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JP6504082B2 - Semiconductor epitaxial wafer, method of manufacturing the same, and method of manufacturing solid-state imaging device - Google Patents
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Semiconductor epitaxial wafer, method of manufacturing the same, and method of manufacturing solid-state imaging device Download PDF

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Description

本発明は、半導体エピタキシャルウェーハおよびその製造方法ならびに固体撮像素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor epitaxial wafer, a method of manufacturing the same, and a method of manufacturing a solid-state imaging device.

半導体ウェーハ上にエピタキシャル層が形成された半導体エピタキシャルウェーハは、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、DRAM(Dynamic Random Access Memory)メモリ、パワートランジスタおよび裏面照射型固体撮像素子など、種々の半導体デバイスを作製するためのデバイス基板として用いられている。   A semiconductor epitaxial wafer in which an epitaxial layer is formed on a semiconductor wafer includes various types such as MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), DRAM (Dynamic Random Access Memory) memory, power transistor, and backside illuminated solid-state imaging device. It is used as a device substrate for producing semiconductor devices.

ここで、半導体デバイスの特性を劣化させる要因として、金属汚染が挙げられる。例えば、裏面照射型固体撮像素子では、この素子の基板となる半導体エピタキシャルウェーハに混入した金属は、固体撮像素子の暗電流を増加させる要因となり、白傷欠陥と呼ばれる欠陥を生じさせる。裏面照射型固体撮像素子は、配線層などをセンサー部よりも下層に配置することで、外からの光をセンサーに直接取り込み、暗所などでもより鮮明な画像や動画を撮影することができるため、近年、デジタルビデオカメラやスマートフォンなどの携帯電話に広く用いられている。そのため、白傷欠陥を極力減らすことが望まれている。   Here, metal contamination is mentioned as a factor which degrades the characteristic of a semiconductor device. For example, in the backside illuminated solid-state imaging device, the metal mixed in the semiconductor epitaxial wafer as the substrate of this device causes the dark current of the solid-state imaging device to increase and causes a defect called a white flaw defect. The back-illuminated solid-state imaging device can receive external light directly into the sensor and can capture clearer images and moving images even in a dark place by arranging the wiring layer and the like in the lower layer than the sensor unit. In recent years, it is widely used in mobile phones such as digital video cameras and smartphones. Therefore, it is desirable to reduce white flaw defects as much as possible.

ウェーハへの金属の混入は、主に半導体エピタキシャルウェーハの製造工程および固体撮像素子の製造工程(デバイス製造工程)において生じる。前者の半導体エピタキシャルウェーハの製造工程における金属汚染は、エピタキシャル成長炉の構成材からの重金属パーティクルによるもの、あるいは、エピタキシャル成長時の炉内ガスとして塩素系ガスを用いるために、その配管材料が金属腐食して発生する重金属パーティクルによるものなどが考えられる。近年、これら金属汚染は、エピタキシャル成長炉の構成材を耐腐食性に優れた材料に交換するなどにより、ある程度は改善されてきているが、十分ではない。一方、後者の固体撮像素子の製造工程においては、イオン注入、拡散および酸化熱処理などの各処理中で、半導体基板の重金属汚染が懸念される。   The metal contamination of the wafer mainly occurs in the manufacturing process of the semiconductor epitaxial wafer and the manufacturing process (device manufacturing process) of the solid-state imaging device. The metal contamination in the former semiconductor epitaxial wafer manufacturing process is caused by heavy metal particles from the components of the epitaxial growth furnace or the pipe material corrodes metal because chlorine-based gas is used as the furnace gas at the time of epitaxial growth. The thing by the heavy metal particle which generate | occur | produces etc. is considered. In recent years, these metal contaminations have been improved to some extent, for example, by replacing the constituent material of the epitaxial growth furnace with a material having excellent corrosion resistance, but this is not sufficient. On the other hand, in the process of manufacturing the latter solid-state imaging device, heavy metal contamination of the semiconductor substrate may be concerned during the processes such as ion implantation, diffusion, and oxidation heat treatment.

このような重金属汚染を抑制するために、重金属を捕獲するためのゲッタリングサイトを半導体ウェーハ中に形成する技術がある。その方法の一つとして、半導体ウェーハ中にイオンを注入し、その後エピタキシャル層を形成する方法が知られている。この方法では、イオン注入領域がゲッタリングサイトとして機能する。   In order to suppress such heavy metal contamination, there is a technique of forming gettering sites for capturing heavy metals in a semiconductor wafer. As one of the methods, a method is known in which ions are implanted into a semiconductor wafer and then an epitaxial layer is formed. In this method, the ion implantation region functions as a gettering site.

本願出願人は、特許文献1において、半導体ウェーハの表面にクラスターイオンを照射して、該半導体ウェーハの表面部に、前記クラスター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、を有する半導体エピタキシャルウェーハの製造方法を提案している。   In Patent Document 1, the applicant of the present application irradiates cluster ions on the surface of a semiconductor wafer to form a modified layer in which component elements of the cluster ions are solid-solved on the surface of the semiconductor wafer; And a second step of forming an epitaxial layer on the modified layer of the semiconductor wafer.

国際公開第2012/157162号International Publication No. 2012/157162

特許文献1では、クラスターイオンを照射して形成した改質層は、モノマーイオン(シングルイオン)を注入して得たイオン注入領域よりも高いゲッタリング能力が得られることが示されている。ここで、特許文献1における改質層によるゲッタリング能力をより高くするには、例えばクラスターイオンのドーズ量を多くすることが有効である。しかしながら、ドーズ量を多くしすぎると、改質層でのその後に形成するエピタキシャル層にエピタキシャル欠陥が多数発生してしまう。このように、ドーズ量増加によるゲッタリング能力の改善には限界がある。   Patent Document 1 shows that a modified layer formed by irradiating cluster ions can obtain higher gettering capability than an ion-implanted region obtained by implanting monomer ions (single ions). Here, in order to further increase the gettering ability of the modified layer in Patent Document 1, for example, it is effective to increase the dose amount of cluster ions. However, if the dose amount is too high, a large number of epitaxial defects will occur in the epitaxial layer to be formed later in the modified layer. Thus, there is a limit to the improvement of the gettering ability by the increase of the dose.

そこで本発明は、上記課題に鑑み、より優れたゲッタリング能力を有し、かつ、エピタキシャル欠陥の発生を抑制できる半導体エピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを目的とする。   Then, in view of the above-mentioned subject, an object of the present invention is to provide a manufacturing method of a semiconductor epitaxial wafer which has more superior gettering ability, and can control generating of an epitaxial fault.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した。ところで、半導体エピタキシャルウェーハ、特にエピタキシャルシリコンウェーハを作製する際に、ベース基板となるシリコンウェーハ内に含まれる酸素は、エピタキシャル層形成時の熱処理によってエピタキシャル層内へ拡散してしまう。酸素濃度が比較的高濃度なエピタキシャル層は、用途によっては半導体デバイス品質に悪影響を及ぼす懸念がある。そのため、従来技術では半導体エピタキシャルウェーハを作製する際に、ベース基板への酸素イオン注入は好ましくないと考えられていた。また、酸素イオン注入によりベース基板に酸素の高濃度層を形成した場合、エピタキシャル層形成時の熱処理に起因してシリコンウェーハ内部に結晶欠陥である酸素析出物(シリコン酸化物析出物の通称であり、BMD:Bulk Micro Defectともいう。)が形成されるおそれがあり、ひいては、エピタキシャル層表面にBMD起因のエピタキシャル欠陥が発生するおそれもある。   The present inventors diligently studied to solve the above problems. By the way, when manufacturing a semiconductor epitaxial wafer, especially an epitaxial silicon wafer, oxygen contained in a silicon wafer to be a base substrate is diffused into the epitaxial layer by heat treatment at the time of forming the epitaxial layer. The epitaxial layer having a relatively high concentration of oxygen may have adverse effects on the semiconductor device quality depending on the application. Therefore, in the prior art, it was considered that oxygen ion implantation into the base substrate was not preferable when producing a semiconductor epitaxial wafer. In addition, when a high concentration layer of oxygen is formed on the base substrate by oxygen ion implantation, oxygen precipitates which are crystal defects inside the silicon wafer due to heat treatment at the time of epitaxial layer formation (common name of silicon oxide precipitates) BMD: also referred to as “Bulk Micro Defect” may be formed, and in turn, there may be an occurrence of an epitaxial defect due to BMD on the surface of the epitaxial layer.

ここで、クラスターイオンの形態で酸素を炭素および水素と共に半導体ウェーハに照射した場合は、炭素が局所的に固溶した改質層を形成することができる。本発明者の検討によると、この改質層は酸素もトラップすることができるため、エピタキシャル層に与える影響は小さいのではないかと考えた。また、酸素原子は炭素原子よりも質量数が大きく、原子半径も大きいため、炭素ドーズ量が少なくても照射ダメージを大きくでき、ゲッタリング能力を高くできるのではないかと考えた。さらに、炭素と酸素は原子量が比較的近いため、両者をクラスターイオンの形態で照射した場合の炭素の注入飛程が酸素の注入飛程よりも浅くなって、エピタキシャル層への酸素拡散を抑制できるのではないかとも考えた。そこで本発明者は、構成元素として炭素、水素および酸素を含むクラスターイオンの照射を着想し、従来のクラスターイオン照射と炭素のドーズ量が同程度であっても、より高いゲッタリング能力が得られ、かつ、エピタキシャル欠陥の発生を抑制できることを知見し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。   Here, when the semiconductor wafer is irradiated with oxygen together with carbon and hydrogen in the form of cluster ions, a reformed layer in which carbon is solid-solved locally can be formed. According to the study of the present inventor, this modified layer can also trap oxygen, so it was considered that the influence on the epitaxial layer may be small. In addition, since oxygen atoms have a mass number larger than carbon atoms and an atomic radius also, it is considered that irradiation damage can be increased even if the carbon dose is small, and gettering ability can be increased. Furthermore, since the atomic weights of carbon and oxygen are relatively close, the implantation range of carbon when both are irradiated in the form of cluster ions becomes shallower than the implantation range of oxygen, and oxygen diffusion to the epitaxial layer can be suppressed. I also thought it was not. Therefore, the inventors have conceived of the irradiation of cluster ions containing carbon, hydrogen and oxygen as constituent elements, and higher gettering ability can be obtained even if conventional cluster ion irradiation and the dose amount of carbon are comparable. And, it has been found that the occurrence of epitaxial defects can be suppressed, and the present invention has been completed. That is, the gist configuration of the present invention is as follows.

(1)半導体ウェーハの表面に、構成元素として炭素、水素および酸素を含むクラスターイオンを照射して、該半導体ウェーハの表面部に、前記クラスター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、
該第1工程の後、前記半導体ウェーハの前記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。
(1) Irradiating cluster ions containing carbon, hydrogen and oxygen as constituent elements on the surface of the semiconductor wafer to form a modified layer in which the constituent elements of the cluster ions form a solid solution on the surface of the semiconductor wafer The first step;
A second step of forming an epitaxial layer on the modified layer of the semiconductor wafer after the first step, and a method of manufacturing a semiconductor epitaxial wafer.

(2)前記クラスターイオンの炭素原子数が16個以下であり、かつ、前記クラスターイオンの酸素原子数が16個以下である、前記(1)に記載の半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。 (2) The method for producing a semiconductor epitaxial wafer according to (1), wherein the number of carbon atoms of the cluster ion is 16 or less, and the number of oxygen atom of the cluster ion is 16 or less.

(3)前記クラスターイオンの照射による炭素のドーズ量が1.0×1013atoms/cm2以上1.0×1017atoms/cm2以下である、前記(1)または(2)に記載の半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。 (3) The above-mentioned (1) or (2), wherein the dose amount of carbon by the irradiation of the cluster ion is 1.0 × 10 13 atoms / cm 2 or more and 1.0 × 10 17 atoms / cm 2 or less Method of manufacturing semiconductor epitaxial wafer.

(4)前記半導体ウェーハがシリコンウェーハである、前記(1)〜(3)のいずれかに記載の半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。 (4) The manufacturing method of the semiconductor epitaxial wafer in any one of said (1)-(3) whose said semiconductor wafer is a silicon wafer.

(5)半導体ウェーハと、該半導体ウェーハの表面部に形成された、該半導体ウェーハ中に炭素、水素および酸素が固溶した改質層と、該改質層上のエピタキシャル層と、を有し、
前記改質層における前記炭素の深さ方向の炭素濃度プロファイルの炭素ピーク濃度が、1.0×1015atoms/cm以上1.0×1020atoms/cm以下であり、
前記改質層における前記水素の深さ方向の水素濃度プロファイルの水素ピーク濃度が、1.0×1017atoms/cm以上であり、
前記改質層における前記酸素の深さ方向の酸素濃度プロファイルの酸素ピーク濃度が、5.0×1018atoms/cm以上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。
(5) A semiconductor wafer, a reformed layer formed on the surface portion of the semiconductor wafer, in which carbon, hydrogen and oxygen are solid-solved in the semiconductor wafer, and an epitaxial layer on the reformed layer ,
The carbon peak concentration of the carbon concentration profile in the depth direction of carbon in the modified layer is 1.0 × 10 15 atoms / cm 3 or more and 1.0 × 10 20 atoms / cm 3 or less,
The hydrogen peak concentration of the hydrogen concentration profile in the depth direction of the hydrogen in the reforming layer is 1.0 × 10 17 atoms / cm 3 or more,
A semiconductor epitaxial wafer characterized in that an oxygen peak concentration of the oxygen concentration profile in the depth direction of the oxygen in the modified layer is 5.0 × 10 18 atoms / cm 3 or more.

