硅片及其生产方法技术

本发明专利技术涉及一种氧浓度为5×1017-7.5×1017cm-3的硅片，所述硅片在二选一进行以下热过程之后具有以下BMD密度：-在780℃下处理3小时并随后在1000℃下处理16小时之后，BMD密度为至多1×108cm-3；和-在以1K/min的加热速率下将该硅片从500℃的起始温度加热到1000℃的目标温度并随后在1000℃下保持16小时之后，BMD密度为至少1×109cm-3，本发明专利技术还涉及一种通过用闪光照射来生产所述硅片的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氧沉积倾向大大减少的硅片，和一种生产所述硅片的方法，所述方法包括热处理。
技术介绍
硅单晶通常是用Czochralski方法从位于石英坩埚内的硅熔体中拉制而成的。由于石英坩埚的侵蚀作用，氧进入到硅熔体中，并且其以数IO17到数IO18CnT3的浓度(原子/ 立方厘米)掺入到晶体内。初始所述氧以溶解的形态存在，但是在室温下以及在生产电子电路和电子元件期间的典型温度下其是过饱和的。因此，在生产电子电路与电子元件期间或在类似的温度下进行其它热处理期间其发生沉积。在工艺中产生所谓的BMD。它们是具有或者没有其它缺陷的氧聚集体(oxygen agglomerate)，所述缺陷可能在热处理期间直接出现在所述氧聚集体附近。早在拉晶法中在冷却单晶期间就可以形成BMD的核。如果所述核超过随温度而定的临界尺寸，它们能够在热处理期间生长。这些能够生长的BMD核被称作稳定的核。由于它们的尺寸小，因此BMD核的密度不能直接测定。为了测量稳定的BMD核的密度，通常使制成的硅片(不过尚未在元件工艺中被结构化)经受BMD试验。这个试验例如可以涉及将硅片在780°C的温度下保持3小时，随后在1000°C的温度下保持16小时。在这个热处理期间，稳定的BMD核在第一个步骤中被进一步稳定化，以便它们可以在第二个步骤中在1000°C下16小时内生长形成大的可检测的BMD。在热处理之后通过Secco蚀刻在蚀刻除去2. 5 μ m的情况下在破裂硅片的裂痕边缘进行检测。这是检测硅片氧沉积性能的常规试验。在通常使用的产生类似结果的另一个BMD试验中，将硅片在800°C的温度下保持4小时，随后在1000°C的温度下保持16小时。由于热处理，生长形成大BMD的稳定BMD核可以通过例如产生短路或减少硅片内的载流子的使用期限或数量来削弱电子电路与电子元件的功能。这个问题至今一般通过热处理来解决，热处理在硅片的表面上产生洁净区 (denuded zone) 0 US 2008/(^92523Al描述了生产这种洁净区的几种方法。在那种情况下， 用卤素灯、氙闪光灯或激光将硅片在短时间(最长100ms)内加热到1000°C以上的温度，然后再快速冷却。因此消除了在表面下的薄层中的BMD核。而相对比，在大于IOym的深度下仍然存在稳定的BMD核。在1250°C的最高温度下进行Ims的闪光灯热处理之后，在硅片内的 BMD密度是3. 8 X IO6CnT2 (相当于约1.9 X IO1W)，以及洁净层的厚度是0. 6 μ m。在1300°C 的最高温度下，在硅片的其余部分中产生了厚度为0. 8 μ m和BMD密度为5. 2 X IO6CnT2 (相当于约2. 6X IOiciCnT3)的洁净层。在800°C下热处理4小时并随后在1000°C下热处理16小时之后测量BMD密度。然而，对于有些元件，例如由BMD致使在硅片内的载流子使用期限短是不利的，对于这样的元件，内部具有高BMD密度和在表面上仅具有薄洁净区的硅片是不适宜的。因此，已经开发出了可以使硅片的整个体积内不含BMD核的方法。US 6336968B1描述了一种方法，其中将硅片快速加热到至少1150°C的温度并且在这个温度下保持若干秒(至少Is)以便溶解预先存在的BMD核。然后，将硅片以至多20K/s的冷却速率冷却到 950°C的最高温度。在至少1150°C的维持温度下，产生很高浓度的晶格空位，所述空位在冷却期间通常变成过饱和的并大大促进新BMD核的产生。通过缓慢冷却，想要它们预先向外扩散。同样的效果可以通过将硅片保持在1150-950°C的恒温下更长时间(例如在1150°C 下> 2s或在950°C下> 2min)来实现。可以通过含氧的气氛来协助减少空位的过饱和，因为表面的氧化产生硅间隙(间隙硅原子)，其与空位复合，从而进一步减少它们的密度。这个方法的问题在于在低于1150°C的温度下空位与氧结合，因此它们的外扩散变得困难得多，因为再次释放出空位的逆反应需要一些时间。因此，根据US 6336968B1的方法需要较长的时间。因此，提出的目的是提供一种生产硅片的经济方法，所述硅片尽管氧含量在常规范围内，但是在整个硅片体积内具有密度显著降低的稳定BMD核。
