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硼掺杂直拉硅单晶P/PSUP/SUP外延片铜沾污后获得洁净区的方法.pdf

  • 上传人:00062****4422
  • 文档编号:76122
  • 上传时间:2018-01-23
  • 格式:PDF
  • 页数:7
  • 大小:1.22MB
  • 摘要
    申请专利号:

    CN201410305340.5

    申请日:

    2014.06.30

    公开号:

    CN104060327A

    公开日:

    2014.09.24

    当前法律状态:

    驳回

    有效性:

    无权

    法律详情:

    发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):C30B 33/00申请公布日:20140924|||实质审查的生效IPC(主分类):C30B 33/00申请日:20140630|||公开

    IPC分类号:

    C30B33/00; C30B33/02

    主分类号:

    C30B33/00

    申请人:

    厦门大学

    发明人:

    徐进; 谢婷婷; 吕耀朝; 吉川

    地址:

    361005 福建省厦门市思明南路422号

    优先权:

    专利代理机构:

    厦门南强之路专利事务所(普通合伙) 35200

    代理人:

    马应森;戴深峻

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    内容摘要

    硼掺杂直拉硅单晶p/p+外延片铜沾污后获得洁净区的方法,涉及硅单晶p/p+外延片。1)准备3组样品,将第1组样品浸入CuCl2溶液中进行铜沾污,然后分别在1100~1300℃N2,O2和Ar气氛下热处理,将第2、3组样品直接分别在1100~1300℃N2,O2和Ar气氛下热处理;2)将步骤1)热处理过的第2组样品进行铜沾污,然后在600~800℃下保温;将步骤1)热处理过的第1,3组样品直接在600~800℃下保温;3)将步骤2)处理过的第3组样品进行铜沾污,然后在900~1100℃下保温;将步骤2)处理过的第1,2组样品直接在900~1100℃下保温。

    权利要求书

    1.  硼掺杂直拉硅单晶p/p+外延片铜沾污后获得洁净区的方法,其特征在于包括以下步骤:
    1)准备3组样品,将第1组样品浸入CuCl2溶液中进行铜沾污,然后分别在1100~1300℃N2,O2和Ar气氛下热处理60~90s,将第2、3组样品直接分别在1100~1300℃N2,O2和Ar气氛下热处理60~90s;
    2)将步骤1)热处理过的第2组样品进行铜沾污,然后在600~800℃下保温6~8h;将步骤1)热处理过的第1,3组样品直接在600~800℃下保温6~8h;
    3)将步骤2)处理过的第3组样品进行铜沾污,然后在900~1100℃下保温12~16h;将步骤2)处理过的第1,2组样品直接在900~1100℃下保温12~16h,实现硼掺杂直拉硅单晶p/p+外延片铜沾污后获得洁净区。

    2.
      如权利要求1所述硼掺杂直拉硅单晶p/p+外延片铜沾污后获得洁净区的方法,其特征在于在步骤1)中,所述CuCl2溶液采用浓度为0.5mol/L的CuCl2溶液。

