專利名稱:制備單晶硅片表面完整層的新途徑的制作方法
本發(fā)明屬于集成電路用半導(dǎo)體材料的制備技術(shù)。
直到現(xiàn)在人們還普遍認(rèn)為，區(qū)熔單晶硅適用于功率器件和探測器，直拉單晶硅才適用于集成電路。因?yàn)閰^(qū)熔單晶硅難以獲得硅片表面完整層。經(jīng)查，未見區(qū)熔單晶硅片表面完整層制備的有關(guān)報(bào)導(dǎo)。
直拉單晶硅表面完整層的制備雖已多見報(bào)導(dǎo)，但由于直接硅工藝輔助材料多，硅純度低，不適于中子輻照嬗變摻雜，其硅片熱處理時(shí)間較長等缺點(diǎn)。
為克服直拉單晶硅的不足，尋求集成電路用單晶硅材料的多種來源，本發(fā)明人利用中子輻照氫氣氛下區(qū)熔單晶硅，經(jīng)切、磨、拋后再進(jìn)行兩步熱處理，從而獲得了單晶硅片表面完整層。(見照片1)。為集成電路用單晶硅材料提供了可能的新途徑。
制備區(qū)熔(氫)硅單晶片表面完整層主要途徑是按照已有拉制<111>，<100>區(qū)熔單晶硅的方法，將國標(biāo)一級多晶硅通過在氫氣氛下一次區(qū)熔整形，二次成晶，其電阻率保持在500～1000歐姆·厘米范圍。在成晶過程中可實(shí)行后冷(加后冷線圈);或后熱(單晶拉斷后，不降功率保溫5～30分鐘);或常規(guī)工藝。將拉好的單晶硅送去中子輻照。輻照的通量和時(shí)間以滿足將電阻率由500～1000歐姆·厘米降至5～15歐姆·厘米為宜。由于硅中含有其天然分布均勻的同位素30Si，在中子輻照下經(jīng)下述核反應(yīng)
可以獲得分布均勻的31P。31P作為施主原子使電阻率降至5至15歐姆·厘米。其斷面電阻率不均勻度＜5%。恰好滿足集成電路用單晶硅的電學(xué)要求。由于一方面區(qū)熔(氫)單晶硅中存在大量的Si-H鍵，另一方面在中子嬗變摻雜時(shí)，晶格受到輻照損傷而產(chǎn)生晶格畸變。Si-H鍵斷裂溫度(300～550℃)又小于晶格畸變恢復(fù)溫度(650°～850℃)，所以在隨后的熱處理過程中，尚未恢復(fù)的晶格畸變區(qū)正好成為Si-H鍵斷裂后氫沉淀的形核中心。由于形核中心多而彌散，使硅中的氫無法聚集長大成Φ形氫致缺陷，而形成高度彌散的微缺陷-氫沉淀(104～105個(gè)/cm2)。氫沉淀的吸除效應(yīng)可使硅片表面形成50～150μm的表面完整層。
實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)后冷或后熱或常規(guī)氫氣氛下區(qū)熔后，通過中子輻照嬗變摻雜，再經(jīng)切、磨、拋后，將硅片在大氣或氮?dú)夥障孪冗M(jìn)行溫度為200～500℃，保溫時(shí)間為0.5～2小時(shí)的低溫?zé)崽幚砗螅龠M(jìn)行溫度為700～900℃保溫時(shí)間為0.5～4小時(shí)高溫處理;或者先進(jìn)行高溫處理，再進(jìn)行低溫處理;或者先高溫后低溫再高溫，溫度為700～1000℃保溫時(shí)間為0.5～2小時(shí)的第三次熱處理，均能獲得表面完整層。較好的方法是在大氣下高溫處理其溫度為800～850℃，保溫時(shí)間為1～2小時(shí)，再低溫處理，溫度為400～450℃保溫時(shí)間為0.5～1小時(shí)。最佳方法是在氫氣氛下區(qū)熔拉斷后，不降功率保持5～30分鐘的后熱處理，以提高硅片熱處理后氫沉淀的密度。拉成的單晶硅經(jīng)中子輻照后，切、磨、拋成硅片。先進(jìn)行850℃，保溫2小時(shí)的高溫處理，降至常溫后再進(jìn)行450℃，保溫30分鐘的低溫處理，即可獲得較理想的表面完整層。
