專利名稱：半導體裝置的制造方法及半導體襯底的制作方法
技術領域：
本發(fā)明，涉及半導體裝置的制造方法及半導體襯底，特別是有關防止生產(chǎn)工序中由于金屬雜質(zhì)的混入而引起的元件可信度降低的半導體裝置的制造方法以及使用這種方法制造的半導體襯底。
背景技術：
近年，伴隨著半導體元件的精細化及半導體襯底(晶片)的大口徑化的進展，因為存在減少決定半導體的導電型的雜質(zhì)擴散長度的傾向，還有，為避免由于施加熱處理而使晶片產(chǎn)生熱疲勞以及對設備的電特性產(chǎn)生的負面影響，在半導體制造生產(chǎn)工序出現(xiàn)了熱處理低溫化及短時間化的傾向。
通常，通過對晶片充分實施熱處理，半導體襯底中的格柵(grid)之間析出了氧元素，發(fā)生稱為體微小欠缺(Bulk MicrodefectBMD)的缺陷，它們作為除氣點(gettering site)動作。其結(jié)果，制造生產(chǎn)工序中產(chǎn)生的金屬雜質(zhì)即便是附著在晶片上，附著的金屬雜質(zhì)也會被除氣點捕獲而使其不會產(chǎn)生危害，所以就可防止柵極絕緣膜等的可信度降低。這個體微小欠缺，只要其密度在1×108cm-3程度就能發(fā)揮除氣能力，但是要使密度達到這個程度，通常需要進行1000℃以上且?guī)讉€小時的較高溫且較長時間的熱處理。
(專利文件)專利第3011178號公報(發(fā)明所要解決的課題)在此，說明包括以前的柵極絕緣膜的形成工序的半導體裝置的制造方法中的熱處理。
圖7，是表示如以前的設計規(guī)則與0.15μm相當?shù)木哂袞艠O絕緣膜的設備中典型的熱處理。當晶片是由硅(Si)制成時，在圖7所示的熱處理中，多為溫度為900℃時間為不滿100分鐘的情況。還有，實施溫度超過1000℃的情況下，加熱時間為1秒～30秒的所謂急速熱處理(RTPRapidThermal Processing)。在這樣的以前的熱處理中，因為不能充分地生長體微小欠缺，成為除氣點體微小欠缺的濃度就低于1×106cm-3程度以下。
還有，在制造生產(chǎn)工序的最初熱處理中實施快速熱處理時，由高升溫速率的加熱處理，晶片中已經(jīng)存在的體微小欠缺的析出核就會被溶解掉，無法期待體微小欠缺的形成。因此，多用快速熱處理等的短時間熱處理，且熱處理溫度也比較低，也就是熱預算小的精細設備生產(chǎn)工序中無法賦予充分的除氣能力，所以，這樣的生產(chǎn)工序，被稱為是對金屬污染等及其微弱的生產(chǎn)工序。在此，所謂的熱預算，就是由加熱溫度和加熱時間的乘積所表示的熱處理量。
例如，構(gòu)成金屬氧化半導體(MOS)型晶體管的薄膜化了的柵極絕緣膜，由于金屬污染就變得容易產(chǎn)生漏電流，產(chǎn)生柵極絕緣膜的可信度降低的大問題。
然而，為了解決這樣的問題，要是提高生產(chǎn)工序中的熱處理溫度且加長加熱時間的增大熱預算，決定導電型的雜質(zhì)離子的擴散長就會增大，不是根本的解決方法，特別是對互補型金屬氧化半導體(CMOS)型設備成為深刻的問題。
還有，即便是在硅晶片中形成了除氣點的析出核，如圖8(a)～圖8(c)所示，以前的高溫退火中存在著其他問題。例如圖8(a)所示那樣，準備了具有由氮、碳或者是氧所生成的除氣點的析出核101A的硅晶片100。
接下來，如圖8(b)所示，通過進行1200℃的約60分鐘的退火，從晶片100的表面到幾十μm深度的區(qū)域上，在形成由析出核101A生長的體微小欠缺形成的除氣點101B的同時，在該晶片100的上部形成了沒有缺陷的無欠缺層(CZDenuded Zone)101B。
然而，如圖8(c)所示，從晶片表面到除氣點101B的距離長，擴散系數(shù)較小的鐵(Fe)那樣的金屬雜質(zhì)110，在通常的制造生產(chǎn)工序中，特別是精細化了的互補型金屬氧化膜半導體(CMOS)生產(chǎn)工序中，存在著金屬雜質(zhì)110無法充分擴散到除氣點101B的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明，解決上述以前的問題，在精細化后不得不縮小熱預算的制造生產(chǎn)工序中，形成覆蓋硅晶片以防止金屬污染的除氣點作為第1目的，在形成的除氣點確實可以捕獲金屬雜質(zhì)為第2目的。
