專利名稱：以磷摻雜硅并在蒸汽存在下生長硅上氧化物的方法
背景技術：
本發(fā)明涉及用磷摻雜硅晶片并接著生長在摻雜硅晶片上的氧化物的方法。更具體而言，本發(fā)明涉及使用固體摻雜源用磷摻雜硅晶片，然后在有固體磷源存在下在熱解蒸汽中或在濕氧環(huán)境中生長摻雜硅晶片上的氧化層以完成原位氧化摻雜硅表面的方法。這里的“原位氧化”意指在有固體摻雜源存在下摻雜硅的氧化。
存在一些通常的摻雜硅晶片的方法。其中一種方法中，通常在950-1100℃高溫下使用氯氧化磷(POCl3)或膦(PH3)對硅晶片先摻雜。用含一些氧的氮將氣態(tài)POCl3或PH3從擴散管載帶下來。這使氧化磷沉積在硅表面上。然后該氧化磷與硅表面反應形成元素磷，該元素磷再擴散到硅晶片中的所控制的深度。緊接沉積是摻雜硅晶片的蒸汽氧化，通常是在近沉積溫度下氧化30-60分鐘以生長所需的氧化物。通常在硅晶片中擴散的磷的濃度和深度與整個沉積過程的時間和溫度成正比。在蒸汽氧化步驟期間，在硅晶片表面上形成的所得氧化物層的厚度與蒸汽中的時間和溫度成正比。
使用POCl3和PH3時存在一些困難。這些困難包括多塊大直徑硅晶片的摻雜不均勻(因為摻雜劑氣體不易達到硅晶片之間)；在擴散管中產生顆粒，以使硅的受損害；氣體的毒性和腐蝕性；以及其它操作困難。
正如在Florence等人的US No.3998668所描述的包含五氧化二磷(P2O5)的固體摻雜層，在加熱時的顯示出可克服氣態(tài)源帶來的一些問題。在沉積步驟期間，P2O5沉積在硅晶片上。Rapp的US No.4175988和4141738描述了示例性的固體摻雜源和使用固體摻雜源摻雜硅晶片的方法，其內容引此為參考。
使用固體摻雜源摻雜硅晶片的一種方法包括在約1050℃下摻雜硅晶片，接著在約同樣溫度下用干氧原位氧化。在沉積步驟期間，硅晶片按表面平行放置，并很靠近如在固體摻雜源舟中的相鄰固體摻雜源的表面。該固體摻雜源和硅晶片是插入到擴散管中，并采用通常的等變上升爐在氮氣下加熱到沉積溫度。摻雜硅晶片的氧化可在近1050℃下原位進行，因為干氧不會改變源的析出率。
當硅晶片用固體摻雜源摻雜，并接著用干氧氧化時，需要多得多的時間以產生所需的氧化物厚度，因為氧化硅要比用蒸汽慢得多。在約1050℃下的較長氧化時間也造成磷過量擴散進硅晶片中。除非所需的結非常深，否則附加的擴散時間會造成太深的結，并常會破壞正在作的裝置。
使用固體摻雜源的另一方法包括在約1050℃下摻雜硅晶片，將硅晶片從固體摻雜源附近取出，并用蒸汽氧化硅晶片。沉積后將硅晶片從舟(固體摻雜源附近)取出，并再插入擴散爐中以蒸汽氧化。該分開的蒸汽氧化可在類似于上述第一種方法中的溫度下進行。在蒸汽氧化期間，該固體摻雜源必須與硅晶片分隔開，因為在高溫下的濕氣會使P2O5快速從源中放出。這種方法產生滿意的結果，但耗時，并且需要大量的操作。它還使含P2O5的吸濕的硅表面暴露于環(huán)境的濕空氣中，這會引起硅晶片受損。
硅晶片上的所需氧化物層的厚度隨應用而變化，可從幾百埃()到20000或更厚。在大多數發(fā)射極擴散中，氧化物厚度將約為1500-6000，優(yōu)選約2000-5000。典型的發(fā)射極擴散需要氧化物厚度約為4300-5000。對發(fā)射極擴散的優(yōu)選厚度的氧化物層通常在或近沉積溫度下生長的，它一般為約950-1050℃。對發(fā)射極擴散的合格的薄膜電阻率為約5.35-6.15歐姆/方(ohms/sq)，但也可高達約15歐姆/方，低達約1歐姆/方。例如對雙極型晶體管通常所采用的沉積溫度和時間約為1025℃和60分鐘，其得到的薄膜電阻率約為5歐姆/方。
