CN1632919A - 一种消除硅单晶片器件制作区原生坑缺陷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种消除硅单晶片器件制作区原生坑缺陷的方法。可用于消除硅单晶片表面的晶体原生颗粒缺陷，即消除硅单晶片器件制作区原生坑缺陷。本法以直拉法生长的硅单晶片为原始硅片，将低剂量重离子Ge⁺或Si⁺注入到原始硅片的表层中，使其非晶化，再用快速热退火或炉退火使硅片表面的非晶化层，固相外延、重新结晶，而消除其原生坑缺陷。本法成本低，可利用含有较多杂质的锗或硅材料为原料，避免了超过1200℃以上的高温工艺。

Description

一种消除硅单晶片器件制作区原生坑缺陷的方法

技术领域

本发明涉及离子注入及退火处理硅单晶片的工艺，更具体地说是一种消除硅单晶片制作区原生坑缺陷(COPs)的方法。

背景技术

直拉生长硅单晶片经一号液(SC-1)反复清洗后，用激光散射检测表面颗粒时，发现表面颗粒逐渐增加，这些颗粒不同于表面寻常沾污的颗粒，是晶体内的缺陷造成的，被定义为晶体原生颗粒缺陷(Crystal Originted particles)。仔细用SEM(Scanning electron microscope扫描电子显微镜)和AFM(atomic forcemicroscope，原子力显微镜)对这些颗粒观察，发现这些颗粒实际上是凹坑，尺寸在100-300nm的范围之内，这些凹坑确切的定义是晶体原生坑缺陷(CrystalOriginted pits，COPs)。

COPs是一种空位型缺陷，在1990年为日本三菱集团的Ryuta等人最先发现。它与晶体生长条件密切相关，系在晶体生长过程中，由空位聚集而成的。在一定的单晶生长速率下，由于空位和硅自间隙原子的扩散速率的不同，最终导致在单晶硅的横截面上，出现两个区域：内部为空位聚集的区域(称作D区)，外部为自间隙原子聚集的区域(称作A区)，中间为环形的氧化诱生层错(R-OiSF)隔开。内部的空位聚集区空位聚集的结果就导致许多空位型缺陷(称为D缺陷)的存在，包括COPs。而外部自间隙原子聚集的结果就产生许多间隙型缺陷，如A缺陷和B缺陷。COPs在经过清洗后，变成小坑，在激光扫描仪的图谱中，类似于颗粒，而它又是晶体生长时伴随热历史形成的，所以称作晶体原生颗粒。COPs因不同的揭示方法有不同的定义。激光散射看到的称为激光散射颗粒(Light Scattering Defects，LSD)；Secco腐蚀液(2份浓度为49％的HF+1份浓度为0.15M的K₂Cr₂O₇)腐蚀后在表面呈现流动图形，称为流动图形缺陷(Flow Pattern Defects，FPD)。

COPs对集成电路有危害性，ULSI(ultra large scale integration，特大规模集成电路)电路中MOS(金属氧化物半导体)器件的关键之一是栅氧化层。它有晶体管“心脏”之称，其质量与MOS的特性的可靠性密切相关。MOS硅集成电路需要有稳定的栅氧化物层，以承受较高的电压。随着电路集成度的提高，特征尺寸的缩小，必然导致栅极氧化层厚度越来越薄。目前ULSI栅极氧化层厚度已达10nm的量级。这样的氧化层厚度将承受很高的电场强度，氧化层的质量就更为重要，保证栅氧化物的完整性(Gate Oxide Integrity，GOI)成为提高ULSI成品率，电学参数的关键。

研究证明，COPs缺陷与栅极氧化物完整性(GOI)的破坏有直接关系。COPs等微缺陷的存在会导致氧化物的薄化和诱导应力的产生，影响栅极氧化物完整性，导致氧化物质量降低，耐击穿能力变差，以至影响集成电路的可靠性和成品率，比如COPs是导致栅极氧化物在4MV/cm左右失效的主要因素。图14a和图14b分别揭示了不同硅片上的FPD密度(流动图形缺陷密度)以及对应的GOI Yield(栅氧化物完整性的成品率)数值。

300mm直径的硅片主要面向特征尺寸在0.18μm以下的器件和电路，其中COP的尺寸与特征尺寸为同一数量级，具有更大的破坏力。

因此，COP等空位型缺陷的控制和消除就成为超大规模集成电路的核心问题，也是目前研究的热点之一。

在现有技术中，消除COPs的主要工艺有以下几种。

为了消除这种空洞型微缺陷对器件的影响，主要从四个方面进行工作，形成没有点缺陷聚集的硅片。这四种方法是：(1)完美拉制硅晶体，(2)退火工艺消除COPs，(3)外延技术，(4)fLASH！晶片。

所谓完美晶体是指晶体中不含有大于10nm的缺陷存在的原生硅晶体。在原生晶体中既没有空位型缺陷也没有间隙型缺陷产生，只是在后续的热处理过程中会产生几nm的氧沉淀。这种完美硅单晶需要在苛刻的生长条件下才能得到。在这种条件下，硅单晶中空位和自间隙原子的浓度几乎相等，致使在硅单晶凝固的过程中两种点缺陷相互结合，没有剩余点缺陷，从而形成完美的晶体结构。这样，无论是空位还是自间隙原子都没有在随后的工艺中达到过饱和状态，不能汇聚形成微缺陷。

一种生长完美的硅单晶的方法，是通过调整直拉硅单晶生长过程中的V/G的分布，其中V是单晶生长的拉速，G则是固液界面的温度梯度，使单晶在均匀的V/G＝临界值的条件下生长。通过合理设计温场和合理的拉速使得径向V/G的变化不能超过临界生长参数的±10％。在这种温场下，硅单晶中的点缺陷能够大量复合或外扩散，最后得到的硅单晶中剩余点缺陷的浓度最大值为1×10¹³cm^-3，不足以在后续的冷却过程中产生汇集和形成原生缺陷。

现在这种完美晶体是否会成为主流产品还值得考虑，因为有以下几个方面的制约。首先由于完美晶体只有在均匀的V/G＝临界值的条件才能生成。但是，径向温度从中心到边缘急剧变化(尤其是大直径硅单晶)，所以在温场设计方面有很大的困难。其次，这种晶体需要在很低的拉速下生长的，并且要求严格的控制生长参数，这就使生产率大大下降，而生产成本则大大提高。另外，从放肩到生长出完美单晶期间不可避免地产生约100-200mm的过渡缺陷区，造成材料的浪费。还有，如果拉速即使微小地偏离所需控制的范围，或者隔热部分等部分的老化，都会影响产品的生产率和合格率，即这种工艺对设备提出了非常苛刻的要求。直径越大，生长无缺陷硅单晶难度就会更大，它需要更低的拉速。总体上降低了合格硅片的生产率，另一方面大大的追加了成本的投入。

另外一种工艺是通过利用间隙原子外扩散的方法来制得无原生缺陷的硅单晶晶体。在这种工艺中，硅单晶是在间隙原子富集型的条件下生长的，并要求在高温区停留较长的时间。这种方法是利用高温下自间隙原子有很高的迁移速度，使得间隙原子从硅晶体的中心沿径向向边缘扩散，和外部的空位结合，成为表面的晶格原子。用些种工艺直拉200mm的单晶，在从熔点降到1050℃则需要30小时的时间，为了达到这一要求必须牺牲拉速，延长工艺时间，而且增加了单晶炉设计的复杂性。用这种方法生产300mm的硅单晶有待斟酌。由于用此种工艺所生产的硅单晶是间隙型，故此种晶片的内吸杂性能很差，因为其体内空位的缺乏不利于氧沉淀的形核和长大。因此，这种晶片必须要经过预先退火才能达到内吸杂的效果。这样无形中又增加了器件生成的成本，也是器件生产商所不愿意接纳的。

第二种消除COPs的方法是，利用退火工艺消除COPs。

利用退火工艺消除COPs，目前主要通过两种途径进行。一种工艺是通过马沸退火炉对硅片进行退火，另一种方法是通过高温快速退火炉(RTA)对硅片进行退火。

马沸退火炉退火一般是在氢气、氩气、氮气的气氛下进行，退火温度在1150-1300℃，时间为1-3小时。为了增加退火的效果，在硅单晶生长的过程中掺入氮，会明显降低COPs的大小。究其原因，主要是因为氮的掺杂降低了高温下空位的扩散系数，使原生硅片中的COPs尺寸明显降低，其大小在70-100nm之间，同样增加了常规退火工艺消除COPs的可行性。但是，这种工艺要硅片长时间在高温下停留，会造成硅片的翘曲，影响硅片的平整度。尤其对于300mm的硅片而言由于生长过程中热损小，以至其体内的微缺陷要比小直径的硅片的尺寸大，并且由于表面热应力的存在，高温退火容易引起滑移。

采用RTA法对硅片进行退火，其气氛也是H₂、Ar、N₂或者是H₂/Ar的混合气体，N₂/O₂的混合气体。温度控制在1150℃-1250℃之间，在1150℃-1250℃的高温下停留的时间一般控制在20秒～3分钟左右。RTA方法是通过在高温下重新建立硅片内空位与自间隙原子的平衡，促使空洞型原生缺陷在高温下溶解，即在高温下发出一个个的空位(与空洞型原生缺陷的形式相反)，使近表面的空位浓度达到饱和并迅速向外扩散，而体内的空位虽达到饱和，但由于高温停留时间较短没有扩散出体外，故此在硅片表面形成一层缺陷浓度很低的区域，而在体内则形成浓度较高的空位或空位团，提供了氧沉淀核心，有利于后续的内吸杂工艺的实施。此种方法最开始是用在器件生产工艺中的，尤其在内吸杂方面应用较广泛，通过这种工艺可以得到100μm的洁净区。虽然此法在硅片退火方面追加了成本，但是由于其工序时间较短与前一种退火工艺相比，其生产率更高。而且，它也可能同时达到内吸杂效果，简化器件生产工艺，所以越来越受到欢迎。虽然利用RTA法可以明显减小COPs的密度，但要彻底消除COPs还很难，所以需要在这方面进行大量的实验和研究。

第三种消除COPs的工艺是外延片技术

为了得到300mm或更大直径的硅片，前两种工艺在制备工艺上都有不足之处。现在大多数的器件生产商都倾向于使用外延片。而且外延片的每平方厘米的生产成本随着其直径的增加而减少，再加上其内在的优良特性，从而颇受DRAM(dynamicrandom access memory，动态随机存储器)生产商的青睐。

外延片是通过化学气相沉积等方法在硅单晶片表面沉积生长一层优良的同质硅层，以覆盖晶片中的原生缺陷，包括COPs和位错等。外延层需要有足够的厚度才能覆盖所有的原生缺陷，以便得到完整，无缺陷的外延层，对于CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)而言，外层片的厚度一般在3-5μm。

此种外延片技术工艺的优点是能得到优良的外延层，而其最大的缺点是在制造外延层的过程中大大增加了硅晶片的生产成本。

第四种消除COPs的工艺是fLASH！技术。

fLASH！是产品的商标名称，它是一种新型廉价的生产工艺，是在衬底材料上沉积一层0.5μm左右的硅薄层。这种工艺要求衬底材料是氮掺杂的，经过快速拉制和冷却，得到含有较高密度的微小缺陷的单晶硅晶片。用这种制成的器件，其GOI(gate oxide integrity，栅氧化物完整性)特性可以与外延片相媲美，且明显优于一般的商用抛光片。此外，fLASH！晶片具有很好的内吸杂效果，可以达到10μm左右的无氧沉淀的洁净区，这样大的洁净区可以满足任何器件生产工艺的要求。但是，由于工序时间太短，不足以使COPs在衬底中溶解。因此，fLASH！晶片不能用于需要设计深槽电容的器件。另外，由于外延层很薄，含有150nm左右的微缺陷的硅片在这里不能用作衬底，否则外延层不足以覆盖表面的缺陷，而形成光点缺陷(LLS)。

离了注入技术和快速热退火或炉退火技术都是比较成熟的已有技术。但离子注入技术用于消除COPs尚没有见于文献中。

离子注入是将掺杂剂引入到半导体中的技术手段之一。对于硅材料中，一般是引入硼、磷、砷、锑等。硼的注入一般不会使硅材料非晶化，磷、砷和锑等质量更重的离子以较大剂量注入时，可使硅表层非晶化，但改变了硅半导体材料的导电型号和电阻率。重离子Ge⁺或Si⁺可以使硅材料表层发生非晶化，又不改变硅半导体材料的导电型号和电阻率。

本发明的研究工作者经过长时间的试验研究发现，采用向硅片材料表层注入重离子Ge⁺或Si⁺，使硅材料表层非晶化后，再进行快速热退火或炉退火，而使硅片的表层非晶化区固相外延，重新结晶而能消除单晶硅片中器件制作区原生坑缺陷，得到了良好的效果。