(解決課題的方法)為了達到上述第1目的，本發(fā)明所涉及的第1半導體裝置的制造方法，包括進行在制造生產(chǎn)工序接受了硅半導體襯底之后，對半導體襯底進行最初的熱處理，即650℃～750℃的溫度下持續(xù)30分鐘～240分鐘的第1熱處理的第1工序；第1工序之后，進行900℃～1100℃的溫度下持續(xù)30分鐘～120分鐘的第2熱處理的第2工序。
根據(jù)第1半導體裝置的制造方法，因為在制造生產(chǎn)工序接受了硅半導體襯底之后，通過對半導體襯底進行最初的熱處理，即第1熱處理，形成了除氣點的析出核，又由其后的第2熱處理，析出核生長形成除氣點，所以，在那以后進行的半導體裝置的制造生產(chǎn)工序中即便是產(chǎn)生金屬雜質(zhì)，會被制造生產(chǎn)工序前的這些第1熱處理及第2熱處理所形成的除氣點捕獲。
在第1半導體裝置的制造方法中，最好的是，第1熱處理及第2熱處理的升溫速度均為1℃/min～8℃/min，降溫速度均為1℃/min～60℃/min。
在第1半導體裝置的制造方法中，最好的是，第2工序之后還包括為使金屬雜質(zhì)擴散到除氣點對半導體襯底進行的第3次熱處理的第3工序，和在第3工序之后，在半導體襯底的主面上形成柵極絕緣膜的第4工序。
這樣，在形成柵極絕緣膜之前，因為對半導體襯底進行了使金屬雜質(zhì)擴散到除氣點的第3次熱處理，所以在柵極絕緣膜的形成工序及其前項工序中，由于金屬雜質(zhì)，特別是如鐵那樣擴散系數(shù)較小的金屬雜質(zhì)擴散不到除氣點，所以確實可以防止對的柵極絕緣膜產(chǎn)生的金屬污染，也就達到了上述第2個目的。
這種情況下，最好的是，第3工序中，由第3加熱處理，形成自半導體襯底表面到1μm～10μm的深度的體微小欠缺(BMD)層形成的除氣點，而該除氣點的密度又在5×108cm-3程度以上且在5×1010cm-3程度以下。
還有，在這種情況下，最好的是，第1熱處理、第2熱處理及第3熱處理中的熱預算，設定在可維持半導體裝置的特性的范圍內(nèi)。
本發(fā)明所涉及的第2半導體裝置的制造方法，包括達成上述第2目的，在硅制成的半導體襯底主面上形成柵極絕緣膜的工序；在該柵極絕緣膜形成之前，對半導體襯底進行使金屬雜質(zhì)能夠擴散到除氣點的熱處理工序。
根據(jù)第2半導體裝置的制造方法，在柵極絕緣膜形成之前，因為對半導體襯底進行了使金屬雜質(zhì)能夠擴散到除氣點的熱處理，確實可以防止在容易受金屬雜質(zhì)影響的柵極絕緣膜上發(fā)生金屬污染。
且，第1半導體裝置的制造方法，在沒有生成除氣點的半導體襯底上，首先是稱為生成了除氣點的發(fā)明。對此，第2半導體裝置的制造方法，是以生成了除氣點為前提，在柵極絕緣膜形成工序及其之前的工序中，通過使金屬雜質(zhì)不擴散到除氣點而防止了柵極絕緣膜的金屬污染的發(fā)明。
第2半導體裝置的制造方法，最好的是，通過熱處理，形成自半導體襯底表面到1μm～10μm的深度的由體微小欠缺(BMD)層形成的除氣點，而該除氣點的密度又在5×108cm-3程度以上且在5×1010cm-3程度以下。
本發(fā)明所涉及的第1半導體襯底，達成了上述第1及第2目的，通過對硅半導體襯底進行最初的熱處理，即650℃～750℃的溫度下持續(xù)30分鐘～240分鐘的第1熱處理，和其后的900℃～1100℃的溫度下持續(xù)30分鐘～120分鐘的第2熱處理，形成了自半導體襯底表面到所規(guī)定的深度的由體微小欠缺(BMD)層形成的除氣點，所規(guī)定的深度為小于或者等于金屬雜質(zhì)擴散到除氣點的擴散距離。
