一種摻雜區(qū)熔硅單晶的制備方法
【專利摘要】一種摻雜區(qū)熔硅單晶的制備方法，它包括以下步驟(1)將多晶硅料磨錐、腐蝕、清洗、干燥；(2)將多晶硅料固定在磁控濺射儀空腔中，摻磷硅靶裝好，抽真空至5*10-3Pa，然后通入氬氣，腔內(nèi)壓強(qiáng)為1Pa，在兩電極之間施加500Kv的高電壓，電離出的氬離子不斷轟擊靶材，靶材中的磷和硅原子獲得能量濺射出來(lái)，沉積到多晶硅表面，形成一層均勻致密的磷/硅薄膜，濺射經(jīng)過(guò)30～90分鐘后中止濺射，打開濺射腔將多晶硅旋轉(zhuǎn)180°，重復(fù)上述步驟，繼續(xù)濺射相同時(shí)間；(3)取出多晶硅料，放入?yún)^(qū)熔硅單晶爐中，將籽晶和多晶硅對(duì)中，抽真空，通氬氣，預(yù)熱，熔接，縮細(xì)頸，放肩，直至等徑保持，收尾。本方法的優(yōu)點(diǎn)是：不僅成本低廉，生產(chǎn)效率高，無(wú)毒害，而且徑向軸向電阻率均勻性均比較好。
【專利說(shuō)明】—種摻雜區(qū)熔硅單晶的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種摻雜區(qū)熔硅單晶的制備方法，特別是一種利用磁控濺射制備摻雜區(qū)熔硅單晶的方法。
技術(shù)背景
[0002]在目前的區(qū)熔硅單晶行業(yè)中，為了獲得電阻率較低且可控的區(qū)熔硅單晶產(chǎn)品，主要有兩種生產(chǎn)方式，一種是中子輻照法，另一種是氣相摻雜法。然而這兩種方法都有其不可克服的弱點(diǎn):中子輻照法成本高，出成品周期過(guò)長(zhǎng)，而且易產(chǎn)生輻照缺陷；氣相摻雜法由于采用的摻雜氣體磷烷(PH3)有一定毒性，帶來(lái)安全隱患，且得到產(chǎn)品的電阻率均勻性不夠好，這些劣勢(shì)阻礙了兩種方法各自的發(fā)展。因而，有必要提供一種新的摻雜區(qū)熔硅單晶的制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種摻雜區(qū)熔硅單晶的制備方法，利用本方法可以在無(wú)污染的情況下生產(chǎn)電阻率較低且可控的區(qū)熔硅單晶，成本低廉，生產(chǎn)效率高，無(wú)毒害，電阻率均勻性好。
[0004]為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案:
[0005](I)將多晶硅料磨錐、腐蝕、清洗、干燥；
[0006](2)將多晶硅料固定在磁控濺射儀空腔中，摻磷硅靶裝好，抽真空至5*10_3Pa，然后通入氬氣，腔內(nèi)壓強(qiáng)為IPa，在兩電極之間施加500Kv的高電壓，電離出的氬離子不斷轟擊靶材，靶材中的磷 和硅原子獲得能量濺射出來(lái)，沉積到多晶硅表面，形成一層均勻致密的磷/硅薄膜，濺射經(jīng)過(guò)30~90分鐘后中止濺射，打開濺射腔將多晶硅旋轉(zhuǎn)180°，重復(fù)上述步驟，繼續(xù)濺射相同時(shí)間；
[0007](3)取出多晶硅料，放入?yún)^(qū)熔硅單晶爐中，將籽晶和多晶硅對(duì)中，抽真空，通氬氣，預(yù)熱，熔接，縮細(xì)頸，放肩，直至等徑保持，收尾。
[0008]所述的摻磷硅靶是在生產(chǎn)硅靶的工藝中，在原料中加入1%質(zhì)量百分比的磷，制得的摻磷硅靶。
[0009]本濺射的原理是:
