半导体外延晶片的制造方法以及半导体器件的制造方法技术

本发明专利技术提供一种半导体外延晶片的制造方法，其即使在被供于低温的器件形成工艺中的情况下，也能够制造在外延层中可充分获得氢的钝化效果的半导体外延晶片。本发明专利技术的半导体外延晶片(100)的制造方法的特征在于，包括：第1工序，对半导体晶片(10)的表面(10A)照射含有碳、磷及氢作为构成元素的簇离子(12)，在该半导体晶片的表层部形成所述簇离子的构成元素固溶而成的改性层(14)；以及第2工序，在所述半导体晶片的改性层(14)上形成外延层(18)，在将所述簇离子(12)中的碳、磷及氢的原子数以C

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体外延晶片的制造方法以及半导体器件的制造方法
本专利技术涉及一种半导体外延晶片的制造方法以及半导体器件的制造方法。
技术介绍
在以硅晶片作为代表例的半导体晶片上形成有外延层的半导体外延晶片被用作用以制作MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)、DRAM(DynamicRandomAccessMemory，动态随机存取存储器)、功率晶体管(powertransistor)及背面照射型固体摄像元件等各种半导体器件的器件基板。例如背面照射型固体摄像元件通过将布线层等配置于比传感器部更靠下层的位置而将来自外部的光直接引入到传感器中，在暗处等也能够拍摄更清晰的图像或动画。因此，背面照射型固体摄像元件近年来被广泛地用于数码摄影机(digitalvideocamera)或智能手机(smartphone)等移动电话中。近年来半导体器件的微细化或高性能化愈发进步，在该状况下，为了使器件特性高品质化，期望被用作器件基板的半导体外延晶片的高品质化。因此，本案申请人在专利文献1中提出了一种半导体外延晶片的制造方法，其包括：第1工序，对半导体晶片的表面照射例如C3H5离子等含有氢作为构成元素的簇离子；以及第2工序，在所述第1工序后，在所述半导体晶片的表面上形成外延层，在所述第1工序中，将所述簇离子的束电流值设为50μA以上。该专利文献1中记载的技术的概要为如下所述。在如下半导体外延晶片中，即使利用二次离子质量分析法(SIMS：SecondaryIonMassSpectrometry)测定表层部中的深度方向的氢浓度分布，氢浓度为检测下限以下，也未观察到氢的浓度峰，关于该半导体外延晶片，首先以单体离子(单原子离子)的形态向半导体晶片中注入氢离子，并在半导体晶片的表层部形成氢离子注入区域，其后在该表层部上形成外延层。所述情况的原因在于：由于氢为轻元素，因此通过外延层形成时的加热而氢向外扩散，氢几乎不会残留在半导体晶片中。在专利文献1中，如C3H5离子那样以簇离子的形态注入氢并将束电流值设为50μA以上，由此，即使在形成外延层后，也能够使氢高浓度地残留在半导体晶片的表层部，能够制造在该表层部的深度方向的氢浓度分布中存在峰的半导体外延晶片。残留在半导体晶片的表层部(即外延层的正下方)的氢因在外延层形成半导体器件的器件形成工艺时的热处理而扩散于外延层，使外延层内的缺陷钝化。因此，若将专利文献1的半导体外延晶片供于器件形成工艺中，则外延层的结晶性提高，可期待器件特性的提高。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2016/031328号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题残留在半导体晶片的表层部的氢在器件形成工艺时使外延层内的界面能级缺陷惰性化，有助于泄漏电流的减少等器件特性的提高。然而，本专利技术人进一步进行研究，判断专利文献1中在以下方面存在改善的余地。即，专利文献1中，在将半导体外延晶片供于模拟1100℃、30分钟这样的高温的器件形成工艺的热处理中时，显示出外延层具有高结晶性。然而，可知在700℃以下这样的低温的热处理中，无法使表层部中捕捉的氢充分地扩散·供给于外延层。近年来，推进器件形成工艺的低温化，即使在进行低温的器件形成工艺的情况下，也期望使表层部中捕捉的氢充分地扩散于外延层，从而能够使外延层内的缺陷钝化。因此，本专利技术鉴于上述问题，目的在于提供一种半导体外延晶片的制造方法以及使用半导体外延晶片的制造方法的半导体器件的制造方法，关于该半导体外延晶片的制造方法，即使在供于低温的器件形成工艺的情况下，也能够制造在外延层中可充分获得氢的钝化效果的半导体外延晶片。