CN1109778C - 直拉硅单晶生长的重掺杂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直拉硅单晶生长的重掺杂方法。其步骤如下：1)用高纯硅做成“伞形”掺杂器，“伞柄”即为籽晶；2)将“伞形”掺杂器倒夹在籽晶夹头上；3)掺杂剂倒入掺杂器内；4)待多晶硅熔化后，下降籽晶，使掺杂器浸入硅熔体内。本发明是通过掺杂器缓慢地进入熔硅内，避免了掺杂剂骤热而引起的***，使掺入量能得到更好的控制，同时保证单晶炉膛干净，有利于单晶生长。进行重掺磷、重掺砷和重掺锑硅单晶的生长，有显著的经济效益。
Description
本发明涉及一种直拉硅单晶生长的重掺杂方法。
随着半导体器件的不断发展，用重掺硅单晶片做衬底生长的外延片需求量越来越大。但是用直拉法生长重掺硅单晶，存在着许多与轻掺单晶硅不同的问题。特别是掺杂，它是重掺硅单晶生长的关键技术。
重掺硅单晶生长的掺杂一般都采用元素掺杂法。由于硅单晶一直朝着大直径方向发展，单炉投料量越来越大，这使得掺杂量亦越来越大，从几克到几十克甚至几百克都有。而掺杂用的四种杂质(磷、砷、锑和硼)除了硼可以在装料时直接装入外，其余三种元素因为熔点低、挥发性大等原因，不能在装料时直接装入，必须等多晶硅熔化后才能投入。传统的方法是在单晶炉上设计一掺杂勺，等多晶硅熔化后，用掺杂勺倒入。这一方法的缺点是预先装在掺杂勺上的掺杂剂受炉膛内高温的影响，很易蒸发，加上掺杂勺离熔硅液面有一定的高度，掺杂剂倒入时极易形成***。这样的蒸发和***不但使掺杂剂的掺入量难于控制，而且污染了炉内环境，直接影响单晶生长。再者，单晶炉上设计一掺杂勺增加了漏气点，对单晶质量造成不利的影响。特别是，当掺杂量达到几百克时，该掺杂方法几乎不能用。
日本公开特许号JP59,156,993(84,156,993)报道了“直拉法生长硅晶体的掺锑方法”，该方法采用一种装置在低压下使锑熔化并使之慢慢与熔体混合而生长出重掺硅单晶。
另外一个日本公开特许号JP62,153,188(87,153,188)报道了“直拉法制备掺杂硅晶体”。这个专利采用的方法是在籽晶上附着掺杂块，然后将籽晶浸入熔体中，掺杂块随之熔入熔体而实现掺杂。对于重掺锑而言，就是将锑块附着在硅籽晶上，浸入熔体后进行晶体生长。采用这个方法避免了通常所需的在晶体生长中添加锑的问题，而且可以得到掺杂均匀的硅单晶。MOTOROLA公司(Motorola Semiconductor Products Sector，Phoenix，Arizona)。采用气相掺杂法生长重掺磷、砷硅单晶。该方法利用了这两种物质蒸汽压高的特点，将它们盛于石英杯中并用石英钟罩盖住，中间留有空隙，在晶体生长之前置于熔体上方使它们升华，气态的磷或砷会逐渐地溶入硅熔体中。
根据磷、砷、锑这些物质的特点，可以认为上述两个日本专利对于重掺磷、砷是不合适的，因为这两种物质不存在熔化一说，在较高的温度下直接升华。而气相掺杂法对重掺锑显然是不可能的，因为锑不可能升华。
本发明的目的是提供一种直拉硅单晶生长的重掺杂方法。
为了达到上述目的本发明采取下列措施：
直拉硅单晶生长的重掺杂方法的步骤如下：
1)用高纯硅做成“伞形”掺杂器，“伞柄”即为籽晶；
2)将“伞形”掺杂器倒夹在籽晶夹头上；
3)掺杂剂倒入掺杂器内；
4)待多晶硅熔化后，下降籽晶，使掺杂器浸入熔化在熔体内。
本发明是通过掺杂器缓慢地进入熔硅内，避免了掺杂剂骤热而引起的***，使掺入量能得到更好的控制，同时保证单晶炉膛干净，有利于单晶生长。实践证明，进行重掺磷、重掺砷和重掺锑硅单晶的生长，有显著的经济效益。
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
附图是“伞形”掺杂器结构示意图。
直拉硅单晶生长的重掺杂方法的步骤如下：
1)用高纯硅做成“伞形”掺杂器，“伞柄”即为籽晶1；
2)将“伞形”掺杂器倒夹在籽晶夹头上；
3)掺杂剂倒入掺杂器2内；
4)待多晶硅熔化后，下降籽晶，使掺杂器浸入硅熔体内。(浸入时适当降低熔体温度，增大炉内压力至40torr以上)
实施例1
在CG3000型单晶炉上，用10英寸热场，10公斤多晶硅投料用该方法重掺杂如下：1)用高纯硅做成“伞形”掺杂器，“伞柄”即为籽晶；2)将直径100毫米“伞形”掺杂器倒夹在籽晶夹头上；3)把磷40克倒入掺杂器内；4)待多晶硅熔化后，下降籽晶，使掺杂器浸入硅熔体内。重掺磷硅单晶 3”、4”电阻率0.001——0.0007Ω.cm
目标电阻率偏差＜5％
实施例2
在CG3000型单晶炉上，用10英寸热场，10公斤多晶硅投料用该方法重掺杂如下：1)用高纯硅做成“伞形”掺杂器，“伞柄”即为籽晶；2)将100毫米“i伞形”掺杂器倒夹在籽晶夹头上；3)把30克砷倒入掺杂器内；4)待多晶硅熔化后，下降籽晶，使掺杂器浸入硅熔体内。重掺砷硅单晶 3”、4”电阻率0.004——0.002Ω.cm
目标电阻率偏差＜10％
实施例3
在CG3000型单晶炉上，用10英寸热场，10公斤多晶硅投料用该方法重掺杂如下：1)用高纯硅做成“伞形”掺杂器，“伞柄”即为籽晶；2)将100毫米“伞形”掺杂器倒夹在籽晶夹头上；3)把59克锑倒入掺杂器内；4)待多晶硅熔化后，下降籽晶，使掺杂器浸入硅熔体内。重掺锑硅单晶 3”、4”电阻率＜0.02Ω.cm
目标电阻率偏差＜5％
Claims (2)
1.一种直拉硅单晶生长的重掺杂方法，其特征在于，其步骤如下：
1)用高纯硅做成“伞形”掺杂器，“伞柄”即为籽晶[1]；
2)将“伞形”掺杂器倒夹在籽晶夹头上；
3)掺杂剂倒入掺杂器[2]内；
4)待多晶硅熔化后，下降籽晶，使掺杂器浸入硅熔体内。
2.根据权利要求1所述的一种直拉硅单晶生长的重掺杂方法，其特征在于，所说的掺杂剂为：磷、砷和锑。
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