CN117888205A - 一种重掺磷直拉硅片的内吸杂工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重掺磷直拉硅片的内吸杂工艺，属于半导体技术领域。所述内吸杂工艺包括：(1)将重掺磷直拉硅片置于保护气氛下在1100～1280℃条件下高温预处理20～120min，冷却至室温得到预处理硅片；(2)将预处理硅片置于保护气氛下在550～950℃条件下进行低温普通热处理。本发明提供的内吸杂工艺仅依赖重掺磷硅片内部的磷浓度，通过形成SiP沉淀进行内吸杂，可以有效地解决重掺磷硅片氧沉淀难以形成或氧沉淀内吸杂结构吸杂能力较弱的问题，可以在较低的热预算下形成具有良好吸杂能力的内吸杂结构。相比传统的氧沉淀吸杂结构，本发明与集成电路的工艺兼容性更好，能够极大的缩短热处理时间，减少企业成本。

Description

一种重掺磷直拉硅片的内吸杂工艺

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种重掺磷直拉硅片的内吸杂工艺。

背景技术

在现代集成电路制造领域，由于器件结构的复杂化和多样化以及器件的特征线宽不断缩小，硅片需要经受更长时间、更多道工序的加工与热处理。器件的金属互联通常需要使用Al、Cu等金属材料，在此过程中硅片难免会出现被金属沾污的情况。若金属沾污发生在器件的有源区内，将会造成器件性能的显著下降甚至完全失效。

为了消除金属沾污带来的不利影响，工业界目前普遍使用的是氧沉淀内吸杂工艺，即通过控制硅片内部氧沉淀的行为使得氧沉淀仅在硅片内部大量形成并诱生大量二次缺陷，而在近表面(一般几十微米内)则不形成氧沉淀即所谓的洁净区。这种工艺既可以不破坏器件制备区域硅基体的完整性，又可以在内部引入大量的微缺陷。由于氧沉淀及其诱生缺陷周围存在大量的悬挂键可以与金属杂质发生键合从而束缚自由的金属离子，这样的结构可以将有源区里的金属杂质钉扎在硅片内部而维持近表面有源区的完成性，达到内吸杂的目的。

较早使用的“高低高”三步氧沉淀内吸杂工艺包括：1)在1100～1250℃高温处理1～8小时使得硅片内部的间隙氧原子充分外扩散，在近表面区域形成低氧浓度区域；2)在650～800℃低温处理4～16小时，使得硅片内部过饱和的间隙氧原子充分形成氧沉淀核心；3)在1000℃高温处理16～32小时，使得硅片内部氧沉淀核心迅速长大形成高密度的氧沉淀并诱生大量的二次缺陷。上述“高低高”三步热处理通常在氩气或氮气为主的保护性气氛下进行。研究表明经该工艺处理后硅片的内吸杂能力强烈依赖于硅中原始的间隙氧浓度，当硅中间隙氧浓度显著降低时，该工艺制备出来的内吸杂结构通常难以满足生产实际的吸杂需求(Kajiwara K,et al.physica status solidi,2019,216(17):1900272.)。

上世纪90年代末，美国MEMC公司提出了基于快速热处理(RTP：Rapid ThermalProcess)的内吸杂工艺，称为魔幻洁净区工艺(MDZ：Magic Denuded Zone)。该工艺通过快速升温与快速冷却过程使得硅片中的空位浓度呈现内部高表面低的分布趋势，进而在后续热处理过程中可以促进内部氧沉淀的形成而抑制边缘氧沉淀的形成从而形成氧沉淀的内吸杂结构。该工艺优点为：不受初始氧浓度的影响，通常能够形成更宽的洁净区，而且不需要经过第一步高温长时间热处理显著降低了热预算，因而被企业界广泛采用。其典型工艺步骤有：1)在氩气气氛下100℃/s的速率升温至1150～1280℃并维持60秒左右，随后以10～50℃/s左右的速率快速冷却，通过这一步骤可以使得硅片中形成内部高表面低的空位分布趋势；2)在氩气氛下800℃处理4～8小时，以形成大量的氧沉淀核心；3)在氩气氛下1000℃处理16～32小时，使硅片体内氧沉淀核心长大，形成高密度的氧沉淀及其诱生缺陷。