(6)前記酸素ピーク濃度が、1.0×1019atoms/cm以上である、前記(5)に記載の半導体エピタキシャルウェーハ。 (6) The semiconductor epitaxial wafer according to (5), wherein the oxygen peak concentration is 1.0 × 10 19 atoms / cm 3 or more.

(7)前記炭素濃度プロファイル、前記水素濃度プロファイルおよび前記酸素濃度プロファイルの少なくともいずれかが双峰型の濃度プロファイルである、前記(5)または(6)に記載の半導体エピタキシャルウェーハ。 (7) The semiconductor epitaxial wafer according to (5) or (6), wherein at least one of the carbon concentration profile, the hydrogen concentration profile, and the oxygen concentration profile is a bimodal concentration profile.

(8)前記改質層に第1の黒点状欠陥を含む第1層と、第2の黒点状欠陥を含む第2層とが存在し、
前記深さ方向において前記第1層は、前記第2層よりも前記エピタキシャル層側に位置する、前記(5)〜(7)に記載の半導体エピタキシャルウェーハ。
(8) A first layer including a first black dot defect and a second layer including a second black dot defect are present in the modified layer,
The semiconductor epitaxial wafer according to (5) to (7), wherein the first layer is located closer to the epitaxial layer than the second layer in the depth direction.

(9)前記第1の黒点状欠陥の密度が1.0×1016個/cm以上1.0×1018個/cm以下であり、
前記第2の黒点状欠陥の密度が1.0×1014個/cm以上1.0×1016個/cm以下である、前記(8)に記載の半導体エピタキシャルウェーハ。
(9) The density of the first black dot defect is 1.0 × 10 16 / cm 3 or more and 1.0 × 10 18 / cm 3 or less,
The semiconductor epitaxial wafer according to (8), wherein the density of the second black dot defect is 1.0 × 10 14 pieces / cm 3 or more and 1.0 × 10 16 pieces / cm 3 or less.

(10)前記改質層において、前記第1の黒点状欠陥は、前記半導体ウェーハと前記エピタキシャル層との界面から深さ方向に30nm以上150nm以下の深さ位置に存在し、
前記第2の黒点状欠陥は、前記界面から深さ方向に60nm以上150nm以下の深さ位置に存在する、前記(8)または(9)に記載の半導体エピタキシャルウェーハ。
(10) In the modified layer, the first black dot-like defect is present at a depth of 30 nm or more and 150 nm or less in a depth direction from an interface between the semiconductor wafer and the epitaxial layer.
The semiconductor epitaxial wafer according to (8) or (9), wherein the second black dot-like defect is present at a depth of 60 nm or more and 150 nm or less in the depth direction from the interface.

(11)前記半導体ウェーハはシリコンウェーハからなる、前記(5)〜(10)のいずれかに記載の半導体エピタキシャルウェーハ。 (11) The semiconductor epitaxial wafer according to any one of (5) to (10), wherein the semiconductor wafer is a silicon wafer.

(12)前記(1)〜(4)のいずれか1項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または前記(5)〜(11)のいずれかに記載の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。 (12) The epitaxial of the semiconductor epitaxial wafer manufactured by the manufacturing method according to any one of (1) to (4) or the semiconductor epitaxial wafer according to any of (5) to (11) A method of manufacturing a solid-state imaging device, comprising forming a solid-state imaging device in a layer.

本発明によれば、より優れたゲッタリング能力を有し、かつ、エピタキシャル欠陥の発生を抑制できる半導体エピタキシャルウェーハの製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor epitaxial wafer having more excellent gettering capability and capable of suppressing the occurrence of epitaxial defects.

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100の製造方法を説明する摸式断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor epitaxial wafer 100 according to the embodiment of the present invention. 本発明の好適実施形態による半導体エピタキシャルウェーハ100の製造方法を説明する摸式断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the semiconductor epitaxial wafer 100 according to the preferred embodiment of the present invention. 参考実験例1において、クラスターイオンを照射した後のシリコンウェーハの炭素、水素および酸素の濃度プロファイルを示すグラフである。In the reference experiment example 1, it is a graph which shows the concentration profile of carbon of the silicon wafer after irradiating cluster ion, hydrogen, and oxygen. 参考実験例1における、クラスターイオンを照射した後のシリコンウェーハのTEM断面写真であり、(A)参考例1のTEM断面写真であり、(B)は参考例2のTEM断面写真であり、(C)は参考例3のTEM断面写真である。It is a TEM cross-section photograph of the silicon wafer after irradiating cluster ion in reference experiment example 1, (A) It is a TEM cross-section photograph of reference example 1, (B) is a TEM cross-section photograph of reference example 2, C) is a TEM cross-sectional photograph of Reference Example 3. FIG. 発明例1に係るエピタキシャルシリコンウェーハの炭素、水素および酸素の濃度プロファイルを示すグラフである。It is a graph which shows the concentration profile of carbon, hydrogen, and oxygen of the epitaxial silicon wafer concerning the example 1 of an invention. 発明例1および比較例1に係るエピタキシャルシリコンウェーハの酸素の濃度プロファイルを示すグラフである。It is a graph which shows the concentration profile of oxygen of the epitaxial silicon wafer concerning the example 1 of an invention, and the comparative example 1. 実験例1におけるエピタキシャルウェーハのエピタキシャル欠陥を示すLPDマップであり、(A)は発明例1のLPDマップであり、(B)は比較例1のLPDマップである。It is a LPD map which shows the epitaxial defect of the epitaxial wafer in Experimental example 1, (A) is a LPD map of the invention example 1, (B) is a LPD map of the comparative example 1. FIG. 実験例1における、エピタキシャルシリコンウェーハのTEM断面写真であり、(A)は発明例1のTEM断面写真であり、(B)は比較例2のTEM断面写真である。It is a TEM cross-section photograph of the epitaxial silicon wafer in Experimental example 1, (A) is a TEM cross-section photograph of the invention example 1, (B) is a TEM cross-section photograph of the comparative example 2. 図7(A)とは別の条件で取得した発明例1のTEM断面写真である。It is a TEM cross-sectional photograph of the invention example 1 acquired on conditions different from FIG. 7 (A).

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図1,2では説明の便宜上、実際の厚さの割合とは異なり、半導体ウェーハ10に対して改質層14、アモルファス層16、およびエピタキシャル層18の厚さを誇張して示す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In FIGS. 1 and 2, for convenience of explanation, the thicknesses of the modified layer 14, the amorphous layer 16, and the epitaxial layer 18 are exaggerated for the semiconductor wafer 10, unlike the ratio of the actual thickness.

(半導体エピタキシャルウェーハの製造方法)
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100の製造方法は、図1に示すように、半導体ウェーハ10の表面10Aに、構成元素として炭素、水素および酸素を含むクラスターイオン12を照射して、半導体ウェーハ10の表面部に、このクラスターイオン12の構成元素が固溶した改質層14を形成する第1工程(図1(A),(B))と、該第1工程の後、半導体ウェーハ10の改質層14上にエピタキシャル層18を形成する第2工程(図1(C))と、を有する。図1(C)は、この製造方法の結果得られた半導体エピタキシャルウェーハ100の模式断面図である。また、エピタキシャル層18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。
(Method of manufacturing semiconductor epitaxial wafer)
In the method of manufacturing a semiconductor epitaxial wafer 100 according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, the surface 10A of the semiconductor wafer 10 is irradiated with cluster ions 12 containing carbon, hydrogen and oxygen as constituent elements A first step (FIGS. 1A and 1B) of forming a modified layer 14 in which the constituent elements of the cluster ions 12 form a solid solution on the surface portion of the wafer 10 and the semiconductor wafer after the first step And a second step (FIG. 1C) of forming an epitaxial layer 18 on the ten modified layers 14. FIG. 1C is a schematic cross-sectional view of a semiconductor epitaxial wafer 100 obtained as a result of this manufacturing method. In addition, the epitaxial layer 18 is a device layer for manufacturing a semiconductor element such as a backside illuminated solid-state imaging element.

半導体ウェーハ10としては、例えばシリコン、化合物半導体(GaAs、GaN、SiC)からなり、表面にエピタキシャル層を有しないバルクの単結晶ウェーハが挙げられる。裏面照射型固体撮像素子を製造する場合、一般的にはバルクの単結晶シリコンウェーハを用いる。また、半導体ウェーハ10は、チョクラルスキ法(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たものを使用することができる。また、より高いゲッタリング能力を得るために、半導体ウェーハ10に炭素および/または窒素を添加してもよい。さらに、半導体ウェーハ10に任意のドーパントを所定濃度添加して、いわゆるn+型もしくはp+型、またはn−型もしくはp−型の基板としてもよい。   The semiconductor wafer 10 may be, for example, a bulk single crystal wafer made of silicon, compound semiconductors (GaAs, GaN, SiC) and having no epitaxial layer on the surface. In the case of manufacturing a back-illuminated solid-state imaging device, a bulk single crystal silicon wafer is generally used. The semiconductor wafer 10 may be a single crystal silicon ingot grown by the Czochralski method (CZ method) or the floating zone melting method (FZ method) and sliced by a wire saw or the like. In addition, carbon and / or nitrogen may be added to the semiconductor wafer 10 in order to obtain higher gettering ability. Furthermore, a predetermined concentration of an arbitrary dopant may be added to the semiconductor wafer 10 to form a so-called n + -type or p + -type or n--type or p--type substrate.

また、半導体ウェーハ10としては、バルク半導体ウェーハ表面に半導体エピタキシャル層が形成されたエピタキシャル半導体ウェーハを用いてもよい。例えば、バルクの単結晶シリコンウェーハの表面にシリコンエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルシリコンウェーハである。このシリコンエピタキシャル層は、CVD法により一般的な条件で形成することができる。エピタキシャル層は、厚さが0.1〜20μmの範囲内とすることが好ましく、0.2〜10μmの範囲内とすることがより好ましい。   Further, as the semiconductor wafer 10, an epitaxial semiconductor wafer in which a semiconductor epitaxial layer is formed on the surface of a bulk semiconductor wafer may be used. For example, it is an epitaxial silicon wafer in which a silicon epitaxial layer is formed on the surface of a bulk single crystal silicon wafer. This silicon epitaxial layer can be formed by CVD under general conditions. The thickness of the epitaxial layer is preferably in the range of 0.1 to 20 μm, and more preferably in the range of 0.2 to 10 μm.

ここで、本実施形態の特徴的工程の一つは、図1(A)に示す第1工程である。本明細書において「クラスターイオン」とは、原子または分子が複数集合して塊となったクラスターに正電荷または負電荷を与え、イオン化したものを意味する。クラスターは、複数(通常2〜2000個程度)の原子または分子が互いに結合した塊状の集団である。   Here, one of the characteristic steps of this embodiment is the first step shown in FIG. As used herein, “cluster ion” refers to an ion or ion that imparts a positive charge or a negative charge to a cluster formed by aggregating a plurality of atoms or molecules. A cluster is a massive group in which a plurality of (usually about 2 to 2000) atoms or molecules are bonded to one another.

半導体ウェーハの一種であるシリコンウェーハにクラスターイオンを照射する場合、クラスターイオン12は、シリコンウェーハに照射されるとそのエネルギーで瞬間的に1350〜1400℃程度の高温状態となり、シリコンが融解する。その後、シリコンは急速に冷却され、シリコンウェーハ中の表面近傍にクラスターイオン12の構成元素が固溶する。すなわち、本明細書における「改質層」とは、照射するイオンの構成元素が半導体ウェーハ表面部の結晶の格子間位置または置換位置に固溶した層を意味する。二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Iron Mass Spectrometry)によるシリコンウェーハの深さ方向における炭素の濃度プロファイルは、クラスターイオンの加速電圧およびクラスターサイズに依存するが、モノマーイオンの場合に比べてシャープになり、照射された元素の局所的に存在する領域(すなわち、改質層)の厚みは、概ね500nm以下(例えば50〜400nm程度)となる。なお、本明細書における炭素、水素および酸素の各元素の「深さ方向の濃度プロファイル」は、SIMSにて測定した深さ方向の水素の濃度分布を意味する。   When cluster ions are irradiated to a silicon wafer which is a kind of semiconductor wafer, the cluster ions 12 instantaneously become high temperature of about 1350 to 1400 ° C. by the energy when the silicon ions are irradiated to the silicon wafer, and the silicon melts. Thereafter, the silicon is rapidly cooled, and the constituent elements of the cluster ions 12 form a solid solution near the surface in the silicon wafer. That is, the "reformed layer" in the present specification means a layer in which the constituent element of the ion to be irradiated is solid-solved at the interstitial position or substitution position of the crystal of the surface portion of the semiconductor wafer. The concentration profile of carbon in the depth direction of the silicon wafer by secondary ion mass spectrometry (SIMS) depends on the acceleration voltage and cluster size of cluster ions, but is sharper than that of monomer ions. The thickness of the locally present region (i.e., the modified layer) of the irradiated element is approximately 500 nm or less (e.g., about 50 to 400 nm). In addition, "the concentration profile of the depth direction of each element of carbon, hydrogen, and oxygen in this specification" means concentration distribution of hydrogen of the depth direction measured by SIMS.

