專利名稱：重摻硼直拉硅片的基于快速熱處理的內吸雜工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及重摻硼直拉硅片的內吸雜工藝。
背景技術：
由于高濃度的硼能夠釘扎位錯，提高硅片的機械強度；同時能夠促進氧沉淀，從而增強硅片的內吸雜能力，因此重摻硼直拉硅片被廣泛用作超大規模集成電路(ULSI)的外延硅片的襯底材料。隨著集成電路特征線寬的不斷減小，硅片對金屬的吸雜能力也越來越成為人們關注的焦點，因而人們對重摻硼硅片的吸雜行為也已進行了廣泛的研究，報道文獻有S.Hahn，F.A.Ponce，W.A.Tiller，V.Stojanoff，D.A.P.Bulla，and W.E.Castro，J.Appl.Phys.64，4454(1988)；W.Wijaranakula，J.Appl.Phys.72，2713(1992)；T.Ono，E.Asayma，H.Horie，M.Hourai，M.Sano，H.Tsuya，and K.Nakai，Jpn.J.Appl.Phys.36，249(1997)；T.Ono，A.Romanowski，E.Asayama，H.Horie，K.Sueoka，H.Tsuya，and G.A.Rozgonyi，J.Electrochem.Soc.146，3461(1999)等。Aoki等人報道了p/p+外延硅片的吸雜行為，利用Fe或Cu在重摻襯底中的固溶度增大的原理，降低了外延層中金屬離子的濃度，從而達到吸雜的效果(參考文獻M.Aoki，T.Itakura，and N.Sasaki，Appl.Phys.Lett.66，2709(1995))。但是重摻B襯底對Cu的吸雜效果有所減弱，對Ni的吸雜效果可以忽略(參考文獻R.Hoelzl，D.Huber，K.J.Range，L.Fabry，J.Hage，and R.Wahlich，J.Electrchem.Soc.147，2704(2000)；H.Tsuya，Jpn.J.Appl.Phys.43，4055(2004))。同時，Smith等人設計了p/p+外延硅片理想的吸雜結構，即在重摻硼硅片體內形成高密度的氧沉淀作為內吸雜點，在襯底近表面形成一定寬度的潔凈區，再在襯底上生長一層輕摻外延層，這樣可以使得體缺陷的松弛吸雜和重摻襯底的分凝吸雜相互結合，大大增強了硅片的吸雜能力(參考文獻A.L.Smith，K.Wada，and L.C.Kimerling，J.Electrchem.Soc.147，1154(2000))。而Rossi等人在研究外延層中缺陷密度和襯底硅片近表面缺陷的關系時發現，減少襯底近表面的缺陷能夠大大降低外延中的位錯和層錯的密度，從而提高外延硅片的質量，所以在重摻硼硅片中形成潔凈區，減少近表面缺陷是非常重要的(參考文獻J.A.Rossi，W.Dyson，L.G.Hellwig，and T.M.Hanley，J.Appl.Phys.58，1798(1985))。但是由于高濃度的硼能夠強烈促進氧沉淀，在重摻襯底上形成潔凈區比較困難。李春龍等人研究了快速熱處理(RTP)對重摻硼硅片中氧沉淀和潔凈區的影響，在高溫RTP后，空位濃度從表面向體內逐漸增加，在近表面空位濃度很低，對于輕摻直拉硅片來說，能夠形成“魔幻潔凈區”(MDZ)；而對于重摻硼硅片，由于硼對氧沉淀的促進作用，使得在隨后的退火過程中，近表面區域容易生成很密的氧沉淀，不能形成潔凈區。因此李春龍等認為MDZ工藝不適用于重摻硼硅片(參考文獻C.Li，X.Ma，J.Xu，X.Yu，D.Yang，and D.Que，Jpn.J.Appl.Phys.42，7290(2003))。
發明內容
本發明的目的是提出一種簡單有效的重摻硼直拉硅片的基于快速熱處理的內吸雜工藝。
重摻硼直拉硅片的基于快速熱處理的內吸雜工藝，包括以下步驟1)將重摻硼硅片清洗后先在氬氣氛下于1200-1280℃熱處理5-50秒，然后保持溫度不變，將處理氣氛變換成氧氣，繼續熱處理5-50秒，最后在氧氣氛下冷卻；或者先在氬氣氛下于1200-1280℃熱處理5-50秒，冷卻后，再在氧氣氛下于1200-1280℃熱處理5-50秒；2)將經過步驟1)處理的重摻硼硅片在氬氣氛下，先在800℃下退火4小時，然后再在1000℃下退火16小時。
本發明通過控制熱處理的溫度和氣氛，可以調節在重摻硼硅片體內引入的點缺陷(空位和自間隙)濃度及其分布，進而控制硅片體缺陷的分布。
