[发明专利]外延晶圆的制造方法及外延晶圆

说明书

本发明提供一种能够发挥由结晶缺陷带来的吸杂能力且外延层表面的缺陷密度为10²个/cm²以下的外延晶圆的制造方法。该外延晶圆的制造方法的特征在于，具备：单晶硅生长工序，通过切克劳斯基单晶提拉法生长掺杂有10¹¹atoms/cm³～4.5×10¹⁵atoms/cm³的氮的单晶硅；单晶硅切取工序，从所述单晶硅切取硅晶圆；及外延层形成工序，以上述硅晶圆为基板，通过气相生长在所述基板上形成单晶硅层即外延层，在所述外延层形成工序中，所述外延层在1050℃至1200℃的范围内形成。

技术领域

本申请发明涉及一种表面缺陷密度较低的高品质晶圆即外延晶圆的制造方法及外延晶圆。

背景技术

随着包括智能手机等可携带通信终端的普及，硅半导体的集成电路元件(电源器件)的集成高密度化呈逐年变快趋势，对形成电源器件的硅晶圆的品质的要求越来越严格。即，集成越高密度化电路变得越纤细，因此在利用晶圆形成电源器件的所谓电源器件活性区域，比以往更加严格限制成为泄漏电流的增大和载流子的存在期缩短的原因的变位等结晶缺陷及掺杂剂以外的金属系元素的杂质。

一直以来，使用通过电源器件用CZ法(切克劳斯基单晶提拉法)从单晶硅切取的基板(晶圆)。该晶圆中通常包含10¹⁸atoms/cm³左右的氧。众所周知，氧虽然具有通过防止变位来提高晶圆强度和吸杂的效果等有效的效果，但另一方面因成为氧化物而析出且在形成电源器件时的热史而造成变位和层错等结晶缺陷。但是，在制造电源器件的过程中，在通过场氧化膜的LOCOS(local oxidation of silicon)进行形成和形成阱扩散层时，在1100～1200℃的高温下保持几个小时，因此在晶圆表面附近因氧的向外扩散而形成厚度为几十μm左右的无结晶缺陷的DZ层(denuded zone)。该DZ层成为电源器件活性区域，因此自然就造成结晶缺陷较少的状态。

然而，随着集成的高密度化，在阱形成中采用高能量离子注入法，若电源器件的制造在1000℃以下进行处理，则氧的扩散会变慢，因此无法充分地形成上述DZ层。因此，虽然促进了基板的低氧化，但无法充分地抑制结晶缺陷，且因氧的减少而产生晶圆的性能劣化，而未能获得满意的结果。因此，逐步开发出在成为晶圆基板的硅片上生长几乎不包含结晶缺陷的Si的外延层的外延晶圆，并将其广泛地用到高集成度电源器件。

如此一来，能够通过外延晶圆的采用来提高完全消除晶圆表面的电源器件活性区域的结晶缺陷的这一可能性。但是，集成越是高密度化，则工艺也就变得越复杂，因金属系元素的杂质引起污染的机会也增加，其影响也变得越来越大。排除污染的对策基本在于工艺环境及使用材料的洁净化，但在电源器件制造过程中难以完全消除，作为其对策方法有吸杂。这是一种将因污染侵入进来的杂质元素聚集到电源器件活性区域外的场所而进行无害化的方法。

金属系杂质元素在较低温度下侵入并固溶于Si结晶中，通常该金属系杂质元素在Si中的扩散速度较快。而且，若存在变位和因微细析出物引起的畸变等结晶的缺陷，则能量上比存在于晶格中时还稳定，因此该金属系杂质元素有聚集到这些结晶的缺陷的趋势。因此，反过来利用该性质，刻意导入结晶缺陷，从而能够从中捕获并封堵金属系杂质元素。将捕获该杂质的场所称为槽。制作槽的方法即吸杂有外部吸杂和内在吸杂这两种。外部吸杂通过喷砂、磨削、激光照射、离子注入或Si₃N₄膜和多结晶Si膜的生长等外在因素对形成晶圆的电源器件的面的背面侧赋予畸变并导入结晶缺陷。与此相对，内在吸杂中，若对由含有氧的CZ法单晶制作的晶圆反复实施低温和高温的热处理，则会产生很多可能因氧导致的微小的缺陷，将该缺陷用作槽。