高电阻率硅结构和用于制备该结构的方法技术

本发明专利技术总体上涉及高电阻率ＣＺ硅晶片或者从该晶片得到的高电阻率硅结构及其制备方法。具体地，该高电阻率硅结构包括作为衬底的大直径ＣＺ硅晶片，其中该衬底晶片的电阻率与其中的受主原子（例如，硼）的浓度脱离联系，该衬底的电阻率远大于基于其中的所述受主原子的浓度计算出的电阻率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及高电阻率cz硅结构，和用于制备该硅结构的方法。 具体的，高电阻率硅结构包括大直径cz硅晶片或者由该硅晶片得到的衬 底，其中，该晶片或衬底的电阻率与该晶片或衬底中的受主原子(例如硼) 的浓度脱离联系，该结构的电阻率远大于基于该结构中的所述受主原子的浓度计算出的电阻率。这种晶片尤其适用于例如高频(例如微波或RF)应 用。
技术介绍
传统上，砷化镓(GaAs)晶片已经普遍用于高电阻率器件。砷化镓不 仅具有载流子迁移率必然很高的优点，而且还提供了高电阻率衬底的可能 性，这对于在射频应用和单片电路中的器件隔离和村底串扰、传输线损耗 最小化以及制造高Q电感是需要的。但是，近来，随着在用于制备高电阻率单晶硅晶片的制造技术中已经 实现的改进，这种晶片在高电阻率电子工业中的使用得到扩展。使用两种 方法制造单晶珪直拉(Czochralski， CZ)方法和浮区(FZ)方法。尽 管电阻率达到大约10kohm-cm或更高的FZ硅在市场上可买到，但是这种 材料具有局限性。例如，这种材料的制造成本高，缺少许多应用所需的机 械稳定性_这至少部分是由于其中的低氧含量造成的-并且尺寸受限。例 如，不能获得直径为300mm或更大的这种材料，而这是正在开发的工业 标准。尽管CZ硅解决了与FZ硅相关联的许多限制，但是由目前的技术制 备的CZ硅也不是没有局限性。例如，硼是CZ硅内的常见杂质。为了生长具有足够高的纯度以直接实现这种高电阻率的cz材料，硼浓度通常不超过1.3 x 1013原子/厘米3。在商业环境中制造具有或者超过这种纯度等级 的CZ硅很困难且成本高昂。例如，通常需要完全合成的坩埚。但是，一 旦实现了这种低硼浓度，会存在第二个挑战，即存在热施主。由于CZ硅 内存在间隙氧，所以在用作集成电路制造过程的一部分的热处理期间产生 热施主。热施主的形成在低电阻率晶片内通常不是问题，这是因为在通常形成 热施主的高于300。C并小于500。C的温度范围内的停留时间比较短，通常为 大约1到2个小时，并且在n型或p型掺杂中引入的多数载流子通常将占 主导。但是，对于其中添加的掺杂剂浓度低的高电阻率应用，在器件处理 步骤内形成热施主是影响最终晶片电阻率的主要因素。(参见例如 W.Kaiser et al, Phys. Rev., 105, 1751， (1957) ， W.Kaiser et al, Phvs. Rev.， 112， 1546， (1958) ， Londos et al， AddL Phvs. Lett., 62, 1525， 1993)。因此，对于高电阻率CZ应用，残留的间隙氧浓度将对器件处理 期间的热施主形成率产生很大影响。到目前为止，针对CZ热施主问题提出的解决方案基本上涉及相同的 方法即，这些方法试图抑制硅衬底内的氧浓度使其远低于单独通过CZ 方法可实现的氧浓度。其思想是，对于初始村底电阻率的每个目标值，存 在足够低的氧浓度，从而热施主的产生将不是问题。通常，此方法包含使 生长进入的(grown-in)间隙氧从固溶体沉淀出的热处理。但是，此方法 成本高且费时，它包括长时间处于高温下，通常数十个小时。
技术实现思路
因此，简而言之，本专利技术针对一种高电阻率CZ单晶硅晶片。该晶片 具有至少150mm的标称直径，并且包含热施主浓度TD和受主浓度[A， 其中比率[TD]:A在大约0.8:1和大约1.2:1之间。本专利技术还针对一种包含CZ单晶珪衬底的高电阻率硅结构，该衬底具 有热施主浓度[TD和受主浓度[A，其中比率[TD:[A在大约0.8:1和大约1.2:1之间。本专利技术还针对一种具有CZ单晶硅衬底的高电阻率硅结构，该衬底包 含硼并且具有远大于基于所述硼的浓度计算出的电阻率的电阻率。在一个 优选实施例中，该电阻率比基于硼浓度计算出的电阻率大至少大约5或者 大约10倍。本专利技术还针对一种高电阻率cz单晶硅晶片，所述晶片具有至少大约150mm的标称直径，包含硼，并且具有远大于基于所述硼的浓度计算出的 电阻率的电阻率。在一个优选实施例中，该电阻率比基于硼浓度计算出的 电阻率大至少大约5或者大约10倍。