本發(fā)明的目的是提供一種采用固體磷摻雜源摻雜硅晶片的方法，方法中，摻雜的晶片就在很靠近固體源處原位氧化，同時維持該源的使用壽命。
本發(fā)明的另一目的是提供一種方法，可在比通常氧化方法低的溫度下，在磷摻雜的硅晶片上得到滿意的氧化物厚度層，同時沒有過長的氧化時間，具體地說，提供一種在較低溫度下通過選擇合適的濕氧化時間來得到任何所需厚度的氧化物層的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種氧化磷摻雜的硅晶片的方法，它可維持磷擴散進硅的深度與采用在高溫下的常用的濕氧化法的使用如POCl3或PH3的摻雜方法所得深度相當。
本發(fā)明的另一目的是提供一種摻雜和氧化硅晶片的方法，該方法與采用固體摻雜源的常用的濕氧化方法相比，減少了操作并減少了硅晶片暴露于環(huán)境的濕空氣中。
本發(fā)明的這些及其它目的通過下述說明書、權利要求及附圖將會顯而易見。
發(fā)明概述本發(fā)明克服了常用的固體源摻雜方法所帶來的問題。本發(fā)明方法可用固體磷摻雜源摻雜硅晶片，并接著用蒸汽氧化摻雜的硅晶片，無需先要將晶片從擴散爐中取出，并且不會嚴重降低固體摻雜源的壽命。
本發(fā)明方法包括在第一溫度下，以與固體磷摻雜源呈有間距的形式放置硅晶片達足夠時間以在晶片表面上沉積含磷層；在低于第一溫度的第二溫度下，用濕氧化法氧化該摻雜的硅晶片；在氧化步驟期間保持硅晶片與固體磷摻雜源呈有間距的形式。第一和第二溫度的選擇要在第一溫度下使固體磷摻雜源放出P2O5，并且第二溫度明顯低于第一溫度以在氧化步驟期間能降低從固體摻雜源的P2O5的放出。第二溫度可選擇為小于或等于約900℃，特別是600-900℃。
在本發(fā)明中，保持硅晶片與固體磷摻雜源呈有間距的形式可包括使硅晶片與固體磷摻雜源以緊靠近和基本上平行放置，在氧化步驟期間，也將硅晶片保持在這一位置。溫度的選擇要使在第一溫度下使固體磷摻雜源放出P2O5，并且第二溫度明顯低于第一溫度，以在氧化步驟期間能降低從固體磷摻雜源的P2O5的放出。第二溫度可選擇為約600-900℃。
本發(fā)明方法還包括從用濕氧氧化和用熱解蒸汽氧化中選擇濕氧化方法步驟，其中用濕氧氧化包括用鼓泡通過去離子水的氧氧化。該方法還包括選擇在高溫下會分解的固體摻雜源的步驟，該固體摻雜源選自偏磷酸鋁(Al(PO3)3)摻雜源、偏磷酸稀土(Ln(PO3)3，其中“Ln”為稀土元素)摻雜源、和五磷酸稀土(LnP5O14)摻雜源。
本發(fā)明方法還包括的步驟是保持硅晶片和用于P2O5蒸汽相沉積的固體磷摻雜源在一定溫度下呈蒸汽相相通足夠的時間，以在硅晶片的表面上形成n-型導電層，并接著在第二溫度下采用選自濕氧和熱解蒸汽的氧化劑氧化摻雜的硅晶片足夠的時間，以在硅晶片表面上形成有預定厚度的氧化物層，該第二溫度要比第一溫度明顯低到在氧化步驟期間能降低從固體摻雜源的P2O5的放出速率，同時保持硅晶片與固體摻雜源呈蒸汽相相通。第二溫度可選擇為約600-900℃。例如氧化步驟可在約775℃下進行3小時，以在硅晶片的表面上形成厚度為約4000的氧化物層。該方法還包括從偏磷酸鋁摻雜源、偏磷酸稀土摻雜源、和五磷酸稀土摻雜源中選擇固體摻雜源的步驟。
本發(fā)明也提供一種摻雜硅晶片的方法，它包括步驟在一定溫度下使硅晶片和固體磷摻雜源保持很靠近，為使P2O5蒸汽相沉積足夠時間，以在硅晶片的表面上形成n-型導電層；在低于第一溫度的第二溫度下，用選自濕氧和熱解蒸汽的氧化劑氧化摻雜的硅晶片，在氧化步驟期間，保持硅晶片緊靠近該固體磷摻雜源。選擇第二溫度明顯低于第一溫度，使其在氧化步驟期間能大大降低從固體摻雜源的P2O5的放出，該第二溫度可以為約600-900。
氧化步驟可在第二溫度下進行足夠時間，以在硅晶片表面上形成預定厚度的氧化物層，例如厚度約為4000。該方法還包括選擇在高溫下會分解的固體摻雜源，該摻雜源選自偏磷酸鋁摻雜源、偏磷酸稀土摻雜源、和五磷酸稀土摻雜源。
摻雜硅晶片的方法包括下列步驟在第一溫度下，以與固體磷摻雜源呈有間距的形式放置硅晶片達足夠時間，以在晶片表面上沉積含磷層；在低于第一溫度的第二溫度下，用濕氧化法氧化摻雜的硅晶片；氧化期間保持硅晶片與固體磷摻雜源呈有間距的形式。溫度的選擇要在第一溫度下使固體磷摻雜源放出P2O5，并且第二溫度明顯低于第一溫度以在氧化步驟期間能降低從固體磷摻雜源的P2O5的放出。該第二溫度可選為小于或等于約900℃，特別是約600-900℃。
上述方法還可包括一個或多個步驟，使硅晶片在氧化步驟期間保持與固體磷摻雜源呈緊靠近并基本上平行，并從以濕氧氧化和以熱解蒸汽氧化中選擇濕式氧化。溫度的選擇要在第一溫度下使固體磷摻雜源放出P2O5，并且第二溫度明顯低于第一溫度以在氧化步驟期間能降低從固體磷摻雜源的P2O5的放出。第二溫度要選擇為約600-900℃。該方法還可包括從偏磷酸鋁摻雜源、偏磷酸稀土摻雜源和五磷酸稀土摻雜源中選擇固體摻雜源的步驟。
本發(fā)明還提供一種在硅晶片上生長氧化物層的方法，它包括在足以明顯降低固體磷摻雜源的P2O5放出的溫度下濕氧化摻雜的硅晶片的步驟，同時保持在濕氧化期間摻雜源與硅晶片的蒸汽相相通。濕氧化溫度可選為小于或等于約900℃，特別是約600-900℃。濕氧化步驟可包括將摻雜的硅晶片暴露于選自濕氧和熱解蒸汽的氧化劑中的步驟。
本方法可包括選擇溫度和時間以使?jié)裱趸襟E足以在摻雜的硅晶片表面形成有預定厚度的氧化物層的步驟。濕氧化溫度可選為約600-900℃。例如濕氧化步驟可在約775℃下進行3小時。本方法還可包括在與固體摻雜源以蒸汽相相通的條件下通過加熱硅晶片的形成摻雜硅晶片的步驟。固體摻雜源可選自偏磷酸鋁摻雜源、偏磷酸稀土摻雜源和五磷酸稀土摻雜源。
本發(fā)明的這些目的和其它目的通過下列詳述將變得顯而易見。
附圖簡述

圖1為對選定的各種濕氧化溫度的蒸汽中，玻璃膜厚度與時間的關系。
圖2A為在各種濕氧化溫度下的蒸汽中，硅晶片上的玻璃膜厚度的均勻性與時間的關系。
圖2B為圖2A的詳圖，給出在各種濕氧化溫度下的蒸汽中在0-10％的均勻性范圍內的硅晶片上的玻璃膜厚度的均勻性與溫度的關系。
圖3為對選定的各種濕氧化溫度的薄膜電阻率與在蒸汽中的時間的關系。
圖4為暴露在各種溫度下的蒸汽中的PhosPlusTP-470摻雜源的積累重量損失百分數平均值與時間的關系。
圖5為在濕氧化中，PhosPlusTP-470摻雜源的P2O5的重量損失率與溫度的關系。
優(yōu)選實施方案的詳述本發(fā)明提供一種摻雜硅晶片的方法，包括其后硅晶片的原位濕氧化或熱解蒸汽氧化。該方法可使硅晶片在氧化步驟期間保持緊靠近(例如在擴散管中與固體摻雜源以蒸汽相相通)，同時不會快速耗盡固體磷摻雜源的壽命。
該方法要求摻雜和氧化步驟在不同工藝條件下進行。摻雜是在高溫下進行，即在約1050℃的可能有少量氧的氮氣中進行。蒸汽或濕氧化在較低溫度下進行，即約775℃。在這些條件下，P2O5從固體摻雜源中的放出率與在較高的摻雜溫度的濕氧化或熱解蒸汽氧化中預計的放出率相比有明顯降低。仔細選定氧化溫度導致在低溫下的P2O5放出率近似于在較高摻雜溫度下于氮氣中的P2O5放出率。因此硅晶片可在有固體摻雜源的存在下用濕氧或熱解蒸汽氧化，同時不會快速耗盡固體摻雜源中的磷。本發(fā)明方法也減少了工藝時間和操作員的操作，這是由于消除了將爐溫等變降到插入溫度、從擴散舟中取出摻雜的硅晶片及再將溫度升回到氧化溫度的操作所致。
