摻雜計算--理論與實踐

1、Presenter: CONFIDENTIALQuality AssurancePrint Date: 6/18/2022Golden Silicon Technology Inc.1所謂“母合金”就是雜質(zhì)元素與硅的合金，常用的母合金有硅磷和硅硼兩種，雜質(zhì)濃度是10的-2次方和10的-3次方 Presenter: CONFIDENTIALQuality AssurancePrint Date: 6/18/2022Golden Silicon Technology Inc.2 采用“母合金”作為摻雜劑是為了使摻雜量容易控制、更準(zhǔn)確 摻雜的目的主要是用來改變硅熔體中施主雜質(zhì)（如磷）或受主雜質(zhì)（如

2、硼）的雜質(zhì)濃度，使其生長出的單晶電阻率達(dá)到規(guī)定的要 硅單晶N型摻雜劑：五族元素，主要有磷、砷、銻 硅單晶P型摻雜劑：三族元素，主要有硼、鋁、鎵 拉制電阻率低的硅單晶，一般用純元素作摻雜劑 拉制電阻率高的硅單晶則采用母合金作為摻雜劑 Presenter: CONFIDENTIALQuality AssurancePrint Date: 6/18/2022Golden Silicon Technology Inc.3 雜質(zhì)的蒸發(fā)無論液體或熔體在合適的溫度下，溶劑和溶質(zhì)總是要蒸發(fā)，特別是在真空下尤為顯著，因此蒸發(fā)必定影響溶質(zhì)在溶液的分布和溶液的雜質(zhì)濃度，具體的公式非常復(fù)雜，我們需要知道的是雜質(zhì)蒸發(fā)同

3、蒸發(fā)表面積、雜質(zhì)的蒸發(fā)速度常數(shù)、蒸發(fā)的時間幾個要素有關(guān)。 雜質(zhì)的分凝效應(yīng)熔體的各部分的雜質(zhì)濃度相同，若進(jìn)行極其緩慢的所謂平衡冷卻，這樣固液兩相內(nèi)部雜質(zhì)原子會通過擴散調(diào)整它們之間的濃度，實際上熔體不可能實現(xiàn)平衡冷卻，總有一定的冷卻速度，由于固相中雜質(zhì)原子擴散速度很小，濃度調(diào)整緩慢，先凝固的與后凝固的固相雜質(zhì)濃度不同，因此晶體中各處雜質(zhì)濃度不再均勻分布，這種由于雜質(zhì)偏析引起的分凝現(xiàn)象叫分凝效應(yīng)。不同的雜質(zhì)在熔硅中分凝系數(shù)是不同的，熔體結(jié)晶時雜質(zhì)分凝效應(yīng)使單晶中雜質(zhì)分布不勻這是它的不利方面，但另一方面可利用雜質(zhì)的分凝效應(yīng)使雜質(zhì)集中在單晶的頭部或尾部，達(dá)到提純的目的。 拉制單晶過程中硼的滲入由于石英坩

4、堝的純度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于多晶硅的純度，在硅單晶拉制過程中石英坩堝P型雜質(zhì)（主要是硼）不斷溶入熔硅，改變?nèi)酃璧碾s質(zhì)濃度。Presenter: CONFIDENTIALQuality AssurancePrint Date: 6/18/2022Golden Silicon Technology Inc.4 電阻率電阻率P P的單晶，它的頭部對應(yīng)的的雜質(zhì)濃度為的單晶，它的頭部對應(yīng)的的雜質(zhì)濃度為C C頭頭，多晶硅原料的重，多晶硅原料的重量為量為W W，母合金的雜質(zhì)濃度為，母合金的雜質(zhì)濃度為C C母母，應(yīng)摻母合金重量為，應(yīng)摻母合金重量為M M M =WM =W* *C C頭頭/ /（K K* *C C母母CC頭

5、頭），其中，其中K K為摻雜劑原素在硅中的平衡分凝系數(shù)為摻雜劑原素在硅中的平衡分凝系數(shù)Presenter: CONFIDENTIALQuality AssurancePrint Date: 6/18/2022Golden Silicon Technology Inc.5 單晶的型號單晶的型號（N N還是還是P P） 拉制硅單晶的目標(biāo)電阻率拉制硅單晶的目標(biāo)電阻率；以；以P P型為例，一般要范圍為型為例，一般要范圍為0.530.53，選，選 擇擇1.62.51.62.5的目標(biāo)阻值基本不會跑阻，可根據(jù)實際情況和需要調(diào)整的目標(biāo)阻值基本不會跑阻，可根據(jù)實際情況和需要調(diào)整 原料的電阻率原料的電阻率（要精確

6、）（要精確） 母合金的雜質(zhì)濃度母合金的雜質(zhì)濃度 所摻雜質(zhì)的分凝系數(shù)所摻雜質(zhì)的分凝系數(shù) Presenter: CONFIDENTIALQuality AssurancePrint Date: 6/18/2022Golden Silicon Technology Inc.6按照單晶型號的不同母合金主要有以下?lián)诫s方式 N型高阻P型母合金摻雜量有兩部分一部分用來補償N型另一部分將補償后的單晶看稱高阻得到0.56cm單晶 P型高阻摻入適量的B得到0.56cm的單晶 P型低阻（小于0.5 cm）摻入適當(dāng)?shù)腘型母合金 說明 通常第一和第二種摻雜方式較常見結(jié)合理論計算和實際經(jīng)驗可以得到要求的阻值的單晶 對于第

