[发明专利]一种消除氧热施主对少子扩散长度影响的方法

说明书

本发明公开了一种消除氧热施主对少子扩散长度影响的方法，通过将晶舟的出舟温度提高到氧热施主的生成温度以上，并通过快速冷却使硅片在出舟过程中快速通过氧热施主产生的温度区间，避免了氧热施主的产生，从而提高了高温退火后单晶硅片表面光电压法体铁测试结果的可信度。本发明的方法无须改变硬件条件，可行性强，重复性高。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，更具体地，涉及一种可消除氧热施主对少子(电子)扩散长度的影响的方法。

背景技术

随着IC工业的发展，对Si材料的质量提出了越来越高的要求，Si单晶中少数载流子(少子)扩散长度和少子寿命是一个被关注的表征材料性能的重要物理参数。影响少子扩散长度和少子寿命的主要因素之一是金属沾污。因为金属杂质可以通过热过程从硅片的表面扩散进内部，成为间隙铁原子，是非常有效的复合中心，会大大促进载流子的复合，降低硅片少子寿命，进而影响器件的性能和可靠性。在P型硅中，间隙铁原子在常温下，经过一段时间的蠕动就可以和硼原子形成铁硼复合物(FeB)。但是，铁硼复合物在光照条件下，很容易分解转变成间隙铁原子。FeB复合物的电子俘获系数仅为间隙铁原子的1/12，即俘获电子的能力较低。

衡量硅片金属沾污程度的主要参数有表面金属浓度和体铁浓度。目前，高精度测试硅片体铁浓度的主要方法是表面光电压(SPV)法，它是一种非破坏性的、可全面扫描测量Si抛光片少数载流子扩散长度的先进测量方法。它的测试原理是首先以不同波长的激光照射硅片测量FeB对分解前的少子(电子)扩散长度；然后用白光照射硅片一定时间，使铁硼对分解产生铁离子和硼离子；最后再以不同波长的激光照射硅片测量FeB对分解后的少子(电子)扩散长度。利用FeB对分解前、后硅片中少子(电子)的扩散长度即可计算出硅片中铁硼对的数量，进而推算出硅片中单位体积内体铁的含量，计算公式如下：

N_Fe(atoms/cm³)＝1.05×10¹⁶(1/L²_after-1/L²_before)

其中，L_after为白光照后少子的扩散长度，L_before为白光照前少子的扩散长度。

从上述计算公式可以看出，SPV法是间接测试硅片中的体铁浓度，所以，凡是能够影响少子(电子)扩散长度的因素，都会影响到最后体铁浓度的计算值。需要指出的是，由于激光入射深度有限，它只能测量近表面区域的体铁浓度。

氧是直拉单晶硅中最重要的非故意掺入的杂质，浓度一般在10¹⁷～10¹⁸cm^-3，通常处于过饱和状态。氧杂质是在生长过程中由于熔Si与石英坩埚的作用而引入的，方程式如下：

Si+SiO₂＝2SiO

部分SiO从熔体表面挥发，部分SiO则在熔硅中分解，方程式如下：

SiO＝Si+O

分解的氧进入了硅熔体中，在随后的冷却结晶过程中进入晶体，占据晶格的间隙位置，处于硅-硅键中间沿着<111>偏离轴向的位置。间隙氧本身是电中性杂质，尽管它的浓度在10¹⁸数量级，也不会影响硅的电学性能。但是，氧杂质在随后的热处理过程中却会导致热施主(生成温度区间为350～600℃)和新施主(生成温度区间为650～800℃)等电活性基团生成，从而大大改变硅单晶的电学性能，甚至会把p型硅转变成n型硅，将极大地影响随后的器件制造工艺。氧杂质在650℃左右可以形成氧沉淀，这些氧沉淀在950～1000℃时还可以长大，甚至形成层错。尽管氧沉淀通常是非电活性的，但它可以诱生缺陷，与一些金属杂质一起，形成复合中心。