TWI652737B - 半導體磊晶晶圓及其製造方法以及固體攝像元件的製造方法 - Google Patents

半導體磊晶晶圓及其製造方法以及固體攝像元件的製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明的目的在於提供一種具有更優異的吸除能力、且可抑制磊晶缺陷的產生的半導體磊晶晶圓的製造方法。 本發明的半導體磊晶晶圓的製造方法的特徵在於包括：第一步驟，對半導體晶圓的表面照射含有碳、氫及氧作為構成元素的簇離子，於該半導體晶圓的表面部形成所述簇離子的構成元素固溶而成的改質層；以及第二步驟，於該第一步驟之後，於所述半導體晶圓的所述改質層上形成磊晶層。

Description

半導體磊晶晶圓及其製造方法以及固體攝像元件的製造方法
本發明是有關於一種半導體磊晶晶圓及其製造方法以及固體攝像元件的製造方法。
於半導體晶圓上形成有磊晶層的半導體磊晶晶圓被用作用以製作金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)、動態隨機存取記憶體(Dynamic Random Access Memory，DRAM)、功率電晶體(power transistor)及背面照射型固體攝像元件等各種半導體器件的器件基板。
此處，使半導體器件的特性劣化的主要原因可列舉金屬污染。例如於背面照射型固體攝像元件中，混入至成為該元件的基板的半導體磊晶晶圓中的金屬成為使固體攝像元件的暗電流增加的主要原因，產生被稱為白痕缺陷的缺陷。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部更靠下層的位置，而將 來自外部的光直接引入至感測器中，於暗處等亦可拍攝更清晰的圖像或動畫，因此近年來被廣泛地用於數位視訊攝影機(digital video camera)或智慧型手機(smartphone)等行動電話中。因此，期望儘力減少白痕缺陷。
晶圓中的金屬混入主要是於半導體磊晶晶圓的製造步驟及固體攝像元件的製造步驟(器件製造步驟)中產生。可認為前者的半導體磊晶晶圓的製造步驟中的金屬污染是由源自磊晶成長爐的構成材料的重金屬顆粒所致，或者由於使用氯系氣體作為磊晶成長時的爐內氣體，故是由其配管材料發生金屬腐蝕而產生的重金屬顆粒所致等。近年來，對於該些金屬污染而言，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於某種程度上得到了改善，但並不充分。另一方面，於後者的固體攝像元件的製造步驟中，於離子注入、擴散及氧化熱處理等各處理中，半導體基板的重金屬污染令人擔憂。
為了抑制此種重金屬污染，有於半導體晶圓中形成用以捕獲重金屬的吸除點(gettering site)的技術。作為其方法之一，於半導體晶圓中注入離子，其後形成磊晶層的方法已為人所知。於該方法中，離子注入區域作為吸除點而發揮功能。
本案申請人於專利文獻1中提出有一種半導體磊晶晶圓的製造方法，其包括：第一步驟，對半導體晶圓的表面照射簇離子(cluster ion)，於該半導體晶圓的表面部形成所述簇離子的構成元素固溶而成的改質層；以及第二步驟，於所述半導體晶圓的 改質層上形成磊晶層。
[現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2012/157162號
於專利文獻1中揭示：照射簇離子而形成的改質層與注入單體離子(單離子)所得的離子注入區域相比，可獲得更高的吸除能力。此處，為了進一步提高專利文獻1中的改質層的吸除能力，例如有效的是增多簇離子的劑量。然而，若過於增多劑量，則改質層上的隨後形成的磊晶層中產生大量的磊晶缺陷。如此，於藉由增加劑量來改善吸除能力的方面存在極限。
此處，鑒於所述課題，本發明的目的在於提供一種具有更優異的吸除能力、且可抑制磊晶缺陷的產生的半導體磊晶晶圓的製造方法。
本發明者等人為了解決所述課題而潛心研究。再者，於製作半導體磊晶晶圓、特別是磊晶矽晶圓時，成為基底基板的矽晶圓內所含的氧因形成磊晶層時的熱處理而向磊晶層內擴散。氧濃度為相對較高的濃度的磊晶層視用途不同，有時可能對半導體器件品質造成不良影響。因此可認為，先前技術中於製作半導體磊晶晶圓時，向基底基板的氧離子注入欠佳。另外，於因氧離子 注入而於基底基板中形成有氧的高濃度層的情形時，有因形成磊晶層時的熱處理而於矽晶圓內部產生作為結晶缺陷的氧析出物(矽氧化物析出物的通稱，亦稱為體微缺陷(Bulk Micro Defect，BMD))之虞，甚至亦有於磊晶層表面產生由BMD所引起的磊晶缺陷之虞。
此處，於以簇離子的形態將氧與碳及氫一併照射於半導體晶圓的情形時，可形成碳局部地固溶的改質層。根據本發明者的研究，認為該改質層亦可捕捉氧，故對磊晶層的影響小。另外認為，氧原子與碳原子相比質量數更大，原子半徑亦更大，故即便碳劑量少亦可增大照射損傷(damage)，可提高吸除能力。進而亦認為，碳與氧的原子量相對較接近，故以簇離子的形態照射兩者的情形時的碳的注入射程較氧的注入射程更淺，可抑制向磊晶層中的氧擴散。因此，本發明者發現，構想含有碳、氫及氧作為構成元素的簇離子的照射，即便碳的劑量與先前的簇離子照射為相同程度，亦可獲得更高的吸除能力，且可抑制磊晶缺陷的產生，從而完成了本發明。即，本發明的主旨構成如下。
(1)一種半導體磊晶晶圓的製造方法，其特徵在於包括：第一步驟，對半導體晶圓的表面照射含有碳、氫及氧作為構成元素的簇離子，於該半導體晶圓的表面部形成所述簇離子的構成元素固溶而成的改質層；以及第二步驟，於該第一步驟之後，於所述半導體晶圓的所述改 質層上形成磊晶層。
(2)如所述(1)所記載的半導體磊晶晶圓的製造方法，其中所述簇離子的碳原子數為16個以下，且所述簇離子的氧原子數為16個以下。
(3)如所述(1)或(2)所記載的半導體磊晶晶圓的製造方法，其中所述簇離子照射的碳的劑量為1.0×1013原子/cm2以上且1.0×1017原子/cm2以下。
(4)如所述(1)至(3)中任一項所記載的半導體磊晶晶圓的製造方法，其中所述半導體晶圓為矽晶圓。