    说明书

    硼掺杂直拉硅单晶p/p+外延片铜沾污后获得洁净区的方法
    技术领域
    本发明涉及硅单晶p/p+外延片,尤其是涉及硼掺杂直拉硅单晶p/p+外延片铜沾污后获得洁净区的方法。
    背景技术
    铜(Cu)是硅晶体生长或器件制备过程中主要的过渡族金属污染之一,由于其溶解度随温度的降低急剧下降,因此高温过程引入的铜沾污会在随后的冷却过程沉淀下来。铜沉淀的存在会对器件的性能及可靠性存在很大危害。李春龙等人研究指出,重掺硼硅单晶中的氧比普通硅单晶的氧浓度要高20%左右,且重掺硼硅单晶中的硼氧化合物可以作为氧沉淀的异质形核中心,明显促进氧沉淀的形成(参考文献:Li C L,Ma X Y,Xu J,Yu X G,Yang D R,QueD L2003JPN.J.Appl.Phys.427290)。席珍强等人研究了原生直拉单晶硅中的铜沉淀规律,指出原生单晶硅中铜沉淀温度为800℃(参考文献:Xi Zhenqiang,Yang Deren,ChenJun,Que Duanlin,and H.J.Moeller,Chinese Journal of semiconductors26:1753,2005)。徐进等人研究表明,重掺硼硅片很难获得洁净区,而采用p/p+外延结构可以很好地解决这一问题。(参考文献:Xu J,Li F L,Yang D R2007Acta Phy.Sin.564113(in Chinese)[徐进,李福龙,杨德仁2007物理学报564113])本专利提出了利用高温RTP-低-高三步热处理工艺铜沾污后的硼掺杂直拉硅单晶p/p+外延片中洁净区形成工艺,不论在理论上或者工业应用上都具有重要意义和实用价值。
    发明内容
    本发明的目的是提出一种硼掺杂直拉硅单晶p/p+外延片铜沾污后获得洁净区的方法。
    本发明包括以下步骤:
    1)准备3组样品,将第1组样品浸入CuCl2溶液中进行铜沾污,然后分别在1100~1300℃N2,O2和Ar气氛下热处理60~90s,将第2、3组样品直接分别在1100~1300℃N2,O2和Ar气氛下热处理60~90s;
    2)将步骤1)热处理过的第2组样品进行铜沾污,然后在600~800℃下保温6~8h;将 步骤1)热处理过的第1,3组样品直接在600~800℃下保温6~8h;
    3)将步骤2)处理过的第3组样品进行铜沾污,然后在900~1100℃下保温12~16h;将步骤2)处理过的第1,2组样品直接在900~1100℃下保温12~16h,实现硼掺杂直拉硅单晶p/p+外延片铜沾污后获得洁净区。
    在步骤1)中,所述CuCl2溶液可采用浓度为0.5mol/L的CuCl2溶液。
    本发明通过控制硅片体内间隙铜原子分布来避免在硼掺杂直拉硅单晶p/p+外延片的洁净区域形成铜沉淀。
    本发明在不同气氛(N2,O2或Ar)高温RTP-低-高三步热处理过程的不同步骤引入铜沉淀,只有在第二步低温热处理和第三步高温热处理前引入铜沾污才能得到洁净区,而且铜沉淀都只分布在p+衬底,在外延p层中均无缺陷产生,说明在利用高温RTP-低-高三步热处理获得洁净区的工艺过程中应避免在第一步高温RTP处理前引入铜沾污,而且第一步高温RTP的气氛对洁净区的形成几乎没有影响。
    本发明的有益效果在于:
    根据硼掺杂直拉硅单晶p/p+外延片引入铜杂质步骤不同,控制间隙铜原子分布,从而在硼掺杂直拉硅单晶p/p+外延片中获得洁净区。
    附图说明
    图1是在N2气氛下经过热处理步骤后的直拉单晶硅片截面微缺陷分布的光学显微镜照片。
    图2是在O2气氛下经过热处理步骤后的直拉单晶硅片截面微缺陷分布的光学显微镜照片。
    图3是在Ar气氛下经过热处理步骤后的直拉单晶硅片截面微缺陷分布的光学显微镜照片。
    图4是在N2气氛下经过热处理步骤后的直拉单晶硅片截面微缺陷分布的光学显微镜照片。
    图5是在O2气氛下经过热处理步骤后的直拉单晶硅片截面微缺陷分布的光学显微镜照片。
    图6是在Ar气氛下经过热处理步骤后的直拉单晶硅片截面微缺陷分布的光学显微镜照片。
    图7是在N2气氛下经过热处理步骤后的直拉单晶硅片截面微缺陷分布的光学显微镜照 片。
    图8是在O2气氛下经过热处理步骤后的直拉单晶硅片截面微缺陷分布的光学显微镜照片。
    图9是在Ar气氛下经过热处理步骤后的直拉单晶硅片截面微缺陷分布的光学显微镜照片。
    具体实施方式
    以下结合附图进一步说明本发明。
    实施例1高温RTP-低-高三步热处理,在第一步高温RTP处理前引入铜沾污,步骤如下:
