硼鎵共摻的重摻P型單晶硅的生長及摻雜方法技術

本發明專利技術公開了一種硼鎵共摻的重摻P型單晶硅的生長及摻雜方法，包括如下步驟：（1）清潔；（2）將準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）開啟加熱器進行加溫熔化多晶硅；（5）待多晶硅完全熔化，下調加熱器功率，保持熔體熔化狀態1455攝氏度；（6）向熔體內進行鎵元素摻雜；（7）充分混合后，穩定熔體溫度在1450攝氏度，并開始引晶、放肩、轉肩、等徑、收尾、冷卻；（8）將單晶硅進行頭尾割斷、晶棒分割、滾圓、多線切割、倒角、研磨、清洗，并進行器件制作。本發明專利技術硼鎵共摻的重摻P型硅單晶具有吸雜能力強，機械性能好，微缺陷少等優點，是優質的外延襯底和器件襯底。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體材料晶體生長和元素摻雜領域，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實現方法。
技術介紹
近年來，隨著超大規模集成電路(ULSI)的發展，作為外延襯底的大直徑直拉重摻硅單晶在微處理器和高附加值邏輯器件等先進集成電路制造中得到了廣泛的應用，并能夠解決拋光硅片所不能解決的電路閂鎖問題、軟失效、動態存儲時間短等問題。同時小尺寸的重摻直拉娃單晶也廣泛應用于(Transient VoltageSuppressor) TVS瞬態電壓抑制器件等領域。重摻硼硅單晶是最主要的P型重摻硅單晶，具有電阻率分布均勻；吸雜能力強；機械性能較好等優點。對于電阻率低于0. 002歐姆厘米的超低電阻率的直拉重摻硼硅單晶而H，由于雜質濃度聞，晶體體積應變能較大，在晶體生長中容易廣生小角晶界等現象。小角晶界的存在極大的破壞了晶體完整性，使得單晶失去無位錯狀態。因此在實際生產中，電阻率低于0. 002歐姆厘米的超低電阻率的直拉重摻硼硅單晶較難獲得，而器件制作為了得到不同電壓響應的器件，又要求襯底硅片的電阻率達到0. 002歐姆厘米，甚至更低0. 001歐姆厘米以下。對于重摻B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致較大的體積應變能及晶格畸變，這些因素進一步演化為生長時的略微晶向差異。這些有著晶向上略微不匹配的晶核生長時臺階的會合就容易產生位錯等缺陷，這些缺陷在重摻硼硅單晶較強的位錯釘扎作用下很快演化成小角晶界，通過小角晶界來釋放其較大的體積應變能。因此在重摻硼〈111〉硅單晶中容易產生小角晶界。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題就是提供一種硼鎵共摻的重摻P型單晶硅的生長及摻雜方法，減少摻雜引起的晶體體積應變，克服小角晶界現象。為解決上述技術問題，本專利技術采用如下技術方案硼鎵共摻的重摻P型單晶硅的生長及摻雜方法，其特征在于包括如下步驟 ( I)清潔熱場、單晶爐、石英坩堝部件；(2)打開單晶爐，將準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，同時開啟加熱器進行加溫，熔化多晶硅；(5)待多晶硅完全熔化，下調加熱器功率，保持熔體熔化狀態1455攝氏度；(6)利用主室和副室隔離閥，結合鎵元素的摻雜裝置向熔體內進行鎵元素摻雜；(7)充分混合后，穩定熔體溫度在1450攝氏度，并開始引晶、放肩、轉肩、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)將單晶硅進行頭尾割斷、晶棒分割、滾圓、多線切割、倒角、研磨、清洗，并進行器件制作。優選的，單晶硅生長晶體轉速為12 25rpm。優選的，石英i甘禍轉速為5 lOrpm。優選的，單晶娃平均生長速度為50 75mm/h。優選的，單晶硅的晶向為〈111〉或〈100〉。優選的，單晶硅晶體生長方法為直拉法。本專利技術基于固體物理基本原理結合重摻硼單晶硅中小角晶界產生原因從摻雜劑上進行晶體體積應變補償，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。在單晶硅生長過程中大量的硼摻雜時產生了較大的體積應變能，晶格畸變較大，此時引入適當的鎵摻雜可以有效補償硼摻雜引入的體積應變，減少晶格畸變，從而在生長超低電阻率的硅單晶是仍然能保證晶體的無位錯完整性。因而，本專利技術硼鎵共摻的重摻P型硅單晶具有吸雜能力強，機械性能好，微缺陷少等優點，是優質的外延襯底和器件襯底。具體實施例方式實施實例I :本專利技術實施方法(1)清潔熱場、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，檢驗真空漏率；(4)打開氬氣流量，開啟加熱器進行加溫，熔化多晶硅；(5)待多晶完全熔化，下調加熱器功率，保持熔體熔化狀態1455攝氏度；(6)使用單晶爐閘板閥隔離主室副室；(7)打開副室，取下籽晶，裝上鎵元素摻雜裝置，整個過程注意保證清潔，防止沾污；(8)金屬鎵放入摻雜裝置內；(9)清潔副室并連通主室副室；(9)進行鎵元素摻雜；(10)摻雜完畢后，將裝置升到到副室內；(11)閘板閥隔離主室副室，副室充氣至常壓，打開副室門，冷卻若干時間后，取下摻雜裝置，裝回籽晶，重復步驟(6)，連通主副室；(12)按照設定工藝進行引晶、放肩、轉肩、等徑、收尾、冷卻；(13)將單晶進行頭尾割斷、晶棒分割、滾圓、多線切割、倒角、研磨、清洗，并進行器件制作。實施實例2對比實驗實驗I :采用CG2000型單晶爐，多晶投料25kg，拉制頭部目標電阻率0. 0020歐姆厘米，投入1350mg硼粉，的硅單晶拉制P型重摻硼〈111>3寸硅單晶，生長后得到硅單晶中砸濃度為 5. 5 X IO19 I. 2 X 102Clatoms. cm 3。實驗2 :采用CG2000型單晶爐，多晶投料25kg，拉制頭部目標電阻率0. 0020歐姆厘米，投入1215mg硼粉，金屬鎵778mg，拉制P型重摻硼〈I11>3寸硅單晶，生長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試驗結果I.試驗I摻B硅單晶生長結束截取尾部樣片進行各向異性腐蝕，發現存在明顯小角晶界；試驗2硼鎵共摻硅單晶生長結束后截取尾部樣片各向異性腐蝕，未發現小角晶界，說明硼鎵共摻硅單晶能夠有效消除小角晶界現象。 2.使用顯微鏡放大50倍觀察試驗2硼鎵共摻硅單晶樣片腐蝕表面，未見明顯微缺陷，說明硼鎵共摻硅單晶具有微缺陷少的優點。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
硼鎵共摻的重摻P型單晶硅的生長及摻雜方法，其特征在于包括如下步驟：（1）清潔熱場、單晶爐、石英坩堝部件；（2）打開單晶爐，將準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）打開氬氣流量，向單晶爐通入高純氬氣，高純氬氣流量為30~80slpm，同時開啟加熱器進行加溫，熔化多晶硅；（5）待多晶硅完全熔化，下調加熱器功率，保持熔體熔化狀態1455攝氏度；（6）利用主室和副室隔離閥，結合鎵元素的摻雜裝置向熔體內進行鎵元素摻雜；（7）充分混合后，穩定熔體溫度在1450攝氏度，并開始引晶、放肩、轉肩、等徑、收尾、冷卻，成型后單晶硅含有濃度為1×1018~1×1021atoms.cm?3硼和濃度為1×1017~1×1020atoms.cm?3的鎵；（8）將單晶硅進行頭尾割斷、晶棒分割、滾圓、多線切割、倒角、研磨、清洗，并進行器件制作。

【技術特征摘要】
1.硼鎵共摻的重摻P型單晶硅的生長及摻雜方法，其特征在于包括如下步驟(1)清潔熱場、單晶爐、石英坩堝部件；(2)打開單晶爐，將準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，同時開啟加熱器進行加溫，熔化多晶硅；(5)待多晶硅完全熔化，下調加熱器功率，保持熔體熔化狀態1455攝氏度；(6)利用主室和副室隔離閥，結合鎵元素的摻雜裝置向熔體內進行鎵元素摻雜；(7)充分混合后，穩定熔體溫度在1450攝氏度，并開始引晶...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫新利，
申請(專利權)人：孫新利，
類型：發明
國別省市：