CN103046130B - P型硅单晶以及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供电阻率高并且电阻率变化率较小的p型硅单晶以及其制造方法。解决方法：制造p型硅单晶1的方法，包括以下步骤：制备硅熔体7，所述硅熔体中已加入作为主掺杂物的硼、为n型杂质且偏析系数比硼低的第一副掺杂物、以及为p型杂质且偏析系数比第一副掺杂物低的第二副掺杂物。用佐克拉斯基方法从硅熔体7生长电阻率不低于6Ωcm的硅单晶。

Description

P型硅单晶以及其制造方法
技术领域
本发明涉及p型硅单晶以及其制造方法，特别是涉及用佐克拉斯基方法制造的p型硅单晶以及其制造方法。
背景技术
诸如IGBT(绝缘栅双极晶体管)的功率器件最近广泛应用于家用电器和工业机器等。功率器件的主要特征之一是高耐压，为了实现这一点，要求用于功率器件的基底的电阻率高而其变化率却小。
用于功率器件用基底的硅单晶主要用佐克拉斯基方法(CZ方法)制造。使用CZ方法，由于如硼和磷之类的掺杂物相对于硅单晶的偏析系数小于1，硅熔体中的掺杂物浓度会随着硅单晶的生长而变高。因此，长成的硅单晶中的掺杂物浓度在生长轴方向上会有差异，结果，硅单晶电阻率在生长轴方向上变化。因此，难以控制电阻率。
关于控制单晶电阻率的技术，例如，日本专利特表2010-531805号公报(专利文献1)描述了一种控制用于制造太阳能电池的硅锭的电阻率的方法。使用该方法，通过制备含硼和磷的冶金级硅源材料，以及向冶金级硅加入铝等制成硅熔体，可形成硅锭。
本发明要解决的问题
在专利文献1所描述的方法中，使用含大量杂质的冶金级硅作为硅源材料。因此，得到的硅单晶基底的电阻率低达约5Ωcm或更低，难以将这样的基底用于要求耐压高的功率器件。
此外，在上述冶金级硅源材料中，硼和磷原来就溶解在硅源材料中。于是要确定硼和磷的量，并且根据硼和磷的量主要加入第III族元素。这样，由于简单地主要使用一种元素作为控制电阻率的元素，实际上难以减小硅单晶基底的电阻率的变化率。
本发明因考虑到上述问题而产生，其目的是提供p型硅单晶以及其制造方法，所述p型硅单晶电阻率高并且电阻率变化率较小。
解决问题的方法
制造根据本发明的p型硅单晶的方法包括以下步骤：制备硅熔体，所述硅熔体中已加入作为主掺杂物的硼、为n型杂质且偏析系数比硼低的第一副掺杂物、以及为p型杂质且偏析系数比第一副掺杂物低的第二副掺杂物。用佐克拉斯基方法从硅熔体生长电阻率不低于6Ωcm的硅单晶。本发明中，偏析系数是指相对于硅单晶的偏析系数。
这样，通过使用多种副掺杂物，可以得到电阻率高且电阻率变化小的p型硅单晶。
在制造上述p型硅单晶的方法中，优选地，第一副掺杂物为磷，第二副掺杂物为铝。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.5且不大于1.2。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于4.9且不大于52.4。本发明中，硅熔体中的浓度是指硅单晶生长之前初始硅熔体中的浓度。
在制造上述p型硅单晶的方法中，优选地，第一副掺杂物为磷，第二副掺杂物为镓。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.5且不大于1.2。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于1.2且不大于13.4。
在制造上述p型硅单晶的方法中，优选地，第一副掺杂物为磷，第二副掺杂物为铟。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.5且不大于1.2。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于25.1且不大于261.2。
在制造上述p型硅单晶的方法中，优选地，第一副掺杂物为砷，第二副掺杂物为铝。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.6且不大于1.5。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于11.7且不大于72.2。
在制造上述p型硅单晶的方法中，优选地，第一副掺杂物为砷，第二副掺杂物为镓。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.6且不大于1.5。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于3.1且不大于18.3。
在制造上述p型硅单晶的方法中，优选地，第一副掺杂物为砷，第二副掺杂物为铟。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.6且不大于1.4。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于57.9且不大于324.0。
在制造上述p型硅单晶的方法中，优选地，第一副掺杂物为磷，第二副掺杂物为铝。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.79且不大于0.81。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于24.2且不大于27.0。
