[发明专利]用于外延衬底的硅晶片的制造方法和外延衬底的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及制造用于半导体器件制造的硅晶片的方法，更确切地说，涉及制造用于外延衬底的硅晶片的方法和制造外延衬底的方法。

背景技术

近些年来，半导体器件性能得到了显著的改善。高性能半导体器件需要高质量的硅衬底(或者硅晶片)。用于制造以功率MOSFET为代表的先进的分立器件的外延衬底尤其要求更高的质量。通常，分立器件被设计为使得电流从硅晶片的正面到背面的方向流动。这要求正向的电流应随着器件性能的改进而提高。为了满足该要求，需要减小电阻分量，因而需要提高外延衬底中的杂质的浓度。

外延衬底的制造采用外延生长工艺，这种工艺是一种气相生长工艺。该工艺先通过高达约1E19atoms/cm³的浓度高浓度地掺入杂质，诸如硼(B)，来制备用于外延衬底的硅晶片。(该硅晶片在下文中被称为用于衬底的硅晶片。)用于衬底的硅晶片被放置于反应炉中，其中气氛被保持于预定压力。然后将该衬底在反应炉中加热，其中向该反应炉中供给源气体，在该源气体中混合有包含磷(P)或硼(B)作为杂质的掺杂气体。加热温度为1000℃或更高。所述加热使源气体在用于衬底的硅晶片的表面上发生热分解或氢还原反应。所述反应导致在用于衬底的硅晶片的表面上生长厚度为1到200μm并且杂质浓度为约1E14到1E17atoms/cm³的单晶硅薄膜。

如此制造的外延衬底被用于在其上形成所需的器件。这样就获得了上述的高性能的分立器件。

对高掺杂的用于衬底的硅晶片所应用的外延生长方法的缺点在于，由于在所要生长的单晶硅薄膜中的自动掺杂(autodoping)，导致了杂质浓度的分布(profile)不良或者杂质浓度的面内均匀性不良。

自动掺杂表示这种现象，即当用于衬底的硅晶片在外延生长的时候被加热时，硼从用于衬底的硅晶片的表面向外扩散进入到气氛中并且扩散的硼被正在生长的单晶硅薄膜所捕获使得杂质浓度发生波动。其后果是外延衬底中的杂质的分布不均匀，其表现为难以形成具有所需特性的半导体器件。

因此，已经提出了几种防止自动掺杂的方法。其中之一是，预先利用CVD(化学气相沉积)在用于衬底的硅晶片的背面上形成氧化硅膜，由此防止杂质向外扩散。(参见日本未审查专利公开第10-106955号。)另一种是要在高掺杂硼的用于衬底的硅晶片上进行氢化处理，由此减小表面层中的硼浓度。(参见日本未审查专利公开第9-199380号。)

但是，上述的已知方法存在一些问题。比如，如日本未审查专利公开第10-106955号中所示，第一种方法会引起在用于衬底的硅晶片上进行外延生长时，在斜切部分处的氧化硅膜上发生异常的硅生长，其背面所涂敷的氧化硅膜延伸到斜切部分处。结果，氧化硅膜剥离而产生颗粒，造成对反应炉内部的污染。

另一个缺点是，当在具有高杂质浓度的表面层的用于衬底的硅晶片上生长低杂质浓度的单晶硅膜时，在单晶硅薄膜中易于发生失配位错。该问题是由于用于衬底的硅晶片的表面和所要生长的单晶硅膜之间杂质浓度不同而导致的晶格常数不同所造成的。为了应对此问题，需要降低用于衬底的硅晶片的表面层中的硼浓度。在日本未审查专利公开第9-199380中披露了解决措施。

根据该专利公开，将杂质浓度为3E18atoms/cm³的衬底在50％氢的气氛中在1200℃下加热2小时。然而，更高杂质浓度的衬底如果要产生与上述相同的效果就需要长于2小时的热处理。但是，长于2小时的热处理对用于氢化处理的石英炉的耐久性会产生不利影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制造用于外延衬底的硅晶片的方法和一种制造外延衬底的方法，所述方法能够以在将用于衬底的硅晶片内的杂质浓度保持在高浓度掺杂所应具有的高水平上的同时降低表面层中的杂质浓度的方式来防止在外延生长时发生自动掺杂和失配位错。

本发明的制造用于外延衬底的硅晶片的方法包括：第一步骤，在包含不少于1E19atoms/cm³的硼原子的硅晶片上进行热氧化，由此在硅晶片的表面上形成氧化硅膜；第二步骤，剥离氧化硅膜；和第三步骤，在氢气氛中，在剥离了氧化硅膜的硅晶片上进行热处理。

本发明的制造外延衬底的方法包括：第一步骤，在包含不少于1E19atoms/cm³的硼的硅晶片上进行热氧化，由此在硅晶片的表面上形成氧化硅膜；第二步骤，剥离氧化硅膜；第三步骤，在氢气氛中，在剥离了氧化硅膜的硅晶片上进行热处理；和第四步骤，在经过热处理的硅晶片上形成单晶硅膜。