CN1282231C - 一种直拉硅片的内吸杂工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明的直拉硅片内吸杂工艺，步骤如下：首先将热处理炉升温到600-800℃之间，利用氮气、氧气或氩气作为保护气，然后将硅单晶片缓缓放入热处理炉，再将热处理炉的温度以1-3℃/分的速度逐渐上升到1100-1200℃之间，并在该温度保温热处理2-16小时，最后，硅单晶片随热处理炉冷却至850℃温度以下，被缓缓取出热处理炉。本发明的直拉硅片内吸杂工艺与集成电路工艺相兼容，与通常的内吸杂工艺和MDZ工艺相比，它的热处理过程相对简单。同时形成的洁净区是真正的无缺陷区。

Description

一种直拉硅片的内吸杂工艺
技术领域
本发明涉及直拉硅片的内吸杂工艺。
背景技术
集成电路几乎都是利用直拉硅片制造的，其根本原因是由于直拉硅片中含有1018cm-3数量级的氧杂质，它一方面可以增强直拉硅片的机械强度，减少由于器件工艺热循环中导致的翘曲，从而不影响光刻工艺的套刻精度；另一方面通过适当的热处理过程氧杂质会在硅片体内沉淀并形成二次缺陷(BMD)，而在硅片近表面区域由于氧的外扩散形成无缺陷区域，通常称为洁净区(DZ)，这就是所谓的内吸杂工艺。硅片体内的缺陷区可以吸除器件制造工艺不可避免的金属沾污，而硅片近表面的洁净区可以作为集成电路的有源区，因而内吸杂工艺对集成电路成片率的提高具有重要的意义。
直拉硅片的内吸杂现象在1976年首次报道(1)，而内吸杂概念是在1977年提出的(2)。此后经过几年的研究提出了所谓的“高-低-高”三步退火的标准内吸杂工艺(3)，(4)，(5)。即：第一步在高于1100℃的温度下退火使硅片近表面区域的氧杂质外扩散以形成洁净区，这一步通常在惰性气氛下进行；第二步在低温(600-750℃)下退火，以在硅片体内形成氧沉淀的核心；第三步在中高温(1000-1100℃)下退火使得在第二步退火中形成的氧沉淀核心长大并形成二次缺陷。三步内吸杂工艺的热预算较大，且与集成电路的工艺兼容性较差。1997年美国的MEMC工艺提出了所谓的“魔幻洁净区”(Magic Denuded Zone，MDZ)工艺(6)，该工艺也是由三步热处理工艺组成，但与通常的内吸杂工艺不同的是，第一步是在1250℃左右的温度下进行快速热处理(RTP)，然后再经过低-高两步退火处理(典型的为800℃/4小时+1000℃/16小时)。MDZ工艺的最大优点是洁净区和体缺陷区的形成与硅片的热历史无关，且热预算比通常的内吸杂工艺小。但是，MDZ工艺的缺点是氧外扩散不显著，因而所谓的洁净区在随后的热处理中会产生微缺陷(7)。
参考文献：
(1)Rozgonyi，G.A.，et al.，J.Electrochem.Soc.123(1976)，1910.
(2)Tan，T.Y.，et al.，Appl.Phys.Lett.30(1977)，175.
(3)Nagasawa，et al.，Appl.Phys.Lett.37(1980)，622.
(4)Peibt，H.，et al.，Phys.Stat.Sol.，A 68(1981)，253.
(5)Tsuya，H.，et al.Japan.J.Appl.Phys.20(1981)，L31
(6)US Patent 5,994,761
(7)G.Kissinger.，et al.，Mater.Sci&Eng B73(2000)，106.
发明内容
本发明的目的是提出一种工艺过程简单、内吸杂效果优的直拉硅片内吸杂工艺。
本发明的直拉硅片内吸杂工艺，步骤如下：
首先将热处理炉升温到600-800℃之间，利用氮气、氧气或氩气作为保护气，然后将硅单晶片缓缓放入热处理炉，再将热处理炉的温度以1-3℃/分的速度逐渐上升到1100-120℃之间，并在该温度保温热处理2-16小时，最后，硅单晶片随热处理炉冷却至850℃以下，被缓缓取出热处理炉。
本发明的直拉硅片内吸杂工艺与集成电路工艺相兼容，与通常的内吸杂工艺和MDZ工艺相比，它的热处理过程相对简单。同时形成的洁净区是真正的无缺陷区。
附图说明
图1是普通直拉硅片采用本发明内吸杂工艺后的解理面缺陷分布的照片；
图2是掺氮直拉硅片采用本发明内吸杂工艺后的解理面缺陷分布的照片；
图3是普通直拉硅片另一实例的解理面缺陷分布的照片；
图4是掺氮直拉硅片另一实例的解理面缺陷分布的照片。
具体实施方式
选取8英寸普通直拉硅片(氩气保护生长)和掺氮直拉硅片(氮气保护生长)，电阻率为10-20欧姆.厘米，初始氧浓度为1-1.15×1018。首先将热处理炉升温到600℃，将上述普通直拉硅片和掺氮直拉硅片分别放入热处理炉中，然后以1℃/分的速度上升到1150℃并保温8小时。最后，硅单晶片随热处理炉冷却至350℃，取出热处理炉。为了验证洁净区是否存在真正的无缺陷区，将一部分经过上述热处理过的硅片再经历从350℃开始以1℃/分的速度上升到1000℃并保温16小时的热处理。所有的热处理都在氩气氛下进行。热处理后的硅片经解理并在Sirtl择优腐蚀液中腐蚀5分钟，然后用OLYMPUS MXS0型显微镜对解理面的缺陷分布情况进行观察拍照。
图1、图2分别是普通直拉硅片(CZ-Si)和掺氮直拉硅片(NCZ-Si)的解理面缺陷分布的照片。从图1和2可以看出，经过从600℃开始以1℃/分的速度上升至1150℃并保温8小时后，在CZ-Si和NCZ-Si中都形成了洁净(DZ)区和体微缺陷(BMD)区，表明本发明提出的内吸杂工艺对CZ-Si和NCZ-Si都适用，而发明的整个工艺过程显见比现有的工艺简单。
图3、图4分别是普通直拉硅片(CZ-Si)和掺氮直拉硅片(NCZ-Si)在经过上述第一步内吸杂工艺后，再经从300℃开始以1℃/分的速度上升至1000℃并保温16小时热处理的解理面缺陷分布的照片。从图3和图4中可以看出，在硅片近表面依然存在DZ区，只是宽度有所减小。即便如此，如此宽度的DZ区对于超大规模集成电路的有源区而言依然是足够的。

Claims (1)

1.一种直拉硅片的内吸杂工艺，其特征是步骤如下：
首先将热处理炉升温到600-800℃之间，利用氮气、氧气或氩气作为保护气，然后将硅单晶片缓缓放入热处理炉，再将热处理炉的温度以1-3℃/分的速度逐渐上升到1100-1200℃之间，并在该温度保温热处理2-16小时，最后，硅单晶片随热处理炉冷却至850℃以下，被缓缓取出热处理炉。
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