然而随着晶圆尺寸的增大，晶体生长热历史延长，硅片热历史显著影响“MDZ”工艺，使得此类硅片内部氧沉淀密度下降而降低其吸杂能力。故对于大尺寸硅片，“MDZ”工艺之前一般需要一步短时间的高温热处理以消除热历史的影响，这无疑又增加了内吸杂工艺的热预算(马向阳,王剑,高超等.大直径直拉硅片的一种内吸杂工艺[P].2017.)。

近年来随着功率器件的需求增大，以及为了应对特征线框缩小带来的日益严峻的CMOS闩锁效应，对于重掺磷衬底片的需求随之提升。为了降低衬底功耗或避免衬底寄生电阻或寄生三极管现象，产业界一般要求重掺磷衬底的电阻率越低越好。有研究表明大尺寸重掺磷硅晶体在生长过程中，磷杂质将与石英坩埚反应从而降低晶体内部溶解的间隙氧原子浓度。且随着掺杂浓度升高，这种现象愈发显著(Scala R,et al.Journal of CrystalGrowth,2020,548:125820.)。因此，在大尺寸重掺磷硅中，当硅中氧浓度发生十分显著的下降时，传统的“低高”两步氧沉淀内吸杂工艺将难以形成满足实际生产实际的内吸杂结构(Porrini M,et al.Crystal Research and Technology,2014,49(8):564-569.)。此外，我们在研究中发现：对于大尺寸重掺磷直拉硅片(一般电阻率小于5mΩ·cm)，传统的“MDZ”工艺难以形成内吸杂结构；“高低高”三步工艺虽然可以实现内吸杂的效果，但由于其需要在1000℃下长时间保温16～32小时，为企业的生产带来了极大的负担。而且一旦提升硅中掺杂的磷浓度导致硅中溶解的氧含量发生显著下降，基于氧沉淀内吸杂的“高低高”三步热处理工艺也必然无法使用。

因此，到目前为止大尺寸重掺磷直拉硅片的内吸杂亟需一套不依赖于氧沉淀的可靠解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对重掺磷直拉硅片的内吸杂工艺，以解决因重掺磷硅片中氧沉淀难以形成或氧沉淀吸杂能力较弱导致目前普遍使用的氧沉淀内吸杂工艺无法满足实际生产需求的问题，并且可以有效地减少内吸杂工艺的热预算。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种重掺磷直拉硅片的内吸杂工艺，包括以下步骤：

(1)将重掺磷直拉硅片置于保护气氛下在1100～1280℃条件下高温预处理20～120min，冷却至室温得到预处理硅片；

(2)将预处理硅片置于保护气氛下在550～950℃条件下进行低温普通热处理。

所述的保护气氛为氩气气氛或者氮气气氛。

步骤(1)与步骤(2)中的高温或者低温热处理一般在石英炉管中进行，升降温速率不超过15℃/分。

本发明中，首先对重掺磷直拉硅片进行高温预处理以消除原生沉淀，然后经低温普通热处理在硅片内部孕育和生长磷沉淀核心以形成高密度的磷沉淀及其诱生缺陷。本发明基于重掺磷硅片中过饱和的磷杂质在低温下热处理析出的磷沉淀进行内吸杂。不同于常规的基于氧沉淀的内吸杂工艺，本发明的内吸工艺中利用重掺磷硅单晶中的磷沉淀及其诱生缺陷作为内吸杂中心，从而解决了重掺磷硅片中氧沉淀难以形成导致吸杂能力不足的缺点，极大的缩短了热处理时间，并大幅提高了重掺磷硅片的内吸杂能力。

具体的，步骤(1)中，将重掺磷硅片置于保护气氛下进行高温短时间预处理，以消除原生沉淀。

大直径重掺磷直拉硅单晶由于晶体生长的热历史很长，因此在原生晶体中往往存在较多的原生氧沉淀与原生磷沉淀并产生压应力与释放大量的自间隙硅原子。研究表明，若不进行第一步的高温预处理，则不能充分消融这些原生沉淀，原生沉淀的存在会抑制后续热处理工艺中磷沉淀的形成，导致吸杂能力不足。相较不经过第一步高温预处理的样品，第一步高温预处理可以显著促进后续低温阶段磷沉淀的析出。

