本發(fā)明涉及區(qū)熔法單晶生長領(lǐng)域及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種單晶硅錠及晶圓的形成方法。

背景技術(shù)：

單晶硅作為一種半導(dǎo)體材料被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，因此需求量極大，而采用區(qū)熔法生長單晶硅是獲取單晶硅的一種重要方法。

區(qū)熔法又稱fz法，即懸浮區(qū)熔法。是利用熱能在原料棒的一端產(chǎn)生一熔融區(qū)，再熔接單晶籽晶。調(diào)節(jié)溫度使熔融區(qū)緩慢地向原料棒的另一端移動，通過整根原料棒，生長成一根單晶，晶向與籽晶的相同。區(qū)熔法制備硅單晶具有如下優(yōu)點：1、不使用坩堝，單晶生長過程不會被坩堝材料污染；2、由于雜質(zhì)分凝和蒸發(fā)效應(yīng)，可以生長出高電阻率的硅單晶。

使原料棒局部熔化的一般方法為：將柱狀的原料棒固定于卡盤，一個金屬線圈沿多晶長度方向緩慢移動并通過原料棒，在金屬線圈中通過高功率的射頻電流，射頻功率電磁場將在原料棒中引起渦流，產(chǎn)生焦耳熱，通過調(diào)整線圈功率，可以使得原料棒緊鄰線圈的部分熔化，線圈移過后，熔料結(jié)晶為單晶，其晶向與籽晶的相同。另一種使原料棒局部熔化的方法是使用聚焦電子束。整個區(qū)熔生長裝置可置于真空系統(tǒng)中，或者有保護氣氛的封閉腔室內(nèi)。

工業(yè)界普遍采用氣體摻雜法應(yīng)用于區(qū)熔法生長硅單晶。這種摻雜技術(shù)是將易揮發(fā)的ph4(n型摻雜)或b2h6(p型摻雜)氣體藉著氬氣(ar)稀釋后直接吹入熔融區(qū)進行摻雜。其優(yōu)點是制造商不需要再存儲不同電阻率的多晶硅原料棒。但是，在形成單晶硅的過程中仍舊不可避免的會引入雜質(zhì)，例如碳。在硅的熔融溫度下，碳滲入晶格，隨著單晶硅從熔融硅中生長并冷卻，碳?xì)埩粼趩尉Ч柚?，進而影響后續(xù)形成的半導(dǎo)體器件的性能與可靠性。

因此，如何降低單晶硅中碳及其他雜質(zhì)的含量，提高半導(dǎo)體器件的性能與 可靠性是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的一個技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種單晶硅錠及晶圓的形成方法，能夠減少雜質(zhì)的形成，提高后續(xù)半導(dǎo)體器件的性能。

本發(fā)明提供一種單晶硅錠的形成方法，在熔融區(qū)的硅中通入含有氘元素的氣體。

進一步的，在所述單晶硅錠的形成方法中，所述氣體為氘氣。

進一步的，在所述單晶硅錠的形成方法中，所述氣體為氘氣與氬氣、氫氣或氮氣中的一種或多種氣體的混合氣體。

進一步的，在所述單晶硅錠的形成方法中，所述氣體為氘氣與氬氣的混合氣體。

進一步的，在所述單晶硅錠的形成方法中，所述氘氣與氬氣的百分比為0.1％～99％。

進一步的，在所述單晶硅錠的形成方法中，所述氣體還包括摻雜氣體，所述摻雜氣體為ph3、ash3或b2h6。

進一步的，在所述單晶硅錠的形成方法中，所述含有氘元素的氣體通入熔融區(qū)的硅中，通過以下方式進行：由設(shè)置于單晶制造裝置中環(huán)繞原料棒并與射頻加熱線圈固定連接的氣體噴射器噴射至熔融區(qū)的硅中。

進一步的，在所述單晶硅錠的形成方法中，在通入熔融區(qū)之前，所述含有氘元素的氣體在氣體混合箱中進行混合。

進一步的，在所述單晶硅錠的形成方法中，移動設(shè)置于單晶制造裝置中的射頻線圈與氣體噴射器使得熔融區(qū)從原料棒的一端移動到另一端。

進一步的，在所述單晶硅錠的形成方法中，重復(fù)上述步驟一次或多次，并且在重復(fù)時不通入氣體。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種晶圓的形成方法，采用單晶硅錠作為原始材料形成晶圓，所述單晶硅錠采用上述單晶硅錠的形成方法形成，所述晶圓中含有氘元素。

進一步的，在所述晶圓的形成方法中，包括步驟：

對所述單晶硅錠依次進行切薄、表面磨削、拋光、邊緣處理及清洗處理，形成晶圓。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：采用區(qū)熔法形成單晶硅錠時，對熔融區(qū)中的硅通入含有氘元素的氣體，使氘元素存儲在單晶硅錠的間隙中，降低碳元素及其他雜質(zhì)的含量；采用單晶硅錠形成晶圓后，在晶圓上形成器件時，氘元素能夠擴散出，并與界面處的懸空鍵進行結(jié)合，形成較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，從而增加器件對熱載流子的抵抗能力，降低漏電流，提高器件的性能與可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例中單晶硅錠的形成方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明一實施例中單晶制造裝置形成單晶硅錠的示意圖。

圖3為本發(fā)明一實施例中單晶制造裝置中氣體噴射器與氣體混合箱的連接示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的內(nèi)容做進一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。

其次，本發(fā)明利用示意圖進行了詳細(xì)的表述，在詳述本發(fā)明實例時，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)對此作為本發(fā)明的限定。

本發(fā)明的核心思想是：采用區(qū)熔法形成單晶硅錠時，對熔融區(qū)中的硅通入含有氘元素的氣體，使氘元素存儲在單晶硅錠的間隙中，降低碳元素及其他雜質(zhì)的含量；采用單晶硅錠形成晶圓后，在晶圓上形成器件時，氘元素能夠擴散出，并與界面處的懸空鍵進行結(jié)合，形成較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，從而增加器件對熱載流子的抵抗能力，降低漏電流，提高器件的性能與可靠性。

本發(fā)明提出的一種單晶硅錠的形成方法，在熔融區(qū)的硅中通入含有氘元素的氣體，具體的，所述氣體可以為單純的氘氣，或者氘氣與氬氣、氫氣或氮氣中的一種或多種氣體的混合氣體，在混合氣體中優(yōu)選的一種組合為氘氣與氬氣的混合氣體，所述氘氣與氬氣的百分比為0.1％～99％，例如是50％，具體的，可 以根據(jù)工藝的要求來決定，再次不作限定。

所述氣體還包括摻雜氣體，所述摻雜氣體為ph3、ash3或b2h6，與含有氘元素的氣體混合后直接通入熔融區(qū)的硅中進行n型或p型摻雜。

具體的，請參照圖1，其為本發(fā)明一實施例中單晶硅錠的形成方法的流程圖，如圖1所示，在步驟s01中，將原料棒固定于卡盤，射頻加熱線圈沿原料晶棒的長度方向緩慢移動并通過所述原料棒，在所述原料晶棒的一端產(chǎn)生熔融區(qū)，再熔接單晶籽晶，利用氣體噴射器向所述熔融區(qū)噴射含有氘元素的氣體。本實施例中，采用單晶制造裝置形成單晶硅錠的示意圖如圖2所示，所述單晶制造裝置包括氣體噴射器100與射頻加熱線圈200，所述氣體噴射器100與所述射頻加熱線圈200形狀相同，共同環(huán)繞原料棒20，且所述氣體噴射器100與所述射頻加熱線圈200固定連接。所述射頻加熱線圈200在所述原料棒20的一端產(chǎn)生熔融區(qū)30，所述氣體噴射器100向所述熔融區(qū)30噴射含有氘元素的氣體，冷卻之后形成單晶棒40,晶向與籽晶的相同。

