硅晶片及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及娃晶片及其制造方法。另外，本发明设及使用该娃晶片的外延晶片及 其制造方法。而且，本发明设及使用该娃晶片的键合晶片及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 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 的外延晶片通过在娃晶片上形成外延层而得到。其中，外延层是与成为衬底的娃晶片的单 晶连续的单晶层，可W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。
[0003] 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、儀运样 的重金属混入晶片中的情况下，对暂停时间（pause time)不良、保持(retention)不良、结 漏（junction leakage)不良、W及氧化膜的绝缘击穿等器件特性产生显著的不良影响。
[0004] 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S0K绝缘体 上的娃，Silicon on Insulator)结构的SOI晶片作为半导体晶片而雙到关注。该SOI晶片具 有在支撑衬底上依次形成氧化娃(Si〇2)等绝缘膜W及用作器件活性层的单晶娃层的结构。 与使用常规娃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W实现器件的高速化、高耐压化、低功耗化等。
[0005] 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(Si〇2)等绝缘膜，接着，将运些晶片隔着绝缘膜键合后， 在1200 °C左右的局溫下实施热处理来制造 SOI晶片的方法（W下将义用键合法制成的SOI晶 片称为"键合晶片"）。
[0006] 由此得到的键合晶片具有电气特性优异、能够形成均质娃层等优点，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。
[0007] 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 肖IJ、抛光时造成的金属污染等。
[000引另外，除了半导体晶片制造工序中的金属污染W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。
[0009] 因此，通常在娃晶片、外延晶片和键合晶片上形成用于捕获金属的吸杂汇点 (gettering sink)，W避免对器件形成面的金属污染。
[0010] 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 (娃氧化物沉淀物的通称，也称为BMD: Bulk Micro Defect，体微缺陷）、位错的本征吸杂 (16，；[]1化；[]13；[0旨61：161'；[]1旨)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，extrinsic 邑etterin邑）'法。
[0011] 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(gettering site)的技术。专利文献1记载了从娃晶片的一面注入碳离子，形成碳离 子注入区域之后，在该表面上形成娃外延层，制成娃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 X 10"~5 X l〇i5atoms/cm2。
[0012] 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】
[0013] 发明要解决的技术问题 如专利文献1的记载所示，W往娃晶片的碳离子注入中，作为适宜的剂量优选为5 X 10"~5Xl〇i5atoms/cm2。但是，今后期待寻求更高品质的娃晶片，需要具有更强吸杂能力的 娃晶片。
[0014] 因此，为了得到具有更强吸杂能力的娃晶片，本发明人确认在进行碳离子注入时 使碳离子的剂量为5.0X10l4atoms/cm2W上，结果注入后的娃晶片具有充分的吸杂能力。W 下，在本说明书中，娃晶片的表面中，将离子注入侧的面称为娃晶片的"正面"，其相反侧的 面称为娃晶片的"背面"。
[0015] 经确认，如果使用该娃晶片，在娃晶片的正面形成外延层，制作外延晶片，则该外 延晶片维持充分的吸杂能力。而且经确认，如果将该娃晶片作为活性层用晶片，将该活性层 用晶片与具有绝缘膜的支撑衬底用晶片隔着绝缘膜进行键合而制作键合晶片，则该键合晶 片也维持充分的吸杂能力。应予说明，上述键合晶片中，碳离子注入侧的正面位于绝缘膜 侧。
