Способ получения кремния Советский патент 1990 года по МПК C03B15/04 C03B29/06 

Изобретение относится к производству монокристаллов кремния и может быть использовано в металлургической и электронной отраслях промышленности.

Цель изобретения - повышение выхода годного при увеличении однородности распределения удельного сопротивления по длине монокристалла.

На монокристаллах кремния, полученных предлагаемым способом, измеряли методом Шпитцера с ошибкой 25-30% удельное сопротивление четырехзондовым методом, концентрацию скоплений мелкодисперсных включений NMB травлением по стандартной методике.

П р и м е р 1. Монокристаллы кремния р-типа проводимости выращивают методом Чохральского на установке Редмет-8. Шихта в кварцевом тигле содержит кремний-сырец 1 кг, лигатуру в виде монокристаллического кремния, легированного бором с -10 30м -см, и предварительно синтезированный GeBa в количестве 0,6 г, что соответствует 0,06 мас.% (табл. 1, опыт 2). Выращивание ведут в атмосфере гелия. Исходная концентрация бора в шихте составляет 1.6-1015см . Скорость выращивания, скорость вращения монокристаллов и тигля составляют соответственно 2 мм/мин. 10 и 4 об/мин. Направление выращивания (III). Монокристаллы выращивают диаметром 40-45 мм до полного удаления кремния из тигля. Полученные монокристаллы, как и в последующих примерах, были бездислокационными. Из монокристаллов на 5 см ниже уровня выхода монокристаллов на диаметр и на расстоянии 3 см от конца монокристаллов вырезают шайбы. На них измеряют время жизни неосновных носителей заряда г, концентрацию мелкодисперсных включений NMB- удельное сопротивление р в 9 точках. По последним определяют разброс удельного сопротивления Ар. Удельное сопротивление измеряют по длине монокристаллов. Принимают, что в данную марку входят участки монокристаллов со значениел о

Јь ГО О СО

ями ±10% от номинального удельного сопротивления. В монокристаллах удельное сопротивление соответствует расчетному и не меняется после отжига при 630 С в течение 1 ч в атмосфере аргона.

П р и м е р 2. Выращивают монокристаллы кремния р-типа. Условия выращивания, количество кремния-сырца и лигатуры такие же, как в примере 1. В шихту дополнительно вводят GeBa в количествах 0,2; О-.З; 1,6; 3,5 и 5 г, что соответствует 0,02; 0,03; 0,1; 0,5 мас.% (табл. 1, опыты 2 и 6). Один монокристалл выращивают из шихты в которую дополнительно вводят германий с концентрацией 0,2 мае. % (прототип) (табл. 1, опыт 7). В этом монокристалле удельное сопротивление приобретает расчетное значение только после отжига в режиме, указанном в примере 1. В монокристаллах, полученных предложенным способом, удельное сопротивление после отжига не меняется.

ПримерЗ, Выращивают монокристаллы кремния n-типэ, легированные фосфором. Начальная концентрация фосфора в исходной шихте составляет 2-1C см .Условия выращивания и вес шихты аналогичны примеру 1. В шихту дополнительно вводят РЬВа в концентрациях, мас.%: 0,1; 0.35; 0,03: 0,02 (табл. 1. опыты 8-12).

Монокристаллы после отжига в режимах, как в примере 1, практически не меняют своего удельного сопротивления. Выращивают один монокристалл по известному способу (прототип). Для получения заданного сопротивления монокристалл отжигают.

П р и м е р 4 Выращивают монокристаллы кремния в условиях примера 1. Концентрация фосфора в шихте составляет 2-10 , Дополнительно вводят TIBa в количествах 0,1; 0,03; 0,35; 0,02; 0,5 мас,% (табл. 1, опыты 14-18).

Как видно из табл. 1, монокристаллы кремния, выращенные из расплава, содержащего дополнительно GeBa, РЬВа или TIBa в предложенном интервале концентраций, обладают более высокой однородностью в объеме слитков и имеют высокие значения времени жизни носителей заряда по сравнению с прототипом. Кроме того, монокристаллы, полученные предложенным способом, не требуют отжига для получения нужного удельного сопротивления. П р и м е р 5. Выращивают монокристаллы кремния n-типа, легированные фосфором до/9 4-5 Ом.см, в условиях примера 1, а компоновка шихты идентична примеру 3. Вместо GeBa вводят это же соединение, но с избытком германия: Ge 60 ат.% и Ва 40 ат.% (стехиометрический состав соединений GeBa, РЬВа и TIBa - 50 ат.%) с концентрациями в шихте 0,02; 0,03; 0,1; 0,35; 0,5 мас.% (табл. 2, опыты 1-5). На выращенных монокристаллах измеряют свойства,

проводят отжиг в режимах, как в примере 1. Отжиг практически не меняет удельного сопротивления полученных монокристаллов.

П р и м е р 6. Выращивают монокристаллы кремния р-типа, легированные бором до

0 /9 11-12 Ом -см, как в примере 1. В шихту дополнительно вводят РЬВа с избытком Ва: РЬ 47 ат.%, Ва 53 аг.%. Концентрация такого соединения в шихге составляет: 0.02: 0,03; 0,1 0,35 и 0,5 мас.% (табл. 2, опыты

5 6-10). Огжиг в режиме примера 1 не изменяет удельного сопротивления.

П р и м е р 7. Выращивают монокристаллы кремния, как в примерах 1 и 6. В шихту дополнительно вводят GeBa с избытком гер0 мания: Ge 51 ат.% и Ва 49 ат.%. Отжиг при 630 С практически не изменяет удельного сопротивления монокристаллов.

Результаты измерений монокристаллов, полученных в примере 7, такие же, как

5 в опытах 1 5 табл. 2.

Как видно из табл. 2, положительный эффект достиоется и тогда, когда вместо соединения стехиометрического состава в шихту вводили соединение с избытком од0 ного из его компонентов. Этот результат показывает, что состав соединения некритичен и не требует особых условий при синтезе.

Использование прадпагаемого способа

5 получения кремния по сравнению с известными способами обеспечивпст уменьшение разброса удельного сопротивления в поперечном сечении до 3- 4% без отжига кремния; увеличение выхода годного в данную

0 марку в 1,5-2 раза; увеличение времени жизни носителей заряда в 3-6 раз; устраняет необходимость проводить отжиг (термообработку) для получения нужного удельного сопротивления.

5

Формула изобретения

Способ получения кремния, включающий плавление кремния с добавкой, содер0 жащей элемент IV группы, и выращивание кристалла из расплава, отличающий- с я тем, что, с целью повышения выхода годного при увеличении однородности распределения удельного сопротивления по

5 длине монокристалла, в качестве добавки, содержащей элемент IV группы, используют предварительно синтезированное соединение этого элемента с барием или их смесь с избытком одного из компонентов и добавку берут в количестве 0,03-0,35% от массы кремния.

Таблица 1

Изобретение относится к производству монокристаллов кремния и позволяет повысить выход годного при увеличении однородности распределения удельного сопротивления по длине монокристалла. Способ включает плавление кремния с добавкой предварительно синтезированного соединения GEBA или PBBA, или TIBA в кварцевом тигле и выращивание монокристалла из расплава. Кроме того, вместо соединения стехиометрического состава в шихту можно вводить соединение с избытком одного из его компонентов. Концентрация добавки в обоих случаях составляет 0,03-0,35 мас.%. Преимуществом способа является отсутствие необходимости проводить отжиг для получения нужного удельного сопротивления. 2 табл.

По прототипу.

Таблица 2

Продолжение табл.2