial layer is vapor-phase grown on a silicon single crystal substrate, a condition that satisfies the relationship of the inequality of the growth temperature and the carrier gas flow rate in air (and the temperature range of the growth temperature) in the present invention is set. If a vapor phase growth is performed under the set conditions, the concentration of carbon in the epitaxial layer is low, and the occurrence of white defects is suppressed, and a silicon epitaxial wafer useful for an imaging device can be easily and stably obtained. be able to.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 Note that the present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device having the same function and effect can be realized by the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
1…気相成長装置、 2…チャンバー、 3…ガス導入管、
4…ガス排出管、 5…サセプタ、 6…サセプタ回転機構、
7…加熱手段、 8…チャンバー上部部材、
9…チャンバー下部部材、 10…ガス導入口、 11…ガス排出口、
12…軸、 13…主支柱、 14…副支柱、 15…座ぐり
W…ウェーハ、 G…ガス。
1 ... vapor phase growth apparatus, 2 ... chamber, 3 ... gas introduction pipe,
4 ... gas exhaust pipe, 5 ... susceptor, 6 ... susceptor rotation mechanism,
7: heating means, 8: upper chamber member,
9: lower chamber member, 10: gas inlet, 11: gas outlet,
12: shaft, 13: main support, 14: sub-support, 15: counterbore W: wafer, G: gas.
Claims (2)
前記シリコンエピタキシャル層の成長温度をT(℃)、成長中の前記キャリアガスの空気換算流量をX(SLM)としたとき、
前記成長温度Tを1000℃以上、1200℃以下とし、かつ、T<23X+885を満足する成長条件で気相成長を行って製造することを特徴とするエピタキシャルウエーハの製造方法。 A method for producing an epitaxial wafer by supplying a source gas and a carrier gas on a silicon single crystal substrate to vapor-grow a silicon epitaxial layer,
When the growth temperature of the silicon epitaxial layer is T (° C.) and the flow rate of the carrier gas during growth is X (SLM),
A method for manufacturing an epitaxial wafer, wherein the growth temperature T is 1000 ° C. or more and 1200 ° C. or less, and a vapor phase growth is performed under a growth condition satisfying T <23X + 885.
2. The method according to claim 1, wherein the silicon epitaxial layer having a carbon concentration of 0.0015 ppma or less is vapor-phase grown by performing vapor-phase growth under the growth condition.
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