JP6308159B2 - Epitaxial wafer manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、シリコンウェーハの表層にエピタキシャル層を形成することによる、エピタキシャルウェーハの製造方法に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing an epitaxial wafer by forming an epitaxial layer on the surface layer of a silicon wafer.

半導体集積回路を作製するための基板としては、主に、CZ(czochra1ski)法によって作製されたシリコンウェーハが用いられている。近年の最先端撮像素子では、特に、シリコンウェーハ上に、例えばシリコンエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルウェーハが用いられることが多い。このような最先端撮像素子では、金属不純物が原因と推定される白キズ(暗電流不良)が発生することがある。この白キズの低減のためには、デバイスプロセス中にデバイス活性層から金属不純物を取り除くゲッタリング技術が重要である。   As a substrate for manufacturing a semiconductor integrated circuit, a silicon wafer manufactured by a CZ (czochra1ski) method is mainly used. In recent state-of-the-art imaging devices, in particular, an epitaxial wafer in which, for example, a silicon epitaxial layer is grown on a silicon wafer is often used. In such a state-of-the-art imaging device, white scratches (dark current defects) that are estimated to be caused by metal impurities may occur. In order to reduce this white scratch, a gettering technique for removing metal impurities from the device active layer during the device process is important.

このゲッタリング技術は、ゲッタリングサイトの位置によりIG(internal gettering)とEG(external gettering)に大別される。IGはウェーハ内部にゲッタリングサイトがある場合を言い、具体的にはBMD(Bulk micro defects)を有する基板やエピタキシャルウェーハにおける低抵抗率基板が挙げられる。一方で、EGはウェーハ裏面にゲッタリングサイトがある場合を言い、具体的には、PBS(Si−poly back seal)やSB(sand blast)等が挙げられる。EGでは、デバイス活性層であるウェーハ表層からゲッタリングサイトの存在する裏面まで熱処理により金属不純物を拡散させる必要があるため、ニッケル(Ni)や銅(Cu)等の比較的拡散の速い元素に対しては有効である。他方で、IGについてはデバイス活性層から比較的近い領域に、ゲッタリングサイトを作り込むことができるため、NiやCuよりも拡散の遅い鉄(Fe)やクロム(Cr)等の元素に対しても有効である。   This gettering technology is roughly classified into IG (internal gettering) and EG (external gettering) depending on the position of the gettering site. IG refers to a case where there is a gettering site inside the wafer, and specifically includes a substrate having BMD (Bulk micro defects) and a low resistivity substrate in an epitaxial wafer. On the other hand, EG refers to a case where there is a gettering site on the back surface of the wafer, and specifically includes PBS (Si-poly back seal) and SB (sand blast). In EG, it is necessary to diffuse metal impurities by heat treatment from the wafer surface layer, which is the device active layer, to the back surface where the gettering site is present. Therefore, for EG with relatively fast diffusion such as nickel (Ni) and copper (Cu) Is effective. On the other hand, for IG, a gettering site can be formed in a region relatively close to the device active layer, so that it is more effective for elements such as iron (Fe) and chromium (Cr) that are more slowly diffused than Ni and Cu. Is also effective.

また、ゲッタリング技術は、上記のようなゲッタリングサイトを付加する位置の他に、メカニズムにより分類できる。具体的には緩和型と偏析型に分類できる。緩和型はウェーハ中の金属不純物濃度が、ある熱処理時の固溶度よりも高い場合(過飽和)にのみゲッタリングが進行し、この場合、金属不純物元素の到達濃度は固溶度である。一方、偏析型は、ある温度におけるデバイス活性層とゲッタリング層の偏析係数に従うように金属不純物が再分布することによってゲッタリングが進行し、この場合、金属不純物元素の到達濃度は偏析平衡濃度である。よって、緩和型は偏析型と比較して高濃度汚染により効果的である一方で、低濃度汚染に対しては偏析型ゲッタリングがより有効であると言える。   Further, the gettering technique can be classified by a mechanism in addition to the position where the gettering site is added. Specifically, it can be classified into relaxation type and segregation type. In the relaxed type, gettering proceeds only when the metal impurity concentration in the wafer is higher than the solid solubility during a certain heat treatment (supersaturation). In this case, the ultimate concentration of the metal impurity element is the solid solubility. On the other hand, in the segregation type, gettering proceeds by redistribution of metal impurities so as to follow the segregation coefficients of the device active layer and gettering layer at a certain temperature. In this case, the ultimate concentration of the metal impurity element is the segregation equilibrium concentration. is there. Therefore, the relaxation type is more effective for high concentration contamination than the segregation type, while the segregation type gettering is more effective for low concentration contamination.

また、エピタキシャルウェーハの製造において、エピタキシャルウェーハの表面のデバイス活性領域から近い位置にゲッタリングサイトを作り込む技術としてイオン注入が挙げられる。具体的には、まず、シリコン基板にイオン注入を行い、その後、シリコン基板の表層の結晶性を回復させる回復熱処理を施し、表層の直上にエピタキシャル層を堆積させる方法である(例えば、特許文献1参照)。この場合、イオン注入によって発生したダメージ、欠陥、又は注入元素そのものがゲッタリングサイトとなる。   In the manufacture of epitaxial wafers, ion implantation is a technique for creating a gettering site near the device active region on the surface of the epitaxial wafer. Specifically, first, ion implantation is performed on a silicon substrate, and then a recovery heat treatment for recovering the crystallinity of the surface layer of the silicon substrate is performed to deposit an epitaxial layer directly on the surface layer (for example, Patent Document 1). reference). In this case, damage, defects, or implanted elements themselves generated by ion implantation become gettering sites.

