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1、(10)申请公布号 CN 102605433 A (43)申请公布日 2012.07.25 CN 102605433 A *CN102605433A* (21)申请号 201210005592.7 (22)申请日 2012.01.09 C30B 33/02(2006.01) C30B 29/06(2006.01) (71)申请人 浙江大学 地址 310027 浙江省杭州市西湖区浙大路 38 号 (72)发明人 马向阳 徐泽 杨德仁 (74)专利代理机构 杭州天勤知识产权代理有限 公司 33224 代理人 胡红娟 (54) 发明名称 一种消除掺氮直拉单晶硅片中原生氧沉淀的 方法 (57) 摘要 。
2、本发明公开了一种消除掺氮直拉单晶硅片 中原生氧沉淀的方法， 包括 ： 在纯度大于 99.99 的氩气气氛下， 对掺氮直拉单晶硅片进行快速热 处理， 然后自然冷却 ； 其中， 所述快速热处理的 升温速率为 10-100 /s， 快速热处理的最高温 度为 1200-1250， 掺氮直拉单晶硅片在最高温 度下维持 30-150s。该方法能够快速、 有效地消 除掺氮直拉单晶硅片中的原生氧沉淀， 从而抑 制硅片在后续热处理中产生氧化诱生层错， 具 有工艺简单、 热预算低的特点， 特别适用于初始 氧浓度为 61017-1.11018cm-3、 氮掺杂浓度为 21014-41015cm-3的掺氮直拉单晶硅片。
3、。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 1 页 1/1 页 2 1. 一种消除掺氮直拉单晶硅片中原生氧沉淀的方法， 包括 ： 在纯度大于 99.99的氩 气气氛下， 对掺氮直拉单晶硅片进行快速热处理， 然后自然冷却。 2. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 所述掺氮直拉单晶硅片的初始氧浓度为 61017-1.11018cm-3。 3. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 所述掺氮直拉单晶硅片的氮掺杂浓度为 21014-41015cm-。
4、3。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述快速热处理的升温速率为10-100/ s， 快速热处理的最高温度为 1200-1250， 掺氮直拉单晶硅片在最高温度下维持 30-150s。 5. 根据权利要求 4 所述的方法， 其特征在于， 所述的掺氮直拉单晶硅片在最高温度下 维持的时间为 60-150s。 权 利 要 求 书 CN 102605433 A 2 1/2 页 3 一种消除掺氮直拉单晶硅片中原生氧沉淀的方法 技术领域 0001 本发明涉及半导体技术领域， 尤其涉及一种消除掺氮直拉单晶硅片中原生氧沉淀 的方法。 背景技术 0002 直拉硅片是集成电路的基础材料。 在硅片经过复。
5、杂的工艺被加工成晶圆的过程中 会经历多步热氧化过程， 即硅片在 900 1200时在氧气气氛中处理 1-3 小时。在此过程 中有可能产生氧化诱生层错 (OSF)。OSF 经常出现在硅片的有源区， 因而会对晶圆的性能产 生显著影响。当 OSF 贯穿 p-n 结结合处时， 将大量的增加复合电流， 因而在结间产生明显的 漏电流。由于很多 MOS 器件 ( 如 ： DRAM 和 CCD) 却要求很低的漏电流以确保元件能够稳定 可靠的工作。在 MOS 电容器中 OSF 则会降低动态记忆元件的刷新特性。 0003 热氧化过程中 OSF 生成过程如下 ： 经过热氧化的硅片会在表面形成一层二氧化硅 氧化层， 。
6、由于二氧化硅的体积比硅大， 因而二氧化硅的形成过程中体积膨胀会释放出间隙 硅原子， 这些间隙的硅原子会扩散进入硅片晶格中， 并在特定的位置中停留。 如果在硅片表 面有机械损伤或沾污， 则会诱使自间隙原子在该处聚集， 形成层错 ； 如果硅片近表面有氧沉 淀的存在， 则自间隙硅原子则会以氧沉淀为核心聚集形成层错。机械损伤和沾污可通过工 艺改进以及内吸杂等有效控制， 因而消除原生氧沉淀对 OSF 的影响成为了抑制 OSF 生产的 主要内容。 0004 近年来， 掺氮直拉单晶硅 (NCZ) 由于具有高吸杂能力、 空洞型缺陷易消除以及高 机械强度等优点而备受关注。通常而言， 由于氮对氧沉淀具有显著的促进。
