一种用于Ｐ型硅外延片电阻率测量前的表面热处理工艺制造技术

一种用于Ｐ型硅单晶外延片测量电阻率前的表面热处理工艺，它包括以下步骤：（１）将硅片装入炉腔；（２）以氮气置换系统，抽真空；（３）加热升温至４００－６００℃；（４）恒温，通入氮气、氧气和水蒸气，该水蒸汽以氮气为载气；恒温开始后开启紫外灯，使得气氛中的氧气在紫外线的作用下变成臭氧（５）降温。本发明专利技术优点：耗时较短，由于电阻率的测量一般在外延工艺的调试前期，和外延工艺日常生产的质量控制，过长的表面处理时间会导致获取电阻率信息的滞后。本工艺处理的目的只是将自然氧化层致密化，同时消除表面的悬挂键。经过本工艺处理的硅外延片，在环境中放置超过６小时后，其热处理效应自然消除，经过本专利处理后的硅片表面基本不会增加颗粒。本工艺不受硅片表面的原始状态的限制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术目的是提供一种P型外延片表面热处理方法，是无接触电容电压(无接触 c-v法)测量外延片电阻率前的预处理工艺。通过本工艺使得影响测量精度和重复性的表 面态得以消除，使得c-v电阻率测量仪测量更加准确、快捷。
技术介绍
随着集成电力技术的飞速发展，硅外延技术在集成电路制造中越来越重要。硅外 延技术是通过化学气象沉积等方法在硅衬底上沉积一层厚度、电阻率均匀可控的硅单晶 层。其中外延层厚度和电阻率是外延工艺控制中的两个关键因素。外延层电阻率的测量可 以通过四探针法、扩展电阻法、以及MOS C-V法(金属-氧化物-半导体结构电容电压法) 获得，其中MOS C-V法在外延生产中最为普遍使用。MOS C-V法是利用硅片的MOS结构(金 属_氧化物_半导体)，在外加电压下产生充电放电的电容特性，以及电容特性和掺杂浓度 分布的关联关系进行测试。在测试时通过外加电压和相应电容变化关系推算出测试掺杂浓 度的深度分布。 目前使用的MOS C-V法电阻率测试仪主要有荥C-V法和无接触C-V法，其中荥 C-V法需要在测量前用HF将表面氧化层用HF漂洗干净，而无接触C-V法却需要利用现有的 自然氧化膜。但是经过外延生长硅片，由于外延生长中氢气气氛的保护作用，氢原子和悬挂键 占据了硅片的整个表面。经过不同时间的放置后，表面吸附的氢原子会被环境中的氧替代会生 成一层氧化膜，但是氧化膜和悬挂键分布在整个硅片表面分布并不均匀。外延片表面悬挂键、 自然氧化层厚度都会影响测量的电阻率值。其中悬挂键会随着在外加电压的变化呈现受主态 或者施主态，影响获得的电容值。硅片表面的氧化层的厚度、致密性也会影响C-V曲线。 通用的表面处理工艺是湿法处理，在半导体行业内通用的清洗机都可以完成本处 理，具体处理步骤为 1.在10 : 1的HF溶液中浸泡10秒，以去除表面的自然氧化层。 2.在去离子水中清洗10分钟。 3.在90°C的双氧水中浸泡10分钟。 4.在去离子水中清洗10分钟后干燥。 这种传统的处理方法一般会受到清洗机性能、干燥工艺和硅片直径的限制。性能 较差的清洗机可能导致处理后表面颗粒增加，而无接触C-V法测量时，探头和硅片表面距 离只有几个微米，表面颗粒可能将探头和硅片短路，而导致击穿。处理后硅片表面干燥的工 艺也至关重要，没有干燥好的硅片表面会出现类似颗粒的水渍，也会影响测量的效果。对与 大直径硅片而言， 一般会对清洗机的清洗性能和干燥工艺提出更高的要求，因此有必要提 出一种新的处理方法来处理硅片表面，以满足无接触c-v法测量的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于P型硅外延片电阻率测量前的表面热处理工艺，通过在氮气、氧气的混合气氛下处理硅片表面获得致密的自然氧化膜，同时降低表面悬挂键 的密度，在使用c-v电阻测试方法测试外延片时，得到更准确的结果。 为达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案 这种用于P型硅外延片电阻率测量前的表面热处理工艺，它包括以下步骤 (1)、将硅片装入炉腔； (2)、以氮气置换系统，抽真空； (3)、加热升温至400-600 。C ; (4)、恒温，通入氮气、氧气和水蒸气，该水蒸汽以氮气为载气；恒温开始后开启紫外灯，使得气氛中的氧气在紫外线的作用下变成臭氧。 (5)、降温。 所述的升温速度是10-30°C /s。 恒温过程中氮气和氧气的流量比例为6 : 1到12 : 1。 恒温的时间是5-10分钟。 所述的降温速度是10-30°C /s，降温到80-40°C 。 本专利技术提供一种热处理工艺，以降低硅外延片表面界面态密度，获得致密均匀分 布的表面自然氧化层。在使用c-v电阻测试方法测试外延片时，得到更准确的结果。 