本发明专利技术公开了磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶及其硅外延片。磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶，磷作为主要掺杂元素，砷、锑中的一种或二种作为辅助掺杂元素，所述的磷的浓度大于等于4.6×1019/cm3,在掺杂元素中占比大等于60%，辅助掺杂元素在掺杂元素中的占比为0.1%-40%。本发明专利技术能消除或显著减少硅外延片中因晶格失配引起的滑移线的N型重掺直拉硅单晶，可以有效减少或消除在由高掺杂浓度的N型重掺直拉硅单晶加工的抛光片上生长外延层时产生的失配位错线缺陷；且在解决该问题的同时不会产生在高温过程后半导体器件过渡区变宽的问题；改变了业界惯例即在硅单晶中磷砷锑中的多种不能同时作为掺杂剂。
【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
本专利技术涉及直拉硅单晶领域。
技术介绍
将以砷为主要掺杂元素的重掺砷直拉硅单晶(砷的浓度为1. 2X1019-3. 4X1019/ cm3)制造成娃抛光片，再将该抛光片制造成外延电阻率大于1Q.cm的外延片，该外延片经 过半导体器件的高温加工过程后在垂直表面方向外延层电阻率的分布如图1所示。硅外延 层与抛光衬底之间的电阻率由高到低的区域被称为外延过渡区。若抛光衬底中除砷外还含 有少量的磷，其对应的外延过渡区就比只含有砷的抛光衬底对应的外延过渡区宽，磷的浓 度大于5X1014/cm3时其对外延过渡区的影响就会明显表现出来。高温过程后外延过渡区更 宽意味着外延层的有效厚度更小、器件的击穿电压更低，这是器件制造过程中要努力避免 的。重掺锑直拉硅单晶中混入少量的磷或砷时会发生同样的问题。因为担心其它掺杂剂的 引入会降低器件的击穿电压，目前制造N型重掺直拉硅单晶时掺入的都是单一的掺杂剂， 即在磷、砷、锑中根据需要任选一种作为掺杂元素掺入到直拉硅单晶中（浓度大于IX1018/ cm3)，在掺入前述三种掺杂剂的任意一种时，严格限制另外两种掺杂剂元素在所生长的直 拉硅单晶中的浓度，技术指标一般要求它们的浓度小于1X1014/cm3。目前还没有人制造销 售磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶及由其加工的硅外延片，也没有人提出过相关的理 论。目前，制造商要求在尽量降低半导体分立器件的尺寸的同时降低器件的正向压降 或导通电阻，这主要依靠降低制造分立器件所用的外延片的抛光片衬底的电阻率来实现。 要得到电阻率低的抛光片衬底就需要在生长重掺直拉硅单晶时掺入更多的磷或砷或锑等 掺杂剂。 为了得到尽可能低的分立器件的正向压降或导通电阻，目前所使用的N型重掺直 拉硅单晶主要为电阻率小于0. 003Qcm或0. 002Qcm的重掺砷直拉硅单晶(掺杂剂砷的浓 度大于2X1019/cm3)和电阻率小于0. 0015Dcm的重掺磷直拉硅单晶（掺杂剂磷的浓度大 于4X1019/cm3)。因为掺杂浓度无法继续提高，重掺锑直拉硅单晶(掺杂剂锑的浓度范围为 1X1018/cm3-6X1018/cm3)的使用量已经很小了。 继续提高单独以磷或砷作掺杂剂的N型重掺直拉硅单晶中的掺杂元素的浓度（降 低硅单晶的电阻率）会碰到外延晶格失配变得严重的问题，由这种直拉硅单晶加工的外延 片的晶格失配导致的半导体器件成品率损失会变得不能接受。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶及其硅外延片。 -种磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶，磷作为主要掺杂元素，砷、锑中的一种 或二种作为辅助掺杂元素，所述的磷的浓度大于等于4. 6X1019/cm3,在掺杂元素中占比大 等于60%，辅助掺杂元素在掺杂元素中的占比为0. 1%-40%。 所述的辅助掺杂元素砷的在掺杂元素中的占比0. 1%_40%。 所述的辅助掺杂元素锑的在掺杂元素中的占比〇. 1%-40%。 所述的辅助掺杂元素砷和锑在掺杂元素中的占比之和为〇. 1%_40%。 一种采用所述的磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶制备的硅外延片，将所述的 磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶加工成抛光片，再用抛光片做衬底制造硅外延片。一种所述的磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶的制备方法，步骤如下： 1 )、多晶硅熔化：将先石英坩埚装入直拉硅单晶炉内，再在石英坩埚内装满多晶硅，抽 真空，通电将多晶硅熔化，调节输入功率使硅熔体温度稳定在1460±20°C; 2) 、掺入主要掺杂元素磷：将称量好的红磷装入石英杯内，再将石英杯悬挂在石英钟罩 内，将石英钟罩悬挂在硅单晶炉提拉室的籽晶夹头上，抽真空，打开提拉室下部的隔离阀， 将石英钟罩下降到距离石英坩埚内硅熔体表面5-10_的位置使掺杂剂完全挥发被硅熔体 吸收； 3) 、砷和/或锑的掺入：掺入砷和/或锑的方法与掺入磷的方法相同； 4) 、单晶生长：完成掺杂元素的掺入后，按照通常的硅单晶生长程序进行硅单晶的生长 过程，生长出所述的磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶。 本专利技术的有益效果：能消除或显著减少硅外延片中因晶格失配引起的滑移线的N 型重掺直拉硅单晶，可以有效减少或消除在由高掺杂浓度的N型重掺直拉硅单晶加工的抛 光片上生长外延层时产生的失配位错线缺陷；且在解决该问题的同时不会产生在高温过程 后半导体器件过渡区变宽的问题；改变了业界惯例即在硅单晶中磷砷锑中的多种不能同时 作为掺杂剂。【附图说明】 图1为
技术介绍
中，在器件高温过程后重掺砷衬底外延片的电阻率在深度方向的 分布。【具体实施方式】 在表一中示出了硅、磷、砷、锑的共价半径对比。 表一为硅磷砷锑共价半径对比【主权项】1. 一种磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶，其特征在于：磷作为主要掺杂元素，砷、 锑中的一种或二种作为辅助掺杂元素，所述的磷的浓度大于等于4. 6X1019/cm3,在掺杂元 素中占比大等于60%，辅助掺杂元素在掺杂元素中的占比为0. 1%-40%。2. 如权利要求1所述的磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶，其特征在于： 所述的辅助掺杂元素砷的在掺杂元素中的占比〇. 1%_40%。3. 如权利要求1所述的磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶，其特征在于： 所述的辅助掺杂元素锑的在掺杂元素中的占比〇. 1%_40%。4. 如权利要求1所述的磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶，其特征在于： 所述的辅助掺杂元素砷和锑在掺杂元素中的占比之和为〇. 1%_40%。5. -种采用如权利要求1-4任一项所述的磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶制备的 硅外延片，其特征在于：将所述的磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶加工成抛光片，再用 抛光片做衬底制造硅外延片。6. -种如权利要求1-4任一项所述的磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶的制备方 法，其特征在于：步骤如下： 1 )、多晶硅熔化：将先石英坩埚装入直拉硅单晶炉内，再在石英坩埚内装满多晶硅，抽 真空，通电将多晶硅熔化，调节输入功率使硅熔体温度稳定在1460±20°C; 2) 、掺入主要掺杂元素磷：将称量好的红磷装入石英杯内，再将石英杯悬挂在石英钟罩 内，将石英钟罩悬挂在硅单晶炉提拉室的籽晶夹头上，抽真空，打开提拉室下部的隔离阀， 将石英钟罩下降到距离石英坩埚内硅熔体表面5-10_的位置使掺杂剂完全挥发被硅熔体 吸收； 3) 、砷和/或锑的掺入：掺入砷和/或锑的方法与掺入磷的方法相同； 4) 、单晶生长：完成掺杂元素的掺入后，按照通常的硅单晶生长程序进行硅单晶的生长 过程，生长出所述的磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶。【专利摘要】本专利技术公开了磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶及其硅外延片。磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶，磷作为主要掺杂元素，砷、锑中的一种或二种作为辅助掺杂元素，所述的磷的浓度大于等于4.6×1019/cm3,在掺杂元素中占比大等于60%，辅助掺杂元素在掺杂元素中的占比为0.1%-40%。本专利技术能消除或显著减少硅外延片中因晶格失配引起的滑移线的N型重掺直拉硅单晶，可以有效减少或消除在由高掺杂浓度的N型重掺直拉硅单晶加工的抛光片上生长外延层时产生的失配位错线缺陷；且在解决该问题的同时不会产生在高温过程后半导体器件过渡区变宽的问题；改本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶，其特征在于：磷作为主要掺杂元素，砷、锑中的一种或二种作为辅助掺杂元素，所述的磷的浓度大于等于4.6×1019/cm3,在掺杂元素中占比大等于60%，辅助掺杂元素在掺杂元素中的占比为0.1%‑40%。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：田达晰，马向阳，李刚，何永增，郑铁波，梁兴勃，陈华，王震，
申请(专利权)人：浙江金瑞泓科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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