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CN102168314B - 直拉硅片的内吸杂工艺 - Google Patents

直拉硅片的内吸杂工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种直拉硅片的内吸杂工艺，包括：(1)在氮气氛下，将直拉硅片以50～100℃/秒的速率升温至1200～1250℃，维持30～150秒，然后以5～50℃/秒的速率冷却至800～1000℃，接着自然冷却；(2)将经步骤(1)处理后的直拉硅片在氩气氛下于800～900℃退火8～16小时。本发明仅包含两步热处理工艺，所需温度和时间比现有工艺的要低，热预算显著降低；另外体微缺陷的浓度和洁净区宽度可以很方便地通过第一步快速热处理的温度、时间和冷却速率得到控制。

Description

直拉硅片的内吸杂工艺
技术领域
本发明涉及一种硅片吸杂工艺，尤其涉及一种直拉硅片的内吸杂工艺。
背景技术
直拉硅片是集成电路的基础材料，其根本原因之一在于直拉硅片具有与氧沉淀相关的内吸杂能力。集成电路在制造过程中会不可避免的遭遇金属沾污，若器件有源区的金属沾污不能被消除，集成电路的制造成品率将显著下降。为了解决这一问题，通常使硅片体内形成高密度的氧沉淀及其诱生缺陷(这一区域称为体微缺陷区)；而使硅片近表面区(即：器件的有源区)不形成氧沉淀(这一区域称为洁净区)。如上所述的硅片体内氧沉淀及其诱生缺陷起着吸收器件有源区中金属沾污的作用，这就是所谓的内吸杂。通常，把使直拉硅片中形成洁净区和体微缺陷区的热处理工艺称为内吸杂工艺。
目前，直拉硅片中的内吸杂工艺主要有两种。第一种是高温-低温-高温三步热处理法，即：首先，将硅片在1100～1200℃热处理数小时，使硅片近表面区的氧发生外扩散，使该区域的氧浓度降低，从而避免氧沉淀的形成，这一步热处理的目的是形成洁净区；然后，将硅片在600～800℃热处理数小时，使硅片体内的间隙氧原子发生团聚而形成氧沉淀核心，此时近表面区域氧浓度较低，间隙氧原子不容易团聚；最后，将硅片在1000-1100℃长时间(如：16小时)退火，使硅片体内的氧沉淀核心长大而形成氧沉淀及其诱生缺陷，此时硅片近表面区域不会形成氧沉淀。
第二种是美国MEMC公司提出的基于高温快速热处理的所谓“Magicdenuded zone(MDZ)”工艺，其典型的热处理步骤如下：首先，将硅片在氩气氛下1250℃快速热处理60秒，然后以一定的速率冷却。这一热处理步骤会在硅片体内形成高浓度的空位，而由于空位的外扩散，空穴浓度从硅片体内到表面逐渐降低到很低的浓度。然后，将硅片在800℃热处理4小时，此时，在硅片体内较高浓度的空位可显著促进氧沉淀的形核，而在硅片近表面区域则由于空位浓度较低而不会发生氧沉淀的形核；最后，将硅片在1000℃热处理16小时，此时，在硅片体内形成氧沉淀及其诱生缺陷，而在硅片近表面区不会形成氧沉淀。
相比之下，MEMC公司提出的MDZ工艺的热预算已经比传统的高温-低温-高温三步热处理工艺降低了很多。然而极大规模集成电路的工艺的热预算有不断降低的趋势，因而直拉硅片的内吸杂工艺也需要进一步降低。由于极大规模集成电路使用200mm和300mm硅片制造，因此，低热预算的内吸杂工艺对于200mm和300mm硅片而言更为重要。
发明内容
本发明提供了一种使直拉硅片形成近表面洁净区和体微缺陷区的内吸杂工艺，该工艺具有热预算低的特点，特别适合于200mm和300mm硅片。
一种直拉硅片的内吸杂工艺，包括：
(1)在氮气氛下，将直拉硅片以50～100℃/秒的速率升温至1200～1250℃，维持30～150秒，然后以5～50℃/秒的速率冷却至800～1000℃，接着自然冷却；
(2)将经步骤(1)处理后的直拉硅片在氩气氛下于800～900℃退火8～16小时。
所述的氮气浓度大于99.99％。
