[其他]采用氮保護氣氛制造直拉(切氏法)硅單晶的方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 101985000000295 | 申請日: | 1985-04-01 |
| 公開(公告)號: | CN85100295B | 公開(公告)日: | 1986-02-10 |
| 發(fā)明(設(shè)計)人: | 闕端麟;李立本;林玉瓶 | 申請(專利權(quán))人: | 浙江大學(xué) |
| 主分類號: | 分類號: | ||
| 代理公司: | 暫無信息 | 代理人: | 暫無信息 |
| 地址: | 浙江省杭*** | 國省代碼: | 浙江;33 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 采用 保護 氣氛 制造 切氏法 硅單晶 方法 | ||
本發(fā)明屬于直拉(切氏法)硅單晶生長技術(shù)領(lǐng)域。采用純氮作為直拉硅單晶的保護氣體,所用的氮氣純度為99.999%以上,進入爐內(nèi)氮氣壓力為0.5~60托,氮氣流量為2~50升/分,所用的充氮設(shè)備及控制方法與充氬工藝相同。由于氮氣來源豐富,價格低廉,可大幅度地降低硅單晶生產(chǎn)成本,提高硅單晶質(zhì)量,產(chǎn)生積極的經(jīng)濟效果。
本發(fā)明是一種關(guān)于直拉(切氏法)硅單晶的方法。
最常用的生長半導(dǎo)體級硅單晶的方法有切氏法(CZ)和懸浮區(qū)熔法(FZ),其中切氏法生長的硅單晶的占有量約為總量的90%左右。
在切氏法硅單晶生長過程中,熔硅與石英坩鍋反應(yīng)(Si+SiO2→2SiO↑)生成的SiO向上蒸發(fā)而影響硅單晶的正常生長,在制造大直徑硅單晶時,其拉制時間長達10小時,使這一問題尤為突出,無論在真空或常壓氬氣氛下,都無法避免在拉晶過程中氧化硅顆粒落入熔硅表面而破壞單晶持續(xù)生長的穩(wěn)定性。1975年美國Varian公司報導(dǎo)了一種減壓充氬條件下的大型硅單晶拉制工藝(Solid State Technology1975 VOL。18.31~33),將硅單晶體拉制過程中不斷產(chǎn)生的CO和SiO氣體,由從爐內(nèi)上方進入的減壓氬氣帶出爐外,消除了SiO的干擾,降低了硅中的含碳量,從而提高了切氏法無位錯硅單晶的成品率,并提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
上述減壓充氬切氏拉晶方法的不足之處是:瓶裝氬氣易被雜質(zhì)所污染,純度難以保證;若使用液態(tài)氬,則需用超大型空氣設(shè)備生產(chǎn),價格昂貴。
本發(fā)明的任務(wù)在于尋找來源豐富、價格更低廉的氣體作為拉制高質(zhì)量硅單晶的保護氣。
1959年,W·Kaiser〔見J·Appl phys 30.427(1959)〕指出,氮與熔融硅液的反應(yīng)生長氮化硅干擾晶體生長,并在懸浮區(qū)熔法(FZ)單晶生長中進行充氮試驗,證明在常壓下因硅與氮發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而不可能生長硅單晶。至今在直拉硅單晶技術(shù)中,尚無采用純氮作為制造直拉硅單晶的保護氣體的先例。
本發(fā)明在深入地試驗研究了氮與硅化學(xué)反應(yīng)的具體條件,以及氮在硅中的分凝狀態(tài)的基礎(chǔ)上,克服了長期存在的純氮氣不能作為拉晶保護氣體的技術(shù)偏見,提出了以氮作為保護氣氛的制造直拉硅單晶的方法。
采用純氮保護氣氛需要控制進入爐內(nèi)氣體的壓力和流量。本發(fā)明采用了液氮貯槽、蒸發(fā)器、平衡器、壓力調(diào)節(jié)器組成的供氣系統(tǒng);質(zhì)量流量計、精密電阻真空計、不銹鋼波紋管閥組成的壓力流量的調(diào)節(jié)測量系統(tǒng);截止閥、過濾器、滑閥真空泵組成的抽氣系統(tǒng)。構(gòu)成純氮氣保護氣氛的減壓及流量控制系統(tǒng),有效地抑制了SiO的干擾,創(chuàng)造了在減壓氣氛下硅晶體正常生長的條件。控制的技術(shù)參數(shù)如下:
氮氣純度 99.999%以上
爐內(nèi)氮氣壓力范圍0.5~60托,氮氣流量2~50升/分。
在上述較寬范圍的氮氣保護氣氛條件下,都能和采用氬保護氣氛同樣地生長無位錯硅單晶,產(chǎn)品質(zhì)量符合制造半導(dǎo)體器件的要求。
本發(fā)明與現(xiàn)有充氬(Ar)減壓切氏法工藝相比較,具有氮氣來源豐富,價格低廉(目前氮氣價格約為氬氣的1/3),在硅單晶質(zhì)量相同的條件下,可大幅度地降低硅單晶成本。并使無氬氣地區(qū)可以使用本技術(shù)拉制高質(zhì)量的硅單晶。
實施例:
采用氮氣保護氣氛制造直拉硅單晶的方法,所用的氮氣純度為99.999%以上,控制硅單晶爐內(nèi)氮氣壓力為10~30托,氮氣流量為10~30升/分。所用的充氣抽氣設(shè)備及控制方法與充氬工藝相同。拉制成的硅單晶質(zhì)量滿足制作硅半導(dǎo)體器件的要求。
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