6-英寸重掺砷硅单晶及抛光片

Ⅲ族元素，如硼、铝等，就会形成P型导电材料。拉制单晶的电阻率值是由被选择的参杂元素的掺入量来确定的，惨杂元素的惨入量越大，单晶的电阻率越低，掺入量很大的低电阻率单晶，称为重渗硅单晶（单晶片）：反之，掺杂元素的掺入量少，则称为轻携硅单晶（单晶片）。掺杂元素的掺入量，根据器件单位或外延单位对目标电阻率值的要求，并经过计算确定的。拉制轻掺硅单品时，需要参入的杂元素量很少，一般多采用以母合金（所谓母合金，是将掺杂元素“稀释”成为硅的溶体，便于轻掺杂时控制杂质称量的准确性)形式掺入，操作非常简单。而拉制重掺低电阻率硅单晶时，需要掺入的掺杂量比较大，则需要将称量好的掺杂元素直接向硅溶体中掺入。如果选择的掺杂剂是砷、磷、锑，特别是具有挥发性和毒性很强的掺杂元素砷时，则不仅在技术上难度很大，而且在环保治理和人员操作上都会带来相应的难题。通常在选择掺杂剂时，特别是选择拉制重掺低电阻率硅单晶衬底片的掺杂剂时，要求掺杂剂应具备如下几个特点：(1)首先需要选择在硅中溶解度大的掺杂剂。掺杂剂在硅中溶解度大，才能获得更低电阻率的单品，这种低电阻率的单品衬底片是人们最希望得到的。其中砷在硅中的溶解度最大，可高达9.0x10,比磷高3倍，比锑高一个数量级.一种元素在其它某种物质中溶解有一定限度，其溶解度大小与两种物质的结构，分子间力的大小和类型有关。不同杂质在硅中的固溶度差异很大。通常两种元素的原子半径越大溶解度越小。原子外层电子数差别越大，溶解度也越小。(2)需要选择具有分凝系数比较大的掺杂剂。具有分凝系数大的掺杂剂掺入晶体中的杂质量大，而且其在晶体中的分布均匀性也好。其中砷在硅中的分凝系数比锑的大一个数量级，与磷的相当。(3)在准备进行掺杂时，还必须要考虑杂质在硅中的扩散，特别是在固体中的扩散。根据器件的要求，用作外延衬底的硅片，要选择在硅中扩散系数小的掺杂剂。这样可以避免或减少杂质由硅衬底反扩散，以保证获得过渡层很窄和电阻率比较高的外延层。其中砷在硅中的扩散系数比磺和锑要小一个数量级。(4)错配度要小。所谓错配度是掺杂剂原子半径与硅原子半径的比值。错配度越小越好，这样可避免杂质掺入后硅晶格发生畸变。从而提高晶体的完整性和成晶率。锑的原子半径又比硅的约大14%，错配度比较明显。其中砷的原子半径与硅非常接近，可视为无错配。砷作为掺杂剂具备上述诸多特点，是最为理想的掺杂剂，正在吸引着众多材料厂家的关注。但砷具有很强的挥发性，在向硅熔体掺入过程中，将会有大量的掺杂剂挥发掉，同时在硅单晶生长过程中掺入的杂质也会不断通过熔体表面进行挥发。挥发掉的摻杂剂不但影响掺杂的准确性，更重要的是给后序工作带来众多麻烦。众所周知，砷是一种有毒性的物质，特别是它的氧化物，如As02,人称砒霜，是剧毒物质。因此，在制备重掺砷硅单晶的技术上，环保治理上难度非常大。正像人们常讲的：樱桃好吃树难栽。因此在选择砷作为掺杂剂时必须开发出与常规不同的摻杂方法，同时解决热场配置及环保治理等一系列技术难题。46英寸重撸砷硅单晶村底片的自主研制有研半导体材料股份有限公司（有研硅股）及其子公司国泰半导体自主研发的6英寸重掺砷硅单晶及抛光片生产技术，攻克了掺杂方法和重掺单晶热场结构以及环保治理等一系列技术难题：(1)自主开发出适应挥发性强的掺杂剂的撸杂方法一挥发扩散法首先自主研制出挥发扩散的掺杂方法，该方法是制备重掺砷硅单晶材料的核心技术。实践证明该方法简单，操作安全，掺杂效率高，可使砷的逸失量降低到最低，从而减轻了环保2