專利名稱:防熱輻射直拉多或單晶硅制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及直拉多或單晶硅制備領(lǐng)域,具體屬于防熱輻射直拉多或單晶硅制備工藝。
背景技術(shù):
當(dāng)前,硅材料在半導(dǎo)體領(lǐng)域和太陽(yáng)能領(lǐng)域仍然占據(jù)著主要地位。隨著科技的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步,集成電路和太陽(yáng)能電池生產(chǎn)工藝都對(duì)硅材料提出了新的要求,大直徑、高質(zhì)量硅單晶的生長(zhǎng)技術(shù)成為當(dāng)前半導(dǎo)體材料領(lǐng)域和太陽(yáng)能領(lǐng)域的研發(fā)熱點(diǎn)。近年來(lái),硅材料加工技術(shù)取得了許多重要進(jìn)展。硅晶體生長(zhǎng)方面最重要的進(jìn)展之一是12英寸硅單晶生長(zhǎng)技術(shù)已經(jīng)成熟。世界主要硅單晶生產(chǎn)商,包括信越,SUMCO, MEMC,瓦克等均采用適合于12英寸硅單晶生長(zhǎng)的單晶爐,大都采用磁場(chǎng)直拉法,每爐裝料量達(dá) 300-350公斤,主要應(yīng)用28或32英寸坩堝和熱場(chǎng)進(jìn)行硅單晶生產(chǎn)。目前國(guó)內(nèi)外前沿技術(shù)包括1)熱場(chǎng)設(shè)計(jì)技術(shù),即利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù),模擬晶體生長(zhǎng)時(shí)熱場(chǎng)的溫度及其梯度的分布情況,達(dá)到晶體質(zhì)量的改善;
2)熱屏技術(shù),即利用熱屏減少熱輻射和熱量損失,減少熱對(duì)流,加快蒸發(fā)氣體的揮發(fā),加快晶體的冷卻;3)雙加熱器技術(shù),即利用上,下兩加熱器,保證固液界面有合適的溫度梯度;4)磁場(chǎng)技術(shù),即應(yīng)用磁場(chǎng)控制熔體的對(duì)流,抑制熔體表面溫度的起伏和降低硅單晶體內(nèi)間隙氧的濃度;5)籽晶技術(shù),由于大直徑硅單晶的重量愈來(lái)愈重,開(kāi)發(fā)出二次抓肩技術(shù),無(wú)縮頸籽晶技術(shù)等。此外,也開(kāi)發(fā)出直拉單晶的再裝料和連續(xù)加料技術(shù)。硅晶體生長(zhǎng)方面另一重要進(jìn)展是有效控制了晶體中原生顆粒(COP)缺陷的形成。COP缺陷的尺寸在100納米左右,在8英寸硅片中早已存在,但隨著線寬變小到100納米以下時(shí),這個(gè)問(wèn)題變得更加突出。由于COP缺陷會(huì)引起柵極氧化物完整性的退化和隔離的失效,MEMC公司首先開(kāi)發(fā)了這種技術(shù),之后其他主要硅片制造廠商也開(kāi)發(fā)出類似技術(shù)。這些技術(shù)根據(jù)最佳拉晶速率和固-液交界面處的最佳溫度,在晶錠的整個(gè)長(zhǎng)度和直徑上抑制兩類高度有害缺陷的形成。用這些技術(shù)拉制的硅單晶制備的硅拋光片可完全滿足器件的要求,因而大大提高了器件的成品率,降低了成本。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的上提供一種防熱輻射直拉多或單晶硅制備工藝,由于熱屏減弱了加熱器對(duì)晶體的熱輻射,同時(shí)也減弱了對(duì)固-液界面熱輻射力度,在一定程度上增加了熔硅的縱向溫度梯度。同時(shí)采用熱屏后,加強(qiáng)了氬(氮)氣流對(duì)固-液界面的吹拂,增強(qiáng)了氬(氮)氣流攜帶結(jié)晶潛熱的作用因此有利于單晶生長(zhǎng),并可以提高結(jié)晶速率,進(jìn)而提高拉晶速率。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
防熱輻射直拉多或單晶硅制備工藝,包括有以下操作步驟