在本发明中，高温预处理是不可或缺的，高温预处理的温度愈高，所需的热处理时间愈短，对磷沉淀的促进效果也愈显著。作为优选，所述高温预处理的温度为1200～1280℃，热处理时间为20～60min。更为优选，在1250℃条件下热处理30min。

步骤(2)中，将高温预处理后的硅片进行保护气氛下的低温普通热处理，在重掺磷硅片内部以孕育和生长磷沉淀，形成高密度的磷沉淀及其诱生缺陷，并在硅片近表面形成一定宽度的洁净区。

研究表明，本发明的内吸杂工艺中的步骤(2)所涉及的低温普通热处理的温度区间广泛可达550-950℃，该温度条件下均能够在硅片上形成表面洁净区和内部高密度的磷沉淀及其诱生缺陷。

本发明中低温普通热处理可以采用恒温单步长时间热处理，也可以采用分步恒温热处理，例如先在较低温度形核再在较高温度下生长，或不同低温处理工艺相互叠加等。

针对恒温单步长时间热处理，处理条件如下：当所述低温普通热处理的温度为550～750℃，热处理时间为32～128小时；当所述低温普通热处理的温度为750～950℃，热处理时间为4～32小时。在上述工艺条件下可以实现高密度的磷沉淀。

作为优选，所述低温普通热处理的温度为650～850℃，在此区间内磷沉淀析出所需的热处理时间适中，且密度足够高。热处理时间为8～32小时。

针对分步恒温热处理，可采用“低高”两步法，即在550-950℃温度区间内，在一个较低的温度(比如550～650℃)下短时间热处理以孕育磷沉淀核心，然后再在一个较高温度(比如750～950℃)下热处理使得磷沉淀核心快速长大。采用“低高”两步法可以在更短时间、更低热预算的前提下形成相同的结构。具体处理条件如下：低温普通热处理分两步进行，第一步：550～650℃热处理4～64小时；第二步：750～950℃热处理4～16小时。

作为优选，所述低温普通热处理分两步进行，第一步：650℃热处理4小时；第二步：750℃热处理16小时，或者850℃热处理8小时，或者950℃热处理4小时。

利用本发明的工艺可以在重掺磷硅片内部形成大量的磷沉淀及其诱生缺陷，并在硅片近表面形成一定宽度的洁净区。与传统的氧沉淀内吸杂工艺相比，不论是“低高”两步退火工艺、“高低高”三步退火工艺，还是“MDZ”工艺，本发明的工艺可以显著提升大尺寸重掺磷硅片的内吸杂能力并显著减低热预算。

所述重掺磷硅片的电阻率≤5mΩ·cm(磷原子掺杂浓度大于1.2×10¹⁹cm^-3)。进一步的，重掺磷硅片的电阻率低于4mΩ·cm(磷原子掺杂浓度大于1.6×10¹⁹cm^-3)。更进一步的，所述重掺磷硅片的电阻率介于0.9～2mΩ·cm(磷原子掺杂浓度3.4-8.6×10¹⁹cm^-3)之间。

所述重掺磷硅片的直径≥150mm。进一步的，所述重掺磷硅片的直径200～300mm。

对于大尺寸重掺磷直拉硅片而言，本发明的内吸杂工艺中的步骤(1)所涉及的高温预处理必要的，且对于原生缺陷显著的重掺磷硅片第一步高温预处理的温度与时长需适当增加以充分消融绝大多数的原生缺陷。提升温度与延长时间对磷沉淀的促进效果将在实施例中得到充分的体现。本发明中步骤(2)所涉及低温热处理温度范围为550-950℃，可以采用恒温单步长时间热处理可采用分步恒温热处理，此类低温处理工艺均能够在高温预处理后的重掺磷硅片中形成高密度磷沉淀，相应的低温工艺将在实施例中得到充分的体现。

