直拉硅单晶的气相掺氮方法
专利汇可以提供直拉硅单晶的气相掺氮方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种直拉 硅 单晶的气相掺氮方法，采用纯度为99.99％的氮气或者氩-氮混合气作为保护气氛实现气相掺氮，控制炉内气体压 力 为5～60托，最佳压力为15～25托，气体流量为1～6m2/hr，最佳流量为2～5m3/hr，制造氮含量为1×1014～4.5×1015/cm3的硅单晶，成品率不低于70％。应用这种气相掺氮方法，保护气体的成本可降低40～50％，其 硅片 有良好的机械性能，在制作 半导体 器件工艺过程中，硅片的 破碎 率降低10～15％。，下面是直拉硅单晶的气相掺氮方法专利的具体信息内容。
直拉硅单晶的气相掺氮方法
本发明涉及一种自熔融液的提拉法的单晶生长技术。
在半导体器件的生产工艺过程中，常用的硅单晶制作的硅片经过
影响半导体器件的成品率。采用掺氮的硅单晶所制造的半导体器
件具有良好的性能和较髙的成品率。
Semiconductor Silicon 1981 pp54 报导了日本
信越公司阿部等人提出的在区熔硅单晶中掺入氮以后，由于氮在
硅晶格中起着阻碍位错运动的作用，从而提髙了硅片的机械强
度。
Elevctrochem • So c. 1984 Spring Meeting,
Ert onded Abstract No • 36 报导了美国 Mons an t o 公
司CHion等人提出在直拉硅单晶中掺入氮以后，由于掺入到直
拉硅单晶中的氮和氧的相互作用使硅片强度增加，可以减少器件
工艺中高温热处理后硅片的翘曲和碎裂。提高器件的成品率；能
抑制硅单晶生长过程中微缺陷的产生，提髙晶体的完整性。比较
而言，直拉硅单晶制造成本最低易于实现大直径化，成功地制
取掺氮直拉硅单晶将会产生积极的效果。
VLSI Scienceand Technology 1985 PP543报
导了日本信越公司阿部等人采用熔硅中加入Si3N4粉料制取
掺氮直拉硅单晶的方法。但这种方法尚未应用于工业生产，且存
在以下缺陷：
1、若采用该方法，由于Si3N4在熔硅中的溶解速度很低，
势必使熔料时问大大延长。
2、工艺上难以控制。若硅中的氮浓度过低，则抑制微缺陷
和强度提高不明显；如果熔硅中氮浓度过高，超过了氮在熔硅中
的溶解度时，则析出Si 3 O4而破坏硅单晶的正常生长。
1986年授权的CN85100295专利提出了在氮气保护气氛
下制造直拉硅单晶的方法，在工业生产中应用这一方法能大幅度
降低生产成本，同时在硅单晶中掺入了一定量的氮，使器件性能
和成品率有—定的提高，但由于实际生产中硅多晶的投料量、熔
料时间和晶体生长时间各不相同，硅单晶中的掺氮量的控制问题
尚有待解决。
本发明的任务在于提供一种利用气体保护气氛制造掺氮直拉
硅单晶的掺氮方法。
在研究“采用氮保护气氛制造直拉（切氏法） 硅单晶的方
法”的基础上，进一步研究了减压气氛下，气氛中的氮在不同的
压力、流量、反应时间、硅表面状态等条件下与硅的化学反应机
理,通过合理选择含氮的减压保护气氛以及精确控制炉内保护气
体的压力、流量等参数，以获得不受氮硅化学反应干扰的硅单晶
生长条件，提出了直拉硅单晶的气相換氮方法，制造氮合量为
1 X 1014-4.5 X1015/cm3 的硅单晶。
采用直拉硅单晶的气相掺氮方法所用的设备和操作过程与以
氩气作为保护气氛的直拉法相同，其保护气体采用氮气或者氩—
氮混合气。
当以氮气作为气相掺氮时，可以采用纯度为99.99%的氮
气，炉内气体压力为5--6 0托，炉内最佳压力为1 5--2 5托;
气体流量为1--6 m3/hr，最佳流量为2—5m3/hr。
当以氩一氮混合气作为气相掺氮时，氩其成份为1--99%,
氮气成份为9 9—1%。.
直拉硅单晶的气相掺氮方法与固相掺氮方法比较具有以下优
点：
1、掺氮量容易控制，操作方便，有利于在工业化生产中推
广应用；
2、采用氮气或者氩一氮混合气，保护气体的成本可降低
4 0 --5 0 %；
3、所制取的掺氮硅单晶质量稳定，在制作半导体器件工艺
过程中，其硅片破碎率降低1 0--1 5%。
实施例1 ：
晶投料量为10 kg,以纯度99. 99 %的氮气作为掺杂气体，控
制炉内压力为1 0托，氮气流量为2m3/hr,获得含氮量为
1 X 1 0 14的硅单晶7kg。
实施例2:
利用原有的直拉单晶炉，石英坩埚直径为Φ 254mm， 硅多晶
投料量为10kg，以纯度99. 99%的氮气作为掺杂气朱控制
炉内压力为2 5托，氮气流量为4m3/hr,获得含氮量为
4 X 1 015的硅单晶7kg.
实施例3 ；
利用原有直拉硅皁晶炉，石英坩埚直径为Φ 305mm，硅多晶
投料量为2 0开关，以氩一氮混合气作为掺杂气体，氩气和氮气
成份比为1:1,氮气和氩气的纯度皆为99.99%， 炉内气体压
力为15托，气佩量为3m3/hr，获得含氮量为1 X 1014
/cm3的硅单晶14.2kg。
实施例4 ：
利用原有直拉硅单晶炉，石英坩埚直径为Φ 305mm， 硅多晶
投料量20kg，以氩—氮混合气作为掺杂气，氩气和氮气成
份比例为1:1,.氮气纯度为99.99%, 氩气纯度为99.99%,
炉内气体压力为2 5托，气体流量为6 m3/ hr。获得含氮量为
4.5 X 1 015/m3的硅单晶14.2 kg。
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