a)、加料將多晶硅或單晶硅原料及雜質(zhì)放入石英坩堝內(nèi),雜質(zhì)的種類依電阻的N或P型而定,雜質(zhì)種類有硼、磷、氮;b)、融化加完多晶硅或單晶硅原料于石英坩堝內(nèi)后,長(zhǎng)晶爐必須關(guān)閉并抽成真空后充入高純氮?dú)?,氮?dú)獾募兌葹?8%以上,氮?dú)鈮毫镺. 06-0. 2MPa,氮?dú)饬髁?0_100L/min,然后打開(kāi)石墨加熱器電源,加熱至熔化溫度1420°C以上,將多晶硅或單晶硅原料熔化;
C)、縮頸生長(zhǎng)當(dāng)硅熔體的溫度穩(wěn)定之后,將籽晶慢慢浸入硅熔體中,將籽晶快速向上提升,使長(zhǎng)出的籽晶的直徑縮小到4-6mm ;
d)、放肩生長(zhǎng)長(zhǎng)完細(xì)頸之后,須降低溫度與拉速,使得硅單晶的直徑漸漸增大到所需的大小,圍繞于硅單晶棒外設(shè)有熱屏,熱屏的上端連接有熱屏上蓋,熱屏上蓋的下方設(shè)有上保溫筒,熱屏是由熱屏外殼、熱屏內(nèi)殼及中間的熱屏保溫層組成,熱屏呈圓臺(tái)狀,且具有中央通道,熱屏與熱屏上蓋之間的夾角為40-50°,中央通道的縱剖面為梯形,氮?dú)饬鲝闹醒胪ǖ劳ㄈ耄訌?qiáng)了氮?dú)饬鲗?duì)固-液界面的吹拂;
e)、等徑生長(zhǎng)長(zhǎng)完細(xì)頸和肩部之后,借著拉速與溫度的不斷調(diào)整,可使晶棒直徑維持在正負(fù)2_之間,這段直徑固定的部分即稱為等徑部分,單晶硅片取自于等徑部分; f)、尾部生長(zhǎng)在長(zhǎng)完等徑部分之后,必須先將晶棒的直徑慢慢縮小,直到成一尖點(diǎn)而與液面分開(kāi),長(zhǎng)完的晶棒被升至上爐室冷卻一段時(shí)間后取出,即完成一次生長(zhǎng)周期。在步驟b)中,加完多晶硅或單晶硅原料于石英坩堝內(nèi)后,長(zhǎng)晶爐必須關(guān)閉并抽成真空后充入高純氮?dú)?,氮?dú)獾募兌葹?9. 9%,氮?dú)鈮毫镺. 14MPa,氮?dú)饬髁?0L/min,然后打開(kāi)石墨加熱器電源,加熱至熔化溫度1570°C,將多晶硅或單晶硅原料熔化。本發(fā)明由于熱屏減弱了加熱器對(duì)晶體的熱輻射,同時(shí)也減弱了對(duì)固-液界面熱輻射力度,在一定程度上增加了熔硅的縱向溫度梯度。同時(shí)采用熱屏后,加強(qiáng)了氬(氮)氣流對(duì)固-液界面的吹拂,增強(qiáng)了氬(氮)氣流攜帶結(jié)晶潛熱的作用因此有利于單晶生長(zhǎng),并可以提聞結(jié)晶速率,進(jìn)而提聞拉晶速率。
具體實(shí)施例方式防熱輻射直拉多或單晶硅制備工藝,包括有以下操作步驟
a)、加料將多晶硅或單晶硅原料及雜質(zhì)放入石英坩堝內(nèi),雜質(zhì)的種類依電阻的N或P型而定,雜質(zhì)種類有硼、磷、氮;
b)、融化加完多晶硅或單晶硅原料于石英坩堝內(nèi)后,長(zhǎng)晶爐必須關(guān)閉并抽成真空后充入高純氮?dú)?,氮?dú)獾募兌葹?9. 9%,氮?dú)鈮毫镺. 14MPa,氮?dú)饬髁?0L/min,然后打開(kāi)石墨加熱器電源,加熱至熔化溫度1570°C,將多晶硅或單晶硅原料熔化;
C)、縮頸生長(zhǎng)當(dāng)硅熔體的溫度穩(wěn)定之后,將籽晶慢慢浸入硅熔體中,將籽晶快速向上提升,使長(zhǎng)出的籽晶的直徑縮小到4-6mm ;
d)、放肩生長(zhǎng)長(zhǎng)完細(xì)頸之后,須降低溫度與拉速,使得硅單晶的直徑漸漸增大到所需的大小,圍繞于硅單晶棒外設(shè)有熱屏,熱屏的上端連接有熱屏上蓋,熱屏上蓋的下方設(shè)有上保溫筒,熱屏是由熱屏外殼、熱屏內(nèi)殼及中間的熱屏保溫層組成,熱屏呈圓臺(tái)狀,且具有中央通道,熱屏與熱屏上蓋之間的夾角為40-50°,中央通道的縱剖面為梯形,氮?dú)饬鲝闹醒胪ǖ劳ㄈ?,加?qiáng)了氮?dú)饬鲗?duì)固-液界面的吹拂;
e)、等徑生長(zhǎng)長(zhǎng)完細(xì)頸和肩部之后,借著拉速與溫度的不斷調(diào)整,可使晶棒直徑維持在正負(fù)2_之間,這段直徑固定的部分即稱為等徑部分,單晶硅片取自于等徑部分;
