專(zhuān)利名稱(chēng)：一種消除摻氮直拉單晶硅片中原生氧沉淀的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種消除摻氮直拉單晶硅片中原生氧沉淀的方法。
背景技術(shù)：
直拉硅片是集成電路的基礎(chǔ)材料。在硅片經(jīng)過(guò)復(fù)雜的工藝被加工成晶圓的過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷多步熱氧化過(guò)程，即硅片在900 1200°C時(shí)在氧氣氣氛中處理1-3小時(shí)。在此過(guò)程中有可能產(chǎn)生氧化誘生層錯(cuò)(OSF)。OSF經(jīng)常出現(xiàn)在硅片的有源區(qū)，因而會(huì)對(duì)晶圓的性能產(chǎn)生顯著影響。當(dāng)OSF貫穿p-n結(jié)結(jié)合處時(shí)，將大量的增加復(fù)合電流，因而在結(jié)間產(chǎn)生明顯的漏電流。由于很多MOS器件(如DRAM和CCD)卻要求很低的漏電流以確保元件能夠穩(wěn)定可靠的工作。在MOS電容器中OSF則會(huì)降低動(dòng)態(tài)記憶元件的刷新特性。熱氧化過(guò)程中OSF生成過(guò)程如下經(jīng)過(guò)熱氧化的硅片會(huì)在表面形成一層二氧化硅氧化層，由于二氧化硅的體積比硅大，因而二氧化硅的形成過(guò)程中體積膨脹會(huì)釋放出間隙硅原子，這些間隙的硅原子會(huì)擴(kuò)散進(jìn)入硅片晶格中，并在特定的位置中停留。如果在硅片表面有機(jī)械損傷或沾污，則會(huì)誘使自間隙原子在該處聚集，形成層錯(cuò)；如果硅片近表面有氧沉淀的存在，則自間隙硅原子則會(huì)以氧沉淀為核心聚集形成層錯(cuò)。機(jī)械損傷和沾污可通過(guò)工藝改進(jìn)以及內(nèi)吸雜等有效控制，因而消除原生氧沉淀對(duì)OSF的影響成為了抑制OSF生產(chǎn)的主要內(nèi)容。近年來(lái)，摻氮直拉單晶硅(NCZ)由于具有高吸雜能力、空洞型缺陷易消除以及高機(jī)械強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。通常而言，由于氮對(duì)氧沉淀具有顯著的促進(jìn)作用，NCZ硅片具有更多的原生氧沉淀。因此，NCZ硅片在氧化過(guò)程中更容易產(chǎn)生0SF。目前，消除原生氧沉淀的主要辦法是通過(guò)高溫(1200°C )長(zhǎng)時(shí)間退火(2小時(shí)以上)，以使硅片中的原生氧沉淀溶解。這種工藝需要在較高溫度下長(zhǎng)時(shí)間退火，熱預(yù)算和時(shí)間預(yù)算都較高。因而，能否開(kāi)發(fā)一種能夠快速消除摻氮直拉單晶硅片中原生氧沉淀的工藝， 以抑制OSF的產(chǎn)生，具有實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種消除摻氮直拉單晶硅片中原生氧沉淀的方法，該方法能夠快速、有效地消除摻氮直拉單晶硅片中的原生氧沉淀，從而抑制硅片在后續(xù)熱處理中產(chǎn)生氧化誘生層錯(cuò)，具有熱預(yù)算低的特點(diǎn)，特別適用于初始氧濃度為6X1017-1. lX1018cm_3、氮摻雜濃度為2X 1014-4X 1015cm_3的摻氮直拉單晶硅片。一種消除摻氮直拉單晶硅片中原生氧沉淀的方法，包括在純度大于99. 99%的氬氣氣氛下，對(duì)摻氮直拉單晶硅片進(jìn)行快速熱處理，然后自然冷卻。所述摻氮直拉單晶硅片的初始氧濃度可以為6 X IO17-L I X 1018cnT3。所述摻氮直拉單晶硅片的氮摻雜濃度可以為2X 1014-4X 1015cnT3。優(yōu)選地，所述快速熱處理的升溫速率為10-100°C /s，快速熱處理的最高溫度為1200-1250°C，摻氮直拉單晶硅片在最高溫度下維持30-150S。更優(yōu)選地，所述的摻氮直拉單晶硅片在最高溫度下維持的時(shí)間為60-150S。本發(fā)明中，通過(guò)控制快速熱處理(RTP)的溫度和持續(xù)時(shí)間可以有效消除摻氮直拉單晶硅片中的原生氧沉淀。快速熱處理的溫度越高、持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)則原生氧沉淀被消除得越徹底。試驗(yàn)結(jié)果證明，采用本發(fā)明方法處理的摻氮直拉單晶硅片，經(jīng)熱處理后表面光滑平整，沒(méi)有氧化誘生層錯(cuò)形成。與現(xiàn)有工藝相比，本發(fā)明具有以下有益效果(I)能夠快速、有效地消除摻氮直拉單晶硅片中的原生氧沉淀，相比現(xiàn)有工藝消融效果更加明顯，從而能有效抑制硅片在后續(xù)熱處理中產(chǎn)生氧化誘生層錯(cuò)。