在制造上述p型硅单晶的方法中，优选地，第一副掺杂物为磷，第二副掺杂物为铝。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.89且不大于0.91。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于30.8且不大于33.8。
在制造上述p型硅单晶的方法中，优选地，第一副掺杂物为磷，第二副掺杂物为镓。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.79且不大于0.81，并且硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于6.2且不大于6.9。
在制造上述p型硅单晶的方法中，优选地，第一副掺杂物为磷，第二副掺杂物为镓。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.89且不大于0.91。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于7.8且不大于8.5。
根据本发明的p型硅单晶含有作为主掺杂物的硼、第一副掺杂物、和第二副掺杂物。第一副掺杂物为n型杂质，且偏析系数低于硼。第二副掺杂物为p型杂质，且偏析系数低于第一副掺杂物。电阻率不低于6Ωcm。
这样，通过使用多种副掺杂物，可以得到电阻率高且电阻率变化率小的p型硅单晶。
在上述p型硅单晶中，优选地，第一副掺杂物为磷，第二副掺杂物为铝。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.5且不大于1.2。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于4.9且不大于52.4。本发明中，硅熔体中的浓度是指硅单晶生长之前初始硅熔体中的浓度。
在上述p型硅单晶中，优选地，第一副掺杂物为磷，第二副掺杂物为镓。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.5且不大于1.2。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于1.2且不大于13.4。
在上述p型硅单晶中，优选地，第一副掺杂物为磷，第二副掺杂物为铟。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.5且不大于1.2。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于25.1且不大于261.2。
在上述p型硅单晶中，优选地，第一副掺杂物为砷，第二副掺杂物为铝。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.6且不大于1.5。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于11.7且不大于72.2。
在上述p型硅单晶中，优选地，第一副掺杂物为砷，第二副掺杂物为镓。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.6且不大于1.5。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于3.1且不大于18.3。
在上述p型硅单晶中，优选地，第一副掺杂物为砷，第二副掺杂物为铟。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.6且不大于1.4。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于57.9且不大于324.0。
在上述p型硅单晶中，优选地，第一副掺杂物为磷，第二副掺杂物为铝。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.79且不大于0.81。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于24.2且不大于27.0。
在上述p型硅单晶中，优选地，第一副掺杂物为磷，第二副掺杂物为铝。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.89且不大于0.91。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于30.8且不大于33.8。
在上述p型硅单晶中，优选地，第一副掺杂物为磷，第二副掺杂物为镓。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.79且不大于0.81。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于6.2且不大于6.9。
在上述p型硅单晶中，优选地，第一副掺杂物为磷，第二副掺杂物为镓。硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.89且不大于0.91。硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于7.8且不大于8.5。
技术效果
根据本发明，可以得到电阻率高且电阻率变化率小的p型硅单晶。
附图说明
图1所示为本实施方案中用于制造p型硅单晶的装置的示意性构造图。
图2所示为本实施方案中制造p型硅单晶的方法的流程图。
图3所示为p型硅单晶电阻率与固化率之间的关系图。
具体实施方式
下文中将参考附图对本发明实施方案进行说明。应注意，以下附图中相同或相对应的部件分配了相同的附图标记，并且不再对其重复说明。
首先，参考图1来描述本实施方案用于制造p型硅单晶的制造装置。
如图1所示，硅单晶制造装置10主要具有室2、加热器6、坩埚8、坩埚支撑轴13、和上拉线14。在室2的内壁上提供隔热材料3。在室2的上部提供用于引入诸如氩气(Ar)的惰性气体的气体供应口4，在室2的底部提供用于排出室2中气体的排气口5。坩埚8充有掺杂硅熔体7。坩埚8的周围提供加热器6，硅熔体7可以通过熔融的硅源材料制造。坩埚支撑轴13从坩埚8的下端部延伸到室的底部，并通过坩埚支撑轴的传动装置12旋转支撑。上拉线14用来拉起硅单晶1，并可通过上拉线驱动装置15垂直移动。
现参考图1和2对本实施方案中制造p型硅单晶的方法进行说明。
如图2所示，根据本实施方案的p型硅单晶用来用佐克拉斯基方法制造硅单晶，并且主要包括硅熔体制备步骤S1、硅单晶生长步骤S2、和硅单晶切割步骤S3。
在硅熔体制备步骤S1中，坩埚8充以硅源材料并通过加热器6加热，以使硅源材料熔融。加入主掺杂物、第一副掺杂物和第二副掺杂物3种掺杂物以使硅熔体掺杂。主掺杂物为硼，其代表p型杂质。第一副掺杂物为具有n导电类型的杂质，并且其相对于硅单晶的偏析系数低于主掺杂物硼(B)的。第一副掺杂物为第V族元素，如磷(P)和砷(As)。第二副掺杂物为具有p导电类型的杂质，并且其相对于硅单晶的偏析系数低于第一副掺杂物的。第二副掺杂物为第III族元素，如铝(Al)、镓(Ga)、和铟(In)。
在本实施方案中，使用半导体级硅作为硅源材料。半导体级硅比冶金级硅杂质浓度更低，且纯度更高。半导体级硅的硅纯度为，例如，99.999999999%(11N)。
加入到硅源材料中的主掺杂物、第一副掺杂物、和第二副掺杂物可以全部一次性加入或分开加入到硅熔体中。例如，首先可以将主掺杂物加入到硅熔体7中，随后是第一副掺杂物，然后是第二副掺杂物。
在硅单晶生长步骤S2中，首先，将连接籽晶夹(chuck)16的晶种17放落到硅熔体7的表面，并浸渍在其中。然后，使上拉线14通过上拉线驱动装置15卷起，从而拉起硅单晶1。
硅单晶1经过锥形部分(扩展部分)的生长并长到目标直径后，晶锭的直线部分11生长到规定长度。
在硅单晶切割步骤S3中，最初，晶锭直线部分11生长到规定长度，然后停止上拉线14的卷绕。然后，降低坩埚8，从硅熔体7分离硅单晶1。沿垂直于硅单晶1生长轴方向的平面将硅单晶切片，得到硅晶片。
现参考图3说明硅单晶电阻率与固化率之间关系的模拟结果。
图3中的横坐标表示固化率。固化率是指结晶的硅的质量相对于硅熔体中所含源材料硅的总质量之比。图3中的纵坐标表示在硅单晶1生长轴方向D上的电阻率比值。本发明中，电阻率为硅单晶中心(即，生长轴)的电阻率。此外，电阻率比值是指将某一固化率下的电阻率用固化率为0时的电阻率标准化计算得到的值。
在图3中，样品101～107的每个代表用佐克拉斯基方法由硅熔体形成的p型硅单晶，所述硅熔体已加入硼、磷、和铝，相应地作为主掺杂物、第一副掺杂物、和第二副掺杂物。
对于样品101～107，硅熔体中的硼浓度相应地为3.2×1015原子/cm3(101)、1.1×1015原子/cm3(102)、1.2×1015原子/cm3(103)、2.6×1014原子/cm3(104)、2.1×1014原子/cm3(105)、1.9×1014原子/cm3(106)、和2.0×1014原子/cm3(107)。
样品101～107的硅熔体中磷浓度除以硼浓度计算得到的浓度比(第一浓度比)相应地为0.50(101)、0.60(102)、0.70(103)、0.90(104)、1.00(105)、1.10(106)、和1.20(107)。
样品101～107的硅熔体中铝浓度除以硼浓度计算得到的浓度比(第二浓度比)相应地为5.60(101)、11.70(102)、18.50(103)、31.76(104)、38.65(105)、45.06(106)、和52.40(107)。
如图3中可见，固化率为0～0.9时，在硅单晶样品101～107生长轴方向上的电阻率变化率非常低，即约3～8%或更低。应注意，电阻率变化率是下式1定义的值。本发明中，电阻率最大值是生长轴方向上硅单晶的电阻率最大值，而电阻率最小值是生长轴方向上硅单晶的电阻率最小值。
式1
用于诸如IGBT的功率器件的基底要求其电阻率高且电阻率变化率小。具体地，p型硅单晶的电阻率要求不低于6Ωcm，优选不低于50Ωcm，更优选不低于100Ωcm。此外，p型硅单晶的电阻率变化率要求不高于20%，优选不高于15%，更优选不高于8%，并且更优选不高于5%。
现在对本实施方案中硅单晶电阻率变化率变低的机理进行说明。