根據(jù)第1半導體襯底，因為實施了對該半導體襯底進行最初的熱處理，本發(fā)明的第1半導體裝置的制造方法的第1熱處理及第2熱處理，所以即便是伴隨著精細化了的生產(chǎn)工序的較低溫的熱處理或者是快速熱處理的熱處理，在生產(chǎn)工序開始前生成了除氣點，可以防止金屬污染。
本發(fā)明所涉及的第2半導體襯底，達成了上述第1及第2目的，在硅半導體襯底上表面形成具有所規(guī)定厚度的外延層，形成了外延層的半導體襯底，通過對該半導體襯底進行最初的熱處理，即650℃～750℃的溫度下持續(xù)30分鐘～240分鐘的第1熱處理，其后的900℃～1100℃的溫度下持續(xù)30分鐘～120分鐘的第2熱處理，在外延層下側(cè)形成了由體微小欠缺(BMD)層形成的除氣點，外延層的厚度小于或者等于金屬雜質(zhì)擴散到除氣點的擴散距離。
根據(jù)第2半導體襯底，在半導體襯底上表面形成外延層，因為該外延層的厚度小于或者等于金屬雜質(zhì)擴散到除氣點的擴散距離，所以作為對該半導體襯底進行的最初熱處理，本發(fā)明第1半導體裝置的制造方法的第1熱處理及第2熱處理，確實可以防止由于制造生產(chǎn)工序中發(fā)生的金屬雜質(zhì)引起的污染。
本發(fā)明所涉及的第3半導體襯底，達成了上述第2目的，硅半導體襯底，具有從其表面到所規(guī)定的深度的體微小欠缺(BMD)層形成的除氣點，所規(guī)定的深度為小于或者等于金屬雜質(zhì)擴散到除氣點的擴散距離。
本發(fā)明所涉及的第4半導體襯底，達成上述第2目的，硅半導體襯底的主面上形成具有所規(guī)定厚度的外延層，且外延層下側(cè)具有由體微小欠缺(BMD)層形成的除氣點，該外延層的厚度為小于或者等于金屬雜質(zhì)擴散到除氣點的擴散距離。
(發(fā)明效果)根據(jù)第1半導體裝置的制造方法，在制造生產(chǎn)工序接受了硅半導體襯底之后，因為進行了最初形成了除氣點的析出核第1熱處理，析出核生長形成除氣點的第2熱處理，所以，制造生產(chǎn)工序中產(chǎn)生的金屬雜質(zhì)，會被制造生產(chǎn)工序?qū)嵤┣靶纬傻倪@些由第1熱處理及第2熱處理所形成的除氣點捕獲，就可以確保半導體裝置的可信度。
根據(jù)第2半導體裝置的制造方法，在形成包含柵極絕緣膜的半導體裝置的該柵極絕緣膜之前，因為對半導體襯底進行了使金屬雜質(zhì)擴散到除氣點的熱處理，確實可以防止容易受金屬雜質(zhì)影響的柵極絕緣膜上發(fā)生金屬污染，所以可以確保半導體裝置的可信度。
根據(jù)本發(fā)明所涉及的第1半導體襯底，作為對該半導體襯底進行的最初熱處理，實施了本發(fā)明的第1半導體裝置的制造方法的第1熱處理及第2熱處理，所以即便是伴隨著精細化了的生產(chǎn)工序的較低溫的熱處理或者是快速熱處理的熱處理，在生產(chǎn)工序開始前已經(jīng)生成了除氣點，可以防止金屬污染，其結(jié)果，可確保使用這個半導體襯底制造的半導體裝置的可信度。
根據(jù)本發(fā)明所涉及的第2半導體襯底，在半導體襯底上表面形成了外延層，其厚度設定為小于或者等于金屬雜質(zhì)擴散到除氣點的擴散距離，作為對該半導體襯底進行的最初熱處理，通過本發(fā)明第1半導體裝置的制造方法的第1熱處理及第2熱處理，確實可以防止制造生產(chǎn)工序中發(fā)生的因金屬雜質(zhì)引起的污染，所以可確保使用這個半導體襯底制造的半導體裝置的可信度。


圖1，是表示本發(fā)明第1實施方式所涉及半導體裝置的制造方法中工序?qū)嵤┣斑M行的熱處理程序圖。
圖2，是表示本發(fā)明第1實施方式一變形例所涉及半導體裝置的制造方法中的熱處理程序圖。
圖3，是表示本發(fā)明第2實施方式所涉及半導體裝置的制造方法中包括柵極絕緣膜形成工序的工序流程圖。
圖4，是表示本發(fā)明第2實施方式所涉及半導體裝置的制造方法中強化柵極形成前的除氣的熱處理程序圖。
圖5，是表示本發(fā)明第3實施方式所涉及半導體襯底(晶片)的制造方法的工序流程模式剖面圖。
