TW201929053A - 磊晶矽晶圓的製造方法、磊晶矽晶圓及固體攝像元件的製造方法 - Google Patents

磊晶矽晶圓的製造方法、磊晶矽晶圓及固體攝像元件的製造方法 Download PDF

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Abstract

提供一種能夠獲得具有高吸除能力並且可進一步抑制背面照射型固體攝像元件中的白點缺陷的磊晶矽晶圓的磊晶矽晶圓的製造方法。本發明的特徵在於包括：對矽晶圓的表面10A照射使用斗篷型離子源或IHC型離子源所生成的CnHm（n=1或2，m=1、2、3、4或5）的團簇離子12，於矽晶圓10內形成由團簇離子12的構成元素即碳及氫固溶而成的改質層14的第1步驟；以及其後，於表面10A上形成矽磊晶層16的第2步驟，第1步驟中，使改質層14中的碳及氫的濃度分佈的峰值的位置分別為距離表面10A超過150 nm且為2000 nm以內。

Description

磊晶矽晶圓的製造方法、磊晶矽晶圓及固體攝像元件的製造方法
本發明是有關於一種磊晶矽晶圓的製造方法、磊晶矽晶圓及固體攝像元件的製造方法。
作為使半導體裝置（device）的特性劣化的因素，可列舉金屬污染。例如，於背面照射型固體攝像元件中，混入至作為該元件的基板的磊晶矽晶圓中的金屬成為使固體攝像元件的暗電流增加的因素，從而產生被稱為白點缺陷（white spot defect）的缺陷。背面照射型固體攝像元件藉由將配線層等配置於較感測器（sensor）部更下層的位置，而使來自外部的光直接進入至感測器，從而即便於暗處等亦可拍攝到更鮮明的圖像或動態圖像，因此近年來廣泛用於數位攝影機（digital video camera）或智慧型手機（smartphone）等行動電話。因此，期望極力減少白點缺陷。
金屬混入至矽晶圓主要產生於磊晶矽晶圓的製造步驟及背面照射型固體攝像元件的製造步驟中。關於前者的磊晶矽晶圓的製造步驟中的金屬污染，認為有源自磊晶成長爐的構成材料中的重金屬顆粒所引起的金屬污染；或者，由因使用氯系氣體作為磊晶成長時的爐內氣體，而其配管材料發生金屬腐蝕所產生的重金屬顆粒所引起的金屬污染等。近年來，該些金屬污染藉由將磊晶成長爐的構成材料更換成耐腐蝕性優異的材料等而得到改善，但是並不充分。另一方面，於後者的背面照射型固體攝像元件的製造步驟中，於離子植入、擴散及氧化熱處理等各處理中，有可能產生磊晶矽晶圓的重金屬污染。
因此，通常而言是藉由於磊晶矽晶圓上形成用以捕獲金屬的吸除層，來避免對磊晶矽晶圓的金屬污染。例如，專利文獻1中記載有一種磊晶矽晶圓的製造方法，其特徵在於包括：第1步驟，對矽晶圓照射含碳的團簇離子，於該矽晶圓的表面形成由碳固溶而成的改質層；以及第2步驟，於該改質層上形成磊晶層。此處，第1步驟中，為了能夠實現臨近吸除（proximity gettering），較佳為於矽晶圓的表面附近形成改質層。具體而言，較佳為使改質層中的碳在深度方向上的濃度分佈的峰值位於距離矽晶圓的表面的深度為150 nm以下的範圍內。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2012/157162號
[發明所欲解決之課題] 根據專利文獻1，與藉由植入單體離子（單離子）而形成的離子植入層相比，藉由照射團簇離子而形成的改質層具有更高的吸除能力。認為藉由該高的吸除能力，可減少背面照射型固體攝像元件的白點缺陷。然而，本發明者等人之後進一步進行研究，結果判明存在進一步改善的餘地。
本發明鑒於所述課題，其目的在於提供一種能夠獲得具有高吸除能力並且可進一步抑制背面照射型固體攝像元件中的白點缺陷的磊晶矽晶圓的磊晶矽晶圓的製造方法。另外，本發明的目的在於提供一種具有高吸除能力並且可進一步抑制背面照射型固體攝像元件中的白點缺陷的磊晶矽晶圓。 [解決課題之手段]