进一步的，所述内吸杂工艺吸除的杂质包括铜离子等常见金属杂质。本发明的具体实施例显示利用本发明的内吸杂工艺形成的内吸杂结构可以将硅片表面的铜离子吸附束缚于内部的磷沉淀周围，实现内吸杂的效果。

本发明具备的有益效果：

本发明提供的内吸杂工艺仅依赖重掺磷硅片内部的磷浓度，而不依赖硅中的氧浓度，通过在重掺磷硅中大量形成SiP沉淀进行内吸杂。本发明创造性地利用重掺磷硅片中的磷沉淀进行内吸杂，可以有效地解决重掺磷硅片氧沉淀难以形成或氧沉淀内吸杂结构吸杂能力较弱的问题，可以在较低的热预算下形成具有良好吸杂能力的内吸杂结构。相比传统的氧沉淀吸杂结构，本发明与集成电路的工艺兼容性更好，能够极大的缩短热处理时间，减少企业成本。

附图说明

图1为实施例1中经1250℃/30min高温预处理随后在650℃/32h热处理后重掺磷硅片截面腐蚀形貌的光学显微照片；注：硅片近表面无择优腐蚀坑，而内部存在大量的择优腐蚀坑，表明该工艺能够形成内吸杂结构，进一步的可以认为洁净区中没有磷沉淀，体内微缺陷区域含有高密度磷沉淀及其诱生缺陷。

图2为实施例1中经1250℃/30min高温预处理随后在650℃/32h热处理后重掺磷硅片中磷沉淀的典型透射电镜形貌；注：透射电镜观测到硅片内部缺陷仅为磷沉淀而无氧沉淀。

图3为对比例1中经650℃/32h热处理后重掺磷硅片截面腐蚀形貌；注：无明显择优腐蚀坑，表明此时硅片内部磷沉淀没有显著形成。

图4为实施例2中经不同高温预处理再在650℃/32h热处理后重掺磷硅片上微缺陷密度的变化曲线；注：微缺陷密度为统计值，通过测量截面上6个不同区域内缺陷密度并求其平均值。

图5为实施例3中经1250℃高温预处理不同时间再在650℃/32h热处理后重掺磷硅片上的微缺陷密度的变化曲线；注：微缺陷密度为统计值，通过测量截面上6个不同区域内缺陷密度并求其平均值。

图6为实施例4中经1250℃/30min高温预处理随后在不同低温热处理后重掺磷硅片截面腐蚀形貌的光学显微照片；注：洁净区中没有磷沉淀，体内微缺陷区域含有高密度磷沉淀及其诱生缺陷。

图7为实施例5中经1250℃/30min高温预处理及650℃/4h成核后再在不同低温热处理后重掺磷硅片的截面腐蚀形貌；注：洁净区中没有磷沉淀，体内微缺陷区域含有高密度磷沉淀及其诱生缺陷。

图8为实施例5中经1250℃/30min高温预处理及650℃/4h成核后再在950℃/4h热处理后重掺磷硅片中磷沉淀的典型透射电镜形貌；注：透射电镜观测到硅片内部缺陷仅为磷沉淀而无氧沉淀。

图9为实施例6中经内吸杂工艺的硅片经铜沾污后样品的截面腐蚀形貌的光学显微照片；注：洁净区中没有磷沉淀与铜沉淀，体内微缺陷区域含有高密度磷沉淀、铜沉淀及其诱生缺陷。

图10为实施例6中经内吸杂工艺的硅片经铜沾污后样品经制样在透射电镜下观测到的典型磷沉淀内吸杂铜杂质的显微形貌(a)以及该缺陷周围磷元素(b)和铜元素(c)分布的Mapping照片。

图11为对比例2中经经典“MDZ”热处理工艺后重掺磷硅片截面腐蚀形貌；注：无明显择优腐蚀坑，表明此时硅片内部氧沉淀没有显著形成。

图12为对比例3中经经典“低高”两步热处理工艺后重掺磷硅片截面腐蚀形貌；注：存在少量的择优腐蚀坑，表明此时硅片内部氧沉淀只有少量形成。

图13为对比例4中经经典“高低高”三步热处理工艺后重掺磷硅片截面腐蚀形貌；注：存在大量的择优腐蚀坑，表明此时硅片内部氧沉淀大量形成。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。以下实施例仅用于说明本发明，不用来限制本发明的适用范围。在不背离本发明精神和本质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所做的修改或替换，均属于本发明的范围。

下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。

下述实施例和对比例中采用的重掺磷直拉单晶硅片均为同一批次产品。

实施例1

本实施例提供了一种针对大直径重掺磷直拉单晶硅片的内吸杂工艺，包括以下步骤：

S1：将直径300mm、晶向为<100>、电阻率为1.2mΩ·cm的重掺磷直拉单晶硅片在氩气气氛下1250℃热处理30分钟后缓慢取出并在室温下冷却；

S2：将经步骤S1处理的硅片在氩气氛下650℃热处理32小时。

上述热处理在石英炉管中进行，升降温速率不超过15℃/分。

图1中展示的是实施例1处理后的硅片经蜡封、解理，用Yang 1腐蚀液(HF(49％):CrO₃(0.5M)＝1:1)在室温下腐蚀10min后，硅片截面上显现的洁净区和体微缺陷区的光学显微照片，从图中不难看出洁净区中无磷沉淀，而体微缺陷区中含有大量的磷沉淀及诱生缺陷。在硅片表面的洁净区宽度约17μm，宽度足够制备器件的有源区或进行外延加工。

图2中展示的是实施例1处理后的硅片内部典型的磷沉淀形貌，从图中不难看出此时硅中磷沉淀形貌为片状，有别于非晶相的氧沉淀，磷沉淀为结晶相。

对比例1

本对比例不做第一步高温热处理，其他同实施例1，具体如下：

采用与实施例1相同的直拉硅片，不做任何高温预处理，将硅片在氩气氛下650℃热处理32小时。

图3中展示的是对比例1处理后的硅片经择优腐蚀后截面上显现的光学显微照片，从图中不难看出不经第一步高温热处理的硅片在后续低温热处理中难以形成大量的磷沉淀。

实施例2

本实施例提供了一种针对大直径重掺磷直拉单晶硅片的内吸杂工艺，第一步采用不同的高温热处理，具体包括以下步骤：

S1：采用与实施例1相同的直拉硅片，分别在氩气气氛下1050-1280℃区间内6个不同温度下进行高温热处理120分钟，然后缓慢取出并在室温下冷却；

S2：将经步骤S1处理的硅片在氩气氛下650℃热处理32小时。

图4中展示的是实施例2处理后的硅片经蜡封、解理，用Yang 1腐蚀液(HF(49％):CrO₃(0.5M)＝1:1)在室温下腐蚀10min，并使用Olympus MX50光学显微镜统计样品截面上6个区域内的平均腐蚀坑密度与高温预处理温度的关系。从图中不难看出，高温预处理的温度越高，越有利于形成高密度的磷沉淀。

实施例3

本实施例提供了一种针对大直径重掺磷直拉单晶硅片的内吸杂工艺，第一步高温热处理采用不同时间，具体包括以下步骤：

S1：采用与实施例1相同的直拉硅片，在氩气气氛下1250℃分别热处理5、20、30、60、90、120、180、240分钟后缓慢取出并在室温下冷却；

S2：将经步骤S1处理的硅片在氩气氛下650℃热处理32小时。

图5中展示的是实施例3处理后的硅片经择优腐蚀后统计的截面上微缺陷密度与高温预处理时间的关系，从图中不难看出当热处理时间低于20min时高温预处理对磷沉淀的促进作用难以显现，而当热处理时间大于120min时，继续延长热处理时间不能进一步促进磷沉淀析出。

通过比较实施例1-3和对比例1的结果，证明了本发明的内吸杂工艺中的步骤S1所涉及的高温预处理是不可或缺的，且需要在高温下预处理达到足够时间才能够显示出高温预处理的作用。简而言之，高温预处理的温度愈高，所需的热处理时间愈短，对磷沉淀的促进效果也愈显著。

