[其他]重摻銻硅單晶的制造方法

無效

• 申請號: 86100854
• 申請日: 1986-01-16
• 公開（公告）號: CN86100854B
• 公開（公告）日: 1988-08-31
• 發明（設計）人: 闕端麟;李立本;陳修治
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06
• 代理公司: 浙江大學專利代理事務所
• 代理人: 連壽金

本發明涉及保護流體下的單晶生長技術。

重摻銻硅單晶，特別是電阻率為10^-2-10^-3Ω·cm的重摻銻硅單晶是制作晶體管和集成電路所需的外延片襯底的重要材料，同其他V族元素相比，銻在硅的擴散系數最小，因而它在硅半導體器件工藝中所能產生有害的自擴散效應最小，所以重摻銻硅單晶在硅材料中占有重要的地位。

由于銻和硅的物理性質注定了制造重摻銻硅單晶比制造普通的硅單晶困難得多，主要原因是生長重摻銻硅單晶所需摻銻的濃度約為10¹⁹/cm²，接近于銻在硅中的飽和溶解度，同時銻在硅熔點（1420℃）附近的飽和蒸汽壓接近一個大氣壓，在熔硅溫度下銻會迅速揮發，給制造重摻銻硅單晶帶來許多困難。目前拉制重摻銻硅單晶多在常壓氬氣氛中進行的，采用銻硅共熔，或把銻通過摻雜器加入熔硅中，或用預制好的硅銻合金與硅共熔來制造重摻雜銻硅單晶。常壓下拉制重摻銻硅單晶耗用大量價格較高的氬氣，這是電重摻銻硅單晶的制造成本高于普通硅單晶一倍以上主要因素之一。

CN85100295專利報導了采用氮保護氣氛制造直拉（切氏法）硅單晶的方法，可大幅度地降低直拉（切氏法）硅單晶的成本。但欲按照該方法充氮減壓氣氛下實現拉制重摻銻硅單晶是不可能的，因為減壓氣氛的條件下若用銻硅共熔法，則在硅熔化之前，銻已揮發殆盡;若在硅熔化后再摻入銻，則產生銻的急劇揮發致使熔硅濺出造成事故。若在常壓氮氣氛下拉制硅單晶，熔硅將被氮化而折出氮化硅，無法生長重摻銻硅單晶。

至于重摻銻硅單晶生長的其他參數，早在七十年代就有報導，如1979年公開的“全國硅材料經驗交流會資料匯編”。隨著晶體直徑的增大，拉速、晶轉、堝轉都略有下降，一般＊＊拉速為0.8～1.2毫米/分，晶體轉速15～35轉/分，坩堝的直徑比約為1∶3，溫度精度優于±0.5℃。

本發明的任務在于采用純氮作為保護氣氛條件下，尋求一種適合于制造重摻銻硅單晶的方法，在保證產品完全符合使用要求的前提下大幅度地降低制造重摻銻硅單晶的成本。

本發明的以純氮作為保護氣氛的重摻銻硅單晶的制造方法，所采用的氮氣純度為99.999%以上，直拉重摻銻硅單晶過程中不同階段所采用的氮氣壓力和氮氣流量值各不相同。因為Si、N₂、SiN系統中氮的平衡蒸汽壓很低，為防止熔硅氮化，切氏拉晶必須在減壓條件下進行，而銻在熔硅溫度時的飽和蒸汽壓又接近于常壓，只有在常壓條件下將銻通過摻雜器加入熔硅中才不致于迅速揮發，避免銻在熔硅中形成氣泡逸出造成硅液濺出事故的發生。

本發明對原充氬保護氣氛制造直拉（切氏法）重摻銻硅單晶方法作如下重大改進。

1.拉晶過程中采用純度為99.999%的氮氣作為拉晶保護氣氛;

2.使硅在減壓條件下熔化，此時控制進入單晶爐內的氮氣流量為5-40升/分，爐內氮氣壓力保持10～30托。

3.在常壓下摻雜，待爐內硅完全熔化后，控制爐內氮氣壓力為0.9～1.2kg/cm²，按照常規的工藝對熔硅進行摻銻;

4.采用減壓拉晶工藝。完成摻雜后，控制進入爐內氮氣流量為10～30升/分，爐內壓力為5～50托。通過拉晶過程中氮氣壓力、流量的合理控制，即可有效地控制銻的分凝效應，改善重摻銻硅單晶中銻濃度分布的不均勻性，從而提高產品的成品率。

本方法同充氬重摻銻硅單晶的制造方法比較，由于氮氣價格低廉，氮氣耗用量也較少，在重摻銻硅單晶質量相同的條件下可降低成本15～20%，提高重摻銻硅單晶成品率10%以上。應用本方法可穩定地制造出電阻率為10^－２～10^-3Ω·cm的重摻銻硅單晶。

實施例1

采用純氮作為保護氣氛的重摻銻硅單晶的制造方法，石英坩堝φ110mm，多晶硅投料量1000克，熔硅過程的氮氣流量為5升/分，爐內壓力為10托;摻銻時氮氣壓力為0.9kg/cm³;減壓拉晶過程的氮氣流量為10升/分，爐內壓力為5托。可制成電阻率為0.004Ω·cm的重摻銻硅單晶400克。

實施例2：