[0016] 然而，向由此得到的外延晶片和键合晶片中过量注入碳后，结果表明碳注入区域 中过量产生氧供体。该结果明确了，在外延晶片中，在外延层与作为底层衬底(下地基板)的 娃晶片的界面附近产生电阻率与外延层和娃晶片各自的电阻率相比显著降低的区域(参照 在后述实施例中详细描述的图11(B)、（C))。在W低浓度注入碳离子时的外延晶片、或者不 注入碳离子而仅在娃晶片上形成外延层的外延晶片中，不存在运样的区域(参照在后述实 施例中详细描述的图11(C))，W往未成为问题。另外，还明确了在键合晶片中，在活性层用 晶片与绝缘膜的界面附近产生电阻率与活性层用晶片和绝缘膜的电阻率相比显著降低的 区域。W下，在本说明书中，将运样在界面附近产生电阻率显著降低的区域(简称为"电阻变 化区域"）的情况称为"电阻变化"。
[0017] 因此，本发明的目的在于提供一种具有吸杂能力的娃晶片，并且提供使用该娃晶 片制作外延晶片或键合晶片时维持吸杂能力且不发生电阻变化的娃晶片的制造方法。
[0018] 用于解决技术问题的方案 本发明人鉴于上述课题，深入研究了获得即使向娃晶片注入高浓度离子也维持吸杂能 力且外延晶片和键合晶片中不发生电阻变化的娃晶片的方法。其结果是，本发明人着眼于 注入迄今为止作为用于赋予吸杂能力的注入元素完全未被关注的原子半径小的氨离子来 代替w往使用的原子半径大的碳离子的注入。本发明人发现，若是氨离子注入则即使注入 高浓度的离子，在成为吸杂部位的氨注入区域也不会捕获氧，因此不产生氧供体。此外还发 现，即使是氨离子注入也能对娃晶片赋予充分的吸杂能力。进而，本发明人发现，如果向娃 晶片注入氨离子，在该娃晶片上形成外延层而制作外延晶片，则可得到维持吸杂能力且不 发生电阻变化的外延晶片。另外，本发明人还发现，即使制作W该娃晶片作为活性层用晶片 的键合晶片，也仍然能得到维持吸杂能力且不发生电阻变化的键合晶片。
[0019] 旨P，本发明的主要构成如下所示。
[0020] 本发明的娃晶片的制造方法的特征在于，从娃晶片的正面.0X 1〇13~3.0 X l〇i6atoms/cm2的剂量注入氨离子，形成上述氨离子固溶而成的吸杂层。
[0021] 另外，本发明的娃晶片的制造方法中，优选的是，注入上述氨离子，W使上述娃晶 片深度方向上的上述氨的浓度分布的峰位于距离上述正面不足1. Own的范围内。
[0022] 另外，本发明的外延晶片的制造方法的特征在于，在通过上述方法得到的娃晶片 的上述正面上形成外延层。
[0023] 另外，本发明的键合晶片的制造方法的特征在于，将通过上述方法得到的娃晶片 的上述正面隔着绝缘膜与支撑衬底用晶片键合。
[0024] 在此情况下，优选的是，在上述键合之前，在上述支撑衬底用晶片上形成上述绝缘 膜。
[0025] 进而，本发明的娃晶片的特征在于，其是具有吸杂层的娃晶片，所述吸杂层是形成 于娃晶片正面侧的、在该娃晶片中氨固溶而成的吸杂层， 其中，上述娃晶片深度方向上的上述氨的浓度分布的峰浓度为1.0 X l〇is~1.0X l〇2iatoms/cm3。
[0026] 另外，本发明的娃晶片优选上述氨的浓度分布的峰位于从上述娃晶片的正面起深 度为l.OymW下的范围内。
[0027] 另外，本发明的外延晶片的特征在于，其是在上述娃晶片的上述正面上形成外延 层而成的外延晶片， 其中，在形成上述外延层之后，上述氨的浓度分布的峰浓度为7.0Xl〇i7atoms/cm3W 下，且上述吸杂层内具有捕获金属杂质的晶体缺陷。
[0028] 另外，本发明的键合晶片的特征在于，其是将上述娃晶片的上述正面隔着绝缘膜 与支撑衬底用晶片键合而成的键合晶片， 其中，在上述键合之后，上述氨的浓度分布的峰浓度为7.0 X l〇i7atoms/cm3 W下，且上 述吸杂层内具有捕获金属杂质的晶体缺陷。
[0029] 发明的效果 根据本发明，由于向娃晶片注入氨离子，因此是具有吸杂能力的娃晶片，即便使用该娃 晶片制作外延晶片或键合晶片，也能够制造维持吸杂能力且不发生电阻变化的娃晶片。
【附图说明】
[0030] 图1是对按照本发明的第一实施方式的娃晶片的制造方法进行说明的模式剖面 图； 图2是本发明的一个实施方式中使用的等离子体离子照射装置的模式图； 图3是对按照本发明的第二实施方式的外延晶片的制造方法进行说明的模式剖面图； 图4是对按照本发明的第Ξ实施方式的键合晶片的制造方法进行说明的模式剖面图； 图5是表示实施例1中娃晶片深度方向上的浓度分布的图，(A)是发明例1-1的图，（B)是 比较例1-1的图； 图6是评价实施例2中外延晶片的吸杂能力的图，（A)是发明例2-1的图，（B)是比较例2- 1的图； 图7是外延晶片的外延层表面的光学显微镜照片，（A)是发明例2-1的显微镜照片，（B) 是比较例2-1的显微镜照片，（C)是现有例的显微镜照片； 图8是通过化TS法评价发明例2-1所述的外延晶片的晶体缺陷的图； 图9是通过化光谱法评价发明例2-1所述的外延晶片的晶体缺陷的图； 图10是表不外延晶片的表面缺陷的LPD图； 图11是表示外延晶片深度方向上的电阻率分布的图，（A)是发明例2-1的图，（B)是比较 例2-1的图，（C)是现有例的