本發明者等人為了解決所述課題，對背面照射型固體攝像元件的製造步驟進行研究。背面照射型固體攝像元件例如是經過圖3中的（A）至（E）所示的步驟而製作。首先，準備作為背面照射型固體攝像元件的基板的磊晶矽晶圓（圖3中的（A））。該矽磊晶晶圓包括：P+ 矽晶圓；改質層（吸除層），形成於該P+ 矽晶圓的表層，且是由作為團簇離子的構成元素的碳固溶而成；以及形成於該改質層上的P- 矽磊晶層。其次，於P- 矽磊晶層上形成光電二極體等裝置後，於P- 矽磊晶層上形成配線層（圖3中的（B））。其次，對磊晶矽晶圓進行退火，將擴散至基板內的重金屬吸引至改質層，降低形成有裝置的區域（裝置形成區域）的重金屬濃度（圖3中的（C））。其次，使磊晶矽晶圓的表背面反轉後，以配線層位於支撐基板與磊晶矽晶圓之間的方式將支撐基板與磊晶矽晶圓接合（圖3中的（D））。其次，將P+ 矽晶圓磨削去除後，以殘留裝置形成區域（厚度：3 μm左右）的方式使P- 矽磊晶層薄膜化（圖3中的（E））。經過以上步驟，完成背面照射型固體攝像元件。
背面照射型固體攝像元件中，P- 矽磊晶層最終被薄膜化，故薄膜化前的P- 矽磊晶層與表面照射型固體攝像元件的10 μm左右相比，設計為薄至6 μm左右。因此，若如先前般於矽晶圓的表面附近存在改質層，則改質層中的碳的峰值位於形成於P- 矽磊晶層的裝置形成區域附近。若如上所述碳的峰值位置靠近裝置形成區域，則圖3中的（C）所示的退火後的重金屬在深度方向上的濃度分佈會隨著靠近改質層而顯示高濃度，但其濃度分佈的邊緣（tail）擴展至裝置形成區域。判明背面照射型固體攝像元件的暗電流因此而增加，存在產生白點缺陷的情況。
因此，本發明者等人進行進一步的研究，結果發現：若使用先前一直使用的斗篷（burnous）型離子源或間接加熱陰極（Indirectly Heated Cathode，IHC）型離子源作為用於生成單體離子的裝置，生成Cn Hm （n=1或2，m=1、2、3、4或5）的團簇離子，則以與先前相同的照射能量進行比較時，可於距矽晶圓的表面更深的位置（超過150 nm的位置）形成改質層中的團簇離子的構成元素在深度方向上的濃度分佈的峰值，結果可獲得具有高吸除能力並且可進一步抑制背面照射型固體攝像元件中的白點缺陷的磊晶矽晶圓。
本發明基於所述見解而完成，其主旨構成如下。 （1）一種磊晶矽晶圓的製造方法，其特徵在於包括：第1步驟，對矽晶圓的表面照射使用斗篷型離子源或IHC型離子源所生成的Cn Hm （n=1或2，m=1、2、3、4或5）的團簇離子，於所述矽晶圓內形成由作為所述團簇離子的構成元素的碳及氫固溶而成的改質層；以及 第2步驟，於所述第1步驟後，於所述表面上形成矽磊晶層， 所述第1步驟中，使所述改質層中的所述碳及所述氫在深度方向上的濃度分佈的峰值分別位於距離所述矽晶圓的所述表面的深度超過150 nm且為2000 nm以內的範圍。
（2）如所述（1）所記載的磊晶矽晶圓的製造方法，其中於所述第1步驟中，以170 μA以上的射束電流值照射所述團簇離子。
（3）如所述（1）或（2）所記載的磊晶矽晶圓的製造方法，其中於所述第1步驟中，以所述矽晶圓的傾斜角及扭轉角（twist angle）均為0°的方式進行所述團簇離子的照射。
（4）如所述（1）～（3）中任一項所記載的磊晶矽晶圓的製造方法，其中於所述第1步驟與所述第2步驟之間更包括對所述矽晶圓的表面進行清洗的步驟。
（5）一種磊晶矽晶圓，其特徵在於包括：矽晶圓；改質層，形成於所述矽晶圓內，且是由碳及氫固溶而成；以及矽磊晶層，形成於所述改質層上，且 所述改質層中的所述碳及所述氫在深度方向上的濃度分佈的峰值分別位於距離所述矽晶圓的表面的深度超過150 nm且為2000 nm以內的範圍。
（6）如所述（5）所記載的磊晶矽晶圓，其中所述碳在深度方向上的濃度分佈的峰值位置與所述氫在深度方向上的濃度分佈的峰值位置的差為1000 nm以內。
（7）如所述（5）或（6）所記載的磊晶矽晶圓，其中所述碳在深度方向上的濃度分佈的峰值濃度與所述氫在深度方向上的濃度分佈的峰值濃度均為1×1016 atoms/cm3 以上。
（8）一種固體攝像元件的製造方法，其特徵在於：於利用如所述（1）～（4）中任一項所記載的磊晶矽晶圓的製造方法所製造的磊晶矽晶圓或如所述（5）～（7）中任一項所記載的磊晶矽晶圓的矽磊晶層上，形成固體攝像元件。 [發明的效果]