(5)一種半導體磊晶晶圓，其特徵在於具有：半導體晶圓，形成於該半導體晶圓的表面部且碳、氫及氧於該半導體晶圓中固溶而成的改質層，以及該改質層上的磊晶層，所述改質層中的所述碳的深度方向的碳濃度分佈的碳峰值濃度為1.0×1015原子/cm3以上且1.0×1020原子/cm3以下，所述改質層中的所述氫的深度方向的氫濃度分佈的氫峰值濃度為1.0×1017原子/cm3以上，所述改質層中的所述氧的深度方向的氧濃度分佈的氧峰值濃度為5.0×1018原子/cm3以上。
(6)如所述(5)所記載的半導體磊晶晶圓，其中所述氧峰值濃度為1.0×1019原子/cm3以上。
(7)如所述(5)或(6)所記載的半導體磊晶晶圓，其中所述碳濃度分佈、所述氫濃度分佈及所述氧濃度分佈的至少 任一者為雙峰型的濃度分佈。
(8)如所述(5)至(7)中任一項所記載的半導體磊晶晶圓，其中於所述改質層中存在含有第一黑點狀缺陷的第一層、及含有第二黑點狀缺陷的第二層，於所述深度方向上，所述第一層位於較所述第二層更靠所述磊晶層側。
(9)如所述(8)所記載的半導體磊晶晶圓，其中所述第一黑點狀缺陷的密度為1.0×1016個/cm3以上且1.0×1018個/cm3以下，所述第二黑點狀缺陷的密度為1.0×1014個/cm3以上且1.0×1016個/cm3以下。
(10)如所述(8)或(9)所記載的半導體磊晶晶圓，其中於所述改質層中，所述第一黑點狀缺陷存在於距所述半導體晶圓與所述磊晶層的界面於深度方向上為30nm以上且150nm以下的深度位置，所述第二黑點狀缺陷存在於距所述界面於深度方向上為60nm以上且150nm以下的深度位置。
(11)如所述(5)至(10)中任一項所記載的半導體磊晶晶圓，其中所述半導體晶圓包含矽晶圓。
(12)一種固體攝像元件的製造方法，其特徵在於：於藉由如所述(1)至(4)中任一項所記載的製造方法所製造的半導體磊晶晶圓或如所述(5)至(11)中任一項所記載的半導體磊 晶晶圓的所述磊晶層上，形成固體攝像元件。
根據本發明，可提供一種具有更優異的吸除能力、且可抑制磊晶缺陷的產生的半導體磊晶晶圓的製造方法。
10‧‧‧半導體晶圓
10A‧‧‧半導體晶圓的表面
12‧‧‧簇離子
14‧‧‧改質層
16‧‧‧非晶區域
16A‧‧‧表面
18‧‧‧磊晶層
100‧‧‧半導體磊晶晶圓
D‧‧‧平均深度
D1、D2‧‧‧深度
S1‧‧‧第一黑點狀缺陷
S2‧‧‧第二黑點狀缺陷
圖1A至圖1C為用以對本發明的一實施形態的半導體磊晶晶圓100的製造方法加以說明的示意剖面圖。
圖2A至圖2C為用以對本發明的較佳實施形態的半導體磊晶晶圓100的製造方法加以說明的示意剖面圖。
圖3為表示於參考實驗例1中照射簇離子之後的矽晶圓的碳、氫及氧的濃度分佈的圖表。
圖4A至圖4C為參考實驗例1中的照射簇離子之後的矽晶圓的穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope，TEM)剖面照片，圖4A為參考例1的TEM剖面照片，圖4B為參考例2的TEM剖面照片，圖4C為參考例3的TEM剖面照片。
圖5A為表示發明例1的磊晶矽晶圓的碳、氫及氧的濃度分佈的圖表。
圖5B為表示發明例1及比較例1的磊晶矽晶圓的氧的濃度分佈的圖表。
圖6A及圖6B為表示實驗例1中的磊晶晶圓的磊晶缺陷的光點缺陷(Light Point Defect，LPD)圖，圖6A為發明例1的LPD 圖，圖6B為比較例1的LPD圖。
圖7A及圖7B為實驗例1中的磊晶矽晶圓的TEM剖面照片，圖7A為發明例1的TEM剖面照片，圖7B為比較例2的TEM剖面照片。
圖8為以與圖7A不同的條件取得的發明例1的TEM剖面照片。
以下，一面參照圖式一面對本發明的實施形態加以詳細說明。再者，圖1A至圖1C、圖2A至圖2C中為便於說明而與實際的厚度的比例不同，相對於半導體晶圓10而誇張地示出改質層14、非晶區域16及磊晶層18的厚度。
(半導體磊晶晶圓的製造方法)
如圖1A至圖1C所示，本發明的一實施形態的半導體磊晶晶圓100的製造方法包括：第一步驟，對半導體晶圓10的表面10A照射含有碳、氫及氧作為構成元素的簇離子12，於半導體晶圓10的表面部形成該簇離子12的構成元素固溶而成的改質層14(圖1A、圖1B)；以及第二步驟，於該第一步驟之後，於半導體晶圓10的改質層14上形成磊晶層18(圖1C)。圖1C為該製造方法的結果所得的半導體磊晶晶圓100的示意剖面圖。另外，磊晶層18成為用以製造背面照射型固體攝像元件等半導體元件的器件層。
半導體晶圓10例如可列舉：包含矽、化合物半導體(GaAs、GaN、SiC)且於表面不具有磊晶層的塊狀的單晶晶圓。 於製造背面照射型固體攝像元件的情形時，通常使用塊狀的單晶矽晶圓。另外，半導體晶圓10可使用利用線鋸(wire saw)等將藉由柴可斯基法(Czochralski，CZ法)或浮融區法(Floating Zone，FZ法)所成長的單晶矽錠切片(slice)所得的晶圓。另外，為了獲得更高的吸除能力，亦可於半導體晶圓10中添加碳及/或氮。進而，亦可於半導體晶圓10中添加既定濃度的任意的摻雜劑，製成所謂n+型或者p+型、或n-型或者p-型的基板。
另外，半導體晶圓10亦可使用在塊狀半導體晶圓表面上形成有半導體磊晶層的磊晶半導體晶圓。例如為於塊狀單晶矽晶圓的表面上形成有矽磊晶層的磊晶矽晶圓。該矽磊晶層可藉由化學氣相沈積(Chemical Vapor Deposition，CVD)法於通常的條件下形成。磊晶層較佳為將厚度設為0.1μm~20μm的範圍內，更佳為設為0.2μm~10μm的範圍內。
此處，本實施形態的特徵性步驟之一為圖1A所示的第一步驟。本說明書中所謂「簇離子」，是指對多個原子或分子集合成塊而成的簇賦予正電荷或負電荷，使其離子化而成者。簇為多個(通常為2個~2000個左右)原子或分子相互結合而成的塊狀的集團。
