[发明专利]一种高掺氮的硅片及其快速掺氮的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种高掺氮的硅片及其快速掺氮的方法。

背景技术

硅单晶是微电子制造业的基础材料，它的性能与其中的杂质有紧密关系。从20世纪80年代开始，研究者对硅中的氮杂质开展了大量的研究工作，发现氮杂质能够在多方面提高硅片的性能，满足超大规模集成电路的要求。首先，氮杂质能够提高硅片的机械性能，减少硅片在器件制造过程中的翘曲；其次，氮杂质能够减少硅单晶中的空洞型缺陷的尺寸，使其在后续的热处理过程中更容易消除；第三，氮杂质能够促进直拉硅片中的氧沉淀，提高硅片的内吸杂能力，从而有利于提高集成电路的成品率。

目前，在单晶硅中掺氮通常采用在晶体生长过程中实时掺入的方式。中国专利申请20091009994.6公开了在氮气下融硅掺氮制备铸造多晶硅的方法，通过在多晶硅原料融化阶段通入氮气与融硅反应的方式掺入氮，通过控制融硅时间来控制掺氮浓度，定向凝固铸造得到氮浓度可控的掺氮多晶硅，其具有较高的机械强度。高纯氮气的压力为5～200Torr，流量为1～200l/min，氮气通入时间1～1000分钟，在多晶硅融化后，转化为氩气保护，直至硅晶体生长完成。采用该种方法可以掺杂的N浓度在1×10¹⁴-5×10¹⁵atom/cm³。但该方法需要将硅熔融，操作复杂。

发明内容

本发明提供了一种在硅片中快速掺入氮杂质的方法，该方法不需要将硅片熔融，操作简便，而且掺氮浓度可控。

一种在硅片中快速掺入氮杂质的方法，包括：将硅片置于氮气氛下，加热升温至1150～1250℃，维持30～180秒，冷却。

本发明方法加热温度、加热时间可以控制掺入硅片中氮杂质的浓度，温度越高、加热时间越长，则硅片中的氮杂质浓度越高。

所述的氮气纯度不低于99.99％。

所述的硅片可以是单晶硅片，也可以是多晶硅片。

本发明方法优选采用RTP热处理炉进行加热，快速热处理炉的降温速率一般为5～50℃/s，升温速率一般为50～100℃/s，所以冷却的时候可以先以5～50℃/s的速率降温，最后自然冷却。

本发明还提供一种硅片，其氮掺杂浓度为1×10¹⁵～1.2×10¹⁶atom/cm³，并通过如下方法制备：

将硅片置于氮气氛下，加热升温至1150～1250℃，维持30～180秒，冷却。

与现有的硅片氮掺杂工艺相比，本发明具有以下有益的效果：

(1)只需单步高温热处理，工艺简单、热预算显著降低。

(2)氮杂质浓度可以很方便地通过改变快速热处理的温度和时间来控制。

(3)它是一种晶体生长后的掺杂方法，可应用于各种硅片。

附图说明

图1为实施例1得到的硅片近表面区域(从表面到10m处)及距表面100m处的氮杂质浓度；

图2为实施例2得到的硅片近表面区域(从表面到10m处)的氮杂质浓度；

图3为实施例3得到的硅片近表面区域(从表面到10m处)的氮杂质浓度。

具体实施方式

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。

实施例1

将P型硅片(电阻率为10Ω·cm，晶向为<100>)放置在充满高纯氮气(99.99％)的快速热处理炉内(北京东之星应用物理研究所RTP-500)，氮气流速为2L/min，接通电源，以100℃/s的速率将硅片升温至1250℃，维持90秒，然后以50℃/s冷却至800℃，最后切断电源，使硅片在氮气气氛下自然冷却。

图1为经过上述热处理后的硅片的近表面区域(从表面到10m处)及距表面100m处的氮杂质浓度【用二次离子质谱(SIMS)法测得】。从图中可以看到，在硅片近表面区域的氮杂质浓度为1.2×10¹⁶atom/cm³，在硅片100m深度处的浓度为4×10¹⁵atom/cm³。

实施例2

将P型硅片(电阻率为10Ω·cm，晶向为<100>)放置在充满高纯氮气(99.99％)的快速热处理炉内(北京东之星应用物理研究所RTP-500)，氮气流速为2L/min，接通电源，以100℃/秒的速度升温至1250℃，分别维持30、60、90、120、150秒，然后以5℃/s冷却至800℃，最后切断电源，使硅片在氮气气氛下自然冷却。