外延硅晶片的制備方法及外延硅晶片的制作方法
【專利摘要】外延硅晶片的制備方法，具備：在添加有硼且電阻率為100mΩ·cm以下的硅晶片上使外延膜生長(zhǎng)的外延膜形成工序(步驟S2)，和在低于900℃的溫度下對(duì)所述外延硅晶片進(jìn)行熱處理的熱處理工序(步驟S3)。
【專利說明】
外延括晶片的制備方法及外延括晶片
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及外延娃晶片的制備方法及外延娃晶片。
【背景技術(shù)】
[0002] W往，已知在切割單晶娃得到的娃晶片的表面使外延膜進(jìn)行氣相生長(zhǎng)而得的外延 晶片。外延膜是通過利用氣相生長(zhǎng)的CVD來成膜，理論上在外延膜內(nèi)無氧，實(shí)際上也處于氧 濃度為零或幾乎不存在的狀態(tài)。
[0003] 如上所述，在外延膜中的氧濃度低的情況下，例如有時(shí)在器件方法等的熱處理中 在外延膜中產(chǎn)生位錯(cuò)，且該位錯(cuò)會(huì)擴(kuò)展。因此，進(jìn)行了用于防止運(yùn)樣的位錯(cuò)的擴(kuò)展的研究 (例如參照專利文獻(xiàn)1)。
[0004] 專利文獻(xiàn)1中記載:發(fā)現(xiàn)了外延膜表面的氧濃度與位錯(cuò)的產(chǎn)生有關(guān)，通過將該外延 膜表面的氧濃度設(shè)定為1.0X l〇n~12X 1〇υ原子/cm3 (ASTM F-121,1979)，可防止位錯(cuò)的擴(kuò) 展。還記載了：作為具有運(yùn)樣的特性的外延晶片的制備方法，在外延膜的形成工序后進(jìn)行在 900°CW上且娃的烙點(diǎn)W下的熱處理溫度下處理的氧濃度設(shè)定熱處理工序。通過在形成外 延膜后實(shí)施如上所述的高溫下的熱處理，在娃晶片中固溶的氧熱擴(kuò)散至外延膜，從而外延 膜的氧濃度上升。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)1:日本特開2010-141272號(hào)公報(bào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明要解決的課題 可是，在半導(dǎo)體器件的集成電路工作的情況下，產(chǎn)生被稱為所謂的円鎖效應(yīng)的現(xiàn)象，該 現(xiàn)象因產(chǎn)生的游離電荷使不希望的寄生晶體管工作而產(chǎn)生。若產(chǎn)生円鎖效應(yīng)現(xiàn)象，則半導(dǎo) 體器件不再正常工作，從而產(chǎn)生為了使其恢復(fù)至正常狀態(tài)而必須切斷電源運(yùn)樣的問題。 [0007]作為円鎖效應(yīng)的對(duì)策，應(yīng)用p/p+外延晶片。p/p+夕t'延晶片是在局濃度地含有棚的低 電阻的娃晶片(P+娃晶片）的表面使外延膜生長(zhǎng)而得到的晶片。除了防止上述円鎖效應(yīng)現(xiàn)象 的對(duì)策W外，P/P+外延晶片還可在使用溝槽結(jié)構(gòu)的電容器的情況下防止溝槽周邊的電壓施 加所伴有的耗盡層的擴(kuò)展等，實(shí)現(xiàn)器件功能的提高，所W得到廣泛應(yīng)用。
[000引但是，在對(duì)p/p+外延晶片實(shí)施上述專利文獻(xiàn)1中記載的高溫?zé)崽幚淼那闆r下，不僅 娃晶片中固溶的氧，而且娃晶片中的棚也會(huì)熱擴(kuò)散至外延膜，有外延膜的電阻率變化而不 再滿足所希望的電阻率范圍之虞。
[0009] 本發(fā)明的目的在于提供：即使在使用低電阻娃晶片的情況下也不使外延膜的電阻 率變化，且能夠抑制位錯(cuò)的擴(kuò)展的外延娃晶片的制備方法及外延娃晶片。
[0010] 解決課題的手段 本發(fā)明人反復(fù)深入研究，發(fā)現(xiàn):在使用低電阻娃晶片的外延娃晶片中，通過控制在外延 膜形成工序后實(shí)施的熱處理工序的熱處理?xiàng)l件，可通過棚導(dǎo)致的氧的增速擴(kuò)散效果提高外 延膜的平均氧濃度，且抑制棚向外延膜的擴(kuò)散，從而不會(huì)使外延膜的電阻率變化。
[0011] 本發(fā)明基于如上所述的見解而完成。
[0012] 目P，本發(fā)明的外延娃晶片的制備方法是在娃晶片的表面設(shè)置有外延膜的外延娃晶 片的制備方法，其特征在于，具備:在添加有棚且電阻率為ΙΟΟπιΩ . cmW下的所述娃晶片上 使所述外延膜生長(zhǎng)的外延膜形成工序，和在低于900°C的溫度下對(duì)所述外延娃晶片進(jìn)行熱 處理的熱處理工序。
[001引根據(jù)本發(fā)明的外延娃晶片的制備方法，使用電阻率為ΙΟΟπιΩ . cmW下的低電阻娃 晶片，且在低于900°C的溫度下進(jìn)行熱處理工序，所W可產(chǎn)生棚導(dǎo)致的氧向外延膜的增速擴(kuò) 散作用。由此，可充分地提高外延膜的平均氧濃度，從而制備能夠抑制位錯(cuò)的擴(kuò)展的外延娃 晶片。另外，由于在低于900°C的溫度下進(jìn)行熱處理工序，所W也可抑制娃晶片中的棚熱擴(kuò) 散至外延膜。
[0014] 在本發(fā)明的外延娃晶片的制備方法中，優(yōu)選實(shí)施所述熱處理工序前的所述娃晶片 的氧濃度為8X10"原子/cm3W上且18X10"原子/cm3 (ASTM F-121，1979似下，所述外延 膜的膜厚度為0.5μπι W上且8. Ομπι W下。
[0015] 在運(yùn)里，確認(rèn)了：即使氧從娃晶片擴(kuò)散至外延膜，在擴(kuò)散前后襯底氧濃度(娃晶片 的氧濃度)也幾乎不變。
[0016] 通過使用將襯底氧濃度設(shè)定為上述范圍的娃晶片，可通過只控制在外延膜形成工 序后實(shí)施的熱處理工序的熱處理溫度的簡(jiǎn)單方法，使不產(chǎn)生位錯(cuò)的擴(kuò)展的量的氧擴(kuò)散至外 延膜。
[0017] 另外，若外延膜的膜厚度在上述范圍內(nèi)，則通過充分地提高外延膜的平均氧濃度， 可防止位錯(cuò)的擴(kuò)展。
[0018] 在本發(fā)明的外延娃晶片的制備方法中，優(yōu)選實(shí)施所述熱處理工序后的所述外延膜 的平均氧濃度為1.7X10"原子/cm3 (ASTM F-121，1979)?上。
[0019] 若外延膜的平均氧濃度在上述范圍內(nèi)，則可防止位錯(cuò)的擴(kuò)展。
[0020] 在本發(fā)明的外延娃晶片的制備方法中，優(yōu)選進(jìn)行所述熱處理工序，使得:將實(shí)施所 述外延膜形成工序前的所述娃晶片的氧濃度計(jì)為X ( X 1〇υ原子/cm3)，將實(shí)施所述外延膜 形成工序前的所述娃晶片的電阻率計(jì)為Y (Ω .cm),將所述外延膜的膜厚度計(jì)為Z (μπι)， 將所述熱處理的溫度計(jì)為Τ rC)，且將所述熱處理的時(shí)間計(jì)為t (min),則滿足W下式（1):
通過只是在上述式（1)中代入娃晶片的氧濃度、娃晶片的電阻率、外延膜的膜厚度和熱 處理的溫度并經(jīng)計(jì)算求得熱處理的時(shí)間的簡(jiǎn)單方法，可制備能夠抑制位錯(cuò)的擴(kuò)展的外延娃 晶片。
[0021] 另外，本發(fā)明的外延娃晶片是在娃晶片的表面設(shè)置有外延膜的外延娃晶片，其特 征在于，所述娃晶片添加有棚，且電阻率為lOOmQ . cmW下，所述外延膜的平均氧濃度為 1.7X10"原子/cm] (ASTM F-121，1979)?上。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的外延娃晶片，通過確保外延膜的平均氧濃度為至少1.7 X 1〇υ原子/ cm3W上，可在器件方法的熱處理過程中充分地抑制位錯(cuò)的擴(kuò)展。
[0023] 在本發(fā)明的外延娃晶片中，優(yōu)選在測(cè)定深度方向的氧濃度譜時(shí)，在所述娃晶片與 所述外延膜的界面附近，可觀察到局部的氧濃度上升譜。
