способ получения однородно легированных монокристаллов кремния
Классы МПК: | C30B15/04 с добавлением легирующего материала, например для n-р переходов C30B31/00 Способы диффузии или легирования монокристаллов или гомогенного поликристаллического материала с определенной структурой; устройства для этих целей |
Автор(ы): | Сальник З.А., Микляев Ю.А., Наумов А.В., Сальник О.С., Фомичев А.В., Волков В.И. |
Патентообладатель(и): | Акционерное общество "Подольский химико-металлургический завод" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1993-07-09 публикация патента:
27.03.1997 |
Изобретение относится к выращиванию монокристаллов кремния методом Чохральского с последующим их применением при изготовлении полупроводниковых приборов, в частности мощных и силовых транзисторов, силовых диодов, тиристоров и т. д., и позволяет повысить выход в годную продукцию как при выращивании монокристаллического кремния, так и при изготовлении полупроводниковых приборов на основе такого кремния. Это достигается тем, что при выращивании монокристалла проводят частичное легирование кремния фосфором, а долегирование до заданного уровня удельного электрического сопротивления (УЭС) осуществляют термодонорами путем отжига кремния или 350 - 500oС, совмещая или сочетая его с температурными обработками, содержащими эти температуры в цикле изготовления прибора, причем содержание и распределение доноров, обусловленных легированием фосфором, а также содержание и распределение термодоноров выбирают таким образом, чтобы суммарная концентрация доноров в каждой точке монокристалла кремния в готовых приборах соответствовала заданному уровню УЭС. 5 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
Формула изобретения
Способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, выращиваемых методом Чохральского и используемых для изготовления полупроводниковых приборов путем легирования примесью, создающей электронный тип проводимости, включающий легирование фосфором в процессе выращивания монокристалла с концентрацией доноров, увеличивающейся от верхнего к нижнему торцу слитка, и последующую термообработку при 350 500oС с образованием термодоноров, отличающийся тем, что на стадии выращивания монокристалла проводят контролируемое легирование кремния кислородом с концентрацией, уменьшающейся от верхнего к нижнему торцу слитка, легирование фосфором осуществляют частичное, а долегирование до заданного уровня удельного электрического сопротивления осуществляют термодонорами, совмещая или сочетая указанную термообработку с конечными температурными обработками на стадии изготовления полупроводниковых приборов.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к полупроводниковой металлургии и может быть использовано при выращивании монокристаллов кремния электронного типа проводимости методом Чохральского с последующим их применением при изготовлении полупроводниковых приборов, в частности, мощных и силовых транзисторов, силовых диодов и тиристоров и т.д. Наиболее близким к избретению является способ, в соответствии с которым монокристаллы кремния выращивают по методу Чохральского, легирование донорной примесью осуществляют путем введения в тигель с расплавом кремния заданного количества фосфорсодержащей лигатуры и отжигают при 350 500oС. Недостатком описанного способа является низкий выход в годную продукцию при доводке монокристаллов по УЭС из-за неоднородного (увеличение концентрации от верхнего к нижнему торцу) распределения фосфора по длине кристалла. Это связано с существенным отклонением от единицы коэффициента распределения фосфора в кремнии. Задача изобретения выбор условий легирования кремния фосфором при выращивании по методу Чохральского и условий использования такого кремния в производстве полупроводниковых приборов таким образом, чтобы величины УЭС в изготовленных полупроводниковых структурах для всех точек монокристалла по длине и сечению соответствовали заданному номиналу УЭС. Это достигается тем, что в способе легирования монокристаллов кремния, выращиваемых методом Чохральского и используемых для изготовления полупроводниковых приборов, примесью, создающей электронный тип проводимости, включающем легирование фосфором в процессе выращивания монокристалла с концентрацией доноров увеличивающейся от верхнего к нижнему торцу слитка, при выращивании монокристалла проводят частичное легирование кремния фосфором, а долегирование до заданного уровня УЭС осуществляют термодонорами путем отжига кремния при 350 500oС, совмещая или сочетая его с температурными обработками, содержащими эти температуры в цикле изготовления прибора, причем содержание и распределение доноров, обусловленных легированием фосфором (Np), а также содержание и распределение термодоноров (Nтр выбирают таким образом, чтобы суммарная концентрация доноров (ND![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076155/931.gif)
Nтр
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076155/8771.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/183.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/183.gif)
где К константа образования термодоноров. В свою очередь, необходимый профиль распределения кислорода, уменьшающийся от верхнего к нижнему торцу кристалла, реализуют применением соответствующих величин и направлений вращения кристалла (
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076155/969.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076155/969.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/8776.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/961.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076013/177.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076013/177.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/8776.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/183.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/183.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/183.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/183.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/183.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/8805.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/183.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/183.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/183.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/183.gif)
Измеренные далее пробивные напряжения, ИКБ проб., изготовленных из этого монокристалла транзисторных структур находились в достаточно узком диапазоне величин 1900 oC 2100 В. Прочие параметры транзисторов не отличались от серийно выпускаемой продукции. Пример по прототипу. На установке "Редмет-30" (из примера 1) был выращен монокристалл кремния диаметром 80 мм и длиной 600 мм в соответствии с прототипом. В этом случае легирование кремния донорной примесью на номинал УЭС 90 Ом. см проводилось только фосфором с помощью фосфорсодержащей лигатуры, помещенной в расплав поликристаллического кремния. Частоты вращения кристалла и тигля оставались постоянными в течение всего процесса выращивания и составляли соответственно 15 и 5 об/мин. Скорость выращивания монокристалла изменялась от 1,5 мм/мин до 0,5 мм/мин по типовой программе. Прочие условия выращивания были аналогичны описанному выше примеру. Данные по анализу электрофизических параметров этого кристалла приведены на фиг. 3. Величины УЭС выращенного по прототипу кристалла уменьшались от 130 Ом.см на верхнем до 30 Ом.см на нижнем торце. В пределы марки КЭФ 90 (70 oC 115 Ом.см) при раскрое кристалла по УЭС вошли только
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/8776.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/183.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/183.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/183.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/183.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/183.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/183.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/183.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/183.gif)
![способ получения однородно легированных монокристаллов кремния, патент № 2076155](/images/patents/396/2076001/183.gif)
Класс C30B15/04 с добавлением легирующего материала, например для n-р переходов
Класс C30B31/00 Способы диффузии или легирования монокристаллов или гомогенного поликристаллического материала с определенной структурой; устройства для этих целей