本發(fā)明涉及半導(dǎo)體單晶硅領(lǐng)域，具體涉及一種用于空位型單晶硅片異常阻值的處理方法。

背景技術(shù)：

1、以cz法進(jìn)行直拉單晶硅晶體生長(zhǎng)的過(guò)程中，石英坩堝在熔硅的高溫沖蝕作用下，不可避免的發(fā)生反應(yīng)，分解產(chǎn)生的氧進(jìn)入熔體，并最終進(jìn)入硅晶體中，這就使得直拉單晶硅中常含有較高濃度的氧。

2、通常，單晶硅中的氧原子以間隙氧的形式存在，表現(xiàn)為電中性，然而，由于晶體中含有過(guò)飽和的氧，在晶體降溫過(guò)程中，過(guò)飽和的間隙氧會(huì)發(fā)生聚集而形成氧簇(sio4)，成為釋放電子的供體，稱為熱施主(thermal?donor)。熱施主形成的初始速率正比于原始氧濃度的四次方，并在450℃退火時(shí)產(chǎn)生最大熱施主濃度，近似于原始氧濃度的三次方。

3、單晶硅中的熱施主由于其施主效應(yīng)而向硅晶體提供額外的電子，使得單晶硅中的載流子濃度發(fā)生直接改變，具體表現(xiàn)為：n型硅晶體的電子濃度提高，載流子濃度增加，導(dǎo)致電阻率降低；p型硅晶體中的空穴被電子復(fù)合，載流子濃度降低，向高電阻率補(bǔ)償，當(dāng)熱施主的數(shù)量大于受主硼時(shí)，硅晶體甚至?xí)l(fā)生導(dǎo)電類型反型，由p型硅轉(zhuǎn)變成為n型硅，破壞器件的電學(xué)性能。

4、目前已有一些文獻(xiàn)資料記載了如何解決熱施主導(dǎo)致硅棒電阻率偏高的方法。例如cn115097209a介紹了一種用于p型輕摻(摻硼)單晶硅片電阻率測(cè)試前的預(yù)處理方法，具體包括(1)對(duì)硅晶體高溫退火急速冷卻；(2)打磨去除單晶硅片表面的鐵硼金屬?gòu)?fù)合層；(3)將單晶硅片放置在恒溫箱內(nèi)，進(jìn)行4-8h恒溫處理。該方法可以使單晶棒的電阻恢復(fù)到正常范圍值，但是打磨屬于機(jī)械硬加工，不可避免地在硅片表面留下微裂紋以及殘余應(yīng)力，硅片可能在測(cè)試探針的按壓接觸表面的過(guò)程中破碎；除此之外，殘留應(yīng)力的存在，也會(huì)導(dǎo)致硅片在應(yīng)力殘留位置產(chǎn)生翹曲或者變形問題，不利于電阻率測(cè)量。

5、cn115369486a介紹了一種解決異常硅棒電阻虛高與導(dǎo)電類型反轉(zhuǎn)的方法，具體包括(1)將異常硅棒加熱至600-700℃，保溫50-100min；(2)繼續(xù)加熱至850-950℃，保溫50-70min；(3)繼續(xù)加熱至1000-1200℃，保溫50-70min；(4)將硅棒溫度降低至700-900℃，保溫50-70min；(5)繼續(xù)將硅棒以大于120℃/min的冷卻速度降溫至常溫。該方法能夠解決目標(biāo)電阻率大于70歐姆厘米的p型單晶硅棒導(dǎo)電類型反轉(zhuǎn)和電阻率虛高的問題，但是熱處理過(guò)程繁瑣，耗時(shí)較長(zhǎng)，不適用于實(shí)際生產(chǎn)，且熱處理溫度過(guò)高、保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)易生成難以消除的二次熱施主。

6、但是，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于某些缺陷類型及目標(biāo)低阻值單晶硅片的處理卻尚無(wú)報(bào)道。在直拉單晶硅生長(zhǎng)過(guò)程中，拉速(v)與溫度梯度(g)的比值v/g，決定了晶體中的原生缺陷類型，當(dāng)v/g>ξ時(shí)，就呈現(xiàn)出空位型缺陷。由于空穴作為p型硅片的載流子，且空穴易與硅中間隙氧結(jié)合生成v2o結(jié)合體，因此空位型硅片在進(jìn)行傳統(tǒng)熱退火后，受v2o結(jié)合體的影響，載流子濃度仍然偏低，電阻率依舊偏高異常；同時(shí)熱處理過(guò)程中硅片表面會(huì)誘生位錯(cuò)，產(chǎn)生表面機(jī)械損傷，造成硅片內(nèi)部應(yīng)力?，F(xiàn)有技術(shù)尚無(wú)有效解決以上兩種問題的方法。因此，迫切需要針對(duì)空位型異常阻值硅片開發(fā)一種恢復(fù)異常阻值的處理方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種用于空位型單晶硅片異常阻值的處理方法，具備檢測(cè)穩(wěn)定、結(jié)果準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，用來(lái)解決目前對(duì)空位型單晶硅片在進(jìn)行傳統(tǒng)熱退火后，受v2o結(jié)合體的影響，載流子濃度仍然偏低，電阻率依舊偏高異常、波動(dòng)不穩(wěn)定，無(wú)法快速測(cè)量獲得穩(wěn)定電阻率等問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

3、一種用于空位型單晶硅片異常阻值的處理方法，包括以下步驟：

4、s1:取硅片缺陷類型判斷為空位型的異常阻值硅片；

5、s2:啟動(dòng)熱處理爐，并充入保護(hù)氣體，將溫度升至600-1000℃，放入異常阻值硅片，保溫10-120min；

6、s3:將步驟s2的異常阻值硅片快速轉(zhuǎn)移至加熱爐外，在空氣中冷卻至室溫；

7、s4:對(duì)步驟s3冷卻后的硅片進(jìn)行酸腐清洗處理；

8、s5:將步驟s4處理后的硅片經(jīng)過(guò)水洗、吹干后，進(jìn)行電阻率測(cè)試。

9、一些具體的實(shí)施方案中，所述步驟s1中的異常阻值硅片為電阻率測(cè)試結(jié)果與目標(biāo)電阻率相差大于50％以上，或?qū)щ婎愋陀蓀轉(zhuǎn)變?yōu)閚的硅片。

10、一些具體的實(shí)施方案中，所述步驟s1中的硅片為晶棒切片后得到的硅片、滾磨后的硅片、研磨或拋光后的硅片中的任一種。

11、一些具體的實(shí)施方案中，所述步驟s2中的保護(hù)氣體為氦氣、氮?dú)?、氬氣中的任一種。

12、一些具體的實(shí)施方案中，所述步驟s3中的冷卻，平均冷卻速率不小于50℃/s。

13、一些具體的實(shí)施方案中，所述步驟s4中的酸腐清洗處理采用的清洗液中包括hf、氧化劑和任選的反應(yīng)緩沖劑；優(yōu)選為hf、hno3和ch3cooh。

14、一些具體的實(shí)施方案中，所述清洗液中各組分的體積比為hf：hno3：ch3cooh＝1：(0.5-10)：(0.5-10)。

15、一些具體的實(shí)施方案中，所述步驟s4中的酸腐清洗處理的清洗時(shí)間為5-30min。

16、一些具體的實(shí)施方案中，步驟s4中經(jīng)過(guò)酸腐清洗處理后的硅片的單面去除厚度為100-250μm。

17、一些具體的實(shí)施方案中，所述步驟s5中采用四探針電阻率設(shè)備進(jìn)行電阻率測(cè)試。

18、一些具體的實(shí)施方案中，沿徑向多點(diǎn)進(jìn)行電阻率測(cè)試，優(yōu)選5-11個(gè)測(cè)試點(diǎn)。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