在本發(fā)明方法中，硅晶片在擴散舟中通常鄰近和基本上平行于固體磷摻雜源。各種設計的擴散舟均可使用，但優(yōu)選裝有標準葉片和支架系統(tǒng)的四軌石英舟，它可與自動輸送系統(tǒng)相容。硅晶片與源表面之間的間距最好是恒定的，其為0.06-0.10英寸。源的縫口比其厚度寬約0.01英寸。源應寬松地裝在舟中，以為膨脹留有至少0.01英寸直徑的余地。
固體摻雜源可選自由偏磷酸鋁、偏磷酸稀土、五磷酸稀土(包括LaZrP3)制成的摻雜源或另一合適的摻雜組合物。雖然在每舟中使用至少三種摻雜源時所得結果是很好的，但通常的半導體生產中可使用50-100或更多的源。
優(yōu)選地，在摻雜或沉積循環(huán)中采用通常的等變爐技術。它包括將含有晶片和摻雜源的舟慢慢插入溫度在約800℃以下和至少比沉積溫度低100℃下的擴散爐中。優(yōu)選的插入速率對直徑100mm的源不大于4英寸/分。對于較大的源優(yōu)選更慢的插入速率，因為其包括的材料有較大的質量。
在爐和舟達到熱平衡后，爐溫等變地升到沉積溫度。沉積溫度優(yōu)選為約950-1150℃，最優(yōu)選約為1025℃，但這可隨應用目的而變化。沉積步驟通常在氮和/或氬氣下進行，但在沉積溫度大于約1000℃下也可使用少量的氧。優(yōu)選的氧濃度為小于約1％，但在沉積溫度高于約1100℃下，其氧濃度也可達5％。
沉積期間的氣體流量主要取決于擴散設備如管大小和端蓋的設計。該流量必需至少高到足以防止室內空氣回流到擴散管。在135mm直徑的擴散管中，流量為約2升/分-約15升/分是適宜的，優(yōu)選為3-7升/分。
摻雜步驟在沉積溫度下進行足夠的時間，以在晶片表面形成含磷層，該層在合適的時間內擴散到晶片中的所需深度。沉積時間隨沉積溫度和本領域已知的其它因素而變化。例如，在1050℃下用偏磷酸鋁固體摻雜源摻雜硅晶片，其沉積時間可為約30-60分鐘，以達到薄膜電阻率為約4-5歐姆/方。
爐溫逐漸下降以冷卻硅晶片和源，為將蒸汽氧化和氧化劑引入爐中作準備。氧化劑可選自熱解蒸汽(即氫與氧燃燒產生的蒸汽)和濕氧(即經95℃的去離子水鼓泡的氧)。用濕氧或熱解蒸汽氧化摻雜的硅晶片稱為“濕氧化”?！皾裱趸卑ㄍㄟ^維持在合適溫度如約95℃的去離子水鼓泡的氧或以任何其它合適方法制備的氧。
摻雜的硅晶片在低于沉積溫度的第二溫度下被氧化。濕氧化溫度應足夠高，以使氧化時間盡可能短，并且溫度要足夠低，以防止從磷源的P2O5的放出的速率太高。在蒸汽中P2O5從源中放出越快，則源耗盡得越快。在氧化步驟期間，固體磷摻雜源可以與硅晶片緊靠近的方式留在擴散管中，因為第二溫度比第一溫度明顯地低，使P2O5的放出速率達到可接受水平。
在1050℃下，以PhosPlusTP-470摻雜源摻雜45分鐘的硅晶片可在流量至少約為1升/分的條件下于775℃在濕氧中氧化1-3小時。據信，稍高的流量將導致硅晶片從上到底的更均勻的氧化。當氧化完成時，停止氧化劑流入爐中，爐溫逐漸降到插入溫度的范圍，將舟慢慢從爐中拉出。氧化可在一定溫度下進行足夠時間，以在硅晶片的表面上形成所需厚度如2000或4000的氧化物層。
本發(fā)明的較低氧化溫度也意味著與在或接近通常的高溫氧化方法(干氧化)的高摻雜溫度下的擴散相比，其磷進入硅的附加擴散是非常小的。與通常的濕氧化方法相比，本發(fā)明方法的操作減少了，因為該濕氧化是原位進行的。本發(fā)明方法還消除了摻雜和氧化之間室內空氣的濕度的影響。
