本發(fā)明涉及硅單晶制備技術(shù)，特別涉及一種6英寸直拉重?fù)焦鑶尉o位錯生長工藝及其熱場系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

硅晶體結(jié)構(gòu)中<110>晶向與<111>晶面的夾角分別為90°和35°16’，其中夾角為90°<111>晶面上的位錯與<110>晶向一致，這使得Dash（達(dá)什，人名）縮頸方法制備無位錯晶體的難度大大增加，往往在放肩過程中單晶產(chǎn)生位錯，無法成功生長無位錯硅單晶。

重?fù)焦鑶尉в捎趽饺肓舜罅康碾s質(zhì)，單晶無位錯生長難度大大增加。在單晶生長的過程中，過多的雜質(zhì)不僅會影響到單晶的生長界面的平坦性，而且會導(dǎo)致發(fā)生組分過冷，從而極易誘發(fā)位錯，導(dǎo)致無位錯單晶生長失敗。

6英寸單晶適宜的生長熱場為（16-18）英寸熱場，14英寸熱場由于較小，溫度梯度較低，拉制6英寸單晶較為困難。由于現(xiàn)有的設(shè)備限制以及生產(chǎn)的迫切需要，急需在14英寸熱場下解決6英寸<110>重?fù)焦鑶尉L的難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決在14英寸熱場下控制6英寸<110>重?fù)焦鑶尉L的難題，提供一種6英寸直拉重?fù)焦鑶尉o位錯生長工藝及其熱場系統(tǒng)。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：一種6英寸直拉重?fù)焦鑶尉o位錯生長工藝，其特征在于，該工藝有以下步驟：

（一）.在熔晶工藝中給予足夠的穩(wěn)定時間，穩(wěn)定時間為50-60分鐘，平均溫度變化控制在0.3-0.8℃，保證液面平穩(wěn)；

（二）.在引晶工藝中控制細(xì)頸直徑為3.5-4mm，細(xì)頸長度為

150-200mm，平均引晶速率為250-350mm/h,保證位錯的排除；

（三）.在放肩工藝中提拉速率設(shè)定為38mm/h，放肩的降溫曲線通過放肩階段晶體的直徑大小進(jìn)行控制：當(dāng)晶體直徑在0-50mm階段，保持初始溫度值不變，升降溫溫度值設(shè)定為-0sp；當(dāng)晶體直徑在50-70mm階段，升降溫溫度值設(shè)定為-4sp；當(dāng)晶體直徑在70-100mm階段，升降溫溫度值設(shè)定為-12sp；當(dāng)晶體直徑在100-130mm階段，升降溫溫度值設(shè)定為-25sp，當(dāng)直徑在130-146mm階段，升降溫溫度值設(shè)定為-35sp；

（四）.在等徑工藝中額外增加補溫：晶體長度在0-200mm階段，不增加升溫控制，升降溫溫度值設(shè)定為0sp；晶體長度在200-250mm階段，升降溫溫度值設(shè)定為10sp；晶體長度在250-300mm階段，升降溫溫度值設(shè)定為30sp；晶體長度在300-340mm階段，升降溫溫度值設(shè)定為55sp；晶體長度在340-380mm階段，升降溫溫度值設(shè)定為85sp；晶體長度在380-410mm階段，升降溫溫度值設(shè)定為125sp；晶體長度在410-460mm階段，升降溫溫度值設(shè)定為185sp。

本發(fā)明所述的6英寸直拉重?fù)焦鑶尉o位錯生長工藝所使用的熱場系統(tǒng)包括導(dǎo)流筒、上保溫桶、下保溫桶以及由爐底護(hù)盤構(gòu)成的爐底保溫系統(tǒng)，其特征在于，所述的導(dǎo)流筒設(shè)為三段式導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)以形成密閉式熱場，三段式導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)包括大導(dǎo)流筒、中導(dǎo)流筒和小導(dǎo)流筒，大導(dǎo)流筒放置在頂蓋板上，中導(dǎo)流筒套在大導(dǎo)流筒的下端，小導(dǎo)流筒套在中導(dǎo)流筒的下端；小導(dǎo)流筒下端的開口直徑與所拉制的單晶直徑比值為1.35:1；所述的由爐底護(hù)盤構(gòu)成的爐底保溫系統(tǒng)設(shè)為上下雙層結(jié)構(gòu)，上層為爐底護(hù)盤上，下層為爐底護(hù)盤下。

