專利名稱：直拉硅單晶生長的重摻雜方法
技術領域：
本發明涉及一種直拉硅單晶生長的重摻雜方法。
隨著半導體器件的不斷發展，用重摻硅單晶片做襯底生長的外延片需求量越來越大。但是用直拉法生長重摻硅單晶，存在著許多與輕摻單晶硅不同的問題。特別是摻雜，它是重摻硅單晶生長的關鍵技術。
重摻硅單晶生長的摻雜一般都采用元素摻雜法。由于硅單晶一直朝著大直徑方向發展，單爐投料量越來越大，這使得摻雜量亦越來越大，從幾克到幾十克甚至幾百克都有。而摻雜用的四種雜質(磷、砷、銻和硼)除了硼可以在裝料時直接裝入外，其余三種元素因為熔點低、揮發性大等原因，不能在裝料時直接裝入，必須等多晶硅熔化后才能投入。傳統的方法是在單晶爐上設計一摻雜勺，等多晶硅熔化后，用摻雜勺倒入。這一方法的缺點是預先裝在摻雜勺上的摻雜劑受爐膛內高溫的影響，很易蒸發，加上摻雜勺離熔硅液面有一定的高度，摻雜劑倒入時極易形成爆炸。這樣的蒸發和爆炸不但使摻雜劑的摻入量難于控制，而且污染了爐內環境，直接影響單晶生長。再者，單晶爐上設計一摻雜勺增加了漏氣點，對單晶質量造成不利的影響。特別是，當摻雜量達到幾百克時，該摻雜方法幾乎不能用。
日本公開特許號JP59,156,993(84,156,993)報道了“直拉法生長硅晶體的摻銻方法”，該方法采用一種裝置在低壓下使銻熔化并使之慢慢與熔體混合而生長出重摻硅單晶。
另外一個日本公開特許號JP62,153,188(87,153,188)報道了“直拉法制備摻雜硅晶體”。這個專利采用的方法是在籽晶上附著摻雜塊，然后將籽晶浸入熔體中，摻雜塊隨之熔入熔體而實現摻雜。對于重摻銻而言，就是將銻塊附著在硅籽晶上，浸入熔體后進行晶體生長。采用這個方法避免了通常所需的在晶體生長中添加銻的問題，而且可以得到摻雜均勻的硅單晶。MOTOROLA公司(Motorola Semiconductor Products Sector，Phoenix，Arizona)。采用氣相摻雜法生長重摻磷、砷硅單晶。該方法利用了這兩種物質蒸汽壓高的特點，將它們盛于石英杯中并用石英鐘罩蓋住，中間留有空隙，在晶體生長之前置于熔體上方使它們升華，氣態的磷或砷會逐漸地溶入硅熔體中。
根據磷、砷、銻這些物質的特點，可以認為上述兩個日本專利對于重摻磷、砷是不合適的，因為這兩種物質不存在熔化一說，在較高的溫度下直接升華。而氣相摻雜法對重摻銻顯然是不可能的，因為銻不可能升華。
本發明的目的是提供一種直拉硅單晶生長的重摻雜方法。
為了達到上述目的本發明采取下列措施直拉硅單晶生長的重摻雜方法的步驟如下1)用高純硅做成“傘形”摻雜器，“傘柄”即為籽晶；2)將“傘形”摻雜器倒夾在籽晶夾頭上；3)摻雜劑倒入摻雜器內；4)待多晶硅熔化后，下降籽晶，使摻雜器浸入熔化在熔體內。
本發明是通過摻雜器緩慢地進入熔硅內，避免了摻雜劑驟熱而引起的爆炸，使摻入量能得到更好的控制，同時保證單晶爐膛干凈，有利于單晶生長。實踐證明，進行重摻磷、重摻砷和重摻銻硅單晶的生長，有顯著的經濟效益。
下面結合附圖
和實施例對本發明作詳細說明。
附圖是“傘形”摻雜器結構示意圖。
直拉硅單晶生長的重摻雜方法的步驟如下1)用高純硅做成“傘形”摻雜器，“傘柄”即為籽晶1；2)將“傘形”摻雜器倒夾在籽晶夾頭上；3)摻雜劑倒入摻雜器2內；4)待多晶硅熔化后，下降籽晶，使摻雜器浸入硅熔體內。(浸入時適當降低熔體溫度，增大爐內壓力至40torr以上)
權利要求
1.一種直拉硅單晶生長的重摻雜方法，其特征在于，其步驟如下1)用高純硅做成“傘形”摻雜器，“傘柄”即為籽晶[1]；2)將“傘形”摻雜器倒夾在籽晶夾頭上；3)摻雜劑倒入摻雜器[2]內；4)待多晶硅熔化后，下降籽晶，使摻雜器浸入硅熔體內。
2.根據權利要求1所述的一種直拉硅單晶生長的重摻雜方法，其特征在于，所說的摻雜劑為磷、砷和銻。
全文摘要
本發明公開了一種直拉硅單晶生長的重摻雜方法。其步驟如下:1)用高純硅做成“傘形,,摻雜器,“傘柄”即為籽晶;2)將“傘形”摻雜器倒夾在籽晶夾頭上;3)摻雜劑倒入摻雜器內;4)待多晶硅熔化后,下降籽晶,使摻雜器浸入硅熔體內。本發明是通過摻雜器緩慢地進入熔硅內,避免了摻雜劑驟熱而引起的爆炸,使摻入量能得到更好的控制,同時保證單晶爐膛干凈,有利于單晶生長。進行重摻磷、重摻砷和重摻銻硅單晶的生長,有顯著的經濟效益。
文檔編號C30B15/04GK1337476SQ0012207
公開日2002年2月27日 申請日期2000年8月16日 優先權日2000年8月16日
發明者沈益軍, 馬向陽, 田達晰, 李立本, 闕端麟 申請人:浙江大學