JP6822375B2 - Manufacturing method of silicon epitaxial wafer - Google Patents
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Description
本発明は、シリコンエピタキシャルウエーハの製造方法及びシリコンエピタキシャルウエーハに関する。 The present invention relates to a method for producing a silicon epitaxial wafer and a silicon epitaxial wafer.
半導体集積回路を作製するための基板として、主にＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａ１ｓｋｉ）法によって作製されたシリコンウエーハが用いられている。近年の最先端撮像素子における不良、特に残像特性不良については、ＢＯ２欠陥が原因であることが指摘されている。 As a substrate for manufacturing a semiconductor integrated circuit, a silicon wafer manufactured by the CZ (Czochra1ski) method is mainly used. It has been pointed out that the defects in the latest state-of-the-art image sensors, especially the afterimage characteristics, are caused by BO 2 defects.
一方で、白傷不良はデバイス活性領域中の金属不純物が原因であることが示唆されている。デバイス活性領域中の金属不純物を低減するためには、基板にゲッタリングサイトを形成し、デバイス活性領域の金属不純物濃度を低減することが有効である。 On the other hand, it has been suggested that poor whitening is caused by metal impurities in the active region of the device. In order to reduce the metal impurities in the device active region, it is effective to form gettering sites on the substrate and reduce the metal impurity concentration in the device active region.
具体的なゲッタリングサイトには、ＢＭＤ（Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ）が挙げられる。ＢＭＤはデバイス製造における熱処理中に形成されるが、近年のデバイス製造プロセスは低温かつ短時間化しており、ＢＭＤの密度は低く、ＢＭＤのサイズは小さくなる傾向がある。 Specific gettering sites include BMD (Bulk Micro Defect). Although BMD is formed during heat treatment in device manufacturing, the device manufacturing process in recent years tends to be low temperature and short time, the density of BMD is low, and the size of BMD tends to be small.
そこで、デバイス製造プロセス前にＢＭＤ形成が促進されることが知られているＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）処理を行うことで、ゲッタリング能力を強化することが有効であると考えられる。しかし、ＲＴＡ処理を行うと表層に酸素が拡散してしまう。 Therefore, it is considered effective to enhance the gettering ability by performing RTA (Rapid Thermal Annealing) treatment, which is known to promote BMD formation before the device manufacturing process. However, when the RTA treatment is performed, oxygen diffuses to the surface layer.
撮像素子デバイスでは、ウエーハ表層の酸素関連欠陥（例えばＢＯ２欠陥：非特許文献１参照）が発生すると、残像特性不良となる可能性があり、ＲＴＡ処理時に導入された表層の酸素が特性劣化の原因となる。 In the image sensor device, if oxygen-related defects on the surface layer of the wafer (for example, BO 2 defects: see Non-Patent Document 1) occur, afterimage characteristics may be poor, and the oxygen on the surface layer introduced during the RTA treatment deteriorates in characteristics. It causes.
撮像素子デバイスでは、残像特性不良となる酸素関連欠陥を発生させないため、デバイス活性領域である表層に酸素が極めて低いシリコンエピタキシャルウエーハを使用することが望ましい。一方で、金属不純物が原因となる白傷を低減するためには、高いゲッタリング能力を有するウエーハが有効であるが、シリコンエピタキシャルウエーハは、比較的高温のエピタキシャル成長工程で、結晶成長時に形成された基板中のＢＭＤが消滅している。 In the image sensor device, it is desirable to use a silicon epitaxial wafer having extremely low oxygen in the surface layer, which is the device active region, in order not to generate oxygen-related defects that cause poor afterimage characteristics. On the other hand, in order to reduce white scratches caused by metal impurities, a wafer having a high gettering ability is effective, but a silicon epitaxial wafer was formed during crystal growth in a relatively high temperature epitaxial growth process. The BMD in the substrate has disappeared.
加えて、現状の撮像素子デバイス製造プロセスは、低温、短時間化しており、ゲッタリングサイトであるＢＭＤが形成され難い。 In addition, the current image sensor device manufacturing process has a low temperature and a short time, and it is difficult to form a BMD which is a gettering site.
そこで、シリコンエピタキシャル成長工程後に、ＢＭＤ形成を促進することができるようにＲＴＡ処理を施したシリコンエピタキシャルウエーハが、残像特性劣化や白傷不良を回避する撮像素子用としてのウエーハには有効であると考えられる。 Therefore, it is considered that a silicon epitaxial wafer that has been subjected to RTA treatment so as to promote BMD formation after the silicon epitaxial growth step is effective as a wafer for an image sensor that avoids deterioration of afterimage characteristics and white scratch defects. Be done.
しかし、ＲＴＡ処理時に、シリコンエピタキシャル層の表層に酸素が内方拡散してしまう問題がある。従って、ＲＴＡ処理によりＢＭＤ形成は促進されて、白傷不良の懸念は低減されるが、酸素が内方拡散した表層はデバイス活性領域であるため表層に発生する酸素関連欠陥により撮像素子デバイスの残像特性不良の原因となってしまう。 However, there is a problem that oxygen diffuses inward to the surface layer of the silicon epitaxial layer during the RTA treatment. Therefore, the RTA treatment promotes BMD formation and reduces the concern about white scratch defects, but since the surface layer in which oxygen is diffused inward is a device active region, an afterimage of the image sensor device due to oxygen-related defects generated in the surface layer. It causes poor characteristics.
