外延晶片的制造方法和外延晶片的制作方法
【專利摘要】提供抑制外延缺陷的形成、同時(shí)具有優(yōu)異的吸雜能力的外延晶片的制造方法。其特征在于具有以下工序：簇離子照射工序，以2.0×1014/cm2以上1.0×1016/cm2以下的劑量對(duì)具有0.001Ω·cm以上0.1Ω·cm以下的電阻率的硅晶片10的表面照射至少含有碳的簇離子16，形成簇離子16的構(gòu)成元素在硅晶片10的表面部固溶而成的改性層18；和外延層形成工序，在硅晶片10的改性層18上形成具有比硅晶片10高的電阻率的外延層20。
【專利說(shuō)明】
外延晶片的制造方法和外延晶片
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及外延晶片的制造方法和外延晶片，特別涉及抑制外延缺陷的形成、具有優(yōu)異的吸雜能力的外延晶片的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，硅裝置的微細(xì)化日益發(fā)展，要求在裝置形成區(qū)域不存在導(dǎo)致漏電流增大、載體壽命縮短的晶體缺陷。為了適應(yīng)該要求，制作使外延層在硅晶片上生長(zhǎng)的外延晶片，使用表面的外延層作為裝置形成區(qū)域。
[0003]作為硅裝置制造工藝中的問(wèn)題點(diǎn)之一，可舉出重金屬在晶片中的混入。例如鈷、銅或鎳等重金屬混入晶片中時(shí)，帶來(lái)停頓時(shí)間不良、保留不良、結(jié)泄漏不良以及氧化膜的絕緣破壞等，對(duì)裝置特性顯著的不良影響。因此為了抑制重金屬在裝置形成區(qū)域中擴(kuò)散，通常是米用吸雜法。
[0004]該吸雜法有:使氧在晶片內(nèi)部析出，利用所形成的氧析出物作為吸雜部位的內(nèi)吸雜法(IG法;Intrinsic Gettering method);和在晶片的背面使用噴砂法等施加機(jī)械變形，或形成多晶娃膜等來(lái)制成吸雜部位的外吸雜法(EG法;Extrinsic Gettering method)。
[0005]但是，由于裝置形成工藝的低溫化以及硅晶片的大口徑化，出現(xiàn)無(wú)法對(duì)硅晶片、繼而對(duì)外延晶片充分賦予吸雜能力的問(wèn)題。即，由于形成工藝溫度的低溫化，難以使氧析出物在晶片內(nèi)部形成。另外對(duì)于具有300mm以上的口徑的硅晶片，不僅對(duì)其主面、對(duì)其背面通常也實(shí)施鏡面研磨處理，存在無(wú)法對(duì)晶片的背面賦予機(jī)械變形、或無(wú)法形成多晶硅膜等的狀況。
[0006]如上所述，目前存在難以對(duì)晶片賦予吸雜能力的狀況。
[0007]在這樣的背景下，作為對(duì)外延晶片賦予吸雜能力的方法，專利文獻(xiàn)I中提出了以下技術(shù):將碳離子注入到硅晶片表面，制作在硅晶片的表面部形成有吸雜層的硅晶片，該吸雜層包含含有高濃度碳的區(qū)域(以下稱為“高濃度碳區(qū)域”)，然后在該硅晶片的表面上形成外延層，由此制作具有優(yōu)異的吸雜能力的外延晶片。
[0008]但是，在硅晶片上形成外延層時(shí)、或者在裝置形成區(qū)域上形成裝置元件時(shí)，如果污染金屬附著于晶片表面，則污染金屬由于上述的裝置形成工藝的低溫化而無(wú)法從裝置形成區(qū)域脫離，可能無(wú)法被捕獲至存在于距晶片表面較深位置的吸雜區(qū)。
[0009]另外，為了向距晶片表面較深位置以高濃度注入碳離子，形成吸雜層，必須提高碳離子的加速電壓，其結(jié)果，晶片表面的結(jié)晶性變差，也有在其上生長(zhǎng)的外延層產(chǎn)生缺陷的問(wèn)題。
[0010]作為解決該問(wèn)題的方法，專利文獻(xiàn)2中記載了以下技術(shù):將原子或分子多個(gè)集合成塊的簇離子注入到硅晶片表面附近的極淺的位置，以包含高濃度元素區(qū)域的吸雜層的形式形成改性層，由此解決晶片表面的結(jié)晶性混亂的問(wèn)題，并且制造具有更優(yōu)異的吸雜能力的外延晶片。
[0011]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5-152304號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:國(guó)際公開第2012/17162號(hào)小冊(cè)子。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]發(fā)明所要解決的課題
專利文獻(xiàn)2所述的通過(guò)簇離子照射形成的改性層與專利文獻(xiàn)I所述的通過(guò)離子注入法得到的吸雜層相比具有高吸雜能力。但是如上所述，裝置的微細(xì)化日益進(jìn)展，因此對(duì)于金屬污染對(duì)策的要求也日益嚴(yán)格，人們希望吸雜能力進(jìn)一步提高。
[0013]在專利文獻(xiàn)2記載的簇離子照射技術(shù)中，為了提高外延晶片的吸雜能力，可增加所照射的簇離子的劑量。但是本發(fā)明人了解到:為了提高吸雜能力而增加劑量地進(jìn)行簇離子的照射以制作外延晶片時(shí)，在外延層形成的晶體缺陷(即外延缺陷)增加。
[0014]這樣，在通過(guò)簇離子照射技術(shù)對(duì)外延晶片賦予吸雜能力時(shí)，吸雜能力的提高與外延缺陷的降低存在折衷(trade-off)的關(guān)系，必須確立一種制造抑制外延缺陷的形成、同時(shí)具有優(yōu)異的吸雜能力的外延晶片的途徑。
[0015]因此，本發(fā)明的目的在于提供制造抑制外延缺陷的形成、同時(shí)具有優(yōu)異的吸雜能力的外延晶片的途徑。
[0016]解決課題的方案
發(fā)明人對(duì)于解決上述課題的途徑進(jìn)行了深入的研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn):在通過(guò)簇離子照射技術(shù)提供吸雜能力提高的外延晶片時(shí)，降低作為外延晶片的基板的硅晶片的電阻率，這對(duì)于抑制外延層中的缺陷的產(chǎn)生有效。
[0017]但是，通常使用電阻率低的硅晶片形成比硅晶片高電阻率的外延層所得的外延晶片中，由于裝置形成工序中的熱處理等，有硅晶片中的摻雜劑、氧擴(kuò)散到外延層內(nèi)，外延層的電阻率發(fā)生變動(dòng)的問(wèn)題。
[0018]根據(jù)本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)到，對(duì)于低電阻率的硅晶片以規(guī)定的劑量范圍照射簇離子時(shí)，摻雜劑向外延層內(nèi)的擴(kuò)散得到抑制，并且也可抑制硅晶片中的氧向外延層內(nèi)擴(kuò)散，從而完成了本發(fā)明。
[0019]S卩，本發(fā)明的要旨構(gòu)成如下所述。
[0020](I)外延晶片的制造方法，其特征在于，具有以下工序:簇離子照射工序，以2.0 X11Vcm2以上1.0XlO1Vcm2以下的劑量對(duì)具有0.001Ω.cm以上0.1Ω.cm以下的電阻率的硅晶片的表面照射至少含有碳的簇離子，形成所述簇離子的構(gòu)成元素在所述硅晶片的表面部固溶而成的改性層;和外延層形成工序，在所述硅晶片的改性層上形成具有比所述硅晶片高的電阻率的外延層。
[0021](2)所述(I)所述的外延晶片的制造方法，其中，所述簇離子含有包含碳的2種以上的元素作為構(gòu)成元素。
[0022](3)所述(I)或(2)所述的外延晶片的制造方法，其中，所述硅晶片的電阻率通過(guò)硼的添加來(lái)調(diào)節(jié)。
[0023](4)所述(1)-(3)中任一項(xiàng)所述的外延晶片的制造方法，其中，在所述簇離子照射工序之后且在所述外延層形成工序之前，進(jìn)一步具有在非氧化性氣氛中以500°C以上1100°c以下的溫度進(jìn)行熱處理的熱處理工序。
[0024](5)外延晶片，其特征在于具有:具有0.001 Ω._以上0.1Ω.cm以下的電阻率的硅晶片，形成于該硅晶片的表面部、由至少包含碳的規(guī)定元素在該硅晶片中固溶而成的改性層，和在該改性層上、具有比所述硅晶片高的電阻率的外延層;所述改性層中的所述規(guī)定元素在深度方向的濃度分布的半值寬度為10nm以下，所述改性層中的所述濃度分布的峰值濃度為9.0 X 118原子/cm3以上1.0 X 121原子/cm3以下。
[0025](6)所述(5)所述的外延晶片，其中，所述改性層中的所述濃度分布的峰值位于距所述硅晶片表面的深度為150nm以下的范圍內(nèi)。
[0026](7)所述(5)或(6)所述的外延晶片，其中，所述規(guī)定元素含有包含碳的2種以上的元素。
[0027](8)所述(5)-(7)中任一項(xiàng)所述的外延晶片，其中，所述硅晶片的電阻率通過(guò)硼的添加來(lái)調(diào)節(jié)。
[0028]發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，使用具有低電阻率的硅晶片作為外延晶片的基板，因此可獲得抑制外延缺陷形成、同時(shí)具有優(yōu)異的吸雜能力的外延晶片。
[0029]另外以適當(dāng)范圍內(nèi)的劑量對(duì)上述具有低電阻率的硅晶片進(jìn)行簇離子的照射，因此可以抑制氧和摻雜劑由硅晶片向外延層的擴(kuò)散，抑制外延層的電阻率的變動(dòng)。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1是說(shuō)明本發(fā)明的外延晶片的制造方法的示意截面圖。
[0031]圖2是說(shuō)明簇離子的劑量與抑制硼向外延層內(nèi)擴(kuò)散的效果的關(guān)系的圖。
[0032]圖3是說(shuō)明通過(guò)本發(fā)明的外延晶片的制造方法，抑制硅晶片中的氧向外延層擴(kuò)散的情形的圖。
[0033]圖4是說(shuō)明通過(guò)本發(fā)明的外延晶片的制造方法，硅晶片中的電阻率變動(dòng)得到抑制的情形的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034](外延晶片的制造方法)
以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行說(shuō)明。圖1是說(shuō)明本發(fā)明的外延晶片的制造方法的示意截面圖。該圖中所示的外延晶片100的制造方法具有以下工序:簇離子照射工序，對(duì)硅晶片10的表面1A照射至少含有碳的簇離子16，形成簇離子16的構(gòu)成元素在硅晶片10的表面部固溶而成的改性層18(圖1(A)-(C));和外延層形成工序，在硅晶片10的改性層18上形成具有比硅晶片10高的電阻率的外延層20(圖1(D))。這里，使用具有0.001Ω.cm以上
0.1 Ω.cm以下的電阻率的硅晶片作為硅晶片10，以及以2.0X 114原子/cm2以上1.0X 116原子/cm2以下的劑量進(jìn)行簇離子16的照射，這是很重要的。
[0035]如上所述，對(duì)硅晶片照射簇離子來(lái)對(duì)外延晶片賦予吸雜能力時(shí)，通過(guò)增加簇離子的劑量可以提高外延晶片的吸雜能力。并且通過(guò)使用具有低電阻率的硅晶片，可以抑制在外延層缺陷的發(fā)生。認(rèn)為這大概是由于，通過(guò)高濃度添加摻雜劑，硅晶片本身的導(dǎo)熱率降低，簇離子在與硅晶片表面沖突時(shí)產(chǎn)生的熱難以被除去，通過(guò)簇離子的照射產(chǎn)生的硅晶片表面的損傷因簇離子的照射產(chǎn)生的熱而容易恢復(fù)。
[0036]這樣，在簇離子照射技術(shù)中，通過(guò)使用具有0.001Ω.Cm以上0.1 Ω.cm以下的電阻率的硅晶片，可以制作抑制外延缺陷形成、具有優(yōu)異的吸雜能力的外延晶片。需說(shuō)明的是，若電阻率超過(guò)0.1Ω.cm，則由于電阻高，因此無(wú)法獲得充分的抑制外延缺陷形成的效果，若電阻率低于0.001 Ω.cm，則硅晶的培養(yǎng)本身變得困難。
[0037]另外，通過(guò)使簇離子照射的劑量為2.0X114原子/cm2以上，在裝置形成工序的熱處理后也可以抑制硅晶片中的摻雜劑和氧向外延層內(nèi)擴(kuò)散，抑制外延層的電阻率的變動(dòng)。認(rèn)為這大概是由于，摻雜劑的擴(kuò)散由填隙硅助長(zhǎng)，但簇離子照射導(dǎo)致的高濃度的碳與填隙硅結(jié)合，從而填隙硅的濃度降低，其結(jié)果，摻雜劑的擴(kuò)散得到抑制。不過(guò)如果劑量為超過(guò)1.0X 116原子/cm2的值，則硅晶片最表面的結(jié)晶性混亂過(guò)度增大，外延生長(zhǎng)處理時(shí)可能使外延層中產(chǎn)生的缺陷個(gè)數(shù)增加。
[0038]這樣，通過(guò)使用具有0.001 Ω.cm以上0.1 Ω.cm以下的電阻率的硅晶片作為基板，以2.0X 114原子/cm2以上1.0X 116原子/cm2以下的劑量進(jìn)行簇離子的照射，可以抑制外延缺陷的形成，同時(shí)抑制在裝置形成工序的熱處理時(shí)硅晶片中的摻雜劑和氧向外延層的擴(kuò)散，可獲得具有優(yōu)異的吸雜能力的外延晶片。以下對(duì)本發(fā)明的外延晶片的制造方法的各工序進(jìn)彳丁說(shuō)明。
[0039]首先，準(zhǔn)備具有0.001Ω.cm以上0.1Ω.cm以下的電阻率的硅晶片10作為外延晶片100的基板(圖1(A))。本發(fā)明的電阻率可通過(guò)擴(kuò)散擴(kuò)展電阻測(cè)定法(SR法；SpreadingResistance Ana I y s i s)或四探針?lè)ǖ葴y(cè)定方法測(cè)定。
[0040 ]作為這樣的硅晶片1的原材料的單晶硅錠例如可通過(guò)提拉法(CZ法;Czochra I sk imethod)培養(yǎng)。具體來(lái)說(shuō)，可通過(guò)將籽晶浸漬于供給到石英坩禍內(nèi)的硅熔融液中，一邊使石英坩禍和籽晶旋轉(zhuǎn)一邊提拉籽晶來(lái)培養(yǎng)。
[0041]將電阻率調(diào)節(jié)為上述范圍，這可通過(guò)調(diào)節(jié)加入到石英坩禍內(nèi)的摻雜劑的量進(jìn)行。作為摻雜劑，無(wú)論P(yáng)型、η型，可使用硼、磷、銻、砷等任意摻雜劑。需說(shuō)明的是，砷和銻非常容易蒸發(fā)，因此難以將硅晶體中的摻雜劑濃度充分提高，有難以制造低電阻率的硅晶體的問(wèn)題。與此相對(duì)，硼、磷的分凝系數(shù)(segregat1n coefficient)更接近于I，可制造低電阻率的硅晶片，因此優(yōu)選使用硼或磷。特別是使用硼時(shí)，具有對(duì)于擴(kuò)散速度較慢的Fe等的吸雜效果提尚的優(yōu)點(diǎn)。
[0042]接著，對(duì)準(zhǔn)備好的具有低電阻率的硅晶片10的表面1A照射簇離子16，該簇離子16是使至少含有碳的簇進(jìn)行離子化獲得的(圖1 (B))。簇離子16的照射是用比單體離子低的能量將簇離子16的構(gòu)成元素導(dǎo)入到硅晶片10的表面部，因此與注入單體離子的情形相比，可以使包含碳的、簇離子16的構(gòu)成元素的最大濃度的位置位于更接近表面1A處。而且，可以使簇離子16的構(gòu)成元素所分布的、在晶片深度方向的范圍狹窄，因此可以提高簇離子16的構(gòu)成元素的最大濃度。并且，由于是以低能量照射簇離子16，因此可以抑制硅晶片10表面結(jié)晶性的降低。
[0043]這里，簇離子的碳源可以使用乙烷、甲烷、丙烷、聯(lián)芐(C14H14)、二氧化碳(CO2)等。另夕卜，為了容易形成小尺寸的簇離子束，優(yōu)選使用通過(guò)芘(C16Hiq)、聯(lián)芐(C14H14)等生成的簇CnHm(3^n^l6,3^m^l0)o
[0044]簇離子16的劑量為2.0 X 114原子/cm2以上1.0 X 116原子/cm2以下。如上所述，劑量低于2.0X 114原子/cm2時(shí)，無(wú)法抑制摻雜劑和氧由硅晶片向外延層的擴(kuò)散。而劑量若超過(guò)1.0 X 116原子/cm2，則硅晶片最表面的結(jié)晶性混亂過(guò)于增大，在外延生長(zhǎng)處理時(shí)可能在外延層產(chǎn)生缺陷。以2.0 X 114原子/cm2以上1.0 X 116原子/cm2以下的劑量進(jìn)行簇離子照射，則改性層18中的構(gòu)成元素在深度方向的濃度分布的峰值濃度為9.0 X 118原子/cm3以上1.0XlO21原子/cm3以下的范圍。
[0045]需說(shuō)明的是，本發(fā)明中，“構(gòu)成元素在深度方向的濃度分布”是指，在構(gòu)成元素含有2種以上的元素時(shí)，不是針對(duì)合計(jì)，而是針對(duì)各自單獨(dú)的元素的分布。
[0046]照射簇離子時(shí)，作為吸雜層的改性層18的深度位置取決于簇離子16的加速電壓和簇尺寸。為了在硅晶片10的表面部形成改性層18，簇離子16的加速電壓超過(guò)OkeV/原子但為50keV/原子以下。優(yōu)選40keV/原子以下。另外簇尺寸為2個(gè)以上，優(yōu)選50個(gè)以下。這里，“簇尺寸”是指構(gòu)成I個(gè)簇的原子或分子的個(gè)數(shù)。
