[發明專利]一種具有內吸雜功能的摻鍺硅片及其制備方法

無效

• 申請號: 200710070401.4
• 申請日: 2007-07-30
• 公開（公告）號: CN101165224A
• 公開（公告）日: 2008-04-23
• 發明（設計）人: 楊德仁;陳加和;馬向陽;闕端麟
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C30B15/06
• 分類號: C30B15/06;C30B33/02;C30B31/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及一種具有內吸雜功能的摻鍺硅片，屬于半導體領域。

背景技術

直拉單晶硅片廣泛應用于集成電路芯片的制造。中國專利CN?1422988A公開了一種含有濃度為1×10¹³～1×10²¹cm^-3的磷或硼或砷或銻，濃度為1×10¹³～1×10²⁰cm^-3的鍺的微量摻鍺直拉硅單晶，由其制備的摻鍺硅片由于摻雜的鍺原子可以與點缺陷(自間隙硅原子、空位)相互作用，具有抑制硅單晶中原生微缺陷(特別是空洞缺陷)的作用，能有效提高硅單晶的質量和成品率，有利于降低直拉單晶硅片的生產成本。

隨著半導體器件技術的不斷發展，集成電路技術只要求在硅片近表面層形成2～5μm的高純無缺陷區域，稱為清潔區或潔凈區(DZ)。要達到這樣的目的，通常采用外吸雜或內吸雜的技術。直拉硅片中一般含有10¹⁷～10¹⁸cm^-3數量級的氧雜質，它一方面可以增強直拉硅片的機械強度，減少由于器件工藝熱循環中導致的翹曲，從而不影響光刻工藝的套刻精度；另一方面通過適當的熱處理過程氧雜質會在硅片體內沉淀并形成二次缺陷(BMD)，而在硅片近表面區域由于氧的外擴散形成無缺陷區域，這就是所謂的內吸雜工藝(Tan，T.Y.，et?al.，AppliedPhyscis?Letter?30，175(1977))。

硅片內吸雜工藝形成的體內缺陷區可以吸除器件制造工藝中不可避免的金屬沾污，而硅片近表面的潔凈區可以作為集成電路的有源區，因而內吸雜工藝對集成電路成片率的提高具有重要的意義。直拉硅片的內吸雜現象在1976年被首次報道(Rozgonyi，G.A.，et?al.，Journal?of?the?Electrochemistry?Society?123，1910(1976))，后逐漸發展出所謂的“高-低-高”三步退火的標準內吸雜工藝(Nagasawa，et?al.，Applied?Physcis?Letter，37，622(1980)；Peibt，H.，et?al.，Physica?Status?Solidi，A?68，253(1981)；Peibt，H.，et?al.，Physica?Status?Solidi，A?68，253(1981))。即：第一步在高于1100℃的溫度下退火，使硅片近表面區域的氧雜質外擴散以形成潔凈區，這一步通常在惰性氣氛下進行；第二步在低溫600～750℃下退火，以在硅片體內形成氧沉淀的核心；第三步在中高溫1000～1100℃下退火使得在第二步退火中形成的氧沉淀核心長大并形成二次缺陷。因而，在硅片的近表面形成無缺陷的潔凈區，在體內形成具有高密度的微缺陷(氧沉淀和二次缺陷)。以上各熱處理步驟一般均在擴散熱處理爐中完成。通常，內吸雜的能力的強弱，可以用潔凈區的寬度和體微缺陷的密度表示。

三步內吸雜工藝的熱預算較大，且與集成電路的工藝兼容性較差。隨著器件工藝的不斷進步，淺結器件和超淺結器件的廣泛應用要求降低器件制作工藝過程中的熱處理溫度(K.Sueoko，et?al.，Solid?State?Phenomena，82-84，49(2002))，傳統的“高-低-高”三步退火的標準內吸雜工藝產生的內吸雜效果也將被降低。而且，隨著直拉硅片直徑的進一步增大，磁控拉晶技術被廣泛應用于直徑8英寸以上的直拉單晶硅片的制備(H.Yu，et?al.，Journal?ofInorganic?Materials，20，453(2005))，硅片中的氧濃度由于在拉晶過程中硅融體對流被抑制而不可避免地發生下降。而單晶硅片中氧雜質濃度的下降，將削弱硅片中氧沉淀產生體微缺陷的能力，從而降低硅片的內吸雜效果。因此，大直徑的直拉硅片體內的微缺陷密度較低，對有害金屬的吸雜效果還有待于進一步提高。

采用基于快速熱處理過程的內吸雜技術可以顯著降低內吸雜工藝的熱預算，而且可以向硅片中注入一定量的空位，促進氧沉淀及其二次缺陷的生成。同時采用在硅片中進行微量元素摻雜技術，將使得硅片體內形成與摻雜原子和空位相關的復合體，增強氧沉淀的形核能力，顯著提高硅片體內氧沉淀及其二次缺陷的密度，從而提高器件制造過程中對有害金屬的吸雜效果，提高器件成品率。

發明內容

本發明的目的是提出一種具有較高內吸雜功能的摻鍺硅片及其內吸雜形成工藝。