於對作為半導體晶圓的一種的矽晶圓照射簇離子的情形時，若將簇離子12照射於矽晶圓，則因其能量而瞬間成為1350℃~1400℃左右的高溫狀態，矽熔解。其後，矽經急速冷卻，簇離子12的構成元素於矽晶圓中的表面附近固溶。即，所謂本說明 書中的「改質層」，是指所照射的離子的構成元素於半導體晶圓表面部的結晶的晶格間位置或置換位置固溶而成的層。由二次離子質譜分析法(Secondary Ion Mass Spectrometry，SIMS)所得的矽晶圓的深度方向上的碳的濃度分佈雖依存於簇離子的加速電壓及簇尺寸，但與單體離子的情形相比變尖銳(sharp)，所照射的元素局部地存在的區域(即改質層)的厚度大致成為500nm以下(例如50nm~400nm左右)。再者，本說明書中的碳、氫及氧的各元素的「深度方向的濃度分佈」是指藉由SIMS所測定的深度方向的碳、氫及氧的濃度分佈。
以簇離子的形態照射的元素雖亦視元素種類而行為不同，但於後述磊晶層18的形成過程中發生稍許的熱擴散。於簇離子的構成元素中含有碳的情形時，形成磊晶層18後的碳的濃度分佈是於碳元素局部地存在的峰值的兩側形成有寬的擴散區域。然而，改質層的厚度(即，峰值的寬度)並未大幅度地變化。結果可使碳的析出區域為局部且高濃度。而且，該碳的局部析出區域成為強力的吸除點。其原因在於：晶格位置的碳原子由於共價鍵半徑小於矽單晶，故形成矽結晶晶格的收縮場，吸引晶格間的雜質。另外，改質層14是形成於矽晶圓的表面附近、即磊晶層18的正下方，故可實現接近吸除。如此般可認為，藉由碳於改質層內局部地固溶，可獲得高的吸除能力。
簇離子視結合方式而存在多種簇，例如可利用以下的文獻中記載般的公知方法來生成。氣體簇束的生成法有(1)日本專 利特開平9-41138號公報、(2)日本專利特開平4-354865號公報，離子束的生成法有(1)帶電粒子束工學(石川順三，ISBN978-4-339-00734-3，科諾(Corona)公司)、(2)電子/離子束工學(電氣學會，ISBN4-88686-217-9，歐姆(Ohm)公司)、(3)簇離子束基礎與應用(ISBN4-526-05765-7，日刊工業報社)。另外，通常於產生正電荷的簇離子時使用涅爾森(Nielsen)型離子源或考夫曼(Kaufman)型離子源，於產生負電荷的簇離子時使用利用體積生成法的大電流負離子源。
此處，如上文所述，本實施形態中照射的簇離子12的構成元素為碳、氫及氧。以下，對本實施形態中除了碳以外將氫及氧用於簇離子12的構成元素的技術意義加以說明。
下文將於參考實驗例1中詳述實驗條件，但於將簇離子設為CH3O而照射於矽晶圓的參考例1(碳的劑量：1.0×1015原子/cm2)的TEM剖面圖(圖4A)中，可確認形成有非晶區域。另一方面，於除了將簇離子設為C2H3以外與參考例1同樣地進行簇離子照射的參考例2(碳的劑量：1.0×1015原子/cm2)的TEM剖面圖(圖4B)中，可確認未形成非晶區域。再者，圖4A、圖4B中由虛線包圍的淡色部分為非晶區域。於形成有非晶區域的情形時，與未形成非晶區域的情形相比可提高吸除能力。
如藉由所述參考例1、參考例2以實驗方式所示般，以實驗方式表明，即便碳的劑量相同，簇離子含有氧作為構成元素的情況下容易形成非晶區域。於使用與參考例2相同的C2H3作為 簇離子的情形時，為了形成非晶區域，如下文將詳述的參考例3(碳的劑量：1.5×1015原子/cm2)的TEM剖面圖(圖4C)般，必須增大碳的劑量。如上文所述，若使碳的劑量過於增大，則雖可獲得高的吸除能力，但有產生磊晶缺陷之虞。
而且，下文將於實驗例1中詳述實驗條件，但確認到，於照射含有碳、氫及氧作為構成元素的簇離子繼而形成磊晶層的發明例1的磊晶矽晶圓中，即便使氧於成為基底基板的矽晶圓內局部地固溶，亦幾乎不對磊晶層表面造成影響，或即便有影響該影響亦有限。
如由該些實驗結果可知，藉由照射含有碳、氫及氧作為構成元素的簇離子12，而容易於改質層14內形成非晶區域(即，照射損傷增大)，甚至可提高半導體磊晶晶圓100的吸除能力。而且，關於由注入氧所致的不良影響，亦若為簇離子照射的形態則有限。
依據本實施形態的發明於理論上不受限制，但關於可獲得此種效果的原因，本發明者當前考慮如下。即，氧原子由於原子半徑大於碳原子，故可增大由簇離子所致的照射損傷。而且，氧的原子量大於碳，故於以簇離子的形態注入的情形時，氧的注入射程稍大於碳的注入射程，氧濃度峰值位於更深側。因此可認為，所形成的改質層14的寬度變廣，由此吸除能力增大。另外，所照射的氧及自照射前起存在於矽晶圓基板內的氧雖因形成磊晶層時的熱處理而擴散，但於碳的局部析出區域中被捕捉，向磊晶 層中的氧擴散有限。另一方面，同時注入的氫於形成磊晶層時大量擴散而生成孔隙。亦可認為，此時氧發生孔隙結合，由此形成先前不存在的新的吸除阱(gettering sink)。實際上，藉由進行構成元素中含有碳、氫及氧的簇離子照射，與進行構成元素中不含有氧的簇離子照射的情形相比，吸除能力飛躍性地增大。關於此種先前不存在的吸除阱的形成，亦推定其原因在於下文中將詳述實驗條件的圖7A、圖8的TEM剖面照片中存在的大小不同的兩種黑點狀缺陷。推測，靠近與磊晶層的界面之側的小尺寸的黑點狀缺陷是由碳所引起，遠離與磊晶層的界面之側的大尺寸的黑點狀缺陷是由注入包含氧的三元素所致的晶格間矽所引起。認為觀察到此種黑點狀缺陷的原因在於：於藉由簇離子照射而形成的非晶區域於形成磊晶層時再結晶化之時，再結晶區域採取經複合簇化的缺陷形態。進而可認為，藉由同時照射碳與氧，於由同一加速電壓所得的照射條件下，相較於氧而碳的加速能量的分配更小故被更淺地注入，因此於接近吸除的方面亦有利。本發明者認為，藉由如上所述的由以簇離子的形態同時照射碳、氫及氧三元素所得的協同效果，而明確地增大吸除能力。
再者，離子化的化合物並無特別限定，可離子化的化合物例如可使用二乙醚(C4H10O)、乙醇(C2H6O)、二乙酮(C5H10O)等。尤其較佳為使用藉由二乙醚、乙醇等所生成的簇CnHmOl(l、m、n相互獨立，1≦n≦16，1≦m≦16，1≦l≦16)。尤其較佳為簇離子的碳原子數為16個以下，且簇離子的氧原子數為16個以 下。其原因在於容易控制小尺寸的簇離子。
