單晶硅錠及晶圓的形成方法技術

本發明專利技術提出了一種單晶硅及晶圓的形成方法，在采用直拉法形成單晶硅錠時，對熔融狀的硅中通入包含氘氣和氮氣的氣體，使氘原子和氮原子存儲在單晶硅錠的間隙中，采用單晶硅錠形成晶圓后，在晶圓上形成的器件時，氘能夠擴散出，并與界面處等懸空鍵進行結合，形成較為穩定的結構，從而避免熱載流子的穿透，降低漏電流，提高器件的性能與可靠性；此外，摻氮濃度合適的直拉單晶硅錠經過一步高溫退火后，在晶圓體內可以形成高密度的氧沉淀而在晶圓近表面形成一定寬度的潔凈區，隨著氮濃度的增加，晶圓中的氧沉淀徑向分布更為均勻，能夠提高晶圓的性能。

Monocrystalline silicon ingot and method for forming wafer

The invention provides a method for forming a silicon wafer and, in the formation of Czochralski single crystal silicon ingot, the molten silicon gas pass into contain deuterium gas and nitrogen gas, the deuterium atoms and nitrogen atoms stored in the gap of monocrystalline silicon ingots, silicon ingots formed by wafer after the device is formed in a wafer when the deuterium can spread out, and the interface such as dangling bonds are combined to form a relatively stable structure, so as to avoid penetration of hot carrier, reducing the leakage current and improve the performance and reliability of the device; in addition, the suitable concentration of Nitrogen Doped Czochralski silicon ingot by one step after high temperature annealing, the crystal sphere can be formed within the high density of oxygen precipitation and formation of denuded zone near the surface of the wafer in a certain width, with the increase of nitrogen concentration, oxygen precipitation in wafer more uniform distribution, can improve the wafer Performance.

【技術實現步驟摘要】
單晶硅錠及晶圓的形成方法
本專利技術涉及直拉法單晶生長領域及半導體制造領域，尤其涉及一種單晶硅錠及晶圓的形成方法。
技術介紹
作為制造半導體器件起始材料的單晶硅通過被稱之為Czochralski(CZ)技術(直拉技術)的晶體生長技術生長成圓柱形的單晶硅錠。單晶硅錠通過諸如切片、刻蝕、清洗、拋光等一系列晶圓加工工藝而被加工成晶圓。根據CZ技術，在坩堝中，將硅片在單晶爐中加熱融化，再將一根直徑只有10mm的棒狀晶種(稱籽晶)浸入融液中，把晶種微微的旋轉向上提升，融液中的硅原子會在前面形成的單晶體上繼續結晶，并延續其規則的原子排列結構。若整個結晶環境穩定，就可以周而復始的形成結晶，最后形成一根圓柱形的原子排列整齊的硅單晶晶體，即硅單晶硅錠。熔融硅裝在石英坩堝內，并被多種雜質污染，其中一種是氧。在硅的熔融溫度下，氧滲入晶格，直到其達到一預定濃度，該濃度一般由硅熔融溫度下硅中氧的溶解度和凝固硅中氧的實際偏析系數確定。晶體生長過程中滲入硅錠中的氧的濃度大于半導體器件制造中所用的典型溫度下凝固硅中氧的溶解度。隨著晶體從熔融硅中生長并冷卻，其中的氧溶解度迅速降低，氧在冷卻的硅錠中飽和。硅錠被切割成晶片。晶片中殘留的間隙氧在后續熱制程過程中生長成氧淀析。器件有源區中氧淀析的出現可以降低柵極氧化物的完整性，并且導致不必要的襯底漏電流。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種單晶硅錠及晶圓的形成方法，能夠減少氧淀析，提高后續器件的性能。為了實現上述目的，本專利技術提出了一種單晶硅錠的形成方法，包括步驟：提供多晶硅碎塊，將所述多晶硅碎塊放入坩堝中進行融化并通入氣體，所述氣體包括氘氣和氮氣；采用加磁場直拉法形成單晶硅錠。進一步的，在所述的單晶硅錠的形成方法中，通入氣體為氘氣、氮氣和氬氣的混合氣體。進一步的，在所述的單晶硅錠的形成方法中，所述氘氣的分壓范圍為1％～80％。進一步的，在所述的單晶硅錠的形成方法中，所述氮氣的分壓范圍為1％～80％。進一步的，在所述的單晶硅錠的形成方法中，形成的單晶硅錠中氮原子的密度范圍是1×1012原子/立方厘米～8×1018原子/立方厘米。進一步的，在所述的單晶硅錠的形成方法中，形成的單晶硅錠中氘原子的密度范圍是1×1012原子/立方厘米～8×1018原子/立方厘米。進一步的，在所述的單晶硅錠的形成方法中，所述加磁場直拉法包括步驟：將所述摻雜后的所述多晶硅碎塊放入坩堝中以預定溫度進行融化；采用籽晶以預定拉晶速率向上拉晶，待細晶長度達到預定長度時，降低拉晶速率進入放肩步驟；在所述放肩步驟中降低拉速，維持一個線性降溫速率，形成預定直徑的單晶硅錠后，進入轉肩等徑步驟；待單晶硅錠直徑生長至預定要求后，迅速向上提升，及時降溫，同時停止線性降溫，給予坩堝上升速率，根據直徑變化率速度，緩慢調節拉速控制，待單晶硅錠直徑相對穩定后，打開自動等徑控制程序，進入自動等徑控制階段。進一步的，在所述的單晶硅錠的形成方法中，所述單晶硅錠的直徑大小由所述拉晶速率和預定溫度控制。進一步的，在所述的單晶硅錠的形成方法中，所述磁場強度為1000～5000高斯。本專利技術還提出了一種晶圓的形成方法，采用單晶硅錠作為原始材料形成晶圓，所述單晶硅錠采用如上文所述的單晶硅錠的形成方法形成，所述晶圓含氘和氮摻雜原子，對所述晶圓進行高溫退火工藝處理。進一步的，在所述的晶圓的形成方法中，包括步驟：對所述單晶硅錠依次進行切薄、表面磨削、拋光、邊緣處理及清洗處理，形成晶圓。進一步的，在所述的晶圓的形成方法中，所述高溫退火工藝的溫度范圍是800攝氏度～2000攝氏度。與現有技術相比，本專利技術的有益效果主要體現在：在采用直拉法形成單晶硅錠時，對熔融狀的硅中通入包含氘氣和氮氣的氣體，使氘原子和氮原子存儲在單晶硅錠的間隙中，采用單晶硅錠形成晶圓后，在晶圓上形成的器件時，氘能夠擴散出，并與界面處等懸空鍵進行結合，形成較為穩定的結構，從而避免熱載流子的穿透，降低漏電流，提高器件的性能與可靠性；此外，摻氮濃度合適的直拉單晶硅錠經過一步高溫退火后，在晶圓體內可以形成高密度的氧沉淀而在晶圓近表面形成一定寬度的潔凈區，隨著氮濃度的增加，晶圓中的氧沉淀徑向分布更為均勻，能夠提高晶圓的性能。附圖說明圖1為本專利技術一實施例中單晶硅錠的形成方法的流程圖。具體實施方式下面將結合示意圖對本專利技術的單晶硅錠及晶圓的形成方法進行更詳細的描述，其中表示了本專利技術的優選實施例，應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的本專利技術，而仍然實現本專利技術的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛知道，而并不作為對本專利技術的限制。為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結構，因為它們會使本專利技術由于不必要的細節而混亂。應當認為在任何實際實施例的開發中，必須做出大量實施細節以實現開發者的特定目標，例如按照有關系統或有關商業的限制，由一個實施例改變為另一個實施例。另外，應當認為這種開發工作可能是復雜和耗費時間的，但是對于本領域技術人員來說僅僅是常規工作。在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本專利技術。根據下面說明和權利要求書，本專利技術的優點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本專利技術實施例的目的。在本實施例中，提出了一種單晶硅錠的形成方法，包括步驟：S100：提供多晶硅碎塊，將所述多晶硅碎塊放入坩堝中進行融化并通入氣體，所述氣體包括氘氣和氮氣；S200：采用加磁場直拉法形成單晶硅錠。在步驟S100中，所述多晶硅碎塊可以為多晶硅或者含有雜質的硅片的碎塊，使用該種硅片進行提煉，首先需要將硅片放入石英坩堝中進行融化，以便后續形成單晶硅錠，去除部分雜質。具體的，融化溫度及工藝均與現有技術中的類似，在此不作贅述。對融化后的多晶硅碎塊進行氣體的注入，所述氣體包括氘氣和氮氣；具體的，所述氣體可以為氘氣、氮氣和氬氣的混合氣體。其中，所述氘氣的分壓范圍為1％～80％，所述氮氣的分壓范圍為1％～80％，具體的，可以根據工藝的要求來決定，在此不作限定。形成的單晶硅錠中氮原子的密度范圍是1×1012原子/立方厘米～8×1018原子/立方厘米(每立方厘米中含有多少個原子)；形成的單晶硅錠中氘原子的密度范圍是1×1012原子/立方厘米～8×1018原子/立方厘米在進行加磁場直拉法形成單晶硅錠時，對被融化的多晶硅碎塊進行氘和氮的摻雜，使氘和氮存儲在單晶硅錠的間隙中，有利于提升后續器件的性能。在步驟S200中，采用加磁場直拉法形成單晶硅錠。其中，所述加磁場直拉法包括步驟：將所述摻雜后的所述多晶硅碎塊放入坩堝中以預定溫度進行融化；采用籽晶以預定拉晶速率向上拉晶，待細晶長度達到預定長度時，降低拉晶速率進入放肩步驟；在所述放肩步驟中降低拉速，維持一個線性降溫速率，形成預定直徑的單晶硅錠后，進入轉肩等徑步驟；待單晶硅錠直徑生長至預定要求后，迅速向上提升，及時降溫，同時停止線性降溫，給予坩堝上升速率，根據直徑變化率速度，緩慢調節拉速控制，待單晶硅錠直徑相對穩定后，打開自動等徑控制程序，進入自動等徑控制階段。其中，所述單晶硅錠的直徑大小由所述拉晶速率和預定溫度控制。單晶硅錠的直徑大小可以根據工藝的需要來決定，在此不作限定。其中，添加的磁場強度為本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種單晶硅錠的形成方法，其特征在于，包括步驟：提供多晶硅碎塊，將所述多晶硅碎塊放入坩堝中進行融化并通入氣體，所述氣體包括氘氣和氮氣；采用加磁場直拉法形成單晶硅錠。

【技術特征摘要】
1.一種單晶硅錠的形成方法，其特征在于，包括步驟：提供多晶硅碎塊，將所述多晶硅碎塊放入坩堝中進行融化并通入氣體，所述氣體包括氘氣和氮氣；采用加磁場直拉法形成單晶硅錠。2.如權利要求1所述的單晶硅錠的形成方法，其特征在于，通入氣體為氘氣、氮氣和氬氣的混合氣體。3.如權利要求1或2所述的單晶硅錠的形成方法，其特征在于，所述氘氣的分壓范圍為1％～80％。4.如權利要求1或2所述的單晶硅錠的形成方法，其特征在于，所述氮氣的分壓范圍為1％～80％。5.如權利要求1所述的單晶硅錠的形成方法，其特征在于，形成的單晶硅錠中氮原子的密度范圍是1×1012原子/立方厘米～8×1018原子/立方厘米。6.如權利要求1所述的單晶硅錠的形成方法，其特征在于，形成的單晶硅錠中氘原子的密度范圍是1×1012原子/立方厘米～8×1018原子/立方厘米。7.如權利要求1所述的單晶硅錠的形成方法，其特征在于，所述加磁場直拉法包括步驟：將所述摻雜后的所述多晶硅碎塊放入坩堝中以預定溫度進行融化；采用籽晶以預定拉晶速率向上拉晶，待細晶長度達到預定長度時，降低拉晶速率進入放肩步...

【專利技術屬性】
技術研發人員：肖德元，張汝京，
申請(專利權)人：上海新昇半導體科技有限公司，
類型：發明
國別省市：上海,31