用于解决技术问题的方案为了解决上述问题，本专利技术人进行了努力研究，获得了以下见解。即，在使用含有碳、磷及氢作为构成元素且磷原子数相对于碳原子数的比满足0.5以上且2.0以下的簇离子的情况下，外延层形成后的半导体晶片表层部的深度方向的氢浓度分布成为通过洛伦兹函数的峰分离处理能够分离成两个峰的形状。而且，可知构成接近外延层的第1峰的氢如先前那样通过高温的热处理而扩散，在低温的热处理中几乎不扩散，但构成远离外延层的第2峰的氢即使在比先前低的温度即700℃的热处理中也充分扩散。基于上述见解而完成的本专利技术的主旨方案为如下。(1)一种半导体外延晶片的制造方法，其特征在于，包括：第1工序，对半导体晶片的表面照射含有碳、磷及氢作为构成元素的簇离子，在所述半导体晶片的表层部形成所述簇离子的构成元素固溶而成的改性层；以及第2工序，在所述半导体晶片的改性层上形成外延层，在将所述簇离子中的碳、磷及氢的原子数以CxPyHz(x、y、z为1以上的整数。)标记时，磷原子数y相对于碳原子数x的比y/x满足0.5以上且2.0以下。(2)如上述(1)所述的半导体外延晶片的制造方法，其中，x为1以上且3以下，y为1以上且3以下，z为1以上且12以下。(3)如上述(1)或(2)所述的半导体外延晶片的制造方法，其中，在所述第1工序中，将所述簇离子的束电流值设为50A以上且5000A以下。(4)如上述(1)～(3)中任一项所述的半导体外延晶片的制造方法，其中，所述半导体晶片为硅晶片。(5)一种半导体器件的制造方法，其特征在于：在利用如上述(1)～(4)中任一项所述的制造方法所制造的半导体外延晶片的所述外延层，形成半导体器件。专利技术效果根据本专利技术的半导体外延晶片的制造方法，即使在供于低温的器件形成工艺的情况下，也能够制造在外延层中可充分获得氢的钝化效果的半导体外延晶片。根据本专利技术的半导体器件的制造方法，即使在器件形成工艺为低温的情况下，也能够在外延层中充分获得氢的钝化效果。附图说明图1是对本专利技术的一实施方式所涉及的半导体外延晶片100的制造方法进行说明的示意剖面图。图2是表示由作为原料气体的三甲基膦(C3H9P)获得的各种簇离子的质量片段的曲线图。图3(A)是表示实验例1中的外延硅晶片的氢浓度分布的曲线图，图3(B)是进行(A)的氢浓度分布的峰分离的曲线图。图4(A)是表示实验例1中对外延硅晶片在700℃下实施30分钟的热处理后的外延硅晶片的氢浓度分布的曲线图，图4(B)是进行(A)的氢浓度分布的峰分离的曲线图。图5(A)是表示实验例1中对外延硅晶片在各种温度及时间下实施热处理时的第1峰成分的峰浓度的减少的曲线图，图5(B)是表示实验例1中对外延硅晶片在各种温度及时间下实施热处理时的第2峰成分的峰浓度的减少的曲线图。图6(A)是表示实验例1中的第1峰成分的阿瑞尼氏图(Arrheniusplot)的曲线图，图6(B)是表示实验例1中的第2峰成分的阿瑞尼氏图的曲线图。图7(A)是实验例2的No.1(专利技术例)中的外延硅晶片的硅晶片与硅外延层的界面附近的剖面TEM图像，图7(B)是实验例2的No.5(比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体外延晶片的制造方法，其特征在于，包括：/n第1工序，对半导体晶片的表面照射含有碳、磷及氢作为构成元素的簇离子，在所述半导体晶片的表层部形成所述簇离子的构成元素固溶而成的改性层；以及/n第2工序，在所述半导体晶片的改性层上形成外延层，/n在将所述簇离子中的碳、磷及氢的原子数以C

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180227 JP 2018-0338181.一种半导体外延晶片的制造方法，其特征在于，包括：
第1工序，对半导体晶片的表面照射含有碳、磷及氢作为构成元素的簇离子，在所述半导体晶片的表层部形成所述簇离子的构成元素固溶而成的改性层；以及
第2工序，在所述半导体晶片的改性层上形成外延层，
在将所述簇离子中的碳、磷及氢的原子数以CxPyHz标记时，磷原子数y相对于碳原子数x的比y/x满足0.5以上且2.0以下，其中，x、y、z为1以上的整数。


2.根据权利要求1所述的半...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥山亮辅，
申请(专利权)人：胜高股份有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP