[发明专利]一种高温退火硅片的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温退火硅片的制备方法，用于制备高质量集成电路用硅衬底材料。

背景技术

硅片是利用直拉法(CZ法)或者区熔法(FZ法)得到硅单晶锭，硅单晶锭经过线切割、磨削、抛光、清洗等工艺制备得到的。在用CZ法生长晶体的过程中，由于空位的聚集会形成一种空洞型微缺陷，即晶体原生粒子缺陷(COP)，这种缺陷会降低MOS器件栅氧化层的完整性(GOI)，因此为了满足器件制备的要求，需要降低硅片表面的晶体原生粒子缺陷(COP)。高温退火工艺就是一种有效的方法。一般工艺条件是将硅片置于Ar气氛中，然后升温到1200℃并保温1h。但是如果在纯氩气中进行热处理会导致硅片近表面区域大约3μm内电阻的下降，如图1所示。这主要是因为硅片在清洗和随后的存储过程中，会在硅片表面形成大约15-40nm厚的自然氧化膜，在退火过程中，这些氧化膜会吸附炉体或者临近硅片的硼原子，这些硼原子在高温的作用下会穿透氧化膜进而扩散到硅片表面区域，造成退火后硅片表面阻值的降低。

解决以上问题的方法主要有以下两种：一是把经过热处理的硅片重新抛光，除去表面大约5μm的厚度，就可以得到阻值正常的硅片；二是在高温热处理之前用HF溶液将硅片清洗一遍，去除表面的自然氧化膜，然后立即进炉。但是这两种方法都有局限性，第一种方法会导致表面洁净区减小甚至消失，使硅片表面的空洞型缺陷重新出现；第二种方法会导致硅片表面颗粒的增加，如图2所示。另外，这两种方法都会导致成本的增加。

因此，需要找到一种低成本的方法来降低或者消除硅片表面的晶体原生粒子缺陷(COP)，同时保持硅片表面到内部电阻率的一致性。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种高温退火硅片的制备方法，通过高温热处理在降低硅片表面空洞型缺陷密度的同时保持电阻率深度分布的一致性，从而提高衬底的质量，提高栅氧化层的完整性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高温退火硅片的制备方法，包括以下步骤：

(1)将硅片装载好后，以150mm/min的速度升入温度为650℃，保护气氛为纯Ar的石英炉管内，保温30min；

(2)向石英炉管内通入H₂，此时退火气氛变为Ar和H₂的混合气氛，并升温到1000℃；

(3)停止通H₂，将退火气氛变为纯Ar气氛，并升温到1200℃保温1h；

(4)保温结束后，继续通入纯Ar，降温到650℃后出舟，将硅片冷却至室温后卸载。

在上述制备方法中，所述步骤(2)中Ar和H₂的混合气氛中H₂和Ar的流量比为4％；升温速度为3～5℃/min。

在上述制备方法中，所述步骤(4)中硅片的出舟速度为150mm/min。

本发明的优点在于：

与采用纯Ar气氛退火的硅片相比，采用本发明的制备方法不但消除了硅片表面的空洞型微缺陷，降低了表面雾度值(Haze)，而且保证了硅片电阻率在深度方向上的一致性和径向上的均匀性。

采用本发明不仅能够制备出高质量的硅衬底材料，而且不会带来附加的不良作用，不需要增加多余的工序，不仅提高了生产效率而且降低了成本，适合于批量生产。

附图说明

图1为硅片经过纯Ar气氛、1200℃/1h退火后电阻的深度分布图。

图2为硅片经过HF漂洗后表面颗粒的变化图。

图3为本发明的工艺流程图。

图4为步骤(2)温度为950℃时，硅片电阻率的深度分布图。

图5为步骤(2)升温速率为10℃/min时，硅片电阻率的深度分布图。

图6为采用本发明后用电容-电压(C-V)法测量得到的电阻率深度分布图。

图7为采用本发明后用扩展电阻(SRP)法测量得到的电阻率深度分布图。

图8为采用本发明退火前后硅片表面的颗粒变化情况。

图9为采用本发明退火前后硅片表面雾度值(Haze)的变化情况。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。