本發(fā)明涉及一種改善硅片內(nèi)部氧沉淀及獲得表面潔凈區(qū)的方法。

背景技術(shù)：

硅片是現(xiàn)代超大規(guī)模集成電路的主要襯底材料，一般是通過(guò)拉晶、切片、磨片、腐蝕、背封、拋光、清洗等工藝過(guò)程做成的集成電路級(jí)半導(dǎo)體硅片。在硅單晶的拉制(czochralski法，在國(guó)內(nèi)通常被稱為直拉法，或切克勞斯基法，簡(jiǎn)稱cz法)過(guò)程中，由于硅的熔點(diǎn)(1420℃)附近，高溫作用下的部分石英坩堝物進(jìn)入硅熔體中，使得熔體硅受到各種外來(lái)物質(zhì)的沾污，這些沾污的物質(zhì)主要是氧，因而硅單晶中存在有一定濃度的氧雜質(zhì)。氧原子作為雜質(zhì)中心，導(dǎo)致了氧化硅析出物、氧化誘生層錯(cuò)oisf等不同類型缺陷的產(chǎn)生，這種缺陷對(duì)于硅片的后續(xù)使用造成各種問(wèn)題。

cz法拉制的硅單晶一般的氧雜質(zhì)含量在5×10¹⁷atom/cm²到9×10¹⁷atom/cm²之間，處于晶格的間限位置。當(dāng)單晶生成后，在1420℃到750℃的溫度區(qū)間冷卻過(guò)程中，氧沉淀會(huì)在單晶內(nèi)部成核，通過(guò)不超過(guò)1300℃的熱處理就會(huì)使得初始氧沉淀成核消失，但是在1000-700℃的溫度范圍內(nèi)處理硅片，硅片內(nèi)氧沉淀成核就會(huì)被穩(wěn)定下來(lái)，長(zhǎng)時(shí)間保溫可以使這些氧沉淀成核長(zhǎng)大，形成氧沉淀。一般認(rèn)為氧沉淀的基本單元為siox(x≈2)。

在器件制造中引入的熱處理工藝導(dǎo)致硅片中氧的聚集，最終生成了氧沉淀。硅片中的氧沉淀有雙重作用：處于器件工作區(qū)的氧沉淀會(huì)導(dǎo)致器件失效，如柵極氧化層的擊穿，形成結(jié)漏電電流等；而處于非器件工作區(qū)的氧沉淀會(huì)作為吸雜中心，俘獲器件制造過(guò)程中引入的有害過(guò)渡族金屬雜質(zhì)。

在ic制作過(guò)程中，硅片的加工工藝日益復(fù)雜，在工藝過(guò)程中會(huì)引入很多金屬雜質(zhì)，已經(jīng)證實(shí)：快速擴(kuò)散的過(guò)渡金屬(如fe、cu、ni等)，能夠在硅片內(nèi)部成核，或者進(jìn)入晶體缺陷形成深能級(jí)缺陷。這些金屬以及形成的缺陷會(huì)產(chǎn)生漏電電流、降低少子壽命、導(dǎo)致sio2膜擊穿和影響mosfet的c-t特性。所以超大規(guī)模集成電路制造要求極其努力地降低工藝過(guò)程中引入的金屬沾污。

內(nèi)吸雜技術(shù)是一種有效地從有源器件區(qū)移走過(guò)渡族金屬的吸雜技術(shù)。它是利用氧沉淀的雙重性質(zhì)和金屬擴(kuò)散速度快的性質(zhì)，通過(guò)熱處理工藝在硅片體內(nèi)形成足夠密度的氧沉淀，作為金屬雜質(zhì)的俘獲中心，而在器件工作區(qū)域內(nèi)通過(guò) 抑制氧沉淀形核長(zhǎng)大，使得器件工作區(qū)內(nèi)形成沒(méi)有氧沉淀的潔凈區(qū)，在器件工藝完成后，通過(guò)高溫退火(1000℃左右的退火)處理晶圓，使得金屬沾污迅速向硅片體內(nèi)擴(kuò)散，在氧沉淀附近被固定。

衡量?jī)?nèi)吸雜工藝好壞的關(guān)鍵參數(shù)在于：潔凈區(qū)的厚度和氧沉淀密度。一般希望潔凈區(qū)較薄(比器件工作區(qū)厚10-20微米)，同時(shí)潔凈區(qū)下面的氧沉淀要足夠的高。

常規(guī)的內(nèi)吸雜工藝是三步退火法：

第一步：高溫退火，使得表面區(qū)域內(nèi)氧發(fā)生外擴(kuò)散，退火溫度約為1100-1200℃；

第二步：氧沉淀形核熱處理，通過(guò)低溫(600-800℃)下的熱處理，使得過(guò)飽和間隙氧發(fā)生氧沉淀形核；

第三步：氧沉淀長(zhǎng)大，通過(guò)在高溫(1000-1150℃)下的熱處理，氧沉淀形核開(kāi)始長(zhǎng)大形成吸雜陷阱，并在硅片表面區(qū)域形成潔凈區(qū)。

