CN102978699A - 硼镓共掺的重掺p型单晶硅的生长及掺杂方法 - Google Patents

硼镓共掺的重掺p型单晶硅的生长及掺杂方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102978699A
CN102978699A CN2012104659697A CN201210465969A CN102978699A CN 102978699 A CN102978699 A CN 102978699A CN 2012104659697 A CN2012104659697 A CN 2012104659697A CN 201210465969 A CN201210465969 A CN 201210465969A CN 102978699 A CN102978699 A CN 102978699A
Authority
CN
China
Prior art keywords
single crystal
growth
doped
boron
gallium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012104659697A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102978699B (zh
Inventor
孙新利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZHEJIANG COWIN ELECTRONICS CO Ltd
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201210465969.7A priority Critical patent/CN102978699B/zh
Publication of CN102978699A publication Critical patent/CN102978699A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102978699B publication Critical patent/CN102978699B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

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。

Description

硼镓共掺的重掺P型单晶硅的生长及掺杂方法
技术领域
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
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(Transient VoltageSuppressor)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。
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
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。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案: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,向单晶炉通入高纯氩气,高纯氩气流量为30~80slpm,同时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,成型后单晶硅含有浓度为1×1018~1×1021atoms.cm-3硼和浓度为1×1017~1×1020atoms.cm-3的镓;
(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。
优选的,单晶硅生长晶体转速为12~25rpm。
优选的,石英坩埚转速为5~10rpm。
优选的,单晶硅平均生长速度为50~75mm/h。
优选的,单晶硅的晶向为<111>或<100>。
优选的,单晶硅晶体生长方法为直拉法。
本发明基于固体物理基本原理结合重掺硼单晶硅中小角晶界产生原因从掺杂剂上进行晶体体积应变补偿,目前P型单晶硅主要采用硼和镓作为掺杂剂,硼的原子半径比硅原子半径小,镓的原子半径比硅原子半径大。在单晶硅生长过程中大量的硼掺杂时产生了较大的体积应变能,晶格畸变较大,此时引入适当的镓掺杂可以有效补偿硼掺杂引入的体积应变,减少晶格畸变,从而在生长超低电阻率的硅单晶是仍然能保证晶体的无位错完整性。
因而,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。
具体实施方式
实施实例1:
本发明实施方法:(1)清洁热场、单晶炉、石英坩埚;(2)将多晶硅及硼粉小心放入石英坩埚;(3)封闭单晶炉,用氩气多次冲洗单晶炉并抽真空,检验真空漏率;(4)打开氩气流量,开启加热器进行加温,熔化多晶硅;(5)待多晶完全熔化,下调加热器功率,保持熔体熔化状态1455摄氏度;(6)使用单晶炉闸板阀隔离主室副室;(7)打开副室,取下籽晶,装上镓元素掺杂装置,整个过程注意保证清洁,防止沾污;(8)金属镓放入掺杂装置内;(9)清洁副室并连通主室副室;(9)进行镓元素掺杂;(10)掺杂完毕后,将装置升到到副室内;(11)闸板阀隔离主室副室,副室充气至常压,打开副室门,冷却若干时间后,取下掺杂装置,装回籽晶,重复步骤(6),连通主副室;(12)按照设定工艺进行引晶、放肩、转肩、等径、收尾、冷却;(13)将单晶进行头尾割断、晶棒分割、滚圆、多线切割、倒角、研磨、清洗,并进行器件制作。
实施实例2对比实验
实验1:采用CG2000型单晶炉,多晶投料25kg,拉制头部目标电阻率0.0020欧姆厘米,投入1350mg硼粉,的硅单晶拉制P型重掺硼<111>3寸硅单晶,生长后得到硅单晶中硼浓度为5.5×1019~1.2×1020atoms.cm-3
实验2:采用CG2000型单晶炉,多晶投料25kg,拉制头部目标电阻率0.0020欧姆厘米,投入1215mg硼粉,金属镓778mg,拉制P型重掺硼<111>3寸硅单晶,生长后得到硅单晶中硼的浓度为5.0×1019~1.1×1020atoms.cm-3,硅单晶中镓的浓度为4.7×1017~1.2×1019atoms.cm-3
试验结果:
1.试验1掺B硅单晶生长结束截取尾部样片进行各向异性腐蚀,发现存在明显小角晶界;试验2硼镓共掺硅单晶生长结束后截取尾部样片各向异性腐蚀,未发现小角晶界,说明硼镓共掺硅单晶能够有效消除小角晶界现象。
2.使用显微镜放大50倍观察试验2硼镓共掺硅单晶样片腐蚀表面,未见明显微缺陷,说明硼镓共掺硅单晶具有微缺陷少的优点。

Claims (6)