本發(fā)明的有益效果是：一是成功在14英寸熱場下生長出了無位錯6英寸<110>重?fù)焦鑶尉?，?jīng)多次生長試驗，單晶成晶率穩(wěn)定在78%左右，達(dá)到主流單晶成晶率水平，同時拉制出的無漩渦，無位錯，單晶氧碳測試結(jié)果達(dá)到國標(biāo)，滿足生產(chǎn)的要求。二是本發(fā)明應(yīng)用成本低，符合單晶生產(chǎn)的要求。本工藝使用新設(shè)計的三段式導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)的熱場，設(shè)計爐底為雙層結(jié)構(gòu)，增強了單晶爐的保溫性，有助于拉制大尺寸單晶，有效防止拉制重?fù)絾尉н^程組分過冷的發(fā)生。

附圖說明

圖1 為本發(fā)明使用的14英寸熱場的截面圖。

具體實施方式

為了更清楚了解本發(fā)明，以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明。

參照圖1，本發(fā)明所使用的14英寸熱場系統(tǒng)包括導(dǎo)流筒、上保溫桶4、下保溫桶5以及由爐底護(hù)盤構(gòu)成的爐底保溫系統(tǒng)，導(dǎo)流筒設(shè)為三段式導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)以形成密閉式熱場，三段式導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)包括大導(dǎo)流筒1、中導(dǎo)流筒2和小導(dǎo)流筒3，大導(dǎo)流筒1放置在頂蓋板11上，中導(dǎo)流筒2套在大導(dǎo)流筒1的下端，小導(dǎo)流筒3套在中導(dǎo)流筒2的下端；小導(dǎo)流筒3下端的開口直徑與所拉制的單晶10直徑比值為1.35:1；由爐底護(hù)盤構(gòu)成的爐底保溫系統(tǒng)設(shè)為上下雙層結(jié)構(gòu)，上層為爐底護(hù)盤上7，下層為爐底護(hù)盤下8。

原14寸熱場使用單導(dǎo)流筒密閉式熱場，導(dǎo)流筒大，其改造成本以及改造難度較大。本設(shè)計使用三段式導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)形成密閉式熱場，通過調(diào)節(jié)小導(dǎo)流筒下端的開口尺寸，使其直徑與所拉制的單晶直徑比值為1:1.35，有助于氬氣速率，快速帶走單晶生長的結(jié)晶潛熱。

本發(fā)明所使用的14英寸熱場系統(tǒng)，其上保溫桶4的直徑為545mm，下保溫桶5的直徑為510mm，上保溫桶碳?xì)?為六層，下保溫桶碳?xì)譃槭畬印?/p>

本發(fā)明所使用的14英寸熱場系統(tǒng)，在單晶爐底盤12上放置三層碳?xì)?，爐底護(hù)盤下8放在三層碳?xì)?之上作為下層結(jié)構(gòu)；爐底護(hù)盤下8上放置六層碳?xì)?，六層碳?xì)?之上再放爐底護(hù)盤上7作為上層結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明所使用的14英寸熱場系統(tǒng)，其下層結(jié)構(gòu)中的三層碳?xì)?與爐底護(hù)盤下8的直徑均為765mm；上層結(jié)構(gòu)中的六層碳?xì)?與爐底護(hù)盤上7的直徑均為665mm，下層結(jié)構(gòu)和上層結(jié)構(gòu)為同心放置，在爐底護(hù)盤下8露出的邊緣上放置一個碳/碳復(fù)合圈6。碳/碳復(fù)合圈6高度為250mm，外徑為765mm，內(nèi)徑為690mm。