根據本發明，可提供一種具有高吸除能力並且可進一步抑制背面照射型固體攝像元件中的白點缺陷的磊晶矽晶圓。
以下，一面參照圖式一面對本發明的實施形態進行詳細說明。再者，圖1中的（A）至（C）中為了方便說明，與實際的厚度的比例不同地，將改質層14及矽磊晶層16的厚度相對於矽晶圓10進行誇張表示。
（磊晶矽晶圓的製造方法） 參照圖1中的（A）至（C）來對本發明的一實施形態的磊晶矽晶圓100的製造方法進行說明。本實施形態中，於第1步驟中，對矽晶圓的表面10A照射使用斗篷型離子源或IHC型離子源所生成的Cn Hm （n=1或2，m=1、2、3、4或5）的團簇離子12，於矽晶圓10內形成由作為團簇離子12的構成元素的碳及氫固溶而成的改質層14（圖1中的（A）、圖1中的（B））。此時，使改質層14中的碳及氫在深度方向上的濃度分佈的峰值分別位於距離矽晶圓的表面10A（即，照射團簇離子12之側的表面）的深度超過150 nm且為2000 nm以內的範圍。其次，於第2步驟中，於該表面10A上形成矽磊晶層16（圖1中的（B）、圖1中的（C））。圖1中的（C）是藉由該製造方法所得的磊晶矽晶圓100的示意剖面圖。以下，對各步驟進行詳細說明。
[第1步驟] 參照圖1中的（A）、圖1中的（B），於第1步驟中，對矽晶圓的表面10A照射使用斗篷型離子源或IHC型離子源所生成的Cn Hm （n=1或2，m=1、2、3、4或5）的團簇離子12。植入至矽晶圓10內的團簇離子12瞬間成為1350℃～1400℃左右的高溫狀態而熔解，其後急速冷卻，於矽晶圓10的規定的深度位置，作為團簇離子12的構成元素的碳及氫再結晶化。藉此，局部形成以高濃度固溶而成的改質層14。再者，作為矽晶圓10，可使用利用線鋸（wire saw）等將藉由柴可斯基法（Czochralski method，CZ法）或浮區熔融法（Floating zone method，FZ法）所成長的單晶矽錠切片（slice）所得的單晶矽晶圓。或者，亦可使用對此種單晶矽晶圓添加任意雜質而製成n型或p型矽晶圓者，亦可使用添加碳及/或氮者。
第1步驟中形成的改質層14作為吸除部位（gettering site）發揮作用，其理由推測如下。即，植入至矽晶圓10的碳及氫以高密度存在於矽單晶局部的置換位置與晶格隙。並且藉由實驗確認到：若碳及氫以矽單晶的平衡濃度以上固溶，則重金屬的固溶度（過渡金屬的飽和溶解度）大幅增加。即認為，重金屬的固溶度因固溶至平衡濃度以上的碳及氫而增加，藉此，對重金屬的捕獲率顯著地增加。
此處，本發明中重要的是照射使用斗篷型離子源或IHC型離子源所生成的Cn Hm （n=1或2，m=1、2、3、4或5）的團簇離子，使改質層14中的碳及氫在深度方向上的濃度分佈的峰值分別位於距離矽晶圓的表面10A的深度超過150 nm且為2000 nm以內的範圍。以下，參照圖2（A）～圖2（C）對斗篷型離子源及IHC型離子源、以及具備該些離子源的離子照射裝置70的一形態進行詳細說明。再者，在本說明書中所謂「團簇離子」，是指兩種以上的多個原子集合成塊的團簇且具有正電荷或負電荷者。另外，本說明書中所謂「團簇尺寸」是指構成一個團簇的原子的個數。
參照圖2（A），離子照射裝置70包括：離子源20、前段加速機構30、質量分析機構40、後段加速機構50、及照射室60。首先，於離子源20生成團簇離子，將其以離子束的形式取出，送至前段加速機構30。其次，於前段加速機構30使團簇離子加速（前段加速），並以離子束的形式取出，送至質量分析機構40。其次，於質量分析機構40進行利用磁場的質量分析，僅將具有規定質量的團簇離子以離子束的形式取出，送至後段加速機構50。其次，於後段加速機構50使團簇離子進一步加速（後段加速），並以離子束的形式取出，送至照射室60。其次，於照射室60對載置並固定於晶圓固定台的矽晶圓10照射離子束。再者，所謂離子束，是團簇離子聚集並以束狀並行的射束，圖2（A）中的箭頭表示離子束。
作為圖2（A）所示的離子源20，可使用斗篷型離子源或IHC（間接加熱陰極）型離子源。以下，參照圖2（B）、圖2（C）分別說明使用斗篷型離子源或IHC型離子源生成團簇離子的方法。