[0047]作為構(gòu)成元素，優(yōu)選含有包含碳的2種以上的元素，S卩，在碳以外還含有I種以上的元素。這是由于，根據(jù)析出元素的種類不同，可有效地吸雜的金屬的種類也不同，通過(guò)使2種以上的元素固溶，可以更大范圍地應(yīng)對(duì)金屬污染。具體來(lái)說(shuō)，在碳以外，還可以含有氫、磷、硼等，例如為碳時(shí)，可以有效地將鎳、銅吸雜，與此相對(duì)，為硼時(shí)，可以有效地將銅、鐵吸雜。
[0048]這樣，在硅晶片10的表面部形成包含高濃度碳區(qū)域的、作為吸雜層的改性層18，可獲得具有優(yōu)異的吸雜能力的硅晶片10。
[0049]接著，在硅晶片10的表面1A上形成外延層20(圖1(D))。這里，外延層20具體是指硅外延層。而且，外延層20的電阻率設(shè)為比硅晶片10的電阻率大的值，例如為超過(guò)0.0I Ω.cm?100Ω.cm范圍內(nèi)的值。優(yōu)選設(shè)為硅晶片10的電阻率的10倍以上。另外，外延層20的厚度可根據(jù)設(shè)計(jì)任意設(shè)定，優(yōu)選為Iym以上15μηι以下。
[0050]該外延層20可通過(guò)眾所周知的常規(guī)方法形成。例如以氫作為載氣，將二氯硅烷、三氯硅烷等源氣體導(dǎo)入室內(nèi)，以1000-1150°C左右通過(guò)化學(xué)氣相生長(zhǎng)(CVD ； Chemical VaporDepos it 1n)法在娃晶片10上外延生長(zhǎng)。
[0051]在以上本發(fā)明的外延晶片的制造方法中，可以在簇離子照射工序后、且在外延層形成工序之前，使用與外延裝置分開的熱處理裝置進(jìn)行恢復(fù)熱處理。該恢復(fù)熱處理可在500°C以上1100°C以下進(jìn)行10秒以上I小時(shí)以下。這里，使熱處理溫度為500°C以上1100 °C以下是由于:如果低于500°C，則難以獲得結(jié)晶性的恢復(fù)效果，而若超過(guò)1100°C，則發(fā)生由于高溫下熱處理導(dǎo)致的滑移，而且對(duì)裝置的熱負(fù)荷增大。另外，使熱處理時(shí)間為10秒以上I小時(shí)以下是由于:如果低于10秒則難以獲得恢復(fù)效果，而超過(guò)I小時(shí)則導(dǎo)致生產(chǎn)能力降低，對(duì)裝置的熱負(fù)荷增大。
[0052]這樣的恢復(fù)熱處理例如可使用RTA、RT0等急速升降溫?zé)崽幚硌b置、或間歇式熱處理裝置(立式熱處理裝置、臥式熱處理裝置)進(jìn)行。前者是燈照射加熱方式，因此在裝置結(jié)構(gòu)上不適合長(zhǎng)時(shí)間處理，適合15分鐘以內(nèi)的熱處理。而后者為了使溫度上升至規(guī)定溫度需要耗時(shí)，但是一次可以同時(shí)處理多片晶片。而且，由于是采用電阻加熱方式，因此可長(zhǎng)時(shí)間熱處理。所使用的熱處理裝置可考慮簇離子16的照射條件選擇適當(dāng)?shù)难b置。
[0053](外延晶片)
接著對(duì)本發(fā)明的外延晶片100進(jìn)行說(shuō)明。圖1(D)所示的本發(fā)明的外延晶片100具有:具有0.001Ω.cm以下的電阻率的硅晶片10，形成于該硅晶片10的表面部、由至少包含碳的規(guī)定元素在該硅晶片10中固溶而成的改性層18，和在該改性層18上、具有比硅晶片1高的電阻率的外延層20。這里，改性層18中的規(guī)定元素在深度方向的濃度分布的半值寬度為10nm以下，改性層18中的濃度分布的峰值濃度為9.0 X 118原子/cm3以上1.0 X121原子/cm3以下。
[0054]該外延晶片100使用具有低電阻率的硅晶片10作為基板，因此與使用具有高電阻率(例如10 Ω.Cm)的硅晶片的情形相比，外延層中形成的外延缺陷數(shù)目少。另外，在硅晶片10的表面部、S卩，外延層20的正下方具有包含高濃度碳區(qū)域的改性層18，所述高濃度碳區(qū)域含有濃度分布的峰值濃度為9.0 X 118原子/cm3以上1.0 X 121原子/cm3以下的碳。
[0055 ]需說(shuō)明的是，本說(shuō)明書中的“深度方向的濃度分布”是指通過(guò)次級(jí)離子質(zhì)譜法(SIMS!Secondary 1n Mass Spectrometry)測(cè)定的深度方向的濃度分布。另外，“規(guī)定元素在深度方向的濃度分布的半值寬度”是指，考慮測(cè)定精度，在外延層的厚度超過(guò)Iwn的情況下，以使外延層薄膜化為Iwn的狀態(tài)，通過(guò)SIMS測(cè)定規(guī)定元素的濃度分布時(shí)的半值寬度。
[0056]以上本發(fā)明的外延晶片中，從獲得更高的吸雜能力的角度考慮，優(yōu)選改性層18的濃度分布的峰值位于距硅晶片10的表面的深度為150nm以下的范圍內(nèi)。
[0057]作為規(guī)定元素，優(yōu)選為包含碳的2種以上的元素，這如上所述。
[0058]并且，改性層18的深度方向厚度可在大約30-400nm的范圍內(nèi)。
[0059]這樣，本發(fā)明的外延晶片100是外延缺陷少、在裝置形成工序的熱處理時(shí)可抑制硅晶片中的摻雜劑和氧向外延層擴(kuò)散、具有優(yōu)異的吸雜能力的外延晶片。
實(shí)施例
[0060](發(fā)明例1-發(fā)明例3)
以下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
[0061 ] 首先，作為外延晶片的基板，準(zhǔn)備具有直徑300mm、厚度:775μπι、電阻率:約0.003Ω.cm的硅晶片。接著，使用簇離子產(chǎn)生裝置(日新離子機(jī)器社制造，型號(hào):CLARIS)，生成C3H5簇作為簇離子，以相對(duì)于I個(gè)碳原子的加速電壓為23.4keV/原子的條件對(duì)硅晶片的表面照射。這里，簇離子的劑量是1.0X 115原子/cm2(發(fā)明例I)、5X 115原子/cm2 (發(fā)明例2)、2X 114原子/cm2 (發(fā)明例3)這3個(gè)水準(zhǔn)。接著將硅晶片運(yùn)送至單片式外延生長(zhǎng)裝置(7彳亍UTVPX'社(Applied Materials, Inc)制造)內(nèi)，在裝置內(nèi)以1120°C的溫度實(shí)施30秒的氫烘烤處理。然后將氫作為載氣、將三氯硅烷作為源氣體，在1150 °C下通過(guò)CVD法在硅晶片上外延生長(zhǎng)硅的外延層(厚度:4.Ομπι，摻雜劑:硼，電阻率:約0.3 Ω - cm),制成按照本發(fā)明的外延晶片。
[0062](比較例1-比較例4)
作為比較例1，使用具有約10Ω.cm的電阻率的硅晶片作為基板，除此之外與發(fā)明例I同樣(即，劑量為1.0X 115原子/cm2)，制作比較例I的外延晶片。
[0063]作為比較例2，使用具有約10Ω.cm的電阻率的硅晶片作為基板，除此之外與發(fā)明例2同樣(即，劑量為5Χ 115原子/cm2)，制作比較例2的外延晶片。
[0064]作為比較例3，不對(duì)硅晶片照射簇離子，除此之外與發(fā)明例I同樣，制作比較例3的外延晶片。
[0065]作為比較例4，將簇離子的劑量變更為IX 114原子/cm2的低劑量，除此之外與發(fā)明例I同樣，制作比較例4的外延晶片。
[0066]〈外延缺陷的評(píng)價(jià)〉
分別對(duì)上述發(fā)明例1-3和比較例1-4的外延晶片評(píng)價(jià)形成于外延層的外延缺陷的數(shù)目。具體來(lái)說(shuō)，使用表面缺陷檢查裝置(KLA-Tencor公司制造，Surfscan SP-1)觀察評(píng)價(jià)，調(diào)查亮點(diǎn)缺陷(LPD)的發(fā)生狀況。此時(shí)，觀察模式是采用DCN模式(暗場(chǎng)復(fù)合標(biāo)準(zhǔn)模式(DarkField Composite Normal mode))，具體來(lái)說(shuō)，是以檢測(cè)到尺寸(直徑)在DWN模式(暗場(chǎng)寬標(biāo)準(zhǔn)模式(Dark Field Wide Normal mode))下為90nm以上、且在DNN模式(暗場(chǎng)窄標(biāo)準(zhǔn)模式(Dark Field Narrow Normal mode))下為IlOnm以上的LPD的條件進(jìn)行。接著，使用掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察評(píng)價(jià)Lro的發(fā)生部位，評(píng)價(jià)Lro是否為層壓缺陷。