20、本發(fā)明通過(guò)對(duì)空位型異常阻值的單晶硅片進(jìn)行快速熱處理，可有效消除硅片中在450℃熱歷史中大量生成的熱施主，并且熱處理溫度和保溫時(shí)間控制得當(dāng)，避免因熱處理溫度過(guò)高、保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而再次生成二次新施主，導(dǎo)致電阻率仍嚴(yán)重偏離目標(biāo)值；并經(jīng)過(guò)酸腐清洗處理后，硅片表面平整光潔，內(nèi)部化學(xué)鍵穩(wěn)定，v2o結(jié)合體被清洗去除，本發(fā)明可以快速、準(zhǔn)確的恢復(fù)空位型異常阻值的單晶硅片的真實(shí)電阻率值，并且測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定可靠。

技術(shù)特征：

1.一種用于空位型單晶硅片異常阻值的處理方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于空位型單晶硅片異常阻值的處理方法，其特征在于，所述步驟s1中的異常阻值硅片為電阻率測(cè)試結(jié)果與目標(biāo)電阻率相差大于50％以上或?qū)щ婎愋陀蓀轉(zhuǎn)變?yōu)閚的硅片；和/或

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于空位型單晶硅片異常阻值的處理方法，其特征在于，所述步驟s2中的保護(hù)氣體為氦氣、氮?dú)?、氬氣中的任一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于空位型單晶硅片異常阻值的處理方法，其特征在于，所述步驟s3中的冷卻，平均冷卻速率不小于50℃/s。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于空位型單晶硅片異常阻值的處理方法，其特征在于，所述步驟s4中的酸腐清洗處理采用的清洗液中包括hf、氧化劑和任選的反應(yīng)緩沖劑；優(yōu)選為hf、hno3和ch3cooh。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于空位型單晶硅片異常阻值的處理方法，其特征在于，所述清洗液中各組分的體積比為hf：hno3：ch3cooh＝1：(0.5-10)：(0.5-10)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于空位型單晶硅片異常阻值的處理方法，其特征在于，所述步驟s4中的酸腐清洗處理的清洗時(shí)間為5-30min。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于空位型單晶硅片異常阻值的處理方法，其特征在于，步驟s4中經(jīng)過(guò)酸腐清洗處理后的硅片的單面去除厚度為100-250μm。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于空位型單晶硅片異常阻值的處理方法，其特征在于，所述步驟s5中采用四探針電阻率設(shè)備進(jìn)行電阻率測(cè)試。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于空位型單晶硅片異常阻值的處理方法，其特征在于，沿徑向多點(diǎn)進(jìn)行電阻率測(cè)試，優(yōu)選5-11個(gè)測(cè)試點(diǎn)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體單晶硅領(lǐng)域，公開了一種用于空位型單晶硅片異常阻值的處理方法，包括：S1:取硅片缺陷類型判斷為空位型的異常阻值硅片；S2:啟動(dòng)熱處理爐，充入保護(hù)氣體，將溫度升至600?1000℃，放入異常阻值硅片，保溫10?120min；S3:將硅片快速轉(zhuǎn)移至加熱爐外，在空氣中冷卻至室溫；S4:對(duì)所述硅片進(jìn)行酸腐清洗處理；S5:將上述處理后的硅片經(jīng)過(guò)純水清洗、氮吹干燥后，采用四探針電阻率設(shè)備進(jìn)行電阻率測(cè)試。本發(fā)明可有效消除硅片由于熱施主效應(yīng)引起的電阻率異常，并且經(jīng)過(guò)酸腐清洗處理，去除硅片機(jī)械損傷層和V2O結(jié)合體，硅片表面平整光潔，內(nèi)部化學(xué)鍵穩(wěn)定，可以快速、準(zhǔn)確的恢復(fù)空位型異常阻值的單晶硅片的真實(shí)電阻率值，并且測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定可靠。

技術(shù)研發(fā)人員：劉羿良,王洪武,胡碧波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：萬(wàn)華化學(xué)集團(tuán)電子材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/22