[0024] 測(cè)定深度方向的氧濃度譜，若在娃晶片與外延膜的界面下有時(shí)簡(jiǎn)稱為"界面"） 附近觀察到局部的氧濃度上升譜，則可確認(rèn)產(chǎn)生棚導(dǎo)致的氧向外延膜的增速擴(kuò)散作用，確 保外延膜的平均氧濃度至能夠抑制位錯(cuò)的擴(kuò)展的程度。
[0025] 在本說明書中，"局部的氧濃度上升譜"指在氧濃度的深度微分(原子/cm4)的深度 譜中在界面附近具有2X102i (原子/cm4)W上的峰。在運(yùn)里，氧濃度的深度微分(原子/cm4) 的深度譜可通過測(cè)定外延娃晶片的深度方向的氧濃度譜(SIMS測(cè)定)來得到。另外，界面附 近指在深度方向從在外延膜一側(cè)距界面1WI1的位置起至在襯底一側(cè)距界面0.5WI1的位置為 止的范圍。
【附圖說明】
[0026] 圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的外延娃晶片的制備方法的流程圖。
[0027] 圖2是表示上述一個(gè)實(shí)施方式的外延娃晶片的截面圖。
[00%]圖3是表示實(shí)驗(yàn)1的在850°C下實(shí)施熱處理的實(shí)例的氧濃度的深度譜的圖。
[0029] 圖4是表示實(shí)驗(yàn)2的在900°C下實(shí)施熱處理的實(shí)例的氧濃度的深度譜的圖。
[0030] 圖5是表示實(shí)驗(yàn)1的在850°C下實(shí)施熱處理的實(shí)例的氧濃度的深度微分的深度譜的 圖。
[0031] 圖6是表示實(shí)驗(yàn)2的在900°C下實(shí)施熱處理的實(shí)例的氧濃度的深度微分的深度譜的 圖。
[0032] 圖7是表示實(shí)驗(yàn)3的棚濃度的深度譜的圖。
[0033] 圖8是表示實(shí)驗(yàn)4的應(yīng)力負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0034] 圖9是表示在實(shí)驗(yàn)5中使用電阻率為5mΩ . cm的娃晶片的實(shí)例的應(yīng)力負(fù)荷試驗(yàn)結(jié) 果的圖。
[0035] 圖10是表示在實(shí)驗(yàn)5中使用電阻率為lOmQ . cm的娃晶片的實(shí)例的應(yīng)力負(fù)荷試驗(yàn) 結(jié)果的圖。
[0036] 圖11是表示在實(shí)驗(yàn)5中使用電阻率為lOOmQ . cm的娃晶片的實(shí)例的應(yīng)力負(fù)荷試驗(yàn) 結(jié)果的圖。
[0037] 圖12是表示在實(shí)驗(yàn)6中使用電阻率為5πιΩ . cm的娃晶片的實(shí)例的應(yīng)力負(fù)荷試驗(yàn)結(jié) 果的圖。
[0038] 圖13是表示在實(shí)驗(yàn)6中使用電阻率為lOmQ . cm的娃晶片的實(shí)例的應(yīng)力負(fù)荷試驗(yàn) 結(jié)果的圖。
[0039] 圖14是表示在實(shí)驗(yàn)6中使用電阻率為lOOmQ . cm的娃晶片的實(shí)例的應(yīng)力負(fù)荷試驗(yàn) 結(jié)果的圖。
[0040] 圖15是表示在實(shí)驗(yàn)7中使用電阻率為5πιΩ . cm的娃晶片的實(shí)例的應(yīng)力負(fù)荷試驗(yàn)結(jié) 果的圖。
[0041] 圖16是表示在實(shí)驗(yàn)7中使用電阻率為lOmQ . cm的娃晶片的實(shí)例的應(yīng)力負(fù)荷試驗(yàn) 結(jié)果的圖。
[0042] 圖17是表示在實(shí)驗(yàn)7中使用電阻率為100mΩ . cm的娃晶片的實(shí)例的應(yīng)力負(fù)荷試驗(yàn) 結(jié)果的圖。
[0043] 圖18是表示實(shí)驗(yàn)8的應(yīng)力負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果的圖。
[0044] 圖19是表示實(shí)驗(yàn)9的應(yīng)力負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045] W下參照【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0046] 圖1是表示外延娃晶片的制備方法的流程圖。圖2是表示外延娃晶片的截面圖。
[0047] 如圖1所示，在圖2所示的外延娃晶片1的制備方法中，首先進(jìn)行娃晶片準(zhǔn)備工序 (步驟S1)。
[004引在該娃晶片準(zhǔn)備工序中，包括準(zhǔn)備娃晶片2的所有工序，該娃晶片2是將通過CZ法 或MCZ (外加磁場(chǎng)Czochra 1 ski)法等提拉的單晶錠，通過包括切片、倒角、磨削、研磨、蝕刻、 拋光、清洗等的需要的各工序，對(duì)表面21進(jìn)行鏡面拋光而得到。此時(shí)，娃晶片2的氧濃度優(yōu)選 為8 X 1017原子/cm3W上且18 X 1017原子/cm3 (ASTM F-121，1979) W下。若娃晶片的氧濃度 在上述范圍，則可在下述熱處理工序中將外延膜的氧濃度提高至所希望的范圍。
[0049] 另外，娃晶片2添加有棚，使得其電阻率被調(diào)整為lOOmQ . cmW下，優(yōu)選5πιΩ . cm W上且ΙΟΟι?Ω · cmW下。
[0050] 接著，進(jìn)行在娃晶片2上形成外延膜3的外延膜形成工序(步驟S2)。
[0051] 在未圖示的外延裝置的反應(yīng)容器內(nèi)放置娃晶片2,使反應(yīng)容器內(nèi)的溫度從室溫升 溫至目標(biāo)溫度。目標(biāo)溫度優(yōu)選設(shè)定為1050°C~1280°C。若反應(yīng)容器內(nèi)的溫度達(dá)到上述目標(biāo)溫 度，則在娃晶片2的表面21上使外延膜3生長(zhǎng)。例如，在反應(yīng)容器內(nèi)引入Ξ氯硅烷等生長(zhǎng)氣 體，在該生長(zhǎng)氣體氣氛中進(jìn)行外延膜3的成膜。需說明的是，在該成膜中，可添加棚、憐等需 要的滲雜劑。
[0052] 外延膜形成工序優(yōu)選進(jìn)行至外延膜3的膜厚度T為0.5μπι W上且8. Ομπι W下。然后， 若將外延膜3成膜至上述膜厚度Τ，則將外延娃晶片1的溫度從使外延膜3生長(zhǎng)時(shí)的溫度降溫 至室溫。
[0053] 接著，進(jìn)行對(duì)外延娃晶片1進(jìn)行熱處理的熱處理工序（步驟S3)。在該熱處理工序 中，控制熱處理?xiàng)l件，使得溫度低于900°C。
[0054] 另外，優(yōu)選在上述溫度范圍內(nèi)控制熱處理時(shí)間。
[0055] 具體而言，控制熱處理的時(shí)間，使得:將實(shí)施外延膜形成工序前的娃晶片2的氧濃 度計(jì)為X (Xl〇i7原子/cm3)，將實(shí)施外延膜形成工序前的娃晶片2的電阻率計(jì)為Y (Ω . cm),將外延膜3的膜厚度計(jì)為Z (μπι)，將熱處理的溫度計(jì)為T rC)，且將熱處理的時(shí)間計(jì)為 t (min),則滿足W下式(1):
通過使熱處理的時(shí)間為由上述式（1)得到的t的值W上，可制備將外延膜3的平均氧濃 度調(diào)整為1.7 X l〇n原子/cm3 (ASTM F-121，1979) W上的無位錯(cuò)的擴(kuò)展的外延娃晶片1。
[0056] [實(shí)施方式的作用效果] 如上所述，上述實(shí)施方式可發(fā)揮如下所述的作用效果。
[0057] (1)由于使用電阻率為ΙΟΟπιΩ . cmW下的低電阻娃晶片，且在低于900°C的溫度 下進(jìn)行熱處理工序，所W可產(chǎn)生棚導(dǎo)致的氧向外延膜的增速擴(kuò)散作用。由此，可充分地提高 外延膜的平均氧濃度，從而制備能夠抑制位錯(cuò)的擴(kuò)展的外延娃晶片。