補(bǔ)正 85100856文件名稱 頁 行 補(bǔ)正前 補(bǔ)正后說明書 1 5 但由于直拉硅工藝 但直拉硅工藝具有2 14 是在大氣下高溫處理 是在空氣或氮?dú)庀赂邷靥幚?br>權(quán)利要求
1.一種表面具有完整層，體內(nèi)微缺陷高度彌散的單晶硅片，其特征在于微缺陷是氫沉淀。
2.如權(quán)利要求
1所述的單晶硅片，其制備方法是將國標(biāo)一級多晶硅在氫氣氛下經(jīng)過一次區(qū)熔，二次成晶，并可采用后冷或常規(guī)工藝，其特征在于實(shí)施使電阻率由500～1000歐姆。厘米降至5～15歐姆·厘米的中子輻照，中照后的單晶硅經(jīng)切、磨、拋后，在空氣或氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行200～500℃，0.5～2小時(shí)低溫處理和700～900℃，0.5～4小時(shí)的高溫?zé)崽幚怼?br>3.如權(quán)利要求
1所述的單晶硅片，其制備方法是將國標(biāo)一級多晶硅在氫氣氛下，經(jīng)過一次區(qū)熔，二次成晶，晶體拉斷后，不降功率保溫5～30分鐘的后熱處理，其特征在于實(shí)施使電阻率由500～1000歐姆·厘米降至5～15歐姆·厘米的中子輻照，切、磨、拋后將硅片在空氣或氮?dú)夥障逻M(jìn)行200～500℃，0.5～2小時(shí)低溫處理和700～900℃，0.5～4小時(shí)的高溫處理。
4.如權(quán)利要求
2或3所述的方法，其硅片熱處理的特征是先低溫后高溫的二步熱處理。
5.如權(quán)利要求
2所述的方法，其硅片熱處理的特征是先高溫后低溫的二步熱處理。
6.如權(quán)利要求
3所述的方法，其特征在于先實(shí)行高溫后實(shí)行低溫的二步熱處理。
7.如權(quán)利要求
5或6所述的方法，其特征在于實(shí)行溫度為700～1000℃，保溫時(shí)間為0.5～2小時(shí)的第三次熱處理。
8.如權(quán)利要求
2、3、5或6所述的方法，其特征在于低溫?zé)崽幚頊囟葹?00～450℃，時(shí)間為0.5～1小時(shí)，高溫?zé)崽幚頊囟葹?00～850℃，時(shí)間為1～2小時(shí)。
9.如權(quán)利要求
4所述的方法，其特征在于低溫?zé)崽幚頊囟葹?00～450℃，時(shí)間為0.5～1小時(shí)，高溫?zé)崽幚頊囟葹?00～850℃，時(shí)間為1～2小時(shí)。
10.如權(quán)利要求
6所述的方法，其特征在于高溫?zé)崽幚頊囟葹?50℃，時(shí)間為2小時(shí)，低溫為450℃，時(shí)間為30分鐘。
專利摘要
本發(fā)明屬于集成電路用半導(dǎo)體材料的制備技術(shù)。發(fā)明人利用中子輻照氫氣氛下區(qū)熔單晶硅。經(jīng)切、磨、拋后，硅片實(shí)行兩次熱處理的方法，獲得單晶硅片由于體內(nèi)氫沉淀造成的表面完整層，為集成電路用硅材料提供了新的可能途徑。
文檔編號C30B31/00GK85100856SQ85100856
公開日1986年7月2日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者陳燕生, 馬紀(jì)東, 劉桂榮 申請人:北京鋼鐵學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan