專利名稱：硼鎵共摻的重?fù)絧型單晶硅的生長(zhǎng)及摻雜方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料晶體生長(zhǎng)和元素?fù)诫s領(lǐng)域，特別涉及一種硼鎵共摻的超低電阻率P型單晶的摻雜和晶體生長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著超大規(guī)模集成電路(ULSI)的發(fā)展，作為外延襯底的大直徑直拉重?fù)焦鑶尉г谖⑻幚砥骱透吒郊又颠壿嬈骷认冗M(jìn)集成電路制造中得到了廣泛的應(yīng)用，并能夠解決拋光硅片所不能解決的電路閂鎖問(wèn)題、軟失效、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)時(shí)間短等問(wèn)題。同時(shí)小尺寸的重?fù)街崩迒尉б矎V泛應(yīng)用于(Transient VoltageSuppressor) TVS瞬態(tài)電壓抑制器件等領(lǐng)域。重?fù)脚鸸鑶尉亲钪饕腜型重?fù)焦鑶尉В哂须娮杪史植季鶆?；吸雜能力強(qiáng)；機(jī)械性能較好等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于電阻率低于0. 002歐姆厘米的超低電阻率的直拉重?fù)脚鸸鑶尉Ф鳫，由于雜質(zhì)濃度聞，晶體體積應(yīng)變能較大，在晶體生長(zhǎng)中容易廣生小角晶界等現(xiàn)象。小角晶界的存在極大的破壞了晶體完整性，使得單晶失去無(wú)位錯(cuò)狀態(tài)。因此在實(shí)際生產(chǎn)中，電阻率低于0. 002歐姆厘米的超低電阻率的直拉重?fù)脚鸸鑶尉л^難獲得，而器件制作為了得到不同電壓響應(yīng)的器件，又要求襯底硅片的電阻率達(dá)到0. 002歐姆厘米，甚至更低0. 001歐姆厘米以下。對(duì)于重?fù)紹硅單晶而言摻雜濃度較高，由于硼原子比硅原子小，高的摻雜濃度必然導(dǎo)致較大的體積應(yīng)變能及晶格畸變，這些因素進(jìn)一步演化為生長(zhǎng)時(shí)的略微晶向差異。這些有著晶向上略微不匹配的晶核生長(zhǎng)時(shí)臺(tái)階的會(huì)合就容易產(chǎn)生位錯(cuò)等缺陷，這些缺陷在重?fù)脚鸸鑶尉л^強(qiáng)的位錯(cuò)釘扎作用下很快演化成小角晶界，通過(guò)小角晶界來(lái)釋放其較大的體積應(yīng)變能。因此在重?fù)脚稹?11〉硅單晶中容易產(chǎn)生小角晶界。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題就是提供一種硼鎵共摻的重?fù)絇型單晶硅的生長(zhǎng)及摻雜方法，減少摻雜引起的晶體體積應(yīng)變，克服小角晶界現(xiàn)象。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案硼鎵共摻的重?fù)絇型單晶硅的生長(zhǎng)及摻雜方法，其特征在于包括如下步驟
( I)清潔熱場(chǎng)、單晶爐、石英坩堝部件；(2)打開(kāi)單晶爐，將準(zhǔn)備好的多晶硅及摻雜硼粉放入石英坩堝中；( 3 )封閉單晶爐，用氬氣多次沖洗單晶爐并抽真空；(4)打開(kāi)氬氣流量，向單晶爐通入高純氬氣，高純氬氣流量為3(T80slpm，同時(shí)開(kāi)啟加熱器進(jìn)行加溫，熔化多晶硅；(5)待多晶硅完全熔化，下調(diào)加熱器功率，保持熔體熔化狀態(tài)1455攝氏度；(6)利用主室和副室隔離閥，結(jié)合鎵元素的摻雜裝置向熔體內(nèi)進(jìn)行鎵元素?fù)诫s；(7)充分混合后，穩(wěn)定熔體溫度在1450攝氏度，并開(kāi)始引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑、收尾、冷卻，成型后單晶硅含有濃度為I X IO18I X 1021atoms. Cm-3硼和濃度為I X IO17 I X 102Clatoms. cm 3 的嫁；
(8)將單晶硅進(jìn)行頭尾割斷、晶棒分割、滾圓、多線切割、倒角、研磨、清洗，并進(jìn)行器件制作。優(yōu)選的，單晶硅生長(zhǎng)晶體轉(zhuǎn)速為12 25rpm。優(yōu)選的，石英i甘禍轉(zhuǎn)速為5 lOrpm。優(yōu)選的，單晶娃平均生長(zhǎng)速度為50 75mm/h。優(yōu)選的，單晶硅的晶向?yàn)椤?11〉或〈100〉。優(yōu)選的，單晶硅晶體生長(zhǎng)方法為直拉法。本發(fā)明基于固體物理基本原理結(jié)合重?fù)脚饐尉Ч柚行〗蔷Ы绠a(chǎn)生原因從摻雜劑上進(jìn)行晶體體積應(yīng)變補(bǔ)償，目前P型單晶硅主要采用硼和鎵作為摻雜劑，硼的原子半徑比 硅原子半徑小，鎵的原子半徑比硅原子半徑大。在單晶硅生長(zhǎng)過(guò)程中大量的硼摻雜時(shí)產(chǎn)生了較大的體積應(yīng)變能，晶格畸變較大，此時(shí)引入適當(dāng)?shù)逆墦诫s可以有效補(bǔ)償硼摻雜引入的體積應(yīng)變，減少晶格畸變，從而在生長(zhǎng)超低電阻率的硅單晶是仍然能保證晶體的無(wú)位錯(cuò)完整性。因而，本發(fā)明硼鎵共摻的重?fù)絇型硅單晶具有吸雜能力強(qiáng)，機(jī)械性能好，微缺陷少等優(yōu)點(diǎn)，是優(yōu)質(zhì)的外延襯底和器件襯底。
具體實(shí)施例方式實(shí)施實(shí)例I :本發(fā)明實(shí)施方法(1)清潔熱場(chǎng)、單晶爐、石英坩堝；(2)將多晶硅及硼粉小心放入石英坩堝；(3)封閉單晶爐，用氬氣多次沖洗單晶爐并抽真空，檢驗(yàn)真空漏率；(4)打開(kāi)氬氣流量，開(kāi)啟加熱器進(jìn)行加溫，熔化多晶硅；(5)待多晶完全熔化，下調(diào)加熱器功率，保持熔體熔化狀態(tài)1455攝氏度；(6)使用單晶爐閘板閥隔離主室副室；(7)打開(kāi)副室，取下籽晶，裝上鎵元素?fù)诫s裝置，整個(gè)過(guò)程注意保證清潔，防止沾污；(8)金屬鎵放入摻雜裝置內(nèi)；(9)清潔副室并連通主室副室；(9)進(jìn)行鎵元素?fù)诫s；(10)摻雜完畢后，將裝置升到到副室內(nèi)；
(11)閘板閥隔離主室副室，副室充氣至常壓，打開(kāi)副室門，冷卻若干時(shí)間后，取下?lián)诫s裝置，裝回籽晶，重復(fù)步驟(6)，連通主副室；(12)按照設(shè)定工藝進(jìn)行引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑、收尾、冷卻；(13)將單晶進(jìn)行頭尾割斷、晶棒分割、滾圓、多線切割、倒角、研磨、清洗，并進(jìn)行器件制作。實(shí)施實(shí)例2對(duì)比實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)I :采用CG2000型單晶爐，多晶投料25kg，拉制頭部目標(biāo)電阻率0. 0020歐姆厘米，投入1350mg硼粉，的硅單晶拉制P型重?fù)脚稹?11>3寸硅單晶，生長(zhǎng)后得到硅單晶中砸濃度為 5. 5 X IO19 I. 2 X 102Clatoms. cm 3。實(shí)驗(yàn)2 :采用CG2000型單晶爐，多晶投料25kg，拉制頭部目標(biāo)電阻率0. 0020歐姆厘米，投入1215mg硼粉，金屬鎵778mg，拉制P型重?fù)脚稹碔11>3寸硅單晶，生長(zhǎng)后得到硅單晶中硼的濃度為5. O X IO19^l. I X 1020atoms. cnT3，硅單晶中鎵的濃度為
