JP5401809B2 - Silicon substrate and manufacturing method thereof - Google Patents

Silicon substrate and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP5401809B2
JP5401809B2 JP2008054841A JP2008054841A JP5401809B2 JP 5401809 B2 JP5401809 B2 JP 5401809B2 JP 2008054841 A JP2008054841 A JP 2008054841A JP 2008054841 A JP2008054841 A JP 2008054841A JP 5401809 B2 JP5401809 B2 JP 5401809B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon substrate
silicon
concentration
gettering
atoms
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2008054841A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009212352A (en
Inventor
一成 栗田
秀一 表
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumco Corp
Original Assignee
Sumco Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumco Corp filed Critical Sumco Corp
Priority to JP2008054841A priority Critical patent/JP5401809B2/en
Priority to US12/396,656 priority patent/US8101508B2/en
Priority to EP09003023A priority patent/EP2112254A3/en
Priority to TW098106830A priority patent/TWI442478B/en
Priority to KR1020090018562A priority patent/KR101028683B1/en
Publication of JP2009212352A publication Critical patent/JP2009212352A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5401809B2 publication Critical patent/JP5401809B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Description

本発明は、シリコン基板とその製造方法に関し、特に、デバイス工程の熱処理に関係なくゲッタリング能を呈するとともにこれを向上し、固体撮像素子の製造に供される固体撮像素子用シリコン基板に用いて好適な技術に関する。   The present invention relates to a silicon substrate and a method for manufacturing the same, and more particularly to a silicon substrate for a solid-state imaging device that exhibits and improves the gettering ability regardless of the heat treatment in the device process and is used for manufacturing a solid-state imaging device. It relates to a suitable technique.

固体撮像素子は、CZ(チョクラルスキー)法等により引き上げられたシリコン単結晶からスライスしたシリコン基板に回路を形成することにより製造されるものである。シリコン基板に重金属が不純物混入した場合、白傷欠陥の発生等、固体撮像素子の電気特性が著しく劣化することになる。
シリコン基板に重金属が不純物混入する要因としては、第一に、単結晶引き上げ、スライス、面取り、および、研磨、研削、エッチング等の表面処理からなるシリコン基板の製造工程における金属汚染、第二にシリコン基板に回路を形成する等のデバイス工程である固体撮像素子の製造工程における重金属汚染があげられる。
そこで、従来からシリコン基板に酸素析出物を形成するIG(イントリンシックゲッタリング)法、シリコン基板の裏面にバックサイドダメージなどのゲッタリングサイトを形成するEG(エキシントリックゲッタリング)法が利用されている。
The solid-state imaging device is manufactured by forming a circuit on a silicon substrate sliced from a silicon single crystal pulled up by a CZ (Czochralski) method or the like. When heavy metal is mixed with impurities in the silicon substrate, the electrical characteristics of the solid-state imaging device, such as the occurrence of white scratch defects, are significantly deteriorated.
Causes of heavy metal impurities in the silicon substrate include firstly metal contamination in the manufacturing process of the silicon substrate consisting of single crystal pulling, slicing, chamfering, and surface treatment such as polishing, grinding, and etching, and secondly silicon Heavy metal contamination in the manufacturing process of a solid-state imaging device, which is a device process such as forming a circuit on a substrate, can be mentioned.
Therefore, conventionally, an IG (intrinsic gettering) method for forming oxygen precipitates on a silicon substrate and an EG (exitonic gettering) method for forming gettering sites such as backside damage on the back surface of the silicon substrate have been used. ing.

固体撮像素子の電気特性に影響を与える、暗電流により発生する白傷欠陥の低減を目指すために、炭素イオン注入する技術が特許文献1,2に記載され、特許文献3の0005段にEG法の例が記載され、特許文献3に炭素イオン注入に関する技術が記載されている。
特開平6−338507号公報 特開2002−353434号公報 特開2006−313922号公報
In order to reduce white scratch defects caused by dark current, which affect the electrical characteristics of the solid-state imaging device, techniques for carbon ion implantation are described in Patent Documents 1 and 2, and the EG method in Patent Document 3 in 0005 stage. An example of this is described, and Patent Document 3 describes a technique related to carbon ion implantation.
JP-A-6-338507 JP 2002-353434 A JP 2006-313922 A

このように、固体撮像素子に用いられるシリコン基板として、エピタキシャル成長前に酸素析出熱処理を実施し酸素析出物を形成するイントリンシックゲッタリング法あるいはシリコン基板に炭素イオンなどのイオンをイオン注入するイオン注入法が用いられている。   As described above, as a silicon substrate used in a solid-state imaging device, an intrinsic gettering method in which an oxygen precipitation heat treatment is performed before epitaxial growth to form an oxygen precipitate, or an ion implantation method in which ions such as carbon ions are implanted into a silicon substrate. Is used.

しかしながら、CCDやCISといった高速動作する素子の製造において、n/n+/nタイプの基板、つまり、nタイプのシリコンCZ基板上にn+タイプ層、nタイプのエピタキシャルシリコン層を積層した基板から固体撮像素子を製造する場合には、固体撮像素子の心臓部であるフォトダイオードの電化のたまる部分、つまり、n+タイプ層がリンゲッターとなり、この部分に汚染した重金属が偏斥してしまい、素子特性が低下してしまうという問題があった。
ここで、nタイプとはリン(P)濃度1.0×1016〜1.0×1018atoms/cm、n+タイプとはリン(P)濃度1.0×1018〜1.0×1020atoms/cm、n−タイプとはリン(P)濃度1.0×1014〜1.0×1016atoms/cm程度で、n+タイプとは抵抗率抵抗率8mΩcm〜10mΩcm、n-タイプとは抵抗率0.1〜100Ωcm、n++タイプとは抵抗率0.1mΩcm〜0.01mΩcm程度に相当するものである。
However, in manufacturing high-speed devices such as CCD and CIS, solid-state imaging from an n / n + / n type substrate, that is, a substrate in which an n + type layer and an n type epitaxial silicon layer are stacked on an n type silicon CZ substrate. In the case of manufacturing the element, the portion where the photodiode, which is the heart of the solid-state imaging device, accumulates, that is, the n + type layer becomes a ring getter, and the contaminated heavy metal is biased and the element characteristics are reduced. There was a problem of being lowered.
Here, the n type is a phosphorus (P) concentration of 1.0 × 10 16 to 1.0 × 10 18 atoms / cm 3 , and the n + type is a phosphorus (P) concentration of 1.0 × 10 18 to 1.0 ×. 10 20 atoms / cm 3 , n-type means phosphorus (P) concentration of about 1.0 × 10 14 to 1.0 × 10 16 atoms / cm 3 , n + type means resistivity resistivity 8 mΩcm to 10 mΩcm, n The -type corresponds to a resistivity of 0.1 to 100 Ωcm, and the n ++ type corresponds to a resistivity of about 0.1 mΩcm to 0.01 mΩcm.

さらに、上記従来の方法で形成したエキシントリックゲッタリング法の場合は、裏面にバックサイドダメージなどを形成することからこのような加工工程中に金属汚染が発生しデバイスの不良要因を形成するなどの短所がある。
また、特許文献2のように高温の熱処理が炭素注入基板に施された場合、炭素注入で形成された結晶欠陥(結晶格子歪みなど)が緩和されゲッタリングシンクとしての機能が低下することが懸念される。
Furthermore, in the case of the exotic trick gettering method formed by the conventional method described above, backside damage or the like is formed on the back surface, so that metal contamination occurs during such a processing step, thereby causing a defect factor of the device. There are disadvantages.
Further, when a high temperature heat treatment is performed on the carbon implantation substrate as in Patent Document 2, there is a concern that crystal defects (crystal lattice distortion, etc.) formed by carbon implantation are alleviated and the function as a gettering sink is lowered. Is done.

固体撮像素子に用いられるシリコン基板として、エピタキシャル成長前に酸素析出熱処理を実施し酸素析出物を形成するイントリンシックゲッタリング法、あるいは、シリコン基板に炭素イオンなどのイオンをイオン注入するイオン注入法では、両者ともにシリコン基板の作製工程中に重金属汚染が懸念される。一方、エキシントリックゲッタリング法の場合は、裏面にバックサイドダメージなどを形成することからデバイス工程中に裏面からパーティクルが発生し、デバイスの不良要因を形成するなどの短所がある。
また、炭素等のイオン注入によってゲッタリング層を形成した場合、デバイス工程等の後工程における熱処理によって、ゲッタリングシンクとなる炭素等が拡散してその濃度が低下し、結果的に充分なゲッタリング能を呈さなくなってしまう可能性があるという問題があった。
As a silicon substrate used for a solid-state imaging device, an intrinsic gettering method in which an oxygen precipitation heat treatment is performed before epitaxial growth to form an oxygen precipitate, or an ion implantation method in which ions such as carbon ions are ion-implanted into a silicon substrate, Both are concerned about heavy metal contamination during the manufacturing process of the silicon substrate. On the other hand, the exothermic gettering method has a disadvantage in that, since backside damage is formed on the back surface, particles are generated from the back surface during the device process, thereby forming a cause of device failure.
In addition, when a gettering layer is formed by ion implantation of carbon or the like, the concentration of carbon that becomes a gettering sink diffuses due to heat treatment in a subsequent process such as a device process, resulting in sufficient gettering. There was a problem that there was a possibility that it no longer exhibited the ability.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、製造コストの削減を図ること、固体撮像素子におけるデバイス工程におけるゲッタリング能の低下を防止すること、固体撮像素子におけるゲッタリング能力の確実性とその向上を図ること、固体撮像素子における金属汚染の低減を図ること、固体撮像素子における収率の向上を図ることの可能なシリコン基板及びその製造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 circumstances, and is intended to reduce manufacturing costs, prevent a decrease in gettering ability in a device process in a solid-state image sensor, and ensure gettering ability in a solid-state image sensor. It is an object of the present invention to provide a silicon substrate and a method for manufacturing the same capable of improving the performance and the improvement thereof, reducing the metal contamination in the solid-state imaging device, and improving the yield in the solid-state imaging device.

