CN114481297A - 消除重掺硼小角晶界的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种消除重掺硼小角晶界的方法，所属重掺硼单晶硅加工技术领域，包括如下操作步骤：第一步：确认发生小角晶界不良的背景与原理。第二步：重掺硼单晶硅制备时，采用掺杂浓度小于9.05×1019cm3。第三步：接着提高单晶硅的电阻，减少硅原子被硼原子替代，同时降低拉速，使得界面变成凸界面。第四步：在温度的控制上，增大等径时的加热器功率，并去除热屏夹层，降低晶体的生长速度，延长应力释放时间。具有质量稳定性好、加工难度小和报废率低的特点。解决了产生重掺硼小角晶界的问题。
Description
技术领域
本发明涉及重掺硼单晶硅加工技术领域，具体涉及一种消除重掺硼小角晶界的方法。
背景技术
重掺硼单晶硅具有电阻率分布均匀、吸杂能力强和机械性能较好等优点，广泛应用于集成电路外延衬底及低压瞬态抑制二极管 ( transient voltage suppressor，TVS)器件领域。重掺硼单晶硅杂质浓度高，晶格畸变较大，在晶体生长中容易产生位错和小角晶界，小角晶界是严重的晶体缺陷，存在于晶体内部，在生长过程中晶体具有的宏观晶体完整性，无法直接观测，对生产产生较大干扰，
小角晶界是重掺硼直拉单晶硅生产制造过程中出现的严重缺陷,生产中需要避免。晶粒之间位向差小于10°的晶界，一般由规则排列的位错所组成，可分为倾斜晶界和扭转晶界。存在一个临界掺杂浓度，接近临界掺杂浓度时，晶棒具备宏观完整性，但是不具备单晶特征，即晶棒表面存在滑移线，但是腐蚀后硅片表面不存在滑移线，在临界掺杂浓度以内，晶棒仍具备宏观完整性，但是不具备单晶特征，即晶棒表面存在滑移线，但是腐蚀后硅片表面存在滑移线，整棒不良，迫切需要解决该问题。
发明内容
本发明主要解决现有技术中存在质量稳定性差、加工难度大和报废率高的不足，提供了一种消除重掺硼小角晶界的方法，其具有质量稳定性好、加工难度小和报废率低的特点。解决了产生重掺硼小角晶界的问题。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种消除重掺硼小角晶界的方法，包括如下操作步骤：
第一步：确认发生小角晶界不良的背景与原理；
1）掺杂浓度9.05×1019cm3为临界值，同时<111>晶向的硅单晶是以台阶方式横向生长推进，存在多个台阶共同生长，在汇合时就有可能产生小角晶界。
2）在低电阻情况下，大量的硅原子被硼原子替代，硅原子的原子半径是硼原子的1.32倍，高掺杂下产生了较大的体积应变能，晶格畸变大，应力也较大，应力累计到一定程度上会以位错的形式释放。
3）在较大的过冷度下，晶体生长速度快，应力释放时间短，更容易产生缺陷。
4）重掺硼硅单晶本身具有较强的位错钉扎作用，位错被固定在滑移面的位置无法正常的增殖，从而表面出小角晶界的宏观状态，即晶棒表面全是滑移线，但是具备宏观的完整性。
第二步：从掺杂浓度上减少<111>晶向的硅单晶是以台阶方式横向生长推进，使得在多个台阶共同生长过程中，避免产生小角晶界；重掺硼单晶硅制备时，采用掺杂浓度小于9.05×1019cm3。
第三步：接着提高单晶硅的电阻，减少硅原子被硼原子替代，同时降低拉速，使得界面变成凸界面。
第四步：在温度的控制上，增大等径时的加热器功率，并去除热屏夹层，降低晶体的生长速度，延长应力释放时间。
作为优选，在过冷度处理时，采用低埚位，同时增大引晶Gap值。
作为优选，低埚位为石英埚与加热器的相对位置，等径生长时加热器功率越高，晶体温度梯度越大，过冷度就越小，实现减小自由能的差值。
作为优选，晶体温度控制在1700度～1800度，加热器功率大于5KW/h。
作为优选，引晶Gap值为拉晶时液面距热屏外层底部的距离，间隔值过小容易在应力的作用下形成凸界面；间隔值过大容易在应力的作用下形成凹界面；通过增加加工过程的电阻，同时增大引晶Gap值，实现相互间应力的抵消，达到消除小角晶界的目的。
作为优选，控制炉压为21～25Torr、惰性气体流量95～110slpm、坩埚转速为11～15转 /分钟，籽晶的转速为15～18转/分钟。
本发明能够达到如下效果：
本发明提供了一种消除重掺硼小角晶界的方法，与现有技术相比较，有质量稳定性好、加工难度小和报废率低的特点。解决了产生重掺硼小角晶界的问题。
具体实施方式
下面通过实施例，对发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：一种消除重掺硼小角晶界的方法，包括如下操作步骤：
第一步：确认发生小角晶界不良的背景与原理；