发明内容

考虑到器件只是制作在硅衬底表层极薄的一层区域，影响栅氧化物完整性的也只是表面的原生坑缺陷，底部的原生坑缺陷对GOI的完整性(GOI，gate oxideintegrity)以及器件成品率和可靠性并没有影响，所以不必通过完美拉晶工艺或高温退火工艺消除硅片中所有的原生坑缺陷，仅需要消除掉表层器件制作区的原生坑缺陷即可。

本发明的目的就在于研究出一种新的、有效的消除硅单晶片器件制作区原生坑缺陷的方法。

为了消除硅单晶片器件制作区原生坑的缺陷，首先是通过低剂量重离子Ge⁺或Si⁺注入到硅片中，使硅片表面非晶化，使硅晶片表层区的COPs溶解掉，然后再重结晶，恢复表层区的结晶性能，以便制作器件。虽然衬底未非晶化的部分仍存在COPs。但是重结晶时，COPs不会向上生长，而会因为硅晶格的重新排列而覆盖掉，从而使得表层不再存在COPs。

本发明的一种消除硅单晶片器件制作区原生坑缺陷的方法，包括以下步骤：

(1)以通常直拉法生长的硅晶体的硅单晶片为原始硅片。

(2)通过低剂量重离子注入，将重离子Ge⁺或Si⁺注入到经过清洗过的原始硅片表层中，使硅片制作区表层非晶化。

(3)用快速热退火处理或炉退火处理使硅片表面非晶化层固相外延生长，重结晶，而消除硅单晶片制作区原生坑缺陷。

本发明适用于直拉法生长的硅单晶片，也适用于以直拉法生长的硅单晶片制作而成的绝缘体上硅(Silicon-on-insulator，SOI)片。

对原始硅片进行清洗，是为了去除原始硅片表面的各种污染。清洗工艺采用标准的RCA工艺。RCA是一个公司的名称。RCA工艺是二十世纪七十年代由RCA公司开发的湿法清洗工艺，目前仍在半导体行业中广泛使用，参考文献[W.Kem，andD.Putotinen，RCA Review，31，187(1970)；W.Kerm，in Handbook ofSemiconductor Wafer Cleaning Technology，W.Kermeditor，P38，Noyes，Publications，ParkRidge，NJ，(1993)；W.Kerm，J.Electrochem.Soc.，1887(1990)]均阐述了该工艺。其清洗的具体步骤以(1)(2)(3)(4)(5)(6)的次序，按序进行。

(1)首先用一号液(SC-1)清洗，温度为25-80℃。

一号液(SC-1)是由氢氧化铵(NH₄OH)、双氧水(H₂O₂)和水所形成的混合溶液。它是由市售NH₄OH、市售H₂O₂和水按其体积比1∶1∶5～0.7∶1∶4.5配制而成。在上述的体积的配比范围内使用，效果没有明显的差别。一般以1∶1∶5的体积比配制而成。其主要用途是有效除去原始硅片表面颗粒沾污，又可以去除有机物沾污。在一号液中双氧水作为氧化剂，氢氧化铵用来溶解有机物，更由于氢氧化铵可以作为许多金属沾污的络合剂，一号液(SC-1)又可以除去一些痕量金属。一号液(SC-1)有市售，直接购买使用，也可以自行配制。

(2)再用去离子水冲洗。

(3)又用二号液清洗，二号液是由市售盐酸(HCl)或氢氟酸(HF)、市售双氧水(H₂O₂)和水按其体积1∶1∶5混合配制而成的溶液。

(4)以体积比5∶1的氢氟酸和水的混合液清洗，除去上述两步骤在硅片表面形成的氧化物。

(5)最后用去离子水清洗。

(6)离心甩干，离心速度为2500-3500rpm，一般用3000rpm。

对原始硅片进行清洗，去除原始硅片的各种污染后，就进行重离子Ge⁺或Si⁺注入，使其表层非晶化(使硅片制作区表层非晶化)，然后通过退火使非晶化层发生固相外延生长，重结晶形成质量完好的外延层，用于制作器件。用本发明的方法得到的固相外延硅片如图1所示。其工艺流程如图2中a、b、c、d所示。重离子注入过程如图2A所示。重离子的注入导致衬底(图2中2A)表层非晶化，如图2b所示，图2中2B，即为形成的表面非晶层。对非结晶化的硅进行热处理，如图2c所示，在退火热处理过程中，表面非晶层以底部衬底作为籽晶固相外延生长，重新结晶；图2中的2C是退火后表层完全重结晶的固相外延片层。这样就消除了硅单晶片制作区原生坑缺陷。

本发明的消除硅单晶片器件制作区原生坑缺陷的方法中，之所以要选择注入的离子的种类为Ge⁺或Si⁺，是为了与衬底的晶格更好地匹配。第IV主族中的碳不能使硅片表层非晶化，锡(Sn)因为和Si的不匹配程度太大，容易在硅晶格中引入额外的缺陷，如位错等，也是不合适的。

Ge⁺或Si⁺重离子从硅片的抛光面注入，Ge⁺或Si⁺重离子平均注入的深度(即厚度)为50-500nm，深度可以通过注入能量来调节，离子注入能量范围在60-550KeV。

Ge⁺或Si⁺的获取可以有多种方式。(1)热离子发射源；场致电离源；火花电离源；表面碰撞离子源；溅射离子源；激光离子源；及电子束离子源等固体表面离子源，(2)射频离子源，冷阴极放电penning离子源；热阴极放电penning离子源；一次电子碰撞或弧放电离子源；磁控管型离子源；等离子管形离子源及高温中空阴极离子源等气体和蒸汽离子源都可以用来激发出Ge⁺或Si⁺。固体表面离子源要求含锗、硅的原料是合金固体。而气体和蒸气离子源要求，锗、硅的原料是锗烷、硅烷或其衍生物。从离子源激发出来的离子不仅包含所需要的Ge⁺或Si⁺，而且还含有其它离子，所以应进一步分选。分选的目的可以通过质量分析系统达到。各种离子由于质荷比不一样，当所加的加速电压和磁场强度一定时，它们在质量分析系统中的运行轨迹和偏转半径不同，因而就可以将所需要的Ge⁺或Si⁺进一步纯化。由于原料不需要非常纯，很容易在市场上获得。锗、硅合金以及锗烷北京有色金属研究总院有售，本发明所使用的固体表面离子源可以是北京有色金属研究总院国晶辉红外半导体材料有限公司所提纯的纯锗为原料。