[0010]將摻磷硅靶安裝到磁控濺射儀中，并將多晶硅料放入磁控濺射儀的空腔中固定好，抽真空，然后通入一定量的氬氣，在兩電極之間施加一個(gè)高電壓以后，高速的自由電子襲擊氬原子，產(chǎn)生帶正電的離子(Ar+)和二次電子，這些Ar+持續(xù)加速并撞向帶負(fù)電的靶材表面，靶材分子(P，Si)受到持續(xù)不斷的轟擊而獲得足夠能量，最終脫離靶材而濺射到多晶硅表面。而二次電子在加速飛向基片的過(guò)程中受到正交磁場(chǎng)洛倫茲力的影響，被束縛在靠近靶面的等離子體區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域內(nèi)等離子體密度很高，二次電子在磁場(chǎng)的作用下圍繞靶面作圓周運(yùn)動(dòng)，該電子的運(yùn)動(dòng)路徑很長(zhǎng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不斷與氬原子發(fā)生碰撞，電離出大量的氬離子轟擊靶材，經(jīng)過(guò)多次碰撞后電子的能量逐漸降低，擺脫磁力線的束縛，遠(yuǎn)離靶材。靶材中的磷和硅原子獲得能量濺射出來(lái)，沉積到多晶硅表面，形成一層均勻致密的磷/硅薄膜。
[0011 ] 通過(guò)精確控制時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜厚度的控制，在濺射一段時(shí)間以后，將多晶硅料沿圓周方向旋轉(zhuǎn)180°，按原來(lái)的步驟濺射相同時(shí)間，最終使整個(gè)多晶硅料的表面獲得較均勻的磷/硅薄膜。
[0012]從磁控濺射儀中取出多晶硅料，放入?yún)^(qū)熔硅單晶爐中，將籽晶和多晶硅對(duì)中，抽真空，通氬氣，預(yù)熱，熔接，縮細(xì)頸，放肩，直至等徑保持，收尾。
[0013]由于這種多晶硅料表面均勻分布一層致密的磷薄膜，因此在等徑生長(zhǎng)過(guò)程中，隨著料的不斷熔化，磷原子也隨之源源不斷的進(jìn)入熔區(qū)，由于濺射的薄膜更為均勻，因此生長(zhǎng)出來(lái)的單晶具有更為均勻的磷摻雜，從而其徑向和軸向電阻率具有更高的均勻性。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:利用本方法可以在無(wú)污染的情況下生產(chǎn)電阻率較低且可控的區(qū)熔硅單晶，成本低廉，生產(chǎn)效率高，無(wú)毒害，電阻率均勻性好。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1:本發(fā)明磁控濺射工藝示意圖
[0016]圖1中，I電極 ，2-電磁鐵，3-摻磷硅靶，4-多晶娃，5-磷硅薄膜
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1
[0018]將一根多晶硅料磨錐，腐蝕，清洗，干燥后放入磁控濺射儀的空腔中，把制好的摻磷硅靶裝好，關(guān)好門后抽真空至5*10_3Pa，并充入氬氣，使空腔內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)到IPa，在兩電極之間施加500Kv的高電壓，開啟電場(chǎng)和磁場(chǎng)，開始進(jìn)行磁控濺射，經(jīng)過(guò)30分鐘后中止濺射，打開濺射門將多晶硅料沿圓周方向旋轉(zhuǎn)180°，關(guān)閉濺射門，重復(fù)上述步驟，繼續(xù)濺射，將時(shí)間依然控制為30分鐘。濺射完畢后，取出多晶硅料放入?yún)^(qū)熔硅單晶爐中，將籽晶和多晶硅對(duì)中，抽真空，通氬氣，預(yù)熱，熔接，縮細(xì)頸，放肩，直至直徑達(dá)到80mm，進(jìn)行等徑保持，直到收尾，獲得一顆磷摻雜區(qū)熔硅單晶。
[0019]實(shí)施例2
[0020]將一根多晶硅料磨錐，腐蝕，清洗，干燥后放入磁控濺射儀的空腔中，把制好的摻磷硅靶裝好，關(guān)好門后抽真空至5*10_3Pa，并充入氬氣，使空腔內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)到IPa，在兩電極之間施加500Kv的高電壓，開啟電場(chǎng)和磁場(chǎng)，開始進(jìn)行磁控濺射，經(jīng)過(guò)60分鐘后中止濺射，打開空腔門將多晶硅料沿圓周方向旋轉(zhuǎn)180°，關(guān)閉濺射門，重復(fù)上述步驟，繼續(xù)濺射，將時(shí)間依然控制為60分鐘。濺射完畢后，取出多晶硅料放入?yún)^(qū)熔硅單晶爐中，將籽晶和多晶硅對(duì)中，抽真空，通氬氣，預(yù)熱，熔接，縮細(xì)頸，放肩，直至直徑達(dá)到80mm，進(jìn)行等徑保持，直到收尾，獲得一顆磷摻雜區(qū)熔硅單晶。
[0021]實(shí)施例3
[0022]將一根多晶硅料磨錐，腐蝕，清洗，干燥后放入磁控濺射儀的空腔中，把特制的摻磷硅靶裝好，關(guān)好門后抽真空至5*10_3Pa，并充入氬氣，使空腔內(nèi)壓強(qiáng)達(dá)到IPa，在兩電極之間施加500Kv的高電壓，開啟電場(chǎng)和磁場(chǎng)，開始進(jìn)行磁控濺射，經(jīng)過(guò)90分鐘后中止濺射，打開空腔門將多晶硅料沿圓周方向旋轉(zhuǎn)180°，關(guān)閉濺射門，重復(fù)上述步驟，繼續(xù)濺射，將時(shí)間依然控制為90分鐘。濺射完畢后，取出多晶硅料放入?yún)^(qū)熔硅單晶爐中，將籽晶和多晶硅對(duì)中，抽真空，通氬氣，預(yù)熱，熔接，縮細(xì)頸，放肩，直至直徑達(dá)到80mm，進(jìn)行等徑保持，直到收尾，獲得一顆磷 摻雜區(qū)熔硅單晶。
【權(quán)利要求】
1.一種摻雜區(qū)熔硅單晶的制備方法，其特征在于，它包括以下步驟: (1)、將多晶硅料磨錐、腐蝕、清洗、干燥； (2)將多晶硅料固定在磁控濺射儀空腔中，摻磷硅靶裝好，抽真空至5*10_3Pa，然后通入氬氣，腔內(nèi)壓強(qiáng)為IPa，在兩電極之間施加500Kv的高電壓，電離出的氬離子不斷轟擊靶材，靶材中的磷和硅原子獲得能量濺射出來(lái)，沉積到多晶硅表面，形成一層均勻致密的磷/硅薄膜，濺射經(jīng)過(guò)30~90分鐘后中止濺射，打開濺射腔將多晶硅旋轉(zhuǎn)180°，重復(fù)上述步驟，繼續(xù)濺射相同時(shí)間； (3)取出多晶硅料，放入?yún)^(qū)熔硅單晶爐中，將籽晶和多晶硅對(duì)中，抽真空，通氬氣，預(yù)熱，熔接，縮細(xì)頸，放肩，直至等徑保持，收尾。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻雜區(qū)熔硅單晶的制備方法，其特征在于:所述的摻磷硅靶是在生產(chǎn)硅靶的工藝中，在原料中加入`I %質(zhì)量百分比的磷，制得的摻磷硅靶。
【文檔編號(hào)】C23C14/16GK103866375SQ201210530394
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月10日
【發(fā)明者】劉志偉, 閆志瑞, 陳海濱, 付斌, 黃龍輝, 李明飛 申請(qǐng)人:有研半導(dǎo)體材料股份有限公司, 國(guó)泰半導(dǎo)體材料有限公司