專利名稱：含氮直拉硅單晶的熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅單晶的后處理工藝。
直拉硅單晶生長(zhǎng)工藝中，石英坩堝中的氧熔入晶體，硅單晶中氧含量高達(dá)1017/cm3～1018/cm3，這種原生硅單晶在350℃～550℃加熱過(guò)程中產(chǎn)生了附加熱施主，使P型硅單晶電阻率上升，n型硅單晶電阻率下降。有關(guān)含氧硅單晶的這一熱施主現(xiàn)象于1957年C.S.Füller，R.A.Logan[J.Appl，Phy，28，1429(1957)]和W.Kaizer[Phys Rev，105，1751(1957)]作了報(bào)導(dǎo)。
長(zhǎng)期來(lái)，人們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中都將原生硅單晶置于爐中進(jìn)行中溫退火處理，指在氮保護(hù)氣氛下加熱至650℃，保溫0.5～1小時(shí)，爾后快速冷卻至常溫。通過(guò)中溫退火處理，可以消除含氧硅單晶熱施主干擾，使單晶電阻率真實(shí)，以利用于單晶測(cè)試和制作半導(dǎo)體器件。
CN85100295、86100854、87105811、88100307、88102558、89105564等系列中國(guó)專利采用氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣氛制造直拉硅單晶的方法具有許多優(yōu)越性，已在生產(chǎn)中大量應(yīng)用，所生產(chǎn)的硅單晶皆為含氮含氧硅單晶，以下簡(jiǎn)稱為含氮直拉硅單晶，而在氬保護(hù)氣氛下生長(zhǎng)的直拉硅單晶稱為含氧直拉硅單晶。應(yīng)用現(xiàn)有的中溫退火處理方法是無(wú)法消除含氮直拉硅單晶存在的附加施主干擾問(wèn)題的。
本發(fā)明的目的是提供一種在氮保護(hù)氣氛下制造的含氮直拉硅單晶的熱處理方法，有效地消除附加施主干擾，為單晶的測(cè)試和應(yīng)用帶來(lái)方便。
含氮直拉硅單晶產(chǎn)品是中國(guó)專利85100295于1986年2月公布后問(wèn)世的，在單晶生長(zhǎng)過(guò)程中采用氮保護(hù)氣氛，實(shí)質(zhì)上是一種含氮含氧硅單晶，硅中氮含量為1×1014/cm3～9×1015/cm3，氧含量為5×1017/cm3～2×1018/cm3，氧的附加施主干擾問(wèn)題采用傳統(tǒng)的650℃中間退火處理獲得解決。解決氮含量的附加施主干擾問(wèn)題同等重要，氮在硅中的行為比氧更為復(fù)雜，通過(guò)深入的研究和大量的實(shí)驗(yàn)認(rèn)為在氮?dú)夥罩猩L(zhǎng)的含氧直拉硅單晶，由于引入了氮元素，在晶體生長(zhǎng)和冷卻過(guò)程中，和氧元素結(jié)合形成新的氧-氮復(fù)合體同樣具有電活性。因此，采用常規(guī)的中溫退火處理，仍不能消除由氮、氧所產(chǎn)生的附加施主。必須通過(guò)高溫退火處理和中溫退火處理相結(jié)合的熱處理方法，才能消除氮和氧的附加施主干擾。本熱處理方法不同于以下硅單晶熱處理技術(shù)A、硅單晶在離子注入后為恢復(fù)晶格和減少缺陷而進(jìn)行的熱處理;
B、硅單晶在高能粒子輻射后的熱處理;
C、硅單晶為形成潔凈區(qū)而進(jìn)行的處理處;
D、硅單晶熱施主、新施主產(chǎn)生和消除的熱處理。
本發(fā)明的含氮直拉硅單晶的熱處理方法，包括硅中氮含量為5×1014/cm3～9×1015/cm3，硅中氮含量為5×1017/cm3～2×1018/cm3，還包括該單晶在氮保護(hù)氣氛下加熱至650℃、保溫0.5～1小時(shí)、快速冷卻至常溫的中溫退火處理。本發(fā)明的特征在于采用高溫退火處理和中溫退火處理相結(jié)合的熱處理方法，其工藝步驟為A、在氮?dú)夥障录訜嶂?50℃～1150℃，保溫0.5～3小時(shí)，緩慢冷卻至常溫;
