專利名稱：半導(dǎo)體基片及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來制作半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體基片及制作該基片的方法。
隨著利用半導(dǎo)體基片的半導(dǎo)體器件的集成度的提高，必須減小PN結(jié)的漏電流。在制作半導(dǎo)體器件過程當(dāng)中引入的重金屬(如鐵、鎳、銅)的雜質(zhì)含量是造成漏流的一個(gè)因素。為了從半導(dǎo)體器件的工作區(qū)去除重金屬雜質(zhì)并捕獲這些雜質(zhì)，人們采用了多種吸收的方法。
在某個(gè)吸收方法中，在具有第一主表面和與第一主表面相對(duì)的第二主表面(即背面)的一個(gè)硅基片的背面形成一個(gè)多晶硅薄膜。通過在硅基片的背面形成多晶硅薄膜，用這個(gè)多晶硅薄膜來吸收來自硅基片的各種雜質(zhì)。之后，一個(gè)半導(dǎo)體器件形成于硅基片的第一主表面，已經(jīng)被多晶硅薄膜吸收的雜質(zhì)不會(huì)再擴(kuò)散并污染半導(dǎo)體器件的工作區(qū)。日本專利特開昭59-186331號(hào)公開了該方法的一個(gè)例子。
人們?cè)J(rèn)為，當(dāng)在半導(dǎo)體基片上形成半導(dǎo)體器件時(shí)，即使是在對(duì)半導(dǎo)體基片進(jìn)行高溫?zé)崽幚碇?，上述吸收方法仍然有效。但最近人們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)半導(dǎo)體器件被加熱到1000℃或以上時(shí)，先前曾被多晶硅薄膜吸收的污染性雜質(zhì)被從多晶硅薄膜中釋放出來被擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體器件的工作區(qū)，人們還發(fā)現(xiàn)，在1200℃的高溫?zé)崽幚項(xiàng)l件下，多晶硅發(fā)生再結(jié)晶。當(dāng)多晶硅薄膜發(fā)生再結(jié)晶時(shí)它的吸收能力消失了，它無法重新吸收已被釋放的雜質(zhì)。因此，原來的吸收過程所具有的優(yōu)點(diǎn)隨之消失了。
為了解決這一問題，人們?cè)O(shè)計(jì)了幾種方法來阻止多晶硅薄膜在半導(dǎo)體器件制作過程中發(fā)生再結(jié)晶。其中的方法之一公開在日本專利特開平5-286795號(hào)中，它通過在多晶硅薄膜與硅基片之間形成一個(gè)氧化硅薄膜來抑制多晶硅的再結(jié)晶。然而，雖然多種金屬(如銅)能夠滲透氧化硅薄膜并被多晶硅薄膜吸收，其它金屬(如鐵)卻不容易滲透過氧化硅薄膜并到達(dá)多晶硅薄膜。所以，多晶硅薄膜不能充分地吸收鐵雜質(zhì)，這類雜質(zhì)在制作半導(dǎo)體器件時(shí)仍留在硅基片中。結(jié)果，這些雜質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)并污染半導(dǎo)體器件的工作區(qū)。
日本專利特開平1-235242公布了另一種抑制多晶硅發(fā)生再結(jié)晶的方法，它是在多晶硅薄膜形成于硅基片上之前通過離子注入方法把雜質(zhì)(如氮、氧、或氬)注入到硅基片中。雖然該方法能夠抑制多晶硅的再結(jié)晶，但被注入到硅基片中的雜質(zhì)沒有經(jīng)過熱處理，這使得被注入的雜質(zhì)沒有在硅基片中形成簇團(tuán)或位錯(cuò)，所以，這種方法不能阻止先前已被吸收的污染性物質(zhì)和重金屬在制作半導(dǎo)體器件的過程中被重新釋放進(jìn)入半導(dǎo)體器件的工作區(qū)。
日本專利特開平6-140410提供了一種吸收重金屬的方法，它在多晶硅發(fā)生再結(jié)晶之前、在污染性物質(zhì)被重新釋放進(jìn)入半導(dǎo)體器件的工作區(qū)之前，將多晶硅薄膜去除。例如，多晶硅薄膜形成于半導(dǎo)體基片上，各種雜質(zhì)已被其吸收，在這些雜質(zhì)被釋放回硅基片之前將多晶硅薄膜去除。在半導(dǎo)體器件制作過程的下一個(gè)步驟中，另一個(gè)多晶硅薄膜形成于半導(dǎo)體基片上，各種雜質(zhì)被其吸收，在這些雜質(zhì)被釋放回硅基片之前，該多晶硅薄膜被去除。在制作半導(dǎo)體器件時(shí)，這樣的程序被重復(fù)幾次。
然而，重金屬雜質(zhì)可能在半導(dǎo)體器件制作過程的第一階段和最后階段之間侵入器件的工作區(qū)。由于多晶硅薄膜的吸收能力在其被去除時(shí)消失，在基片上沒有多晶硅薄膜的階段，如果雜質(zhì)存在于堿基片中，半導(dǎo)體器件的特性可能會(huì)下降。而且，在硅基片上反復(fù)形成和去除多晶硅薄膜增加了制作半導(dǎo)體器件的時(shí)間和成本。
上述各種方法不能在制作半導(dǎo)體器件的整個(gè)過程中保持吸收能力，而且無法阻止先前曾被多晶硅薄膜吸收的污染性雜質(zhì)被重新釋放進(jìn)入半導(dǎo)體器件的工作區(qū)。
所以，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能夠在半導(dǎo)體器件的整個(gè)制作過程中保持吸收能力、并能夠阻止先前被吸收的污染必雜質(zhì)被重新釋放進(jìn)入半導(dǎo)體器件工作區(qū)的半導(dǎo)體基片。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種能夠在半導(dǎo)體器件的整個(gè)制作過程保持吸收能力、并能夠阻止先前被吸收的污染雜質(zhì)被重新釋放進(jìn)入半導(dǎo)體器件工作區(qū)的半導(dǎo)體基片的制作方法。
為實(shí)現(xiàn)上述及其它目的，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體基片，該半導(dǎo)體基片包含有一個(gè)具有第一主表面和與所述第一主表面相對(duì)的第二主表面的硅基片，其中所述硅基片是用來至少是間接地在所述第一主表面上形成半導(dǎo)體器件；一個(gè)至少是間接地形成于所述第二主表面上的多晶硅薄膜；一個(gè)置于所述硅基片與所述多晶硅薄膜之間的高濃度硼層，其中所述高濃度硼層中的最高硼濃度值與所述硅基片中最低硼濃度值的比值是大于或等于100左右。
為了實(shí)現(xiàn)上述及其它目的，本發(fā)明提供一種制作半導(dǎo)體基片的方法，該方法包含以下步驟(a)提供一個(gè)具有第一主表面和與所述第一主表面相對(duì)的第二主表面的硅基片，其中所述硅基片是用來至少是間接地在所述第一主表面上形成半導(dǎo)體器件；(b)至少是間接地在所述第二主表面上形成一個(gè)多晶硅薄膜；(c)在所述硅基片與所述多晶硅薄膜之間形成一個(gè)高濃度硼層，其中所述高濃度硼層中最高硼濃度值與所述硅基片中的最低硼濃度的比值是大于或等于100左右。
為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)上述及其它目的，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體基片，該半導(dǎo)體基片包含有一個(gè)具有第一主表面和與所述第一主表面相對(duì)的第二主表面的硅基片，其中所述硅基片是用來至少間接地在所述第一主表面上形成半導(dǎo)體器件；一個(gè)形成于所述第二主表面上的多晶硅薄膜；一個(gè)形成于所述硅基片與所述多晶硅薄膜之間的具有一個(gè)耗盡區(qū)的氧化硅薄膜。
仍然是為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)上述及其它目的，本發(fā)明提供一種制作半導(dǎo)體基片的方法，該方法包含以下步驟(a)提供一個(gè)具有第一主表面和與所述第一主表面相對(duì)的第二主表面的硅基片，其中所述硅基片是用來至少是間接地在所述第一主表面上形成半導(dǎo)體器件；(b)在所述第二主表面上形成一個(gè)多晶硅薄膜；和(c)在所述硅基片與所述多晶硅薄膜之間形成一個(gè)具有一個(gè)耗盡區(qū)的氧化硅薄膜。
為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)上述及其它目的，本發(fā)明提供一種方法半導(dǎo)體基片，該半導(dǎo)體基片包含有一個(gè)具有第一主表面和與所述第一主表面相對(duì)的第二主表面的硅基片，其中所述硅基片是用來至少是間接地在所述第一主表面上形成半導(dǎo)體器件；一個(gè)至少是間接地形成于所述硅基片的所述第二主表面上、含有大量氧化硅簇團(tuán)的多晶硅層；以及一個(gè)至少是間接地形成于所述多晶硅層上的多晶硅薄膜。
為實(shí)現(xiàn)上述及其它目的，本發(fā)明提供一種制作半導(dǎo)體基片的方法，該方法包含以下步驟(a)提供一個(gè)具有第一主表面和與所述第一主表面相對(duì)的第二主表面的硅基片，其中所述硅基片是用來至少是間接地在所述第一主表面上形成半導(dǎo)體器件；(b)至少是間接地在所述第二主表面上形成一個(gè)含有大量氧化硅簇團(tuán)的多晶硅層；和(c)至少是間接地在所述多晶硅層上形成一個(gè)多晶硅薄膜。
通過參照附圖對(duì)詳細(xì)的實(shí)施例進(jìn)行描述，本發(fā)明的上述目的與優(yōu)點(diǎn)將更為容易理解。


圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施例所提供的半導(dǎo)體基片的橫剖視圖；圖2是制作圖1所示的半導(dǎo)體基片的過程的示意圖；圖3a是根據(jù)各個(gè)樣品和對(duì)比樣品的半導(dǎo)體基片的各個(gè)不同深度上的硼濃度的分布圖；圖3b也是根據(jù)各個(gè)樣品和對(duì)比樣品的半導(dǎo)體基片的各不同深度上硼濃度的分布圖；圖4是半導(dǎo)體基片的各個(gè)樣品和對(duì)比樣品的漏電流示意圖；圖5是半導(dǎo)體基片的各個(gè)樣品和對(duì)比樣品的PN結(jié)中鐵濃度示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的第一個(gè)樣品制作半導(dǎo)體基片的過程示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的第二個(gè)樣品制作半導(dǎo)體基片的過程示意圖。
以下對(duì)最佳實(shí)施例的描述公開了一些特定的方案和參數(shù)，但是，這些最佳實(shí)施例方案只是體現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)方案的例子，因而下文中的具體參數(shù)只是用來更方便地描述這些實(shí)施例，以利于在整體上理解本發(fā)明。并且，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的內(nèi)容并不僅限于下述實(shí)施例。另外，為了簡(jiǎn)潔明了，本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的一些技術(shù)內(nèi)容在下文中被略去。
在本發(fā)明中，一層多晶硅薄膜起主要的吸收作用。但是，如果吸收作用僅僅來自這層多晶硅薄膜，當(dāng)多晶硅薄膜再結(jié)晶時(shí)，先前被多晶硅薄膜吸收的污染性雜質(zhì)可能會(huì)被重新釋放，進(jìn)入半導(dǎo)體器件的工作區(qū)。本發(fā)明沒有試圖防止多晶硅薄膜發(fā)生再結(jié)晶，而是在多晶硅薄膜和硅基片之間形成一個(gè)阻擋層，該阻擋層允許來自硅基片中的重金屬雜質(zhì)透過它進(jìn)入多晶硅薄膜，但卻在多晶硅薄膜發(fā)生再晶時(shí)，阻擋來自多晶硅薄膜中的重金屬雜質(zhì)，使其無法進(jìn)入硅基片。
本發(fā)明的第一、第二要點(diǎn)是，一個(gè)高濃度硼層形成于硅基片和多晶硅薄膜之間的邊界附近。當(dāng)多晶硅薄膜發(fā)生再結(jié)晶時(shí)，阻止釋放出的雜質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入硅基片。隨著硼的濃度的提高，重金屬(如鐵、銅)等污染性雜質(zhì)的固溶度也隨之提高。這樣，利用在多晶硅薄膜的硅基片之間的邊界附近形成一個(gè)高濃度硼層這種方法，就可以阻止多晶硅薄膜發(fā)生再結(jié)晶時(shí)污染性雜質(zhì)被重新釋放進(jìn)入半導(dǎo)體器件的工作區(qū)。
此外，本發(fā)明的第三、第四要點(diǎn)是，一個(gè)具有耗盡區(qū)的氧化硅薄膜形成于硅基片與多晶硅薄膜之間的邊界，用以阻止多晶硅薄膜發(fā)生再結(jié)晶時(shí)重金屬雜質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入硅基片。本發(fā)明的第五、第六要點(diǎn)是，一個(gè)具有耗盡區(qū)和大量位錯(cuò)的氧化硅薄膜形成于硅基片與多晶硅薄膜之間的邊界，用以阻止當(dāng)多晶硅薄膜發(fā)生再結(jié)晶時(shí)重金屬雜質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入硅基片。本發(fā)明的第七、第八要點(diǎn)是，一個(gè)含有大量微小氧化硅簇團(tuán)的多晶硅層形成于硅基片與多晶硅薄膜之間的邊界，用以阻止當(dāng)多晶硅薄膜發(fā)生再結(jié)晶時(shí)金屬雜質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入硅基片。在上述各結(jié)構(gòu)中，位于硅基片與多晶硅薄膜之間的邊界上的多晶硅層含有大量位錯(cuò)與/或微小氧化硅簇團(tuán)，這些位錯(cuò)與/或簇團(tuán)具有吸收的作用。這樣，當(dāng)多晶硅薄膜發(fā)生再結(jié)晶時(shí)，污染性雜質(zhì)從多晶硅薄膜釋放進(jìn)入半導(dǎo)體器件之工作區(qū)的情況得以被防止。
本發(fā)明的第一實(shí)施例所給出的半導(dǎo)體基片如圖1所示。該半導(dǎo)體基片包括具有第一主表面和與第一主表面相對(duì)的第二主表面2(即背面)的一個(gè)硅基片1；多晶硅薄膜3；和形成于硅基片1與多晶硅薄膜3之間的邊界4上的一個(gè)高濃度硼層5。硅基片1的第一主表面用來在半導(dǎo)體基片上形成一個(gè)半導(dǎo)體器件。在本實(shí)施例中，由切克勞斯基晶體生長(zhǎng)法生長(zhǎng)的摻P型雜質(zhì)的P型硅基片被用作硅基片1。
高濃度硼層5的形成是通過在硅基片1與多晶硅薄膜3之間的邊界4附近注入硼離子B+使硼層5形成于硅基片1之中。不僅如此，在多晶硅薄膜3中注入一些硼離子可能會(huì)產(chǎn)生吸收效果，但硼層5中具有最高硼濃度的部分的位置最好是靠近硅基片1而不是靠近多晶硅薄膜3與硼層5之間的邊界4。并且，高濃度硼層5中的最高硼濃度是100倍或100多倍于硅基片1中的最低硼濃度。再進(jìn)一步，高濃度硼層5的厚度介于1至5微米之間，高濃度硼層5中的最高硼濃度最好是1×1616/立方厘米或更高。
