半导体外延晶片的制造方法、半导体外延晶片、以及固体摄像元件的制造方法技术

本发明专利技术的半导体外延晶片(100)的制造方法的特征在于，具有：第一工序，对半导体晶片(10)的表面(10A)照射簇离子(12)，在该半导体晶片的表面部形成上述簇离子的构成元素固溶而成的改性层(14)；第二工序，在上述半导体晶片的改性层(14)上形成外延层(18)；其中，进行上述第一工序，以使上述改性层(14)的厚度方向的一部分成为无定形层(16)，并且使该无定形层(16)的上述半导体晶片表面侧的表面(16A)的平均深度为从上述半导体晶片表面(10A)起20nm以上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体外延晶片的制造方法、半导体外延晶片、以及固体摄像元件的制造方法
本专利技术涉及半导体外延晶片的制造方法、半导体外延晶片以及固体摄像元件的制造方法。
技术介绍
作为使半导体器件的特性劣化的主要原因，可举出金属污染。例如，在背面照射型固体摄像元件中，作为该元件的基板的半导体外延晶片中混入的金属成为使固体摄像元件的暗电流增加的主要原因，产生称为白色损伤缺陷(白傷欠陥)的缺陷。背面照射型固体摄像元件通过将布线层等配置在传感器部之下的下层，从而将来自外部的光直接导入传感器，即使在暗处等也能够拍摄更清晰的图像、活动图像，所以近年来被广泛用于数码摄像机、智能手机等便携式电话。因此，期望尽量减少白色损伤缺陷。晶片中金属的混入主要在半导体外延晶片的制造工序和固体摄像元件的制造工序(器件制造工序)中产生。前者即半导体外延晶片的制造工序中的金属污染被认为是由来自外延生长炉的构成材料的重金属微粒造成的金属污染，或者是由于外延生长时使用氯系气体作为炉内气体而使其配管材料金属腐蚀所产生的重金属微粒造成的金属污染等。近年来，这些金属污染通过将外延生长炉的构成材料更换为耐腐蚀性优异的材料等而在一定程度上得到了改善，但并不充分。另一方面，后者即固体摄像元件的制造工序中，在离子注入、扩散和氧化热处理等各处理中，半导体基板的重金属污染也令人担忧。为了抑制此类重金属污染，有在半导体晶片中形成用于捕获重金属的吸杂部位(getteringsite)的技术。作为其方法之一，已知向半导体晶片中注入离子，然后形成外延层的方法。该方法中，离子注入区域作为吸杂部位起作用。专利文献1中记载了一种半导体外延晶片的制造方法，该方法具有：对半导体晶片的表面照射簇离子，在该半导体晶片的表面部形成上述簇离子的构成元素固溶而成的改性层的第一工序；以及在上述半导体晶片的改性层上形成外延层的第二工序。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开WO2012/157162号。
技术实现思路
专利技术要解决的问题专利文献1表明，照射簇离子所形成的改性层可获得比注入单体离子(单一离子)所得的离子注入区域更高的吸杂能力。此处，本专利技术人认识到如下所示的新技术课题。即，为了提高专利文献1中由改性层带来的吸杂能力，增加例如簇离子的剂量是有效的。然而，已明确若剂量过度增加，则会导致之后形成的外延层产生较多外延缺陷。专利文献1未考虑到兼顾提高吸杂能力与抑制外延缺陷的产生，在这方面仍有改善的余地。因此，本专利技术鉴于上述课题，目的在于提供具有高吸杂能力且抑制外延缺陷的产生的半导体外延晶片及其制造方法。用于解决问题的方案本专利技术人通过进一步研究得出以下见解。(1)对半导体晶片照射簇离子时，根据照射条件，改性层中有时会形成无定形区域而有时不形成无定形区域。而且，与改性层中没有无定形区域的情况相比，改性层厚度方向的一部分形成无定形层的情况可获得更高的吸杂能力。即，为了获得高吸杂能力，需要在改性层厚度方向的一部分形成无定形层的条件下照射簇离子。(2)外延缺陷的产生被认为是由簇离子照射而造成的半导体晶片表面附近(表面部)的损伤所引起的。此处，可知根据簇离子的种类，开始产生外延缺陷的剂量不同。即，可知外延缺陷的产生并非仅取决于剂量。(3)进而深入研究后发现，改性层中无定形层的深度位置与外延缺陷的产生有关。即，为了抑制外延缺陷的产生，需要在从半导体晶片表面至规定深度以上的位置形成无定形层。(4)由此，为了兼顾高吸杂能力与外延缺陷的抑制，需要通过簇离子照射，边在改性层中形成无定形层边将其深度加深至一定程度。而且，可知若在簇离子照射后形成外延层，则此时的热会造成改性层中的结晶性恢复，无定形层消失，另外改性层中也会产生黑点状缺陷。另一方面，可知在无定形层的深度位置较浅、产生外延缺陷的半导体外延晶片中，上述黑点状缺陷的数量过度增加，已经不是“黑点状缺陷”，而是形成黑点相连而成的线状缺陷层。