[发明专利]一种掺杂区熔硅单晶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种掺杂区熔硅单晶的制备方法，特别是一种利用磁控溅射制备掺杂区熔硅单晶的方法。

技术背景

在目前的区熔硅单晶行业中，为了获得电阻率较低且可控的区熔硅单晶产品，主要有两种生产方式，一种是中子辐照法，另一种是气相掺杂法。然而这两种方法都有其不可克服的弱点：中子辐照法成本高，出成品周期过长，而且易产生辐照缺陷；气相掺杂法由于采用的掺杂气体磷烷(PH₃)有一定毒性，带来安全隐患，且得到产品的电阻率均匀性不够好，这些劣势阻碍了两种方法各自的发展。因而，有必要提供一种新的掺杂区熔硅单晶的制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺杂区熔硅单晶的制备方法，利用本方法可以在无污染的情况下生产电阻率较低且可控的区熔硅单晶，成本低廉，生产效率高，无毒害，电阻率均匀性好。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下的技术方案：

(1)将多晶硅料磨锥、腐蚀、清洗、干燥；

(2)将多晶硅料固定在磁控溅射仪空腔中，掺磷硅靶装好，抽真空至5*10^-3Pa，然后通入氩气，腔内压强为1Pa，在两电极之间施加500Kv的高电压，电离出的氩离子不断轰击靶材，靶材中的磷和硅原子获得能量溅射出来，沉积到多晶硅表面，形成一层均匀致密的磷/硅薄膜，溅射经过30～90分钟后中止溅射，打开溅射腔将多晶硅旋转180°，重复上述步骤，继续溅射相同时间；

(3)取出多晶硅料，放入区熔硅单晶炉中，将籽晶和多晶硅对中，抽真空，通氩气，预热，熔接，缩细颈，放肩，直至等径保持，收尾。

所述的掺磷硅靶是在生产硅靶的工艺中，在原料中加入1％质量百分比的磷，制得的掺磷硅靶。

本溅射的原理是：

将掺磷硅靶安装到磁控溅射仪中，并将多晶硅料放入磁控溅射仪的空腔中固定好，抽真空，然后通入一定量的氩气，在两电极之间施加一个高电压以后，高速的自由电子袭击氩原子，产生带正电的离子(Ar⁺)和二次电子，这些Ar⁺持续加速并撞向带负电的靶材表面，靶材分子(P，Si)受到持续不断的轰击而获得足够能量，最终脱离靶材而溅射到多晶硅表面。而二次电子在加速飞向基片的过程中受到正交磁场洛伦兹力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长，在运动过程中不断与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材。靶材中的磷和硅原子获得能量溅射出来，沉积到多晶硅表面，形成一层均匀致密的磷/硅薄膜。

通过精确控制时间来实现对薄膜厚度的控制，在溅射一段时间以后，将多晶硅料沿圆周方向旋转180°，按原来的步骤溅射相同时间，最终使整个多晶硅料的表面获得较均匀的磷/硅薄膜。

从磁控溅射仪中取出多晶硅料，放入区熔硅单晶炉中，将籽晶和多晶硅对中，抽真空，通氩气，预热，熔接，缩细颈，放肩，直至等径保持，收尾。

由于这种多晶硅料表面均匀分布一层致密的磷薄膜，因此在等径生长过程中，随着料的不断熔化，磷原子也随之源源不断的进入熔区，由于溅射的薄膜更为均匀，因此生长出来的单晶具有更为均匀的磷掺杂，从而其径向和轴向电阻率具有更高的均匀性。

本发明的优点是：利用本方法可以在无污染的情况下生产电阻率较低且可控的区熔硅单晶，成本低廉，生产效率高，无毒害，电阻率均匀性好。

附图说明

图1：本发明磁控溅射工艺示意图

图1中，1电极，2-电磁铁，3-掺磷硅靶，4-多晶硅，5-磷硅薄膜

具体实施方式

实施例1

将一根多晶硅料磨锥，腐蚀，清洗，干燥后放入磁控溅射仪的空腔中，把制好的掺磷硅靶装好，关好门后抽真空至5*10^-3Pa，并充入氩气，使空腔内压强达到1Pa，在两电极之间施加500Kv的高电压，开启电场和磁场，开始进行磁控溅射，经过30分钟后中止溅射，打开溅射门将多晶硅料沿圆周方向旋转180°，关闭溅射门，重复上述步骤，继续溅射，将时间依然控制为30分钟。溅射完毕后，取出多晶硅料放入区熔硅单晶炉中，将籽晶和多晶硅对中，抽真空，通氩气，预热，熔接，缩细颈，放肩，直至直径达到80mm，进行等径保持，直到收尾，获得一颗磷掺杂区熔硅单晶。

实施例2