本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種半導(dǎo)體硅片的熱處理工藝，包括如下步驟：（1）將熱處理爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在640℃～660℃；（2）熱處理爐內(nèi)通入高純氬氣并將熱處理爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在640℃～660℃；（3）將半導(dǎo)體硅片整齊水平放入石英舟；（4）打開熱處理爐，將承載半導(dǎo)體硅片的石英舟快速推入熱處理爐640℃～660℃恒溫區(qū)處理30-45分鐘；（5）打開熱處理爐，快速將承載半導(dǎo)體硅片的石英舟拉出熱處理爐；（6）快速將石英舟連同半導(dǎo)體硅片置于風(fēng)冷裝置處快速風(fēng)冷至室溫。本發(fā)明專利技術(shù)通過650℃熱處理及快速退火越過350~500℃，消除氧施主效應(yīng)，并抑制熱施主效應(yīng)，同時(shí)650℃處理短時(shí)間內(nèi)又不產(chǎn)生新施主效應(yīng)，因此本發(fā)明專利技術(shù)公布的熱處理工藝方法可以得到直拉單晶硅片真實(shí)電阻率。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種半導(dǎo)體硅片的熱處理工藝
本專利技術(shù)屬于半導(dǎo)體硅片制造加工領(lǐng)域，具體涉及一種適用于半導(dǎo)體集成電路及器件襯底直拉單晶硅片的熱處理工藝。
技術(shù)介紹
直拉硅單晶是將多晶硅放置在高純石英坩堝中高溫熔化，因?yàn)楦呒冔釄逯苯优c熔硅接觸并且處于1450°C以上的高溫，高溫下Si02會(huì)與熔硅反應(yīng)生長SiO，并部分溶于熔硅中，隨著晶體生長進(jìn)入晶體內(nèi)部，形成硅中氧。同時(shí)，直接硅單晶的生長是從高溫熔體中緩慢凝固生長出來，晶體生長的驅(qū)動(dòng)力主要來自于溫度梯度形成的過冷度，因此在晶體的生長、冷卻過程中需要經(jīng)過一段熱歷史。 硅中的氧雜質(zhì)在低溫?zé)崽幚頃r(shí)，能產(chǎn)生施主效應(yīng)，使得η型硅晶體的電阻率下降，P型硅晶體的電阻率上升，施主效應(yīng)嚴(yán)重時(shí)，能使P型硅晶體轉(zhuǎn)化為η型，這是氧的施主效應(yīng)。氧的施主效應(yīng)可以分為兩種情況，有不同的性質(zhì)，一種是在35(T500°C左右范圍生成的，稱為熱施主；一種是在55(T800°C左右溫度范圍形成的，稱為新施主。直接硅單晶在拉制到出爐經(jīng)歷了一段熱歷史，不可避免的在35(T50(TC形成了熱施主，所以在未去除熱施主前，η型硅單晶的電阻率低于真實(shí)的電阻率。一般認(rèn)為，450°C是硅中熱施主形成的最有效溫度，除了退火溫度，硅中的初始氧濃度對熱施主的形成速率和濃度有最大影響，初始氧濃度越高，熱施主濃度越高，其形成速率也越快。新施主在650°C左右濃度可達(dá)最大值，和熱施主相比，它的形成速率比較慢，一般需要較長的時(shí)間(I小時(shí)以上)，其濃度也比熱施主低一個(gè)數(shù)量級。電阻率是半導(dǎo)體硅片的最重要參數(shù)，不同電阻率硅片可能會(huì)用于制作同一器件的不同規(guī)格器件，也可能用于制作不同規(guī)格的器件，比如有的硅片用于制作TVS器件，有的由于制作汽車整流管，有的用于制作普通二極管，有的用于制作節(jié)能燈芯片等。對于下游器件加工廠而言，電阻率對檔及電阻率真實(shí)性是至關(guān)重要的，它直接決定了硅片所能制作的器件工藝、類型、用途。如果在某一電阻率檔位中存在熱處理不完全或未熱處理的硅片，在器件制作時(shí)所得到的器件參數(shù)將完全偏離原有設(shè)定，造成嚴(yán)重的質(zhì)量異常。因此對硅片進(jìn)行熱處理并快速退火消除熱施主效應(yīng)是非常關(guān)鍵的。此外，在硅片切割等加工過程中還存在大量的機(jī)械應(yīng)力，應(yīng)·力的存在會(huì)使得硅片產(chǎn)生機(jī)械形變或容易破碎。