技術領域

本發明涉及一種生產區熔硅單晶的方法，特別涉及一種有效提高區熔硅單晶徑向電阻率均勻性的直拉區熔氣摻法。

背景技術

生產非本征區熔硅單晶現有技術主要有：NTD法、區熔氣摻法和直拉區熔法三種。

NTD中子輻照法生產的區熔硅單晶電阻率均勻性最高，但成本較大，生產周期長。

區熔氣摻法在生產過程中，通過通入氣態摻雜劑對區熔硅單晶進行摻雜。氣態摻雜劑經過氣液相界面將摻雜劑摻入到硅熔體中，進而在硅熔體凝固結晶后成功將摻雜劑摻入硅單晶中。通過摻雜劑移動路徑可以知道，熔體表面的摻雜劑濃度較高，而熔體內部摻雜劑濃度較低。而且由于區熔法中，硅熔體的體積較小，對流較弱，對摻雜劑的攪拌作用非常弱，最終導致區熔硅單晶中摻雜劑分布不均，這也是導致區熔硅單晶徑向電阻率不均勻的主要原因之一。

直拉區熔法，首先采用直拉法拉制硅多晶棒，摻雜劑在直拉階段通過常規摻雜方式摻入到多晶硅棒中。隨著硅熔體不斷凝固結晶，受偏析作用的影響，硅熔體中摻雜劑濃度也越來越高，凝固的硅晶體電阻率也越來越低。又由于硅晶棒中心散熱慢，邊緣散熱快，因而其固液界面為上凹形，這樣在多晶硅棒中會形成上凹形的等電阻率面，且電阻率逐漸降低。

在區熔法拉制階段，若多晶硅棒頭部向下，在多晶硅棒的化料界面上，熔化的硅熔體電阻率較為接近，則為硅單晶生長提供的硅熔體電阻率較為均勻。但是由于多晶硅棒本身軸向電阻率不均勻，再加上偏析作用的影響，拉制的區熔硅單晶軸向電阻率梯度很大。同樣，區熔硅單晶中心散熱慢，邊緣散熱快，其固液界面為下凹形，所以區熔硅單晶的等電阻率面為下凹形。較大的軸向電阻率梯度導致硅片中心電阻率和邊緣電阻率相差較大，因而大大降低了區熔硅單晶的徑向電阻率均勻性。

在區熔法拉制階段，若多晶硅棒頭部向上，由于硅多晶本身軸向電阻率分布的影響以及偏析現象的影響，雖然所拉制的區熔硅單晶軸向電阻率分布比頭部向下時有所改善，但是仍然不能得到有效控制。其次多晶硅棒熔化界面處熔化的硅熔體，其電阻率差別較大，在不能得到有效熔體對流作用下，熔體電阻率較為不均勻，最終也降低了區熔硅單晶的徑向電阻率均勻性。

發明內容

本發明的目的就是為克服現有技術的不足，提供一種有效提高區熔硅單晶徑向電阻率均勻性的直拉區熔法，相比與NTD法，成本較低，且生產周期較短；與區熔氣摻法和直拉區熔法相比，徑向電阻率均勻性得到了有效提高。

本發明是通過這樣的技術方案實現的：一種有效提高區熔硅單晶徑向電阻率均勻性的直拉區熔氣摻法，其特征在于，在硅多晶棒的生產時，采用雙石英坩堝法、降壓直拉法獲得軸向和徑向電阻率一致的硅多晶，之后將硅多晶進行機加工并退火后置于區熔爐內，通過區熔法進行單晶拉制，若區熔單晶硅摻雜劑目標濃度為c0，則控制硅多晶的尾部摻雜劑濃度為c0，k為摻雜劑偏析系數；所述方法包括如下步驟：

1)??????采用雙石英坩堝直拉法拉制多晶硅棒，使多晶硅整棒濃度均為c0，將多晶硅棒進行滾磨、開槽和削減機加工；?

2)??????采用機加工后的多晶硅作為原料，采用區熔法進行拉晶，區熔拉晶時，從在擴肩階段，通入定量摻雜氣，摻雜氣可以是磷烷或硼烷；摻雜氣為磷烷時，硅熔體中摻雜劑濃度達到值c0/k=1.7×10¹⁴?atom/cm³至6.5×10²¹atom/cm³范圍之后即停止通入摻雜氣；摻雜氣為硼烷時，硅熔體中摻雜劑濃度達到值c0/k=7.6×10¹³至1.6×10²¹atom/cm³范圍之后即停止通入摻雜氣；?

3)??????保持階段，假設結晶體積為V0，則流入的新熔體體積為V0，硅熔體體積恒定不變；由于結晶的單晶濃度為c0，則硅熔體摻雜劑減少量為c0*V0，而新增加的摻雜劑為c0*V0，摻雜劑總量不變，最終硅熔體摻雜劑濃度維持在c0/k，硅單晶的濃度也穩定在c0目標值；

根據上述步驟制備獲得的區熔硅單晶徑向電阻率均勻性達到＜7%。

本發明的有益效果是：由于本發明的多晶料棒的摻雜劑濃度均勻一致，且保持階段無需進行氣摻，則硅熔體濃度均勻性非常高，綜上所述，本發明相比與NTD法，成本較低，且生產周期較短；與區熔氣摻法和直拉區熔法相比，徑向電阻率均勻性得到了有效提高。

附圖說明

圖1為直拉區熔法拉晶示意圖；

圖2為直拉區熔法，直拉多晶頭部向下時拉晶示意圖；

圖3為直拉區熔法，直拉多晶頭部向上時拉晶示意圖；