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直拉单晶硅的制备掺杂

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直拉单晶硅的制备 硅、锗等单晶制备,就是要实现由多晶到单晶的转变,即原子由液相的随机排列直接转变为有序阵列;由不对称结构转变为对称结构。但这种转变不是整体效应,而是通过固液界面的移动而逐渐完成的。为实现上述转化过程,多晶硅就要经过由固态到熔融态,然后又由熔融态硅到固态晶体硅的转变。这就是从熔体硅中生长单晶硅所遵循的途径。从熔体中生长硅单晶的方法,目前应用最广泛的主要有两种:有坩埚直拉法和无坩埚悬浮区熔法。在讨论这两种制备方法之前,还应讨论在制备单晶过程中必不可少的一些准备工序。包括掺杂剂的选择、坩埚的选择、籽晶的制备等,分别介绍如下: 一、掺杂 在制备硅、锗单晶时,通常要加入一定数量杂质元素(即掺杂)。加入的杂质元素决定了被掺杂半导体的导电类型、电阻率、少子寿命等电学性能。掺杂元素的选择必须以掺杂过程方便为准,又能获得良好的电学性能和良好晶体完整性为前提。 1 掺杂元素的选择 (1)根据导电类型和电阻率的要求选择掺杂元素 制备N 型硅、锗单晶,必须选择Ⅴ 族元素(如 P、As、Sb、Bi);制备P 型硅、锗单晶必须选择Ⅲ 族元素(如 B、Al、Ga、In、Ti)。杂质元素在硅、锗晶体中含量的多少决定了硅、锗单晶的电阻率。电阻率不仅与杂质浓度有关,而且与载流子的迁移率有关。当杂质浓度较大时,杂质对载流子的散射作用,可使载流子的迁移率大大降低,从而影响材料的导电能力。考虑到以上因素,从理论上计算了电阻率与杂质浓度的关系曲线,如图 9-5 所示。 在生产工艺上按电阻率的高低分档。掺杂有三档:轻掺杂(适用于大功率整流级单晶)、中掺杂(适用于晶体管级单晶)、重掺杂(适用于外延衬底级单晶)。 (2)根据杂质元素在硅、锗中溶解度选择掺杂元素 各种杂质元素在硅、锗中溶解度相差颇大。例如,采用大溶解度的杂质,可以达到重掺杂的目的,又不会使杂质元素在晶体中析出影响晶体性能。 下表列出了常用掺杂元素在硅、锗单晶生长时掺入量的极限,超过了极限量,单晶生长不能进行。 (3)根据分凝系数选择掺杂元素 前面已介绍了几种掺杂元素,在硅、锗熔体生长时的平衡分凝系数的值。可见,分凝系数小的掺杂元素,在熔体生长晶体时很难从熔体进入晶体。因此要使 K0 小的杂质进行重掺杂显然是不适宜的。所以要根据分凝系数来选择掺杂元素是很重要的条件之一。 (4)根据杂质元素在硅、锗中扩散系数选择掺杂元素 考虑到整个半导体器件的热稳定性和在半导体...

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