另外，只要含有所述碳、氫及氧三元素，則亦可於簇離子12中含有其他構成元素。該些三元素以外的簇離子12的構成元素例如可列舉硼(B)、磷(P)、砷(As)等摻雜元素。即，亦較佳為除了碳、氫及氧以外，以簇離子的形態照射選自由硼、磷、砷及銻所組成的群組中的一種或兩種以上的摻雜元素。其原因在於：可有效率地吸除的雜質金屬的種類視固溶元素的種類而不同，故藉由使多種元素固溶，可應對更廣泛的金屬污染。例如於碳的情形時，可有效率地吸除鎳(Ni)，於硼的情形時，可有效率地吸除銅(Cu)、鐵(Fe)。再者，於本說明書中，所謂摻雜元素，是指可於矽結晶的晶格位置進行置換、使矽結晶的導電性變化的元素。具體而言，p型摻雜劑可列舉硼，n型摻雜劑可列舉磷、砷、銻等。
簇尺寸可於2個~100個、較佳為60個以下、更佳為50個以下的範圍內適當設定。簇尺寸的調整可藉由調整自噴嘴噴出的氣體的氣體壓力及真空容器的壓力、離子化時對燈絲(filament)施加的電壓等而進行。再者，簇尺寸可藉由以下方式求出：藉由利用四極高頻電場的質譜分析或飛行時間(time-of-flight)質譜分析而求出簇個數分佈，取簇個數的平均值。
再者，簇離子的加速電壓與簇尺寸一併對簇離子的構成元素的深度方向的濃度分佈的峰值位置造成影響。於本實施形態中，可將簇離子的加速電壓設為超過0keV/Cluster且小於200 keV/Cluster，較佳為設為100keV/Cluster以下，進而佳為設為80keV/Cluster以下。再者，關於加速電壓的調整，通常採用(1)靜電加速、(2)高頻加速此兩種方法。前者的方法有等間隔地排列多個電極，於該些電極間施加相等的電壓，於軸方向上製作等加速電場的方法。後者的方法有一面使離子以直線狀行進一面使用高頻進行加速的線性直線加速器(linac)法。
另外，簇離子的劑量可藉由控制離子照射時間而調整。碳、氫及氧各元素的劑量是由簇離子種類及簇離子的劑量(Cluster/cm2)來決定。於本實施形態中，可將碳的劑量設為1×1013原子/cm2~1×1017原子/cm2，較佳為設為5×1013原子/cm2以上且5×1016原子/cm2以下。其原因在於：於碳的劑量小於1×1013原子/cm2的情形時，有時無法獲得充分的吸除能力，於碳的劑量超過1×1016原子/cm2的情形時，有對磊晶層18的表面造成大的損傷之虞。
再者，於本實施形態中，於所述第一步驟之後，進行於半導體晶圓10的改質層14上形成磊晶層18的第二步驟(圖1C)。磊晶層18例如可列舉矽磊晶層，可藉由通常的條件而形成。於該情形時，例如將氫作為載氣，將二氯矽烷、三氯矽烷等源氣體導入至腔室內，成長溫度亦視所使用的源氣體而不同，可於大致1000℃~1200℃的範圍的溫度下藉由CVD法於半導體晶圓10上進行磊晶成長。磊晶層18較佳為將厚度設為1μm~15μm的範圍內。其原因在於：於小於1μm的情形時，可能因摻雜劑自半導體晶圓 10向外擴散而導致磊晶層18的電阻率變化，另外，於超過15μm的情形時，有對固體攝像元件的分光感度特性產生影響之虞。
如以上所述，藉由本實施形態，可提供一種具有更優異的吸除能力、且可抑制磊晶缺陷的產生的半導體磊晶晶圓100的製造方法。
再者，亦可於第一步驟之後、第二步驟之前，對半導體晶圓10進行用以恢復結晶性的恢復熱處理。關於該情形的恢復熱處理，例如只要於氮氣或氬氣等環境下，於900℃以上且1100℃以下的溫度下，將半導體晶圓10於磊晶裝置內保持10分鐘以上且60分鐘以下的期間即可。另外，亦可使用快速熱退火(Rapid Thermal Annealing，RTA)或快速熱氧化(Rapid Thermal Oxidation，RTO)等的與磊晶裝置不同的另外的急速升降溫熱處理裝置等來進行恢復熱處理。
然而，本實施形態中亦可不進行所述恢復熱處理。單體離子通常是以150keV~2000keV左右的加速電壓而注入，各離子以其能量與矽原子撞擊，故注入有單體離子的矽晶圓表面部的結晶性混亂，擾亂其後於晶圓表面上成長的磊晶層的結晶性。另一方面，簇離子通常是以10keV/Cluster~100keV/Cluster左右的加速電壓而照射，但由於簇為多個原子或分子的集合體，故可減小每一原子或每一分子的能量而擊入，對半導體晶圓的結晶造成的損傷小。因此，於本實施形態中，於所述第一步驟之後，可於不對半導體晶圓進行用以恢復結晶性的熱處理的情況下，將半導 體晶圓搬送至磊晶成長裝置中進行所述第二步驟，可有效率地製造具有高的吸除能力的半導體磊晶晶圓100。
其原因在於：可於用以形成上文所述的磊晶層18的磊晶裝置內，藉由在磊晶成長之前進行的氫烘烤處理，而使半導體晶圓10的結晶性充分恢復。氫烘烤處理的通常條件為將磊晶成長裝置內設為氫氣環境，於600℃以上且900℃以下的爐內溫度下將半導體晶圓10投入至爐內，以1℃/s以上且15℃/s以下的升溫速率升溫至1100℃以上且1200℃以下的溫度範圍為止，於該溫度下保持30秒鐘以上且1分鐘以下的期間。該氫烘烤處理原本是用於將因磊晶層成長前的清洗處理而形成於晶圓表面的自然氧化膜去除，但可藉由所述條件的氫烘烤而使半導體晶圓10的結晶性充分恢復。
繼而，使用圖2A至圖2C對本發明的較佳實施形態加以說明。對於使用圖1A至圖1C而與已述實施形態重複的內容，參照相同的符號而省略重複說明。於該較佳實施形態中，較佳為於照射簇離子12的第一步驟(圖2A)中，將作為簇離子12的構成元素的碳的劑量設為1.0×1015原子/cm3以上。其原因在於：可於形成磊晶層18後，於改質層14內形成含有第一黑點狀缺陷S1的第一層、及含有第二黑點狀缺陷S2的第二層。以下，對該條件下的改質層14加以更詳細說明。
如圖2B所示，藉由在上文所述的條件下進行簇離子照射，改質層14中的深度方向的一部分成為非晶區域16。於改質層 14中存在非晶區域16的情形時，可更可靠地獲得上文所述的由改質層14所得的吸除能力。再者，非晶區域16的表面16A的平均深度D距半導體晶圓表面10A為20nm以上，藉此可充分地抑制其後形成的磊晶層18中的磊晶缺陷的產生。