クラスターイオンの形態で照射された元素は、元素種によっても挙動は異なるが、後述のエピタキシャル層18の形成過程で多少の熱拡散が起こる。クラスターイオンの構成元素に炭素が含まれる場合、エピタキシャル層18形成後の炭素の濃度プロファイルは、炭素元素が局所的に存在するピークの両側に、ブロードな拡散領域が形成される。しかし、改質層の厚み(すなわち、ピークの幅)は大きく変化しない。その結果、炭素の析出領域を局所的にかつ高濃度にすることができる。そして、この炭素の局所的な析出領域が強力なゲッタリングサイトとなる。これは、格子位置の炭素原子は共有結合半径がシリコン単結晶と比較して小さいために、シリコン結晶格子の収縮場が形成され、格子間の不純物を引き付けるためである。また、改質層14はシリコンウェーハの表面近傍、すなわちエピタキシャル層18の直下に形成されるため、近接ゲッタリングが可能となる。このように、炭素が改質層内に局所的に固溶することにより、高いゲッタリング能力が得られると考えられている。   The elements irradiated in the form of cluster ions differ in behavior depending on the element species, but some thermal diffusion occurs in the process of forming the epitaxial layer 18 described later. When carbon is contained in the constituent element of the cluster ion, the concentration profile of carbon after the formation of the epitaxial layer 18 forms a broad diffusion region on both sides of the peak where the carbon element is present locally. However, the thickness of the modified layer (ie, the width of the peak) does not change significantly. As a result, the deposition region of carbon can be locally and highly concentrated. And this local precipitation area of carbon becomes a powerful gettering site. This is because a carbon atom at a lattice position has a smaller covalent bond radius compared to a silicon single crystal, so that a contraction field of the silicon crystal lattice is formed to attract impurities between the lattices. Further, since the modified layer 14 is formed in the vicinity of the surface of the silicon wafer, that is, immediately below the epitaxial layer 18, proximity gettering becomes possible. As described above, it is considered that high gettering ability can be obtained by solid solution of carbon in the modified layer.

クラスターイオンは結合様式によって多種のクラスターが存在し、例えば以下の文献に記載されるような公知の方法で生成することができる。ガスクラスタービームの生成法として、(1)特開平9−41138号公報、(2)特開平4−354865号公報、イオンビームの生成法として、(1)荷電粒子ビーム工学:石川順三:ISBN978-4-339-00734-3:コロナ社、(2)電子・イオンビーム工学:電気学会:ISBN4-88686-217-9:オーム社、(3)クラスターイオンビーム基礎と応用:ISBN4-526-05765-7:日刊工業新聞社。また、一般的に、正電荷のクラスターイオンの発生にはニールセン型イオン源あるいはカウフマン型イオン源が用いられ、負電荷のクラスターイオンの発生には体積生成法を用いた大電流負イオン源が用いられる。   Cluster ions exist in various clusters depending on the binding mode, and can be generated by known methods, for example, as described in the following documents. As a method of generating a gas cluster beam, (1) JP-A-9-41138, (2) JP-A-4-354865, as a method of generating an ion beam, (1) Charged particle beam engineering: Junkawa Ishikawa: ISBN 978 -4-339-00734-3: Corona, (2) Electron and ion beam engineering: Institute of Electrical Engineers of Japan: ISBN 4-88686-217-9: Ohm, (3) Cluster Ion Beam Basics and Applications: ISBN 4-526-05765 -7: Nikkan Kogyo Shimbun. In general, a Nielsen type ion source or a Kauffmann type ion source is used to generate positive charge cluster ions, and a large current negative ion source using volume generation method is used to generate negative charge cluster ions. Be

ここで、本実施形態において照射するクラスターイオン12の構成元素は既述のように、炭素、水素および酸素である。本実施形態において、炭素以外に水素および酸素をクラスターイオン12の構成元素に用いる技術的意義について以下に説明する。   Here, constituent elements of the cluster ions 12 to be irradiated in the present embodiment are carbon, hydrogen and oxygen as described above. In the present embodiment, technical significance of using hydrogen and oxygen as constituent elements of the cluster ion 12 in addition to carbon will be described below.

参考実験例1において実験条件の詳細を後述するが、クラスターイオンをCHOとしてシリコンウェーハに照射した参考例1(炭素のドーズ量:1.0×1015atoms/cm2)のTEM断面図(図4(A))では、アモルファス領域が形成されていることが確認できる。一方、クラスターイオンをCとした以外は、参考例1と同様にクラスターイオン照射を行った参考例2(炭素のドーズ量:1.0×1015atoms/cm2)のTEM断面図(図4(B))では、アモルファス領域が形成されていないことが確認できる。なお、図4(A),(B)において破線で囲んだ淡色部分がアモルファス領域である。アモルファス領域が形成された場合、アモルファス領域が形成されない場合に比べてゲッタリング能力が高まる。 The details of the experimental conditions in Reference Experimental Example 1 will be described later, but a TEM cross-sectional view of Reference Example 1 (dose of carbon: 1.0 × 10 15 atoms / cm 2 ) in which cluster ions are irradiated onto silicon wafers as CH 3 O In (FIG. 4A), it can be confirmed that an amorphous region is formed. On the other hand, TEM cross-sectional view of Reference Example 2 (dose of carbon: 1.0 × 10 15 atoms / cm 2 ) in which cluster ion irradiation was performed in the same manner as Reference Example 1 except that the cluster ion was changed to C 2 H 3 . In FIG. 4B, it can be confirmed that the amorphous region is not formed. Light-colored portions surrounded by broken lines in FIGS. 4A and 4B are amorphous regions. When the amorphous region is formed, the gettering ability is enhanced as compared to the case where the amorphous region is not formed.

上述の参考例1,2により実験的に示されるように、炭素のドーズ量が同じであっても、クラスターイオンが構成元素として酸素を含む方が、アモルファス領域を形成しやすくなることが実験的に明らかとなった。参考例2と同様のCをクラスターイオンとして用いる場合、アモルファス領域を形成するためには、詳細を後述する参考例3(炭素のドーズ量:1.5×1015atoms/cm2)のTEM断面図(図4(C))のように、炭素のドーズ量を増大する必要がある。前述のとおり、炭素のドーズ量を増大させすぎると、高いゲッタリング能力が得られるものの、エピタキシャル欠陥の発生のおそれが生じる。 As experimentally shown by the above-described reference examples 1 and 2, it is experimentally found that the amorphous region is more easily formed when cluster ions contain oxygen as a constituent element even if the dose of carbon is the same. It became clear. When C 2 H 3 similar to Reference Example 2 is used as a cluster ion, Reference Example 3 (a dose of carbon: 1.5 × 10 15 atoms / cm 2 ) described in detail later to form an amorphous region. It is necessary to increase the dose of carbon, as shown in the TEM cross-sectional view (FIG. 4C). As described above, if the dose of carbon is increased too much, although high gettering capability can be obtained, there is a possibility that epitaxial defects will occur.

そして、実験例1において実験条件の詳細を後述するが、構成元素として炭素、水素および酸素を含むクラスターイオンを照射し、次いでエピタキシャル層を形成した発明例1に係るエピタキシャルシリコンウェーハにおいて、ベース基板となるシリコンウェーハ内に酸素を局所的に固溶させても、エピタキシャル層表面に及ぼす影響はほとんどないか、影響があったとしても限定的であることが確認された。   The details of the experimental conditions will be described later in Experimental Example 1. In the epitaxial silicon wafer according to Inventive Example 1 in which the cluster layer containing carbon, hydrogen and oxygen as constituent elements is irradiated and then the epitaxial layer is formed, It has been confirmed that even if oxygen is locally dissolved in the silicon wafer, there is almost no influence on the surface of the epitaxial layer, or even if the influence is limited, it is limited.

これらの実験結果からもわかるように、構成元素として炭素、水素および酸素を含むクラスターイオン12を照射することで、改質層14内にアモルファス領域が形成されやすくなり(すなわち、照射ダメージが大きくなる。)、ひいては半導体エピタキシャルウェーハ100のゲッタリング能力を高められるのである。そして、酸素注入による悪影響も、クラスターイオン照射の形態であれば限定的となる。   As can be understood from these experimental results, by irradiating cluster ions 12 containing carbon, hydrogen and oxygen as constituent elements, an amorphous region is easily formed in the modified layer 14 (that is, the irradiation damage becomes large) Finally, the gettering capability of the semiconductor epitaxial wafer 100 can be enhanced. And the bad influence by oxygen injection will also be limited if it is a form of cluster ion irradiation.

本実施形態に従う発明は理論に束縛されるものではないが、このような効果が得られる理由について、本発明者は現時点では以下のように考えている。すなわち、酸素原子は炭素原子よりも原子半径が大きいために、クラスターイオンによる照射ダメージを大きくすることができる。そして、酸素の方が炭素よりも原子量が大きいために、クラスターイオンの形態で注入された場合には、酸素の注入飛程は炭素の注入飛程よりも若干大きくなり、より深い側に酸素濃度ピークが位置することなる。したがって、形成される改質層14の幅が広がることで、ゲッタリング能力が増大することが考えられる。また、照射された酸素およびシリコンウェーハ基板内に照射前から存在する酸素は、エピタキシャル層形成時の熱処理により拡散するが、炭素の局所的な析出領域にトラップされ、エピタキシャル層への酸素拡散は限定的である。一方、同時に注入される水素はエピタキシャル層の形成時に相当量拡散し空孔を生成する。このとき、酸素が空孔結合することで、従来には存在しなかった新たなゲッタリングシンクが形成されるのではないかとも考えられる。実際に、炭素、水素および酸素を構成元素に含むクラスターイオン照射を行うことにより、酸素を構成元素に含まないクラスターイオン照射を行った場合に比べてゲッタリング能力が飛躍的に増大する。このような従来にないゲッタリングシンクの形成は、実験条件の詳細を後述する図7(A)、図8のTEM断面写真に存在する大きさの異なる2種の黒点状欠陥からも推認される。エピタキシャル層との界面に近い側の小サイズの黒点状欠陥は炭素起因であり、エピタキシャル層との界面から遠い側の大サイズの黒点状欠陥は酸素を含む三元素を注入したことによる格子間シリコン起因であると推定される。このような黒点状の欠陥が観察されるのは、クラスターイオン照射により形成されたアモルファス領域がエピタキシャル層形成時に再結晶化する際に、再結晶領域が複合クラスター化した欠陥形態をとるためではないかと考えられる。さらに、炭素と酸素の同時照射により、同一の加速電圧による照射条件では、炭素の方が酸素よりも加速エネルギーの分配が小さいために浅く注入されることから、近接ゲッタリングの点でも有利であると考えられる。以上のような、炭素、水素および酸素の三元素をクラスターイオンの形態での同時照射による相乗効果により、明確なゲッタリング能力の増大が得られたのではないか、と本発明者は考えている。
Although the invention according to the present embodiment is not bound by theory, the present inventors currently consider the reason why such an effect can be obtained as follows. That is, since the atomic radius of the oxygen atom is larger than that of the carbon atom, the irradiation damage by cluster ions can be increased. And since oxygen has a larger atomic weight than carbon, when implanted in the form of cluster ions, the injection range of oxygen becomes slightly larger than the injection range of carbon, and the oxygen concentration at the deeper side The peak will be located. Therefore, it is conceivable that the gettering capability is increased by the increase in the width of the formed modified layer 14. In addition, the irradiated oxygen and oxygen existing before irradiation in the silicon wafer substrate are diffused by the heat treatment at the time of forming the epitaxial layer, but are trapped in the local precipitation region of carbon, and the oxygen diffusion to the epitaxial layer is limited. It is On the other hand, hydrogen which is simultaneously implanted diffuses to a considerable extent at the time of formation of the epitaxial layer to form vacancies. At this time, it is also considered that the vacancy bonding of oxygen results in the formation of a new gettering sink which did not exist conventionally. Indeed, carbon, by performing cluster ion irradiation comprising the constituent elements of hydrogen and oxygen, gettering capability increases dramatically compared to the case of performing the morphism cluster ion Intel free oxygen constituent elements. The formation of such a non-conventional gettering sink can be inferred also from two types of black-spot-like defects of different sizes present in the TEM cross-sectional photographs of FIG. 7A and FIG. . Small size black point defects near the interface with the epitaxial layer are due to carbon, and large size black spots near the interface with the epitaxial layer are interstitial silicon due to implantation of the three elements including oxygen. It is presumed to be the cause. The reason why such a black dot-like defect is observed is not because the recrystallized region takes the form of a complex clustered defect when the amorphous region formed by the cluster ion irradiation is recrystallized at the time of forming the epitaxial layer. It is thought that. Furthermore, due to the simultaneous irradiation of carbon and oxygen, carbon is injected shallower because the distribution of acceleration energy is smaller than that of oxygen under irradiation conditions with the same acceleration voltage, which is also advantageous in terms of proximity gettering. it is conceivable that. The inventor thinks that the synergetic effect of simultaneous irradiation of the three elements of carbon, hydrogen and oxygen in the form of cluster ions as described above has resulted in a clear increase in gettering ability. There is.

なお、イオン化させる化合物は特に限定されないが、イオン化が可能な化合物としては、例えばジエチルエーテル(C10O)、エタノール(CO)、ジエチルケトン(C10O)などを用いることができる。特に、ジエチルエーテル、エタノール、などより生成したクラスターC(l,m,nは互いに独立で有り、1≦n≦16,1≦m≦16,1≦l≦16)を用いることが好ましい。特に、クラスターイオンの炭素原子数が16個以下であり、かつ、クラスターイオンの酸素原子数が16個以下であることが好ましい。小サイズのクラスターイオンビームを制御し易いためである。 The compound to be ionized is not particularly limited, but examples of compounds that can be ionized include diethyl ether (C 4 H 10 O), ethanol (C 2 H 6 O), diethyl ketone (C 5 H 10 O), etc. It can be used. In particular, clusters C n H m O l (l, m, n are independent of one another, and formed from diethyl ether, ethanol, etc., and 1 ≦ n ≦ 16, 1 ≦ m ≦ 16, 1 ≦ l ≦ 16) are used Is preferred. In particular, the number of carbon atoms of the cluster ion is preferably 16 or less, and the number of oxygen atom of the cluster ion is preferably 16 or less. This is because it is easy to control a small size cluster ion beam.

また、既述の炭素、水素および酸素の三元素が含まれれば、他の構成元素がクラスターイオン12に含まれていてもよい。これら三元素以外のクラスターイオン12の構成元素として、例えばボロン、リン、ヒ素などのドーパント元素を挙げることができる。すなわち、炭素、水素および酸素に加えて、ボロン、リン、ヒ素およびアンチモンからなる群より選択された1または2以上のドーパント元素をクラスターイオンの形態で照射することも好ましい。固溶する元素の種類により効率的にゲッタリング可能な不純物金属の種類が異なるため、複数の元素を固溶させることにより、より幅広い金属汚染に対応できるからである。例えば、炭素の場合、ニッケル(Ni)を効率的にゲッタリングすることができ、ボロンの場合、銅(Cu)、鉄(Fe)を効率的にゲッタリングすることができる。なお、本明細書において、ドーパント元素とは、シリコン結晶の格子位置に置換され、シリコン結晶の電気伝導性を変化させることができる元素を指す。具体的にはp型ドーパントとしてはボロン、n型ドーパントとしてはリン、砒素、アンチモンなどが挙げられる。   In addition, as long as the three elements of carbon, hydrogen and oxygen described above are contained, other constituent elements may be contained in the cluster ion 12. Examples of constituent elements of the cluster ions 12 other than these three elements include dopant elements such as boron, phosphorus, and arsenic. That is, in addition to carbon, hydrogen and oxygen, it is also preferable to irradiate with one or more dopant elements selected from the group consisting of boron, phosphorus, arsenic and antimony in the form of cluster ions. Because the types of impurity metals that can be gettered efficiently differ depending on the type of element to be solid-solved, it is possible to cope with a wider range of metal contamination by solid-dissolving a plurality of elements. For example, in the case of carbon, nickel (Ni) can be gettered efficiently, and in the case of boron, copper (Cu) and iron (Fe) can be gettered efficiently. In the present specification, a dopant element refers to an element which is substituted at a lattice position of a silicon crystal and can change the electrical conductivity of the silicon crystal. Specifically, examples of the p-type dopant include boron, and examples of the n-type dopant include phosphorus, arsenic, and antimony.

クラスターサイズは2〜100個、好ましくは60個以下、より好ましくは50個以下で適宜設定することができる。クラスターサイズの調整は、ノズルから噴出されるガスのガス圧力および真空容器の圧力、イオン化する際のフィラメントへ印加する電圧などを調整することにより行うことができる。なお、クラスターサイズは、四重極高周波電界による質量分析またはタイムオブフライト質量分析によりクラスター個数分布を求め、クラスター個数の平均値をとることにより求めることができる。   The cluster size can be appropriately set to 2 to 100, preferably 60 or less, more preferably 50 or less. The cluster size can be adjusted by adjusting the gas pressure of the gas ejected from the nozzle, the pressure of the vacuum vessel, the voltage applied to the filament at the time of ionization, and the like. The cluster size can be determined by obtaining a cluster number distribution by mass spectrometry or time-of-flight mass spectrometry using a quadrupole high frequency electric field, and taking an average value of the number of clusters.

なお、クラスターイオンの加速電圧は、クラスターサイズとともに、クラスターイオンの構成元素の深さ方向の濃度プロファイルのピーク位置に影響を与える。本実施形態においては、クラスターイオンの加速電圧を、0keV/Cluster超え200keV/Cluster未満とすることができ、100keV/Cluster以下とすることが好ましく、80keV/Cluster以下とすることがさらに好ましい。なお、加速電圧の調整には、(1)静電加速、(2)高周波加速の2方法が一般的に用いられる。前者の方法としては、複数の電極を等間隔に並べ、それらの間に等しい電圧を印加して、軸方向に等加速電界を作る方法がある。後者の方法としては、イオンを直線状に走らせながら高周波を用いて加速する線形ライナック法がある。   The acceleration voltage of the cluster ions affects the peak position of the concentration profile in the depth direction of the constituent elements of the cluster ions as well as the cluster size. In the present embodiment, the acceleration voltage of cluster ions can be more than 0 keV / Cluster but less than 200 keV / Cluster, preferably 100 keV / Cluster or less, and more preferably 80 keV / Cluster or less. In addition, two methods of (1) electrostatic acceleration and (2) high frequency acceleration are generally used for adjustment of acceleration voltage. As the former method, there is a method of arranging a plurality of electrodes at equal intervals and applying an equal voltage between them to create an equal acceleration electric field in the axial direction. As the latter method, there is a linear linac method in which ions are accelerated by using high frequency while traveling linearly.

また、クラスターイオンのドーズ量は、イオン照射時間を制御することにより調整することができる。炭素、水素および酸素の各元素のドーズ量は、クラスターイオン種と、クラスターイオンのドーズ量(Cluster/cm)で定まる。本実施形態では、炭素のドーズ量を1×1013〜1×1017atoms/cmとすることができ、好ましくは5×1013atoms/cm以上5×1016atoms/cm以下とする。炭素のドーズ量が1×1013atoms/cm未満の場合、十分なゲッタリング能力が得られない場合があり、炭素のドーズ量が1×1016atoms/cm超えの場合、エピタキシャル層18の表面に大きなダメージを与えるおそれがあるからである。 Also, the dose amount of cluster ions can be adjusted by controlling the ion irradiation time. The dose of each element of carbon, hydrogen and oxygen is determined by the cluster ion species and the dose (Cluster / cm 2 ) of cluster ions. In this embodiment, the dose amount of carbon can be 1 × 10 13 to 1 × 10 17 atoms / cm 2 , preferably 5 × 10 13 atoms / cm 2 or more and 5 × 10 16 atoms / cm 2 or less. Do. When the dose of carbon is less than 1 × 10 13 atoms / cm 2 , sufficient gettering ability may not be obtained, and when the dose of carbon is more than 1 × 10 16 atoms / cm 2 , the epitaxial layer 18 is It is because there is a possibility of giving a great damage to the surface of.

さて、本実施形態では、前述の第1工程の後、半導体ウェーハ10の改質層14上にエピタキシャル層18を形成する第2工程を行う(図1(C))。エピタキシャル層18としては、例えばシリコンエピタキシャル層が挙げられ、一般的な条件により形成することができる。この場合、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ソースガスをチャンバー内に導入し、使用するソースガスによっても成長温度は異なるが、概ね1000〜1200℃の範囲の温度でCVD法により半導体ウェーハ10上にエピタキシャル成長させることができる。エピタキシャル層18は、厚さが1〜15μmの範囲内とすることが好ましい。1μm未満の場合、半導体ウェーハ10からのドーパントの外方拡散によりエピタキシャル層18の抵抗率が変化してしまう可能性があり、また、15μm超えの場合、固体撮像素子の分光感度特性に影響が生じるおそれがあるからである。   Now, in the present embodiment, after the above-described first step, the second step of forming the epitaxial layer 18 on the modified layer 14 of the semiconductor wafer 10 is performed (FIG. 1C). The epitaxial layer 18 may be, for example, a silicon epitaxial layer, which can be formed under general conditions. In this case, for example, hydrogen is used as a carrier gas, and a source gas such as dichlorosilane or trichlorosilane is introduced into the chamber, and the growth temperature varies depending on the source gas used, but CVD is generally performed at a temperature in the range of 1000 to 1200 ° C. The epitaxial growth can be performed on the semiconductor wafer 10 by the method. The epitaxial layer 18 preferably has a thickness in the range of 1 to 15 μm. If it is less than 1 μm, the outward diffusion of the dopant from the semiconductor wafer 10 may change the resistivity of the epitaxial layer 18, and if it exceeds 15 μm, the spectral sensitivity characteristic of the solid-state imaging device is affected. It is because there is a fear.

以上のとおり、本実施形態により、より優れたゲッタリング能力を有し、かつ、エピタキシャル欠陥の発生を抑制できる半導体エピタキシャルウェーハ100の製造方法を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a method of manufacturing the semiconductor epitaxial wafer 100 which has more excellent gettering capability and can suppress the occurrence of epitaxial defects.

なお、第1工程の後、第2工程に先立ち、半導体ウェーハ10に対して結晶性回復のための回復熱処理を行ってもよい。この場合の回復熱処理としては、例えば窒素ガスまたはアルゴンガスなどの雰囲気下、900℃以上1100℃以下の温度で、10分以上60分以下の間、半導体ウェーハ10をエピタキシャル装置内で保持すればよい。また、RTA(Rapid Thermal Annealing)やRTO(Rapid Thermal Oxidation)などの、エピタキシャル装置とは別個の急速昇降温熱処理装置などを用いて回復熱処理を行うこともできる。   Note that, after the first step, prior to the second step, the semiconductor wafer 10 may be subjected to a recovery heat treatment for crystalline recovery. As the recovery heat treatment in this case, for example, the semiconductor wafer 10 may be held in the epitaxial apparatus at a temperature of 900 ° C. to 1100 ° C. for 10 minutes to 60 minutes in an atmosphere such as nitrogen gas or argon gas. . Alternatively, the recovery heat treatment can also be performed using a rapid thermal processing apparatus or the like that is separate from an epitaxial apparatus such as RTA (Rapid Thermal Annealing) or RTO (Rapid Thermal Oxidation).

ただし、本実施形態において上述の回復熱処理は行わなくてもよい。モノマーイオンは一般的に150〜2000keV程度の加速電圧で注入し、各イオンがそのエネルギーをもってシリコン原子と衝突するため、モノマーイオンが注入されたシリコンウェーハ表面部の結晶性が乱れ、その後にウェーハ表面上に成長させるエピタキシャル層の結晶性を乱す。一方、クラスターイオンは一般的に10〜100keV/Cluster程度の加速電圧で照射するが、クラスターは複数の原子または分子の集合体であるため、1原子または1分子あたりのエネルギーを小さくして打ち込むことができ、半導体ウェーハの結晶へ与えるダメージは小さい。そのため、本実施形態では、上記第1工程の後、半導体ウェーハに対して結晶性回復のための熱処理を行うことなく、半導体ウェーハをエピタキシャル成長装置に搬送して上記第2工程を行うことができ、高いゲッタリング能力を有する半導体エピタキシャルウェーハ100を効率的に製造することができる。   However, the above-described recovery heat treatment may not be performed in the present embodiment. Monomer ions are generally implanted at an acceleration voltage of about 150 to 2000 keV, and each ion collides with silicon atoms with its energy, so that the crystallinity of the silicon wafer surface portion into which the monomer ions are implanted is disturbed, and then the wafer surface Disrupt the crystallinity of the epitaxial layer grown on it. On the other hand, cluster ions are generally irradiated at an accelerating voltage of about 10 to 100 keV / cluster, but since clusters are an assembly of a plurality of atoms or molecules, the energy per one atom or molecule should be reduced. Damage to the crystal of the semiconductor wafer is small. Therefore, in the present embodiment, after the first step, the semiconductor wafer can be transported to the epitaxial growth apparatus to perform the second step without performing heat treatment for recovering the crystallinity of the semiconductor wafer. The semiconductor epitaxial wafer 100 having high gettering ability can be efficiently manufactured.

この理由は、前述のエピタキシャル層18を形成するためのエピタキシャル装置内で、エピタキシャル成長に先立ち行われる水素ベーク処理によって、半導体ウェーハ10の結晶性を十分回復させることができるからである。水素ベーク処理の一般的な条件は、エピタキシャル成長装置内を水素雰囲気とし、600℃以上900℃以下の炉内温度で半導体ウェーハ10を炉内に投入し、1℃/秒以上15℃/秒以下の昇温レートで1100℃以上1200℃以下の温度範囲にまで昇温させ、その温度で30秒以上1分以下の間保持するものである。この水素ベーク処理は、本来はエピタキシャル層成長前の洗浄処理によりウェーハ表面に形成された自然酸化膜を除去するためのものであるが、上記条件の水素ベークにより半導体ウェーハ10の結晶性を十分回復させることができる。   The reason is that the crystallinity of the semiconductor wafer 10 can be sufficiently recovered by the hydrogen baking process performed prior to the epitaxial growth in the epitaxial device for forming the epitaxial layer 18 described above. The general conditions of the hydrogen baking treatment are that the inside of the epitaxial growth apparatus is a hydrogen atmosphere, the semiconductor wafer 10 is introduced into the furnace at a furnace temperature of 600 ° C. to 900 ° C., and 1 ° C./s to 15 ° C./s The temperature is raised to a temperature range of 1100 ° C. or more and 1200 ° C. or less at a temperature rising rate, and the temperature is maintained for 30 seconds or more and 1 minute or less. Although this hydrogen baking treatment is originally for removing the natural oxide film formed on the wafer surface by the cleaning treatment before the epitaxial layer growth, the crystallinity of the semiconductor wafer 10 is sufficiently recovered by the hydrogen baking of the above conditions It can be done.