B、爾后，在氮?dú)夥障录訜嶂?50℃，保溫0.5～1小時(shí)，快速冷卻至常溫。
上述高溫退火處理，其最佳的加熱溫度為900℃～1000℃。
同現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是先后采用850℃～1050℃和650℃的高溫和中溫的退火處理能夠消除含氮直拉硅單晶中的氮、氧附加施主干擾問(wèn)題，此時(shí)測(cè)出的電阻率才是真實(shí)的，便于單晶測(cè)試和制作半導(dǎo)體器件;而采用現(xiàn)有的熱處理方法，則無(wú)法解決含氮直拉硅單晶的附加施主干擾問(wèn)題。
附

圖1為含氮直拉硅單晶的熱處理工藝示意圖，圖中G是高溫退火處理，Z是中溫退火處理，圖的縱坐標(biāo)為溫度，橫坐標(biāo)為小時(shí)。
實(shí)施例1含氮直拉硅單晶，硅中氮含量為5×1014/cm3，氧含量為5×1017/cm3，加熱至850℃，在氮保護(hù)氣氛下保溫3小時(shí)，緩冷至常溫;再在650℃和氮保護(hù)氣氛下保溫1小時(shí)，接著快速冷卻至常溫。
實(shí)施例2含氮直拉硅單晶，硅中氮含量為9×1015/cm3，氧含量為2×1018/cm3，加熱至900℃，在氮保護(hù)氣氛下保溫1小時(shí)，緩冷至常溫;再在650℃和氮保護(hù)氣氛下保溫1小時(shí)，接著快速冷卻至常溫。
實(shí)施例3將實(shí)施例1或2用的含氮直拉硅單晶，高溫退火溫度為950℃，保溫1小時(shí)，其保護(hù)氣氛和中溫退火工藝與實(shí)施例1或2相同。
實(shí)施例4含氮直拉硅單晶，高溫退火溫度為1000℃，保溫1小時(shí)，其余條件與實(shí)施例3相同。
實(shí)施例5含氮直拉硅單晶，高溫退火溫度為1050℃，保溫0.5小時(shí)，其余條件與實(shí)施例3相同。
實(shí)施例6含氮直拉硅單晶，高溫退火溫度為1150℃，保溫0.5小時(shí)，其余條件與實(shí)施例3相同。
權(quán)利要求
1.一種含氮直拉硅單晶的熱處理方法，包括硅中氮含量為5×1014/cm3～9×1015/cm3，硅中氧含量為5×1017/cm3～2×1018/cm3，還包括加熱至650℃、在氮保護(hù)氣氛下保溫0.5～1小時(shí)、快速冷卻至常溫的中溫退火處理，本發(fā)明的特征在于采用高溫退火處理和中溫退火處理相結(jié)合的熱處理方法，其工藝步驟為A、在氮?dú)夥障录訜嶂?50℃～1150℃，保溫0.5～3小時(shí)，緩慢冷卻至常溫；B、爾后，在氮?dú)夥障录訜嶂?50℃，保溫0.5～1小時(shí)，快速冷卻至常溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述的高溫退火處理，其最佳加熱溫度為900℃～1000℃。
全文摘要
一種含氮直拉硅單晶的熱處理方法，其特征是在氮保護(hù)氣氛下，分別經(jīng)過(guò)850℃～1150℃高溫退火處理和650℃中溫退火處理。通過(guò)這種熱處理后的含氮直拉硅單晶，才能有效地消除硅中氮含量和氧含量的附加施主干擾，才便于電阻率測(cè)試和半導(dǎo)體器件制造。
文檔編號(hào)C30B33/02GK1083874SQ9311244
公開日1994年3月16日 申請(qǐng)日期1993年5月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月22日
發(fā)明者楊德仁, 楊建松, 李立本, 姚鴻年, 闕端磷, 張錦心, 樊瑞新, 張奚文 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)