就更充分地抑制磊晶缺陷的產生的觀點而言，較佳為以非晶區域16的表面16A的平均深度距半導體晶圓表面10A成為20nm以上且200nm以下的方式設定。
另外，非晶區域16的平均厚度較佳為100nm以下，更佳為60nm以下。其原因在於：於超過100nm的情形時，有難以選定用以使表面16A的平均深度距半導體晶圓表面10A為20nm以上的簇照射條件之虞。
再者，如圖2B或下文將詳述的圖4A中可見般，非晶區域16的表面16A視橫向的位置而深度不均一，本發明中的「非晶區域的半導體晶圓表面側的表面的平均深度」是藉由穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope，TEM)對非晶區域的剖面進行觀察，由所得的TEM圖像中的表面的平均深度來定義。「平均深度」是設定為非晶區域與結晶區域的交界線的最淺位置與最深位置的中間深度。另外，「非晶區域的平均厚度」亦是由TEM圖像中的非晶區域的平均厚度、即非晶區域的兩個表面(淺側與深側)的平均深度之差而定義。關於TEM圖像的倍率，只要為可明確觀察到非晶區域的程度即可，於圖4A所示的參考例1中設為50萬倍。
另外，如圖2C所示，若如上所述般形成非晶區域16，其後形成磊晶層18，則可於形成磊晶層18後，於改質層14內形成含有第一黑點狀缺陷S1的第一層、及含有尺寸較所述第一黑點狀缺陷更大的第二黑點狀缺陷S2的第二層。第一黑點狀缺陷S1及第二黑點狀缺陷S2可於深度方向上以既定的厚度分散。圖2C為表示第一黑點狀缺陷S1以既定的厚度分散的示意圖。而且，於半導體磊晶晶圓100的深度方向上，第一層位於較第二層更靠磊晶層18側。再者，於如上文所述般第一黑點狀缺陷S1及第二黑點狀缺陷S2的任一者或兩者於深度方向上以既定的厚度分散的情形時，以各層的深度方向的平均深度位置為基準，確定第一層與第二層的位置關係。於如圖2C所示般將直至第一黑點狀缺陷S1、第二黑點狀缺陷S2的平均深度位置的距離分別表示為D1、D2的情形時，若為D1<D2，則成為第一層位於較第二層而更靠磊晶層18側。再者，亦可於第一層的深度方向的厚度的範圍內包含第二層。
本說明書中的所謂「黑點狀缺陷」，是指於利用TEM以亮模式觀察半導體磊晶晶圓100的劈開剖面的情形時，於改質層14內以黑點的形式觀察到的缺陷。根據本發明者的研究，黑點狀缺陷是僅於在照射簇離子12後於改質層14中形成非晶區域16的情形時，於形成磊晶層18後於改質層14中產生。再者可認為，於改質層中未形成非晶區域的情形時，於形成磊晶層後的改質層中未產生第一黑點狀缺陷S1、第二黑點狀缺陷S2的任一者。另外，雖亦取決於簇離子種類，但例如於碳的劑量小於1.0×1015原子 /cm3而簇離子12的劑量低的情形時，不形成第二黑點狀缺陷S2，而僅形成第一黑點狀缺陷S1。
根據本發明者的研究確認到，存在第一黑點狀缺陷S1及第二黑點狀缺陷S2的半導體磊晶晶圓100可獲得更高的吸除能力。此種半導體磊晶晶圓100與僅形成第一黑點狀缺陷S1的情形相比，可獲得更高的吸除能力。
(半導體磊晶晶圓)
繼而，對藉由所述製造方法所得的半導體磊晶晶圓100加以說明。如圖1C所示，半導體磊晶晶圓100具有半導體晶圓10、形成於該半導體晶圓10的表面部且既定元素於半導體晶圓10中固溶而成的改質層14、及該改質層14上的磊晶層18。
而且，於本實施形態中，改質層14中的碳的深度方向的碳濃度分佈的碳峰值濃度為1.0×1015原子/cm3以上且1.0×1020原子/cm3以下，改質層14中的氫的深度方向的氫濃度分佈的氫峰值濃度為1.0×1017原子/cm3以上，改質層14中的所述氧的深度方向的氧濃度分佈的氧峰值濃度為5.0×1018原子/cm3以上。此種半導體磊晶晶圓100具有更優異的吸除能力，且磊晶缺陷的產生得到抑制。為了進一步提高吸除能力，氧峰值濃度更佳為1.0×1019原子/cm3以上。
此處，更佳為碳濃度分佈、氫濃度分佈及氧濃度分佈的至少任一者成為雙峰型的濃度分佈。如藉由後述圖5A以實驗方式所表明，根據本發明者的研究而確認到，於形成改質層14時的簇 離子的劑量大的情形時，容易形成此種雙峰型的濃度分佈。即，於半導體磊晶晶圓中形成有雙峰型的濃度分佈的情形時，吸除能力進一步提高。另一方面，於形成改質層14時的簇離子的劑量小的情形時，難以形成雙峰型的濃度分佈。
再者，於本說明書中於半導體磊晶晶圓100中形成有雙峰型的濃度分佈的情形、例如如圖5A般碳濃度分佈成為雙峰型的情形時，將兩個峰值中更大的濃度(即濃度的最大值)視為峰值濃度。關於氫濃度分佈及氧濃度分佈亦相同。
另外，為了可靠地獲得本發明的效果，較佳為碳峰值濃度大於氧峰值濃度，更佳為碳峰值濃度為氧峰值濃度的1.0倍以上且5.0倍以下。進而，較佳為於改質層18中，碳濃度分佈將氧濃度分佈包含在內。
而且，較佳為如圖2C所示，於改質層18中存在含有第一黑點狀缺陷S1的第一層、及含有尺寸較第一黑點狀缺陷S1更大的第二黑點狀缺陷S2的第二層，且第一層位於較第二層更靠磊晶層18側。此種半導體磊晶晶圓100具有更優異的吸除能力，且磊晶缺陷的產生得到抑制。本發明者認為，於形成有上文所述的雙峰型的濃度分佈的情形時，容易形成第二黑點狀缺陷S2。
此時，較佳為第一黑點狀缺陷S1的密度為1.0×1016個/cm3以上且1.0×1018個/cm3以下，且第二黑點狀缺陷S2的密度為1.0×1014個/cm3以上且1.0×1016個/cm3以下。藉由存在此種兩種黑點狀缺陷，吸除能力增大。
進而，較佳為於改質層18中，第一黑點狀缺陷S1存在於距半導體晶圓10與磊晶層18的界面於深度方向上為30nm以上且150nm以下的深度位置，第二黑點狀缺陷S2存在於距界面於深度方向上為60nm以上且150nm以下的深度位置。其原因在於抑制磊晶缺陷的產生。另外，較佳為第一黑點狀缺陷S1的尺寸為1nm以上且10nm以下，且第二黑點狀缺陷S2的尺寸為15nm以上且100nm以下。此處，「第一黑點狀缺陷及第二黑點狀缺陷」是定義為藉由穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope，TEM)對磊晶成長後的簇照射區域的剖面進行觀察所得的TEM圖像中的可見黑點狀的缺陷。所謂「黑點狀缺陷的尺寸」，是設定為TEM圖像中的缺陷的直徑。另外，關於「黑點狀缺陷的密度」，是對TEM圖像中存在黑點缺陷的區域中的單位既定面積的缺陷的個數根據此時的TEM觀察所使用的樣本的最終厚度而定義。再者，於第一黑點狀缺陷S1、第二黑點狀缺陷S2為並非圓形或不可視作圓形的形狀的情形時，使用將黑點狀缺陷包含在內的最小直徑的外接圓，近似於圓形而設定直徑。
另外，半導體晶圓較佳為包含矽晶圓。
進而，較佳為於自半導體晶圓10的表面10A起至深度方向的深度150nm為止的範圍內存在碳、氫及氧濃度分佈的峰值。可將所述範圍內定義為本說明書中的半導體晶圓的表面部。而且，較佳為於自半導體晶圓10的表面10A起至深度方向的深度100nm為止的範圍內存在各元素的濃度分佈的峰值。再者，於物 理上無法使各元素的濃度分佈的峰值位置存在於經簇離子12照射的半導體晶圓的最表面(距半導體晶圓10的表面10A的深度為0nm)，故使其存在於至少5nm以上的深度位置。
另外，亦較佳為改質層18中的半導體晶圓10的深度方向的碳濃度分佈的峰值的半值寬(Full Width at Half Maximum，FWHM)為100nm以下。該改質層18為碳於半導體晶圓的表面部的結晶的晶格間位置或置換位置固溶而局部地存在的區域，可作為強力的吸除點而發揮作用。另外，就獲得高的吸除能力的觀點而言，更佳為將半值寬設為85nm以下，下限可設定為10nm。關於氧及氫的濃度分佈的峰值的半值寬(FWHM)，亦較佳為100nm以下，更佳為設為85nm以下。再者，於如後述的圖5A所示的碳濃度分佈般形成有出現兩個不同峰值的雙峰型濃度分佈的情形時，進行高斯擬合(Gaussian fitting)，根據擬合後的分布設定半值寬(FWHM)。
再者，改質層18的厚度是定義為所述濃度分佈中局部地檢測出簇離子12的構成元素的濃度分佈的區域，例如可設為30nm~400nm的範圍內。
(固體攝像元件的製造方法)
本發明的實施形態的固體攝像元件的製造方法的特徵在於：在位於藉由所述半導體磊晶晶圓的製造方法所製造的半導體磊晶晶圓、即半導體磊晶晶圓100的表面的磊晶層18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，可充 分地抑制白痕缺陷的產生。
[實施例]
以下，使用實施例對本發明加以更詳細說明，但本發明絲毫不限定於以下的實施例。
(參考實驗例1)
<參考例1>
準備由CZ單晶所得的n-型矽晶圓(直徑：300mm，厚度：775μm，摻雜劑種類：磷，電阻率：20Ω．cm)。繼而，使用簇離子產生裝置(日新離子機器公司製造，型號：CLARIS)，將使二乙醚(C4H10O)簇離子化而成的CH3O的簇離子以加速電壓80keV/Cluster(每一氫原子的加速電壓為2.58keV/atom，每一碳原子的加速電壓為30.1keV/atom，每一氧原子的加速電壓為41.3keV/atom，氫的射程距離為60nm，碳的射程距離為120nm，氧的射程距離為125nm)的照射條件照射於矽晶圓的表面，獲得參考例1的矽晶圓。再者，將照射簇離子時的碳的劑量設為1.0×1015cluster/cm2。若換算成氫原子數則為3.0×1015原子/cm2，若換算成碳原子數則為1.0×1015原子/cm2，若換算成氧原子數則為1.0×1015原子/cm2。再者，將簇離子的束電流值設為550μA。
<參考例2>
代替參考例1中使二乙醚簇離子化而成的CH3O，而照射使環己烷(C6H12)簇離子化而成的C2H3，且將單位碳原子的劑量設為與參考例1相同(即，碳劑量為1.0×1015原子/cm2)，除此以外， 以與參考例1相同的條件進行簇離子照射，製作參考例2的矽晶圓。於該情形時，每一氫原子的加速電壓2.96keV/atom，每一碳原子的加速電壓為35.6keV/atom，氫的射程距離為60nm，碳的射程距離為120nm。
<參考例3>
代替於參考例2中將碳劑量設為1.0×1015原子/cm2，而將碳劑量設為1.5×1015原子/cm2，除此以外，以與參考例2相同的條件進行簇離子照射，製作參考例3的矽晶圓。
<參考評價1：利用四極型SIMS的矽晶圓的濃度分佈評價>
作為代表例，對參考例1的矽晶圓藉由四極型SIMS(深度方向的解析度：2nm，氫的檢測下限：4.0×1017原子/cm3)來測定深度方向上的碳、氫及氧各自的濃度分佈。將參考例1的濃度分佈示於圖3中。根據圖3，自矽晶圓的表面側觀察於深度方向上氫、碳及氧的濃度分佈的峰值。
<參考評價2：利用TEM剖面照片的觀察>
對於參考例1~參考例3的各矽晶圓，利用穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope，TEM)對簇離子照射後的改質層周邊的剖面進行觀察。將參考例1的TEM剖面圖示於圖4A中，將參考例2的TEM剖面圖示於圖4B中，將參考例3的TEM剖面圖示於圖4C中。於TEM剖面照片中，可見淡(白)的部分為經非晶化的區域。於圖4A、圖4C中可確認形成非晶區域，另 一方面，於圖4B中無法確認非晶區域的形成。
因此確認到，若碳的劑量相同，則簇離子含有氧作為構成元素的情況下，對照射區域造成的損傷更大。進而，若將參考例1與參考例2的簇離子的構成元素相比較，則由於氧元素的原子量大於碳元素，故相較於參考例2、參考例3，參考例1中照射到的簇離子更淺。而且，隨著所形成的改質層的位置更接近矽晶圓表面，改質層的厚度變大。
(實驗例1)
<發明例1>
以與參考例1相同的條件對矽晶圓照射CH3O的簇離子。繼而，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，於裝置內以1120℃的溫度實施30秒鐘的氫烘烤處理後，以氫作為載氣，以三氯矽烷作為源氣體，於1120℃下藉由CVD法於矽晶圓的形成有改質層之側的表面上使矽的磊晶層(厚度：9μm，摻雜劑種類：磷，電阻率：10Ω．cm)進行磊晶成長，製作發明例1的磊晶矽晶圓。
<發明例2>
代替於發明例1中將碳劑量設為1.0×1015原子/cm2，而將碳劑量設為5.0×1014原子/cm2，除此以外，以與發明例1相同的條件進行簇離子照射，製作發明例2的磊晶矽晶圓。
<比較例1>
代替於參考例1中使二乙醚簇離子化而成的CH3O，而照射 使環己烷(C6H12)簇離子化而成的C3H5的簇離子，且將單位碳原子的劑量設為與發明例1相同(即，碳劑量為1.0×1015原子/cm2)，除此以外，以與發明例1相同的條件進行簇離子照射，製作比較例1的磊晶矽晶圓。
<比較例2>
代替於比較例1中將碳劑量設為1.0×1015原子/cm2，而將碳劑量設為5.0×1014原子/cm2，除此以外，以與比較例1相同的條件進行簇離子照射，製作比較例2的磊晶矽晶圓。
<評價1：利用磁場型SIMS的磊晶晶圓的濃度分佈評價>
對發明例1及比較例1的磊晶矽晶圓進行磁場型SIMS測定(深度方向的解析度：30nm，氫的檢測下限：4.0×1016原子/cm3)，分別測定晶圓深度方向上的氫、碳及氧的各濃度分佈。將發明例1的濃度分佈示於圖5A中。另外，將使發明例1及比較例1的氧濃度分佈重疊的圖表示於圖5B中。此處，圖5A、圖5B的橫軸的深度是將磊晶矽晶圓的磊晶層表面設為零(zero)。直至深度9μm為止相當於磊晶層，深度9μm以上的深度相當於矽晶圓。再者，於對磊晶晶圓進行SIMS測定時，磊晶層的厚度產生±0.1μm左右的不可避免的測定誤差，故於圖中9μm並非嚴格含意上的磊晶層與矽晶圓的邊界值。
首先，由圖5A可確認，於發明例1中碳濃度分佈及氫濃度分佈成為雙峰型。繼而，根據圖5B，發明例1的氧峰值濃度 為約6.5×1019原子/cm3，相對於此，比較例1的氧峰值濃度為約3.7×1018原子/cm3。即，發明例1的氧峰值濃度為比較例1的氧峰值濃度的約18倍。可確認，若如此般藉由簇離子照射形成改質層，繼而形成磊晶層，則於發明例1與比較例1中均於改質層內捕捉氧。而且確認到，於發明例1中由於簇離子的構成元素中含有氧，故所製作的磊晶矽晶圓的氧峰值濃度成為先前不存在的非常高的濃度。
<評價2：吸除能力的評價>
使用Ni污染液(2.0×1013原子/cm2)藉由旋塗污染法將發明例1、發明例2及比較例1、比較例2的各磊晶晶圓的磊晶層的表面強制污染，繼而於氮氣環境中於900℃下實施30分鐘的熱處理。其後，對各磊晶晶圓進行SIMS測定，分別測定晶圓的深度方向上的碳濃度及Ni濃度的分佈。將各磊晶晶圓的Ni的捕獲量相對於故意污染濃度2.0×1013原子/cm2之比例一併示於表1中。
<評價3：磊晶缺陷的評價>
另外，與吸除能力評價不同，對各磊晶晶圓使用表面污染分析儀(Surfscan)SP1(科磊(KLA-Tencor)公司製造)以常規(Normal)模式進行測定，對作為LPD-N而計數的個數進行了確認。作為代表例，將發明例1及比較例1的磊晶晶圓的LPD圖的測定結果分別示於圖6A、圖6B中。另外，將藉由表面污染分析儀(Surfscan)SP1所觀察到的磊晶缺陷的評價結果一併示於表1中。評價基準如下。
○：磊晶缺陷的密度為0.002個/cm2以下。
×：磊晶缺陷的密度超過0.002個/cm2。
再者，於發明例1~發明例3中，均於表面缺陷檢查中未觀測到由BMD引起的積層缺陷。
由以上的評價1~評價3確認到，依照本發明條件所製作的磊晶矽晶圓與經構成元素不含氧的簇離子照射的磊晶矽晶圓相比，具有更優異的吸除能力。另外確認到，即便將發明例1、發明例2與比較例1、比較例2相比，磊晶缺陷的產生率亦為相同程度。
<評價4：利用TEM剖面照片的觀察>
作為代表例，對於發明例1及比較例1的各磊晶矽晶圓，利用穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope，TEM)來觀察簇離子照射後的改質層周邊的剖面。將發明例1的TEM剖面圖示於圖7A中，將比較例1的TEM剖面圖示於圖7B中。進而，將以不同的TEM觀察條件取得進行了與圖7A相同的處理的磊晶晶圓的剖面的發明例1的TEM剖面圖示於圖8中。
由圖7A、圖7B可確認，於簇離子的構成元素包含碳、氫及氧的發明例1中，於改質層內形成有包含第一黑點狀缺陷的第一層、及包含第二黑點狀缺陷的第二層。另外，由圖8確認到，有時於第一層內形成有第二層，第二黑點狀缺陷將第一黑點狀缺陷包含在內。而且，亦如由表1的評價結果所表明，可確認發明例1與比較例1相比吸除能力更優異。
[產業上的可利用性]
根據本發明，可提供一種具有更優異的吸除能力、且可抑制磊晶缺陷的產生的半導體磊晶晶圓的製造方法。

Claims (11)

  1. 一種半導體磊晶晶圓的製造方法，其特徵在於包括：第一步驟，對半導體晶圓的表面照射含有碳、氫及氧作為構成元素的簇離子，於所述半導體晶圓的表面部形成所述簇離子的構成元素固溶而成的改質層；以及第二步驟，於所述第一步驟之後，在所述半導體晶圓的所述改質層上形成磊晶層，所述簇離子的碳原子數為16個以下，且所述簇離子的氧原子數為16個以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的半導體磊晶晶圓的製造方法，其中所述簇離子照射的碳的劑量為1.0×1013原子/cm2以上且1.0×1017原子/cm2以下。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的半導體磊晶晶圓的製造方法，其中所述半導體晶圓為矽晶圓。
  4. 一種半導體磊晶晶圓，其特徵在於具有：半導體晶圓，形成於所述半導體晶圓的表面部且碳、氫及氧於所述半導體晶圓中固溶而成的改質層，以及所述改質層上的磊晶層，所述改質層中的所述碳的深度方向的碳濃度分佈的碳峰值濃度為1.0×1015原子/cm3以上且為1.0×1020原子/cm3以下，所述改質層中的所述氫的深度方向的氫濃度分佈的氫峰值濃度為1.0×1017原子/cm3以上，所述改質層中的所述氧的深度方向的氧濃度分佈的氧峰值濃度為5.0×1018原子/cm3以上。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的半導體磊晶晶圓，其中所述氧峰值濃度為1.0×1019原子/cm3以上。