參照圖2（B），斗篷型離子源20包括：電弧室21、原料氣體導入口22、離子取出口23、U字型的燈絲（filament）24、反射器25、電流電壓施加裝置26、磁場產生裝置27、及真空泵28。電弧室21是劃分離子生成室的腔室。原料氣體導入口22設置於電弧室21，將原料氣體自此導入電弧室21內。離子取出口23設置於電弧室21、較佳為與原料氣體導入口22相向的位置，電弧室21內生成的團簇離子藉由前段加速機構30而得到加速。燈絲24及反射器25設置於電弧室21內彼此相向的位置。電流電壓施加裝置26設置於電弧室21之外，且連接於電弧室21及燈絲24。磁場產生裝置27以彼此相向的方式設置於電弧室21之外。真空泵28連接於電弧室21。
於斗篷型離子源20中，藉由以下方法生成團簇離子。首先，藉由真空泵28對電弧室21內進行減壓。其次，自原料氣體導入口22將原料氣體導入電弧室21內。其次，藉由電流電壓施加裝置26對電弧室21施加正電壓，並且對燈絲24施加負電壓。其次，藉由磁場產生裝置27而使電弧室21內產生磁場。其次，藉由電流電壓施加裝置26對燈絲24流入電流，將燈絲24加熱。藉此，自燈絲24釋放出的熱電子e- 受電場與磁場的影響而於燈絲24與反射器25之間往返運動，並高機率與原料氣體發生碰撞。結果，原料氣體以高效率電離，生成密度高的原料氣體的電漿。其次，將所生成的電漿所含的原料氣體的團簇離子以離子束的形式自離子取出口23取出。
參照圖2（C），IHC型離子源與斗篷型離子源不同，燈絲24設置於電弧室21之外以便不直接暴露於電漿。進而，陰極29以與燈絲24相向的方式設置於電弧室21的壁，電流電壓施加裝置26亦連接於陰極29。再者，其他構成與參照圖2（B）所說明的斗篷型離子源相同。
於IHC型離子源20中，藉由以下方法生成團簇離子。首先，藉由真空泵28對電弧室21內進行減壓。其次，自原料氣體導入口22將原料氣體導入電弧室21內。其次，藉由電流電壓施加裝置26對電弧室21與燈絲24施加正電壓，並且對陰極29施加負電壓。其次，藉由磁場產生裝置27而使電弧室21內產生磁場。其次，藉由電流電壓施加裝置26對燈絲24流入電流，將燈絲24加熱。藉此，自燈絲24釋放出的熱電子e- 與陰極29發生碰撞，使陰極29得到加熱。如此一來，自陰極29進一步產生熱電子e- ，該熱電子e- 受電場與磁場的影響而於陰極29與反射器25之間往返運動，並高機率與原料氣體發生碰撞。結果，原料氣體以高效率電離，生成密度高的原料氣體的電漿。其次，將所生成的電漿所含的原料氣體的團簇離子以離子束的形式自離子取出口23取出。
再者，與斗篷型離子源相比，IHC型離子源對高密度的電漿形成而言控制性佳，故容易確保高的射束電流值，另外，燈絲24不直接暴露於電漿，故壽命長。
原料氣體可列舉2-甲基戊烷或2,4-二甲基戊烷等。2-甲基戊烷或2,4-二甲基戊烷於分子結構中具有CH系，藉由離子源20中的熱電子e- 而將C=C鍵切斷。結果，獲得Cn Hm （n=1或2，m=1、2、3、4或5）的團簇尺寸小的團簇離子。第1步驟中，可將Cn Hm （n=1或2，m=1、2、3、4或5）的團簇離子單獨或組合兩種以上來照射，特佳為照射CH3 。其原因在於：CH3 中氫相對於碳的濃度比大，可植入更多的氫，故可藉由鈍化效果而進一步抑制由界面態引起的白點缺陷。再者，此種特定種類的團簇離子可藉由於圖2（A）所示的質量分析機構40中利用公知或任意的方法進行質量分析而取出。
進而，作為原料氣體，亦可如二乙醚、2-丙醇、2-甲基-2-丙醇或四氫吡喃般使用含氧的氣體。其原因在於：若含氧，則堆積於電弧室21內或燈絲24的源自碳的堆積物藉由氧離子而濺鍍，故可提升離子源的壽命及性能。再者，碳相對於氧的組成比較佳為設為2倍以上。其原因在於：若氧的比率較高，例如碳與氧的組成比為1：1，則氧離子會將燈絲24過度濺鍍，有難以產生熱電子之虞。
電弧室21內的壓力較佳為設為5.0×10-2 Pa以下。
電弧室21內的電壓（電弧電壓）較佳為設為45 V以上且90 V以下，電弧室21內的電流（電弧電流）較佳為設為100 mA以上且5000 mA以下。若為此種電壓及電流的範圍，則可實現170 μA以上的射束電流。
