[发明专利]硅单晶制造方法、硅单晶和晶片

说明书

技术领域

本发明涉及硅单晶制造方法、硅单晶和晶片，特别是涉及通过Czochralski法制造硅单晶的方法、硅单晶和晶片。

背景技术

安装在汽车、家用电器等上的功率设备应当具有高耐压性，基板的电阻影响其特性。因此，要求用作基板的硅晶片具有高的电阻率且其变化小。

若通过Czochralski法生长p型硅单晶，其中添加硼作为杂质，则因为硼对于硅单晶的偏析系数小于1，所以在单晶生长期间硼在硅熔体中浓缩。于是硅单晶内的硼浓度随着单晶的生长而增大。因此，在所得硅单晶（锭材）的在晶体生长期间的中心轴（下面称作“晶体生长期间的中心轴”）的顶端和末端处，硅单晶的电阻率发生变化。

作为用于抑制由于偏析导致的电阻率变化的传统技术，存在一种通过将相当于25至30％的硼浓度的磷添加至初期硅熔体并通过Czochralski法生长晶体从而抑制在晶体生长方向上的电阻率变化的技术。日本特许第3931956号特许公报涉及该传统技术。

本发明要解决的问题

然而，上述传统技术无法实现更加严格的电阻率径向均匀性以及晶片之间的电阻率变化，而这是功率设备用途的硅单晶晶片所要求的。

通过本发明解决该问题。

发明内容

解决所述问题的手段

本发明的上述问题是通过如下方法解决的。

硅单晶制造方法，其特征在于，通过Czochralski法由其中硼浓度不大于4E14个原子/cm³且磷浓度与硼浓度的比例不小于0.42且不大于0.50的初期硅熔体生长p型硅单晶。

本发明的技术效果

可以通过Czochralski法制造P型硅单晶，由此可以获得具有高的电阻率、良好的电阻率径向均匀性及小的电阻率变化的晶片。

附图说明

图1所示为用于实施根据本发明的一个实施方案的硅单晶制造方法的硅单晶制造设备的示意图。

图2所示为用于实施根据本发明的该实施方案的硅单晶制造方法的流程图。

图3为显示硅单晶的固化率与硅单晶内的杂质浓度之间关系的模拟结果以及硅单晶的固化率与电阻率之间关系的测量结果和模拟结果的图。

图4为显示硅单晶的固化率与电阻率之间关系与初期硅熔体P/B比例的相关性的模拟结果的图。

图5所示为在通过Czochralski法生长硅单晶时的硅固液界面以及在晶体生长期间的中心轴上的位置与电阻率之间的关系图。

具体实施方式

下面参照附图详细地阐述根据本发明的一个实施方案的硅单晶制造方法、硅单晶和晶片。

根据本实施方案的硅单晶制造方法涉及用于功率设备的晶片的制造。

主要出于以下原因，用于形成功率设备的晶片应当符合以下规范，电阻率不小于50Ω·cm，晶片之间的电阻率变化不大于10％，晶片内的电阻率径向变化不大于3％。

首先，因为对功率设备施加高电压，所以功率设备应当具有高耐压性。此外，功率设备的耐压性与用于形成功率设备的晶片的电阻率的数值相关。因此，用于功率设备的晶片应当具有高的电阻率。目前主流的功率设备的耐压性不小于250V，并且要求晶片具有不小于50Ω·cm的电阻率。另一方面，随着晶片的电阻率变大，耗尽层的宽度变大。耗尽层的宽度过度地大于器件结构将会导致耗尽层与pn结以外的部分接触，并且导致耐压特性降低。因此，为了提高功率设备的耐压性，晶片的电阻率应当更高，同时其变化应当小。

其次，在功率设备中，提供有其中从硅基板的背面提取集电极电流的晶体管（例如IGBT（绝缘栅双极晶体管，Insulated Gate Bipolar Transistor）），晶片的电阻率变化对晶体管特性的影响比较大。因此，用于形成此类晶体管的晶片应当是电阻率高且变化小从而使晶体管的特性在规范范围内的晶片。

再次，因为器件制造者无法在接收晶片的同时筛选晶片，所以晶片内的电阻率径向变化导致在形成器件之后的筛选产率低。因此，为了抑制由于器件产率降低而增加成本，用于器件的晶片应当具有小的电阻率变化。

图1所示为用于实施根据本实施方案的硅单晶制造方法的硅单晶制造设备的示意图。