[發明專利]外延硅晶片

在審

• 申請號: 201680043772.0
• 申請日: 2016-07-06
• 公開（公告）號: CN107849731A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 鳥越和尚;小野敏昭
• 申請（專利權）人: 勝高股份有限公司
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;H01L21/20
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 馬倩,李炳愛

技術領域

本發明涉及一種外延硅晶片，尤其涉及一種在摻雜有硼的p型硅基板的表面形成有外延層的外延硅晶片。

背景技術

作為半導體器件的基板材料，廣泛地使用外延硅晶片。外延硅晶片是在塊硅基板的表面形成有外延層，由于晶體的完整性高，因此能夠制造高品質且可靠度高的半導體器件。

用于固體成像元件或功率半導體器件等用途的外延硅晶片中，使用含高濃度p型或n型雜質的硅基板。例如在專利文獻1中記載有一種外延硅晶片，具備氮濃度為1×10¹²個原子/cm³以上或由于硼摻雜而比電阻設定為20mΩ·cm以下的晶片和設于晶片表面的外延層，且晶片的初始氧濃度為14×10¹⁷個原子/cm³以下。

由于氮、硼使氧析出核的穩定性增大，因此高濃度地摻雜有氮、硼的硅晶片與一般的晶片相比，在器件工序中容易形成氧析出物，當在板狀的氧析出物生長成較大的狀態下進行了LSA(Laser Spike Anneal：激光尖峰退火)時，容易以該氧析出物為起點而發生位錯。然而根據上述外延硅晶片，即使在器件工序中進行了LSA的情況下，也能夠防止以氧析出物為起點的位錯的發生。

而且，在專利文獻2中記載有一種背照式固體成像元件用外延晶片，其具有添加有碳及氮，且電阻率小于100Ω·cm的p型硅基板、p型硅基板上的p型第一外延層及p型第一外延層上的p型或n型第二外延層，p型硅基板中的晶格間氧濃度為10×10¹⁷～20×10¹⁷個原子/cm³，在p型硅基板的深度方向中心部的析出物密度為5×10⁵/cm²以上且5×10⁷/cm²以下。根據該外延晶片，能夠以更高成品率來制造背照式固體成像元件。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2011-228459號公報

專利文獻2：日本特開2012-138576號公報

在用于固體成像元件等用途的外延晶片中，為了確保吸雜能力及基板的低電阻化，硅基板中的硼為不可缺少的物質。然而，當大量的硼從硅基板擴散到外延層側時，存在外延層的雜質分布發生變化，從而在晶片面內的電阻率的均勻性惡化這樣的問題。而且有可能會在與硅基板交界附近的外延層中的硼濃度過渡區域(電阻變動層)范圍變大，外延層的有效厚度變薄，半導體器件的特性惡化。因此，需要盡可能抑制硅基板中的硼的擴散。

已知硅基板中的硼通過氧化性氣氛下的熱處理而加速擴散。當在硅基板的表面形成熱氧化膜時，空間被SiO₂占據而失去位置的Si原子被擠出晶格之外，晶格間的硅增加。另一方面，由于硼一邊替代晶格間的硅，一邊踢出擴散(kick-out diffusi on)，從而通過晶格間的硅的增加，硼將會加速擴散。因此，抑制硼的加速擴散的一個方法，是盡可能不進行氧化性氣氛下的熱處理工序。

然而，即使在器件工序中不包含氧化性氣氛下的熱處理的情況下，也會發生器件特性因硼的擴散而惡化的狀況，因此為了抑制硼的加速擴散，希望進一步進行改善。

發明內容

本發明鑒于上述問題而完成，其目的在于提供一種在硅基板中的硼的加速擴散被抑制的外延硅晶片。

用于解決技術問題的方案

本申請的發明人等針對硅晶片中的硼的擴散機理反復進行了深入研究的結果，可知不限于在氧化性氣氛下的熱處理，硅基板中的氧析出物通過任意的熱處理而生長時也會釋放晶格間的硅，經由該晶格間的硅促進硼的踢出擴散。尤其是起因于氧析出物的硼的擴散，會從硅基板中的氧析出物密度超出某一閾值等級時起急劇地進展，且本發明著眼于此而完成。

本發明是基于這樣的技術性見解的發明，根據本發明的外延硅晶片，其在摻雜有硼的硅基板的表面形成有外延層，所述外延硅晶片的特征在于，所述硅基板中的硼濃度為2.7×10¹⁷個原子/cm³以上且1.3×10¹⁹個原子/cm³以下，所述硅基板中的初始氧濃度為11×10¹⁷個原子/cm³以下，在對所述外延硅晶片實施了氧析出物評價熱處理的情況下，所述硅基板中的氧析出物密度為1×10¹⁰個/cm³以下。