4(97155 A7 B7 五、發明說明（ί ) [技術領域] 本發明係關於一種砍嘉晶晶_之製造方法’以及由該 製造方法所製造之砂晶晶晶圓。更詳細地說’係關於一種 於矽磊晶層注入離子後進一步氣相成長出矽磊晶層，來形 成埋入層之矽磊晶晶圓之製造方法’以及由該製造方法所 製造之砂嘉晶晶圓。 [背景技術] 於矽單結晶基板上氣相磊晶成長出矽單結晶薄膜之矽 磊晶晶圓（以下亦僅稱爲「磊晶晶圓」）中，藉離子注入法 在該矽單結晶薄膜(以下亦稱爲「矽磊晶層」或單稱「磊晶 層」）形成不純物元素之離子注入層’進一步於上面形成其 他之磊晶層而得出埋入層之技術，係揭示於例如日本專利 特開平M05557號公報中。於該公報所舉之例，係於磊晶 晶圓埋入CMOS電路之製程。 於磊晶晶圓埋入縱型MOSFET或縱型雙極電晶體等之 元件之際，有時必須在深度方向形成長的不純物添加區域( 以下，本說明書係稱爲「縱方向添加區域」或「縱方向不 純物添加區域」）。例如，爲自其他區域絕緣分離出元件所 形成之元件分離區域(相當於前述公報中，該公報第1圖之 元件分離區域3,4)、對埋入形成於晶圓中之高濃度不純物 擴散層來形成導電通路之不純物添加區域(相當於前述公報 中，該公報第1圖之漏極區域6,6a)即對應於該「縱方向添 加區域」。 例如讓磊晶層以單一較厚之層來形成時，直接式的離 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線！ 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 497155 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（>) 子注入，有時在貫通磊晶層之縱方向添加區域的形成上會 有困難。此時，所採取的手法是於基板表面事先形成離子 注入層，於磊晶層之成長後，於層表面形成其他之離子注 入層，之後藉由擴散熱處理，讓根據兩離子注入之不純物 添加區域相互擴散來連接•一體化。惟此種方法在遇到縱 方向之擴散距離過長的情形，則需要大量之往橫方向的擴 散區域，此就謀求元件縮小的考量上而言並非所希望的， 此爲缺點所在。是以，在前述之公報，其揭示之技術，係 取代單一較厚之磊晶層，改以較薄之磊晶層，而進行複數 次之磊晶層成長製程，對每一磊晶層之形成製程之所需部 分添加不純物，進一步施行擴散熱處理，藉此，讓最終之 磊晶層到所需深度之添加有不純物的部分得以重疊。由於 對於每一較薄之磊晶層形成離子注入層，故縱方向之擴散 距離很短即結束，於是可抑制橫方向擴散，且可縮短熱處 理時間，此爲其所提及之優點。 惟上述公報所揭示之技術，爲對於磊晶層之特定區域 選擇性地注入不純物離子，乃將形成於磊晶層上之氧化物 被膜當作光罩來使用（以下稱爲「離子注入光罩用氧化膜」 )。由於離子注入光罩用氧化膜係將磊晶層之表面熱氧化所 形成，當複數之磊晶層個別形成離子注入層之時，乃需加 入對應磊晶層之層數來形成氧化膜之熱經歷（第一熱經歷) 0 又.，由於對離子注入層以高能量打入離子會造成結晶 損傷（缺陷），故於離子注入後必須施以用以回復該結晶損 4 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----訂---------線丨· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4^97155 A7 B7 五、發明說明（3) 傷之熱處理（以下稱爲「結晶回復熱處理」），而伴隨熱處 理之熱經歷乃對應於離子注入之次數而被加入(弟一熱經歷 )。又，如圖12(a)所示，若對於藉蝕刻去除離子注入光罩 用氧化膜所形成之圖案開口部直接注入離子，然後進行結 晶回復熱處理(一般係在氮氣環境氣氛等之惰性環境氣氛中 來進行），則施以離子注入之區域的表面容易發生面粗化。 是以，通常係如圖(b)所示，在離子注入處理前，先進行一 針對藉蝕刻所露出之磊晶層的表面，來形成面粗化防止用 之薄氧化膜的處理（即所謂的「注入前氧化處理」）。由於 該氧化膜的形成，也是藉由磊晶層之熱氧化來進行，故伴 隨之熱經歷乃對應於離子注入次數而被加入（第三熱經歷) 。再者，由於在離子注入層上氣相成長出其他之磊晶層來 形成埋入層之際，磊晶晶圓係在高溫下受到加熱，故伴隨 氣相成長之熱經歷係對應於磊晶層之數目而被加入(第四熱 經歷）。 從而，前述公報所記載之技術，上述4種之熱經歷會 隨著每一磊晶層的形成與離子注入的循環而被加入所形成 之離子注入層中，故依據該離子注入層所形成之縱方向添 加區域，有未必可抑制橫方向之擴散的問題存在。例如， 如圖6(a)所示，於複數之磊晶層103a〜103c之各層間形成離 子注入層1〇1，1〇2之情況，在形成幕晶層l〇3a〜l〇3c與離子 注入層10U02之階段，已加入了許多次的熱經歷，故擴 散區域101a，102a相當地擴展。接著，如圖(b)所示，一旦 施以擴散熱處理讓離子注入層在縱方向連接而成爲縱方向 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線！ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497155 A7 B7 五、發明說明（ψ) 添加區域105之情形，往橫方向之擴散會進一步地進行而 成爲105a，105b。尤其，愈往下層ft之離子注入層1〇1，每 形成磊晶層與離子注入層而不斷加入之熱經歷會愈多，故 在橫方向之擴散較上層側來得嚴重。 具體而言，如圖6(c)所示，於磊晶層103之層間所形 成之離子注入層101，位於愈下層側者其擴展愈大，而成 爲不均一之物，其屬於一往縱方向擴散而已有某種程度連 結之構造(尤其是下層側之離子注入層）。其結果，如圖6(d) 所示者，接著進行擴散熱處理所得之縱方向添加區域105 ，只能得到一愈往下側愈胖之大小不均一者。又，在同一 磊晶層中形成彼此導電型相異之離子注入層(例如η型與ρ 型)時，由於離子注入光罩用氧化膜之形成、注入前氧化處 理、以及結晶回復熱處理的循環必須在每一導電型之離子 注入層圖案反覆地進行，故上述問題會更爲嚴重。 另一方面，上述特開平1-105557號公報所揭示之技術 ，因反覆無數次之離子注入光罩用氧化膜之形成、注入前 氧化處理、以及結晶回復熱處理的循環，其製程數目的多 寡造成低生產性也爲一重大的問題。此時，除了上述製程 以外，當然還包括下述之衍生製程，故低生產性之問題無 庸置疑地較實際來得更大。 (1) 在形成離子注入光罩用氧化膜之際，爲了去除污染 物質、並形成沒有缺陷的圖案，必須進行氧化前洗淨。 (2) 於形成離子注入光罩之際，作爲用以進行圖案對位 之光罩（即對準標記），係以立體的方式形成高低差或凹部 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂i 線—伞 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497155 A7 __________ B7 五、發明說明（f ) 來進行。此種立體的標記（以下稱爲「立體檩記 每形成一層之磊晶層時，所形成、__[整得到。 (3) 在砍：^日日日日圓之製造上所使用之基板，爲防止自基 板主內面側所產生之自摻雜(aut〇d〇ping)，乃多藉由CVD法 等來形成由二氧化矽所構成之內面氧化膜。另一方面，於 基板之主表面，對於磊晶層之離子注入光罩用氧化膜的形 成、去除係不斷地重複。氧化膜的去除，〜般係將基板浸 漬於氟酸等之蝕刻液中來以化學方式溶解氧化膜、也就是 所謂的濕式蝕刻來進行，惟若將晶圓就這樣放置於蝕刻液 中，則本來所需之內面氧化膜也會被去除，於是爲了避免 受到蝕刻液的作用，乃於內面氧化膜上形成阻蝕膜。惟阻 倉虫膜並無法承受離子注入光罩用氧化膜形成時之熱處理溫 度，故必須在濕式蝕刻結束後立即去除，而每次在進行離 子注入光罩用氧化膜之去除時必須重新形成。 (4) 爲了對氧化膜形成圖案，必須採用光微影。而光微 影就如一般所知道的，其包含光阻劑之曝光、顯像以及濕 式蝕刻這三個製程。 又，在進行用以形成埋入層之磊晶層的氣相成長之際 ，存在著不得不解決之自摻雜的問題。亦即，於形成離子 注入層後，進一步氣相成長出磊晶層來將該離子注入層當 作埋入層之際，有時由該離子注入層發生橫方向之自摻雜( 側面自摻雜(lateral autodoping))。一旦發生此種橫方向自摻 雜，則自離子注入層游離到氣相中之摻雜元素會在離子注 入層之附近再次進入成長中之磊晶層，結果，連未進行離 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線丨. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 497155 A7 B7 五、發明說明（I ) 子注入之區域也受到摻雜，有時在磊晶層界面附近，無法 得到期望之元件性能。尤其，若以磷(P)之離子注入來形成 η型之埋入層之情形，由於磷屬於極易自摻雜之元素，故 必須加以注意。 又，再說到先形成η型離子注入層之磷注入層後，藉 硼(Β)之注入來形成ρ型離子注入層之情形。若於形成硼注 入層之際進行前述之注入前氧化處理，則於先前所形成之 磷注入層之表面也會形成薄薄的氧化膜。由於氧化膜之主 要成分爲二氧化矽，而磷對於二氧化矽之偏析係數大，故 於磷注入層之形成氧化膜之主表面側易於偏析出磷。若在 此狀態下去除氧化膜之後，氣相成長出磊晶層的話，則受 到偏析於主表面之磷的影響，自磷注入層往橫方向之自摻 雜會變得更爲嚴重。 本發明之第一課題在於提供一種砂嘉晶晶圓之製造方 法，以及可由該製造方法所製造之矽磊晶晶圓’其能以極 高的能率來製造磊晶晶圓(讓複數之磊晶層隔著埋入層積層 所形成者），且所形成之離子注入層往橫方向之擴散很少。 又，本發明之第二課題在於提供一種矽磊晶晶圓之製造方 法，其可減少讓離子注入與磊晶層之形成反覆進行而製造 磊晶晶圓之際，用以進行圖案對位之立體標記的形成次數 減少，以對於製程之簡略化做出貢獻。再者’本發明之第 三課題在於提供一種矽磊晶晶圓之製造方法’其可有效地 抑制離子注入層往橫方向之自摻雜。 [發明之揭示] 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 0 訂i 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497155 A7 B7 五、發明說明（q) (第一態樣） 係用以解決上述第一課題。係一種矽磊晶晶圓之製 造方法’係讓不純物元素以離子注入方式進入第一磊晶層 中來形成離子注入層，然後於第一磊晶層上氣相成長出第 二磊晶層來疊合，以將離子注入層埋入第一磊晶層與第二 磊晶層之間而成爲埋入層；其特徵在於，包含： 光罩形成製程，係於第一磊晶層之表面直接形成由光 阻膜所構成之離子注入用光罩； 離子注入製程，係對於形成有前述離子注入用光罩之 第一晶晶層進彳了離子注入； 氫熱處理製程，係於該離子注入製程結束後、氣相成 長出第二磊晶層之前所進行者；以及 氣相成長製程，係於該氫熱處理製程結束後，氣相成 長出第二磊晶層。 於上述第一態樣之製造方法中有兩個重點。其一是作 爲離子注入之光罩，並非使用氧化膜，而是使用光阻膜這 一點，亦即，相對於施以離子注入之第一磊晶層並非積極 地進行氧化膜形成，而是讓光阻膜所構成之離子注入用光 罩立即形成於第一磊晶層上。其中，可容許在室溫附近於 磊晶層之表面形成自然氧化膜。又，另一方面，係有關讓 離子注入後之結晶性回復以及對載體之活性化而進行的熱 處理係在氫環境氣氛中進行之點。讓光阻膜所構成之離子 注入用光罩立即形成於第一磊晶層上一事，意味著不僅不 形成離子注入光罩用氧化膜、且不進行注入前氧化處理， 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I -------訂 —--------'^丨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497155 A7 B7 五、發明說明（y) 於是，爲了讓離子注入後之結晶性回復以及載體活性化所 進行的熱處理(以下’有時亦單稱鴦「結晶性回復兼活性化 熱處理」）’係在未對於離子注入層之表面積極地形成氧化 膜的狀態下來進行。 若不於離子注入層之表面事先形成氧化膜，而在以往 之氮環境氣氛中進行結晶性回復兼活性化熱處理的話’因 熱處理所造成之於離子注入層之表面所發生之粗化的凹凸 會變大，惟經本發明者努力硏究的結果，發現若於氫環境 氣氛中進行該結晶性回復兼活性化熱處理，則可極爲有效 地抑制上述面粗化的情形。