專(zhuān)利名稱(chēng)：一種制備區(qū)熔硅單晶的鑄造區(qū)熔氣摻法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種區(qū)熔硅單晶的制備方法，特別涉及一種制備區(qū)熔硅單晶的鑄造區(qū)熔氣摻法。
背景技術(shù)：
目前，現(xiàn)有技術(shù)中生產(chǎn)非本征區(qū)熔硅單晶的工藝主要有NTD法、區(qū)熔氣摻法和直拉區(qū)熔法三種。其一，NTD中子輻照法生產(chǎn)的區(qū)熔硅單晶電阻率均勻性最高，但成本較大， 生產(chǎn)周期長(zhǎng)。其二，區(qū)熔氣摻法在生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)通入摻雜氣對(duì)區(qū)熔硅單晶進(jìn)行摻雜。摻雜氣(磷烷或硼烷)是固態(tài)摻雜劑磷或硼的氫化物，高溫時(shí)受熱分解為氫氣和相應(yīng)固態(tài)摻雜劑。在氣摻法拉制區(qū)熔硅單晶時(shí)，向爐室通入摻雜氣，摻雜氣在熔區(qū)附近高溫處分解，分解生成的摻雜劑進(jìn)入到硅熔體中從而起到摻雜目的，生成的氫氣則分散在爐室內(nèi)。這就是區(qū)熔氣摻法摻雜的原理。
摻雜氣經(jīng)過(guò)氣液相界面將摻雜劑摻入到硅熔體中，進(jìn)而在硅熔體凝固結(jié)晶后成功將摻雜劑摻入硅單晶中。通過(guò)摻雜劑移動(dòng)路徑可以知道，熔體表面的摻雜劑濃度較高，而熔體內(nèi)部摻雜劑濃度較低。而且由于區(qū)熔法中，硅熔體的體積較小，對(duì)流較弱，對(duì)摻雜劑的攪拌作用非常弱，最終導(dǎo)致區(qū)熔硅單晶中摻雜劑分布不均，這也是導(dǎo)致區(qū)熔硅單晶徑向電阻率不均勻的主要原因之一。
其三，直拉區(qū)熔法，首先采用直拉法拉制硅多晶棒，摻雜劑在直拉階段通過(guò)常規(guī)摻雜方式摻入到多晶硅棒中。隨著硅熔體不斷凝固結(jié)晶，受偏析作用的影響，硅熔體中摻雜劑濃度也越來(lái)越高，凝固的硅晶體電阻率也越來(lái)越低。又由于硅晶棒中心散熱慢，邊緣散熱快，因而其固液界面為上凹形，這樣在多晶硅棒中會(huì)形成上凹形的等電阻率面，且電阻率逐漸降低。
區(qū)熔硅單晶在區(qū)熔法拉制階段，若多晶硅棒頭部向下，在多晶硅棒的化料界面上， 熔化的硅熔體電阻率較為接近，則為硅單晶生長(zhǎng)提供的硅熔體電阻率較為均勻。但是由于多晶硅棒本身軸向電阻率不均勻，再加上偏析作用的影響，拉制的區(qū)熔硅單晶軸向電阻率梯度很大。同樣，區(qū)熔硅單晶中心散熱慢，邊緣散熱快，其固液界面為下凹形，所以區(qū)熔硅單晶的等電阻率面為下凹形。較大的軸向電阻率梯度導(dǎo)致硅片中心電阻率和邊緣電阻率相差較大，因而大大降低了區(qū)熔硅單晶的徑向電阻率均勻性。
在區(qū)熔法拉制階段，若多晶硅棒頭部向上，由于硅多晶本身軸向電阻率分布的影響以及偏析現(xiàn)象的影響，雖然所拉制的區(qū)熔硅單晶軸向電阻率分布比頭部向下時(shí)有所改善，但是仍然不能得到有效控制。其次多晶硅棒熔化界面處熔化的硅熔體，其電阻率差別較大，在不能得到有效熔體對(duì)流作用下，熔體電阻率較為不均勻，最終也降低了區(qū)熔硅單晶的徑向電阻率均勻性。
綜上所述方法現(xiàn)有的工藝方法均存在不足之處，有待于改進(jìn)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種有效提高區(qū)熔硅單晶徑向電阻率均勻性的方法。
