[发明专利]硅片及其生产方法

说明书

本申请是2011年8月8日递交的申请号为201110229964.X，名称为“硅片及其生产方法”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种氧沉积倾向大大减少的硅片，和一种生产所述硅片的方法，所述方法包括热处理。

背景技术

硅单晶通常是用Czochralski方法从位于石英坩埚内的硅熔体中拉制而成的。由于石英坩埚的侵蚀作用，氧进入到硅熔体中，并且其以数10¹⁷到数10¹⁸cm^-3的浓度(原子/立方厘米)掺入到晶体内。初始所述氧以溶解的形态存在，但是在室温下以及在生产电子电路和电子元件期间的典型温度下其是过饱和的。因此，在生产电子电路与电子元件期间或在类似的温度下进行其它热处理期间其发生沉积。在工艺中产生所谓的BMD。它们是具有或者没有其它缺陷的氧聚集体(oxygen agglomerate)，所述缺陷可能在热处理期间直接出现在所述氧聚集体附近。早在拉晶法中在冷却单晶期间就可以形成BMD的核。如果所述核超过随温度而定的临界尺寸，它们能够在热处理期间生长。这些能够生长的BMD核被称作稳定的核。

由于它们的尺寸小，因此BMD核的密度不能直接测定。为了测量稳定的BMD核的密度，通常使制成的硅片(不过尚未在元件工艺中被结构化)经受BMD试验。这个试验例如可以涉及将硅片在780℃的温度下保持3小时，随后在1000℃的温度下保持16小时。在这个热处理期间，稳定的BMD核在第一个步骤中被进一步稳定化，以便它们可以在第二个步骤中在1000℃下16小时内生长形成大的可检测的BMD。在热处理之后通过Secco蚀刻在蚀刻除去2.5μm的情况下在破裂硅片的裂痕边缘进行检测。这是检测硅片氧沉积性能的常规试验。在通常使用的产生类似结果的另一个BMD试验中，将硅片在800℃的温度下保持4小时，随后在1000℃的温度下保持16小时。

由于热处理，生长形成大BMD的稳定BMD核可以通过例如产生短路或减少硅片内的载流子的使用期限或数量来削弱电子电路与电子元件的功能。

这个问题至今一般通过热处理来解决，热处理在硅片的表面上产生洁净区(denuded zone)。US 2008/0292523A1描述了生产这种洁净区的几种方法。在那种情况下，用卤素灯、氙闪光灯或激光将硅片在短时间(最长100ms)内加热到1000℃以上的温度，然后再快速冷却。因此消除了在表面下的薄层中的BMD核。而相对比，在大于10μm的深度下仍然存在稳定的BMD核。在1250℃的最高温度下进行1ms的闪光灯热处理之后，在硅片内的BMD密度是3.8×10⁶cm^-2(相当于约1.9×10¹⁰cm^-3)，以及洁净层的厚度是0.6μm。在1300℃的最高温度下，在硅片的其余部分中产生了厚度为0.8μm和BMD密度为5.2×10⁶cm^-2(相当于约2.6×10¹⁰cm^-3)的洁净层。在800℃下热处理4小时并随后在1000℃下热处理16小时之后测量BMD密度。

然而，对于有些元件，例如由BMD致使在硅片内的载流子使用期限短是不利的，对于这样的元件，内部具有高BMD密度和在表面上仅具有薄洁净区的硅片是不适宜的。

因此，已经开发出了可以使硅片的整个体积内不含BMD核的方法。US 6336968B1描述了一种方法，其中将硅片快速加热到至少1150℃的温度并且在这个温度下保持若干秒(至少1s)以便溶解预先存在的BMD核。然后，将硅片以至多20K/s的冷却速率冷却到950℃的最高温度。在至少1150℃的维持温度下，产生很高浓度的晶格空位，所述空位在冷却期间通常变成过饱和的并大大促进新BMD核的产生。通过缓慢冷却，想要它们预先向外扩散。同样的效果可以通过将硅片保持在1150-950℃的恒温下更长时间(例如在1150℃下≥2s或在950℃下≥2min)来实现。可以通过含氧的气氛来协助减少空位的过饱和，因为表面的氧化产生硅间隙(间隙硅原子)，其与空位复合，从而进一步减少它们的密度。这个方法的问题在于：在低于1150℃的温度下空位与氧结合，因此它们的外扩散变得困难得多，因为再次释放出空位的逆反应需要一些时间。因此，根据US 6336968B1的方法需要较长的时间。

因此，提出的目的是提供一种生产硅片的经济方法，所述硅片尽管氧含量在常规范围内，但是在整个硅片体积内具有密度显著降低的稳定BMD核。