於是，在具有埋入層之磊晶晶 圓之製造方法中，可實現注入前氧化處理之省略、乃至僅 使用光阻膜作爲光罩之離子注入製程。而且，由於無須對 於包含注入前氧化之磊晶層上積極地進行氧化膜形成處理 ，則如以下所說明般，能一一地解決將氧化膜當作離子注 入時之光罩來使用之際所發生之以往製造方法的問題所在 0 Φ由於未將氧化膜當作離子注入光罩來使用，乃可避 免以往之方法中所不可避免產生之三個熱經歷中之，有關 離子注入光罩用之氧化膜形成的第一熱經歷、以及有關注 入前氧化處理之第三熱經歷。於是，乃可極爲有效地抑制 埋入層、乃至依據該埋入層所形成之不純物添加區域在橫 方向之擴散。 @可省略光罩用氧化膜形成以及注入前氧化這兩個氧 化膜形成處理製程。 10 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線！ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497155 A7 B7 五、發明說明（1) ③伴隨光罩用氧化膜形成製程的省略，氧化前洗淨、 氧化膜之蝕刻製程等亦可省略。交，內面氧化膜保護用之 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 光阻膜形成亦可省略乃至減少次數。 藉此，可大幅地簡略具有埋入層之磊晶晶圓、尤其是 由複數之磊晶層與離子注入層積層形成之磊晶晶圓之製程 〇 上述本發明之製造方法，即使是對於相同磊晶層形成 導電性互異之離子注入層圖案的情形，在含有以下之製程 的形式下仍可適用： 第一光罩形成製程，係將第一離子注入用光罩(用以對 第一磊晶層之表面的第一區域施以第一不純物之離子注入) 藉光阻膜直接形成於前述第一嘉晶層之表面； 第一離子注入製程，係對於已形成前述第一離子注入 用光罩之第一磊晶層施以第一不純物之離子注入，藉以在 對應於前述第一區域之位置形成第一離子注入層； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第二光罩形成製程，係將第二離子注入用光罩(用以對 與第一磊晶層之表面的第一區域爲不同之第二區域，施以 與前述第一不純物爲不同種類之第二不純物之離子注入)藉 光阻膜直接形成於前述第一磊晶層之表面； 第二離子注入製程，係對於已形成前述第二離子注入 用光罩之第一磊晶層施以第二不純物之離子注入，藉以在 對應於第二區域之位置形成第二離子注入層； 氫熱處理製程，係於該第二離子注入製程結束後、表 面形成有第一及第二離子注入層之第一磊晶層上氣相成長 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497155 A7 B7 五、發明說明（tϋ) 出第二磊晶層之前所進行者；以及 氣相成長製程，係於該氫熱邊理製程結束後，氣相成 長出第二磊晶層，以讓第一離子注入層與第二離子注入層 分別成爲第一埋入層與第二埋入層。 若採以往的方式，將氧化膜當作光罩來使用，讓第一 離子注入層與第二離子注入層形成於同一磊晶層之時，對 應於兩種之離子注入層，必須反覆進行2次之氧化膜形成 4光阻劑塗佈4圖案曝光•顯像今蝕刻（圖案形成光阻劑 去除4離子注入4氧化膜去除之製程循環。於是，伴隨氧 化膜形成而反覆進行2次熱處理，所注入之不純物的擴散 也會隨之變大（尤其是先前所形成之種類之離子注入層）。 又，由於針對圖案形成或是氧化膜去除所進行之蝕刻分別 爲2次(總計4次），故內面氧化膜之保護用光阻劑被覆(內 面塗佈)也與其對應而必須進行4次。 惟，在本發明之方法中，不但不需加入伴隨氧化膜形 成之熱經歷，且針對圖案形成或是氧化膜去除所進行之蝕 刻、甚至是內面塗佈都完全不需要，製程全體乃大幅地縮 減成光阻劑塗佈+圖案曝光•顯像4離子注入4光阻劑去 除，且在氫環境氣氛中之結晶性回復兼活性化處理，對於 2種類之離子注入層係同時進行，故製程簡略化之效果更 爲顯著。 又，若將本發明之製造方法設定如下，則可適用於由 複數之磊晶層與埋入層積層所得之磊晶晶圓之製造。亦即 ，將所形成之第二磊晶層當作新的第一磊晶層來使用，以 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
11111111 I I I I fwi I I 497155 A7 ___ B7 五、發明說明（/ /) 此形式從光罩形成製程開始，歷經離子注入製程以及氫熱 處理製程’然後到氣相成長製程厂讓此處理循環反覆1次 到數次’以積層形成複數之磊晶層(層間夾著埋入層）。 依據上述方法，由於加入各磊晶層之熱經歷係限於離 子注入後在氫環境氣氛中所進行之結晶性回復兼活性化熱 處理以及氣相成長時之加熱，故隔著埋入層來形成多層之 磊晶層之際，對於下層之埋入層，形成後續之磊晶層、埋 入層時之熱經歷將不易累積。於是，可縮小下層與上層間 因埋入層之熱擴散所造成之擴散，而可有效地抑制位於愈 下層側之埋入層在橫方向之擴散愈大之不均一的情形。 例如，形成前述之縱方向添加區域之情形，讓有同一 不純物之離子注入的複數之埋入層全部於矽磊晶層之積層 方向彼此隔開形成爲有效的。此時，可藉由施行擴散熱處 理’讓上述複數之埋入層在磊晶層之積層方向（以下亦稱爲 縱方向)擴散·一體化，成爲前述之縱方向添加區域。 又，以上述方法所得之本發明之磊晶晶圓，係用以製 造元件(具有複數之不純物添加區域在磊晶層之積層方向相 互連接之構造）的矽磊晶晶圓，其具有由磊晶層（同一導電 型之埋入層係形成於同一區域）複數積層所得之構造；其 特徵在於，前述所有的複數之埋入層在前述磊晶層之積層 方向係彼此隔開。亦即，藉由採用不易累積熱經歷之本發 明的方法，乃可抑制配置於縱方向之埋入層的擴散，其結 果，所有的埋入層在縱配置方向並未連接，可實現維持彼 此呈分隔狀態之構造。結果上，埋入層之往橫方向之擴散 13 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一：口， ϋ Λβ— ι ϋ n flu ϋ I n ϋ 1— ϋ —^i ϋ n ϋ— n n n ·ϋ «ϋ· ϋ m 1_1 ϋ i ϋ" n - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
497155 A7 B7 五、發明說明（/x) 亦相對地受到抑制，故藉由擴散熱處理讓該等擴散層擴营女 •一體化所得之縱方向添加區域，其下層側與上層側在橫 方向之擴散（或是尺寸）的差很小，得到均一之物。於是， 使用此種縱方向添加區域來謀求所形成之半導體元件的縮 小等方面效果極佳。 (第二態樣） 用以解決上述第二課題。此係一種矽磊晶晶圓之製造 方法，係讓不純物元素以離子注入方式進入第一磊晶層中 來形成離子注入層，然後於第一磊晶層之上氣相成長出第 二磊晶層來疊合，以將離子注入層埋入第一磊晶層與第二 磊晶層之間而成爲埋入層之製程反覆，以製造由磊晶層(形 成有埋入層)複數積層所得之矽磊晶晶圓；其特徵在於， 於第一磊晶層表面形成由凹部或高低差所構成之定位 用立體標記； 一邊使用定位用立體標記對第一磊晶層進行定位、一 邊轉印光罩圖案，來形成離子注入用光罩(用以形成離子注 入層）； 於第一^嘉晶層上形成第一·嘉晶層之後’以浮現疋位用 立體標記的形式讓第二磊晶層之表面產生轉印立體標記’ 將該立體轉印標記當作用以形成下一離子注入層的定位用 立體標記來使用。 在上述之方法中，由於依據下層側之第一磊晶層的定 位用立體標記，在形成上層側之第二嘉晶層時轉印立體標 記，故可將其當作對於第二磊晶層之定位用立體標記來使 14 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---- 線丨— 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 497155 A7 B7 五、發明說明（ί 3 ) 用。亦即，由於無須在每次形成磊晶層的時候形成新的立 體標記，乃可大幅縮減立體標記的形成次數，而爲有效率 的做法。具體而言，一可行的方法，係非來自下層之磊晶 層之定位用立體標記、且用以對於後續之層形成轉印立體 標記之爲轉印起始的轉印起始定位用立體標記，僅在形成 有埋入層之磊晶層當中之’含有最下層之物之一部份形成 。亦即，由於在含有最下層之物之一部份的層以外之磊晶 層並未形成轉印起始定位用立體標記，乃可大幅地縮減立 體標記之形成次數，爲一有效率的做法。 又，轉印起始定位用立體標記的形成，可採用濕式蝕 刻法、或是離子蝕刻等之乾式蝕刻法來進行。 依據上述之方法所得之矽磊晶晶圓之構成，若就轉印 起始定位用立體標記的形成層的觀點來看，可描述如下。 亦即，由形成有埋入層之磊晶層複數積層所得之矽磊晶晶 圓中，由凹部或高低差所構成之定位用立體標記(非來自下 層之磊晶層之定位用立體標記、且用以對於後續之層形成 轉印立體標記之爲轉印起始的轉印起始定位用立體標記）， 僅在形成有埋入層之磊晶層當中之，含有最下層之物之一 部份形成。 又，若就對於最上層之磊晶層之轉印立體標記的出現 數量的觀點來看，則矽磊晶晶圓之構成可描述如下。亦即 ，由形成有埋入層之磊晶層積層形成之矽磊晶晶圓中’在 其最上層之嘉晶層中，由凹部或高低差所構成之定位用立 體標記，係較前述形成有埋入層之磊晶層的層數爲少來形 15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱Γ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂·丨 -線丨1AW-- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497155 A7 B7 五、發明說明（ί4) 成者。 不論是何種磊晶晶圓，對於呆形成轉印起始定位用立 體標記的磊晶層而言，由於無須藉由前述濕式蝕刻法或乾 式蝕刻法進行定位立體標記的形成，故具有能高效率、便 宜地製造的優點。 又，若基於離子注入光罩的形成、在離子注入前之注 入前氧化等之目的，於同一磊晶層之表面反覆地進行氧化 膜形成/去除，則形成有立體標記之磊晶層表層部會因爲氧 化膜之變換及去除而喪失，形狀易於瓦解，有時，會因爲 積層新的磊晶層而造成轉印立體標記之原形的受損。此時 ’只要組合第一態樣之製造方法(即於磊晶層之表面直接形 成由光阻膜所構成之離子注入用光罩），就可有效地抑制立 體標記之形狀崩潰。亦即，若離子注入用之光罩非以氧化 膜而是以光阻膜的形式形成，則無須反覆氧化膜之形成及 其蝕刻去除，故形成於磊晶層之定位用立體標記的形狀也 幾乎不會崩潰。藉此，可將於上側積層出新的磊晶層時受 轉印之下層側的定位用立體標記當作對於上層之磊晶層之 定位用立體標記來使用。 此處，於第一態樣中，關於離子注入層之圖案形成事 實上並不包含氧化膜蝕刻之製程，此處並無存在濕式蝕刻 之餘地。從而，只要以離子蝕刻等之乾式蝕刻來形成轉印 起始定位用立體標記，則包含定位用立體標記的形成，可 廢止濕式蝕刻製程，例如內面氧化膜保護用之光阻膜形成 製程也完全不需進行。又，由於也不復發生酸性蝕刻廢液 16 Ρ氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·! 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
