Способ получения кремния

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК тронного м 7557,КРЕМНИЯ к производству позволяет повыеличении одноия удельного ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГННТ СССР(71) Московский институт эшиностроения(57) Изобретение относитсямонокристаллов кремния исить выход. годного при увродности распределен 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 мелко- дисперсных включений Мив травлением по стандартной методике., П р и м е р 1, Монокристаллы кремния р-типа проводимости выращивают методом Чохральского на установке Редмет. 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 ОеВа в количестве 0,6 г, что соотЯО 1564203 5 ф) 5 С 30 В 15/04, 29/06 по длине монокристалла.плавление кремния с доительно синтезированногоили РЬВа, или Т 1 Ва в кварращивание монокристалла ме того, вместо соединения ого состава в шихту можно ние с избытком одного из , Концентрация добавки в ставляет 0,03 - 0,35 мас.,4, способа является отсутстсти проводить отжиг для го удельного сопротивлесопротивленияСпособ включаетбавкой предварсоединения СеВацевом тигле и выиз расплава, Кростехиометрическвводить соединеего компонентовобоих случаях соПреимуществомвие необходимополучения нужнония, 2 табл. ветствует 0,06 мас.0 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 мм/мин, 10 и 4 об/мин. Направление выращиввния (И 1), 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 эначени 1564203Г 10 50 55 ями +10% от номинального удельного сопротивления. В монокристаллах удельноесопротивление соответствует расчетному ине меняется после отжига при 630 С в течение 1 ч в атмосфере аргона,П р и м е р 2. Выращивают монокристаллы кремния р-типа, Условия выращивания,количество кремния-сырца и лигатуры такиеже, как в примере 1, В шихту дополнительновводят ОеВа в количествах 0,2; 0;3; 1,6; 3,5и 5 г, что соответствует 0,02; 0,03; 0,1;0,5 мас.(табл, 1, опыты 2 и 6), Один монскристалл выращивают из .вихть 1, в которую дополнительно вводят герма . А сконцентрацией 0,2 мас,(п;атагип(табл, 1, опыт 7), В этом минокристаллеудельное сопротивление приобретает расчетное значение только после атжига в режиме, указанном в примере 1. Вмонокристаллах, полученных а редложенным способом, удельное .,опративление после отжига не меняется,П р и м е р 3, Выращивают манакристаллы кремния п-типа, легированные фссфором, Начальная концентраци Аасфора висходной шихте составляет 2 10 см , Условия выращивания и вес шихты аналогичны примеру 1, В шихту дополнительновводят РЬВа в концентрациях, мас.0 : 0,1;0,35; 0,03, 0,02 (табл. 1, опыты 8 - 12).Монокристаллы после отжига в режимах, как в примере 1, практически не ь еняют своега удельного сопоотивления,Выращивают один монокристалл по известному способу (прототип). Для получения заданного сопротивления монакрисгаллотжи га ют.П р и м е р 4, Выращивают монокристаллы кремния в условиях примера 1,Концентрация фосфора в шихте составляет210 см, Дополнительно вводят ТВа в17количествах 0,1; 0,03; 0,35; 0,02; 0,5 мас,%(табл. 1, опыты 14-18).Как видно из табл, 1, монокристаллыкремния, выращенные из расплава, содержащего дополнительно ОеВа, РЬВа илиТВа в предложенном интервале концентраций, обладают более высокой однородностью в обьеме слитков и имеют высокиезначения времени жизни носителей зарядапо сравнению с прототипом, Кроме того,монокристаллы, полученные предложенным способом, не требуют отжига для получения нужного удельного сопротивления,П р и м е р 5, Выращивают монокристаллы кремния п-типа, легированные фосфором до р = 4 - 5 Ом.см, в условиях примера1, а компоновка шихты идентична примеру3. Вместо ОеВа вводят это же соединение,но с избытком германия. Ое 60 ат. и Ва40 ат.ф, (стехиометрический состав соеди Г, 20 Г 5 30 35 40 45 нений ОеВа, РЬВа и ТВа - 50 ат. ) с концентрациями в шихте 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.Г р и м е р б, Выращивают монокристаллы кремния р-типа, легированные бором до р= 11-12 Ом см, как в примере 1. В шихту дополнительно вводят РЬВа с избытком Ва, РЬ 47 ат., Ва 53 ат, , Ко центрация такого соединения в шихте составляет; 0.02;0,03; 0,1 0,35 и 0,5 мас,% (табл, 2, опыты б - 10), Отжиг в режиме примера 1 не изменяет удельного сопротивления.П р и м е р 7. Выращивают монокристаллы кремния, как в примерах 1 и 6, В шихту дополнительно вводят СеВа с избытком германия: бе 51 ат.% и Ва 49 ат,%. Отжиг при 630 С практически не изменяет удельногоосопротивления 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 стехиаметрического 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 па сравнению с известными способами обесгечивает уменьшение разброса удельного сопротивления в поперечном сечении да 3 - 4% без отжига кремния; увеличение выхода годного в данную мару 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 В 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 кремния.1564203 Таблица 1 Время жизни неосновных носителеи заряда 5,мкс Удельноесопротивлениер,См см Опыт рв=1,6 10 см15 - Э Ое Ва16 - 3пр=2 10 см РЬ Ва 3030 70270 55190 4040 8 9 10 11Ь 35 2 30=210 с В 16 17е По прототипу аблиц Вводимо Время жизни неосновных носителей заряда,т,мкс Концентрация мел кодиспер ных вклю чений,Удельноесопротивление,,Ом см Концентрация соединения в расплаве, рмас, % Разброс удельногосопротивения, +Л Опы М 5,СМ,1 ,3 12 11 60 30 1 2 3 4 5 6 7Вводимоев шихтусоединение в шихтусоедине -ние, ат. % ОеВа избытком Ое Ое 60; Ва 40Ое 51; Ва 49 Концентрация соединения в расплаве,мас, % 0,02 0,06 0,03 0,1 0,35 0,5 0,2 0,10,030,350,020,05 12 12 12 12 12 12 12 Разброс удельного сопротивления Лр,Выходгодного,% 55 55 60 30 25 ыхододного,% 74 150 115 180 140 50 Концентрация мелкодисперс ных включений Йнвсм -г 10 0 10 0 0 з 12Заказ 1140 Тираж 344 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101