磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶及其硅外延片
专利汇可以提供磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶及其硅外延片专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉 硅 单晶及其硅 外延 片。磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶，磷作为主要掺杂元素，砷、锑中的一种或二种作为辅助掺杂元素，所述的磷的浓度大于等于4.6×1019/cm3,在掺杂元素中占比大等于60%，辅助掺杂元素在掺杂元素中的占比为0.1%-40%。本发明能消除或显著减少硅外延片中因晶格失配引起的滑移线的N型重掺直拉硅单晶，可以有效减少或消除在由高掺杂浓度的N型重掺直拉硅单晶加工的 抛光 片上生长外延层时产生的失配位错线 缺陷 ；且在解决该问题的同时不会产生在高温过程后 半导体 器件过渡区变宽的问题；改变了业界惯例即在硅单晶中磷砷锑中的多种不能同时作为 掺杂剂 。，下面是磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶及其硅外延片专利的具体信息内容。
1.一种磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶，其特征在于：磷作为主要掺杂元素，砷、
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锑中的一种或二种作为辅助掺杂元素，所述的磷的浓度大于等于4.6×10 /cm,在掺杂元素中占比大等于60%，辅助掺杂元素在掺杂元素中的占比为0.1%-40%。
2.如权利要求1所述的磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶，其特征在于：
所述的辅助掺杂元素砷的在掺杂元素中的占比0.1%-40%。
3.如权利要求1所述的磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶，其特征在于：
所述的辅助掺杂元素锑的在掺杂元素中的占比0.1%-40%。
4.如权利要求1所述的磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶，其特征在于：
所述的辅助掺杂元素砷和锑在掺杂元素中的占比之和为0.1%-40%。
5.一种采用如权利要求1-4任一项所述的磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶制备的硅外延片，其特征在于：将所述的磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶加工成抛光片，再用抛光片做衬底制造硅外延片。
6.一种如权利要求1-4任一项所述的磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶的制备方法，其特征在于：步骤如下：
1）、多晶硅熔化：将先石英坩埚装入直拉硅单晶炉内，再在石英坩埚内装满多晶硅，抽真空，通电将多晶硅熔化，调节输入功率使硅熔体温度稳定在1460±20℃；
2）、掺入主要掺杂元素磷：将称量好的红磷装入石英杯内，再将石英杯悬挂在石英钟罩内，将石英钟罩悬挂在硅单晶炉提拉室的籽晶夹头上，抽真空，打开提拉室下部的隔离阀，将石英钟罩下降到距离石英坩埚内硅熔体表面5-10mm的位置使掺杂剂完全挥发被硅熔体吸收；
3）、砷和/或锑的掺入：掺入砷和/或锑的方法与掺入磷的方法相同；
4）、单晶生长：完成掺杂元素的掺入后，按照通常的硅单晶生长程序进行硅单晶的生长过程，生长出所述的磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶。
磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶及其硅外延片
技术领域
背景技术
cm)制造成硅抛光片，再将该抛光片制造成外延电阻率大于1Ω.cm的外延片，该外延片经过半导体器件的高温加工过程后在垂直表面方向外延层电阻率的分布如图1所示。硅外延层与抛光衬底之间的电阻率由高到低的区域被称为外延过渡区。若抛光衬底中除砷外还含有少量的磷，其对应的外延过渡区就比只含有砷的抛光衬底对应的外延过渡区宽，磷的浓
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度大于5×10 /cm时其对外延过渡区的影响就会明显表现出来。高温过程后外延过渡区更
宽意味着外延层的有效厚度更小、器件的击穿电压更低，这是器件制造过程中要努力避免的。重掺锑直拉硅单晶中混入少量的磷或砷时会发生同样的问题。因为担心其它掺杂剂的引入会降低器件的击穿电压，目前制造N型重掺直拉硅单晶时掺入的都是单一的掺杂剂，
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即在磷、砷、锑中根据需要任选一种作为掺杂元素掺入到直拉硅单晶中(浓度大于1×10 /
3
cm)，在掺入前述三种掺杂剂的任意一种时，严格限制另外两种掺杂剂元素在所生长的直
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拉硅单晶中的浓度，技术指标一般要求它们的浓度小于1×10 /cm。目前还没有人制造销
售磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶及由其加工的硅外延片，也没有人提出过相关的理论。
掺杂剂。
度大于2×10 /cm)和电阻率小于0.0015Ωcm的重掺磷直拉硅单晶(掺杂剂磷的浓度大
19 3
于4×10 /cm)。因为掺杂浓度无法继续提高，重掺锑直拉硅单晶（掺杂剂锑的浓度范围为
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1×10 /cm-6×10 /cm)的使用量已经很小了。
发明内容
或二种作为辅助掺杂元素，所述的磷的浓度大于等于4.6×10 /cm,在掺杂元素中占比大
等于60%，辅助掺杂元素在掺杂元素中的占比为0.1%-40%。
2）、掺入主要掺杂元素磷：将称量好的红磷装入石英杯内，再将石英杯悬挂在石英钟罩内，将石英钟罩悬挂在硅单晶炉提拉室的籽晶夹头上，抽真空，打开提拉室下部的隔离阀，将石英钟罩下降到距离石英坩埚内硅熔体表面5-10mm的位置使掺杂剂完全挥发被硅熔体
吸收；
3）、砷和/或锑的掺入：掺入砷和/或锑的方法与掺入磷的方法相同；
4）、单晶生长：完成掺杂元素的掺入后，按照通常的硅单晶生长程序进行硅单晶的生长过程，生长出所述的磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶。
具体实施方式
原子的共价半径（） 1.11 1.06 1.2 1.4
实际生产中由于原子的共价半径的差异，单独掺入高浓度磷到硅单晶中会导致晶格
收缩，重掺磷硅单晶的晶格常数相对于不掺杂硅单晶减小；与磷相反，单独掺入高浓度的砷或锑到硅单晶中会导致硅晶格膨胀，重掺砷或重掺锑硅单晶的晶格常数相对于不掺杂硅单晶增大。因为硅外延层的电阻率都比较高，对应的掺杂剂通常为磷且浓度比较低，约为
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10 -10 /cm数量级,使用由掺入高浓度磷、砷、或锑的N型重掺硅单晶加工的抛光片作衬
底生长外延层时，由于硅外延层与抛光片衬底的晶格常数差异太大，会产生晶格失配，在外延层上会观察到被称为失配位错线的线状缺陷。外延片存在失配位错线会增加半导体器件的漏电流和成品率损失。
1200℃时在硅中的扩散系数cm2/s 5×10-12 2.5×10-13 3.6×10-13
所述的磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶的制备方法，步骤如下：
1）、多晶硅熔化：将先石英坩埚装入直拉硅单晶炉内，再在石英坩埚内装满多晶硅，抽真空，通电将多晶硅熔化，调节输入功率使硅熔体温度稳定在1460±20℃；
2）、掺入主要掺杂元素磷：将称量好的红磷装入石英杯内，再将石英杯悬挂在石英钟罩内，将石英钟罩悬挂在硅单晶炉提拉室的籽晶夹头上，抽真空，打开提拉室下部的隔离阀，将石英钟罩下降到距离石英坩埚内硅熔体表面5-10mm的位置使掺杂剂完全挥发被硅熔体
吸收；
3）、砷和/或锑的掺入：掺入砷和/或锑的方法与掺入磷的方法相同；
4）、单晶生长：完成掺杂元素的掺入后，按照通常的硅单晶生长程序进行硅单晶的生长过程，生长出所述的磷砷锑共掺杂的N型重掺直拉硅单晶。
1 7.3×1019 0 0 20 6 120
2 7.1×1019 2.2×1018 0 20 6 16
3 7.0×1019 0 2.8×1018 20 6 5
4 4.9×1019 2.6×1019 0 20 6 0
5 5.3×1019 1.3×1019 1.1×1019 20 6 0
由表三可见，在N型重掺直拉硅单晶中除使用磷元素做主要掺杂元素外，同时再加入
锑或砷能有效补偿单独地掺入相近浓度的磷所产生的硅晶格常数的减小，可以显著减少或消除在使用这样的直拉硅单晶加工成的抛光片上生长硅外延层时产生的失配位错线缺陷。
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