一：口、· n ϋ n ϋ ·ϋ I ·1 I —^1 ϋ 04— n n JT 1_1 i_l n I n ϋ l_i «1_1 n ϋ fli «ϋ I I 497155 A7 B7 五、發明說明（ίί) ，乃可刪除廢液處理費用。 另一方面，在以下之說明中，係使用米勒指數將結晶 面表示爲(h k 1)、將結晶軸表示爲[h k 1]，而在米勒指數之 表示法中，如下述數1之①及②所示，一般表示負的指數 之負號係標7K於指數之上。 (h k 1)…① [h k 1] ···② (其中，h，k，1 - 0) 而在本說明書中爲權宜起見，乃將上述之①及②表示 爲以下之①’與②’。 (h -kl) ·····①’ [h -k 1].....② 將定位用立體標記轉印至第二磊晶層上之時，有時在 轉印立體標記之外形會發生起因於氣相成長機構的變形。 此種轉印立體標記之變形會隨著所形成之第二磊晶層的厚 度、轉印次數（亦即磊晶層之積層數）的變多而程度變大。 一旦轉印立體標記之變形變大，將導致用以形成離子注入 層所進行之光罩對位之精度的降低。 本發明者等經不斷努力硏究的結果，發現於面方位 (100)之矽單結晶基板上形成磊晶層之時，定位用立體標記 以具有相對於[011]方向或是[〇 —1 —1]方向呈45°以內之方 向的直線部分的方式來形成爲佳。只要於轉印起始立體標 記中存在著滿足上述條件的直線部分，則氣相成長出第二 嘉晶層形成轉印立體標記之際將不易發生變形，交界明確 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 n n ϋ ϋ n n n^dJi n n ϋ ·1 .1 n ϋ I ^ mJL Μ. Μ.. «Μ· XM a.··.·-» MM MO· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497155 A7 B7 五、發明說明（fL) 之直線部分可用於後續之製程。從而，將轉印立體標記當 作新的立體標記使用而形成圖案έ情形下，將該承續之直 線部分用於圖案之定位上，藉此，可提高用於形成離子注 入層之對位的精度。 又，即使是於形成有轉印起始定位用立體標記之磊晶 層上積層相當數量之磊晶層的情形，由於轉印之立體標記 的形狀不易瓦解，可減少轉印起始定位用立體標記之形成 上所需之磊晶層的層數，故在製程數之縮減上有進一步的 效果。 此時，所得之磊晶晶圓在面方位（100)之矽單晶圓基板 上形成有磊晶層，且其最上層之磊晶層形成有由凹部或高 低差所構成之定位用立體標記，且該定位用立體標記具有 相對於[011]方向或是[0 -1 -1]方向呈45°以內之方向的直 線部分。藉由將定位用立體標記形成爲包含上述直線部分 之物，則轉印立體標記之變形等將不易發生，甚至可減少 轉印起始定位用立體標記的形成次數，故能以更高效率來 製造所需之物，此爲優點所在。 又，若定位用立體標記之直線部分的方向超出上述角 度範圍，則以此形成之轉印立體標記中，對應之直線部分 的變形程度會增加，交界會變得不明確，故有時會妨礙正 確之對位的進行。 (第三態樣） 用以解決上述第三課題。其爲一種矽磊晶晶圓之製造 方法，係讓磷以離子注入方式進入第一磊晶層中來形成磷 18 本張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨11^--------訂---------線！ 497155 A7 --B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明) 注入層’然後於第一磊晶層之上氣相成長出第二磊晶層來 疊合’以將磷注入層埋入第一磊晶層與第二磊晶層之間而 成爲磷埋入層；其特徵在於，包含： 離子注入製程，係讓磷以離子注入方式進入第一磊晶 層； 熱處理製程’係於該離子注入製程結束後、氣相成長 出第二磊晶層之前，在常溫下以95CTC〜110(TC來進行熱處 理； 密封成長製程，係於該熱處理製程結束後，在減壓環 境氣氛下導入原料氣體來氣相成長出密封用磊晶層；以及 正式成長製程，係於該密封用磊晶層上氣相成長出第 二磊晶層。前述矽原料氣體係例如以氫所稀釋之二氯矽烷 (SiH2Cl2)、三氯矽烷(SiHCh)或是四氯化矽(SiCIO。 依據上述之方法，以離子注入磷的方式形成磷注入層 之後’在常溫下以950°c〜1100°C來進行熱處理，接著在減 壓環境氣氛下導入矽原料氣體來氣相成長出自摻雜密封用 磊晶層’進一步於該密封用磊晶層上以氣相成長方式讓第 二磊晶層正式成長，藉由進行2段成長處理，可極爲有效 地抑制磷在橫方向之自摻雜。 以往認爲自摻雜現象，當熱處理溫度愈高則自摻雜量 會愈多。惟本發明者在常壓下就磷之自摻雜現象於熱處理 溫度850〜1200°C的範圍進行調查的結果，發現在95(rc 〜1100°C之溫度區域之自摻雜量反而變少，尤其在108(rc附 近會出現最少。 19 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·^OJI n n 1 n 線丨· n ϋ J1 i-i n i· -I -I -I ϋ n ϋ n n I n n I I · 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 497155 B7___ 五、發明說明（/1) 在常壓下、950°C〜ll〇〇°C之溫度區域，磷會自磊晶層 往氣相以一定的大小向外擴散，勇一方面，由氣相再度進 入磊晶層之量會減少。是以，藉由採用在常壓下之熱處理 條件950°C〜1100°C之溫度區域，一方面可促進磷往外方之 擴散，一方面可抑制再度進入結晶中之量，故磷注入層表 層部之磷濃度會下降，形成爲在防止磷之自摻雜上有利的 狀態。又，若密封用磊晶層之氣相成長尤其是在減壓環境 氣氛下一邊導入矽原料氣體一邊來進行，藉此，可有效地 抑制於密封磷注入層之表面之際所發生之磷的自摻雜。於 是，可顯著地謀求製程全體上之磷往橫方向自摻雜的抑制 。又，不論是將熱處理環境氣氛加以減壓、或是採用常壓 環境氣氛，一旦超出950°C〜1100°C之溫度區域，則無法充 分地達成磷往橫方向自摻雜之防止效果。又，即使在常壓 或是加壓環境氣氛進行密封用磊晶層之氣相成長的情形’ 同樣地無法充分地達成磷往橫方向自摻雜之防止效果。又 ，使用二氯矽烷、三氯矽烷或是四氯化矽作爲密封用磊晶 層之矽原料氣體的理由在於，由於膜成長速度快’在最易 發生磷向外擴散之密封用磊晶層的成長時’可縮短其成長 時間，在謀求橫方向自摻雜之防止上更爲有利’另外處理 也容易。又，在正式成長製程中，只要使用二氯矽烷、三 氯矽烷或是四氯化矽作爲原料氣體’可縮短在正式成長製 程中得到所需膜厚之第二磊晶層的成長時間’又由於從密 封用磊晶製程移往正式成長製程之際’亦無須進彳了原料氣 體種類的切換，故在製程縮短以及製造設備的簡略化上是 20 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線丨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 VI I I I LI I I —l· I I I I 1 ϋ I I ϋ I I I 1 · 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 497155 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（) 有利的。 又，藉上述方法防止磷在橫另向自摻雜的結果，若爲 具有P型磊晶層複數積層、且在該磊晶層彼此之界面位置 埋入磷注入層之構造的矽磊晶晶圓的情形，可達成以下之 構造。亦即，在鄰接於磷注入層、且未橫跨該磷注入層之 位置之磊晶層的膜厚方向上，測定橫跨磊晶層彼此之界面 的磊晶層中之淨載體濃度分布之時，就磊晶層之界面之淨 載體濃度的最低値爲BH、在晶晶層之載體濃度安定區域之 淨載體濃度爲AH而言，（AH—BH) /AH爲0·5以下。當鄰 接於磷注入層之位置之(ΑΗ—BH) /ΑΗ爲0.5以下，則在磊 晶層界面附近，橫方向之淨載體濃度分布更爲均一，進一 步可得到展現安定良好特性之元件。此處所謂的淨載體濃 度意指多數載體之濃度與少數載體之濃度的差，例如，可 將擴散電阻値換算爲載體濃度來得到。 (第四態樣） 用以解決上述第三課題。此係有關於一種矽磊晶晶圓 之製造方法，係於同一基板上同時加入硼埋入層以及磷埋 入層；其特徵在於，包含： 硼注入製程，係對於第一磊晶層之表面的第一區域進 行硼的離子注入，以在對應於第一區域的位置形成硼注入 層； 磷注入製程，係對於與第一磊晶層之表面的第一區域 相異的第二區域進行磷的離子注入，以在對應於第二區域 的位置形成磷注入層； 21 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 一 " (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--- •線丨-- 1 In STm immm i i*e 497155 A7 B7 五、發明說明（Yb) 注入前氧化處理，係在磷注入製程之前，將第一磊晶 層之表面加以氧化；以及， 氣相成長製程，係在形成有硼注入層與磷注入層之第 一聶晶層上氣相成長出第二磊晶層，以讓第一離子注入層 與桌~離子注入層分別成爲第一埋入層與第二埋入層。 在一般之矽磊晶晶圓之製造中，多含有：在離子注入 前之注入前氧化製程、爲了形成光罩而形成氧化膜之離子 注入光罩用氧化膜形成製程。此時，氧化膜主要是由二氧 化矽所形成，而在例如於硼注入層與磷注入層之表面形成 氧化膜之情形，因爲磷與硼對於二氧化矽之偏析係數的差 異’故硼容易進入氧化膜中，相對地，磷則易於集中在與 氧化膜的界面附近，各展現不同的傾向。此時尤値得注意 的是，磷注入層的形成、以及對於形成有該磷注入層之磊 晶層來形成氧化被膜的順序。亦即，若於磷注入層之形成 後，在形成有該磷注入層之第一磊晶層之表面實施注入前 氧化製程來形成其他的離子注入層，則與氧化膜之交界部( 亦即磷注入層之表層部)磷會集中濃縮，之後進行於第一磊 晶層上形成第二磊晶層之氣相成長時，容易發生磷往橫方 向自摻雜，此爲問題所在。惟，在上述本發明之方法中’ 由於注入前氧化製程必定在磷注入製程之前來進行，故在 第二磊晶層之成長前不易於磷注入層之表層部發生磷變濃 之狀況，可有效地抑制磷往橫方向之自摻雜。 例如，於同一磊晶層首先形成磷注入層，之後形成硼 注入層之情形，在進行用以形成硼注入層之注入前氧化之 22 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·—— 訂---------I i^w----. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497155
五、發明說明（>1) 際，先前所形成之磷注入層之表面也會形成氧化被膜。於 是，只要在硼注入製程之後進行滴注入製程，則對於硼注 入之注入前氧化便不會先於磷注入，對於避免磷在橫方向 之自摻雜爲有效的。又，注入前氧化製程先於硼注入製程 進行一事，可有效地防止於硼注入之際容易發生之磊晶層 的面粗化。 又，於形成離子注入層之後，進行熱處理來回復在離 子注入之際所發生之結晶損傷乃一般的做法，惟，若不於 磷注入製程之後單獨進行此種熱處理，而是例如在第二磊 晶層之氣相成長的前熱處理中進行熱處理來回復離子注入 之際所發生之結晶損傷，則可進一步地防止磷在橫方向之 自摻雜、且可防止因埋入層之熱擴散造成多餘的擴展。又 ，結晶損傷可在第二磊晶層之氣相成長時加入熱經歷、或 是在第二磊晶層之形成後所進行之擴散熱處理(例如用以形 成前述縱方向添加區域）中回復。 (第五態樣） 此亦爲解決上述第三課題者，可與上述第一〜第四態樣 (或是後述之第六或第七態樣）之任一者組合使用。亦即， 此爲一種矽磊晶晶圓之製造方法，其具有磊晶層（同一導電 型之離子注入層係埋入形成於同一區域)所複數積層之構造 ;其特徵在於，離子注入元素爲硼與磷，注入同一磊晶層 之硼與磷的劑量比係反比於硼與磷之注入圖案面積的比。 前述磷之注入圖案的面積以硼之注入圖案的面積的3倍〜10 倍爲佳。又，前述磷之劑量以硼之劑量的1/3〜1/10爲佳。 23 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線— 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） 497155 Α7 ______ Β7 五、發明說明（>i) 依據上述之矽磊晶晶圓之製造方法，其用以製造元件( 具有複數之不純物添加區域在磊靠層之積層方向相互連接 之構造），在具有磊晶層（同一導電型之離子注入層係埋入 形成於同一區域)所複數積層之構造的矽磊晶晶圓中，離子 注入之元素爲硼與磷，注入同一磊晶層之硼與磷的劑量比 係反比於硼與磷之注入圖案面積的比。 例如對同一磊晶層中注入同一注入圖案面積且同一劑 量之硼與磷之時，磷會發生較硼大3倍〜10倍之自摻雜。 於是’此自摻雜量的差會使得在磊晶層界面附近，磷所造 成之橫方向的自摻雜變得顯著。 若能讓磷與硼之自摻雜量相等，則由於兩者互相抵銷 ，可有效地抑制自離子注入層之橫方向自摻雜。是以，事 先調查磷與硼之自摻雜量，決定注入圖案的面積與劑量使 得來自兩者之自摻雜量相同。 亦即，利用自摻雜量與離子注入層之表面不純物溫度 的比例關係，對於自摻雜大的磷，形成注入圖案的面積爲 硼的3〜10倍，且讓磷的劑量低於硼的1/3〜1/10。如此，可 將磷的注入總量保持在一定，降低磷的自摻雜量，故在磊 晶層界面附近可得到均一之添加不純物濃度分布。 (第六態樣） 此爲在將所形成之縱方向添加區域的濃度分布均一化 的方面具有效果之發明，可與上述第一〜第五態樣（或是後 述之第七態樣)之任一者組合。亦即，此爲一種矽磊晶晶圓 之製造方法，其具有磊晶層（同一導電型之離子注入層係埋 24 本紙張尺度適用中國國家標準規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) « ϋ m 1_ϋ ϋ ϋ n 一I .ϋ i·— ϋ n m ϋ— ϋ I n Αϋ ϋ— _ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497155 A7 B7 五、發明說明0^1) 入形成於同一區域)所複數積層之構造；其特徵在於，離子 注入層係以位於愈下層側則注入不純物濃度愈高的方式所 形成。又，藉此所得之矽磊晶晶圓，其用以製造元件(具有 複數之不純物添加區域在磊晶層之積層方向相互連接之構 造），在具有磊晶層（同一導電型之離子注入層係埋入形成 於同一區域)所複數積層之構造的砍晶晶晶圓中，係以位於 愈下層側之離子注入層則注入不純物濃度愈高的方式所形 成。 此態樣之要旨在於，基於形成縱方向添加區域等之目 的，在形成磊晶層（同一導電型之離子注入層係埋入形成於 同一區域)所複數積層之構造之時，讓離子注入層以位於愈 下層側則注入不純物濃度愈高的方式來形成。下層側之離 子注入層會因爲上層側之磊晶層、離子注入層、或是氧化 膜的形成等而反覆地受到熱處理，故熱擴散所造成之擴展 會變大，不純物的濃度會變低。是以，若如圖28(a)〜(c)所 示般，以所積層之磊晶層103a〜103c位於愈下層側者、亦 即愈先形成之磊晶層則注入不純物濃度愈高的方式來形成 離子注入層250〜252，藉此，如圖28(d)所示般，乃可縮減 並排於磊晶層103a〜103d之積層方向之複數的埋入層： 250'，251'以及252'間之注入不純物濃度的差。亦即，當離 子注入層250〜252之各離子注入濃度爲Cl、C2、C3之時 ，將具有C1>C2〉C3的關係。ft時，只要讓位於愈層側 之離子注入層的注入離子之劑量愈高即可。 又，此處離子注入層250〜252係以位於愈下層側者_ 25 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -------訂·--------I — 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497155 A7 B7 五、發明說明（>l|〇 案面積愈小的方式來形成。亦即，當離子注入層250〜252 之各圖案面積爲SI、S2、S3之時，將具有S1<S2<S3之關 係。於是，如圖28⑷所示，亦可減少埋入層250'，25厂以及 252'間之圖案面積的差。 例如，如上述般形成3層之磊晶層之情形，當形成各 層之際所離子注入之劑量分別爲Dl、D2、D3之時，係以 D1 : D2 : D3 = (S2/S1)2XC2 : C2 : (S2/S3)2XC2 的方式設定劑量，在降低各埋入層250'，25Γ以及252' 間之注入不純物濃度之差上有其效果。該劑量與圖案面積 的關係亦可應用於形成3層埋入層之情形。於是，對其施 以擴散熱處理所得之縱方向添加區域，不僅是不純物濃度 、即使是軸截面積也更爲均一，是以亦可例如提昇利用該 縱方向添加區域所製得之元件的集積密度。 (第七態樣） 此態樣可與上述第一〜第六態樣任一組合，亦可自第一 〜第六態樣獨立出來而單獨實施。此爲一種矽磊晶晶圓之製 造方法，其具有由複數之磊晶層(夾著不純物元素之離子注 入層)積層所得之構造；其特徵在於，將： 第一氣相成長製程，係氣相成長出第一磊晶層； 第一離子注入製程，係對於第一磊晶層之表面之第一 區域施以第一不純物元素之離子注入，藉以形成第一離子 注入層； 第二氣相成長製程，係於第一離子注入製程結束後， 氣相成長出第二磊晶層；以及 26 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) • n n n mm§e I mmmm§ 11 J s an I n I ϋ amt emmmm I ϋ i MMi in ϋ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497155 A7 B7 五、發明說明（<) 第二離子注入製程，係對於第二磊晶層之表面之與第 一磊晶層之表面之第一區域相異乏第二區域施以第二不純 物元素之離子注入，藉以在對應於第二區域之位置形成第 二離子注入層； 這些製程當作1組，藉由反覆複數次該製程組，以令 第一離子注入層彼此以及第二離子注入層彼此分別形成於 同一區域的方式，讓第一離子注入層與第二離子注入層在 複數之磊晶層的各層間互異形成。 圖29顯示具體例。此處，一邊積層磊晶層103，一邊 讓作爲第一離子注入層之硼注入層71、作爲第二離子注入 層之磷注入層72於磊晶層103之各層間互異形成。如先前 所說明般，硼與磷在橫方向自摻雜之傾向有很大的差異， 用以將該影響最小化之磊晶層的成長條件也彼此不同。若 以此方式將橫方向自摻雜之傾向相異的2種類不純物注入 同一磊晶層之時，從讓一者之不純物優先則另一者之不純 物的自摻雜受到抑制的觀點來看’於埋入不純物之際之第 二磊晶層的成長條件會變得不利而無所適從。又，即使是 採用有關兩不純物之中間的條件時’有關橫方向自摻雜抑 制之條件未最適化的情形仍未改變。是以’只要採用上述 之方法，由於在各晶晶層僅形成第一離子注入層或是第二 離子注入層之其中一者，故可讓每一磊晶層對應之不純物 的橫方向自摻雜成爲最小之成長條件獨立於另一不純物而 自由地設定。於是’可有效地抑制各不純物之埋入層之橫 方向自摻雜。 27 1本紙張尺度適用__f國國ii^(CNS)A4規格（210 x 297公i " (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 —IIAW------— 497155 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 五、發明說明（>i) 若對於上述所得之矽磊晶晶圓施以擴散熱處理，則形 成於各層之對應的離子注入層彼此會在磊晶層之積層方向 互相連接，如圖29(e)所示，形成複數之縱方向之不純物添 加區域(此處是縱方向硼添加區域171與縱方向磷添加區域 172)。此時，其具有以下之特徵。亦即，作爲連接著之不 純物添加區域’係形成：添加有第一不純物之第一不純物 添加區域171、以及添加有第二不純物之第二不純物添加 區域172之2種類，兩者皆爲以磊晶層1〇3之積層方向爲 軸方向，其形成爲由軸截面積極小之小徑部171b，172b以及 軸截面積極大之大徑部171a，172a所交互配列之不均一柱狀 形態。又，該等第一不純物添加區域171以及第二不純物 添加區域172在積層方向之小徑部171b，172b以及大徑部 171a，172a之形成週期互相錯開，藉此，乃以一者之大徑部 171a (或172a)分別對應於另一者的小徑部nib(或172b)位 置關係來形成。於是，可讓第一不純物添加區域171與第 二不純物添加區域172之軸線間距離接近，而可例如使用 該等不純物添加區域171，172來提昇所形成之元件之集積 密度。 此時，如圖29(e)所示，若俯視鄰接形成之第一不純物 添加區域Π1與第二不純物添加區域Π2，大徑部 171a，172a係以彼此產生部分重疊之位置關係來形成，換言 之，一者之添加區域的大徑部所膨起部分係進入另一者之 添加區域的小徑部之頸部分的內側，使得第一不純物添加 區域171與第二不純物添加區域172之軸間距離可更爲接 28 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂i 丨線丨-- ϋ ·ϋ τι ϋ n Vi In I ϋ i_l an an I ·ϋ i_i n 1· n n - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 497155 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 --- ---B7 ___ 五、發明說明〇Ί) 近，而可進一步提昇上述效果。此時，第一離子注入層71 與第二離子注入層72係以隔著磊晶層103相互鄰接之彼此 間自該磊晶層103之積層方向來看時會出現部分重疊的位 置關係來形成。如圖30(a)所示，當第一離子注入層71與 第二離子注入層72在同一磊晶層中鄰接形成之情形之離子 注入層71，72的外尺寸爲Α之時，則如同圖(b)所示，第一 離子注入層71與第二離子注入層72爲交互形成，且其一 部分彼此出現重疊之情形的外尺寸B，可較A例如縮小6% 左右。 (第八態樣） 此相當於由第一態樣與第三態樣之組合(其中，磊晶層 之原料氣體並不限定於三氯矽烷，不純物不限定於磷)之矽 磊晶晶圓之製造方法；其特徵在於，將： 第一氣相成長製程，係於主表面之面方位爲（100)之矽 單結晶基板上氣相成長出第一嘉晶層； 第一光罩形成製程，係將第一離子注入用光罩(用以對 第一磊晶層之表面的第一區域施以第一不純物之離子注入) 藉光阻膜直接形成於第一嘉晶層之表面； 第一離子注入製程，係對於已形成第一離子注入用光 罩之第一磊晶層施以第一不純物之離子注入，藉以在對應 於第一區域之位置形成第一離子注入層； 第二光罩形成製程，係將第二離子注入用光罩(用以對 與第一磊晶層之表面的第一區域爲不同之第二區域，施以 與第一不純物爲不同種類之第二不純物之離子注入)藉光阻 29 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1 I-------------^ ----------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 497155 A7 _______ _____ B7 五、發明說明（ 膜直接形成於前述第一磊晶層之表面； 第二離子注入製程，係對於g形成第二離子注入用光 罩之第一磊晶層施以第二不純物之離子注入，藉以在對應 於第二區域之位置形成第二離子注入層； 氫熱處理製程，係於該第二離子注入製程結束後，以 常溫下、950°C〜1100°C之溫度範圍所進行者；以及 密封成長製程’係於該氫熱處理製程結束後，在減壓 環境氣氛下氣相成長出密封用磊晶層； 這些製程當作1組，藉由反覆複數次該製程組，以於 層間挾持離子注入層作爲埋入層的形式，積層形成複數之 晶晶層。 此處之特徵在於，於該第二離子注入製程結束之後所 進行之第一態樣的氫熱處理製程，係在常壓下950°C〜1100 °C之溫度範圍來進行’從而兼具第三態樣之熱處理製程之 處。又，藉由在氫熱處理結束之後，於減壓環境氣氛下氣 相成長出密封用磊晶層，則除了第一態樣之各種效果以外 ，尙可同時達成例如有效地抑制磷之橫方向自摻雜此等第 三態樣的效果。 於上述之方法中，若僅針對形成有埋入層之晶晶層當 中，含有最下層之磊晶層之一部分之物，形成由凹部或高 低差所構成之定位用立體標記(具有相對於[011]方向或是[0 -1 -1]方向呈45°以內之方向的直線部分），可同時達成第 二態樣之效果。又，若讓離子注入層以位於愈下層側則注 入不純物濃度愈高且圖案面積愈小的方式來形成’可同時 30 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂·丨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497155 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 五、發明說明（4) 達成第五態樣之效果。 [圖式之簡單說明] 圖1所示係第一態樣之製造方法之一實施形態之製程 說明圖。 圖2係接續圖1之製程說明圖。 圖3係藉由上述實施形態形成6層埋入層之情況的製 程流程圖。 圖4所示係於氣相反應裝置內連續進行氫熱處理製程 與氣相成長製程連同氣相反應裝置之截面構造之說明圖。 圖5所示係藉第一態樣之製造方法所形成之埋入層與 依據埋入層所形成之縱方向添加區域的特徵之截面示意圖 〇 圖6所示係藉參考技術之製造方法所形成之埋入層與 依據埋入層所形成之縱方向添加區域的特徵之截面示意圖 〇 圖7係示意地顯示形成有多層之埋入層之本發明之磊 晶晶圓之截面構造圖。 圖8所示係將圖7之磊晶晶圓加以熱處理所得之縱方 向添加區域的例子之截面示意圖。 圖9所示係第二態樣之特徵的製程說明圖。 圖10所示係藉本發明之製造方法所製造之嘉晶晶圓之 截面構造之一例的示意圖。 圖.11所示係藉本發明之製造方法所製造之磊晶晶圓之 截面構造之另一例的示意圖。 31 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂ί 線丨— κφ— ϋ n _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 497155 A7 B7 五、發明說明qb) 圖12係顯示進行結晶回復熱處理後之離子注入層發生 面粗化的樣子以及藉注入前氧化處'理以防止面粗化發生之 樣子的說明圖。 圖13係說明氫熱處理之效果的圖。 圖14係顯示參考技術(第四態樣之一例)之磊晶晶圓之 製造方法的製程說明圖。 圖15係圖14之後續之製程說明圖。 圖16係圖15之後續之製程說明圖。 圖Π係藉由上述參考技術之製程形成6層埋入層之情 況的製程流程圖。 圖18係示意地顯示定位立體標記之適切的實施形態之 一*之圖。 圖19所示係圖18之定位立體標記之位置變形例之示 意圖。 圖20所示係定位立體標記所含之直線部分之適切的角 度車E圍之說明圖。 圖21所示係在圖20之角度範圍內之實驗結果之說明 圖。 ® 22係說明以往之定位立體標記隨著磊晶層之成長而 變开夕之樣子的圖。 _ 23係說明使用以往之定位立體標記之矽磊晶晶圓之 製造方法的問題點之圖。 ® 24係第三態樣之效果的說明圖。 ® 25係說明有關第四態樣之變形例之製造方法之製程 32 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線丨 497155 A7 ι、發明說明1) 要旨圖。 圖26係說明第三態樣之效果確認試驗之載體濃度分布 之測定線的設定態樣圖。 •圖27所示係該載體濃度分布之測定例的圖。 圖28係第六態樣之製造方法之製程說明圖。 圖29係第七態樣之製造方法之製程說明圖。 圖30係說明其效果之一例的圖。 [用以實施發明之最佳形態] 參照圖式說明本發明之實施形態。 此處，係舉出在進行了不純物添加而成爲既定之導電 型之矽單結晶基板上，交互地形成η·型(低濃度摻雜之η型 )之矽磊晶層以及導電型相異之2種的離子注入層之磊晶層 的製造例子。又，在說明的順序上，爲讓本發明之第一態 樣的作用•效果明確，首先，針對將氧化膜當作離子注入 用光罩來使用之參考技術的磊晶晶圓之製造方法作爲參考 技術例1來說明，接著一邊對比該參考技術一邊說明第一 態樣之實施形態。又，關於第一態樣以外的態樣’基本上 是在第一態樣之說明結束後總括地說明。又，此處所謂的 參考技術，意味著爲讓第一態樣之實施形態之特徵以及卓 越性更爲明確而提供之比對技術，當然並非指眾知之技術 〇 (參考技術例1) 以下藉由圖14〜圖17來說明參考技術。又，圖17係 形成6層之埋入層之情形的製程流程圖。 33 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Φ 訂---------線！ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497155 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（)1) 首先，如圖14(a)所示，準備一內面藉CVD法等形成 有內面氧化膜2之矽單結晶基板1。在本實施形態，矽單 結晶基板1(以下簡稱爲基板1)係使用藉銻摻雜而電阻値成 爲0.010Ω · cm〜0.015Ω · cm之n+型(高濃度摻雜之η型)之 結晶軸方位<100>之物，爲並不限於使用該等之物。其次， 如圖14(b)所示，於矽單結晶基板1之主表面氣相成長出η 型之第一矽磊晶層3(亦簡稱爲磊晶層3)。此處，在氣相成 長裝置內配置矽單結晶基板1，而在形成磊晶層3之前先 將矽單結晶基板1以既定溫度(例如ll〇〇°c，氫環境氣氛) 加以熱處理後，氣相成長出磊晶層3(例如膜厚： m，電阻率：ι〇Ω · cm〜50Ω · cm)(圖 17 :製程 1)。圖 4(b) 係以示意的方式表示氣相成長裝置121之一例之側視截面 圖。該氣相成長裝置121具備形成爲扁平箱狀之反應容器 122,來自其一端所形成之氣體導入口 πΐ的原料氣體SG 經由流量調整部124，以水平、單一方向供給於容器本體 123之內部空間。而在該容器本體123內，配置於基座收 容凹部110內之基座112上僅配置著1片大致水平之晶圓 W。此處之處理對象雖爲矽單結晶基板，但在以下之製程 中’於矽單結晶基板之主表面已形成磊晶層之矽磊晶晶圓 上進一步形成磊晶層之情形也使用圖4來說明，所以在以 下處理對象物僅稱爲晶圓W。反應容器122之與形成原料 氣體導入口 171爲相反側之端部係經由文氏管狀(Venturi) 之頸部129形成有氣體排出口 128。自氣體導入口 171所導 入之原料氣體SG通過晶圓W之表面上後，乃自氣體排出 34 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 0 訂i 線丨Φ· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497155 A7 B7 五、發明說明（y) 口 128排出。原料氣體SG係例如三氯矽烷(SiHCh) ’並適 宜地配合著摻雜氣體(此處由於進行η型之不純物添加’故 使用膦(ΡΗ3))、作爲載氣之Η2。晶圓W與基座112皆由馬 達Μ所旋轉驅動，且一邊爲紅外線加熱燈11所加熱、一 邊受到原料氣體SG之供給而形成磊晶層。 回到圖14，爲了在矽單結晶基板1之主表面所形成之 磊晶層3 ,形成⑴所示之定位用立體標記7(以下亦簡稱爲 立體標記7)，乃形成光罩蝕刻用氧化膜4。定位用立體標 記7係在離子注入層之圖案定位時所使用之物，其光罩鈾 刻用氧化膜4係經由以下之光微影製程受到蝕刻(此在後述 之離子注入光罩用氧化膜之形成製程也完全相同）。首先， 將形成有磊晶層3之晶圓洗淨(圖17 :製程2)，接著在氧 化爐內將磊晶層之表面熱氧化，以形成厚度爲例如600nm 左右之光罩蝕刻用氧化膜4(圖17 :製程3)。接著，於其上 形成光阻被膜51，經過曝光·顯像製程於光阻被膜51轉印 立體標記之圖案(圖17 :製程4〜6)。 其次，光罩蝕刻用氧化膜4係透過光阻被膜51藉由濕 式蝕刻受到圖案蝕刻，而在此之前，爲保護內面氧化膜2 免受到濕式蝕刻的作用，乃於內面氧化膜2上塗佈光阻膜 來形成保護膜52(圖14(c))、即進行所謂的內面塗層處理(圖 17 :製程7)。接著，於該狀態下施以濕式蝕刻，以在上述 光罩蝕刻用氧化膜4蝕刻出立體標記之圖案開口部4a(圖 14(c)，圖Π :製程8)。圖14(d)係進一步去除表裡之各光 阻膜後之狀態（圖Π :製程9)。 35 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） i 1 -------訂---------線--AWI (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 497155 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明 接著，再次將晶圓洗淨後(圖17 :製程10)，如圖14(e) 所示般，對於在圖案開口部4a所露出之磊晶層3的表面形 成既定厚度(例如600nm)之光罩形成用氧化膜6(圖17:製 程11)。然後，進行內面塗層處理來保護內面氧化膜2(圖 17 :製程12)，施以氧化膜去除之濕式蝕刻(圖Π :製程13) ，則與光罩形成用氧化膜6之形成時受到氧化之磊晶層3 的厚度相當之深度的凹狀之立體標記7 ’會被蝕刻成對應 於(d)之圖案開口部4a的形狀與位置。之後，去除內面側之 光阻膜(圖14(f)，圖17 :製程14)。 接著，進到圖15，爲了於聶晶層3形成硼(boron)注入 層，乃將離子注入光罩用氧化膜8熱硬化來形成。此製程 基本上與光罩蝕刻用氧化膜4之形成製程相同，係藉由晶 圓洗淨4熱氧化膜形成4光阻膜形成◊圖案曝光•顯像 內面塗佈+濕式蝕刻（圖案開口部之蝕刻)+光阻膜去除+洗 淨這一連串的製程來進行(圖17:製程15〜23)。圖15(a)顯 示濕式蝕刻結束後之狀態，圖(b)顯示去除光阻膜（圖15(a) :53,54)之狀態，於離子注入光罩用氧化膜8係形成有圖案 開口部11以形成硼注入層。 接著，如圖15(c)所示，爲了在露出於圖案開口部11 之磊晶層3形成面粗化防止用之氧化膜12(膜厚：例如 50nm)，乃進行注入前氧化製程(圖17 :製程24)。然後，如 圖15(d)所示，依據眾知之離子注入法，進行硼（B)之離子 注入(注入能量：例如50keV〜70keV，劑量：2xi012/cm2)， 於磊晶層3之與圖案開口部11對應之位置形成硼注入層 36 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I -------訂·--------丨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 497155 A7 __B7 五、發明說明（¾^) 13(圖17 :製程25)。又，藉氧化膜之濕式蝕刻所形成之圖 案開口部11，如圖15(e)所示，內面形狀容易成爲錐面狀， 此爲硼注入層13之形成面積出現差異的主要原因。 其次，如圖15(f)所示，在殘留著氧化膜12的狀態下 、氮環境氣氛中來實施結晶性回復兼活性化熱處理（例如 950°C ’ 30分鐘之退火），以進行因離子注入而於砸注入層 13出現損傷之結晶性回復以及載體之活性化（圖17 :製程 26)。如圖12(b)所示，以殘留氧化膜12的形式來進行結晶 性回復兼活性化熱處理，可防止硼注入層13(離子注入層) 之面粗化的發生。又，如圖15(g)所示，由於此熱處理之熱 經歷（相當於在發明所欲解決之課題所記載之第二熱經歷） 的影響’於硼注入層13會因熱擴散的作用而出現若干的擴 展。 一旦結晶性回復兼活性化熱處理結束，如圖15(h)所示 ，再次經過內面塗層濕式蝕刻(圖17 :製程27,28)，將主 表面之離子注入光罩用氧化膜8以及面粗化防止用之氧化 膜12去除。由於氧化膜8係以一旦受到氧化會將磊晶層3 之表層部加以滲蝕的形式所形成，故去除該氧化膜8，則 如圖15⑴所示’立體標記7之寬度d會擴大爲（T(相當於取 代所形成之氧化膜的寬度），在外形上有所變動。 其次’如圖16(a)所示，爲了在磊晶層3形成磷注入層 ，乃與上述硼注入層形成時同樣的方式來形成離子注入光 罩用氧化膜15(圖17 :製程29〜38)。又，符號55與56係 光阻膜。於離子注入光罩用氧化膜15形成有圖案開口部 37 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - --------線！ 497155 A7 B7 五、發明說明（>i) 18(用以形成磷注入層）。此處，受到形成氧化膜15之際的 熱處理(相當於第一熱經歷)的影響，如圖16(b)所示，會助 長已形成之硼注入層13的擴展。 此處也同樣進行圖16(c)所示之注入前氧化製程（面粗 化防止用之氧化膜19的形成，圖17 :製程39)，而如圖16 所示，受到此時之熱處理（相當於第三熱經歷）的影響，硼 注入層13之熱擴散會進一步地進行。其次，一旦進行磷 (P)之離子注入(注入能量：例如120keV〜150keV，劑量：2 Xl012/cm2)，於磊晶層3之與圖案開口部18對應之位置會 形成磷注入層20(圖17 :製程40)。接著，如圖16(e)所示 ，在殘留氧化膜19的狀態下，對於磷注入層20施以結晶 性回復兼活性化熱處理(圖17 :製程41)。如圖16(f)所示， 受到此時之熱處理（第二熱經歷）的影響，會進行硼注入層 13與磷注入層20之熱擴散。 以上述方式形成硼注入層13與磷注入層20之後，如 圖16(g)所示，經由內面塗層">濕式鈾刻（圖17 :製程 42,43)去除氧化膜15。從而如圖16(h)所示，立體標記7之 寬度（Γ會進一步擴大而成爲cT，出現尺寸上之變形。接著 ，去除形成爲內面塗層之光阻膜57、進行洗淨後（圖17 : 製程44,45)，於嘉晶層3上氣相成長出第二砂嘉晶層22(圖 17 :製程46)。藉此，硼注入層13與磷注入層20乃成爲埋 入硼注入層13'以及埋入磷注入層20'。以下，反覆同樣的 製程，形成由埋入硼注入層、埋入磷注入層與磊晶層交互 積層之構造。