[发明专利]一种氮硅共熔合金及其制造方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及到一种氮硅共熔合金及其制造方法和生产单晶硅棒工艺中直接 掺杂氮硅共熔合金的掺氮工艺。特别是涉及制造集成电路和其它电子元件半导体 级硅单晶体的方法。

背景技术

大部份半导体硅单晶体采用切克劳斯基(Czochralski)法制造。在这种方法 中，多晶硅被装进石英埚内，加热熔化，然后，将熔硅略做降温，给予一定的过 冷度，把一支特定晶向的硅单晶体(称做籽晶)与熔体硅接触，通过调整熔体的 温度和籽晶向上提升速度，使籽晶体长大至近目标直径时，提高提升速度，使单 晶体近恒直径生长。在生长过程的尾期，此时埚内的硅熔体尚未完全消失，通过 增加晶体的提升速度和调整向埚的供热量将晶体直径渐渐减小而形成一个尾形 锥体，当锥体的尖足够小时，晶体就会与熔体脱离，从而完成晶体的生长过程。

少量的杂质元素(如磷或硼，一般称为掺杂元素)掺入硅中即可显著地改变 硅的导电性能。一般情况下，掺入的杂质愈多，硅的电阻率愈低。这也是硅单晶 能得以广泛使用的原因。硅的导电性能分为空穴导电和电子导电，分别称为P 型半导体硅和N型半导体硅。P型硅一般掺入硼(B)元素，而N型硅依其用途 不同分别掺入磷(P)元素、锑(Sb)元素和砷(As)元素。当要求硅单晶体的电 阻率达到很低的值时，就要向熔硅中加入很多的上述某种元素。

为了控制生长晶体内的一种称为“COP“或“voids“缺陷的浓度和大小，一 种方法是在硅单晶中掺杂一定量的氮，这也正是本案的主题。

以往切克劳斯基法制造的硅单晶所用的氮掺杂方法依其加入方式可分为气 相法和直掺法。气相法是在化完料后，将一定比例的氮氩混合气体充入炉内，控 制混合气体的充入时间，氮在熔硅表面形成氮化硅膜，在经过一定的时间熔解后， 即实现了掺氮的目的。这种方法的缺点是：氮可以在硅熔体的上方形成颗粒物， 它们掉下后，可破坏单晶体的生长；另外，氮化硅要经过很长的时间才能被充分 熔解；再一点，即使使用质量流量计，熔硅表面的氮化硅的形成量也有较大的波 动，引起生长出单晶体内的氮的质量波动。

直掺法是在装料过程中直接加入氮化硅粉末(可以是它与硅粉的混合物)， 它与硅一起熔化，实现了掺氮的目的。直掺法有两个缺点：一个是掺入的量过少， 称量误差大；二是氮化硅在熔硅中很稳定，要很长的时间才能被充分熔解。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮硅共熔合金及其制造方法和用途，在掺氮工艺中 直接采用掺氮硅共熔合金的掺氮工艺，本工艺可使掺杂稳定，缩短熔化时间。

为达到上述目的本发明采用以下技术方案：

氮硅共熔合金中总氮浓度为1E16-7E18原子/立方厘米。

制造方法是：首先，将高纯氮化硅粉末与多晶硅一起熔化，形成共熔体，然 后让其凝固，然后用氢氟酸去除表面的石英残渣，用纯水将氮硅共熔体清洗干净， 烘干后，用碳化硅工具粉碎它，使用前充分混合，这是高浓度的氮硅合金。

硅氮共熔点几乎等于硅的熔点。

纯水可用18兆。

附图说明

图1是切克劳斯基(直拉)法制造的硅单晶炉的剖视图。

图2是氮化硅和多晶硅在熔化时的示意图。

图3是高浓度的氮硅合金在熔化后的示意图。

具体实施方式

在图1中，整个拉晶机构由籽晶1(一种特定晶向的硅单晶体)、硅熔体13、 石英埚16、石墨埚14、硅单晶棒3、上盖板4、热屏20、晶体生长室8、尾气出 口9、保温材料5、下保温10、中轴11、底保温12、测温孔6、主发热体7组成。