由磁場產生裝置27產生的外部磁場較佳為設為0.5 A/m以上且1.5 A/m以下。
原料氣體的流量較佳為設為3 cc/min以上且5 cc/min以下。其原因在於：若為3 cc/min以上，則即便為Cn Hm （n=1或2，m=1、2、3、4或5）的團簇尺寸小的團簇離子，亦可確保170 μA以上的射束電流值，若為5 cc/min以下，則由碳化堆積物的影響所致的射束電流值降低之虞小。
再者，燈絲24的材料可使用一般的鎢。就藉由抑制原料氣體中所含的且未電離的烴化合物與燈絲24的材料的反應產物形成於燈絲24而使離子源20長壽命化的觀點而言，更佳為使用鉭。
先前，此種斗篷型離子源或IHC型離子源用作用以將二氧化碳或膦(phosphine)作為原料來生成碳離子或磷離子等單體離子的裝置，由於是以將原料氣體的分子鍵完全切斷來生成原子離子為目的的裝置，因而原料氣體的電離效率非常高。本實施形態中，如上所述將電離效率非常高的斗篷型離子源或IHC型離子源用作用以生成團簇離子的裝置，即對該些離子源導入用以生成團簇離子的原料氣體，故例如可以170 μA以上的高射束電流值生成團簇尺寸較現有的Cn Hm （3≦n≦16，3≦m≦10）的團簇離子更小的團簇離子。因此，當以相同的照射能量與先前進行比較時，可於較先前更深的位置、具體而言距離矽晶圓的表面10A超過150 nm的位置形成改質層14中的碳及氫在深度方向上的濃度分佈的峰值。結果，可獲得具有高吸除能力並且可進一步抑制背面照射型固體攝像元件中的白點缺陷的磊晶矽晶圓。再者，本說明書中所謂「濃度分佈」，是指藉由二次離子質量分析法（SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry）的測定而得的深度方向的濃度分佈。與此相對，專利文獻1中記載的技術較佳為能夠實現臨近吸除的技術，實際上為適於表面照射型固體攝像元件的吸除技術。因此，專利文獻1中記載的離子源本來為以生成Cn Hm （3≦n≦16，3≦m≦10）的團簇尺寸大的團簇離子為目的的裝置，於離子源的腔室內不產生電漿。因此，技術上難以以高射束電流值生成團簇尺寸小的團簇離子。
團簇離子的加速能量在前段加速機構30中較佳為設為30 keV/Cluster以上且40 keV/Cluster以下。在後段加速機構50中較佳為設為40 keV/Cluster以上且970 keV/Cluster以下。其原因在於：若前段加速機構30及後段加速機構50的加速能量合計為70 keV/Cluster以上，則可使碳及氫的濃度分佈的峰值的位置分別為距離矽晶圓表面10A而深度為150 nm以上，若為970 keV/Cluster以下，則可使改質層14中的碳及氫在深度方向上的濃度分佈的峰值分別位於距離矽晶圓的表面10A的深度為2000 nm以內的範圍。再者，本實施形態中，通過後段加速機構50後的加速能量為團簇離子相對於矽晶圓10的照射能量。
團簇離子的劑量可藉由以成為以下範圍的方式控制射束電流值或離子照射時間而調整。本實施形態中，離子源20中可獲得170 μA以上的高射束電流值，故離子照射時間可比現有的團簇離子的照射設定得短。例如，於將劑量設為1.0×1015 atoms/cm2 來照射CH3 的團簇離子的情況下，離子照射時間可自180 s～2120 s的範圍進行調整。因此，可抑制伴隨團簇離子照射的矽晶圓的表面10A的損傷，可將尺寸150 nm以上的磊晶缺陷抑制為10個/晶圓以下。劑量較佳為設為1×1013 atoms/cm2 以上且1×1016 atoms/cm2 以下，更佳為設為5×1013 atoms/cm2 以下。其原因在於：若為1×1013 atoms/cm2 以上，則可將碳及氫在深度方向上的濃度分佈的峰值濃度均設為1×1016 atoms/cm3 以上，故可獲得更高的吸除能力；若為1×1016 atoms/cm2 以下，則無產生磊晶缺陷之虞。
