一种重掺砷大直径低阻硅单晶的拉制方法技术

本发明专利技术公开了一种重掺砷大直径低阻硅单晶的拉制方法，等径过程中炉内压力变化如下：(1)等径前期：炉内压力保持为75

【技术实现步骤摘要】
一种重掺砷大直径低阻硅单晶的拉制方法


[0001]本专利技术涉及一种重掺砷大直径低阻硅单晶的拉制方法，属于直拉硅单晶生长


技术介绍

[0002]21世纪是全球信息化迅猛发展的时代，集成电路(IC)产业正是信息化发展的基石，因此，半导体硅单晶需求逐渐走高。鉴于重掺砷单晶较低的电阻率及一些独有的特性，将其用于外延衬底材料可以有效解决集成电路中的闩锁效应(Latch
‑
up)和α粒子引起的软失效(Soft
‑
error)，重掺砷硅衬底片正日益收到器件厂家的青睐。如今在市场上，6英寸、8英寸的重掺砷单晶的拉制技术已经趋于成熟，大直径的硅片逐渐进入人们的视野，硅片的直径更大，器件的线宽更小，其更加符合人们的需求。相应的，为了降低功率器件的损耗，低阻半导体也是非常受欢迎的。
[0003]因此，有必要研究一种重掺砷大直径低阻硅单晶的拉制方法来解决大直径砷单晶等径卡、电阻率高的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种重掺砷大直径低阻硅单晶的拉制方法，有效解决大直径砷单晶等径卡、电阻率高的问题，提高单晶成晶率，获得完好的大直径低阻硅单晶。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种重掺砷大直径低阻硅单晶的拉制方法，其中，
[0007]等径过程中炉内压力变化如下：
[0008](1)等径前期：炉内压力保持为75
‑
105Torr之间某一值不变或由75
‑r/>105Torr均匀升高到90
‑
160Torr；
[0009](2)等径中期：从等径前期的炉内压力均匀下降到65
‑
85Torr或维持在等径前期的炉内压力不变；
[0010](3)等径后期：维持在等径中期的炉内压力不变或从等径中期的炉内压力均匀下降到50
‑
75Torr后再维持压力不变；
[0011]晶体拉速的变化如下：
[0012](1)等径前期：晶体拉速从45
‑
65mm/hr均匀降到25
‑
40mm/hr；
[0013](2)等径中期和等径后期：晶体拉速保持在等径前期的最低拉速不变。
[0014]作为本专利技术的一种优选方案，在所述重掺砷大直径低阻硅单晶的拉制方法中，等径过程中炉内压力变化如下：
[0015](1)等径前期：炉内压力保持75
‑
105Torr之间某一值不变；
[0016](2)等径中期：将炉内压力均匀下降到65
‑
85Torr；
[0017](3)等径后期：维持炉内压力不变。
[0018]晶体拉速的变化如下：
[0019](1)等径前期：晶体拉速从45
‑
65mm/hr均匀降到25
‑
40mm/hr；
[0020](2)等径中期和等径后期：晶体拉速保持在等径前期的最低拉速不变。
[0021]作为本专利技术的另一种优选方案，在所述重掺砷大直径低阻硅单晶的拉制方法中，等径过程中炉内压力变化如下：
[0022](1)等径前期：炉内压力由75
‑
105Torr均匀升高到90
‑
160Torr；
[0023](2)等径中期：将炉内压力维持在等径前期达到的最高压力；
[0024](3)等径后期：从最高压力均匀下降到50
‑
75Torr后维持不变。
[0025]晶体拉速的变化如下：
[0026](1)等径前期：晶体拉速45
‑
65mm/hr均匀降到25
‑
40mm/hr；
[0027](2)等径中期和等径后期：晶体拉速保持在等径前期的最低拉速不变。
[0028]在本专利技术中，所谓的大直径指的是12英寸以上的硅单晶，主要涉及的是12英寸的硅单晶，其拉制直径为309
±
2mm。所谓的低电阻指的是硅单晶的电阻率低于4mΩ
·
cm。
[0029]在本专利技术中，等径前期指的是硅单晶长度在0
‑
300mm范围的阶段；等径中期指的是硅单晶长度在100
