[發明專利]一種改進的生長摻雜硅單晶體的方法及其裝置

無效

• 申請號: 200610114123.3
• 申請日: 2006-10-30
• 公開（公告）號: CN101173369A
• 公開（公告）日: 2008-05-07
• 發明（設計）人: 方峰;鄭沉;李鐵柱;安國祥;周旗鋼
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院;有研半導體材料股份有限公司;國泰半導體材料有限公司
• 主分類號: C30B15/04
• 分類號: C30B15/04
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司
• 代理人: 郭佩蘭

技術領域

本發明涉及改進的生長硅單晶的Czochralski方法，其中將單晶硅籽晶從熔融態的硅中提拉出來生長成晶體，用于生長具有需電阻率的高摻雜晶體的一種改進方法。

背景技術

晶體硅材料常用作集成電路的初始材料。典型生產單晶硅的方法是Czochralski法(即CZ工藝)。首先將原料多晶硅熔化在石英坩堝中，在多晶硅已完全熔化并且溫度達到平衡之后，將一個晶種浸入熔體并且隨后慢慢提起，通常在提起的同時要不斷地轉動晶體，這樣單晶就逐漸生長成比較大的硅晶體。

在生長高品質的硅晶體時，一些影響晶體生長的條件必須小心地加以控制，比如溫度、壓力、提拉速度和熔體中的雜質。為了控制晶體材料的導電類型和導電能力，一些特定的雜質會被有意識地加到熔融態硅中做摻雜劑。低熔點的高純元素如磷、砷、銻作為摻雜劑被導入熔融態硅中。

隨著電子產品的小型化和可移動性能的提高，對相應器件的工作電壓和能量消耗尤其是待機功耗提出了嚴格的要求。這種趨勢反映到對晶體材料的導電能力提出更高的要求，具體地講晶體中的實際雜質濃度需要達到10E+18--10E+20?1/cm3，這對生長大直徑晶體以及以低熔點的高純元素如磷、砷、銻作為摻雜劑晶體，提出了嚴峻的挑戰。

目前，在晶體生長過程中摻雜其它元素需要與多晶硅混合(見圖1)，隨后再熔化，造成部分摻雜劑的揮發損失。在中國專利01136694.X《一種用于直拉單晶制備中的摻雜方法及其裝置》中介紹了一種摻雜的方法和裝置(見圖2)。在該方法中裝載摻雜劑的料斗結合在拉晶裝置的提拉軸之中，完成摻雜后必須移出料斗換上籽晶后才能進行拉晶。移出料斗、換裝籽晶的過程延長了摻雜到拉晶的時間，造成部分摻雜劑的揮發損失，影響理想電阻率的高摻雜硅晶體的收率。

另一個中國專利200310117761.7《用于重摻直拉硅單晶制造的摻雜方法及其摻雜漏斗》中，介紹了一種熔體摻雜的方法，在多晶硅完全熔化后摻雜漏斗降至熔體上方對熔體進行摻雜，完成摻雜后仍然需要移出摻雜漏斗裝上籽晶后才能拉晶。

上述方法完成摻雜后都需要換裝籽晶，在摻雜后到晶體等徑生長的過程中，摻雜劑持續的由熔體表面蒸發損失，計算和經驗表明蒸發損失達到一定程度必須再進行再摻雜。再摻雜需要將籽晶更換為摻雜料斗或摻雜漏斗，完成摻雜后再次換成籽晶才能拉晶，此過程容易造成單晶爐的污染，污染后嚴重影響無位錯單晶的收率。

發明內容

本發明的目的是提供一種改進的生長摻雜硅晶體的方法及其裝置，在晶體生長過程中對熔體進行持續或間斷的氣相摻雜，本方法可提高摻雜效率、提高超低電阻率的晶體的生長效率。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種改進的生長摻雜硅晶體的方法及其裝置，所述的方法是：將多晶硅裝入石英坩堝容器內加熱熔化；在籽晶浸入熔體前和/或在以下引晶、放肩、轉肩、等徑初期晶體生長工序的至少一個工序中，將低熔點、易升華的摻雜劑從位于提拉室以外、設在生長室側上方的對外密封的摻雜裝置送到熔體中，以便在晶體生長過程中對熔體進行持續或間斷的氣相摻雜，再經等徑后期、收尾、冷卻停爐工作。

這種在晶體生長過程中具有熔體摻雜功能的晶體生長裝置，它包括：生長室，該室內有一用于生產晶體的原料熔化的坩堝；位于生長室上方，用于接收從坩堝內的熔體中提拉出的晶體的提拉室；拉晶工具，拉晶工具在其下端處有一籽晶夾持器；同時設置了用于升降帶籽晶的拉晶工具的裝置，其特征在于：在生長室的側上方有一個獨立在提拉室以外，與生長室相通且保持真空密閉，摻雜裝置。

所述的摻雜裝置包括裝置主體，一個置于主體內的石英材質的摻雜工具，所述的裝置主體包括：真空波紋管，移動擋板，真空波紋管的一端與移動檔板連接，形成密封，檔板套在金屬絲桿上，金屬絲桿連接手柄，移動檔板與導柱配合，真空波紋管的另一端裝在生長室的側上方；所述的摻雜工具接在位于移動檔板內側的卡套內。

本方法是在提拉軸正常拉晶的過程中對熔體進行持續或間斷的摻雜，摻雜元素以氣態的控制方式進入熔體，在實施摻雜過程中沒有使用拉晶裝置的提拉軸，這就意味著在提拉軸正常拉晶的過程中對熔體進行持續或間斷的摻雜，摻雜以氣態的控制方式進入熔體。

本發明的優點：摻雜裝置與生長室相通且保持真空密閉，因此在進行摻雜時不需要進行生長室/提拉室的隔離操作。不占用提拉室內拉晶工具，具備了在拉晶過程中對熔體進行摻雜的功能，采用本方法可提高摻雜效率，顯著提高高摻雜、超低電阻率的晶體的生長效率。

附圖說明