[其他]硅的多重吸雜技術及多重吸雜硅片

無效

• 申請號: 86104069
• 申請日: 1986-06-09
• 公開（公告）號: CN86104069A
• 公開（公告）日: 1987-02-11
• 發明（設計）人: 傅有文;何偉全;樊世緒;卓建會;肖德檸
• 申請（專利權）人: 電子工業部第四十四研究所
• 主分類號: C30B31/06
• 分類號: C30B31/06
• 代理公司: 重慶專利事務所
• 代理人: 李啟良

本發明涉及一種將存在于晶體材料中的多重吸雜機理，通過工藝和結構上的有機組合，形成硅的多重吸雜技術，并應用多重吸雜技術獲得多重吸雜的半導體硅片。多重吸雜技術適于對電阻率低于100Ω-cm的N、P型硅片材料的處理。用多重吸雜技術所獲得的多重吸雜硅片適于作電荷耦合器件、MOS型TTL型大中小規模集成電路、光電探測器及其他硅單元器件等的襯底材料。

對半導體而言，很早就已發現吸除雜質的現象。其中主要有雜質吸雜、缺陷吸雜和晶粒間界吸雜等吸雜機理。但應用吸雜機理，形成半導體的有效的吸雜技術還是近些年的事。在已有的半導體硅材料的吸雜技術中，比較適用的方法有“POGO”技術和“雙重吸雜技術”。參閱《哈爾濱工業大學學報》1982年6月第二期18～26頁。“POGO”技術即在硅片背面擴散一層高濃度的磷作為吸雜源，這種方法制片工藝流程長、成本高，同時如果背面保護不當，制管時會使擴入的磷逸出而污染管道和晶片。“雙重吸雜技術”是在“POGO”技術基礎上發展起來的，即在高濃度磷擴散之后，采用歧化反應方法，在磷擴散層上生長一層具有高密度缺陷的單晶硅層，這個單晶硅層既起到掩蔽的作用，防止磷的外逸，又起到缺陷吸雜作用，因此它同時具有磷吸雜和缺陷吸雜。這種技術獲得了較好的吸雜效果。這種技術存在有（1）歧化反應所生長的單晶硅層對硅片側表面起不到掩蔽作用，磷在硅片側表面的外逸、污染管道和晶片是不可完全避免的。以φ50mm，厚度為300μm的硅片為例，不能掩蔽部分將占到掩蔽部分的2.4%，硅片直徑越小、厚度越大、不能掩蔽部分所占的比例越大，磷的外逸的幾率越大，磷外逸的污染越嚴重;（2）在歧化反應中，由于包硅的石墨載體表面與硅片表面的不嚴密的接觸，致使歧化反應所生長的高密度缺陷的單晶硅表面凹凸不平，這給以后的制造器件的工藝帶來一定麻煩;（3）每次歧化反應之前，都要對石墨載體進行腐蝕、包硅等較復雜的處理;（4）“雙重吸雜技術”所利用的是雜質吸雜和缺陷吸雜兩種吸雜機理，不能充分發揮多種吸雜機理的效能;（5）由于高密度缺陷的單晶硅層是生長于磷擴散單晶硅層之上，作為缺陷吸雜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，因此也不能充分發揮缺陷吸雜的潛力等不足。

本發明的任務在于采用合理技術、簡化工藝步驟，實現多種吸雜機理的有機結合，獲得高質量的吸雜襯底片，為提高器件的參數水平和成品率打下基礎。

本發明的任務是以如下方式完成的。用半導體器件制造的常規設備，在研磨、化學腐蝕后的硅片表面上先擴散一層厚度為4～8μm，雜質濃度為4×10²⁰～9×10²⁰cm^-3磷擴散層，拋去硅片一面的磷擴散層，在硅片另一面及側面的磷擴散層之上同爐先后生長出3～15μm厚度的單晶硅阻擋層，2～7μm厚度的多晶硅吸雜層和4～18μm厚度的高密度缺陷的單晶硅吸雜層。高濃度磷擴散層中之磷作為雜質吸雜源，高密度缺陷單晶硅層之缺陷作為缺陷吸雜源，多晶硅層之晶界作為晶界內吸雜源和晶界附近高密度位錯網絡之缺陷吸雜源，單晶硅阻擋層的主要作用在于阻擋磷擴散層中之磷向多晶硅層中擴散。假如不設置阻擋層，擴散層中之磷將因高溫迅速擴散進入多晶硅層中，這將導致一方面擴散層中的磷濃度降低而降低磷吸雜的效果，另一方面磷大量進入多晶硅晶界內，占據需要吸除的雜質的位置而降低晶界吸雜的效果。本發明獲得的硅片具有雜質吸雜。缺陷吸雜和多晶晶粒間界吸雜等多種吸雜效果。

磷吸雜機理主要是磷在硅中與某些受主型雜質原子因庫倉引力而形成離子配對，起到固定這些雜質的作用，同時由于極高的磷濃度而產生大量的失配位錯網絡，亦起著固定雜質的作用。當硅中磷的濃度越高時，形成離子配對的幾率越大，并且失配位錯網絡密度也越大，磷吸雜的效果越顯著。因此擴散層中磷的濃度越大越好，磷濃度控制在4×10²⁰～9×10²⁰cm^-3范圍。