なお、ＲＴＡ処理時に酸素が表層に内方拡散してしまう原因は、チャンバー内の空気を任意のガスに置換するためチャンバー内のガス置換時間を十分に延ばしても、内方拡散が検出されることから、チャンバー内の残留酸素ではない。 The reason why oxygen diffuses inward to the surface layer during RTA treatment is that inward diffusion is detected even if the gas replacement time in the chamber is sufficiently extended because the air in the chamber is replaced with an arbitrary gas. Therefore, it is not the residual oxygen in the chamber.
また、デバイス製造プロセス中にシリコン基板からシリコンエピタキシャル層のデバイス活性層へ酸素が拡散することよって、デバイス活性層に酸素関連欠陥が発生し、撮像素子デバイスの残像特性が悪化するという問題もあった。 Further, there is also a problem that oxygen is diffused from the silicon substrate to the device active layer of the silicon epitaxial layer during the device manufacturing process, so that oxygen-related defects are generated in the device active layer and the afterimage characteristics of the image sensor device are deteriorated. ..
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、撮像素子用に用いられたときに残像特性劣化や白傷不良を低減することができるシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法及びシリコンエピタキシャルウエーハを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is a method for manufacturing a silicon epitaxial wafer and a silicon epitaxial wafer that can reduce deterioration of afterimage characteristics and defective white scratches when used for an image sensor. The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、本発明は、シリコンエピタキシャルウエーハの製造方法であって、シリコン基板を準備する工程と、前記シリコン基板上にシリコンエピタキシャル層を形成する工程と、形成した前記シリコンエピタキシャル層の表面の自然酸化膜を除去した後に、ＲＴＡ処理を施す工程とを有し、前記シリコンエピタキシャル層を形成する工程において形成するシリコンエピタキシャル層の厚さＤを、前記準備したシリコン基板の酸素濃度Ａに従って所定の厚さ以上とすることを特徴とするシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention is a method for manufacturing a silicon epitaxial wafer, which is a step of preparing a silicon substrate, a step of forming a silicon epitaxial layer on the silicon substrate, and the formed silicon epitaxial layer. The thickness D of the silicon epitaxial layer formed in the step of forming the silicon epitaxial layer is determined by the oxygen concentration A of the prepared silicon substrate, which comprises a step of performing an RTA treatment after removing the natural oxide film on the surface of the silicon substrate. A method for producing a silicon epitaxial wafer, which comprises making the thickness equal to or more than a predetermined thickness according to the above.
このように、ＲＴＡ処理前にシリコンエピタキシャル層の表面の自然酸化膜を除去することで、シリコンエピタキシャル層の表層への酸素の内方拡散を抑制することができる。
これにより、ＢＭＤ形成を促進するＲＴＡ処理を行っても、シリコンエピタキシャル層の表層の酸素濃度を低減できるので、撮像素子用に用いられたときに残像特性劣化や白傷不良を低減できるシリコンエピタキシャルウエーハを製造することができる。また、シリコンエピタキシャル層の厚さＤを、前記準備したシリコン基板の酸素濃度Ａに従って所定の厚さ以上とすることで、デバイス製造プロセス中にシリコン基板からデバイス活性層へ酸素が拡散することを防止することができる。これによりシリコンエピタキシャル層の表層の酸素濃度を低減することができ、撮像素子用に用いられたときに残像特性が悪化することをより効果的に防止することができる。
In this way, by removing the natural oxide film on the surface of the silicon epitaxial layer before the RTA treatment, it is possible to suppress the inward diffusion of oxygen into the surface layer of the silicon epitaxial layer.
As a result, the oxygen concentration in the surface layer of the silicon epitaxial layer can be reduced even if the RTA treatment for promoting BMD formation is performed, so that the silicon epitaxial wafer can reduce deterioration of afterimage characteristics and white scratch defects when used for an image sensor. Can be manufactured. Further, by setting the thickness D of the silicon epitaxial layer to a predetermined thickness or more according to the oxygen concentration A of the prepared silicon substrate, it is possible to prevent oxygen from diffusing from the silicon substrate to the device active layer during the device manufacturing process. can do. As a result, the oxygen concentration in the surface layer of the silicon epitaxial layer can be reduced, and it is possible to more effectively prevent the afterimage characteristics from deteriorating when used for an image pickup device.
このとき、形成するシリコンエピタキシャル層の厚さＤを、１≧（０．３１×Ａ［ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ］＋９）／Ｄ［μｍ］の関係を満たすように形成することが好ましい。 At this time, it is preferable that the thickness D of the silicon epitaxial layer to be formed is formed so as to satisfy the relationship of 1 ≧ (0.31 × A [ppma-JEIDA] +9) / D [μm].
