[发明专利]一种具有高金属吸杂能力的n/n+硅外延片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种具有高金属吸杂能力的n/n⁺硅外延片及其制备方法。

背景技术

以重掺n型直拉硅为衬底，轻掺n型硅作为外延层的n/n⁺硅外延片，由于可以更为显著的减少功率器件的功耗，因而该被广泛可用于功率器件，包括MOS和双极型器件等。

此外，硅外延片的另外一个主要特点是在于其优越的金属吸杂性能。偏析吸杂与内吸杂两种吸杂机制决定了硅外延片的吸杂效率。对于n/n⁺外延片，产生有效的偏析吸杂则要求衬底中的施主的掺杂浓度要远大于外延层中施主的掺杂浓度，才会导致金属杂质在外延层与衬底中的固溶度的较大差别，如Hoelz等报道，对于以重掺砷直拉硅为衬底的n/n⁺外延片，只有当衬底中砷掺杂浓度≥3×10¹⁹/cm³时，才会导致有效的偏析吸杂(Hoelzl, R, K.J. Range, and L. Fabry, Applied Physics a-Materials Science & Processing, (2002), 75, 525)。但是实际上并不是所有外延片衬底中砷掺杂浓度都满足这个要求。因而，就有必要在衬底中产生高浓度的氧沉淀，利用内吸杂以达到使金属杂质远离器件工作区的目的。

但是对于以重掺n型直拉硅作为衬底的硅外延片，却难以在衬底中生成大量的氧沉淀。导致这一现象的产生有两个原因：一方面，在利用化学气相沉积制备外延层的过程中，温度高达1150℃，如此高的温度下，使得重掺n型硅衬底中的原生缺陷消融，导致外延片在随后进行的低—高两步退火过程中难以生成氧沉淀，因而导致不能达到内吸杂的要求(Tsuya, H, Shimura, F, Ogawa, K, Journal of the Electrochemical Society (1982), 129, 374)。延长低温形核时间到48h，高温退火后氧沉淀的浓度依旧不能达到内吸杂的要求，导致铜在外延层中形成铜沉淀(Wijaranakula, W., J. H. Matlock, and H. Mollenkopf, Journal of the Electrochemical Society (1988), 135, 3113)。

另一方面，重掺的施主原子(砷、锑)对氧沉淀形成的抑制作用所致。施主掺杂浓度超过10¹⁹/cm³的n型硅，由于可以更为显著的减少大功率器件中额外的热损耗及发热，得到了半导体产业界及科研上的广泛研究。伴随的问题是，施主原子对氧沉淀的抑制作用也显得更为突出。以往，对于施主掺杂浓度(砷、锑) ≤10¹⁸/cm³的n型硅，通过缓慢升温(Ramping)工艺或低温与高温两步热处理工艺就可以得到高密度的氧沉淀。但是，当施主掺杂浓度超过10¹⁹/cm³时，根据以往这些传统的ramping工艺与低温-高温热处理工艺，在外延片衬底内得到的氧沉淀密度仅在10⁶/cm³或者以下，如此低密度的氧沉淀并不能满足充分地金属吸杂的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有高金属吸杂性能的以重掺n型直拉硅为衬底的n/n⁺外延片及其制备方法。

本发明采用以下的技术方案：

一种具有高金属吸杂能力的n/n⁺硅外延片，包括：

轻掺n型硅外延层，所述的外延层层错、位错、雾状微缺陷或小丘缺陷密度≤0.05/cm²，并且所述的外延层不存在氧沉淀及其诱生缺陷；

氮掺杂的重掺n型直拉硅衬底，所述的氮掺杂的重掺n型直拉硅衬底的电阻率≤0.005Ω·cm，近表面区域的氮掺杂浓度为7.5×10¹⁵～1.5×10¹⁶atom/cm³，在衬底表面200μm以下的氮浓度≥4.5×10¹⁵atom/cm³，所述的氮掺杂的重掺n型直拉硅衬底中包含稳定的氧沉淀形核中心，可生成氧沉淀的密度≥1×10⁹/cm³。