一种掺磷、掺砷单晶改善轴向电阻率均匀性的工艺方法

技术领域

本发明涉及单晶硅生产技术领域，具体为一种掺磷、掺砷单晶改善轴向电阻率均匀性的工艺方法。

背景技术

在半导体硅单晶生产中常加入一定量的掺杂剂以满足对其电性能的要求,常见的掺杂剂有:硼、磷、砷和锑。由于片间电阻率对于后道工艺的电性参数有较大影响，片间电阻率分布范围越窄，则电性能越稳定，工艺可控性越高。因此，重掺磷、重掺砷、重掺锑轴向电阻率偏差越低越好。常规掺磷、掺砷、掺锑单晶轴向电阻率头尾比1.5以上，其中(最高电阻率-最低电阻率)/最低电阻率>40％。现有技术中也有可以降低电阻率的方法，如公开号为CN102162124A的专利《一种提高重掺砷单晶轴向电阻率均匀性的方法》中介绍了通过控制炉压和Ar气流量来改善轴向电阻率偏差的方法，但是仅靠炉压和气流量的控制，轴向电阻率偏差仅能做到<28％，显然是无法满足要求。

发明内容

本发明提供了一种掺磷、掺砷单晶改善轴向电阻率均匀性的工艺方法，可以解决现有技术中轴向电阻率偏高的问题，可以将轴向电阻率偏差控制在15％以内。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种掺磷、掺砷单晶改善轴向电阻率均匀性的工艺方法，包括以下步骤：将炉体内的热屏的下端开口直径设置为300-360mm，将炉体拆开，记录籽晶的初始位置的底部与热屏的下端开口平面之间的第一距离；生产前根据之前记录的第一距离将籽晶下降至底面与热屏的下端开口齐平的位置，再下降第二距离，炉体内盛放有溶液的埚位上升，直到籽晶的底面与溶液刚好接触；开始拉晶，籽晶向上移动拉近籽晶底面与热屏的下端开口之间的距离，籽晶向上拉近的距离变化具体如下：

当单晶凝固0％时，籽晶底部与热屏底部拉近最少0mm，最多0mm；

当单晶凝固10％时，籽晶底部与热屏底部拉近最少2mm，最多4mm；

当单晶凝固20％时，籽晶底部与热屏底部拉近最少4mm，最多6mm；

当单晶凝固30％时，籽晶底部与热屏底部拉近最少6mm，最多8mm；

当单晶凝固40％时，籽晶底部与热屏底部拉近最少8mm，最多10mm；

当单晶凝固50％时，籽晶底部与热屏底部拉近最少10mm，最多12mm；

当单晶凝固60％时，籽晶底部与热屏底部拉近最少11mm，最多14mm；

当单晶凝固70％时，籽晶底部与热屏底部拉近最少12mm，最多16mm；

当单晶凝固80％时，籽晶底部与热屏底部拉近最少13mm，最多18mm。

炉体内压力随着拉晶过程而变化，炉体内压力的具体变化如下：

当单晶凝固0％时，炉体内压力最低25Torr，最高40Torr；

当单晶凝固10％时，炉体内压力最低25Torr，最高45Torr；

当单晶凝固20％时，炉体内压力最低25Torr，最高55Torr；

当单晶凝固30％时，炉体内压力最低30Torr，最高60Torr；

当单晶凝固40％时，炉体内压力最低35Torr，最高65Torr；

当单晶凝固50％时，炉体内压力最低40Torr，最高65Torr；

当单晶凝固60％时，炉体内压力最低45Torr，最高65Torr；

当单晶凝固70％时，炉体内压力最低50Torr，最高65Torr；

当单晶凝固80％时，炉体内压力最低55Torr，最高65Torr。

获得的掺砷硅单晶的轴向电阻率均匀度:(最高电阻率-最低电阻率)/最低电阻率<15％；

或获得的掺磷硅单晶的轴向电阻率均匀度:(最高电阻率-最低电阻率)/最低电阻率<10％。

作为优选，所述的第二距离为25-45mm。

作为优选，所述的籽晶上升由自动液位控制设备控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过控制热屏口径的大小控制气体流速，从而控制掺杂剂挥发量；2、在拉晶开始阶段，通过控制热屏底部到熔液液面位置，控制初始掺杂剂挥发量，保证单晶头部电阻率；3、通过控制等径过程热屏底部到熔液液面位置相对移动量来控制挥发速度，从而控制单晶电阻率；4、通过炉压的调整增强等径过程对于掺杂剂挥发量的控制。通过以上4点，将轴向电阻率偏差控制在15％以内。