7、作用， NCZ 硅片具 有更多的原生氧沉淀。因此， NCZ 硅片在氧化过程中更容易产生 OSF。 0005 目前， 消除原生氧沉淀的主要办法是通过高温 (1200 ) 长时间退火 (2 小时以 上 )， 以使硅片中的原生氧沉淀溶解。这种工艺需要在较高温度下长时间退火， 热预算和时 间预算都较高。 因而， 能否开发一种能够快速消除掺氮直拉单晶硅片中原生氧沉淀的工艺， 以抑制 OSF 的产生， 具有实际意义。 发明内容 0006 本发明提供了一种消除掺氮直拉单晶硅片中原生氧沉淀的方法， 该方法能够快 速、 有效地消除掺氮直拉单晶硅片中的原生氧沉淀， 从而抑制硅片在后续热处理中产生氧 化诱生层错， 。
8、具有热预算低的特点， 特别适用于初始氧浓度为 61017-1.11018cm-3、 氮掺 杂浓度为 21014-41015cm-3的掺氮直拉单晶硅片。 0007 一种消除掺氮直拉单晶硅片中原生氧沉淀的方法， 包括 ： 在纯度大于 99.99的 氩气气氛下， 对掺氮直拉单晶硅片进行快速热处理， 然后自然冷却。 0008 所述掺氮直拉单晶硅片的初始氧浓度可以为 61017-1.11018cm-3。 0009 所述掺氮直拉单晶硅片的氮掺杂浓度可以为 21014-41015cm-3。 0010 优选地， 所述快速热处理的升温速率为 10-100 /s， 快速热处理的最高温度为 说 明 书 CN 102。
9、605433 A 3 2/2 页 4 1200-1250， 掺氮直拉单晶硅片在最高温度下维持 30-150s。 0011 更优选地， 所述的掺氮直拉单晶硅片在最高温度下维持的时间为 60-150s。 0012 本发明中， 通过控制快速热处理 (RTP) 的温度和持续时间可以有效消除掺氮直拉 单晶硅片中的原生氧沉淀。快速热处理的温度越高、 持续时间越长则原生氧沉淀被消除得 越彻底。 试验结果证明， 采用本发明方法处理的掺氮直拉单晶硅片， 经热处理后表面光滑平 整， 没有氧化诱生层错形成。 0013 与现有工艺相比， 本发明具有以下有益效果 ： 0014 (1) 能够快速、 有效地消除掺氮直拉单晶。
10、硅片中的原生氧沉淀， 相比现有工艺消融 效果更加明显， 从而能有效抑制硅片在后续热处理中产生氧化诱生层错。 0015 (2) 工艺简单， 热预算显著降低， 仅需快速热处理几十秒至一百多秒。 0016 (3) 特 别 适 用 于 初 始 氧 浓 度 为 61017-1.11018cm-3、氮 掺 杂 浓 度 为 21014-41015cm-3的掺氮直拉单晶硅片。 附图说明 0017 图1为本发明实施例1制得的掺氮直拉单晶硅片经择优腐蚀后的表面光学显微镜 照片， 其中， (a) 图为经 RTP 处理的掺氮直拉单晶硅片， (b) 图为作为对比的原生硅片。 0018 图2为本发明实施例2制得的掺氮直拉。
11、单晶硅片经择优腐蚀后的表面光学显微镜 照片， 其中， (a) 图为经 RTP 处理的掺氮直拉单晶硅片， (b) 图为作为对比的原生硅片。 具体实施方式 0019 下面结合实施例和附图来详细说明本发明， 但本发明并不仅限于此。 0020 实施例 1 0021 (1) 将初始氧浓度为 1.11018cm-3、 氮浓度为 2.01014cm-3的掺氮直拉单晶硅片 在高纯氩气 ( 纯度大于 99.99 ) 气氛下快速热处理 (RTP)， 其条件为 ： 以 100 / 秒的速 度升温至 1250， 维持 60 秒， 然后切断电源， 使硅片自然冷却 ； 同时以同种原生硅片做对比 样品。 0022 (2) 。
12、将经步骤 (1) 处理的硅片和对比样品在氧气气氛下于 1100退火 80 分钟。 0023 图 1 为本实施例制得的硅片表面经择优腐蚀后的光学显微镜照片。 0024 从图 1 可以看出， 经 RTP 处理的硅片 (a) 表面光滑平整， 没有氧化诱生层错 (OSF) 形成 ； 而对比样品 (b) 则有 OSF 生成。 0025 实施例 2 0026 (1) 将将初始氧浓度为 61017cm-3、 氮浓度为 41015cm-3的掺氮直拉单晶硅片在 高纯氩气 ( 纯度大于 99.99 ) 气氛下快速热处理 (RTP)， 其条件为 ： 以 20 / 秒的速度升 温至 1200， 维持 120 秒， 然后切断电源， 使硅片自然冷却 ； 同时以同种原生硅片做对比样 品。 0027 (2) 将经步骤 (1) 处理的硅片和对比样品在氧气气氛下于 1100退火 180 分钟。 0028 图 2 为本实施例制得的硅片表面经择优腐蚀后的光学显微镜照片。 0029 从图 2 可以看出， 经 RTP 处理的硅片 (a) 表面光滑平整， 没有氧化诱生层错 (OSF) 形成 ； 而对比样品 (b) 则有 OSF 生成。 说 明 书 CN 102605433 A 4 1/1 页 5 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102605433 A 5 。