1）掺杂浓度9.05×1019cm3为临界值，同时<111>晶向的硅单晶是以台阶方式横向生长推进，存在多个台阶共同生长，在汇合时就有可能产生小角晶界。
2）在低电阻情况下，大量的硅原子被硼原子替代，硅原子的原子半径是硼原子的1.32倍，高掺杂下产生了较大的体积应变能，晶格畸变大，应力也较大，应力累计到一定程度上会以位错的形式释放。
3）在较大的过冷度下，晶体生长速度快，应力释放时间短，更容易产生缺陷。
4）重掺硼硅单晶本身具有较强的位错钉扎作用，位错被固定在滑移面的位置无法正常的增殖，从而表面出小角晶界的宏观状态，即晶棒表面全是滑移线，但是具备宏观的完整性。
第二步：从掺杂浓度上减少<111>晶向的硅单晶是以台阶方式横向生长推进，使得在多个台阶共同生长过程中，避免产生小角晶界；重掺硼单晶硅制备时，采用掺杂浓度小于9.05×1019cm3。
第三步：接着提高单晶硅的电阻，减少硅原子被硼原子替代，同时降低拉速，使得界面变成凸界面。控制炉压为22Torr、惰性气体流量100slpm、坩埚转速为12转 /分钟，籽晶的转速为16转/分钟。
第四步：在温度的控制上，增大等径时的加热器功率，并去除热屏夹层，降低晶体的生长速度，延长应力释放时间。晶体温度控制在1750度，加热器功率为6KW/h。
在过冷度处理时，采用低埚位，低埚位为石英埚与加热器的相对位置，等径生长时加热器功率越高，晶体温度梯度越大，过冷度就越小，实现减小自由能的差值。同时增大引晶Gap值，引晶Gap值为拉晶时液面距热屏外层底部的距离，间隔值过小容易在应力的作用下形成凸界面；间隔值过大容易在应力的作用下形成凹界面；通过增加加工过程的电阻，同时增大引晶Gap值，实现相互间应力的抵消，达到消除小角晶界的目的。
综上所述，该消除重掺硼小角晶界的方法，有质量稳定性好、加工难度小和报废率低的特点。解决了产生重掺硼小角晶界的问题。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (6)
1.一种消除重掺硼小角晶界的方法，其特征在于包括如下操作步骤：
第一步：确认发生小角晶界不良的背景与原理；
1）掺杂浓度9.05×1019cm3为临界值，同时<111>晶向的硅单晶是以台阶方式横向生长推进，存在多个台阶共同生长，在汇合时就有可能产生小角晶界；
2）在低电阻情况下，大量的硅原子被硼原子替代，硅原子的原子半径是硼原子的1.32倍，高掺杂下产生了较大的体积应变能，晶格畸变大，应力也较大，应力累计到一定程度上会以位错的形式释放；
3）在较大的过冷度下，晶体生长速度快，应力释放时间短，更容易产生缺陷；
4）重掺硼硅单晶本身具有较强的位错钉扎作用，位错被固定在滑移面的位置无法正常的增殖，从而表面出小角晶界的宏观状态，即晶棒表面全是滑移线，但是具备宏观的完整性；
第二步：从掺杂浓度上减少<111>晶向的硅单晶是以台阶方式横向生长推进，使得在多个台阶共同生长过程中，避免产生小角晶界；重掺硼单晶硅制备时，采用掺杂浓度小于9.05×1019cm3；
第三步：接着提高单晶硅的电阻，减少硅原子被硼原子替代，同时降低拉速，使得界面变成凸界面；
第四步：在温度的控制上，增大等径时的加热器功率，并去除热屏夹层，降低晶体的生长速度，延长应力释放时间。
2.根据权利要求1所述的消除重掺硼小角晶界的方法，其特征在于：在过冷度处理时，采用低埚位，同时增大引晶Gap值。
3.根据权利要求2所述的消除重掺硼小角晶界的方法，其特征在于：低埚位为石英埚与加热器的相对位置，等径生长时加热器功率越高，晶体温度梯度越大，过冷度就越小，实现减小自由能的差值。
4.根据权利要求3所述的消除重掺硼小角晶界的方法，其特征在于：晶体温度控制在1700度～1800度，加热器功率大于5KW/h。
5.根据权利要求2所述的消除重掺硼小角晶界的方法，其特征在于：引晶Gap值为拉晶时液面距热屏外层底部的距离，间隔值过小容易在应力的作用下形成凸界面；间隔值过大容易在应力的作用下形成凹界面；通过增加加工过程的电阻，同时增大引晶Gap值，实现相互间应力的抵消，达到消除小角晶界的目的。
6.根据权利要求1所述的消除重掺硼小角晶界的方法，其特征在于：控制炉压为21～25Torr、惰性气体流量95～110slpm、坩埚转速为11～15转 /分钟，籽晶的转速为15～18转/分钟。
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| 王飞尧等: "过冷度对重掺B直拉Si单晶中小角晶界的影响", 《半导体技术》 * |
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