形成和分析摻雜硅的方法
【專利說明】形成和分析摻雜硅的方法
[0001] 相關(guān)專利申請的交叉引用
[0002] 本專利申請要求2012年12月11日提交的系列號為No. 61/735,777的美國臨時(shí) 專利申請的權(quán)益，該臨時(shí)專利申請以引用方式全文并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003] 本發(fā)明公開了形成和分析硅的方法，并且更具體地講，形成和分析摻雜單晶硅的 方法。
[0004] 在硅烷制造業(yè)中，存在監(jiān)測可被賦予給由硅烷形成的硅的電雜質(zhì)的需要。在硅的 某些最終應(yīng)用中，這些電雜質(zhì)（或至少其某些水平）是不可取的。電雜質(zhì)通常歸因于諸如硼 ⑶、磷⑵、錯(cuò)（A1)、砷（As)、銦（In)、鎵（Ga)和/或銻（Sb)的元素。盡管存在使用某些 技術(shù)（例如光致發(fā)光（PL))來定量接近萬億分之一原子比（ppta)水平的B、P、A1和As的 方法，但常規(guī)技術(shù)不適于測試更低的水平和/或接近ppta水平及以下的某些類型的元素， 諸如In、Ga和Sb。
[0005] 如此，仍存在提供形成和分析硅的改進(jìn)方法以測量和測試用于形成硅的硅烷中的 某些雜質(zhì)及其水平的機(jī)會。還存在提供改進(jìn)的摻雜硅的機(jī)會。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明公開了一種形成摻雜單晶硅的方法。該方法包括提供容器、提供顆粒硅、提 供摻雜劑以及提供浮區(qū)裝置的步驟。所述容器包含硅并限定腔體。該方法還包括合并所述 顆粒硅和所述摻雜劑以形成經(jīng)處理的顆粒硅的步驟。該方法還包括將所述經(jīng)處理的顆粒硅 置于所述容器的所述腔體中的步驟。該方法還進(jìn)一步包括利用所述浮區(qū)裝置將所述容器和 所述經(jīng)處理的顆粒硅浮區(qū)加工成摻雜單晶硅的步驟。該方法可用于形成具有多種類型和/ 或濃度的摻雜劑的單晶硅，諸如用于形成具有極低摻雜水平（例如在ppta范圍內(nèi)的In或 Ga摻雜/摻雜劑）的單晶硅。該摻雜單晶硅可用于多種最終應(yīng)用。例如，該摻雜單晶硅可 用于建立校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)品，其可用于校準(zhǔn)測量接近或低于ppta水平的其他硅樣品中的摻雜劑 (其中該摻雜劑被歸類為雜質(zhì)）的儀器。具體地講，經(jīng)校準(zhǔn)的儀器可用于定量接近ppta水 平及更低的某些電雜質(zhì)（例如In和Ga)，這可用于記錄此類水平，因?yàn)樗鼈兣c用于形成硅的 硅烷的制造有關(guān)。
[0007] 本發(fā)明還公開了一種分析摻雜單晶硅中的摻雜劑的濃度的方法。該方法包括提 供容器、提供顆粒硅、提供摻雜劑、提供浮區(qū)裝置以及提供用于測量摻雜劑水平的儀器的步 驟。所述容器包含硅并限定腔體。該方法還包括合并所述顆粒硅和所述摻雜劑以形成經(jīng)處 理的顆粒硅的步驟。該方法還包括將所述經(jīng)處理的顆粒硅置于所述容器的所述腔體中的步 驟。該方法還包括利用所述浮區(qū)裝置將所述容器和所述經(jīng)處理的顆粒硅浮區(qū)加工成摻雜單 晶硅的步驟。該方法還進(jìn)一步包括從所述摻雜單晶硅取下一小塊，以及利用所述儀器測定 該摻雜單晶硅小塊中的摻雜劑的濃度的步驟。該方法可用于分析具有多種類型和/或濃度 的摻雜劑的單晶硅，諸如用于分析（或定量）單晶硅的極低水平的摻雜（例如，在ppta范 圍內(nèi)的In或Ga摻雜/摻雜劑）。摻雜和分析可用于定量低水平的某些電雜質(zhì)，以及用于其 他目的。
【附圖說明】
[0008] 本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)將是容易理解的，在結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過參考以下具體實(shí)施 方式可更好地理解其內(nèi)容，其中：
[0009] 圖1為闡明對于鎵摻雜的某些例子而言電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS)與光致 發(fā)光（PL)之間的相關(guān)性的曲線圖；
[0010] 圖2為闡明對于鎵摻雜的某些例子而言低溫傅立葉變換紅外光譜（FTIR)與PL之 間的相關(guān)性的曲線圖；
[0011] 圖3為闡明對于鎵摻雜的某些例子而言表面四點(diǎn)電阻率與PL之間的相關(guān)性的曲 線圖；
[0012] 圖4為闡明對于銦摻雜的某些例子而言ICP-MS與PL之間的相關(guān)性的曲線圖；
[0013] 圖5為闡明對于銦摻雜的某些例子而言表面四點(diǎn)電阻率與PL之間的相關(guān)性的曲 線圖；
[0014]圖6為闡明對于銦摻雜的某些例子而言基于表面四點(diǎn)電阻率的校準(zhǔn)曲線的曲線 圖；以及
