[發明專利]一種拉制高電阻率區熔單晶硅的工藝方法

在審

• 申請號: 202111243920.2
• 申請日: 2021-10-26
• 公開（公告）號: CN113943973A
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 鄭萬超;張偉才;馮旭;張瀚文;李聰;劉洪;李明佳
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十六研究所
• 主分類號: C30B13/00
• 分類號: C30B13/00;C30B29/06
• 代理公司: 天津中環專利商標代理有限公司 12105
• 代理人: 王鳳英

本發明公開了一種拉制高電阻率區熔單晶硅的工藝方法，包括：多晶料對中、籽晶安裝、封爐、抽真空、通氬氣、預熱、化料引晶、拉細頸、擴肩、轉肩、等徑保持及收尾工藝，在等徑保持工藝中增加正反轉工藝，當熔區液面穩定后，開啟正反轉功能，設定順時針轉動、逆時針轉動的時間分別為10 s和20 s，然后繼續進行等徑保持過程；同時單晶硅所用多晶料為高純度Wacker多晶硅料，其電阻率高于10000Ω·cm，雜質含量的具體參數要求如下：C含量≤60 ppba，B含量≤40 ppta，P含量≤120 ppta，As含量≤6 ppta。本發明方法簡單、實用，可以滿足對高于電阻率10000Ω·cm單晶硅的需求。

技術領域

本發明涉及區熔單晶硅的制備工藝，具體涉及一種拉制高電阻率區熔單晶硅的工藝方法。

背景技術

當前，單晶硅的生長方法主要為兩種，即直拉法(Czochralski method, CZ法)和懸浮區熔法(Floating zone method, FZ法)。對于CZ法，其工藝技術十分成熟，能夠生長出徑向電阻率、徑向氧含量均勻分布的硅單晶，最大尺寸可達18英寸。由于CZ法所使用的多晶硅塊料容易制備，其具有明顯的成本優勢，故CZ硅單晶在分立器件和集成電路領域上被廣泛地應用。但是CZ法制備硅單晶過程中會將石英坩堝中的雜質引入到硅單晶內，導致硅單晶的純度和電阻率降低，進而限制了CZ硅單晶在探測器、高壓大功率器件上的應用。對于FZ法，由于制備過程中硅熔體不與石英坩堝接觸，FZ硅單晶內不會引入容器中的雜質。因此，FZ硅單晶具有高純度、高壽命、高電阻的特點，從而在探測器、高功率器件領域被廣泛應用。隨著5G在全球大規模商用落地，開始展露巨大的商業價值，繼而拉動了高阻區熔單晶硅材料的需求。但是由于熱量傳輸和雜質擴散，單晶硅的徑向電阻率均勻性差，局部電阻率小于10000 Ω·cm，這極大限制了高阻區熔單晶硅的實際應用。

發明內容

本發明目的是提供一種拉制高電阻率區熔單晶硅的工藝方法。為使單晶硅的徑向電阻率均大于10000 Ω·cm，在實驗中，通過對區熔單晶硅的生長工藝進行改進，在其他生長條件不變的情況下，改變單晶硅生長過程中下軸正反轉時間，可成功拉制出直徑104 mm、電阻率高于10000 Ω·cm的區熔單晶硅。

為了達到以上目的，本發明采取的技術方案是：一種拉制高電阻率區熔單晶硅的工藝方法，所述工藝方法包括：多晶料對中、籽晶安裝、封爐、抽真空、通氬氣、預熱、化料引晶、拉細頸、擴肩、轉肩、等徑保持及收尾工藝，其特征在于：在所述等徑保持工藝中增加正反轉工藝，當熔區液面穩定后，開啟設備的正反轉功能，設定順時針轉動的時間為10s，逆時針轉動的時間為20s，然后繼續進行區熔單晶硅的等徑保持過程；同時所述拉制高電阻率區熔單晶硅所用多晶料為高純度Wacker多晶硅料，其電阻率高于10000 Ω·cm，雜質含量的具體參數要求如下：C含量≤60 ppba，B含量≤40 ppta，P含量≤120 ppta，As含量≤6ppta。

本發明所產生的有益效果是：本工藝方法簡單、實用，可以拉制出電阻率在10000~20000 Ω·cm的區熔單晶硅。

附圖說明

圖1為本發明所做的單晶硅棒橫截面電阻率測量點分布示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

本工藝方法所需的條件如下：

1、單晶生長設備：FZ 35區熔單晶爐，爐室內壁干凈、光亮。

2、多晶料選擇：選用Wacker高純多晶硅料，直徑為127~128mm，多晶料頭部錐度為90°,電阻率高于10000Ω·cm，雜質含量的具體參數如下：C含量≤60ppba，B含量≤40ppta，P含量≤120ppta，As含量≤6ppta。

3、熱場條件：選擇外徑240mm、內徑30mm的平板線圈。

4、籽晶：5mm×5mm×70mm，晶向為100。