附图说明

图1为本发明的工艺起始状态示意图；

图2为本发明的籽晶与溶液液面贴合时的状态示意图

图3为本发明的拉晶状态示意图。

附图标记：

1、籽晶，2、热屏，3、溶液，a、第二距离，b、第一距离，S、下端开口直径。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-3所示，本发明为了解决现有技术中轴向电阻率偏高的问题，实现将轴向电阻率偏差控制在15％以内的目标，提供如下技术方案：一种掺磷、掺砷单晶改善轴向电阻率均匀性的工艺方法，包括以下步骤：将炉体内的热屏2的下端开口直径S设置为300-360mm，下端开口直径S这样设置有利于控制穿过热屏2的气流的流速，接着将炉体拆开，记录籽晶1的初始位置的底部与热屏2的下端开口平面之间的第一距离b；生产前根据之前记录的第一距离b将籽晶1下降至底面与热屏2的下端开口齐平的位置，这样能保证在视线被遮挡的情况下籽晶1能与热屏2的下端开口齐平，然后就是控制籽晶1下降第二距离a，所述的第二距离a为25-45mm，第二距离a可以控制初始掺杂剂挥发量，保证单晶头部电阻率，接着炉体内盛放有溶液3的埚位上升，直到籽晶1的底面与溶液3刚好接触；开始拉晶，籽晶1向上移动拉近籽晶1底面与热屏2的下端开口之间的距离，所述的籽晶1上升由自动液位控制设备控制，籽晶1向上拉近的距离变化具体如下：

当单晶凝固0％时，籽晶底部与热屏底部拉近最少0mm，最多0mm；

当单晶凝固10％时，籽晶底部与热屏底部拉近最少2mm，最多4mm；

当单晶凝固20％时，籽晶底部与热屏底部拉近最少4mm，最多6mm；

当单晶凝固30％时，籽晶底部与热屏底部拉近最少6mm，最多8mm；

当单晶凝固40％时，籽晶底部与热屏底部拉近最少8mm，最多10mm；

当单晶凝固50％时，籽晶底部与热屏底部拉近最少10mm，最多12mm；

当单晶凝固60％时，籽晶底部与热屏底部拉近最少11mm，最多14mm；

当单晶凝固70％时，籽晶底部与热屏底部拉近最少12mm，最多16mm；

当单晶凝固80％时，籽晶底部与热屏底部拉近最少13mm，最多18mm。

通过上述的控制拉晶过程热屏底部到熔液液面位置相对移动量来控制挥发速度，从而控制单晶电阻率。

炉体内压力随着拉晶过程而变化，炉体内压力的具体变化如下：

当单晶凝固0％时，炉体内压力最低25Torr，最高40Torr；

当单晶凝固10％时，炉体内压力最低25Torr，最高45Torr；

当单晶凝固20％时，炉体内压力最低25Torr，最高55Torr；

当单晶凝固30％时，炉体内压力最低30Torr，最高60Torr；

当单晶凝固40％时，炉体内压力最低35Torr，最高65Torr；

当单晶凝固50％时，炉体内压力最低40Torr，最高65Torr；

当单晶凝固60％时，炉体内压力最低45Torr，最高65Torr；

当单晶凝固70％时，炉体内压力最低50Torr，最高65Torr；

当单晶凝固80％时，炉体内压力最低55Torr，最高65Torr。

采用上述炉内压强的变化控制可以增强拉晶过程对于掺杂剂挥发量的控制。

获得的掺砷硅单晶的轴向电阻率均匀度:(最高电阻率-最低电阻率)/最低电阻率<15％；

或获得的掺磷硅单晶的轴向电阻率均匀度:(最高电阻率-最低电阻率)/最低电阻率<10％。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体地限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。