[发明专利]一种提高中子嬗变掺杂或去应力硅单晶退火后少子寿命的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料领域，尤其是涉及一种提高中子嬗变掺杂或去应力硅单晶退火后少子寿命的方法。

背景技术

现有技术的退火工艺，主要工艺条件为退火过程中石英管通入氮气加盐酸的气体，目的是为了去除炉管内及单晶表面金属离子，提高退火寿命，此方法对于提高单晶少子寿命有一定效果，但也存在不足：退火过程对环境的要求较高，长期通入HCL气体造成设备及厂房多处严重腐蚀，给设备维护保养造成很大困难，同时炉管附件的铁锈等会在开炉时进入炉管造成二次沾污，单晶少子寿命又会受影响；另外，长期处于盐酸气氛环境中，对于操作人员的健康也有极大损害。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种提高中子嬗变掺杂或去应力硅单晶退火后少子寿命的方法，尤其适合用于中子辐照掺杂区熔硅单晶及区熔气掺去应力单晶的退火。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种提高中子嬗变掺杂或去应力硅单晶退火后少子寿命的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)腐蚀、冲洗、烘干：将硅单晶用硝酸和氢氟酸进行腐蚀后，用去离子水冲洗后烘干；

(2)浸泡：将硅单晶放入五氧化二磷溶液中浸泡；

(3)晾干：自然晾干；

(4)入炉：将步骤(3)得到的单晶硅放在石英舟中，入热处理炉；

(5)通气：向炉内通入氧气；

(6)退火。

所述步骤(2)中五氧化二磷溶液的浓度为5-20mg/mL。

所述步骤(2)中的浸泡时间为5-20min。

所述步骤(5)中氧气的气流量为2L/min。

本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，在退火过程中引入五氧化二磷加氧气来代替常规工艺中的氮气加盐酸气氛。主要原理是五氧化二磷在单晶表面形成一层保护膜，在高温退火时能隔绝外部杂质对晶体的沾污，达到提高少子寿命的目的，同时，此方法还解决了常规工艺中盐酸气体对于设备和人员的影响。

具体实施方式

实施例1：

1.腐蚀

首先将硅单晶摆放在腐蚀槽中，再向酸槽中加入硝酸，直至酸液没过单晶，记录加入的硝酸的量，然后计算所需氢氟酸的数量(硝酸：氢氟酸＝5-8：1)，根据计算结果向酸槽中加入氢氟酸，开始腐蚀。腐蚀过程中用四氟塑料棒不断搅拌单晶，以加快反应速度，并使单晶表面腐蚀得更加均匀。

2.冲洗

腐蚀15～20分钟，单晶表面变得光亮、无氧化层时，使用专用套圈将单晶迅速提出放置于盛有去离子水的槽中，并用流动的去离子水清洗约20～30分钟，直到pH试纸测试清洗液pH值呈中性后结束。

3.烘干

操作者先将超净工作台的托盘铺上洁净的“防尘布”，然后戴上一次性手套把腐蚀并清洗干净的单晶取出，放到超净工作台中的托盘上，打开红外灯开关，进行烘干。

4.浸泡

将硅单晶放入浓度为10mg/mL的五氧化二磷溶液中浸泡10min。

5.晾干

将浸泡过五氧化二磷的硅单晶在常温下自然晾干。

6.入炉

将晾干的单晶棒用工作车推至热处理炉前易于装炉的位置，打开石英管帽，选择对应尺寸的石英舟，并将单晶棒小心摆放在石英舟上，推入至热处理石英管的恒温区内，盖严石英管帽。每个石英管可以摆放三个石英舟，根据单晶直径，每个石英舟上可以摆放1-7棵单晶棒。

开启氧气管道阀门并调节气体流量至2L/min，氧气通入进入石英管内。

7.退火

开启热处理炉的电源键，中子嬗变掺杂硅单晶、去应力硅单晶均按照常规退火工艺曲线进行退火处理。

实验结果：

通过批量验证，新工艺下单晶退火后少子寿命较常规工艺普遍提高50-60％，寿命<300μs的比例由10％降低到4％左右。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。