對(duì)于分別制作了各10片的發(fā)明例1-3和比較例1-4的晶片實(shí)施該評(píng)價(jià)，求出相對(duì)于I片晶片的層壓缺陷的平均個(gè)數(shù)。其結(jié)果是，相對(duì)于I片晶片的層壓缺陷的平均個(gè)數(shù)在發(fā)明例I中為3.2個(gè)，在發(fā)明例2中為2.8個(gè)(，在發(fā)明例3中為2.5個(gè))，與此相對(duì)，在比較例I中為5.0個(gè)，在比較例2中為6.0個(gè)(，在比較例3中為2.2個(gè)，在比較例4中為2.3個(gè))。這樣，提高了劑量的發(fā)明例I和發(fā)明例2的外延晶片與相同劑量的比較例I和比較例2的外延晶片相比，外延缺陷的個(gè)數(shù)降低，可確認(rèn)，通過(guò)使用具有低電阻率的基板，可抑制外延缺陷的形成。需要說(shuō)明的是，未照射簇離子的比較例
3、以及I X 114原子/cm2的低劑量的比較例4的外延晶片中外延缺陷的個(gè)數(shù)少。
[0067]〈吸雜能力的評(píng)價(jià)〉
分別對(duì)于上述發(fā)明例1-3和比較例1-4的外延晶片進(jìn)行吸雜能力的評(píng)價(jià)。具體來(lái)說(shuō)，采用旋涂污染法、用Cu污染液(1.0X 1013/cm2)故意將各外延晶片的外延層表面污染，接著在1000 0C下實(shí)施I小時(shí)的擴(kuò)散熱處理。然后通過(guò)進(jìn)行S頂S測(cè)定來(lái)評(píng)價(jià)Cu的濃度峰值。
[0068]其結(jié)果，發(fā)明例1-3(和比較例1、2)的外延晶片全部檢測(cè)出IX 116原子/cm2以上的Cu的峰值濃度，與此相對(duì)，未照射簇離子的比較例3和劑量低的比較例4的外延晶片未觀察到Cu濃度的峰值?？纱_認(rèn)，通過(guò)提高照射簇離子時(shí)的劑量，吸雜能力提高。
[0069]〈摻雜劑和氧的擴(kuò)散抑制效果的劑量相關(guān)性〉
接著，為了調(diào)查摻雜劑和氧向外延層擴(kuò)散的抑制效果與簇離子的劑量的關(guān)系，進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)。
[0070]S卩，對(duì)于上述發(fā)明例3、比較例3和比較例4的外延晶片實(shí)施模擬了裝置形成工序中的熱處理的模擬熱處理(氣體氣氛:含3體積%氧的氮?dú)夥眨瑹崽幚頊囟?最高到達(dá)溫度900°C以下的熱處理程序，總熱處理時(shí)間:60小時(shí))。然后通過(guò)SMS對(duì)各外延晶片分別調(diào)查深度方向的硼濃度分布。作為參照，對(duì)未進(jìn)行模擬熱處理的比較例3的外延晶片也進(jìn)行了同樣的評(píng)價(jià)。測(cè)定結(jié)果如圖2所示。
[0071]由圖2可知，在未照射簇離子(即劑量為0)的比較例3中，與模擬熱處理前相比，在模擬熱處理后，硅晶片中的硼較大地?cái)U(kuò)散到外延層。但是隨著增加簇離子的劑量，硼向外延層的擴(kuò)散得到抑制，在劑量為2.0 X 114原子/cm2的發(fā)明例3的情形中，硼的濃度分布與未照射簇離子的模擬熱處理前的外延晶片幾乎相同。即可知，如果劑量為2.0X 114原子/cm2以上，則可以抑制硅晶片中的硼在外延層內(nèi)擴(kuò)散。
[0072]對(duì)于上述發(fā)明例3、比較例3的外延晶片，實(shí)施模擬了裝置形成工序中的熱處理的模擬熱處理(氣體氣氛:含3體積%氧的氮?dú)夥?，熱處理溫?最高到達(dá)溫度900 °(:以下的熱處理程序，總熱處理時(shí)間:60小時(shí))，通過(guò)SMS對(duì)各外延晶片分別調(diào)查深度方向的氧濃度分布。對(duì)未進(jìn)行模擬熱處理的發(fā)明例3和比較例3的外延晶片也進(jìn)行同樣的評(píng)價(jià)。測(cè)定結(jié)果如圖3所示。
[0073]由圖3可知，在未照射簇離子(S卩，劑量為O)的比較例3中，與模擬熱處理前相比，模擬熱處理后，在外延層中的外延層與硅晶片之間的界面附近的區(qū)域中，氧濃度增加。而簇離子的劑量為2 X 114原子/cm2的發(fā)明例3中，模擬熱處理前的氧濃度分布與模擬熱處理后的氧濃度分布幾乎相同，表明在外延層中的外延層與硅晶片之間的界面附近的區(qū)域中，氧濃度相反減少。