[0015] 圖7為闡明對于鎵摻雜的某些例子而言的校準(zhǔn)曲線表面四點(diǎn)的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 本發(fā)明公開了一種形成摻雜單晶硅的方法（或"形成的方法"或"形成方法"）。本 發(fā)明還公開了一種分析摻雜單晶硅中的摻雜劑的濃度的方法（或"分析的方法"或"分析 方法"）。該摻雜單晶硅可以為一種并在這兩種方法之間相同，或可以在這兩種方法之間不 同。例如，后一種發(fā)明方法可用于分析經(jīng)由前一種發(fā)明方法形成的或經(jīng)由不同的（例如常 規(guī)的）方法形成的單晶硅。下文緊接著描述了形成方法，之后再進(jìn)一步描述了分析方法。
[0017] 該形成方法一般包括提供容器、提供顆粒硅、提供摻雜劑以及提供浮區(qū)裝置的步 驟。所述容器限定腔體。該方法還包括合并所述顆粒硅和所述摻雜劑以形成經(jīng)處理的顆粒 硅的步驟。該方法還包括將所述經(jīng)處理的顆粒硅置于所述容器的所述腔體中的步驟。該方 法還進(jìn)一步包括利用所述浮區(qū)裝置將所述容器和所述經(jīng)處理的顆粒硅浮區(qū)加工成摻雜單 晶娃的步驟。
[0018] 該方法可用于形成具有多種類型和/或濃度的摻雜劑的摻雜單晶硅。在多種實(shí)施 例中，該方法可用于以萬億分之一原子比（ppta)摻雜。經(jīng)由該方法還可以實(shí)現(xiàn)高于或低于 ppta的其他水平的摻雜。摻雜單晶硅的可能的最終用途包括在醫(yī)學(xué)和電子領(lǐng)域/工業(yè)中的 應(yīng)用（例如半導(dǎo)體應(yīng)用）。該摻雜單晶（或單晶體/晶體）硅不限于任何特定的用途。
[0019] 顆粒硅和摻雜劑可以按多種方式合并以形成經(jīng)處理的顆粒硅。合并之后，所述摻 雜劑一般置于所述顆粒硅的表面之上和/或之中以使得該顆粒硅為"經(jīng)處理的"，例如經(jīng)表 面處理的。在某些實(shí)施例中，一部分至所有摻雜劑擴(kuò)散到顆粒硅的表面中。在這些實(shí)施例 中，所述摻雜劑的濃度（即，摻雜劑濃度梯度）一般隨表面深度的增加而降低。在其他實(shí)施 例中，摻雜劑一般固定在顆粒硅的表面上，極少擴(kuò)散或不擴(kuò)散到表面本身中。
[0020] 在多種實(shí)施例中，摻雜劑存在于液體中以使得該摻雜劑可容易接觸、覆蓋和/或 涂覆顆粒硅的表面。例如，溶液可被用于提供摻雜劑。在這些實(shí)施例中，該溶液包含摻雜劑 和用于摻雜劑的溶劑。該溶液可包含一種或多種不同類型的摻雜劑和/或溶劑。在其他實(shí) 施例中，摻雜劑本身呈液體形式，即溶劑不是必需的。在其他實(shí)施例中，摻雜劑呈固體或氣 體的形式。
[0021] 可使用多種類型的摻雜劑。摻雜劑通常選自過渡金屬、后過渡金屬、類金屬、其他 非金屬以及它們的組合。在某些實(shí)施例中，摻雜劑包含銦（In)、鎵（Ga)或它們的組合。在 具體實(shí)施例中，摻雜劑為In。在其他具體實(shí)施例中，摻雜劑為Ga。在其他實(shí)施例中，摻雜劑 包含銻（Sb)、鋁（A1)、砷（As)、鉍（Bi)、鉈（T1)或它們的組合。在其他實(shí)施例中，摻雜劑包 含硼（B)、磷（P)或它們的組合。在其他實(shí)施例中，摻雜劑包含碳（C)。可使用摻雜劑的多 種組合。
[0022] 在使用溶液的實(shí)施例中，摻雜劑可以按多種量存在于溶液中。通常，摻雜劑以約 0. 0001至約100、約0. 0001至約75、約0. 001至約50或約0. 01至約30微克摻雜劑/克 水（Ug/g)的量存在于溶液中。在將In用作摻雜劑的實(shí)施例中，In以約0. 05至約100、 約0. 05至約75、約0. 1至約50或約0. 2至約30yg/g的量存在于溶液中。在將Ga用作 摻雜劑的實(shí)施例中，Ga以約0. 005至約10、約0. 005至約7. 5、約0. 01至約5或約0. 01至 約2yg/g的量存在于溶液中。在將P用作摻雜劑的實(shí)施例中，P以約0. 00005至約1、約 0. 0001至約0. 5、約0. 0001至約0. 1或約0. 0002至約0. 05yg/g的量存在于溶液中。在將 B用作摻雜劑的實(shí)施例中，B以約0. 00005至約1、約0. 0001至約0. 5、約0. 0001至約0. 1 或約0. 0001至約0. 02yg/g的量存在于溶液中。在將A1用作摻雜劑的實(shí)施例中，A1以約 0. 005至約20、約0. 005至約10、約0. 01至約7. 5或約0. 01至約6yg/g的量存在于溶液 中。在將砷用作摻雜劑的實(shí)施例中，砷以約0. 00005至約1、約0. 0001至約0. 5、約0. 0001 至約0. 1或約0. 0002至約0. 05yg/g的量存在于溶液中。在將Sb用作摻雜劑的實(shí)施例中， Sb以約0. 0005至約5、約0. 001至約1、約0. 001至約0. 5或約0. 001至約0. 05yg/g的 量存在于溶液中。在將Bi用作摻雜劑的實(shí)施例中，Bi以約0. 05至約50、約0. 0