高濃度硼層5作為一個(gè)阻擋層，使重金屬雜質(zhì)或其它雜質(zhì)從硅基片1擴(kuò)散到多晶硅薄膜3并被多晶硅薄膜3吸收。而且，如果或當(dāng)多晶硅薄膜3發(fā)生再結(jié)晶時(shí)，硼層5阻止由多晶硅薄膜3中釋放出來的雜質(zhì)返回硅基片1。于是，當(dāng)在硅基片1上形成半導(dǎo)體器件時(shí)，雜質(zhì)不會(huì)污染器件的工作區(qū)。
圖2是圖1所示的半導(dǎo)體基片的制作方法的一個(gè)示例。首先，一個(gè)厚度約為1微米的多晶硅薄膜3形成于硅基片1的第二主表面2(即背面)，如圖2a所示。然后一層光刻用抗蝕劑(即光致抗蝕劑)6形成于硅基片1的第一主表面上，如圖2b所示。
隨后，用離子注入方法注入硼離子B+，使其透過多晶硅薄膜3(如圖2c所示)，在硅基片1與多晶硅薄膜3之間的邊界4附近形成一個(gè)高濃度硼層5，如圖2d所示。注入硼離子B+的加速能量的數(shù)值的設(shè)定應(yīng)該使高濃度硼層5中具有最高硼濃度的部分位于邊界4的靠近硅基片的一側(cè)。接著，進(jìn)行離子注入和熱處理，使高濃度硼層5中的最高硼濃度達(dá)到100倍或100多倍于硅基片1中的最低硼濃度。
在高濃度硼層5已形成之后，將光致抗蝕劑6從硅基片1的第一主表面上去除(如圖2d所示)。然后，利用常用的制作半導(dǎo)體器件的方法，在硅基片1的第一主表面上形成一個(gè)半導(dǎo)體器件(圖中未給出)。
為了進(jìn)一步闡明圖1所示的半導(dǎo)體基片的優(yōu)點(diǎn)，用該基片制作了一些通常被用于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)的PN結(jié)二極管。在制作每個(gè)PN結(jié)二極管時(shí)，利用了P型硅基片1，在基片1上形成了P型溝槽部分和N型擴(kuò)散層。并且，在各個(gè)基片1上形成的P型溝槽部分的濃度是一樣的，N型擴(kuò)散層的濃度與P型溝槽部分的濃度是一樣的。所以，用PN結(jié)二極管的結(jié)構(gòu)而引起的特性的差異可以忽略不計(jì)。用來在每個(gè)硅基片1上注入硼離子B+的加速能量和注入劑量如表1所示。
在表1中，“注入劑量”值表示在用離子注入方法形成了高濃度硼層5之后由準(zhǔn)離子質(zhì)譜(SIMS)測(cè)量方法量出的高濃度硼層5中的最高硼濃度值。另外，“硅基片中的硼濃度”值表示硅基片1的最低硼濃度值。
從表1所給出的研究結(jié)果可以看出高濃度硼層5中的硼濃度對(duì)于半導(dǎo)體基片的吸收能力所產(chǎn)生的效果，具體而言，在制作樣品1至4和對(duì)比樣品1和2的半導(dǎo)體基片的過程中，用來注入硼離子的加速能量保持一致，而各個(gè)樣品和對(duì)比樣品中的高濃度硼層5與硼基片的硼濃度各不相同。還研究了用來注入硼離子的加速能量對(duì)于半導(dǎo)體基片的吸收能力所產(chǎn)生的效果。尤其是，在制作樣品5和6以及對(duì)比樣品3和4的半導(dǎo)體基片的過程中，高濃度硼層5與硅基片1的硼濃度保持一致，而在每個(gè)樣品與對(duì)比樣品中用來注入硼離子的加速能量卻各不相同。
在對(duì)比樣品5和6中，沒有在硅基片1中注入硼離子，因此并未形成高濃度硼層5。而且，在對(duì)比樣品5中，沒有在基片1上形成多晶硅薄膜3，所以該半導(dǎo)體基片根據(jù)沒有吸收層。因?yàn)閷?duì)比樣品6只含有多晶硅薄膜3而不含有高濃度硼層5，所以其吸收層只含有多晶硅薄膜3。
表1
用準(zhǔn)離子質(zhì)譜測(cè)量方法對(duì)樣品1至4及對(duì)比樣品1和2進(jìn)行測(cè)量所得出的結(jié)果如圖3a所示。并且，用準(zhǔn)離子質(zhì)譜測(cè)量方法對(duì)樣品3、5和6以及對(duì)比樣品3和4進(jìn)行測(cè)量所得出的結(jié)果如圖3b所示。
圖4給出了用樣品1至6及對(duì)比樣品1至6中的基片所形成的PN結(jié)二極管的漏電流數(shù)值。并且圖5給出了用樣品1至6及對(duì)比樣品1至6中的基片所形成的PN結(jié)二極管的耗盡層中的鐵濃度。這些鐵濃度是用深度瞬態(tài)譜(PLTS)測(cè)量方法獲得的。
從圖4和圖5中可以看出，用本實(shí)施例所給出的半導(dǎo)體基片制作的全部PN結(jié)二極管的漏電流與鐵濃度都顯著下降。這些有利的結(jié)果的取得是與高濃度棚層5與硅基片1中的硼濃度相關(guān)的。例如，在對(duì)比樣品1和2中，漏電流值和鐵濃度值都沒有下降。但是，對(duì)比樣品1和2中的硼層5的最高硼濃度值分別等同于樣品4和2中的硼層5的最高硼濃度值。而且對(duì)比樣品2中的硼層5的硼濃度(1018立方厘米)事實(shí)上高于樣品4中的硼層5的硼濃度(1016立方厘米)。造成樣品1至4、對(duì)比樣品1和2的漏電流特性的差異的原因可以從圖3a所示的硼濃度分布中看出來。就是說，高濃度硼層5的硼濃度的絕對(duì)值并不重要，重要的是硼層5中的硼濃度與硅基片1中的硼濃度之間的比值，是這個(gè)比值決定了漏電流和鐵濃度是否下降。如表1和圖4、圖5所示，當(dāng)這個(gè)比值大于或等于100的時(shí)候，漏電流和鐵濃度才會(huì)下降。