‑
500mm范围的阶段；等径后期指的是硅单晶长度在400
‑
600mm范围的阶段。但是，等径前期、中期、后期只是代表的等径过程中的某一阶段，因此，前、中、后期长度范围可能会有交叉。
[0030]在本专利技术中，所使用的掺杂钟罩的容量为：2800cm3‑
4300cm3；所使用的掺杂料杯的容量为：250cm3‑
600cm3。
[0031]本专利技术的优点在于：
[0032]本专利技术通过控制不同等径长度处的炉内压力和拉速，能够防止等径后期因分凝现象导致后期砷杂质浓度变大，从而防止等径卡，提高单晶成晶率，进而获得完好的大直径低阻硅单晶，满足社会需求。
[0033]另外，本专利技术通过选用易于获取且合适的掺杂钟罩和料杯，提高掺杂效率，降低单晶电阻率。
附图说明
[0034]图1为掺杂所用的钟罩和料杯图。
[0035]图2为不同条件下拉制的重掺砷硅单晶电阻率分布图。
具体实施方式
[0036]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0037]在以下实施例中，重掺砷大直径低阻硅单晶采用直拉法拉制，整个拉制过程包括抽空、检漏、压力化和熔料、稳定、掺杂、引晶、放肩、转肩、等径、收尾、停炉、氧化、取晶等工序步骤。各工序步骤都是公知的拉制硅单晶的操作流程。
[0038]其中，单晶生长实验选用浙江晶盛机电股份有限公司生产的110B直拉型硅单晶炉，此单晶炉安装24寸热场，采用大口径热屏，最大投料量140kg，其中掺杂剂的量为800g
‑
1500g。实验生长的硅单晶为N型，晶向＜100>，目标直径12英寸，电阻率低于4mΩ
·
cm。
[0039]在以下实施例中掺杂所用的钟罩1和料杯2的结构如图1所示。钟罩1由三部分组成，主要为掺杂挂钩环11、挂料杯勾12、圆柱形掺杂剂挥发部分13；料杯2由两部分组成，主
要为挂料杯弧21和盛放掺杂剂杯22。
[0040]以下仅就本专利技术技术方案所涉及的改进点通过实施例进行具体体现，省略单晶拉直过程中的其他操作过程及相关参数控制的说明。
[0041]实施例1
[0042]本实施例1中砷掺杂剂的量为900g。选择大钟罩和大料杯进行一次掺杂作业。
[0043]其中，大钟罩和大料杯的具体尺寸为：圆柱形掺杂剂挥发部分底部直径20cm、高25cm，其容量为7854cm3；盛放掺杂剂杯的底部直径12cm，高12cm，其容量为1357cm3。
[0044]等径过程中炉内压力变化如下：
[0045](1)等径前期：炉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种重掺砷大直径低阻硅单晶的拉制方法，其特征在于，等径过程中炉内压力变化如下：(1)等径前期：炉内压力保持为75
‑
105Torr之间某一值不变或由75
‑
105Torr均匀升高到90
‑
160Torr；(2)等径中期：从等径前期的炉内压力均匀下降到65
‑
85Torr或维持在等径前期的炉内压力不变；(3)等径后期：维持在等径中期的炉内压力不变或从等径中期的炉内压力均匀下降到50
‑
75Torr后再维持压力不变；晶体拉速的变化如下：(1)等径前期：晶体拉速从45
‑
65mm/hr均匀降到25
‑
40mm/hr；(2)等径中期和等径后期：晶体拉速保持在等径前期的最低拉速不变。2.根据权利要求1所述的重掺砷大直径低阻硅单晶的拉制方法，其特征在于，等径过程中炉内压力变化如下：(1)等径前期：炉内压力保持75
‑
105Torr之间某一值不变；(2)等径中期：将炉内压力均匀下降到65
‑
85Torr；(3)等径后期：维持炉内压力不变。晶体拉速的变化如下：(1)等径前期：晶体拉速从45
‑
65mm/hr均匀降到25
‑
40mm/hr；(2)等...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯磊，李英涛，王万华，皮小争，方峰，崔彬，
申请(专利权)人：有研半导体硅材料股份公司，
类型：发明
国别省市：