CN102605433A - 一种消除掺氮直拉单晶硅片中原生氧沉淀的方法 - Google Patents

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马向阳
徐泽
杨德仁
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Abstract

本发明公开了一种消除掺氮直拉单晶硅片中原生氧沉淀的方法，包括：在纯度大于99.99％的氩气气氛下，对掺氮直拉单晶硅片进行快速热处理，然后自然冷却；其中，所述快速热处理的升温速率为10-100℃/s，快速热处理的最高温度为1200-1250℃，掺氮直拉单晶硅片在最高温度下维持30-150s。该方法能够快速、有效地消除掺氮直拉单晶硅片中的原生氧沉淀，从而抑制硅片在后续热处理中产生氧化诱生层错，具有工艺简单、热预算低的特点，特别适用于初始氧浓度为6×1017-1.1×1018cm-3、氮掺杂浓度为2×1014-4×1015cm-3的掺氮直拉单晶硅片。

Description

一种消除掺氮直拉单晶硅片中原生氧沉淀的方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种消除掺氮直拉单晶硅片中原生氧沉淀的方法。
背景技术
直拉硅片是集成电路的基础材料。在硅片经过复杂的工艺被加工成晶圆的过程中会经历多步热氧化过程，即硅片在900～1200℃时在氧气气氛中处理1-3小时。在此过程中有可能产生氧化诱生层错(OSF)。OSF经常出现在硅片的有源区，因而会对晶圆的性能产生显著影响。当OSF贯穿p-n结结合处时，将大量的增加复合电流，因而在结间产生明显的漏电流。由于很多MOS器件(如：DRAM和CCD)却要求很低的漏电流以确保元件能够稳定可靠的工作。在MOS电容器中OSF则会降低动态记忆元件的刷新特性。
热氧化过程中OSF生成过程如下：经过热氧化的硅片会在表面形成一层二氧化硅氧化层，由于二氧化硅的体积比硅大，因而二氧化硅的形成过程中体积膨胀会释放出间隙硅原子，这些间隙的硅原子会扩散进入硅片晶格中，并在特定的位置中停留。如果在硅片表面有机械损伤或沾污，则会诱使自间隙原子在该处聚集，形成层错；如果硅片近表面有氧沉淀的存在，则自间隙硅原子则会以氧沉淀为核心聚集形成层错。机械损伤和沾污可通过工艺改进以及内吸杂等有效控制，因而消除原生氧沉淀对OSF的影响成为了抑制OSF生产的主要内容。
近年来，掺氮直拉单晶硅(NCZ)由于具有高吸杂能力、空洞型缺陷易消除以及高机械强度等优点而备受关注。通常而言，由于氮对氧沉淀具有显著的促进作用，NCZ硅片具有更多的原生氧沉淀。因此，NCZ硅片在氧化过程中更容易产生OSF。
目前，消除原生氧沉淀的主要办法是通过高温(1200℃)长时间退火(2小时以上)，以使硅片中的原生氧沉淀溶解。这种工艺需要在较高温度下长时间退火，热预算和时间预算都较高。因而，能否开发一种能够快速消除掺氮直拉单晶硅片中原生氧沉淀的工艺，以抑制OSF的产生，具有实际意义。
发明内容
本发明提供了一种消除掺氮直拉单晶硅片中原生氧沉淀的方法，该方法能够快速、有效地消除掺氮直拉单晶硅片中的原生氧沉淀，从而抑制硅片在后续热处理中产生氧化诱生层错，具有热预算低的特点，特别适用于初始氧浓度为6×1017-1.1×1018cm-3、氮掺杂浓度为2×1014-4×1015cm-3的掺氮直拉单晶硅片。
一种消除掺氮直拉单晶硅片中原生氧沉淀的方法，包括：在纯度大于99.99％的氩气气氛下，对掺氮直拉单晶硅片进行快速热处理，然后自然冷却。
所述掺氮直拉单晶硅片的初始氧浓度可以为6×1017-1.1×1018cm-3。
所述掺氮直拉单晶硅片的氮掺杂浓度可以为2×1014-4×1015cm-3。
优选地，所述快速热处理的升温速率为10-100℃/s，快速热处理的最高温度为1200-1250℃，掺氮直拉单晶硅片在最高温度下维持30-150s。
更优选地，所述的掺氮直拉单晶硅片在最高温度下维持的时间为60-150s。
本发明中，通过控制快速热处理(RTP)的温度和持续时间可以有效消除掺氮直拉单晶硅片中的原生氧沉淀。快速热处理的温度越高、持续时间越长则原生氧沉淀被消除得越彻底。试验结果证明，采用本发明方法处理的掺氮直拉单晶硅片，经热处理后表面光滑平整，没有氧化诱生层错形成。
与现有工艺相比，本发明具有以下有益效果：
(1)能够快速、有效地消除掺氮直拉单晶硅片中的原生氧沉淀，相比现有工艺消融效果更加明显，从而能有效抑制硅片在后续热处理中产生氧化诱生层错。
(2)工艺简单，热预算显著降低，仅需快速热处理几十秒至一百多秒。
(3)特别适用于初始氧浓度为6×1017-1.1×1018cm-3、氮掺杂浓度为2×1014-4×1015cm-3的掺氮直拉单晶硅片。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的掺氮直拉单晶硅片经择优腐蚀后的表面光学显微镜照片，其中，(a)图为经RTP处理的掺氮直拉单晶硅片，(b)图为作为对比的原生硅片。
图2为本发明实施例2制得的掺氮直拉单晶硅片经择优腐蚀后的表面光学显微镜照片，其中，(a)图为经RTP处理的掺氮直拉单晶硅片，(b)图为作为对比的原生硅片。
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)将初始氧浓度为1.1×1018cm-3、氮浓度为2.0×1014cm-3的掺氮直拉单晶硅片在高纯氩气(纯度大于99.99％)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，然后切断电源，使硅片自然冷却；同时以同种原生硅片做对比样品。
(2)将经步骤(1)处理的硅片和对比样品在氧气气氛下于1100℃退火80分钟。
图1为本实施例制得的硅片表面经择优腐蚀后的光学显微镜照片。
从图1可以看出，经RTP处理的硅片(a)表面光滑平整，没有氧化诱生层错(OSF)形成；而对比样品(b)则有OSF生成。
实施例2
(1)将将初始氧浓度为6×1017cm-3、氮浓度为4×1015cm-3的掺氮直拉单晶硅片在高纯氩气(纯度大于99.99％)气氛下快速热处理(RTP)，其条件为：以20℃/秒的速度升温至1200℃，维持120秒，然后切断电源，使硅片自然冷却；同时以同种原生硅片做对比样品。
(2)将经步骤(1)处理的硅片和对比样品在氧气气氛下于1100℃退火180分钟。
图2为本实施例制得的硅片表面经择优腐蚀后的光学显微镜照片。
从图2可以看出，经RTP处理的硅片(a)表面光滑平整，没有氧化诱生层错(OSF)形成；而对比样品(b)则有OSF生成。

Claims (5)

1.一种消除掺氮直拉单晶硅片中原生氧沉淀的方法，包括：在纯度大于99.99％的氩气气氛下，对掺氮直拉单晶硅片进行快速热处理，然后自然冷却。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述掺氮直拉单晶硅片的初始氧浓度为6×1017-1.1×1018cm-3。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述掺氮直拉单晶硅片的氮掺杂浓度为2×1014-4×1015cm-3。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述快速热处理的升温速率为10-100℃/s，快速热处理的最高温度为1200-1250℃，掺氮直拉单晶硅片在最高温度下维持30-150s。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的掺氮直拉单晶硅片在最高温度下维持的时间为60-150s。
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