[发明专利]将硅磷合金用于重掺磷硅单晶生长掺杂的使用方法

说明书

本发明涉及直拉硅单晶生长技术领域，具体地说，涉及将硅磷合金用于重掺磷硅单晶生长掺杂的使用方法。包括：设计新型石英舟；制备特定重量的高磷含量的硅磷合金；将硅磷合金连同新型石英舟一起清洗后放置在石英坩埚底部中央；将新型石英舟置于热区中央；将热区上升至设定温度并保持恒温一段时间；升温至熔化完成。本发明设计可将硅磷合金连同石英舟一起直接用于重掺磷硅单晶生长掺杂，不需分离两者；可以精准计算出所需硅磷合金的重量，便于控制磷含量；将石英舟置于热区中央，辅以特定升温工艺，可以实现石英舟与石英坩埚完全粘连，不会漂浮至液面；使用石英舟可以增加硅熔液和石英的接触面积，有利于提高重掺磷硅单晶氧含量。

技术领域

本发明涉及直拉硅单晶生长技术领域，具体地说，涉及将硅磷合金用于重掺磷硅单晶生长掺杂的使用方法。

背景技术

随着极大规模集成电路时代的到来，CMOS工艺因其众所周知的低功耗和优良的噪声容限，已经成为IC业的流行工艺。而具有极低电阻率的重掺杂硅单晶既有利于消除小特征尺寸CMOS器件所敏感的闩锁效应，也有利于降低功率器件的能量损耗，因而成为制备高质量外延器件最重要的衬底材料。N型硅单晶常见的掺杂剂有三种磷、砷和锑，单就其固溶度来讲，磷和砷比锑高两个数量级，但砷的氧化物有剧毒，对环境具有很大的危害。综合而言，重掺磷硅单晶是比重掺砷、重掺锑硅单晶更优的衬底材料。

轻掺磷硅单晶制备时，需要掺入的磷元素量很少，例如40KG多晶硅熔液，掺入0.001g磷粉，熔液电阻率便达到1Ω·cm左右。而如此少量的磷粉，其掺杂准确性是非常难保证的。所以，轻掺磷硅单晶一般采用母合金形式掺入，操作非常简单，在装料时随着多晶原料一起装入石英坩埚中即可。这种母合金又称硅磷合金，一般用超低电阻率(0.01～0.001Ω·cm)的重掺磷硅单晶经切片、腐蚀、破碎、清洗、烘干制作而成，早在80年代浙江大学就提出了以硅磷合金掺杂制备中低阻直拉硅单晶(发明专利CN88102558A)，目前这种技术已经在直拉硅单晶生长领域广泛应用。

重掺磷硅单晶制备时，一般采用磷单质作为掺杂剂，磷的升华温度为416℃，所以通常采用气相法掺杂。由于磷的蒸气压较高，所以在掺杂过程中磷会大量的挥发，很难有效掺入硅熔液中，不仅掺杂效率低，更重要的是磷元素的掺入量难以控制，使得硅单晶头部目标电阻率不容易精准命中，造成电阻率不合格品大量产生。发明专利CN113371714A提出了一种硅磷合金的制备方法，该种硅磷合金与前述的母合金不同，其磷含量能够高达45％，即1000g硅磷合金里有450g磷，其量级已经达到了重掺的掺杂剂量级。但是采用该种方法制备的硅磷合金最终会与容器石英舟紧密粘连在一起难以分离，将石英舟替换成碳化硅舟或氮化硼舟也还是难以分离，现有技术中仍找不到较好的方法能够将硅磷合金与石英舟完好清楚地分离，只有将石英舟作破碎处理，但是硅磷合金表面容易残留石英薄片难以去除，将该硅磷合金用于直拉硅单晶生长掺杂后，由于石英的熔点高达1750℃，硅磷合金在1450℃硅熔液中熔化后石英薄片就会漂浮起来，严重影响直拉硅单晶的无位错生长。鉴于此，我们提出将硅磷合金用于重掺磷硅单晶生长掺杂的使用方法。

发明内容

本发明的目的在于提供了将硅磷合金用于重掺磷硅单晶生长掺杂的使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述技术问题的解决，本发明的目的在于，提供了将硅磷合金用于重掺磷硅单晶生长掺杂的使用方法，包括如下步骤：

S1、将石英舟的上部设计为圆环形状，石英舟的底部设计为球缺形状，球缺外表面曲面半径r与直拉硅单晶生长用的石英坩埚的底部内表面的曲面半径R相同，形成新型石英舟；

S2、在硅磷合金制备时，将硅单质放在步骤S1中设计的新型石英舟内、磷单质放在另一个普通石英舟内，在高温下通过使用定向凝固技术制备出特定重量的高磷含量的硅磷合金；

S3、将制备的高磷含量的硅磷合金连同新型石英舟一起进行弱酸漂洗、超纯水超声清洗，去除表面氧化层及污渍；