一种硼镓共掺的重掺P型单晶硅的生长及掺杂方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102978698A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102978698A(43)申请公布日2013.03.20(21)申请号201210463980.X(22)申请日2012.11.16(71)申请人孙新利地址313199浙江省湖州市长兴县雉城镇新城丽景41幢2单元102室(72)发明人孙新利(74)专利代理机构杭州华鼎知识产权代理事务所(普通合伙)33217代理人竺诗忍(51)Int.Cl.C30B29/06(2006.01)C30B15/04(2006.01)权利要求书权利要求书11页页说明书说明书33页页(54)发明名称一种硼镓共掺的重掺P型单晶硅的生长及掺杂方法(57)摘要本发明公开了一种硼镓共掺的重掺P型单晶硅的生长及掺杂方法，包括如下步骤：（1）清洁；（2）将准备好的多晶硅及掺杂硼粉放入石英坩埚中；（3）用氩气多次冲洗单晶炉并抽真空；（4）开启加热器进行加温熔化多晶硅；（5）待多晶硅完全熔化，下调加热器功率，保持熔体熔化状态1455摄氏度；（6）向熔体内进行镓元素掺杂；（7）充分混合后，稳定熔体温度在1450摄氏度，并开始引晶、放肩、转肩、等径、收尾、冷却；（8）将单晶硅进行头尾割断、晶棒分割、滚圆、多线切割、倒角、研磨、清洗，并进行器件制作。本发明硼镓共掺的重掺P型硅单晶具有吸杂能力强，机械性能好，微缺陷少等优点，是优质的外延衬底和器件衬底。CN1029786ACN102978698A权利要求书1/1页1.一种硼镓共掺的重掺P型单晶硅的生长及掺杂方法，其特征在于包括如下步骤：（1）清洁热场、单晶炉、石英坩埚部件；（2）打开单晶炉，将准备好的多晶硅及掺杂硼粉放入石英坩埚中；（3）封闭单晶炉，用氩气多次冲洗单晶炉并抽真空；（4）打开氩气流量，开启加热器进行加温，熔化多晶硅；（5）待多晶硅完全熔化，下调加热器功率，保持熔体熔化状态1455摄氏度；（6）利用主室和副室隔离阀，结合镓元素的掺杂装置向熔体内进行镓元素掺杂；（7）充分混合后，稳定熔体温度在1450摄氏度，并开始引晶、放肩、转肩、等径、收尾、冷却；（8）将单晶硅进行头尾割断、晶棒分割、滚圆、多线切割、倒角、研磨、清洗，并进行器件制作。2.根据权利要求1所述的P型单晶硅的生长及掺杂方法，其特征在于：步骤（4）中单晶炉采用高纯氩气作为保护气体，高纯氩气流量为30~80slpm。3.根据权利要求1所述的P型单晶硅的生长及掺杂方法，其特征在于：单晶硅生长晶体转速为12~25rpm。4.根据权利要求1所述的P型单晶硅的生长及掺杂方法，其特征在于：石英坩埚转速为5~10rpm。5.根据权利要求1所述的P型单晶硅的生长及掺杂方法，其特征在于：单晶硅平均生长速度为50~75mm/h。2CN102978698A说明书1/3页一种硼镓共掺的重掺P型单晶硅的生长及掺杂方法技术领域[0001]本发明涉及半导体材料晶体生长和元素掺杂领域，特别涉及一种硼镓共掺的超低电阻率P型单晶的掺杂和晶体生长实现方法。背景技术[0002]近年来，随着超大规模集成电路(ULSI)的发展，作为外延衬底的大直径直拉重掺硅单晶在微处理器和高附加值逻辑器件等先进集成电路制造中得到了广泛的应用，并能够解决抛光硅片所不能解决的电路闩锁问题、软失效、动态存储时间短等问题。同时小尺寸的重掺直拉硅单晶也广泛应用于（TransientVoltageSuppressor）TVS瞬态电压抑制器件等领域。重掺硼硅单晶是最主要的P型重掺硅单晶，具有电阻率分布均匀；吸杂能力强；机械性能较好等优点。对于电阻率低于0.002欧姆厘米的超低电阻率的直拉重掺硼硅单晶而言，由于杂质浓度高，晶体体积应变能较大，在晶体生长中容易产生小角晶界等现象。[0003]小角晶界的存在极大的破坏了晶体完整性，使得单晶失去无位错状态。因此在实际生产中，电阻率低于0.002欧姆厘米的超低电阻率的直拉重掺硼硅单晶较难获得，而器件制作为了得到不同电压响应的器件，又要求衬底硅片的电阻率达到0.002欧姆厘米，甚至更低0.001欧姆厘米以下。对于重掺B硅单晶而言掺杂浓度较高，由于硼原子比硅原子小，高的掺杂浓度必然导致较大的体积应变能及晶格畸变，这些因素进一步演化为生长时的略微晶向差异。这些有着晶向上略微不匹配的晶核生长时台阶的会合就容易产生位错等缺陷，这些缺陷在重掺硼硅单晶较强的位错钉扎作用下很快演化成小角晶界，通过小角晶界来释放其较大的体积应变能。因此在重掺硼<111>硅单晶中容易产生小角晶界。发明内容[0004]本发明所要解决的技术问题就是提供一种硼镓共掺的重掺P型单晶硅的生长及掺杂方法，减少掺杂引起的晶体体积应变，克服小角晶界现象。[0005]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种硼镓共掺的重掺P型单晶