摻雜計算--理論與實(shí)踐

1、print date: 5/24/20207/13/2020,golden silicon technology inc.,1,什么是拉單晶摻雜劑- - 母合金,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,print date: 5/24/20207/13/2020,golden silicon technology inc.,2,為什么拉單晶需要摻雜劑（母合金）, 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 硼）的雜質(zhì)濃度，使其生長出的單晶電阻率達(dá)到規(guī)

2、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,print date: 5/24/20207/13/2020,golden silicon technology inc.,3,影響摻雜的幾個因素, 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

3、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(kuò)散調(diào)整它們之間的濃度，實(shí)際上熔體不可能實(shí)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(kuò)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

4、溶入熔硅，改變?nèi)酃璧碾s質(zhì)濃度。,print date: 5/24/20207/13/2020,golden silicon technology inc.,4,母合金摻雜的計算方法, 電阻率p的單晶，它的頭部對應(yīng)的的雜質(zhì)濃度為c頭，多晶硅原料的重量為w，母合金的雜質(zhì)濃度為c母，應(yīng)摻母合金重量為m m =w*c頭/（k*c母c頭），其中k為摻雜劑原素在硅中的平衡分凝系數(shù),print date: 5/24/20207/13/2020,golden silicon technology inc.,5,摻雜的幾個重要參數(shù), 單晶的型號（n還是p） 拉制硅單晶的目標(biāo)電阻率；以p型為例，一般要范圍為0.5

5、3，選 擇1.62.5的目標(biāo)阻值基本不會跑阻，可根據(jù)實(shí)際情況和需要調(diào)整 原料的電阻率（要精確） 母合金的雜質(zhì)濃度 所摻雜質(zhì)的分凝系數(shù),print date: 5/24/20207/13/2020,golden silicon technology inc.,6,單晶型號對摻雜的影響,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(bǔ)償n型另一部分將補(bǔ)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)膎型母合金 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(shí)際經(jīng)驗(yàn)可以得到要求的阻值

6、的單晶 對于第三種情形摻入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(yàn)以下是得到的晶棒的測試結(jié)果,print date: 5/24/20207/13/2020,golden silicon technology inc.,7,目標(biāo)電阻率對拉制單晶的影響,對于p型，一般要范圍為0.53 cm ，那么目標(biāo)電阻率選擇什么 范圍合適呢,摻硼目標(biāo)電阻率一般在1.52.5 cm摻鎵目標(biāo)電阻率一般在2.54.5 cm,print date: 5/24/20207/13/2020,golden silicon technology inc.,8,電阻

7、率與雜質(zhì)濃度之間的關(guān)系,p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,print date: 5/24/20207/13/2020,golden silicon technology inc.,9,不同電阻率對應(yīng)的雜質(zhì)濃度,print date: 5/24/20207/13/2020,golden silicon technology inc.,10,摻硼母合金例一,實(shí)際摻雜量應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修正一般正負(fù)10%,print date: 5/24/20207/13/2020,golden silicon technology inc.,11,摻硼母合金例二（多種料源）,print date: 5/24/20207/13/2020,golden silicon technology inc.,12,針對新進(jìn)多晶硅原料的