即，作为半导体外延晶片，在改性层存在黑点状缺陷的情况下，能够获得高吸杂能力并抑制外延缺陷的产生。基于上述见解，本专利技术的主旨如下所示。即，本专利技术的半导体外延晶片的制造方法的特征在于，具有：第一工序，对半导体晶片的表面照射簇离子，在该半导体晶片的表面部形成上述簇离子的构成元素固溶而成的改性层；以及第二工序，在上述半导体晶片的改性层上形成外延层；其中，进行上述第一工序，以使上述改性层的厚度方向的一部分成为无定形层，并使该无定形层的上述半导体晶片表面侧的表面的平均深度为从上述半导体晶片表面起20nm以上。此处，优选的是，进行上述第一工序，以使上述平均深度为从上述半导体晶片表面起20nm以上且200nm以下。另外，优选的是，进行上述第一工序，以使上述无定形层的平均厚度为100nm以下。上述簇离子优选含有碳作为构成元素，更优选含有两种以上的元素作为构成元素，上述两种以上的元素包括碳。另外，优选簇离子的碳原子数为16个以下。本专利技术的半导体外延晶片的特征在于，具有：半导体晶片、形成于该半导体晶片的表面部且规定元素固溶于该半导体晶片中而成的改性层、以及该改性层上的外延层，其中，上述改性层中存在黑点状缺陷。优选上述黑点状缺陷存在于从上述半导体晶片的表面起30nm以上的深度。另外，优选上述黑点状缺陷的宽度为30~100nm，上述黑点状缺陷的密度为1.0×108个/cm2~1.0×1010个/cm2。此处，优选上述规定元素包含碳，更优选上述规定元素包含两种以上的元素，上述两种以上的元素包括碳。本专利技术的固体摄像元件的制造方法的特征在于，在用上述任一制造方法制成的半导体外延晶片或者上述任一半导体外延晶片的上述外延层上形成固体摄像元件。专利技术的效果根据本专利技术的半导体外延晶片的制造方法，能够得到具有高吸杂能力且抑制了外延缺陷的产生的半导体外延晶片。另外，本专利技术的半导体外延晶片具有高吸杂能力且抑制了外延缺陷的产生。附图说明图1是说明本专利技术一实施方式所涉及的半导体外延晶片100的制造方法的剖面示意图；图2(A)是说明照射簇离子时的照射机制的示意图，(B)是说明注入单体离子时的注入机制的示意图；图3是表示使用C3H5作为簇离子、加速电压和束电流值一定时，剂量与无定形层表面的平均深度的关系、以及剂量与外延缺陷密度的关系的图；图4是表示使用C3H3作为簇离子、加速电压和束电流值一定时，剂量与无定形层表面的平均深度的关系、以及剂量与外延缺陷密度的关系的图；图5是图3所示实验中外延硅晶片(即外延层形成后)的剖面的TEM图像，(A)是剂量为1.0×1015atoms/cm2的情形(比较例)，(B)是剂量为2.0×1015atoms/cm2的情形(专利技术例)，(C)是剂量为3.0×1015atoms/cm2的情形(比较例)；图6是图3所示实验中簇离子照射后外延层形成前的改性层的剖面的TEM图像，(A)是剂量为1.0×1015atoms/cm2的情形(比较例)，(B)是剂量为1.7×1015atoms/cm2的情形(专利技术例)，(C)是剂量为2.0×1015atoms/cm2的情形(专利技术例)，(D)是剂量为3.0×1015atoms/cm2的情形(比较例)。具体实施方式以下，参照附图对本专利技术的实施方式进行详细说明。应予说明，图1中为了便于说明，与实际厚度的比例不同，相对于半导体晶片10，本文档来自技高网...

【技术保护点】
半导体外延晶片的制造方法，其特征在于，具有：第一工序，对半导体晶片的表面照射簇离子，在该半导体晶片的表面部形成所述簇离子的构成元素固溶而成的改性层；以及第二工序，在所述半导体晶片的改性层上形成外延层；其中，进行所述第一工序，以使所述改性层的厚度方向的一部分成为无定形层，并且使该无定形层的所述半导体晶片表面侧的表面的平均深度为从所述半导体晶片表面起20nm以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.07 JP 2014-0011821.半导体外延晶片，其具有：半导体晶片、形成于该半导体晶片的表面部且规定元素固溶于该半导体晶片中而成的改性层、以及该改性层上的外延层，其特征在于，所述改性层中存在再结晶化区域形成复合簇化的黑点状缺陷，所述黑点状缺陷使用TEM以明亮模式观察所述半导体外延晶片的劈开剖面时作为黑点而被观察到，所述黑点状缺陷的密度为1.0×1010个/cm2以下，所述改性层中不存在黑点相连而成的线状缺陷层。2.根据权利要求1所述的半导体外延晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥山亮辅，
申请(专利权)人：胜高股份有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP