專利名稱：用于重?fù)街崩鑶尉е圃斓膿诫s方法及其摻雜漏斗的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于重?fù)街崩鑶尉е圃斓膿诫s方法及其摻雜漏斗。
背景技術(shù)：
重?fù)街崩鑶尉в脕砩a(chǎn)外延襯底。在低電阻率的重?fù)揭r底上長一層高電阻率的外延層可以解決雙極晶體管的高擊穿電壓(要求使用高電阻率的硅片)與低集電極電阻的矛盾，可以降低雙極晶體管的功率消耗，改善其高頻訊號的回應(yīng)效果。在低電阻率的重?fù)焦枰r底上長一層高電阻率的硅外延層也可用來解決CMOS元件的閉鎖問題。
器件制造需要低的襯底電阻率，但晶體中的摻雜劑的濃度受其在晶體中的固溶度的限制，N型摻雜劑在硅單晶中的固溶度分別是1.3×1021atoms/cm3(磷)、1.7×1021atoms/cm3(砷)、7×1019atoms/cm3(銻)。晶體中摻雜劑的濃度除了受固溶度的限制外還受拉晶過程中的其它條件限制，四英寸<111>硅單晶能達(dá)到的最低電阻率分別為0.004Ωcm(銻)、0.0007Ωcm(磷)、0.0012Ωcm(砷)。實(shí)際上，濃度接近極限值時(shí)晶體生長已經(jīng)非常困難，困難之一是大濃度均勻摻雜技術(shù)較復(fù)雜。
CZ單晶爐的組成如圖1所示，主要由四部分組成(一)爐體包括石英坩堝、石墨坩堝(用來支撐石英坩堝)、加熱及絕熱元件、爐壁等，爐體內(nèi)這些影響傳熱及溫度分布的元件，一般稱為熱場；(二)單晶/坩堝拉升旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括籽晶夾頭、鋼絲繩及提升旋轉(zhuǎn)裝置；(三)氣氛及壓力控制系統(tǒng)包括氬氣流量控制、真空系統(tǒng)及壓力自動控制閥；(四)控制系統(tǒng)傳感器、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。
用直拉法生產(chǎn)重?fù)搅?、重?fù)缴楣鑶尉r(shí)通常使用氣相摻雜方法，其摻雜工具為如圖2所示的摻雜鐘罩。用直拉法生產(chǎn)重?fù)戒R硅單晶通常使用液相摻雜的方法。摻雜在多晶熔化后進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明發(fā)明了一種用于重?fù)街崩鑶尉е圃斓膿诫s方法及其摻雜漏斗。
用于重?fù)街崩鑶尉е圃斓膿诫s漏斗具有漏斗體、在漏斗體上端設(shè)有漏斗蓋、掛鉤。
用于重?fù)街崩鑶尉е圃斓膿诫s方法的步驟為1)將摻雜劑裝在如權(quán)利要求1所述的摻雜漏斗中；2)在多晶硅完全熔化后降下?lián)诫s漏斗至單晶爐爐膛內(nèi)摻雜，若摻入的是銻，則降摻雜漏斗至漏斗下部漏嘴離熔硅液面10至20mm高度，使受熱熔化的銻滴入硅熔體內(nèi)而被吸收；若摻入的是磷或砷，則降低漏斗至漏斗下部的漏斗嘴浸入液面5至10mm深，使氣化的摻雜劑通過漏嘴進(jìn)入硅熔體并被吸收。
本發(fā)明使用摻雜漏斗摻雜提高了磷、砷、銻的摻雜效率(磷、砷、銻被熔體吸收的比例)，減少了高純摻雜劑的使用量和環(huán)境污染，其中磷、砷的摻雜效率約為90％，銻的摻雜效率接近100％。
下表為十六英寸和十八英寸熱場中使用本發(fā)明摻雜漏斗和圖1所示鐘罩摻雜的各一個(gè)應(yīng)用實(shí)例對比。

從表中可以看到，使用本發(fā)明的漏斗摻雜時(shí)磷、砷的摻雜效率約為90％，銻的摻雜效率接近100％，效率明顯高于使用鐘罩摻雜。


圖1是一個(gè)典型的普通CZ單晶爐結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是用于重?fù)街崩鑶尉е圃斓膿诫s鐘罩結(jié)構(gòu)及應(yīng)用示意圖；圖3是使用本發(fā)明的摻雜漏斗摻雜示意圖；圖4是本發(fā)明的摻雜漏斗結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是本發(fā)明的摻雜漏斗各組件結(jié)構(gòu)示意圖。
上圖中提拉頭1、副爐室2、鋼絲繩3、隔離閥4、籽晶夾頭5、晶種6、石英坩堝7、石墨坩堝8、加熱器9、隔熱體10、電極11、坩堝上升旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)12、控制系統(tǒng)13、直徑控制14、單晶15、硅熔體16、支承筒17、上蓋板18、保溫罩19、導(dǎo)氣筒20、下爐室21、掛鉤22、漏斗蓋23、漏斗體24、摻雜劑25、掛鉤26、石英鐘罩27、摻雜劑容器28。
具體實(shí)施例方式
用于重?fù)街崩鑶尉е圃斓膿诫s漏斗具有漏斗體24、在漏斗體上端設(shè)有漏斗蓋23、掛鉤22、使用本發(fā)明的摻雜漏斗的摻雜方法，其特征在于它的步驟為1)將多晶硅全部裝入石英坩堝內(nèi)；2)將摻雜劑裝入如權(quán)利要求1所述的摻雜漏斗中，蓋好漏斗蓋，懸掛在籽晶夾頭下，并將摻雜漏斗升入副室中，蓋好爐蓋，抽真空，化料；待料全部化完后降下?lián)诫s漏斗至單晶爐爐膛內(nèi)摻雜，若摻入的是銻，則降摻雜漏斗至漏斗下部漏嘴離熔硅液面10至20mm高度，使受熱熔化的銻滴入硅熔體內(nèi)而被吸收；若摻入的是磷或砷則降低漏斗至漏斗下部的漏斗嘴浸入液面5至10mm深，使氣化的摻雜劑通過漏嘴進(jìn)入硅熔體并被吸收。摻雜結(jié)束后，將摻雜漏斗升入副室中，取出漏斗，結(jié)束摻雜程序。
本發(fā)明的摻雜漏斗，既能適用于氣相摻雜又能適用于液相摻雜，其工作原理的核心是對低蒸汽壓的銻采用將熔液滴入硅熔體的方式摻雜，對高蒸汽壓的磷或砷采用將摻雜劑蒸氣直接通入硅熔體的方式摻雜漏斗材料為高純石英玻璃。漏斗各部分的結(jié)構(gòu)如圖4、圖5所示。漏斗各組件壁厚約5至10mm，漏斗嘴內(nèi)徑約5至10mm，漏斗容積略大于摻雜劑的體積，漏斗錐角約60°
權(quán)利要求
1.一種用于重?fù)街崩鑶尉е圃斓膿诫s漏斗，其特征在于它具有漏斗體(24)、在漏斗體上端設(shè)有漏斗蓋(23)、掛鉤(22)。
2.一種用于重?fù)街崩鑶尉е圃斓膿诫s方法，特征在于它的步驟為1)將摻雜劑裝在如權(quán)利要求1所述的摻雜漏斗中；2)在多晶硅完全熔化后降下?lián)诫s漏斗至單晶爐爐膛內(nèi)摻雜，若摻入的是銻，則降摻雜漏斗至漏斗下部漏嘴離熔硅液面10至20mm高度，使受熱熔化的銻滴入硅熔體內(nèi)而被吸收；若摻入的是磷或砷，則降低漏斗至漏斗下部的漏斗嘴浸入液面5至10mm深，使氣化的摻雜劑通過漏嘴進(jìn)入硅熔體并被吸收。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于重?fù)街崩鑶尉е圃斓膿诫s方法及其摻雜漏斗。用于重?fù)街崩鑶尉е圃斓膿诫s漏斗具有漏斗體、在漏斗體上端設(shè)有漏斗蓋、掛鉤。用摻雜漏斗摻雜方法的主要步驟為1)將摻雜劑裝在如權(quán)利要求1所述的摻雜漏斗中；2)在多晶硅完全熔化后降下?lián)诫s漏斗至單晶爐爐膛內(nèi)摻雜。若摻入的是銻，則降摻雜漏斗至漏斗下部漏嘴離熔硅液面10至20mm高度，使受熱熔化的銻滴入硅熔體內(nèi)而被吸收；若摻入的是磷或砷則降低漏斗至漏斗下部的漏斗嘴浸入液面5至10mm深，使氣化的摻雜劑通過漏嘴進(jìn)入硅熔體并被吸收。本發(fā)明使用的摻雜漏斗摻雜，提高了磷、砷、銻的摻雜效率(磷、砷、銻被熔體吸收的比例)，減少了高純摻雜劑的使用量和環(huán)境污染，其中磷、砷的摻雜效率約為90％，銻的摻雜效率接近100％。
文檔編號C30B29/06GK1556255SQ20031011776
公開日2004年12月22日 申請日期2003年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月30日
發(fā)明者田達(dá)晰, 馬向陽, 趙松宏, 楊德仁, 李立本 申請人:寧波立立電子股份有限公司