本专利技术还针对一种用于制备一个或多个上述高电阻率硅晶片或结构的 方法。例如，本专利技术还针对一种用于制备高电阻率硅结构的方法，该方法 包括对包含初始电阻率为至少大约50ohm-cm的CZ单晶硅衬底的硅结构 在一段时间内和一定温度下进行热处理，以便得到的经过热处理的结构的 衬底具有热施主浓度[TD和受主浓度[A，其中比率TD:[A在大约0.8:1 和大约1.2:1之间。本专利技术还针对一种用于制备高电阻率CZ单晶硅晶片的方法，该方法 包括对标称直径为至少150mm并且初始电阻率为至少大约50ohm-cm的 CZ单晶硅晶片在一段时间内和一定温度下进行热处理，以便得到的经过 热处理的晶片具有热施主浓度[TDI和受主浓度[Aj,其中比率[TDj:[Al在大 约0.8:1和大约1.2:1之间。本专利技术还针对一种用于制备高电阻率硅结构的方法。该方法包括对包 含CZ单晶硅衬底的硅结构在一段时间内和一定温度下进行热处理，该衬 底包含硼和间隙氧并且具有至少大约50ohm-cm的初始电阻率，该热处理 足以获得具有这样的CZ单晶硅衬底的单晶硅结构即，所得到的该衬底 的电阻率远大于基于其中的硼浓度计算出的电阻率。在一个优选实施例中， 该电阻率比基于硼浓度计算出的电阻率大至少大约5或者大约10倍。本专利技术还针对一种用于制备高电阻率CZ单晶硅晶片的方法。该方法 包括对包含硼和间隙氧并且具有至少大约50ohm-cm的初始电阻率的CZ单晶硅晶片在一段时间内和一定温度下进行热处理，该热处理足以获得这样的CZ单晶硅晶片即，所得到的该晶片的电阻率远大于基于其中的硼 浓度计算出的电阻率。在一个优选实施例中，该电阻率比基于硼浓度计算 出的电阻率大至少大约5或者大约10倍。本专利技术还针对其中一个上述方法，其中所述结构的衬底或晶片的硼浓 度B和氧浓度Oi]以及热处理的温度T通过以下等式相互关联[B=lel4 ([OiI/[Oiref) nexp (E/kT-E/kTref)其中[B是硼浓度；[Oiref是基准间隙氧浓度并且大约为6.6el7cm-3; [Oi是晶片或所述结构的衬底的实际间隙氧浓度;n是氧指数并且大约为7; E是激活能并且大约为4eV; k是波耳兹曼常数；T是热处理的实际温度； Tref是基准温度并且大约为520°C;此外，(i)对于给定的硼浓度[B，氧 浓度可以是计算出的浓度的大约+/- 0.5 ppma，并且热处理的温度可以是计 算出的温度的大约+/- 10°C; (ii)对于给定的氧浓度[Oi，硼浓度可以是 计算出的浓度的大约+/-20%，并且热处理的温度可以是计算出的温度的大 约+/-10^;;以及(iii)对于给定的热处理温度T，氧浓度可以是计算出的 浓度的大约+/- 0.5 ppma,硼浓度可以是计算出的浓度的大约+/- 20%。本专利技术还针对一种前述硅结构和/或晶片的组件，所述组件包括例如至 少大约IO、 20或更多个所述结构或晶片。本专利技术还针对其中一种上述硅晶片，其中，所述晶片具有沉积在其表 面上的外延珪层。可选择地，本专利技术针对一种包含其中一种上述硅晶片的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备高电阻率硅结构的方法，该方法包括：对包含初始电阻率为至少大约５０ｏｈｍ－ｃｍ的ＣＺ单晶硅衬底的硅结构在一段时间内和一定温度下进行热处理，从而所得到的经过热处理的结构的衬底具有热施主浓度［ＴＤ］和受主浓度［Ａ］，其中比率［ＴＤ］∶［Ａ］在大约０．８∶１和大约１．２∶１之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-5-19 60/682,6911.一种用于制备高电阻率硅结构的方法，该方法包括对包含初始电阻率为至少大约50ohm-cm的CZ单晶硅衬底的硅结构在一段时间内和一定温度下进行热处理，从而所得到的经过热处理的结构的衬底具有热施主浓度[TD]和受主浓度[A]，其中比率[TD]∶[A]在大约0.8∶1和大约1.2∶1之间。2. 根据权利要求l的方法，其特征在于，所述比率在大约0.9:1和大 约1.1:1之间。3. 根据权利要求1的方法，其特征在于，硼原子是所述受主，氧蔟 是所述热施主。4. 根据权利要求3的方法，其特征在于，所述结构的村底的硼浓度[B和氧浓度[Oi，以及热处理的温度T通过以下等式相关联[B=lel4 ([Oi/Oiref) nexp (E/kT-E/kTref) 其中[B是硼浓度；[Oiref是基准间隙氧浓度并且大约为6.6el7cnr3;Oi是所述结构的衬底的实际间隙氧浓度； n是氧指数并且大约为7; E是激活能并且大约为4eV; k是波耳兹曼常数； T是热处理的实际温度；以及 Tref是基准温度并且大约为520。C; 并且其中(i) 对于给定的硼浓度[B，氧浓度可以是计算出的浓度的大约+M).5 ppma,热处理的温度可以是计算出的温度的大约+/-10。C;(ii) 对于给定的氧浓度[Oi，硼浓度可以是计算出的浓度的大约 +/-20%,热处理的温度可以是计算出的温度的大约+/-10€;以及(iii)对于给定的热处理温度T，氧浓度可以是计算出的浓度的大约 +/-0.5 ppma ，硼浓度可以是计算出的浓度的大约+/-20% 。5. 根据权利要求1的方法，其特征在于，所得到的经过热处理的衬 底的电阻率比基于该村底中的受主浓度计算出的电阻率大至少大约10倍。6. 根据权利要求1的方法，其特征在于，所述结构的衬底具有正面 层和背面层，圆周边缘、基本上垂直于所述正面层和背面层中的每一个的 中心轴线、以及从所述中心轴线基本平行于所述正面层和背面层中的每一 个并且朝该圆周边缘延伸的半径，所述衬底具有沿所述半径变化的氧浓度。7. 根据权利要求6的方法，其特征在于，所述氧浓度沿所述半径从 大约5ppma到大约20ppma变化。8. 根据权利要求1的方法，其特征在于，所述结构的衬底具有正面 层和背面层、圆周边缘、基本上垂直于所述正面层和背面层中的每一个的 中心轴线、以及从所述中心轴线基本平行于所述正面层和背面层中的每一 个并且朝该圆周边缘延伸的半径，所述村底具有沿所述半径变化的硼浓度。9. 根据权利要求8的方法，其特征在于，所述硼浓度沿所述半径从 至少大约1%到小于大约20%变化。10. 根据权利要求1的方法，其特征在于，所述热处理的温度在大于 大约480 'C到小于大约600 。C的范围内。11. 根据权利要求10的方法，其特征在于，所述热处理的时间为大约 10分钟到大约250分钟。12. 根据权利要求1的方法，其特征在于，所述硅结构的村底的氧浓 度在从至少大约5ppma到小于大约20ppma的范围内。13. 根据权利要求1的方法，其特征在于，所述硅结构的衬底的初始 电阻率在从至少大约100 ohm-cm到小于大约300 ohm-cm的范围内。14. 根据权利要求1的方法，其特征在于，在热处理之后，所得到的 经过热处理的硅结构的衬底具有至少大约1000 ohm-cm的电阻率。15. —种用于制备高电阻率CZ单晶硅晶片的方法，该方法包括 对标称直径为至少150mm并且初始电阻率为至少大约50 ohm-cm的cz单晶硅晶片在一段时间内和一定温度下进行热处理，从而所得到的经 过热处理的晶片具有至少在热施主浓度[TD]和受主浓度[Aj上延伸的区域， 其中比率[TD:[A在大约0.8:1和大约1.2:1之间。16. 根据权利要求15的方法，其特征在于，所述比率在大约0.9:1和 1.1:1之间。17. 根据权利要求15的方法，其特征在于，硼原子是所述受主，氧蔟 是所述热施主。18. 根据权利要求17的方法，其特征在于，所述晶片的硼浓度[B和 氧浓度Oi，以及热处理的温度T通过以下等式相关联[B=lel4 ([Oi/[Oiref) nexp (E/kT-E/kTref) 其中[B是硼浓度；[Oiref是基准间隙氧浓度并且大约为6.6el7cnr3; [Oi是晶片的实际间隙氧浓度； n是氧指数并且大约为7; E是激活能并且大约为4eV; k是波耳兹曼常数； T是热处理的实际温度；以及 1Vef是基准温度并且大约为520°C; 并且其中(i) 对于给定的硼浓度B，氧浓度可以是计算出的浓度的大约+/-0.5 ppma, 热处理的温度可以是计算出的温度的大约+/-10°。；(ii) 对于给定的氧浓度[Oi，硼浓度可以是计算出的浓度的大约 +/-20%,热处理的温度可以是计算出的温度的大约+/-10°(:;以及(iii) 对于给定的热处理温度T，氧浓度可以是计算出的浓度的大约 +/-0.5 ppma,硼浓度可以是计算出的浓度的大约+/-20% 。19. 根据权利要求15的方法，其特征在于，所得到的经过热处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：RJ法尔斯特，VV沃龙科夫，GI沃龙科娃，AV巴图尼纳，
申请(专利权)人：MEMC电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：US[]