一种重掺杂单晶硅片的热处理方法与流程

本发明涉及半导体硅片制造工艺，尤其涉及一种重掺杂单晶硅片的热处理方法。

背景技术：

1、重掺杂单晶硅片凭借低电阻率与良好的欧姆接触特性，是功率半导体、高频集成电路的核心衬底材料，热处理作为硅片制备的关键工序，可调控晶格状态、氧缺陷与掺杂分布，工艺水平直接影响硅片电学性能，也决定下游半导体器件的成品良率，是硅片制造领域重要的研究方向。

2、现有硅片热处理大多为轻掺杂硅片开发，主要借助热处理炉搭配石英硅舟完成加工，工艺以氮气作为保护气氛，硅片直接送入高温炉内保温，保温结束后快速降温或直接出炉冷却，该方案操作简便、生产效率高，在轻掺杂硅片量产中得到广泛应用。

3、现有热处理工艺直接将硅片送入高温炉腔完成保温，保温结束后开展快速降温或者直接出炉冷却，整套作业流程侧重生产效率提升，未针对重掺杂硅片本就较高的晶格残余应力做工艺适配，硅片经受温度急剧变化，晶格结构产生损伤，掺杂元素分布发生偏移，氧沉淀与位错缺陷持续滋生，氧施主效应无法得到有效抑制，硅片电学参数出现大范围波动，应用于器件制备工序时，器件出现漏电以及参数漂移现象，直接造成器件成品良率出现下降。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的技术问题，本发明实施例提供了一种重掺杂单晶硅片的热处理方法。所述技术方案如下：

2、一种重掺杂单晶硅片的热处理方法，包括以下步骤：

3、s1、预处理控温：将热处理炉预先恒温至第一设定温度；

4、s2、炉内气氛构建：向热处理炉内部通入保护气体，构建炉内保护气氛环境；

5、s3、硅片入炉装夹：将重掺杂单晶硅片排布于石英硅舟上，再将装载单晶硅片的石英硅舟推送至热处理炉的炉体中间处理区域；

6、s4、升温保温热处理：对热处理炉进行升温，升温至第二设定温度后进行恒温保温处理，完成硅片的应力释放与缺陷调控；

7、s5、降温出炉冷却：完成保温处理后将炉体降温回至第一设定温度，将石英硅舟连同单晶硅片取出炉体，置于外部环境冷却至室温。

8、作为本发明的进一步方案，所述第一设定温度为低温入炉温度，用于降低单晶硅片入炉时的温度冲击，避免硅片产生热应力损伤。

9、作为本发明的进一步方案，。

10、作为本发明的进一步方案，所述保护气体为氮气，保护气体持续通入热处理炉内，在整个热处理过程维持炉内惰性保护氛围，隔绝外界氧气对硅片表面的氧化污染。

11、作为本发明的进一步方案，重掺杂单晶硅片在石英硅舟上采用垂直排布方式放置，保证单晶硅片片与片之间留有间隙，利于炉内气体流通，使各硅片受热均匀。

12、作为本发明的进一步方案，推送石英硅舟进入炉体中间处理区域采用匀速推送方式，降低装舟过程带来的热冲击，减少硅片晶格畸变风险。

13、作为本发明的进一步方案，所述升温至第二设定温度采用梯度缓慢升温模式，而非直接骤升至第二设定温度，减缓温度变化速率，抑制掺杂元素发生偏析。

14、作为本发明的进一步方案，所述第二设定温度下的恒温保温工序，用于实现重掺杂单晶硅片内部应力释放，同时抑制氧沉淀生成，消除氧施主效应。

15、作为本发明的进一步方案，完成保温之后采用梯度缓慢降温模式回落至第一设定温度，减缓降温速率，规避快速降温诱发的位错缺陷滋生。

16、作为本发明的进一步方案，石英硅舟从热处理炉取出时采用匀速取出的出炉方式，减少硅片快速脱离高温环境产生的热冲击。

17、作为本发明的进一步方案，取出后的石英硅舟连带单晶硅片放置于置物架上进行自然冷却，不采用强制降温手段，保障重掺杂单晶硅片掺杂组分均匀性。

18、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

19、本发明中，通过炉腔预先恒温处理，配合全程保护气氛维持，硅片排布后推送至炉内温场均匀区域，再执行升温保温及回落初始温度后出炉冷却的连续作业，可降低硅片入炉与出炉阶段承受的热冲击，抑制晶格畸变发生，减少掺杂元素出现偏析的概率，削弱氧沉淀与位错缺陷生成，实现硅片内部应力充分释放，消除氧施主效应，保障硅片整体掺杂组分分布状态，改善硅片电学性能均匀程度，减少下游器件加工过程的失效情况，提升功率半导体以及高频集成电路器件生产良率。

20、本发明中，通过依托炉内均匀温场区域开展硅片热处理，搭配平缓的温度升降变化过程，可弱化硅片内部不同位置的温度差异，减少硅片内部原子非同步迁移带来的不利影响，维持硅片晶格结构完整，规避局部缺陷集中出现的现象，保障批量处理状态下各片硅片处理状态趋于一致，降低批次之间电学性能的离散程度，适配大批量重掺杂单晶硅片的生产加工，给下游器件制造提供稳定可靠的衬底基底。

21、本发明中，通过借助保护气体持续构建炉内惰性环境，结合出炉之后的自然冷却方式，可规避外界环境介质对硅片表面带来的污染损伤，减缓硅片整体降温速率，避免硅片内外冷却速率不一致引发的结构破坏，稳固硅片内部已形成的晶格调控状态，减少后续加工环节衍生二次缺陷的可能性，维持硅片欧姆接触相关材料特性，为功率半导体器件实现稳定工作打下基础。

1.一种重掺杂单晶硅片的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的重掺杂单晶硅片的热处理方法，其特征在于：所述第一设定温度为低温入炉温度，用于降低单晶硅片入炉时的温度冲击，避免硅片产生热应力损伤。

3.根据权利要求1所述的重掺杂单晶硅片的热处理方法，其特征在于：所述保护气体为氮气，保护气体持续通入热处理炉内，在整个热处理过程维持炉内惰性保护氛围，隔绝外界氧气对硅片表面的氧化污染。

4.根据权利要求1所述的重掺杂单晶硅片的热处理方法，其特征在于：重掺杂单晶硅片在石英硅舟上采用垂直排布方式放置，保证单晶硅片片与片之间留有间隙，利于炉内气体流通，使各硅片受热均匀。

5.根据权利要求1所述的重掺杂单晶硅片的热处理方法，其特征在于：推送石英硅舟进入炉体中间处理区域采用匀速推送方式，降低装舟过程带来的热冲击，减少硅片晶格畸变风险。

6.根据权利要求1所述的重掺杂单晶硅片的热处理方法，其特征在于：所述升温至第二设定温度采用梯度缓慢升温模式，而非直接骤升至第二设定温度，减缓温度变化速率，抑制掺杂元素发生偏析。

7.根据权利要求1所述的重掺杂单晶硅片的热处理方法，其特征在于：所述第二设定温度下的恒温保温工序，用于实现重掺杂单晶硅片内部应力释放，同时抑制氧沉淀生成，消除氧施主效应。

8.根据权利要求1所述的重掺杂单晶硅片的热处理方法，其特征在于，完成保温之后采用梯度缓慢降温模式回落至第一设定温度，减缓降温速率，规避快速降温诱发的位错缺陷滋生。

9.根据权利要求1所述的重掺杂单晶硅片的热处理方法，其特征在于，石英硅舟从热处理炉取出时采用匀速取出的出炉方式，减少硅片快速脱离高温环境产生的热冲击。

10.根据权利要求1所述的重掺杂单晶硅片的热处理方法，其特征在于，取出后的石英硅舟连带单晶硅片放置于置物架上进行自然冷却，不采用强制降温手段，保障重掺杂单晶硅片掺杂组分均匀性。