Способ получения кремния

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК щ) 5 С 30 В 15/04, 29/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4420725/31-2 6 (22) 05.05.88 (46) 15.05.90. Бюл. N 18 (71) Московский институт электронного машиностроения (72) А.Я. Губенкб (53) 621.315.592(088.8) (56) Патент Японии ¹ 50-7557, кл, В 01 J 17/18, 1975. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРЕМНИЯ (57) Изобретение относится к производству монокристаллов кремния и позволяет повысить выход. годного при увеличении однородности распределения удельного

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;ь удельное сопротивление четырехзондовым методом, концентрацию скоплений мелкодисперсных включений N > травлением по стандартной методике., Пример 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 р=1 10 Ом"см, и предварительно синтезированный GeBa в количестве 0,6 r, что соотÄÄSUÄÄ 1564203 А 1 сопротивления по длине монокристалла.

Способ включает плавление кремния с добавкой предварительно синтезированного соединения СеВа или РЬВа, или TlBa 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.,4, Преимуществом способа является отсутствие необходимости проводить отжиг для получения нужного удельного сопротивления, 2 табл. ветствует 0,06 мас. ь (табл, 1, опыт 2); Выращивание ведут в атмосфере гелия. Исходная концентрация бора в шихте составляет

1,6 10 см . Скорость выращивания, скорость вращения монокристаллов и тигля составляют соответственно 2 ммlмин, 10 и 4

06/мин. Направление выращивания (lll), 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 т, концентрацию мелкодисперсных включений ймв, удельное сопротивлениер в 9 точках. По последним определяют разброс удельного сопротивления Лр, Удельное сопротивление измеряют по длине монокристаллов. Принимают, что в данную марку входят участки монокристаллов со эначени1564203

Г

55 ями +10 j 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, Пример 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; 0;3; l,6; 3,5 и 5 г, что соответствует 0,02; 0,03; 0,1;

0,5 мас. g (табл. 1, опыты 2 и 6). Один монокристалл выращивают из шихты. в которую дополнительно вводят герма -.:";А с концентрацией 0,2 мас, (и, птогип) (табл, 1, опыт 7). B этом минокристалле удельное сопротивление приобретает расчетное значение только после отжига в режиме, указанном в пример —.1. .В монокристаллах, полученных о редложенным способом, удельное -,опротивление после отжига не меняется, Пример 3. Выращивают монокристаллы кремния п-типа, легированные фссфором, Начальная концентрац;-гя Аосфора в исходной шихте составляет 2 10 см . Условия выращивания и вес шихть. 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 пример 1, практически не ь еняют своего удельного сопаотивления, Выращивают один монокристалл по известному способу (прототип). Для получения заданного сопротивления манокрисгалll отжи га ют.

Пример 4. Выращивают монокристаллы кремния в условиях примера 1, Концентрация фосфора в шихте составляет

2 10 см, Дополнительно вводят Г! Ва в

17 количествах 0,1; 0,03; 0,35; 0,02; 0,5 мас, g (табл. 1, опыты 14 — 18).

Как видно из табл, 1, монокристаллы кремния, выращенные иэ расплава, содержащего дополнительно GeBa, PbBa или

Ti Ва в предложенном интервале кон центраций, обладают более высокой однородностью в обьеме 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, Пример 5, Выращивают монокристаллы кремния п-типа, легированные фосфором до p = 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 соеди1Г, 20

У ) 5

45 нений GeBa, РЬВа и TIBa — 50 ат.7;) с концентрациями в LUNxTe 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.

Пример 6. Выращивают монокристаллы кремния р-типа, легированные бором до

p = 11 — 12 Ом см, как в примере 1. В шихту дополнительно вводят PbBa с избытком Ва, Pb 47 ат. Д, Ва 53 ат,7;. Концентрация такого соединения в шихте составляет; 0.02;

0,03; 0,1 0,35 и 0,5 мас.7, (табл, 2, опыты

6 — !Oi, Отжиг в режиме примера 1 не изменяет удельного сопротивления.

Пример 7. Выращивают монокристаллы кремния, как в примерах 1 и 6. В шихту дополнительно вводят СеВа с избытком германия: Ge 51 ат. g, и Ва 49 ат, g,. Отжиг при

630 С практически не изменяет удельного

0 сопротивления монокристаллов, Результаты измерений монокристаллов, полученных в примере 7, такие же, как в опытах 1-5 табл. 2.

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

Использование предлагаемого способа получения кремния по сравнению с известными способами обеспеч;BaeT уменьшение разброса удельного сопротивления в поперечном сечении до 3 — 4 Р без отжига кремния; увеличение выхода годного в данную 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.

Формула изобретения

Способ получения кремния, включающий плавление кремния с добавкой, содержащей элемент И группы, и выращивание кристалла из расплава, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения выхода годного при увеличении однородности распределения удельного сопротивления по 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 коемния.

1564203

Таблица 1

Время жизни неосновных .носителей заряда т, мкс

Выход годного,%

Концентрация соединения в расплаве, мас, Опыт рв= 1,6 10 см

15 — Э

Ge Ba

1 °

16 — 3 пр= 2 10 см

Pb Ba

Pb пр=2 10 см

0,25

Ti Ba

* По прототипу, Таблица 2

Время жизни неосновных носителей заряда,т, мкс

Концентрация мелкодисперс ных включений, мв,см

Удельное сопротивление, р,0М см

Опыт

nð=-2 10 см

6,5

0,02

11,5

0,03

120

15

0,1

0,35

12

11,5

130

4,5

Ge 51;

Ва 49

2

4

6

7х

9

11

12

13*

14

16

17

18

20*

Вводимое в шихту соединение

Вводимое в шихту соедине— ние, ат.

GeBa с избытком Ge

Ое 60;

Ва 40

0,02

0,06

0,03

0,1

0,35

0,5

0,2

0,1

0,03

0,35

0,02

0,05

Концентрация соединения в расплаве, мас. %

Удельное соп роти вление р,См см

12

12

12

12

12

12

Разброс удельного сопротивления Лр

4,5

6,5

Разброс удельного соп ротивения, M++Ë

"5

) 5

Выход годного,%

74

6Р

2т0

1ci0

Концентрация мелкодисперс ных вклю чений Чмв см— г

0

„-з

1 2

0

„„-г

1564203

Продолжение табл.2

Составитель Е.Писарева

Редактор Л,Веселовская Техред М.Моргентал Корректор M.Ñàìáoðñêàÿ

Заказ 1140 Тираж 344 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101