本發(fā)明是通過(guò)這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種制備區(qū)熔硅單晶的鑄造區(qū)熔氣摻法， 其特征在于，采用鑄造法制備多晶硅，之后對(duì)多晶硅進(jìn)行切方、滾磨、開(kāi)槽和開(kāi)圓錐機(jī)加工， 以加工后的多晶硅棒作為區(qū)熔硅單晶原料，采用區(qū)熔氣摻法進(jìn)行拉晶，且在開(kāi)始拉晶時(shí)通入定量的摻雜氣，摻雜氣可以是磷烷或硼烷。摻雜氣為磷烷時(shí)，硅熔體中摻雜劑濃度達(dá)到值 c0/k=l. 7X IO14 atom/cm3至6. 5X 1021atom/cm3范圍之后即停止通入摻雜氣；摻雜氣為硼燒時(shí)，硅熔體中摻雜劑濃度達(dá)到值c0/k=7. 6X IO13到I. 6X 1021atom/cm3范圍之后即停止通入摻雜氣；若區(qū)熔單晶硅摻雜劑目標(biāo)濃度為CO則控制硅多晶的摻雜劑平均濃度值為c0，k為摻雜劑偏析系數(shù)；所述方法包括如下步驟a)采用鑄造法制備多晶硅，然后對(duì)多晶硅進(jìn)行切方、滾磨、開(kāi)槽和開(kāi)圓錐機(jī)加工；b)以機(jī)加工后制得的多晶硅棒為原料，采用區(qū)熔氣摻法進(jìn)行拉晶，通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)，控制多晶硅棒橫截面摻雜劑濃度均為初始濃度CO ;區(qū)熔拉晶時(shí)，從擴(kuò)肩階段開(kāi)始通入定量摻雜氣，通過(guò)現(xiàn)有氣摻技術(shù)，在保持階段使得硅熔體中摻雜劑的濃度值達(dá)到c0/k，之后停止通入摻雜氣；c)保持階段，假設(shè)結(jié)晶體積為V0，則流入的新熔體體積為V0，硅熔體體積恒定不變， 結(jié)晶的硅單晶中摻雜劑濃度為CO，則硅熔體摻雜劑減少量為c0*V0，而新增加的摻雜劑為 c0*V0，摻雜劑總量不變，最終，硅熔體摻雜劑濃度維持在cO/k，使硅單晶的濃度也穩(wěn)定在 CO這一目標(biāo)值；根據(jù)上述步驟制備獲得的區(qū)熔硅單晶軸向及徑向電阻率均勻性達(dá)到RRV < 8%。
本發(fā)明的有益效果是由于本發(fā)明的多晶料棒的摻雜劑濃度較為均勻，且保持階段無(wú)需進(jìn)行氣摻，則硅熔體濃度均勻性非常高，有效提高了區(qū)熔單晶徑向電阻率的均勻性； 相比與NTD法，成本較低，且生產(chǎn)周期較短；與區(qū)熔氣摻法和直拉區(qū)熔法相比，徑向電阻率均勻性得到了有效提高。


圖I、為鑄造區(qū)熔氣摻法示意圖；圖2、為鑄造法制備多晶意圖；圖3、為多晶硅切割方式示意圖。
圖中1為多晶料棒，2為硅熔體，3為區(qū)熔單晶，4為多晶熔化面。
具體實(shí)施方式
如圖I至圖3所示，采用鑄造法制備多晶硅，之后對(duì)多晶硅進(jìn)行切方、滾磨、開(kāi)槽和開(kāi)圓錐機(jī)加工，以加工后的多晶硅棒作為區(qū)熔硅單晶原料，采用區(qū)熔氣摻法進(jìn)行拉晶，如圖2所示，由于多晶鑄錠時(shí)固液界面近似為平面，所以同一平面硅多晶摻雜劑濃度一致。按照?qǐng)D3的方法進(jìn)行切方后，每個(gè)多晶棒的軸線(xiàn)電阻率都是一致的。
引晶、拉細(xì)頸后，降低下軸速度和下軸轉(zhuǎn)速開(kāi)始擴(kuò)肩，在擴(kuò)肩過(guò)程中及等徑保持初期通入摻雜氣體，使硅熔體中摻雜劑濃度為cO/k，等徑保持之后停止通入摻雜氣，這樣可以保證硅單晶摻雜劑濃度為CO。
