[其他]制備單晶硅片表面完整層的新途徑

無效

• 申請號: 85100856
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100856A
• 公開（公告）日: 1986-07-02
• 發明（設計）人: 陳燕生;馬紀東;劉桂榮
• 申請（專利權）人: 北京鋼鐵學院
• 主分類號: C30B27/00
• 分類號: C30B27/00;C30B33/00
• 代理公司: 北京鋼鐵學院專利代理事務所
• 代理人: 劉建民

本發明屬于集成電路用半導體材料的制備技術。

直到現在人們還普遍認為，區熔單晶硅適用于功率器件和探測器，直拉單晶硅才適用于集成電路。因為區熔單晶硅難以獲得硅片表面完整層。經查，未見區熔單晶硅片表面完整層制備的有關報導。

直拉單晶硅表面完整層的制備雖已多見報導，但由于直接硅工藝輔助材料多，硅純度低，不適于中子輻照嬗變摻雜，其硅片熱處理時間較長等缺點。

為克服直拉單晶硅的不足，尋求集成電路用單晶硅材料的多種來源，本發明人利用中子輻照氫氣氛下區熔單晶硅，經切、磨、拋后再進行兩步熱處理，從而獲得了單晶硅片表面完整層。（見照片1）。為集成電路用單晶硅材料提供了可能的新途徑。

制備區熔（氫）硅單晶片表面完整層主要途徑是：按照已有拉制<111>，<100>區熔單晶硅的方法，將國標一級多晶硅通過在氫氣氛下一次區熔整形，二次成晶，其電阻率保持在500～1000歐姆·厘米范圍。在成晶過程中可實行后冷（加后冷線圈）;或后熱（單晶拉斷后，不降功率保溫5～30分鐘）;或常規工藝。將拉好的單晶硅送去中子輻照。輻照的通量和時間以滿足將電阻率由500～1000歐姆·厘米降至5～15歐姆·厘米為宜。由于硅中含有其天然分布均勻的同位素³⁰Si，在中子輻照下經下述核反應：

可以獲得分布均勻的³¹P。³¹P作為施主原子使電阻率降至5至15歐姆·厘米。其斷面電阻率不均勻度＜5%。恰好滿足集成電路用單晶硅的電學要求。由于一方面區熔（氫）單晶硅中存在大量的Si-H鍵，另一方面在中子嬗變摻雜時，晶格受到輻照損傷而產生晶格畸變。Si-H鍵斷裂溫度（300～550℃）又小于晶格畸變恢復溫度（650°～850℃），所以在隨后的熱處理過程中，尚未恢復的晶格畸變區正好成為Si-H鍵斷裂后氫沉淀的形核中心。由于形核中心多而彌散，使硅中的氫無法聚集長大成Φ形氫致缺陷，而形成高度彌散的微缺陷-氫沉淀（10⁴～10⁵個/cm²）。氫沉淀的吸除效應可使硅片表面形成50～150μm的表面完整層。

實驗表明，經后冷或后熱或常規氫氣氛下區熔后，通過中子輻照嬗變摻雜，再經切、磨、拋后，將硅片在大氣或氮氣氛下先進行溫度為200～500℃，保溫時間為0.5～2小時的低溫熱處理后，再進行溫度為700～900℃保溫時間為0.5～4小時高溫處理;或者先進行高溫處理，再進行低溫處理;或者先高溫后低溫再高溫，溫度為700～1000℃保溫時間為0.5～2小時的第三次熱處理，均能獲得表面完整層。較好的方法是在大氣下高溫處理其溫度為800～850℃，保溫時間為1～2小時，再低溫處理，溫度為400～450℃保溫時間為0.5～1小時。最佳方法是：在氫氣氛下區熔拉斷后，不降功率保持5～30分鐘的后熱處理，以提高硅片熱處理后氫沉淀的密度。拉成的單晶硅經中子輻照后，切、磨、拋成硅片。先進行850℃，保溫2小時的高溫處理，降至常溫后再進行450℃，保溫30分鐘的低溫處理，即可獲得較理想的表面完整層。

補正????85100856

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