原上保溫桶與下保溫桶為相同直徑大小，均為510mm，上保溫桶碳?xì)譃槲鍖?，下保溫桶碳?xì)譃榘藢?。本設(shè)計調(diào)整了上保溫桶的直徑，為545mm，下保溫桶保持不變；上保溫桶碳?xì)终{(diào)整為六層，下保溫桶碳?xì)譃槭畬?。這樣增大了上保溫桶內(nèi)部的空間，加快了散熱，增加了上保溫桶內(nèi)部與下保溫桶內(nèi)部之間的溫度梯度，有助于拉制大尺寸單晶；同時增加了碳?xì)謱訑?shù)，提高了保溫效果，有助于拉制重?fù)絾尉А?/p>

原爐底保溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為單晶爐底盤上放置兩層碳?xì)?，碳?xì)稚戏乓粔K石墨爐底護(hù)盤，碳?xì)旨盃t底護(hù)盤直徑均為765mm。本設(shè)計重新調(diào)整爐底結(jié)構(gòu)，分為上下雙層結(jié)構(gòu)。經(jīng)過重新設(shè)計的爐底保溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使單晶爐的保溫性得到極大的增強，不僅有助于拉制大尺寸單晶，還能有效防止拉制重?fù)絾尉н^程組分過冷的發(fā)生。

以CG6000單晶爐為例，爐內(nèi)壓力20Torr，氬氣流量45lpm，14英寸熱場裝料量25kg，爐內(nèi)熱場如圖1所示。

將石英坩堝放置于單晶爐內(nèi)，在石英坩堝中裝入多晶料，將單晶爐抽真空，驅(qū)動加熱器將多晶料熔化。熔化完畢后將籽晶降入熔體內(nèi)，尋找合適的溫度，溫度尋找完畢后，保持穩(wěn)定，同時觀察單晶爐控制柜顯示的平均溫度變化，當(dāng)平均溫度變化在0.8℃時，保持50min，即可進(jìn)入引晶。初始引晶拉速設(shè)定為75mm/h，逐漸提升拉速將細(xì)頸直徑控制到（3.5-4.0）mm之間，此時將平均拉速設(shè)定為250mm/h,計算機控制系統(tǒng)將通過降低溫度使拉速達(dá)到250mm/h左右，當(dāng)直徑在（3.5-4.0）mm之間的細(xì)頸達(dá)到150mm長時即可進(jìn)入放肩。放肩時將拉速降至38mm/h，設(shè)定好放肩階段的溫控程序：當(dāng)晶體直徑在0-50mm階段，保持初始溫度值不變，升降溫溫度值設(shè)定為-0sp；當(dāng)晶體直徑在50-70mm階段，升降溫溫度值設(shè)定為-4sp；當(dāng)晶體直徑在70-100mm階段，升降溫溫度值設(shè)定為-12sp；當(dāng)晶體直徑在100-130mm階段，升降溫溫度值設(shè)定為-25sp，當(dāng)直徑在130-146mm階段，升降溫溫度值設(shè)定為-35sp。計算機控制程序?qū)凑赵O(shè)定的程序執(zhí)行降溫，當(dāng)直徑達(dá)到146mm時提高拉速至120mm/h進(jìn)行收肩，接近目標(biāo)直徑158mm時調(diào)整拉速為140-160mm/h，直徑達(dá)到158mm左右完成收肩進(jìn)入等徑控制。等徑初始拉速設(shè)定為60mm/h，拉速將隨著單晶的生長長度逐漸降低，直徑全程設(shè)定為158mm，同時額外增加設(shè)定補溫程序：晶體長度在0-200mm階段，不增加升溫控制，升降溫溫度值設(shè)定為0sp；晶體長度在200-250mm階段，升降溫溫度值設(shè)定為10sp；晶體長度在250-300mm階段，升降溫溫度值設(shè)定為30sp；晶體長度在300-340mm階段，升降溫溫度值設(shè)定為55sp；晶體長度在340-380mm階段，升降溫溫度值設(shè)定為85sp；晶體長度在380-410mm階段，升降溫溫度值設(shè)定為125sp；晶體長度在410-460mm階段，升降溫溫度值設(shè)定為185sp。等徑生長全程由計算機將根據(jù)設(shè)定程序進(jìn)行自動控制。等徑460mm進(jìn)入收尾，收尾剛開始時保持拉速不變，提高溫度，收尾長度過半后逐漸提升拉速，最終收成錐形，收尾長度170-200mm。