Tecnología de dopaje de FZ Silicon

Silicioes un material semiconductor. En ausencia de impurezas, su propia conductividad eléctrica es muy débil. Las impurezas y los defectos de cristal dentro del cristal son los principales factores que afectan sus propiedades eléctricas. Dado que la pureza de los cristales individuales de silicio FZ es muy alta, para obtener ciertas propiedades eléctricas, se deben agregar algunas impurezas para mejorar su actividad eléctrica. El contenido de impureza y el tipo de la materia prima Polysilicon y las propiedades eléctricas del silicio de cristal único dopado son factores importantes que afectan sus sustancias de dopaje y cantidades de dopaje. Luego, a través del cálculo y la medición real, se corrigen los parámetros de extracción y finalmente se obtienen cristales individuales de alta calidad. Los principales métodos de dopaje paraCristales individuales de silicio FZIncluya dopaje de núcleo, dopaje de recubrimiento de solución, dopaje de llenado, dopaje de transmutación de neutrones (NTD) y dopaje de fase gaseosa.

1. Método de dopaje del núcleo

Esta tecnología de dopaje es mezclar dopantes en toda la varilla de materia prima. Sabemos que la varilla de materia prima está hecha por el método CVD, por lo que la semilla utilizada para hacer que la varilla de materia prima puede usar cristales de silicio que ya contienen dopantes. Al tirar de los cristales individuales de silicio, los cristales de semillas que ya contienen una gran cantidad de dopantes se derriten y se mezclan con el policristalino con mayor pureza envuelta fuera de los cristales de semillas. Las impurezas se pueden mezclar uniformemente en el silicio de cristal único a través de la rotación y la agitación de la zona de fusión. Sin embargo, el silicio de cristal único tirado de esta manera tiene una baja resistividad. Por lo tanto, es necesario utilizar la tecnología de purificación de fusión de zona para controlar la concentración de dopantes en la varilla de materia prima policristalina para controlar la resistividad. Por ejemplo: para reducir la concentración de dopantes en la varilla de materia prima policristalina, se debe aumentar el número de purificación de fusión de zona. Usando esta tecnología de dopaje, es relativamente difícil controlar la uniformidad de resistividad axial de la varilla del producto, por lo que generalmente solo es adecuado para Boron con un gran coeficiente de segregación. Debido a que el coeficiente de segregación del boro en el silicio es 0.8, el efecto de segregación es bajo durante el proceso de dopaje y la resistividad es fácil de controlar, por lo que el método de dopaje del núcleo de silicio es particularmente adecuado para el proceso de dopaje de boro.

2. Método de dopaje de recubrimiento de solución

Como su nombre lo indica, el método de recubrimiento de la solución es cubrir una solución que contiene sustancias de dopaje en una varilla de materia prima policristalina. Cuando el policristalino se derrite, la solución se evapora, mezclando el dopante en la zona fundida y finalmente tirando de un cristal único de silicio. En la actualidad, la solución de dopaje principal es una solución de etanol anhidro de trióxido de boro (B2O3) o pentóxido de fósforo (P2O5). La concentración de dopaje y la cantidad de dopaje se controlan de acuerdo con el tipo de dopaje y la resistividad objetivo. Este método tiene muchas desventajas, como la dificultad para controlar cuantitativamente los dopantes, la segregación dopante y la distribución desigual de los dopantes en la superficie, lo que resulta en una pobre uniformidad de resistividad.

3. Método de dopaje de relleno

Este método es más adecuado para dopantes con bajo coeficiente de segregación y baja volatilidad, como GA (K = 0.008) y en (K = 0.0004). Este método es perforar un pequeño orificio cerca del cono en la varilla de materia prima, y luego enchufar Ga o entrar en el orificio. Dado que el coeficiente de segregación del dopante es muy bajo, la concentración en la zona de fusión difícilmente disminuirá demasiado durante el proceso de crecimiento, por lo que la uniformidad de resistividad axial de la varilla de silicio de cristal único cultivado es buena. El silicio de cristal único que contiene este dopante se usa principalmente en la preparación de detectores infrarrojos. Por lo tanto, durante el proceso de dibujo, los requisitos de control del proceso son muy altos. Incluyendo materias primas policristalinas, gas protector, agua desionizada, limpieza de líquido corrosivo, pureza de los dopantes, etc. La contaminación del proceso también debe controlarse tanto como sea posible durante el proceso de dibujo. Evite la aparición de chispas de bobina, colapso de silicio, etc.

4. Método de dopaje de transmutación de neutrones (NTD)

Dopaje de transmutación de neutrones (NTD para abreviar). El uso de la tecnología de dopaje de irradiación de neutrones (NTD) puede resolver el problema de la resistividad desigual en los cristales individuales de tipo N. El silicio natural contiene aproximadamente el 3.1% del isótopo 30SI. Estos isótopos 30SI se pueden convertir en 31p después de absorber neutrones térmicos y liberar un electrón.

Con la reacción nuclear llevada a cabo por la energía cinética de los neutrones, los átomos de 31si/31p desvían una pequeña distancia de la posición de red original, causando defectos de la red. La mayoría de los átomos de 31p se limitan a los sitios intersticiales, donde los átomos de 31p no tienen energía de activación electrónica. Sin embargo, el recocido de la varilla de cristal en aproximadamente 800 ℃ puede hacer que los átomos de fósforo regresen a sus posiciones de red originales. Dado que la mayoría de los neutrones pueden pasar por completo a través de la red de silicio, cada átomo de SI tiene la misma probabilidad de capturar un neutrón y convertirse en un átomo de fósforo. Por lo tanto, los átomos de 31SI se pueden distribuir uniformemente en la varilla de cristal.

5. Método de dopaje de fase gaseosa

Esta tecnología de dopaje es soplar gas volátil PH3 (tipo N) o gas B2H6 (tipo P) directamente en la zona de fusión. Este es el método de dopaje más utilizado. El gas de dopaje utilizado debe diluirse con gas AR antes de introducirse en la zona de fusión. Al controlar de manera estable la cantidad de llenado de gas e ignorar la evaporación del fósforo en la zona de fusión, la cantidad de dopaje en la zona de fusión se puede estabilizar, y la resistividad de la zona de silicio de cristal de fusión se puede controlar de manera estable. Sin embargo, debido al gran volumen del horno de fusión de la zona y al alto contenido del gas protector AR, se requiere previo dopaje. Haga que la concentración del gas de dopaje en el horno alcance el valor establecido lo antes posible, y luego controle de manera estable la resistividad del silicio de cristal único.

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