(2)工藝簡(jiǎn)單，熱預(yù)算顯著降低，僅需快速熱處理幾十秒至一百多秒。(3)特別適用于初始氧濃度為6 X IO17-L IX 1018cm_3、氮摻雜濃度為 2 X IO1MxIO1W的摻氮直拉單晶硅片。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I制得的摻氮直拉單晶硅片經(jīng)擇優(yōu)腐蝕后的表面光學(xué)顯微鏡照片，其中，(a)圖為經(jīng)RTP處理的摻氮直拉單晶硅片，(b)圖為作為對(duì)比的原生硅片。圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制得的摻氮直拉單晶硅片經(jīng)擇優(yōu)腐蝕后的表面光學(xué)顯微鏡照片，其中，(a)圖為經(jīng)RTP處理的摻氮直拉單晶硅片，(b)圖為作為對(duì)比的原生硅片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅限于此。實(shí)施例I(I)將初始氧濃度為I. IX 1018cm_3、氮濃度為2. OX IO14CnT3的摻氮直拉單晶硅片在高純氬氣(純度大于99. 99% )氣氛下快速熱處理(RTP)，其條件為以100°C /秒的速度升溫至1250°C，維持60秒，然后切斷電源，使硅片自然冷卻；同時(shí)以同種原生硅片做對(duì)比樣品。(2)將經(jīng)步驟(I)處理的硅片和對(duì)比樣品在氧氣氣氛下于1100°C退火80分鐘。圖I為本實(shí)施例制得的硅片表面經(jīng)擇優(yōu)腐蝕后的光學(xué)顯微鏡照片。從圖I可以看出，經(jīng)RTP處理的硅片(a)表面光滑平整，沒(méi)有氧化誘生層錯(cuò)(OSF) 形成；而對(duì)比樣品(b)則有OSF生成。實(shí)施例2(I)將將初始氧濃度為6X 1017cm_3、氮濃度為4X IO15CnT3的摻氮直拉單晶硅片在高純氬氣(純度大于99. 99%)氣氛下快速熱處理(RTP)，其條件為以20°C/秒的速度升溫至1200°C，維持120秒，然后切斷電源，使硅片自然冷卻；同時(shí)以同種原生硅片做對(duì)比樣
品O(2)將經(jīng)步驟(I)處理的硅片和對(duì)比樣品在氧氣氣氛下于1100°C退火180分鐘。圖2為本實(shí)施例制得的硅片表面經(jīng)擇優(yōu)腐蝕后的光學(xué)顯微鏡照片。從圖2可以看出，經(jīng)RTP處理的硅片(a)表面光滑平整，沒(méi)有氧化誘生層錯(cuò)(OSF) 形成；而對(duì)比樣品(b)則有OSF生成。
權(quán)利要求
1.一種消除摻氮直拉單晶硅片中原生氧沉淀的方法，包括在純度大于99. 99%的氬氣氣氛下，對(duì)摻氮直拉單晶硅片進(jìn)行快速熱處理，然后自然冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述摻氮直拉單晶硅片的初始氧濃度為6 X IO17-L IXlO1W3O
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述摻氮直拉單晶硅片的氮摻雜濃度為 2 X IO1MxIO1W0
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述快速熱處理的升溫速率為IO-IOOtv S，快速熱處理的最高溫度為1200-1250°C，摻氮直拉單晶硅片在最高溫度下維持30-150S。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的摻氮直拉單晶硅片在最高溫度下維持的時(shí)間為60-150s。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種消除摻氮直拉單晶硅片中原生氧沉淀的方法，包括在純度大于99.99％的氬氣氣氛下，對(duì)摻氮直拉單晶硅片進(jìn)行快速熱處理，然后自然冷卻；其中，所述快速熱處理的升溫速率為10-100℃/s，快速熱處理的最高溫度為1200-1250℃，摻氮直拉單晶硅片在最高溫度下維持30-150s。該方法能夠快速、有效地消除摻氮直拉單晶硅片中的原生氧沉淀，從而抑制硅片在后續(xù)熱處理中產(chǎn)生氧化誘生層錯(cuò)，具有工藝簡(jiǎn)單、熱預(yù)算低的特點(diǎn)，特別適用于初始氧濃度為6×1017-1.1×1018cm-3、氮摻雜濃度為2×1014-4×1015cm-3的摻氮直拉單晶硅片。
文檔編號(hào)C30B29/06GK102605433SQ20121000559
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者徐澤, 楊德仁, 馬向陽(yáng) 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)