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題就是提供一種半導(dǎo)體硅片的熱處理工藝，能夠有效消除單晶硅片施主效應(yīng)及機(jī)械應(yīng)力，對半導(dǎo)體硅片加工和制造環(huán)節(jié)有重要作用。為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案一種半導(dǎo)體硅片的熱處理工藝， 其特征在于包括如下步驟(I)將熱處理爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在640°C 660°C ；(2)熱處理爐內(nèi)通入高純氬氣并將熱處理爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在640°C 660°C ；(3)將半導(dǎo)體硅片整齊水平放入石英舟；(4)打開熱處理爐，將承載半導(dǎo)體硅片的石英舟快速推入熱處理爐640°C 660°C 恒溫區(qū)處理30-45分鐘；(5)打開熱處理爐，快速將承載半導(dǎo)體硅片的石英舟拉出熱處理爐；(6)快速將石英舟連同半導(dǎo)體硅片置于風(fēng)冷裝置處快速風(fēng)冷至室溫。作為優(yōu)選，所述熱處理爐控制恒溫溫度為650°C。作為優(yōu)選，所述步驟(2)中高純氬氣的流量為30-60slpm。作為優(yōu)選，所述風(fēng)冷裝置為直流風(fēng)機(jī)，直流風(fēng)機(jī)的風(fēng)扇直徑> 40cm。作為優(yōu)選，所述熱處理爐的溫度控制精度要求正負(fù)2攝氏度，采用的爐管為高純石英玻璃管，高純石英玻璃管的管壁厚度4-8mm。作為優(yōu)選，所述步驟(6)中半導(dǎo)體硅片從爐溫650°C降至260°C的時(shí)間為120s。本專利技術(shù)通過650°C熱處理及快速退火越過35(T500°C，消除氧施主效應(yīng)，并抑制熱施主效應(yīng)，同時(shí)650°C處理短時(shí)間內(nèi)又不產(chǎn)生新施主效應(yīng)，因此本專利技術(shù)公布的熱處理工藝方法可以得到直拉單晶硅片真實(shí)電阻率。本專利技術(shù)采用平舟處理工藝，即硅片水平放置在石英舟上，硅片承載舟為高純石英材質(zhì)。采用公布的平舟放置方法能夠有效改善硅片翹曲度和彎曲度，同時(shí)釋放機(jī)械應(yīng)力。本專利技術(shù)公布的高純氬氣保護(hù)方法能夠有效保護(hù)硅片在650°C情況下不產(chǎn)生氧化， 減少因?yàn)檠趸鸬碾s質(zhì)或者表面狀態(tài)異常，因此本專利技術(shù)熱處理工藝處理后的硅片可進(jìn)行電阻率測試，而不會(huì)產(chǎn)生因硅片表面氧化引起的測試異常。綜上所述，本專利技術(shù)半導(dǎo)體硅片的熱處理工藝操作簡便，適合產(chǎn)業(yè)化，能夠有效消除原生硅片的氧施主效應(yīng) ；同時(shí)能夠釋放機(jī)械應(yīng)力；改善硅片翹曲度和彎曲度；保證硅片表面不氧化。具體實(shí)施方式本專利技術(shù)的半導(dǎo)體硅片熱處理工藝具體包括如下步驟(I)將熱處理爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在640°C 660°C ；(2)熱處理爐內(nèi)通入高純氬氣并將熱處理爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在640°C 660°C ；(3)將半導(dǎo)體硅片整齊水平放入石英舟；(4)打開熱處理爐，將承載半導(dǎo)體硅片的石英舟快速推入熱處理爐640°C 660°C 恒溫區(qū)處理30-45分鐘；(5)打開熱處理爐，快速將承載半導(dǎo)體硅片的石英舟拉出熱處理爐；(6)快速將石英舟連同半導(dǎo)體硅片置于風(fēng)冷裝置處快速風(fēng)冷至室溫。所述熱處理爐控制恒溫溫度為650°C。也可允許正負(fù)10°C的波動(dòng)。所述步驟(2)中高純氬氣的流量為30_60slpm。