[发明专利]含氮直拉硅单晶的热处理方法

说明书

本发明涉及一种硅单晶的后处理工艺。

直拉硅单晶生长工艺中，石英坩埚中的氧熔入晶体，硅单晶中氧含量高达10¹⁷/cm³～10¹⁸/cm³，这种原生硅单晶在350℃～550℃加热过程中产生了附加热施主，使P型硅单晶电阻率上升，n型硅单晶电阻率下降。有关含氧硅单晶的这一热施主现象于1957年C.S.Füller，R.A.Logan[J.Appl，Phy，28，1429（1957）]和W.Kaizer[Phys Rev，105，1751（1957）]作了报导。

长期来，人们在生产实践中都将原生硅单晶置于炉中进行中温退火处理，指在氮保护气氛下加热至650℃，保温0.5～1小时，尔后快速冷却至常温。通过中温退火处理，可以消除含氧硅单晶热施主干扰，使单晶电阻率真实，以利用于单晶测试和制作半导体器件。

CN85100295、86100854、87105811、88100307、88102558、89105564等系列中国专利采用氮气作为保护气氛制造直拉硅单晶的方法具有许多优越性，已在生产中大量应用，所生产的硅单晶皆为含氮含氧硅单晶，以下简称为含氮直拉硅单晶，而在氩保护气氛下生长的直拉硅单晶称为含氧直拉硅单晶。应用现有的中温退火处理方法是无法消除含氮直拉硅单晶存在的附加施主干扰问题的。

本发明的目的是提供一种在氮保护气氛下制造的含氮直拉硅单晶的热处理方法，有效地消除附加施主干扰，为单晶的测试和应用带来方便。

含氮直拉硅单晶产品是中国专利85100295于1986年2月公布后问世的，在单晶生长过程中采用氮保护气氛，实质上是一种含氮含氧硅单晶，硅中氮含量为1×10¹⁴/cm³～9×10¹⁵/cm³，氧含量为5×10¹⁷/cm³～2×10¹⁸/cm³，氧的附加施主干扰问题采用传统的650℃中温退火处理获得解决。解决氮含量的附加施主干扰问题同等重要。氮在硅中的行为比氧更为复杂，通过深入的研究和大量的实验认为在氮气氛中生长的含氮含氧直拉硅单晶，由于引入了氮元素，在晶体生长和冷却过程中，和氧元素结合形成新的氧-氮复合体同样具有电活性。因此，采用常规的中温退火处理，仍不能消除由氮、氧所产生的附加施主。必须通过高温退火处理和中温退火处理相结合的热处理方法，才能消除氮和氧的附加施主干扰。本热处理方法不同于以下硅单晶热处理技术：

A、硅单晶在离子注入后为恢复晶格和减少缺陷而进行的热处理;

B、硅单晶在高能粒子辐射后的热处理;

C、硅单晶为形成洁净区而进行的处理处;

D、硅单晶热施主、新施主产生和消除的热处理。

本发明的含氮直拉硅单晶的热处理方法，包括硅中氮含量为5×10¹⁴/cm³～9×10¹⁵/cm³，硅中氧含量为5×10¹⁷/cm³～2×10¹⁸/cm³，还包括该单晶在氮保护气氛下加热至650℃、保温0.5～1小时、快速冷却至常温的中温退火处理。本发明的特征在于：采用高温退火处理和中温退火处理相结合的热处理方法，其工艺步骤为：

A、在氮气氛下加热至850℃～1150℃，保温0.5～3小时，缓慢冷却至常温;

B、尔后，在氮气氛下加热至650℃，保温0.5～1小时，快速冷却至常温。

上述高温退火处理，其最佳的加热温度为900℃～1000℃。

同现有技术比较，本发明的优点是先后采用850℃～1050℃和650℃的高温和中温的退火处理能够消除含氮直拉硅单晶中的氮、氧附加施主干扰问题，此时测出的电阻率才是真实的，便于单晶测试和制作半导体器件;而采用现有的热处理方法，则无法解决含氮直拉硅单晶的附加施主干扰问题。

附图1为含氮直拉硅单晶的热处理工艺示意图，图中G是高温退火处理，Z是中温退火处理，图的纵坐标为温度，横坐标为小时。

实施例1：