特開2011−44590号公報JP 2011-44590 A

近年、デバイスプロセスの低温化、短時間化に伴い、特に、撮像素子では極低濃度の汚染がデバイス特性を悪化させ白キズ不良を引き起こす場合がある。このように、白キズが問題となる高感度撮像素子用の基板にはエピタキシャルウェーハが多く使用されている。また、白キズの原因として、タングステン(W)やモリブデン(Mo)等の拡散が極めて遅い金属不純物の元素が挙げられている。さらに、これらの元素のシリコンウェーハ中における濃度は非常に低いために、BMD等の緩和型ゲッタリングによる効果はあまり期待できない。よって、求められるウェーハの条件は、WやMoと言った拡散の遅い元素でもゲッタリングするためにデバイス活性層から近い領域にゲッタリングサイトを有し、さらに、低濃度汚染に対してもゲッタリング効果が高い偏析型のゲッタリングサイトであることが望まれる。   In recent years, with low temperature and short time of device processes, particularly in an image pickup device, contamination at a very low concentration may deteriorate device characteristics and cause white defects. As described above, many epitaxial wafers are used as substrates for high-sensitivity imaging devices in which white scratches are a problem. Further, as a cause of white scratches, elements of metal impurities such as tungsten (W) and molybdenum (Mo) that are extremely slow are cited. Furthermore, since the concentration of these elements in the silicon wafer is very low, the effect of relaxation gettering such as BMD cannot be expected so much. Therefore, the required wafer conditions include gettering sites in the region near the device active layer in order to getter even the slow diffusion elements such as W and Mo, and gettering even for low concentration contamination. It is desired to be a segregation type gettering site having a high effect.

従来のPBSやSB等のEG技術では拡散が遅い不純物イオンをゲッタリングサイト(裏面)まで到達させることが難しく、十分なゲッタリング効果が得られないという問題があった。また、IGのゲッタリングサイトであるBMDはデバイス活性層からは近いが、BMDは緩和型のゲッタリングサイトであり、低濃度の不純物汚染に対して十分なゲッタリング効果が得られないという問題があった。   The conventional EG technology such as PBS or SB has a problem that it is difficult to reach slowly gettering impurity ions to the gettering site (back surface) and a sufficient gettering effect cannot be obtained. Further, BMD, which is an IG gettering site, is close to the device active layer, but BMD is a relaxed gettering site, and there is a problem that a sufficient gettering effect cannot be obtained for low-concentration impurity contamination. there were.

さらには、上述の特許文献1に記載されたゲッタリング技術のように、イオン注入によりシリコン基板の表層から近い位置にゲッタリングサイトを作り込んだうえで、シリコン基板の表層上にエピタキシャル層を形成する場合、エピタキシャル層の欠陥の発生を低減するために、イオン注入後の回復熱処理を行う必要がある。この回復熱処理により、ゲッタリングサイトとして機能するダメージ層が必要以上に低減されてしまい、十分なゲッタリング能力が得られないという問題があった。   Further, as in the gettering technique described in the above-mentioned Patent Document 1, a gettering site is formed at a position close to the surface layer of the silicon substrate by ion implantation, and an epitaxial layer is formed on the surface layer of the silicon substrate. In order to reduce the generation of defects in the epitaxial layer, it is necessary to perform a recovery heat treatment after ion implantation. This recovery heat treatment has a problem that the damage layer functioning as a gettering site is reduced more than necessary, and sufficient gettering ability cannot be obtained.

以上のように、従来の方法により、撮像素子などに使用されるエピタキシャルウェーハを製造する場合、エピタキシャル層の欠陥発生の抑制と拡散が遅く低濃度の金属不純物に対する高いゲッタリング能力とを両立することができなかった。   As described above, when manufacturing an epitaxial wafer used for an image sensor or the like by a conventional method, it is possible to achieve both suppression of defects in the epitaxial layer and high gettering ability for low concentration metal impurities with slow diffusion. I could not.

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、エピタキシャル層の欠陥発生の抑制と拡散速度が遅く低濃度の金属不純物であってもゲッタリング可能な程に高いゲッタリング能力を両立することが可能なエピタキシャルウェーハ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 problems described above, and achieves both suppression of defect generation in the epitaxial layer and high gettering capability so that gettering is possible even with low concentration metal impurities with a low diffusion rate. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an epitaxial wafer.

上記目的を達成するために、本発明は、シリコンウェーハの表層にエピタキシャル層を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記シリコンウェーハにイオン注入を行う工程、前記イオン注入されたシリコンウェーハを、フラッシュランプアニール(Flash Lamp Anneal:FLA)処理することで前記イオン注入されたシリコンウェーハの表層の結晶性を回復させる工程、前記シリコンウェーハの結晶性を回復させた表層の上にエピタキシャル層を形成する工程を有することを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。   In order to achieve the above object, the present invention provides an epitaxial wafer manufacturing method for forming an epitaxial layer on a surface layer of a silicon wafer, the step of performing ion implantation on the silicon wafer, the ion-implanted silicon wafer, A step of recovering the crystallinity of the surface layer of the ion-implanted silicon wafer by performing a flash lamp annealing (FLA) process, and forming an epitaxial layer on the surface layer of the crystallinity of the silicon wafer recovered The manufacturing method of the epitaxial wafer characterized by having a process is provided.

本発明では、イオン注入後の回復熱処理としてFLA処理を行うことで、シリコンウェーハの極表面の結晶性を主に回復させ、シリコンウェーハの表層近傍に、適度にダメージ層を残すことができる。このように、本発明は、拡散が遅く低濃度の金属不純物に対するゲッタリング能力を高く維持したうえで、エピタキシャル層における欠陥を低減することができる。   In the present invention, by performing FLA treatment as a recovery heat treatment after ion implantation, the crystallinity of the extreme surface of the silicon wafer can be mainly recovered, and an appropriately damaged layer can be left in the vicinity of the surface layer of the silicon wafer. As described above, the present invention can reduce defects in the epitaxial layer while maintaining a high gettering capability with respect to metal impurities having a low diffusion rate and a low concentration.

このとき、前記イオン注入工程において、前記シリコンウェーハに注入する元素を炭素、ボロン、リン、及びシリコンのいずれかとし、前記元素の注入量を1×1014cm−2以上、5×1015cm−2以下、注入エネルギーを50〜1000keVとすることが好ましい。 At this time, in the ion implantation step, an element to be implanted into the silicon wafer is any one of carbon, boron, phosphorus, and silicon, and the implantation amount of the element is 1 × 10 14 cm −2 or more and 5 × 10 15 cm. −2 or less, the implantation energy is preferably 50 to 1000 keV.

