[发明专利]用于制造p－掺杂及外延涂覆的硅半导体晶片的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造外延涂覆的硅半导体晶片即所谓的外延层晶片的方法。具体而言，本发明涉及p^-掺杂及外延涂覆的硅半导体晶片的制造，其特征在于高的吸气能力及低的层缺陷数量，因此良好地适合于进一步加工成大规模集成的电子元件。

背景技术

不同于强烈硼掺杂、p⁺掺杂的半导体晶片的情况，所期望的使金属杂质远离电活性区域的能力在微弱硼掺杂、p^-掺杂的半导体晶片的情况下是不足的。它们通常形成能够与这些杂质结合并以此方式发挥所谓的内在吸气剂作用的不足量的氧析出物(BMD，“块体微缺陷”)。在微弱硼掺杂的硅半导体晶片的情况下，在外延涂覆期间破坏氧析出物成核中心的程度使所得p^-掺杂的外延层晶片不再具有接收超过至少5×10⁸cm^-3氧析出物的密度的足够的吸气能力。

已知若额外用氮和/或碳掺杂半导体晶片，则可以提高氧析出物成核中心的形成以及最终吸气能力。掺入的氮的作用是使成核中心在包括外延涂覆中所采用的温度的更高的温度下更加稳定。但另一方面，氮还促进了在半导体晶片的作为OSF环已知的区域内氧诱发层错(OSF)的形成。因此，在外延沉积层的表面上在该区域内还产生会对电子元件的功能有严重不良影响因而应尽可能避免的增多的层缺陷。这些层缺陷(LPD，光点缺陷)通过利用激光散射的光学方法而变得可见。

在EP 1 143 045 A1中建议将氮浓度限制在2×10¹³cm^-3至1×10¹⁴cm^-3的低范围内，并且仅在硅半导体晶片上实施外延涂覆，其在整个晶片表面上在点缺陷方面具有包括或不包括OSF环的空位富集区域(v区域)。该方法的缺点是所需边界条件要求在单晶拉伸期间在控制及时间方面的提高的消耗。因此必须保持1000至900℃范围内的冷却速率低，从而改变OSF核的形态。低的冷却速率通常要求必须以低的、因而不经济的拉伸速率拉伸单晶。特别不利的还有，与离析相关的氮浓度升高与限制氮浓度的努力相违背。氮浓度随着单晶长度的增长而大幅升高，因此可以迅速移出受限区域。若保持氧浓度低，则仍可以任选避免层缺陷。但为此同样也需要在控制方面的提高的消耗，从而产生存在的氧可能过少以至于无法形成足够数量的氧析出物成核中心的问题。

因此，本发明的目的在于提供限制明显更少的方法。

发明内容

本发明涉及用于制造p^-掺杂及外延涂覆的硅半导体晶片的方法，其中根据Czochralski法拉伸硅单晶，并在此期间用硼、氢和氮进行掺杂，加工成外延涂覆的p^-掺杂的半导体晶片。

以此方式制造的外延层晶片由于其吸气能力及低的层缺陷密度而特别优良地适合于进一步加工成大规模集成的电子元件。

本发明的发明人发现，氢明显减弱了氮在促进氧诱发层错的形成上的作用。其结果是存在明显更多的间隙用以通过掺杂氮诱发一定数量的氧析出物成核中心，而不会同时由此在基底晶片内产生OSF并因而引发外延层晶片上的层缺陷的增加。根据本发明制造的外延层晶片具有足够数量的氧析出物成核中心，但几乎不具有层缺陷。通过使用v/G定律，优选制造提供不具有晶格间隙硅原子的附聚物的半导体晶片的单晶。根据v/G定律在拉伸单晶期间适当控制拉伸速率v与结晶边界处的轴向温度梯度G的比例，足以控制半导体晶片上点缺陷及其附聚物的径向分布。

p-掺杂的硅半导体晶片或者由此通过外延涂覆获得的外延层晶片均不要求1000℃或更高温度下的特殊热处理，在此期间成核中心可以生长成具有吸气能力的氧析出物。通常在制造元件期间发生该过程，特别是即使在制造最新一代元件的情况下，仅设计了在低于1000℃的比较低的温度下的短时热处理。

根据Czochralski法拉伸硅单晶并在此期间用硼、氢和氮进行掺杂，由此根据本发明制造p^-掺杂的硅半导体晶片。虽然其中同时用氢和氮进行掺杂的该方法从根本上是已知的，例如在EP 1136 596 A1中述及，但这是在不同的上下文中，由此无法推导出本发明。因为若氢以更高的浓度存在则趋向于在硅中形成微泡，所以应注意不要达到形成微泡所需的浓度。这是通过在氢分压低于3mbar的情况下拉伸单晶而可靠地实现的。关于氢的抑制层缺陷形成的作用，若在拉伸单晶时氢分压在0.2至2.5mbar的范围内，则是有利的。