一種籽晶的鋪設(shè)方法、準(zhǔn)單晶硅片的制備方法及準(zhǔn)單晶硅片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種籽晶的鋪設(shè)方法、準(zhǔn)單晶硅片的制備 方法及準(zhǔn)單晶硅片。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前準(zhǔn)單晶的鑄造方法主要有無軒晶引晶和有軒晶引晶法，有軒晶引晶法是先將 單晶籽晶鋪設(shè)在石英坩堝底部，在熔化階段保持籽晶不完全熔化，在單晶籽晶上進(jìn)行引晶 生長從而得到準(zhǔn)單晶硅錠，在鋪設(shè)籽晶時(shí)一般會(huì)保證籽晶形核面的生長晶向一致，但相鄰 籽晶的側(cè)邊接觸面的晶向通常是隨機(jī)的，在引晶生長過程中容易形成小角度晶界，小角度 晶界不但在生長過程中成為了位錯(cuò)源，造成生長過程中位錯(cuò)的不斷增殖，而且金屬雜質(zhì)容 易在小角度晶界處富集和沉淀誘發(fā)二次位錯(cuò)源，降低了準(zhǔn)單晶的晶體質(zhì)量和單晶收益率； 即使籽晶之間形成了大角度晶界，由于相鄰籽晶側(cè)邊接觸面的晶向不一致，即籽晶側(cè)面法 向的原子堆積密度不一致，在引晶過程中由于硅晶體的彈性模量各向異性，生長應(yīng)力對(duì)拼 接縫兩側(cè)的側(cè)面法向產(chǎn)生的應(yīng)變也是不同的，很容易在晶界上產(chǎn)生位錯(cuò)源，繼而在生長過 程中不斷增殖產(chǎn)生大量的位錯(cuò)，也會(huì)降低單晶區(qū)域的晶體質(zhì)量。因此，如何減少準(zhǔn)單晶中位 錯(cuò)成為目前研宄的重點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明第一方面提供了一種籽晶的鋪設(shè)方法，使相鄰兩個(gè) 籽晶接觸的側(cè)面晶向?qū)儆谕痪蜃迩覙?gòu)成重合位置點(diǎn)陣（重位點(diǎn)陣CSL)類型的晶界，可 以減少籽晶生長過程中產(chǎn)生的位錯(cuò)，本發(fā)明還提供了一種準(zhǔn)單晶硅碇的制備方法及準(zhǔn)單晶 硅片，制得的準(zhǔn)單晶的位錯(cuò)少，晶體質(zhì)量較好。
[0004] 第一方面，本發(fā)明提供了一種籽晶的鋪設(shè)方法，用于準(zhǔn)單晶的鑄造，包括以下步 驟：
[0005] 提供坩堝，在所述坩堝底部鋪設(shè)籽晶，所述籽晶的生長面晶向同為[001]或同為 |；ο〇η,所述籽晶緊密接觸鋪滿所述坩堝底部形成籽晶層，相鄰兩個(gè)籽晶接觸的側(cè)面晶向?qū)?于同一晶向族，且構(gòu)成重合位置點(diǎn)陣類型的晶界。
[0006] 優(yōu)選地，當(dāng)籽晶的側(cè)面晶向?yàn)椤?1〇>時(shí)，相鄰籽晶的生長面晶向按[001]、t〇0丨]正 反面交替拼接，或?qū)⑾噜徸丫е械囊粋€(gè)籽晶旋轉(zhuǎn)90°。
[0007] 優(yōu)選地，當(dāng)籽晶的側(cè)面晶向?yàn)榉恰?10>晶向族時(shí)，相鄰籽晶的生長面晶向按 [001]、?〇ο?]正反面交替拼接，或相鄰籽晶的生長面晶向按[001]、[οο?]正反面交替拼接后 再將相鄰籽晶中的一個(gè)籽晶旋轉(zhuǎn)90°。
[0008] 優(yōu)選地，所述相鄰籽晶的生長面晶向按[001]、|；〇〇?]正反面交替拼接的方式為：將 相鄰籽晶中的一個(gè)籽晶繞所述籽晶接觸側(cè)面的法向方向翻轉(zhuǎn)180°，或繞與所述法向垂直 的方向翻轉(zhuǎn)180°。