在只有硼(主掺杂物)加入硅熔体的情况下，随着硅单晶生长，硅单晶中的硼浓度变高(即固化率变得更大)。因此，硅单晶底部的电阻率变低。
原因如下。随着硅单晶生长，硅熔体中的硼浓度增加，因为硼相对于硅单晶的偏析系数为约0.78，这低于1。因此，加入硅单晶中的硼的比例变高，电阻率变低。
类似地，在磷也同样加入到硅熔体的情况下，随着硅单晶生长，硅单晶中的磷浓度变高。因此，硅单晶底部的电阻率变低。磷相对于硅单晶的偏析系数为约0.38，低于硼的。因此，随着硅单晶生长，硅熔体中磷的偏析速率大于硼的偏析速率。因此，在加入磷的情况下，随着硅单晶的生长，电阻率的下降速率也大于加入硼的情况。
在硼(主掺杂物)和磷(第一掺杂物)加入到硅熔体的情况下，产生的且导电类型相反的载流子互相抵消，因为硼代表p型杂质而磷代表n型杂质。因此，与硼一起向硅单晶加入磷时，p型载流子密度会下降，电阻率会增加。此外，在加入磷的情况下，杂质浓度随着硅单晶生长的增长率高于加入硼的情况。因此，由于增加磷浓度可提高n型载流子密度，可消除p型载流子密度随着硅单晶生长由于硼浓度增加而导致的提高，所以可以降低电阻率随着硅单晶生长的下降速度。
当固化率小时，可以降低随硅单晶生长的电阻率下降的速度。然而，当固化率变大时，由磷浓度增加所导致的n型载流子密度增加占优势，且电阻率随着硅单晶生长变得更高。
在向硅熔体加入偏析系数比磷(第一副掺杂物)小的铝(第二副掺杂物)的情况下，当固化率小时，铝产生的p型载流子基本上没有被带入硅单晶中。然而，当固化率变大时，铝逐渐被带入到硅单晶中，所以p型载流子增加。所以，电阻率逐渐变低。因此，加入铝可以抑制固化率大时的硅单晶电阻率增加。结果是，可以减轻在硅单晶生长轴方向的电阻率变化率。
因此，为n型杂质并且偏析系数比主掺杂物小的第一副掺杂物可以抑制固化率小时的硅单晶电阻率变化，而为p型杂质并且偏析系数比第一副掺杂物小的第二副掺杂物可以抑制固化率大时的硅单晶电阻率变化。
第一实施方案
表1
表1显示了以下情况下在硅单晶生长轴线方向的电阻率最大值和最小值及电阻率变化率的模拟结果：使用硼(B)、磷(P)、和铝(Al)分别作为加入到硅熔体中的主掺杂物、第一副掺杂物、和第二副掺杂物，硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第一浓度比)的变化范围是约不低于0.4至约不高于1.3，硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第二浓度比)变化范围约不低于1.1至约不高于59.1。在此情况下，硼的浓度为约不低于1.87×1014原子/cm3和约不高于3.18×1015原子/cm3。
在此情况下，可以得到电阻率最大值为约不低于7.0Ωcm和约不高于168.3Ωcm、电阻率最小值为约不低于6.2Ωcm和约不高于150.0Ωcm、且生长轴方向的电阻率变化率约不高于17.8%的p型硅单晶。
更优选，硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第一浓度比)范围是约不低于0.5和约不高于1.2，并且硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第二浓度比)范围是约不低于4.9和约不高于52.4。在此情况下，硼的浓度为约不低于1.87×1014原子/cm3和约不高于3.18×1015原子/cm3。
在此情况下，可以得到电阻率最大值为约不低于7.0Ωcm和约不高于168.3Ωcm、电阻率最小值为约不低于6.5Ωcm和约不高于150.0Ωcm、并且生长轴方向的电阻率变化率为约不高于17.8%的p型硅单晶。
更优选，硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第一浓度比)范围是约不低于0.79和约不高于0.81，并且硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第二浓度比)范围是约不低于24.2和约不高于27.0。在此情况下，硼的浓度为约不低于4.64×1014原子/cm3和约不高于1.19×1015原子/cm3。
在此情况下，可以得到电阻率最大值为约不低于21.0Ωcm和约不高于53.0Ωcm、电阻率最小值为约不低于20.0Ωcm和约不高于51.0Ωcm、并且生长轴方向的电阻率变化率为约不高于8.0%的p型硅单晶。
更优选，硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第一浓度比)范围是约不低于0.89和约不高于0.91，并且硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第二浓度比)范围是约不低于30.8和约不高于33.8。在此情况下，硼的浓度为约不低于1.94×1014原子/cm3和约不高于2.57×1014原子/cm3。
在此情况下，可以得到电阻率最大值为约不低于100.0Ωcm和约不高于143.1Ωcm、电阻率最小值为约不低于95.0Ωcm和约不高于132.1Ωcm、并且生长轴方向的电阻率变化率为约不高于7.9%的p型硅单晶。
第二实施方案
表2
