1、拉晶工艺相关知识
一、 与杂质相关多个概念
杂质起源: 杂质类型施主杂质受主杂质电中性杂质
杂质位置: 杂质能级浅能级杂质深能级杂质
深能级杂质金在锗中能级及杂质赔偿
（1）当锗中有N型浅施主杂质时
（2）当锗中有P型浅受主杂质时
二、 掺杂剂选择
1、 电学性质: 原子半径、 核外电子结构
尽可能选择与锗、 硅原子半径近似杂质元素作为掺杂剂, 以确保晶体生长完整性
N型掺杂: V族
P型掺杂: III族
2、 物理化学性质: 固溶度、 蒸发系数、 分凝系数、 扩散系数
杂质原子半径越大, 特征原子构型与锗、 硅 越不一
2、样, 它们在锗、 硅中固溶度越小。III, V族在锗, 硅中固溶度大, 快蒸发杂质掺杂不宜在真空而应在保 护性气氛下进行, 采取投杂法分凝系数远离 1 杂质难于进行重掺杂。
三、 依据杂质在晶体中扩散系数选择
在高温工艺中, 如扩散、 外延, 掺杂元素扩散系数小些好
快扩散杂质: H, Li, Na, Cu, Fe, K, Au, He, Ag,
慢扩散杂质: Al,P,B,Ga, Tl, Sb, As
四、 常见掺杂剂
Si N型: P P型: B
Ge N型: Sb P型: Ga
掺杂措施: 共熔 投杂（体单晶生长中）
热扩散掺杂、 离子注
3、入掺杂（平面工艺中）、 中子嬗变掺杂
五、 掺杂量计算（轻掺杂时）
1、 只考虑杂质分凝时掺杂计算
2、 采取母合金投入计算母合金用量
3、 母合金中杂质浓度Cm求法
4、 考虑坩埚污染及蒸发掺杂计算
5、 实际拉制P型硅及N型硅掺杂计算
六、 纵向电阻率均匀性控制
影响原因: 分凝、 蒸发、 坩埚污染
变速拉晶: 从分凝作用考虑、 从蒸发作用考虑
稀释溶质: 双坩埚及连续送料CZ技术
七、 径向电阻率均匀性控制
影响原因: 固液界面平坦度、 小平面效应
固液界面影响: 生长速率不变时, 生长过程中固液界面改变
小
4、平面效应: 弯曲固液界面, 界面各处过冷度不一样
沿<111>方向生长时不一样固液界面小平面出现位置
调平固液界面方法: 调整生长热系统, 使径向温度梯度变小; 调整拉晶参数: 凸界面, 增加拉速; 凹界面, 降低拉速
调整晶体或坩埚转速: 增大晶转: 使凸变凹
增大埚转: 使凹变凸。增大坩埚与晶体直径比值, 使固液界面变平 坦, 同时可降低位错及氧含量。
八、 生长层定义
生长层: 晶体内溶质浓度交替改变晶体薄 层。生长层形状和固液界面形状相同, 厚度等于一个周期内界面位移。
生长层连续排列就组成了生长条纹。
纵截面、 横截面条纹形状
5、九、 直拉法工艺中消除旋转性条纹
首先将籽晶轴调整到籽晶杆转轴一致, 即 籽晶杆旋转时籽晶不画圆。通常热场对称轴就是坩埚对称轴, 将坩埚对 称轴和籽晶轴调整到同轴。设计炉膛时尽可能使发烧体、 保温罩等含有轴 对称性并与坩埚对称轴一致。减小或废除小观察孔
十、 消除通常性杂质条纹措施
掺杂单晶在一定温度下退火, 使一部份 浓度较高杂质条纹衰减
中子嬗变掺杂
强磁场中拉单晶（MCZ）、 中子嬗变掺杂退火, 以消除辐照造成损伤。在放置 一段时间以降低放射性掺杂均匀性好, 没有分凝和小平面效应 影响, 没有杂质条纹
十一、 强磁场中拉单晶（MCZ）改善作用
1.有
6、效抑制热对流, 减小了熔体中温度波动, 使液面平整。ΔT: 10℃→ 1℃( 0.2T), 基础消除生长条纹
2.降低熔硅与坩埚作用, 使坩埚中杂质较少进入 熔体, 并可有效控制晶体中氧浓度。
3.因为磁粘滞性, 使扩散层厚度增大, Keff增大, 提升了杂质纵向分布均匀性
4.提升生产效率
组分过冷定义: 在拉制重掺杂单晶时, 对于K<1杂质, 因为分凝作用在界面周围形成一个杂质富集层。在富集层内各点凝固点不一样, 即使界面温度为凝固点, 但离开界面 熔体实际温度低于凝固点, 处于过 冷状态。原来固液界面前沿过热熔体 因杂质聚集产生一过冷区, 这种因组 分改变而产生过冷现象称为组分过冷。
在平坦界面上因干扰产生突起时, 其 尖端处于过冷度较大熔体中, 它生 长速率比界面快, 凸起不能自动消失, 于是平坦界面稳定性就被破坏了。
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