JP7095725B2 - エピタキシャルシリコンウェーハ - Google Patents
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Description
(1)シリコンウェーハの表面に、バーナス型イオン源またはIHC型イオン源を用いて生成したCnHm(n=1または2、m=1,2,3,4または5)のクラスターイオンを照射して、前記シリコンウェーハ内に、前記クラスターイオンの構成元素である炭素および水素が固溶してなる改質層を形成する第1工程と、
前記第1工程の後に、前記表面上にシリコン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工程では、前記改質層における前記炭素および前記水素の深さ方向の濃度プロファイルのピークを、前記シリコンウェーハの前記表面からの深さが150nm超え2000nm以内の範囲にそれぞれ位置させることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
前記シリコンウェーハの表面からの深さが150nm超え2000nm以内の範囲に、前記改質層における前記炭素および前記水素の深さ方向の濃度プロファイルのピークがそれぞれ位置することを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。
図1を参照して、本発明の一実施形態によるエピタキシャルシリコンウェーハ100の製造方法を説明する。本実施形態では、第1工程にて、シリコンウェーハの表面10Aに、バーナス型イオン源またはIHC型イオン源を用いて生成したCnHm(n=1または2、m=1,2,3,4または5)のクラスターイオン12を照射して、シリコンウェーハ10内に、クラスターイオン12の構成元素である炭素および水素が固溶してなる改質層14を形成する(図1(A),(B))。この時、改質層14における炭素および水素の深さ方向の濃度プロファイルのピークを、シリコンウェーハの表面10A(すなわち、クラスターイオン12を照射した側の表面)からの深さが150nm超え2000nm以内の範囲にそれぞれ位置させる。次に、第2工程にて、当該表面10A上にシリコンエピタキシャル層16を形成する(図1(B),(C))。図1(C)は、この製造方法によって得られたエピタキシャルシリコンウェーハ100の模式断面図である。以下、各工程を詳細に説明する。
図1(A),(B)を参照して、第1工程では、シリコンウェーハの表面10Aに、バーナス型イオン源またはIHC型イオン源を用いて生成したCnHm(n=1,2、m=1,2,3,4または5)のクラスターイオン12を照射する。シリコンウェーハ10内に注入されたクラスターイオン12は、瞬間的に1350~1400℃程度の高温状態となり融解し、その後、急速に冷却され、シリコンウェーハ10の所定の深さ位置で、クラスターイオン12の構成元素である炭素および水素が再結晶化して、局所的に高濃度に固溶してなる改質層14が形成される。なお、シリコンウェーハ10としては、チョクラルスキー法(CZ法)や浮遊帯域溶融法(FZ法)により育成された単結晶シリコンインゴットをワイヤーソー等でスライスして得た単結晶シリコンウェーハを使用することができる。あるいは、このような単結晶シリコンウェーハに対して、任意の不純物を添加して、n型またはp型シリコンウェーハとしたものを用いてもよく、炭素および/または窒素を添加したものを用いてもよい。
図1(B),(C)を参照して、第2工程では、化学気相成長(CVD:chemical vapor deposition)法により、シリコンウェーハ10の表面のうち改質層を形成した側の表面10A(すなわち、クラスターイオン12を照射した側の表面)上にシリコンエピタキシャル層16を一般的な条件で形成する。例えば、水素をキャリアガスとして、ジクロロシラン、トリクロロシランなどの原料ガスをチャンバ内に導入し、1000℃以上1150℃以下で、シリコンエピタキシャル層16をエピタキシャル成長させる。シリコンエピタキシャル層16の厚さは、1μm以上10μm以下とすることが好ましい。1μm以上であれば、シリコンウェーハからのドーパントの外方拡散により、シリコンエピタキシャル層の抵抗率が変化するおそれもなく、10μm以下であれば、固体撮像素子の分光感度特性に影響が生じるおそれがないからである。特に、シリコンエピタキシャル層16の一部を、裏面照射型固体撮像素子を製造するためのデバイス形成領域とする場合には、シリコンエピタキシャル層16の厚さは3μm以上6μm以下とすることがより好ましい。