本发明中，通过控制快速热处理(RTP)的温度、持续时间、冷却速率可以控制体微缺陷的密度和洁净区的宽度。快速热处理的温度越高、持续时间越长和冷却速度越高，则体微缺陷的密度越高，而洁净区的宽度越小。反之，体微缺陷的密度越低，而洁净区的宽度越大。
与现有的内吸杂工艺相比，本发明具有以下有益的效果：
(1)热预算显著降低，仅包含两步热处理工艺，所需温度和时间比现有工艺的要低。
(2)体微缺陷的浓度和洁净区宽度可以很方便地通过第一步快速热处理的温度、时间和冷却速率得到控制。
附图说明
图1为实施例1得到的包含洁净区和体微缺陷区的直拉硅片经择优腐蚀后的截面光学显微镜照片。
图2为实施例3得到的包含洁净区和体微缺陷区的直拉硅片经择优腐蚀后的截面光学显微镜照片。
图3为实施例4得到的包含洁净区和体微缺陷区的直拉硅片经择优腐蚀后的截面光学显微镜照片。
具体实施方式
下面结合实施例和附图来详细说明本发明，但本发明并不仅限于此。
实施例1
(1)将直径为300mm，晶向为<100>，间隙氧浓度为8×1017cm-3的直拉硅片在高纯(纯度大于99.99％)氮气氛下快速热处理(RTP)，其条件为：以100℃/秒的速度升温至1250℃，维持60秒，然后以5℃/秒的速率冷却至800℃，其后切断电源，使硅片自然冷却；
(2)将经步骤(1)处理的硅片在氩气氛下于900℃退火8小时。
图1为实施例1处理后得到的硅片截面经择优腐蚀后的光学显微镜照片。从图1可以看出，在硅片近表面形成了无缺陷的洁净区，在其下方紧挨着一个密度的体微缺陷区，它将起着内吸杂的作用。
实施例2
(1)将直径为200mm，晶向为<100>，间隙氧浓度为8×1017cm-3的直拉硅片在高纯氮气氛下快速热处理(RTP)，其条件为：以100℃/秒的速度升温至1200℃，维持120秒，然后以50℃/秒的速率冷却至1000℃，其后切断电源，使硅片自然冷却；
(2)将经步骤(1)处理的硅片在氩气氛下于900℃退火16小时。
实施后的效果与例1的相似，硅片中包含洁净区和体微缺陷区。
实施例3
(1)将直径为300mm，晶向为<100>，间隙氧浓度为9×1017cm-3的直拉硅片在氮气氛下快速热处理(RTP)，其条件为：以100℃/秒的速度升温至1200℃，维持150秒，然后以5℃/秒的速率冷却至1000℃，其后切断电源，使硅片自然冷却；
(2)将经步骤(1)处理的硅片在氩气氛下于900℃退火16小时。
图2为实施例3后得到的硅片截面经择优腐蚀后的光学显微镜照片。从图2可以看出，在硅片近表面形成了无缺陷的洁净区，在其下方紧挨着一个密度的体微缺陷区，它将起着内吸杂的作用。
实施例4
(1)将直径为200mm，晶向为<100>，间隙氧浓度为7.5×1017cm-3的直拉硅片在高纯氮气氛下快速热处理(RTP)，其条件为：以100℃/秒的速度升温至1250℃，维持30秒，然后以5℃/秒的速率冷却至800℃，其后切断电源，使硅片自然冷却；
(2)将经步骤(1)处理的硅片在氩气氛下于800℃退火16小时。
实施后的效果与例1的相似，硅片中包含洁净区和体微缺陷区。
图3为实施例4处理后得到的硅片截面经择优腐蚀后的光学显微镜照片。从图3可以看出，在硅片近表面形成了无缺陷的洁净区，在其下方紧挨着一个密度的体微缺陷区，它将起着内吸杂的作用。

Claims (2)

1.一种直拉硅片的内吸杂工艺，包括：
(1)在纯度大于99.99％的氮气氛下，将直拉硅片以50～100℃/秒的速率升温至1200～1250℃，维持30～150秒，然后以5～50℃/秒的速率冷却至800～1000℃，接着自然冷却；
(2)将经步骤(1)处理后的直拉硅片在氩气氛下于800～900℃退火8～16小时。
2.根据权利要求1所述的内吸杂工艺，其特征在于，所述的直拉硅片直径为200～300mm。
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