[发明专利]硅片及退火处理方法

说明书

本发明提供一种集成电路用单晶硅硅片及其退火处理方法。所述的硅片其特征在于空位型缺陷的无瑕疵层深度为5~13μm；硅片厚度中心处的BMD密度不低于5×10⁸/cm³，硅片的线性滑移位错总长小于4cm，滑移累积总面积小于8cm²。且该硅片是于非氧化气氛和施加电场的环境中，在不低于1200℃的情况下热处理至少2小时而制得。

技术领域

本发明涉及一种集成电路用单晶硅抛光片热处理工艺技术领域，特别是涉及一种在退火处理过程中施加电场的方式以改善单晶硅片内部缺陷提高单晶硅片性能的工艺方法和产品。

背景技术

用Czochralski法（下面称作Cz法）制造出来的单晶硅晶棒经切片、倒角、磨片、腐蚀、抛光、热处理等工艺而制造的单晶硅抛光片被广泛用于超大规模集成电路等半导体元器件的制造。近年来伴随着元器件集成度的不断提高，对硅片的品质要求也不断提高，特别是用于元器件的硅片对其表面以及表面以下数微米的范围内不能有氧析物、格子缺陷等结晶缺陷的存在。因此就需要在单晶硅片表面形成无缺陷的裸露区域，而硅片的表面缺陷采用热处理方法消减。

特别是掺杂氮的单晶硅晶棒，对硅片热处理时减少格子缺陷有很大帮助。这使得氮掺杂单晶硅晶棒的退火硅片被广泛应用。晶棒拉制过程掺杂氮，可以抑制空洞缺陷或可将空洞尺寸变小，用氩气氛围进行高温热处理可以有效减少格子缺陷的硅片制造方法被广泛使用。

Cz法拉制的硅单晶一般的氧杂质含量在5×10¹⁷atom/cm³到9×10¹⁷atom/cm³之间，处于晶格的间隙位置。当单晶生成后，在1420℃到750℃的温度区间冷却过程中，氧沉淀会在单晶内部成核。通过不超过1300℃的热处理就会使得初始沉淀成核消失。但是在1000~700℃的温度范围内处理硅片，硅片内样沉淀成核就会被稳定下来，长时间保温可以使这些氧沉淀成核长大，形成氧沉淀。一般认为氧沉淀的基本单元为SiOx（x≈2），其体积要增大。所以氧沉淀核心的形成和生长需要克服很大的应变应力。空位在高温能够快速扩散，缓解氧沉淀在形核过程中导致的晶格畸变或者形成O-V和O2V的复合体促进氧沉淀的形核长大。因此空位会增进氧的沉淀。相反地，自间隙原子的存在会抑制氧沉淀的形成。

在器件制造中引入的热处理工艺导致硅片中氧的聚集，最终生成氧沉淀。当然，硅片中的氧沉淀有双重作用：处于器件工作区的氧沉淀会导致器件失效，如栅氧化层的击穿，形成结漏电电流等；而处于非器件工作区的氧沉淀会作为吸杂中心，俘获器件制造中引入的有害的过渡族金属杂质。

然而，滑移容易从退火步骤中导入的在正面和背面上的微小损伤向块体内延伸，从而产生由于该滑移位错的延伸而降低硅晶片强度的问题。特别是若对于由热处理舟等支撑的晶片实施退火，则因为在硅晶片与该舟的接触部分产生位错，所以滑移位错经常从由该舟支撑的部分延伸。此外，滑移位错可以从硅晶片的边缘部分延伸。

用于提高无缺陷层深度、抑制或防止该滑移位错或翘曲的产生的技术是已知的。例如专利，CN201010621534.8公布了一种硅晶片及其制造方法，其中通过在700℃至800℃的温度范围内，将硅片插入退火炉中以5℃/min至10℃/min的升温速率升温至1100℃，以1℃/min至2℃/min的升温速率加热至1200℃至1250℃，保持温度在1200℃至1250℃的恒定温度2至4小时。从而距离硅晶片表面的深度为等于或深于50μm的位置上的BMD的密度为等于或大于1×10¹¹/cm³，且{111}面在围绕BMD的所有面中的比例作为所述BMD的形态为等于或小于0.3。