シリコンウェーハに注入する元素の種類としては、特に上記のものが好ましい。また、元素の注入量を1×1014cm−2以上とすれば十分なゲッタリング能力をより確実に確保できる。元素の注入量を5×1015cm−2以下とすれば、シリコンウェーハ表層のダメージが適切となり、FLA処理でより確実に表層の結晶性を回復することができる。また、元素の注入エネルギーを上記の範囲とすれば、シリコンウェーハの表層から近い位置に、より確実にゲッタリングサイトを作り込むことが可能である。 As the types of elements to be implanted into the silicon wafer, the above are particularly preferable. Moreover, if the amount of implanted elements is 1 × 10 14 cm −2 or more, sufficient gettering ability can be ensured more reliably. If the implantation amount of the element is 5 × 10 15 cm −2 or less, the damage of the silicon wafer surface layer becomes appropriate, and the crystallinity of the surface layer can be more reliably recovered by the FLA treatment. Further, when the element implantation energy is within the above range, the gettering site can be more reliably formed at a position near the surface layer of the silicon wafer.

このとき、前記結晶性回復工程において、前記フラッシュランプアニールの処理時間を0.01msec以上、100msec以下、最高温度を1100℃以上、1300℃以下とすることが好ましい。   At this time, it is preferable that in the crystallinity recovery step, the flash lamp annealing treatment time is 0.01 msec to 100 msec, and the maximum temperature is 1100 ° C. to 1300 ° C.

このように、FLAの処理時間及び最高温度を上記範囲とすれば、ウェーハの極表面の結晶性をより確実かつ十分に回復でき、また、ウェーハの表層近傍に、より適度にダメージ層を残すことができる。   Thus, if the FLA processing time and maximum temperature are within the above ranges, the crystallinity of the extreme surface of the wafer can be recovered more reliably and sufficiently, and a more moderately damaged layer can be left near the surface layer of the wafer. Can do.

本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法であれば、高いゲッタリング能力を維持しつつ、エピタキシャル層の欠陥発生の抑制をすることができる。   If it is the manufacturing method of the epitaxial wafer of this invention, the defect generation | occurrence | production of an epitaxial layer can be suppressed, maintaining a high gettering capability.

本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一例を示したフロー図である。It is the flowchart which showed an example of the manufacturing method of the epitaxial wafer of this invention. 本発明のFLA処理に使用することができる熱処理装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the heat processing apparatus which can be used for the FLA process of this invention.

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   Hereinafter, although an embodiment is described about the present invention, the present invention is not limited to this.

上記のように、イオン注入を利用したゲッタリング技術は、拡散の遅い元素をゲッタリングすることができる位置にゲッタリングサイトを形成できる。これは、イオンの注入エネルギー(イオンの加速電圧)を調整することで、イオン注入層のシリコンウェーハの表面からの深さを自在に設計することができるからである。しかしながら、従来の技術における回復熱処理では、ゲッタリングサイトとなるダメージ層を必要以上に回復させてしまい、十分なゲッタリング能力が得られなかった。   As described above, the gettering technique using ion implantation can form a gettering site at a position where an element with slow diffusion can be gettered. This is because the depth of the ion implantation layer from the surface of the silicon wafer can be designed freely by adjusting the ion implantation energy (ion acceleration voltage). However, the recovery heat treatment according to the conventional technique recovers a damaged layer serving as a gettering site more than necessary, and a sufficient gettering ability cannot be obtained.

そこで、本発明者等は偏析型ゲッタリング効果が得られる程度のイオン注入条件でシリコンウェーハの表層にダメージ層を形成し、ウェーハの表層近傍にこのダメージ層を残す一方で、ウェーハの極表面は結晶性を回復させてエピタキシャル層の欠陥の発生を抑制するために、フラッシュランプアニール(FLA)処理を行うことを発想した。そして、エピタキシャル層の欠陥の発生の抑制と高いゲッタリング能力を両立することができるイオン注入条件及び結晶性回復条件を検討し本発明を完成させた。   Therefore, the present inventors formed a damaged layer on the surface layer of the silicon wafer under ion implantation conditions to the extent that a segregation-type gettering effect is obtained, while leaving the damaged layer in the vicinity of the surface layer of the wafer, while the extreme surface of the wafer is In order to recover the crystallinity and suppress the occurrence of defects in the epitaxial layer, the idea was to perform flash lamp annealing (FLA) treatment. Then, the present invention was completed by examining ion implantation conditions and crystallinity recovery conditions that can achieve both suppression of defects in the epitaxial layer and high gettering ability.

なお、イオン注入後にFLA処理を行い、ウェーハの極表面の結晶性を回復させることは、例えば、特開2004−320041号公報や特開2009−94301号公報に記載されている。しかしながら、FLA処理をエピタキシャルウェーハの製造方法に適用する構成や、エピタキシャル層における欠陥発生の抑制と高いゲッタリング能力が同時に得られるといった優れた効果を発揮することは一切示唆されていない。このような構成と効果は本発明者等が初めて見出したものである。   For example, JP 2004-320041 A and JP 2009-94301 A disclose that FLA treatment is performed after ion implantation to recover the crystallinity of the extreme surface of the wafer. However, there is no suggestion that the FLA process is applied to an epitaxial wafer manufacturing method, or that excellent effects such as suppression of defect generation in an epitaxial layer and high gettering capability can be obtained at the same time. Such a configuration and effect were first found by the present inventors.

図1に示すように、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、まずシリコンウェーハにイオン注入を行う(図1のS101)。次に、イオン注入後のシリコンウェーハの結晶性を回復させるためにFLA処理する(図1のS102)。次に、FLA処理したシリコンウェーハの表層の上に、エピタキシャル層を形成する(図1のS103)。   As shown in FIG. 1, in the epitaxial wafer manufacturing method of the present invention, ion implantation is first performed on a silicon wafer (S101 in FIG. 1). Next, FLA treatment is performed to recover the crystallinity of the silicon wafer after ion implantation (S102 in FIG. 1). Next, an epitaxial layer is formed on the surface layer of the FLA-treated silicon wafer (S103 in FIG. 1).

以下、図1に示す本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法における各工程について説明する。   Hereinafter, each process in the manufacturing method of the epitaxial wafer of this invention shown in FIG. 1 is demonstrated.

(イオン注入工程)
この工程では、シリコンウェーハにイオン注入を実施する(図1のS101)。この際、偏析型ゲッタリング効果が得られる程度のイオン注入条件にてイオン注入を実施することができる。
(Ion implantation process)
In this step, ion implantation is performed on the silicon wafer (S101 in FIG. 1). At this time, ion implantation can be performed under ion implantation conditions that can provide a segregation-type gettering effect.

具体的には、注入する元素を炭素、ボロン、リン、及びシリコンのいずれかとすることが好ましい。また、元素の注入量を1×1014cm−2以上、5×1015cm−2以下、注入エネルギーを50〜1000keVとすることが好ましい。基本的に、イオン注入によって付与するゲッタリング能力はイオンの注入量(ドーズ量)が多い程高くなるが、本発明では元素の注入量を上記範囲とすることが好ましい。 Specifically, the element to be implanted is preferably any of carbon, boron, phosphorus, and silicon. Moreover, it is preferable that the implantation amount of the element is 1 × 10 14 cm −2 or more and 5 × 10 15 cm −2 or less, and the implantation energy is 50 to 1000 keV. Basically, the gettering ability imparted by ion implantation increases as the ion implantation amount (dose amount) increases, but in the present invention, the element implantation amount is preferably within the above range.

元素の注入量が5×1015cm−2以下であれば、イオン注入によるダメージの量が適量となり、FLA処理によって結晶性の回復を十分に行うことができる。その結果、エピタキシャル層の欠陥の密度が低くなるので、デバイスの作製に好適なエピタキシャルウェーハを製造できる。また、元素の注入量が1×1014cm−2以上であれば、十分高いゲッタリング能力が得られる。また、注入エネルギーが上記範囲であればシリコンウェーハの表層にダメージ層を形成でき、デバイス活性層に近い位置にゲッタリングサイトを形成できる。なお、注入エネルギーが低い程、ダメージ層はシリコンウェーハ表面に近くなる。 If the amount of implanted elements is 5 × 10 15 cm −2 or less, the amount of damage caused by ion implantation becomes an appropriate amount, and the crystallinity can be sufficiently recovered by FLA treatment. As a result, since the density of defects in the epitaxial layer is lowered, an epitaxial wafer suitable for device fabrication can be manufactured. Moreover, if the amount of implanted elements is 1 × 10 14 cm −2 or more, a sufficiently high gettering capability can be obtained. If the implantation energy is in the above range, a damage layer can be formed on the surface layer of the silicon wafer, and a gettering site can be formed at a position close to the device active layer. The lower the implantation energy, the closer the damaged layer is to the silicon wafer surface.

(結晶性回復工程)
続いて、イオン注入工程後のシリコンウェーハの表層の結晶性を回復させるために熱処理を行う(図1のS102)。本発明では、この熱処理として、フラッシュランプアニール(FLA)を実施する。本発明のように、イオン注入後の回復熱処理としてFLA処理を行うことで、シリコンウェーハの極表面の結晶性を主に回復させ、シリコンウェーハの表層近傍に、適度にダメージ層を残すことができる。その結果、拡散が遅く低濃度の金属不純物に対するゲッタリング能力を高く維持したうえで、エピタキシャル層における欠陥を低減することができる。
(Crystalline recovery process)
Subsequently, heat treatment is performed to recover the crystallinity of the surface layer of the silicon wafer after the ion implantation process (S102 in FIG. 1). In the present invention, flash lamp annealing (FLA) is performed as this heat treatment. By performing FLA treatment as a recovery heat treatment after ion implantation as in the present invention, it is possible to recover mainly the crystallinity of the extreme surface of the silicon wafer and leave a moderately damaged layer near the surface layer of the silicon wafer. . As a result, it is possible to reduce defects in the epitaxial layer while maintaining high gettering ability for low-concentration metal impurities with slow diffusion.

ここで、フラッシュランプアニールを行うことができる熱処理装置について説明する。図2は本発明においてフラッシュランプアニールに使用できる熱処理装置の一例を示す概略図である。図2に示す熱処理装置11(以下、FLA装置11ともいう)は、石英からなるチャンバー12を有し、このチャンバー12内でシリコンウェーハ19を熱処理できるようになっている。   Here, a heat treatment apparatus capable of performing flash lamp annealing will be described. FIG. 2 is a schematic view showing an example of a heat treatment apparatus that can be used for flash lamp annealing in the present invention. A heat treatment apparatus 11 (hereinafter also referred to as FLA apparatus 11) shown in FIG. 2 has a chamber 12 made of quartz, and the silicon wafer 19 can be heat-treated in the chamber 12.

また、図2に示すFLA装置11では、チャンバー12の上部に配置されるXeフラッシュランプ(キセノンランプ)13によって、極めて短時間のフラッシュランプアニール(FLA)を行うことができる。また、チャンバー12の下部に配置されるハロゲンランプ14によって、チャンバー12内がフラッシュランプアニール時の温度以下の所定の予備加熱温度(アシスト温度)に達するまで予備加熱を行うことができる。   Further, in the FLA apparatus 11 shown in FIG. 2, extremely short flash lamp annealing (FLA) can be performed by the Xe flash lamp (xenon lamp) 13 disposed on the upper portion of the chamber 12. Further, the halogen lamp 14 disposed under the chamber 12 can perform preheating until the inside of the chamber 12 reaches a predetermined preheating temperature (assist temperature) that is equal to or lower than the temperature at the time of flash lamp annealing.