図1(C)を参照して、上記製造方法によって得られるエピタキシャルシリコンウェーハ100について説明する。エピタキシャルシリコンウェーハ100は、シリコンウェーハ10と、シリコンウェーハ10内に形成された、炭素および水素が固溶してなる改質層14と、改質層14上に形成されたシリコンエピタキシャル層16と、を有する。また、シリコンウェーハの表面10Aからの深さが150nm超え2000nm以内の範囲に、改質層14における炭素および水素の深さ方向の濃度プロファイルのピークがそれぞれ位置することを特徴とする。
本発明の一実施形態による裏面照射型固体撮像素子の製造方法は、上記製造方法で製造されたエピタキシャルシリコンウェーハまたは上記エピタキシャルシリコンウェーハ、すなわちエピタキシャルシリコンウェーハ100の表面に位置するシリコンエピタキシャル層16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さらに抑制することができる。
[クラスターイオンの生成]
原料ガスを2-メチルペンタンとして、図2(C)に示すIHC型イオン源(日新イオン機器社製、型番:IMPHEAT)を用いて、イオンを生成した。アークチャンバ内の圧力を2.2×10-2Pa、アークチャンバの電圧を76Vとし、電流を2200mAとし、外部磁場を0.6A/mとし、原料ガスの流量を4.0cc/minとした。
上記の条件で生成したイオンの中からCH3のクラスターイオンを取り出し、これをp型シリコンウェーハ10(厚さ:725μm、ドーパント:ボロン、ドーパント濃度:8.5×1018atoms/cm3)の表面に照射して(図1(A))、シリコンウェーハ内に、クラスターイオンの構成元素である炭素および水素が固溶してなる改質層14を形成した(図1(B))。ドーズ量は1×1015atoms/cm2とし、前段加速および後段加速の合計の照射エネルギーは80keV/Clusterとし、チルト角は0°とし、ツイスト角は0°とした。
[クラスターイオンの生成]
原料ガスをシクロヘキサンとして、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、C3H5のクラスターイオンを生成した。なお、クラスターイオンのビーム電流値は850μAであった。
このクラスターイオンをp型シリコンウェーハ(厚さ:725μm、ドーパント:ボロン、ドーパント濃度:8.5×1018atoms/cm3)の表面に照射して、シリコンウェーハの表面に、クラスターイオンの構成元素である炭素および水素が固溶してなる改質層を形成した。ドーズ量は1×1015atoms/cm2とし、照射エネルギーは80keV/Clusterとし、チルト角は0°とし、ツイスト角は0°とした。
まず、各発明例および比較例について、二次イオン質量分析法(SIMS)により測定を行い、照射元素(炭素および水素)の深さ方向の濃度プロファイルを得た。評価結果を図5(A),(B)及び図6(A),(B)に示す。
10 シリコンウェーハ
10A シリコンウェーハの表面
12 クラスターイオン
14 改質層
16 シリコンエピタキシャル層
20 イオン源
21 アークチャンバ
22 原料ガス導入口
23 イオン取出口
24 フィラメント
25 リフレクタ
26 電流電圧印加装置
27 磁場発生装置
28 真空ポンプ
29 カソード
30 前段加速機構
40 質量分析機構
50 後段加速機構
60 照射室
70 イオン照射装置
Claims (3)
- シリコンウェーハと、前記シリコンウェーハ内に形成された、炭素および水素が固溶してなる改質層と、前記改質層上に形成されたシリコンエピタキシャル層と、を有し、
前記シリコンウェーハの表面からの深さが150nm超え2000nm以内の範囲に、前記改質層における前記炭素および前記水素の深さ方向の濃度プロファイルのピークがそれぞれ位置し、
前記炭素の深さ方向の濃度プロファイルのピーク濃度と前記水素の深さ方向の濃度プロファイルのピーク濃度がともに1×1016atoms/cm3以上であることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。 - 前記炭素の深さ方向の濃度プロファイルのピーク位置と前記水素の深さ方向の濃度プロファイルのピーク位置との差が1000nm以内である、請求項1に記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。
- 150nm以上のサイズのエピタキシャル欠陥の個数が10個/ウェーハ以下である、請求項1または2に載のエピタキシャルシリコンウェーハ。
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