专利名称：一种高掺氮的硅片及其快速掺氮的方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种高掺氮的硅片及其快速掺氮的方法。
背景技术：
硅单晶是微电子制造业的基础材料，它的性能与其中的杂质有紧密关系。从20世纪80年代开始，研究者对硅中的氮杂质开展了大量的研究工作，发现氮杂质能够在多方面提高硅片的性能，满足超大规模集成电路的要求。首先，氮杂质能够提高硅片的机械性能， 减少硅片在器件制造过程中的翘曲；其次，氮杂质能够减少硅单晶中的空洞型缺陷的尺寸， 使其在后续的热处理过程中更容易消除；第三，氮杂质能够促进直拉硅片中的氧沉淀，提高硅片的内吸杂能力，从而有利于提高集成电路的成品率。目前，在单晶硅中掺氮通常采用在晶体生长过程中实时掺入的方式。中国专利申请20091009994. 6公开了在氮气下融硅掺氮制备铸造多晶硅的方法，通过在多晶硅原料融化阶段通入氮气与融硅反应的方式掺入氮，通过控制融硅时间来控制掺氮浓度，定向凝固铸造得到氮浓度可控的掺氮多晶硅，其具有较高的机械强度。高纯氮气的压力为5 200Torr，流量为1 2001/min，氮气通入时间1 1000分钟，在多晶硅融化后，转化为氩气保护，直至硅晶体生长完成。采用该种方法可以掺杂的N浓度在lX1014-5X1015atOm/Cm3。 但该方法需要将硅熔融，操作复杂。
发明内容
本发明提供了一种在硅片中快速掺入氮杂质的方法，该方法不需要将硅片熔融， 操作简便，而且掺氮浓度可控。一种在硅片中快速掺入氮杂质的方法，包括将硅片置于氮气氛下，加热升温至 1150 1250°C，维持30 180秒，冷却。本发明方法加热温度、加热时间可以控制掺入硅片中氮杂质的浓度，温度越高、加热时间越长，则硅片中的氮杂质浓度越高。所述的氮气纯度不低于99. 99%。所述的硅片可以是单晶硅片，也可以是多晶硅片。本发明方法优选采用RTP热处理炉进行加热，快速热处理炉的降温速率一般为 5 50°C /s，升温速率一般为50 100°C /s，所以冷却的时候可以先以5 50°C /s的速率降温，最后自然冷却。本发明还提供一种硅片，其氮掺杂浓度为IXlO15 1. 2X1016atom/Cm3，并通过如下方法制备将硅片置于氮气氛下，加热升温至1150 1250°C，维持30 180秒，冷却。与现有的硅片氮掺杂工艺相比，本发明具有以下有益的效果(1)只需单步高温热处理，工艺简单、热预算显著降低。(2)氮杂质浓度可以很方便地通过改变快速热处理的温度和时间来控制。
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(3)它是一种晶体生长后的掺杂方法，可应用于各种硅片。
图1为实施例1得到的硅片近表面区域(从表面到IOm处)及距表面IOOm处的氮杂质浓度；图2为实施例2得到的硅片近表面区域(从表面到IOm处)的氮杂质浓度；图3为实施例3得到的硅片近表面区域(从表面到IOm处)的氮杂质浓度。
具体实施例方式下面结合实施例和附图来详细说明本发明，但本发明并不仅限于此。实施例1将P型硅片(电阻率为10 Ω -cm,晶向为<100>)放置在充满高纯氮气(99. 99% ) 的快速热处理炉内(北京东之星应用物理研究所RTP-500)，氮气流速为2L/min，接通电源， 以100°C /s的速率将硅片升温至1250°C，维持90秒，然后以50°C /s冷却至800°C，最后切断电源，使硅片在氮气气氛下自然冷却。图1为经过上述热处理后的硅片的近表面区域(从表面到IOm处)及距表面IOOm 处的氮杂质浓度用二次离子质谱(SIMQ法测得。从图中可以看到，在硅片近表面区域的氮杂质浓度为1. 2X1016atom/cm3，在硅片IOOm深度处的浓度为4X 1015atom/cm3。实施例2将P型硅片(电阻率为10 Ω -cm,晶向为<100>)放置在充满高纯氮气(99. 99% ) 的快速热处理炉内(北京东之星应用物理研究所RTP-500)，氮气流速为2L/min，接通电源， 以100°C /秒的速度升温至1250°〇，分别维持30、60、90、120、150秒，然后以5°C /s冷却至 SOO0C，最后切断电源，使硅片在氮气气氛下自然冷却。图2为经过上述热处理后的硅片的近表面区域(从表面到IOm处)的氮杂质浓度用二次离子质谱(SIMS)法测得。从图2可以看出，硅片中的氮杂质浓度随着保温时间的延长而提高，而超过90秒后，氮掺杂浓度基本无变化，说明最佳加热时间为90s。实施例3将P型硅片(电阻率为10 Ω -cm,晶向为<100>)放置在充满高纯氮气(99. 99% ) 的快速热处理炉内(北京东之星应用物理研究所RTP-500)，氮气流速为2L/min，接通电源， 以100°C /s的速度分别升温至1150、1200和1250°C，维持90秒，然后以30°C /s冷却至 SOO0C，最后切断电源，使硅片在氮气气氛下自然冷却。图3为经过上述热处理的硅片的近表面区域(从表面到IOm处)的氮浓度用二次离子质谱(SIMQ法测得。从图3可以看出，硅片中的氮杂质浓度随着温度的升高而提高。
权利要求
1.一种掺氮的硅片，其特征在于，氮掺杂浓度为1\1015 1.2\1016站0111/(^3，并通过如下方法制备将硅片置于氮气氛下，加热升温至1150 1250°C，维持30 180秒，冷却。
2.—种在硅片中快速掺入氮杂质的方法，包括将硅片置于氮气氛下，加热升温至 1150 1250°C，维持30 180秒，冷却。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的氮气纯度不低于99.99%。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的硅片为单晶硅片。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的冷却为先以5 50°C/s的速率降温至700 900 °C，接着自然冷却。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的升温速率为50 100°C/s。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，加热升温至1250°C，维持90s。
全文摘要
本发明公开了一种高掺氮的硅片及其快速掺氮的方法，该方法包括将硅片置于氮气氛下，加热升温至1150～1250℃，维持30～180秒，冷却。硅片氮掺杂浓度为1×1015～1.2×1016atom/cm3。本发明方法只需单步高温热处理，工艺简单、热预算显著降低；氮杂质浓度可以很方便地通过改变快速热处理的温度和时间来控制；它是一种晶体生长后的掺杂方法，可应用于各种硅片。
文档编号C30B31/06GK102168312SQ20111005617
公开日2011年8月31日 申请日期2011年3月9日 优先权日2011年3月9日
发明者杨德仁, 王彪, 马向阳 申请人:浙江大学