這種傳統(tǒng)的退火方法有著嚴(yán)重的缺陷，主要表現(xiàn)在潔凈區(qū)厚度對(duì)初始氧沉淀依賴程度大。由于單晶拉制條件的限制，獲得的單晶沿軸向的氧含量分布不均勻，一般在單晶的頭部氧含量比較高，在中部比較低，尾部又開(kāi)始升高，加上熱場(chǎng)的影響，使得同一根單晶上獲得的硅片的氧含量有差異，氧沉淀成核也不一致。而傳統(tǒng)的退火方法一般會(huì)大批次進(jìn)行熱處理，這樣帶來(lái)的嚴(yán)重的問(wèn)題就是，由于氧含量和氧沉淀形核狀態(tài)的不同，為了消除siox析出物、氧化誘生層錯(cuò)oisf等缺陷的影響，提高后續(xù)制程的良率，采用在氬氣氣氛下高溫退火的方式在硅片表面形成一層無(wú)缺陷的區(qū)域，同時(shí)內(nèi)部缺陷密度增加。

硅片熱處理是硅器件襯底加工過(guò)程中一個(gè)重要的工序，熱處理可以使硅片中的氧形成沉積，形成新施主，從而穩(wěn)定硅片的電阻率，對(duì)集成電路制備性能有著極為重要的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種改善硅片內(nèi)部氧沉淀及獲得表面潔凈區(qū)的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種改善硅片內(nèi)部氧沉淀及獲得表面潔凈區(qū)的方法，其特征在于：將傳統(tǒng)的三步退火方式改為四步退火，在氬氣氛下，650℃±50℃退火0.5-1個(gè)小時(shí)；然后在1050-1250℃持續(xù)10分鐘到1小時(shí)的高溫退火；然后在800℃持續(xù)4-6小時(shí)的恒溫退火；最后在1000℃持續(xù)12-16小時(shí)的恒溫退火。

本發(fā)明改變傳統(tǒng)三步高溫退火方式，充分考慮到部分輕摻硅片氧含量偏低，因此在退火的過(guò)程中，改變了消除氧沉淀退火的溫度時(shí)間，并在此退火步驟之前加入一步氧沉淀成核退火過(guò)程，從而有效地在硅片內(nèi)部成核并順利長(zhǎng)大形成一定的微缺陷密度，并在硅片表面形成一定厚度的潔凈區(qū)。

運(yùn)用上述的方法四步退火可以減少熱預(yù)算，降低硅片高溫環(huán)境下產(chǎn)生次生缺陷的幾率；另外，能夠靈活控制加熱時(shí)間，來(lái)控制氧沉淀密度和尺寸，有效地提高高溫退火硅片的熱處理效果。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本發(fā)明的四步退火方式可以減少產(chǎn)生高溫缺陷，消除表面cop，并降低表面顆粒；可以有效控制硅片內(nèi)部氧沉淀并生成所需厚度(5-50微米)的潔凈區(qū)。

2、本發(fā)明的四步退火方式可大幅度縮短氧沉淀長(zhǎng)大的高溫退火時(shí)間，并形成更高密度的體微缺陷，從而提高硅片的內(nèi)吸雜能力。

3、本發(fā)明的四步退火高溫處理方式還可以減少獲得潔凈區(qū)工藝的熱預(yù)算。

附圖說(shuō)明

圖1為退火前后用kla-tencorsurfacesp1tbi型表面掃面檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)試硅片表面獲得的對(duì)比圖(a為退火前，b為退火后)。

圖2為金相顯微鏡下觀測(cè)拍照獲得的退火后潔凈區(qū)的表征圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例

本實(shí)施例通過(guò)改變傳統(tǒng)三步退火方式，采用四步退火方式：在氬氣氛下，1200℃左右的高溫退火之前加入一步650℃左右持續(xù)0.5小時(shí)的退火，目的在于先進(jìn)行氧沉淀成核，之后再進(jìn)行1100℃持續(xù)10分鐘的高溫退火，800℃持續(xù)4小時(shí)的恒溫退火和1000℃持續(xù)16小時(shí)的恒溫退火。

如圖1、2所示，采用該方法，將硅片在ar氣氛中進(jìn)行特殊的高溫退火工藝，可以消除表面cop，并降低表面顆粒；獲得46.36微米的潔凈區(qū)；獲得范圍在1.12×10⁵/cm²-2.24×10⁶/cm²的氧沉淀密度。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種改善硅片內(nèi)部氧沉淀及獲得表面潔凈區(qū)的方法，將傳統(tǒng)的三步退火方式改為四步退火，在氬氣氛下，650℃±50℃退火0.5-1個(gè)小時(shí)；然后在1050-1250℃持續(xù)10分鐘到1小時(shí)的高溫退火；然后在800℃持續(xù)4-6小時(shí)的恒溫退火；最后在1000℃持續(xù)12-16小時(shí)的恒溫退火。本發(fā)明的四步退火方式可以減少產(chǎn)生高溫缺陷，消除表面COP，并降低表面顆粒；可以有效控制硅片內(nèi)部氧沉淀并生成所需厚度的潔凈區(qū)。本發(fā)明的四步退火方式可大幅度縮短氧沉淀長(zhǎng)大的高溫退火時(shí)間，并形成更高密度的體微缺陷，從而提高硅片的內(nèi)吸雜能力。本發(fā)明的四步退火高溫處理方式還可以減少潔凈區(qū)工藝的熱預(yù)算。

技術(shù)研發(fā)人員：劉佐星;劉斌;肖清華;馮泉林;李宗峰;陳赫;程鳳伶;魯進(jìn)軍;劉俊;李俊峰;盧立延;孫媛;石宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：有研半導(dǎo)體材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2015.12.25
技術(shù)公布日：2017.07.04