直拉切氏法硅单晶的氮保护气氛.pdf

本发明属于半导体材料制造技术领域。
    最常用生长半导体级硅单晶的方法是切氏法（CZ）和悬浮区熔法（FZ）。其中切氏法生长的硅单晶的占有量约为总量的90%左右。

    切氏法硅单晶生长过程中、熔硅与石英坩埚的反应产生SiO颗粒：Si+SiO2→2SiO↑，在制造大直径硅单晶时，由于拉制时间长，每根单晶拉制时间常达10小时以上，使这一问题尤为突出。无论在真空和正氩气氛下，都无法避免在拉晶过程中SiO颗粒落入熔硅表面，而破坏了单晶持续生长的稳定性。1975年美国Varian公司报导了一种减压充氩条件下的大型硅单晶拉制工艺，将硅晶体拉制过程中不断产生的CO和SiO气体，由从炉室上方进入的氩气带出炉外，从而提高了切氏法无位错大型硅单晶的成品率，并降低了硅中含碳量。

    上述减压充氩切氏工艺方法主要存在问题是：瓶装的氩气易被杂质污染，纯度难予保证;液态氩气需用超大型空分设备生产、价格昂贵。

    本发明的任务在于寻找以来源丰富、价格低廉的普通气体作为拉制高质量的硅单晶的保护气。

    1959年W·Kaiser〔见J·Appl·phys    30.427（1959）〕指出，氮与熔融硅液的反应生长氮化硅，干扰晶体生长，并在悬浮区熔法（FZ）单晶生长中进行充氮试验，证明在大气压下硅与氮发生化学反应，不可能生长单晶。在低气压下化学反应虽然减弱，但又发生放电，促进氮化物生长，也影响单晶生长。由此半导体材料专业人员普遍认为，由于氮与熔融硅会产生化学反应，而无法生长单晶。致使直拉（切氏法）拉制硅单晶技术中，至今尚无用氮气作为保护气体的先例。

    本发明克服了长期存在的氮气不能作为拉晶保护气体地技术偏见，在研究了氮与硅的化学反应的具体条件，以及氮在硅中的分凝状态等基础上，提出了直拉（切氏法）硅单晶技术中以氮作为保护气氛。

    直拉硅单晶以氮作为保护气氛的技术数据为：

    氮气纯度    99.999%以上

    氮气压力范围    0.5～60乇

    氮气流量范围    2～50升/分

    本发明与现有充氩（Ar）减压切氏法工艺相比，具有氮气来源丰富，价格低廉，在硅单晶质量相同的条件下，可大幅度地降低硅单晶成本等优点。

    最佳实施例为：

    氮气纯度    99.999%以上

    氮气压力范围    10～30乇

    氮气流量范围    10～30升/分