一种直拉单晶硅方法技术

本发明专利技术提供一种直拉单晶硅方法，包括以下步骤：提供表面生长有氘掺杂氮化硅的硅片；将所述硅片与多晶硅碎块进行混合熔合；进行籽晶熔接；采用加磁场直拉法形成单晶硅锭。本发明专利技术还提供一种晶圆的形成方法，采用单晶硅锭作为原始材料形成晶圆，其中，所述单晶硅锭采用上述直拉单晶硅方法形成。本发明专利技术的直拉单晶硅方法可以较精确地控制硅单晶棒中的氮及氘浓度以及获得良好的掺杂均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种直拉单晶硅方法
本专利技术涉及半导体
，特别是涉及一种直拉单晶硅的方法。
技术介绍
在直拉单晶硅生长的过程中，由于石英坩埚的熔解，一部分氧通常会进入到单晶硅中，这些氧主要存在于硅晶格的间隙位置。当间隙氧的浓度超过某一温度下氧在硅中的溶解度时，间隙氧就会在单晶硅中沉淀下来，形成单晶硅中常见的氧沉淀缺陷。如果不对硅片中的氧沉淀进行控制，将会对集成电路器件造成危害。通过一定的工艺，在硅片体内形成高密度的氧沉淀，而在硅片表面形成一定深度的无缺陷的洁净区。该区域将用于制造器件，这就是“内吸杂”工艺。随着甚大规模集成电路(ULSI)的发展，特征线宽越来越小，这就需要降低单晶硅中的氧浓度以免在器件有源区中形成缺陷，同时集成电路工艺的热预算较以前有显著降低。因此，在硅片体内形成氧沉淀的条件不能得到很好的满足，从而影响内吸杂效果。解决这个问题的途径之一就是在直拉单晶硅中掺氮，这主要是因为氮可以促进直拉单晶硅中的氧沉淀下来，从而增强硅片的内吸杂能力。此外在直拉硅单晶中掺氮还可以提高硅片机械强度，抑制空洞型缺陷。采用红外光散射断层扫描术(IR-LST)和扫描红外显微术(SIRM)研究氧沉淀分布情况结果表明，300mm掺氮直拉硅片经过一步高温退火后的，在掺氮浓度合适的硅片体内可以形成高密度的氧沉淀而在硅片近表面形成一定宽度的洁净区。此外，随着氮浓度的增加，硅片中的氧沉淀径向分布更为均匀。工业界一般采用固相掺氮直拉单晶法进行硅单晶掺氮，如采用氮化硅(Si3N4)粉末掺氮。在籽晶熔接前，将氮化硅粉末与多晶硅碎块在高于氮化硅粉末熔点温度下(>1900℃)进行充分混合熔解，随后降低熔体温度，进行籽晶熔接，此时硅熔体表面中心区域的温度即为硅熔点温度，接着就可以进行固相掺氮拉晶生长。此方法的优点是可以较精确地控制硅单晶棒中的掺氮浓度，缺点是高纯氮化硅(Si3N4)粉末难以获得，而且由于Si3N4很难熔解，容易在硅熔体中残留Si3N4颗粒，给单晶硅的无位错生长带来困难。工业界也有采用气相掺氮直拉单晶法进行硅单晶掺氮。其掺氮工艺为，在籽晶熔接结束后，硅熔体表面中心区域的温度即为硅熔点温度，此时通入高纯氮气或氮气和氩气的混合物进行气相掺氮。通过控制通氮气的时间来控制硅晶体中的氮浓度。掺氮结束后，开始引晶。如前所述，气相掺氮是通过氮气与高温硅熔体表面反应而实现掺氮，纯度较高，同时由于氮与硅熔体的反应不剧烈，反应产生的氮化硅不会形成颗粒，能很快溶于硅溶体中。缺点是由于完全依靠热对流，硅熔体中的氮浓度不均匀，且不易控制。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术，本专利技术的目的在于提供一种直拉单晶硅的方法，用于解决现有技术中的种种问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种直拉单晶硅方法，包括以下步骤：提供表面生长有氘掺杂氮化硅的硅片；将所述硅片与多晶硅碎块进行混合熔合；进行籽晶熔接；采用加磁场直拉法形成单晶硅锭。可选地，提供表面生长有氘掺杂氮化硅的硅片，通过化学气相沉积在硅片表面生长有氘掺杂的氮化硅。进一步可选地，采用低压化学气相沉积或等离子体化学气相沉积方法生长有氘掺杂的氮化硅。可选地，所述有氘掺杂的氮化硅的厚度为20nm～5000nm。可选地，将所述硅片与多晶硅碎块进行混合熔合时，在高于氮化硅熔点的预定温度进行混合熔合。进一步可选地，所述预定温度为1420～1500℃。可选地，进行籽晶熔接时，降低熔体温度使硅熔体表面中心区域的温度至硅熔点温度。可选地，采用加磁场直拉法形成单晶硅锭，包括步骤：采用籽晶以预定拉晶速率向上拉晶，待籽晶长度达到预定长度时，降低拉晶速率进入放肩步骤；在形成预定直径的单晶硅锭后，进入转肩等径步骤；待单晶硅锭直径相对稳定后，进入自动等径控制阶段。进一步可选地，采用加磁场直拉法形成单晶硅锭时，所采用的磁场强度为1000-5000高斯。可选地，采用所述直拉单晶硅方法时，通入气体，所述气体包括氩气。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供一种晶圆的形成方法，采用单晶硅锭作为原始材料形成晶圆，其中，所述单晶硅锭采用上述直拉单晶硅方法形成。可选地，所述晶圆含氮原子的浓度为1×1013～1×1016/cm3。可选地，所述晶圆含氘原子的浓度为1×1012～1×1016/cm3。可选地，所述晶圆的形成方法包括对所述单晶硅锭依次进行切薄、表面磨削、抛光、边缘处理及清洗处理以形成晶圆。如上所述，本专利技术的直拉单晶硅方法，具有以下有益效果：本专利技术采用固相掺氮加磁场直拉单晶法(MCZ)进行硅单晶掺氮和氘，可以较精确地控制硅单晶棒中的氮及氘浓度以及获得良好的掺杂均匀性。由此方法生产的单晶棒或硅晶片含氮原子浓度在1×1013～1×1016/cm3；含氘原子浓度在1×1012～1×1016/cm3之间的范围内。通过对氮掺杂单晶硅片进行高温长时间退火，在靠近制造集成电路器件的表面深度大约为0.5微米范围内硅片COP(CrystalOriginatedParticle)缺陷被消除。在表面层中的COP密度减少至体内的大约50％或更少。硅片表面也没有BMD(BulkMicroDefect)缺陷。对熔融状的硅中加入氘原子，使氘原子存储在单晶硅锭的间隙中，可以降低氧及碳杂质的含量，采用本专利技术方法拉制的单晶硅锭形成晶圆后，在晶圆上形成器件时，氘能够扩散出，并主动与栅介质层与半导体界面处的悬空键进行结合，形成较为稳定的结构，从而避免热载流子的穿透，降低漏电流，提高器件的性能与可靠性。附图说明图1显示为本专利技术实施例提供的直拉单晶硅方法的示意图。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本实施例将提供一种直拉单晶硅的方法，采用固相掺氮加磁场直拉单晶法(MCZ)进行硅单晶掺氮和氘。在籽晶熔接前，将表面生长有氘掺杂的氮化硅薄膜并的硅片与多晶硅碎块在高于氮化硅熔点温度下(>1900℃)进行充分混合熔解，随后降低熔体温度，进行籽晶熔接，此时硅熔体表面中心区域的温度即为硅熔点温度，接着就可以进行固相掺氮和掺氘的加磁场拉晶生长，可以较精确地控制硅单晶棒中的氮及氘浓度以及良好的掺杂均匀性。请参阅图1，本实施例提供的一种直拉单晶硅方法，包括以下步骤：S1提供表面生长有氘掺杂氮化硅的硅片；S2将所述硅片与多晶硅碎块进行混合熔合；S3进行籽晶熔接；S4采用加磁场直拉法形成单晶硅锭。在步骤S1中，可以通过化学气相沉积(CVD)在硅片表面生长有氘掺杂的氮化硅。电子级的氘掺杂的氮化硅薄膜可以采用低压化学气相沉积(LPCVD)或等离子体化学气相沉积(PECVD)技术在硅衬底上沉积得到，例如：3SiD4(gas)+4ND3(gas本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直拉单晶硅方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：提供表面生长有氘掺杂氮化硅的硅片；将所述硅片与多晶硅碎块进行混合熔合；进行籽晶熔接；采用加磁场直拉法形成单晶硅锭。

【技术特征摘要】
1.一种直拉单晶硅方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：提供表面生长有氘掺杂氮化硅的硅片；将所述硅片与多晶硅碎块进行混合熔合；进行籽晶熔接；采用加磁场直拉法形成单晶硅锭。2.根据权利要求1所述的直拉单晶硅方法，其特征在于：提供表面生长有氘掺杂氮化硅的硅片，通过化学气相沉积在硅片表面生长有氘掺杂的氮化硅。3.根据权利要求2所述的直拉单晶硅方法，其特征在于：采用低压化学气相沉积或等离子体化学气相沉积方法生长有氘掺杂的氮化硅。4.根据权利要求1所述的直拉单晶硅方法，其特征在于：所述有氘掺杂的氮化硅的厚度为20nm～5000nm。5.根据权利要求1所述的直拉单晶硅方法，其特征在于：将所述硅片与多晶硅碎块进行混合熔合时，在高于氮化硅熔点的预定温度进行混合熔合。6.根据权利要求5所述的直拉单晶硅方法，其特征在于：所述预定温度为1420～1500℃。7.根据权利要求1所述的直拉单晶硅方法，其特征在于：进行籽晶熔接时，降低熔体温度使硅熔体表面中心区域的温度至硅熔点温度。8.根据权利要求1所述的直拉单晶硅方法，其特征在于：采用加磁场直拉法形成单晶硅锭...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖德元，
申请(专利权)人：上海新昇半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31