圖6，是表示本發(fā)明第3實施方式所涉及半導體裝置的制造方法的工序流程圖。
圖7，是表示以前的設計規(guī)則與0.15μm相當?shù)木哂袞艠O絕緣膜的設備中典型的熱處理程序圖。
圖8，是表示以前的半導體襯底(晶片)中形成無欠缺層和除氣點的熱處理工序模式的剖面圖。
(符號說明)10晶片(半導體襯底)12外延層11A 析出核 110金屬雜質(zhì)11B 除氣點
具體實施例方式
(第1實施方式)說明本發(fā)明的第1實施方式。
在第1實施方式中，使用主面的面方位(100)表面是由p型硅形成的晶片(圖中未示)。這個晶片，電阻率為10Ωcm～15Ωcm，其含氧濃度根據(jù)ASTM’79規(guī)則為12.5×1017atoms·cm-3。在晶片的主面上，形成了厚度為3μm電阻率為11Ωcm～14Ωcm的外延層。在此，ASTM是美國材料試驗協(xié)會(American Society for Testing and Materials)的簡稱。
也就是，通過在工序開始前實施圖1所示的本發(fā)明的第1實施方式所涉及的連續(xù)熱處理，體微小欠缺密度變成5×108cm-3以上，形成了作為除氣點的具有充分密度的體微小欠缺。
以下，參照圖1詳細說明第1實施方式所涉及的熱處理。
如圖1所示，首先，進行加熱溫度T1為700℃的氮氣環(huán)境中加熱時間t1為120分鐘的第1熱處理，其后，以3℃/分鐘的升溫速度在氮氣環(huán)境中加熱至1000℃，進行加熱溫度T2為1000℃加熱時間t2為60分鐘的第2熱處理。但是，第2熱處理并非一定要緊接著第1熱處理連續(xù)進行。
這樣，進行較低溫的第1熱處理，是為了通過構(gòu)成晶片的硅柵格之間的氧容易成為過飽和的溫度下進行熱處理，生成為析出柵格之間氧的析出核。這時的加熱溫度T1不一定非要是700℃，只要在650℃～750℃之間即可。但是，析出核生成可能的最低溫度為600℃，而最高溫度又為800℃，所以，有效生成析出核的溫度范圍是650℃～750℃之間。
還有，第1熱處理的加熱時間t1超過120分鐘也無關，但是考慮了生產(chǎn)性，規(guī)定為30分鐘～240分鐘。但是，就是第1熱處理進行4小時以上，也不會改善析出核生成的阻礙情況，在此以4小時為上限。
如前所述，使用了加熱環(huán)境中具有惰性(低反應性)的氮氣。這樣，通過在硅結(jié)晶中添加氮元素，硅結(jié)晶中氧元素的析出就變得容易了。還有，取代氮元素添加碳元素也會使硅結(jié)晶中氧元素容易析出。再有，通過同時添加氮元素和碳元素就會增大生成析出核的效果，可以形成充分密度的體微小欠缺。且，在晶片上添加碳元素可以有效生成析出核的溫度為650℃～750℃。
在此，從第1熱處理轉(zhuǎn)移到第2熱處理時的升溫速度，為不使高溫下析出核的溶解速度比其生長速度大，較緩和的升溫是必要的。在此采用了3℃/min的升溫速度。然而只要在1℃/min～8℃/min范圍內(nèi)均可。
析出核，當其溶解速度大于成長速度時就會消失。上述的快速熱處理(RTP)，確實達成了這個析出核的溶解速度大于其成長速度的狀態(tài)。第2熱處理是在較高溫的1000℃下進行的，由此，析出核作為體微小欠缺快速成長增大了作為除氣點的機能。
這個第2熱處理也是在工序開始前進行的，其加熱溫度T2只要在900℃～1100℃的范圍即可。在此，考慮到大口徑晶片中的熱疲勞，采取1000℃的加熱溫度和60分鐘的加熱時間。由于這個第2熱處理，體微小欠缺大量增加，具有高除氣能力。
其后，以1℃/min～60℃/min的降溫速度降低加熱溫度T2，將晶片從加熱爐取出后，移到制造生產(chǎn)工序的最初工序的填充氧化膜形成工序。
第1實施方式涉及的晶片，因為在移至填充氧化膜工序之前，已經(jīng)形成了密度為5×108cm-3以上的體微小欠缺，所以已經(jīng)具有了充分的除氣能力。且，最好的是，體微小欠缺的密度上限在5×1010cm-3以下。原因是體微小欠缺周圍的轉(zhuǎn)位的成長變得顯著，硅晶體也就是晶片的機械強度就降低了。
