JP6493104B2 - 半導体エピタキシャルウェーハの製造方法、品質予測方法および品質評価方法 - Google Patents
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Description
(1)半導体ウェーハの表面からイオンを注入して、前記半導体ウェーハの表面部に、前記イオンの構成元素が固溶した改質層を形成する第1工程と、
前記半導体ウェーハの改質層上にエピタキシャル層を形成する第2工程と、
を有し、
前記第1工程に先立ち、
イオン種、照射エネルギー、ドーズ量、ビーム電流値、照射角度、照射時のウェーハ温度、および保護酸化膜の厚さをイオン注入条件として、少なくとも1組のイオン注入条件に基づいて、イオン注入後に前記半導体ウェーハに形成される空孔濃度または格子間元素濃度の深さ方向分布を計算する工程と、
その計算結果から、前記エピタキシャル層に発生する欠陥を抑制できるイオン注入条件を決定する工程と、
を行い、決定した前記イオン注入条件で前記第1工程を行うことを特徴とする半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
前記半導体ウェーハの改質層上にエピタキシャル層を形成する第2工程と、
により半導体エピタキシャルウェーハを製造するに際し、
前記第1工程でのイオン種、照射エネルギー、ドーズ量、ビーム電流値、照射角度、照射時のウェーハ温度、および保護酸化膜の厚さに基づいて、イオン注入後に前記半導体ウェーハに形成される空孔濃度または格子間元素濃度の深さ方向分布を計算し、
その計算結果から、前記エピタキシャル層に発生する欠陥の有無または密度を予測することを特徴とする半導体エピタキシャルウェーハの品質予測方法。
前記半導体ウェーハの改質層上にエピタキシャル層を形成する第2工程と、
前記第1工程でのイオン種、照射エネルギー、ドーズ量、ビーム電流値、照射角度、照射時のウェーハ温度、および保護酸化膜の厚さに基づいて、イオン注入後に前記半導体ウェーハに形成される空孔濃度または格子間元素濃度の深さ方向分布を計算する工程と、
その計算結果から、前記エピタキシャル層の品質を評価する工程と、
を有することを特徴とする半導体エピタキシャルウェーハの品質評価方法。
前記半導体ウェーハの表面から深さ方向に0〜40nm以上50〜200nm以下の範囲内での最大の空孔濃度または格子間元素濃度が3.0×1022atoms/cm3以下となり、
前記エピタキシャル層に発生した欠陥の密度が0.02個/cm2以下であることを特徴とする半導体エピタキシャルウェーハ。
CZ単結晶シリコンインゴットから得たn型シリコンウェーハ(直径:300mm、厚さ:725μm、ドーパント:リン、ドーパント濃度:5.0×1014atoms/cm2)を用意した。次に、クラスターイオン発生装置(日新イオン機器社製、型番:CLARIS)を用いて、シクロヘキサンよりC3H5クラスターを生成して、炭素のドーズ量を1.0×1015atoms/cm2として、シリコンウェーハの表面に照射し、改質層を形成した。照射エネルギーは80keV、ビーム電流値は800μA、照射角度は0度、照射時のウェーハ温度は25℃、保護酸化膜の厚さは0.001μm(自然酸化膜)とした。
炭素のドーズ量を1.0×1016atoms/cm2とした以外は実験例1と同様の実験を行った。図2(A)に示すように、シリコンウェーハの表層50nmでの最大の空孔濃度は、5.0×1022atoms/cm3であった。図2(B)に示すエピタキシャル欠陥マップから、エピタキシャル欠陥の密度は0.1410個/cm2であった。
実験例1と同じn型シリコンウェーハを用意した。次に、クラスターイオン発生装置(日新イオン機器社製、型番:CLARIS)を用いて、シクロヘキサンよりC5H5クラスターを生成して、炭素のドーズ量を3.0×1015atoms/cm2として、シリコンウェーハの表面に照射し、改質層を形成した。照射エネルギーは80keV、ビーム電流値は500μA、照射角度は0度、照射時のウェーハ温度は25℃、保護酸化膜の厚さは0.001μm(自然酸化膜)とした。それ以降は実験例1と同様の手順で実験を行った。シリコンウェーハの表層50nmでの最大の空孔濃度は、3.0×1022atoms/cm3であった。図3に示すエピタキシャル欠陥マップから、エピタキシャル欠陥の密度は0.0198個/cm2であった。
炭素のドーズ量を4.0×1015atoms/cm2とした以外は実験例3と同様の実験を行った。シリコンウェーハの表層50nmでの最大の空孔濃度は、4.0×1022atoms/cm3であった。図4に示すエピタキシャル欠陥マップから、エピタキシャル欠陥の密度は0.0697個/cm2であった。
イオン種、照射エネルギー、炭素のドーズ量、ビーム電流値、照射角度、照射時のウェーハ温度、および保護酸化膜の厚さを表1に示すものとして、実験例1と同様の実験を行った。MC法シミュレーションを用いて計算したシリコンウェーハの表層50nmでの最大の空孔濃度と、実測したエピタキシャル欠陥の密度も合わせて表1に示す。なお、表1には先の実験例1〜4の情報も記載した。また図5に、実験例1〜16に基づく、最大の空孔濃度とエピタキシャル欠陥の密度との関係を示す。
以上の実験結果に基づき、本発明の一実施形態による半導体エピタキシャルウェーハの製造方法を説明する。本発明の一実施形態による半導体エピタキシャルウェーハの製造方法は、半導体ウェーハの表面からイオンを注入して、前記半導体ウェーハの表面部に、前記イオンの構成元素が固溶した改質層を形成する第1工程と、前記半導体ウェーハの改質層上にエピタキシャル層を形成する第2工程と、を有する。エピタキシャル層は、裏面照射型固体撮像素子等の半導体素子を製造するためのデバイス層となる。