本発明のシリコン基板の製造方法は、リン(P)が濃度1.0×10 16 〜1.0×10 18 atoms/cm の基板上にn+注入層およびnエピタキシャル層を形成したn/n+/nタイプとされたシリコン基板の製造方法であって、
CZ法によりリン(P)が濃度1.0×10 16 〜1.0×10 18 atoms/cm でドープされるとともに炭素濃度が1.0×10 16 〜1.6×10 17 atoms/cm 、初期酸素濃度が1.4×10 18 〜1.6×10 18 atoms/cm として水素を含む不活性雰囲気中でシリコン単結晶を引き上げ、該シリコン単結晶をスライスする準備工程と、
前記準備工程後の600〜800℃、15分〜4時間とされるゲッタリング顕在化熱処理工程と、
その表面に濃度1.0×10 18 atoms/cm 以上のn型ドーパントをイオン注入してn+注入層を形成する注入工程と、
前記注入工程後の950〜1200℃とされる回復熱処理工程と、
該n+注入層上に1.0×10 16 〜1.0×10 17 atoms/cm のn型ドーパントがドープされたnエピタキシャル層を形成するエピタキシャル工程と、
を有することを特徴とする。
本発明は、前記n+注入層が表層から0.2〜0.6μmとされることができる。
本発明は、前記nエピタキシャル層が2〜10μmの膜厚とされることが可能である。
本発明は、前記シリコン単結晶を引き上げる工程における不活性ガスに水素を添加した雰囲気の気圧を、減圧の1.33kPa〜26.7kPaとし、前記雰囲気中の水素ガス濃度を3体積%〜20体積%とするとともに、
COPおよび転位クラスタを含まずかつ格子間シリコン優勢領域(PI領域)の単結晶を引き上げ可能な引き上げ速度の範囲としてシリコン単結晶を引き上げることができる。
本発明の固体撮像素子のシリコン基板は、上記のいずれか記載の製造方法により製造され、固体撮像素子の埋め込み型フォトダイオードの直下にゲッタリングシンクを形成してなることができる。
本発明のシリコン基板は、CZ法によりリン(P)がドープされるとともに炭素濃度が1.0×1016〜1.6×1017atoms/cm、初期酸素濃度が1.4×1018〜1.6×1018atoms/cmとして育成されたシリコン単結晶から製造されたシリコン基板であって、
表面に濃度10×1018atoms/cm以上のn型ドーパントがイオン注入されたn+注入層と、該n+注入層上に1.0×1016〜1.0×1017atoms/cmのn型ドーパントがドープされたnエピタキシャル層とが形成されたことができる。
本発明のシリコン基板の製造方法は、CZ法によりリン(P)がドープされるとともに炭素濃度が1.0×1016〜1.6×1017atoms/cm、初期酸素濃度が1.4×1018〜1.6×1018atoms/cmとしてシリコン単結晶を育成し、該シリコン単結晶をスライスする準備工程と、
その表面に濃度1.0×1018atoms/cm以上のn型ドーパントをイオン注入してn+注入層を形成する注入工程と、
該n+注入層上に1.0×1016〜1.0×1018atoms/cmのn型ドーパントがドープされたnエピタキシャル層を形成するエピタキシャル工程と、
を有することができる。
本発明は、前記注入工程後に950〜1200℃の回復熱処理工程を有することができる。
本発明は、前記準備工程後に600〜800℃、15分〜4時間のゲッタリング顕在化熱処理工程を有することが可能である。
本発明の固体撮像素子のシリコン基板は、上記のいずれか記載の製造方法により製造されてなることをと特徴とする。
ここで、上記の酸素濃度はASTM F121−1979によるものである。
In the method for producing a silicon substrate of the present invention, n / n + in which an n + implantation layer and an n epitaxial layer are formed on a substrate having a phosphorus (P) concentration of 1.0 × 10 16 to 1.0 × 10 18 atoms / cm 3. / N type silicon substrate manufacturing method,
Phosphorus (P) is doped by the CZ method at a concentration of 1.0 × 10 16 to 1.0 × 10 18 atoms / cm 3 and the carbon concentration is 1.0 × 10 16 to 1.6 × 10 17 atoms / cm 3. 3. A preparation step of pulling up a silicon single crystal in an inert atmosphere containing hydrogen at an initial oxygen concentration of 1.4 × 10 18 to 1.6 × 10 18 atoms / cm 3 and slicing the silicon single crystal;
A gettering revealing heat treatment step of 600 to 800 ° C. and 15 minutes to 4 hours after the preparation step;
An implantation step of ion-implanting an n-type dopant having a concentration of 1.0 × 10 18 atoms / cm 3 or more on the surface to form an n + implantation layer;
A recovery heat treatment step of 950 to 1200 ° C. after the implantation step;
Forming an n epitaxial layer doped with an n-type dopant of 1.0 × 10 16 to 1.0 × 10 17 atoms / cm 3 on the n + implanted layer;
It is characterized by having.
In the present invention, the n + injection layer may be 0.2 to 0.6 μm from the surface layer.
In the present invention, the n epitaxial layer may have a thickness of 2 to 10 μm.
In the present invention, the pressure of the atmosphere in which hydrogen is added to the inert gas in the step of pulling up the silicon single crystal is 1.33 kPa to 26.7 kPa of reduced pressure, and the hydrogen gas concentration in the atmosphere is 3 volume% to 20 volume. % And
The silicon single crystal can be lifted as a range of pulling speed that does not include COP and dislocation clusters and can pull the single crystal in the interstitial silicon dominant region (PI region).
The silicon substrate of the solid-state imaging device of the present invention is manufactured by any one of the manufacturing methods described above, and can be obtained by forming a gettering sink immediately below the embedded photodiode of the solid-state imaging device.
The silicon substrate of the present invention is doped with phosphorus (P) by the CZ method, has a carbon concentration of 1.0 × 10 16 to 1.6 × 10 17 atoms / cm 3 , and an initial oxygen concentration of 1.4 × 10 18. A silicon substrate manufactured from a silicon single crystal grown as ˜1.6 × 10 18 atoms / cm 3 ,
An n + implantation layer in which an n-type dopant having a concentration of 10 × 10 18 atoms / cm 3 or more is ion-implanted on the surface, and 1.0 × 10 16 to 1.0 × 10 17 atoms / cm 3 on the n + implantation layer. An n epitaxial layer doped with an n-type dopant can be formed .
In the method for manufacturing a silicon substrate of the present invention, phosphorus (P) is doped by the CZ method, the carbon concentration is 1.0 × 10 16 to 1.6 × 10 17 atoms / cm 3 , and the initial oxygen concentration is 1.4. A preparation step of growing a silicon single crystal as × 10 18 to 1.6 × 10 18 atoms / cm 3 and slicing the silicon single crystal;
An implantation step of ion-implanting an n-type dopant having a concentration of 1.0 × 10 18 atoms / cm 3 or more on the surface to form an n + implantation layer;
Forming an n epitaxial layer doped with an n-type dopant of 1.0 × 10 16 to 1.0 × 10 18 atoms / cm 3 on the n + implanted layer;
Can have.
The present invention may have a recovery heat treatment step of 950 to 1200 ° C. after the implantation step.
The present invention may have a gettering clarification heat treatment step of 600 to 800 ° C. and 15 minutes to 4 hours after the preparation step.
The silicon substrate of the solid-state imaging device of the present invention is manufactured by any one of the manufacturing methods described above.
Here, the oxygen concentration is based on ASTM F121-1979.

本発明に係わる固体撮像素子の製造に適したシリコン基板は、炭素添加による析出物の核(重金属のゲッタリングシンク)を有し直上にシリコンエピタキシャル層を形成したものである。
このようなシリコン基板を固体撮像素子の製造に用いることにより、炭素をドープした基板部分で重金属をゲッタリングして、リンゲッターとなるn+注入層に汚染された重金属が偏斥することを防止することができる。また、ゲッタリングを呈する部分がイオン注入によって形成されておらず、エピ前の基板全厚にわたって存在するため、後工程における熱処理条件によって炭素等が拡散してその濃度が低下しゲッタリング能が低下していますことがない。これにより、固体撮像素子を構成するトランジスタおよび埋め込み型フォトダイオードに重金属汚染起因の欠陥が生じることがなくなり固体撮像素子の白傷欠陥等の発生を未然に防ぐことができ、固体撮像素子の歩留まりを向上させることができるものである。
A silicon substrate suitable for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention has a deposit nucleus (heavy metal gettering sink) by carbon addition and a silicon epitaxial layer formed directly thereon.
By using such a silicon substrate for manufacturing a solid-state imaging device, heavy metal is gettered by the substrate portion doped with carbon, and the contaminated heavy metal in the n + implantation layer serving as a ring getter is prevented from being biased. be able to. In addition, since the portion exhibiting gettering is not formed by ion implantation and exists over the entire thickness of the substrate before epi, carbon or the like diffuses due to the heat treatment conditions in the subsequent process, and its concentration decreases and the gettering ability decreases. There is nothing to do. As a result, defects due to heavy metal contamination do not occur in the transistors and embedded photodiodes that make up the solid-state image sensor, and the occurrence of white defects etc. in the solid-state image sensor can be prevented, and the yield of the solid-state image sensor can be reduced. It can be improved.

したがって、本発明によれば、高いゲッタリング能を維持することができるので、金属汚染の影響を低減可能なシリコン基板を提供でき、これにより、製造コスト、デバイス工程におけるパーティクル発生などの問題点を解決できるという効果を奏することができる。   Therefore, according to the present invention, it is possible to maintain a high gettering ability, and thus it is possible to provide a silicon substrate capable of reducing the influence of metal contamination, thereby preventing problems such as manufacturing costs and generation of particles in the device process. The effect that it can be solved can be produced.

以下、本発明に係るシリコン基板の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態におけるシリコン基板の製造方法の各工程におけるシリコン基板を示す正断面図であり、図7は、本実施形態におけるシリコン基板の製造方法を示すフローチャートであり、図において、符号1はシリコン基板である。
Hereinafter, an embodiment of a silicon substrate according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a front sectional view showing a silicon substrate in each step of the method for manufacturing a silicon substrate in the present embodiment, and FIG. 7 is a flowchart showing the method for manufacturing the silicon substrate in the present embodiment. Reference numeral 1 denotes a silicon substrate.

本実施形態におけるシリコン基板の製造方法においては、図7に示すように、シリコン基板(シリコンウェーハ)1を準備する準備工程S1と、ゲッタリング顕在化熱処理工程S2と、イオン注入工程(注入工程)S3と、回復熱処理工程S4と、エピタキシャル工程S5と、デバイス工程S6と、を有するものとされる。   In the method for manufacturing a silicon substrate in the present embodiment, as shown in FIG. 7, a preparation step S1 for preparing a silicon substrate (silicon wafer) 1, a gettering revealing heat treatment step S2, and an ion implantation step (implantation step). S3, recovery heat treatment step S4, epitaxial step S5, and device step S6 are included.

図1に示す例では、まず、図7に示す準備工程S1として、例えば石英ルツボ内にシリコン結晶の原料であるポリシリコンを積層配置し、さらにこのポリシリコン表面上にグラファイト粉を適量塗布し、同時にドーパントとしてP(リン)を投入して、例えばチョクラルスキー法(CZ法)に従って、炭素を添加したCZ結晶を後述するように水素雰囲気として引き上げる。
なお、CZ結晶とは、磁場印加CZ結晶も含めたチョクラルスキー法で製造された結晶の呼称である。
In the example shown in FIG. 1, first, as a preparatory step S1 shown in FIG. 7, for example, polysilicon as a raw material of silicon crystal is laminated in a quartz crucible, and an appropriate amount of graphite powder is applied on the surface of the polysilicon. At the same time, P (phosphorus) is added as a dopant, and according to the Czochralski method (CZ method), the carbon-added CZ crystal is pulled up as a hydrogen atmosphere as described later.
The CZ crystal is a name of a crystal manufactured by the Czochralski method including a magnetic field applied CZ crystal.