技术实现思路
所述目的通过氧浓度为5 X 1017-7. 5 X 1017cm_3的硅片来实现，所述硅片在二选一地进行下面的热过程之后具有下面的BMD密度-在780°C下处理3小时并随后在1000°C下处理16小时之后，BMD密度为至多 IXlO8CnT3 ；禾口-在以lK/min的加热速率下将硅片从500°C的起始温度加热到1000°C的目标温度并随后在1000°C下保持16小时之后，BMD密度为至少IX 109cm_3。在本说明书中所有的氧浓度都应该理解为在新ASTM标准(ASTMF121-83)的含义内。这个类型的硅片可以通过包括特定顺序的以下步骤的方法来生产a)提供氧浓度为5X 101T-7. 5 X IO17CnT3和厚度为0. 6-1. 2mm的未结构化硅片，b)将所述未结构化硅片加热到600-1000°C的预热温度，随后用闪光照射该硅片的一面15-400ms的时间，其中照射的能量密度是开始熔化表面所需的能量密度的 50-100%。根据本专利技术的方法，由于使用了短的闪光，包括超快加热到最高温度和随后立即超快冷却，该方法仅仅减小了 BMD核的尺寸，而没有在整个硅片体积中形成高的空位过饱和。而且，空位与氧结合的程度远小于在US 6336968B1中所述方法的。通过闪光灯热处理从一面快速加热15-400ms，优选20-50ms的时间，在硅片中产生温度从正面到背面下降的温度分布图。在本说明书中，正面表示用闪光照射的面。如随后所说明的，其不一定是随后在其上生产电子元件的面。然而，该温度在整个硅片体积中太高以至于稳定生长的BMD核缩小。这导致空位的过饱和从正面到背面降低，以及在冷却期间由扩散补偿之后空位浓度总体较低。因此，根据本专利技术，向外扩散空位不是必需的。因此，根据本专利技术，在1150°C和 950°C之间的温度范围内的维持时间和小于或等于20K/s的冷却速率都不是必需的，所述小于或等于20K/s的冷却速率对于RTA方法(“快速热退火”)是相对非常低的。同样，用氧化气氛协助空位浓度的降低也不是必需的。根据本专利技术的硅片与根据US6336968B1的非沉积硅片的区别在于生长的BMD核基本上不溶解或仅仅部分溶解，而是它们缩小到一定的尺寸，该尺寸小于在随后热过程如BMD 试验中它们生长的临界尺寸。根据本专利技术的具有缩小的BMD核的硅片的特征在于在BMD试验之后其具有非常低的BMD密度。在作为BMD试验的代替的另一个热过程中，硅片被缓慢加热到100(TC，随后在这个温度下保持16小时，在这个热过程之后，相反硅片显示出很高的BMD密度。因此，由于它非常小的BMD核，根据本专利技术的硅片在两个不同的热过程中具有非常不同的性能。在这种情况下，应该考虑到这些过程不是顺序进行的，而是二选一进行的。 这意味着，硅片被分裂成两个部分，一部分经受第一热过程，而第二部分经受第二热过程， 以便确定是否涉及根据本专利技术的硅片。然而，也可以使用以相同方式生产的，因此具有相同性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种氧浓度为５×１０１７－７．５×１０１７ｃｍ－３的硅片，其在二选一进行以下热过程之后具有以下ＢＭＤ密度：－在７８０℃下处理３小时并随后在１０００℃下处理１６小时之后，ＢＭＤ密度为至多１×１０８ｃｍ－３；和－在以１Ｋ／ｍｉｎ的加热速率下将所述硅片从５００℃的起始温度加热到１０００℃的目标温度并随后在１０００℃下保持１６小时之后，ＢＭＤ密度为至少１×１０９ｃｍ－３。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·冯阿蒙，G·基辛格，D·科特，
申请(专利权)人：硅电子股份公司，
类型：发明
国别省市：DE