團簇離子的照射中，較佳為將由矽晶圓的表面10A的法線與離子束所成的角度所定義的傾斜角設為0°，較佳為將由使矽晶圓10繞其中心自基準位置（凹口）旋轉的角度所定義的扭轉角設為0°。其原因在於：可抑制伴隨團簇離子照射的矽晶圓的表面10A的損傷，故可將磊晶缺陷抑制為10個/晶圓以下。
[第2步驟] 參照圖1中的（B）、圖1中的（C），第2步驟中，藉由化學氣相沈積（CVD：chemical vapor deposition）法，以一般的條件於矽晶圓10的表面中形成改質層之側的表面10A（即，照射團簇離子12之側的表面）上形成矽磊晶層16。例如，將氫作為載氣（carrier gas），將二氯矽烷、三氯矽烷等原料氣體導入至腔室內，在1000℃以上且1150℃以下使矽磊晶層16進行磊晶成長。矽磊晶層16的厚度較佳為設為1 μm以上且10 μm以下。其原因在於：若為1 μm以上，則藉由自矽晶圓向外方擴散的摻雜劑，亦無矽磊晶層的電阻率發生變化之虞，若為10 μm以下，則無對固體攝像元件的分光感度特性產生影響之虞。特別是於將矽磊晶層16的一部分設為用以製造背面照射型固體攝像元件的裝置形成區域的情況下，矽磊晶層16的厚度更佳為設為3 μm以上且6 μm以下。
以上，以本實施形態為例對本發明的磊晶矽晶圓的製造方法進行了說明，但本發明並不限定於所述實施形態，可於申請專利範圍的範圍內加以適當變更。
例如，在第1步驟與第2步驟之間，亦可包括對矽晶圓的表面10A進行SC-1清洗（例如以體積比計H2 O：H2 O2 ：NH4 OH=5：1：1的溶液）或SC-2清洗（例如以體積比計H2 O：H2 O2 ：HCl=6：1：1的溶液）的步驟。其原因在於，藉此可將表面10A的顆粒或重金屬去除。
（磊晶矽晶圓） 參照圖1中的（C）來對藉由所述製造方法而獲得的磊晶矽晶圓100進行說明。磊晶矽晶圓100包括：矽晶圓10；形成於矽晶圓10內且由碳及氫固溶而成的改質層14；以及形成於改質層14上的矽磊晶層16。另外，其特徵在於：使改質層14中的碳及氫在深度方向上的濃度分佈的峰值分別位於距離矽晶圓的表面10A的深度超過150 nm且為2000 nm以內的範圍。
根據磊晶矽晶圓100，可獲得以下作用效果。即，磊晶矽晶圓100可使作為團簇離子12的構成元素的碳及氫的析出區域為局部且為高濃度，故具有高吸除能力。另外，磊晶矽晶圓100中，改質層14中的碳及氫在深度方向上的濃度分佈的峰值分別位於距離矽晶圓的表面10A的深度超過150 nm且為2000 nm以內的範圍。因此，可進一步抑制背面照射型固體攝像元件中的白點缺陷。
改質層14中，Cn Hm （n=1或2，m=1、2、3、4或5）的團簇離子的構成元素固溶，故可根據構成團簇離子的元素種類及原子個數，將碳在深度方向上的濃度分佈的峰值位置與氫在深度方向上的濃度分佈的峰值位置之差設為1000 nm以內。
就獲得更高的吸除能力的觀點而言，較佳為碳在深度方向上的濃度分佈的峰值濃度與氫在深度方向上的濃度分佈的峰值濃度均為1×1016 atoms/cm3 以上。
以上，以本實施形態為例對本發明的磊晶矽晶圓進行了說明，但本發明並不限定於所述實施形態，可於申請專利範圍的範圍內加以適當變更。
（固體攝像元件的製造方法） 本發明的一實施形態的背面照射型固體攝像元件的製造方法的特徵在於：在位於利用所述磊晶矽晶圓的製造方法所製造的磊晶矽晶圓或所述磊晶矽晶圓、即磊晶矽晶圓100的表面的矽磊晶層16上，形成固體攝像元件。藉由該製造方法所得的固體攝像元件與先前相比，可進一步抑制白點缺陷的產生。 [實施例]
（發明例） [團簇離子的生成] 將原料氣體設為2-甲基戊烷，使用圖2（C）所示的IHC型離子源（日新離子機器公司製造，型號：IMPHEAT）生成離子。將電弧室內的壓力設為2.2×10-2 Pa，將電弧室的電壓設為76 V，將電流設為2200 mA，將外部磁場設為0.6 A/m，將原料氣體的流量設為4.0 cc/min。
此處，使用圖2（A）所示的質量分析機構，分析利用IHC型離子源生成的離子的質量。將分析結果示於圖4中。圖4所示的與質量值（AMU）15相符的片段為CH3 的團簇離子，與質量值（AMU）26相符的片段為C2 H2 的團簇離子。CH3 的射束電流值為325 μA，C2 H2 的射束電流值為250 μA。因此確認到：使用IHC型離子源，可以170 μA以上的高射束電流值生成團簇尺寸較先前更小的團簇離子。再者，圖4所示的CH3 或C2 H2 以外的片段為氫或碳的原子離子或者單原子或分子離子等。