ここで、リン等のn型ドーパントを含むn型のシリコン単結晶としては、原料段階で炭素を添加し、炭素添加原料からシリコン単結晶を作製するとともに、その酸素濃度Oiを制御して引き上げられる。この炭素添加CZシリコン単結晶から、図1(a)に示すように、炭素を含むシリコン基板1が得られる。   Here, as an n-type silicon single crystal containing an n-type dopant such as phosphorus, carbon is added at the raw material stage to produce a silicon single crystal from the carbon-added raw material, and the oxygen concentration Oi is controlled and pulled up. . From this carbon-added CZ silicon single crystal, a silicon substrate 1 containing carbon is obtained as shown in FIG.

シリコン基板1の加工方法は通常に従い、IDソーまたはワイヤソー等の切断装置によってスライスし、得られたシリコンウェーハをアニールした後、表面を研磨・洗浄等の表面処理工程をおこなう。なお、これらの工程の他にもラッピング、洗浄、研削、鏡面加工等種々の工程があり、工程順の変更、省略等目的に応じ適宜工程は変更使用される。   The processing method of the silicon substrate 1 is usually followed by slicing with a cutting device such as an ID saw or a wire saw, annealing the obtained silicon wafer, and then performing a surface treatment process such as polishing and cleaning. In addition to these steps, there are various steps such as lapping, cleaning, grinding, mirror finishing, etc., and the steps are changed and used as appropriate according to the purpose, such as changing the order of steps or omitting them.

かようにして得られたシリコン基板1は、リン(P)濃度がnタイプに相当する濃度であり、濃度が1.0×1016〜1.6×1017atoms/cmの炭素および濃度が1.4×1018〜1.6×1018atoms/cmの酸素を含有する。 The silicon substrate 1 thus obtained has a phosphorus (P) concentration corresponding to the n type, carbon having a concentration of 1.0 × 10 16 to 1.6 × 10 17 atoms / cm 3 , and a concentration. Contains 1.4 × 10 18 to 1.6 × 10 18 atoms / cm 3 of oxygen.

炭素は固溶形態でシリコンに含有されるので、シリコン格子中に炭素をシリコンと置換する形で導入される。すなわち、炭素の原子半径はシリコン原子と比較して小さいため置換位置に炭素を配位した場合、結晶の応力場は圧縮応力場となり格子間の酸素および不純物が圧縮応力場に捕獲されやすくなる。この置換位置炭素を起点に、例えばデバイス工程において、転位を伴う酸素との析出物が高密度で発現しやすくなり、シリコン基板1に高いゲッタリング効果を付与することができる。   Since carbon is contained in silicon in the form of a solid solution, carbon is introduced into the silicon lattice in the form of replacing silicon. That is, since the atomic radius of carbon is smaller than that of silicon atoms, when carbon is coordinated at the substitution position, the crystal stress field becomes a compressive stress field, and interstitial oxygen and impurities are easily trapped in the compressive stress field. Starting from this substitutional carbon, for example, in a device process, precipitates with oxygen accompanying dislocations are easily developed at high density, and a high gettering effect can be imparted to the silicon substrate 1.

このような炭素の添加濃度は、上述の範囲に規制する必要がある。なぜなら、炭素濃度が上記の範囲未満では、炭素・酸素系析出物の形成促進が活発にならないため、上記した高密度な炭素・酸素系析出物の形成を実現できない。
一方、上記の範囲を超えると、炭素・酸素系析出物の形成が促進され高密度な炭素・酸素系析出物を得られるが、析出物のサイズが抑制される結果、析出物周りの歪みが弱くなる傾向が強くなる。従って、歪みの効果が弱いことから不純物を捕獲するための効果が減少する。
It is necessary to regulate the addition concentration of such carbon within the above range. This is because if the carbon concentration is less than the above range, the formation of carbon / oxygen-based precipitates is not actively promoted, so that the formation of the above-described high-density carbon / oxygen-based precipitates cannot be realized.
On the other hand, if the above range is exceeded, the formation of carbon / oxygen-based precipitates is promoted, and a high-density carbon / oxygen-based precipitate can be obtained. The tendency to become weaker becomes stronger. Therefore, the effect of trapping impurities is reduced because the effect of distortion is weak.

さらに、シリコン基板1中の酸素濃度を、上記の範囲に規制する必要がある。なぜなら、酸素濃度が上記の範囲未満では、炭素・酸素系析出物の形成が促進されないために、上記した高密度な析出物が得られない。
一方、上記の範囲を超えると、酸素析出物のサイズが減少し母体シリコン原子と析出物界面における歪みの効果が緩和され歪みによるゲッタリング効果が低下することが懸念されるからである。
Furthermore, it is necessary to regulate the oxygen concentration in the silicon substrate 1 within the above range. This is because when the oxygen concentration is less than the above range, the formation of carbon / oxygen-based precipitates is not promoted, and thus the above-described high-density precipitates cannot be obtained.
On the other hand, if the above range is exceeded, the size of the oxygen precipitate is reduced, the effect of strain at the interface between the base silicon atom and the precipitate is relaxed, and there is a concern that the gettering effect due to strain is reduced.

さらに、このような炭素濃度、酸素濃度とすることで、ボロン(B)等をドープしたpタイプの基板に比べて、酸素析出物形成が弱いリンドープしたnタイプの基板であっても、炭素・酸素による複合欠陥形成を促進し、充分なゲッタリング能を得ることができる。   Furthermore, by using such carbon concentration and oxygen concentration, even if a phosphorus-doped n-type substrate is weak in oxygen precipitate formation compared to a p-type substrate doped with boron (B) or the like, Complex defect formation by oxygen can be promoted, and sufficient gettering ability can be obtained.

次に、図7に示すゲッタリング顕在化熱処理工程S2として、炭素添加CZ結晶である上記シリコン基板1を酸素と、アルゴン、窒素等の不活性ガスとの混合雰囲気中において、この条件を付与することにより更なる析出促進が期待できる温度条件として、600〜800℃の温度条件、0.25〜4時間の熱処理時間として、ゲッタリング顕在化熱処理を施し、置換位置炭素を起点にして炭素・酸素系の酸素析出物7を析出させる。   Next, as the gettering clarification heat treatment step S2 shown in FIG. 7, this condition is given to the silicon substrate 1 which is a carbon-added CZ crystal in a mixed atmosphere of oxygen and an inert gas such as argon or nitrogen. As a temperature condition at which further precipitation promotion can be expected, a gettering revealing heat treatment is performed as a temperature condition of 600 to 800 ° C. and a heat treatment time of 0.25 to 4 hours, and carbon / oxygen is started from the substitutional position carbon. A system oxygen precipitate 7 is deposited.

これにより、固溶炭素を含有するシリコン基板3を出発材として、後工程での金属汚染に対するゲッタリング能力の高いゲッタリングシンクを、シリコン基板1の全厚にわたって形成することができる。従って、シリコン基板1表面の近接領域におけるゲッタリングが実現される。
なお、本発明において炭素・酸素系析出物とは、少なくとも炭素を含有した複合体(クラスター)である析出物を意味する。
As a result, a gettering sink having a high gettering ability against metal contamination in a subsequent process can be formed over the entire thickness of the silicon substrate 1 using the silicon substrate 3 containing solute carbon as a starting material. Therefore, gettering in the adjacent region on the surface of the silicon substrate 1 is realized.
In the present invention, the carbon / oxygen-based precipitate means a precipitate that is a composite (cluster) containing at least carbon.

このゲッタリングを実現するには、炭素・酸素系の複合体である酸素析出物7は、サイズが10〜100nmあり、かつシリコン基板1中に1.0×10〜1.0×1011個/cm で存在することが好ましい。
なお、この場合のBMDサイズとは、シリコン基板の厚み方向断面のTEM観察像における析出物の対角線長を意味し、該観察視野内の析出物の平均値で示すこととする。
In order to realize this gettering, the oxygen precipitate 7 which is a carbon / oxygen-based composite has a size of 10 to 100 nm, and 1.0 × 10 6 to 1.0 × 10 11 in the silicon substrate 1. Preferably it is present at the number of pieces / cm 3 .
In addition, the BMD size in this case means the diagonal length of the precipitate in the TEM observation image of the cross section in the thickness direction of the silicon substrate, and is represented by the average value of the precipitate in the observation field.

酸素析出物7のサイズを上記の範囲のうち下限以上にするのは、母体シリコン原子と酸素析出物の界面に生じる歪みの効果を用いて格子間不純物(例えば重金属など)を捕獲(ゲッタリング)する確率を増加するためである。また、酸素析出物7のサイズが上記の範囲以上であると、基板強度が低下する、あるいは、エピタキシャル層での転位発生等の影響が出るため、好ましくない。
また、酸素析出物7のシリコン基板中における密度は、シリコン結晶中における重金属の捕獲(ゲッタリング)は、母体シリコン原子と酸素析出物との界面に生じる歪みおよび界面準位密度(体積密度)に依存するために、上記の範囲とすることが好ましい。
The reason why the size of the oxygen precipitates 7 is not less than the lower limit of the above range is to capture (gettering) interstitial impurities (for example, heavy metals) using the strain effect generated at the interface between the base silicon atoms and the oxygen precipitates. This is to increase the probability of performing. Further, if the size of the oxygen precipitates 7 is not less than the above range, it is not preferable because the substrate strength is lowered or the occurrence of dislocations in the epitaxial layer occurs.
Further, the density of the oxygen precipitates 7 in the silicon substrate is such that the capture (gettering) of heavy metals in the silicon crystal is caused by the strain generated at the interface between the base silicon atom and the oxygen precipitates and the interface state density (volume density). In order to depend, it is preferable to set it as said range.

なお、IG効果を持たせるゲッタリング顕在化熱処理工程S2は、他の工程との順序に関わらず、この熱処理が上記の温度範囲より低いと炭素・酸素の複合体形成が不足し、基板の金属汚染が生じた場合に充分なゲッタリング能を発現できないため好ましくなく、また上記の温度範囲より高いと、酸素析出物の凝集が過剰におこり、結果的に、ゲッタリングシンクの密度が足りなくなるため、好ましくない。
また、この熱処理においては、600℃、30分の条件と同等な析出の発現が可能な熱処理温度・時間以上であれば、温度の上下および処理時間の増減は異なる条件に設定することも可能であり、また、800℃、4時間の条件と同等な析出の発現が可能な熱処理温度・時間以下であれば、温度の上下および処理時間の増減は異なる条件に設定することも可能である。
In addition, in the gettering revealing heat treatment step S2 for providing the IG effect, regardless of the order of the other steps, if this heat treatment is lower than the above temperature range, the formation of the carbon / oxygen complex is insufficient, and the metal of the substrate When contamination occurs, it is not preferable because sufficient gettering ability cannot be expressed, and when it is higher than the above temperature range, oxygen precipitates are excessively aggregated, resulting in insufficient gettering sink density. It is not preferable.
Also, in this heat treatment, the temperature rise and fall and the increase / decrease of the treatment time can be set to different conditions as long as the heat treatment temperature / time is equal to or higher than that at 600 ° C. for 30 minutes. In addition, as long as the heat treatment temperature / time is equal to or lower than that at 800 ° C. for 4 hours, the temperature can be increased and decreased and the treatment time can be increased and decreased.