表2显示了以下情况下在硅单晶生长轴线方向的电阻率最大值和最小值及电阻率变化率的模拟结果：使用硼(B)、磷(P)、和镓(Ga)作为分别加入到硅熔体中的主掺杂物、第一副掺杂物、和第二副掺杂物，硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第一浓度比)变化范围是约不低于0.4和约不高于1.3，并且硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第二浓度比)变化范围是约不低于0.1和约不高于15.1。在此情况下，硼的浓度为约不低于1.95×1014原子/cm3和约不高于3.18×1015原子/cm3。
在此情况下，可以得到电阻率最大值为约不低于7.0Ωcm和约不高于175.2Ωcm、电阻率最小值为约不低于6.3Ωcm和约不高于150.0Ωcm、并且生长轴方向的电阻率变化率为约不高于16.3%的p型硅单晶。
更优选，硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第一浓度比)范围是约不低于0.5和约不高于1.2，并且硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第二浓度比)范围是约不低于1.2和约不高于13.4。在此情况下，硼的浓度为约不低于1.97×1014原子/cm3和约不高于3.18×1015原子/cm3。
在此情况下，可以得到电阻率最大值为约不低于7.0Ωcm和约不高于175.2Ωcm、电阻率最小值为约不低于6.5Ωcm和约不高于150.0Ωcm、并且生长轴方向的电阻率变化率为约不高于16.3%的p型硅单晶。
更优选，硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第一浓度比)范围是约不低于0.79和约不高于0.81，并且硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第二浓度比)范围是约不低于6.2和约不高于6.9。在此情况下，硼的浓度为约不低于8.08×1014原子/cm3和约不高于8.23×1014原子/cm3。
在此情况下，可以得到电阻率最大值为约不低于30.0Ωcm和约不高于32.4Ωcm、电阻率最小值为约不低于28.6Ωcm和约不高于30.0Ωcm、并且生长轴方向的电阻率变化率为约不高于7.8%的p型硅单晶。
更优选，硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第一浓度比)范围是约不低于0.89和约不高于0.91，并且硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第二浓度比)范围是约不低于7.8和约不高于8.5。在此情况下，硼的浓度为约不低于5.07×1014原子/cm3和约不高于5.15×1014原子/cm3。
在此情况下，可以得到电阻率最大值为约不低于50.0Ωcm和约不高于55.1Ωcm、电阻率最小值为约不低于47.6Ωcm和约不高于50.7Ωcm、并且生长轴方向的电阻率变化率为约不高于8.0%的p型硅单晶。
第三实施方案
表3
表3显示了以下情况下在硅单晶生长轴线方向的电阻率最大值和最小值及电阻率变化率的模拟结果：使用硼(B)、磷(P)、和铟(In)分别作为加入到硅熔体中的主掺杂物、第一副掺杂物、和第二副掺杂物，硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第一浓度比)变化范围是约不低于0.5和约不高于1.3，硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第二浓度比)变化范围是约不低于25.1和约不高于291.3。在此情况下，硼的浓度为约不低于1.98×1014原子/cm3和约不高于3.59×1015原子/cm3。
在此情况下，可以得到电阻率最大值为约不低于6.8Ωcm和约不高于169.4Ωcm、电阻率最小值为约不低于6.3Ωcm和约不高于150.0Ωcm、并且生长轴方向的电阻率变化率为约不高于13.3%的p型硅单晶。
更优选，硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第一浓度比)范围是约不低于0.5和约不高于1.2，并且硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第二浓度比)范围是约不低于25.1和约不高于261.2。在此情况下，硼的浓度为约不低于1.98×1014原子/cm3和约不高于3.59×1015原子/cm3。
在此情况下，可以得到电阻率最大值为约不低于6.8Ωcm和约不高于161.3Ωcm、电阻率最小值为约不低于6.3Ωcm和约不高于148.8Ωcm、并且生长轴方向的电阻率变化率为约不高于13.3%的p型硅单晶。
第四实施方案
表4
表4显示了以下情况下在硅单晶生长轴线方向的电阻率最大值和最小值及电阻率变化率的模拟结果：使用硼(B)、砷(As)、和铝(Al)分别作为加入到硅熔体中的主掺杂物、第一副掺杂物、和第二副掺杂物，硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第一浓度比)变化范围是约不低于0.5和约不高于1.6，并且硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第二浓度比)变化范围是约不低于5.0和约不高于78.6。在此情况下，硼的浓度为约不低于1.69×1014原子/cm3和约不高于3.51×1015原子/cm3。
