專利名稱：一種高摻氮的硅片及其快速摻氮的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高摻氮的硅片及其快速摻氮的方法。
背景技術(shù)：
硅單晶是微電子制造業(yè)的基礎(chǔ)材料，它的性能與其中的雜質(zhì)有緊密關(guān)系。從20世紀(jì)80年代開始，研究者對硅中的氮雜質(zhì)開展了大量的研究工作，發(fā)現(xiàn)氮雜質(zhì)能夠在多方面提高硅片的性能，滿足超大規(guī)模集成電路的要求。首先，氮雜質(zhì)能夠提高硅片的機(jī)械性能， 減少硅片在器件制造過程中的翹曲；其次，氮雜質(zhì)能夠減少硅單晶中的空洞型缺陷的尺寸， 使其在后續(xù)的熱處理過程中更容易消除；第三，氮雜質(zhì)能夠促進(jìn)直拉硅片中的氧沉淀，提高硅片的內(nèi)吸雜能力，從而有利于提高集成電路的成品率。目前，在單晶硅中摻氮通常采用在晶體生長過程中實(shí)時(shí)摻入的方式。中國專利申請20091009994. 6公開了在氮?dú)庀氯诠钃降苽滂T造多晶硅的方法，通過在多晶硅原料融化階段通入氮?dú)馀c融硅反應(yīng)的方式摻入氮，通過控制融硅時(shí)間來控制摻氮濃度，定向凝固鑄造得到氮濃度可控的摻氮多晶硅，其具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。高純氮?dú)獾膲毫? 200Torr，流量為1 2001/min，氮?dú)馔ㄈ霑r(shí)間1 1000分鐘，在多晶硅融化后，轉(zhuǎn)化為氬氣保護(hù)，直至硅晶體生長完成。采用該種方法可以摻雜的N濃度在lX1014-5X1015atOm/Cm3。 但該方法需要將硅熔融，操作復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種在硅片中快速摻入氮雜質(zhì)的方法，該方法不需要將硅片熔融， 操作簡便，而且摻氮濃度可控。一種在硅片中快速摻入氮雜質(zhì)的方法，包括將硅片置于氮?dú)夥障?，加熱升溫?1150 1250°C，維持30 180秒，冷卻。本發(fā)明方法加熱溫度、加熱時(shí)間可以控制摻入硅片中氮雜質(zhì)的濃度，溫度越高、加熱時(shí)間越長，則硅片中的氮雜質(zhì)濃度越高。所述的氮?dú)饧兌炔坏陀?9. 99%。所述的硅片可以是單晶硅片，也可以是多晶硅片。本發(fā)明方法優(yōu)選采用RTP熱處理爐進(jìn)行加熱，快速熱處理爐的降溫速率一般為 5 50°C /s，升溫速率一般為50 100°C /s，所以冷卻的時(shí)候可以先以5 50°C /s的速率降溫，最后自然冷卻。本發(fā)明還提供一種硅片，其氮摻雜濃度為IXlO15 1. 2X1016atom/Cm3，并通過如下方法制備將硅片置于氮?dú)夥障?，加熱升溫?150 1250°C，維持30 180秒，冷卻。與現(xiàn)有的硅片氮摻雜工藝相比，本發(fā)明具有以下有益的效果(1)只需單步高溫?zé)崽幚?，工藝簡單、熱預(yù)算顯著降低。(2)氮雜質(zhì)濃度可以很方便地通過改變快速熱處理的溫度和時(shí)間來控制。
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(3)它是一種晶體生長后的摻雜方法，可應(yīng)用于各種硅片。


圖1為實(shí)施例1得到的硅片近表面區(qū)域(從表面到IOm處)及距表面IOOm處的氮雜質(zhì)濃度；圖2為實(shí)施例2得到的硅片近表面區(qū)域(從表面到IOm處)的氮雜質(zhì)濃度；圖3為實(shí)施例3得到的硅片近表面區(qū)域(從表面到IOm處)的氮雜質(zhì)濃度。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅限于此。實(shí)施例1將P型硅片(電阻率為10 Ω -cm,晶向?yàn)?lt;100>)放置在充滿高純氮?dú)?99. 99% ) 的快速熱處理爐內(nèi)(北京東之星應(yīng)用物理研究所RTP-500)，氮?dú)饬魉贋?L/min，接通電源， 以100°C /s的速率將硅片升溫至1250°C，維持90秒，然后以50°C /s冷卻至800°C，最后切斷電源，使硅片在氮?dú)鈿夥障伦匀焕鋮s。圖1為經(jīng)過上述熱處理后的硅片的近表面區(qū)域(從表面到IOm處)及距表面IOOm 處的氮雜質(zhì)濃度用二次離子質(zhì)譜(SIMQ法測得。從圖中可以看到，在硅片近表面區(qū)域的氮雜質(zhì)濃度為1. 2X1016atom/cm3，在硅片IOOm深度處的濃度為4X 1015atom/cm3。實(shí)施例2將P型硅片(電阻率為10 Ω -cm,晶向?yàn)?lt;100>)放置在充滿高純氮?dú)?99. 99% ) 的快速熱處理爐內(nèi)(北京東之星應(yīng)用物理研究所RTP-500)，氮?dú)饬魉贋?L/min，接通電源， 以100°C /秒的速度升溫至1250°〇，分別維持30、60、90、120、150秒，然后以5°C /s冷卻至 SOO0C，最后切斷電源，使硅片在氮?dú)鈿夥障伦匀焕鋮s。圖2為經(jīng)過上述熱處理后的硅片的近表面區(qū)域(從表面到IOm處)的氮雜質(zhì)濃度用二次離子質(zhì)譜(SIMS)法測得。從圖2可以看出，硅片中的氮雜質(zhì)濃度隨著保溫時(shí)間的延長而提高，而超過90秒后，氮摻雜濃度基本無變化，說明最佳加熱時(shí)間為90s。實(shí)施例3將P型硅片(電阻率為10 Ω -cm,晶向?yàn)?lt;100>)放置在充滿高純氮?dú)?99. 99% ) 的快速熱處理爐內(nèi)(北京東之星應(yīng)用物理研究所RTP-500)，氮?dú)饬魉贋?L/min，接通電源， 以100°C /s的速度分別升溫至1150、1200和1250°C，維持90秒，然后以30°C /s冷卻至 SOO0C，最后切斷電源，使硅片在氮?dú)鈿夥障伦匀焕鋮s。圖3為經(jīng)過上述熱處理的硅片的近表面區(qū)域(從表面到IOm處)的氮濃度用二次離子質(zhì)譜(SIMQ法測得。從圖3可以看出，硅片中的氮雜質(zhì)濃度隨著溫度的升高而提高。
權(quán)利要求
1.一種摻氮的硅片，其特征在于，氮摻雜濃度為1\1015 1.2\1016站0111/(^3，并通過如下方法制備將硅片置于氮?dú)夥障拢訜嵘郎刂?150 1250°C，維持30 180秒，冷卻。
2.—種在硅片中快速摻入氮雜質(zhì)的方法，包括將硅片置于氮?dú)夥障?，加熱升溫?1150 1250°C，維持30 180秒，冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的氮?dú)饧兌炔坏陀?9.99%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的硅片為單晶硅片。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的冷卻為先以5 50°C/s的速率降溫至700 900 °C，接著自然冷卻。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的升溫速率為50 100°C/s。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，加熱升溫至1250°C，維持90s。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高摻氮的硅片及其快速摻氮的方法，該方法包括將硅片置于氮?dú)夥障拢訜嵘郎刂?150～1250℃，維持30～180秒，冷卻。硅片氮摻雜濃度為1×1015～1.2×1016atom/cm3。本發(fā)明方法只需單步高溫?zé)崽幚?，工藝簡單、熱預(yù)算顯著降低；氮雜質(zhì)濃度可以很方便地通過改變快速熱處理的溫度和時(shí)間來控制；它是一種晶體生長后的摻雜方法，可應(yīng)用于各種硅片。
文檔編號C30B31/06GK102168312SQ20111005617
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者楊德仁, 王彪, 馬向陽 申請人:浙江大學(xué)