已發(fā)現，采用本發(fā)明方法摻雜和氧化的硅晶片的薄膜電阻約為5-7歐姆/方，并且玻璃膜(氧化物)厚度約為4000-5000。例如在1050℃用PhoPlusTP-470摻雜源摻雜45分鐘及在775℃用濕氧(通過95℃去離子水鼓泡)氧化約3小時的硅晶片的薄膜電阻率約為5.7歐姆/方，氧化物厚度為約4000。在775℃濕氧化后，該固體摻雜源通常在約1050℃下繼續(xù)放出P2O5。重復幾次試驗，得到類似的結果。因此，本發(fā)明方法能生產合格的玻璃膜厚度和薄膜電阻率，同時在濕氧化期間不需從擴散管中取出固體摻雜源，也不會大大減少固體摻雜源的壽命。
對濕氧化溫度(X)為700℃、750℃、775℃、800℃和1000℃和濕氧化時間為1-3小時進行測定。對濕氧化步驟，是將氧通過維持在95℃的去離子水鼓泡。對每一氧化溫度采用一組新的源。每組新源在使用前均在含約25％ O2的N2氣中老化近12小時。
采用類似的天平測定源的重量損失。沉積的玻璃狀膜的厚度用Gaertner橢圓計測定。在預先以10∶1的HF蝕刻過的晶片上采用標準4-點探針進行薄膜電阻率測定。
在每一濕氧化溫度下，將源保持在濕氧中一段給定的時間，通過測量固體源的重量損失來計算固體源的P2O5耗失率。重量損失表明，在1050℃下的氮氣中磷的損失速率小于0.01％/時(見圖4)。當氣體改變成濕氧時，速率增加到1000℃下的0.7％/時。當濕氧化溫度從1000℃降低時，在濕氧中的該放出速度明顯下降，并當氧化溫度接近約630℃時，該速率接受在干氮氣中的速率(見圖5)。
在1050℃下摻雜30分鐘后，對每一濕氧化溫度的在濕氧中玻璃膜厚度與時間的關系示為圖1。發(fā)現沉積玻璃膜的厚度在固定溫度下隨氧化時間而增加，同樣在固定時間下隨溫度升高而增加。所以本發(fā)明方法可通過選擇合適的氧化溫度和時間以在硅晶片的表面形成任何所需厚度的氧化物層。
這樣，采用在1050℃在氮氣中沉積約30分鐘，并接著在800℃濕氧化約2小時就可達到約4000的所需玻璃膜厚度。在800℃下，隨源在蒸汽中的時間增加，其均勻性快速下降。結果通常優(yōu)選較低的氧化溫度，即約775℃。
為增加薄膜電阻率的均勻性，將濕氧化溫度人800℃降到775℃，氧化時間從約2小時增加到約3小時。如圖1所示，這種改變導致約4000的所需玻璃膜厚度。該薄膜電阻率的均勻性得到明顯改進，如圖2A和2B所示。甚至在775℃下的蒸汽中11小時后，所得的摻雜硅晶片的均勻性才下降2％以內(圖2A清楚表明)。這對在低于775℃下進行的其它濕氧化也是如此。
在圖3中，對每一濕氧化溫度均畫出薄膜電阻率與在蒸汽中的時間關系圖。在775℃下的濕氧化得到的平均電阻率為5-6歐姆/方，它處于某些發(fā)射極擴散的優(yōu)選范圍內。
已發(fā)現，在775℃下濕氧化約5小時可形成厚度超過約5100的玻璃膜。但是較厚的玻璃膜是以薄膜電阻率(在約6.3歐姆/方范圍內)為代價的。據信較高的薄膜電阻率是來自含磷硅的更多的氧化，因此減少了在p/n結上存在的活性磷的量。認為在1050℃下增加沉積的持續(xù)時間并接著在上述條件下于約775℃進行濕氧化可形成厚的氧化物層，而仍保持合格的均勻性。
最近的試驗表明，除PhosPlusTR-470摻雜源外，含高百分數偏磷酸鋁固體摻雜源也可有效地用于本發(fā)明方法中。如下面所述，偏磷酸稀土可用于本發(fā)明方法中。偏磷酸鑭(La(PO3)3)摻雜源是通過在975℃下燒制3個100mm PhosPlusTP-250(主要為五磷酸鹽LaP5O14)摻雜源約16小時，然后在約1050℃下再燒制2小時而制備的。高溫使五磷酸鹽轉化為偏磷酸鹽。對2英寸直徑五磷酸釹(NdP5O14)和五磷酸釓(GdP5O14)源進行類似的燒制，將其轉化為相應的偏磷酸鹽((Nd(PO3)3和Gd(PO3)3)。使用2英寸直徑的偏磷酸鉺(Er(PO3)3)和偏磷酸鐠(Pr(PO3)3)源也進行了試驗，基于在起始燒制期間的重量損失數據認為是偏磷酸鹽形式。
對上述偏磷酸稀土源，在約1050℃(對Er(PO3)3是1100℃)的N2中老化之前和之后進行稱重，以得重量損失率。然后在濕氧(通過95℃去離子水的鼓泡氧)中老化之前和之后對其稱重，以得另一重量損失率。計算在775℃濕氧中的和在1050℃(對Er源為1100℃)的氧中的重量損失比(g/hr/英寸2表面積)以確定濕氧對P2O5放出率的影響。結果列于表1。
表1
*在1100℃中老化，而不是在1050℃中老化。
重量損失比為5-28，當在本發(fā)明方法中使用時，有更低比的摻雜源將更可能滿意實施?；谟邢薜脑囼?，Er、Nd、Pr和Gd的偏磷酸鹽比偏磷酸鋁(重量損失比約為5.0)更不耐濕氧，而偏磷酸鑭與偏磷酸鋁有大約相同的耐濕氧性。
每一個源都用于在N2中于1050℃下摻雜硅晶片45分鐘，以得到薄膜電阻率和沉積的膜厚度。然后該源用于在1050℃下摻雜硅45分鐘，接著在濕氧中于775℃下氧化3小時，以得到薄膜電阻率和氧化硅晶片的膜厚度。最后，該源再一次用于在氮中于1050℃下摻雜硅45分鐘，以查看沉積的膜厚度是如何隨源暴露于濕氧中而發(fā)生變化。結果列于表2。
表2
從表2看出，對所有源在N2中摻雜時，其沉積玻璃膜厚度平均約為590。當源用于濕氧中后在N2中摻雜時，其平均膜厚度約為530。膜厚度下降60認為是小的，并且表明甚至當摻雜源在濕氧中保持3-6小時后，該摻雜源可繼續(xù)有效摻雜硅。
所測量的薄膜電阻率約為5-6歐姆/方。這些薄膜電阻率在用單一源在1050℃下沉積45分鐘所預計的范圍內。(當僅用單一源摻雜硅時，薄膜電阻率通常比用3個或4個源的情況下高些)。
在1050℃下沉積45分鐘并接著在775℃濕氧中氧化3小時期間，所有硅晶片均生長大約相同的玻璃量。薄膜厚度平均為3960。摻雜和氧化的硅晶片的薄膜電阻率約為6歐姆/方，這也在使用單一源所預計的范圍內。這些實驗數據表明，偏磷酸稀土摻雜源在干氮中和偏磷酸稀土源在濕氧低溫氧化中產生的結果與偏磷酸鋁源的結果相似。
本發(fā)明也提供了一種快速氧化硅晶片的方法。通常，在775℃蒸汽中經3小時后，在未摻雜的硅晶片上的氧化物厚度為小于1000。當在1050℃下摻雜后在775℃的濕氧或熱解蒸汽中進行氧化時，對同樣的氧化時間，其氧化物厚度可增加到4000。因為硅表面用磷(活性和非活性)高摻雜，所以氧化速率在低溫下非常高，因此與未摻雜的硅相比縮短了所需的氧化時間。用氣體摻雜時也可出現這種高的氧化速率，但出版的文獻如S.Wolf和R.Tauber的Silican Processingfor the VLSI Era(晶格通訊1986)，卷1，214頁中似乎未表明以固體源已摻雜的硅那樣的高的氧化速率。
雖然不希望受限于理論，但在775℃下氧化速率的明顯增加可部分歸因于摻雜磷的硅表面的氧化速率的提高。該氧化速率的快速增加也可部分與已在高溫沉積循環(huán)中摻雜的硅晶片表面中經常存在的電非活性的磷有關。
本發(fā)明已由在界定條件下產生特定結果的方法進行了描述。預計其它沉積溫度、氧化溫度、和其它反應條件也會產生一定范圍的薄膜電阻率和氧化物厚度。
在全部說明書中，當針對本發(fā)明的特性(如溫度、壓力、時間等)界定一定范圍的條件或一組物質時，本發(fā)明也涉及和明確包括每一特定項及其中各分范圍或分組的組合。任何給定的范圍或組要理解為是涉及各范圍和各組的每個項的簡化方式以及其中包括的每個可能的分范圍或分組的簡化方式；同樣是其中任一分范圍或分組的簡化方式。
雖然已詳細描述本發(fā)明的特定實施方案，但要理解在不偏離本發(fā)明和所附權利要求的實質下可由本領域技術人員作出各種改變。
權利要求
1.一種摻雜硅晶片方法，它包括下列步驟在第一溫度下，以與固體磷摻雜源呈有間距的形式放置硅晶片達足夠時間，以在晶片表面上沉積含磷層；在低于第一溫度的第二溫度下，用濕氧化法氧化該摻雜的硅晶片；在氧化步驟期間保持硅晶片與固體磷摻雜源呈有間距的形式。
2.權利要求1的方法，還包括下列步驟選擇第一和第二溫度，以使在第一溫度下固體磷摻雜源放出P2O5，并且第二溫度明顯低于第一溫度，以在氧化步驟期間能降低從固體磷摻雜源的P2O5的放出。
3.權利要求2的方法，其中第二溫度選為小于或等于約900℃。
4.權利要求3的方法，其中第二溫度選為約600-900℃。
5.權利要求1的方法，還包括下列步驟選擇第一溫度，以使固體磷摻雜源放出P2O5；選擇比第一溫度明顯低的第二溫度，以在氧化步驟期間降低從固體磷摻雜源的P2O5的放出。
6.權利要求5的方法，其中第二溫度低于或等于約900℃。
7.權利要求6的方法，其中第二溫度選為約600-900℃。
8.權利要求1的方法，其中保持硅晶片與固體磷摻雜源是有間距形式的步驟包括以緊靠近和基本平行于固體磷摻雜源的方式放置硅晶片的步驟。
9.權利要求1的方法，還包括下列步驟在氧化步驟期間，保持硅晶片緊靠近和基本平行于固體磷摻雜源。
10.權利要求9的方法，還包括下列步驟選擇第一和第二溫度，以使在第一溫度下固體磷摻雜源放出P2O5，并且第二溫度明顯低于第一溫度，以在氧化步驟期間能降低從固體磷摻雜源的P2O5的放出。
11.權利要求10的方法，其中第二溫度選為約600-900℃。
12.權利要求1的方法，還包括下列步驟從用濕氧氧化和用熱解蒸汽氧化中選擇濕氧化方法。
13.權利要求12的方法，其中用濕氧氧化包括用通過去離子水鼓泡的氧氧化。
14.權利要求1的方法，還包括下列步驟選擇在高溫下會分解的固體摻雜源。
15.權利要求14的方法，還包括下列步驟從偏磷酸鋁摻雜源、偏磷酸稀土摻雜源、和五磷酸稀土摻雜源中選擇固體摻雜源。
16.一種摻雜硅晶片的方法，它包括下列步驟在一定溫度下保持硅晶片與用于P2O5蒸汽相沉積的固體磷摻雜源以蒸汽相相通足夠的時間，以在硅晶片的表面上形成一層n-型導電層；在第二溫度下，用選自濕氧和熱解蒸汽的氧化劑氧化摻雜的硅晶片足夠的時間，以在硅晶片的表面上形成有預定厚度的氧化物層，該第二溫度明顯低于第一溫度，以在氧化步驟期間能降低從固體摻雜源的P2O5的放出速率，同時保持硅晶體與固體摻雜源的蒸汽相相通。
17.權利要求16的方法，其中第二溫度選為約600-900℃。
18.權利要求17的方法，其中氧化步驟在775℃下進行約3小時，以在硅晶片的表面上形成厚度約為4000的氧化物層。
19.權利要求16的方法，還包括下列步驟選擇在高溫下會分解的固體摻雜源，該摻雜源選自偏磷酸鋁摻雜源、偏磷酸稀土摻雜源、和五磷酸稀土摻雜源。
20.一種摻雜硅晶片的方法，它包括下列步驟在一定溫度下，保持硅晶片與用于蒸汽相沉積P2O5的固體磷摻雜源呈緊靠近足夠的時間，以在硅晶片的表面上形成一層n-型導電層；在第二溫度下用選自濕氧和熱解蒸汽的氧化劑氧化摻雜的硅晶片，該第二溫度低于第一溫度；在氧化步驟期間，保持硅晶片與固體摻雜源呈緊靠近狀態(tài)。
21.權利要求20的方法，還包括下列步驟選擇第二溫度明顯低于第一溫度，以在氧化步驟期間明顯降低從固體摻雜源的P2O5的放出。
22.權利要求21的方法，其中第二溫度選為約600-900℃。
