專利名稱:直拉硅單晶的氣相摻氮方法
本發(fā)明涉及一種自熔融液的提拉法的單晶生長技術(shù)。
直拉硅單晶是制造集成電路等半導(dǎo)體器件的最基本的材料。在半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)工藝過程中，常用的硅單晶制作的硅片經(jīng)過氧化、擴(kuò)散等一系列高溫?zé)崽幚砉に嚭?，容易產(chǎn)生翹曲和碎裂，影響半導(dǎo)體器件的成品率。采用摻氮的硅單晶所制造的半導(dǎo)體器件具有良好的性能和較高的成品率。
Semiconductor Silicon 1981 PP54報(bào)導(dǎo)了日本信越公司阿部等人提出的在區(qū)熔硅單晶中摻入氮以后，由于氮在硅晶格中起著阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的作用，從而提高了硅片的機(jī)械強(qiáng)度。
Elevctrochem·Soc.1984 Spring Meeting，Ertonded Abstract No.36報(bào)導(dǎo)了美國Monsanto公司Chion等人提出在直拉硅單晶中摻入氮以后，由于摻入到直拉硅單晶中的氮和氧的相互作用使硅片強(qiáng)度增加，可以減少器件工藝中高溫?zé)崽幚砗蠊杵穆N曲和碎裂。提高器件的成品率;能抑制硅單晶生長過程中微缺陷的產(chǎn)生，提高晶體的完整性。比較而言，直拉硅單晶制造成本最低，易于實(shí)現(xiàn)大直徑化，成功地制取摻氮直拉硅單晶將會(huì)產(chǎn)生積極的效果。
VLSI Scienceand Technology 1985 PP543報(bào)導(dǎo)了日本信越公司阿部等人采用熔硅中加入Si3N4粉料制取摻氮直拉硅單晶的方法。但這種方法尚未應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，且存在以下缺陷
1、若采用該方法，由于Si3N4在熔硅中的溶解速度很低，勢(shì)必使熔料時(shí)間大大延長。
2、工藝上難以控制。若硅中的氮濃度過低，則抑制微缺陷和強(qiáng)度提高不明顯;如果熔硅中氮濃度過高，超過了氮在熔硅中的溶解度時(shí)，則析出Si3N4而破壞硅單晶的正常生長。
1986年授權(quán)的CN85100295專利提出了在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下制造直拉硅單晶的方法，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用這一方法能大幅度降低生產(chǎn)成本，同時(shí)在硅單晶中摻入了一定量的氮，使器件性能和成品率有一定的提高，但由于實(shí)際生產(chǎn)中硅多晶的投料量、熔料時(shí)間和晶體生長時(shí)間各不相同，硅單晶中的摻氮量的控制問題尚有待解決。
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種利用氣體保護(hù)氣氛制造摻氮直拉硅單晶的氣相摻氮方法。
在研究“采用氮保護(hù)氣氛制造直拉(切氏法)硅單晶的方法”的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了減壓氣氛下，氣氛中的氮在不同的壓力、流量、反應(yīng)時(shí)間、硅表面狀態(tài)等條件下與硅的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，通過合理選擇含氮的減壓保護(hù)氣氛以及精確控制爐內(nèi)保護(hù)氣體的壓力、流量等參數(shù)，以獲得不受氮硅化學(xué)反應(yīng)干擾的硅單晶生長條件，提出了直拉硅單晶的氣相摻氮方法，制造氮含量為1×1014～4.5×1015/cm3的硅單晶。
采用直拉硅單晶的氣相摻氮方法所用的設(shè)備和操作過程與以氬氣作為保護(hù)氣氛的直拉法相同，其保護(hù)氣體采用氮?dú)饣蛘邭?氮混合氣。
當(dāng)以氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣氛實(shí)現(xiàn)氣相摻氮時(shí)，可以采用純度為99.99%的氮?dú)?，爐內(nèi)氣體壓力為5～60托，爐內(nèi)最佳壓力為15～25托;氣體流量為1～6m3/hr，最佳流量為2～5m3/hr。
當(dāng)以氬-氮混合氣作為保護(hù)氣氛實(shí)現(xiàn)氣相摻氮時(shí)，氬氣成份為1～99%，氮?dú)獬煞轂?9～1%，混合氣的爐內(nèi)壓力和流量同以氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣氛時(shí)的壓力、流量相同。
直拉硅單晶的氣相摻氮方法與固相摻氮方法比較具有以下優(yōu)點(diǎn)1、摻氮量容易控制，操作方便，有利于在工業(yè)化生產(chǎn)中推廣應(yīng)用;
2、采用氮?dú)饣蛘邭?氮混合氣，保護(hù)氣體的成本可降低40～50%;
3、所制取的摻氮硅單晶質(zhì)量穩(wěn)定，在制作半導(dǎo)體器件工藝過程中，其硅片破碎率降低10～15%。
實(shí)施例1利用原有的直拉硅單晶爐，石英坩堝直徑為φ254mm，硅多晶投料量為10kg，以純度99.99%的氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣氛實(shí)現(xiàn)氣相摻氮?？刂茽t內(nèi)壓力范圍為10～25托，氮?dú)饬髁糠秶鸀?～4m3/hr，獲得含氮量為1×1014～4×1015的硅單晶7kg。
實(shí)施例2利用原有直拉硅單晶爐，石英坩堝直徑為305mm，硅多晶投料量為20kg，以氬-氮混合氣作為保護(hù)氣氛，氬氣和氮?dú)獬煞荼壤秊?∶1，氮?dú)饧兌葹?9.99%，氬氣純度為99.999%，爐內(nèi)氣體壓力范圍為15～25托，氣體流量范圍為3～6m3/hr。獲得含氮量為1×1014～4.5×1015/cm3的硅單晶14.2kg。
權(quán)利要求
1.一種直拉硅單晶的氣相摻氮方法，其特征在于采用氮?dú)饣蛘邭?氮混合氣作為保護(hù)氣體，爐內(nèi)氣體壓力為5～60托，氣體流量為1～6m3/hr。
2.按照權(quán)利要求
1所述的氣相摻氮方法，其特征在于作為保護(hù)氣體實(shí)現(xiàn)氣相摻氮的氮?dú)饪刹捎眉兌葹?9.99%的氮。
3.按照權(quán)利要求
1所述的氣相摻氮方法，其特征在于當(dāng)采用氬-氮混合氣作為保護(hù)氣體實(shí)現(xiàn)氣相摻氮時(shí)，氬氣成份為1～99%，氮?dú)獬煞轂?9～1%。
4.按照權(quán)利要求
1所述的氣相摻氮方法，其特征在于所述的保護(hù)氣體，其爐內(nèi)最佳氣體壓力為15～25托，最佳流量為2～5m3/hr。
專利摘要
一種直拉硅單晶的氣相摻氮方法，采用純度為99.99％的氮?dú)饣蛘邭?氮混合氣作為保護(hù)氣氛實(shí)現(xiàn)氣相摻氮，控制爐內(nèi)氣體壓力為5～60托，最佳壓力為15～25托，氣體流量為1～6m
文檔編號(hào)C30B31/06GK87105811SQ87105811
公開日1988年2月24日 申請(qǐng)日期1987年8月22日
發(fā)明者闕端麟, 李立本, 陳修治 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan