单晶矽之中子质化掺杂法

摘要

本发明系提供一个有效的配方，以使用于NTD CZ和 MCZ矽晶圆生产。其传授一种中子强化S曲线可以由下列观察而得之。即由传统氧沈淀造成体积变化而射出的晶格间矽原子可以与中子造成之空位作用，再次造成更多的氧沈淀。传统无中子作用的氧沈淀关系式是：2Si+2OI→SiO2+SiI,本发明所提出的中子强化氧沈淀之关系式是：vacancy+SiI+2OI→SiO2,故总晶格间氧原子浓度减损是：__[OI]=Max([OI]o，__[OI]s+min{2([SiI]s+[SivI]o)，[vacancy]})。其中下标o和s分别代表初始状态和传统S曲线预测值；[SivI]s相等于0.5__[OI]s，[vacancy]则可容易地藉由电脑模拟来获得。[vacancy]是镉比，矽样本厚度，以及总中子照射量的函数。故其最终晶格间氧原子浓度是：[OI]f=max{[OI]o-__[OI]，o}。本发明所传授的方法之有效性，乃根据在由此配方所生产之晶圆上建构MOS电容和PN介面之特性结果得到验证。这些实验显示，少数载子寿命，界面能态密度(interface state density)和在逆偏压下的漏电流大小，均与在空白之生产用矽晶圆(prime wafer)上所得之结果相同。该中子源的镉比(CR)是本发明之一重要的参数，并且为避免任何混淆已给予严格之定义。本发明也叙述了除核子反应炉外的其他可能中子源及其照射架构。

主权项

1.一种用来生产已掺杂磷原子之矽的方法,包括有:依照CZ法,准备一单晶矽,其氧原子浓度介在每立方公分11017原子至每立方公分21018原子之间;并且藉由介在每平方公分51017中子至每平方公分11019中子之中子流照射于前述单晶体,而转变自然存在于前述单晶体的矽同位素Si30,形成磷同位素P31;上述中子流系以一严格定义的镉比介于5至5000来界定;从而有效利用n-S曲线中氧原子减损与初始氧原子浓度之关系,决定出最佳热处理以移除单晶矽中之活性氧原子。2.如申请专利范围第1项所述之方法,其中前述之初始氧原子浓度是介于9至14ppma之间。3.如申请专利范围第1项所述之方法,其中前述之单晶矽的直径介于2到8英寸之间。4.如申请专利范围第3项所述之方法,其中前述之单晶矽的长度,介于1至150公分之间。5.如申请专利范围第1项所述之方法,其中前述之单晶矽的直径介于8至30英寸之间,且更包括:在未经过前述中子照射处理前,先将该矽单晶切成20公分长的小块;并且放置前述小块使其横切面面对中子流,以避免中子流的衰减。6.如申请专利范围第1项所述之方法,其中前述之单晶矽是呈晶圆(wafer)状。7.一种用来生产已掺杂磷原子之矽的方法,包括有:依照MCZ法,准备一单晶矽,其氧原子浓度介在每立方公分11017原子至每立方公分21018原子之间;并且藉由介在每平方公分51017中子至每平方公分11019中子之中子流照射于前述单晶体,而转变自然存在于前述单晶体的矽同位素Si30,形成磷同位素P31;上述中子流系以一严格定义的镉比介于5至5000来界定;从而有效利用n-S曲线中氧原子减损与初始氧原子浓度之关系,决定出最佳热处理以移除单晶矽中之活性氧原子。8.如申请专利范围第7项所述之方法,其中前述之初始氧原子浓度是介于9至14ppma之间。9.如申请专利范围第7项所述之方法,其中前述之单晶矽的直径介于2到8英寸之间。10.如申请专利范围第9项所述之方法,其中前述之单晶矽的长度,介于1至150公分之间。11.如申请专利范围第7项所述之方法,其中前述之单晶矽的直径介于8至30英寸之间,且更包括:在未经过前述中子照射处理前,先将该矽单晶切成20公分长的小块;并且放置前述小块使其横切面面对中子流,以避免中子流的衰减。12.如申请专利范围第7项所述之方法,其中前述之单晶矽是呈晶圆(wafer)状。图式简单说明:第一图表示一个已经历一般热循环之非NTD CZ单晶之一个典型的氧原子减损额与初始氧浓度(含量)关系之"S曲线"。第二图表示,使用于本发明的中子源之一些主要部份。第三图表示,一个用于照射矽单晶之装置。第四图是根据本发明所得,采用NTD CZ于矽单晶的氧原子减损额与初始氧浓度(含量)之关系曲线(n-S曲线)。第五图显示,第三图中之矽单晶被分成许多小柱,并将其截面面对中子流的剖面装置图。