また、オートシャッター15には、ゲートバルブによって開閉可能に構成される不図示のウェーハ挿入口が設けられている。そして、シリコンウェーハ19は石英トレイ16に形成された支持部17の上に配置される。また、チャンバー12には不図示の温度測定用特殊窓が設けられており、チャンバー12の外部に設置されたパイロメータ18により、その特殊窓を通してシリコンウェーハ19の温度を測定することができる。   The auto shutter 15 is provided with a wafer insertion port (not shown) that can be opened and closed by a gate valve. The silicon wafer 19 is disposed on the support portion 17 formed on the quartz tray 16. The chamber 12 is provided with a temperature measurement special window (not shown). The pyrometer 18 installed outside the chamber 12 can measure the temperature of the silicon wafer 19 through the special window.

本発明において、上記のようなFLA装置11を使用してFLA処理を実施できる。この際、FLAの処理時間を0.01msec以上、100msec以下、最高温度を1100℃以上、1300℃以下とすることが好ましい。このように、FLAの処理時間を0.01msec以上とすれば、シリコンウェーハ19の極表面の結晶性をより確実かつ十分に回復でき、FLAの処理時間を100msec以下とすれば、ウェーハの表層近傍に、より適度にダメージ層を残すことができる。また、FLAの最高温度を1100℃以上とすれば、同様に、シリコンウェーハ19の極表面の結晶性をより確実かつ十分に回復でき、FLAの最高温度を1300℃以下とすれば、ウェーハの表層近傍に、適度にダメージ層を残すことができる。   In the present invention, FLA processing can be performed using the FLA apparatus 11 as described above. At this time, it is preferable that the FLA treatment time is 0.01 msec or more and 100 msec or less, and the maximum temperature is 1100 ° C. or more and 1300 ° C. or less. Thus, if the FLA processing time is 0.01 msec or more, the crystallinity of the extreme surface of the silicon wafer 19 can be recovered more reliably and sufficiently, and if the FLA processing time is 100 msec or less, the vicinity of the surface layer of the wafer In addition, the damage layer can be left more moderately. Similarly, if the maximum temperature of the FLA is 1100 ° C. or higher, the crystallinity of the extreme surface of the silicon wafer 19 can be recovered more reliably and sufficiently, and if the maximum temperature of the FLA is 1300 ° C. or lower, the surface layer of the wafer A damaged layer can be left in the vicinity in an appropriate manner.

(エピタキシャル層形成工程)
続いて、FLA処理により結晶性を回復させたシリコンウェーハの表層の上にエピタキシャル層を形成する(図1のS103)。この際、シリコンウェーハの表層の極表面の結晶性は十分に回復しているので、成長させるエピタキシャル層の欠陥の発生を抑制することができる。また、FLA処理により結晶性が回復されるのは、主にシリコンウェーハの表層の極表面であり、ゲッタリングサイトとなるダメージ層がシリコンウェーハの表面から近い位置に充分に残るため、ゲッタリング能力の高い、すなわち、低濃度であり、かつ、拡散の遅い金属不純物元素であってもゲッタリングすることが可能なエピタキシャルウェーハが得られる。
(Epitaxial layer formation process)
Subsequently, an epitaxial layer is formed on the surface layer of the silicon wafer whose crystallinity has been recovered by the FLA process (S103 in FIG. 1). At this time, since the crystallinity of the extreme surface of the surface layer of the silicon wafer has been sufficiently recovered, the occurrence of defects in the epitaxial layer to be grown can be suppressed. In addition, the crystallinity is restored by FLA treatment mainly on the surface of the surface layer of the silicon wafer, and the damage layer that becomes the gettering site remains sufficiently close to the surface of the silicon wafer. Thus, an epitaxial wafer can be obtained which can be gettered even with a metal impurity element having a high concentration, that is, a low concentration and a slow diffusion.

以下、本発明の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、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples of the present invention, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
図1に示すような、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法に従って、エピタキシャルウェーハを製造した。
Example 1
An epitaxial wafer was manufactured according to the method for manufacturing an epitaxial wafer of the present invention as shown in FIG.

まず、抵抗率10Ω・cm、面方位(100)のpシリコン単結晶ウェーハから成る基板に、注入量1×1014cm−2、注入エネルギー50keVの条件で炭素イオンを注入した。その後、炭素イオン注入によるダメージを回復させるために、FLA処理を施した。FLA処理では最高温度を1200℃(アシスト温度800℃)、処理時間を10msec、雰囲気を窒素とした。次に、FLAにより結晶性を回復させた表層の上に、シリコンエピタキシャル層を形成した。 First, carbon ions were implanted into a substrate made of a p - silicon single crystal wafer having a resistivity of 10 Ω · cm and a plane orientation (100) under the conditions of an implantation amount of 1 × 10 14 cm −2 and an implantation energy of 50 keV. Thereafter, FLA treatment was performed in order to recover damage caused by carbon ion implantation. In the FLA treatment, the maximum temperature was 1200 ° C. (assist temperature 800 ° C.), the treatment time was 10 msec, and the atmosphere was nitrogen. Next, a silicon epitaxial layer was formed on the surface layer whose crystallinity was recovered by FLA.

以上のようにして作製したエピタキシャルウェーハにおいて、エピタキシャル層の表面欠陥の密度(EP欠陥密度)とゲッタリング能力を評価した。表面欠陥の密度はSP−1(KLA−Tencor社製)を用いて測定した。また、ゲッタリング能力は、比較的拡散速度の遅いFe元素を使用して、以下の手順により評価した。まず、エピタキシャルウェーハの表面を故意にFeで汚染した。次に、エピタキシャルウェーハの表面のFe元素をエピタキシャルウェーハ中に拡散させるための熱処理を行った。次に、Fe元素をゲッタリングするためのゲッタリング熱処理を行った。その後、エピタキシャルウェーハ中のFe濃度をDLTS(Deep Level Transient Spectroscopy:深準位過渡分光法)により測定した。そして、このようにして測定したFe濃度が低いほど、ゲッタリング能力が高いと評価した。   In the epitaxial wafer manufactured as described above, the surface defect density (EP defect density) and gettering ability of the epitaxial layer were evaluated. The density of surface defects was measured using SP-1 (manufactured by KLA-Tencor). Further, the gettering ability was evaluated by the following procedure using Fe element having a relatively low diffusion rate. First, the surface of the epitaxial wafer was intentionally contaminated with Fe. Next, heat treatment for diffusing the Fe element on the surface of the epitaxial wafer into the epitaxial wafer was performed. Next, gettering heat treatment for gettering Fe element was performed. Thereafter, the Fe concentration in the epitaxial wafer was measured by DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy). And it evaluated that gettering ability was so high that Fe concentration measured in this way was low.

また、イオンの注入量を1×1015cm−2、5×1015cm−2に変更したこと以外、上記と同様の条件で本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法に従って、エピタキシャルウェーハを作製した。そして、これらの条件で作製したエピタキシャルウェーハについても、上記と同様にしてエピタキシャル層の表面欠陥の密度とゲッタリング能力を評価した。 Moreover, the epitaxial wafer was produced according to the manufacturing method of the epitaxial wafer of this invention on the conditions similar to the above except having changed the ion implantation quantity into 1 * 10 < 15 > cm <-2> , 5 * 10 < 15 > cm <-2> . And also about the epitaxial wafer produced on these conditions, the density of the surface defect of the epitaxial layer and the gettering ability were evaluated similarly to the above.

(比較例1)
比較例1では基本的に実施例1と同様に、イオン注入量を1×1014cm−2、1×1015cm−2、5×1015cm−2とした3通りの条件にてそれぞれエピタキシャルウェーハを作製したが、回復熱処理工程においてFLA処理ではなく縦型炉を使用した熱処理を行った。縦型炉による熱処理は、処理温度を1000℃、処理時間を10min、雰囲気を窒素とした。そして、これらの条件で作製したそれぞれのエピタキシャルウェーハについて、実施例1と同様にしてエピタキシャル層の表面欠陥の密度とゲッタリング能力を評価した。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, basically in the same manner as in Example 1, the ion implantation amount was 1 × 10 14 cm −2 , 1 × 10 15 cm −2 , and 5 × 10 15 cm −2 under three conditions. An epitaxial wafer was produced, but in the recovery heat treatment process, heat treatment using a vertical furnace was performed instead of FLA treatment. In the heat treatment in the vertical furnace, the treatment temperature was 1000 ° C., the treatment time was 10 minutes, and the atmosphere was nitrogen. And about each epitaxial wafer produced on these conditions, it carried out similarly to Example 1, and evaluated the density of the surface defect of the epitaxial layer, and the gettering capability.

(比較例2)
比較例1では基本的に実施例1と同様に、イオン注入量を1×1014cm−2、1×1015cm−2、5×1015cm−2とした3通りの条件にてそれぞれエピタキシャルウェーハを作製したが、回復熱処理工程においてFLA処理ではなくRTA(Rapid Thermal Annealing)処理を行った。RTAでは、処理温度を1000℃、処理時間を10sec、雰囲気を窒素とした。そして、これらの条件で作製したそれぞれのエピタキシャルウェーハについて、実施例1と同様にしてエピタキシャル層の表面欠陥の密度とゲッタリング能力を評価した。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 1, basically in the same manner as in Example 1, the ion implantation amount was 1 × 10 14 cm −2 , 1 × 10 15 cm −2 , and 5 × 10 15 cm −2 under three conditions. Although an epitaxial wafer was produced, RTA (Rapid Thermal Annealing) processing was performed instead of FLA processing in the recovery heat treatment step. In RTA, the processing temperature was 1000 ° C., the processing time was 10 sec, and the atmosphere was nitrogen. And about each epitaxial wafer produced on these conditions, it carried out similarly to Example 1, and evaluated the density of the surface defect of the epitaxial layer, and the gettering capability.

実施例1、比較例1、2における評価結果を表1に示す。なお、表1において、表面欠陥の密度とゲッタリング能力は、縦型炉を用いて1000℃で10分間熱処理した場合(比較例1)の表面欠陥の密度及びゲッタリング能力を基準とした相対値で示した。表中の「欠陥密度」は、その数値が低いほどエピタキシャル層の表面の欠陥が少ないことを表し、「ゲッタリング能力」は、その数値が高いほどエピタキシャルウェーハのゲッタリング能力が高いことを表す。   The evaluation results in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 1. In Table 1, the surface defect density and gettering ability are relative values based on the surface defect density and gettering ability when heat-treated at 1000 ° C. for 10 minutes using a vertical furnace (Comparative Example 1). It showed in. The “defect density” in the table indicates that the lower the numerical value, the fewer defects on the surface of the epitaxial layer, and the “gettering ability” indicates that the higher the numerical value, the higher the gettering ability of the epitaxial wafer.

Figure 0006308159
Figure 0006308159

表1に示すように、いずれのイオン注入量でも回復熱処理をFLAにした場合のゲッタリング能力は、その他の回復熱処理(比較例1、2における縦型炉による熱処理及びRTA)の場合よりも10〜20%高いことが分かった。さらに、エピタキシャル層の欠陥密度も10〜20%低減されることがわかった。   As shown in Table 1, the gettering ability when the recovery heat treatment is FLA at any ion implantation amount is 10 than that of the other recovery heat treatments (heat treatment and RTA by the vertical furnace in Comparative Examples 1 and 2). It was found to be ~ 20% higher. Furthermore, it has been found that the defect density of the epitaxial layer is also reduced by 10 to 20%.

これは、FLAではシリコンウェーハの表層のみ高温化されるため、エピタキシャル成長の際に重要な表層のみの結晶性が回復し、ゲッタリング能力を担う注入飛程領域のダメージは回復されないためであると考えられる。つまり、実施例1の結果から、本発明の製造方法であれば、エピタキシャル層における欠陥が少なく、また、比較的拡散速度が遅い不純物元素も問題なくゲッタリングできる能力を持つエピタキシャルウェーハが得られることが分かった。   This is because in FLA, only the surface layer of the silicon wafer is heated to a high temperature, so that the crystallinity of only the important surface layer is recovered during the epitaxial growth, and the damage in the implantation range region responsible for the gettering capability is not recovered. It is done. In other words, from the results of Example 1, with the manufacturing method of the present invention, it is possible to obtain an epitaxial wafer having the ability to getter impurity elements with few defects in the epitaxial layer and with a relatively slow diffusion rate without any problem. I understood.

