[发明专利]硅晶片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅晶片及其制造方法。另外，本发明涉及使用该硅晶片的外延晶片及 其制造方法。而且，本发明涉及使用该硅晶片的键合晶片及其制造方法。

背景技术

作为使半导体器件的特性劣化的主要原因，可列举出金属污染。金属在半导体晶 片中的混入主要发生在半导体晶片的制造工序和器件制造工序中。例如，作为半导体晶片 的外延晶片通过在硅晶片上形成外延层而得到。其中，外延层是与成为衬底的硅晶片的单 晶连续的单晶层，可以制成杂质浓度与衬底不同的层。通过将该外延层作为器件区域，外延 晶片广泛用于存储器类元件、逻辑类元件、摄像元件等用途。

作为外延晶片制造工序中的金属污染，被认为是由来自外延生长炉构成材料的重 金属微粒产生的金属污染，或者被认为是由于使用氯类气体作为外延生长时的炉内气体， 因此其配管材料发生金属腐蚀而产生的重金属微粒所造成的金属污染。例如，在铜、镍这样 的重金属混入晶片中的情况下，对暂停时间(pausetime)不良、保持(retention)不良、结 漏(junctionleakage)不良、以及氧化膜的绝缘击穿等器件特性产生显著的不良影响。

另外，在高集成CMOS元件或高耐压元件、进而图像传感器领域中，具有SOI(绝缘体 上的硅，SilicononInsulator)结构的SOI晶片作为半导体晶片而受到关注。该SOI晶片具 有在支撑衬底上依次形成氧化硅(SiO₂)等绝缘膜以及用作器件活性层的单晶硅层的结构。 与使用常规硅晶片作为衬底的情况相比，元件与衬底之间产生的寄生电容降低，因此SOI晶 片可以实现器件的高速化、高耐压化、低功耗化等。

该SOI晶片例如可通过键合法得到。该键合法是通过在支撑衬底用晶片和活性层 用晶片中的至少一方上形成氧化膜(SiO₂)等绝缘膜，接着，将这些晶片隔着绝缘膜键合后， 在1200℃左右的高温下实施热处理来制造SOI晶片的方法(以下将采用键合法制成的SOI晶 片称为“键合晶片”)。

由此得到的键合晶片具有电气特性优异、能够形成均质硅层等优点，但另一方面 金属污染成为使半导体器件特性劣化的主要原因。

作为键合晶片制造工序中的金属污染，被认为是由键合后的热处理中来自热处理 装置构成材料的重金属微粒造成的金属污染、或者为了使键合晶片的厚度薄膜化而进行磨 削、抛光时造成的金属污染等。

另外，除了半导体晶片制造工序中的金属污染以外，还担忧例如在摄像元件或高 集成CMOS元件等器件制造工序中，在离子注入、扩散及氧化热处理等各处理中，半导体晶片 的重金属污染。

因此，通常在硅晶片、外延晶片和键合晶片上形成用于捕获金属的吸杂汇点 (getteringsink)，以避免对器件形成面的金属污染。

作为形成吸杂汇点的方法，已知在半导体晶片的内部形成晶体缺陷即氧沉淀物 (硅氧化物沉淀物的通称，也称为BMD：BulkMicroDefect，体微缺陷)、位错的本征吸杂 (IG，intrinsicgettering)法。另外，通常还有在半导体晶片的背面形成吸杂汇点的非本 征吸杂(EG，extrinsicgettering)法。

此处，作为重金属吸杂法的一种方式，有通过向半导体晶片中注入碳离子形成吸 杂部位(getteringsite)的技术。专利文献1记载了从硅晶片的一面注入碳离子，形成碳离 子注入区域之后，在该表面上形成硅外延层，制成硅外延晶片的制造方法。在该技术中，碳 离子注入区域作为吸杂部位起作用，其剂量适宜为5×10¹³~5×10¹⁵atoms/cm²。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-338507号公报。

发明内容

发明要解决的技术问题

如专利文献1的记载所示，以往硅晶片的碳离子注入中，作为适宜的剂量优选为5× 10¹³~5×10¹⁵atoms/cm²。但是，今后期待寻求更高品质的硅晶片，需要具有更强吸杂能力的 硅晶片。