1.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,向单晶炉通入高纯氩气,高纯氩气流量为30~80slpm,同时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,成型后单晶硅含有浓度为1×1018~1×1021atoms.cm-3硼和浓度为1×1017~1×1020atoms.cm-3的镓;
(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:单晶硅生长晶体转速为12~25rpm。
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:石英坩埚转速为5~10rpm。
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:单晶硅平均生长速度为50~75mm/h。
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:单晶硅的晶向为<111>或<100>。
6.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:单晶硅晶体生长方法为直拉法。
CN201210465969.7A 2012-11-16 2012-11-16 硼镓共掺的重掺p型单晶硅的生长及掺杂方法 Active CN102978699B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210465969.7A CN102978699B (zh) 2012-11-16 2012-11-16 硼镓共掺的重掺p型单晶硅的生长及掺杂方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210465969.7A CN102978699B (zh) 2012-11-16 2012-11-16 硼镓共掺的重掺p型单晶硅的生长及掺杂方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102978699A true CN102978699A (zh) 2013-03-20
CN102978699B CN102978699B (zh) 2015-11-11

Family

ID=47853030

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210465969.7A Active CN102978699B (zh) 2012-11-16 2012-11-16 硼镓共掺的重掺p型单晶硅的生长及掺杂方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102978699B (zh)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104124292A (zh) * 2013-04-23 2014-10-29 晶澳太阳能有限公司 硼镓共掺单晶硅片及其制备方法和太阳能电池
WO2014194830A1 (zh) * 2013-06-07 2014-12-11 英利能源(中国)有限公司 石英坩埚及其制作方法、p型硅铸锭及其制作方法
CN104514031A (zh) * 2013-12-02 2015-04-15 浙江长兴众成电子有限公司 一种直拉单晶硅的掺杂装置及使用方法
CN105002557A (zh) * 2015-08-12 2015-10-28 常州天合光能有限公司 一种镓锗硼共掺多晶硅及其制备方法
CN105063750A (zh) * 2015-08-12 2015-11-18 常州天合光能有限公司 一种镓锗硼共掺单晶硅及其制备方法
CN106222452A (zh) * 2016-07-26 2016-12-14 成都锦沪新材料有限公司 一种棒状砷的制备方法
CN112779601A (zh) * 2020-12-23 2021-05-11 有研半导体材料有限公司 一种重掺砷极低电阻硅单晶的生长方法
US20210159259A1 (en) * 2019-11-26 2021-05-27 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Silicon single crystal substrate and silicon epitaxial wafer for solid-state image sensor and solid-state image sensor
CN112951932A (zh) * 2019-11-26 2021-06-11 信越半导体株式会社 固体摄像组件用的硅单晶基板及硅磊晶晶圆、以及固体摄像组件
CN114737251A (zh) * 2022-04-08 2022-07-12 中环领先半导体材料有限公司 获取硅单晶最佳拉速以制备高bmd密度12英寸外延片的方法
CN115233292A (zh) * 2022-07-25 2022-10-25 北京麦竹吉科技有限公司 一种低电阻率硅单晶及其制备方法
WO2023051693A1 (zh) * 2021-09-29 2023-04-06 西安奕斯伟材料科技有限公司 氮掺杂剂加料装置、方法及氮掺杂单晶硅棒的制造系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002083981A (ja) * 2000-09-07 2002-03-22 Shin Etsu Handotai Co Ltd 太陽電池セルおよびその製造方法
CN102400219A (zh) * 2011-11-30 2012-04-04 东海晶澳太阳能科技有限公司 一种硼-镓共掺准单晶硅及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002083981A (ja) * 2000-09-07 2002-03-22 Shin Etsu Handotai Co Ltd 太陽電池セルおよびその製造方法
CN102400219A (zh) * 2011-11-30 2012-04-04 东海晶澳太阳能科技有限公司 一种硼-镓共掺准单晶硅及其制备方法

