[其他]一種中低阻直拉硅單晶的制備方法

無效

• 申請號: 88102558
• 申請日: 1988-05-03
• 公開（公告）號: CN1004889B
• 公開（公告）日: 1989-07-26
• 發明（設計）人: 李立本;闕端麟
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 代理公司: 浙江大學專利代理事務所
• 代理人: 連壽金

一種中低阻直拉硅單晶的制備方法去，采用純度為９９．９９％的氮、氬或氮－氬混合氣作為保護氣體，同時以硅磷合金和硅銻合金作為摻雜劑，控制摻雜劑的雜質濃度和摻入量，獲得電阻率為０．５～１０Ω·ｃｍ、１０～５０Ω·ｃｍ、５０～９０Ω·ｃｍＮ型直拉硅單晶。這種硅單晶，其軸向電阻率均勻度優于２０％，用于制造大規模集成電路、超大規模集成電路或其他器件，具有成品率高、參數一致性好、成本低等優點。

本發明涉及一種硅單晶的生長技術。

大多數半導體硅器件，采用中低阻硅單晶制造，如晶體閘流管、二極管、功率晶體管、集成電路等。制備中低阻硅單晶時如何選用合適的摻雜元素需要考慮器件的要求，摻雜元素在硅中的溶解度，硅中摻雜元素的蒸發率，摻雜元素在硅中的分凝系數，硅晶格常數，元素毒性等因素。

隨著大規模集成電路與超大規模集成電路的不斷發展，用戶為達到生產上的高效率，器件的高成品率，要求所提供的中低阻直拉硅單晶的直徑盡可能地大，軸向電阻率均勻度盡可能地高。

制備中低阻直接硅單晶，傳統的工藝采用摻雜元素磷或銻為摻雜劑。采用磷摻雜劑，可以制取電阻率為0.5～150Ω.cm的N型直拉硅單晶。由于磷在硅中的分凝系數為0.35，在直拉工藝中，隨著晶錠的增長，其下部軸向電阻率逐漸下降，晶錠上下部電阻率差異較大，制成的硅單晶合格率低，當要求軸向電阻率均勻度在20%以下時，其成品率一般為15%以下。采用銻摻雜劑，可獲得電阻率為0.05～0.005Ω·cm的重摻雜N型直拉硅單晶，但無法提供電阻率為0.5～150Ω·cm的N型直拉硅單晶。

近年來人們采用中子嬗變摻雜工藝制備摻雜硅單晶，該工藝僅對區熔硅單晶摻雜，稱為NTD硅單晶，其電阻率為50～90Ω·cm，軸向電阻率不均勻度大不于15%，硅中的某些不穩定因素同時得到消除，可使器件的性能得到改善，提高器件成品率，如使高壓大功率可控硅SCR器件性能穩定。NTD硅單晶中磷的引入量取決于Si-30的濃度及在穩定輻照密度下輻照處理的時間。若采用直拉硅單晶作中子嬗變輻照處理制取中低阻N型硅單晶，由于直接硅單晶中的氧含量比區熔硅單晶高二個數量級，又需要增加中子輻照通量及處理晶體時間，必將大幅度增加中低阻直拉硅單晶的生產成本。制備電阻率小于50Ω·cmN型硅單晶，采用NTD技術是難以實現的。

《Solid state technology 1983.8》報導了美國Siltec公司提供的連續加料制備中低阻直拉硅單晶的方法，利用兩個爐體生長硅晶體，其中一個爐體用于摻雜、熔化硅多晶，其硅熔液連接輸送到第二個爐體，在第二個爐體上拉晶，控制硅溶液輸送量與硅單晶拉出量間的平衡，可獲得軸向電阻率均勻度好的中低阻硅單晶。但由于技術復雜，至今未能實現工業化生產。

本發明的任務在于提供一種中低阻直拉硅單晶的制備方法，用這一方法可使產品成品率成倍增加。軸向電阻率均勻性顯著提高。

以下敘述本發明的詳細內容：

本方法在直拉工藝中同時摻入磷、銻元素，制備電阻率為0.5～90Ω·cm的N型硅單晶。

摻雜機理：磷的蒸發溫度為280℃，銻為1380℃，常規狀態下，磷的蒸發速率遠大于銻，容易蒸發;摻入到熔硅中的磷和銻，由于它們與硅的親合力不同，銻的蒸發速率遠大于磷。通過控制銻在硅中的蒸發速率，可改善硅單晶軸向電阻率的均勻性。

根據元素蒸發效應公式

-βS/Vt

N＝N₀e

式中 N-蒸發后硅熔體中的雜質濃度

N₀-蒸發前的雜質濃度

β-雜質元素的蒸發速度系數

S-熔體的蒸發面積

V-熔體體積

t-蒸發時間