本专利技术需要的热处理炉型，类似与半导体行业通常使用的快速热处理炉。其硅片 传输设计、气体流量控制设计、冷却水设计、加热控制设计、尾气设计和单片处理设计等与 一般快速退火炉类似。但是需要一些特殊设计以满足炉腔内臭氧的形成。其具体特点为 炉腔为石英玻璃制造。同时材质上要满足紫外线(波长为150-290nm)和红外光 穿透的石英玻璃。 在石英炉腔外安装红外加热灯和紫外灯。在加热时光波透过炉腔对硅片直接加 热。同时有紫外线进入炉腔。当紫外线照射在炉腔内和氧气反应生产臭氧。 相对通用的湿法处理工艺，本专利技术具有以下优点 耗时较短，由于电阻率的测量一般在外延工艺的调试前期，和外延工艺日常生产 的质量控制，过长的表面处理时间会导致获取电阻率信息的滞后。 本工艺处理的目的只是将自然氧化层致密化，同时消除表面的悬挂键。经过本工 艺处理的硅外延片，在环境中放置超过6小时后，其热处理效应自然消除，表面状态和处理 前相差无几。因此本工艺处理后使用的有效期为6小时。 经过本专利处理后的硅片表面基本不会增加颗粒。 本工艺不受硅片表面的原始状态的限制，经过本工艺处理的硅片表面氧化层的性 能基本一致。附图说明 图la为退火过程中的加温曲线 图lb为气体流量曲线具体实施例方式具体的退火工艺为 整个退火过程需要氮气保护，当硅片被载入炉腔后，需要氮气置换和抽真空，将炉 腔内的空气置换。完成气体置换后以10-30°C /s升温速度升温到400-60(TC恒温，恒温过 程中需要通入氮气和氧气，其流量比例为6 : 1到12 : 1。恒温一定时间后，以10-30°C / s降温速度降温到80°C。恒温时间和气氛中氮氧比例主要取决与恒温温度，60(TC的恒温温 度一般采用5分钟的恒温时间，而40(TC的恒温时间约10分钟。氮氧比例同样取决与恒温 温度，高温下要降低氧气的比例，低温下要增加氧气的比例。图.1所示为退火过程中的加 温曲线和气体流量曲线 热处理的目的是将硅片表面的氢键和悬挂键去除，获得稳定厚度一致的氧化薄 层。气氛中的氧气在紫外光的作用下生成更具有活性的臭氧，在臭氧和氧气的共同作用 下，硅片表面被氧原子吸附，形成薄层Si02。在实际应用中，需要控制自然氧化膜的厚度 和均匀性，过厚的氧化膜也或导致测量结果的偏离。经过处理的外延片表面氧化层厚度为 10-35A ，可以通过椭偏仪来测试自然氧化膜的厚度和均匀性。在实际生产中，只要设定好 恒温温度、恒温时间和氮氧比例即可保证获得可重复的表面自然氧化层厚度，和均匀性。 实施例 取三片电阻率不同的外延片，在一级洁净环境中放置6小时后，使用无接触C-V法 测量外延片的电阻率并记录。将这些外延片做表面处理后再次测量电阻率。表面处理的工 艺为升温速率15°C /s，恒温温度为45(TC，恒温时间为7分钟，降温速率为30°C /s。在恒 温开始时通入IO : 1的氧气，降温时氮气的流量为20slm。电阻率测量位置为硅片中心位 置(0， 0)，和半径1/2处4点(0， 75) 、 (0， -75) (75， 0) ， (-75， 0)。 <table>table see original document page 5</column></row><table>本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于Ｐ型硅单晶外延片测量电阻率前的表面热处理工艺，其特征在于：它包括以下步骤：　　（１）、将硅片装入炉腔；　　（２）、以氮气置换系统，抽真空；　　（３）、加热升温至４００－６００℃；　　（４）、恒温，通入氮气、氧气和水蒸气，该水蒸汽以氮气为载气；；恒温开始后开启紫外灯，使得气氛中的氧气在紫外线的作用下变成臭氧。　　（５）、降温。

【技术特征摘要】
一种用于P型硅单晶外延片测量电阻率前的表面热处理工艺，其特征在于它包括以下步骤(1)、将硅片装入炉腔；(2)、以氮气置换系统，抽真空；(3)、加热升温至400-600℃；(4)、恒温，通入氮气、氧气和水蒸气，该水蒸汽以氮气为载气；；恒温开始后开启紫外灯，使得气氛中的氧气在紫外线的作用下变成臭氧。(5)、降温。2. 根据权利要求1所述的一种P型硅单晶外延片表面热处理工艺，其特征在于所述的升温速度是10...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯泉林，何自强，闫志瑞，库黎明，陈海滨，盛方毓，常青，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，有研半导体材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]