所述風(fēng)冷裝置為直流風(fēng)機(jī)，直流風(fēng)機(jī)的風(fēng)扇直徑> 40cm。本專利技術(shù)采用的熱處理爐為普遍采用的熱處理爐或擴(kuò)散爐，爐子結(jié)構(gòu)均與一般熱處理爐類似，但是有一些特殊之處，主要有所述熱處理爐的溫度控制精度要求正負(fù)2攝氏度，采用的爐管為高純石英玻璃管，高純石英玻璃管的管壁厚度4-8mm。下面為依照上述熱處理工藝處理過的半導(dǎo)體硅片的參數(shù)性能N型，〈111〉硅單晶，長540mm，目標(biāo)電阻率52 Ω · cm，因直拉硅單晶中氧施主效應(yīng)存在，熱處理前頭部樣片為8.2 Ω · cm，尾部樣片電阻率14. 3 Ω · cm。采用本專利技術(shù)熱處理工藝后，表面無明顯氧化痕跡，電阻率測試正常，無接觸異常。熱處理后電阻率恢復(fù)正常，頭部電阻率為52. 8 Ω · cm,尾部電阻率37. 6 Ω · cm。備注測試條件為23°C，60%RH。 P型，〈111〉單晶硅片，預(yù)計(jì)電阻率為35-40電阻率200pcs，因直拉硅單晶中氧施主效應(yīng)存在，熱處理前平均電阻率為15. 5 Ω · cm，翹曲度平均60.8 μ m，采用本專利技術(shù)熱處理工藝及平舟處理工藝后，表面無明顯氧化痕跡，電阻率測試時(shí)接觸正常。處理后電阻率平均值為36. 7 Ω · cm，翹曲度平均25. 3 μ m，具有較好的翹曲度改善效果。備注測試條件為23°C，60%RH。權(quán)利要求1.一種半導(dǎo)體硅片的熱處理工藝，其特征在于包括如下步驟(1)將熱處理爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在640°C 660°C；(2)熱處理爐內(nèi)通入高純氬氣并將熱處理爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在640°C 660°C；(3)將半導(dǎo)體硅片整齊水平放入石英舟；(4)打開熱處理爐，將承載半導(dǎo)體硅片的石英舟快速推入熱處理爐640°C 660°C恒溫區(qū)處理30-45分鐘；(5)打開熱處理爐，快速將承載半導(dǎo)體硅片的石英舟拉出熱處理爐；(6)快速將石英舟連同半導(dǎo)體硅片置于風(fēng)冷裝置處快速風(fēng)冷至室溫。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體硅片的熱處理工藝，其特征在于所述熱處理爐控制恒溫溫度為650°C。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體硅片的熱處理工藝，其特征在于所述步驟(2)中高純 IS氣的流量為30-60slpm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體硅片的熱本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種半導(dǎo)體硅片的熱處理工藝，其特征在于包括如下步驟：（1）將熱處理爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在640℃～660℃；（2）熱處理爐內(nèi)通入高純氬氣并將熱處理爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在640℃～660℃；（3）將半導(dǎo)體硅片整齊水平放入石英舟；（4）打開熱處理爐，將承載半導(dǎo)體硅片的石英舟快速推入熱處理爐640℃～660℃恒溫區(qū)處理30?45分鐘；（5）打開熱處理爐，快速將承載半導(dǎo)體硅片的石英舟拉出熱處理爐；（6）快速將石英舟連同半導(dǎo)體硅片置于風(fēng)冷裝置處快速風(fēng)冷至室溫。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫新利，
申請(專利權(quán))人：孫新利，
類型：發(fā)明
國別省市：
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