(実施例2)
イオン注入工程におけるイオン注入量を5×1015cm−2とし、実施例1と基本的に同様の条件でエピタキシャルウェーハの製造を行ったが、FLAにおける処理時間をそれぞれ下記の表2のように変更した。これらのエピタキシャルウェーハのそれぞれのエピタキシャル層欠陥とゲッタリング能力を調査した。実施例2における評価結果を表2に示す。なお、表2において、表面欠陥の密度とゲッタリング能力は、上記イオン注入量を5×1015cm−2とし、縦型炉を用いて1000℃で10分間熱処理した場合(比較例1)の表面欠陥の密度及びゲッタリング能力を基準とした相対値で示した。
(Example 2)
The amount of ion implantation in the ion implantation process was set to 5 × 10 15 cm −2, and an epitaxial wafer was manufactured under basically the same conditions as in Example 1. The processing time in FLA was as shown in Table 2 below. changed. The epitaxial layer defects and gettering ability of each of these epitaxial wafers were investigated. The evaluation results in Example 2 are shown in Table 2. In Table 2, the density of surface defects and the gettering ability are the values when the ion implantation amount is 5 × 10 15 cm −2 and heat treatment is performed at 1000 ° C. for 10 minutes using a vertical furnace (Comparative Example 1). Relative values based on surface defect density and gettering ability are shown.

Figure 0006308159
Figure 0006308159

表2に示すように、FLA時間は0.01msec以上100msec以下の場合に、エピタキシャル層の欠陥密度が特に低減し、尚且つ優れたゲッタリング能力が得られることがわかった。また、FLA時間が110msec、すなわち、FLA時間が100msecより大きい場合も、欠陥密度は比較例に劣らず、尚且つ優れたゲッタリング能力が得られることがわかった。   As shown in Table 2, it was found that when the FLA time was 0.01 msec or more and 100 msec or less, the defect density of the epitaxial layer was particularly reduced and excellent gettering ability was obtained. Further, it was found that even when the FLA time was 110 msec, that is, when the FLA time was larger than 100 msec, the defect density was not inferior to that of the comparative example, and excellent gettering ability was obtained.

(実施例3)
イオン注入工程におけるイオン注入量を5×1015cm−2とし、実施例1と基本的に同様の条件でエピタキシャルウェーハの製造を行ったが、FLAにおける最高温度をそれぞれ下記の表3のように変更した。これらのエピタキシャルウェーハのそれぞれのエピタキシャル層欠陥とゲッタリング能力を調査した。実施例3における評価結果を表3に示す。なお、表3において、表面欠陥の密度とゲッタリング能力は、イオン注入量を5×1015cm−2とし、縦型炉を用いて1000℃で10分間熱処理した場合(比較例1)の表面欠陥の密度及びゲッタリング能力を基準とした相対値で示した。
(Example 3)
The ion implantation amount in the ion implantation step was set to 5 × 10 15 cm −2, and an epitaxial wafer was manufactured under basically the same conditions as in Example 1. The maximum temperatures in FLA were as shown in Table 3 below, respectively. changed. The epitaxial layer defects and gettering ability of each of these epitaxial wafers were investigated. The evaluation results in Example 3 are shown in Table 3. In Table 3, the density of surface defects and the gettering capability are the surfaces when the ion implantation amount is 5 × 10 15 cm −2 and heat-treated at 1000 ° C. for 10 minutes using a vertical furnace (Comparative Example 1). The relative values are based on the defect density and the gettering ability.

Figure 0006308159
Figure 0006308159

表3に示すように、最高温度は1100℃以上1300℃以下の場合に、エピタキシャル層の表面の欠陥密度がより低減し、より優れたゲッタリング能力が得られることがわかった。また、最高温度を1000℃、すなわち1100℃未満とした場合であっても、欠陥密度は比較例に劣らず、尚且つ優れたゲッタリング能力が得られることがわかった。   As shown in Table 3, it was found that when the maximum temperature was 1100 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower, the defect density on the surface of the epitaxial layer was further reduced and a better gettering ability was obtained. It was also found that even when the maximum temperature was 1000 ° C., that is, less than 1100 ° C., the defect density was not inferior to that of the comparative example, and excellent gettering ability was obtained.

(実施例4)
図1に示すような、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法に従って、エピタキシャルウェーハを製造した。
Example 4
An epitaxial wafer was manufactured according to the method for manufacturing an epitaxial wafer of the present invention as shown in FIG.

まず、抵抗率10Ω・cmのpシリコンウェーハから成る基板に、注入量3×1015cm−2、注入エネルギー50keVの条件でボロンを注入した。その後、ボロンのイオン注入によるダメージを回復させるために、FLA処理を施した。FLA処理では最高温度を1200℃(アシスト温度800℃)、処理時間を10msec、雰囲気を窒素とした。次に、FLA処理により回復熱処理を施した基板に、シリコンエピタキシャル層を形成した。以上のようにして作製したエピタキシャルウェーハについて、実施例1と同様に、エピタキシャル層の表面欠陥の密度とゲッタリング能力を評価した。 First, boron was implanted into a substrate made of a p - silicon wafer having a resistivity of 10 Ω · cm under the conditions of an implantation amount of 3 × 10 15 cm −2 and an implantation energy of 50 keV. Thereafter, FLA treatment was performed to recover damage caused by boron ion implantation. In the FLA treatment, the maximum temperature was 1200 ° C. (assist temperature 800 ° C.), the treatment time was 10 msec, and the atmosphere was nitrogen. Next, a silicon epitaxial layer was formed on the substrate subjected to recovery heat treatment by FLA treatment. The epitaxial wafer produced as described above was evaluated for the surface defect density and gettering ability of the epitaxial layer in the same manner as in Example 1.

