專利名稱：一種有效提高區(qū)熔硅單晶徑向電阻率均勻性的直拉區(qū)熔氣摻法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)區(qū)熔硅單晶的方法，特別涉及一種有效提高區(qū)熔硅單晶徑向電阻率均勻性的直拉區(qū)熔氣摻法。
背景技術(shù)：
生產(chǎn)非本征區(qū)熔硅單晶現(xiàn)有技術(shù)主要有NTD法、區(qū)熔氣摻法和直拉區(qū)熔法三種。
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。
區(qū)熔氣摻法在生產(chǎn)過程中，通過通入氣態(tài)摻雜劑對區(qū)熔硅單晶進行摻雜。氣態(tài)摻雜劑經(jīng)過氣液相界面將摻雜劑摻入到硅熔體中，進而在硅熔體凝固結(jié)晶后成功將摻雜劑摻入硅單晶中。通過摻雜劑移動路徑可以知道，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，對流較弱，對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。
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越高，凝固的硅晶體電阻率也越來越低。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形成上凹形的等電阻率面，且電阻率逐漸降低。
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。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直拉區(qū)熔法，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。
本發(fā)明是通過這樣的技術(shù)方案實現(xiàn)的一種有效提高區(qū)熔硅單晶徑向電阻率均勻性的直拉區(qū)熔氣摻法，其特征在于，在硅多晶棒的生產(chǎn)時，采用雙石英坩堝法、降壓直拉法獲得軸向和徑向電阻率一致的硅多晶，之后將硅多晶進行機加工并退火后置于區(qū)熔爐內(nèi)， 通過區(qū)熔法進行單晶拉制，若區(qū)熔單晶硅摻雜劑目標(biāo)濃度為CO，則控制硅多晶的尾部摻雜劑濃度為CO，k為摻雜劑偏析系數(shù)；所述方法包括如下步驟1)采用雙石英坩堝直拉法拉制多晶硅棒，使多晶硅整棒濃度均為CO，將多晶硅棒進行滾磨、開槽和削減機加工；2)采用機加工后的多晶硅作為原料，采用區(qū)熔法進行拉晶，區(qū)熔拉晶時，從在擴肩階段，通入定量摻雜氣，摻雜氣可以是磷烷或硼烷；摻雜氣為磷烷時，硅熔體中摻雜劑濃度達到值c0/k=l. 7 X IO14 atom/cm3至6. 5 X 1021atom/cm3范圍之后即停止通入摻雜氣；摻雜氣為硼烷時，硅熔體中摻雜劑濃度達到值c0/k=7. 6X IO13至I. 6X 1021atom/cm3范圍之后即停止通入摻雜氣；3)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；由于結(jié)晶的單晶濃度為cO,則娃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，硅單晶的濃度也穩(wěn)定在CO目標(biāo)值；根據(jù)上述步驟制備獲得的區(qū)熔硅單晶徑向電阻率均勻性達到< 7%。
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均勻一致，且保持階段無需進行氣摻，則硅熔體濃度均勻性非常高，綜上所述，本發(fā)明相比與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為直拉區(qū)熔法拉晶示意圖；圖2為直拉區(qū)熔法，直拉多晶頭部向下時拉晶示意圖；圖3為直拉區(qū)熔法，直拉多晶頭部向上時拉晶示意圖；圖4為直拉法拉制多晶意圖。
其中I為多晶料棒，2為硅熔體，3為區(qū)熔多晶，4為多晶熔化面，5為直拉多晶料棒等電阻率線。
具體實施方式
如圖I至圖4所示，采用雙堝法、或降壓直拉法拉制徑向和軸向電阻率分布一致的硅多晶棒，且摻雜劑濃度為CO。在硅多晶棒的生產(chǎn)時，采用雙石英坩堝法(專利申請?zhí)?01110092539. O)、降壓直拉法 (專利申請?zhí)?01110084578. 6)，獲得軸向電阻率一致的硅多晶。之后將硅多晶進行機加工并退火后置于區(qū)熔爐內(nèi)，通過區(qū)熔法進行單晶拉制。
將多晶棒進行滾磨，刻槽、削尖等機加工后，退火消除其熱應(yīng)力及機械加工應(yīng)力。
將多晶硅棒置于區(qū)熔爐內(nèi)，預(yù)熱、化料，并開始拉晶。
引晶、拉細頸后，降低下軸速度和下軸轉(zhuǎn)速開始擴肩，在擴肩過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)上述說明，結(jié)合本領(lǐng)域技術(shù)可實現(xiàn)本發(fā)明的方案。
權(quán)利要求
1.一種有效提高區(qū)熔硅單晶徑向電阻率均勻性的直拉區(qū)熔氣摻法，其特征在于，在硅多晶棒的生產(chǎn)時，采用雙石英坩堝法、降壓直拉法獲得軸向和徑向電阻率一致的硅多晶，之后將硅多晶進行機加工并退火后置于區(qū)熔爐內(nèi)，通過區(qū)熔法進行單晶拉制，若區(qū)熔單晶硅摻雜劑目標(biāo)濃度為cO,則控制娃多晶的尾部摻雜劑濃度為cO, k為摻雜劑偏析系數(shù)；所述方法包括如下步驟1)采用雙石英坩堝直拉法拉制多晶硅棒，使多晶硅整棒濃度均為CO，將多晶硅棒進行滾磨、開槽和削減機加工；2)采用機加工后的多晶硅作為原料，采用區(qū)熔法進行拉晶，區(qū)熔拉晶時，從在擴肩階段，通入定量摻雜氣，摻雜氣可以是磷烷或硼烷；摻雜氣為磷烷時，硅熔體中摻雜劑濃度達到值c0/k=l. 7 X IO14 atom/cm3至6. 5 X 1021atom/cm3范圍之后即停止通入摻雜氣；摻雜氣為硼烷時，硅熔體中摻雜劑濃度達到值c0/k=7. 6X IO13至I. 6X 1021atom/cm3范圍之后即停止通入摻雜氣；3)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；由于結(jié)晶的單晶濃度為cO,則娃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，硅單晶的濃度也穩(wěn)定在CO目標(biāo)值；根據(jù)上述步驟制備獲得的區(qū)熔硅單晶徑向電阻率均勻性達到< 7%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種有效提高區(qū)熔硅單晶徑向電阻率均勻性的直拉區(qū)熔氣摻法，在硅多晶棒的生產(chǎn)時，采用雙石英坩堝法、降壓直拉法獲得軸向電阻率一致的硅多晶，之后將硅多晶進行機加工并退火后置于區(qū)熔爐內(nèi)，通過區(qū)熔法進行單晶拉制，若區(qū)熔單晶硅摻雜劑目標(biāo)濃度為c0，則控制硅多晶的尾部摻雜劑濃度為c0，k為摻雜劑偏析系數(shù)；由于本發(fā)明的多晶料棒的摻雜劑濃度均勻一致，且保持階段無需進行氣摻，則硅熔體濃度均勻性非常高，綜上所述，本發(fā)明相比與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C30B29/06GK102534753SQ20121005975
公開日2012年7月4日 申請日期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, 徐強, 李建宏, 沈浩平, 王彥君, 菅瑞娟 申請人:天津市環(huán)歐半導(dǎo)體材料技術(shù)有限公司