直拉法生长掺锗硅单晶时氧的控制

摘要

直拉法 (CZ法 )生长单晶硅是目前获得高质量大直径晶体的一种工业化方法。但在晶体生产过程中 ,随着投料 (硅 )量加大 ,熔体中强烈的热对流往往造成晶体宏观和微观质量不均匀 ,有时很难正常生产单晶体。CZ法生产单晶硅时使用的石英坩埚是晶体中氧的主要来源。硅中氧对半导体器件工艺利弊兼有。因而控制晶体中合适的氧浓度是提高半导体器件成品率的关键工艺之一。熔硅中的氧与掺入的锗容易形成GeO而挥发 ,也是造成掺Ge硅中Ge浓度难以控制的因素之一。晶体生长过程中 ,晶体中氧浓度与熔体运动方式密切相关。熔体运动主要有 :( 1 )由坩埚底部通过热对流将氧输运到熔体自由表面和固液生长界面。( 2 )沿自由表面从冷的晶体边缘到热的坩埚壁 ,表面张力的衰减所驱动产生的热毛细对流。( 3)由冷的晶体———熔体表面到垂直的坩埚壁最热点密度降低所驱动的浮力对流。( 4)晶体旋转造成的离心泵吸流。这些对熔解于熔硅中的氧引入到生长着的固液界面处晶体一侧的浓度都有着密切关系。在空间微重力环境下 (g 1 0 -5 g0 ) ,掺杂剂与硅的质量梯度对流和密度差引起的密度对流、热重力对流等可以大大降低。此时 ,杂质运动主要以扩散方式进行。因此可获得优质晶体。