上記実験結果によれば、前記第1工程および第2工程によって半導体エピタキシャルウェーハを製造するに際し、その品質を予測することもできることがわかる。
また、上記実験結果によれば、前記第1工程および第2工程によって製造された半導体エピタキシャルウェーハの品質を評価することもできることがわかる。
本実施形態の半導体エピタキシャルウェーハには、上記製造方法によって得られ、半導体ウェーハと、前記半導体ウェーハの表面部に形成された、前記半導体ウェーハ中に注入されたイオンの元素が固溶してなる改質層と、該改質層上のエピタキシャル層と、を有する。
本発明の実施形態による固体撮像素子の製造方法は、上記の製造方法で製造された半導体エピタキシャルウェーハまたは上記の半導体エピタキシャルウェーハ、すなわち半導体エピタキシャルウェーハ100の表面に位置するエピタキシャル層18に、固体撮像素子を形成することを特徴とする。この製造方法により得られる固体撮像素子は、従来に比べ白傷欠陥の発生を十分に抑制することができる。
Claims (7)
- 半導体ウェーハの表面からゲッタリングに寄与する構成元素を含むイオンを注入して、前記半導体ウェーハの表面部に、前記イオンの構成元素が固溶した改質層を形成する第1工程と、
前記半導体ウェーハの改質層上にエピタキシャル層を形成する第2工程と、
を有し、
前記第1工程に先立ち、
イオン種、照射エネルギー、ドーズ量、ビーム電流値、照射角度、照射時のウェーハ温度、および保護酸化膜の厚さをイオン注入条件として、少なくとも1組のイオン注入条件に基づいて、イオン注入後に前記半導体ウェーハに形成される空孔濃度または格子間元素濃度の深さ方向分布をモンテカルロ法によって計算する工程と、
その計算結果から、前記エピタキシャル層に発生する欠陥を抑制できるイオン注入条件を決定する工程と、
を行い、前記決定工程では、計算された前記分布において、前記半導体ウェーハの表面から深さ方向に0〜40nm以上50〜200nm以下の範囲内での最大の空孔濃度または格子間元素濃度が3.0×10 22 atoms/cm 3 以下となるイオン注入条件を決定し、決定した前記イオン注入条件で前記第1工程を行うことを特徴とする半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。 - 前記第1工程で注入するイオンがクラスターイオンである、請求項1に記載の半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
- 半導体ウェーハの表面からゲッタリングに寄与する構成元素を含むイオンを注入して、前記半導体ウェーハの表面部に、前記イオンの構成元素が固溶した改質層を形成する第1工程と、
前記半導体ウェーハの改質層上にエピタキシャル層を形成する第2工程と、
により半導体エピタキシャルウェーハを製造するに際し、
前記第1工程でのイオン種、照射エネルギー、ドーズ量、ビーム電流値、照射角度、照射時のウェーハ温度、および保護酸化膜の厚さに基づいて、イオン注入後に前記半導体ウェーハに形成される空孔濃度または格子間元素濃度の深さ方向分布をモンテカルロ法によって計算し、
その計算結果から、前記エピタキシャル層に発生する欠陥の有無または密度を予測し、その際、計算された前記分布において、前記半導体ウェーハの表面から深さ方向に0〜40nm以上50〜200nm以下の範囲内での最大の空孔濃度または格子間元素濃度が3.0×10 22 atoms/cm 3 以下であれば、前記エピタキシャル層に発生する欠陥の密度が0.02個/cm 2 以下となると予測することを特徴とする半導体エピタキシャルウェーハの品質予測方法。 - 前記第1工程で注入するイオンがクラスターイオンである、請求項3に記載の半導体エピタキシャルウェーハの品質予測方法。
- 半導体ウェーハの表面からゲッタリングに寄与する構成元素を含むイオンを注入して、前記半導体ウェーハの表面部に、前記イオンの構成元素が固溶した改質層を形成する第1工程と、
前記半導体ウェーハの改質層上にエピタキシャル層を形成する第2工程と、
前記第1工程でのイオン種、照射エネルギー、ドーズ量、ビーム電流値、照射角度、照射時のウェーハ温度、および保護酸化膜の厚さに基づいて、イオン注入後に前記半導体ウェーハに形成される空孔濃度または格子間元素濃度の深さ方向分布をモンテカルロ法によって計算する工程と、
その計算結果から、前記エピタキシャル層の品質を評価する工程と、
を有し、前記評価工程では、計算された前記分布において、前記半導体ウェーハの表面から深さ方向に0〜40nm以上50〜200nm以下の範囲内での最大の空孔濃度または格子間元素濃度が3.0×10 22 atoms/cm 3 以下であれば、前記エピタキシャル層の品質に関して合格と評価することを特徴とする半導体エピタキシャルウェーハの品質評価方法。 - 前記第1工程で注入するイオンがクラスターイオンである、請求項5に記載の半導体エピタキシャルウェーハの品質評価方法。
- 請求項1または2に記載の製造方法で製造された半導体エピタキシャルウェーハの前記エピタキシャル層に、固体撮像素子を形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
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JP2017050458A (ja) | 2017-03-09 |
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