    1)将第1组样品浸入浓度为0.5mol/L的CuCl2溶液中进行铜沾污,然后分别在1100~1300℃N2,O2和Ar气氛下热处理60~90s。
    2)将步骤1)处理过的样品在600~800℃下保温6~8h。
    3)将步骤2)处理过的样品继续在900~1100℃下保温12~16h。将硅片解理,然后在stirl腐蚀液中腐蚀4min(体积比5mol/LCr2O3∶50%HF=1∶1)。用光学显微镜观察硅片的截面微缺陷分布,并拍照。
    图1、图2、图3分别是在N2,O2或Ar气氛下经过上述热处理步骤后的直拉单晶硅片截面微缺陷分布的光学显微镜照片。从图1~3中可以看出,在第一步高温RTP处理前引入铜沾污时,不管是在N2,O2或Ar气氛下处理,硅片的整个横截面分布着高密度的体微缺陷,近表面处无洁净区形成。第一步高温RTP处理前引入铜沾污,在随后的冷却过程中,间隙铜原子的固溶度迅速下降,过饱和度迅速累积,铜沉淀的化学驱动力迅速增大。因此,大量的铜沉淀分布于整个硅片。在随后的600~800℃/6~8h+900~1100℃/12~16h的热处理过程中,由于铜沉淀溶解的复杂性,第一步已生成的铜沉淀不会全部溶解。因此,高温RTP-低-高三步热处理后,铜沉淀分布于硅片的整个横截面,近表面处无洁净区形成。
    实施例2高温RTP-低-高三步热处理工艺,在第二步低温(600~800℃)热处理前引入铜沾污,步骤如下:
    1)将第2组样品分别在1100~1300℃N2,O2和Ar气氛下快速热处理60~90s。
    2)将步骤1)处理过的样品浸入浓度为0.5mol/L的CuCl2溶液中进行铜沾污,然后在600~800℃下保温6~8h。
    3)将步骤2)处理过的样品继续在900~1100℃下保温12~16h。将硅片解理,然后在stirl腐蚀液中腐蚀4min(体积比5mol/LCr2O3∶50%HF=1∶1)。用光学显微镜观察硅片的截 面微缺陷分布,并拍照。
    图4、图5、图6分别是在N2,O2或Ar气氛下经过上述热处理步骤后的直拉单晶硅片截面微缺陷分布的光学显微镜照片。从图4~6中可以看出,在第二步低温(600~800℃)热处理前引入铜沾污,所有的硅片体内都有高密度的缺陷形成,而近表面处出现了洁净区。铜沉淀温度为800℃,在600~800℃下引入的铜沾污或者以间隙铜原子或者复合体的形式存在,或者外扩散到硅片的表面。同时,600~800℃为氧沉淀形核的适宜温度,形成的氧沉淀核心可以作为吸杂点有效地吸附间隙铜原子。在随后的900~1100℃/12~16h热处理过程中,氧沉淀核心进一步长大成氧沉淀,成为更有效的吸杂点。由于重掺沉底中高浓度的硼原子对氧沉淀有很大的促进作用,故氧沉淀只分布于重掺沉底而不会出现在轻掺的外延层中(外延层的厚度约50μm)。而外扩散部分的间隙铜会与硅片表面反应生成铜硅化合物,也能高效地吸附间隙铜原子。在铜硅化合物和氧沉淀的共同吸附作用下,硅片的近表面处出现了洁净区。由于表面处少量的铜硅化合物可以基本忽略,因此,洁净区的厚度均大于等于50μm,即轻掺外延层均为洁净区。
    实施例3高温RTP-低-高三步热处理工艺,在第三步高温(900~1100℃)热处理前引入铜沾污,步骤如下:
    1)将第3组样品分别在1100~1300℃N2,O2和Ar气氛下热处理60~90s。
    2)将步骤1)处理过的样品在600~800℃下保温6~8h。
    3)将步骤2)处理过的样品浸入浓度为0.5mol/L的CuCl2溶液中进行铜沾污,然后在900~1100℃下保温12~16h。将硅片解理,然后在stirl腐蚀液中腐蚀4min(体积比5mol/LCr2O3∶50%HF=1∶1)。用光学显微镜观察硅片的截面微缺陷分布,并拍照。
    图7、图8、图9分别是在N2,O2或Ar气氛下经过上述热处理步骤后的直拉单晶硅片截面微缺陷分布的光学显微镜照片。从图7~9中可以看出,在第三步高温(900~1100℃)热处理前引入铜沾污,所有的硅片体内都有高密度的缺陷形成,而近表面洁净区中都没有铜沉淀形成,洁净区的厚度均大于等于50μm,即轻掺外延层均为洁净区。在第三步高温(900~1100℃)热处理前引入铜沾污,虽然间隙铜原子的引入温度高于沉淀温度800℃,但是由于重掺衬底形成高密度的氧沉淀,加上热处理的时间很长(12~16h),间隙铜原子有足够的时间扩散到氧沉淀处被俘获,而不会在轻掺层中沉淀下来。因此,p/p+外延片出现了洁净区,而且洁净区的厚度均大于等于50μm,即轻掺外延层均为洁净区。

    关 键  词:
    掺杂 直拉硅单晶 PSUP SUP 外延 沾污 获得 洁净 方法
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