CN1008452B - 制备单晶硅片表面完整层的新途径 - Google Patents
制备单晶硅片表面完整层的新途径Info
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Abstract
本发明属于集成电路用半导体材料的制备技术。发明人利用中子辐照氢气氛下区熔单晶硅。经切、磨、抛后,硅片实行两次热处理的方法,获得单晶硅片由于体内氢沉淀造成的表面完整层,为集成电路用硅材料提供了新的可能途径。
Description
本发明属于集成电路用半导体材料的制备技术。
直到现在人们还普遍认为,区熔单晶硅适用于功率器件和探测器,直拉单晶硅才适用于集成电路。因为区熔单晶硅难以获得硅片表面完整层。经查,未见区熔单晶硅片表面完整层制备的有关报导。
直拉单晶硅表面完整层的制备虽已多见报导,但由于直拉硅工艺具有辅助材料多,硅纯度低,不适于中子辐照嬗变掺杂,其硅片热处理时间较长等缺点。
为克服直拉单晶硅的不足,寻求集成电路用单晶硅材料的多种来源,本发明人利用中子辐照氢气氛下区熔生长单晶硅,经切磨、抛后再进行两步热处理,从而获得了单晶硅片表面完整层。(见照片1)。为集成电路用单晶硅材料提供了可能的新途径。
制备区熔(氢)硅单晶片表面完整层主要途径是:按照已有拉制<111>,<100>区熔单晶硅的方法,将国标一级多晶硅通过在氢气氛下一次区熔整形,二次成晶,其电阻率保持在500~1000欧姆·厘米范围。在成晶过程中可实行后冷(加后冷线圈);或后热(单晶拉断后,不降功率保温5~30分钟);或常规工艺。将拉好的单晶硅送去中子辐照。辐照的通量和时间以满足将电阻率由500~1000欧姆·厘米降至5~15欧姆·厘米为宜。由于硅中含有其天然分布均匀的同位素30Si,在中子辐照下经下述核反应:
可以获得分布均匀的31P。31P作为施主原子使电阻率降至5至15欧姆·厘米。其断面电阻率不均匀度<5%。恰好满足集成电路用单晶硅的电学要求。可能由于一方面区熔(氢)单晶硅中存在大量的Si-H键,另一方面在中子嬗变掺杂时,晶格受到辐照损伤而产生晶格畸变。Si-H键断裂温度(300~550℃)又小于晶格畸变恢复温度(650°~850℃),所以在随后的热处理过程中,可能尚未恢复的晶格畸变区正好成为Si-H键断裂后氢沉淀的形核中心。由于形核中心多而弥散,使硅中的氢无法聚集长大成φ形氢致缺陷,而形成高度弥散的微缺陷-氢沉淀(104~105个/cm2)。氢沉淀的内吸除效应可使硅片表面形成50~150μm的表面完整层。
实验表明,经后冷或后热或常规氢气氛下区熔后,通过中子辐照嬗变掺杂,再经切、磨、抛后,将硅片在大气或氮气氛下先进行温度为200~500℃,保温时间为0.5~2小时的低温热处理后,再进行温度为700~900℃保温时间为0.5~4小时高温处理;或者先进行高温处理,再进行低温处理;或者先高温后低温再高温,温度为700~1000℃保温时间为0.5~2小时的第三次热处理,均能获得表面完整层。较好的方法是在大气下高温处理其温度为800~850℃,保温时间为1~2小时,再低温处理,温度为400~450℃保温时间为0.5~1小时。最佳方法是:在氢气氛下区熔拉断后,不降功率保持5~30分钟的后热处理,以提高硅片热处理后氢沉淀的密度。拉成的单晶硅经中子辐照后,切、磨、抛成硅片。先进行850℃,保温2小时的高温处理,降至常温后再进行450℃,保温30分钟的低温处理,即可获得较理想的表面完整层。
Claims (3)
1、具有表面完整层的单晶硅片的制备方法,它是在氢气氛下以区熔方法拉制的单晶硅经电阻率由500~1000欧姆·厘米降至5~15欧姆·厘米的中子辐照,再经切、磨、抛后在空气或氮气氛下热处理,其特征在于先低温、后高温或先高温、后低温,条件为400~450℃、0.5~1小时和800~850℃、1~2小时的两步热处理。
2、如权利要求1所述的方法,其特征在于两步热处理条件为450℃、0.5小时和850℃、2小时。
3、如权利要求1~2所述的方法,其特征在于两步热处理的最佳次序是先实行高温后实行低温处理。
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CN1325702C (zh) * | 2006-04-26 | 2007-07-11 | 天津市环欧半导体材料技术有限公司 | 区熔气相掺杂太阳能电池硅单晶的生产方法 |
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1985
- 1985-04-01 CN CN 85100856 patent/CN1008452B/zh not_active Expired
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