這樣，根據(jù)第1實施方式，因為在晶片進入半導體制造生產(chǎn)工序前進行了第1熱處理及第2熱處理兩個階段的熱處理，所以，完全不會產(chǎn)生決定導電型的雜質(zhì)離子的擴散長增大等不合適，且在其后生產(chǎn)工序的熱處理中依然可以確保安定的除氣能力。
(第1實施方式的一個變形例)下面，參照圖面說明本發(fā)明第1實施方式的一個變形例。
圖2，是表示本發(fā)明第1實施方式的一個變形例所涉及半導體裝置的制造方法中的熱處理程序圖。
通常，在進行對晶片的半導體生產(chǎn)工序中最初的熱處理是氧化工序，特別是填充氧化工序為多。
如圖2所示，移至實際的生產(chǎn)工序之前進行的本發(fā)明的第2熱處理中，組合了工序最初進行的填充氧化工序的熱處理的連續(xù)。這樣，通過在本發(fā)明的第2熱處理中組合溫度為1000℃的氧元素環(huán)境中15分鐘的填充氧化工序，對晶片進行的熱處理就是較低溫度的生產(chǎn)工序，基本不需要增加工序可以確保除氣能力。
(第2實施方式)接下來，參照圖面說明本發(fā)明的第2實施方式。
第1實施方式，如圖7所示，因為熱預算小的工序中無法形成除氣點，在移至實際生產(chǎn)工序之前，已經(jīng)形成了具有除氣能力密度的體微小欠缺。
然而，即便是在生產(chǎn)工序?qū)嵤┣暗木呀?jīng)形成具有充分除氣點密度的體微小欠缺，還存在著為使形成的體微小欠缺能夠捕獲金屬雜質(zhì)所需要的充分的擴散的熱處理的金屬種類。
即便是體微小欠缺形成的除氣點高密度存在，金屬雜質(zhì)移動到該除氣點，但若該金屬雜質(zhì)不被除氣點捕獲，同樣不能發(fā)揮除氣效果。
金屬雜質(zhì)是銅(Cu)或者是鎳(Ni)等時，因為在硅(Si)中的擴散系數(shù)較大，即便是提供的熱處理較低溫和短時間，也完全可能使存在于晶片表面形成的元件形成層(激活層)的金屬雜質(zhì)擴散到體微小欠缺形成的除氣點。然而，金屬雜質(zhì)若為鐵(Fe)時，它在硅(Si)中的擴散系數(shù)就不大，即便是體微小欠缺形成在激活層下側(cè)，要將鐵原子擴散到激活層下側(cè)的區(qū)域，要比銅(Cu)或者是鎳(Ni)需要更大的熱預算的熱處理。
第2實施方式，其構(gòu)成為在形成極容易接收金屬雜質(zhì)的污染影響的柵極絕緣膜前，進行使鐵(Fe)等擴散系數(shù)較小的金屬雜質(zhì)充分擴散到除氣點程度的熱處理。
圖3，是表示本發(fā)明第2實施方式所涉及半導體裝置的制造方法中包括柵極絕緣膜形成工序的工序流程圖。
如圖3所示，首先，在工序ST1中，晶片的主面上選擇形成如淺溝道分離(STI)等形成的眾所周知的元件分離膜。
接下來，在工序ST2中，晶片的主面上又元件分離膜分劃的元件形成區(qū)域上，選擇性地離子摻入p型雜質(zhì)形成p型溝道。接下來，摻入調(diào)整MOS晶體管的閾值電壓的如p型雜質(zhì)離子。
接下來，在工序ST3中，實施增強除氣效果的本發(fā)明所涉及的熱處理。在此，圖4，表示除氣強化熱處理的程序。如圖4所示，在形成柵極絕緣膜前，進行8℃/min升溫速度的氮氣環(huán)境到1000℃為止的升溫，進行加熱溫度T3為1000℃加熱時間t3為30分鐘的熱處理。其后，以4℃/min的降溫時間降溫。
接下來，工序ST4中，對增強了除氣效果的晶片進行眾所周知的洗凈，其后將洗凈了的晶片投入快速熱處理裝置，用一氧化二氮(N2O)作為氧化性氣體，在1050℃600×133.322Pa的壓力的條件下，形成膜厚為2.8nm的氧化硅制成的柵極絕緣膜。
接下來，工序ST5中，由通常的MOS型半導體工序，形成CMOS型設備。
且，在柵極絕緣膜的形成上使用了快速熱處理裝置，但是并不只限于快速熱處理裝置，使用電爐亦可。還有，設定適宜的熱處理溫度值，氧化性氣體環(huán)境可以是氧氣(O2)或者是水蒸氣(H2O)，只要選擇適宜即可。