然而，在對(duì)比樣品3和4中，棚層5中的最高硼濃度值與硼基片1中的硼濃度的比值大于100，但其漏電流與鐵濃度并未下降，如圖4、圖5所示。從表1和圖3b中可看出，在對(duì)比樣品3和4中注入硼離子B+的加速能量相對(duì)較低，導(dǎo)致硼層5中的最高硼濃度值位于多晶硅薄膜3中?；谶@些研究，可以發(fā)現(xiàn)，如果硼層5的最高硼濃度值不是位于硅基片1中，對(duì)污染性雜質(zhì)的吸收效果不理想。換言之，當(dāng)最高硼濃度值位于硅基片1之中時(shí)，被吸收于多晶硅薄膜3中的污染雜質(zhì)不能滲透過被包含于硅基片1中的最高濃度硼離子B+。
上述結(jié)果表明，用本實(shí)施例提供的半導(dǎo)體基片制作的半導(dǎo)體器件，可以阻止污染性雜質(zhì)從多晶硅薄膜3中被再釋放進(jìn)入半導(dǎo)體器件的工作區(qū)，并且，在滿足下列兩個(gè)條件的前提下，這種吸收能力可以在半導(dǎo)體器件的全部制作步驟中得以保持。第一，在硅基片1與多晶硅薄膜3之間的邊界附近形成高濃度硼層5，并使硼層5中的最高硼濃度位于硅基片1中。第二，高濃度硼層5中的最高硼濃度值與硅基片1中的最低硼濃度值的比值大于或等于100。
下面介紹本發(fā)明的第二實(shí)施例所提供的半導(dǎo)體基片及其制作方法。以下的介紹是結(jié)合被稱作為樣品2-1和樣品2-2的兩上不同的樣品來進(jìn)行的。
圖6所示是制作樣品2-1的半導(dǎo)體基片的制作方法。首先，提供一個(gè)具有第一主表面和與第一主表面相對(duì)的第二主表面2的硅基片1。然后，在硅基片1的第二主表面2(即背面)上形成厚度約為1微米的多晶硅薄膜3，如圖6a所示。接著，透過多晶硅薄膜3，把氧離子16O+離子注入到硅片1中，如圖6b。在制作第一個(gè)半導(dǎo)體基片時(shí)，注入氧離子16O+的注入劑量是2×1016立方厘米，加速能量是360keV，因此，最高氧濃度位于多晶硅薄膜3之中。另一方面，在制作第二個(gè)半導(dǎo)體基片時(shí)，注入氧離子16O+的注入劑量是2×1016立方厘米，加速能量是440keV，因此，最高氧濃度位于多晶硅薄膜3與硅基片1之間的邊界附近硅基片1的一側(cè)。需要強(qiáng)調(diào)的是，加速能量有賴于多晶硅薄膜3的厚度，所以，如果多晶硅薄膜3的厚度改變，最佳加速能量也要相應(yīng)改變。
下一步，在氮-氧混合氣氛中對(duì)第一和第二半導(dǎo)體基片做持續(xù)8小時(shí)1000℃的熱處理。結(jié)果，在第一半導(dǎo)體基片中，只有大量微小的氧化硅簇團(tuán)7形成于硅基片1與多晶硅薄膜3之間的邊界，而在第二個(gè)半導(dǎo)體基片中，大量微小的氧化硅簇團(tuán)7和大量位錯(cuò)8同時(shí)形成于硅基片1與多晶硅薄膜3之間的邊界，如圖6c。造成兩個(gè)基片的上述差別的原因是，在第一個(gè)半導(dǎo)體基片中注入氧離子16O+的加速能量的360keV，而在第二個(gè)半導(dǎo)體基片中注入氧離子16O+的加速能量為440keV。
當(dāng)大量微小的氧化硅簇團(tuán)7形成于硅基片1與多晶硅薄膜3之間的邊界，它們形成一個(gè)具有一個(gè)耗盡區(qū)的氧化薄膜。當(dāng)該氧化硅薄膜與/或大量位錯(cuò)8位于基片1與多晶硅薄膜3之間的邊界，它們起吸收作用。因此，它們能阻止污染性雜質(zhì)從多晶硅薄膜3中被再釋放進(jìn)入半導(dǎo)體器件的工作區(qū)。
換言之，氧化硅薄膜與/或位錯(cuò)8作為一個(gè)阻擋層，允許重金屬及其它雜質(zhì)從基片1擴(kuò)散進(jìn)入多晶硅薄膜3并被多晶硅薄膜3吸收。如果和當(dāng)多晶硅薄膜3發(fā)生再結(jié)晶時(shí)，氧化硅薄膜與/或位錯(cuò)8阻止從多晶硅薄膜3中釋放出來的雜質(zhì)再擴(kuò)散回硅基片1。這樣，當(dāng)半導(dǎo)體器件形成于硅基片1上時(shí)，這些雜質(zhì)不會(huì)污染器件的工作區(qū)，不僅如此，氧化硅薄膜與/或位錯(cuò)8可以起到額外的吸收作用，吸收來自硅基片1的雜質(zhì)。
圖7給出了制作樣品2-2的半導(dǎo)體基片的方法。首先，如制作樣品2-1一樣，提供一個(gè)具有第一主表面和與第一主表面相對(duì)的第二主表面2的硅基片1(如圖7a)。然后，在650℃條件下，用氧化氮(N2O)和硅烷(S2H4)作用于硅基片1的第二主表面2(即背面)，使N2O和S2H4的濃度比是按0.05∶10的流速比構(gòu)成的，最終在第二主表面2上形一層含有大量氧化硅簇團(tuán)、厚度約為1000埃的多晶硅層9，如圖7b。
隨后，在650℃的硅烷SiH4氣氛下，在多晶硅層9上形成多晶硅薄膜3，如圖7c。在此樣品中，使多晶硅層9與多晶硅薄膜3的總厚度為約1微為。
由于在多晶硅層9中有許多氧化硅簇團(tuán)形成于硅基片1與多晶硅薄膜3之間的邊界，使半導(dǎo)體基片的吸收能力提高了。所以阻止了污染性雜質(zhì)從多晶硅薄膜中被再釋放進(jìn)入半導(dǎo)體器件的工作區(qū)。具體而言，多晶硅層9作為一個(gè)阻擋層，允許重金屬及其它雜質(zhì)從硅基片1擴(kuò)散進(jìn)入多晶硅薄膜3并被多晶硅薄膜3吸收。但如果和當(dāng)多晶硅薄膜發(fā)生再結(jié)晶時(shí)，多晶硅層9阻止從多晶硅薄膜3中釋放出來的雜質(zhì)返回硅基片1中。于是，當(dāng)半導(dǎo)體器件形成于硅基片上時(shí)，這些雜質(zhì)不會(huì)污染器件的工作區(qū)。
表2給出了對(duì)樣品2-1和樣品2-2和吸收能力進(jìn)行檢測(cè)后得出的結(jié)果。為了評(píng)價(jià)這些基片的吸收能力，在這些基片上制作了通常用于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)中的PN結(jié)二極管，并用深度瞬態(tài)譜(DLTS)測(cè)量方法測(cè)量了這些PN結(jié)二極管的耗盡區(qū)的鐵濃度。該測(cè)量方法與為獲得表1數(shù)據(jù)而采用的方法是一樣的，并且，表2中的對(duì)比樣品5和6與表1中的樣品5和6也是一樣的。需要強(qiáng)調(diào)的是，對(duì)比樣品5的基片中，在硅基片1的第二主表面2的上面沒有多晶硅薄膜3，因而根本沒有吸收層。在對(duì)比樣品6的基片中，在硅基片1與多晶硅薄膜3之間沒有額外的一層，因而只有多晶硅薄膜3作為一個(gè)吸收層在起作用。此外，如表2所給出的，在對(duì)比樣品7的基片中，在硅基片1與多晶硅薄膜3之間沒有額外的一層，因而只有多晶硅薄膜3作為一個(gè)吸收層在起作用。并且，在制作動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)的過程中，多晶硅薄膜3被剝棄。
表2
從表2中可看出，與對(duì)比樣品5和6的半導(dǎo)體基片相比，樣品2-1和2-2的半導(dǎo)體基片具有良好的吸收能力，因而PN結(jié)耗盡層中的鐵濃度顯著下降。從表2中還可以看出，用樣品2-1的第一個(gè)基片(即以360keV的加速能量注入氧離子16O+的那個(gè)半導(dǎo)體基片)形成的PN結(jié)的鐵濃度高于用樣品2-1的第二基片(即以440keV的加速能量注入氧離子16O+的那個(gè)半導(dǎo)體基片)制作的PN結(jié)的鐵濃度。造成這二者鐵濃度差異的原因在于，由于用來注入離子的加速能量增加，導(dǎo)致在硅基片1中除了形成氧化硅簇團(tuán)7之外，還形成了位錯(cuò)8(如圖6c)。因此，位錯(cuò)8和簇團(tuán)7都作為吸收層而起作用。此外，對(duì)比樣品7還表明，在制作動(dòng)態(tài)隨動(dòng)存儲(chǔ)器(DRAM)的過程中將多晶硅薄膜3從硅基片1上剝棄后，在半導(dǎo)體器件上檢測(cè)到的鐵含量更多。這說明，為了盡可能地減小器件中的鐵含量，應(yīng)該在整個(gè)制作過程中保持半導(dǎo)體基片的吸收能力。
如上所述，阻止污染性雜性從半導(dǎo)體基片的多晶硅薄膜3中被重新釋放進(jìn)入用該基片形成的半導(dǎo)體器件的工作區(qū)，可以通過以下方式實(shí)現(xiàn)(1)在多晶硅薄膜3與硅基片1之間形成一個(gè)具有一個(gè)耗盡區(qū)的氧化硅薄膜；(2)在多晶硅薄膜3與硅基片1之間形成一個(gè)具有一個(gè)耗盡區(qū)的氧化硅薄膜，并形成大量位錯(cuò)8；或者(3)在多晶硅薄膜3與硅基片1之間形成一個(gè)具有氧化硅簇團(tuán)的多晶硅層9。此外，在制作半導(dǎo)體器件的整個(gè)過程中可以保持半導(dǎo)體基片的吸收能力。
根據(jù)本發(fā)明提供的技術(shù)方案，提供一種具有更好的吸收能力的半導(dǎo)體基片成為可能，并且這種吸收能力可以保持在制作半導(dǎo)體器件的整個(gè)過程中。阻止先前已被吸收的污染性雜質(zhì)被重新釋放進(jìn)入半導(dǎo)體器件的工作區(qū)也成為可能。并且，本發(fā)明還提供了一種制作具有更好吸收能力的半導(dǎo)體基片的方法。
以上對(duì)最佳實(shí)施例的描述是為了讓本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠重復(fù)或使用本發(fā)明的技術(shù)方案。但很顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易采用本發(fā)明的基本原理，在不需要?jiǎng)?chuàng)造性勞動(dòng)的情況下對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改方案。所以，本發(fā)明所要求的保護(hù)范圍，并不僅局限于上述實(shí)施例，而是以權(quán)利要求書中所要求的更寬的保持范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體基片，其特征在于包括一個(gè)具有第一主表面和與所述第一主表面相對(duì)的第二主表面的基片，其中所述基片是用來至少是間接地在所述第一主表面上形成半導(dǎo)體器件；一個(gè)至少是間接地形成于所述第二主表面上的多晶硅薄膜；和一個(gè)置于所述基片與所述多晶硅薄膜之間的、能夠允許重金屬雜質(zhì)從所述基片遷移至所述多晶硅薄膜、并能夠阻止重金屬離子從所述多晶硅薄膜遷移至所述基片的阻擋層。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體基片，其特征在于所述阻擋層包括一個(gè)置于所述基片與所述多晶硅薄膜之間的高濃度硼層，其中所述高濃度硼層中的最高硼濃度值與所述基片中的最低硼濃度值的比值是大于或等于100左右。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體基片，其特征在于所述高濃度硼層的形成是通過向所述基片中注入硼離子以致所述基片的一部分形成所述高濃度硼層。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體基片，其特征在于所述多晶硅薄膜的位置是直接與所述高濃度硼層相鄰。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體基片，其特征在于所述高濃度硼層中含有所述最高硼濃度值的那部分與所述基片的距離近于它與所述多晶硅薄膜的距離。
6.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體基片，其特征在于所述最高硼濃度值是大于或等于大約1×1016/立方厘米。
7.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體基片，其特征在于所述最高硼濃度值是大于或等于大約1×1016/立方厘米。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體基片，其特征在于用來注入所述硼離子的加速能量是至少大約200keV。
9.一種制作半導(dǎo)體基片的方法，其特征在于包含下列步驟(a)提供一個(gè)具有第一主表面和與所述第一主表面相對(duì)的第二主表面的基片，其中所述其片是用來至少是間接地在所述第一主表面上形成半導(dǎo)體器件；(b)至少是間接地在所述第二主表面上形成一個(gè)多晶硅薄膜；(c)在所述基片與所述多晶硅薄膜之間形成一個(gè)能夠允許重金屬雜質(zhì)從所述基片遷移至所述多晶硅薄膜、并能夠阻止重金屬?gòu)乃龆嗑Ч璞∧みw移至所述基片的阻擋層。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于步驟(c)包含下列步驟(c1)在所述基片與所述多晶硅薄膜之間形成一個(gè)高濃度硼層，其中所述高濃度硼層中的最高硼濃度值與所述基片中的最低硼濃度值比值大于或等于100左右。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述步驟(c1)包含下列步驟(c1a)通過向所述基片中注入硼離子形成一個(gè)高濃度硼層以致所述基片的一部分形成所述高濃度硼層。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述多晶硅薄膜是與所述高硼層直接相鄰的。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述高濃度硼層中含有所述最高硼濃度值的那部分與所述基片的距離近于它與所述多晶硅薄膜的距離。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述最高硼濃度值是大于或等于大約1×1016/立方厘米。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述最高硼濃度值是大于或等于大約1×1016/立方厘米。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于用來注入所述硼離子的加速能量是至少大約200keV。
17.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體基片，其特征在于所述阻擋層包括一個(gè)形成于所述基片與所述多晶硅薄膜之間的具有一個(gè)耗盡區(qū)的氧化硅薄膜。
18.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體基片，其特征在于所述氧化硅薄膜包含有大量位錯(cuò)。
19.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體基片，其特征在于所述氧化硅薄膜的形成是通過向所述基片中注入氧離子以致所述基片的一部分形成所述氧化硅薄膜。
20.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體基片，其特征在于所述氧化硅薄膜的形成是通過向所述基片中注入氧離子以致所述基片的一部分形成所述氧化硅薄膜。
21.如權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體基片，其特征在于用來注入所述氧離子的加速能量是至少大約360keV。
22.如權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體基片，其特征在于用來注入所述氧離子的加速能量是至少大約440keV。