本發明的有益效果在于采用變換保護氣氛的高溫快速熱處理和低、高溫度下兩步退火，可以有效地實現重摻硼硅片的內吸雜結構，這種內吸雜結構在后續處理過程中很穩定，并且熱周期短，重復性好。
圖1是實施例1重摻硼直拉硅片的截面體缺陷分布的光學顯微照片；圖2是實施例2重摻硼直拉硅片的截面體缺陷分布的光學顯微照片；圖3是實施例3重摻硼直拉硅片的截面體缺陷分布的光學顯微照片。
具體實施例方式
以下結合附圖進一步說明本發明。
實施例1重摻硼直拉硅片的基于快速熱處理的內吸雜工藝，步驟如下1)將重摻硼硅片清洗后先在氬氣氛下于1240℃熱處理50秒，然后保持溫度不變，再在氧氣氛下處理20秒，并在氧氣氛中冷卻；
2)將硅片在氬氣氛下先在800℃退火4小時，然后再在1000℃退火16小時。
將硅片的表面實施蠟封，然后在Secco液中腐蝕3分鐘，(Secco液是0.15M的K2Cr2O7和49％HF按體積比1∶2的混合液)。用OLYMPUS光學顯微鏡觀察硅片的截面微缺陷分布，并拍照。
圖1是制得的重摻硼直拉硅片截面微缺陷分布的光學顯微照片。從圖可以看出，低、高溫退火后重摻硼硅片體內有高密度的氧沉淀相關的體缺陷，密度達到3.9×107cm-2，而近表面有25μm左右的潔凈區。氧沉淀的分布是由點缺陷分布決定的，在氬氣氛下高溫RTP后，在硅片中形成了高濃度的空位，在緊接著的氧氣氛下的RTP則從硅片表面注入了一定濃度的自間隙硅原子，因而在硅片中最終形成了空位濃度從表面到體內逐漸升高的分布，這樣的空位濃度分布使得硅片在隨后的低-高兩步熱處理中形成IG結構，即硅片近表面無缺陷而硅片體內有高濃度的體缺陷。
實施例2重摻硼直拉硅片的基于RTP的內吸雜工藝，步驟如下1)將重摻硼硅片清洗后先在氬氣氛下于1260℃熱處理30秒，然后保持溫度不變，再在氧氣氛下處理20秒，并在氧氣氛中冷卻；2)將硅片在氬氣氛下先在800℃退火4小時，然后再在1000℃退火16小時。
將硅片的表面實施蠟封，然后在Secco液中腐蝕3分鐘，(Secco液是0.15M的K2Cr2O7和49％HF按體積比1∶2的混合液)。用OLYMPUS光學顯微鏡觀察硅片的截面微缺陷分布，并拍照。
圖2是制得的重摻硼直拉硅片截面微缺陷分布的光學顯微照片。從圖上可以看到，硅片體內的缺陷分布與圖1中類似，近表面約有30微米的潔凈區，而在硅片體內有高密度的體缺陷。
實施例3重摻硼直拉硅片的基于RTP的內吸雜工藝，步驟如下1)將重摻硼硅片清洗后先在氬氣氛下于1280℃熱處理30秒，冷卻后，再在氧氣氛下于1280℃處理50秒，并在氧氣氛中冷卻；2)將硅片在氬氣氛下先在800℃退火4小時，然后再在1000℃退火16小時。
將硅片的表面實施蠟封，然后在Secco液中腐蝕3分鐘，(Secco液是0.15M的K2Cr2O7和49％HF按體積比1∶2的混合液)。用OLYMPUS光學顯微鏡觀察硅片的截面微缺陷分布，并拍照。
圖3是制得的重摻硼直拉硅片截面微缺陷分布的光學顯微照片。從圖中可以看出，硅片的潔凈區寬度為50微米左右，而體缺陷密度仍然較高。
權利要求
1.重摻硼直拉硅片的基于快速熱處理的內吸雜工藝，其特征是包括以下步驟1)將重摻硼硅片清洗后先在氬氣氛下于1200-1280℃熱處理5-50秒，然后保持溫度不變，將處理氣氛變換成氧氣，繼續熱處理5-50秒，最后在氧氣氛下冷卻；或者先在氬氣氛下于1200-1280℃熱處理5-50秒，冷卻后，再在氧氣氛下于1200-1280℃熱處理5-50秒；2)將經過步驟1)處理的重摻硼硅片在氬氣氛下，先在800℃下退火4小時，然后再在1000℃下退火16小時。
全文摘要
本發明公開了重摻硼直拉硅片的基于快速熱處理的內吸雜工藝，步驟如下1)將重摻硼硅片清洗后先在氬氣氛下于1200－1280℃熱處理5－50秒，然后保持溫度不變，將處理氣氛變換成氧氣，繼續熱處理5－50秒，最后在氧氣氛下冷卻；或者先在氬氣氛下于1200－1280℃熱處理5－50秒，冷卻后，再在氧氣氛下于1200－1280℃熱處理5－50秒；2)將經過步驟1)處理的重摻硼硅片在氬氣氛下，先在800℃下退火4小時，然后再在1000℃下退火16小時。本發明采用變換保護氣氛的高溫快速熱處理和低、高溫度下兩步退火，可以有效地實現重摻硼硅片的內吸雜結構，這種內吸雜結構在后續處理過程中很穩定，并且熱周期短，重復性好。
文檔編號C30B33/00GK1884638SQ20061005183
公開日2006年12月27日 申請日期2006年6月6日 優先權日2006年6月6日
發明者楊德仁, 馬向陽, 符黎明, 闕端麟 申請人:浙江大學