形成するシリコンエピタキシャル層の厚さＤを、このような関係を満たすように形成することで、すなわち、シリコンエピタキシャル層厚さは厚く、シリコン基板の酸素濃度は低くすることで、デバイス製造プロセスでシリコン基板からシリコンエピタキシャル層表層に向かって酸素が拡散しても、表層の酸素濃度を低く保つことができる。これにより、撮像素子用に用いられたときに残像特性が悪化することを確実に防止することができる。 By forming the thickness D of the silicon epitaxial layer to be formed so as to satisfy such a relationship, that is, by increasing the thickness of the silicon epitaxial layer and lowering the oxygen concentration of the silicon substrate, silicon is formed in the device manufacturing process. Even if oxygen diffuses from the substrate toward the surface layer of the silicon epitaxial layer, the oxygen concentration in the surface layer can be kept low. This makes it possible to reliably prevent the afterimage characteristics from deteriorating when used for an image sensor.
このとき、製造されたシリコンエピタキシャルウエーハは撮像素子用に用いられることが好ましい。 At this time, the manufactured silicon epitaxial wafer is preferably used for the image sensor.
本発明のシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法によれば、撮像素子用に用いられたときに残像特性劣化や白傷不良を低減できるシリコンエピタキシャルウエーハを製造することができるので、製造されたシリコンエピタキシャルウエーハを撮像素子用に好適に用いることができる。 According to the method for manufacturing a silicon epitaxial wafer of the present invention, it is possible to manufacture a silicon epitaxial wafer that can reduce deterioration of afterimage characteristics and white scratch defects when used for an image pickup device. Therefore, the manufactured silicon epitaxial wafer can be manufactured. It can be suitably used for an image pickup element.
上記目的を達成するために、本発明はまた、酸素濃度Ａを有するシリコン基板と、前記シリコン基板上に設けられたシリコンエピタキシャル層とを有し、前記シリコンエピタキシャル層の厚さＤが、１≧（０．３１×Ａ［ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ］＋９）／Ｄ［μｍ］の関係を満たすものであり、前記シリコン基板は、ＢＭＤが形成されているものであることを特徴とするシリコンエピタキシャルウエーハを提供する。 In order to achieve the above object, the present invention also has a silicon substrate having an oxygen concentration A and a silicon epitaxial layer provided on the silicon substrate, and the thickness D of the silicon epitaxial layer is 1 ≧. Provided is a silicon epitaxial wafer that satisfies the relationship of (0.31 × A [ppma-JEIDA] +9) / D [μm], and the silicon substrate is a silicon substrate on which a BMD is formed. To do.
シリコンエピタキシャル層の厚さＤが、このような関係を満たすものであることで、デバイス製造プロセス中に基板からデバイス活性層へ酸素が拡散することを防止することができる。これによりシリコンエピタキシャル層の表層の酸素濃度を低減することができ、撮像素子用に用いられたときに残像特性が悪化することを防止することができる。また、シリコン基板にＢＭＤが形成されているものであるので、ＢＭＤが白傷不良の原因となる金属不純物のゲッタリングサイトとして機能し、撮像素子用に用いられたときに白傷不良を低減することができる。 When the thickness D of the silicon epitaxial layer satisfies such a relationship, it is possible to prevent oxygen from diffusing from the substrate to the device active layer during the device manufacturing process. As a result, the oxygen concentration in the surface layer of the silicon epitaxial layer can be reduced, and it is possible to prevent the afterimage characteristics from deteriorating when used for an image pickup device. Further, since the BMD is formed on the silicon substrate, the BMD functions as a gettering site for metal impurities that cause white scratch defects, and reduces white scratch defects when used for an image sensor. be able to.
このとき、シリコンエピタキシャルウエーハは撮像素子用に用いられるものであることが好ましい。 At this time, it is preferable that the silicon epitaxial wafer is used for an image sensor.
本発明のシリコンエピタキシャルウエーハによれば、撮像素子用に用いられたときに残像特性劣化や白傷不良を低減することができるので、このようなシリコンエピタキシャルウエーハを撮像素子用として好適に用いることができる。 According to the silicon epitaxial wafer of the present invention, deterioration of afterimage characteristics and white scratch defects can be reduced when used for an image sensor. Therefore, such a silicon epitaxial wafer can be suitably used for an image sensor. it can.
以上のように、本発明のシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法によれば、撮像素子用に用いられたときに残像特性劣化や白傷不良を低減できるシリコンエピタキシャルウエーハを製造することができる。また、本発明のシリコンエピタキシャルウエーハによれば、撮像素子用に用いられたときに残像特性劣化や白傷不良を低減することができるものとなる。 As described above, according to the method for manufacturing a silicon epitaxial wafer of the present invention, it is possible to manufacture a silicon epitaxial wafer that can reduce deterioration of afterimage characteristics and white scratch defects when used for an image sensor. Further, according to the silicon epitaxial wafer of the present invention, it is possible to reduce deterioration of afterimage characteristics and defective white scratches when used for an image pickup device.
