本發(fā)明涉及一種區(qū)熔硅單晶生長中消除多晶刺的工藝，屬于硅單晶制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

區(qū)熔硅單晶由于其氧碳含量低、電阻率高的特點(diǎn)，主要用在半導(dǎo)體功率器件和功率集成器件上。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，半導(dǎo)體器件廠家為了提高生產(chǎn)率、降低成本、增加利潤，都要求增加硅片直徑，目前市場(chǎng)主流區(qū)熔硅單晶是5英寸、6英寸單晶。

區(qū)熔硅單晶的制備采用的是懸浮區(qū)熔法，制備過程包括多晶帶磨、多晶磨錐、多晶腐蝕，多晶裝爐、抽空、充氣、預(yù)熱、熔球、引晶、放肩、等徑保持、收尾、冷卻等階段。采用這種方法對(duì)多晶硅進(jìn)行提純或生長硅單晶時(shí)，依靠熔體的表面張力使熔區(qū)懸浮于多晶棒與下方生長出的單晶之間，通過熔區(qū)向上移動(dòng)而進(jìn)行提純和生長單晶。

為了提高單晶收率，拉制5英寸、6英寸大直徑區(qū)熔硅單晶，一般使用直徑在115-135之間的大直徑多晶料。而大直徑多晶料在拉晶的放肩階段特別容易出現(xiàn)多晶出刺的現(xiàn)象，如果不把多晶刺消除，刺碰線圈打火導(dǎo)致單晶壽命降低；多晶刺還可能引起線圈電極電離引起高壓跳，使得單晶生長終止。因此，如何消除多晶刺是值得研究的技術(shù)課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種區(qū)熔硅單晶生長中消除多晶刺的工藝，降低單晶失敗的幾率，提高單晶壽命，進(jìn)而增加單晶的收率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種區(qū)熔硅單晶生長中消除多晶刺的工藝，用于懸浮區(qū)熔法生長單晶硅的放肩階段，當(dāng)出現(xiàn)多晶刺時(shí)，將線圈向正、負(fù)極方向偏移以使腰變粗，降低多晶料的轉(zhuǎn)速，在多晶刺通過線圈前刃口即線圈正、負(fù)極的對(duì)面時(shí)改變多晶料的旋轉(zhuǎn)方向。

一種區(qū)熔硅單晶生長中消除多晶刺的工藝，用于懸浮區(qū)熔法生長單晶硅的等徑保持階段，當(dāng)出現(xiàn)多晶刺時(shí)，將線圈向正、負(fù)極方向偏移，降低線圈功率以使腰變粗，降低多晶料的轉(zhuǎn)速，在多晶刺通過線圈前刃口即線圈正、負(fù)極的對(duì)面時(shí)改變多晶料的旋轉(zhuǎn)方向。

本發(fā)明中采用的線圈的結(jié)構(gòu)與專利CN202430318U中公開的區(qū)熔法大直徑單晶生長用單匝平板線圈的結(jié)構(gòu)相同。該線圈的上表面設(shè)有兩級(jí)圓周型臺(tái)階，其中，第一臺(tái)階設(shè)置在線圈直徑110-125mm處，第二臺(tái)階設(shè)置在線圈直徑90-100mm處，該兩級(jí)圓周型臺(tái)階均為直角臺(tái)階；靠近內(nèi)圓的第二臺(tái)階沿斜坡延伸至線圈內(nèi)圓孔。

在本發(fā)明中，線圈向正、負(fù)極方向的偏移量為2-3mm。

在本發(fā)明中，降低線圈功率的方式是：線圈功率降低0.1％，同時(shí)使多晶料靠近線圈以保持熔區(qū)飽滿；該過程重復(fù)3-5次。

在本發(fā)明中，多晶料的轉(zhuǎn)速由0.3-0.4rpm降至0.2-0.3rpm。

在本發(fā)明中，改變多晶料旋轉(zhuǎn)方向的方式是使其向相反方向旋轉(zhuǎn)，優(yōu)選改變2-3次。

在本發(fā)明中，所述區(qū)熔硅單晶為5英寸或6英寸大直徑區(qū)熔硅單晶。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明在區(qū)熔硅單晶拉制過程中，通過采用消除多晶刺的生長工藝，降低了單晶失敗的幾率，提高了單晶壽命，進(jìn)而增加了單晶的收率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明采用的線圈的截面示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但并不意味著對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。

本發(fā)明的工藝應(yīng)用于懸浮區(qū)熔法中，在采用懸浮區(qū)熔法進(jìn)行單晶拉制過程中，位于線圈上方的部分即多晶料與位于線圈下方的部分即籽晶分別向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)籽晶向下拉動(dòng)，多晶料緩慢下壓，使得熔區(qū)沿著多晶料逐步向上移動(dòng)，將其轉(zhuǎn)換成單晶。為消除區(qū)熔硅單晶生長過程中出現(xiàn)的多晶刺，在放肩階段或等徑保持階段需要控制的工藝參數(shù)主要包括：多晶料的下壓速度、多晶料的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動(dòng)方向、線圈功率、籽晶的下拉速度及其轉(zhuǎn)速等。

實(shí)施例1

1、本實(shí)施例的主要設(shè)備及原材料如下：

區(qū)熔爐：型號(hào)：FZ-30；

多晶硅：一級(jí)料：基硼≥9000Ω·cm，基磷≥900Ω·cm；

高純氬氣：露點(diǎn)：-70℃；純度＞99.9993％；氧含量≤1ppma；

氫氟酸：優(yōu)級(jí)純；

硝酸：優(yōu)級(jí)純；

磷烷：純度：99.999％；

本實(shí)施例中采用的線圈結(jié)構(gòu)如圖1所示，該線圈的外徑為240mm，內(nèi)圓孔直徑為30mm；該線圈的上表面設(shè)有兩級(jí)圓周型臺(tái)階，其中，第一臺(tái)階1設(shè)置在線圈直徑110-125mm處，第二臺(tái)階2設(shè)置在線圈直徑90-100mm處，該兩級(jí)圓周型臺(tái)階均為直角臺(tái)階；靠近內(nèi)圓的第二臺(tái)階2沿斜坡3延伸至線圈內(nèi)圓孔。該線圈與設(shè)置在法蘭4上的正、負(fù)極連接。

2、以下是在多晶出刺時(shí)采用本發(fā)明的區(qū)熔硅單晶生長的具體步驟：

(1)多晶制備：取一根直徑為120mm的多晶料，裝在帶磨機(jī)上帶磨，然后用截?cái)鄼C(jī)刻槽，磨錐機(jī)磨好錐，錐度須大于60°，用氫氟酸和硝酸將多晶料在腐蝕槽里腐蝕，烘干包裝待用。

(2)裝爐、抽空、充氣：將線圈安裝在爐膛內(nèi)電極上，用M3紙擦拭爐膛，對(duì)線圈反射器水平，檢查夾持是否完好，用卡盤裝多晶料，用籽晶夾頭裝籽晶，多晶料和籽晶對(duì)中，抽空，充氣，抽空時(shí)要求真空度小于0.02mbar。

(3)單晶生長：預(yù)熱化料后使籽晶和多晶熔區(qū)熔接，調(diào)整好熔區(qū)、回熔區(qū)長度。增加籽晶的下拉速度到12mm/min，調(diào)整線圈功率至38.0％，多晶料的上壓速度調(diào)整至2mm/min，以生長均勻的細(xì)徑。待細(xì)徑長度大于6cm后，增加線圈功率至40％，降低籽晶的下拉速度至3.2mm/min，讓晶體直徑長大。當(dāng)晶體直徑長大至40mm時(shí)，多晶料出刺，此時(shí)線圈的功率(電壓設(shè)定)為46％。為了多晶料化刺，多晶料的轉(zhuǎn)速由0.4rpm變?yōu)?.25rpm，線圈由向正、負(fù)極方向偏移2mm變?yōu)槠?mm；待多晶刺由順時(shí)針轉(zhuǎn)過線圈前刃口(正、負(fù)極的對(duì)面)時(shí)，改變多晶料轉(zhuǎn)動(dòng)由順時(shí)針變?yōu)槟鏁r(shí)針，從而使多晶刺再一次連續(xù)通過線圈前刃口以利于多晶化刺，兩次改變多晶旋轉(zhuǎn)方向后多晶刺消除。隨后線圈變回向正、負(fù)極方向偏移2mm的位置。單晶直徑接近130mm時(shí)，籽晶的下拉速度降到2.5-2.8mm/min。隨后單晶進(jìn)入等徑保持階段，待上料快消耗完時(shí)，開始收尾，并隨爐冷卻。

拉制出的單晶送去截?cái)?，檢測(cè)，其電阻率為3200-4100Ω·cm，氧含量為0.2ppma，碳含量為0.1ppma，無漩渦，少子壽命為1800-2000微秒。