23.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述步驟(c)包含下列步驟；(c1)在所術(shù)基片與所述多晶硅薄膜之間形成一個(gè)具有一個(gè)耗盡區(qū)的氧化硅薄膜。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于所述氧化硅薄膜含有大量位錯(cuò)。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于所述步驟(c1)包含下列步驟(c1a)透過所述多晶硅薄膜注入氧離子形成所述氧化硅薄膜并使所述氧化硅薄膜形成于所述基片與所述多晶硅薄膜之間的邊界。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于所述步驟(c1)包含下列步驟(c1a)透過所述多晶硅薄膜注入氧離子形成所述氧化硅薄膜并使所述氧化硅薄膜形成于所述基片與所述多晶硅薄膜之間的邊界。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于所述步驟(c1a)包含下列步驟(c1a1)以至少大約360keV的加速能量注入所述氧離子。
28.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于所述步驟(c1a)包含下列步驟(c1a1)以至少大約440keV的加速能量注入所述氧離子。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于所述步驟c1a)還包含下列步驟(c1a2)當(dāng)所述氧離子一旦被注入時(shí)，對(duì)所述邊界進(jìn)行熱處理。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述步驟(c1a)還包含下列步驟(c1a2)當(dāng)所述氧離子一旦被注入時(shí)，對(duì)所述邊界進(jìn)行熱處理。
31.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體基片，其特征在于所述阻擋層包括有至少是間接地形成于所述基片的所述第二主表面上的一個(gè)含有大量氧化硅簇團(tuán)的多晶硅層；其中所述多晶硅薄膜至少是間接地形成于所述多晶硅層上。
32.如權(quán)利要求31所述的半導(dǎo)體基片，其特征在于所述多晶硅層直接形成于所述第二主表面上以及所述多晶硅薄膜直接形成于所述多晶硅層上。
33.如權(quán)利要求31所述的半導(dǎo)體基片，其特征在于所述多晶硅層是通過用氧化氮和硅烷至少是間接地作用于所述第二主表面上形成的，并且氧化氮和硅烷的濃度比是按0.05∶10的流速比構(gòu)成的。
34.如權(quán)利要求31所述的半導(dǎo)體基片，其特征在于所述多晶硅層和所述多晶硅薄膜的總厚度是至少1微米左右。
35.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述步驟(c)包含下列步驟(c1)在所述基片與所述多晶硅薄膜之間形成一個(gè)多晶硅層。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于所述步驟(c)包含下列步驟(c1a)在所述第二主表面上直接形成多晶硅層。其中所述步驟(b)包含下列步驟(b1)在所述多晶硅層上直接形成所述多晶硅薄膜。
37.如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于所述步驟(c)包含下列步驟(c1a)通過用氧化氮和硅烷至少是間接地作用于所述第二主表面來形成所述多晶硅層，并且氧化氮和硅烷的濃度比是按0.05∶10的流速比構(gòu)成的。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于所述步驟(c1a)包含下列步驟(c1a1)在約650℃溫度下，用氧化氮和硅烷至少是間接地作用于所述第二主表面。
39.如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，所述多晶硅層和所述多晶硅薄膜的總厚度是至少1微米。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體基片,它可以在制作半導(dǎo)體器件的整個(gè)過程中保持其吸收能力,并能夠阻止先前被吸收的污染性雜質(zhì)被重新釋放進(jìn)入半導(dǎo)體器件的工作區(qū)。該半導(dǎo)體基片包括一個(gè)硅基片、一個(gè)多晶硅層和一個(gè)高濃度硼層。硅基片具有第一主表面和與第一主表面相對(duì)的第二主表面。多晶硅薄膜至少是間接地形成于第二表面上,高濃度硼層置于硅基片與多晶硅薄膜之間。本發(fā)明還提供了用來制作這種半導(dǎo)體基片的方法。
文檔編號(hào)H01L21/00GK1200559SQ9810177
公開日1998年12月2日 申請(qǐng)日期1998年5月7日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月9日
發(fā)明者堀川貢弘, 渡邊匡人 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社