4.7 X IO17 I. 2 X 1019atoms. cm 3試驗(yàn)結(jié)果I.試驗(yàn)I摻B硅單晶生長(zhǎng)結(jié)束截取尾部樣片進(jìn)行各向異性腐蝕，發(fā)現(xiàn)存在明顯小角晶界；試驗(yàn)2硼鎵共摻硅單晶生長(zhǎng)結(jié)束后截取尾部樣片各向異性腐蝕，未發(fā)現(xiàn)小角晶界，說(shuō)明硼鎵共摻硅單晶能夠有效消除小角晶界現(xiàn)象。
2.使用顯微鏡放大50倍觀察試驗(yàn)2硼鎵共摻硅單晶樣片腐蝕表面，未見(jiàn)明顯微缺陷，說(shuō)明硼鎵共摻硅單晶具有微缺陷少的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.硼鎵共摻的重?fù)絇型單晶硅的生長(zhǎng)及摻雜方法，其特征在于包括如下步驟(1)清潔熱場(chǎng)、單晶爐、石英坩堝部件；(2)打開(kāi)單晶爐，將準(zhǔn)備好的多晶硅及摻雜硼粉放入石英坩堝中；(3)封閉單晶爐，用氬氣多次沖洗單晶爐并抽真空；(4)打開(kāi)氬氣流量，向單晶爐通入高純氬氣，高純氬氣流量為3(T80slpm，同時(shí)開(kāi)啟加熱器進(jìn)行加溫，熔化多晶硅；(5)待多晶硅完全熔化，下調(diào)加熱器功率，保持熔體熔化狀態(tài)1455攝氏度；(6)利用主室和副室隔離閥，結(jié)合鎵元素的摻雜裝置向熔體內(nèi)進(jìn)行鎵元素?fù)诫s；(7)充分混合后，穩(wěn)定熔體溫度在1450攝氏度，并開(kāi)始引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑、收尾、冷卻，成型后單晶硅含有濃度為I X IO18I X 1021atoms. cm-3硼和濃度為 I X IO17 I X 102Clatoms. cm 3 的嫁；(8)將單晶硅進(jìn)行頭尾割斷、晶棒分割、滾圓、多線切割、倒角、研磨、清洗，并進(jìn)行器件制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的P型單晶硅的生長(zhǎng)及摻雜方法，其特征在于單晶硅生長(zhǎng)晶體轉(zhuǎn)速為12 25rpm。
3.根據(jù)權(quán)利要求為 5 IOrpm0
4.根據(jù)權(quán)利要求長(zhǎng)速度為5(T75mm/h。
5.根據(jù)權(quán)利要求為〈111〉或〈100〉。
6.根據(jù)權(quán)利要求長(zhǎng)方法為直拉法。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種硼鎵共摻的重?fù)絇型單晶硅的生長(zhǎng)及摻雜方法，包括如下步驟(1)清潔；(2)將準(zhǔn)備好的多晶硅及摻雜硼粉放入石英坩堝中；(3)用氬氣多次沖洗單晶爐并抽真空；(4)開(kāi)啟加熱器進(jìn)行加溫熔化多晶硅；(5)待多晶硅完全熔化，下調(diào)加熱器功率，保持熔體熔化狀態(tài)1455攝氏度；(6)向熔體內(nèi)進(jìn)行鎵元素?fù)诫s；(7)充分混合后，穩(wěn)定熔體溫度在1450攝氏度，并開(kāi)始引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑、收尾、冷卻；(8)將單晶硅進(jìn)行頭尾割斷、晶棒分割、滾圓、多線切割、倒角、研磨、清洗，并進(jìn)行器件制作。本發(fā)明硼鎵共摻的重?fù)絇型硅單晶具有吸雜能力強(qiáng)，機(jī)械性能好，微缺陷少等優(yōu)點(diǎn)，是優(yōu)質(zhì)的外延襯底和器件襯底。
文檔編號(hào)C30B15/04GK102978699SQ201210465969
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者孫新利 申請(qǐng)人:孫新利