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104124292A (zh) * 2013-04-23 2014-10-29 晶澳太阳能有限公司 硼镓共掺单晶硅片及其制备方法和太阳能电池
WO2014194830A1 (zh) * 2013-06-07 2014-12-11 英利能源(中国)有限公司 石英坩埚及其制作方法、p型硅铸锭及其制作方法
CN104514031A (zh) * 2013-12-02 2015-04-15 浙江长兴众成电子有限公司 一种直拉单晶硅的掺杂装置及使用方法
CN105002557A (zh) * 2015-08-12 2015-10-28 常州天合光能有限公司 一种镓锗硼共掺多晶硅及其制备方法
CN105063750A (zh) * 2015-08-12 2015-11-18 常州天合光能有限公司 一种镓锗硼共掺单晶硅及其制备方法
CN106222452A (zh) * 2016-07-26 2016-12-14 成都锦沪新材料有限公司 一种棒状砷的制备方法
CN112951932A (zh) * 2019-11-26 2021-06-11 信越半导体株式会社 固体摄像组件用的硅单晶基板及硅磊晶晶圆、以及固体摄像组件
US20210159259A1 (en) * 2019-11-26 2021-05-27 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Silicon single crystal substrate and silicon epitaxial wafer for solid-state image sensor and solid-state image sensor
US11824070B2 (en) * 2019-11-26 2023-11-21 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Silicon single crystal substrate and silicon epitaxial wafer for solid-state image sensor and solid-state image sensor
CN112951932B (zh) * 2019-11-26 2024-05-14 信越半导体株式会社 固体摄像组件用的硅单晶基板及硅磊晶晶圆、以及固体摄像组件
CN112779601A (zh) * 2020-12-23 2021-05-11 有研半导体材料有限公司 一种重掺砷极低电阻硅单晶的生长方法
CN112779601B (zh) * 2020-12-23 2022-08-05 有研半导体硅材料股份公司 一种重掺砷极低电阻硅单晶的生长方法
WO2023051693A1 (zh) * 2021-09-29 2023-04-06 西安奕斯伟材料科技有限公司 氮掺杂剂加料装置、方法及氮掺杂单晶硅棒的制造系统
TWI827224B (zh) * 2021-09-29 2023-12-21 大陸商西安奕斯偉材料科技股份有限公司 氮摻雜劑加料裝置、方法及氮摻雜單晶矽棒的製造系統
CN114737251A (zh) * 2022-04-08 2022-07-12 中环领先半导体材料有限公司 获取硅单晶最佳拉速以制备高bmd密度12英寸外延片的方法
CN115233292A (zh) * 2022-07-25 2022-10-25 北京麦竹吉科技有限公司 一种低电阻率硅单晶及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102978699B (zh) 2015-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102978699B (zh) 硼镓共掺的重掺p型单晶硅的生长及掺杂方法
CN102978698B (zh) 一种硼镓共掺的重掺p型单晶硅的生长及掺杂方法
US7364618B2 (en) Silicon wafer, method for manufacturing the same and method for growing silicon single crystals
US7320731B2 (en) Process for growing silicon single crystal and process for producing silicon wafer
TWI577841B (zh) 單晶矽之成長方法及其製備之單晶矽錠(二)
TW526297B (en) Silicon wafer and silicon epitaxial wafer and production methods thereof
CN105755533A (zh) 一种直拉法制备高电阻硅单晶的方法
TWI308939B (en) Method for growing single crystal and single crystal grown thereby
TWI703242B (zh) 摻雜少量釩的半絕緣碳化矽單晶、基材、製備方法
CN109629003B (zh) 一种低浓度p型磷化铟单晶的制备方法
CN101671841B (zh) 一种用于直拉硅单晶制备中的含氮掺杂剂的制备方法
CN105970284B (zh) 一种p型单晶硅片及其制造方法
CN106591952A (zh) 一种SiC晶片的制备方法
CN108977888A (zh) 化合物半导体晶片、光电转换元件、以及iii-v族化合物半导体单晶的制造方法
CN103305905B (zh) 一种变埚比的单晶硅生长方法
Xu et al. Effects of high temperature annealing on the dislocation density and electrical properties of upgraded metallurgical grade multicrystalline silicon
CN115652426A (zh) 一种降低大尺寸n型直拉单晶硅片碎片率的拉制方法
CN104711675A (zh) 磷砷锑共掺杂的n型重掺直拉硅单晶及其硅外延片
CN111733455B (zh) 共含锗和氮杂质的单晶硅片、其制备方法以及包含所述硅片的集成电路
CN1233883C (zh) 一种磁场下生长低缺陷密度直拉硅单晶的方法
TWI654343B (zh) 單晶矽之成長方法及其製備之單晶矽錠(一)
JP4978396B2 (ja) エピタキシャルウェーハの製造方法
CN105316767B (zh) 超大规模集成电路用硅片及其制造方法、应用
CN102168312A (zh) 一种高掺氮的硅片及其快速掺氮的方法
US20190006190A1 (en) Fz silicon and method to prepare fz silicon

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: ZHEJIANG COWIN ELECTRONICS CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: SUN XINLI

Effective date: 20130716

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 313199 HUZHOU, ZHEJIANG PROVINCE TO: 313100 HUZHOU, ZHEJIANG PROVINCE

TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20130716

Address after: 313100, No. 1299, front East Street, Changxing County Economic Development Zone, Zhejiang, Huzhou

Applicant after: Zhejiang Cowin Electronics Co., Ltd.

Address before: 313199 Zhejiang city of Huzhou province Changxing County City Lijing Building 2 pheasant town 41 unit 102 room

Applicant before: Sun Xinli

CB02 Change of applicant information

Address after: 313100, No. 1299, front East Street, Changxing County Economic Development Zone, Zhejiang, Huzhou

Applicant after: ZHEJIANG ZHONGJING TECHNOLOGY CO., LTD.

Address before: 313100, No. 1299, front East Street, Changxing County Economic Development Zone, Zhejiang, Huzhou

Applicant before: Zhejiang Cowin Electronics Co., Ltd.

COR Change of bibliographic data
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant