[发明专利]一种掺杂区熔单晶的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种在掺杂单晶的制备工艺，特别是一种掺杂区熔单晶的制备工艺，该工艺可获得所需导电型号和电阻率的单晶体。

技术背景

目前区熔原生单晶在拉制出来后为了获得所需电阻率，一般采用中子照射的办法。然而这种方法不仅昂贵费时，导致生产效率低下，而且辐照会导致晶格缺陷，影响材料寿命等性能。并且中子辐照无法获得P型区熔单晶。因此有必要提供一种掺杂区熔单晶的制备工艺，该工艺可获得所需导电型号和电阻率的单晶体。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺杂区熔单晶的制备工艺，该工艺既可获得N型单晶，也可获得P型单晶，且成本较低，节省时间，同时单晶寿命较长

为达到上述发明的目的，本发明采用以下技术方案：

这种掺杂区熔单晶的制备工艺，其特征在于：它包括以下步骤：

(1)先将多晶硅棒磨锥，腐蚀，清洗，干燥；

(2)然后将其放入化学气相沉积(CVD)炉里，抽空，通纯氩气，预热，待达到所需温度时再通携带磷烷或硼烷的氩气，在气相沉积炉子里通过磷烷或硼烷气体热分解在多晶硅棒上淀积一层P或B原子，这样保持几个小时后，停止通气并停止加热；

(3)、让多晶随炉冷却，然后取出挂装在区熔炉里，对中，抽真空，充氩气，预热，开始拉制单晶直至收尾。

所述的硼烷和磷烷加热到一定温度都会发生热分解反应，例如：

磷烷在375℃以上要发生分解，分解成P和H₂，其反应式：2PH₃→2P+3H₂↑。

硼烷在500℃以上要发生分解，分解成B和H₂，其反应式：B₂H₆→2B+3H₂↑。

CVD炉膛里P原子的淀积温度等于或大于375℃；B原子的淀积温度等于或大于500℃。

本发明采用先在CVD炉子里通过磷烷或硼烷气体热分解在多晶硅棒上淀积一层P或B原子，并将这种多晶棒在区熔炉拉制成单晶的方法获得电阻率大小和均匀性都符合要求的区熔单晶。

其中P型掺杂：其预热后，达到所需温度时，通入的是携带硼烷的氩气；N型掺杂：其预热后，达到所需温度时，通入的是携带磷烷的氩气。

控制炉膛内气体温度，可以达到让硼烷气体和磷烷气体分解的目的，从而使硼原子和磷原子淀积在多晶硅棒上。磷烷/硼烷浓度+流量控制多晶表面沉积掺杂量，进而控制单晶体电阻率。磷烷流量一般是几毫升/分钟至几十毫升/分钟，氩气流量一般是几升/分钟，单晶体电阻率可控制的范围是几Ω·cm到几百Ω·cm之间。

本发明的优点是：本工艺既可获得N型单晶，也可获得P型单晶，且成本较低，节省时间，同时单晶寿命较长。本工艺所拉制2-4寸掺杂单晶的电阻率均匀性在20％以内。

附图说明

图1：本发明的气相沉积炉示意图

本装置中，有炉门2，炉膛内部放有石英舟1，炉子上安装一个可以控制气体流量的气体混合装置，一路磷烷或硼烷和一路氩气分别注入气体混合装置，在装置里混合后以一定流量和压力注入CVD炉膛里。同时CVD炉子必须配置一路可以控制气体流量的管路用于往炉膛通纯氩气。

所述的炉子可采用已有的化学气相沉积炉(CVD)。

具体实施方式

实施例1

将一根多晶硅棒磨锥，腐蚀，清洗，干燥。然后将其放入化学气相沉积(CVD)炉里，先抽真空至1mbar，通纯氩气，氩气流量为12升/分钟，将温度设定为430℃对炉膛加热，待温度升至430℃左右时通磷烷和氩气的混合气，其中在混合装置里，氩气流量为2.5升/分钟，磷烷流量为50毫升/分钟。在这样条件下淀积5小时后，停止通气并停止加热。让多晶随炉冷却。待炉内温度低于50℃时将多晶棒取出。将该多晶料在区熔炉子里挂装，对中，抽真空，充氩气，预热，开始放肩。放肩至单晶直径为80mm时开始等径，单晶等径700多毫米长收尾。测试其电阻率，单晶电阻率范围在300-360Ω·cm之间。

实施例2

将一根多晶硅棒磨锥，腐蚀，清洗，干燥。然后将其放入化学气相沉积(CVD)炉里，先抽真空至1mbar，通纯氩气，氩气流量为12升/分钟，将温度设定为430℃对炉膛加热，待温度升至430℃左右时通磷烷和氩气的混合气，其中在混合装置里，氩气流量为2.5升/分钟，磷烷流量为160毫升/分钟。在这样条件下淀积5小时后，停止通气并停止加热。让多晶随炉冷却。待炉内温度低于50℃时将多晶棒取出。将该多晶料在区熔炉子里挂装，对中，抽真空，充氩气，预热，开始放肩。放肩至单晶直径为80mm时开始等径，单晶等径800多毫米长收尾。测试其电阻率，单晶电阻率范围在75-95Ω·cm之间。