[0009] 如本發(fā)明所述的，所述旋轉(zhuǎn)方式不限，可為順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°。
[0010] 如本發(fā)明所述的，所述籽晶的生長面晶向?yàn)椤?00>，并將[001]定義為正面，將 [00?]定義為反面。
[0011] 如本發(fā)明所述的，當(dāng)籽晶側(cè)面晶向?yàn)椤?10>時(shí)，將相鄰籽晶中的一個(gè)籽晶繞所述 籽晶接觸側(cè)面的法向方向翻轉(zhuǎn)180°或繞與所述法向垂直的方向翻轉(zhuǎn)180°，此時(shí)，相鄰籽 晶的生長面的晶向?yàn)檎疵娼惶嫫唇?；但?dāng)將相鄰籽晶中的一個(gè)籽晶旋轉(zhuǎn)90°，此時(shí)相鄰 籽晶是同為正面或同為反面鋪設(shè)。
[0012] 如本發(fā)明所述的，當(dāng)側(cè)面晶向?yàn)椤?1〇>時(shí)，將相鄰籽晶進(jìn)行[001]、fooi；!正反面交 替拼接后（無論是繞所述籽晶接觸側(cè)面的法向方向翻轉(zhuǎn)180°或繞與所述法向垂直的方向 翻轉(zhuǎn)180° )，若再旋轉(zhuǎn)90°，相鄰籽晶在拼接縫處的原子空間排列就會(huì)一致，在引晶過程 中就會(huì)融為一體，從而無法形成特殊晶界，在實(shí)際生產(chǎn)中易形成小角度晶界，從而易產(chǎn)生位 錯(cuò)；但當(dāng)將相鄰籽晶中的一個(gè)籽晶旋轉(zhuǎn)90°后（即同為正面或同為反面鋪設(shè)），相鄰籽晶在 拼接縫處生長出來的晶體的原子空間排列不一致，從而能夠形成特殊晶界。
[0013] 如本發(fā)明所述的，當(dāng)籽晶的側(cè)面晶向?yàn)榉恰?10>晶向族時(shí)，將相鄰籽晶的生長面 晶向按[001]、[001]￡反面交替拼接后再將相鄰籽晶中的一個(gè)籽晶旋轉(zhuǎn)90°，此時(shí)相鄰籽 晶仍然為正反面交替拼接，即當(dāng)籽晶的側(cè)面晶向?yàn)榉恰?1〇>晶向族時(shí)，進(jìn)行的是方式不限 的正反面交替拼接，包括以下方式：
[0014] 將相鄰籽晶中的一個(gè)籽晶繞所述籽晶接觸側(cè)面的法向方向翻轉(zhuǎn)180°，或繞與所 述法向垂直的方向翻轉(zhuǎn)180°，或者將相鄰籽晶中的一個(gè)籽晶在繞所述籽晶接觸側(cè)面的法 向或與所述法向垂直的方向翻轉(zhuǎn)180°之后再旋轉(zhuǎn)90度進(jìn)行拼接。
[0015] 當(dāng)籽晶的側(cè)面晶向?yàn)榉恰?10>晶向族時(shí)，只要將相鄰籽晶進(jìn)行正反面交替的鋪設(shè) (不論是翻轉(zhuǎn)后旋轉(zhuǎn)90°或是翻轉(zhuǎn)后旋轉(zhuǎn)0° )，相鄰籽晶在拼接縫處生長出來的晶體原子 在空間結(jié)構(gòu)上都無法一致，從而將相鄰籽晶鋪設(shè)能夠形成特殊晶界。
[0016] 優(yōu)選地，所述籽晶來源于同根單晶棒。
[0017] 所述籽晶來源于同根單晶棒，可便于對(duì)籽晶的側(cè)面進(jìn)行編號(hào)，保證同一編號(hào)的籽 晶的側(cè)面晶向完全一致。
[0018] 如本發(fā)明所述的，所述相鄰籽晶是由同根單晶棒采用相同切割方式得到的籽晶。
[0019] 更優(yōu)選地，所述籽晶來源于提拉法制得的同根單晶棒。
[0020] 優(yōu)選地，所述籽晶為生長面晶向?yàn)椤?00>的正方形籽晶。