上述したように、シリコンエピタキシャル成長工程後に、ＢＭＤ形成を促進することができるようにＲＴＡ処理を施したシリコンエピタキシャルウエーハが、残像特性劣化や白傷不良を回避する撮像素子用としてのウエーハには有効であると考えられる。 As described above, a silicon epitaxial wafer that has been subjected to RTA treatment so as to promote BMD formation after the silicon epitaxial growth step is effective as a wafer for an image sensor that avoids deterioration of afterimage characteristics and white scratch defects. It is believed that there is.
しかし、ＲＴＡ処理時に、シリコンエピタキシャル層の表層に酸素が内方拡散してしまう問題がある。従って、ＲＴＡ処理によりＢＭＤ形成は促進されて、白傷不良の懸念は低減されるが、酸素が内方拡散した表層はデバイス活性領域であるため表層に発生する酸素関連欠陥により撮像素子デバイスの残像特性不良の原因となってしまう。 However, there is a problem that oxygen diffuses inward to the surface layer of the silicon epitaxial layer during the RTA treatment. Therefore, the RTA treatment promotes BMD formation and reduces the concern about white scratch defects, but since the surface layer in which oxygen is diffused inward is a device active region, an afterimage of the image sensor device due to oxygen-related defects generated in the surface layer. It causes poor characteristics.
また、デバイス製造プロセス中にシリコン基板からシリコンエピタキシャル層のデバイス活性層へ酸素が拡散することよって、デバイス活性層に酸素関連欠陥が発生し、撮像素子デバイスの残像特性が悪化するという問題もあった。 Further, there is also a problem that oxygen is diffused from the silicon substrate to the device active layer of the silicon epitaxial layer during the device manufacturing process, so that oxygen-related defects are generated in the device active layer and the afterimage characteristics of the image sensor device are deteriorated. ..
そこで、本発明者は、撮像素子用に用いられたときに残像特性劣化や白傷不良を低減することができるシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法について鋭意検討を重ねた。 Therefore, the present inventor has made extensive studies on a method for manufacturing a silicon epitaxial wafer that can reduce deterioration of afterimage characteristics and white scratch defects when used for an image sensor.
その結果、本発明者は、ＲＴＡ処理時にウエーハ表層に酸素が内方拡散する原因は、表面に存在する自然酸化膜であることを知見し、及びＲＴＡ処理前にシリコンエピタキシャル層の表面の自然酸化膜を除去することでシリコンエピタキシャル層の表層への酸素の内方拡散を抑制することができることを見出すとともに、シリコンエピタキシャル層の厚さを、シリコン基板の酸素濃度に従って所定の厚さ以上とすることで、デバイス製造プロセス中にシリコン基板からデバイス活性層へ酸素が拡散することを防止することができることを見出し、本発明を完成させた。 As a result, the present inventor found that the cause of inward diffusion of oxygen to the wafer surface layer during the RTA treatment was the natural oxide film present on the surface, and the natural oxidation of the surface of the silicon epitaxial layer before the RTA treatment. It was found that the inward diffusion of oxygen into the surface layer of the silicon epitaxial layer can be suppressed by removing the film, and the thickness of the silicon epitaxial layer should be made equal to or more than a predetermined thickness according to the oxygen concentration of the silicon substrate. Therefore, they have found that it is possible to prevent oxygen from diffusing from the silicon substrate to the device active layer during the device manufacturing process, and completed the present invention.
なお、特許文献１は、シリコンウエーハ表面上の自然酸化膜を除去した後、急速加熱・急速冷却装置を用いて熱処理することを開示しているが、ポリッシュドウエーハのマイクロラフネスの改善を目的としており、エピタキシャルウエーハを対象としたものではない。 Patent Document 1 discloses that after removing the natural oxide film on the surface of the silicon wafer, heat treatment is performed using a rapid heating / rapid cooling device, for the purpose of improving the microroughness of the polished wafer. Therefore, it is not intended for epitaxial wafers.
特許文献２は、急速加熱・急速冷却熱処理を行う前に、ウエーハ表層部に存在するボイド型欠陥の内壁酸化膜を除去することを開示しているが、ボイドの除去を目的としており、エピタキシャル層にはボイド欠陥は存在しないので、この場合もエピタキシャルウエーハを対象としたものではない。 Patent Document 2 discloses that the inner wall oxide film of void-type defects existing on the surface layer of the wafer is removed before the rapid heating / rapid cooling heat treatment is performed, but the purpose is to remove voids and the epitaxial layer. Since there are no void defects in the wafer, this case also does not target the epitaxial wafer.
これに対し、本発明ではシリコンエピタキシャルウエーハ表面の自然酸化膜を除去してからＲＴＡ処理を行うことで、酸素の内方拡散を防止しながらゲッタリング能力を付与することを特徴としている。
特に撮像素子用に用いた場合に、表面からの酸素の内方拡散を防止できるので、残像特性を劣化させる原因となる酸素関連欠陥（例えばＢＯ２欠陥）の構成因子である酸素を低減させることができる。
On the other hand, the present invention is characterized in that by removing the natural oxide film on the surface of the silicon epitaxial wafer and then performing the RTA treatment, the gettering ability is imparted while preventing the inward diffusion of oxygen.
Especially when used for an image sensor, it is possible to prevent the inward diffusion of oxygen from the surface, so it is possible to reduce oxygen, which is a component of oxygen-related defects (for example, BO 2 defects) that cause deterioration of afterimage characteristics. Can be done.
一方、特許文献３、４では、基板の酸素濃度の影響を考慮したエピタキシャル層厚さの設計方法を検討しているが、エピタキシャル層の表面からの酸素の内方拡散や基板のゲッタリングサイトとして機能するＢＭＤは考慮されていないので、撮像素子デバイス製造プロセス後の残像特性や白傷不良の面では十分なものとは言えない。 On the other hand, in Patent Documents 3 and 4, a method of designing the epitaxial layer thickness in consideration of the influence of the oxygen concentration of the substrate is examined, but as an inward diffusion of oxygen from the surface of the epitaxial layer and as a gettering site of the substrate. Since the functioning BMD is not taken into consideration, it cannot be said that it is sufficient in terms of afterimage characteristics and white scratch defects after the image sensor device manufacturing process.
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings as an example of an embodiment, but the present invention is not limited thereto.
まず、本発明のシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法について図１を参照しながら説明する。図１は、本発明のシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法の一実施形態を示すフロー図である。 First, the method for manufacturing the silicon epitaxial wafer of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a flow chart showing an embodiment of the method for manufacturing a silicon epitaxial wafer of the present invention.
まず、シリコン基板を準備する（図１のＳ１参照）。
具体的には、酸素濃度Ａを有するシリコン基板を準備する。シリコン基板は、例えば、ＣＺ法により形成された単結晶シリコンインゴットからウエーハ状に切り出したものを用いることができる。
First, a silicon substrate is prepared (see S1 in FIG. 1).
Specifically, a silicon substrate having an oxygen concentration A is prepared. As the silicon substrate, for example, a silicon substrate cut out in a wafer shape from a single crystal silicon ingot formed by the CZ method can be used.
次に、シリコン基板上にシリコンエピタキシャル層を形成する（図１のＳ２参照）。
具体的には、図１のＳ１で準備したシリコン基板上に、シリコン基板の酸素濃度Ａに従って所定の厚さ以上の厚さＤのシリコンエピタキシャル層を形成する。シリコンエピタキシャル層の形成は、例えば、既存のエピタキシャル成長装置を用いて行うことができる。
シリコンエピタキシャル層の厚さＤを、準備したシリコン基板の酸素濃度Ａに従って所定の厚さ以上とすることで、デバイス製造プロセス中にシリコン基板からデバイス活性層へ酸素が拡散することを防止することができる。これによりシリコンエピタキシャル層の表層酸素濃度を低減することができ、撮像素子用に用いられたときに残像特性が悪化することを防止することができる。
Next, a silicon epitaxial layer is formed on the silicon substrate (see S2 in FIG. 1).
Specifically, a silicon epitaxial layer having a thickness D equal to or more than a predetermined thickness is formed on the silicon substrate prepared in S1 of FIG. 1 according to the oxygen concentration A of the silicon substrate. The silicon epitaxial layer can be formed, for example, by using an existing epitaxial growth apparatus.
By setting the thickness D of the silicon epitaxial layer to a predetermined thickness or more according to the oxygen concentration A of the prepared silicon substrate, it is possible to prevent oxygen from diffusing from the silicon substrate to the device active layer during the device manufacturing process. it can. As a result, the surface oxygen concentration of the silicon epitaxial layer can be reduced, and it is possible to prevent the afterimage characteristics from deteriorating when used for an image pickup device.
次に、形成したシリコンエピタキシャル層の表面の自然酸化膜を除去し（図１のＳ３参照）、その後、ＲＴＡ処理を施す（図１のＳ４参照）。ＲＴＡ処理を行うことにより、白傷不良の原因となる金属不純物のゲッタリングサイトとして機能するＢＭＤ形成を促進することができ、撮像素子用に用いられたときに白傷不良を低減できるシリコンエピタキシャルウエーハを製造することができる。また、ＲＴＡ処理前にシリコンエピタキシャル層の表面の自然酸化膜を除去することで、シリコンエピタキシャル層の表層への酸素の内方拡散を抑制することができ、これにより、ＢＭＤ形成を促進するＲＴＡ処理を行っても、シリコンエピタキシャル層の表層の酸素濃度を低減できるので、撮像素子用に用いられたときに残像特性劣化や白傷不良を低減できるシリコンエピタキシャルウエーハを製造することができる。
自然酸化膜を除去する方法としては、例えば、フッ酸水溶液へ浸漬する方法が挙げられるがこれに限定されない。ＲＴＡ処理は、例えば、既存のランプアニール装置を用いて行うことができる。
Next, the natural oxide film on the surface of the formed silicon epitaxial layer is removed (see S3 in FIG. 1), and then RTA treatment is performed (see S4 in FIG. 1). By performing the RTA treatment, it is possible to promote the formation of a BMD that functions as a gettering site for metal impurities that cause white scratch defects, and a silicon epitaxial wafer that can reduce white scratch defects when used for an image sensor. Can be manufactured. Further, by removing the natural oxide film on the surface of the silicon epitaxial layer before the RTA treatment, it is possible to suppress the inward diffusion of oxygen into the surface layer of the silicon epitaxial layer, thereby promoting the RTA treatment for promoting BMD formation. Since the oxygen concentration in the surface layer of the silicon epitaxial layer can be reduced even if the above is performed, it is possible to manufacture a silicon epitaxial wafer that can reduce deterioration of afterimage characteristics and white scratch defects when used for an image pickup element.
Examples of the method for removing the natural oxide film include, but are not limited to, a method of immersing in an aqueous solution of hydrofluoric acid. The RTA treatment can be performed using, for example, an existing lamp annealing device.
シリコンエピタキシャル層の形成において、形成するシリコンエピタキシャル層の厚さＤを、１≧（０．３１×Ａ［ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ］＋９）／Ｄ［μｍ］の関係を満たすように形成することが好ましい。この式は、後述のように、実験的に求められたものである。
形成するシリコンエピタキシャル層の厚さＤを、このような関係を満たすように形成することで、すなわち、シリコンエピタキシャル層厚さは厚く、シリコン基板の酸素濃度は低くすることで、デバイス製造プロセスでシリコン基板からシリコンエピタキシャル層表層に向かって酸素が拡散しても、表層の酸素濃度を低く保つことができる。これにより、撮像素子用に用いられたときに残像特性が悪化することを確実に防止することができる。また、上記関係を満たせばよいので、不必要に厚いエピタキシャル層を形成しなくても済むし、必要以上に低酸素濃度のシリコン基板を準備せずとも済む指標になる。
In the formation of the silicon epitaxial layer, it is preferable to form the thickness D of the silicon epitaxial layer to be formed so as to satisfy the relationship of 1 ≧ (0.31 × A [ppma-JEIDA] + 9) / D [μm]. This formula was experimentally obtained as described later.
By forming the thickness D of the silicon epitaxial layer to be formed so as to satisfy such a relationship, that is, by increasing the thickness of the silicon epitaxial layer and lowering the oxygen concentration of the silicon substrate, silicon is formed in the device manufacturing process. Even if oxygen diffuses from the substrate toward the surface layer of the silicon epitaxial layer, the oxygen concentration in the surface layer can be kept low. This makes it possible to reliably prevent the afterimage characteristics from deteriorating when used for an image sensor. Further, since the above relationship may be satisfied, it is not necessary to form an unnecessarily thick epitaxial layer, and it is an index that it is not necessary to prepare a silicon substrate having an oxygen concentration lower than necessary.
上記のように製造されたシリコンエピタキシャルウエーハは撮像素子用に用いられることが好ましい。
本発明のシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法によれば、撮像素子用に用いられたときに残像特性劣化や白傷不良を低減できるシリコンエピタキシャルウエーハを製造することができるので、製造されたシリコンエピタキシャルウエーハを撮像素子用に好適に用いることができる。
The silicon epitaxial wafer manufactured as described above is preferably used for an image pickup device.
According to the method for manufacturing a silicon epitaxial wafer of the present invention, it is possible to manufacture a silicon epitaxial wafer that can reduce deterioration of afterimage characteristics and white scratch defects when used for an image pickup device. Therefore, the manufactured silicon epitaxial wafer can be manufactured. It can be suitably used for an image pickup element.
次に、本発明のシリコンエピタキシャルウエーハについて図２を参照しながら説明する。図２は、本発明のシリコンエピタキシャルウエーハの一実施形態を示す断面図である。 Next, the silicon epitaxial wafer of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of the silicon epitaxial wafer of the present invention.
図２のシリコンエピタキシャルウエーハ１０は、酸素濃度Ａを有するシリコン基板１１と、シリコン基板１１上に設けられたシリコンエピタキシャル層１２とを有している。
ここで、シリコンエピタキシャル層１２の厚さＤは、１≧（０．３１×Ａ［ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ］＋９）／Ｄ［μｍ］の関係を満たしているものである。シリコンエピタキシャル層１２の厚さＤが、このような関係を満たすことで、デバイス製造プロセス中に基板からデバイス活性層へ酸素が拡散することを防止することができる。これによりシリコンエピタキシャル層の表層の酸素濃度を低減することができ、撮像素子用に用いられたときに残像特性が悪化することを防止することができる。
また、シリコン基板１１は、ＢＭＤが形成されているものであるので、ＢＭＤが白傷不良の原因となる金属不純物のゲッタリングサイトとして機能し、シリコンエピタキシャルウエーハが撮像素子用に用いられたときに白傷不良を低減することができる。
The silicon epitaxial wafer 10 of FIG. 2 has a silicon substrate 11 having an oxygen concentration A and a silicon epitaxial layer 12 provided on the silicon substrate 11.