[005引（2)由于在低于900°C的溫度下進(jìn)行熱處理工序，所W也可抑制娃晶片中的棚熱 擴(kuò)散至外延膜。
[0059] (3)通過只是在上述式（1)中代入娃晶片2的氧濃度、娃晶片2的電阻率、外延膜3 的膜厚度和熱處理的溫度并經(jīng)計(jì)算求得熱處理的時(shí)間的簡(jiǎn)單方法，可制備能夠抑制位錯(cuò)的 擴(kuò)展的外延娃晶片1。
[0060] [其它實(shí)施方式] 需說明的是，本發(fā)明并不只限定于上述實(shí)施方式，可在不偏離本發(fā)明的要點(diǎn)的范圍內(nèi) 進(jìn)行各種改良及設(shè)計(jì)的變更等。
[0061] 目P，在熱處理工序中，可不使用基于上述式（1)求得的熱處理時(shí)間，而基于在多種 條件下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，在低于900°c的溫度范圍內(nèi)設(shè)定熱處理?xiàng)l件，使得可制備將外延膜3的 平均氧濃度調(diào)整為1.7X10"原子/cm3 (ASTM F-121，1979)?上的外延娃晶片1。
[0062] 此外，娃晶片2的氧濃度可低于8X10"原子/cm3,或超過18X10"原子/cm 3 (ASTM F-m，1979)。 實(shí)施例
[0063] 接著，通過實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明，但本發(fā)明不因運(yùn)些實(shí)例而受到任何限定。
[0064] [實(shí)驗(yàn)U 使用CZ法(Czoc虹al ski法）由滲雜有棚的娃烙體制備單晶錠，從該單晶錠切割娃晶片。 娃晶片的氧濃度m下有時(shí)稱為"襯底氧濃度"）為11X10"原子/cm3。娃晶片的電阻率m下 有時(shí)稱為"襯底電阻率"）為5πιΩ .cm。另外，也準(zhǔn)備襯底電阻率為10Ω .cm的娃晶片。
[0065] 接著，將娃晶片的（100)面作為鏡面拋光面，在該鏡面拋光面使膜厚度下有時(shí) 稱為"外延膜厚度"）為3WI1的外延膜生長(zhǎng)。外延膜的生長(zhǎng)在Ξ氯硅烷等氣體氣氛中115(TC左 右的溫度下進(jìn)行。
[0066] 然后，對(duì)于結(jié)束外延膜的生長(zhǎng)的晶片，實(shí)施在非氧化性氣氛中在85(TC下保持60分 鐘的熱處理工序，得到外延娃晶片。
[0067] 需說明的是，也準(zhǔn)備不實(shí)施熱處理的外延娃晶片。
[0068] 對(duì)于制備的外延娃晶片，進(jìn)行應(yīng)力負(fù)荷試驗(yàn)。
[0069] 首先，從外延娃晶片切割長(zhǎng)度為3cm、寬度為1.5cm的測(cè)定用樣品。接著，在測(cè)定用 樣品的表面(外延膜的表面），用微型維氏硬度計(jì)施加5g的負(fù)荷并保持10秒鐘，引入深度為3 WI1的壓痕。然后，在支點(diǎn)間距離為2cm、試驗(yàn)溫度為800°C的條件下對(duì)測(cè)定用樣品實(shí)施3點(diǎn)彎 曲試驗(yàn)。此時(shí)，施加5N的負(fù)荷，使拉伸應(yīng)力作用在測(cè)定用樣品的表面一側(cè)。
[0070] 然后，對(duì)于冷卻至室溫的測(cè)定用樣品，實(shí)施2皿的光蝕刻，使用光學(xué)顯微鏡測(cè)定從 在外延膜上引入的壓痕產(chǎn)生的在外延膜表面觀察到的位錯(cuò)坑的有無。測(cè)定結(jié)果示于W下表 1〇
[0071] 另外，在制備的外延娃晶片中，對(duì)于實(shí)施了熱處理工序的晶片，測(cè)定氧濃度的深度 譜。氧濃度的測(cè)定通過SIMS (二次離子質(zhì)譜儀)來進(jìn)行。該深度譜示于圖3。
[0072] [表1]
