[发明专利]硅半导体器件用硅片的缺陷控制方法

说明书

本发明涉及一种半导体材料的处理方法，特别是对经过快中子流照射的硅半导体器件用硅片进行热处理的方法。

在Appl    Phys    Lett    30《1977》175页上，美国T.Y.Tan等人发表了硅片内吸除技术（IG），其工艺是对硅片在器件工艺前进行不同温度的予热处理，有一步、两步、甚至多步退火。通过予热处理使直拉硅（CZSi）中过饱和间隙氧在硅片正表面外扩散，形成一定厚度（10～50μm）的无缺陷剥光区，在此同时，硅片体内由于间隙氧沉淀及诱生缺陷而引入缺陷吸除源。器件有源区在剥光区内，吸除源能够吸除器件工艺过程中重金属杂质和微缺陷的沾污，因此可以大大改善器件电参数和提高成品率。但其不足之处在于：予热处理时间过长（十几个小时至几十个小时），能耗大，效率低;在长期高温予热处理过程中，硅片易沾污和产生翘曲（特别是大直径硅片）;由于硅片间隙氧（Oi）及替位碳（Cs）浓度及分布状况的不同，以及硅片受热历史和掺杂剂的差异，以致造成对N型、P型、重掺硅单晶片热处理效果的重复性、稳定性极差。

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处，而提供一种硅半导体器件用硅片的缺陷控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

硅半导体器件用硅片的缺陷控制方法的工艺步骤是：

（1）将常规生产的、达到器件目标电阻率的硅单晶先用在硅中不能引起嬗变掺杂的、通量为5×10¹⁴～1×10¹⁸n/cm²的快中子流（快中子能量＞10Mev）照射2～15小时;

（2）将硅单晶加工成硅片，进行清洗处理;

（3）硅片直接送入硅半导体器件制造的第一道热工序的扩散炉腔内，在高纯气氛的保护下，随炉升温到该工序要求的1030～1200℃，进行第一道热工序;

（4）第一道热工序结束后，出炉自然冷却。

扩散炉内的保护气氛与器件制造工艺第一道热工序中所用保护气氛相同，可用高纯氧或氮气，其通入的流量为80～200ml/min。

硅单晶经过快中子流照射，由于快中子的撞击，人为的在硅片中引入一定浓度的缺陷，通过这些缺陷控制器件制造第一道热工序中产生二次缺陷的形态、浓度与分布，以吸除器件源区沾污的重金属杂质和微缺陷。在硅半导体器件制造的第一道热工序中，温度在870～1050℃范围内时，快中子照射引入的缺陷，加快了硅片正表面氧的外扩散，促进了硅片正表面无缺陷剥光区的形成，并在硅片体内引入了缺陷吸除源。温度再升高，不会再改变已经形成的无缺陷剥光区和缺陷吸除源的分布，只能使缺陷吸杂区内的缺陷形态有所变化。

实验证明，快中子照射通量低于5×10¹⁴n/cm²，在上述热工序中硅片正表面不能产生无缺陷剥光区。

附图说明：

图1是处理后硅片解理面无缺陷剥光区和吸杂区分布状况金相图;图中a为剥光区，b为吸杂区;

图2是常规硅片热退火后表面热氧化层错密度金相图（放大100倍），缺陷密度2×10⁵个/cm²;

图3是经快中子照射后的硅片，再经本发明方法处理，硅片表面热氧化层错密度金相图;（放大100倍），缺陷密度＜100个/cm²;

图4是未经快中子照射的硅片进行外延生长后，外延层质量曲线图（扩展电阻法测试）。图中1是样品1的曲线图，2是样品2的曲线图;

图5是经过快中子照射的硅片进行外延生长后，外延层质量曲线图（扩展电阻法测试）。

下面对本发明实施例作进一步详述：

实施例1：

硅单晶快中子流照射通量1×10¹⁷n/cm²，照射时间10.2小时;

硅片加工后样品规格：N〈100〉CZSi，电阻率3～6Ωcm，无位错，厚度350μm，直径Φ76.2mm;

热工序条件：将上述规格的硅抛光片清洗处理后，送入器件制造的第一道热工序的扩散炉内，在高纯氧保护气氛下，随炉升温到1030℃，恒温7小时，即完成第一道热工序，然后出炉自然冷却。保护气氛高纯氧的通入流量为85ml/min。