掺杂计算--理论与实践

PrintDate:6/1/20206/8/2020,.,1,什么是拉單晶摻雜劑-母合金,所谓“母合金”就是杂质元素与硅的合金，常用的母合金有硅磷和硅硼两种，杂质浓度是10的-2次方和10的-3次方,PrintDate:6/1/20206/8/2020,.,2,為什么拉單晶需要摻雜劑（母合金）,采用“母合金”作为掺杂剂是为了使掺杂量容易控制、更准确掺杂的目的主要是用来改变硅熔体中施主杂质（如磷）或受主杂质（如硼）的杂质浓度，使其生长出的单晶电阻率达到规定的要硅单晶N型掺杂剂：五族元素，主要有磷、砷、锑硅单晶P型掺杂剂：三族元素，主要有硼、铝、镓拉制电阻率低的硅单晶，一般用纯元素作掺杂剂拉制电阻率高的硅单晶则采用母合金作为掺杂剂,PrintDate:6/1/20206/8/2020,.,3,影响掺杂的几个因素,杂质的蒸发无论液体或熔体在合适的温度下，溶剂和溶质总是要蒸发，特别是在真空下尤为显著，因此蒸发必定影响溶质在溶液的分布和溶液的杂质浓度，具体的公式非常复杂，我们需要知道的是杂质蒸发同蒸发表面积、杂质的蒸发速度常数、蒸发的时间几个要素有关。杂质的分凝效应熔体的各部分的杂质浓度相同，若进行极其缓慢的所谓平衡冷却，这样固液两相内部杂质原子会通过扩散调整它们之间的浓度，实际上熔体不可能实现平衡冷却，总有一定的冷却速度，由于固相中杂质原子扩散速度很小，浓度调整缓慢，先凝固的与后凝固的固相杂质浓度不同，因此晶体中各处杂质浓度不再均匀分布，这种由于杂质偏析引起的分凝现象叫分凝效应。不同的杂质在熔硅中分凝系数是不同的，熔体结晶时杂质分凝效应使单晶中杂质分布不匀这是它的不利方面，但另一方面可利用杂质的分凝效应使杂质集中在单晶的头部或尾部，达到提纯的目的。拉制单晶过程中硼的滲入由于石英坩埚的纯度远远小于多晶硅的纯度，在硅单晶拉制过程中石英坩埚P型杂质（主要是硼）不断溶入熔硅，改变熔硅的杂质浓度。,PrintDate:6/1/20206/8/2020,.,4,母合金掺杂的计算方法,电阻率P的单晶，它的头部对应的的杂质浓度为C头，多晶硅原料的重量为W，母合金的杂质浓度为C母，应掺母合金重量为MM=W*C头/（K*C母C头），其中K为掺杂剂原素在硅中的平衡分凝系数,PrintDate:6/1/20206/8/2020,.,5,掺杂的几个重要参数,单晶的型号（N还是P）拉制硅单晶的目标电阻率；以P型为例，一般要范围为0.53，选择1.62.5的目标阻值基本不会跑阻，可根据实际情况和需要调整原料的电阻率（要精确）母合金的杂质浓度所掺杂质的分凝系数,PrintDate:6/1/20206/8/2020,.,6,單晶型號對摻雜的影響,按照單晶型號的不同母合金主要有以下摻雜方式N型高阻P型母合金摻雜量有兩部分一部分用來補償N型另一部分將補償后的單晶看稱高阻得到0.56cm單晶P型高阻摻入適量的B得到0.56cm的單晶P型低阻（小于0.5cm）摻入適當的N型母合金說明通常第一和第二種摻雜方式較常見結合理論計算和實際經驗可以得到要求的阻值的單晶對于第三種情形摻入N型母合金后晶體后段會發生轉型摻入量不合適的話會嚴重影響成品率目前我們對第三種摻雜方式積累了一定的經驗以下是得到的晶棒的測試結果,PrintDate:6/1/20206/8/2020,.,7,目标电阻率對拉制單晶的影響,對于P型，一般要范围为0.53cm，那么目標電阻率選擇什么范圍合適呢,摻硼目標電阻率一般在1.52.5cm摻鎵目標電阻率一般在2.54.5cm,PrintDate:6/1/20206/8/2020,.,8,電阻率與雜質濃度之間的關系,P型電阻率和雜質濃度關系,N型電阻率和雜質濃度關系,PrintDate:6/1/20206/8/2020,.,9,不同電阻率對應的雜質濃度,PrintDate:6/1/20206/8/2020,.,10,摻硼母合金例一,實際摻雜量應根據實際情況進行修正一般正負10%,PrintDate:6/1/20206/8/2020,.,11,摻硼母合金例二（多種料源）,PrintDate:6/1/20206/8/2020,.,12,