大直径硅单晶及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种大直径硅单晶及其制造方法。大直径硅单晶的制造方法依次包括硅料熔融工艺、引晶工艺、等径工艺和收尾工艺，在硅料熔融工艺与引晶工艺之间还设有浸泡工艺，浸泡工艺中的加热功率为引晶工艺中的加热功率的105%~130%。经过试验验证，应用本发明专利技术技术方案的大直径硅单晶的制造方法，能够有效去除在坩埚的内壁上形成的气泡，避免残留的气泡流入生长的单晶中，从而有效降低针孔发生率，改善大直径硅单晶的质量，有利于应用。此外，本发明专利技术还涉及一种采用上述大直径硅单晶的制造方法制造得到的大直径硅单晶。造得到的大直径硅单晶。造得到的大直径硅单晶。

【技术实现步骤摘要】
大直径硅单晶及其制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体材料
，特别是涉及一种大直径硅单晶及其制造方法。

技术介绍

[0002]直拉单晶制造法（Czochralski，CZ法）是具代表性的硅单晶生长工艺，为了容纳硅熔液，使用了石英坩埚。在石英坩埚中填充多晶硅原料，用加热器加热熔化后，在硅熔液中使籽晶进行浸渍，并逐渐上升，从而可以生长大直径硅单晶。CZ法包括熔融固体原料的熔融（Melting）工艺；为消除籽粒生长时产生的位错，在单晶生长初期细长地生长单晶的引晶（Necking）工艺；将单晶直径扩大到目标直径的放肩（Shouldering）工艺；将单晶保持在目标直径的同时，将单晶生长到目标长度的等径（Body）工艺以及逐渐减少单晶直径的同时，将单晶与熔液分离的收尾（Tailing）工艺。根据CZ法成长的单晶，通常在等径工艺中成长的等径部分被产品化成半导体晶片或刻蚀工程零件、太阳能用基板等。这些产品的质量不仅会受到等径工艺的影响，还会受到多晶原料熔融工艺及后续工艺的影响。特别是，由于熔融工艺的特性，无法避免的会在硅熔液中形成气泡，如果这种硅熔液中的气泡没有充分去除，则气泡会流入生长的单晶中，导致单晶硅棒中针孔发生率较高，从而导致生长的大直径硅单晶的质量大幅下降，不利于产品应用。

技术实现思路

[0003]基于此，有必要针对如何降低针孔发生率的问题，提供一种大直径硅单晶及其制造方法。
[0004]一种大直径硅单晶的制造方法，依次包括硅料熔融工艺、引晶工艺、等径工艺和收尾工艺，在所述硅料熔融工艺与所述引晶工艺之间还设有浸泡工艺，所述浸泡工艺中的加热功率为所述引晶工艺中的加热功率的105%~130%。
[0005]经过试验验证，应用本专利技术技术方案的大直径硅单晶的制造方法，能够有效去除在坩埚的内壁上形成的气泡，避免残留的气泡流入生长的单晶中，从而有效降低针孔发生率，改善大直径硅单晶的质量，有利于应用。
[0006]在一个可行的实现方式中，所述浸泡工艺中的加热功率为所述引晶工艺中的加热功率的115%~130%。经过试验验证，当浸泡工艺中的加热功率为引晶工艺中的加热功率的115%~130%时，能够明显去除在坩埚的内壁上形成的气泡，避免残留的气泡流入生长的单晶中，从而有效降低针孔发生率，显著改善大直径硅单晶的质量；同时能够避免发生石英坩埚损伤等工艺事故。
[0007]在一个可行的实现方式中，所述浸泡工艺中的加热功率为所述引晶工艺中的加热功率的120%~130%。经过试验验证，当浸泡工艺中的加热功率为引晶工艺中的加热功率的120%~130%时，能够显著去除在坩埚的内壁上形成的气泡，避免残留的气泡流入生长的单晶中，从而有效降低针孔发生率，显著改善大直径硅单晶的质量；同时能够避免发生石英坩埚损伤等工艺事故。
[0008]在一个可行的实现方式中，所述浸泡工艺的处理时间不少于30min。这样能够使得气泡内的气体尽可能排出。
[0009]在一个可行的实现方式中，所述浸泡工艺的处理时间为30min~120min。这样能够使得气泡内的气体尽可能排出，同时兼顾了生产效率。
[0010]在一个可行的实现方式中，所述浸泡工艺中的压力为所述引晶工艺中压力的50%~110%。
[0011]在一个可行的实现方式中，所述浸泡工艺中，坩埚的转速为0.1rpm~10rpm，惰性气体的流量为80lpm~200lpm。
[0012]在一个可行的实现方式中，所述硅料熔融工艺之后，硅熔液的液面位置低于加热器顶部50mm~300mm。
[0013]在一个可行的实现方式中，所述硅料熔融工艺之后，硅熔液的液面位置低于加热器顶部100mm~200mm。
[0014]一种大直径硅单晶，采用上述任一的大直径硅单晶的制造方法制造得到。
[0015]经过试验验证，采用上述大直径硅单晶的制造方法制造得到的大直径硅单晶中针孔发生率较低，大直径硅单晶的质量较高，有利于应用。
附图说明
[0016]图1为本专利技术部分实施例和对比例的大直径硅单晶的制造方法中浸泡工艺中的加热功率与针孔发生率的关系图。
具体实施方式
[0017]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0018]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0019]本专利技术的专利技术人经过研究发现，以往的专利技术误解了熔液中的气泡受SiO气体形成的影响。但是通过数十次实验结果推论的话，完全不是这样。如果SiO气体的发生成为直接原因，那么加热功率越高，针孔的发生率就越高。因为，如果加热功率提高，过度加热产生的SiO气体就会更加活跃。但实际实验结果却相反。其理由可以如下说明。即使通过过度加热增加SiO气体，由于硅熔液的对流现象，最终到达硅熔液的表面，并被气氛气体氩气的流动去除，因此完全没有问题。此外，过度加热可能发生的SiO气体仅以相当小的大小存在。
[0020]本专利技术的专利技术人经过研究还发现，硅单晶生长过程中进入晶体的气泡来源是残留在石英坩埚内壁上的气泡，这是硅熔液与石英坩埚的边界。硅多晶原料装入时产生的空隙即使在熔融过程中发生气泡，也会因浮力差异而通过熔液表面释放，但部分会附着在石英坩埚的内壁上残存。最终，这样残存的气泡在硅单晶生长过程中，因熔液内的对流现象，通
过晶体生长界面流入单晶，成为针孔缺陷。
[0021]硅原料熔融后，要想充分去除残留在坩埚内壁上的气泡，加热功率越高越有利。究其原因，随着温度的升高，气泡更加膨胀，熔液中温差引起的自然对流更加活跃。但是过高的加热功率会引起石英坩埚的变形，从而导致正常的硅单晶生长失败。因此，用不会发生石英坩埚变形的最大热功率进行稳定化处理非常重要。生长通道内的高压力会阻碍气泡的排出，因此最好保持低压力。
[0022]本专利技术的专利技术人经过研究还发现，在填充多晶原料的过程中，由于原料填充状态和不足的填充等，在坩埚的内壁上形成气泡。为了去除形成的气泡，必须在硅料熔融结束后对硅熔液进行稳定化处理。但是过度的稳定化或过度的熔融会导致含有硅熔液的石英坩埚的损伤，导致正常结晶成长失败。结果会引发相当大的损失费用，因此必须避免过度的熔融和稳定化。
[0023]为此，本专利技术提出一实施方式的大直径硅单晶的制造方法，依次包括硅料熔融（Melt）工艺、浸泡（Soaking）工艺、引晶（Necking）工艺、等径（Body）工艺和收尾（Tailing）工艺，其中，浸泡工艺中的加热功率（Soak本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大直径硅单晶的制造方法，依次包括硅料熔融工艺、引晶工艺、等径工艺和收尾工艺，其特征在于，在所述硅料熔融工艺与所述引晶工艺之间还设有浸泡工艺，所述浸泡工艺中的加热功率为所述引晶工艺中的加热功率的105%~130%。2.根据权利要求1所述的大直径硅单晶的制造方法，其特征在于，所述浸泡工艺中的加热功率为所述引晶工艺中的加热功率的115%~130%。3.根据权利要求2所述的大直径硅单晶的制造方法，其特征在于，所述浸泡工艺中的加热功率为所述引晶工艺中的加热功率的120%~130%。4.根据权利要求1所述的大直径硅单晶的制造方法，其特征在于，所述浸泡工艺的处理时间不少于30min。5.根据权利要求1或4所述的大直径硅单晶的制造方法，其特征在于，所述浸泡工艺的处理时间为30mi...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：新美光苏州半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：