在此情况下，可以得到电阻率最大值为约不低于7.0Ωcm和约不高于165.6Ωcm、电阻率最小值为约不低于6.4Ωcm和约不高于150.0Ωcm、并且生长轴方向的电阻率变化率为约不高于16.7%的p型硅单晶。
更优选，硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第一浓度比)范围是约不低于0.6和约不高于1.5，并且硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第二浓度比)范围是约不低于11.7和约不高于72.2。在此情况下，硼的浓度为约不低于1.69×1014原子/cm3和约不高于3.51×1015原子/cm3。
在此情况下，可以得到电阻率最大值为约不低于7.0Ωcm和约不高于160.7Ωcm、电阻率最小值为约不低于6.5Ωcm和约不高于149.3Ωcm、并且生长轴方向的电阻率变化率为约不高于16.7%的p型硅单晶。
第五实施方案
表5
表5显示了以下情况下沿硅单晶生长轴方向的电阻率和电阻率变化率的最大值和最小值模拟结果：使用硼(B)、砷(As)、和镓(Ga)分别作为加入到硅熔体中的主掺杂物、第一副掺杂物、和第二副掺杂物，硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第一浓度比)变化范围是约不低于0.6和约不高于1.6，并且硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第二浓度比)变化范围是约不低3.1和约不高于19.9。在此情况下，硼的浓度为约不低于1.69×1014原子/cm3和约不高于3.40×1015原子/cm3。
在此情况下，可以得到电阻率最大值为约不低于7.0Ωcm和约不高于165.4Ωcm、电阻率最小值为约不低于6.4Ωcm和约不高于150.0Ωcm、并且生长轴方向的电阻率变化率为约不高于19.7%的p型硅单晶。
更优选，硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第一浓度比)范围是约不低于0.6和约不高于1.5，并且硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第二浓度比)范围是约不低于3.1和约不高于18.3。在此情况下，硼的浓度为约不低于1.69×1014原子/cm3和约不高于3.40×1015原子/cm3。
在此情况下，可以得到电阻率最大值为约不低于7.0Ωcm和约不高于160.3Ωcm、电阻率最小值为约不低于6.5Ωcm和约不高于150.0Ωcm、并且生长轴方向的电阻率变化率为约不高于19.7%的p型硅单晶。
第六实施方案
表6
表6显示了以下情况下沿硅单晶生长轴方向的电阻率和电阻率变化率的最大值和最小值模拟结果：使用硼(B)、砷(As)、和铟(In)分别作为加入到硅熔体中的主掺杂物、第一副掺杂物、和第二副掺杂物，硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第一浓度比)变化范围是约不低于0.5和约不高于1.6，并且硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第二浓度比)变化范围是约不低24.4和约不高于391.6。在此情况下，硼的浓度为约不低于1.69×1014原子/cm3和约不高于3.40×1015原子/cm3。
在此情况下，可以得到电阻率最大值为约不低于7.0Ωcm和约不高于165.7Ωcm、电阻率最小值为约不低于6.4Ωcm和约不高于150.0Ωcm、并且生长轴方向的电阻率变化率为约不高于19.6%的p型硅单晶。
更优选，硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第一浓度比)范围是约不低于0.6和约不高于1.4，并且硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的值(第二浓度比)范围是约不低于57.9和约不高于324.0。在此情况下，硼的浓度为约不低于1.69×1014原子/cm3和约不高于3.40×1015原子/cm3。
在此情况下，可以得到电阻率最大值为约不低于7.0Ωcm和约不高于158.5Ωcm、电阻率最小值为约不低于6.5Ωcm和约不高于149.8Ωcm、并且生长轴方向的电阻率变化率为约不高于19.6%的p型硅单晶。
如上所述，用佐克拉斯基方法从初始硅熔体生长的p型硅单晶含有硼(主掺杂物)、为n型杂质且偏析系数比硼低的第一副掺杂物、和为p型杂质且偏析系数比第一副掺杂物低的第二副掺杂物，所述初始硅熔体中已加了入硼(主掺杂物)、为n型杂质且偏析系数比硼低的第一副掺杂物、以及为p型杂质且偏析系数比第一副掺杂物低的第二副掺杂物。于是，只要硅熔体中第一副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比和硅熔体中第二副掺杂物浓度除以硅熔体中主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比的范围如第一至第六实施方案中所述，就可以得到含有第一浓度比和第二浓度比在所述范围内的主掺杂物、第一副掺杂物、和第二副掺杂物的p型硅单晶。
