[发明专利]单晶硅锭及晶圆的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及区熔法单晶生长领域及半导体制造领域，特别涉及一种单晶硅锭及晶圆的形成方法。

背景技术

单晶硅作为一种半导体材料被广泛应用于半导体器件领域，因此需求量极大，而采用区熔法生长单晶硅是获取单晶硅的一种重要方法。

区熔法又称FZ法，即悬浮区熔法。是利用热能在原料棒的一端产生一熔融区，再熔接单晶籽晶。调节温度使熔融区缓慢地向原料棒的另一端移动，通过整根原料棒，生长成一根单晶，晶向与籽晶的相同。区熔法制备硅单晶具有如下优点：1、不使用坩埚，单晶生长过程不会被坩埚材料污染；2、由于杂质分凝和蒸发效应，可以生长出高电阻率的硅单晶。

使原料棒局部熔化的一般方法为：将柱状的原料棒固定于卡盘，一个金属线圈沿多晶长度方向缓慢移动并通过原料棒，在金属线圈中通过高功率的射频电流，射频功率电磁场将在原料棒中引起涡流，产生焦耳热，通过调整线圈功率，可以使得原料棒紧邻线圈的部分熔化，线圈移过后，熔料结晶为单晶，其晶向与籽晶的相同。另一种使原料棒局部熔化的方法是使用聚焦电子束。整个区熔生长装置可置于真空系统中，或者有保护气氛的封闭腔室内。

工业界普遍采用气体掺杂法应用于区熔法生长硅单晶。这种掺杂技术是将易挥发的PH₄(N型掺杂)或B₂H₆(P型掺杂)气体藉着氩气(Ar)稀释后直接吹入熔融区进行掺杂。其优点是制造商不需要再存储不同电阻率的多晶硅原料棒。但是，在形成单晶硅的过程中仍旧不可避免的会引入杂质，例如碳。在硅的熔融温度下，碳渗入晶格，随着单晶硅从熔融硅中生长并冷却，碳残留在单晶硅中，进而影响后续形成的半导体器件的性能与可靠性。

因此，如何降低单晶硅中碳及其他杂质的含量，提高半导体器件的性能与 可靠性是本领域技术人员需要解决的一个技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单晶硅锭及晶圆的形成方法，能够减少杂质的形成，提高后续半导体器件的性能。

本发明提供一种单晶硅锭的形成方法，在熔融区的硅中通入含有氘元素的气体。

进一步的，在所述单晶硅锭的形成方法中，所述气体为氘气。

进一步的，在所述单晶硅锭的形成方法中，所述气体为氘气与氩气、氢气或氮气中的一种或多种气体的混合气体。

进一步的，在所述单晶硅锭的形成方法中，所述气体为氘气与氩气的混合气体。

进一步的，在所述单晶硅锭的形成方法中，所述氘气与氩气的百分比为0.1％～99％。

进一步的，在所述单晶硅锭的形成方法中，所述气体还包括掺杂气体，所述掺杂气体为PH3、AsH3或B2H6。

进一步的，在所述单晶硅锭的形成方法中，所述含有氘元素的气体通入熔融区的硅中，通过以下方式进行：由设置于单晶制造装置中环绕原料棒并与射频加热线圈固定连接的气体喷射器喷射至熔融区的硅中。

进一步的，在所述单晶硅锭的形成方法中，在通入熔融区之前，所述含有氘元素的气体在气体混合箱中进行混合。

进一步的，在所述单晶硅锭的形成方法中，移动设置于单晶制造装置中的射频线圈与气体喷射器使得熔融区从原料棒的一端移动到另一端。

进一步的，在所述单晶硅锭的形成方法中，重复上述步骤一次或多次，并且在重复时不通入气体。

相应的，本发明还提供一种晶圆的形成方法，采用单晶硅锭作为原始材料形成晶圆，所述单晶硅锭采用上述单晶硅锭的形成方法形成，所述晶圆中含有氘元素。

进一步的，在所述晶圆的形成方法中，包括步骤：

对所述单晶硅锭依次进行切薄、表面磨削、抛光、边缘处理及清洗处理，形成晶圆。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：采用区熔法形成单晶硅锭时，对熔融区中的硅通入含有氘元素的气体，使氘元素存储在单晶硅锭的间隙中，降低碳元素及其他杂质的含量；采用单晶硅锭形成晶圆后，在晶圆上形成器件时，氘元素能够扩散出，并与界面处的悬空键进行结合，形成较为稳定的结构，从而增加器件对热载流子的抵抗能力，降低漏电流，提高器件的性能与可靠性。

附图说明

图1为本发明一实施例中单晶硅锭的形成方法的流程图。

图2为本发明一实施例中单晶制造装置形成单晶硅锭的示意图。

图3为本发明一实施例中单晶制造装置中气体喷射器与气体混合箱的连接示意图。

具体实施方式