また、注入する元素の種類をリン、シリコンに変更したこと以外、上記と同様の条件で本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法に従って、エピタキシャルウェーハを作製した。そして、これらの条件で作製したエピタキシャルウェーハについて、実施例1と同様にしてエピタキシャル層の表面欠陥の密度とゲッタリング能力を評価した。   Moreover, the epitaxial wafer was produced according to the manufacturing method of the epitaxial wafer of this invention on the conditions similar to the above except having changed the kind of element to implant into phosphorus and silicon. And about the epitaxial wafer produced on these conditions, it carried out similarly to Example 1, and evaluated the density of the surface defect of the epitaxial layer, and the gettering ability.

(比較例3)
比較例3では基本的に実施例4と同様に、イオン注入する元素の種類をボロン、リン、シリコンとした3通りの条件にてそれぞれエピタキシャルウェーハを作製したが、回復熱処理工程においてFLA処理ではなく縦型炉を使用した熱処理を行った。縦型炉による熱処理は、処理温度を1000℃、処理時間を10min、雰囲気を窒素とした。そして、これらの条件で作製したそれぞれのエピタキシャルウェーハについて、実施例1と同様にしてエピタキシャル層の表面欠陥の密度とゲッタリング能力を評価した。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, basically, as in Example 4, epitaxial wafers were produced under three conditions where the types of elements to be ion-implanted were boron, phosphorus, and silicon. Heat treatment was performed using a vertical furnace. In the heat treatment in the vertical furnace, the treatment temperature was 1000 ° C., the treatment time was 10 minutes, and the atmosphere was nitrogen. And about each epitaxial wafer produced on these conditions, it carried out similarly to Example 1, and evaluated the density of the surface defect of the epitaxial layer, and the gettering capability.

(比較例4)
比較例4では基本的に実施例4と同様に、イオン注入する元素の種類をボロン、リン、シリコンとした3通りの条件にてそれぞれエピタキシャルウェーハを作製したが、回復熱処理工程においてFLA処理ではなくRTA処理を行った。RTAでは、処理温度を1000℃、処理時間を10sec、雰囲気を窒素とした。そして、これらの条件で作製したそれぞれのエピタキシャルウェーハについて、実施例1と同様にしてエピタキシャル層の表面欠陥の密度とゲッタリング能力を評価した。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, basically as in Example 4, epitaxial wafers were produced under three conditions where the types of elements to be ion-implanted were boron, phosphorus, and silicon. RTA treatment was performed. In RTA, the processing temperature was 1000 ° C., the processing time was 10 sec, and the atmosphere was nitrogen. And about each epitaxial wafer produced on these conditions, it carried out similarly to Example 1, and evaluated the density of the surface defect of the epitaxial layer, and the gettering capability.

実施例4、比較例3、4における評価結果を表4に示す。なお、表4において、表面欠陥の密度とゲッタリング能力は、縦型炉を用いて1000℃で10分間熱処理した場合(比較例3)の表面欠陥の密度及びゲッタリング能力を基準とした相対値で示した。   Table 4 shows the evaluation results in Example 4 and Comparative Examples 3 and 4. In Table 4, the surface defect density and gettering ability are relative values based on the surface defect density and gettering ability when heat-treated at 1000 ° C. for 10 minutes using a vertical furnace (Comparative Example 3). It showed in.

Figure 0006308159
Figure 0006308159

表4に示すように、炭素以外の、ボロン、リン、シリコン等のイオンを注入した場合にも、回復熱処理をFLAとすれば、ゲッタリング能力やEP欠陥密度はその他の熱処理を施した場合よりも良好であることがわかった。   As shown in Table 4, even when ions other than carbon such as boron, phosphorus, and silicon are implanted, if the recovery heat treatment is FLA, the gettering ability and EP defect density are higher than those obtained when other heat treatments are performed. Was also found to be good.

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。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.

11…熱処理装置(FLA装置)、 12…チャンバー、
13…Xeフラッシュランプ、 14…ハロゲンランプ、
15…オートシャッター、 16…石英トレイ、 17…支持部、
18…パイロメータ、 19…シリコンウェーハ。
11 ... Heat treatment apparatus (FLA apparatus), 12 ... Chamber,
13 ... Xe flash lamp, 14 ... Halogen lamp,
15 ... Auto shutter, 16 ... Quartz tray, 17 ... Support part,
18 ... pyrometer, 19 ... silicon wafer.

Claims (2)

シリコンウェーハの表層にエピタキシャル層を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記シリコンウェーハにイオン注入を行い、ゲッタリングサイトを形成する工程、
前記イオン注入されたシリコンウェーハを、フラッシュランプアニール処理することで前記イオン注入されたシリコンウェーハの表層の結晶性を回復させる工程、
前記シリコンウェーハの結晶性を回復させた表層の上にエピタキシャル層を形成する工程を有し、
前記結晶性回復工程において、前記フラッシュランプアニールの処理時間を0.01msec以上、100msec以下、最高温度を1100℃以上、1300℃以下とすることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
An epitaxial wafer manufacturing method for forming an epitaxial layer on a surface layer of a silicon wafer,
There line ion implantation into the silicon wafer to form a gettering site,
Recovering the crystallinity of the surface layer of the ion-implanted silicon wafer by flash lamp annealing the ion-implanted silicon wafer;
Have a step of forming an epitaxial layer on a surface layer were allowed to recover the crystallinity of the silicon wafer,
In the crystallinity recovery step, the flash lamp annealing treatment time is 0.01 msec or more and 100 msec or less, and the maximum temperature is 1100 ° C. or more and 1300 ° C. or less .
前記イオン注入工程において、前記シリコンウェーハに注入する元素を炭素、ボロン、リン、及びシリコンのいずれかとし、前記元素の注入量を1×1014cm−2以上、5×1015cm−2以下、注入エネルギーを50〜1000keVとすることを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。 In the ion implantation step, an element to be implanted into the silicon wafer is any one of carbon, boron, phosphorus, and silicon, and an implantation amount of the element is 1 × 10 14 cm −2 or more and 5 × 10 15 cm −2 or less. The method for producing an epitaxial wafer according to claim 1, wherein the implantation energy is 50 to 1000 keV.
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