23.權利要求21的方法，其中氧化步驟是在第二溫度下進行足夠的時間，以在硅晶片的表面上形成預定厚度的氧化物層。
24.權利要求23的方法，其中氧化步驟是在第二溫度下進行足夠的時間，以在硅晶片的表面上形成厚度約為4000的氧化物層。
25.權利要求20的方法，還包括下列步驟選擇在高溫下會分解的固體摻雜源，該摻雜源選自偏磷酸鋁摻雜源、偏磷酸稀土摻雜源、和五磷酸稀土摻雜源。
26.一種摻雜硅晶片的方法，它包括下列步驟在第一溫度下，以與固體磷摻雜源呈有間距的形式放置硅晶片達足夠時間，以在晶片的表面上沉積含磷層；在低于第一溫度的第二溫度下，用濕氧化法氧化摻雜的硅晶片；在氧化步驟期間保持硅晶片與固體磷摻雜源呈有間距的形式。
27.權利要求26的方法，還包括下列步驟選擇第一溫度，以在沉積步驟期間使固體磷摻雜源能放出P2O5；選擇第二溫度明顯低于第一溫度，以在氧化步驟期間降低從固體磷摻雜源的P2O5的放出。
28.權利要求27的方法，其中第二溫度選為小于或等于約900℃。
29.權利要求28的方法，其中第二溫度選為約600-900℃。
30.權利要求26的方法，其中保持硅晶片與固體磷摻雜源呈有間距形式的步驟包括保持硅晶片呈緊靠近和基本平行于固體磷摻雜源的方式。
31.權利要求26的方法，還包括下列步驟從用濕氧氧化和用熱解蒸汽氧化中選擇濕氧化方法。
32.權利要求31的方法，還包括下列步驟在氧化步驟期間，保持硅晶片呈緊靠近和基本平行于固體磷摻雜源的方式。
33.權利要求32的方法，還包括下列步驟選擇第一和第二溫度，以使在第一溫度下固體磷摻雜源放出P2O5，并且第二溫度明顯低于第一溫度，以在氧化步驟期間能降低從固體磷摻雜源的P2O5的放出。
34.權利要求33的方法，其中第二溫度為約600-900℃。
35.權利要求26的方法，還包括下列步驟從偏磷酸鋁摻雜源、偏磷酸稀土摻雜源、和五磷酸稀土摻雜源中選擇固體摻雜源。
36.一種在硅晶片上生長氧化物層的方法，它包括下列步驟在足以明顯降低固體磷源的P2O5放出速率的溫充下濕氧化摻雜的硅晶片，并在濕氧化步驟期間，保持固體磷源與硅晶片的蒸汽相相通。
37.權利要求36的方法，其中濕氧化溫度選為小于或等于約900℃。
38.權利要求37的方法，其中濕氧化溫度選為約600-900℃。
39.權利要求36的方法，其中濕氧化步驟還包括下列步驟使摻雜的硅晶片暴露于選自濕氧和熱解蒸汽的氧化劑中。
40.權利要求36的方法，還包括下列步驟選擇濕氧化步驟的溫度和時間，足以在摻雜硅晶片的表面上形成有預定厚度的氧化物層。
41.權利要求40的方法，其中濕氧化溫度選為約600-900℃。
42.權利要求41的方法，其中濕氧化步驟在約775℃下進行3小時。
43.權利要求36的方法，還包括下列步驟通過與在固體摻雜源以蒸汽相相通的方式下加熱硅晶片形成摻雜的硅晶片。
44.權利要求43的方法，還包括下列步驟從偏磷酸鋁摻雜源、偏磷酸稀土摻雜源、和五磷酸稀土摻雜原中選擇固體摻雜源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種摻雜硅的方法，它包括在第一溫度下以與固體磷摻雜源呈有間距的形式放置硅晶片達足夠時間，以在晶片的表面上沉積含磷層，接著在低于第一溫度的第二溫度下，用濕氧或熱解蒸汽氧化摻雜的硅晶片。在氧化步驟期間，該硅晶片保持與固體磷摻雜源呈有間距的方式。選擇溫度使在第一溫度下固體磷摻雜源放出P
文檔編號H01L21/225GK1432192SQ01810210
公開日2003年7月23日 申請日期2001年3月22日 優(yōu)先權日2000年3月29日
發(fā)明者J·E·拉普, R·B·亙斯基 申請人:特克尼格拉斯公司