[发明专利]一种改善硅晶片机械性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体晶片技术领域，具体涉及一种改善半导体硅晶片机械性能的方法。

背景技术

随着现代科学技术的发展和进步，人们越来越多地追求现代高科技，同时现代高科技也逐渐改变着人类的生产和生活。其中半导体材料在现代高科技产业的应用，前进步伐快、发展势头强，例如半导体材料在先进防御技术、自动化技术、能源技术、航天技术、信息技术以及民用等各方面是必不可少的一种功能材料，所以半导体工业的发展水平也是衡量一个国家先进程度的一个重要依据。

半导体材料技术领域中，以硅材料的应用最为广泛，例如，电子元器件90%以上都是由硅材料制备的。就目前来讲，由于硅材料多数是以晶圆或将其加以切割的形式用作生产器件，因此无论单晶硅、多晶硅还是无定形硅等各种硅晶片，在制备器件过程中容易断裂成为一个普遍存的问题。即有时候其机械性能满足不了器件制备过程的需要，导致大量硅晶片还未用于制作器件就已失效，而造成大量硅晶片的浪费。同时硅晶片生长过程中产生一些缺陷比如空位，自间隙硅原子，间隙氧态，以及位错等，使所用硅晶片生产的器件性能下降，因此控制硅片中的生长缺陷也变得尤为重要。制备过程中引入的间隙氧态，使得氧和硅中的其它微量杂质构成亚稳态缺陷结构并成为深能级复合中心，使得用硅材料生产的器件性能下降。

目前，业界内存在关于硅晶片机械性能与氧含量的理论和实验研究^（1-3），但大多数采用氮气环境下，直拉法或区熔法生长硅片的过程中将氮元素掺入硅片，这种方法所掺氮原子的浓度约5.4×10¹⁵cm^-3，略高于氮在硅中的固溶度4.5×10¹⁵cm^-3，对硅片的性能改进效果甚微。因此如何通过增强硅材料的机械性能并降低其氧含量增加使用硅晶片生产器件的产出率，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

另外，更多关于区熔法或直拉法将特定物质掺入硅材料的介绍请参考公开号分别为CN101399297B、CN101148777B、CN101694008A的中国专利。

参考文献：

【1】 Nitrogen effect on oxygen precipitation in Czochralski silicon, Appl. Phys. Lett. 48, 24 (1986)

【2】Effects of nitrogen on dislocation behavior and mechanical strength in silicon crystals, Appl. Phys. Lett. 56, 5016 (1983)

【3】Nitrogen diffusion and interaction with dislocations in single-crystal silicon J. Appl. Phys. 105, 013519 (2009)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改善硅晶片机械性能的方法，用以提高硅材料的机械性能，尤其机械强度和断裂韧性方面的提高，并且使硅晶片中的氧含量通过氧沉淀的方式减少，使得该硅材料生产器件的产出率提高。

本发明所提供的改善硅晶片机械性能的方法，能增强硅晶片机械性能并降低其氧含量；具体步骤如下：

步骤1：选择本征硅晶片、N型掺杂硅晶片、P型掺杂硅晶片或者绝缘衬底上的硅晶片，对所选硅晶片进行清洗，清除晶片表面的有机表面膜、杂质粒子和金属玷污；

步骤2：将清洗干净的上述硅晶片，置于密闭的含氮元素气体的氛围中，该气体氛围的压强为60~80 KPa；

步骤3：在上述气体氛围中，用超快激光辐照所述硅晶片，得到掺杂含有超饱和氮元素的硅片。

本发明中，步骤1中，所述硅晶片，不仅包括本征硅晶片、N型掺杂硅晶片及P型掺杂硅晶片，还可以是绝缘衬底上的硅晶片，该步骤能够保证对硅晶片的各个实施步骤中，没有其它污染物掺入硅晶片内部。

本发明中，步骤2中，所述含氮元素气体，是各种实验中常见的NF3、N2或NF3和N2以任意比例混合的气体，该气体压强为60~80 KPa，优选的气体压强为65~75 KPa。

本发明中，步骤3中，超快激光是指飞秒激光、皮秒激光或纳秒激光；激光参数由所选择激光决定；