一种大直径区熔硅单晶的生长方法技术

本发明专利技术提供一种大直径区熔硅单晶的生长方法，包括装炉、抽空、充气、预热、化料、引晶、生长细颈、扩肩、保持、等径生长、收尾、降温、拆清炉。通过控制发生器输出功率及多晶料下行速度等参数的方法，克服了原有工艺及方法条件下，大直径多晶料熔化困难，容易造成堆料的问题，工艺重复性差、扩肩过程中产生位错等问题造成的成晶率低的问题，提高了大直径区熔硅单晶的成晶率和合格率，降低了人员劳动强度，可重复性可复制性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
悬浮区熔法包括拆清炉、预热、化料、引晶、拉细颈、扩肩、转肩、保持、收尾、停炉等几个步骤，现有方法主要是通过操作人员人为的控制高频发生器输出功率高低和多晶料下行速度来控制硅单晶的生长，在拆清炉、预热、化料、引晶、拉细颈结束后，通过操作人员人为的不停调节高频发生器输出功率及多晶料下行速度来起到控制扩肩过程的目的，并人为的改变输出功率和多晶料下行速度来完成转肩、保持、收尾等步骤。利用现有方法，人为操作因素过多，工艺可重复性差，操作人员劳动强度大，易因为个人操作失误造成拉晶失败。
技术实现思路
本专利技术克服现有技术的不足，提供了，能够有效的改善工艺重复性差、扩肩过程中易产生位错的问题。 为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是:，其特征在于，利用区熔单晶炉进行以下操作: (I)装炉:将清洗腐蚀后的多晶棒料装入区熔炉内晶体夹持器上，将籽晶装入籽晶固定夹头上； (2)抽空、充气、预热:将预热环放于多晶棒料下方、区熔线圈上方，关闭炉门抽真空，后冲入氩气，当炉内压力达到2.6-6.5bar时，停止快速充气，改用慢速充气，打开排气阀门进行流氩；充气完毕后，对多晶棒料进行预热； (3)化料、引晶:将预热环撤出，进行化料，多晶料熔化后，将籽晶与熔硅进行熔接，熔接后对熔区进行整形、引晶； (4)生长细颈:引晶结束后，进行细颈的生长，细颈直径在2-6_，长度在30-60mm ； (5)扩肩:扩肩过程，通过实际测得的单晶直径，调节高频发生器的输出功率和多晶料的下行速度； (6)保持、等径生长:当扩肩直径大于所需直径时，单晶保持，开始等径生长，单晶等径生长过程中，多晶料的旋转速度为0.1-1转/分钟，单晶生长速度在1.5-2.5mm/min,单晶旋转速度为6-25转/分钟； (7)收尾:当单晶拉至多晶料尾部，开始进行收尾，逐渐减小硅单晶直径，当收尾到单晶直径达到需要值时，将熔区拉开，这时区熔炉的下轴拉着单晶继续向下运动，上轴带着多晶料改向上运动，并关闭氩气； (8)降温、拆清炉:对晶体进行缓慢降温，至晶体尾部有红色变成黑色后，拆清炉。 优选的，所述步骤(I)中的多晶棒料的直径为145_175mm。 进一步，所述步骤(2)阶段炉内高频发生器的输出频率为2-4MHZ。 进一步，所述步骤(5)扩肩过程中，单晶直径与高频发生器输出功率及多晶料下行速度的关系为:单晶直径=[(多晶料直径2X多晶料下行速度)/单晶下行速度]1/2;高频发生器输出功率与单晶直径呈线性关系。 进一步，所述步骤(6)中扩肩直径大于8英寸时，单晶保持，开始等径生长。所述步骤(8)中的降温时长为50-90min。 本专利技术具有的优点和积极效果是:通过控制发生器输出功率及多晶料下行速度等参数的方法，克服了原有工艺及方法条件下，大直径多晶料熔化困难，容易造成堆料的问题，工艺重复性差、扩肩过程中产生位错等问题造成的成晶率低的问题，提高了大直径区熔硅单晶的成晶率和合格率，降低了人员劳动强度，可重复性可复制性好。 【附图说明】 图1为高频发生器输出功率与单晶直径的关系图。 图2为单晶直径与多晶料下行速度以及单晶下行速度的关系图。 【具体实施方式】 实施例1 一种8英寸区熔硅单晶的生长方法，利用区熔单晶炉进行以下操作:(I)装炉:将清洗腐蚀后的多晶棒料装入区熔炉内晶体夹持器上，将籽晶装入籽晶固定夹头上；多晶棒料的直径为145-175mm。 (2)抽空、充气、预热:将预热环放于多晶棒料下方、区熔线圈上方，关闭炉门抽真空，后冲入氩气，当炉内压力达到2.6-6.5bar时，停止快速充气，改用慢速充气，打开排气阀门进行流氩；充气完毕后，对多晶棒料进行预热；区熔线圈的直径范围为280-350mm，在针眼线圈上方有多级台阶及斜面设计，并有2-5个长度为20-150mm的辅助开口，针孔线圈的厚度范围20-35_，高频发生器的输出频率为2-4兆赫兹。 (3)化料、引晶:将预热环撤出，进行化料，多晶料熔化后，将籽晶与熔硅进行熔接，熔接后对熔区进行整形、引晶； (4)生长细颈:引晶结束后，进行细颈的生长，细颈直径在2_6mm，长度在30-60mm ； (5)扩肩:扩肩过程，通过实际测得的单晶直径，调节高频发生器的输出功率和多晶料的下行速度；如图1、2所示，单晶直径=[(多晶料直径2X多晶料下行速度)/单晶下行速度]1/2 ;高频发生器输出功率与单晶直径呈线性关系。 (6)保持、等径生长:扩肩直径大于8英寸时，单晶保持，开始等径生长，单晶等径生长过程中，多晶料的旋转速度为0.1-1转/分钟，单晶生长速度在1.5-2.5mm/min，单晶旋转速度为6-25转/分钟； (7)收尾:当单晶拉至多晶料尾部，开始进行收尾，逐渐减小硅单晶直径，当收尾到单晶直径达到需要值时，将熔区拉开，这时区熔炉的下轴拉着单晶继续向下运动，上轴带着多晶料改向上运动，并关闭氩气； (8)降温、拆清炉:对晶体进行缓慢降温，降温时长为50_90min，至晶体尾部有红色变成黑色后，拆清炉。 本专利在实施过程中，有效的解决了原有方法及工艺条件下，大直径多晶料熔化困难，容易造成堆料的问题，工艺重复性差、扩肩过程中易产生位错、保持过程中易开裂等问题。在原有工艺条件下，直径超过135mm的多晶料无法顺利熔化并从区熔线圈中流下，无法拉制单晶，单晶在扩肩过程中产生位错而造成拉晶失败的比例约占到总失败次数的92 %，采用了本专利技术生长方法后，将这个比例降低到了 57 %，大大降低了扩肩过程中产生位错而造成拉晶失败的比例。 以上对本专利技术的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本专利技术的较佳实施例，不能被认为用于限定本专利技术的实施范围。凡依本专利技术申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利技术的专利涵盖范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大直径区熔硅单晶的生长方法，其特征在于，利用区熔单晶炉进行以下操作：(1)装炉：将清洗腐蚀后的多晶棒料装入区熔炉内晶体夹持器上，将籽晶装入籽晶固定夹头上；(2)抽空、充气、预热：将预热环放于多晶棒料下方、区熔线圈上方，关闭炉门抽真空，后冲入氩气，当炉内压力达到2.6‑6.5bar时，停止快速充气，改用慢速充气，打开排气阀门进行流氩；充气完毕后，对多晶棒料进行预热；(3)化料、引晶：将预热环撤出，进行化料，多晶料熔化后，将籽晶与熔硅进行熔接，熔接后对熔区进行整形、引晶；(4)生长细颈：引晶结束后，进行细颈的生长，细颈直径在2‑6mm，长度在30‑60mm；(5)扩肩：扩肩过程，通过实际测得的单晶直径，调节高频发生器的输出功率和多晶料的下行速度；(6)保持、等径生长：当扩肩直径大于所需直径时，单晶保持，开始等径生长，单晶等径生长过程中，多晶料的旋转速度为0.1‑1转/分钟，单晶生长速度在1.5‑2.5mm/min，单晶旋转速度为6‑25转/分钟；(7)收尾：当单晶拉至多晶料尾部，开始进行收尾，逐渐减小硅单晶直径，当收尾到单晶直径达到需要值时，将熔区拉开，这时区熔炉的下轴拉着单晶继续向下运动，上轴带着多晶料改向上运动，并关闭氩气；(8)降温、拆清炉：对晶体进行缓慢降温，至晶体尾部有红色变成黑色后，拆清炉。...

【技术特征摘要】
1.一种大直径区熔硅单晶的生长方法，其特征在于，利用区熔单晶炉进行以下操作: (1)装炉:将清洗腐蚀后的多晶棒料装入区熔炉内晶体夹持器上，将籽晶装入籽晶固定夹头上； (2)抽空、充气、预热:将预热环放于多晶棒料下方、区熔线圈上方，关闭炉门抽真空，后冲入氩气，当炉内压力达到2.6-6.5bar时，停止快速充气，改用慢速充气，打开排气阀门进行流氩；充气完毕后，对多晶棒料进行预热； (3)化料、引晶:将预热环撤出，进行化料，多晶料熔化后，将籽晶与熔硅进行熔接，熔接后对熔区进行整形、引晶； (4)生长细颈:引晶结束后，进行细颈的生长，细颈直径在2-6_，长度在30-60_； (5)扩肩:扩肩过程，通过实际测得的单晶直径，调节高频发生器的输出功率和多晶料的下行速度； (6)保持、等径生长:当扩肩直径大于所需直径时，单晶保持，开始等径生长，单晶等径生长过程中，多晶料的旋转速度为0.1-1转/分钟，单晶生长速度在1.5-2.5mm/min，单晶旋转速度为6-25转/分钟； (7)收尾:...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈浩平，王彦君，张雪囡，靳立辉，高树良，刘嘉，王遵义，刘铮，赵宏波，刘琨，郝大维，吴峰，楚占斌，
申请(专利权)人：天津市环欧半导体材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12