又，爲了讓最後形成之硼注入層與磷注入層 38 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 •--------訂---------線 — .1! 497155 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（s"]) 成爲埋入層，之後，乃多進行1層之嘉晶層的形成製程。 於以上說明之參考技術中，因對於藉氧化膜之形成去 除所形成之立體標記7進一步反覆地進行氧化膜之形成/去 除，故形成有該立體標記7之磊晶層表層部會因爲氧化膜 之轉換以及去除而喪失，外形發生瓦解。一旦於該立體標 記7上氣相成長出磊晶層22，則如圖16(i)所示，雖然其立 體形狀V爲在磊晶層之表面或多或少上浮殘留’然處於可 使用於正確之圖案對位的極限。是以’每經一個循環’在 磊晶層22之表面，必須在相異於立體形狀7'之位置重新形 成定位用立體標記。於圖17中，每形成一層之埋入層，包 括立體標記之形成(製程3〜14)，必須反覆製程1〜45，例如 以6層構造而言，總製程數實際上會達到271個。又，在 一個循環中，氧化膜之形成處理係如上所述般進行6次 (3，11，16,24,31，39)、內面塗層處理爲 6 次(7，12,20,27,35,42)、 氧化膜之濕式蝕刻製程（包含去除製程）爲6次 (8，13,21，28,36,43)，光是氧化膜形成以及衍生製程即在45 個製程中佔了 18個製程，若是6個循環則在271個製程中 會佔到108個製程。由此亦可明顯地看出，上述參考技術 有關氧化膜之形成/去除，需要相當多的製程。 又’於上述製程1〜45之循環中，圖案形成用之熱氧化 膜的形成製程爲4次(3，11，16,31)、注入前氧化製程爲2次 (24,39)、又結晶性回復兼活性化熱處理爲2次(26,41)，於 晶圓之熱經歷的施加製程合計爲8次。從而，就埋入層而 言，若硼注入層13'與立體標記20'之組橫跨6層來形成時 39 張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21Q X 297公髮) '' A請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I AW.-------訂---------線！ 497155 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（^(f) ，位於最下層者，光是於後面5層之形成時所施加之製程 ，就會累積8X5=40次之熱經歷。於是，如圖6所說明過 般，位於愈下層之埋入層1〇1熱擴散所造成之擴展即愈大 ，結果縱方向與橫方向之擴散在積層方向並不均一。又， 如圖6(d)所示，將該等埋入層101加以擴散熱處理來做縱 方向的連接所得到之縱方向添加區域105 ’同樣的往愈下 側則愈胖而屬不均一之構造。 以上已對參考技術做全盤之說明。 (實施形態1) 接著，針對本發明之一實施形態，使用圖1〜圖4來說 明。又，圖3係形成6層埋入層之情況的製程流程圖。 首先，如圖1(a)所示，準備一內面藉CVD法等形成有 內面氧化膜2之矽單結晶基板1。其次，如圖1(b)所示， 於矽單結晶基板1之主表面氣相成長出型之第一矽磊晶 層3(圖3 :製程1)。到此爲止的製程、條件是與上述參考 技術完全相同。 其次，如圖1(c)所示，形成一光阻膜60(膜厚：例如 1.2//m左右，用以形成定位用立體標記）。對於該光阻膜 60進行定位用立體標記之圖案的曝光•顯像，來形成圖案 開口部61，成爲立體標記形成用之光罩(圖3 :製程2〜4)。 此處，最初之定位用立體標記係依據預先形成於矽單結晶 基板之定向板(orientation flat)或是凹口（notch)來定位。接著 ，如圖1(d)所示，在此狀態下對基板進行乾式蝕刻，藉以 在對應於圖案開口部61的位置形成凹狀之立體標記7(圖3 40 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂.丨 •線丨-- ammme tmml n n VI i·— n a··-— n n an «ϋ ^1* ί I an , 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 497155 A7 B7 五、發明說明) :製程5，深度：例如200nm〜300nm)。作爲乾式蝕刻法， 可採用例如反應性離子蝕刻(Reactive Ion Etching)。之後’ 去除光阻膜60(圖3 :製程6)。 定位用立體標記7的形成，在前述之參考技術例1之 中，係需要圖17之製程2〜14這13個製程，而在本實施形 態，則縮減至圖3之製程2〜6僅5個製程。其理由在於， 不需參考技術例1所使用之標記蝕刻用氧化膜之形成，從 而像是洗淨製程、內面塗層製程、氧化膜蝕刻製程，甚至 是標記形成用氧化膜之形成、與其對應之洗淨製程、內面 塗層製程、以及氧化膜去除製程等都不再需要之故。 其次，回到圖1，於晶圓洗淨後(圖3 :製程7)，並不 對於所露出之第一磊晶層3上積極地形成氧化膜，而是直 接塗佈光阻膜(圖3 :製程8，膜厚：例如，在圖中 爲正型）。接著，對於該光阻膜以前述之立體標記7來進行 圖案之對位，進一步藉由曝光•顯像，來形成圖案開口部 63(用以注入作爲第一不純物之硼(B))，當作第一離子注入 用光罩62(圖3 :製程9，10)。 接著，如圖1(e)所示，在形成有第一離子注入用光罩 62的狀態下，以與參考技術例1爲相同的條件來進行硼之 離子注入，則磊晶層3之對應於圖案開口部63之區域乃爲 第一區域，在此形成作爲第一離子注入層的硼注入層71(圖 3 :製程11)。之後，去除第一離子注入用光罩62(圖1(g)， 圖3 :製程12)。此處，光阻膜之藉由曝光•顯像所形成之 圖案開口部63，如圖1(f)所示，其相較於內面形狀藉由氧 41 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I --------訂---------'^丨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497155 A7 B7 五、發明說明（If0) 化膜之濕式蝕刻來形成者（圖15(e))來得更爲陡峭直立，不 易出現硼注入層71之形成面積的差異。 上述硼注入層71的形成，相對於在前述之參考技術例 1，包含結晶性回復兼活性化熱處理需要圖17之製程15〜26 共12個製程，在本實施形態，係縮減爲圖3之製程7〜12 共6個製程。其理由在於，在離子注入用光罩方面並未使 用氧化膜，且並未進行注入則氧化’故除了這兩個氧化製 程以外，洗淨、內面塗層、甚至是氧化膜蝕刻之各製程都 可省略。 又，於形成硼注入層71、洗淨晶圓之後（圖3 :製程 13)，並不進行結晶性回復兼活性化熱處理，而是如圖2(a) 所示般，接著在露出之第一磊晶層3上，同樣地並不積極 形成氧化膜而是直接塗佈光阻膜（圖3 :製程14)。接著， 對於該光阻膜以立體標記7進行圖案之對位，接著進行曝 光•顯像，讓圖案開口部65(用以注入作爲第二不純物之磷 (P))形成於與前述用以注入硼的圖案開口部63爲不同的位 置上，成爲第二離子注入用光罩64(圖3 :製程15，16)。接 著，在形成有第二離子注入用光罩64的狀態下，以與參考 技術同樣的條件進行第二不純物之磷的離子注入，則在對 應於第一磊晶層3之圖案開口部65的區域會形成第二離子 注入層之磷注入層72作爲第二區域(圖3 :製程17)。之後 ，去除第二離子注入用光罩64(圖2(b)，圖3 :製程18)。 在前述之參考技術例1方面，連同氧化膜去除之蝕刻 以及結晶性回復兼活性化熱處理，需要圖17之製程27〜41 42 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線丨--- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 n Γ- ϋ ϋ tw n — ϋ n ϋ ·1 ϋ I n ϋ ! .1 a— , 497155 A7 B7 五、發明說明（Wl) 共15個製程，相對地，本實施形態則與硼注入層形成時同 樣，省略掉有關氧化膜之形成/去§的製程，故可縮減爲圖 3之製程13〜18共6個製程。 接著，經過晶圓之洗淨(圖3 :製程19)，如圖2(d)所示 ，進行結晶性回復兼活性化熱處理。此熱處理如圖4(a)所 示，將晶圓W配置於氣相成長裝置121內，於進行第二晶 晶層22(圖2(f))之氣相成長前，將氫導入該氣相成長裝置 121內（圖3 :製程20)。由於該氫環境氣氛中的熱處理，可 兼具爲在氣相成長之前所通常進行之去除晶圓表面的自然 氧化膜的熱處理，故效率高。 若在上述之氫環境氣氛中進行離子注入後之結晶性回 復兼活性化熱處理，則如圖13所示，即使於離子注入前未 積極地形成氧化膜，但離子注入層之表面仍不易發生面粗 化的現象，且面粗化的凹凸小。如同上面一再地說明，最 能提供本發明之製程縮減效果之處，即在於無須氧化膜形 成/去除這一點，而之所以能實現氧化膜形成製程的省略， 其根本的要因，亦可說是上述氫熱處理所提供之面粗化防 止效果。 又，在前述之參考技術例1，係對於硼注入層13與磷 注入層20分別各自進行結晶性回復兼活性化熱處理，相對 於此，在本實施形態，藉由在上述氫環境氣氛中之熱處理 ，可同時進行對於硼注入層71與磷注入層72之結晶性回 復兼活性化熱處理，製程可進一步縮減。 上述氫環境氣氛中之熱處理製程之處理溫度以調整到 43 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線—*41^----- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497155 A7 ______ _ B7 五、發明說明（fi) 7〇0°C以上爲佳。若處理溫度未達7〇〇°C，則離子注入層之 結晶性回復以及活性化並不充分。'又，該處理溫度更佳爲 調整至850°C〜1100°C的範圍。若熱處理溫度未達850°C，則 晶圓表面之自然氧化膜幾乎無法以氫來蝕刻。又，若熱處 理溫度超過1100°C，則無法忽視離子注入層之不純物擴散 。又，在氫環境氣氛中之熱處理製程，雖可在常壓下進行 來達成充分之面粗化防止效果，惟只要在不致損及面粗化 防止效果的範圍內，亦可予以減壓在氫環境氣氛（例如 20torr〜760torr左右)來進行。 在氫環境氣氛中之熱處理結束後，如圖4(b)所示，在 氣相成長裝置121內接著讓作爲原料氣體SG之三氯矽烷 (SiHCh)流動，來進行氣相成長製程，如圖2(f)所示，一方 面形成第二磊晶層22、一方面讓第一與第二離子注入層一 硼注入層71與磷注入層72分別成爲第一與第二埋入層一 硼埋入層71'與磷埋入層72'(圖3 :製程20)。如上所述， 由於在氫環境氣氛中之熱處理製程與形成第二磊晶層之氣 相成長製程係在一個氣相成長裝置內以一連串的製程(事實 上爲一個製程)來實施，故可謀求全體之進一步的製程縮減 〇 又，爲了抑制來自硼注入層71與磷注入層72之橫方 向自摻雜，則該氣相成長製程，首先氣相成長出密封用之 薄磊晶層(也就是封蓋處理)後，進行第二磊晶層22之正式 成長’也就是分成數階段來進行爲佳。 以上之製程，從對磊晶層上形成立體標記到形成1層 44 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # 訂---------線！ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497155 A7 B7 五、發明說明（if〉） 的硼埋入層71'與磷埋入層72'之循環便已結束，而由圖3 可明顯看出，此1循環的製程數爲2〜20之共19個製程， 係縮減到參考技術例1(將氧化膜當作離子注入用光罩來使 用，45個製程)的一半以下。又，對於晶圓加入熱經歷之製 程，在參考技術例1含有8個製程，相對地，本發明之實 施形態1僅有晶晶成長製程之1製程。從而，如圖2(e)所 示，每形成1層之埋入層之1循環所產生之離子注入層(硼 注入層71與磷注入層72)的熱擴散會較參考技術格外的小 。於是’如圖5所示，可得到並列於縱方向之埋入層在橫 方向之擴展的差距變小，且縱方向相互隔離之均一之物。 同時，在積層形成複數之磊晶層後，對該等埋入層進行擴 散熱處理來做縱方向連接而得到之縱方向添加區域(也稱爲 「縱方向不純物添加區域」），也可實現在截面積之積層方 向更爲均一。 圖7係示意地顯示藉實施形態1之製造方法所得之矽 磊晶晶圓之要部截面圖。於各磊晶層之層間，作爲第一埋 入層之P型的硼埋入層、作爲第二埋入層之η型的磷埋入 層係形成於各磊晶層之同一區域。又，在磊晶層之積層方 向連續的各硼注入層與磷注入層全部皆透過η·型磊晶層區 域在積層方向相互間隔形成。若對於該磊晶晶圓進行擴散 熱處理’則構成不純物添加區域之縱方向硼埋入層與縱方 向磷埋入層會如圖8所示，分別在縱方向相連而成爲縱方 向硼添加區域以及縱方向磷添加區域。該等縱方向添加區 域較圖4(d)所示之參考技術，在積層方向之截面積係格外 45 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------I ----- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -ϋ n Lr .1 I n n n ϋ a— n ϋ n n ϋ n , 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497155 A7 五、發明說明（參办 的均一。 又，圖10(a)係本發明之製造芳法使用在MOSFET元件 用磊晶晶圓之製造上的例子。於P型之矽單結晶基板251 上積層著複數之型之磊晶層253a〜253c，於基板251與最 下層之磊晶層253a之間形成有n+型之埋入層252，且各爲 環狀之硼注入層與磷注入層係以分離狀態埋於聶晶層 253a〜253c之各層間。於圖10(a)中，縱方向之硼注入層列 係自埋入層252之外側包圍埋入層252的方式所形成。另 一方面，縱方向之磷注入層列所形成之位置，其對於直交 於磊晶層253a〜253c之積層方向的平面所做的投影會與埋 入層252重疊。如圖10(b)所示，藉由施行擴散熱處理，硼 注入層會成爲縱方向硼添加區域之筒狀的P+型元件分離區 域254,磷注入層會成爲縱方向磷添加區域之筒狀的n+型 汲極區域252(與埋入層252導通）。又，圖10(b)係顯示在 汲極區域252之內側形成有p型井(well)、η型源極區域、 以及閘極，呈現嵌入著η通道型MOSFET元件之狀態。 另一方面，圖11(a)係將本發明之製造方法用於雙極 (bipolar)兀件用嘉晶晶圓之製造上的例子。於ρΓ型之砂單結 晶基板261上積層有複數之η·型之磊晶層263a〜263c，在基 板261與最下層之磊晶層263c之間形成有n+型之埋入層 262,且環狀之硼注入層與扁平板狀之磷注入層係以分離狀 態埋於磊晶層263a〜263c之各層間。如圖11(b)所示，若對 其施以擴散熱處理，硼注入層會成爲縱方向硼添加區域之 筒狀的P+型元件分離區域264,磷注入層會成爲縱方向磷 46 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） "" (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·--------訂---------線-·---- ^ia n n .FI ·ϋ ·1 a— n ·ϋ I ϋ ϋ n ϋ ϋ n ϋ < 497155 A7 ---- B7 五、發明說明（/tf) 添加區域之柱狀的n+型集極區域265。又，在圖11(b)中， 於元件分離區域264之內側形成有p型基極以及^型射極 區域，呈現嵌入著ηρη型雙極元件之狀態。 又，圖10以及圖11所示之本發明之製造方法，係舉 出製造使用ρ_型之矽單結晶基板之半導體元件的情形。惟 ’有關本發明之製造方法以及矽磊晶晶圓並不限於此，亦 可適用於使用Ρ+型之矽單結晶基板所製造之半導體元件用 之磊晶晶圓及其製造方法。又，當然亦可適用於η型矽單 結晶基板。 (實施形態2) 其次，說明第二態樣之實施形態。 如圖1與圖2所示，在上述實施形態1中，第一磊晶 層3上之立體標記7(轉印起始定位立體標記)之形狀並無太 大的改變，於形成1層之前述埋入層的1循環製程結束時 仍可大致維持原來的形狀(圖2(c))。藉此，如圖2(f)所示， 當在其上側積層第二磊晶層22之時，下層側之立體標記7 並無多大的形狀改變而可上浮轉印。從而，當將第二磊晶 層22當作新的第一磊晶層，反覆地進行離子注入及氣相成 長之製程循環時，可將該轉印之標記當作定位用立體標記 7'來使用(亦即，當作轉印立體標記來使用）。 藉此，於形成第2層之硼埋入層與磷埋入層之循環中 ，可省略立體標記之形成製程(在圖3爲製程2〜7)，可進一 步縮減製程。又，依此得到之磊晶晶圓中，非來自下層之 磊晶層之定位用立體標記、且成爲用以對於後續之層形成 47 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .. 線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497155 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（分“ 轉印立體標記之轉印起始的轉印起始定位用立體標記，僅 在形成有埋入層之磊晶層當中，杳有最下層之物之一部份 形成。在圖3中，相對於包含立體標記之形成製程的第一 循環爲製程2〜20共19個製程，未形成立體標記之第二循 環則縮減6個製程，成爲製程21〜33共13個製程。當形成 複數層之磊晶層與埋入層時，亦可讓第一循環針對最初之 1層，以下則僅反覆第二循環。又，由於對位精度可由磊 晶層之形成厚度所確保，故亦可如圖9所示般’讓依據第 一層之立體標記7之上浮立體標記7b(圖9(a))，7c(圖9(b))之 使用到一定之積層數即停止，於別的位置形成新的立體標 記7d(圖9(c))。如此，在形成有埋入層之磊晶層當中之最 上層中，定位用立體標記係以較磊晶層之層數少的數量、 不相互重疊之位置關係來形成。此時’複數之磊晶層3a〜3c 當中，於最下層之磊晶層3a所形成之7a、位於2層上面之 磊晶層3c所形成之7d乃具轉印起始定位用立體標記之機 會b ^ 例如，於圖3中，係設計成每隔一層新形成立體標舌己 ，就結果而言成爲第一循環與第二循環交互反覆的形式。 於上述之本發明之實施形態中，形成6層之埋入層所需最 後的製程數爲97個，較圖17之參考技術的製程數271個 少了 1/3以上。 又，在上述之製程中，由於經由硼注入層71與磷注入 層72的形成，採用無須形成/去除氧化膜之製程’對於轉 印起始定位立體標記之形狀保持這方面可說是更爲有利。 48 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -i— ϋ n ef . -I an n n n —1 n n 一口，I m II ·ϋ *·ϋ n m n· 1 n _ n ϋ n eve I la If I n n ϋ n n ϋ I n n n ϋ n _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 497155 A7 B7 五、發明說明（/(φ 另外，即使採用未進行氫周圍環境中之熱處理，而如一般 進行注入前氧化處理之製程時，ΐ於注入前氧化處理所形 成之氧化膜的厚度爲50nm左右甚小，仍可適用於上述第 二態樣。 又，在上述之製程中，由於轉印立體標記可直接當作 該層之定位用立體標記來使用，且未使用氧化膜之光罩， 即使在同一磊晶層對複數之導電型的離子注入層進行圖案 形成之情況，於先前之導電型之離子注入層圖案的光罩定 位所使用之立體標記亦可直接作爲下一導電型之離子注入 層圖案的光罩定位來使用。從而，即使於一層之磊晶層形 成數種類之圖案，光罩定位用之定位立體標記也只要最少 的1個即可。此爲可大幅縮減進行新穎之蝕刻形成的定位 用立體標記的形成數目之主因之一，且可產生大幅縮減光 罩數目的新的優點。再者，亦有可縮減在磊晶晶圓之主表 面上定位用立體標記所佔面積的效果。 (參考技術例2) 另一方面，使用氧化膜於離子注入用光罩之參考技術 例1之製程，如圖23所示，若爲在磊晶層3上形成導電性 相異的離子注入層、例如硼注入層71與磷注入層72之情 形’伴隨當作離子注入用光罩來使用之氧化膜的1次形成 •剝離，定位用立體標記7之形狀會崩潰。是以，作爲定 位用立體標記7，即是在同樣的磊晶層3上，硼注入層71 之圖案形成用之定位立體標記7h、以及磷注入層72之圖 案形成用之定位立體標記7i係個別形成。又，當於上面疊 49 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ϋ n n ml i n n 一 口_ ϋ i_l n n ·ϋ ϋ ·ϋ I -n 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 I n ϋ n 1- n n et I I I I ! 1 n n n ϋ n 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 497155 A7 B7 五、發明說明（#) 合形成磊晶層22之時，該磊晶層22上係形成新的定位用 立體標記。此種情形，由於下層側之晶晶層3上的定位用 立體標記7或多或少轉印到上層之磊晶層22，乃利用此進 行上層之定位立體標記之定位。此時，由於依據因氧化膜 之形成•剝離而崩潰之立體標記7h，7i的轉印立體標記無法 確保定位精度，故在形成上層側之磊晶層22之前，形成新 的定位用立體標記7」作爲形成上層之定位用立體標記來使 用。如圖23(b)所示，利用依據此定位用立體標記7」之轉 印立體標記7Γ進行定位用立體標記的新形成。不論如何， 對於一磊晶層係形成複數個定位用立體標記(此處爲3個) 〇 此時，由於下層側之定位用立體標記的形狀可從上層 側來識別，故避免上層側之定位立體標記與下層側之定位 立體標記出現位置上的重疊來形成乃爲必要的。於是，於 每一層形成定位用立體標記之時，在最上層之晶晶層會形 成或轉印有相當於層數之數目的立體標記。例如，在圖 23(d)中，舉出形成有埋入層7Γ,72'或是離子注入層71，72 ，形成3層之磊晶層103a〜103c的例子，在最上層之磊晶 層103c中，除了有在該層103c所新飩刻出的定位用立體 標記7，尙會出現依據於2層下所蝕刻出之定位用立體標 記7而經由在中間層l〇3b之轉印標記207、做2次轉印之 轉印立體標記307，以及依據於中間層103b所新蝕刻出之 定位用立體標記7之轉印立體標記207合計3組的立體標 記。尤其是如圖23(b)與(c)所示般，對一層形成複數個定位 50 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---- 丨線丨-- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） 497155 A7 B7 五、發明說明) 用立體標記的情形’其數目會更爲增加。結果上’在所得 之磊晶晶圓的最上層的磊晶層，#出現較形成之磊晶層的 層數多出甚多之立體標記’而有需預留該立體標記所會出 現之空間的問題。 又，爲了形成縱方向擴散區域，例如圖7所示般令同 一導電型之埋入層重疊形成於相同位置的情形下，只要讓 離子注入層之光罩圖案在各層完全相同即可。惟’由於必 須變更在每一層之定位用立體標記的形成位置’不管離子 注入層之圖案是否相同，結果上必須準備僅改變了定位用 立體標記之圖案位置的複數之光罩，此爲問題所在。 (實施形態3) 轉印立體標記，爲了確保可用於定位之形狀精度’考 慮其具有不易出現來自矽之氣相成長機構的變形的形狀乃 爲重要的。例如，圖22顯示面方位（1〇〇)之矽單結晶基板’ 若使用[011]方向之直線部分407a與[01-1]方向之直線部分 407b所成的十字形立體標記407之情況，則依據此立體標 記407轉印至於該立體標記407上所形成之磊晶層的轉印 標記407'，會容易出現例如[011]方向之直線部分407a'的 寬度縮減、與其直交之[01-1]方向之直線部分407b之寬度 反而變寬此種圖案變形。 經本發明者努力硏究的結果，發現於面方位（100)之矽 單結晶基板上形成磊晶層之時，如圖20所示，作爲定位用 立體標記507，若形成爲具有相對於[〇11]方向或[〇卜1]方向 呈角度0爲45。以內之方向的直線部分，則依此所得之轉 51 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線丨----- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -n n thi I I n n I I ϋ I n 1 ·1 ϋ a— - 497155 A7 -- B7 五、發明說明) 印立體標記的變形將不易發生。圖18係顯示此種定位用立 體標記507之具體例，形成爲槽狀之2條的線圖案 507a，507b(例如各爲寬度約4//m、深度約0.2//m)大致直交 的形態，此處係形成爲彼此共同具有一端部之L字形。惟 ’如圖19所示，亦可以凸狀的方式形成立體標記。此處， 立體標記517係在基板表面之淺的凹部517C內，呈凸狀形 態之2條之線圖案517a，517b以大致直交的形態形成爲L字 形。又，亦可對於基板之主表面賦予4°左右之偏角（off angle)。此時，視爲結晶軸方位係與幾乎未被賦予偏角的情 況相同。 爲了確認上述效果，進行以下實驗。首先，作爲矽單 結晶基板係準備一結晶軸方位爲[100](無偏角）、定向板面 爲(011)，如圖18(a)所示之形態之矽單結晶基板，形成圖 21所示之高度130nm、寬度12//m之直線凸狀形態的立體 標記527。其中，該立體標記527之邊緣的方向係以[011] 方向爲0=0° 、[0，1，-1]方向爲0=90°的方式設定成各種方 向。其次，藉由圖4所示之形式的氣相成長裝置122，使 用三氯矽烷(SiHCh)以1080°C、80torr的條件，在形成有立 體標記5327之主表面上形成厚度24//m之磊晶層。 接著，對於該磊晶層成長後之基板，塗佈之負 型光阻劑，將上述立體標記527當作定位圖案來使用，藉 此，嘗試使用眾知之對準裝置讓附有圖案之光罩自動定位( 自動對準)於磊晶晶圓。此自動對準，係對於來自磊晶晶圓 上所形成之立體標記527以及光罩之圖案邊緣的反射光進 52 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂·--------線丨--- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ϋ 1 n n tl tmtm I I ϋ ϋ I— I 1· I ϋ n I I _ 497155 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（jrf) 行光電檢測，以消除該等邊緣位置之偏差的方式讓磊晶晶 圓與光罩相對移動所進行的。圖21中顯示每一 0値之圖案 位置訊號的測定剖面。結果上，若(9超過45° ，來自一者 之邊緣的反射峰値會變得極端的小，自動對準乃不可能； 而只要Θ低於45° ，則可沒有問題地進行自動對準。此意 味著具有：在轉印至磊晶層之立體標記527的轉印立體標 記中，雖其一者之邊緣出現顯著的圖案變形，但只要Θ低 於45° ，仍可將該圖案變形壓低到可進行自動對準之程度 的效果。 其次，說明第三態樣之實施形態。如前述第一態樣之 實施形態所說明般，爲了抑制硼注入層與磷注入層之橫方 向自摻雜，磊晶層之氣相成長製程，較佳係首先氣相成長 出密封用之薄磊晶層（也就是封蓋處理)後，進行第二磊晶 層22之正式成長，也就是進行兩階段處理。此在防止來自 磷注入層之磷的橫方向自摻雜的觀點上尤其重要。 經本發明者硏究的結果，發現如圖24所示，對於(a) 所示之磷注入層72之磷注入製程結束後，在氣相成長出第 二晶晶層之前，如圖(b)所示，進行熱處理製程(係在常壓下 、950°C〜1100°C(較佳爲1060°C〜1100°C)、氫環境氣氛中進 行熱處理），讓磷注入層之磷的一部分事先往外側擴散到氣 相中，然後降低磷注入層表面部之溫度，於該熱處理製程 結束後，如(c)所示在減壓環境氣氛下供給矽原料氣體來氣 相成長出密封用磊晶層22a(密封成長製程），如圖(d)所示， 於該密封用磊晶層22a上進行正式成長來氣相成長出第二 53 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) —訂---- 線丨-- n I &| I— n vr n n I n n n n n I I .1 n n _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 497155 A7 B7 五、發明說明 磊晶層22 ;藉此，可極爲有效地防止磷之橫方向自摻雜。 又，只要使用前述之第一態樣之實施形態’則藉由在圖 2(b)所示之氫環境氣氛中進行約30分鐘之熱處理’可同時 進行結晶性回復兼活性化熱處理。此相當於第七態樣之實 施形態。又，在氣相成長密封用磊晶層22a之中並不供給 摻雜氣體。其中，若密封用磊晶層22a之形成厚度較 爲厚，則在與第二磊晶層22之界面處會出現淨載體濃度的 差距，故厚度以l#m以下爲佳。惟，若厚度未滿0.2/zm ，則密封效果並不充分，故密封用磊晶層22a之厚度以0.2 // m〜1 # m爲佳。 密封成長製程在5t〇n·〜60tQrr進行爲佳。若壓力未滿 5torr，貝[J氣相成長速度慢故效率不佳，若壓力超過60torr ，則磷之橫方向自摻雜的抑制效果不充分。 又，在密封成長製程後由於已充分地防止自摻雜的發 生，故可在較密封成長製程有更好之生產效率的高溫以及/ 或是高壓的條件下在同一氣相成長裝置中進行正式成長。 爲了確認上述第三態樣之效果，乃進行以下的實驗。 首先’作爲砂卓結晶基板’係準備一直徑200mm、結晶軸 方位[100](其中，無偏角）、n+型（電阻率：o.oio〜〇.〇ΐ5Ω · cm)，內面形成有自摻雜防止用氧化膜(厚度〇.5 )之物。
接著，使用三氯矽烷(SiHCh)作爲矽原料氣體，並使用經氫 氣稀釋過之二硼烷(B2H6)作爲摻雜氣體，於氣相成長溫度 1130°C、常壓下，在基板之主表面上形成厚度(電阻 率：4.5 Ω · cm)之p'型之第一磊晶層（淨載體濃度3 X 54 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -· n n ϋ n I— i_l «ϋ 一：OJI ϋ flu ·ϋ i - an —ϋ 1 l I n ϋ -n 1 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ~ ϋ n Γ. n ϋ ϋ I n I n n I ϋ I n I - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 497155 A7 B7 五、發明說明（t〉） l〇15atomS/cm3)。接著，對於該第一磊晶層，以各個之注入 區域的尺寸成爲1730 //mX8//m的縱長形狀、且在寬方向 排列成大致16//m左右之間隔的方式，形成複數之憐注入 層。另外，在形成離子注入層之前先進行注入前氧化處理 來形成厚度約50nm之氧化膜，離子注入係在加速電壓 120keV、劑量2Xl012/cm2的條件下進行。又，爲了達成結 晶性回復兼活性化，乃於氫環境氣氛下在950°C進行30分 鐘的熱處理。 接著，將藉注入前氧化所形成之氧化膜以濕式蝕刻去 除之後，將基板配置在圖4所示之形式的氣相成長裝置 121的反應容器122內，在氫環境氣氛、常壓(760torr)下， 於900°C、1080°C、以及1190°C之各溫度進行10分鐘的熱 處理。接著，使用與第一磊晶層爲相同的原料氣體，並不 供給摻雜氣體，在850°C、25torr之條件下成長出厚度0.5 Am之密封用嘉晶層，接著於1080°C、80torr，一邊供給摻 雜氣體之二硼烷(B2H6)、一邊正式成長出厚度10/zrn之第二 磊晶層(淨載體濃度爲3xi015atoms/cm3)。 對具有以上述方式所得之磷埋入層的磊晶晶圓進行角 度硏磨(與主表面呈Γ左右之角度），使得並排於橫方向之 複數的磷埋入層出現硏磨面。接著如圖26所示，於該硏磨 面上之彼此鄰接的磷埋入層間（亦即於未橫跨磷埋入層的位 置），設定與磊晶層之界面呈直交方向的測定線，藉擴展電 阻法測定磊晶層中之淨載體濃度剖面。於該測定剖面中， 將磊晶層之界面的淨載體濃度的最低値定爲BH、在磊晶層 55 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
·1111111 ^ ·11111111 I I I I I I I I 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 497155 A7 B7 五、發明說明（0) 之載體濃度的最安定區域之平均淨載體濃度定爲AH，分別 求出（AH-BH)/AH之値。（AH-BH)/AH之値愈小，代表於磊 晶層界面的磷之橫方向自摻雜愈小。以上之測定結果示於 表1。 表1 常壓熱處理溫度(°c) (AH-BH)/AH 900 0.72 1080 0.47 1190 0.99 亦即，僅在密封磊晶層成長前之常壓熱處理溫度爲 1080°C者(AH-BH)/AH成爲0.5以下，亦即藉由在1080°C附 近之常壓熱處理可有效地抑制磷成分之橫方向自摻雜。又 ，圖27係藉擴展電阻法之載體濃度剖面之測定例，（a)爲常 壓熱處理溫度爲108(TC者，（b)爲119(TC者。就(a)而言在界 面位置並未出現相當程度的載體濃度降低，相對於此，就 (b)而言因對於p型磊晶層中之磷成分的橫方向自摻雜造成 載體濃度的驟減。又，在圖中亦顯示將進行載體濃度測定 後之樣品浸漬於由氟酸一硝酸水溶液所構成之染色劑並照 射光之後所得之放大照片。背景呈黑色部分係p型磊晶層 ，當中呈明亮部分則爲η型之磷埋入層，相對於(a)相互鄰 接之磷埋入層完全未出現連接的情形，（b)則因爲磷成分之 橫方向自摻雜造成磷埋入層在界面位置的連結。 (實施形態5) 其次，說明第四態樣之實施形態。本態樣的要旨，係 56 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一» ·ϋ «II n I ϋ I— n I ϋ 1· n n n VI· in I— A— ϋ I I— n n ϋ ·ϋ 1 n i n n n n 497155 A7 B7 五、發明說明（β) 在第一磊晶層形成硼注入層與磷注入層兩者的情形下，於 磷注入層形成後，並不進行用以_化第一磊晶層之表面的 注入前氧化處理。亦即，磷注入製程係在硼注入製程之後 來進行這一點。又，此製程已說明於圖14〜圖17所示之前 述參考技術例1。 亦即，於圖15(h)中形成硼注入層13之後，形成離子 注入光罩用氧化膜15，硼注入層13由該氧化膜15所被覆( 圖16(c))。惟，由於砸易於被吸入氧化膜中，故即使形成 氧化膜15，硼注入層13的表層部也不會有濃度變濃的情 況，反而是表面濃度下降，於是朝自摻雜變少的方向進行 著。另一方面，由於磷易於集中到與氧化膜的界面，如圖 16(c)所示，因磷的注入係在注入前氧化膜19的形成後所進 行，故可避免對於磷注入層20之表層部所造成的磷濃度的 變濃。又，於磷注入後，若在殘留氧化膜15的狀態下進行 長時間的熱處理，則磷成分會在磷注入層20的表層部變濃 ，是以省略掉圖16(e)之用以結晶回復之熱處理，直接進行 磊晶層22的成長乃爲所希望的。 又，上述第四態樣，亦可適用於將光阻劑被膜當作離 子注入用光罩來使用之磊晶晶圓之製造方法。此時，如圖 25(a)所示，在第一磊晶層3內先形成硼注入層71，接著形 成注入前氧化膜19。由於砸注入層71中之硼與前述理由 同樣不易集中到與注入前氧化膜19的界面，故表層部不致 於發生硼濃度的變濃。接著，如(b)所示，藉光阻劑被膜形 成用以形成磷注入層的離子注入用光罩60，於注入磷後， 57 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）_ " (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 *--------—AW---- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -! ! ϋ I I I H 1 I I ϋ ϋ I I I ϋ» 497155 A7 _B7_ 五、發明說明 如(C)所示般去除離子注入用光罩60與注入前氧化膜19, 進一步如(d)所示成長第二磊晶層〗2，得到硼埋入層71'與 磷埋入層72'。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -------訂---------線—— 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 8 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）