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1、刊；D 讧f z ( = J ，? 键，尊妊 技术 郝玉清方锋吴志强万关良张果虎常青周旗钢 ( 北京有色金属研究总院半导体材料工程研究中心，北京1 0 0 0 8 8 ) 摘要本文研究了利用勾形磁场的拉晶技术。通过改变磁场强度及埚转速 度，可将氧的轴向梯度控制在中氧范围内的l p p m a 内，利用分段拉晶技术可以拉 嗣N ( 1 1 1 ) 高阻单晶，替代区蛙单晶，用于制造小功率器件。 1 引育 自从1 9 8 0 年第一次将磁场用于硅单晶 生长以来，已发展了横向磁场、纵向磁场 及勾形磁场。磁场具有抑制热对流及减少 氧、嗣、铝等杂质更多她进入熔体及晶体中 的作用。但前两种磁场的缺点是横向磁
2、场轴 向和水平的热对流被抑制，径向不受影响。 纵向磁场径向热对流被抑制，轴向和水平不 受影响，从埚底到晶体熔硅界面处有直接 氧的传输。另外晶体熔硅界面处流动少， 无法搅拌等。本文通过在C C , - 6 0 0 0 越单晶炉 上装备勾形磁场，研究它对单晶中氧含量的 轴向分布及N 高阻单晶成品率的影 响。 2 实验 2 1 在装配勾形磁场的C G - 6 0 0 0 型单晶炉 上配制t 1 ) 4 0 0 m m 热场。拉制西1 2 5 m m 单晶， 采用如图1 所示磁场强度及埚转速度变化方 式拉晶，分析氧含量的轴向变化。 2 2 在装配勾形磁场的C G - 6 0 0 0 型单晶炉 上配制蚴
3、0 m l n 热场，分段拉制1 0 0 m m N ( 1 1 1 ) 高阻单晶，与C G - 3 0 0 0 型单晶炉上配 制3 0 0 m m 热场所拉制晶体成品率比较。 3 实验结果及讨论 3 I 勾形磁场的特点 晶体熔硅界面处的磁场强度很小【2 】， 可以很好地搅拌；石英埚内表面附近的磁场 强度和石英埚表面垂直减小了热对流对石 英埚的冲刷，所以石英埚熔硅边界层变厚， 其腐蚀速度降低。熔硅处于强磁场下，热对 流的强度下降；没有从埚底到晶体界面的直 接氧的传输。 3 2 利用勾形磁场控制单晶中氧的轴向均 匀性 在熔体上加磁场，则运动的导电熔体受 到的洛伦兹力为 f = e c V H (
4、 1 ) 式中e 为熔体体元具有的电荷，y 为体元的 运动速度。日为磁场强度。由洛沦兹定律可 知，在穿过磁力线运动的导电体内部，产生和 移动方向及磁场方向垂直的电流。此电流和 磁力线作用使导电体受到与移动方向相反的 作用力，阻碍了熔体的热对流增加了边界层 厚度，所以从石英埚壁进入熔硅中的氧减少。 增加埚转不仅减薄了石英埚熔硅的边 界层还使石英埚的温度升高，这就加大了 氧的扩散及反应速度，所以单晶中氯含量随 埚转增加而变大。 为了控制单晶的氧含量，我们采用如图 l 所示磁场电流及埚转速度变化方式。在单 晶生长的初期采用低埚转高磁场强度，将单 晶中的氧含量降下来。为了提高最低点氧含 量，在此之前将
5、埚转增大并将磁场强度降为 3 9 零，提高单晶中的氧含量，结果如图2 所 示。可将氧含量控制在中氧范围内的 4 - I p p m a l 内。 图l 磁场电流及埚转变化方式 柚 功量 柚主 t n 一 - 一 - 一 t t 椭 图2 单晶氧轴向梯度 3 3 利用分段拉晶技术拉制N 高阻 单晶 、 ， 用于制造小功率器件的N ( 1 l l 高阻 单晶的特点是电阻率分布范围窄，电阻率径 向均匀性要求高，氧含量要求低。我们采用 4 0 ( 1 ) 4 0 0 I R I I I 热场、装料4 5 k g 、分段拉制的方 法，可以很好地解决这一问题。单根单晶成 品率可达到8 5 ( 只需切掉头尾
6、) 。C G 3 0 0 0 型单晶炉上配制 3 0 0 m m 热场，装料 1 7 k g ，单根单晶成品率只有5 0 。通过加磁 场可将氧降到3 0 p p m a 以下。影响N ( I I I ) 高阻单晶电阻率均匀性的因素主要有石英埚 溶解的硼和铝杂质它们扩散到晶体边缘时 和磷补偿，( 1 l l 小面效应及磷的蒸发。根 据勾形磁场的特点可降低石英埚的溶解， 减小硼和铝杂质含量。由于没有从埚底到晶 体界面的对流，熔体的纵向温梯度减小，根 据公式 y = k ( d 出) c 一量L ( d 出) 印c ( 2 ) 式中蠡c ，k 分别为晶体和熔体的热导率， ( d 如) c ，( d
7、出) L 分别为界面附近的晶 体和熔体的纵向温度梯度，为每克熔体的 结晶潜热，p c 为矗体的密度。可知晶体生长 速率增加，导致晶体生长界面由凸变凹， 小面出现在边缘，由此引起的N ( 1 1 1 ) 高阻单晶电阻睾均匀性变差将减小。 4 结论 利用勾形磁场及埚转变化可将0 1 2 5 m m 单晶的氧轴向梯度控制在中氧范围内的 I p p m a 内，拉制N ( 1 1 1 ) 高阻单晶的成品率 和质量高于普通单晶炉产品。 参考文献 I 余恩明半导体硅树并学长沙：中南工业大学出版 社。1 9 7 ，1 3 “ 2l , k a l d l a m aK e 睁JQ y t - lg n m h ，1 9 9 2 。1 2 5z1 8 1 一埘 舢 越m 舢 舢 m m m 叁一 勾形磁场拉晶技术勾形磁场拉晶技术 作者：郝玉清， 方锋， 吴志强 作者单位：有色金属研究总院半导体材料工程研究中心 被引用次数：1次 引证文献(1条)引证文献(1条) 1.宇慧平.隋允康.张峰翊.常新安.安国平 300mm的大直径直拉单晶硅勾形磁场下生长的数值模拟期刊论文-无机材料学报 2005(2) 本文链接：