7、三種情形摻入N型母合金后晶體后段會發(fā)生轉(zhuǎn)型摻入量不合適的話會嚴(yán)重影響成品率 目前我們對第三種摻雜方式積累了一定的經(jīng)驗以下是得到的晶棒的測試結(jié)果 Presenter: CONFIDENTIALQuality AssurancePrint Date: 6/18/2022Golden Silicon Technology Inc.7對于對于P型，一般要范圍為型，一般要范圍為0.53 cm ，那那么目標(biāo)電阻率選擇什么么目標(biāo)電阻率選擇什么范圍合適呢范圍合適呢?fù)脚饟芥壞繕?biāo)電阻率（ cm）頭部電阻率（ cm）為部電阻率（ cm）目標(biāo)電阻率（ cm）頭部電阻率（ cm）為部電阻率（ cm）110.67110.

8、161.51.511.51.50.21221.32220.272.52.51.642.52.50.33331.96330.383.53.52.273.53.50.44442.59440.494.54.52.94.54.50.54553.22550.65.55.53.535.55.50.65663.85660.7摻硼目標(biāo)電阻率一般在摻硼目標(biāo)電阻率一般在1.52.5 1.52.5 cm摻鎵目標(biāo)電阻率一般在目標(biāo)電阻率一般在2.54.5 2.54.5 cmPresenter: CONFIDENTIALQuality AssurancePrint Date: 6/18/2022Golden Silico

9、n Technology Inc.8105. 1171656.54110082. 11033. 1N737. 01917161058. 2110133. 110305. 1NNNZN1010242. 618P型電阻率和雜質(zhì)濃度關(guān)系N型電阻率和雜質(zhì)濃度關(guān)系3232)(lg041833. 0)(lg38755. 0lg0265. 11)(lg13923. 0)(lg2196. 1lg2626. 31083. 3Z181010242.6ZN3232018376.019833.068157.01057501.062272.02108.20769.3yyyyyyZ16)(lgNyPresenter: C

10、ONFIDENTIALQuality AssurancePrint Date: 6/18/2022Golden Silicon Technology Inc.9電阻率電阻率P型型N型型雜質(zhì)濃度雜質(zhì)濃度雜質(zhì)濃度雜質(zhì)濃度（ppm)雜質(zhì)濃度雜質(zhì)濃度雜質(zhì)濃度雜質(zhì)濃度（ppm)101.34E+150.0269 4.45E+140.0269 52.70E+150.0542 9.05E+140.0190 43.40E+150.0680 1.14E+150.0240 34.56E+150.0914 1.53E+150.0321 26.95E+150.1393 2.34E+150.0501 11.46E+160

11、.2923 4.86E+150.1102 0.53.21E+160.6426 1.04E+160.2405 0.12.77E+175.5488 7.84E+1617.6353 0.018.49E+18170.0645 4.53E+18100.2004 0.0011.17E+202351.0676 7.38E+191703.4068 0.0025.64E+191131.1446 3.48E+19761.5230 0.0033.62E+19725.4564 2.24E+19480.9619 Presenter: CONFIDENTIALQuality AssurancePrint Date: 6/

12、18/2022Golden Silicon Technology Inc.10通過頭部電阻率來確定通過頭部電阻率來確定P型母合金摻雜量（依據(jù)曲線型母合金摻雜量（依據(jù)曲線1）對應(yīng)的對應(yīng)的P型頭部電阻率型頭部電阻率( cm)查表頭部雜質(zhì)濃度查表頭部雜質(zhì)濃度CS坩堝和系統(tǒng)沾污CL1101.34022E+151.68E+15目標(biāo)目標(biāo)P型電阻率型電阻率( cm)雜質(zhì)濃度雜質(zhì)濃度CS（查表）（查表）目標(biāo)雜質(zhì)在硅液中的濃度26.95122E+158.69E+15P型母合金電阻率型母合金電阻率( cm)母合金雜質(zhì)濃度（查表）母合金雜質(zhì)濃度（查表）0.0071.33905E+19裝料量（裝料量（Kg）5026.

13、19 實際摻雜量應(yīng)根據(jù)實際情況進(jìn)行修正一般正負(fù)10%Presenter: CONFIDENTIALQuality AssurancePrint Date: 6/18/2022Golden Silicon Technology Inc.11裝堝種類裝堝種類重量重量(Kg)電阻率電阻率( cm)雜質(zhì)雜質(zhì)濃度濃度計算摻入計算摻入P型母合金總量型母合金總量(g)頭尾（頭尾（P型）型）200.51.511.5043 堝底（堝底（N型）型）859.05E+14高阻多晶（高阻多晶（Kg）17母合金電阻率母合金電阻率( cm)0.0035 母合金雜質(zhì)濃度母合金雜質(zhì)濃度3.04E+19單晶目標(biāo)電阻率單晶目標(biāo)電阻率( cm)1.30 目標(biāo)雜質(zhì)濃度（頭目標(biāo)雜質(zhì)濃度（頭部部1.10E+16Presenter: CON