形成和分析掺杂硅的方法
【专利说明】形成和分析掺杂硅的方法
[0001] 相关专利申请的交叉引用
[0002] 本专利申请要求2012年12月11日提交的系列号为No. 61/735,777的美国临时 专利申请的权益，该临时专利申请以引用方式全文并入本文。
【背景技术】
[0003] 本发明公开了形成和分析硅的方法，并且更具体地讲，形成和分析掺杂单晶硅的 方法。
[0004] 在硅烷制造业中，存在监测可被赋予给由硅烷形成的硅的电杂质的需要。在硅的 某些最终应用中，这些电杂质（或至少其某些水平）是不可取的。电杂质通常归因于诸如硼 ⑶、磷⑵、错（A1)、砷（As)、铟（In)、镓（Ga)和/或锑（Sb)的元素。尽管存在使用某些 技术（例如光致发光（PL))来定量接近万亿分之一原子比（ppta)水平的B、P、A1和As的 方法，但常规技术不适于测试更低的水平和/或接近ppta水平及以下的某些类型的元素， 诸如In、Ga和Sb。
[0005] 如此，仍存在提供形成和分析硅的改进方法以测量和测试用于形成硅的硅烷中的 某些杂质及其水平的机会。还存在提供改进的掺杂硅的机会。
【发明内容】
[0006] 本发明公开了一种形成掺杂单晶硅的方法。该方法包括提供容器、提供颗粒硅、提 供掺杂剂以及提供浮区装置的步骤。所述容器包含硅并限定腔体。该方法还包括合并所述 颗粒硅和所述掺杂剂以形成经处理的颗粒硅的步骤。该方法还包括将所述经处理的颗粒硅 置于所述容器的所述腔体中的步骤。该方法还进一步包括利用所述浮区装置将所述容器和 所述经处理的颗粒硅浮区加工成掺杂单晶硅的步骤。该方法可用于形成具有多种类型和/ 或浓度的掺杂剂的单晶硅，诸如用于形成具有极低掺杂水平（例如在ppta范围内的In或 Ga掺杂/掺杂剂）的单晶硅。该掺杂单晶硅可用于多种最终应用。例如，该掺杂单晶硅可 用于建立校准标准品，其可用于校准测量接近或低于ppta水平的其他硅样品中的掺杂剂 (其中该掺杂剂被归类为杂质）的仪器。具体地讲，经校准的仪器可用于定量接近ppta水 平及更低的某些电杂质（例如In和Ga)，这可用于记录此类水平，因为它们与用于形成硅的 硅烷的制造有关。
[0007] 本发明还公开了一种分析掺杂单晶硅中的掺杂剂的浓度的方法。该方法包括提 供容器、提供颗粒硅、提供掺杂剂、提供浮区装置以及提供用于测量掺杂剂水平的仪器的步 骤。所述容器包含硅并限定腔体。该方法还包括合并所述颗粒硅和所述掺杂剂以形成经处 理的颗粒硅的步骤。该方法还包括将所述经处理的颗粒硅置于所述容器的所述腔体中的步 骤。该方法还包括利用所述浮区装置将所述容器和所述经处理的颗粒硅浮区加工成掺杂单 晶硅的步骤。该方法还进一步包括从所述掺杂单晶硅取下一小块，以及利用所述仪器测定 该掺杂单晶硅小块中的掺杂剂的浓度的步骤。该方法可用于分析具有多种类型和/或浓度 的掺杂剂的单晶硅，诸如用于分析（或定量）单晶硅的极低水平的掺杂（例如，在ppta范 围内的In或Ga掺杂/掺杂剂）。掺杂和分析可用于定量低水平的某些电杂质，以及用于其 他目的。
【附图说明】
[0008] 本发明的其他优点将是容易理解的，在结合附图考虑时，通过参考以下具体实施 方式可更好地理解其内容，其中：
[0009] 图1为阐明对于镓掺杂的某些例子而言电感耦合等离子体质谱（ICP-MS)与光致 发光（PL)之间的相关性的曲线图；
[0010] 图2为阐明对于镓掺杂的某些例子而言低温傅立叶变换红外光谱（FTIR)与PL之 间的相关性的曲线图；
[0011] 图3为阐明对于镓掺杂的某些例子而言表面四点电阻率与PL之间的相关性的曲 线图；
[0012] 图4为阐明对于铟掺杂的某些例子而言ICP-MS与PL之间的相关性的曲线图；
[0013] 图5为阐明对于铟掺杂的某些例子而言表面四点电阻率与PL之间的相关性的曲 线图；
[0014]图6为阐明对于铟掺杂的某些例子而言基于表面四点电阻率的校准曲线的曲线 图；以及
[0015] 图7为阐明对于镓掺杂的某些例子而言的校准曲线表面四点的曲线图。
【具体实施方式】
[0016] 本发明公开了一种形成掺杂单晶硅的方法（或"形成的方法"或"形成方法"）。本 发明还公开了一种分析掺杂单晶硅中的掺杂剂的浓度的方法（或"分析的方法"或"分析 方法"）。该掺杂单晶硅可以为一种并在这两种方法之间相同，或可以在这两种方法之间不 同。例如，后一种发明方法可用于分析经由前一种发明方法形成的或经由不同的（例如常 规的）方法形成的单晶硅。下文紧接着描述了形成方法，之后再进一步描述了分析方法。
[0017] 该形成方法一般包括提供容器、提供颗粒硅、提供掺杂剂以及提供浮区装置的步 骤。所述容器限定腔体。该方法还包括合并所述颗粒硅和所述掺杂剂以形成经处理的颗粒 硅的步骤。该方法还包括将所述经处理的颗粒硅置于所述容器的所述腔体中的步骤。该方 法还进一步包括利用所述浮区装置将所述容器和所述经处理的颗粒硅浮区加工成掺杂单 晶娃的步骤。
[0018] 该方法可用于形成具有多种类型和/或浓度的掺杂剂的掺杂单晶硅。在多种实施 例中，该方法可用于以万亿分之一原子比（ppta)掺杂。经由该方法还可以实现高于或低于 ppta的其他水平的掺杂。掺杂单晶硅的可能的最终用途包括在医学和电子领域/工业中的 应用（例如半导体应用）。该掺杂单晶（或单晶体/晶体）硅不限于任何特定的用途。
[0019] 颗粒硅和掺杂剂可以按多种方式合并以形成经处理的颗粒硅。合并之后，所述掺 杂剂一般置于所述颗粒硅的表面之上和/或之中以使得该颗粒硅为"经处理的"，例如经表 面处理的。在某些实施例中，一部分至所有掺杂剂扩散到颗粒硅的表面中。在这些实施例 中，所述掺杂剂的浓度（即，掺杂剂浓度梯度）一般随表面深度的增加而降低。在其他实施 例中，掺杂剂一般固定在颗粒硅的表面上，极少扩散或不扩散到表面本身中。
[0020] 在多种实施例中，掺杂剂存在于液体中以使得该掺杂剂可容易接触、覆盖和/或 涂覆颗粒硅的表面。例如，溶液可被用于提供掺杂剂。在这些实施例中，该溶液包含掺杂剂 和用于掺杂剂的溶剂。该溶液可包含一种或多种不同类型的掺杂剂和/或溶剂。在其他实 施例中，掺杂剂本身呈液体形式，即溶剂不是必需的。在其他实施例中，掺杂剂呈固体或气 体的形式。
[0021] 可使用多种类型的掺杂剂。掺杂剂通常选自过渡金属、后过渡金属、类金属、其他 非金属以及它们的组合。在某些实施例中，掺杂剂包含铟（In)、镓（Ga)或它们的组合。在 具体实施例中，掺杂剂为In。在其他具体实施例中，掺杂剂为Ga。在其他实施例中，掺杂剂 包含锑（Sb)、铝（A1)、砷（As)、铋（Bi)、铊（T1)或它们的组合。在其他实施例中，掺杂剂包 含硼（B)、磷（P)或它们的组合。在其他实施例中，掺杂剂包含碳（C)。可使用掺杂剂的多 种组合。
[0022] 在使用溶液的实施例中，掺杂剂可以按多种量存在于溶液中。通常，掺杂剂以约 0. 0001至约100、约0. 0001至约75、约0. 001至约50或约0. 01至约30微克掺杂剂/克 水（Ug/g)的量存在于溶液中。在将In用作掺杂剂的实施例中，In以约0. 05至约100、 约0. 05至约75、约0. 1至约50或约0. 2至约30yg/g的量存在于溶液中。在将Ga用作 掺杂剂的实施例中，Ga以约0. 005至约10、约0. 005至约7. 5、约0. 01至约5或约0. 01至 约2yg/g的量存在于溶液中。在将P用作掺杂剂的实施例中，P以约0. 00005至约1、约 0. 0001至约0. 5、约0. 0001至约0. 1或约0. 0002至约0. 05yg/g的量存在于溶液中。在将 B用作掺杂剂的实施例中，B以约0. 00005至约1、约0. 0001至约0. 5、约0. 0001至约0. 1 或约0. 0001至约0. 02yg/g的量存在于溶液中。在将A1用作掺杂剂的实施例中，A1以约 0. 005至约20、约0. 005至约10、约0. 01至约7. 5或约0. 01至约6yg/g的量存在于溶液 中。在将砷用作掺杂剂的实施例中，砷以约0. 00005至约1、约0. 0001至约0. 5、约0. 0001 至约0. 1或约0. 0002至约0. 05yg/g的量存在于溶液中。在将Sb用作掺杂剂的实施例中， Sb以约0. 0005至约5、约0. 001至约1、约0. 001至约0. 5或约0. 001至约0. 05yg/g的 量存在于溶液中。在将Bi用作掺杂剂的实施例中，Bi以约0. 05至约50、约0. 0