ここで、準備工程S1終了時(ゲッタリング顕在化熱処理工程S2前)におけるシリコン基板1は、ドーパント並びに固溶炭素を含むCZ結晶であるが、該結晶成長中に形成された酸素析出核、あるいは酸素析出物がエピタキシャル成長時の熱処理によりシュリンクするため、シリコン基板1には、顕在化された酸化析出物は光学顕微鏡では観察されない。   Here, the silicon substrate 1 at the end of the preparation step S1 (before the gettering revealing heat treatment step S2) is a CZ crystal containing a dopant and solute carbon, but oxygen precipitation nuclei formed during the crystal growth, or Since the oxygen precipitates shrink due to the heat treatment during the epitaxial growth, no obvious oxide precipitates are observed on the silicon substrate 1 with an optical microscope.

ゲッタリング顕在化熱処理工程S2により、重金属をゲッタリングするためのゲッタリングシンクを確保し、シリコン基板にIG(ゲッタリング)効果を持たせることができる。   By the gettering revealing heat treatment step S2, a gettering sink for gettering heavy metals can be secured, and the silicon substrate can have an IG (gettering) effect.

次に、図7に示すイオン注入工程(注入工程)S3として、イオン注入炉に挿入し、シリコン基板1表面にn型ドーパントイオンをイオン注入して、図1(b)に示すように、その全表面にn+注入層2Aを形成する。
この際、n+注入層2Aの厚さは、固体撮像素子の分光感度特性に関する設定から、2〜10μmの範囲とすることが好ましい。また、n+注入層2Aにおいて、リンとされるドーパント濃度はn+ タイプとなるように設定される。
この際のイオン注入処理条件としては、
注入イオン;P
注入エネルギー;100〜150keV、
注入ドーズ;4×1017cm−2〜1×1017cm−2
処理基板温度;400℃〜600℃
Next, as an ion implantation step (implantation step) S3 shown in FIG. 7, it is inserted into an ion implantation furnace, and n-type dopant ions are implanted into the surface of the silicon substrate 1, and as shown in FIG. An n + implantation layer 2A is formed on the entire surface.
At this time, the thickness of the n + injection layer 2A is preferably in the range of 2 to 10 μm from the setting relating to the spectral sensitivity characteristics of the solid-state imaging device. Further, in the n + implantation layer 2A, the dopant concentration of phosphorus is set to be n + type.
As ion implantation processing conditions at this time,
Implanted ions; P +
Implantation energy; 100-150 keV,
Implantation dose; 4 × 10 17 cm −2 to 1 × 10 17 cm −2 ,
Processing substrate temperature: 400 ° C to 600 ° C

ここで、n+注入層2Aの厚さは、固体撮像素子の分光感度特性によって決定され、図6に示すように、固体撮像素子が検出する波長のピークが一点鎖線で示された短波長側の特性を有する場合から、破線で示す可視光に対応場合、実線で示す赤外側に対応する場合にそれぞれ対応して、膜厚が薄い場合から厚い場合へと設定され、上記の範囲とすることが好ましい。   Here, the thickness of the n + injection layer 2A is determined by the spectral sensitivity characteristic of the solid-state imaging device, and as shown in FIG. 6, the wavelength peak detected by the solid-state imaging device is on the short wavelength side indicated by the alternate long and short dash line. From the case of having a characteristic to the case of corresponding to visible light indicated by a broken line, the case corresponding to the infrared side indicated by a solid line, respectively, corresponding to the case of corresponding to the infrared side indicated by a solid line, it is set from the case where the film thickness is thin to the above range preferable.

次に、図7に示す回復熱処理工程S4として、アニール処理をおこなう。これにより、イオン注入によって荒れたシリコン基板1を養生してシリコン単結晶の結合状態を回復するとともに、シリコン基板1の表面状態を回復する。
この際の処理条件としては、
処理時間;950〜1200℃
Ar雰囲気
処理時間;5〜10時間
Next, annealing treatment is performed as a recovery heat treatment step S4 shown in FIG. As a result, the silicon substrate 1 roughened by the ion implantation is cured to recover the bonding state of the silicon single crystal, and the surface state of the silicon substrate 1 is recovered.
As processing conditions at this time,
Treatment time: 950-1200 ° C
Ar atmosphere treatment time: 5 to 10 hours

次に、図7に示すエピタキシャル工程S5として、エピタキシャル成長炉に装入し、各種CVD法(化学気相成長法)を用いて、図1(c)に示すように、n+注入層2Aの上に、n タイプであるnエピタキシャル層2Bを成長させシリコン基板3とする。
ここで、nエピタキシャル層2Bの厚さは、固体撮像素子の分光感度特性に関する設定から、0.2〜0.6μmの範囲とすることが好ましい。
エピタキシャル工程S5としては、エピタキシャル層を成長する前に、例えばSC1およびSC2を組み合わせたRCA洗浄を行うことも可能である。
Next, as an epitaxial step S5 shown in FIG. 7, the wafer is placed in an epitaxial growth furnace and is formed on the n + implantation layer 2A using various CVD methods (chemical vapor deposition methods) as shown in FIG. 1C. , N type epitaxial layer 2B is grown to form silicon substrate 3.
Here, the thickness of the n epitaxial layer 2 </ b> B is preferably in the range of 0.2 to 0.6 μm from the setting regarding the spectral sensitivity characteristics of the solid-state imaging device.
As the epitaxial step S5, before the epitaxial layer is grown, for example, RCA cleaning combining SC1 and SC2 can be performed.

n+注入層2A、および、nエピタキシャル層2Bを形成したn/n+/n タイプのシリコン基板3は、図1(d)に示すように、該nエピタキシャル層2B上に、必要に応じて酸化膜4、さらに窒化膜5を形成してから、後述するデバイス工程に供され、この工程においてエピタキシャル層2Bに埋め込み型フォトダイオードを形成することによって、固体撮像素子6となる。
なお、酸化膜4および窒化膜5の厚みは、転送トランジスタの駆動電圧を設計する際の制約から、それぞれ酸化膜4を50〜100nm、および、窒化膜5、具体的には固体撮像素子におけるポリシリコンゲート膜5を1.0〜2.0μmとすることが好ましい。
As shown in FIG. 1D, an n / n + / n type silicon substrate 3 on which the n + implantation layer 2A and the n epitaxial layer 2B are formed has an oxide film on the n epitaxial layer 2B as needed. 4. Further, after the nitride film 5 is formed, the nitride film 5 is used in a device process to be described later. In this process, a buried photodiode is formed in the epitaxial layer 2B, whereby the solid-state imaging device 6 is obtained.
Note that the thicknesses of the oxide film 4 and the nitride film 5 are 50 to 100 nm for the oxide film 4 and the polysilicon film 5 in the solid-state imaging device, respectively, due to restrictions in designing the drive voltage of the transfer transistor. The silicon gate film 5 is preferably 1.0 to 2.0 μm.

次に、図7に示すデバイス工程S6として、固体撮像素子等のデバイスを形成する。なお、このデバイス工程S6工程としては、固体撮像素子の一般的な製造工程を採用することができる。その一例としてCCDデバイスについて図2に示すが、特に図の工程に限定する必要はない。
すなわち、デバイス工程S6は、まず、図2(a)に示すように、図1(c)に示したシリコン基板1の上にn+タイプおよびnタイプの層2A,2Bを形成した半導体基板3を用意し、図2(b)に示すように、このエピタキシャル層2Bの所定位置に第1のp型ウエル領域11を形成する。その後、図2(c)に示すように、表面にゲート絶縁膜12を形成するとともに、第1のp型ウエル領域11の内部にイオン注入によってn型及びp型の不純物を選択的に注入して、垂直転送レジスタを構成するn型の転送チャネル領域13、p型のチャネルストップ領域14および第2のp型ウエル領域15をそれぞれ形成する。
次に、図2(d)に示すように、ゲート絶縁膜12の表面の所定位置に転送電極16を形成する。その後、図2(e)に示すように、n型の転送チャネル領域13と第2のp型ウエル領域15との間にn型及びp型の不純物を選択的に注入することによって、p型の正電荷蓄積領域17とn型の不純物拡散領域18とを積層させたフォトダイオード19を形成する。
さらに、図2(f)に示すように、表面に層間絶縁膜20を形成した後、フォトダイオード19の直上方を除いた層間絶縁膜20の表面に遮光膜21を形成することによって、固体撮像素子10を製造することができる。
Next, as a device step S6 shown in FIG. 7, a device such as a solid-state image sensor is formed. In addition, as this device process S6 process, the general manufacturing process of a solid-state image sensor can be employ | adopted. As an example, a CCD device is shown in FIG. 2, but it is not necessary to limit the process to the process shown in the figure.
That is, in the device step S6, first, as shown in FIG. 2A, a semiconductor substrate 3 in which n + type and n type layers 2A and 2B are formed on the silicon substrate 1 shown in FIG. As shown in FIG. 2B, a first p-type well region 11 is formed at a predetermined position of the epitaxial layer 2B. Thereafter, as shown in FIG. 2C, a gate insulating film 12 is formed on the surface, and n-type and p-type impurities are selectively implanted into the first p-type well region 11 by ion implantation. Thus, an n-type transfer channel region 13, a p-type channel stop region 14 and a second p-type well region 15 constituting the vertical transfer register are formed.
Next, as shown in FIG. 2D, the transfer electrode 16 is formed at a predetermined position on the surface of the gate insulating film 12. Thereafter, as shown in FIG. 2E, n-type and p-type impurities are selectively implanted between the n-type transfer channel region 13 and the second p-type well region 15 to thereby form the p-type. A photodiode 19 is formed by laminating the positive charge accumulation region 17 and the n-type impurity diffusion region 18.
Further, as shown in FIG. 2 (f), after forming the interlayer insulating film 20 on the surface, a light shielding film 21 is formed on the surface of the interlayer insulating film 20 except just above the photodiode 19, thereby solid-state imaging. The element 10 can be manufactured.

上記のデバイス工程においては、例えば、ゲート酸化膜形成工程、素子分離工程およびポリシリコンゲート電極形成において、600℃〜1000℃程度の熱処理が行われるのが通例であり、この熱処理において、上述した酸素析出物7の析出を図ることができ、以降の工程においてゲッタリングシンクとして作用させることができる。これにより、リンゲッターとなるn+注入層2Aに重金属が偏析して、素子特性が悪化することをさらに防止できる。   In the above device process, for example, in the gate oxide film formation process, the element isolation process, and the polysilicon gate electrode formation, it is usual that a heat treatment at about 600 ° C. to 1000 ° C. is performed. Precipitation 7 can be precipitated and can act as a gettering sink in the subsequent steps. Thereby, it is possible to further prevent the heavy metal from segregating in the n + implantation layer 2A serving as a ring getter and deteriorating the device characteristics.

なお、これらのデバイス工程における熱処理条件は、図3に示す各条件に対応するものである。
具体的には、n+注入層2A,nエピタキシャル層2Bを成膜したシリコン基板3に対して、図3に示すinitialから、step1、step2、step3、step4、step5のそれぞれが、フォトダイオードおよび転送用のトランジスタ形成工程の各工程が終了した時点に対応するといえる。
The heat treatment conditions in these device processes correspond to the conditions shown in FIG.
Specifically, for the silicon substrate 3 on which the n + implantation layer 2A and the n epitaxial layer 2B are formed, each of step1, step2, step3, step4, and step5 from the initial stage shown in FIG. It can be said that this corresponds to the point in time when each step of the transistor forming step is completed.

次に、炭化添加CZシリコン単結晶の引き上げについて説明する。直径300mmのウェーハについて説明するが、該発明はこれに限定されるものではない。   Next, the pulling of the carbonized CZ silicon single crystal will be described. Although a wafer having a diameter of 300 mm will be described, the invention is not limited to this.

図4は、本実施形態におけるシリコン単結晶の製造を説明するのに適したCZ炉の縦断面図である。CZ炉は、チャンバー内の中心部に配置された石英ルツボ(ルツボ)101と、ルツボ101の外側に配置されたヒータ102とを備えている。石英ルツボ101は、内側に位置し原料融液103を収容する石英ルツボ101を外側の黒鉛ルツボ101aで保持する二重構造であり、ペディスタルと呼ばれる支持軸101bにより回転および昇降駆動される。ルツボ101の上方には、円筒形状の熱遮蔽体107が設けられている。熱遮蔽体107は、黒鉛で外殻を作り、内部に黒鉛フェルトを充填した構造である。熱遮蔽体7の内面は、上端部から下端部にかけて内径が漸減するテーパー面になっている。熱遮蔽体107の上部外面は内面に対応するテーパー面であり、下部外面は、熱遮蔽体107の厚みを下方に向かって漸増させるようにほぼストレート面に形成されている。   FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a CZ furnace suitable for explaining the production of a silicon single crystal in the present embodiment. The CZ furnace includes a quartz crucible (crucible) 101 disposed in the center of the chamber and a heater 102 disposed outside the crucible 101. The quartz crucible 101 has a double structure in which the quartz crucible 101 that accommodates the raw material melt 103 is held by an outer graphite crucible 101a, and is rotated and moved up and down by a support shaft 101b called a pedestal. A cylindrical heat shield 107 is provided above the crucible 101. The heat shield 107 has a structure in which an outer shell is made of graphite and graphite felt is filled therein. The inner surface of the heat shield 7 is a tapered surface whose inner diameter gradually decreases from the upper end to the lower end. The upper outer surface of the heat shield 107 is a tapered surface corresponding to the inner surface, and the lower outer surface is formed in a substantially straight surface so as to gradually increase the thickness of the heat shield 107 downward.

このCZ炉は、例えば、目標直径が310mm、ボディ長が例えば1200mmの300mmの単結晶育成が可能なものとされる。
熱遮蔽体107の仕様例を挙げると次のとおりである。ルツボに入る部分の外径は例えば570mm、最下端における最小内径Sは例えば370mm、半径方向の幅Wは例えば100mm、逆円錐台面である内面の垂直方向に対する傾きは例えば21°とする。また、ルツボ1の内径は例えば650mmであり、熱遮蔽体7の下端の融液面からの高さHは例えば60mmである。
In this CZ furnace, for example, a 300 mm single crystal can be grown with a target diameter of 310 mm and a body length of, for example, 1200 mm.
An example of the specification of the thermal shield 107 is as follows. The outer diameter of the portion entering the crucible is, for example, 570 mm, the minimum inner diameter S at the lowermost end is, for example, 370 mm, the radial width W is, for example, 100 mm, and the inclination of the inner surface, which is an inverted frustoconical surface, with respect to the vertical direction is, for example, 21 °. The inner diameter of the crucible 1 is 650 mm, for example, and the height H from the melt surface at the lower end of the heat shield 7 is 60 mm, for example.

次に、炭化添加CZシリコン単結晶を育成するための操業条件の設定方法について説明する。
まず、ルツボ内に高純度シリコンの多結晶を例えば250kg装入し、結晶中の抵抗率がnタイプに対応する濃度となるようにn型のドーパント リン(P)を添加する。
Next, a method for setting operating conditions for growing the carbonized CZ silicon single crystal will be described.
First, 250 kg of high-purity silicon polycrystal is charged into the crucible, for example, and n-type dopant phosphorus (P) is added so that the resistivity in the crystal becomes a concentration corresponding to the n-type.

本実施形態においては、炭素濃度が上述した範囲となるようにシリコン溶融液にドーパンドを添加する。
また、上述した酸素濃度となるように、結晶回転速度、ルツボ回転速度、加熱条件、印加磁場条件等を制御する。
In the present embodiment, the dopant is added to the silicon melt so that the carbon concentration is in the above-described range.
In addition, the crystal rotation speed, the crucible rotation speed, the heating conditions, the applied magnetic field conditions, and the like are controlled so as to achieve the above-described oxygen concentration.

そして、装置内を不活性ガス雰囲気で、減圧の1.33〜26.7kPa(10〜200torr)とし、不活性ガス(Arガス等)中に水素ガスを3〜20体積%となるように混合して炉内に流入させる。圧力は、1.33kPa(10torr)以上、好ましくは4〜26.7kPa(30〜200torr)、さらに、好ましくは、4〜9.3kPa(30〜70torr)が望ましい。圧力の下限は、水素の分圧が低くなると、融液および結晶中の水素濃度が低くなるため、これを防止するために上記の下限の圧力を規定した。圧力の上限は、炉内の圧力が増大するとAr等の不活性ガスの融液上でのガス流速が低下することにより、カーボンヒーターやカーボン部材から脱ガスした炭素や、融液から蒸発したSiO等の反応物ガスが排気しにくくなることにより、結晶中の炭素濃度が所望値より高くなり、また、SiOが炉内の融液上部の1100℃程度またはより低温の部分に凝集することで、ダストを発生させ融液に落下することで結晶の有転位化を引き起こすため、これらを防止するために上記の上限の圧力を規定した。   Then, the inside of the apparatus is inert gas atmosphere, the pressure is reduced to 1.33 to 26.7 kPa (10 to 200 torr), and hydrogen gas is mixed in the inert gas (Ar gas or the like) to 3 to 20% by volume. And let it flow into the furnace. The pressure is 1.33 kPa (10 torr) or more, preferably 4 to 26.7 kPa (30 to 200 torr), and more preferably 4 to 9.3 kPa (30 to 70 torr). As the lower limit of the pressure, since the hydrogen concentration in the melt and the crystal decreases as the partial pressure of hydrogen decreases, the lower limit pressure is defined to prevent this. The upper limit of the pressure is that the gas flow rate on the melt of an inert gas such as Ar decreases as the pressure in the furnace increases, so that the carbon degassed from the carbon heater or carbon member, or the SiO evaporated from the melt As a result, it becomes difficult to exhaust the reactant gas, etc., so that the carbon concentration in the crystal becomes higher than the desired value, and SiO aggregates in the upper part of the melt in the furnace at about 1100 ° C. or at a lower temperature, Since dust is generated and dropped into the melt to cause dislocation of crystals, the upper limit pressure is defined in order to prevent these.

次いで、ヒータ102により加熱してシリコンを溶融させ融液103とする。次に、シードチャック105に取り付けた種結晶を融液103に浸漬し、ルツボ101および引き上げ軸104を回転させつつ結晶引き上げを行う。結晶方位は{100}、{111}または{110}のいずれかとし、結晶無転位化のためのシード絞りを行った後、ショルダー部を形成させ、肩変えして例えば310mmの目標ボディ径とする。   Next, the silicon is melted by heating with the heater 102 to obtain a melt 103. Next, the seed crystal attached to the seed chuck 105 is immersed in the melt 103, and the crystal is pulled up while rotating the crucible 101 and the pulling shaft 104. The crystal orientation is any one of {100}, {111} or {110}, and after performing the seed squeezing for crystal dislocation, the shoulder portion is formed and the shoulder is changed to a target body diameter of, for example, 310 mm. To do.

その後は一定の引き上げ速度で例えば1200mmまでボディ部を育成し、通常条件で縮径しテイル絞りを行った後、結晶成長を終了する。ここで、引き上げ速度は、抵抗率、シリコン単結晶径サイズ、使用する単結晶引き上げ装置のホットゾーン構造(熱環境)などに応じて適宜選定されるが、例えば、定性的には単結晶面内でOSFリングが発生する領域が含まれる引き上げ速度を採用することができ、その下限は単結晶面内にOSFリング領域が発生しかつ転位クラスタが発生しない引き上げ速度以上とすることができる。   After that, the body part is grown up to 1200 mm, for example, at a constant pulling speed, the diameter is reduced under normal conditions, tail tailing is performed, and then the crystal growth is finished. Here, the pulling speed is appropriately selected according to the resistivity, the silicon single crystal diameter size, the hot zone structure (thermal environment) of the single crystal pulling apparatus to be used, etc., for example, qualitatively within the single crystal plane In this case, the pulling rate including the region where the OSF ring is generated can be adopted, and the lower limit thereof can be set to be higher than the pulling rate at which the OSF ring region is generated in the single crystal plane and the dislocation cluster is not generated.

また、前記不活性雰囲気中における水素濃度を、炉内圧は、4.0〜9.33kPa(30〜70torr)に対して3%以上20%以下の範囲に設定することができる。炉内圧は、1.33kPa(10torr)以上、好ましくは4.0〜26.7kPa(30torr〜200torr)、さらに、好ましくは、4.0〜9.3kPa(30torr〜70torr)が望ましい。この下限値は、水素の分圧が低くなると、融液および結晶中の水素濃度が低くなるため、これを防止するために上記の下限の圧力を規定した。上限値は、炉内の圧力が増大するとAr等の不活性ガスの融液上でのガス流速が低下することにより、カーボンヒーターやカーボン部材から脱ガスした炭素や、融液から蒸発したSiO等の反応物ガスが排気しにくくなることにより、結晶中の炭素濃度が所望値より高くなり、また、SiOが炉内の融液上部の1100℃程度またはより低温の部分に凝集することで、ダストを発生させ融液に落下することで結晶の有転位化を引き起こすため、これらを防止するために上記の上限の圧力を規定した。水素分圧として、40pa以上、400Pa以下となることが好ましい。   Further, the hydrogen concentration in the inert atmosphere can be set in the range of 3% to 20% with respect to the furnace pressure of 4.0 to 9.33 kPa (30 to 70 torr). The furnace pressure is 1.33 kPa (10 torr) or more, preferably 4.0 to 26.7 kPa (30 torr to 200 torr), and more preferably 4.0 to 9.3 kPa (30 torr to 70 torr). The lower limit value is defined as the lower limit pressure described above in order to prevent the hydrogen concentration in the melt and crystal from being lowered when the partial pressure of hydrogen is lowered. The upper limit value is that when the pressure in the furnace increases, the gas flow rate on the melt of an inert gas such as Ar decreases, so that carbon degassed from the carbon heater or carbon member, SiO evaporated from the melt, etc. This makes it difficult for the reactant gas to be exhausted, so that the carbon concentration in the crystal becomes higher than the desired value, and the SiO agglomerates in the upper part of the melt in the furnace at about 1100 ° C. or at a lower temperature. Is generated and dropped into the melt to cause dislocation of the crystal. Therefore, in order to prevent these, the upper limit pressure is defined. The hydrogen partial pressure is preferably 40 pa or more and 400 Pa or less.

