[发明专利]一种NTD单晶硅退火工艺

说明书

本发明提供了一种NTD单晶硅退火工艺，该退火工艺包括如下步骤：S1、NTD单晶硅切割样片；利用切割设备切割NTD单晶硅头尾两端的NTD单晶硅样片；S2、NTD单晶硅样片热处理；对切割后的NTD单晶硅样片进行酸腐清洗，酸腐清洗后的NTD单晶硅样片入炉进行热处理退火；S3、NTD单晶硅样片检验判定及加工。本发明所述的一种NTD单晶硅退火工艺对NTD单晶进行样片热处理退火工艺，同时对样片热处理工艺进行实验优化，成功解决NTD热处理后电阻率恢复不稳定和硅片电阻率一致性差的问题，且获得无辐照缺陷损伤的完整晶格和电阻一致性表现更为稳定的电阻率参数。

技术领域

本发明属于NTD单晶硅制备技术领域，尤其是涉及一种NTD单晶硅退火工艺。

背景技术

IGBT作为电力电子技术第三次革命最具代表性的产品，占据大功率电力电子器件重要位置，被称为工业的CPU。广泛应用在高铁、智能电网和新能源汽车行业等领域，得益于巨大IGBT应用领域，极大促进8-12英寸大直径硅片的市场需求。

中子辐照掺杂(NTD)硅片，具有极好的电学性能，成功地应用于制备高耐压、大电流、大功率的IGBT芯片衬底材料。NTD硅片的主要加工过程包括：区熔/直拉本征单晶硅的生长、核反应堆的中子辐照掺杂、NTD单晶硅的热处理以及硅片的加工等，NTD方法是利用Si³⁰同位素俘获反应堆中热中子后发生核衰变反应在单晶硅中掺杂磷元素，得到N型硅。在中子掺杂的过程中,由于高能粒子同硅原子碰撞使之离位而产生大量的辐照缺陷和损伤。由于辐照缺陷和损伤会对硅材料和器件的电学性能产生很大影响,因此必须对NTD单晶硅进行退火消除辐照缺陷损伤以获得完整的晶格和稳定的电参数。目前，研究学者对小直径NTD单晶的热处理退火行为进行了研究，建立了与退火温度和恒温时间等相关的热退火工艺，获得了较完整的晶格和稳定的电学参数。

随着技术的快速发展，全球半导体市场需求趋于200-300mm的大直径硅片，现行的NTD单晶热退火工艺在对大直径单晶硅进行辐照缺陷恢复以获得完整的晶格和稳定的电学参数时，常伴随出现大直径单晶硅退火不充分，电阻率低于真实电阻率的不稳定电参数和硅片电阻率一致性(RRV)差等问题；因此，如何攻关大直径NTD单晶硅的热退火工艺问题，是目前我国大直径NTD单晶硅热处理技术领域急需突破的技术难题，打破国外大直径NTD硅片对国产IGBT芯片垄断，从而保障到我国以高压输变电、智能电网、高铁建设等为代表的一系列重大项目的安全，保持我国在国际同行业中的战略位置具有重要的意义；故此，本专利申请设计了一种NTD单晶硅退火工艺。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种NTD单晶硅退火工艺，以解决在对大直径单晶硅进行热处理退火时，容易出现电阻率恢复不稳定、硅片电阻率一致性差，影响检验电参数判定的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种NTD单晶硅退火工艺，该退火工艺包括如下步骤：S1、NTD单晶硅切割样片；利用切割设备切割NTD单晶硅头尾两端的NTD单晶硅样片；

S2、NTD单晶硅样片热处理；对切割后的NTD单晶硅样片进行酸腐清洗，酸腐清洗后的NTD单晶硅样片入炉进行热处理退火；

S3、NTD单晶硅样片检验判定及加工；对完成退火后的NTD单晶硅样片进行研磨酸腐清洗处理，以去除NTD单晶硅样片表面氧化层进行电阻率测试并判定是否符合目标电阻率；若符合目标电阻率，则对NTD单晶硅进行晶片加工。

进一步的，步骤S1中，NTD单晶硅直径为200mm及以上，电阻率大于2000ohm.cm。

进一步的，步骤S1具体方法为：对单晶硅进行中子辐照处理得到NTD单晶硅，然后采用内圆或带锯切割设备进行样片切割，切割的厚度为1-3mm。

进一步的，步骤S2中的热处理退火，其工艺为：通入氮气、湿氧或干氧保护性气体，温度升温至1000-1200℃，恒温时间为1-2h，降温50-100℃/h逐步冷却。