所采用的注入离子偏离靶材法向的角度，为了避免沟道效应，采用7-15度。

本发明的Ge⁺或Si⁺重离子注入的具体工艺过程为：

(1)利用离子注入设备的激发系统，由离子源产生包括Ge⁺或Si⁺的离子束；

(2)使带电的Ge或Si离子通过高压电场或连续多次通过加速电压不高的电场，使入射离子Ge⁺或Si⁺具有高注入能量。

(3)利用质量分析系统在加速电场和磁场下对引出离子进行分选和纯化，得到所需要的Ge⁺或Si⁺。

(4)将纯化后的Ge⁺或Si⁺离子进行静电聚焦形成离子束。

(5)将Ge⁺或Si⁺离子束入射到作为靶的初始硅片上。靶温控制在适宜的范围内，并通过扫描系统对整个硅片进行均匀加工，控制Ge⁺或Si⁺离子束为适宜的剂量。

进行Ge⁺或Si⁺离子注入时，注入Ge⁺或Si⁺的注入剂量用一台电荷积分仪来测量控制。Ge⁺或Si⁺的重离子的注入深度(即厚度)用改变加速电压即注入能量和剂量来控制，而注入离子的选择用改变分析磁铁的电流来实现，这是本领域所属技术人员所熟知的。

所采用的Ge⁺或Si⁺重离子注入的工艺条件为，注入剂量1×10¹⁴atoms/cm²-6×10¹⁴atoms/cm²，注入能量60-550KeV，注入温度即靶温77-873K。将分选和纯化后的Ge⁺或Si⁺离子进行静电聚集成直径为0.8～1.2cm的离子束为好。

本发明中所说的重离子注入和常规的离子注入掺杂所采用的手段，设备虽然相同，但两者所要达到的目的完全不同，常规的离子注入的目的是将掺杂剂引入到半导体材料中，达到改变半导体的导电型号和电阻率，而本发明用重离子注入Ge⁺、Si⁺的目的是使原始硅片的表层非晶化。由于在离子注入时其表层非晶化，原生坑缺陷被破坏，在表层不会残存有原生缺陷，在以后的退火的固相外延过程中，按照其热历史和热的传输，原生坑缺陷不会重新形成，衬底中虽然有原生坑缺陷，它不会影响器件的性能。

在本发明的工艺中用快速热退火工艺或炉退火工艺均可以使硅片表面非晶化层固相外延生长，重结晶，而消除硅单晶制作区原生坑缺陷。

所说的快速热退火工艺的具体步骤如下：

(1)将表面层非晶化的硅片，置于快速热退火设备的炉腔中，用氮、氩、任意体积比的氮、氩混合气体其中之一的气体冲洗炉腔，除去快速热退火设备炉腔中的空气。

(2)降低冲洗炉腔的氮、氩、任意体积比的氮、氩混合气体其中的一种气体的流量至1-6标准立方厘米/分钟，在氮、氩、任意体积比的氮、氩混合气体其中之一的气体的气氛中，快速升温至所需要的热退火温度550-1200℃。

(3)在氮、氩、任意体积比的氮、氩混合气体其中之一的气体的气氛中，于550-1200℃保持恒温1秒-10分钟。

(4)停止加热，冷却至室温，完成快速热退火处理。

用氮、氩、任意体积比的氮、氩混合气体其中之一的气体冲洗炉腔时，其气体的流量为10-25标准立方厘米/分钟。降低冲洗炉腔的氮、氩、任意体积比的氮、氩混合气体其中之一的气体的流量至1-6标准立方厘米/分钟，又以降至1-4标准立方厘米/分钟为佳。快速升温所需要的热退火温度至550-1200℃，又以快速升温至热退火温度至900-1100℃为宜，快速升温的速率为5-100℃/秒，又以升温速率5-50℃/秒为佳。在550-1200℃的高温下保持恒温的时间为1秒-10分钟，又以在900-1100℃的高温下，保持恒温的时间为5秒-3分钟为好。停止加热后，冷却至室温，所说的室温为15-30℃。

炉退火处理的具体步骤如下：

(1)向炉退火设备的炉腔中充入氮、氩、任意体积比的氮、氩混合气体其中的一种气体作为保护气氛，充入气体的流量大于等于4标准立方升/分钟，使炉腔内的气体压力大于等于0.1Mpa。

(2)使炉腔内升温，于炉腔内的500-800℃的温度下，将表面层非晶化硅片，送入炉腔中。

(3)将炉腔温度升至550-1200℃。

(4)在550-1200℃的温度下，于氮、氩、任意体积比的氮、氩气体的其中一种气体的保护气氛下，恒温进行炉退火0.5-8小时。

(5)腔内的温度降温至25-800℃。

将经过炉退火处理的硅片退出炉腔，完成了炉退火工艺。

向炉退火设备的炉腔中充入氮、氩、任意体积比的氮氩混合气体其中之一的气体作为保护气氛时，充入气体的流量大于等于4标准立方升/分钟，又以气体的流量为4-15标准立方升/分钟为宜，又以气体的流量8-15标准立方升/分钟更佳。炉腔内气体的压力大于0.1Mpa，又以其压力为0.1-0.3Mpa为宜。将炉腔内的温度升至550-1200℃，其升温速率为5-100℃/分钟，在550-1200℃的温度下，于氮、氩、任意体积比的氮、氩混合气体其中的一种气体的保护气氛中，恒温进行炉退火处理0.5-8小时，又以在900-1100℃进行恒温炉退火处理1-3小时为好。以5-100℃/分钟的降温速率降至25-800℃为佳。炉腔内温度降至25-800℃后，使硅片退出炉腔，完成炉退火工艺。

在现有技术中有利用退火工艺或外延技术消除原生坑缺陷的方法。但是，本发明的工艺中，所用的快速退火工艺或退火炉工艺，使表面层非晶化的硅片的非晶化表层固相外延生长，重结晶，这与上述已有技术不同。其不同之处表现在如下几个方面：

(1)所针对的对象不同。

已有技术是针对直拉单晶硅片；而本发明的工艺是针对硅单晶表面的非晶化层。

(2)两者的目的不同。

已有技术是使硅单晶片中的COPs，在高温下熔解；本发明的工艺是表面的非晶层重新恢复结晶。

(3)两者消除COPs的机制不同。

对现有技术的COPs的消除机制，研究者们有不同的看法。有的人认为高温下组成COPs的空位团发生分解。另一些研究者则认为在高温下Si自间隙原子扩散到COPs处，将其填空；又有一些研究者认为高温下COPs壁的氧化物层熔解，整个COPs分解消失。总之现有技术中是利用高温，使COPs熔解在晶态硅中；而本发明的工艺则是通过硅晶格被破坏成无序状态后，在高温下重新有序化，最后消除COPs。