Here, the thickness D of the silicon epitaxial layer 12 satisfies the relationship of 1 ≧ (0.31 × A [ppma-JEIDA] +9) / D [μm]. By satisfying such a relationship, the thickness D of the silicon epitaxial layer 12 can prevent oxygen from diffusing from the substrate to the device active layer during the device manufacturing process. As a result, the oxygen concentration in the surface layer of the silicon epitaxial layer can be reduced, and it is possible to prevent the afterimage characteristics from deteriorating when used for an image pickup device.
Further, since the silicon substrate 11 has a BMD formed therein, the BMD functions as a gettering site for metal impurities that cause white scratch defects, and when a silicon epitaxial wafer is used for an image sensor. White scratch defects can be reduced.
上記のシリコンエピタキシャルウエーハは撮像素子用に用いられるものであることが好ましい。
本発明のシリコンエピタキシャルウエーハによれば、撮像素子用に用いられたときに残像特性劣化や白傷不良を低減することができるので、このようなシリコンエピタキシャルウエーハを撮像素子用に好適に用いることができる。
The above silicon epitaxial wafer is preferably used for an image pickup device.
According to the silicon epitaxial wafer of the present invention, deterioration of afterimage characteristics and white scratch defects can be reduced when used for an image sensor. Therefore, such a silicon epitaxial wafer can be suitably used for an image sensor. it can.
以下、実験例、実施例、及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Experimental Examples, Examples, and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.
（実験例１）
ｎ型エピタキシャル層の厚さ１０μｍ、抵抗率１０Ω・ｃｍの直径２００ｍｍのｎ／ｎ−シリコンエピタキシャルウエーハ（シリコン基板の酸素農濃度は１０ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ）を表面自然酸化膜を除去せずに、窒素雰囲気でＲＴＡ処理（１１００℃／１０ｓｅｃ）を施した。その後、シリコンエピタキシャルウエーハ表層の酸素濃度の深さ方向分布をＳＩＭＳで評価した。図３にＳＩＭＳ分析の結果を示す。図３からわかるように、窒素ガス雰囲気にも関わらず、表層に酸素が内方拡散していることが判明した。シリコンエピタキシャルウエーハが炉内に投入されてから、窒素ガス（流量：５ＳＬＭ）で置換を６０秒行っており、チャンバー内の体積を考慮すると、置換時間は十分である。
(Experimental Example 1)
A nitrogen atmosphere of an n / n-silicon epitaxial wafer with a thickness of 10 μm and a resistivity of 10 Ω · cm and a diameter of 200 mm (oxygen farm concentration of silicon substrate is 10 ppma-JEIDA) without removing the surface natural oxide film. RTA treatment (1100 ° C./10 sec) was performed in the above. Then, the distribution of oxygen concentration in the surface layer of the silicon epitaxial wafer in the depth direction was evaluated by SIMS. FIG. 3 shows the results of SIMS analysis. As can be seen from FIG. 3, it was found that oxygen was diffused inward in the surface layer in spite of the nitrogen gas atmosphere. After the silicon epitaxial wafer is put into the furnace, the replacement is performed with nitrogen gas (flow rate: 5SLM) for 60 seconds, and the replacement time is sufficient considering the volume in the chamber.
次に、上記と同様のシリコンエピタキシャルウエーハの表面自然酸化膜を除去した後に窒素雰囲気でＲＴＡ処理（１１００℃／１０ｓｅｃ）を施した。自然酸化膜は、ＨＦ水溶液に浸漬することで除去した。同様にＳＩＭＳで表層の酸素濃度プロファイルを測定した。図３にＳＩＭＳ分析の結果を示す。図３からわかるように、表層の表面側の酸素濃度は低減していた。この結果から、ＲＴＡ処理中にウエーハ表層に酸素が内方拡散する原因は、表面の自然酸化膜であることが判明した。 Next, after removing the surface natural oxide film of the silicon epitaxial wafer similar to the above, RTA treatment (1100 ° C./10 sec) was performed in a nitrogen atmosphere. The natural oxide film was removed by immersing it in an HF aqueous solution. Similarly, the oxygen concentration profile of the surface layer was measured by SIMS. FIG. 3 shows the results of SIMS analysis. As can be seen from FIG. 3, the oxygen concentration on the surface side of the surface layer was reduced. From this result, it was found that the cause of the inward diffusion of oxygen to the surface layer of the wafer during the RTA treatment was the natural oxide film on the surface.
（実施例１）
シリコン基板酸素濃度１〜２０ｐｐｍａ（ｎ型、抵抗率１０Ω・ｃｍ）、シリコンエピタキシャル層の厚さが１〜２０μｍの直径２００ｍｍのｎ型シリコンエピタキシャルウエーハについて、表面の自然酸化膜をＨＦ水溶液に浸漬して除去した後に、窒素雰囲気で１１００℃、１０ｓｅｃのＲＴＡ処理を施し、その後、撮像素子デバイスを模したプロセス熱処理を施した後に残像特性を評価した。
(Example 1)
For an n-type silicon epitaxial wafer with a silicon substrate oxygen concentration of 1 to 20 ppma (n-type, resistivity 10 Ω · cm) and a silicon epitaxial layer thickness of 1 to 20 μm and a diameter of 200 mm, the natural oxide film on the surface is immersed in an HF aqueous solution. After the removal, RTA treatment at 1100 ° C. for 10 sec was performed in a nitrogen atmosphere, and then a process heat treatment imitating an image pickup device was performed, and then the afterimage characteristics were evaluated.