如表1所示，在形成外延膜后實(shí)施熱處理的實(shí)例中，若襯底電阻率為5m Ω . cm,則可知： 無來自壓痕的位錯(cuò)的擴(kuò)展，外延膜的強(qiáng)度提高。另一方面，若襯底電阻率為10 Ω . cm,則可 知:確認(rèn)有自壓痕的位錯(cuò)的擴(kuò)展，即使實(shí)施相同的熱處理溫度下的熱處理工序，外延膜的強(qiáng) 度也低。
[0073] 需說明的是，對(duì)于不實(shí)施熱處理工序的實(shí)例，可知：即使是任一種電阻率，也可確 認(rèn)有位錯(cuò)的擴(kuò)展，外延膜的強(qiáng)度低。
[0074] 如圖3所示，若對(duì)兩者進(jìn)行比較，則可知：雖然在襯底電阻率為5πιΩ . cm的實(shí)例中 可觀察到襯底的氧濃度減少的譜，但是其是外延膜的氧濃度局部地上升的譜。
[0075] [實(shí)驗(yàn) 2] 將熱處理溫度變更為900°C，除此之外，在與上述實(shí)驗(yàn)1相同的條件下進(jìn)行外延娃晶片 的制備，在制備的外延娃晶片中，對(duì)于實(shí)施了熱處理工序的晶片，測(cè)定氧濃度的深度譜。該 深度譜示于圖4。
[0076] [表 2]
如圖4所示，若熱處理溫度為900°C，則在低電阻襯底的外延膜的氧濃度譜中無法確認(rèn) 有局部的氧濃度的上升譜。
[0077] 接著，在上述實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2中制備的外延娃晶片中，對(duì)于實(shí)施了熱處理工序的晶 片，測(cè)定氧濃度的深度微分(原子/cm4)的深度譜。該深度譜示于圖5、圖6。
[007引如圖5所示，在850°C下實(shí)施熱處理的實(shí)驗(yàn)1中，在使用襯底電阻率為5πιΩ . cm的娃 晶片的實(shí)例中，在界面附近觀察到局部的氧濃度的深度微分的深度譜的峰。該局部的氧濃 度的深度微分的深度譜的峰表示在界面附近氧濃度局部地上升，推測(cè)其印證了：在上述表1 中得到無自壓痕的位錯(cuò)的擴(kuò)展且外延膜的強(qiáng)度高的結(jié)果。
[0079] 另一方面，在圖5所示的使用襯底電阻率為10 Ω . cm的娃晶片的實(shí)例、圖6所示的 在900°C下實(shí)施熱處理的實(shí)驗(yàn)2中，任一實(shí)例均可觀察到寬的峰。
[0080] [實(shí)驗(yàn)引 將熱處理溫度變更為1000°c，除此之外，在與實(shí)驗(yàn)1相同的條件下制備外延娃晶片。另 夕h也與實(shí)驗(yàn)1相同地在850°c的熱處理溫度下制備外延娃晶片。對(duì)于制備的外延娃晶片，測(cè) 定棚濃度的深度譜。棚濃度的深度譜通過SIMS (二次離子質(zhì)譜儀)來進(jìn)行。該深度譜示于圖 7。
[0081] 如圖7所示，可確認(rèn):在850°C下實(shí)施熱處理的實(shí)例中在外延膜一側(cè)棚的擴(kuò)散少，相 比之下，在l〇〇〇°C下實(shí)施熱處理的實(shí)例中在外延膜一側(cè)棚大量地?cái)U(kuò)散。
[00劇[實(shí)驗(yàn)4] 將外延膜厚度、襯底氧濃度和襯底電阻率設(shè)為W下表3的條件，并在890°C的熱處理溫 度下變化熱處理時(shí)間，除此之外，在與實(shí)驗(yàn)1相同的條件下進(jìn)行外延娃晶片的制備和應(yīng)力負(fù) 荷試驗(yàn)，測(cè)定在外延膜表面觀察到的位錯(cuò)坑。測(cè)定結(jié)果示于W下表3。另外，應(yīng)力負(fù)荷試驗(yàn)結(jié) 果示于圖8。需說明的是，圖8中的曲線是表示由上述式（1)導(dǎo)出的有無位錯(cuò)擴(kuò)展的界限的近 似曲線。
[0083] [表 3]
如表3所示，若熱處理溫度為890°C，則可知:無自壓痕的位錯(cuò)的擴(kuò)展，外延膜的強(qiáng)度提 局。