(4)两者的使用的工艺条件不同。

现有技术必须用非常高的温度，一般在1300℃；而本发明的工艺的退火温度可以在550-1200℃均可，具体依赖于Ge⁺或Si⁺重离子注入的剂量。一般来说注入的剂量越高，损伤会越重，退火的温度就要高一些。退火温度高，恢复到晶体状态的退火时间就会短一些，可以说现有技术的工艺条件要苛刻，相应给工艺带来的困难度加大，成本增高。而本发明的工艺在退火的过程中就使硅片表面非晶化层固相外延生长，重结晶。

现有技术的外延消除COPs的技术，包括化学汽相沉积气相外延和分子束外延。

化学汽相沉积外延技术，是利用在寻常的硅衬底片上长上一层质量更好的硅，这层硅中没有原生颗粒缺陷，同时把衬底表面的原生颗粒缺陷覆盖掉。这种技术需要外延的硅层厚度取决于硅衬底片中原生颗粒缺陷的尺寸，一般为了保证完全把原生颗粒缺陷覆盖掉，需要生长厚度达1微米以上的硅层。

分子束外延技术是一种物理外延技术，它的外延质量对衬底表面的依赖性非常强，所以要覆盖衬底的原生颗粒缺陷有一定的困难，更重要的是这项技术的外延层的生长速度非常缓慢，制作成本非常高，因此一般不会考虑用该技术消除原生颗粒缺陷。

而本发明的工艺固相外延技术，所生长成的外延层质量可以与化学汽相外延技术相媲美，但又不需要额外再生长一层厚的硅，而是就地取材，利用少量的外来离子注入，经过热退火就完成了对硅材料表面的重结晶，而且所利用的原料不需要非常纯的锗烷或硅烷，因此在生成成本上要低许多，在工艺方面更为简单。

本发明的消除硅单晶片制作区原生坑缺陷方法的优点就在于：

1、本发明仅利用小剂量的离子注入和短时间的退火就可以使本来含有较多COPs等微缺陷的直拉硅晶片或SOI片等片形成结晶好质量高的衬底。该方法的应用可以大大降低直拉生长硅单晶的要求，有利于硅单晶生长速率的加快，产率的提高和成本的降低。

其成本的降低是由于采用了本发明的方法，有效除去直拉硅单晶片或SOI(绝缘体上硅)片等表层的COPs，在拉制硅单晶时就可以降低对COPs缺陷的严格控制，提高了硅单晶的提拉速度，加快了硅单晶生长的速率，提高了单晶硅的产量，降低了直拉硅抛光片的制作成本。本发明的方法可以就地取材，利用少量的外来离子注入，退火，就完成了对硅材料表面的完美化，不需要额外再生长一层厚的硅，使成本降低。

2、本发明的方法由于利用了质量分选技术，可以利用含有较多杂质的固体锗、硅合金，锗烷、硅烷作原料，不需要如汽相外延中要使用非常纯的硅烷。

3、本发明的方法相比于完美拉晶技术、高温退火技术及一般的外延技术，本法不仅可以有效地除去COPs的不良影响，也能降低衬底材料的整体制作成本。

4、本发明的工艺相对比较简单，避免了硅单晶拉制时复杂的工艺参数的调控，又避免了超过1200℃以上的高温工艺，使工艺较为简单。

5、本发明的方法能够通过注入能量的改变，方便地控制外延层的厚度，又能够与硅器件工艺很好地兼容，可以移到器件制作过程中实施，而基本上不增加工艺步骤，降低了成本。

6、本发明的工艺对COPs的去除效果不受原始的COPs的数量、密度及大小的限制，可以用于多种原始硅片。

附图说明

图1用本发明工艺得到的固相外延硅片的示意图。

图中，1B为单晶硅衬底，1A为注锗或硅及退火后形成的固相外延层。单晶硅衬底1B中仍含有COPs，而固相外延层1A由于Ge或Si离子的注入和随后的退火，COPs已被去除。

图2为固相外延片形成过程示意图。

图中，2A为初始直拉硅或SOI衬底，2B为注锗或注入硅形成的非晶层，2C为退火重结晶生长而成的固相外延层。首先，将Ge⁺或Si⁺注入到直拉硅片或SOI片的表面，则它们的表面形成非晶层2B，非晶层2B的深度(即厚度)取决于注入离子的剂量和能量。随后的退火导致非晶层以底部的单晶衬底为籽晶，重新生长形成外延层，最后非结晶层转化为具有单晶特性的固相外延层2C。

图3为注锗硅片的透射电镜横截面形貌。

图中，3A为制作横截面样品用的环氧树脂层，3B为锗离子注入形成的非晶层，3C为底部的单晶衬底，3D为非晶层/单晶衬底界面，所用的仪器为JEOL产的JEM-2010型高分辨透射电子显微镜。电镜的工作电压为200KV，样品的离子注入能量180KeV，注入剂量6×10¹⁴Ge⁺/cm²。

图4为图3非晶层电子衍射花样。

从图4中可以看到该区的衍射花样呈现模糊的晕，这表明了该区的非晶特性，加速电压200KV，像室长度＝60cm，仪器日本电子产JEM-2010型高分辨透射电子显微镜。

图5为图3中非晶层/单晶衬底界面附近的高分辨率透射电子显微像。5A为非晶层，5B为单晶衬底，从图5可以看到两者的界面参差不齐，这主要是注入离子的射程偏差引起的。

图6为注入锗的硅片退火后的固相外延层的高分辨电子透射显微像。注入能量180KeV，注入剂量6×10¹⁴Ge⁺/cm²，图6的图像显示该区有完整的周期性排列的晶格。电子显微镜下，固相外延层和底部衬底间没有明显的界限，两者是共格的。

图7为退火形成的固相外延的电子衍射花样。

图7显示固相外延层有很好的单晶特征。

图8为注入锗的硅片的拉曼谱特征。

纵坐标为计数(Counts)，横坐标为波数(Wave number cm^-1)，8A为未注入锗的硅片的拉曼谱，8B为注入锗的硅片的拉曼谱，8C为注入锗的硅片另一位置测得的拉曼谱。从图中可以看到呈单晶的未注入锗的硅片的拉曼谱在520cm^-1波数附近出现一散射峰，峰形尖锐。而注入锗的硅片中该散射峰消失。硅的单晶体中，由于拉曼散射的选择定则，只有布里渊区附近的光学声子会导致拉曼散射，因而出现频率位于520cm^-1波数附近的散射峰。当硅晶体变为无定形时，晶体内部原子的长程序排列完全消失，准动量守恒决定的拉曼散射的选择定则不再成立，这时，几乎所有的光学声子都可以产生散射，520cm^-1波数附近的散射峰将发生展宽直至消失。我们在注入锗的硅片中看到520cm^-1的Raman散射峰的消失正是由于表层为无定形的原故。

测定样品的拉曼光谱是在英国Renishaw公司生产的仪器型号为1000的微区Raman谱仪上进行。该仪器的波长响应范围为400nm～1000nm，没有散光。仪器的波数分辨率为1cm^-1，空间分辨率为横向1μm左右。

测定选用激发波长为325nm的HeCd激光器。这种紫外光在硅材料中的穿透深度仅8nm左右，因此揭示的主要是硅盖层的特征，不会受到硅衬底信号的叠加干扰。显微镜物镜选择15倍。扫描方式为连续扫描。为了提高信号强度，采样曝光时间为20s，测试在室温下进行。

图9为固相外延片的拉曼谱特征。

纵坐标为计数(Counts)，横坐标为波数(Raman Freguecy cm^-1)。图中9A为初始硅片拉曼散射谱，9B为固相外延片的拉曼散射谱，9C为固相外延另一位置的拉曼散射谱。

从图9可以看到退火后形成的固相外延片重新出现了520cm^-1的Raman散射峰，而且峰形尖锐，这就表明表面非晶层重新结晶，晶格损伤基本恢复，拉曼散射的选择定则又能成立，Raman光谱中尖锐的散射峰重新出现。测试条件同图8。

图10给出了低温(77K)下注入6×10¹⁴Ge⁺/cm²的硅样品在炉退火后的卢瑟福背散射特性。

图中，纵坐标为对应能量粒子的产额(Yield)，Eo为入射He⁺的能量＝2023Kev，KGeEo表示样品表面Ge原子散射He⁺的能量，而KSiEo表示表面Si原子散射的He⁺的能量，横坐标为背散射粒子能量E(KeV)。10A为初始硅片随机谱，10B为初始硅片沟道谱，10C为固相外延片的随机谱，10D为固相外延片的沟道谱。

初始硅的随机谱和沟道谱被用作对比。硅片表层在存在损伤的情况下，沟道会受到破坏，其沟道产额将增大，当表层完全非晶化时，沟道产额将与随机产额几乎接近。从图10中可以看到，退火后硅片的沟道产额几乎接近于初始硅片的沟道产额，只是由于表面效应而出现一小的峰，与其随机产额相差甚大。这表明，退火后表层非晶层重新结晶，几乎没有损伤，恢复了沟道特性，也即恢复了单晶特性。

测试卢瑟福背散射是通过美国NEC公司产的5SDH-2型卢瑟福背散射-沟道谱仪测试。离子源是⁴He⁺，入射能量为2023Kev，束流为1mA，入射角为0°，散射角为165°。散射离子通过金硅面垒半导体探测器接收。真空度为2.7×10^-7Torr。分析道数512道。计数个数2万个。所有沟道数据利用束对准<100>方向收集。设备的能量分辨率为12KeV。

图11给出了低温(77K)下注入6×10¹⁴Ge⁺/cm²的硅样品在快速热退火后卢瑟福背散射特性。

图中，纵坐标为背散射粒子的产额(Yield)，Eo为入射He⁺的能量＝2023Kev，KGeEo表示样品表面Ge原子散射He⁺的能量，而KSiEo表示样品表面Si原子散射He⁺的能量；横坐标为背散射粒子能量E(KeV)。11A为初始硅片随机谱，11B为初始硅片沟道谱，11C为注入Ge并快速退火后样品的随机谱，11D为注入Ge并快速退火后样品的沟道谱。

从图11中可以看出快速热退火有类似炉退火的效果，同样地导致表面非晶层的重结晶。恢复了沟道特性，使沟道产额与初始硅的基本接近。其测试条件与图10同。

图12给出了初始硅片表面LPD(也即COP)的分布图。

图中，初始硅片存在大量的COP，COP主要分布于硅片中央区域，其尺寸范围在0.12-0.3微米，COP的总数为681个。

硅片表面的COP分布图，是硅片表面的COP通过ADE公司产的Constellation-AWIS激光颗粒仪检测。系统光源为氩离子激光器发出的波长为488nm的单色激光。光斑大小30微米。激光以与硅片的法向成65度的角度入射。COP产生的散射光通过硅片正上方位置的收集器收集和区分。硅片边旋转动平移，即系统以螺旋前进的方式扫描检测整个硅片表面(测试前，硅片通过一号液清洗)，从而可以检测出整个硅片上的COP，并形成COP的分布图。

图13给出了退火后形成的固相外延片表面LPD(也即COP)的分布图。

由图13中可以看出，原来中央区域的COP消失，而本来基本没有COP的外部，也没有形成新的COP，COP的总数公为52个。

图14(a)各样品的FPD密度及图14(b)对应的GOI成品率。图14(a)纵坐标为FPD密度/cm²，横坐标为样品号；图14(b)纵坐标为GOI成品率(％)。横坐标为样品号。

从图14(a)和图14(b)中可以看出，流动图形缺陷(FPD)密度高的样品，其GOI成品率就低，而FPD密度低的样品，其GOI成品率就高。

具体实施方式

以下用实施例对本发明的一种消除硅单晶片器件制作区原生坑缺陷的方法作进一步的说明，将有助于对本发明及其优点、效果作进一步的了解，实施例不限定本发明的保护范围，本发明的保护范围由权利要求来决定。

实施例1

本实施例用经过掺杂硼的直拉法P型，150mm面向(100)的硅单晶抛光片作为原始硅片。电阻率15-25Ωcm，对原始硅片进行清洗，去除原始硅片表面的各种污染，清洗工艺采用标准的RCA工艺进行，在K·C·TECH(KOCK TECK公司生产)的预退火清洗机中清洗。首先用一号液(SC-1)清洗，温度为70℃，清洗掉硅片表面的颗粒；所用的SC-1号液由氢氧化铵、双氧水和水，按其体积比1∶1∶5配制而成，再用去离子水冲洗，又用2号液清洗，二号液是由市售盐酸、双氧水和水按其体积比1∶1∶5混合配制而成，清洗掉硅片表面的金属沾污，后用体积比为5∶1的氢氟酸和水的混合液清洗，除去上述前二步清洗步骤的在硅片表面形成的氧化物，最后用去离水清洗，离心甩干，离心速度3000rpm。经清洗处理的原始硅片，对其表面进行检测，表明在其表面上有大量的晶体原生坑缺陷，晶体原生坑缺陷主要分布于硅片的中央区域，成环状分布见图12。

