[發明專利]用于外延襯底的硅晶片的制造方法和外延襯底的制造方法

無效

• 申請號: 200910173463.7
• 申請日: 2009-09-18
• 公開（公告）號: CN101710566A
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發明（設計）人: 藤井達男
• 申請（專利權）人: 科發倫材料株式會社
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/20;H01L21/324
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 郭放

技術領域

本發明涉及制造用于半導體器件制造的硅晶片的方法，更確切地說，涉及制造用于外延襯底的硅晶片的方法和制造外延襯底的方法。

背景技術

近些年來，半導體器件性能得到了顯著的改善。高性能半導體器件需要高質量的硅襯底(或者硅晶片)。用于制造以功率MOSFET為代表的先進的分立器件的外延襯底尤其要求更高的質量。通常，分立器件被設計為使得電流從硅晶片的正面到背面的方向流動。這要求正向的電流應隨著器件性能的改進而提高。為了滿足該要求，需要減小電阻分量，因而需要提高外延襯底中的雜質的濃度。

外延襯底的制造采用外延生長工藝，這種工藝是一種氣相生長工藝。該工藝先通過高達約1E19atoms/cm³的濃度高濃度地摻入雜質，諸如硼(B)，來制備用于外延襯底的硅晶片。(該硅晶片在下文中被稱為用于襯底的硅晶片。)用于襯底的硅晶片被放置于反應爐中，其中氣氛被保持于預定壓力。然后將該襯底在反應爐中加熱，其中向該反應爐中供給源氣體，在該源氣體中混合有包含磷(P)或硼(B)作為雜質的摻雜氣體。加熱溫度為1000℃或更高。所述加熱使源氣體在用于襯底的硅晶片的表面上發生熱分解或氫還原反應。所述反應導致在用于襯底的硅晶片的表面上生長厚度為1到200μm并且雜質濃度為約1E14到1E17atoms/cm³的單晶硅薄膜。

如此制造的外延襯底被用于在其上形成所需的器件。這樣就獲得了上述的高性能的分立器件。

對高摻雜的用于襯底的硅晶片所應用的外延生長方法的缺點在于，由于在所要生長的單晶硅薄膜中的自動摻雜(autodoping)，導致了雜質濃度的分布(profile)不良或者雜質濃度的面內均勻性不良。

自動摻雜表示這種現象，即當用于襯底的硅晶片在外延生長的時候被加熱時，硼從用于襯底的硅晶片的表面向外擴散進入到氣氛中并且擴散的硼被正在生長的單晶硅薄膜所捕獲使得雜質濃度發生波動。其后果是外延襯底中的雜質的分布不均勻，其表現為難以形成具有所需特性的半導體器件。

因此，已經提出了幾種防止自動摻雜的方法。其中之一是，預先利用CVD(化學氣相沉積)在用于襯底的硅晶片的背面上形成氧化硅膜，由此防止雜質向外擴散。(參見日本未審查專利公開第10-106955號。)另一種是要在高摻雜硼的用于襯底的硅晶片上進行氫化處理，由此減小表面層中的硼濃度。(參見日本未審查專利公開第9-199380號。)

但是，上述的已知方法存在一些問題。比如，如日本未審查專利公開第10-106955號中所示，第一種方法會引起在用于襯底的硅晶片上進行外延生長時，在斜切部分處的氧化硅膜上發生異常的硅生長，其背面所涂敷的氧化硅膜延伸到斜切部分處。結果，氧化硅膜剝離而產生顆粒，造成對反應爐內部的污染。

另一個缺點是，當在具有高雜質濃度的表面層的用于襯底的硅晶片上生長低雜質濃度的單晶硅膜時，在單晶硅薄膜中易于發生失配位錯。該問題是由于用于襯底的硅晶片的表面和所要生長的單晶硅膜之間雜質濃度不同而導致的晶格常數不同所造成的。為了應對此問題，需要降低用于襯底的硅晶片的表面層中的硼濃度。在日本未審查專利公開第9-199380中披露了解決措施。

根據該專利公開，將雜質濃度為3E18atoms/cm³的襯底在50％氫的氣氛中在1200℃下加熱2小時。然而，更高雜質濃度的襯底如果要產生與上述相同的效果就需要長于2小時的熱處理。但是，長于2小時的熱處理對用于氫化處理的石英爐的耐久性會產生不利影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制造用于外延襯底的硅晶片的方法和一種制造外延襯底的方法，所述方法能夠以在將用于襯底的硅晶片內的雜質濃度保持在高濃度摻雜所應具有的高水平上的同時降低表面層中的雜質濃度的方式來防止在外延生長時發生自動摻雜和失配位錯。

本發明的制造用于外延襯底的硅晶片的方法包括：第一步驟，在包含不少于1E19atoms/cm³的硼原子的硅晶片上進行熱氧化，由此在硅晶片的表面上形成氧化硅膜；第二步驟，剝離氧化硅膜；和第三步驟，在氫氣氛中，在剝離了氧化硅膜的硅晶片上進行熱處理。

本發明的制造外延襯底的方法包括：第一步驟，在包含不少于1E19atoms/cm³的硼的硅晶片上進行熱氧化，由此在硅晶片的表面上形成氧化硅膜；第二步驟，剝離氧化硅膜；第三步驟，在氫氣氛中，在剝離了氧化硅膜的硅晶片上進行熱處理；和第四步驟，在經過熱處理的硅晶片上形成單晶硅膜。