[0084] 另外，如由圖8所知，位錯(cuò)擴(kuò)展的有無 W近似曲線為界限，可發(fā)現(xiàn)下述傾向：若熱處 理時(shí)間比該近似曲線短，則產(chǎn)生位錯(cuò)的擴(kuò)展。
[0085] [實(shí)驗(yàn)引 將外延膜厚度、襯底氧濃度和襯底電阻率設(shè)為W下表4的條件，并在850°C的熱處理溫 度下變化熱處理時(shí)間，除此之外，在與實(shí)驗(yàn)1相同的條件下進(jìn)行外延娃晶片的制備和應(yīng)力負(fù) 荷試驗(yàn)，測(cè)定在外延膜表面觀察到的位錯(cuò)坑。
[0086] 另外，在使用襯底電阻率為5πιΩ . cm的娃晶片的實(shí)例中，測(cè)定外延膜的平均氧濃 度。測(cè)定結(jié)果示于W下表4。另外，應(yīng)力負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果示于圖9~圖11。需說明的是，圖9~圖11 中的曲線是由上述式(1)導(dǎo)出的近似曲線。
[0087][表 4]

[實(shí)驗(yàn)6] 將外延膜厚度、襯底氧濃度和襯底電阻率設(shè)為W下表5的條件，并在800°C的熱處理溫 度下變化熱處理時(shí)間，除此之外，在與實(shí)驗(yàn)1相同的條件下進(jìn)行外延娃晶片的制備和應(yīng)力負(fù) 荷試驗(yàn)，測(cè)定在外延膜表面觀察到的位錯(cuò)坑。測(cè)定結(jié)果示于W下表5。另外，應(yīng)力負(fù)荷試驗(yàn)結(jié) 果示于圖12~圖14。需說明的是，圖12~圖14中的曲線是由上述式(1)導(dǎo)出的近似曲線。
[008引[表5]
[實(shí)驗(yàn)7] 將外延膜厚度、襯底氧濃度和襯底電阻率設(shè)為W下表6的條件，并在750°C的熱處理溫 度下變化熱處理時(shí)間，除此之外，在與實(shí)驗(yàn)1相同的條件下進(jìn)行外延娃晶片的制備和應(yīng)力負(fù) 荷試驗(yàn)，測(cè)定在外延膜表面觀察到的位錯(cuò)坑。測(cè)定結(jié)果示于W下表6。另外，應(yīng)力負(fù)荷試驗(yàn)結(jié) 果示于圖15~圖17。需說明的是，圖15~圖17中的曲線是由上述式(1)導(dǎo)出的近似曲線。
[0089][表 6]

[實(shí)驗(yàn)8] 將外延膜厚度設(shè)為2μπι，并將襯底氧濃度、襯底電阻率、熱處理溫度和熱處理時(shí)間設(shè)為 W下表7的條件，除此之外，在與實(shí)驗(yàn)1相同的條件下制備外延娃晶片。另外，將微型維氏硬 度計(jì)的負(fù)荷設(shè)為3g并將壓痕深度設(shè)為2μπι，除此之外，在與實(shí)施例1相同的條件下進(jìn)行應(yīng)力 負(fù)荷試驗(yàn)，測(cè)定在外延膜表面觀察到的位錯(cuò)坑。測(cè)定結(jié)果示于W下表7。另外，應(yīng)力負(fù)荷試驗(yàn) 結(jié)果示于圖18。需說明的是，圖18中的曲線是由上述式(1)導(dǎo)出的近似曲線。
[0090] [表7]
[實(shí)驗(yàn)9] 將外延膜厚度設(shè)為4μπι，并將襯底氧濃度、襯底電阻率、熱處理溫度和熱處理時(shí)間設(shè)為 W下表8的條件，除此之外，在與實(shí)驗(yàn)1相同的條件下制備外延娃晶片。另外，將微型維氏硬 度計(jì)的負(fù)荷設(shè)為7g并將壓痕深度設(shè)為4μπι，除此之外，在與實(shí)施例1相同的條件下進(jìn)行應(yīng)力 負(fù)荷試驗(yàn)，測(cè)定在外延膜表面觀察到的位錯(cuò)坑。測(cè)定結(jié)果示于W下表8。另外，應(yīng)力負(fù)荷試驗(yàn) 結(jié)果示于圖19。需說明的是，圖19中的曲線是由上述式(1)導(dǎo)出的近似曲線。
[0091] [表 8]