经过清洗后备用的原始硅片进行低剂量重离注入，将重离子Ge⁺注入到经过清洗的原始硅片中，使硅片表面层制作区非晶化，其工艺过程为：

(1)初始硅片在Eaton产的NV4206设备中，进行注入锗离子，以固体的锗合金作为离子源，通过设备的激发系统由离子源产生形成包括Ge⁺的离子束被引出。

(2)使带电的Ge离子通过高压加速电场，使入射离子Ge⁺具有注入能量180KeV(即Ge⁺的能量达到180KeV)。

(3)利用质量分析系统在加速电场和磁场下对引出的离子进行纯化和分选出质量数74的锗离子束。

(4)由于离子束各离子相互排斥等原因，离子束会发散，将纯化后的Ge⁺离子通过静电透镜聚焦形成直径约1cm的锗离子束。

(5)将Ge离子束对准初始硅片的抛光面入射到作为靶的硅片上。通过扫描装置，硅片表面被均匀地注入锗离子，为防止沟道效应的影响，Ge离子束的入射方向偏离硅片法向约10度。注入温度(即靶温)为77K(注入温度通过液氮对靶的冷却控制在77K)，注入的锗离子的剂量通过电荷积分仪控制在6×10¹⁴Ge⁺/cm²，离子注入时的束流强度为2.6μA左右(一般控制在0.5～4.7μA)，束流密度0.41μA/cm²左右(一般束流密度控制在0.33～0.55μA/cm²)，平均注入深度为110nm，由于Ge⁺的注入引起初始硅片表层穿透区非晶化。

图3为注入⁷⁴Ge⁺离子后的透射电镜横截面形貌。3B为锗离子注入形成的非晶化层。

图4所示为图3中非晶层的电子衍射图样，表层的电子衍射图样呈现模糊的圆环，表明表层损伤严重，已经非晶化。

图5是电镜下观察到的表层的高分辩率像。表层已经失去了晶格周期性，呈完全无序状态。

然后对注入⁷⁴Ge⁺离子后的硅片进行炉退火，炉退火热处理的具体步骤为：

(1)利用Canary卧式退火炉对注入锗的硅片进行炉退火，这种炉设备是由卧式的化学气相沉积设备改装而成。向Canary卧式退火炉的炉膛中充入氮(或氩气或体积比为1∶1氮氩的混合气体)，作为保护气氛，充入氮气的流量为4标准立方升/分钟，使炉腔内的保护气体的压力为0.15Mpa。

(2)使炉腔内升温，其升温速度率为15℃/分钟，于炉腔内的700℃的温度下，将表面层非晶化的硅片送入炉腔中。

(3)将炉腔内的温度升至900℃，升温速率为15℃/分钟。

(4)在900℃的温度下，氮气(或氩或体积为1∶1的氮氩混合气体)的保护气氛中，恒温进行炉退火2小时。

(5)以15℃/分钟的降温速率将炉腔内的温度降至50℃。

(6)将经过炉退火热处理的硅片退出炉腔，完成了炉退火工艺。

图6为注入锗的硅片炉退火后固相外延片高分辩率电子透射显微像，说明硅片有了周期性排列的完整晶格。

图7所示表层的电子衍射花样，衍射斑点规则排列，表明表层已经恢复晶态。

总之从图3-图10均表明通过本发明的方法注入重离子Ge⁺后，使初始硅片表层非晶化，经炉退火处理后，其表层又重新结晶。

图12表明通过清洗后，初始硅片存在有581个COP，而图13表明通过上述的Ge⁺离子注射炉退火处理后，硅片的中央区域的COP已消失，基本没有COP的外部，没有形成新的COP，COP的总数仅为52个。说明本发明的工艺有效地消除了硅单晶片器件制作区的COPs。

实施例2

其工艺步骤及有关设备基本同实施例1，唯不同的是退火是在Steag AST公司生产的SHS100快速热处理炉中进行，该设备利用光加热，就是用卤钨灯加热，这样可以大大降低硅片热处理的时间。

快速热处理的具体工艺步骤如下：

(1)将表面层非晶化的硅片置于SHS100快速热处理炉的炉腔中，用氩气(或氮气)冲洗炉腔，氩气的流量为17标准立方厘米/分钟。

(2)降低冲洗炉腔氩气的流量至4标准立方厘米/分钟，快速升温至900℃，升温速度40℃/秒。

(3)氩气的气氛中于900℃，恒温保持10秒。

(4)停止加热，冷却至25℃。

实施例3

其操作步骤和设备基本同实施例1，唯不同的是，进行注入硅离子，使入射离子硅具有注入能量200KeV，注入Si离子的剂量为5×10¹⁴Si⁺/cm²，平均注入深度300nm，注入温度298K。

利用炉退火热处理注入Si⁺离子后的硅片，其具体步骤为：

(1)充入氮气的流量为8标准立方升/分钟，炉腔内氩气的压力为0.2Mpa。

(2)使炉腔内升温，其升温速率为25℃/分钟，于炉腔内的温度800℃的温度下，将表面层非晶化的硅片送入炉腔中。

(3)将炉腔内的温度升至1000℃，升温速率25℃/分钟。

(4)在炉腔温度为1000℃，氮气气氛中，恒温进行炉退火1.5小时。

(5)以25℃/分钟的降温速率将炉腔内的温度降至30℃。

将经过炉退火处理的硅片退出炉腔。

实施例4

其操作步骤基本同实施例2，唯不同的是使入射离子Ge⁺的注入能量为500KeV，注入离子Ge⁺的剂量为5.5×10¹⁴Ge⁺/cm²，平均注入深度300nm，注入温度773K。

快速热处理的工艺步骤如下：

(1)用氮气冲洗炉腔，氮气流量10标准立方厘米/分钟。

(2)降低冲洗炉腔氮气的流量至2标准立方厘米/分钟，快速升温至1100℃，升温速率为70℃/秒。

(3)在氮气的气氛中，于1100℃恒温7秒。

实施例5

其操作步骤基本同实施例2，唯不同的是使入射离子Ge⁺注入能量为60Kev，注入离子Ge⁺的剂量为1×10¹⁴Ge⁺/cm²，平均注入深度50nm，注入温度77K。

快速热处理的工艺步骤如下：

(1)氮气冲洗炉腔，氮气流量25标准立方厘米/分钟，快速升温至680℃，升温速率为25℃/秒。

(2)降低冲洗炉腔氮气的流量至6标准立方厘米/分钟，快速升温至680℃，升温速率25℃/秒。

(3)在氮气的气氛中，680℃恒温10分钟。

实施例6

其操作步骤本同实施例1，唯不同的是使入射离子Ge⁺注入能量100KeV，注入离子Ge⁺的剂量为2×10⁴Ge⁺/cm²，平均注入深度66nm，注入温度423K。

炉退火热处理注入离子Ge⁺离子后硅片的工艺为：

(1)充入氮气的流量为10标准立方升/分钟，使炉内压力为0.2Mpa。

(2)使炉腔内升温，升温速率25℃/分钟，使炉腔内的温度升至550℃，在550℃的温度下，将表面层非晶化的硅片送入炉腔内。

(3)将炉腔内的温度升至600℃，升温速率25℃/分钟。

(4)在600℃的温度下，氮气气氛中，进行恒温炉退火8小时。以15℃/分钟的降温速率，将炉腔内温度降至50℃。

Claims (15)

1.一种消除硅单晶片器件制作区原生坑缺陷的方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)以通常直拉法法生长的硅晶体的硅单晶片为原始硅片，

(2)通过低剂量重离子注入，将重离子Ge⁺或Si⁺注入到经过清洗过的原始硅片表层中，使硅片制作区表层非晶化，

(3)用快速热退火处理或炉退火处理，使硅片表面非晶化层固相外延生长，重结晶，而消除硅单晶片制作区原生坑缺陷。

2.根据权利要求1的一种消除硅单晶片器件制作区原生坑缺陷的方法，其特征是，Ge⁺或Si⁺重离子从硅片的抛光面注入，Ge⁺或Si⁺重离子平均注入的深度为50-500nm。

3.根据权利要求1、2其中之一的一种消除硅单晶片制作区原生坑缺陷的方法，其特征是，Ge⁺或Si⁺重离子注入的工艺过程为：

(1)利用离子注入设备的激发系统，由离子源产生包括Ge⁺或Si⁺的离子束，

(2)使带电的Ge或Si离子通过高压电场或连续多次通过加速电压不高的电场，使入射离子Ge⁺或Si⁺具有高注入能量，

(3)利用质量分析系统在加速电场和磁场下对引出离子进行分选和纯化，得到所需要的Ge⁺或Si⁺，

(4)将纯化后的Ge⁺或Si⁺离子进行静电聚焦形成了离子束，

(5)将Ge⁺或Si⁺离子束入射到作为靶的原始硅片上。

4.根据权利要求3的一种消除硅单晶片器件制作区原生坑缺陷的方法，其特征是，Ge⁺或Si⁺重离子注入的工艺条件为，注入剂量1×10^14atoms/cm²～6×10^14atoms/cm²，注入能量范围为60-550KeV，注入温度即靶温为77～873K。

5.根据权利要求1的一种消除硅单晶片器件制作区原生坑缺陷的方法，其特征是，将分选和纯化后的Ge⁺或Si⁺离子进行静电聚焦，成直径为0.8～1.2cm的离子束。

6.根据权利要求1的一种消除硅单晶片器件制作区原生坑缺陷的方法，其特征是，快速热退火工艺步骤如下：

(1)将表面层非晶化的硅片，置于快速热退火设备的炉腔中，用氮、氩，任意体积比的氮、氩混合气体其中之一的气体，冲洗炉腔，除去快速热退火设备炉腔中的空气，

(2)降低冲洗炉腔的氮、氩，任意体积比的氮、氩混合气体其中之一种气体的流量至1-6标准立方厘米/分钟，在氮、氩，任意体积比的氮、氩混合气体其中之一的气体的气氛中，快速升温至所需要的热退火温度550-1200℃，

(3)在氮、氩，任意体积比的氮、氩混合气体其中之一气体的气氛中，于550-1200℃保持恒温1秒～10分钟，

(4)停止加热，冷却至室温。

7.根据权利要求6的一种消除硅单晶片器件制作区原生坑缺陷的方法，其特征是，冲洗炉腔时，其气体的流量为10-25标准立方厘米/分钟。

8.根据权利要求6的一种消除硅单晶片器件制作区原生坑缺陷的方法，其特征是，快速升温至900-1100℃，在900-1100℃的温度下，保持恒温5秒～3分钟。

9.根据权利要求6、8其中之一的一种消除硅单晶片器件制作区原生坑缺陷的方法，其特征是，快速升温的速度为5-100℃/秒。

10.根据权利要求1的一种消除硅单晶片器件制作区原生坑缺陷的方法，其特征是，炉退火工艺步骤如下：

(1)向炉退火设备的炉腔中充入氮、氩，任意体积比的氮、氩混合气体其中的一种气体作为保护气氛，充入气体的流量大于等于4标准立方/分钟，使炉腔内的压力大于等于0.1Mpa，

(2)使炉腔内升温，于炉腔内500-800℃的温度下，将表面层非晶化的硅片送入炉腔中，

(3)将炉腔温度升至550-1200℃，

(4)在550-1200℃的温度下，于氮、氩，任意体积比的氮、氩混合气体其中一种气体的保护气氛中，恒温进行炉退火0.5-8小时，

(5)将炉腔内的温度降温至25-800℃。

11.根据权利要求10的一种消除硅单晶片器件制作区原生坑缺陷的方法，其特征是，在900-1100℃的温度下，于氮、氩、任意体积比的氮、氩混合气体的其中一种气体的保护气氛中，进行恒温炉退火1-3小时。

12.根据权利要求10的一种消除硅单晶片器件制作区原生坑缺陷的方法，其特征是，炉腔内气体的压力为0.1-0.3Mpa。

13.根据权利要求10的一种消除硅单晶片器件制作区原生坑缺陷的方法，其特征是，升温速度为5-100℃/分钟。

14.根据权利要求10的一种消除硅单晶片器件制作区原生坑缺陷的方法，其特征是，降温速度为5-100℃/分钟。

15.根据权利要求9的一种消除硅单晶片器件制作区原生坑缺陷的方法，其特征是，快速升温的速度为5-50℃/秒。

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