[0074]圖4是說(shuō)明通過(guò)本發(fā)明的外延晶片的制造方法，硅晶片中的電阻率變動(dòng)得到抑制的情形的圖。圖4(a)表示比較例3的外延晶片中、上述模擬熱處理前后的深度方向的電阻率分布，圖4 (b)表示發(fā)明例3的外延晶片中、上述模擬熱處理前后的深度方向的電阻率分布。深度方向的電阻率的分布是使用電阻率測(cè)定裝置(型號(hào):SSM2000，日本SSM株式會(huì)社制造)、通過(guò)SR法測(cè)定的。
[0075]由圖4(a)和圖4(b)可知，比較例3中，在模擬熱處理后，在外延層中的外延層與硅晶片之間的界面附近的區(qū)域中電阻率減小。與此相對(duì)，可知在發(fā)明例3中，外延層中的外延層與硅晶片之間的界面附近的區(qū)域中電阻率幾乎沒有變動(dòng)。
[0076]需說(shuō)明的是，對(duì)使用電阻率有0.001 Ω.cm的硅晶片和電阻率有0.1 Ω.cm的硅晶片，按照發(fā)明例1-3的條件制造的外延晶片進(jìn)行同樣的評(píng)價(jià)，可確認(rèn)與上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果幾乎同樣的外延缺陷的降低效果、電阻率變動(dòng)的抑制效果。
[0077]產(chǎn)業(yè)實(shí)用性
根據(jù)本發(fā)明，可以制造可抑制外延缺陷的形成、同時(shí)抑制裝置形成工序的熱處理時(shí)硅晶片中的摻雜劑和氧向外延層擴(kuò)散的、具有優(yōu)異的吸雜能力的外延晶片，因此在半導(dǎo)體晶片制造業(yè)中有用。
[0078]符號(hào)說(shuō)明 10娃晶片
1A硅晶片的表面 16簇離子 18改性層 20外延層 100外延晶片。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.外延晶片的制造方法，其特征在于，具有以下工序: 簇離子照射工序，以2.0 X 11Vcm2以上1.0 X 11Vcm2以下的劑量對(duì)具有0.001 Ω.cm以上0.1 Ω.cm以下的電阻率的硅晶片的表面照射至少含有碳的簇離子，形成所述簇離子的構(gòu)成元素在所述硅晶片的表面部固溶而成的改性層;和 外延層形成工序，在所述硅晶片的改性層上形成具有比所述硅晶片高的電阻率的外延層。2.權(quán)利要求1所述的外延晶片的制造方法，其中，所述簇離子含有包含碳的2種以上的元素作為構(gòu)成元素。3.權(quán)利要求1或2所述的外延晶片的制造方法，其中，所述硅晶片的電阻率通過(guò)硼的添加來(lái)調(diào)節(jié)。4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的外延晶片的制造方法，其中，在所述簇離子照射工序之后且在所述外延層形成工序之前，進(jìn)一步具有在非氧化性氣氛中以500°C以上1100°C以下的溫度進(jìn)行熱處理的熱處理工序。5.外延晶片，其特征在于， 該外延晶片具有: 具有0.001 Ω.cm以上0.1 Ω.cm以下的電阻率的娃晶片， 形成于該硅晶片的表面部的改性層，所述改性層由至少包含碳的規(guī)定元素在該硅晶片中固溶而成，和 在該改性層上的外延層，所述外延層具有比所述硅晶片高的電阻率； 所述改性層中的所述規(guī)定元素在深度方向的濃度分布的半值寬度為10nm以下，所述改性層中的所述濃度分布的峰值濃度為9.0X 118原子/cm3以上1.0X 121原子/cm3以下。6.權(quán)利要求5所述的外延晶片，其中，所述改性層中的所述濃度分布的峰值位于距所述硅晶片表面的深度為150nm以下的范圍內(nèi)。7.權(quán)利要求5或6所述的外延晶片，其中，所述規(guī)定元素含有包含碳的2種以上的元素。8.權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)所述的外延晶片，其中，所述硅晶片的電阻率通過(guò)硼的添加來(lái)調(diào)節(jié)。
【文檔編號(hào)】H01L21/322GK106062937SQ201480068022
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2014年12月10日
【發(fā)明人】巖永卓朗, 栗田成, 栗田一成, 門野武
【申請(qǐng)人】勝高股份有限公司