[其他]硅的多重吸杂技术及多重吸杂硅片

说明书

本发明涉及一种将存在于晶体材料中的多重吸杂机理，通过工艺和结构上的有机组合，形成硅的多重吸杂技术，并应用多重吸杂技术获得多重吸杂的半导体硅片。多重吸杂技术适于对电阻率低于100Ω-cm的N、P型硅片材料的处理。用多重吸杂技术所获得的多重吸杂硅片适于作电荷耦合器件、MOS型TTL型大中小规模集成电路、光电探测器及其他硅单元器件等的衬底材料。

对半导体而言，很早就已发现吸除杂质的现象。其中主要有杂质吸杂、缺陷吸杂和晶粒间界吸杂等吸杂机理。但应用吸杂机理，形成半导体的有效的吸杂技术还是近些年的事。在已有的半导体硅材料的吸杂技术中，比较适用的方法有“POGO”技术和“双重吸杂技术”。参阅《哈尔滨工业大学学报》1982年6月第二期18～26页。“POGO”技术即在硅片背面扩散一层高浓度的磷作为吸杂源，这种方法制片工艺流程长、成本高，同时如果背面保护不当，制管时会使扩入的磷逸出而污染管道和晶片。“双重吸杂技术”是在“POGO”技术基础上发展起来的，即在高浓度磷扩散之后，采用歧化反应方法，在磷扩散层上生长一层具有高密度缺陷的单晶硅层，这个单晶硅层既起到掩蔽的作用，防止磷的外逸，又起到缺陷吸杂作用，因此它同时具有磷吸杂和缺陷吸杂。这种技术获得了较好的吸杂效果。这种技术存在有（1）歧化反应所生长的单晶硅层对硅片侧表面起不到掩蔽作用，磷在硅片侧表面的外逸、污染管道和晶片是不可完全避免的。以φ50mm，厚度为300μm的硅片为例，不能掩蔽部分将占到掩蔽部分的2.4%，硅片直径越小、厚度越大、不能掩蔽部分所占的比例越大，磷的外逸的几率越大，磷外逸的污染越严重;（2）在歧化反应中，由于包硅的石墨载体表面与硅片表面的不严密的接触，致使歧化反应所生长的高密度缺陷的单晶硅表面凹凸不平，这给以后的制造器件的工艺带来一定麻烦;（3）每次歧化反应之前，都要对石墨载体进行腐蚀、包硅等较复杂的处理;（4）“双重吸杂技术”所利用的是杂质吸杂和缺陷吸杂两种吸杂机理，不能充分发挥多种吸杂机理的效能;（5）由于高密度缺陷的单晶硅层是生长于磷扩散单晶硅层之上，作为缺陷吸杂的缺陷密度不能作得很高，目前缺陷密度一般只能作到10⁵cm^-2左右，因此也不能充分发挥缺陷吸杂的潜力等不足。

本发明的任务在于采用合理技术、简化工艺步骤，实现多种吸杂机理的有机结合，获得高质量的吸杂衬底片，为提高器件的参数水平和成品率打下基础。

本发明的任务是以如下方式完成的。用半导体器件制造的常规设备，在研磨、化学腐蚀后的硅片表面上先扩散一层厚度为4～8μm，杂质浓度为4×10²⁰～9×10²⁰cm^-3磷扩散层，抛去硅片一面的磷扩散层，在硅片另一面及侧面的磷扩散层之上同炉先后生长出3～15μm厚度的单晶硅阻挡层，2～7μm厚度的多晶硅吸杂层和4～18μm厚度的高密度缺陷的单晶硅吸杂层。高浓度磷扩散层中之磷作为杂质吸杂源，高密度缺陷单晶硅层之缺陷作为缺陷吸杂源，多晶硅层之晶界作为晶界内吸杂源和晶界附近高密度位错网络之缺陷吸杂源，单晶硅阻挡层的主要作用在于阻挡磷扩散层中之磷向多晶硅层中扩散。假如不设置阻挡层，扩散层中之磷将因高温迅速扩散进入多晶硅层中，这将导致一方面扩散层中的磷浓度降低而降低磷吸杂的效果，另一方面磷大量进入多晶硅晶界内，占据需要吸除的杂质的位置而降低晶界吸杂的效果。本发明获得的硅片具有杂质吸杂。缺陷吸杂和多晶晶粒间界吸杂等多种吸杂效果。

磷吸杂机理主要是磷在硅中与某些受主型杂质原子因库仓引力而形成离子配对，起到固定这些杂质的作用，同时由于极高的磷浓度而产生大量的失配位错网络，亦起着固定杂质的作用。当硅中磷的浓度越高时，形成离子配对的几率越大，并且失配位错网络密度也越大，磷吸杂的效果越显著。因此扩散层中磷的浓度越大越好，磷浓度控制在4×10²⁰～9×10²⁰cm^-3范围。