由表4~表8及圖9~圖19可知，位錯(cuò)擴(kuò)展的有無 W近似曲線為界限，發(fā)現(xiàn)有下述傾向：若 熱處理時(shí)間比該近似曲線短，則產(chǎn)生位錯(cuò)的擴(kuò)展。
[0092] 另外，由表4所示的位錯(cuò)擴(kuò)展的有無與外延膜的平均氧濃度的關(guān)系可導(dǎo)出：若外延 膜的平均氧濃度為1.7 X l〇n原子/cm3 W上，則可抑制位錯(cuò)擴(kuò)展。
[0093] [實(shí)驗(yàn) 10] 對(duì)于實(shí)驗(yàn)5~實(shí)驗(yàn)9中制備的外延娃晶片，進(jìn)行了模擬半導(dǎo)體器件的制備方法的熱處理 (在1000°C下保持1小時(shí)，在800°C下保持2小時(shí)，在650°C下保持3小時(shí)，在900°C下保持1小 時(shí)）。熱處理的氣氛為化與化的混合氣氛（W3質(zhì)量%的比例混合化）。
[0094] 對(duì)于在上述實(shí)驗(yàn)5~實(shí)驗(yàn)9中應(yīng)力負(fù)荷試驗(yàn)的結(jié)果為無位錯(cuò)的擴(kuò)展的實(shí)例，就在該 實(shí)驗(yàn)10中的器件熱處理后的強(qiáng)度試驗(yàn)而言，也相同地得到無位錯(cuò)的擴(kuò)展的結(jié)果。
[00巧]標(biāo)記說明 1…外延娃晶片 2…娃晶片 3…外延膜 21…娃晶片的表面。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 外延硅晶片的制備方法，其是在硅晶片的表面設(shè)置有外延膜的外延硅晶片的制備 方法，其特征在于，具備： 在添加有硼且電阻率為ΙΟΟπιΩ · cm以下的所述硅晶片上使所述外延膜生長(zhǎng)的外延膜 形成工序，和 在低于900 °C的溫度下對(duì)所述外延硅晶片進(jìn)行熱處理的熱處理工序。2. 權(quán)利要求1的外延硅晶片的制備方法，其特征在于， 實(shí)施所述熱處理工序前的所述硅晶片的氧濃度為8 X1017原子/cm3以上且18 X1017原 子/cm3 (ASTM F-121，1979)以下， 所述外延膜的膜厚度為〇.5μηι以上且8.0μηι以下。3. 權(quán)利要求1或2的外延硅晶片的制備方法，其特征在于， 實(shí)施所述熱處理工序后的所述外延膜的平均氧濃度為1.7 Χ1017原子/cm3 (ASTM F-121，1979)以上。4. 權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)的外延硅晶片的制備方法，其特征在于， 進(jìn)行所述熱處理工序，使得： 將實(shí)施所述外延膜形成工序前的所述硅晶片的氧濃度計(jì)為X ( X 1〇17原子/cm3)， 將實(shí)施所述外延膜形成工序前的所述硅晶片的電阻率計(jì)為Υ (Ω · cm)， 將所述外延膜的膜厚度計(jì)為Ζ (μπι)， 將所述熱處理的溫度計(jì)為T (°C)，且 將所述熱處理的時(shí)間計(jì)為t (min)， 則滿足以下式(1): t彡3·71Χ 1056ΧΧ-7.03XY0.27XZ 3.34XT-16.7 ……（1)〇5. 外延硅晶片，其是在硅晶片的表面設(shè)置有外延膜的外延硅晶片，其特征在于， 所述硅晶片添加有硼，且電阻率為ΙΟΟπιΩ · cm以下， 所述外延膜的平均氧濃度為1.7X1017原子/cm3 (ASTM F-121，1979)以上。6. 權(quán)利要求5的外延硅晶片，其特征在于， 在測(cè)定深度方向的氧濃度譜時(shí)，在所述硅晶片與所述外延膜的界面附近，可觀察到局 部的氧濃度上升譜。
【文檔編號(hào)】C30B25/20GK106062926SQ201480076370
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2014年12月19日
【發(fā)明人】鳥越和尚, 小野敏昭
【申請(qǐng)人】勝高股份有限公司