根據(jù)上述說(shuō)明，結(jié)合本領(lǐng)域技術(shù)可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方案。
權(quán)利要求
I.一種制備區(qū)熔硅單晶的鑄造區(qū)熔氣摻法，其特征在于，采用鑄造法制備多晶硅， 之后對(duì)多晶硅進(jìn)行切方、滾磨、開(kāi)槽和開(kāi)圓錐機(jī)加工，以加工后的多晶硅棒作為區(qū)熔硅單晶原料，采用區(qū)熔氣摻法進(jìn)行拉晶，且在開(kāi)始拉晶時(shí)通入定量的摻雜氣，摻雜氣可以是磷烷或硼烷；摻雜氣為磷烷時(shí)，硅熔體中摻雜劑濃度達(dá)到值c0/k=l. 7X1014 atom/cm3至6.5X 1021atom/cm3范圍之后即停止通入摻雜氣；摻雜氣為硼烷時(shí)，硅熔體中摻雜劑濃度達(dá)到值(30/1^=7.6\1013到I. 6X1021atom/cm3范圍之后即停止通入摻雜氣；若區(qū)熔單晶硅摻雜劑目標(biāo)濃度為CO則控制硅多晶的摻雜劑平均濃度值為cO，k為摻雜劑偏析系數(shù)；所述方法包括如下步驟a)采用鑄造法制備多晶硅，然后對(duì)多晶硅進(jìn)行切方、滾磨、開(kāi)槽和開(kāi)圓錐機(jī)加工；b)以機(jī)加工后制得的多晶硅棒為原料，采用區(qū)熔氣摻法進(jìn)行拉晶，通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)，控制多晶硅棒橫截面摻雜劑濃度均為初始濃度CO ;區(qū)熔拉晶時(shí)，從擴(kuò)肩階段開(kāi)始通入定量摻雜氣，通過(guò)現(xiàn)有氣摻技術(shù)，在保持階段使得硅熔體中摻雜劑的濃度值達(dá)到c0/k，之后停止通入摻雜氣；c)保持階段，假設(shè)結(jié)晶體積為V0，則流入的新熔體體積為V0，硅熔體體積恒定不變， 結(jié)晶的硅單晶中摻雜劑濃度為CO，則硅熔體摻雜劑減少量為c0*V0，而新增加的摻雜劑為 c0*V0，摻雜劑總量不變，最終，硅熔體摻雜劑濃度維持在cO/k，使硅單晶的濃度也穩(wěn)定在 CO這一目標(biāo)值；根據(jù)上述步驟制備獲得的區(qū)熔硅單晶軸向及徑向電阻率均勻性達(dá)到RRV < 8%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備區(qū)熔硅單晶的鑄造區(qū)熔氣摻法，首先采用鑄造法制備多晶硅，之后對(duì)多晶硅進(jìn)行切方、滾磨、開(kāi)槽和開(kāi)圓錐機(jī)加工，以加工后的多晶硅棒作為區(qū)熔硅單晶原料，采用區(qū)熔氣摻法進(jìn)行拉晶，且在開(kāi)始拉晶時(shí)通入定量的摻雜氣后便停止通入摻雜氣；若區(qū)熔單晶硅摻雜劑目標(biāo)濃度為c0，則控制硅多晶的摻雜劑平均濃度為c0，k為摻雜劑偏析系數(shù)；由于多晶料棒的摻雜劑濃度較為均勻，且保持階段無(wú)需進(jìn)行氣摻，則硅熔體濃度均勻性非常高，有效提高了區(qū)熔單晶徑向電阻率的均勻性；相比與NTD法，成本較低，且生產(chǎn)周期較短；與區(qū)熔氣摻法和直拉區(qū)熔法相比，徑向電阻率均勻性得到了有效提高。
文檔編號(hào)C30B13/12GK102534751SQ20121005975
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月8日
發(fā)明者張雪囡, 李建宏, 沈浩平, 王彥君, 高樹(shù)良 申請(qǐng)人:天津市環(huán)歐半導(dǎo)體材料技術(shù)有限公司