[0021] 優(yōu)選地，所述非〈110>晶向族的側(cè)面晶向包括〈100>、〈320>、〈410>和〈510>的晶 向。
[0022] 當(dāng)側(cè)面晶向?yàn)椤?1〇>時(shí)，所述正方形籽晶的四個(gè)側(cè)面晶向分別為[ιιο]、|；?ο]、
[?10]和[1?0]。其中，[110]與[??0]晶面相對(duì)，[110]與[?10]和[1?0]晶面相鄰。
[0023] 當(dāng)所述側(cè)面晶向?yàn)椤?00>時(shí)，所述正方形籽晶的四個(gè)側(cè)面晶向分別為[100]、
[?ΟΟ]、[010]和[ο?ο]。其中，[100]與[ioo]晶面相對(duì)，[100]與[010]、[0?0]晶面相鄰。
[0024] 優(yōu)選地，所述籽晶為厚度為5-40mm的正方形籽晶。
[0025] 優(yōu)選地，所述籽晶層的厚度為20mm。
[0026] 優(yōu)選地，所述重合位置點(diǎn)陣類型的晶界為Σ 3、Σ 5、Σ 7、Σ 9、Σ 11或Σ 13類型 晶界中的一種。
[0027] 所述相鄰籽晶接觸的側(cè)面晶向?yàn)閷儆谕痪蜃宓牟煌蛑笖?shù)，不能完全一 致，若相鄰籽晶接觸的側(cè)面晶向完全一致，在引晶過程中容易形成亞晶界，易產(chǎn)生位錯(cuò)。
[0028] 本發(fā)明籽晶的鋪設(shè)方法簡單易操作，本發(fā)明通過鋪設(shè)籽晶，使相鄰兩個(gè)籽晶接觸 的側(cè)面晶向?qū)儆谕痪蜃澹覙?gòu)成重合位置點(diǎn)陣類型的晶界，產(chǎn)生的晶格畸變很小，從而 晶界處的界面能很低，應(yīng)力小，這樣可減少引晶時(shí)在籽晶拼接縫處產(chǎn)生位錯(cuò)等缺陷，且在籽 晶的生長過程中不會(huì)從拼接縫處形成的晶界上形成位錯(cuò)源，金屬雜質(zhì)也不易在此晶界處聚 集和沉淀，減少了晶格失配應(yīng)力的產(chǎn)生，從而降低了在籽晶拼接處產(chǎn)生位錯(cuò)的幾率。
[0029] 第二方面，本發(fā)明提供了一種準(zhǔn)單晶硅片的制備方法，包括以下步驟：
[0030] (1)提供坩堝，在所述坩堝底部鋪設(shè)籽晶，所述籽晶的生長面晶向同為[001]或同 為fooi 所述籽晶緊密接觸鋪滿所述坩堝底部形成籽晶層，相鄰兩個(gè)籽晶接觸的側(cè)面晶向 屬于同一晶向族，且構(gòu)成重合位置點(diǎn)陣類型的晶界；
[0031] (2)在所述籽晶層上填裝硅料和摻雜劑，加熱使所述坩堝內(nèi)硅料熔化形成硅熔體， 調(diào)節(jié)熱場形成過冷狀態(tài)，使得所述硅熔體在所述籽晶層基礎(chǔ)上開始長晶，待全部硅熔體結(jié) 晶完后，經(jīng)退火冷卻得到準(zhǔn)單晶硅錠；
[0032] (3)將所述準(zhǔn)單晶硅錠依次經(jīng)過切片和清洗制備得到所述準(zhǔn)單晶硅片。
[0033] 優(yōu)選地，步驟（1)中，當(dāng)籽晶的側(cè)面晶向?yàn)椤?10>時(shí)，將相鄰籽晶的生長面晶向按
[001]、fooi：|正反面交替拼接，或?qū)⑾噜徸丫е械囊粋€(gè)籽晶旋轉(zhuǎn)90°。
[0034] 優(yōu)選地，步驟（1)中，當(dāng)籽晶的側(cè)面晶向?yàn)榉恰?10>晶向族時(shí)，相鄰籽晶的生長面 晶向按[001]、[00i]正反面交替拼接，或相鄰籽晶的生長面晶向按[001]、[00?]正反面交替 拼接后再將相鄰籽晶中的一個(gè)籽晶旋轉(zhuǎn)90°。
[0035] 優(yōu)選地，所述非〈110