f)、尾部生長(zhǎng)在長(zhǎng)完等徑部分之后,必須先將晶棒的直徑慢慢縮小,直到成一尖點(diǎn)而與液面 分開(kāi),長(zhǎng)完的晶棒被升至上爐室冷卻一段時(shí)間后取出,即完成一次生長(zhǎng)周期。
權(quán)利要求
1.防熱輻射直拉多或單晶硅制備工藝,其特征在于,包括有以下操作步驟 a)、加料將多晶硅或單晶硅原料及雜質(zhì)放入石英坩堝內(nèi),雜質(zhì)的種類依電阻的N或P型而定,雜質(zhì)種類有硼、磷、氮; b)、融化加完多晶硅或單晶硅原料于石英坩堝內(nèi)后,長(zhǎng)晶爐必須關(guān)閉并抽成真空后充入高純氮?dú)?,氮?dú)獾募兌葹?8%以上,氮?dú)鈮毫?.06-0. 2MPa,氮?dú)饬髁?0_100L/min,然后打開(kāi)石墨加熱器電源,加熱至熔化溫度1420°C以上,將多晶硅或單晶硅原料熔化; C)、縮頸生長(zhǎng)當(dāng)硅熔體的溫度穩(wěn)定之后,將籽晶慢慢浸入硅熔體中,將籽晶快速向上提升,使長(zhǎng)出的籽晶的直徑縮小到4-6mm ; d)、放肩生長(zhǎng)長(zhǎng)完細(xì)頸之后,須降低溫度與拉速,使得硅單晶的直徑漸漸增大到所需的大小,圍繞于硅單晶棒外設(shè)有熱屏,熱屏的上端連接有熱屏上蓋,熱屏上蓋的下方設(shè)有上保溫筒,熱屏是由熱屏外殼、熱屏內(nèi)殼及中間的熱屏保溫層組成,熱屏呈圓臺(tái)狀,且具有中央通道,熱屏與熱屏上蓋之間的夾角為40-50°,中央通道的縱剖面為梯形,氮?dú)饬鲝闹醒?通道通入,加強(qiáng)了氮?dú)饬鲗?duì)固-液界面的吹拂; e)、等徑生長(zhǎng)長(zhǎng)完細(xì)頸和肩部之后,借著拉速與溫度的不斷調(diào)整,可使晶棒直徑維持在正負(fù)2_之間,這段直徑固定的部分即稱為等徑部分,單晶硅片取自于等徑部分; f)、尾部生長(zhǎng)在長(zhǎng)完等徑部分之后,必須先將晶棒的直徑慢慢縮小,直到成一尖點(diǎn)而與液面分開(kāi),長(zhǎng)完的晶棒被升至上爐室冷卻一段時(shí)間后取出,即完成一次生長(zhǎng)周期。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述防熱輻射直拉多或單晶硅制備工藝,其特征在于在步驟b)中,加完多晶硅或單晶硅原料于石英坩堝內(nèi)后,長(zhǎng)晶爐必須關(guān)閉并抽成真空后充入高純氮?dú)?,氮?dú)獾募兌葹?9.9%,氮?dú)鈮毫镺. 14MPa,氮?dú)饬髁?0L/min,然后打開(kāi)石墨加熱器電源,加熱至熔化溫度1570°C,將多晶硅或單晶硅原料熔化。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了防熱輻射直拉多或單晶硅制備工藝,包括以下步驟 a)融化加完多晶硅或單晶硅原料于石英坩堝內(nèi)后,長(zhǎng)晶爐必須關(guān)閉并抽成真空后充入高純氮?dú)?,然后打開(kāi)石墨加熱器電源,加熱至熔化溫度1570℃,將多或單晶硅原料熔化; b)放肩生長(zhǎng)長(zhǎng)完細(xì)頸之后,須降低溫度與拉速,使得硅單晶的直徑漸漸增大到所需的大小,圍繞于硅單晶棒外設(shè)有熱屏,由于熱屏減弱了加熱器對(duì)晶體的熱輻射,同時(shí)也減弱了對(duì)固-液界面熱輻射力度,在一定程度上增加了熔硅的縱向溫度梯度。同時(shí)采用熱屏后,加強(qiáng)了氬(氮)氣流對(duì)固-液界面的吹拂,增強(qiáng)了氬(氮)氣流攜帶結(jié)晶潛熱的作用因此有利于單晶生長(zhǎng),并可以提高結(jié)晶速率,進(jìn)而提高拉晶速率。
文檔編號(hào)C30B29/06GK102817071SQ20121020493
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者林游輝 申請(qǐng)人:合肥景坤新能源有限公司