[磊晶矽晶圓的製作] 自於所述條件下生成的離子中取出CH3 的團簇離子，將其照射至p型矽晶圓10（厚度：725 μm、摻雜劑：硼、摻雜劑濃度：8.5×1018 atoms/cm3 ）的表面（圖1中的（A）），於矽晶圓內形成由作為團簇離子的構成元素的碳及氫固溶而成的改質層14（圖1中的（B））。劑量設為1×1015 atoms/cm2 ，前段加速及後段加速的合計照射能量設為80 keV/Cluster，傾斜角設為0°，扭轉角設為0°。
其次，將矽晶圓搬送至單片式磊晶成長裝置（應用材料（Applied Materials）公司製造）內，於裝置內在1120℃的溫度下實施30秒的氫烘烤處理後，以氫為載氣、以二氯矽烷為來源氣體，在1150℃下利用CVD法於矽晶圓的表面中形成改質層之側的表面上使矽磊晶層（厚度：6 μm、摻雜劑：硼、摻雜劑濃度：1.0×1015 atoms/cm3 ）磊晶成長，從而製作依據本發明的磊晶矽晶圓100（圖1中的（C））。
（比較例） [團簇離子的生成] 將原料氣體設為環己烷，使用團簇離子產生裝置（日新離子機器公司製造，型號：CLARIS）生成C3 H5 的團簇離子。再者，團簇離子的射束電流值為850 μA。
[磊晶矽晶圓的製作] 將該團簇離子照射至p型矽晶圓（厚度：725 μm、摻雜劑：硼、摻雜劑濃度：8.5×1018 atoms/cm3 ）的表面，於矽晶圓的表面形成由作為團簇離子的構成元素的碳及氫固溶而成的改質層。劑量設為1×1015 atoms/cm2 ，照射能量設為80 keV/Cluster，傾斜角設為0°，扭轉角設為0°。
其次，將矽晶圓搬送至單片式磊晶成長裝置（應用材料公司製造）內，於裝置內在1120℃的溫度下實施30秒的氫烘烤處理後，以氫為載氣、以二氯矽烷為來源氣體，在1150℃下利用CVD法於矽晶圓的表面中形成改質層之側的表面上使矽磊晶層（厚度：6 μm、摻雜劑：硼、摻雜劑濃度：1.0×1015 atoms/cm3 ）磊晶成長，從而製作磊晶矽晶圓。
（評價方法及評價結果） 首先，對於各發明例及比較例，藉由二次離子質量分析法（Secondary Ion Mass Spectrometry，SIMS）進行測定，獲得作為照射元素的碳及氫在深度方向上的濃度分佈。將評價結果示於圖5（A）、圖5（B）及圖6（A）、圖6（B）。
發明例中，如圖5（A）、圖5（B）所示，碳的濃度分佈的峰值位於距離矽磊晶層與矽晶圓的界面（即矽晶圓的表面中照射團簇離子之側的表面）167 nm的位置，峰值濃度為5.37×1019 atoms/cm3 。另外，氫的濃度分佈的峰值位於距離矽磊晶層與矽晶圓的界面167 nm的位置，峰值濃度為7.36×1017 atoms/cm3 。另一方面，比較例中，如圖6（A）、圖6（B）所示，氫的濃度分佈的峰值位於距離矽磊晶層與矽晶圓的界面80 nm的位置，峰值濃度為8.65×1019 atoms/cm3 。另外，氫的濃度分佈的峰值位於距離矽磊晶層與矽晶圓的界面80 nm的位置，峰值濃度為1.35×1018 atoms/cm3 。因此，發明例可將峰值位置形成於較比較例更深的位置。
其次，利用Ni污染液（1.0×1013 atoms/cm2 ），藉由旋塗污染法故意將各發明例及比較例的矽磊晶層的表面污染後，於氮環境下進行900℃、30分鐘的熱處理。其後，藉由二次離子質量分析法（SIMS）進行測定，獲得Ni在深度方向上的濃度分佈。將評價結果示於圖7中。
如圖7所示，各發明例及比較例均可確認到：藉由改質層作為吸除部位發揮功能，而發揮高的吸除能力。進而，發明例中，碳及氫的峰值位置存在於較比較例更深的位置，因此相較於比較例，可抑制Ni的濃度分佈的邊緣向矽磊晶層的擴展。據此可知：若使用發明例的磊晶矽晶圓來製作背面照射型固體攝像元件，則相較於比較例，可抑制白點缺陷。 [產業上之可利用性]
根據本發明，可獲得具有高吸除能力並且可進一步抑制背面照射型固體攝像元件中的白點缺陷的磊晶矽晶圓。
100‧‧‧磊晶矽晶圓
10‧‧‧矽晶圓
10A‧‧‧矽晶圓的表面
12‧‧‧團簇離子
14‧‧‧改質層
16‧‧‧矽磊晶層
20‧‧‧離子源
21‧‧‧電弧室
22‧‧‧原料氣體導入口
23‧‧‧離子取出口
24‧‧‧燈絲
25‧‧‧反射器
26‧‧‧電流電壓施加裝置
27‧‧‧磁場產生裝置
28‧‧‧真空泵
29‧‧‧陰極
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‧‧‧離子照射裝置
圖1中的（A）至（C）是說明本發明的一實施形態的磊晶矽晶圓100的製造方法的示意剖面圖。 圖2（A）是本發明的一實施形態中可使用的離子照射裝置70的概略圖，圖2（B）是使用斗篷型離子源作為離子源20時的概略圖，圖2（C）是使用IHC型離子源作為離子源20時的概略圖。 圖3中的（A）至（E）是說明背面照射型固體攝像元件的製造方法的示意剖面圖。 圖4是使用IHC型離子源生成的多種離子的射束電流值相對於質量值的曲線圖。 圖5（A）是表示發明例的磊晶矽晶圓100的深度方向上的碳及氫的濃度分佈的曲線圖，圖5（B）是圖5（A）所示的峰值位置附近的放大圖。 圖6（A）是表示比較例的磊晶矽晶圓的深度方向上的碳及氫的濃度分佈的曲線圖，圖6（B）是圖6（A）所示的峰值位置附近的放大圖。 圖7是表示關於發明例及比較例的磊晶矽晶圓在深度方向上的Ni的濃度分佈的曲線圖。

Claims (8)

  1. 一種磊晶矽晶圓的製造方法，其特徵在於，包括： 第1步驟，對矽晶圓的表面照射使用斗篷型離子源或IHC型離子源所生成的Cn Hm 的團簇離子，於所述矽晶圓內形成由作為所述團簇離子的構成元素的碳及氫固溶而成的改質層，其中n=1或2，m=1、2、3、4或5；以及 第2步驟，於所述第1步驟後，於所述表面上形成矽磊晶層， 所述第1步驟中，使所述改質層中的所述碳及所述氫在深度方向上的濃度分佈的峰值分別位於距離所述矽晶圓的所述表面的深度超過150 nm且為2000 nm以內的範圍。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的磊晶矽晶圓的製造方法，其中於所述第1步驟中，以170 μA以上的射束電流值照射所述團簇離子。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的磊晶矽晶圓的製造方法，其中於所述第1步驟中，以所述矽晶圓的傾斜角及扭轉角均為0°的方式進行所述團簇離子的照射。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的磊晶矽晶圓的製造方法，其中於所述第1步驟與所述第2步驟之間更包括對所述矽晶圓的表面進行清洗的步驟。
  5. 一種磊晶矽晶圓，其特徵在於，包括：矽晶圓；改質層，形成於所述矽晶圓內，且是由碳及氫固溶而成；以及矽磊晶層，形成於所述改質層上，且 所述改質層中的所述碳及所述氫在深度方向上的濃度分佈的峰值分別位於距離所述矽晶圓的表面的深度超過150 nm且為2000 nm以內的範圍。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的磊晶矽晶圓，其中所述碳在深度方向上的濃度分佈的峰值位置與所述氫在深度方向上的濃度分佈的峰值位置的差為1000 nm以內。
  7. 如申請專利範圍第5項或第6項所述的磊晶矽晶圓，其中所述碳在深度方向上的濃度分佈的峰值濃度與所述氫在深度方向上的濃度分佈的峰值濃度均為1×1016 atoms/cm3 以上。
  8. 一種固體攝像元件的製造方法，其特徵在於：於利用如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的磊晶矽晶圓的製造方法所製造的磊晶矽晶圓、或如申請專利範圍第5項至第7項中任一項所述的磊晶矽晶圓的矽磊晶層上，形成固體攝像元件。
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