半導(dǎo)體外延晶片的制造方法、半導(dǎo)體外延晶片以及固體攝像元件的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體外延晶片的制造方法、半導(dǎo)體外延晶片以及固體攝像元件的制 造方法。本發(fā)明特別涉及制造能夠通過發(fā)揮更高的吸雜（gettering)能力來抑制金屬污染 的半導(dǎo)體外延晶片的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為使半導(dǎo)體器件的特性劣化的主要原因，可舉出金屬污染。例如，在背面照射型 固體攝像元件中，混入到作為該元件的基板的半導(dǎo)體外延晶片的金屬成為使固體攝像元件 的暗電流增加的主要原因，使被稱為白色損傷缺陷的缺陷產(chǎn)生。背面照射型固體攝像元件 通過將布線層等配置在比傳感器部下層，從而將來自外部的光直接導(dǎo)入到傳感器，即使在 暗處等也能夠拍攝更鮮明的圖像、活動(dòng)圖，因此，近年來，被廣泛地用于數(shù)字視頻攝像機(jī)、智 能電話等便攜式電話。因此，期望極力減少白色損傷缺陷。
[0003] 向晶片的金屬的混入主要在半導(dǎo)體外延晶片的制造工序和固體攝像兀件的制造 工序(器件制造工序）中產(chǎn)生。關(guān)于前者的半導(dǎo)體外延晶片的制造工序中的金屬污染，可考 慮由來自外延生長爐的構(gòu)成材料的重金屬微粒所造成的金屬污染、或者由于將氯類氣體用 作外延生長時(shí)的爐內(nèi)氣體而使其配管材料發(fā)生金屬腐蝕而產(chǎn)生的重金屬微粒所造成的金 屬污染等。近年來，這些金屬污染通過將外延生長爐的構(gòu)成材料更換為耐腐蝕性優(yōu)秀的材 料等而某種程度能夠改善，但是，并不充分。另一方面，在后者的固體攝像元件的制造工序 中，在離子注入、擴(kuò)散和氧化熱處理等各處理中，擔(dān)憂半導(dǎo)體基板的重金屬污染。
[0004] 因此，歷來，在半導(dǎo)體外延晶片形成用于捕獲金屬的吸雜槽或者使用高濃度硼基 板等金屬的捕獲能力（吸雜能力）高的基板來避免向半導(dǎo)體晶片的金屬污染。
[0005] 作為在半導(dǎo)體晶片形成吸雜槽的方法，在半導(dǎo)體晶片的內(nèi)部形成作為晶體缺陷的 氧沉淀物(為硅氧化物沉淀物的通稱，也稱為BMD :Bulk Micro Defect，體微缺陷)、位錯(cuò)的 本征吸雜（IG ;Intrinsic Gettering)法、在半導(dǎo)體晶片的背面形成吸雜槽的非本征吸雜 (EG ；Extrinsic Gettering)法是一般的。
[0006] 在此，作為重金屬的吸雜法的一種手法，有在半導(dǎo)體晶片中通過單體離子(單個(gè)離 子）注入來形成吸雜處的技術(shù)。在專利文獻(xiàn)1中，記載了在從硅晶片的一面注入碳離子而 形成碳離子注入?yún)^(qū)域之后在該表面形成硅外延層而做成硅外延晶片的制造方法。在該技術(shù) 中，碳離子注入?yún)^(qū)域作為吸雜處起作用。
[0007] 此外，在專利文獻(xiàn)2中，記載了特征在于包括如下階段的外延半導(dǎo)體基板的制造 方法：在半導(dǎo)體基板內(nèi)形成非載子性摻雜層(碳等）和在內(nèi)部包括所述非載子性摻雜層的載 子性摻雜層(作為硼族元素為硼、作為氮族元素為砷（As)等）的階段、以及在所述基板上表 面形成外延層的階段。
[0008] 進(jìn)而，在專利文獻(xiàn)3中，記載了特征在于如下的外延晶片的制造方法：對(duì)硅單晶體 基板在劑量5X10 14~1X IO16原子/cm2的范圍內(nèi)離子注入硼、碳、鋁、砷、銻中的至少一種， 之后，在不對(duì)進(jìn)行了該離子注入的所述硅單晶體基板進(jìn)行恢復(fù)熱處理的情況下進(jìn)行洗凈之 后，使用枚葉式外延裝置在1100°c以上的溫度下形成外延層。
[0009] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)1 :日本特開平6-338507號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2007-36250號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2010-177233號(hào)公報(bào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 發(fā)明要解決的課題 專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2以及專利文獻(xiàn)3所記載的技術(shù)均是在外延層形成前將1個(gè)或多 個(gè)單體離子(單個(gè)離子）注入到半導(dǎo)體晶片的技術(shù)。然而，根據(jù)本發(fā)明人們的研宄，可知，在 施行了單體離子注入的半導(dǎo)體外延晶片中，吸雜能力不充分，要求更強(qiáng)力的吸雜能力。
