Способ изготовления кремниевых пластин с геттерирующими центрами в объеме пластины

 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и направлено на обеспечение стабильного качества кремниевых пластин. Цель достигается тем, что проводят сначала отжиг в окислительной атмосфере при 1100 - 1200°С, а затем - отжиг в окислительной среде при 430 - 450°С и двухступенчатый отжиг в инертной среде при 700 - 750°С в течение 4 - 6 ч и 1000 - 1050°С. Причем продолжительность отжигов при 430 - 450°С и 1000 - 1050°С определяют по плотности микродефектов в объеме пластины после первого отжига в окислительной среде. При плотности более 2·10⁴ см^-3 отжиг при 1000 - 1050°С проводят 4 - 6 ч, а отжиг при 430 - 450°С при плотности менее 2·10⁶ см^-3 - 6 - 4 ч, а при 2·10⁶ - 1·10⁷ см^-3 - 3 - 1 ч. При плотности микродефектов менее 2·10⁴ см^-3 отжиг при 1000 - 1050°С проводят 10 - 12 ч, а при 430 - 450°С - 4 - 6 ч. Плотность микродефектов определяют выборочным металлографическим исследованием окисленных пластин после селективного травления. Селективное травление кремниевых пластин проводят в течение 1 - 1,5 ч в составе, мас.%: фтористый водород 3, хромовый ангидрид 50, вода 47. Отжиг при 1100 - 1200°С проводят в течение 2 - 3 ч в атмосфере сухого кислорода с хлорсодержащими добавками при содержании активного хлора 0,3 - 1% от содержания кислорода в окислительной трубе. 2 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к технологии изготовления полупроводниковых приборов. Цель изобретения - повышение стабильности геттерирования независимо от содержания кислорода в кремнии. Экспериментальным путем авторы установили, что дополнительное введение в технологический процесс формирования внутреннего геттера низкотемпературного отжига при 430-450^оС изменяет процесс преципитации кислорода при последующих высокотемпературных обработках: резко ускоряет образование центров зарождения и практически приводит к формированию другого вида микродефектов. Введение такого отжига в технологический процесс создания внутреннего геттера позволяет создавать геттерирующие центры в объеме пластин даже в случае использования кремния, полученного зонной плавкой, т.е. с малым содержанием кислорода. В исходных слитках кремния кислород находится, как правило, в составе квазимолекулы Si-O-Si. Проведение первой высокотемпературной термообработки (окисления при 1150-1200^оС) и охлаждение после этой обработки приводит к выводу части растворенного кислорода из состояния квазимолекулы и началу образования малых кислородных комплексов, наличие которых может быть зафиксировано по фигурам травления. Процесс образования этих первичных комплексов зависит от содержания кислорода и ростовой предыстории слитка, т.е. от наличия ростовых центров преципитации. Поэтому выборочный металлографический контроль после первого окисления позволяет оценить способность материала к преципитации и определить необходимое время низкотемпературного отжига при 450^оС и отжига при 1000-1050^оС для получения качественного геттера на конкретном слиточном материале. Временные диапазоны для разных плотностей фигур травления после первого окисления подобраны экспериментально. Качественным внутренний геттер можно считать при плотности геттерирующих центров в объеме 4х10⁹ см^-3 и когда основным видом дефектов в объеме является преципитатно-дислокационный комплекс с общим размером от 0,2- до 0,5 мкм. Такой геттер стабильно выдерживает последующие приборные термообработки, не теряя геттерирующих способностей при отжигах при 1100^оС в течение 20-25 ч. Как правило, это время превышает суммарное время высокотемпературных приборных термообработок для многих видов приборов. Уменьшение времени отжига при 450^оС по сравнению с предлагаемыми временами для разных плотностей фигур травления после первого окисления приводит к резкому снижению плотностей образующихся геттерирующих центров или уменьшению размеров образующихся кислородных выделений, что, в свою очередь, может привести к распаду этих выделений в процессе приборных термообработок и к отсутствию геттерирующего эффекта. Увеличение продолжительности отжига при 450^оС, как и при 1000-1050^оС по сравнению с предлагаемыми режимами, может приводить к отрыву дислокаций от геттерирующих центров и выходу их в активные области кремниевой пластины и, как следствие, к снижению процента выхода годных формируемых приборных кристаллов. В частности, при плотности фигур травления после первого окисления выше 2˙10⁴ см^-3 дополнительный отжиг при 450^оС даже в течение 30 мин приводит к формированию слишком сильного геттера с выходом дислокаций на рабочую поверхность и изгибом в результате этого пластины. Поэтому при таких плотностях микродефектов после первого окисления в технологический цикл формирования внутреннего геттера вообще не рекомендуется вводить дополнительный отжиг при 430-450^оС. Увеличение продолжительности отжига при этой температуре более 6 ч при низкой плотности микродефектов не приводит к дальнейшей активизации процесса преципитации, а наоборот - возможно уменьшение плотности геттерирующих центров с увеличением времени низкотемпературного отжига. Затем путем увеличения времени последнего в технологическом цикле отжига при 1000-1050^оС до 10-12 ч можно получить качественный внутренний геттер даже при очень низкой плотности микродефектов (менее 2˙10⁴ см^-3, т.е. при очень низком содержании кислорода в кремнии). Увеличение продолжительности отжига при 1000-1050^оС без введения в технологический цикл низкотемпературного отжига при 430-450^оС не обеспечивает формирования внутреннего геттера на материале с низким содержанием кислорода. П р и м е р. Из слитков кремния, выращенного методом Чохральского, марки КДБ-20/0,1-78,5 изготавливают пластины диаметром 76 мм с ориентацией рабочих поверхностей (100) и финишной химико-механической полировкой рабочих поверхностей суспензией на основе цеолита. На данном слитке концентрация кислорода составила 8,5-9,2˙10¹⁷ см^-3. Предварительно пластины окисляют при 1200^оС в среде сухого кислорода с добавкой газообразного HCl (содержание активного хлора в окислительной среде при этом составляло 1%) в течение 2 ч. Далее травят в составе, мас.%: Фтористый водород 3 Хромовый ангидрид 50 Вода 47 в течение 1 ч. Предварительно перед селективным травлением проводят кратковременное травление контролируемых пластин в стандартном полирующем травителе для удаления поверхностных нарушений. Затем после селективного травления проводят металлографическое исследование поверхностей пластин под оптическим микроскопом и подсчитывают плотность выявляемых фигур травления. Оказалось, характерна плотность дефектов 9,5˙10⁶ - 1˙10⁷ см^-3. Затем пластины поступают на цикл отжигов согласно данному способу. Далее пластины, подготовленные таким образом, поступают на исследование качества геттера. Делают поперечные сколы, которые затем травят в селективном травителе, затем сколы изучают под оптическим микроскопом. Фиксируют наличие и ширину обедненной зоны, наличие геттерирующих центров в объеме пластины, их плотность, равномерность распределения и их вид. Кроме того, исследуют рабочие поверхности пластин для установления факта выхода нарушений в активные области пластин. Как показали исследования, при соблюдении режимов формирования геттера в соответствии с изобретением в объеме пластин формируется качественный геттер; ширина объединенной зоны 8-30 мкм, в объеме пластины фиксируется наличие большого количества преципитатно-дислокационных центров, равномерно распределенных по объему, в обедненной зоне наличие дефектов не зафиксировано.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРЕМНИЕВЫХ ПЛАСТИН С ГЕТТЕРИРУЮЩИМИ ЦЕНТРАМИ В ОБЪЕМЕ ПЛАСТИНЫ, включающий отжиг в окислительной атмосфере при 1100 - 1200^oС в течение 2 - 3 ч и двухступенчатый отжиг в инертной среде при 700 - 750^oС в течение 4 - 6 ч и при 1000 - 1050^oС, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности геттерирования независимо от содержания кислорода в кремнии, отжиг при 1100 - 1200^oС проводят в атмосфере сухого кислорода с хлорсодержащими добавками при содержании активного хлора 0,3 - 1% от содержания кислорода, после отжига в окислительной среде проводят дополнительный отжиг при 430 - 450^oС, причем продолжительность отжигов при 430 - 450^oС и 1000 - 1050^oС определяют по плотности микродефектов в объеме пластины после отжига в окислительной среде: при плотности более 2 · 10⁴ см^-3 отжиг при 1000 - 1050^oС проводят 4 - 6 ч, а отжиг при 430 - 450^oС при плотности менее 2 · 10⁶ см^-3 - 4 - 6 ч, а при плотности 2 · 10⁶ - 1 · 10⁷ см^-3 - 1 - 3 ч, при плотности микродефектов менее 2 · 10⁴ см^-3 отжиг при 1000 - 1050^oС проводят 10 - 12 ч, а при 430 - 450^oС - в течение 4 - 6 ч. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что плотность микродефектов определяют выборочным металлографическим исследованием окислительных пластин после селективного травления. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что селективное травление кремниевых пластин проводят в течение 1 - 1,5 ч в составе, мас.%: Фтористый водород 3 Хромовый ангидрид 50 Вода 47