CN116516458B - 本征吸杂硅片的制备方法及本征吸杂硅片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种本征吸杂硅片的制备方法及本征吸杂硅片，该本征吸杂硅片的制备方法包括：将P型硅抛光片通过导线与直流电源的正极连接，将N型硅抛光片通过导线与直流电源的负极连接；分别将N型硅抛光片和P型硅抛光片浸入电解液中，并接通直流电源进行电化学腐蚀，在P型硅抛光片表面制备得到纳米多孔硅层；将制备有纳米多孔硅层的P型硅抛光片暴露在空气中，得到本征吸杂硅片。本发明在P型硅抛光片表面制备纳米多孔硅层，利用纳米多孔硅层的多孔结构，同时暴露在空气中形成致密的氧化层，从而形成良好的强吸杂中心，步骤简单，成本低，且纳米多孔硅层的孔隙的大小及密度好控制。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种本征吸杂硅片的制备方法及本征吸杂硅片。
背景技术
本征吸杂在硅晶圆制造过程中发挥着重要的作用，可以将工艺过程(硅外延生长工艺、器件工艺)中引入的金属杂质“钉扎”在吸杂中心，降低金属杂质对器件性能的影响。
现有技术中，通常在制作出硅抛光片后，采取退火工艺在硅片近表面形成(1-3um)的本征吸杂中心。但该工艺对吸杂中心的大小及密度较难控制，因此制造得到的硅片质量有待提高。
发明内容
本发明实施例提供了一种本征吸杂硅片的制备方法及本征吸杂硅片，以解决现有中本征吸杂中心制备技术中，吸杂中心的大小及密度不好控制的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种本征吸杂硅片的制备方法，包括：
将P型硅抛光片通过导线与直流电源的正极连接，将N型硅抛光片通过导线与直流电源的负极连接；
分别将N型硅抛光片和P型硅抛光片浸入电解液中，并接通直流电源进行电化学腐蚀，在P型硅抛光片表面制备得到纳米多孔硅层；
将制备有纳米多孔硅层的P型硅抛光片暴露在空气中，得到本征吸杂硅片。
可选的，将制备有纳米多孔硅层的P型硅抛光片暴露在空气中，得到本征吸杂硅片，包括：
对制备有纳米多孔硅层的P型硅抛光片进行化学机械抛光，得到平坦化的硅片；
对平坦化的硅片进行一次漂洗和甩干，得到本征吸杂硅片。
可选的，对平坦化的硅片进行一次漂洗和甩干，包括：
将平坦化的硅片置于兆声清洗机中清洗；其中，去离子水循环流量为3L/min～7L/min，兆声发生器频率为800kHz～900kHz，水温为20℃～30℃，清洗时长为30min～60min；
将清洗完成的硅片放入甩干机中甩干；甩干机的旋转速度为360r/min，甩干时长为5min～10min。
可选的，在对制备有纳米多孔硅层的P型硅抛光片进行化学机械抛光，得到平坦化的硅片之前，将制备有纳米多孔硅层的P型硅抛光片暴露在空气中，得到本征吸杂硅片还包括：
对制备有纳米多孔硅层的P型硅抛光片进行二次漂洗和甩干。
可选的，一次漂洗和甩干与二次漂洗和甩干的工艺条件相同。
可选的，方法还包括：
对本征吸杂硅片进行外延生长，得到本征吸杂硅外延片。
可选的，对本征吸杂硅片进行外延生长，包括：
硅片布置：将本征吸杂硅片置于腔体内；腔体持续通入恒定流量的载气，流量为60标准升/min，腔体压力恒定；
吹扫：温度650℃～700℃；
升温：将温度升高至1000℃～1100℃；
烘烤：温度保持1000℃～1100℃，通入0.5标准升/min～2标准升/min的HCl气体对本征吸杂硅片进行气抛；
吹扫：温度990℃～1090℃；
沉积；温度90℃～1090℃，通入6标准升/min～10标准升/min的TCS气体和30标准毫升/min～270标准毫升/min的掺杂气体，进行硅外延生长；生长速率为2.5μm/min～4μm/min；
吹扫：温度990℃～1090℃；
降温：温度降低至650℃～700℃。
可选的，电解液为50％的氢氟酸溶液；
直流电源的电压为24V～36V；
电化学腐蚀时的电流密度为10mA/cm2～100mA/cm2；
直流电源的通电时长为5min～20min。
可选的，纳米多孔硅层的表面深度为1um～3um，纳米多孔硅层中孔隙的大小为10nm～30nm。
第二方面，本发明实施例提供了一种本征吸杂硅片，采用如第一方面的实施例提供的征吸杂硅片的制备方法制备得到。
本发明实施例提供一种本征吸杂硅片的制备方法及本征吸杂硅片，该本征吸杂硅片的制备方法包括：将P型硅抛光片通过导线与直流电源的正极连接，将N型硅抛光片通过导线与直流电源的负极连接；分别将N型硅抛光片和P型硅抛光片浸入电解液中，并接通直流电源进行电化学腐蚀，在P型硅抛光片表面制备得到纳米多孔硅层；将制备有纳米多孔硅层的P型硅抛光片暴露在空气中，得到本征吸杂硅片。本发明实施例中在P型硅抛光片表面制备纳米多孔硅层，多孔结构有利于金属杂质向纳米多孔结构扩散。进一步的，纳米多孔硅层暴露在空气中会在表面形成致密的氧化层，使得多孔结构形成良好的强吸杂中心。上述方法步骤简单，成本低，同时纳米多孔硅层的孔隙大小及密度好控制，也即吸杂中心的大小和密度好控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种本征吸杂硅片的制备方法的实现流程示意图；
图2是本发明实施例提供的纳米多孔硅层的制备装置示意图；
图3是本发明实施例提供的一种外延生长的流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本方案保护的范围。
本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含，并不仅限于文中列举的示例。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述：
图1为本发明实施例提供的一种本征吸杂硅片的制备方法的实现流程示意图。参照图1，本发明实施例提供了一种本征吸杂硅片的制备方法，包括：
S101：将P型硅抛光片通过导线与直流电源的正极连接，将N型硅抛光片通过导线与直流电源的负极连接；
S102：分别将N型硅抛光片和P型硅抛光片浸入电解液中，并接通直流电源进行电化学腐蚀，在P型硅抛光片表面制备得到纳米多孔硅层；
S103：将制备有纳米多孔硅层的P型硅抛光片暴露在空气中，得到本征吸杂硅片。
采用电解液(例如，氢氟酸电解液)对硅片进行电化学腐蚀，在阳极电流密度较小的情况下，可以得到一层与明亮抛光面不同的，具有无数纳米量级的硅柱的多孔结构的硅薄膜，孔隙均匀分布。纳米多孔硅由于多孔结构的存在，局部应力较大，且固溶度较高，有利于金属杂质向多孔结构扩散，是良好的吸杂中心。同时，本发明实施例中还将制备有纳米多孔硅层的P型硅抛光片暴露在空气中，多孔结构比表面积大，表面激活能较高，在空气中暴露会在纳米多孔硅层表面形成致密的薄层氧化层，使得孔隙成为强吸杂中心，进而得到本征吸杂硅片。
图2示出了纳米多孔硅层的制备装置图。通过调节电解液的浓度、电流密度及通电时长等，可精确控制纳米多孔硅层的表面深度、孔隙大小及孔隙密度，因而使得吸杂中心的大小及密度可精确控制。同时，该方法步骤简单，无需进行退火等操作，且成本低，大大降低了本征吸杂硅片的制造难度及成本。
在一种可能的实施方式中，S103可以包括：
S1031：对制备有纳米多孔硅层的P型硅抛光片进行化学机械抛光，得到平坦化的硅片；
S1032：对平坦化的硅片进行一次漂洗和甩干，得到本征吸杂硅片。
由于电化学腐蚀得到的纳米多孔硅层表面不够平整，因此，本发明实施例中对制备有纳米多孔硅层的P型硅抛光片，得到平坦化的硅片。继而通过清洗甩干去除化学机械抛光后孔隙中残留的硅纳米颗粒等杂质。同时，在这个过程中，纳米多孔硅层暴露在空气中，形成强吸杂中心。
具体的，化学机械抛光具体为对制备有纳米多孔硅层的P型硅抛光片交替进行电化学腐蚀和机械摩擦，从而得到全面平坦化的P型硅抛光片表面。其中，化学机械抛光过程中用到的抛光材料具体可以包括：抛光垫、抛光液、蜡、陶瓷片等。
在一种可能的实施方式中，S1032可以包括：
1、将平坦化的硅片置于兆声清洗机中清洗；其中，去离子水循环流量为3L/min～7L/min，兆声发生器频率为800kHz～900kHz，水温为20℃～30℃，清洗时长为30min～60min；
2、将清洗完成的硅片放入甩干机中甩干；甩干机的旋转速度为360r/min，甩干时长为5min～10min。