[0011] 于是本發(fā)明鑒于上述課題，其目的在于，提供能夠通過具有更高的吸雜能力來抑 制金屬污染的半導(dǎo)體外延晶片及其制造方法、以及從該半導(dǎo)體外延晶片形成固體攝像元件 的固體攝像元件的制造方法。
[0012] 用于解決課題的方案 根據(jù)本發(fā)明人們的研宄，發(fā)現(xiàn)了，通過對(duì)半導(dǎo)體晶片照射簇離子，從而與注入單體離子 的情況相比，有以下的有利點(diǎn)。即，在照射簇離子的情況下，即使以與單體離子同等的加速 電壓進(jìn)行照射，構(gòu)成簇離子的碳和/或摻雜元素的每1原子的能量也比作為單體離子而分 別注入碳和摻雜元素的情況小地碰撞于半導(dǎo)體晶片。因此，能夠使照射的碳和摻雜元素的 深度方向的濃度分布的峰值濃度急峻地位于更靠近半導(dǎo)體晶片表面的位置，并且能夠一次 照射多個(gè)原子，因此，能夠做成高濃度。其結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)了吸雜能力提高。
[0013] 本發(fā)明人們基于上述發(fā)現(xiàn)而實(shí)現(xiàn)了完成本發(fā)明。
[0014] 即，本發(fā)明的半導(dǎo)體外延晶片的制造方法的特征在于，具有：第一工序，在其中，對(duì) 半導(dǎo)體晶片的表面照射簇離子，在該半導(dǎo)體晶片表面形成作為所述簇離子的構(gòu)成元素的碳 和摻雜元素固溶后的改性層；以及第二工序，在其中，在所述半導(dǎo)體晶片的改性層上形成摻 雜元素濃度比該改性層中的所述摻雜元素的峰值濃度低的外延層。
[0015] 在此，所述簇離子優(yōu)選為使包括所述碳和所述摻雜元素雙方的化合物離子化而 成。
[0016] 此外，能夠使所述摻雜元素為從由硼、磷、砷和銻構(gòu)成的組中選擇的1種或2種以 上的元素。
[0017] 在此，能夠使所述半導(dǎo)體晶片為硅晶片。
[0018] 此外，也可以使所述半導(dǎo)體晶片為在娃晶片的表面形成有娃外延層的外延娃晶 片，在該情況下，在所述第一工序中，所述改性層被形成于所述硅外延層的表面。
[0019] 接著，本發(fā)明的半導(dǎo)體外延晶片的特征在于，具有：半導(dǎo)體晶片；形成在該半導(dǎo)體 晶片的表面并且在該半導(dǎo)體晶片中碳和摻雜元素固溶而成改性層；以及該改性層上的外延 層，所述改性層中的所述碳的濃度分布的半寬度和所述摻雜元素的濃度分布的半寬度均為 IOOnm以下，所述外延層中的摻雜元素的濃度比所述改性層中的所述摻雜元素的峰值濃度 低。
[0020] 在此，能夠使所述摻雜元素為從由硼、磷、砷和銻構(gòu)成的組中選擇的1種或2種以 上的元素。
[0021] 在此，能夠使所述半導(dǎo)體晶片為硅晶片。
[0022] 此外，可以使所述半導(dǎo)體晶片為在硅晶片的表面形成有硅外延層的外延硅晶片， 在該情況下，所述改性層位于所述硅外延層的表面。
[0023] 進(jìn)而，所述改性層中的所述碳和所述摻雜元素的濃度分布的峰值優(yōu)選為位于從所 述半導(dǎo)體晶片的表面起的深度為150nm以下的范圍內(nèi)，碳的峰值濃度優(yōu)選為I X IO15原子/ cm3以上，摻雜元素的峰值濃度也優(yōu)選為1X10 15原子/cm 3以上。
[0024] 而且，本發(fā)明的固體攝像元件的制造方法的特征在于，將固體攝像元件形成于通 過上述任一項(xiàng)的制造方法而制造的外延晶片或者上述任一項(xiàng)的外延晶片的位于表面的外 延層。
[0025] 發(fā)明效果 根據(jù)本發(fā)明，由于對(duì)半導(dǎo)體晶片照射簇離子，在該半導(dǎo)體晶片的表面形成將作為所述 簇離子的構(gòu)成元素的碳和摻雜元素固溶后的改性層，所以能夠得到能夠通過該改性層發(fā)揮 更高的吸雜能力來抑制金屬污染的半導(dǎo)體外延晶片，此外，能夠從該半導(dǎo)體外延晶片形成 高品質(zhì)的固體攝像元件。
【附圖說明】
[0026] 圖1是說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體外延晶片100的制造方法的示意截面 圖。
[0027] 圖2是說明本發(fā)明的另一實(shí)施方式的半導(dǎo)體外延晶片200的制造方法的示意截面 圖。
[0028] 圖3 (A)是說明照射簇離子的情況下的照射機(jī)制的示意圖，（B)是說明注入單體 離子的情況下的注入機(jī)制的示意圖。
[0029] 圖4是照射了簇離子的參考例1、2中的通過SMS測(cè)定而得到的構(gòu)成元素的濃度 分布，（A)示出參考例1，（B)示出參考例2。
[0030] 圖5是照射了單體離子的參考例3、4中的通過SMS測(cè)定而得到的構(gòu)成元素的濃 度分布，（A)示出參考例3,（B)示出參考例4。
[0031] 圖6是照射了簇離子的實(shí)施例1、2中的通過SMS測(cè)定而得到的構(gòu)成元素的濃度 分布，（A)示出實(shí)施例1，（B)示出實(shí)施例2。
[0032] 圖7是照射