实施例4

本实施例提供了一种针对大直径重掺磷直拉单晶硅片的内吸杂工艺，第二步采用不同的低温热处理，具体包括以下步骤：

S1：采用与实施例1相同的直拉硅片，在氩气气氛下1250℃热处理30分钟后缓慢取出并在室温下冷却；

S2：将经步骤S1处理的硅片分别在氩气氛下550℃热处理128小时，750℃热处理32小时，850℃热处理16小时，950℃热处理8小时。

图6中展示的是实施例4处理后的硅片经择优腐蚀后截面上显现的洁净区和体微缺陷区的光学显微照片，从图中不难看出经不同的低温热处理均能够在硅片上形成表面洁净区和内部高密度的磷沉淀及其诱生缺陷。

实施例5

本实施例提供了一种针对大直径重掺磷直拉单晶硅片的内吸杂工艺，低温热处理采用低高两步处理，具体包括以下步骤：

S1：采用与实施例1相同的直拉硅片，在氩气气氛下1250℃热处理30分钟后缓慢取出并在室温下冷却；

S2：将经步骤S1处理的硅片在氩气氛下650℃热处理4小时；

S3：将经步骤S2处理的硅片在氩气氛下750℃热处理16小时，850℃热处理8小时，900℃热处理4小时，950℃热处理4小时。

图7中展示的是实施例5处理后的硅片经择优腐蚀后截面上显现的洁净区和体微缺陷区的光学显微照片，从图中不难看出经“低高”两步低温热处理能够在内部形成洁净区和高密度的磷沉淀及其诱生缺陷。相比于实施例1，可以在更短时间，更低热预算的前提下实现相同的结构。

图8中展示的是实施例5中硅片经650℃/4h成核后再经950℃/4h处理后的硅片内部典型的磷沉淀形貌，从图中不难看出此时硅中磷沉淀形貌为多面体状，有别于非晶相的氧沉淀，磷沉淀为结晶相。

对比实施例1，实施例4和实施例5在更短的时间内形成了洁净区与内部高密度磷沉淀及其诱生缺陷的结构。相比于传统的“MDZ”工艺或“低高”两步热处理工艺与“高低高”三步热处理工艺，本发明的技术路线可以不经1000℃热处理16小时即可在硅片内部形成高密度的缺陷，由此可见，本发明能够显著降低重掺磷直拉硅单晶内吸杂工艺的热预算。

实施例6

本实施例提供了一种针对大直径重掺磷直拉单晶硅片的内吸杂工艺，具体包括以下步骤：

S1：将直径300mm、晶向为<100>、电阻率为1.2mΩ·cm的重掺磷直拉单晶硅片在氩气气氛下1250℃热处理30分钟后缓慢取出并在室温下冷却；

S2：将经步骤S1处理的硅片在氩气氛下650℃热处理32小时；

S3：将经步骤S2处理的硅片表面旋涂一滴浓度为1mol/mL的Cu(NO₃)₂溶液，待表面硝酸铜溶液干透后将硅片在氩气氛下1000℃热处理3min并随炉冷却至室温后取出。

图9中展示的是实施例6处理后硅片经择优腐蚀后截面上显现的洁净区和体微缺陷区的光学显微照片，从图中不难看出经铜沾污后硅片仍能维持洁净区的结构，表面铜杂质成功被内部磷沉淀及其诱生缺陷吸除。

图10中展示的是实施例6处理后硅片内部缺陷的透射电镜微观形貌及其EDS元素mapping图像，从图中不难看出此时硅中磷沉淀形貌为片状，并将铜杂质束缚在磷沉淀周围，实现了内吸杂的效果。

对比例2

本对比例采用了经典的“MDZ”工艺，具体包括以下步骤：

S1：将直径300mm、晶向为<100>、电阻率为1.2mΩ·cm的重掺磷直拉单晶硅片置于快速热处理炉中，在氩气气氛下进行如下快速热处理：以100℃/秒的速率升温到1250℃并维持60秒，然后以平均50℃/秒的速率冷却至1000℃，再让硅片自然冷却；

