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半导体技术的发展使硅单晶大直径化成为必然趋势,但6英寸及以上的大直径区熔硅单晶生长极为困难,且该技术国外对我国进行了严格的技术封锁,为打破这种局面,国内8英寸区熔硅单晶的自主研发势在必行。在此背景下,我们确立了本课题的研究目标,并制定了详细的实验方案设计,采用进口区熔设备和高纯多晶硅原生棒料,成功生长出8英寸区熔本征硅单晶,结合中子嬗变掺杂和热处理工艺,制备出满足半导体技术发展的8英寸区熔硅单晶。本论文对大直径区熔硅单晶生长技术以及中子辐照硅单晶热处理工艺进行了重点研究。大直径区熔本征硅单晶的生长难点为热应力导致硅单晶位错过多或开裂、多晶硅棒料化料过程中边缘出现硅刺、以及原始硅单晶径向电阻率分布(rail resistivity variation,简称RRV)不均。论文中首先研究了区熔炉加热线圈和保温桶等热场的优化设计,以及硅单晶生长速率、硅单晶转速、偏心量、工作频率等工艺参数的优化问题,找到了提高热场对称性,降低径向和轴向温度梯度,减小硅单晶热应力的方案,解决了硅单晶开裂的技术难题;其次,通过对化料工艺的研究,改善了化料效果,避免硅刺的产生,同时有效改善了区熔硅单晶RRV,为最终产品的RRV指标实现提供了有利保障;最后,通过对中子辐照后硅单晶的热处理工艺的研究,综合考虑热处理温度、时间和降温速率等重要参数,得到了最佳热处理工艺,成功消除了中子辐照损伤,使硅单晶电阻率恢复到目标水平,且保证了硅单晶少子寿命。通过以上研究,最终确定了8英寸区熔硅单晶的生长工艺和中子辐照单硅晶热处理工艺,成功研制出各项性能指标均满足目标需求的8英寸区熔硅单晶,具体性能参数如下:N型无位错硅单晶,直径202-203 mm,晶向<100>+20′,电阻率538Ω·cm,RRV平均4.2%,氧含量<1×1016 at/cm3,碳含量<1×1016 at/cm3,少子寿命861 us。