现说明测定硅单晶1中所含掺杂物浓度的方法。可以用如SIMS(二次离子质谱方法SecondaryIonMassSpectroscopy)之类的已知方法测定硅单晶1中硼、磷、铝、镓、铟、和砷之类作为掺杂物的元素的浓度。
应当理解，本说明书中公开的实施方案无论从哪方面来看都是示范性与非限制性的。本发明的保护范围由权利要求条款所定义，而不是以上实施方案和实施例，其旨在包括等同于权利要求条款的范围和含义内的任何修改。

Claims (11)

1.制造p型硅单晶的方法，其包括以下步骤：
-制备硅熔体，所述硅熔体中已加入了作为主掺杂物的硼、为n型杂质且偏析系数比所述硼低的第一副掺杂物、以及为p型杂质且偏析系数比所述第一副掺杂物低的第二副掺杂物；以及
-用佐克拉斯基方法从所述硅熔体生长电阻率不低于6Ωcm的硅单晶，其中或者
-所述第一副掺杂物为磷，所述第二副掺杂物为铝，并且
-所述硅熔体中所述第一副掺杂物的浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.5且不大于1.2，并且所述硅熔体中所述第二副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于4.9且不大于52.4，或者其中
-所述第一副掺杂物为磷，所述第二副掺杂物为镓，并且
-所述硅熔体中所述第一副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.5且不大于1.2，并且所述硅熔体中所述第二副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于1.2且不大于13.4，或者其中
-所述第一副掺杂物为磷，所述第二副掺杂物为铟，并且
-所述硅熔体中所述第一副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.5且不大于1.2，并且所述硅熔体中所述第二副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于25.1且不大于261.2，或者其中
-所述第一副掺杂物为砷，所述第二副掺杂物为铝，并且
-所述硅熔体中所述第一副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.6且不大于1.5，并且所述硅熔体中所述第二副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于11.7且不大于72.2，或者其中
-所述第一副掺杂物为砷，所述第二副掺杂物为镓，并且
-所述硅熔体中所述第一副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.6且不大于1.5，并且所述硅熔体中所述第二副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于3.1且不大于18.3，或者其中
-所述第一副掺杂物为砷，所述第二副掺杂物为铟，并且
-所述硅熔体中所述第一副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.6且不大于1.4，并且所述硅熔体中所述第二副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于57.9且不大于324.0。
2.制造权利要求1的p型硅单晶的方法，其中
-所述第一副掺杂物为磷，所述第二副掺杂物为铝，并且
-所述硅熔体中所述第一副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.79且不大于0.81，并且所述硅熔体中所述第二副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于24.2且不大于27.0。
3.制造权利要求1的p型硅单晶的方法，其中
-所述第一副掺杂物为磷，所述第二副掺杂物为铝，并且
-所述硅熔体中所述第一副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.89且不大于0.91，并且所述硅熔体中所述第二副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于30.8且不大于33.8。
4.制造权利要求1的p型硅单晶的方法，其中
-所述第一副掺杂物为磷，所述第二副掺杂物为镓，并且
-所述硅熔体中所述第一副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.79且不大于0.81，并且所述硅熔体中所述第二副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于6.2且不大于6.9。
5.制造权利要求1的p型硅单晶的方法，其中
-所述第一副掺杂物为磷，所述第二副掺杂物为镓，并且
