1.本发明涉及单晶硅生长技术领域，具体而言，涉及一种低电阻率硅单晶及其制备方法。
背景技术：
2.单晶硅材料属于半导体，本征半导体（无掺杂）的电阻率较高，无法直接应用于制备半导体器件，因此需要通过掺杂来改变电阻率成为半导体材料。硅单晶掺杂通常通过掺硼和掺磷实现。掺硼的硅单晶形成p型硅单晶，掺磷的硅单晶形成n型硅单晶。制备集成电路的硅单晶通常由提拉法生长制造，极少数通过区熔法制造。掺杂的原子通过在晶体中取代硅晶格中硅原子位置形成有效掺杂。因硼原子的原子半径比硅原子半径小，会造成硅单晶晶格向小的方向畸变。
3.硅单晶电阻率越低，晶格畸变的数量越多畸变也越大。在硅单晶提拉生长过程中，因为硼原子的固液界面分凝系数为0.75左右，这就表示长晶时，硅晶体（固体）对硼原子在固液界面生长进入硅晶体里会有一定排斥，所以，拉晶过程中，石英坩埚中未凝固的剩余液体硅中的浓度会越来越高，随着拉晶过程的进行，硼原子进入硅单晶的浓度也越来越高，晶格畸变越来越大，当电阻率小于0.003 欧姆-米时，晶格畸变容易导致晶体缺陷产生，使得单晶变成多晶，而生长无法进行，大大地降低良率。
技术实现要素：
4.本发明所要解决的技术问题是提供一种低电阻率硅单晶及其制备方法。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：本发明提供一种低电阻率硅单晶的制备方法，先将硼掺杂剂和硅原料混合并完全熔化，得到熔体，再向所述熔体中加入镓元素，最后，采用籽晶提拉生长，得到硅单晶。
6.本发明的有益效果是：通过掺杂镓，可以实现对低电阻率硅单晶进行晶格补偿，有效防止在制备时，提拉生长过程中硅单晶内的晶格畸变，从而产生大量晶体缺陷。镓原子的直径较大，使硅单晶的晶格向大的方向畸变，从而抵消硼原子造成的晶格向小的方向畸变产生的影响，可以使单晶生长顺利完成而不影响良率。先加入硼掺杂剂，再加入镓补偿剂；之所以不将镓原料与硅原料一起融溶，是考虑到镓元素的气体蒸汽压较高，在长时间的原料融化过程中镓元素的损失量较大，导致晶格补偿效果降低。
7.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
8.进一步，所述硼掺杂剂为单质硼，所述镓原料为单质镓。
9.进一步，所述硅原料的质量为100 kg，所述单质硼的质量为46.4g，所述单质镓的质量为20g。
10.进一步，硼掺杂剂和多晶硅硅原料混合并完全融解后，待温度稳定时，再加入镓补偿剂。
11.进一步，加入所述镓后，待温度稳定时，再开始进行提拉生长。
12.进一步，所述提拉法的步骤包括，将籽晶头部浸入所述熔体中，再依次通过引颈、放肩和等径提拉，得到所述硅单晶。
13.本发明提供一种低电阻率硅单晶，采用上所述的制备方法制备而成。
14.本发明的低电阻率硅单晶，采用上述方法制备而成，具有低电阻率，同时晶格畸变率小，具有良好的良率。
15.进一步，所述硅单晶为p型硅单晶。
16.进一步，所述硅单晶的电阻率为0.001~0.003欧姆-米。
17.进一步，所述硅单晶的电阻率为0.003欧姆-米。
具体实施方式
18.以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
19.本发明的低电阻率硅单晶的制备方法先将硼掺杂剂和多晶硅原料混合并完全熔化，得到熔体，再向熔体中加入镓，最后采用提拉法生长并得到硅单晶。
20.本发明的制备方法，通过用镓做补偿剂，可以实现对低电阻率硅单晶进行晶格补偿，有效防止在制备时，提拉生长过程中硅单晶内的晶格畸变，从而降低晶体缺陷并且大幅度提升晶体良率。
21.本发明的原理具体为，镓原子的直径较大，使硅单晶的晶格向大的方向畸变，从而抵消硼原子造成的晶格向小的方向畸变产生的影响，这样可以使单晶生长可以顺利完成而不影响良率。镓原子与硼原子在原素周期表中同属iii 三族元素，掺杂浓度对单晶硅的电阻率起到的作用是相同的。
22.本发明的制备方法，先加入硼掺杂剂，再加入镓补偿剂；之所以不将镓与硅原料一起熔化，是考虑到镓原素的蒸汽压较高，在长时间的原料熔化过程中镓元素的损失量较大，导致晶格补偿效果降低。
23.优选的，加入镓补偿剂前，熔体中的硼原子浓度为6e19 原子/厘米3。
24.本发明采用的多晶硅原料、硼原料和镓原料可以为不同产地不同厂家的原料。一般来说，多晶硅原料为电子级，硼原料为单质硼；镓原料为单质镓，虽然镓易氧化，但在本发明中，由于添加镓时暴露时间很短，微微氧化不影响掺杂效果。
25.优选的，硼原料和硅原料混合并完全熔化后，待温度稳定时，再加入镓补偿剂；在温度稳定时，熔体内部状态稳定，此时加入镓补偿剂不仅能够使镓原子均匀的分散在晶格中，而且能够有效降低镓原料的损失。
26.优选的，加入镓补偿剂后，待温度稳定时，再开始进行提拉生长；在温度稳定时，掺杂镓的熔体内趋于稳定，此时进行提拉生长，能够保证镓原子对晶格的补偿效果。
27.优选的，本发明的提拉法为常规技术，其步骤包括将籽晶头部浸入所述熔体中、引晶、放肩和等径提拉。
28.采用提拉法制备硅单晶的具体方式为，在提拉杆上放置单晶晶种（籽晶），然后将籽晶头部浸入掺了镓的熔体中，开始引颈，然后旋转向上提拉，这样，硅单晶可缓慢生长。
29.放肩的角度一般为小于50度。
30.本发明针对低电阻率硅单晶，采用上述的制备方法制备而成。该硅单晶为p型硅单
晶，电阻率为0.001~0.003欧姆-米。
31.优选的，硅单晶的电阻率为0.003欧姆-米。
32.本发明的制备方法中，镓原料的掺杂可以采用任何装置，原则上只要能够将镓补偿剂投入熔体即可。
33.以下通过具体的实施例对本发明的制备方法进行举例说明：实施例1本实施例采用现有的单晶炉进行镓补偿剂的添加，具体采用石英掺杂装置掺杂镓补偿剂。
34.先通过石英掺杂装置将多晶硅原料添加至坩埚中并加热，再将硼掺杂剂加入石英掺杂装置内，并添加至坩埚中，使多晶硅原料与硼掺杂剂混合并得到熔体。待温度稳定后，再将镓补偿剂加入石英掺杂装置内，并添加至坩埚中，实现镓的添加。待温度稳定后，将石英掺杂装置移出，并采用提拉装置进行提拉生长得到低电阻率的硅单晶。
35.在提拉杆上放置单晶晶种（籽晶），然后将籽晶浸入掺了镓的熔体中，开始引颈，然后旋转向上提拉，这样，硅单晶可缓慢生长。放肩的角度为35度。
36.本实施例采用的硅原料为电子级多晶硅，硼掺杂剂为单质硼，镓补偿剂为单质镓；多晶硅原料的质量为100 kg，单质硼的质量为46.4g，单质镓的质量为20g。
37.本实例制备得到的硅单晶的电阻率为0.003欧姆-米。
38.本实施例利用现有的单晶炉中，先将多晶硅原料放置在石英坩埚里，再用石英掺杂装置逐步实现添加硼掺剂杂和镓补偿剂的添加，无需开发新的装置，步骤简单、成本低。
39.实施例2本实施例在现有的单晶炉内设置二次加料装置进行镓掺杂，该二次加料装置为可升降的容器。
40.先将多晶硅原料放置在石英坩埚中并加热，再将硼掺杂剂加入石英二次加料装置里，并添加至坩埚中，使多晶硅原料与硼原料混合并得到熔体。待温度稳定后，再将镓补偿剂加入二次加料装置内，并添加至坩埚中，实现镓补偿剂的添加。待温度稳定后，将二次加料装置移出，并采用提拉装置进行提拉生长得到低电阻率的硅单晶。
41.在提拉杆上放置单晶晶种（籽晶），然后将籽晶头部浸入掺了镓的熔体中，开始引颈，然后旋转向上提拉，这样，硅单晶可缓慢生长。放肩的角度为32度。
42.本实施例采用的硅原料的质量为300 kg，单质硼的质量为139.2g，单质镓的质量为60g。
43.本实例制备得到的硅单晶的电阻率为0.003欧姆-米。
44.本实施例设置了二次加料装置用来实现镓补偿剂的添加，能够保证没有掺杂剂添加装置的拉晶炉的设备也可进行晶格补偿的操作。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、
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示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的
特征进行结合和组合。
46.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
47.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。