本申請(qǐng)要求享有于2014年4月7日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)為No.61/976,094的優(yōu)先權(quán)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于形成含硅的膜的濺射靶材以及制備該類靶材的方法。

背景技術(shù)：

多種Si膜的PVD沉積在半導(dǎo)體、電子、和光電應(yīng)用領(lǐng)域中是重要的。精準(zhǔn)的膜組成和沉積均勻度在這些領(lǐng)域以及其他領(lǐng)域中是重要的。在許多情形中，超純的單晶Si濺射靶材被用在直接濺射系統(tǒng)中例如以形成純的Si或Si摻雜的晶片，或者所述Si靶材可用在反應(yīng)性濺射系統(tǒng)中以形成所需的的硅氧化物、硅氮氧化物、或硅氮化物膜。

使用p型硅的靶材壽命是短的。在p型硅靶材的濺射期間，在靶材表面存在具有高電阻率的硅產(chǎn)物的再沉積(re-dispersion)。這種再沉積的材料是具有n型電導(dǎo)性的無定形硅層。這種不理想的再沉積示意性地示于圖1中。下表表明靶材再沉積的位置、再沉積物的導(dǎo)電類型(conductivity type)、和其它測(cè)量的參數(shù)。

這種再沉積在靶材表面產(chǎn)生了p-n結(jié)，其在偏壓(bias)下導(dǎo)致靶材中應(yīng)力的存在，該應(yīng)力導(dǎo)致靶材開裂(cracking)，從而降低了靶材壽命。因此，希望通過使用特定的n型Si靶材來最小化靶材表面上的p-n結(jié)的形成。

發(fā)明概述

在本發(fā)明的示例性實(shí)施方式中，提供包括具有約0.001-700ohm.cm電阻率的B摻雜的N型Si的濺射靶材。在另一些實(shí)施方式中，靶材的電阻率為約1-12ohm.cm。在一些實(shí)施方式中，該Si具有約0.1-約200ppm的氧含量，且在另一些實(shí)施方式中，氧含量可為約1-約60ppm。在某些實(shí)施方式中，靶材的硼含量為約0.01-約1ppm。

本發(fā)明的另一些方面包括通過獲得具有約1-60ohm.cm電阻率的B摻雜的p型Si的單晶錠、包括如下的步驟制備的濺射靶材：在沿著所述錠的長度的至少一個(gè)位置處測(cè)量錠的電阻率。然后在那些具有約1-20ohm.cm電阻率的錠的位置處從該錠形成或切割出坯件。不對(duì)選擇的坯件進(jìn)一步地進(jìn)行在約400℃或更高溫度的熱處理。然后將所述坯件形成用作濺射靶材所需的形狀。在另一些實(shí)施方式中，所選擇的坯件將具有約1-12ohm.cm的電阻率。

在本發(fā)明的又一些實(shí)施方式中，提供制備B摻雜的p型硅濺射靶材的方法。根據(jù)這些方法，包括硼的單晶Si錠通過CZ方法制備。該錠具有沿著錠長度延伸的中心軸。測(cè)量該錠的電阻率，且其中所測(cè)量的電阻率為約1-20ohm.cm，從所述錠切割出坯件。優(yōu)選地，這些坯件是垂直于所述錠的中心軸切割出來的。然后，將所需的形狀賦予所述坯件，以便于它們作為濺射靶材是有用的。該方法進(jìn)一步的特征在于，缺少(不包括)在已制備出錠之后的任何在400℃或更高溫度的熱處理。在又一些另外的實(shí)施方式中，切割出的坯件的電阻率約為1-12ohm.cm。

將結(jié)合附圖和下列優(yōu)選的實(shí)施方式的具體描述對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的描述。

