[发明专利]重掺杂衬底中的扩散控制

权利要求书

1.一种制备外延硅晶片的方法，所述方法包括以下步骤：

在高掺杂的单晶硅衬底中形成位错环的层，所述高掺杂的硅衬底为通 过直拉法生长的锭的切片，所述高掺杂的硅衬底具有中心轴、垂直于所述 中心轴的前表面和后表面、连接所述前表面和后表面的周边边缘、从所述 中心轴延伸到所述周边边缘的半径、以及小于5mΩ·cm的电阻率，其中所 述位错环没有延伸到所述前表面；以及

在所述高掺杂的硅衬底的所述前表面上沉积外延硅层以形成所述外延 硅晶片，所述外延层具有大于10mΩ·cm的电阻率。

2.根据权利要求1的方法，其中通过对所述高掺杂的单晶硅衬底的离 子注入和至少750℃的退火来形成所述位错环。

3.根据权利要求2的方法，其中注入的离子选自硅、锗、氦、氖、氩、 氙、及其组合。

4.根据权利要求2的方法，其中以至少30keV的能量水平进行所述 离子注入。

5.根据权利要求2的方法，其中所述离子注入步骤注入至少6×10¹³原子/cm²。

6.根据权利要求2的方法，其中实施所述退火至少3秒钟。

7.根据权利要求1的方法，其中所述高掺杂的硅衬底包括N型掺杂 剂。

8.根据权利要求7的方法，其中所述高掺杂的硅衬底包括选自P、 As、Sb、及其组合的掺杂剂。

9.根据权利要求1的方法，其中所述高掺杂的硅衬底包括P型掺杂 剂。

10.根据权利要求9的方法，其中所述高掺杂的硅衬底包括选自B、 Al、Ga、及其组合的掺杂剂。

11.根据权利要求1的方法，其中所述外延层包括N型掺杂剂。

12.根据权利要求11的方法，其中所述外延层包括选自P、As、及其 组合的掺杂剂。

13.根据权利要求1的方法，其中所述外延层包括P型掺杂剂。

14.根据权利要求13的方法，其中所述外延层包括选自B、Al、Ga、 及其组合的掺杂剂。

15.根据权利要求1的方法，其中将所述外延层沉积为至少5cm的厚 度。

16.根据权利要求1的方法，还包括在所述退火步骤之前在所述高掺 杂的单晶硅衬底的所述后表面上沉积多晶硅的层。

17.根据权利要求1的方法，其中所述层位于距所述高掺杂的硅衬底 的所述前表面至少的深度处。

18.根据权利要求1的方法，其中所述位错环的层具有至少1×10⁸环 /cm²的浓度。

19.根据权利要求1的方法，其中所述位错环的层的径向宽度为所述 半径的至少10％。

20.根据权利要求1的方法，所述方法还包括：

在至少1150℃的温度下退火所述高掺杂的单晶硅衬底以分解预先存 在的氧沉淀物；以及

将所述高掺杂的硅衬底从所述退火温度冷却到室温；

其中(i)控制所述退火步骤的气氛，(ii)在所述冷却步骤期间控制 冷却速率，或(iii)控制所述退火步骤的气氛并控制在所述冷却步骤期间 的冷却速率，以在单晶硅衬底中设置均匀浓度的空位，所述均匀浓度不足 以在氧化沉淀热处理中催化氧沉淀。

21.根据权利要求20的方法，其中在相同的设备中实施所述退火步骤 和沉积所述外延硅层，在沉积所述外延硅层之后实施所述冷却步骤，并且 在从所述退火温度到空位实际不可移动的温度期间所述冷却速率不大于 20℃每秒。

22.根据权利要求20的方法，其中冷却所述高掺杂的硅衬底包括以大 于20℃每秒的冷却速率从所述退火温度冷却到低于1150℃但高于950℃的 温度，然后将所述衬底保持在该温度范围内至少2秒钟。