次に、本発明による好適実施形態を、図2(A)〜(C)を用いて説明する。図1を用いて既述の実施形態と重複する内容については、同一の符号を参照して重複する説明を省略する。本好適実施形態において、クラスターイオン12を照射する第1工程(図2(A))において、クラスターイオン12の構成元素である炭素のドーズ量を1.0×1015atoms/cm3以上とすることが好ましい。エピタキシャル層18の形成後において、改質層14内に第1の黒点状欠陥Sを含む第1層と、第2の黒点状欠陥Sを含む第2層とを形成することができるためである。この条件下での改質層14について、以下、より詳細に説明する。 Next, a preferred embodiment according to the present invention will be described using FIGS. 2 (A) to 2 (C). About the content which overlaps with embodiment as stated above using FIG. 1, the description which overlaps with reference to the same code | symbol is abbreviate | omitted. In this preferred embodiment, in the first step (FIG. 2A) of irradiating cluster ions 12, the dose of carbon which is a constituent element of cluster ions 12 is set to 1.0 × 10 15 atoms / cm 3 or more. Is preferred. After formation of the epitaxial layer 18, it is possible to form a first layer comprising a first black dot defect S 1 the reforming layer 14, and a second layer comprising a second black dot defect S 2 It is. The modified layer 14 under these conditions will be described in more detail below.

図2(B)に示すように、前述の条件下でクラスターイオン照射を行うことで、改質層14における深さ方向の一部がアモルファス層16となる。改質層14中にアモルファス層16がある場合に、前述の改質層14によるゲッタリング能力をより確実に得ることができる。なお、アモルファス領域16の表面16Aの平均深さDが半導体ウェーハ表面10Aから20nm以上であることによって、その後形成するエピタキシャル層18におけるエピタキシャル欠陥の発生を十分に抑制することができる。   As shown in FIG. 2B, by performing cluster ion irradiation under the above-described conditions, a part in the depth direction in the modified layer 14 becomes the amorphous layer 16. When the amorphous layer 16 is present in the modified layer 14, the gettering ability by the above-mentioned modified layer 14 can be more reliably obtained. When the average depth D of the surface 16A of the amorphous region 16 is 20 nm or more from the semiconductor wafer surface 10A, generation of epitaxial defects in the epitaxial layer 18 to be formed later can be sufficiently suppressed.

エピタキシャル欠陥の発生をより十分に抑制する観点から、アモルファス領域16の表面16Aの平均深さが半導体ウェーハ表面10Aから20nm以上200nm以下となるようにすることが好ましい。   The average depth of the surface 16A of the amorphous region 16 is preferably 20 nm or more and 200 nm or less from the surface 10A of the semiconductor wafer from the viewpoint of sufficiently suppressing the occurrence of epitaxial defects.

また、アモルファス領域16の平均厚さは100nm以下であることが好ましく、60nm以下であることがより好ましい。100nm超えの場合、表面16Aの平均深さを半導体ウェーハ表面10Aから20nm以上にするためのクラスター照射条件の選定が困難となるおそれがあるからである。   The average thickness of the amorphous region 16 is preferably 100 nm or less, and more preferably 60 nm or less. If it exceeds 100 nm, it may be difficult to select cluster irradiation conditions for making the average depth of the surface 16A 20 nm or more from the semiconductor wafer surface 10A.

なお、図2(B)や詳細を後述する図4(A)に見られるように、アモルファス領域16の表面16Aは、横方向の位置によって深さがばらつくが、本発明における「アモルファス領域の半導体ウェーハ表面側の表面の平均深さ」は、アモルファス層の断面を透過型電子顕微鏡(TEM: Transmission Electron Microscope)により観察し、得られたTEM画像中の表面の平均深さによって定義される。「平均深さ」は、アモルファス領域と結晶領域との境界線の最も浅い位置と深い位置の中間の深さとする。また、「アモルファス領域の平均厚さ」も、TEM画像中のアモルファス層の平均厚さ、すなわちアモルファス層の2つの表面の平均深さの差によって定義される。TEM画像の倍率は、アモルファス層が明瞭に観察できる程度であればよく、図4(A)に示す参考例1では50万倍とした   As shown in FIG. 2B and FIG. 4A which will be described in detail later, the surface 16A of the amorphous region 16 varies in depth depending on the position in the lateral direction. The “average depth of the surface on the wafer surface side” is defined by observing the cross section of the amorphous layer with a transmission electron microscope (TEM), and defining the average depth of the surface in the obtained TEM image. The “average depth” is an intermediate depth between the shallowest position and the deep position of the boundary between the amorphous region and the crystalline region. The "average thickness of the amorphous region" is also defined by the average thickness of the amorphous layer in the TEM image, ie the difference in the average depth of the two surfaces of the amorphous layer. The magnification of the TEM image should be such that the amorphous layer can be clearly observed. In the reference example 1 shown in FIG.

また、図2(C)に示すように、上述のようにしてアモルファス領域16を形成し、その後エピタキシャル層18を形成すると、エピタキシャル層18の形成後において、改質層14内に第1の黒点状欠陥Sを含む第1層と、前記第1の黒点状欠陥のサイズよりも大きい第2の黒点状欠陥Sを含む第2層とを形成することができる。黒点状欠陥Sおよび黒点状欠陥Sは、深さ方向において所定の厚みで分散してもよい。図2(C)では、黒点状欠陥Sが所定の厚みで分散していることを示す模式図である。そして、半導体エピタキシャルウェーハ100の深さ方向において第1層は第2層よりもエピタキシャル層18側に位置する。なお、前述のように黒点状欠陥Sおよび黒点状欠陥Sのいずれか一方または両方が深さ方向において所定の厚みで分散している場合には、各層の深さ方向の平均の深さ位置を基準とし第1層と第2層の位置関係を定める。黒点状欠陥S,Sの平均の深さ位置までの距離を図2(C)に示すようにそれぞれD,Dと表す場合、D<Dであれば、第1層が第2層よりもエピタキシャル層18側に位置することとなる。なお、第1層の深さ方向の厚みの範囲内に第2層が含まれていてもよい。 Further, as shown in FIG. 2C, when the amorphous region 16 is formed as described above and then the epitaxial layer 18 is formed, the first black spot in the modified layer 14 is formed after the epitaxial layer 18 is formed. a first layer comprising Jo defect S 1, it is possible to form a second layer comprising a second black dot defect S 2 larger than the size of the first black dot defect. Black dot defect S 1 and black spot defect S 2 may be dispersed in a predetermined thickness in the depth direction. In FIG. 2 (C), the is a schematic view showing that the black dot defect S 1 is dispersed in a predetermined thickness. The first layer is located closer to the epitaxial layer 18 than the second layer in the depth direction of the semiconductor epitaxial wafer 100. Incidentally, black dot defect S 1 and when dispersed at a predetermined thickness in one or both the depth direction of the black dot defect S 2 is the average depth of each layer in the depth direction as described above The positional relationship between the first layer and the second layer is determined based on the position. When the distance to the average depth position of the black spot defects S 1 and S 2 is represented as D 1 and D 2 respectively as shown in FIG. 2C, if D 1 <D 2 , the first layer is It will be located closer to the epitaxial layer 18 than the second layer. The second layer may be included in the range of the thickness direction of the first layer.

本明細書において「黒点状欠陥」とは、半導体エピタキシャルウェーハ100の劈開断面をTEMにて明モードで観察した場合に、改質層14内に黒点として観察される欠陥を意味するものである。本発明者の検討によれば、黒点状欠陥は、クラスターイオン12の照射後に改質層14中にアモルファス層16が形成される場合にのみ、エピタキシャル層18の形成後に改質層14中に発生するものである。なお、改質層中にアモルファス層が形成されない場合は、エピタキシャル層の形成後の改質層中に黒点状欠陥S,Sのいずれも発生しないと考えられる。また、クラスターイオン種にもよるが、例えば炭素のドーズ量が1.0×1015atoms/cm3未満と、クラスターイオン12のドーズ量が低い場合は、黒点状欠陥Sは形成されず、黒点状欠陥Sのみが形成される。 In the present specification, “black-spot-like defect” means a defect observed as a black spot in the modified layer 14 when the cleavage cross section of the semiconductor epitaxial wafer 100 is observed in a bright mode by TEM. According to the study of the present inventors, the black spot defects are generated in the modified layer 14 after the formation of the epitaxial layer 18 only when the amorphous layer 16 is formed in the modified layer 14 after the irradiation of the cluster ions 12. It is If no amorphous layer is formed in the modified layer, it is considered that neither of the black spot defects S 1 and S 2 occurs in the modified layer after the formation of the epitaxial layer. Also, depending on the type of cluster ion, for example, when the dose amount of carbon is less than 1.0 × 10 15 atoms / cm 3 and the dose amount of cluster ions 12 is low, the black spot defect S 2 is not formed, only black dot defect S 1 is formed.

本発明者の検討によれば、第1の黒点状欠陥Sおよび第2の黒点状欠陥Sが存在する半導体エピタキシャルウェーハ100は、より高いゲッタリング能力が得られることが確認された。このような半導体エピタキシャルウェーハ100は、黒点状欠陥Sのみが形成される場合に比べても、より高いゲッタリング能力が得られる。 According to the studies of the present inventors, the semiconductor epitaxial wafer 100 first black dot defect S 1 and the second black dot defect S 2 is present, it was confirmed that a higher gettering capability can be obtained. Such semiconductor epitaxial wafer 100, as compared to the case where only the black dot defect S 1 is formed, a higher gettering capability can be obtained.

(半導体エピタキシャルウェーハ)
次に、上記製造方法により得られる半導体エピタキシャルウェーハ100について説明する。半導体エピタキシャルウェーハ100は、図1(C)に示すように、半導体ウェーハ10と、この半導体ウェーハ10の表面部に形成された、半導体ウェーハ10中に所定元素が固溶した改質層14と、この改質層14上のエピタキシャル層18と、を有する。
(Semiconductor epitaxial wafer)
Next, a semiconductor epitaxial wafer 100 obtained by the above manufacturing method will be described. As shown in FIG. 1C, the semiconductor epitaxial wafer 100 includes a semiconductor wafer 10, and a modified layer 14 formed on the surface of the semiconductor wafer 10, in which a predetermined element is solid-solved in the semiconductor wafer 10. And an epitaxial layer 18 on the modified layer 14.

そして、本実施形態において、改質層14における炭素の深さ方向の炭素濃度プロファイルの炭素ピーク濃度が、1.0×1015atoms/cm以上1.0×1020atoms/cm以下であり、改質層14における水素の深さ方向の水素濃度プロファイルの水素ピーク濃度が、1.0×1017atoms/cm以上であり、改質層14における前記酸素の深さ方向の酸素濃度プロファイルの酸素ピーク濃度が、5.0×1018atoms/cm以上である。このような半導体エピタキシャルウェーハ100は、より優れたゲッタリング能力を有し、かつ、エピタキシャル欠陥の発生が抑制されている。ゲッタリング能力をより高めるためには、酸素ピーク濃度は、1.0×1019atoms/cm以上であることがより好ましい。 Then, in the present embodiment, the carbon peak concentration of the carbon concentration profile in the depth direction of carbon in the modified layer 14 is 1.0 × 10 15 atoms / cm 3 or more and 1.0 × 10 20 atoms / cm 3 or less The hydrogen peak concentration of the hydrogen concentration profile in the depth direction of hydrogen in the reforming layer 14 is 1.0 × 10 17 atoms / cm 3 or more, and the oxygen concentration in the depth direction of the oxygen in the reforming layer 14 The peak oxygen concentration of the profile is 5.0 × 10 18 atoms / cm 3 or more. Such a semiconductor epitaxial wafer 100 has more excellent gettering capability, and the occurrence of epitaxial defects is suppressed. In order to further enhance the gettering ability, the oxygen peak concentration is more preferably 1.0 × 10 19 atoms / cm 3 or more.

ここで、炭素濃度プロファイル、水素濃度プロファイルおよび酸素濃度プロファイルの少なくともいずれかが双峰型の濃度プロファイルとなることがより好ましい。後述の図5Aにより実験的に明らかとなったように、本発明者の検討によると、改質層14を形成する際のクラスターイオンのドーズ量が大きい場合、このような双峰型の濃度プロファイルが形成されやすくなることが確認された。すなわち、半導体エピタキシャルウェーハにおいて双峰型の濃度プロファイルが形成されている場合、よりゲッタリング能力が高まる。一方、改質層14を形成する際のクラスターイオンのドーズ量が小さい場合、双峰型の濃度プロファイルは形成されがたくなる。   Here, it is more preferable that at least one of the carbon concentration profile, the hydrogen concentration profile, and the oxygen concentration profile is a bimodal concentration profile. As clarified by the later-described FIG. 5A, according to the study of the present inventor, when the dose amount of cluster ions at the time of forming the modified layer 14 is large, such a bimodal concentration profile is obtained Was found to be easily formed. That is, when the bimodal concentration profile is formed in the semiconductor epitaxial wafer, the gettering capability is further enhanced. On the other hand, when the dose amount of cluster ions at the time of forming the modified layer 14 is small, it is difficult to form a bimodal concentration profile.

なお、本明細書において半導体エピタキシャルウェーハ100に双峰型の濃度プロファイルが形成される場合、例えば図5Aのように炭素濃度プロファイルが双峰型となる場合、2つのピークのうち、より大きい方の濃度(すなわち濃度の最大値)をピーク濃度とみなすこととする。水素濃度プロファイルおよび酸素濃度プロファイルについても同様である。   In the present specification, when a bimodal concentration profile is formed on the semiconductor epitaxial wafer 100, for example, when the carbon concentration profile is bimodal as shown in FIG. 5A, the larger one of the two peaks is used. The concentration (ie the maximum value of the concentration) is taken as the peak concentration. The same applies to the hydrogen concentration profile and the oxygen concentration profile.

