[发明专利]外延硅芯片的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种外延硅芯片的制造方法，具体上，是涉及外延硅芯片的制造方法，该外延硅芯片的单晶硅薄膜的表层部的不纯物浓度比先前低。

背景技术

外延硅芯片，例如能以下述方式来进行制造。

即，将单晶硅基板载置于气相成长装置的反应容器内，在使氢气流动的状态，将反应容器内升温至1100℃～1200℃(升温工序)。

然后，若反应容器内的温度达到1100℃以上，则在基板表面所形成的自然氧化膜(SiO₂：Silicon Dioxide)会被除去。

在该状态下，将三氯硅烷(SiHCl₃：Trichlorosilane)等的硅原料气体、乙硼烷(B₂H₆：Diborane)或磷化氢(PH₃：Phosphine)等的掺杂剂气体，与氢气一起供给至反应容器内。如此进行而在基板的主表面上使单晶硅薄膜气相成长(成膜工序)。

如此进行而使薄膜气相成长后，停止供给原料气体及掺杂剂气体，并在保持于氢气气氛的状态下，使反应容器内的温度降温(冷却工序)。

但是，在以上述方式来制造外延硅芯片的过程中，若重金属不纯物混入外延层(单晶硅薄膜)内，则使用该基板所制造的器件的特性，会有变异常的情形。

特别是在外延层的表层侧(成为要制作器件的器件有源层)，若有不纯物污染，对器件的不良影响是重大的。

作为先前降低外延硅芯片中的重金属不纯物浓度的方法，例如揭示一种方法，是在制造外延硅芯片的冷却工序中，于400℃以下，将气氛气体从氢气气氛切换成为氮气气氛，来使铜(Cu)析出在芯片表面，随后除去表层的方法；或是揭示一种制造方法，是利用在比400℃更高温度的情况下，将气氛气体从氢气气氛切换成为氮气气氛，使Cu不是析出至表面而是析出至主体(内层(bulk))部，来设法使Cu不会析出至表层部(参照专利文献1)。

[先前技术文献]

(专利文献)

专利文献1：日本特许第3664101号公报

发明内容

在单晶硅薄膜的成膜过程中，因为外延硅芯片的重金属污染会对半导体器件造成各式各样的不良影响，减少此种污染是重要的。

先前，关于铜(Cu)，有提案揭示一种方法，其是在如上述外延硅芯片的成膜过程的冷却工序中，将降温时的氢气取代成氮气时的切换温度，设为高温的工艺步骤(process sequence)，藉此来抑制铜析出至表面而减少表面铜污染。

但是，关于铜以外的不纯物，在工艺步骤中欠缺有效减少不纯物的对策，尚无有效的方法。

本发明是依据前述的问题而完成，其目的在于提供一种外延硅芯片的制造方法，该外延硅芯片的制造方法能得到一种外延硅芯片，在该外延硅芯片中所含有的重金属不纯物，特别是器件有源层也就是单晶硅薄膜的表层区域的不纯物浓度比先前低，且具有优良的器件特性。

为了解决上述课题，本发明提供一种外延硅芯片的制造方法，其特征在于进行成膜工序及冷却工序；所述成膜工序，是一边供给原料气体，一边于氢气气氛中使单晶硅薄膜在单晶硅基板上气相成长；所述冷却工序，是先算出在单晶硅薄膜中所存在的评价对象不纯物的浓度的规格值或工序平均值与评价对象不纯物的固相临界浓度一致时的温度，并在算出温度的至少上下50℃的温度范围内，将外延硅芯片的成膜后的冷却速度设为小于20℃/sec，来冷却已通过该成膜工序形成单晶硅薄膜后的外延硅芯片。

外延硅芯片中的大部分的不纯物，在用以形成单晶硅薄膜的外延反应刚结束后的高温区域，是以固溶的状态存在。而且，在冷却工序中，在达到固溶临界的温度时点，该不纯物会开始析出。因此，算出评价对象不纯物的浓度的规格值或工序平均值(能从过去外延硅芯片制造实际情况来算出)与评价对象不纯物的固相临界浓度一致时的温度。然后，在该算出温度的至少上下50℃的温度范围内，若将冷却速度控制为小于20℃/sec来进行冷却，则评价对象的不纯物会析出至内层(bulk)中，其结果，能使不纯物不会析出至器件有源层也就是单晶硅薄膜的表层区域。藉此，能得到一种外延硅芯片，其具有已减少表层部的不纯物浓度而成的单晶硅薄膜，而能制造出一种器件特性良好的外延硅芯片。

此处，优选是将前述冷却速度设为5℃/sec以上。