-所述硅熔体中所述第一副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.89且不大于0.91，并且所述硅熔体中所述第二副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于7.8且不大于8.5。
6.从硅熔体生长的p型硅单晶，其包括：
-作为主掺杂物的硼；
-为n型杂质并且偏析系数低于所述硼的第一副掺杂物；和
-为p型杂质并且偏析系数低于所述第一副掺杂物的第二副掺杂物，
-电阻率不低于6Ωcm的p型硅单晶，其中或者
-所述第一副掺杂物为磷，所述第二副掺杂物为铝，并且
-所述硅熔体中所述第一副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.5且不大于1.2，并且所述硅熔体中所述第二副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于4.9且不大于52.4，或者其中
-所述第一副掺杂物为磷，所述第二副掺杂物为镓，并且
-所述硅熔体中所述第一副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.5且不大于1.2，并且所述硅熔体中所述第二副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于1.2且不大于13.4，或者其中
-所述第一副掺杂物为磷，所述第二副掺杂物为铟，并且
-所述硅熔体中所述第一副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.5且不大于1.2，并且所述硅熔体中所述第二副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于25.1且不大于261.2，或者其中
-所述第一副掺杂物为砷，所述第二副掺杂物为铝，并且
-所述硅熔体中所述第一副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.6且不大于1.5，并且所述硅熔体中所述第二副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于11.7且不大于72.2，或者其中
-所述第一副掺杂物为砷，所述第二副掺杂物为镓，并且
-所述硅熔体中所述第一副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.6且不大于1.5，并且所述硅熔体中所述第二副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于3.1且不大于18.3，或者其中
-所述第一副掺杂物为砷，所述第二副掺杂物为铟，并且
-所述硅熔体中所述第一副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.6且不大于1.4，并且所述硅熔体中所述第二副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于57.9且不大于324.0。
7.权利要求6的p型硅单晶，其中
-所述第一副掺杂物为磷，所述第二副掺杂物为铝，并且
-所述硅熔体中所述第一副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.79且不大于0.81，并且所述硅熔体中所述第二副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于24.2且不大于27.0。
8.权利要求6的p型硅单晶，其中
-所述第一副掺杂物为磷，所述第二副掺杂物为铝，并且
-所述硅熔体中所述第一副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.89且不大于0.91，并且所述硅熔体中所述第二副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于30.8且不大于33.8。
9.权利要求6的p型硅单晶，其中
-所述第一副掺杂物为磷，所述第二副掺杂物为镓，并且
-所述硅熔体中所述第一副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.79且不大于0.81，并且所述硅熔体中所述第二副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于6.2且不大于6.9。
10.权利要求6的p型硅单晶，其中
-所述第一副掺杂物为磷，所述第二副掺杂物为镓，并且
-所述硅熔体中所述第一副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第一浓度比不小于0.89且不大于0.91，并且所述硅熔体中所述第二副掺杂物浓度除以所述硅熔体中所述主掺杂物浓度计算得到的第二浓度比不小于7.8且不大于8.5。
11.切片根据权利要求6～10任何之一的p型硅单晶得到的硅晶片。
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