在步驟s02中，移動所述射頻加熱線圈200與氣體噴射器100，使得熔融區(qū)30從原料晶棒20的一端移動到另一端，最終形成完整的單晶棒40，即單晶硅錠。

所述氣體噴射器100包括一環(huán)形管，在所述環(huán)形管上設(shè)置有進氣端，并且在所述環(huán)形管上開設(shè)有數(shù)個氣孔，從而使得摻雜氣流能夠更加均勻的分布在熔融區(qū)周圍，使得熔融區(qū)對摻雜氣體的吸收率大大增加，從而提高了氣相摻雜硅單晶的電阻均勻性，同時節(jié)約了摻雜源。所述單晶制造裝置還包括氣體混合箱及流量控制器，其連接示意圖如圖3所示，所述氣體混合箱300具有冷卻裝置，且所述氣體混合箱300的出氣口與所述氣體噴射器100相連，所述質(zhì)量流量控制器400與所述氣體混合箱300的進氣口連接，用于控制通入所述氣體混合箱300的氣體，所述單晶制造裝置包含有多個質(zhì)量流量控制器400，用于控制不同的氣體分別通入所述氣體混合箱300中進行混合，圖3中僅標(biāo)示了兩個。含有氘元素的氣體通過質(zhì)量流量控制器400通入至氣體混合箱300進行混合冷卻后再傳輸至所述氣體噴射器100，然后噴射至熔融區(qū)30進行長晶摻雜。

在熔融區(qū)30中通入含有氘元素的氣體，能夠控制后續(xù)形成的單晶硅錠中產(chǎn)生聚集到一起的點缺陷及碳元素的團聚等不良缺陷，減少該類缺陷的產(chǎn)生，并 且氘元素存儲在單晶硅錠的間隙中，能夠降低碳元素及其他雜質(zhì)的含量，在后續(xù)形成晶圓后，在晶圓上制作器件時，氘元素能夠擴散出，并與界面處的懸空鍵進行結(jié)合，形成較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，從而增加器件對熱載流子的抵抗能力，降低漏電流，提高器件的性能與可靠性。

一般情況下，大多數(shù)雜質(zhì)在凝固硅中的溶解度小于在熔融區(qū)硅中的溶解度，因此，通過熔融區(qū)可以轉(zhuǎn)移大量的雜質(zhì)，減少冷卻之后形成的單晶棒中的雜質(zhì)數(shù)量，使得雜質(zhì)不斷的向原料晶棒遠(yuǎn)離單晶棒的一端聚集，最終通過切割的方式去除含有大量雜質(zhì)的原料棒，形成含有少量雜質(zhì)的單晶棒。為了不斷減少單晶棒中雜質(zhì)的含量，可以重復(fù)上述步驟一次或多次，因此所述單晶硅錠的方法還包括步驟s03：重復(fù)步驟s01與s02一次或多次，并且在重復(fù)時不需要通入含有氘元素的氣體，從而不斷減少單晶棒中的雜質(zhì)含量，其具體的重復(fù)次數(shù)根據(jù)實際的工藝條件決定，在此不做限制。之后，可以根據(jù)所需晶圓的直徑對形成的單晶硅錠進行滾圓，形成規(guī)則的圓柱形，再對規(guī)則的單晶硅錠進行制作形成晶圓

在本實施例的另一方面，還提出一種晶圓的形成方法，采用單晶硅錠作為原始材料形成晶圓，所述單晶硅錠采用如上文所述的單晶硅錠的形成方法形成，所述晶圓含氘摻雜原子。

具體的，所述晶圓的形成方法包括步驟：

對所述單晶硅錠依次進行切薄、表面磨削、拋光、邊緣處理及清洗處理，形成晶圓。

后續(xù)可以在晶圓上形成器件，由于氘元素存儲在晶圓的間隙中，降低了碳元素和其他雜質(zhì)的含量，并且氘元素能夠擴散出，并與界面處的懸空鍵進行結(jié)合，形成較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，從而增加器件對熱載流子的抵抗能力，降低漏電流，提高器件的性能與可靠性。

綜上所述，本發(fā)明提供的單晶硅錠及晶圓的形成方法，采用區(qū)熔法形成單晶硅錠時，對熔融區(qū)中的硅通入含有氘元素的氣體，使氘元素存儲在單晶硅錠的間隙中，降低碳元素及其他雜質(zhì)的含量；采用單晶硅錠形成晶圓后，在晶圓上形成器件時，氘元素能夠擴散出，并與界面處的懸空鍵進行結(jié)合，形成較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，從而增加器件對熱載流子的抵抗能力，降低漏電流，提高器件的 性能與可靠性。

上述描述僅是對本發(fā)明較佳實施例的描述，并非對本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護范圍。