[发明专利]一种解决异常硅棒电阻虚高与导电类型反转的方法

说明书

本申请涉及半导体领域，涉及一种解决异常硅棒电阻虚高与导电类型反转的方法。异常硅棒为目标电阻率大于70欧姆厘米的P型单晶硅棒，且电阻率超过目标电阻率20%或以上。该方法包括：S1：将异常硅棒加热至600‑700℃，保温50‑100min；S2：继续加热至850‑950℃，保温50‑70min；S3：继续加热至1000‑1200℃，保温50‑70min；S4：将硅棒温度降低至700‑900℃，保温50‑70min；S5：继续将硅棒以大于120℃/min的冷却速度降温至常温。通过上述方法，解决了目标电阻率大于70欧姆厘米的P型单晶硅棒在拉制后由于受到氧施主的影响而变为N型或电阻率虚高的问题。

技术领域

本申请涉及半导体领域，具体而言，涉及一种解决异常硅棒电阻虚高与导电类型反转的方法。

背景技术

在进行直拉单晶硅长晶时，氧是直拉单晶硅中的主要杂质，主要来源于晶体生长过程中石英坩埚的污染，因而不可避免的会产生。

上述污染过程的基本化学反应如下：

Si+SiO₂=2SiO；

SiO=Si+O；

反应分解的氧，进入到熔体内，最终会进入到硅晶体中。

氧在单晶硅中主要以间隙氧的形态出现，不显电活性，在晶体降温的过程中，间隙氧在450℃左右会聚集产生显电活性的SiO₄^2-，提供电阻形成施主，这种施主又被称为氧施主。

这种直拉硅单晶在冷却过程中形成氧施主的现象也被称为热施主效应。热施主效应会直接改变晶体硅的载流子浓度，使得N型硅单晶的电子浓度提高导致电阻率下降，使掺硼的P型硅单晶中的空穴被复合从而导致电阻率上升，当氧施主的数量大于受主硼时，硅单晶体甚至会发生电阻类型的反转，使得P型硅变为N型硅。

对于P型高电阻硅棒，由于掺杂剂含量较少，比如中阻的电阻率为3欧姆厘米的硅单晶，掺杂B的体积密度为4.562E15 atoms/cm³，高阻的电阻率为85欧姆厘米的硅，掺杂B的体积密度仅为1.566E14 atoms/cm³，在此情况下，高阻硅棒受到氧施主的影响会更大。

目前已有一些文献报道了如何恢复热施主导致P型硅电阻率虚高的问题，例如：

1、CN107761173A介绍了一种对单晶硅棒进行回火处理来使单晶硅棒的电阻恢复到正常范围的方法，具体包括：（3）将单晶硅棒放置在石墨底板上，然后送入铸锭炉内，关闭铸锭炉将炉内抽真空至0.008MPa以下；(4)先预热，然后快速加热至600～700℃；(5)炉内温度在660℃下稳定1～2小时后停炉，开启冷却系统冷却至温度为500℃；(6)取出单晶棒对其进行快速冷却至常温；(7)检测单晶棒的电阻率。该方法通过对单晶棒进行回火处理，可以使单晶棒的电阻恢复到正常范围值。

2、CN109137068B介绍了一种退火方法：a、启动退火炉，并充入保护气体，将温度升至740～760℃，保温25～35分钟，放入单晶硅片，再次在740～760℃下，保温10～40分钟；b、将退火炉的温度降至640～660℃，保温10～40分钟；c、将单晶硅片迅速移出所述退火炉外，放入风淋机构中，一侧送风，一侧出风，送风口设有冷凝机组对进风降温，由风机将冷空气吹向单晶硅片，风速为3～7m/s，空气温度为10～16℃，将单晶硅片放置在中间的风道上，并且让冷风从侧面吹过上下平面，保证两侧均匀，在3～5min内，将单晶硅片冷却至常温。该方法能够消除由于氧施主效应造成的电阻率虚高的现象，退火后的阻值稳定，而浮动小。

然而，对于直径大于300mm、电阻大于70欧姆厘米的高电阻硅棒，上述方法并不能解决大直径高电阻硅棒电阻虚高甚至导电类型反转的问题。因此，迫切需要针对大直径高电阻硅棒开发一种可以使其电阻恢复正常的方法。

发明内容