その結果、各種エピタキシャル層厚さと基板酸素濃度での残像特性は図４のようになった。図４において、×印は残像特性が劣化することを表し、○印は残像特性が劣化しないことを表す。
また、図４の結果から、残像特性が悪化しないシリコンエピタキシャル層厚さとシリコン基板酸素濃度の関係を得た。
As a result, the afterimage characteristics at various epitaxial layer thicknesses and substrate oxygen concentration are as shown in FIG. In FIG. 4, a cross indicates that the afterimage characteristic deteriorates, and a ◯ mark indicates that the afterimage characteristic does not deteriorate.
Further, from the result of FIG. 4, the relationship between the silicon epitaxial layer thickness and the oxygen concentration of the silicon substrate, which does not deteriorate the afterimage characteristics, was obtained.
（比較例１）
実施例１と同様にして、シリコンエピタキシャルウエーハを作製した。ただし、ＲＴＡ処理前に自然酸化膜の除去を行わなかった。比較例１についても、実施例１と同様な評価を行った。
(Comparative Example 1)
A silicon epitaxial wafer was produced in the same manner as in Example 1. However, the natural oxide film was not removed before the RTA treatment. Comparative Example 1 was also evaluated in the same manner as in Example 1.
表面の自然酸化膜を除去しなかった比較例１では、残像特性はシリコン基板酸素濃度やシリコンエピタキシャル層の厚さによらず劣化した。この理由は、ＲＴＡ処理時に内方拡散した酸素が酸素関連欠陥を形成したためである。 In Comparative Example 1 in which the natural oxide film on the surface was not removed, the afterimage characteristics deteriorated regardless of the oxygen concentration of the silicon substrate and the thickness of the silicon epitaxial layer. The reason for this is that the oxygen diffused inward during the RTA treatment formed oxygen-related defects.
図５に、自然酸化膜除去後にＲＴＡ処理を行ったものであって、残像特性が劣化しないシリコンエピタキシャル層の厚さとシリコン基板酸素濃度の臨界線を示す。図中の○印が、残像特性が劣化しない条件で、図中の×印が残像特性が劣化した条件である。その臨界線は、シリコンエピタキシャル層厚をＤ、シリコン基板酸素濃度をＡとすると、Ｄ［μｍ］＝０．３１×Ａ［ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ］＋９となる。すなわち、シリコンエピタキシャル層厚Ｄが、１≧（０．３１×Ａ［ｐｐｍａ−ＪＥＩＤＡ］＋９）／Ｄ［μｍ］という関係を満たせば、残像特性が劣化しない条件となる。 FIG. 5 shows the thickness of the silicon epitaxial layer and the critical line of the oxygen concentration of the silicon substrate, which are subjected to RTA treatment after removing the natural oxide film and whose afterimage characteristics do not deteriorate. The circles in the figure indicate the conditions under which the afterimage characteristics do not deteriorate, and the crosses in the figure indicate the conditions under which the afterimage characteristics deteriorate. The critical line is D [μm] = 0.31 × A [ppma-JEIDA] +9, where D is the silicon epitaxial layer thickness and A is the silicon substrate oxygen concentration. That is, if the silicon epitaxial layer thickness D satisfies the relationship of 1 ≧ (0.31 × A [ppma-JEIDA] +9) / D [μm], the afterimage characteristics are not deteriorated.
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 embodiment is an example, and any one having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and exhibiting the same effect and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
１０…シリコンエピタキシャルウエーハ、 １１…シリコン基板、
１２…シリコンエピタキシャル層。
10 ... Silicon epitaxial wafer, 11 ... Silicon substrate,
12 ... Silicon epitaxial layer.
Claims (3)
シリコン基板を準備する工程と、
前記シリコン基板上にシリコンエピタキシャル層を形成する工程と、
形成した前記シリコンエピタキシャル層の表面の自然酸化膜を除去した後に、ＲＴＡ処理を施す工程と
を有し、
前記シリコンエピタキシャル層を形成する工程において形成するシリコンエピタキシャル層の厚さＤを、前記準備したシリコン基板の酸素濃度Ａに従って所定の厚さ以上とすることを特徴とするシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法。 A method for manufacturing a silicon epitaxial wafer.
The process of preparing a silicon substrate and
The process of forming a silicon epitaxial layer on the silicon substrate and
It has a step of performing RTA treatment after removing the natural oxide film on the surface of the formed silicon epitaxial layer.
A method for producing a silicon epitaxial wafer, wherein the thickness D of the silicon epitaxial layer formed in the step of forming the silicon epitaxial layer is set to a predetermined thickness or more according to the oxygen concentration A of the prepared silicon substrate.
The method for manufacturing a silicon epitaxial wafer according to claim 1 or 2, wherein the manufactured silicon epitaxial wafer is used for an image sensor.
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