CN1870227A - 硅单晶片器件制备区域表面完美性的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高硅单晶衬底片表面完美性的工艺控制方法，其实施步骤是：(1)在硅片抛光清洗后对其表面进行氧化处理，即在硅片抛光清洗后浸泡于含有双氧水或臭氧的纯水中，使硅片表面生成3－5nm的洁净氧化层，将硅片表面封闭，有效保护防沾污；(2)对划片区进行重掺杂，制作失配位错网络，释放器件区域应力，并吸除器件区域的金属杂质。本发明根据硅单晶衬底片加工的工艺特点，运用背封保护硅片、划片区进行重掺杂制作失配位错网络等工艺，获得制备器件区域表面完美性好的硅片。该方法操作简单，不需添加其它设备，成本低、效率高、无污染，可明显改善器件性能，提高成品率。

Description

硅单晶片器件制备区域表面完美性的控制方法

技术领域

本发明涉及硅单晶片加工的工艺方法，尤其是涉及一种硅单晶片器件制备区域表面完美性的控制方法。

背景技术

硅单晶是目前IC的主要衬底材料，随着IC的集成度不断提高，特征尺寸不断减小，对硅片表面的完美性要求越来越高。因为抛光片表面的颗粒和金属杂质沾污会严重影响到击穿特性、界面态和少子寿命，特别是对表面效应型的MOS大规模集成电路影响更大，所以对抛光片表面的平整度、缺陷、粗糙度、金属杂质沾污和颗粒有极其严格的要求和控制。

目前常用本征吸除来进行金属杂质的去除，需要通过10-17h的热处理，时间长、效率低，增加了成本和沾污，另外由于本征吸除将熔融状态的氧转化为沉淀状态，导致硅片机械强度降低，使大直径硅衬底易变弯曲，且长时间热处理只能在外延前进行，而对外延中的沾污和有害物质的吸附所起作用有限。对于多晶和损伤吸除，虽作用明显，但应力的不对称仍易使大直径硅衬底弯曲，且工艺成本增加。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，为解决硅单晶片由于表面器件区域的完美性差而导致器件或IC失效的技术问题，提供一种硅单晶片器件制备区域表面完美性的控制方法。

为实现上述目的本发明所采用的实施方式如下：

(1)在硅片抛光清洗后对其表面进行氧化处理，即在硅片抛光清洗后浸泡于含有双氧水或臭氧的纯水中，使硅片表面生成洁净氧化层，将硅片表面封闭；

(2)在制作掩膜版时，对划片区设置光刻窗口，窗口边缘距划片区边缘为0.05-0.1mm范围内，分区域进行掺杂过程中每次都对划片区内的窗口进行掺杂，使划片区形成重掺杂，并形成失配位错网络，释放器件区域应力，并吸除器件区域的金属杂质。

所述硅片表面生成洁净氧化层为3-5nm。

所述加入双氧水的含量为0.1-1％。

所述臭氧的通入量为50-150ml/min，通气10-15min。

所述重掺杂制作失配位错网络是指在器件区域掺杂过程中向划片区掺入过量杂质，掺杂浓度为(1-9)×10¹⁹cm^-3。

所述划片区是指根据计算在划片区内距离边缘0.05-0.1mm范围内，不会引起横向扩散影响器件区域杂质含量。

研究分析，金属杂质在硅衬底中经高温工序后按应力大小而相应分配，位错和层错是应力集中区，可以吸除微缺陷和金属杂质，根据此规律，在硅片抛光清洗工艺后用加双氧水或臭氧等的纯水浸泡硅片，使硅片表面加速氧化生成洁净的氧化层，氧化层厚度可达到3-5nm，进行保护防沾污；高温过程中界面应力有吸除金属杂质的作用，在划片区进行重掺杂，引入失配网络，由于硅中主要杂质磷硼与硅原子的半径差异，重掺杂区域可产生大量的失配位错，形成高应力区。

本发明的有益效果是：

(1)清洗后纯水中加入双氧水或通入臭氧可促进表面生成洁净氧化层，对环境无污染，进行保护防沾污，且对硅片表面无副作用。

(2)在划片区制作失配位错网络，释放器件区域应力，并吸除微缺陷及器件区域的金属杂质，可明显改善器件性能，提高成品率。

(3)与原有工艺兼容，不增加新的工序，可在掺杂的同时完成划片区的吸杂，方法简单、效果显著。

具体实施方式

以下结合较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式详述如下：

实施例1：

(1)清洗后的硅片放入加入0.1％双氧水的纯水中，放置3分钟，表面生成3nm的洁净氧化层；

(2)在划片区开扩散窗口，窗口边缘距划片区边缘为0.05-0.1mm范围内，分区域进行掺杂过程中每次都对划片区内的窗口进行掺杂，使划片区形成重掺杂，使掺杂浓度达到1×10¹⁹cm^-3，划片区形成失配位错网络，吸除微缺陷至10²cm^-2，对微缺陷的吸除距离达60μm。

实施例2：

(1)清洗后的硅片放入通入臭氧的纯水中，放置3分钟，表面生成5nm的洁净氧化层；臭氧通入量为50-150ml/min，通气10-15min；

(2)在划片区开扩散窗口，窗口边缘距划片区边缘为0.05-0.1mm范围内，分区域进行掺杂过程中每次都对划片区内的窗口进行掺杂，使划片区形成重掺杂，使掺杂浓度达到5×10¹⁹cm^-3，划片区形成失配位错网络，吸除微缺陷至0.5×10²cm^-2，对微缺陷的吸除距离达75μm。

实施例3：

(1)清洗后的硅片放入加入1％双氧水的纯水中，放置3分钟，表面生成3.5nm的洁净氧化层；

(2)在划片区开扩散窗口，窗口边缘距划片区边缘为0.05-0.1mm范围内，分区域进行掺杂过程中每次都对划片区内的窗口进行掺杂，使划片区形成重掺杂，使掺杂浓度达到9×10¹⁹cm^-3，划片区形成失配位错网络，吸除微缺陷至0.4×10²cm^-2以下，对微缺陷的吸除距离达80μm。

上述参照实施例对硅单晶片器件制备区域表面完美性的控制方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1、一种提高硅单晶衬底片表面完美性的工艺控制方法，其实施步骤是：

(1)在硅片抛光清洗后对其表面进行氧化处理，即在硅片抛光清洗后浸泡于含有双氧水或臭氧的纯水中，使硅片表面生成洁净氧化层，将硅片表面封闭；

(2)对划片区进行重掺杂，制作失配位错网络，释放器件区域应力，并吸除器件区域的金属杂质。

2、根据权利要求1所述的提高硅单晶衬底片表面完美性的工艺控制方法，其特征是：所述硅片表面生成洁净氧化层为3-5nm。

3、根据权利要求1所述的提高硅单晶衬底片表面完美性的工艺控制方法，其特征是：所述加入双氧水的含量为0.1-1％。

4、根据权利要求1所述的提高硅单晶衬底片表面完美性的工艺控制方法，其特征是：所述臭氧的通入量为50-150ml/min，通气10-15min。

5、根据权利要求1所述的提高硅单晶衬底片表面完美性的工艺控制方法，其特征是：所述重掺杂制作失配位错网络是指在器件区域掺杂过程中向划片区掺入过量杂质，掺杂浓度为(1-9)×10¹⁹cm^-3。

6、根据权利要求1或5所述的提高硅单晶衬底片表面完美性的工艺控制方法，其特征是：所述划片区是指根据计算在划片区内距离边缘0.05-0.1mm范围内，不会引起横向扩散影响器件区域杂质含量。