還有，通常，在柵極絕緣膜形成前，如工序ST2所示那樣，只有摻入晶體管閾值電壓調(diào)整用雜質(zhì)的工序，在工序ST2之后增加1000℃的熱處理，并不是因為閾值電壓調(diào)整所必須的。還有，加熱溫度T3的設定范圍在950℃～1100℃即可。
這個加熱溫度T3，即便是金屬雜質(zhì)為鐵(Fe)，在體微小欠缺形成的除氣點中依賴于自晶片表面的深度而決定，如果體微小欠缺處于淺位置，較低溫的熱處理也是可能的。
這樣，第2實施方式，即便是晶片處于形成了除氣點的狀態(tài)，如鐵(Fe)那樣的擴散系數(shù)小的金屬雜質(zhì)被除氣點捕獲，要比銅(Cu)等形成的金屬雜質(zhì)需要更大的熱預算。因此，要對應精細到0.15μm的設計規(guī)則的薄膜化必要的柵極絕緣膜的形成工序ST4之前，如工序ST3所示那樣，增加鐵(Fe)等擴散系數(shù)較小的金屬雜質(zhì)擴散到除氣點所需要的熱預算的熱處理。由此，例如MOS晶體管的柵極絕緣膜那樣的容易受金屬雜質(zhì)影響的部位的形成工序中，為使鐵(Fe)那樣的擴散系數(shù)較小的金屬雜質(zhì)也確實可以被除氣點捕獲，可以大幅度提高MOS型半導體裝置特別是CMOS型半導體裝置的可信度。
(第3實施方式)接下來，參照圖面說明本發(fā)明的第3實施方式。
如上所述，對于銅(Cu)或者是鎳(Ni)那樣的擴散系數(shù)較大的金屬雜質(zhì)，使這些金屬雜質(zhì)擴散到除氣點必要的熱處理可以是較低溫或者是短時間完成的。然而，象鐵(Fe)那樣的擴散系數(shù)較小的金屬雜質(zhì)，需要高溫且長時間的熱處理，對半導體工序也就是制造對象的半導體裝置施加可能的熱預算，也就是不超過允許熱處理的考慮是必要的。
因此，第3實施方式中，是以擴散系數(shù)較小的金屬雜質(zhì)擴散到體微小欠缺形成的除氣點所必須的熱處理，實現(xiàn)決定了除氣點深度的晶片。
也就是，本實施方式所涉及的晶片，是以從表面的體微小欠缺深度由在晶片上形成的外延層厚度所決定為特征。因此，全工序中與熱預算對應的位置上形成體微小欠缺。
通常，即便是精細設備，形成柵極絕緣膜后且到形成源極-漏極區(qū)域為止的時間內(nèi)，熱預算的允許范圍較寬。源極-漏極區(qū)域或者是LDD構(gòu)造那樣的較高濃度雜質(zhì)區(qū)域一旦形成后，由其擴散長決定的半導體設備的特性變化顯著，特別是柵極絕緣膜形成后的源極-漏極區(qū)域形成后的追加熱處理要求嚴格的熱預算。另一方面，在柵極絕緣膜的形成工序中，擴散層是阱區(qū)域及溝道區(qū)域，濃度較低的擴散區(qū)域，為這樣的低雜質(zhì)濃度擴散區(qū)域的情況下，不象源極-漏極區(qū)域那樣熱預算要求嚴格。
結(jié)果，為設計規(guī)則小于0.15μm的MOS設備時，一般的，形成源極-漏極區(qū)域后進行的熱處理有必要在600℃～700℃以下，假如是需要超過800℃的高溫熱處理的情況，則實施比快速熱處理的時間還短的熱處理。因此，在形成源極-漏極區(qū)域后形成體微小欠缺是不合適的，因為已經(jīng)完成了柵極絕緣膜的形成工序。
另一方面，形成阱之后，到形成柵極絕緣膜為止的工序的上限溫度為1000℃，還有，時間為60分鐘。阱的濃度以及溝道的雜質(zhì)外型(profile)應和柵極絕緣膜形成工序為止的熱處理是可以調(diào)整的，但是，顯著的高溫以及長時間處理是有限度的，1000℃60分鐘程度的熱處理就是界限。對此，只要是在形成阱區(qū)域之前，因為晶片中不摻入雜質(zhì)，只要不進行破壞晶片自身的晶體結(jié)構(gòu)的高溫長時間熱處理，熱預算的自由度就大了。然而，這時(工序)，因為柵極絕緣膜還沒有形成，即便是對體微小欠缺的形成有貢獻，但卻不能促進金屬雜質(zhì)向體微小欠缺區(qū)域的擴散。
以下說明具體例。
圖5，是表示本發(fā)明第3實施方式所涉及半導體襯底(晶片)的制造方法的剖面構(gòu)成，圖6，是表示該半導體裝置的制造方法的工序流程圖。
首先，準備電阻率為10Ωcm～15Ωcm，氧元素濃度根據(jù)ASTM’79規(guī)格為14.0×1017atoms·cm-3，摻雜(dope)了硼(B)的p型硅晶片10。在此，晶片10，在由提升法形成時，添加了形成除氣點的析出核11A的濃度為5×1013atoms·cm-3的氮原子。在此，以晶片10為具有柵極絕緣膜構(gòu)成要素的MOS型設備制造用襯底。
接下來，如圖6的工序ST11所示那樣，從形成柵極絕緣膜必要的熱處理、設備電特性決定的允許熱預算、捕獲對象為如鐵(Fe)那樣的擴散系數(shù)較小的金屬雜質(zhì)方面算出除氣點的自晶片表面的擴散長Ld(＝2μm)。
接下來，如圖5及圖6的工序ST12那樣，在晶片的主面上，由如化學的氣相沉積(CVD)法，形成摻雜了硼(B)的，電阻率為11Ωcm～14Ωcm的，與算出的擴散長Ld一致的，厚度為約2μm的硅外延層12。
接下來，如圖5(c)及圖6的工序ST13所示那樣，進入制造生產(chǎn)工序前，進行本發(fā)明所述的，在加熱溫度為750℃的氮氣環(huán)境中，加熱時間為120分鐘的第1熱處理，以及其后的，升溫速度為3℃/分鐘的在氮氣環(huán)境中，升溫至1000℃，加熱時間為60分鐘的第2熱處理。
這樣，第1熱處理及第2熱處理的處理形式及金屬雜質(zhì)的擴散長值，是由金屬雜質(zhì)，特別是從鐵(Fe)的擴散長，在可充分進行鐵(Fe)的除氣的位置上能夠形成體微小欠缺制成的除氣點11B而算出的。
接下來，如圖6的工序ST14所示那樣，形成外延層12，在形成了除氣點11B的晶片10上，實施元件分離的形成、摻雜阱形成用及閾值電壓調(diào)整用的離子這樣的通常的設備工序。這與第2實施方式的圖3中的工序ST1及ST2對應。
接下來，如圖6的工序ST15所示那樣，進行加熱溫度為1000℃的加熱時間為30分鐘的增強除氣的第3熱處理。這與第2實施方式的圖3中的工序ST3對應。由這個第3熱處理，如圖5(d)所示那樣，即便是鐵(Fe)等擴散系數(shù)較小的金屬雜質(zhì)110，也能被位于緊挨著外延層12下面的除氣點11B捕獲。
接下來，如圖6的工序ST16所示那樣，由熱氧化在外延層12上部形成氧化硅的柵極絕緣膜(圖中未示)。這與第2實施方式的圖3中的工序ST4對應。
如以上的說明，根據(jù)第3實施方式，通過在晶片10的主面上形成根據(jù)在包含柵極絕緣膜的全工序中實施的熱處理、強化除氣的熱處理的允許范圍、由作為除氣對象的金屬雜質(zhì)的擴散系數(shù)計算的具有比金屬雜質(zhì)的擴散長Ld小或者是相等的厚度的外延層12，形成了在制成的外延層12緊挨著的下側(cè)存在除氣點11B的晶片10。
在這種狀態(tài)下，進行本發(fā)明的第1熱處理及第2熱處理使體微小欠缺等的除氣點明顯化，其后，再通過進行柵極絕緣膜形成前的除氣強化的本發(fā)明的第3熱處理，因為金屬雜質(zhì)被緊挨著外延層12下側(cè)的除氣點11B捕獲，就能形成可信度高的包括柵極絕緣膜的MOS型設備。
(產(chǎn)業(yè)上的利用可能性)本發(fā)明涉及的半導體裝置的制造方法及半導體襯底，通過制造生產(chǎn)工序中的金屬雜質(zhì)被預先形成的除氣點捕獲，具有可以確保半導體裝置的可信度的效果，特別是CMOS型設備或者是電荷結(jié)合元件再或者是包含MOS型圖像傳感器的攝像元件等的具有柵極絕緣膜的半導體裝置的制造方法或者是使用這種方法的半導體襯底(晶片)。
權利要求
1.一種半導體裝置的制造方法，其特征為包括在制造工序接受了硅半導體襯底后，對上述半導體襯底進行最初的熱處理，進行650℃～750℃的溫度下持續(xù)30分鐘～240分鐘的第1熱處理的第1工序；以及上述第1工序之后，進行900℃～1100℃的溫度下持續(xù)30分鐘～120分鐘的第2熱處理的第2工序。
2.根據(jù)權利要求1所述的半導體裝置的制造方法，其特征為上述第1熱處理及上述第2熱處理，升溫速度均為1℃/min～8℃/min，降溫速度均為1℃/min～60℃/min。