附圖說明

圖1是展示在常規(guī)的p型Si濺射靶材上的不理想的再沉積的形成的示意圖。

圖2是示出了在硅錠材料中得氧熱供體(oxygen thermal donors)的效果的示意圖；和

圖3是示出了錠的n型和p型部分在退火之前和在DK(氧供體消耗，oxygen donor killing)退火之后的電阻率數(shù)據(jù)的圖。

發(fā)明詳述

在高電阻率(1-100ohm.cm范圍)的切克勞斯基法生長(Czochralski，CZ)硅錠的生長期間，從氧化硅坩堝(silica crucible)的晶體生長過程中將一定量的填隙(interstitial)氧引入硅錠材料中并在其中形成氧熱供體。氧熱供體的形成強(qiáng)烈地依賴于填隙氧的濃度(其通過加工溫度決定)和固體氧化硅、液體硅、和固體硅之間的平衡兩者。為了提供一定的硅單晶電阻率(1-100ohm.cm)，而向硅添加一定量的硼摻雜物。這些加入的硼提供p型載流子并決定了硅導(dǎo)電性的p型性質(zhì)。氧熱供體向傳導(dǎo)貢獻(xiàn)電子。取決于產(chǎn)生的供體數(shù)量和p型載流子的量，背景載流子(硼)硅可以是n型的(更多為n型載流子)或p型的(更多為p型載流子)。在p型硅中，氧熱供體提高硅的電阻率直到熱供體濃度超過p性載流子濃度(硼)，此時(shí)硅將顯示為n型?；趯?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(該數(shù)據(jù)表明熱供體對(duì)22-33ohm.cm的典型用于這些靶材的p型硅，和用于改變填隙氧水平和400℃退火時(shí)間的電阻率的影響)的解釋示意性地示于圖2中。

在CZ硅單晶生長期間，硅錠的一部分顯示出n型導(dǎo)電性而硅錠的其它部分是p型導(dǎo)電性的。測(cè)量硅單晶的電阻率是更可靠的，因此我們?cè)谧鳛閳D3顯現(xiàn)的圖中分別展示了硅單晶電阻率和導(dǎo)電類型的實(shí)際測(cè)量。該圖表現(xiàn)出在供體消耗(DK)退火之前，硅電阻率由p和n型載流子的組合決定，且在DK退火之后，硅電阻率根據(jù)硼濃度僅由正電荷載流子(positive carrier)決定。

在示例性實(shí)施方式中，本發(fā)明涉及：

1.具有由未退火的氧供體導(dǎo)致具有n型導(dǎo)電性的硅單晶硼摻雜的材料，其具有0.01-700ohm.cm的電阻率，優(yōu)選1-12ohm.cm。

2.未由退火的氧供體導(dǎo)致具有n型導(dǎo)電性的硅單晶硼摻雜材料的制備方法，該方法包括通過避免在300-800℃的供體消耗退火而允許保存氧供體的生長條件。

3.長壽命的由未退火的氧供體導(dǎo)致具有n型導(dǎo)電性的硅靶材單晶硼摻雜材料。

在一個(gè)實(shí)施方式中，提供B摻雜n型硅的濺射材料。靶材的B含量典型地為約0.001-1ppm，且電阻率為約1-700ohm.cm。最優(yōu)選的，電阻率為約1-20ohm.cm，其中甚至更優(yōu)選地，電阻率為約1-12ohm.cm。

雖然申請(qǐng)人不受任何具體的可操作性理論的束縛，但應(yīng)認(rèn)為填隙氧的量在硅基體中充當(dāng)熱供體以提供n型的導(dǎo)電性。在這方面，Si的氧含量可為約0.1-200ppm，優(yōu)選1-60ppm。

根據(jù)該方法的靶材可從已由傳統(tǒng)的CZ方法制造的Si單晶錠制造，其涉及適用于提供具有約1-60ohm.cm、優(yōu)選地約22-33 12ohm.cm電阻率的B摻雜的p型單晶硅的初始硅熔融體。傳統(tǒng)的CZ方法例如在美國專利8,961,685中示出，其通過引用的方式并入本文。在典型的CZ方法中，Si和B摻雜物熔融進(jìn)石英坩堝或類似物中。將安置(mounted)在桿上的種晶(籽晶)浸入熔融體中并緩慢地向上提拉并且同時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。該方法通常在惰性氛圍例如氬氣中進(jìn)行。

一旦獲得錠，不對(duì)其進(jìn)行任何退火處理。相反，從該錠切割出圓片(disc)或坯件，并且測(cè)量電阻率，以使相同的落入上述給出的范圍內(nèi)。然后將圓片或坯件形成所需的最終形狀(net shape)，從而可將其用作在物理氣相沉積物質(zhì)(matters)中的濺射靶材。

雖然前述內(nèi)容涉及本發(fā)明具體的實(shí)施方式，但是在不脫離所附的權(quán)利要求確定的范圍的情況下，可設(shè)計(jì)本發(fā)明的其它和進(jìn)一步的實(shí)施方式。