一种氮硅共熔合金及其制造方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种氮硅共熔合金及其制造方法和用途。氮硅共熔合金中总氮浓度为１Ｅ１６－７Ｅ１８原子／立方厘米。该氮硅共熔合金用于直拉单晶制备工艺中的氮的掺杂，在直拉（切克劳斯基法）制造的硅单晶生长方法中，适量氮的加入既不影响长成单晶体，也可以控制晶体中一种称为“ＣＯＰ”或“ｖｏｉｄｓ”缺陷的浓度和大小，这种缺陷是影响集成电路功能的一种主要原因，采用氮硅共熔合金掺杂可使掺杂稳定，缩短熔化时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到一种氮硅共熔合金及其制造方法和生产单晶硅棒工艺中直接 掺杂氮硅共熔合金的掺氮工艺。特别是涉及制造集成电路和其它电子元件半导体 级硅单晶体的方法。
技术介绍
大部份半导体硅单晶体采用切克劳斯基(Czochralski)法制造。在这种方法 中，多晶硅被装进石英埚内，加热熔化，然后，将熔硅略做降温，给予一定的过 冷度，把一支特定晶向的硅单晶体(称做籽晶)与熔体硅接触，通过调整熔体的 温度和籽晶向上提升速度，使籽晶体长大至近目标直径时，提高提升速度，使单 晶体近恒直径生长。在生长过程的尾期，此时埚内的硅熔体尚未完全消失，通过 增加晶体的提升速度和调整向埚的供热量将晶体直径渐渐减小而形成一个尾形 锥体，当锥体的尖足够小时，晶体就会与熔体脱离，从而完成晶体的生长过程。少量的杂质元素(如磷或硼， 一般称为掺杂元素)掺入硅中即可显著地改变 硅的导电性能。 一般情况下，掺入的杂质愈多，硅的电阻率愈低。这也是硅单晶 能得以广泛使用的原因。硅的导电性能分为空穴导电和电子导电，分别称为P 型半导体硅和N型半导体硅。P型硅一般掺入硼(B)元素，而N型硅依其用途 不同分别掺入磷(P)元素、锑(Sb)元素和砷(As)元素。当要求硅单晶体的电 阻率达到很低的值时，就要向熔硅中加入很多的上述某种元素。为了控制生长晶体内的一种称为"COP "或"voids "缺陷的浓度和大小，一 种方法是在硅单晶中掺杂一定量的氮，这也正是本案的主题。以往切克劳斯基法制造的硅单晶所用的氮掺杂方法依其加入方式可分为气 相法和直掺法。气相法是在化完料后，将一定比例的氮氩混合气体充入炉内，控 制混合气体的充入时间，氮在熔硅表面形成氮化硅膜，在经过一定的时间熔解后， 即实现了掺氮的目的。这种方法的缺点是氮可以在硅熔体的上方形成颗粒物， 它们掉下后，可破坏单晶体的生长；另外，氮化硅要经过很长的时间才能被充分 熔解；再一点，即使使用质量流量计，熔硅表面的氮化硅的形成量也有较大的波 动，引起生长出单晶体内的氮的质量波动。直掺法是在装料过程中直接加入氮化硅粉末(可以是它与硅粉的混合物)， 它与硅一起熔化，实现了掺氮的目的。直掺法有两个缺点 一个是掺入的量过少， 称量误差大；二是氮化硅在熔硅中很稳定，要很长的时间才能被充分熔解。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种氮硅共熔合金及其制造方法和用途，在掺氮工艺中 直接采用掺氮硅共熔合金的掺氮工艺，本工艺可使掺杂稳定，缩短熔化时间。为达到上述目的本专利技术采用以下技术方案-氮硅共熔合金中总氮浓度为1E16-7E18原子/立方厘米。制造方法是首先，将高纯氮化硅粉末与多晶硅一起熔化，形成共熔体，然 后让其凝固，然后用氢氟酸去除表面的石英残渣，用纯水将氮硅共熔体清洗干净， 烘干后，用碳化硅工具粉碎它，使用前充分混合，这是高浓度的氮硅合金。硅氮共熔点几乎等于硅的熔点。纯水可用18兆。 附图说明图1是切克劳斯基(直拉)法制造的硅单晶炉的剖视图。 图2是氮化硅和多晶硅在熔化时的示意图。 图3是高浓度的氮硅合金在熔化后的示意图。具体实施例方式在图1中，整个拉晶机构由籽晶1 (一种特定晶向的硅单晶体)、硅熔体13、 石英埚16、石墨埚14、硅单晶棒3、上盖板4、热屏20、晶体生长室8、尾气出 口9、保温材料5、下保温IO、中轴ll、底保温12、测温孔6、主发热体7组成。操作的顺序是这样的先将石英埚放入石墨埚支持器内，把多晶硅材料放入 石英埚内，装上特定晶向的籽晶，合上炉室，并抽真空，然后加热使硅熔化，等 硅完全熔化后，逐步降至熔硅的温度至硅的熔点附近。让石英埚和籽晶反向旋转， 将硅籽晶慢慢下降，并与熔硅接触，然后以一定的速度向上提升籽晶，此过程的 目的主要是消除籽晶中因热冲击形成的位错缺陷。待籽晶提升到一定长度时，将 提升速度减慢，同时略降低熔体的温度，使籽晶直径加大，当籽晶直径增大到比 目标直径约低IO毫米左右时，增加提升速度，使晶体近乎等直径生长。在石英 埚内存储硅料不多时，再提高提升速度，同时适当增加加热的功率，使晶体直径变化至一个倒锥形，当锥尖足够小时，它会脱离硅熔体，这时晶体的生长过程结 束。等晶体冷却到近乎室温时，可将晶体取下。图1、图2中，部件21是高纯度的多晶硅，可以是块状的，也可以是粒状的。 部件22是作为掺杂元素源的氮化硅粉未。部件23是氮硅共熔合金。 实施例1在直径为356毫米的石英埚内，分别加入氮化硅和多晶硅分别为1克和45000 克，熔化完成后，将多晶冷却，取样测得多晶硅内的氮浓度为7E17原子/立方 厘米。 实施例2在直径为254毫米的石英埚内，分别加入氮化硅和多晶硅分别24毫克和 10000克，熔化完成后，将多晶冷却，取样测得多晶硅内的氮浓度为7E16原子 /立方厘米。 实施例3具体的氮硅共熔合金的制作方法描述如下在拉晶用的热场上，先将石英埚 装入石墨埚内，将一定量的氮化硅粉未放入石英埚底上，然后加入多晶硅，通入 氩气，同时用泵抽，保持炉子内部的压力为4一50托，加功率熔化多晶硅直到化 完，保持加热功率，直到氮化硅粉末全化完。然后分I一IO次将加热功率降为0, 冷却几个小时后，将埚底多晶硅连同粘着的石英一并取出。再用氢氟酸将石英除 去。取多晶块测里面的氮含量。然后破碎这种多晶硅，并将它清洗干净。这就是 含氮的多晶硅掺杂剂(即氮硅共熔合金)。 实施例4在直径为356毫米的石英埚内，加入多晶硅30KG和浓度为此2E16的氮硅 合金2KG, —起加热熔化，正常化料完成后，下<100>晶向的籽晶，縮颈、放 肩、等直径生长一次成功，没有发生晶体结构损坏的情况，说明这种氮硅掺杂剂 非常容易熔化，对单晶硅的生长无不利的影响。它的熔化过程与正常的多晶硅化 料完全相同，不需要额外增加时间。所长出的硅单晶的生长时间、单晶合格率与 常规工艺相同。在直拉单晶拉制过程中，掺氮单晶硅的操作条件与常规的单晶硅操作条件完 全相同。权利要求1、一种氮硅共熔合金，其特征在于所述的氮硅共熔合金中总氮浓度为1E16-7E18原子/立方厘米。2、 一种制造权利要求1所述的氮硅共熔合金的方法，其特征在于氮化硅和多晶硅一起熔化并形成共熔合金，凝固，用氢氟酸去除石英残渣；用纯水清洗； 烘干；然后用碳化硅的工具对其破碎处理。3、 根据权利要求2所述的氮硅共熔合金的方法，其特征在于所述的氮化硅和多晶硅的用量的重量比为分别为(0.01-1) : (4000-50000)。4、 一种用于直拉法制造的硅单晶生长中的氮掺杂方法，其特征在于；将权利要求l的氮硅共熔合金与多晶硅一起熔化，氮熔入硅流体中。全文摘要本专利技术涉及一种氮硅共熔合金及其制造方法和用途。氮硅共熔合金中总氮浓度为1E16-7E18原子/立方厘米。该氮硅共熔合金用于直拉单晶制备工艺中的氮的掺杂，在直拉(切克劳斯基法)制造的硅单晶生长方法中，适量氮的加入既不影响长成单晶体，也可以控制晶体中一种称为“COP“或“voids“缺陷的浓度和大小，这种缺陷是影响集成电路功能的一种主要原因，采用氮硅共熔合金掺杂可使掺杂稳定，缩短熔化时间。文档编号C30B15/04GK101338449SQ20071011851公开日2009年1月7日 申请日期2007年7月6日 优先权日2007年7月6日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮硅共熔合金，其特征在于：所述的氮硅共熔合金中总氮浓度为１Ｅ１６－７Ｅ１８原子／立方厘米。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴小林，韩海健，吴志强，崔彬，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，有研半导体材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]