3.根據(jù)權利要求1或者是2所述的半導體裝置的制造方法，其特征為還包括在上述第2工序之后，為使金屬雜質(zhì)擴散到除氣點，對上述半導體襯底進行第3熱處理的第3工序，在上述第3工序之后，還包括在上述半導體襯底的主面上形成柵極絕緣膜的第4工序。
4.根據(jù)權利要求3所述的半導體裝置的制造方法，其特征為在上述第3工序中，由上述第3熱處理，形成自上述半導體襯底表面到1μm～10μm的深度的由體微小欠缺(BMD)層形成除氣點，上述除氣點的密度，在5×108cm-3以上，且在5×1010cm-3以下。
5.根據(jù)權利要求3所述的半導體裝置的制造方法，其特征為上述第1熱處理、第2熱處理及第3熱處理中的熱預算，設定在可維持半導體裝置特性的范圍內(nèi)。
6.一種半導體裝置的制造方法，其特征為包括在硅制成的半導體襯底主面上形成柵極絕緣膜的工序，在上述柵極絕緣膜形成之前，對上述半導體襯底進行使金屬雜質(zhì)擴散到除氣點的熱處理工序。
7.根據(jù)權利要求6所述的半導體裝置的制造方法，其特征為由上述熱處理，形成自半導體襯底表面到1μm～10μm深度的由體微小欠缺(BMD)層形成的除氣點，上述除氣點的密度，在5×108cm-3以上，且在5×1010cm-3以下。
8.一種半導體襯底，是由硅制成的半導體襯底，其特征為上述半導體襯底，通過對該硅半導體襯底進行最初的熱處理，即650℃～750℃的溫度下持續(xù)30分鐘～240分鐘的第1熱處理，其后進行的900℃～1100℃的溫度下持續(xù)30分鐘～120分鐘的第2熱處理，使其具有了自上述半導體襯底表面到所規(guī)定的深度的體微小欠缺(BMD)層形成的除氣點，上述所規(guī)定的深度，小于或者等于金屬雜質(zhì)擴散到除氣點的擴散距離。
9.一種半導體襯底，是由硅制成的半導體襯底，其特征為上述半導體襯底，在其上表面形成具有所規(guī)定厚度的外延層，形成了上述外延層的半導體襯底，通過對該半導體襯底進行最初的熱處理，即650℃～750℃的溫度下持續(xù)30分鐘～240分鐘的第1熱處理，其后的900℃～1100℃的溫度下持續(xù)30分鐘～120分鐘的第2熱處理，具有了由在上述外延層的下側(cè)形成的體微小欠缺(BMD)層構(gòu)成的除氣點，上述外延層的厚度，小于或者等于金屬雜質(zhì)擴散到除氣點的擴散距離。
10.一種半導體襯底，是由硅制成的半導體襯底，其特征為上述半導體襯底，具有從其表面到所規(guī)定深度的由體微小欠缺(BMD)層構(gòu)成的除氣點，上述所規(guī)定的深度，小于或者等于金屬雜質(zhì)擴散到除氣點的擴散距離。
11.一種半導體襯底，是由硅制成的半導體襯底，其特征為上述半導體襯底，在其主面上形成具有所規(guī)定厚度的外延層，且具有由在外延層的下側(cè)的體微小欠缺(BMD)層構(gòu)成的除氣點，上述外延層的厚度，小于或者等于金屬雜質(zhì)擴散到除氣點的擴散距離。
全文摘要
一種半導體裝置的制造方法。是以在不得不縮小精細化了的熱預算的制造工序中，形成覆蓋硅晶片防止金屬污染的除氣點，以及在形成的除氣點確實可以捕獲金屬雜質(zhì)為目的。作為對硅半導體襯底進行最初的熱處理，即進行了作為第1熱處理的650℃～750℃的溫度下持續(xù)30分鐘～240分鐘的熱處理，其后的第2熱處理的900℃～1100℃的溫度下持續(xù)30分鐘～120分鐘的熱處理。還有，作使第3次熱處理，在形成柵極絕緣膜之前,進行升溫溫度為8℃/min加熱到1000℃的,在1000℃的加熱溫度下持續(xù)30分鐘的熱處理。
文檔編號H01L21/322GK1577770SQ20041005924
公開日2005年2月9日 申請日期2004年6月14日 優(yōu)先權日2003年7月29日
發(fā)明者米田健司 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社