一种制造区熔硅单晶的直拉区熔气掺法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102534752A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102534752A(43)申请公布日2012.07.04(21)申请号201210059755.X(22)申请日2012.03.08(71)申请人天津市环欧半导体材料技术有限公司地址300384天津市西青区华苑产业园区（环外）海泰东路12号(72)发明人李建宏菅瑞娟张雪囡徐强王刚汪雨田沈浩平(74)专利代理机构天津中环专利商标代理有限公司12105代理人莫琪(51)Int.Cl.C30B13/12(2006.01)C30B13/28(2006.01)C30B29/06(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书33页页附图附图22页(54)发明名称一种制造区熔硅单晶的直拉区熔气掺法(57)摘要本发明涉及制造区熔硅单晶的直拉区熔气掺法，其特征在于，首先采用直拉法拉制硅多晶，且在拉晶前完成掺杂，然后将硅多晶进行机加工并退火后置于区熔炉内，通过区熔法进行单晶拉制，且在区熔法拉晶过程中通入定量的掺杂气体，掺杂气体通入量逐渐降低或升高；若区熔单晶硅掺杂剂目标浓度为c0，则控制硅多晶的尾部掺杂剂浓度为c0，k为掺杂剂偏析系数；由于本发明的多晶料棒的掺杂剂浓度均匀一致，且保持阶段无需进行气掺，则硅熔体浓度均匀性非常高，综上所述，本发明相比与NTD法，成本较低，且生产周期较短；与区熔气掺法和直拉区熔法相比，有效提高了区熔单晶径向电阻率的均匀性。CN1025347ACN102534752A权利要求书1/1页1.一种制造区熔硅单晶的直拉区熔气掺法，其特征在于，首先采用直拉法拉制硅多晶，且在拉晶前完成掺杂，然后将硅多晶进行机加工并退火后置于区熔炉内，通过区熔法进行单晶拉制，且在区熔法拉晶过程中通入定量的掺杂气体，掺杂气体通入量逐渐降低或升高；若区熔单晶硅掺杂剂目标浓度为c0，则控制硅多晶的尾部掺杂剂浓度为c0，k为掺杂剂偏析系数；所述的掺杂气为磷烷或硼烷，相应的掺杂剂为磷或硼，所述方法包括如下步骤：a)采用采用直拉法拉制多晶硅棒，然后将多晶硅棒进行滚磨、开槽和削减机加工；b)以机加工后制得的多晶硅棒为原料，采用区熔气掺法进行拉晶，采用区熔气掺法进行拉晶，通过现有技术，控制多晶硅棒尾部浓度为c0；区熔拉晶时，从在扩肩阶段，通入定量掺杂气，使得保持时硅熔体部分掺杂剂浓度达到c0/k；掺杂气可以是磷烷或硼烷；掺杂气为磷烷时，硅熔体中掺杂剂浓度达到值c0/k=1.7×1014atom/cm3至6.5×1021atom/cm3范围之后即停止通入掺杂气；掺杂气为硼烷时，硅熔体中掺杂剂浓度达到值c0/k=7.6×1013到1.6×1021atom/cm3范围之后即停止通入掺杂气；之后根据多晶硅棒浓度分布，通入控制气体掺杂量的来控制掺入硅熔体的掺杂剂量，新熔化晶硅熔体中的掺杂剂质量加上气体掺杂量后，使新熔化硅熔体的浓度等于c0；c)保持阶段，假设结晶体积为V0，则流入的新熔体体积为V0，硅熔体体积恒定不变，由于结晶的单晶浓度为c0，则硅熔体掺杂剂减少量为c0*V0，而新增加的掺杂剂为c0*V0，掺杂剂总量不变，最终，硅熔体掺杂剂浓度维持在c0/k，而硅单晶的浓度也稳定在c0目标值；根据上述步骤制备获得的区熔硅单晶轴向及径向电阻率均匀性达到＜8%。2CN102534752A说明书1/3页一种制造区熔硅单晶的直拉区熔气掺法技术领域[0001]本发明涉及一种生产区熔硅单晶的方法，特别涉及一种制造区熔硅单晶的直拉区熔气掺法。背景技术[0002]目前，半导体行业中生产非本征区熔硅单晶的现有技术主要有：NTD法（中子嬗变掺杂）、区熔气掺法和直拉区熔法三种。[0003]NTD（中子嬗变掺杂）法生产的区熔硅单晶电阻率均匀性最高，但成本较大，生产周期长。[0004]区熔气掺法在生产过程中，通过通入掺杂气对区熔硅单晶进行掺杂。掺杂气（磷烷或硼烷）是固态掺杂剂磷或硼的氢化物，高温时受热分解为氢气和相应固态掺杂剂。在气掺法拉制区熔硅单晶时，向炉室通入掺杂气，掺杂气在熔区附近高温处分解，分解生成的掺杂剂进入到硅熔体中从而起到掺杂目的，生成的氢气则分散在炉室内。这就是区熔气掺法掺杂的原理。[0005]掺杂气经过气液相界面将掺杂剂掺入到硅熔体中，进而在硅熔体凝固结晶后成功将掺杂剂掺入硅单晶中。通过掺杂剂移动路径可以知道，熔体表面的掺杂剂浓度较高，而熔体内部掺杂剂浓度较低。而且由于区熔法中，硅熔体的体积较小，对流较弱，对掺杂剂的搅拌作用非常弱，最终导致区熔硅单晶中掺杂剂分布不均，这也是导致区熔硅单晶径向电阻率不均匀的主要原因之一。[0006]直拉区熔法，首先采用直拉法拉制硅多晶棒，掺杂剂在直拉阶段通过常规掺杂方式掺入到多晶硅棒中。随着硅熔体不断凝固结晶，受偏析作用的影响，硅熔