S2：将经步骤S1处理的硅片在氩气氛下800℃热处理4小时；

S3：将经步骤S2处理的硅片在氩气氛下1000℃热处理16小时。

图11中展示的是对比例2处理后的硅片经择优腐蚀后截面上显现的光学显微照片，从图中不难看出对于重掺磷硅片，传统的“MDZ”工艺难以形成洁净区及高密度的沉淀的内吸杂结构。

对比例3

本对比例采用经典的“低高”两步工艺，具体包括以下步骤：

S1：将直径300mm、晶向为<100>、电阻率为1.2mΩ·cm的重掺磷直拉单晶硅片在干氧气氛下780℃热处理3小时；

S2：将经步骤S1处理的硅片在干氧气氛下1000℃热处理16小时。

图12中展示的是对比例3处理后的硅片经择优腐蚀后截面上显现的光学显微照片，从图中不难看出对于重掺磷硅片，传统的“低高”两步工艺虽然在表面形成了洁净区，但在硅片体内的微缺陷密度较低。

对比例4

本对比例采用经典的“高低高”三步工艺，具体包括以下步骤：

S1：将直径300mm、晶向为<100>、电阻率为1.2mΩ·cm的重掺磷直拉单晶硅片在氩气气氛下1250℃热处理120分钟后缓慢取出并在室温下冷却；

S2：将经步骤S1处理的硅片在氩气气氛下780℃热处理3小时；

S3：将经步骤S1处理的硅片在氩气气氛下1000℃热处理16小时。

图13中展示的是对比例4处理后的硅片经择优腐蚀后截面上显现的光学显微照片，从图中不难看出对于重掺磷硅片，传统的“高低高”三步工艺可以形成氧沉淀内吸杂结构。但是该工艺需要1000℃，16h的退火工艺，无疑增加热预算。而且一旦提升硅中掺杂的磷浓度导致硅中溶解的氧含量发生显著下降，基于氧沉淀内吸杂的“高低高”三步热处理工艺将不再适用。

Claims (10)

1.一种重掺磷直拉硅片的内吸杂工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将重掺磷直拉硅片置于保护气氛下在1100～1280℃条件下高温预处理20～120min，冷却至室温得到预处理硅片；

(2)将预处理硅片置于保护气氛下在550～950℃条件下进行低温普通热处理。

2.如权利要求1所述的重掺磷直拉硅片的内吸杂工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述高温预处理的温度为1200～1280℃，热处理时间为20～60min。

3.如权利要求1或2所述的重掺磷直拉硅片的内吸杂工艺，其特征在于，步骤(2)中，当所述低温普通热处理的温度为550～750℃，热处理时间为32～128小时；当所述低温普通热处理的温度为750～950℃，热处理时间为4～32小时。

4.如权利要求1或2所述的重掺磷直拉硅片的内吸杂工艺，其特征在于，步骤(2)中，所述低温普通热处理的温度为650～850℃，热处理时间为8～32小时。

5.如权利要求1或2所述的重掺磷直拉硅片的内吸杂工艺，其特征在于，步骤(2)中，所述低温普通热处理分两步进行，第一步：550～650℃热处理4～64小时；第二步：750～950℃热处理4～16小时。

6.如权利要求5所述的重掺磷直拉硅片的内吸杂工艺，其特征在于，步骤(2)中，所述低温普通热处理分两步进行，第一步：650℃热处理4小时；第二步：750℃热处理16小时，或者850℃热处理8小时，或者950℃热处理4小时。

7.如权利要求1所述的重掺磷直拉硅片的内吸杂工艺，其特征在于，所述重掺磷硅片的电阻率≤5mΩ·cm。

8.如权利要求1所述的重掺磷直拉硅片的内吸杂工艺，其特征在于，所述重掺磷硅片的直径≥150mm。

9.如权利要求8所述的重掺磷直拉硅片的内吸杂工艺，其特征在于，所述重掺磷硅片的直径200～300mm。

10.如权利要求1所述的重掺磷直拉硅片的内吸杂工艺，其特征在于，所述内吸杂工艺吸除的杂质包括铜离子。