用于制造氮掺杂的单晶硅的方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种用于制造氮掺杂的单晶硅的方法，所述方法包括：利用氮化硅坩埚以及氮化硅掺杂剂通过直拉法拉制高掺氮单晶硅；利用石英坩埚以及以所述高掺氮单晶硅作为掺杂剂通过直拉法拉制低掺氮单晶硅。根据本发明专利技术的用于制造氮掺杂的单晶硅的方法，利用氮化硅坩埚制备高含氮量、低含氧量的高掺氮单晶硅，然后进一步利用该高掺氮单晶硅来制备低掺氮单晶硅，从而实现硅片的机械强度提升、单晶硅内部的BMD含量提高。硅内部的BMD含量提高。硅内部的BMD含量提高。

【技术实现步骤摘要】
用于制造氮掺杂的单晶硅的方法


[0001]本专利技术涉及半导体硅片生产领域，尤其涉及一种用于制造氮掺杂的单晶硅的方法。

技术介绍

[0002]伴随信息化的全球发展，半导体硅材料为迄今为止应用最广泛的半导体材料。在整个半导体材料的生产和使用中硅材料占95％左右。硅片应用领域的器件尺寸持续减小，同时在器件集成度逐渐提高的情况下硅片所受到的应力会显著提高，由于硅材料的机械强度低，会影响加工和制造过工艺参数的设定，并且在产品组装过程中硅片损伤、破碎的情况极其容易发生，从而导致硅片生产成本的增加，因此改善硅片的机械强度具有重要意义。
[0003]用于生产上述集成电路等半导体电子元器件的硅片，主要通过将直拉(Czochralski)法拉制的单晶硅棒切片而制造出。直拉法包括使由石英制成的坩埚中的多晶硅熔化以获得硅熔体，将单晶晶种浸入硅熔体中，以及连续地提升晶种移动离开硅熔体表面，由此在移动过程中在相界面处生长出单晶硅棒。
[0004]在上述生产过程中，提供这样的一种硅片是非常有利的：该硅片具有从正面开始向体内延伸的无晶体缺陷区域(Denuded Zone，DZ)以及与DZ邻接并且进一步向体内延伸的含有体微缺陷(Bulk Micro Defect，BMD)的区域，这里的正面指的是硅片的需要形成电子元器件的表面。上述的DZ是重要的，因为为了在硅片上形成电子元器件，要求在电子元器件的形成区域内不存在晶体缺陷，否则会导致电路断路等故障的产生，使电子元器件形成在DZ中便可以避免晶体缺陷的影响；而上述的BMD的作用在于，能够对金属杂质产生内在吸杂(Intrinsic Getter，IG)作用，使硅片中的金属杂质保持远离DZ，从而避免金属杂质导致的漏电电流增加、栅极氧化膜的膜质下降等不利影响。
[0005]然而，在生产上述的具有BMD区域的硅片的过程中，在硅片中掺杂有氮是非常有利的。举例而言，在硅片中掺杂有氮的情况下，能够促进以氮作为核心的BMD的形成，从而使BMD达到一定的密度，使BMD作为金属吸杂源有效地发挥作用，而且还能够对BMD的密度分布产生有利影响，比如使BMD的密度在硅片的径向上的分布更为均匀，比如使BMD的密度在临近DZ的区域更高而朝向硅片的体内逐渐降低等。在CZ法制硅中掺杂氮杂质还可以减小Voids的尺寸，使其在高温下退火得到消除，氮还能改善位错提高硅片的机械性能。另外，在CZ法制硅中掺杂氮杂质，氮和氧会发生相互作用，形成浅热施主性能的氮氧复合体，改善硅片的电学性能。
[0006]在目前制造氮掺杂单晶硅的过程中，利用石英坩埚熔化作为氮掺杂剂的氮化硅以及多晶硅。由于氮化硅的熔化温度(1800℃)高于多晶硅熔化温度(1425℃)，需要将石英坩埚加热至足够高的温度(至少氮化硅的熔化温度)并且保持足够长的时间才能够获得氮掺杂的熔体，但是石英坩埚被加热至这样的高温并且保持这样的长时间时会使石英坩埚中的氧的过度析出，导致熔体中氧含量过高，另外减少加热时间以减少氧的析出会导致氮化硅无法完全熔化，未熔化微粒会进入晶棒中造成位错，导致拉晶失败。

技术实现思路

[0007]为解决上述技术问题，本专利技术实施例期望提供一种用于制造氮掺杂的单晶硅的方法，在较低炉室温度下氮原子能够完全熔化至熔融硅当中，不影响低掺氮单晶硅中的氧浓度，加强了制备低掺氮单晶硅的氧浓度控制。
[0008]本专利技术的技术方案是这样实现的，包括：
[0009]利用氮化硅坩埚以及氮化硅掺杂剂通过直拉法拉制高掺氮单晶硅；
[0010]利用石英坩埚以及以所述高掺氮单晶硅作为掺杂剂通过直拉法拉制低掺氮单晶硅。
[0011]优选的，还包括计算制备所述低掺氮单晶硅所需要的所述高掺氮单晶硅质量。
[0012]优选的，所述计算制备所述低掺氮单晶硅所需要的所述高掺氮单晶硅质量包括：
[0013]将所述高掺氮单晶硅切割为具有固定尺寸的高掺氮锭块；
[0014]利用FTIR红外光谱或GFA测量单块所述高掺氮锭块的氮浓度；
[0015]依据制备所述低掺氮单晶硅所需要的总氮量以及所述氮浓度确定投入到所述石英坩埚中的所述高掺氮锭块的质量。
[0016]优选的，所述利用氮化硅坩埚以及氮化硅掺杂剂通过直拉法拉制高掺氮单晶硅包括：
[0017]将所述氮化硅掺杂剂与多晶硅一起投入所述氮化硅坩埚；
[0018]将制备所述高掺氮单晶硅的拉晶炉抽真空并通入保护气体；
[0019]打开加热器，提升炉室温度并保温一段时间，直至所述氮化硅掺杂剂与所述多晶硅完全熔化，得到高掺氮硅熔体；
[0020]利用直拉法拉制高掺氮单晶硅。
[0021]优选的，所述氮化硅掺杂剂为颗粒或粉末。
[0022]优选的，不在所述氮化硅坩埚中投入除所述氮化硅掺杂剂之外的任何其他掺杂剂。
[0023]优选的，所述利用石英坩埚以及以所述高掺氮单晶硅作为掺杂剂通过直拉法拉制获得低掺氮单晶硅包括：
[0024]将所述高掺氮单晶硅与多晶硅一起投入所述石英坩埚；
[0025]将制备所述低掺氮单晶硅的拉晶炉抽真空并通入保护气体；
[0026]打开加热器，提升炉室温度并且保温一段时间，直至所述高掺氮单晶硅与所述多晶硅完全熔化，得到低掺氮硅熔体；
[0027]利用直拉法拉制低掺氮单晶硅。
[0028]优选的，所述保护气体为氩气。
附图说明
[0029]图1为根据本专利技术的实施例的一种用于制造氮掺杂的单晶硅的方法的示意图；
[0030]图2为根据本专利技术的实施例的一种用于制造氮掺杂的单晶硅的方法中利用氮化硅坩埚以及氮化硅掺杂剂通过直拉法拉制高掺氮单晶硅的示意图；
[0031]图3为根据本专利技术的实施例的一种用于制造氮掺杂的单晶硅的方法中计算制备所述低掺氮单晶硅所需要的所述高掺氮单晶硅质量的示意图；
[0032]图4为根据本专利技术的实施例的一种用于制造氮掺杂的单晶硅的方法中利用石英坩埚以及以所述高掺氮单晶硅作为掺杂剂通过直拉法拉制低掺氮单晶硅的示意图。
具体实施方式
[0033]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0034]本专利技术的单晶硅的生长法是以直拉法为基础，同时配合固相掺氮的方式进行硅单晶的制备。也就是说，将多晶硅和掺杂剂一起放置在坩埚内加热形成熔体，并提拉该熔体生长成单晶硅。在本专利技术中，利用氮化硅坩埚以及氮化硅掺杂剂通过直拉法拉制高掺氮单晶硅；利用石英坩埚以及以所述高掺氮单晶硅作为掺杂剂通过直拉法拉制低掺氮单晶硅。
[0035]在制备氮掺杂单晶硅时，本领域常常使用气相掺氮的手段，系于晶种熔接后导入高纯度氮气或氮/氩混合气体，藉由氮气导入时间以控制硅晶体掺氮浓度。气相掺氮通过氮气与硅熔体的反应而完成氮掺杂，纯度较高，且反应形成的氮化硅较不易颗粒化，然而，气相掺氮完全依靠热对流进行反应，在工艺上不易控制使得掺氮结果较不均匀。另外，本领域还会使用固态氮化硅(Si3N4)材料进行制备氮掺杂单晶硅，由此可以精确地控制掺氮浓本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制造氮掺杂的单晶硅的方法，其特征在于，所述方法包括：利用氮化硅坩埚以及氮化硅掺杂剂通过直拉法拉制高掺氮单晶硅；利用石英坩埚以及以所述高掺氮单晶硅作为掺杂剂通过直拉法拉制低掺氮单晶硅。2.根据权利要求1所述的用于制造氮掺杂的单晶硅的方法，其特征在于，所述方法还包括计算制备所述低掺氮单晶硅所需要的所述高掺氮单晶硅质量。3.根据权利要求2所述的用于制造氮掺杂的单晶硅的方法，其特征在于，所述计算制备所述低掺氮单晶硅所需要的所述高掺氮单晶硅质量包括：将所述高掺氮单晶硅切割为具有固定尺寸的高掺氮锭块；利用FTIR红外光谱或GFA测量单块所述高掺氮锭块的氮浓度；依据制备所述低掺氮单晶硅所需要的总氮量以及所述氮浓度确定投入到所述石英坩埚中的所述高掺氮锭块的质量。4.根据权利要求1所述的用于制造氮掺杂的单晶硅的方法，其特征在于，所述利用氮化硅坩埚以及氮化硅掺杂剂通过直拉法拉制高掺氮单晶硅包括：将所述氮化硅掺杂剂与多晶硅一起投入所述氮化硅坩埚；将制备所述高掺氮单晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐鹏，文英熙，倚娜，
申请(专利权)人：西安奕斯伟材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：