水素を含む不活性雰囲気中で育成時のシリコン単結晶中の水素濃度は、雰囲気中の水素分圧によって制御できる。水素の結晶への導入は、雰囲気中の水素がシリコン融液に溶解して定常(平衡)状態となり、さらに、結晶へは凝固時に濃度偏析によって液相と固相中の濃度が分配される。
融液中の水素濃度は、ヘンリーの法則から気相中の水素分圧に依存して決まり、凝固直後の結晶中水素濃度は雰囲気中の水素分圧を制御することで結晶の軸方向に一定に所望する濃度で制御できる。
The hydrogen concentration in the silicon single crystal during growth in an inert atmosphere containing hydrogen can be controlled by the hydrogen partial pressure in the atmosphere. When hydrogen is introduced into the crystal, hydrogen in the atmosphere is dissolved in the silicon melt to be in a steady (equilibrium) state, and the concentration in the liquid phase and the solid phase is distributed to the crystal by concentration segregation during solidification.
The hydrogen concentration in the melt is determined by Henry's law depending on the hydrogen partial pressure in the gas phase, and the hydrogen concentration in the crystal immediately after solidification is constant in the axial direction of the crystal by controlling the hydrogen partial pressure in the atmosphere. The desired concentration can be controlled.

このようなシリコン単結晶育成方法によれば、水素を含む不活性雰囲気中でシリコン単結晶を引き上げることにより、結晶径方向全域にCOPおよび転位クラスタを含まず、かつ、格子間シリコン優勢領域(PI領域)の単結晶を引き上げ可能なPI領域引き上げ速度の範囲を拡大して引き上げて、単結晶直胴部を転位クラスタを含まない格子間シリコン優勢領域(PI領域)とすることができ、同時にOSFリングの幅が縮小していることにより、従来、Grown−in欠陥フリー単結晶を引き上げる際には、非常に狭い範囲に設定しなくてはならなかったPI領域引き上げ速度を広げて、極めて容易に、かつ従来よりもはやい引き上げ速度でGrown−in欠陥フリー単結晶を育成することが可能となるとともに、結晶面内にOSFリング領域が発生する条件でシリコン単結晶を引き上げた場合には、OSFリングの幅を縮小してその影響を低減することが可能となる。
なお、ここで、PI領域引き上げ速度範囲は水素雰囲気中と水素のない不活性雰囲気中とで比較する際に、上述した凝固直後の結晶内の軸方向温度勾配Gの値が一定で変化しない状態で比較するものとする。
According to such a silicon single crystal growth method, by pulling up the silicon single crystal in an inert atmosphere containing hydrogen, the COP and dislocation clusters are not included in the entire crystal diameter direction, and the interstitial silicon dominant region (PI) The single crystal can be pulled up by expanding the range of the pulling speed of the PI region, and the single crystal straight body can be made into an interstitial silicon dominant region (PI region) not including dislocation clusters, and at the same time, OSF Due to the reduction in the ring width, when pulling up a grown-in defect-free single crystal, the PI region pulling speed, which had to be set in a very narrow range, has been increased, making it extremely easy. In addition, it is possible to grow a Grown-in defect-free single crystal at a higher pulling speed than in the prior art, and in the crystal plane, When a silicon single crystal is pulled under the conditions in which ring region is generated, it is possible to reduce the influence by reducing the width of the OSF ring.
Here, the PI region pulling speed range is a state in which the value of the axial temperature gradient G in the crystal immediately after solidification described above is constant and does not change when comparing in a hydrogen atmosphere and in an inert atmosphere without hydrogen. Compare with

具体的には、格子間シリコン型のGrown−in欠陥フリー領域(PI領域)からなるGrown−in欠陥フリー単結晶を引き上げ可能なPI領域引き上げ速度範囲を、水素雰囲気とすることによって、水素のない時に比べて4倍以上、さらには、図5に示すように、4.5倍のマージンに拡大して引き上げをおこなうことができ、このような範囲の引き上げ速度によって所望の単結晶を引き上げることが可能となる。
このとき、OSFリングの発生領域を小さくすることができる。なお、PV領域(空孔型のGrown−in欠陥フリー領域)の大きさは水素添加によって変化しない。
More specifically, by setting the PI region pulling speed range in which the grown-in defect-free single crystal consisting of the interstitial silicon-type grown-in defect-free region (PI region) can be pulled to be a hydrogen atmosphere, there is no hydrogen. As shown in FIG. 5, it can be pulled up to a margin of 4.5 times or more compared to the time, and the desired single crystal can be pulled up by the pulling speed in such a range. It becomes possible.
At this time, the generation area of the OSF ring can be reduced. Note that the size of the PV region (vacancy type Grown-in defect free region) is not changed by hydrogen addition.

本実施形態においては、上述したように水素添加をおこなうことで、Grown−in欠陥フリー単結晶を引き上げ容易とするとともに、炭素を添加することによって、OSFリングの影響も低減することができるため、これら相乗効果により、このウェーハ上にエピタキシャル層を成長させた際にOSFリングに起因する欠陥を低減することができ、前述した所望の品質を有する単結晶の引き上げをおこなうことができ、作業効率を向上して、シリコン単結晶、あるいはこのシリコン単結晶から製造するシリコン基板の製造コストを大幅に削減することが可能となる。   In this embodiment, by performing hydrogenation as described above, it is easy to pull up the grown-in defect-free single crystal, and by adding carbon, the influence of the OSF ring can be reduced. Due to these synergistic effects, defects caused by the OSF ring can be reduced when an epitaxial layer is grown on this wafer, the above-mentioned single crystal having the desired quality can be pulled up, and work efficiency can be improved. As a result, it is possible to greatly reduce the manufacturing cost of a silicon single crystal or a silicon substrate manufactured from this silicon single crystal.

本実施形態は、上述したように、炭素、酸素濃度を設定したシリコン基板1において、図7に示すようにイオン注入工程(注入工程)S3前にゲッタリング顕在化熱処理工程S2をおこなっているので、重金属汚染が発生する可能性の高い工程であるイオン注入工程において、汚染が発生した場合でも対応できる程度に充分ゲッタリング能を発揮することが可能である。同時に、ゲッタリング顕在化熱処理工程S2より後の工程で汚染が発生した場合、特に、デバイス工程S6において金属汚染が発生した場合でも対応できる程度に充分ゲッタリング能を維持し続けることが可能である。
また、ゲッタリング顕在化熱処理工程S2は、デバイス工程S6より前であれば、他の順番でおこなうことも可能である。この場合には、ゲッタリング顕在化熱処理工程S2より後の工程において金属汚染が発生した場合でも対応できる程度に充分ゲッタリング能を維持し続けることが可能である。
In the present embodiment, as described above, in the silicon substrate 1 in which the carbon and oxygen concentrations are set, the gettering revealing heat treatment step S2 is performed before the ion implantation step (implantation step) S3 as shown in FIG. In the ion implantation process, which is highly likely to cause heavy metal contamination, the gettering ability can be sufficiently exerted to cope with the occurrence of contamination. At the same time, it is possible to maintain the gettering capability sufficiently to the extent that contamination occurs in a process subsequent to the gettering revealing heat treatment step S2, especially when metal contamination occurs in the device step S6. .
Further, the gettering revealing heat treatment step S2 can be performed in another order as long as it is before the device step S6. In this case, it is possible to continue to maintain the gettering ability sufficiently to cope with the case where metal contamination occurs in the process after the gettering revealing heat treatment process S2.

本発明のシリコン基板の製造方法は、CZ法によりn型ドーパント濃度が抵抗率8mΩcm〜10mΩcmに相当する濃度、炭素濃度が0.5×1016〜1.6×1017atoms/cm、酸素濃度が1.4×1018〜1.6×1018atoms/cmを有するシリコン単結晶を引き上げる工程と、
引き上げたシリコン単結晶からスライスしたシリコン基板に、酸素析出物を形成する熱処理をおこなう熱処理工程とを有することにより上記課題を解決した。
本発明は、前記酸素析出物を形成する熱処理を温度600℃〜800℃、処理時間0.25時間〜3時間、酸素と、アルゴンまたは窒素等の不活性ガスとの混合雰囲気中でおこなうことができる。
また、他の本発明において、前記スライスしたシリコン基板表面にn型ドーパント濃度が抵抗率0.1〜100Ωcmとされたシリコンエピタキシャル層を酸素析出物を形成する熱処理を行う前に成膜する工程を有することがより好ましい。
さらに、他の本発明は、前記シリコン単結晶を育成する際の不活性雰囲気ガス中に水素を添加することが可能であり、この際、前記シリコン単結晶を引き上げる工程における不活性ガスに水素を添加した雰囲気の気圧を、減圧の1.33kPa〜26.7kPaとし、前記雰囲気中の水素ガス濃度を3体積%〜20体積%とすることができる。
また、本発明のシリコン基板は、上記のいずれか記載の製造方法により製造されたものであって、
イントリンシックゲッタリングシンクとなるBMDのうち、大きさ10〜100nmのものが密度1.0×10〜1.0×1011個/cm存在する手段を採用することもできる。
本発明の固体撮像素子のシリコン基板は、固体撮像素子の埋め込み型フォトダイオードの直下となる位置に大きさ10〜100nmのBMDが密度1.0×10〜1.0×1011個/cmで存在するゲッタリング層が形成されたシリコン基板であって、
上記の製造方法により製造されたシリコン基板の直上にn型ドーパント濃度が抵抗率0.1〜100Ωcmとされたシリコンエピタキシャル層が形成され、
前記エピタキシャル層の直下には、前記ゲッタリング層が設けられてなることができる。
The method for producing a silicon substrate of the present invention has a concentration corresponding to a resistivity of 8 mΩcm to 10 mΩcm, a carbon concentration of 0.5 × 10 16 to 1.6 × 10 17 atoms / cm 3 , oxygen by CZ method. Pulling up a silicon single crystal having a concentration of 1.4 × 10 18 to 1.6 × 10 18 atoms / cm 3 ;
The above-mentioned problems have been solved by including a heat treatment step for performing a heat treatment for forming oxygen precipitates on a silicon substrate sliced from the pulled silicon single crystal.
In the present invention, the heat treatment for forming the oxygen precipitates may be performed in a mixed atmosphere of oxygen and an inert gas such as argon or nitrogen at a temperature of 600 ° C. to 800 ° C., a treatment time of 0.25 hours to 3 hours. it can.
In another aspect of the present invention, a step of forming a silicon epitaxial layer having an n-type dopant concentration of 0.1 to 100 Ωcm on the sliced silicon substrate surface before heat treatment for forming oxygen precipitates is performed. More preferably.
Furthermore, according to another aspect of the present invention, hydrogen can be added to an inert atmosphere gas when growing the silicon single crystal. At this time, hydrogen is added to the inert gas in the step of pulling up the silicon single crystal. The atmospheric pressure of the added atmosphere can be reduced from 1.33 kPa to 26.7 kPa, and the hydrogen gas concentration in the atmosphere can be from 3% by volume to 20% by volume.
Moreover, the silicon substrate of the present invention is manufactured by any one of the manufacturing methods described above,
Among the BMDs serving as intrinsic gettering sinks, a means in which a density of 10 to 100 nm exists in a density of 1.0 × 10 6 to 1.0 × 10 11 pieces / cm 3 can also be employed.
The silicon substrate of the solid-state imaging device of the present invention has a density of 1.0 × 10 6 to 1.0 × 10 11 / cm BMD having a size of 10 to 100 nm at a position directly below the embedded photodiode of the solid-state imaging device. 3 is a silicon substrate on which a gettering layer existing in 3 is formed,
A silicon epitaxial layer having an n-type dopant concentration of 0.1 to 100 Ωcm is formed directly on the silicon substrate manufactured by the above manufacturing method,
The gettering layer may be provided immediately below the epitaxial layer.

発明者らは、シリコン基板への重金属汚染防止出来る技術について鋭意検討を行った。まず、炭素イオン注入によるゲッタリング法について検討したところ、炭素イオン注入によるゲッタリング作用は、主に高エネルギーを介したイオン注入によるシリコン格子の乱れ(歪み)を起点として析出する酸化物に負うものであり、かような格子の乱れはイオン注入した狭い領域に集中している上、例えばデバイス工程の高温熱処理において酸化物回りの歪みが開放され易いことから、特にデバイス熱処理工程におけるゲッタリング効果に乏しいことが判明した。   The inventors diligently studied a technique capable of preventing heavy metal contamination on a silicon substrate. First, we investigated the gettering method by carbon ion implantation. The gettering effect by carbon ion implantation is mainly due to the oxide deposited from the origin of the distortion (distortion) of the silicon lattice caused by ion implantation through high energy. Such lattice disturbances are concentrated in a narrow ion-implanted region, and the distortion around the oxide is easily released, for example, during high-temperature heat treatment in the device process. It turned out to be scarce.

そこで、シリコン基板中においてゲッタリングシンクの形成に携わる炭素の作用を詳細に検討した結果、イオン注入によって炭素を強制的に導入するのでなく、シリコン格子中に炭素をシリコンと置換する形で固溶させることによって、この置換位置を起点に、例えばデバイス工程において、転位を伴う炭素・酸素系析出物を高密度で発現させると、この炭素・酸素系析出物が高いゲッタリング効果をもたらすことを知見した。さらに、かような置換は、シリコン単結晶中に固溶状態で炭素または酸素を含有させることで初めて導入されることを見出した。   Therefore, as a result of a detailed examination of the action of carbon involved in the formation of gettering sinks in a silicon substrate, solid solution is achieved by replacing carbon with silicon in the silicon lattice rather than forcibly introducing carbon by ion implantation. From this substitution position, for example, in the device process, when carbon / oxygen-based precipitates with dislocations are expressed at high density, it is found that the carbon / oxygen-based precipitates have a high gettering effect. did. Furthermore, it has been found that such substitution is introduced for the first time when carbon or oxygen is contained in a silicon single crystal in a solid solution state.

発明者らは、炭素、酸素の状態・振る舞いを分析・検討した結果、n型ドーパント濃度が抵抗率8mΩcm〜10mΩcmに相当する濃度、炭素濃度が0.5×1016〜1.6×1017atoms/cm 、酸素濃度が1.4×1018〜1.6×1018atoms/cm、という条件で引き上げたシリコン単結晶において、ウェーハに加工してエピタキシャル層を成膜し、600〜800℃とする熱処理工程を経れば、BMDの大きさ・密度として、重金属のゲッタリングに必要なゲッタリングシンクを形成可能で、充分なゲッタリング能を有するためのシリコン基板を製造可能であることを見出した。 The inventors have analyzed and studied the state and behavior of carbon and oxygen, and as a result, the n-type dopant concentration is equivalent to a resistivity of 8 mΩcm to 10 mΩcm, and the carbon concentration is 0.5 × 10 16 to 1.6 × 10 17. In a silicon single crystal pulled under conditions of atoms / cm 3 and oxygen concentration of 1.4 × 10 18 to 1.6 × 10 18 atoms / cm 3 , an epitaxial layer is formed by processing into a wafer, and 600 to After a heat treatment step of 800 ° C., a gettering sink necessary for heavy metal gettering can be formed as a BMD size and density, and a silicon substrate having sufficient gettering ability can be manufactured. I found out.

さらに、本発明は、n型ドーパント添加シリコン結晶に炭素を0.5×1016〜1.6×1016atoms/cmの範囲で添加した場合、結晶成長過程において炭素、酸素を核とするゲッタリングシンクが形成され、これらは高温熱処理でも安定に存在しエピタキシャル成長後においても存在しうる。したがって、エピタキシャル成長直後から酸素析出の核として作用しデバイス熱処理工程で成長しデバイス熱処理工程での重金属汚染に対してゲッタリングシンクとして有効に働く。 Further, in the present invention, when carbon is added to the n-type dopant-added silicon crystal in the range of 0.5 × 10 16 to 1.6 × 10 16 atoms / cm 3 , carbon and oxygen are used as nuclei in the crystal growth process. Gettering sinks are formed, which exist stably even at high temperature heat treatment and may exist after epitaxial growth. Therefore, it acts as a nucleus for oxygen precipitation immediately after epitaxial growth, grows in the device heat treatment step, and effectively acts as a gettering sink against heavy metal contamination in the device heat treatment step.

なお、本願発明のシリコン基板は固体撮像素子用のシリコン基板に用いて好適であるが、これ以外の高ゲッタリング能を必要とするいかなる基板としても適用可能である。
例えば、NAND-FLASHあるいはNOR-FLASHなどのMulti Chip Package(MCP)用のウェーハとしての利用等が可能である。この場合もデバイス構造はCMOSであることからn型ドーパント濃度が抵抗率8mΩcm〜10mΩcmに相当する濃度、炭素濃度が0.5×1016〜1.6×1017atoms/cm、酸素濃度が1.4×1018〜1.6×1018atoms/cmの範囲にて高ゲッタリング能力の維持が可能である。
The silicon substrate of the present invention is suitable for use as a silicon substrate for a solid-state imaging device, but can be applied to any substrate that requires a high gettering capability.
For example, it can be used as a wafer for Multi Chip Package (MCP) such as NAND-FLASH or NOR-FLASH. Also in this case, since the device structure is CMOS, the n-type dopant concentration corresponds to a resistivity of 8 mΩcm to 10 mΩcm, the carbon concentration is 0.5 × 10 16 to 1.6 × 10 17 atoms / cm 3 , and the oxygen concentration is A high gettering capability can be maintained in the range of 1.4 × 10 18 to 1.6 × 10 18 atoms / cm 3 .

さらに、本発明は、固体撮像素子の埋め込み型フォトダイオードの直下にゲッタリング層が形成され重金属の捕獲効率の高い固体撮像素子のシリコン基板であって、炭素を添加したCZ結晶およびその直上に形成したn+注入層、nエピタキシャル層を形成し、n+注入層の直下にゲッタリングシンクを形成することを特徴とする固体撮像素子シリコン基板の製造方法とすることができる。
この本発明では、CZ結晶に炭素を添加することによって固体撮像素子の製造プロセス(熱処理プロセス)を利用してn+注入層の直下にゲッタリングシンクを形成しデバイス工程での重金属汚染を除去できるため電気特性などの品質を向上させることができる。
Furthermore, the present invention is a silicon substrate of a solid-state image pickup device having a high capture efficiency of heavy metal in which a gettering layer is formed immediately below an embedded photodiode of the solid-state image pickup device, and formed on a CZ crystal added with carbon and directly thereon. The solid-state imaging device silicon substrate manufacturing method is characterized in that the n + implantation layer and the n epitaxial layer are formed, and a gettering sink is formed immediately below the n + implantation layer.
In the present invention, by adding carbon to the CZ crystal, a gettering sink can be formed directly under the n + implantation layer by using a manufacturing process (heat treatment process) of a solid-state imaging device to remove heavy metal contamination in the device process. Quality such as electrical characteristics can be improved.

本発明は、固体撮像素子の埋め込み型フォトダイオードの直下にゲッタリング層が形成され重金属の捕獲効率の高い固体撮像素子のシリコン基板であって、炭素が0.5×1016〜1.6×1017atoms/cm添加されたn型ドーパント濃度が抵抗率<10mΩcmのCZ結晶を基板とした炭素、酸素によるゲッタリングシンクを形成することを特徴とする固体撮像素子シリコン基板の製造方法とすることができる。
また、この本発明では、撮像素子デバイス工程においてエピタキシャル層の直下に高密度かつ2次転位をともなう微小な酸素析出物を形成し低温化した熱処理工程においても十分なゲッタリング能力を保持できる。
The present invention is a silicon substrate of a solid-state image sensor having a high capture efficiency of heavy metals, in which a gettering layer is formed immediately below the embedded photodiode of the solid-state image sensor, and carbon is 0.5 × 10 16 to 1.6 ×. A method of manufacturing a silicon substrate for a solid-state imaging device, characterized in that a gettering sink is formed by carbon and oxygen using a CZ crystal having a resistivity of <10 mΩcm and an n-type dopant concentration added with 10 17 atoms / cm 3 as a substrate. be able to.
Further, according to the present invention, sufficient gettering ability can be maintained even in a heat treatment process in which minute oxygen precipitates with high density and secondary dislocations are formed immediately below the epitaxial layer in the image pickup device device process and the temperature is lowered.

固体撮像素子の埋め込み型フォトダイオードの直下にゲッタリング層が形成され重金属の捕獲効率の高い固体撮像素子のシリコン基板であって、炭素を添加したCZ結晶である。ここで炭素濃度が0.5×1016〜1.6×1017atoms/cmおよび酸素濃度が1.4×1018〜1.6×1018atoms/cmによるゲッタリングシンクを形成することを特徴とする固体撮像素子シリコン基板の製造方法とすることができる。
この本発明においても特に熱処理工程の温度帯域が600℃〜700℃である場合、エピタキシャル層直下に高密度な酸素析出物の形成を実現でき高ゲッタリング能力を期待できるため、これらの基板を用いて固体撮像素子を作製した場合は、電気特性を向上させることができる。これにより固体撮像素子の歩留まりを向上させることができる。
This is a silicon substrate of a solid-state image sensor having a high capture efficiency of heavy metals, in which a gettering layer is formed immediately below the embedded photodiode of the solid-state image sensor, and is a CZ crystal added with carbon. Here, a gettering sink with a carbon concentration of 0.5 × 10 16 to 1.6 × 10 17 atoms / cm 3 and an oxygen concentration of 1.4 × 10 18 to 1.6 × 10 18 atoms / cm 3 is formed. A solid-state imaging device silicon substrate manufacturing method can be obtained.
Also in the present invention, particularly when the temperature range of the heat treatment step is 600 ° C. to 700 ° C., high density gettering can be formed immediately below the epitaxial layer and high gettering ability can be expected. Thus, when a solid-state imaging device is manufactured, the electrical characteristics can be improved. Thereby, the yield of a solid-state image sensor can be improved.

本発明の固体撮像素子用シリコン基板は、所定のn型ドーパント濃度・酸素濃度としたCZ結晶、MCZ結晶中に炭素を含有させ、このシリコン基板上にデバイスを載せる製造工程の熱処理工程を利用可能な熱処理条件を設定することによって、ゲッタリング能力の高い炭素・酸素の析出物を形成することができる。
従って、埋め込みフォトダイオードの直下からシリコン基板の全厚にわたって拡がるゲッタリングシンクを形成できるから、特にデバイス工程におけるn+注入層より表面デバイス側への重金属拡散が抑制されてデバイスでの欠陥が回避される結果、電気特性の良好な高品質の固体撮像素子を低コストで提供することが可能になる。
The silicon substrate for a solid-state imaging device of the present invention can use a heat treatment process of a manufacturing process in which carbon is contained in a CZ crystal and MCZ crystal having a predetermined n-type dopant concentration / oxygen concentration and a device is mounted on the silicon substrate. By setting appropriate heat treatment conditions, carbon / oxygen precipitates with high gettering ability can be formed.
Therefore, since a gettering sink that extends from directly below the buried photodiode over the entire thickness of the silicon substrate can be formed, the diffusion of heavy metal from the n + implantation layer to the surface device side in the device process is suppressed, and defects in the device are avoided. As a result, it is possible to provide a high-quality solid-state imaging device with good electrical characteristics at a low cost.

本発明に係るシリコン基板の製造方法の一実施形態を示す正断面図である。It is a front sectional view showing an embodiment of a method for manufacturing a silicon substrate according to the present invention. 固体撮像素子の製造手順を示す図である。It is a figure which shows the manufacture procedure of a solid-state image sensor. 本発明の実施例における熱処理を説明する図である。It is a figure explaining the heat processing in the Example of this invention. CZ引上げ炉の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of a CZ pulling furnace. 水素添加による引き上げ速度領域の変化を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the change of the pulling-up speed area | region by hydrogen addition. 固体撮像素子の分光特性を示す図である。It is a figure which shows the spectral characteristic of a solid-state image sensor. 本発明に係るシリコン基板の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows one Embodiment of the manufacturing method of the silicon substrate which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…シリコン基板
2A…n+注入層
2B…nエピタキシャル層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate 2A ... n + injection | pouring layer 2B ... n epitaxial layer

Claims (5)

リン(濃度1.0×10 16 〜1.0×10 18 atoms/cm の基板上にn+注入層およびnエピタキシャル層を形成したn/n+/nタイプとされたシリコン基板の製造方法であって、
CZ法によりリン(濃度1.0×10 16 〜1.0×10 18 atoms/cm ドープされるとともに炭素濃度が1.0×1016〜1.6×1017atoms/cm、初期酸素濃度が1.4×1018〜1.6×1018atoms/cmとして水素を含む不活性雰囲気中でシリコン単結晶を引き上げ、該シリコン単結晶をスライスする準備工程と、
前記準備工程後の600〜800℃、15分〜4時間とされるゲッタリング顕在化熱処理工程と、
その表面に濃度1.0×1018atoms/cm以上のn型ドーパントをイオン注入してn+注入層を形成する注入工程と、
前記注入工程後の950〜1200℃とされる回復熱処理工程と、
該n+注入層上に1.0×1016〜1.0×1017atoms/cmのn型ドーパントがドープされたnエピタキシャル層を形成するエピタキシャル工程と、
を有することを特徴とするシリコン基板の製造方法。
Production of silicon substrate of n / n + / n type in which phosphorus ( P ) has an n + implantation layer and an n epitaxial layer formed on a substrate having a concentration of 1.0 × 10 16 to 1.0 × 10 18 atoms / cm 3 A method,
Phosphorus ( P ) is doped by the CZ method at a concentration of 1.0 × 10 16 to 1.0 × 10 18 atoms / cm 3 and the carbon concentration is 1.0 × 10 16 to 1.6 × 10 17 atoms / cm 3. 3. A preparation step of pulling up a silicon single crystal in an inert atmosphere containing hydrogen at an initial oxygen concentration of 1.4 × 10 18 to 1.6 × 10 18 atoms / cm 3 and slicing the silicon single crystal;
A gettering revealing heat treatment step of 600 to 800 ° C. and 15 minutes to 4 hours after the preparation step;
An implantation step of ion-implanting an n-type dopant having a concentration of 1.0 × 10 18 atoms / cm 3 or more on the surface to form an n + implantation layer;
A recovery heat treatment step of 950 to 1200 ° C. after the implantation step;
Forming an n epitaxial layer doped with an n-type dopant of 1.0 × 10 16 to 1.0 × 10 17 atoms / cm 3 on the n + implanted layer;
A method for producing a silicon substrate, comprising:
前記n+注入層が表層から0.2〜0.6μmとされることを特徴とする請求項記載のシリコン基板の製造方法。 Method for manufacturing a silicon substrate according to claim 1, wherein said n + implanted layer is a 0.2~0.6μm from the surface layer. 前記nエピタキシャル層が2〜10μmの膜厚とされることを特徴とする請求項記載のシリコン基板の製造方法。 Method for manufacturing a silicon substrate according to claim 1, wherein the n epitaxial layer is characterized in that it is a film thickness of 2 to 10 [mu] m. 前記シリコン単結晶を引き上げる工程における不活性ガスに水素を添加した雰囲気の気圧を、減圧の1.33kPa〜26.7kPaとし、前記雰囲気中の水素ガス濃度を3体積%〜20体積%とするとともに、
COPおよび転位クラスタを含まずかつ格子間シリコン優勢領域(PI領域)の単結晶を引き上げ可能な引き上げ速度の範囲としてシリコン単結晶を引き上げることを特徴とする請求項記載のシリコン基板の製造方法。
The atmospheric pressure of the atmosphere in which hydrogen is added to the inert gas in the step of pulling up the silicon single crystal is 1.33 kPa to 26.7 kPa of reduced pressure, and the hydrogen gas concentration in the atmosphere is 3% to 20% by volume. ,
2. The method of manufacturing a silicon substrate according to claim 1 , wherein the silicon single crystal is pulled up within a pulling speed range that does not include COP and dislocation clusters and can pull up the single crystal in the interstitial silicon dominant region (PI region) .
請求項1からのいずれか記載の製造方法により製造され、固体撮像素子の埋め込み型フォトダイオードの直下にゲッタリングシンクを形成してなることを特徴とする固体撮像素子のシリコン基板。 Produced by the method according to any one of claims 1 to 4, a silicon substrate of a solid-state imaging device, characterized in that by forming a gettering sink directly beneath the buried photodiode of the solid-state imaging device.
JP2008054841A 2008-03-05 2008-03-05 Silicon substrate and manufacturing method thereof Active JP5401809B2 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008054841A JP5401809B2 (en) 2008-03-05 2008-03-05 Silicon substrate and manufacturing method thereof
US12/396,656 US8101508B2 (en) 2008-03-05 2009-03-03 Silicon substrate and manufacturing method thereof
EP09003023A EP2112254A3 (en) 2008-03-05 2009-03-03 Silicon substrate and manufacturing method thereof
TW098106830A TWI442478B (en) 2008-03-05 2009-03-03 Silicon substrate manufacturing method
KR1020090018562A KR101028683B1 (en) 2008-03-05 2009-03-04 Silicon substrate and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008054841A JP5401809B2 (en) 2008-03-05 2008-03-05 Silicon substrate and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009212352A JP2009212352A (en) 2009-09-17
JP5401809B2 true JP5401809B2 (en) 2014-01-29

Family

ID=41185204

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008054841A Active JP5401809B2 (en) 2008-03-05 2008-03-05 Silicon substrate and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5401809B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011125305A1 (en) * 2010-04-08 2011-10-13 信越半導体株式会社 Silicon epitaxial wafer, method for manufacturing silicon epitaxial wafer, and method for manufacturing semiconductor element or integrated circuit
JP5772491B2 (en) 2011-10-20 2015-09-02 信越半導体株式会社 Epitaxial wafer and manufacturing method thereof

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3353277B2 (en) * 1992-09-25 2002-12-03 ソニー株式会社 Manufacturing method of epitaxial wafer
JPH1050715A (en) * 1996-07-29 1998-02-20 Sumitomo Sitix Corp Silicon wafer and manufacture thereof
JP4013276B2 (en) * 1997-02-17 2007-11-28 株式会社Sumco Manufacturing method of silicon epitaxial wafer
JP2003100760A (en) * 2001-09-19 2003-04-04 Wacker Nsce Corp Epitaxial silicon wafer and method for manufacturing the same
JP2006073580A (en) * 2004-08-31 2006-03-16 Sumco Corp Silicon epitaxial wafer and its manufacturing method
KR100654354B1 (en) * 2005-07-25 2006-12-08 삼성전자주식회사 Low defect epitaxial semiconductor substrate having gettering function, image sensor using the same and fabrication method thereof
JP2007273959A (en) * 2006-03-06 2007-10-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd Light-detecting device and manufacturing method therefor

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009212352A (en) 2009-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5568837B2 (en) Silicon substrate manufacturing method
US7879695B2 (en) Thin silicon wafer and method of manufacturing the same
JP5343371B2 (en) Silicon substrate and manufacturing method thereof
JP2010010615A (en) Silicon substrate for solid-state imaging element, and method of manufacturing the same
TWI606155B (en) 矽Ear crystal wafer manufacturing method and 矽 epitaxial wafer
US20090226736A1 (en) Method of manufacturing silicon substrate
TWI442478B (en) Silicon substrate manufacturing method
JPWO2009075288A1 (en) Silicon substrate and manufacturing method thereof
JPWO2009075257A1 (en) Silicon substrate and manufacturing method thereof
JP5401809B2 (en) Silicon substrate and manufacturing method thereof
JP5401808B2 (en) Silicon substrate and manufacturing method thereof
TWI436429B (en) Method for manufacturing epitaxial germanium wafer and epitaxial germanium wafer
JP2011054622A (en) Silicon substrate and manufacturing method thereof
JP2011023533A (en) Silicon substrate and method for manufacturing the same
JP2011054654A (en) Method of manufacturing silicon wafer for thinned device element

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110216

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130513

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130521

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130722

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20131001

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131014

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5401809

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250