  6. 如申請專利範圍第4項或第5項所述的半導體磊晶晶圓，其中所述碳濃度分佈、所述氫濃度分佈及所述氧濃度分佈的至少任一者為雙峰型的濃度分佈。
  7. 如申請專利範圍第4項或第5項所述的半導體磊晶晶圓，其中於所述改質層中存在含有第一黑點狀缺陷的第一層、及含有尺寸較所述第一黑點狀缺陷更大的第二黑點狀缺陷的第二層，於所述深度方向上，所述第一層位於較所述第二層更靠所述磊晶層側。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的半導體磊晶晶圓，其中所述第一黑點狀缺陷的密度為1.0×1016個/cm3以上且1.0×1018個/cm3以下，所述第二黑點狀缺陷的密度為1.0×1014個/cm3以上且1.0×1016個/cm3以下。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的半導體磊晶晶圓，其中於所述改質層中，所述第一黑點狀缺陷存在於距所述半導體晶圓與所述磊晶層的界面於深度方向上為30nm以上且150nm以下的深度位置，所述第二黑點狀缺陷存在於距所述界面於深度方向上為60nm以上且150nm以下的深度位置。
  10. 如申請專利範圍第4項或第5項所述的半導體磊晶晶圓，其中所述半導體晶圓包含矽晶圓。
  11. 一種固體攝像元件的製造方法，其特徵在於：於藉由如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的製造方法所製造的半導體磊晶晶圓或如申請專利範圍第4項至第10項中任一項所述的半導體磊晶晶圓的所述磊晶層上，形成固體攝像元件。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6327393B1 (ja) * 2017-02-28 2018-05-23 株式会社Sumco エピタキシャルシリコンウェーハの不純物ゲッタリング能力の評価方法及びエピタキシャルシリコンウェーハ
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JP6801682B2 (ja) * 2018-02-27 2020-12-16 株式会社Sumco 半導体エピタキシャルウェーハの製造方法及び半導体デバイスの製造方法
JP6988990B2 (ja) * 2018-03-01 2022-01-05 株式会社Sumco エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法およびエピタキシャルシリコンウェーハ
JP6930459B2 (ja) * 2018-03-01 2021-09-01 株式会社Sumco 半導体エピタキシャルウェーハの製造方法
JP6874718B2 (ja) * 2018-03-01 2021-05-19 株式会社Sumco 半導体エピタキシャルウェーハの製造方法
JP7067465B2 (ja) * 2018-12-27 2022-05-16 株式会社Sumco 半導体ウェーハの評価方法及び半導体ウェーハの製造方法
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060093753A1 (en) * 2004-10-29 2006-05-04 Nickel Janice H Method of engineering a property of an interface
JP2008103664A (ja) * 2006-09-20 2008-05-01 Fujifilm Corp 裏面照射型撮像素子の製造方法および裏面照射型撮像素子、並びにこれを備えた撮像装置
US7749849B2 (en) * 2007-12-18 2010-07-06 Micron Technology, Inc. Methods of selectively oxidizing semiconductor structures, and structures resulting therefrom
JP2010114409A (ja) * 2008-10-10 2010-05-20 Sony Corp Ｓｏｉ基板とその製造方法、固体撮像装置とその製造方法、および撮像装置
US20100200774A1 (en) * 2009-02-09 2010-08-12 Tel Epion Inc. Multi-sequence film deposition and growth using gas cluster ion beam processing
CN103534791B (zh) * 2011-05-13 2016-05-11 胜高股份有限公司 半导体外延晶片的制造方法、半导体外延晶片及固体摄像元件的制造方法
JP6278591B2 (ja) 2012-11-13 2018-02-14 株式会社Sumco 半導体エピタキシャルウェーハの製造方法、半導体エピタキシャルウェーハ、および固体撮像素子の製造方法
JP5799935B2 (ja) * 2012-11-13 2015-10-28 株式会社Sumco 半導体エピタキシャルウェーハの製造方法、半導体エピタキシャルウェーハ、および固体撮像素子の製造方法
JP6516957B2 (ja) * 2013-09-04 2019-05-22 株式会社Sumco エピタキシャルウェーハの製造方法及び貼り合わせウェーハの製造方法
JP6056772B2 (ja) * 2014-01-07 2017-01-11 株式会社Sumco エピタキシャルウェーハの製造方法およびエピタキシャルウェーハ

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