[其他]采用氮保護氣氛制造直拉(切氏法)硅單晶的方法

在審

• 申請號: 101985000000295
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100295B
• 公開（公告）日: 1986-02-10
• 發明（設計）人: 闕端麟;李立本;林玉瓶
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于直拉（切氏法）硅單晶生長技術領域。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，進入爐內氮氣壓力為０．５～６０托，氮氣流量為２～５０升／分，所用的充氮設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成本，提高硅單晶質量，產生積極的經濟效果。

本發明是一種關于直拉（切氏法）硅單晶的方法。

最常用的生長半導體級硅單晶的方法有切氏法（CZ）和懸浮區熔法（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（Si+SiO₂→2SiO↑）生成的SiO向上蒸發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生長的穩定性。1975年美國Varian公司報導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生的CO和SiO氣體，由從爐內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，并提高了產品質量。

上述減壓充氬切氏拉晶方法的不足之處是：瓶裝氬氣易被雜質所污染，純度難以保證;若使用液態氬，則需用超大型空氣設備生產，價格昂貴。

本發明的任務在于尋找來源豐富、價格更低廉的氣體作為拉制高質量硅單晶的保護氣。

1959年，W·Kaiser〔見J·Appl phys 30.427（1959）〕指出，氮與熔融硅液的反應生長氮化硅干擾晶體生長，并在懸浮區熔法（FZ）單晶生長中進行充氮試驗，證明在常壓下因硅與氮發生化學反應而不可能生長硅單晶。至今在直拉硅單晶技術中，尚無采用純氮作為制造直拉硅單晶的保護氣體的先例。

本發明在深入地試驗研究了氮與硅化學反應的具體條件，以及氮在硅中的分凝狀態的基礎上，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氣體的壓力和流量。本發明采用了液氮貯槽、蒸發器、平衡器、壓力調節器組成的供氣系統;質量流量計、精密電阻真空計、不銹鋼波紋管閥組成的壓力流量的調節測量系統;截止閥、過濾器、滑閥真空泵組成的抽氣系統。構成純氮氣保護氣氛的減壓及流量控制系統，有效地抑制了SiO的干擾，創造了在減壓氣氛下硅晶體正常生長的條件。控制的技術參數如下：

氮氣純度 99.999%以上

爐內氮氣壓力范圍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，產品質量符合制造半導體器件的要求。

本發明與現有充氬（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。并使無氬氣地區可以使用本技術拉制高質量的硅單晶。

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。所用的充氣抽氣設備及控制方法與充氬工藝相同。拉制成的硅單晶質量滿足制作硅半導體器件的要求。