また、本発明による効果を確実に得るためには、炭素ピーク濃度が酸素ピーク濃度よりも大きいことが好ましく、炭素ピーク濃度が酸素ピーク濃度の1.0倍以上5.0倍以下であることがより好ましい。さらに、改質層18において、炭素濃度プロファイルが酸素濃度プロファイルを内包することが好ましい。   Moreover, in order to surely obtain the effect of the present invention, it is preferable that the carbon peak concentration is larger than the oxygen peak concentration, and the carbon peak concentration is 1.0 times to 5.0 times the oxygen peak concentration. More preferable. Furthermore, in the modified layer 18, it is preferable that the carbon concentration profile includes an oxygen concentration profile.

そして、図2(C)に示すように、改質層18に第1の黒点状欠陥Sを含む第1層と、第1の黒点状欠陥Sのサイズよりも大きい第2の黒点状欠陥Sを含む第2層とが存在し、第1層は第2層よりもエピタキシャル層18側に位置することが好ましい。このような半導体エピタキシャルウェーハ100は、より優れたゲッタリング能力を有し、かつ、エピタキシャル欠陥の発生が抑制されている。前述の双峰型の濃度プロファイルが形成されている場合に第2の黒点状欠陥Sが形成されやすいのではないかと本発明者は考えている。 Then, as shown in FIG. 2 (C), a first layer comprising a first black dot defect S 1 to the reforming layer 18, the second black dot is larger than the first size of the black dot defect S 1 there is a second layer containing a defective S 2, it is preferable that the first layer located on the epitaxial layer 18 side than the second layer. Such a semiconductor epitaxial wafer 100 has more excellent gettering capability, and the occurrence of epitaxial defects is suppressed. The second black dot defect S 2 is not easy to be formed or the present inventors when bimodal concentration profile described above are formed is considered.

このとき、第1の黒点状欠陥S1の密度が1.0×1016個/cm 3 以上1.0×1018個/cm 3 以下であり、かつ、第2の黒点状欠陥S2の密度が1.0×1014個/cm 3 以上1.0×1016個/cm 3 以下であることが好ましい。このような2種の黒点状欠陥が存在することにより、ゲッタリング能力が増大する。
At this time, the first density of the black dot defect S 1 is 1.0 × 10 16 atoms / cm 3 or more 1.0 × 10 18 atoms / cm 3 or less, and, the second black dot defect S 2 The density is preferably 1.0 × 10 14 pieces / cm 3 or more and 1.0 × 10 16 pieces / cm 3 or less. The presence of these two types of black dot defects increases the gettering ability.

さらに、改質層18において、第1の黒点状欠陥Sは、半導体ウェーハ10とエピタキシャル層18との界面から深さ方向に30nm以上150nm以下の深さ位置に存在し、第2の黒点状欠陥Sは、界面から深さ方向に60nm以上150nm以下の深さ位置に存在することが好ましい。エピタキシャル欠陥の発生を抑制するためである。また、第1の黒点状欠陥Sのサイズが1nm以上10nm以下であり、かつ、第2の黒点状欠陥Sのサイズが15nm以上100nm以下であることが好ましい。ここで、「第1および第2の黒点状欠陥」は、エピタキシャル成長後のクラスター照射領域の断面を透過型電子顕微鏡(TEM: Transmission Electron Microscope)により観察し、得られたTEM画像中の黒点状に見える欠陥と定義される。「黒点状欠陥のサイズ」とは、TEM画像中の欠陥の直径とする。また、「黒点状欠陥の密度」は、TEM画像中に黒点欠陥が存在する領域中における、所定面積あたりの欠陥の個数にその時のTEM観察に使用したサンプルの最終厚さよって定義される。なお、黒点状欠陥S,Sが円形でない、あるいは円形と見なせない形状である場合は、黒点状欠陥を内包する最小直径の外接円を用いて円形に近似し、直径を定める。 Furthermore, in the modified layer 18, the first black spot-like defect S 1 is present at a depth of 30 nm to 150 nm in the depth direction from the interface between the semiconductor wafer 10 and the epitaxial layer 18. defect S 2 is preferably present at a depth position of 60nm or 150nm or less in the depth direction from the interface. This is to suppress the occurrence of epitaxial defects. The first size of the black dot defect S 1 is is a 1nm or 10nm or less, and is preferably a second size black dot defect S 2 is 15nm or more 100nm or less. Here, “the first and second black spot defects” are observed in the form of black spots in a TEM image obtained by observing the cross section of the cluster irradiation area after epitaxial growth with a transmission electron microscope (TEM: Transmission Electron Microscope) Defined as a visible defect. The "size of the black dot-like defect" is the diameter of the defect in the TEM image. In addition, “density of black dot-like defect” is defined by the number of defects per predetermined area in a region where black dot defects exist in the TEM image by the final thickness of the sample used for the TEM observation at that time. When the black dot defects S 1 and S 2 are not circular or have a shape that can not be regarded as a circle, the diameter is determined by approximating to a circle using a circumscribed circle of the smallest diameter including the black dot defects.

また、半導体ウェーハはシリコンウェーハからなることが好ましい。   The semiconductor wafer is preferably made of a silicon wafer.

さらに、半導体ウェーハ10の表面10Aから、深さ方向の深さ150nmまでの範囲内に、炭素、水素および酸素濃度プロファイルのピークが存在することが好ましい。上記範囲内を本明細書における半導体ウェーハの表面部と定義することができる。そして、半導体ウェーハ10の表面10Aから、深さ方向の深さ100nmまでの範囲内に各元素の濃度プロファイルのピークが存在することが好ましい。なお、クラスターイオン12を照射した半導体ウェーハの最表面(半導体ウェーハ10の表面10Aからの深さ0nm)には各元素の濃度プロファイルのピーク位置を存在させることが物理的にできないため、少なくとも5nm以上の深さ位置に存在させることになる。   Furthermore, it is preferable that peaks of carbon, hydrogen and oxygen concentration profiles exist in a range from the surface 10A of the semiconductor wafer 10 to a depth of 150 nm in the depth direction. The above range can be defined as the surface portion of the semiconductor wafer in the present specification. And it is preferable that the peak of the concentration profile of each element exists in the range from the surface 10A of the semiconductor wafer 10 to the depth 100 nm in the depth direction. The peak position of the concentration profile of each element can not physically exist on the outermost surface of the semiconductor wafer (0 nm deep from the surface 10A of the semiconductor wafer 10) irradiated with the cluster ions 12, so at least 5 nm or more It will be in the depth position of

また、改質層18における半導体ウェーハ10の深さ方向の炭素濃度プロファイルのピークの半値幅(FWHM)が100nm以下であることも好ましい。かかる改質層18は、半導体ウェーハの表面部の結晶の格子間位置または置換位置に炭素が固溶して局所的に存在する領域であり、強力なゲッタリングサイトとして働くことができる。また、高いゲッタリング能力を得る観点から、半値幅を85nm以下とすることがより好ましく、下限としては10nmと設定することができる。酸素および水素の濃度プロファイルのピークの半値幅(FWHM)についても、100nm以下であることが好ましく、85nm以下とすることがより好ましい。なお、後述の図5Aに示す炭素濃度プロファイルのように、2つの異なるピークが現れる双峰型の濃度プロファイルが形成される場合には、ガウシアンフィッティングをして、フィッティング後の分布から半値幅(FWHM)を定めることとする。   Moreover, it is also preferable that the half value width (FWHM) of the peak of the carbon concentration profile in the depth direction of the semiconductor wafer 10 in the modified layer 18 is 100 nm or less. Such a modified layer 18 is a region where carbon is solid-dissolved and locally exists at interstitial positions or substitution positions of crystals of the surface portion of the semiconductor wafer, and can function as a strong gettering site. Further, from the viewpoint of obtaining high gettering ability, the half width is more preferably 85 nm or less, and the lower limit can be set to 10 nm. The half width (FWHM) of the peak of the concentration profile of oxygen and hydrogen is also preferably 100 nm or less, and more preferably 85 nm or less. When a bimodal concentration profile in which two different peaks appear is formed as in the carbon concentration profile shown in FIG. 5A described later, Gaussian fitting is performed to obtain a half value width (FWHM) from the distribution after fitting. ) Shall be determined.

なお、改質層18の厚みは、上記濃度プロファイルのうち、クラスターイオン12の構成元素の濃度プロファイルが局所的に検出される領域として定義され、例えば30〜400nmの範囲内とすることができる。   The thickness of the modified layer 18 is defined as a region where the concentration profile of the constituent element of the cluster ion 12 is locally detected in the concentration profile, and can be, for example, in the range of 30 to 400 nm.

(固体撮像素子の製造方法)
本発明の実施形態による固体撮像素子の製造方法は、上記の半導体エピタキシャルウェーハ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、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。
(Method of manufacturing solid-state imaging device)
In the method of manufacturing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention, a solid-state imaging device is formed on the semiconductor epitaxial wafer manufactured by the above-described method of manufacturing a semiconductor epitaxial wafer, ie, the epitaxial layer 18 located on the surface of the semiconductor epitaxial wafer 100 It is characterized by The solid-state imaging device obtained by this manufacturing method can sufficiently suppress the occurrence of the white defect as compared with the prior art.

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail using examples, but the present invention is not limited to the following examples.

(参考実験例1)
<参考例1>
CZ単結晶から得たn−型シリコンウェーハ(直径:300mm、厚み:775μm、ドーパント種類:リン、抵抗率:20Ω・cm)を用意した。次いで、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、ジエチルエーテル(C410O)をクラスターイオン化したCH3Oのクラスターイオンを、加速電圧80keV/Cluster(水素1原子あたりの加速電圧2.58keV/atom、炭素1原子あたりの加速電圧30.1keV/atom、酸素1原子あたりの加速電圧41.3keV/atomであり、水素の飛程距離は60nm、炭素の飛程距離は120nm、酸素の飛程距離は125nmである。)の照射条件でシリコンウェーハの表面に照射し、参考例1に係るシリコンウェーハを得た。なお、クラスターイオンを照射した際の炭素のドーズ量を1.0×1015cluster/cm2とした。水素原子数に換算すると3.0×1015atoms/cm2であり、炭素原子数に換算すると1.0×1015atoms/cm2であり、酸素原子数に換算すると1.0×1015atoms/cm2である。なお、クラスターイオンのビーム電流値を550μAとした。

(Reference Experiment Example 1)
Reference Example 1
An n-type silicon wafer (diameter: 300 mm, thickness: 775 μm, dopant type: phosphorus, resistivity: 20 Ω · cm) obtained from a CZ single crystal was prepared. Next, cluster ions of CH 3 O obtained by cluster ionizing diethyl ether (C 4 H 10 O) using a cluster ion generator (manufactured by Nisshin Ion Instruments Co., Ltd., model number: CLARIS) are accelerated at an accelerating voltage of 80 keV / Cluster (hydrogen accelerating voltage 2.58keV / atom per atom, an accelerating voltage 30.1keV / atom, an acceleration voltage 41.3keV / atom per oxygen 1 atom per one carbon atom, range distance of hydrogen 60 nm, carbon The silicon wafer according to the reference example 1 was obtained by irradiating the surface of the silicon wafer under the irradiation conditions of the range of 120 nm and the range of oxygen of 125 nm. In addition, the dose amount of carbon at the time of cluster ion irradiation was 1.0 * 10 < 15 > cluster / cm < 2 >. In terms of the number of hydrogen atoms is 3.0 × 10 15 atoms / cm 2 , in terms of number of carbon atoms is 1.0 × 10 15 atoms / cm 2 , in terms of the number of oxygen atoms 1.0 × 10 15 atoms / cm 2 The beam current value of cluster ions was 550 μA.

<参考例2>
参考例1においてジエチルエーテルをクラスターイオン化したCHOの代わりに、シクロヘキサンをクラスターイオン化したCを照射し、炭素原子あたりのドーズ量を参考例1と同一(すなわち、炭素ドーズ量1.0×1015atoms/cm)とした以外は、参考例1と同じ条件でクラスターイオン照射を行い、参考例2に係るシリコンウェーハを作製した。この場合、水素1原子あたりの加速電圧2.96keV/atom、炭素1原子あたりの加速電圧35.6keV/atomであり、水素の飛程距離は60nm、炭素の飛程距離は120nmである。
Reference Example 2
Instead of CH 3 O obtained by cluster ionizing diethyl ether in Reference Example 1, C 2 H 3 obtained by cluster ionizing cyclohexane is irradiated, and the dose per carbon atom is the same as in Reference Example 1 (that is, the carbon dose amount is 1. The cluster ion irradiation was performed under the same conditions as in Reference Example 1 except that the concentration was changed to 0 × 10 15 atoms / cm 2 ), to prepare a silicon wafer according to Reference Example 2. In this case, the acceleration voltage per hydrogen atom is 2.96 keV / atom, the acceleration voltage per carbon atom is 35.6 keV / atom, the range distance of hydrogen is 60 nm, and the range distance of carbon is 120 nm.

<参考例3>
参考例2において炭素ドーズ量を1.0×1015atoms/cmとした代わりに、炭素ドーズ量を1.5×1015atoms/cmとした以外は、参考例2と同じ条件でクラスターイオン照射を行い、参考例3に係るシリコンウェーハを作製した。
Reference Example 3
A cluster was produced under the same conditions as in Reference Example 2 except that the carbon dose was changed to 1.5 × 10 15 atoms / cm 2 instead of 1.0 × 10 15 atoms / cm 2 in Reference Example 2. Ion irradiation was performed to produce a silicon wafer according to Reference Example 3.

<参考評価1:四重極型SIMSによるシリコンウェーハの濃度プロファイル評価>
代表例として、参考例1に係るシリコンウェーハについて、四重極型SIMS(深さ方向の分解能:2nm、水素の検出下限:4.0×1017atoms/cm)により、深さ方向における炭素、水素および酸素のそれぞれの濃度プロファイルを測定した。参考例1の濃度プロファイルを図3に示す。図3から、シリコンウェーハの表面側から深さ方向に水素、炭素および酸素の濃度プロファイルのピークが観察される。
<Reference evaluation 1: Evaluation of concentration profile of silicon wafer by quadrupole SIMS>
As a representative example, with respect to a silicon wafer according to Reference Example 1, carbon in the depth direction is obtained by quadrupole SIMS (resolution in the depth direction: 2 nm, lower limit of detection of hydrogen: 4.0 × 10 17 atoms / cm 3 ) The concentration profiles of hydrogen and oxygen were measured. The concentration profile of Reference Example 1 is shown in FIG. From FIG. 3, peaks of concentration profiles of hydrogen, carbon and oxygen are observed in the depth direction from the surface side of the silicon wafer.

<参考評価2:TEM断面写真による観察>
参考例1〜3に係るシリコンウェーハのそれぞれについて、クラスターイオン照射後の改質層周辺の断面をTEM(Transmission Electron Microscope:透過型電子顕微鏡)にて観察した。参考例1のTEM断面図を図4(A)に、参考例2のTEM断面図を図4(B)に、参考例3のTEM断面図を図4(C)にそれぞれ示す。TEM断面写真において、淡く(白く)見える部分はアモルファス化した領域である。図4(A)、図4(C)ではアモルファス領域が形成されることが確認できる一方、図4(B)ではアモルファス領域の形成が確認できない。
<Reference evaluation 2: Observation by TEM cross section photograph>
About each of the silicon wafer which concerns on the reference examples 1-3, the cross section around the modification layer after cluster ion irradiation was observed by TEM (Transmission Electron Microscope: transmission electron microscope). A TEM cross-sectional view of Reference Example 1 is shown in FIG. 4 (A), a TEM cross-sectional view of Reference Example 2 is shown in FIG. 4 (B), and a TEM cross-sectional view of Reference Example 3 is shown in FIG. 4 (C). In the TEM cross-sectional photograph, the light (white) visible portion is the amorphized region. While the formation of the amorphous region can be confirmed in FIGS. 4A and 4C, the formation of the amorphous region can not be confirmed in FIG. 4B.

したがって、炭素のドーズ量が同じであれば、クラスターイオンが構成元素として酸素を含む方が、照射領域に与えるダメージが大きいことが確認された。さらに、参考例1と参考例2のクラスターイオンの構成元素を比べると、炭素元素よりも酸素元素の方が、原子量が大きいため、参考例1の方が参考例2、3よりもクラスターイオンが浅く照査される。そして、形成される改質層の位置がよりシリコンウェーハ表面に近くなるとともに、改質層の厚みが大きくなる。   Therefore, it was confirmed that when the dose amount of carbon is the same, the damage given to the irradiation area is larger when the cluster ion contains oxygen as a constituent element. Furthermore, when the constituent elements of the cluster ions of Reference Example 1 and Reference Example 2 are compared, since the atomic weight of the oxygen element is larger than that of the carbon element, the cluster ion of Reference Example 1 is more than Reference Examples 2 and 3. It is scrutinized. Then, the position of the formed modified layer is closer to the surface of the silicon wafer, and the thickness of the modified layer is increased.

(実験例1)
<発明例1>
参考例1と同じ条件で、シリコンウェーハにCHOのクラスターイオンを照射した。次いで、シリコンウェーハを枚葉式エピタキシャル成長装置(アプライドマテリアルズ社製)内に搬送し、装置内で1120℃の温度で30秒の水素ベーク処理を施した後、水素をキャリアガス、トリクロロシランをソースガス、1120℃でCVD法により、シリコンウェーハの改質層が形成された側の表面上にシリコンのエピタキシャル層(厚さ:9μm、ドーパント種類:リン、抵抗率:10Ω・cm)をエピタキシャル成長させ、発明例1にかかるエピタキシャルシリコンウェーハを作製した。
(Experimental example 1)
Invention Example 1
Under the same conditions as in Reference Example 1, silicon wafers were irradiated with CH 3 O cluster ions. Next, the silicon wafer is transferred into a single wafer type epitaxial growth apparatus (manufactured by Applied Materials) and subjected to a hydrogen baking treatment for 30 seconds at a temperature of 1120 ° C. in the apparatus, and then hydrogen is used as a carrier gas and trichlorosilane as a source. A silicon epitaxial layer (thickness: 9 μm, dopant type: phosphorus, resistivity: 10 Ω · cm) is epitaxially grown on the surface of the silicon wafer on which the modified layer is formed by CVD method at 1120 ° C. An epitaxial silicon wafer according to invention example 1 was produced.

<発明例2>
発明例1において炭素ドーズ量を1.0×1015atoms/cmとした代わりに、炭素ドーズ量を5.0×1014atoms/cmとした以外は、発明例1と同じ条件でクラスターイオン照射を行い、発明例2に係るエピタキシャルシリコンウェーハを作製した。
<Invention Example 2>
Clusters under the same conditions as in Inventive Example 1 except that the carbon dose was 5.0 × 10 14 atoms / cm 2 instead of 1.0 × 10 15 atoms / cm 2 in Inventive Example 1 Ion irradiation was performed to produce an epitaxial silicon wafer according to Inventive Example 2.

<比較例1>
参考例1においてジエチルエーテルをクラスターイオン化したCHOの代わりに、シクロヘキサン(C12)をクラスターイオン化したCのクラスターイオンを照射し、炭素原子あたりのドーズ量を発明例1と同一(すなわち、炭素ドーズ量1.0×1015atoms/cm)とした以外は、発明例1と同じ条件でクラスターイオン照射を行い、比較例1に係るエピタキシャルシリコンウェーハを作製した。
Comparative Example 1
In Comparative Example 1, instead of CH 3 O obtained by cluster ionizing diethyl ether, C 3 H 5 cluster ions obtained by cluster ionizing cyclohexane (C 6 H 12 ) are irradiated, and the dose per carbon atom is changed to Inventive Example 1 Cluster ion irradiation was performed under the same conditions as in Inventive Example 1 except that it was the same (that is, the carbon dose was 1.0 × 10 15 atoms / cm 2 ), and an epitaxial silicon wafer according to Comparative Example 1 was produced.

<比較例2>
比較例1において炭素ドーズ量を1.0×1015atoms/cmとした代わりに、炭素ドーズ量を5.0×1014atoms/cmとした以外は、比較例1と同じ条件でクラスターイオン照射を行い、比較例2に係るエピタキシャルシリコンウェーハを作製した。
Comparative Example 2
Clusters under the same conditions as Comparative Example 1 except that in Comparative Example 1, the carbon dose was changed to 1.0 × 10 15 atoms / cm 2 and the carbon dose was changed to 5.0 × 10 14 atoms / cm 2. Ion irradiation was performed to fabricate an epitaxial silicon wafer according to Comparative Example 2.

<評価1:磁場型SIMSによるエピタキシャルウェーハの濃度プロファイル評価>
発明例1および比較例1にかかるエピタキシャルシリコンウェーハについて、磁場型SIMS測定(深さ方向の分解能:30nm、水素の検出下限:4.0×1016atoms/cm)を行い、ウェーハ深さ方向における水素、炭素および酸素の各濃度プロファイルをそれぞれ測定した。発明例1の濃度プロファイルを図5Aに示す。また、発明例1および比較例1の酸素濃度プロファイルを重ね合わせたグラフを図5Bに示す。ここで、図5A,図5Bの横軸の深さはエピタキシャルシリコンウェーハのエピタキシャル層表面をゼロとしている。深さ9μmまでがエピタキシャル層に相当し、深さ9μm以上の深さがシリコンウェーハに相当する。なお、エピタキシャルウェーハをSIMS測定した際に、エピタキシャル層の厚みに±0.1μm程度の不可避的な測定誤差が生じるため、図中において9μmが厳密な意味でのエピタキシャル層と、シリコンウェーハとの境界値にはならない。
<Evaluation 1: Evaluation of concentration profile of epitaxial wafer by magnetic field SIMS>
Magnetic field SIMS measurement (resolution in the depth direction: 30 nm, lower limit of detection of hydrogen: 4.0 × 10 16 atoms / cm 3 ) is performed on epitaxial silicon wafers according to Inventive Example 1 and Comparative Example 1, and the wafer depth direction The respective concentration profiles of hydrogen, carbon and oxygen at. The concentration profile of Inventive Example 1 is shown in FIG. 5A. Moreover, the graph which piled up the oxygen concentration profile of the invention example 1 and the comparative example 1 is shown to FIG. 5B. Here, the depth of the horizontal axis in FIG. 5A and FIG. 5B makes the surface of the epitaxial layer of the epitaxial silicon wafer zero. A depth of up to 9 μm corresponds to the epitaxial layer, and a depth of 9 μm or more corresponds to the silicon wafer. Since an unavoidable measurement error of about ± 0.1 μm occurs in the thickness of the epitaxial layer when the epitaxial wafer is measured by SIMS, the boundary between the epitaxial layer and the silicon wafer in the strict meaning of 9 μm in the figure. It does not become a value.

まず、図5Aから、発明例1では炭素濃度プロファイルおよび水素濃度プロファイルが双峰型となっていることが確認できる。次に、図5Bから、発明例1の酸素ピーク濃度は約6.5×1019atoms/cmであるのに対して、比較例1の酸素ピーク濃度は約3.7×1018atoms/cmであった。すなわち、発明例1の酸素ピーク濃度は、比較例1の酸素ピーク濃度の約18倍である。このように、クラスターイオン照射によって改質層を形成し、次いでエピタキシャル層を形成すると、発明例1でも、比較例1でも改質層内に酸素がトラップされることが確認できる。そして発明例1ではクラスターイオンの構成元素に酸素が含まれるため、作製されたエピタキシャルシリコンウェーハの酸素ピーク濃度は、従来にない非常に高い濃度となることが確認された。 First, it can be confirmed from FIG. 5A that in the invention example 1, the carbon concentration profile and the hydrogen concentration profile are bimodal. Next, from FIG. 5B, while the oxygen peak concentration of Inventive Example 1 is about 6.5 × 10 19 atoms / cm 3 , the oxygen peak concentration of Comparative Example 1 is about 3.7 × 10 18 atoms / cm 3. It was cm 3 . That is, the oxygen peak concentration of Inventive Example 1 is about 18 times the oxygen peak concentration of Comparative Example 1. As described above, when the modified layer is formed by cluster ion irradiation and then the epitaxial layer is formed, it can be confirmed that oxygen is trapped in the modified layer in both Inventive Example 1 and Comparative Example 1. And in the example 1 of the invention, since oxygen is contained in the component element of cluster ion, it was confirmed that the oxygen peak concentration of the produced epitaxial silicon wafer turns into very high concentration which is not before.

<評価2:ゲッタリング能力の評価>
発明例1、2および比較例1、2の各エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の表面を、Ni汚染液(2.0×1013atoms/cm)を用いてスピンコート汚染法により強制的に汚染し、次いで、窒素雰囲気中において900℃で30分間の熱処理を施した。その後、各エピタキシャルウェーハについてSIMS測定を行い、ウェーハの深さ方向における炭素濃度およびNi濃度のプロファイルをそれぞれ測定した。各エピタキシャルウェーハの、Niの故意汚染濃度2.0×1013atoms/cmに対する捕獲量の割合を表1に併せて示す。
<Evaluation 2: Evaluation of gettering ability>
The surface of the epitaxial layer of each epitaxial wafer of Inventive Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 is forcibly contaminated by a spin coat contamination method using Ni contamination liquid (2.0 × 10 13 atoms / cm 2 ). Then, heat treatment was performed at 900 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere. Thereafter, SIMS measurement was performed on each epitaxial wafer to measure profiles of carbon concentration and Ni concentration in the depth direction of the wafer. The ratio of the capture amount to the intentional contamination concentration of 2.0 × 10 13 atoms / cm 2 of Ni of each epitaxial wafer is shown together in Table 1.

<評価3:エピタキシャル欠陥の評価>
また、ゲッタリング能力評価とは別に、各エピタキシャルウェーハに対して、Surfscan SP1(KLA−Tencor社製)にてNormalモードにて測定を行い、LPD−Nとしてカウントされた個数を確認した。代表例として、発明例1および比較例1のエピタキシャルウェーハのLPDマップの測定結果を図6(A),(B)にそれぞれ示す。また、Surfscan SP1により観察したエピタキシャル欠陥の評価結果を表1に併せて示す。評価基準は以下のとおりである。
○:エピタキシャル欠陥の密度が0.002個/cm2以下である。
×:エピタキシャル欠陥の密度が0.002個/cm2超である。
なお、発明例1〜3のいずれにも、表面欠陥検査において、BMD起因の積層欠陥は観察されなかった。
<Evaluation 3: Evaluation of epitaxial defects>
Further, separately from the gettering ability evaluation, each epitaxial wafer was measured in Normal mode with Surfscan SP1 (manufactured by KLA-Tencor), and the number counted as LPD-N was confirmed. As representative examples, the measurement results of the LPD maps of the epitaxial wafers of Inventive Example 1 and Comparative Example 1 are shown in FIGS. 6A and 6B, respectively. The evaluation results of the epitaxial defects observed by Surfscan SP1 are also shown in Table 1. Evaluation criteria are as follows.
○: The density of epitaxial defects is 0.002 pieces / cm 2 or less.
X: The density of epitaxial defects is more than 0.002 pieces / cm 2 .
In any of Inventive Examples 1 to 3, no stacking defect caused by BMD was observed in the surface defect inspection.

以上の評価1〜3より、本発明条件に従い作製されたエピタキシャルシリコンウェーハは、酸素を構成元素に含まないクラスターイオンが照射されたエピタキシャルシリコンウェーハに比べて、より優れたゲッタリング能力を有することが確認された。また、発明例1,2と、比較例1,2を比べても、エピタキシャル欠陥の発生率は同程度であることが確認された。   According to the above evaluations 1 to 3, the epitaxial silicon wafer manufactured according to the conditions of the present invention has a better gettering ability than an epitaxial silicon wafer irradiated with cluster ions not containing oxygen as a constituent element. confirmed. Moreover, it was confirmed that the incidence rate of epitaxial defects is approximately the same even when comparing Inventive Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.

<評価4:TEM断面写真による観察>
代表例として、発明例1および比較例1に係るエピタキシャルシリコンウェーハのそれぞれについて、クラスターイオン照射後の改質層周辺の断面をTEM(Transmission Electron Microscope:透過型電子顕微鏡)にて観察した。発明例1のTEM断面図を図7(A)に、比較例1のTEM断面図を図7(B)にそれぞれ示す。さらに、図7(A)と同様の処理を行ったエピタキシャルウェーハの断面を異なるTEM観察条件にて取得した発明例1のTEM断面図を図8に示す。
<Evaluation 4: Observation by TEM cross-sectional photograph>
As a representative example, for each of the epitaxial silicon wafers according to Inventive Example 1 and Comparative Example 1, a cross section around the modified layer after cluster ion irradiation was observed with a TEM (Transmission Electron Microscope: transmission electron microscope). A TEM cross-sectional view of Invention Example 1 is shown in FIG. 7 (A), and a TEM cross-sectional view of Comparative Example 1 is shown in FIG. 7 (B). Furthermore, FIG. 8 shows a TEM cross-sectional view of Inventive Example 1 in which the cross section of the epitaxial wafer subjected to the same process as that of FIG. 7A was obtained under different TEM observation conditions.

図7(A)、(B)から、クラスターイオンの構成元素が炭素、水素および酸素からなる発明例1では、改質層内に第1の黒点状欠陥を含む第1層と、第2の黒点状欠陥を含む第2層とが形成されていることが確認できた。また、図8から、第1層内に第2層が形成されていること、第2の黒点状欠陥が第1の黒点状欠陥を内包する場合があることが確認された。そして、表1からも明らかなように、発明例1は比較例1に比べてゲッタリング能力が優れることが確認できた。   From FIGS. 7A and 7B, in the invention example 1 in which the constituent elements of the cluster ion are carbon, hydrogen and oxygen, the first layer including the first black dot-like defect in the modified layer, and the second layer It was confirmed that the second layer including the black spot defects was formed. Moreover, it was confirmed from FIG. 8 that the second layer is formed in the first layer, and that the second black dot defect may include the first black dot defect. And, as is clear from Table 1, it was confirmed that Inventive Example 1 is superior to Comparative Example 1 in gettering ability.

本発明によれば、より優れたゲッタリング能力を有し、かつ、エピタキシャル欠陥の発生を抑制できる半導体エピタキシャルウェーハの製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor epitaxial wafer having more excellent gettering capability and capable of suppressing the occurrence of epitaxial defects.

100 半導体エピタキシャルウェーハ
10 半導体ウェーハ
10A 半導体ウェーハの表面
12 クラスターイオン
14 改質層
16 アモルファス領域
16A アモルファス領域の半導体ウェーハ表面側の表面
18 エピタキシャル層
第1の黒点状欠陥
第2の黒点状欠陥
100 Semiconductor Epitaxial Wafer 10 Semiconductor Wafer 10A Semiconductor Wafer Surface 12 Cluster Ions 14 Modified Layer 16 Amorphous Region 16A Amorphous Region Surface of Semiconductor Wafer Surface Side 18 Epitaxial Layer S 1 First Black Spot Defect S 2 Second Black Point Shape defect

Claims (11)

半導体ウェーハの表面に、構成元素として炭素、水素および酸素を含むクラスターイオンを照射して、該半導体ウェーハの表面部に、前記クラスター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、
該第1工程の後、前記半導体ウェーハの前記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。
The first step of irradiating the surface of a semiconductor wafer with cluster ions containing carbon, hydrogen and oxygen as constituent elements to form a modified layer in which the constituent elements of the cluster ions form a solid solution on the surface of the semiconductor wafer When,
A second step of forming an epitaxial layer on the modified layer of the semiconductor wafer after the first step, and a method of manufacturing a semiconductor epitaxial wafer.
前記クラスターイオンの炭素原子数が16個以下であり、かつ、前記クラスターイオンの酸素原子数が16個以下である、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。   The method for producing a semiconductor epitaxial wafer according to claim 1, wherein the number of carbon atoms of the cluster ion is 16 or less and the number of oxygen atom of the cluster ion is 16 or less. 前記クラスターイオンの照射による炭素のドーズ量が1.0×1013atoms/cm2以上1.0×1017atoms/cm2以下である、請求項1または2に記載の半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。 The method for producing a semiconductor epitaxial wafer according to claim 1 or 2, wherein the dose amount of carbon by the irradiation of the cluster ions is 1.0 × 10 13 atoms / cm 2 or more and 1.0 × 10 17 atoms / cm 2 or less. . 前記半導体ウェーハがシリコンウェーハである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor epitaxial wafer according to any one of claims 1 to 3, wherein the semiconductor wafer is a silicon wafer. 半導体ウェーハと、該半導体ウェーハの表面部に形成された、該半導体ウェーハ中に炭素、水素および酸素が固溶した改質層と、該改質層上のエピタキシャル層と、を有し、
前記改質層における前記炭素の深さ方向の炭素濃度プロファイルの炭素ピーク濃度が、1.0×1015atoms/cm3以上1.0×1020atoms/cm3以下であり、
前記改質層における前記水素の深さ方向の水素濃度プロファイルの水素ピーク濃度が、1.0×1017atoms/cm3以上であり、
前記改質層における前記酸素の深さ方向の酸素濃度プロファイルの酸素ピーク濃度が、5.0×1018atoms/cm3以上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。
A semiconductor wafer, a reformed layer formed on the surface of the semiconductor wafer, in which carbon, hydrogen and oxygen are solid-solved in the semiconductor wafer, and an epitaxial layer on the reformed layer,
The carbon peak concentration of the carbon concentration profile in the depth direction of carbon in the modified layer is 1.0 × 10 15 atoms / cm 3 or more and 1.0 × 10 20 atoms / cm 3 or less,
The hydrogen peak concentration of the hydrogen concentration profile in the depth direction of the hydrogen in the reforming layer is 1.0 × 10 17 atoms / cm 3 or more,
A semiconductor epitaxial wafer characterized in that an oxygen peak concentration of the oxygen concentration profile in the depth direction of the oxygen in the modified layer is 5.0 × 10 18 atoms / cm 3 or more.
前記酸素ピーク濃度が、1.0×1019atoms/cm3以上である、請求項5に記載の半導体エピタキシャルウェーハ。 The semiconductor epitaxial wafer according to claim 5, wherein the peak oxygen concentration is 1.0 × 10 19 atoms / cm 3 or more. 前記炭素濃度プロファイル、前記水素濃度プロファイルおよび前記酸素濃度プロファイルの少なくともいずれかが双峰型の濃度プロファイルである、請求項5または6に記載の半導体エピタキシャルウェーハ。   The semiconductor epitaxial wafer according to claim 5 or 6, wherein at least one of the carbon concentration profile, the hydrogen concentration profile, and the oxygen concentration profile is a bimodal concentration profile. 前記改質層に第1の黒点状欠陥を含む第1層と、前記第1の黒点状欠陥のサイズよりも大きい第2の黒点状欠陥を含む第2層とが存在し、
前記深さ方向において前記第1層は、前記第2層よりも前記エピタキシャル層側に位置する、請求項5〜7のいずれか1項に記載の半導体エピタキシャルウェーハ。
The modified layer includes a first layer including a first black dot-like defect and a second layer including a second black dot-like defect larger than the size of the first black dot-like defect.
The semiconductor epitaxial wafer according to any one of claims 5 to 7, wherein the first layer is located closer to the epitaxial layer than the second layer in the depth direction.
前記第1の黒点状欠陥の密度が1.0×1016個/cm 3 以上1.0×1018個/cm 3 以下であり、
前記第2の黒点状欠陥の密度が1.0×1014個/cm 3 以上1.0×1016個/cm 3 以下である、請求項8に記載の半導体エピタキシャルウェーハ。
The density of the first black dot defect is 1.0 × 10 16 / cm 3 or more and 1.0 × 10 18 / cm 3 or less,
9. The semiconductor epitaxial wafer according to claim 8, wherein the density of the second black dot defect is 1.0 × 10 14 pieces / cm 3 or more and 1.0 × 10 16 pieces / cm 3 or less.
前記改質層において、前記第1の黒点状欠陥は、前記半導体ウェーハと前記エピタキシャル層との界面から深さ方向に30nm以上150nm以下の深さ位置に存在し、
前記第2の黒点状欠陥は、前記界面から深さ方向に60nm以上150nm以下の深さ位置に存在する、請求項8または9に記載の半導体エピタキシャルウェーハ。
In the modified layer, the first black spot-like defect is present at a depth of 30 nm or more and 150 nm or less in a depth direction from an interface between the semiconductor wafer and the epitaxial layer.
The semiconductor epitaxial wafer according to claim 8, wherein the second black dot-like defect is present at a depth of 60 nm or more and 150 nm or less in the depth direction from the interface.
前記半導体ウェーハはシリコンウェーハからなる、請求項5〜10のいずれか1項に記載の半導体エピタキシャルウェーハ。   The semiconductor epitaxial wafer according to any one of claims 5 to 10, wherein the semiconductor wafer comprises a silicon wafer.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6327393B1 (en) * 2017-02-28 2018-05-23 株式会社Sumco Method for evaluating impurity gettering ability of epitaxial silicon wafer and epitaxial silicon wafer
JP6812962B2 (en) * 2017-12-26 2021-01-13 株式会社Sumco Manufacturing method of epitaxial silicon wafer
JP6801682B2 (en) * 2018-02-27 2020-12-16 株式会社Sumco Manufacturing method of semiconductor epitaxial wafer and manufacturing method of semiconductor device
WO2019167901A1 (en) * 2018-03-01 2019-09-06 株式会社Sumco Method for manufacturing epitaxial silicon wafer, and epitaxial silicon wafer
JP6930459B2 (en) * 2018-03-01 2021-09-01 株式会社Sumco Manufacturing method of semiconductor epitaxial wafer
JP6874718B2 (en) * 2018-03-01 2021-05-19 株式会社Sumco Manufacturing method of semiconductor epitaxial wafer
JP7067465B2 (en) * 2018-12-27 2022-05-16 株式会社Sumco Semiconductor wafer evaluation method and semiconductor wafer manufacturing method
JP6988843B2 (en) * 2019-02-22 2022-01-05 株式会社Sumco Semiconductor epitaxial wafer and its manufacturing method
JP7318518B2 (en) * 2019-11-26 2023-08-01 信越半導体株式会社 Silicon single crystal substrate and silicon epitaxial wafer for solid-state imaging device, and solid-state imaging device

Family Cites Families (11)

* 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 (en) * 2006-09-20 2008-05-01 Fujifilm Corp Manufacturing method of back-illuminated image sensor, back-illuminated image sensor, and image pickup apparatus including the same
US7749849B2 (en) * 2007-12-18 2010-07-06 Micron Technology, Inc. Methods of selectively oxidizing semiconductor structures, and structures resulting therefrom
JP2010114409A (en) 2008-10-10 2010-05-20 Sony Corp Soi substrate and method for manufacturing the same, solid-state image pickup device and method for manufacturing the same, and image pickup device
US20100200774A1 (en) * 2009-02-09 2010-08-12 Tel Epion Inc. Multi-sequence film deposition and growth using gas cluster ion beam processing
US9496139B2 (en) * 2011-05-13 2016-11-15 Sumco Corporation Method of producing semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer, and method of producing solid-state image sensing device
JP6278591B2 (en) 2012-11-13 2018-02-14 株式会社Sumco Manufacturing method of semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer, and manufacturing method of solid-state imaging device
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JP5799935B2 (en) * 2012-11-13 2015-10-28 株式会社Sumco Manufacturing method of semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer, and manufacturing method of solid-state imaging device
JP6516957B2 (en) * 2013-09-04 2019-05-22 株式会社Sumco Method of manufacturing epitaxial wafer and method of manufacturing bonded wafer
JP6056772B2 (en) * 2014-01-07 2017-01-11 株式会社Sumco Epitaxial wafer manufacturing method and epitaxial wafer

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