为清除孔隙中的纳米硅颗粒，先进行漂洗再甩干，全面清除孔隙中的纳米硅颗粒，且不留水分。兆声清洗机及甩干机的参数可根据实际应用需求设置。
例如，清洗时长可根据纳米多孔硅层的厚度设置。纳米多孔硅层越厚，则孔隙可能越深，纳米硅颗粒可以藏的更深，需要更长的清洗时长清除深层的杂质。其他参数在此不再赘述。
需要说明的，在漂洗和甩干过程中，可将平坦化的硅片置于聚四氟乙烯材质的试验花篮中，再放入兆声清洗机和甩干机中，避免损坏硅片。
在一种可能的实施方式中，在S1031之前，S103还可以包括：
S1033：对制备有纳米多孔硅层的P型硅抛光片进行二次漂洗和甩干。
为保证硅片的质量，可以纳米多孔硅层制备完成后进行二次漂洗和甩干(一次和二次并不限定顺序)，清除纳米多孔硅层的杂质。
在一种可能的实施方式中，一次漂洗和甩干与二次漂洗和甩干的工艺条件可以相同。
由于一次漂洗和甩干与二次漂洗和甩干针对同一纳米多孔硅层，均用于清除孔隙及表面的杂质，因此工艺条件可以相同。
在一种可能的实施方式中，上述方法还可以包括：
S104：对本征吸杂硅片进行外延生长，得到本征吸杂硅外延片。
本发明实施例中，还可以对本征吸杂硅片进行外延生长，得到具有强吸杂中心的本征吸杂硅外延片，用于进一步制造各种半导体元件。
在一种可能的实施方式中，S104可以包括：
硅片布置：将本征吸杂硅片置于腔体内；腔体持续通入恒定流量的载气，流量为60标准升/min，腔体压力恒定；
吹扫：温度650℃～700℃；
升温：将温度升高至1000℃～1100℃；
烘烤：温度保持1000℃～1100℃，通入0.5标准升/min～2标准升/min的HCl气体对本征吸杂硅片进行气抛；
吹扫：温度990℃～1090℃；
沉积；温度90℃～1090℃，通入6标准升/min～10标准升/min的TCS气体和30标准毫升/min～270标准毫升/min的掺杂气体，进行硅外延生长；生长速率为2.5μm/min～4μm/min；
吹扫：温度990℃～1090℃；
降温：温度降低至650℃～700℃。
具体流程参考图3。上述工艺中各个参数的设置可根据实际应用需求设定，在此不做限制，仅用于得到性能良好的外延片。
在一种可能的实施方式中，电解液可以为50％的氢氟酸溶液；
直流电源的电压可以为24V～36V；
电化学腐蚀时的电流密度可以为10mA/cm2～100mA/cm2；
直流电源的通电时长可以为5min～20min。
基于以上工艺，在一种可能的实施方式中，纳米多孔硅层的表面深度可以为1um～3um，纳米多孔硅层中孔隙的大小可以为10nm～30nm。
具体的，可通过调节电解液的浓度、直流电源的电压、电流密度及通电时长等调节纳米多孔硅层的深度及孔隙大小，从而得到不同规格的本征纳米多孔硅片。
下面结合具体实施例对上述方法进行详细说明。
1、纳米多孔硅层制备
参考图2，电解池为聚四氟乙烯材质的容器，电解液为溶度50％的氢氟酸溶液，直流电源的电压为36V。直流电源的正极通过导线，由聚四氟乙烯材质的夹子将导线触点铜片与P型硅抛光片连接；直流电源的负极通过导线，同样由聚四氟乙烯材质的夹子将导线触点铜片与N型硅抛光片连接。将P型硅抛光片和N型硅抛光片分别浸入电解液中，打开直流电源，电流密度50mA/cm2，通电15min，在P型硅抛光片表面获得3um表面深度的纳米多孔硅层，孔隙大小为20nm，且均匀分布。
2、漂洗
将制备有纳米多孔硅层的P型硅抛光片装入聚四氟乙烯材质的试验花篮中，并将花篮连同硅片放入具有去离子水循环系统的兆声清洗机中清洗。去离子水循环流量为5L/min，兆声发生器频率为850kHz，水温为25℃，清洗时长为45min。
3、甩干
将试验花篮和硅片取出，放入甩干机中甩干。甩干机旋转速度为360r/min，甩干时长为10min。
4、化学机械抛光
对甩干后的硅片交替进行化学腐蚀和机械摩擦，得到全面平坦化的P型硅抛光片表面。
5、漂洗
将抛光后的硅片装入聚四氟乙烯材质的试验花篮中，并将花篮连同硅片放入具有去离子水循环系统的兆声清洗机中清洗。去离子水循环流量为5L/min，兆声发生器频率为850kHz，水温为25℃，清洗时长为45min。
6、甩干
将试验花篮和硅片取出，放入甩干机中甩干。甩干机旋转速度为360r/min，甩干时长为10min。
7、外延生长
参考图3，腔体中持续通入恒定流量的载气(H2)，流量为60标准升/min，腔体压力恒定，为755Torr。(1)700℃吹扫；(2)升温至1100℃；(3)通入0.5标准升/min的HCl气体，1100℃烘烤；(4)1090℃吹扫；(5)通入6标准升/min的TCS气体和200标准毫升/min的掺杂气体，1090℃外延生长，生长速率为2.5μm/min；(6)1090℃吹扫；(7)降温至700℃，得到本征吸杂硅外延片。
本发明实施例还提供了一种本征吸杂硅片，采用如上述实施例提供的本征吸杂硅片的制备方法制备得到，成品质量好，成本低，制备简单。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种本征吸杂硅片的制备方法，其特征在于，包括：
将P型硅抛光片通过导线与直流电源的正极连接，将N型硅抛光片通过导线与所述直流电源的负极连接；
分别将所述N型硅抛光片和所述P型硅抛光片浸入电解液中，并接通所述直流电源进行电化学腐蚀，在所述P型硅抛光片表面制备得到纳米多孔硅层；
将制备有纳米多孔硅层的P型硅抛光片暴露在空气中，得到本征吸杂硅片；
对所述本征吸杂硅片进行外延生长，得到本征吸杂硅外延片；
所述纳米多孔硅层的表面深度为1um~3um，所述纳米多孔硅层中孔隙的大小为10nm~30nm。
2.如权利要求1所述的本征吸杂硅片的制备方法，其特征在于，所述将制备有纳米多孔硅层的P型硅抛光片暴露在空气中，得到本征吸杂硅片，包括：
对所述制备有纳米多孔硅层的P型硅抛光片进行化学机械抛光，得到平坦化的硅片；
对所述平坦化的硅片进行一次漂洗和甩干，得到所述本征吸杂硅片。
3.如权利要求2所述的本征吸杂硅片的制备方法，其特征在于，所述对所述平坦化的硅片进行一次漂洗和甩干，包括：
将所述平坦化的硅片置于兆声清洗机中清洗；其中，去离子水循环流量为3L/min~7L/min，兆声发生器频率为800kHz~900kHz，水温为20℃~30℃，清洗时长为30min~60min；
将清洗完成的硅片放入甩干机中甩干；所述甩干机的旋转速度为360r/min，甩干时长为5min~10min。
4.如权利要求2所述的本征吸杂硅片的制备方法，其特征在于，在所述对所述制备有纳米多孔硅层的P型硅抛光片进行化学机械抛光，得到平坦化的硅片之前，所述将制备有纳米多孔硅层的P型硅抛光片暴露在空气中，得到本征吸杂硅片还包括：
对所述制备有纳米多孔硅层的P型硅抛光片进行二次漂洗和甩干。
5.如权利要求4所述的本征吸杂硅片的制备方法，其特征在于，所述一次漂洗和甩干与所述二次漂洗和甩干的工艺条件相同。
6.如权利要求1所述的本征吸杂硅片的制备方法，其特征在于，所述对所述本征吸杂硅片进行外延生长，包括：
硅片布置：将所述本征吸杂硅片置于腔体内；所述腔体持续通入恒定流量的载气，流量为60标准升/min，腔体压力恒定；
吹扫：温度650℃~700℃；
升温：将温度升高至1000℃~1100℃；
烘烤：温度保持1000℃~1100℃，通入0.5标准升/min~2标准升/min的HCl气体对所述本征吸杂硅片进行气抛；
吹扫：温度990℃~1090℃；
沉积；温度90℃~1090℃，通入6标准升/min~10标准升/min的TCS气体和30标准毫升/min~270标准毫升/min的掺杂气体，进行硅外延生长；生长速率为2.5μm/min~4μm/min；
吹扫：温度990℃~1090℃；
降温：温度降低至650℃~700℃。
7.如权利要求1至6任一项所述的本征吸杂硅片的制备方法，其特征在于，
所述电解液为50%的氢氟酸溶液；
所述直流电源的电压为24V~36V；
电化学腐蚀时的电流密度为10mA/cm2~100mA/cm2；
所述直流电源的通电时长为5min~20min。
8.一种本征吸杂硅片，其特征在于，采用如权利要求1至7任一项所述的征吸杂硅片的制备方法制备得到。
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