CN85100856A - 制备单晶硅片表面完整层的新途径 - Google Patents

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Abstract

本发明属于集成电路用半导体材料的制备技术。发明人利用中子辐照氢气氛下区熔单晶硅。经切、磨、抛后，硅片实行两次热处理的方法，获得单晶硅片由于体内氢沉淀造成的表面完整层，为集成电路用硅材料提供了新的可能途径。

Description

本发明属于集成电路用半导体材料的制备技术。
直到现在人们还普遍认为，区熔单晶硅适用于功率器件和探测器，直拉单晶硅才适用于集成电路。因为区熔单晶硅难以获得硅片表面完整层。经查，未见区熔单晶硅片表面完整层制备的有关报导。
直拉单晶硅表面完整层的制备虽已多见报导，但由于直接硅工艺辅助材料多，硅纯度低，不适于中子辐照嬗变掺杂，其硅片热处理时间较长等缺点。
为克服直拉单晶硅的不足，寻求集成电路用单晶硅材料的多种来源，本发明人利用中子辐照氢气氛下区熔单晶硅，经切、磨、抛后再进行两步热处理，从而获得了单晶硅片表面完整层。（见照片1）。为集成电路用单晶硅材料提供了可能的新途径。
制备区熔（氢）硅单晶片表面完整层主要途径是：按照已有拉制<111>，<100>区熔单晶硅的方法，将国标一级多晶硅通过在氢气氛下一次区熔整形，二次成晶，其电阻率保持在500～1000欧姆·厘米范围。在成晶过程中可实行后冷（加后冷线圈）;或后热（单晶拉断后，不降功率保温5～30分钟）;或常规工艺。将拉好的单晶硅送去中子辐照。辐照的通量和时间以满足将电阻率由500～1000欧姆·厘米降至5～15欧姆·厘米为宜。由于硅中含有其天然分布均匀的同位素30Si，在中子辐照下经下述核反应：
可以获得分布均匀的31P。31P作为施主原子使电阻率降至5至15欧姆·厘米。其断面电阻率不均匀度＜5%。恰好满足集成电路用单晶硅的电学要求。由于一方面区熔（氢）单晶硅中存在大量的Si-H键，另一方面在中子嬗变掺杂时，晶格受到辐照损伤而产生晶格畸变。Si-H键断裂温度（300～550℃）又小于晶格畸变恢复温度（650°～850℃），所以在随后的热处理过程中，尚未恢复的晶格畸变区正好成为Si-H键断裂后氢沉淀的形核中心。由于形核中心多而弥散，使硅中的氢无法聚集长大成Φ形氢致缺陷，而形成高度弥散的微缺陷-氢沉淀（104～105个/cm2）。氢沉淀的吸除效应可使硅片表面形成50～150μm的表面完整层。
实验表明，经后冷或后热或常规氢气氛下区熔后，通过中子辐照嬗变掺杂，再经切、磨、抛后，将硅片在大气或氮气氛下先进行温度为200～500℃，保温时间为0.5～2小时的低温热处理后，再进行温度为700～900℃保温时间为0.5～4小时高温处理;或者先进行高温处理，再进行低温处理;或者先高温后低温再高温，温度为700～1000℃保温时间为0.5～2小时的第三次热处理，均能获得表面完整层。较好的方法是在大气下高温处理其温度为800～850℃，保温时间为1～2小时，再低温处理，温度为400～450℃保温时间为0.5～1小时。最佳方法是：在氢气氛下区熔拉断后，不降功率保持5～30分钟的后热处理，以提高硅片热处理后氢沉淀的密度。拉成的单晶硅经中子辐照后，切、磨、抛成硅片。先进行850℃，保温2小时的高温处理，降至常温后再进行450℃，保温30分钟的低温处理，即可获得较理想的表面完整层。
补正    85100856
文件名称    页    行    补正前    补正后
说明书    1    5    但由于直拉硅工艺    但直拉硅工艺具有
2    14    是在大气下高温处理    是在空气或氮气下高温
处理

Claims (10)

1、一种表面具有完整层，体内微缺陷高度弥散的单晶硅片，其特征在于微缺陷是氢沉淀。
2、如权利要求1所述的单晶硅片，其制备方法是将国标一级多晶硅在氢气氛下经过一次区熔，二次成晶，并可采用后冷或常规工艺，其特征在于实施使电阻率由500～1000欧姆。厘米降至5～15欧姆·厘米的中子辐照，中照后的单晶硅经切、磨、抛后，在空气或氮气气氛下进行200～500℃，0.5～2小时低温处理和700～900℃，0.5～4小时的高温热处理。
3、如权利要求1所述的单晶硅片，其制备方法是将国标一级多晶硅在氢气氛下，经过一次区熔，二次成晶，晶体拉断后，不降功率保温5～30分钟的后热处理，其特征在于实施使电阻率由500～1000欧姆·厘米降至5～15欧姆·厘米的中子辐照，切、磨、抛后将硅片在空气或氮气氛下进行200～500℃，0.5～2小时低温处理和700～900℃，0.5～4小时的高温处理。
4、如权利要求2或3所述的方法，其硅片热处理的特征是先低温后高温的二步热处理。
5、如权利要求2所述的方法，其硅片热处理的特征是先高温后低温的二步热处理。
6、如权利要求3所述的方法，其特征在于先实行高温后实行低温的二步热处理。
7、如权利要求5或6所述的方法，其特征在于实行温度为700～1000℃，保温时间为0.5～2小时的第三次热处理。
8、如权利要求2、3、5或6所述的方法，其特征在于低温热处理温度为400～450℃，时间为0.5～1小时，高温热处理温度为800～850℃，时间为1～2小时。
9、如权利要求4所述的方法，其特征在于低温热处理温度为400～450℃，时间为0.5～1小时，高温热处理温度为800～850℃，时间为1～2小时。
10、如权利要求6所述的方法，其特征在于高温热处理温度为850℃，时间为2小时，低温为450℃，时间为30分钟。
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