一种重掺砷硅单晶的放肩工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种重掺砷硅单晶的放肩工艺。该放肩工艺的参数设定为：根据放肩长度将放肩过程分为放肩初期、放肩中期和放肩后期，其中，放肩初期为放肩长度为1

【技术实现步骤摘要】
一种重掺砷硅单晶的放肩工艺


[0001]本专利技术涉及一种重掺砷硅单晶的放肩工艺，属于直拉硅单晶生长


技术介绍

[0002]近年来，在国家和产业的大力投入下，我国集成电路制造业得到了快速发展，2021年产值首度突破万亿元，达到10458亿元。在半导体市场需求旺盛的引领下，提高单晶硅的拉晶效率迫在眉睫，因此水冷热屏应运而生。在热场中配用水冷热屏，可有效增大热场的温度梯度，通过水冷热屏结构加快单晶棒的冷却速度，从而提高拉速。因热场内部温度梯度发生变化，所以急需优化调整放肩工艺，现就这一问题对水冷热屏状态下的放肩工艺进行摸索优化，从而提高放肩成功率。
[0003]重掺砷硅单晶放肩工艺由温度SP、拉速、埚升、埚转、晶转、氩气流量和压力的综合作用来实现，但是在所有参数里面，影响放肩形状的主要因素是温度和拉速。若使放肩形状完美，必须搭配好温度和拉速，使放肩时凉热适中，进而放出合适的肩部形状。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种重掺砷硅单晶的放肩工艺，拉晶所用的热场为配有水冷热屏的热场，该放肩工艺可大大提高放肩成活率。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种重掺砷硅单晶的放肩工艺，所用的热场为配有水冷热屏的热场，该放肩工艺的参数设定为：根据放肩长度将放肩过程分为放肩初期、放肩中期和放肩后期，其中，放肩初期为放肩长度为1
‑
40mm的区间；放肩中期为放肩长度为40
‑
220mm的区间，放肩后期为放肩长度为220mm以上的区间；
[0007]将降温速度定义为放肩温度差值除以放肩长度差值；将降温速率定义为放肩温度差值除以原始温度；
[0008]在放肩初期，每20mm降温1
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3SP值，降温速度为0.05
‑
0.15(SP值/mm)，降温速率降低；
[0009]在放肩中期，每20mm降温1
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12SP值，降温速度为0.05
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0.6(SP值/mm)，降温速率呈现增大、减小、增大的趋势；
[0010]在放肩后期，每20mm降温3
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15SP值，降温速度为0.15
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0.75(SP值/mm)，降温速率较小。
[0011]在本专利技术中，所述放肩长度为260mm
‑
300mm。
[0012]因引晶过程主要为缩颈、排位错过程，温度较高，所以在放肩初期需降温、降拉速，同时降温速度较慢；放肩中期时，降温速度逐渐升高；放肩后期时，需平衡水冷热屏造成的降温，因此降温速度减小。
[0013]在放肩中期，所述降温速度以每20mm为一级逐级递增，递增幅度为0.18以下。
[0014]在放肩初期和放肩后期，所述降温速度以每20mm为一级，各级之间降温速度恒定。
[0015]在放肩初期和放肩中期，拉速恒定，在放肩后期，根据放肩形状进行微调拉速，旨在平衡因水冷热屏或找温不好造成的放肩偏凉的温度，从而放出合适的锥肩形状。其中，微调拉速需要根据单晶实际生长情况，即放肩后期肩形是粗壮的棱线还是宽面，从而对其拉速进行2
‑
6mm/hr的增加。
[0016]在放肩初期和放肩中期，控制单晶锥尖以≤45
°
角的形状生长；在所述放肩后期，控制单晶锥形以≥45
°
的形状成长。
[0017]本专利技术的有益效果在于：
[0018]根据本专利技术提供的重掺砷硅单晶的放肩工艺，在放肩SOP参数中，前期和中期设定好降温速率，给定优化好的温度SP值，使单晶锥尖以≤45
°
角的形状生长，且生长速度较缓慢，不应过快，过早的棱线饱满及开口展面都会造成单晶卡棱的现象；到放肩后期，给定合适的降温速率和拉速，使单晶锥形以≥45
°
的形状成长，这样可以极大缩短放肩时间，同时还可以留出因人为引晶找温不好而进行补救的空间，进而提高放肩成活率。
附图说明
[0019]图1为找温合适放肩理想形状实物图。
[0020]图2为找温过热放肩形状实物图。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和实施例对本专利技术进行进一步说明，但本专利技术的实施方式不仅限于此。
[0022]在以下实施例和对比例中，单晶生长实验选用浙江晶盛机电股份有限公司生产的110B直拉型硅单晶炉，此单晶炉安装24英寸热场，采用大口径水冷热屏，最大投料量140kg，实验生长的硅单晶为N型，晶向<100>，掺杂剂为As，目标电阻率低于4mΩ
·
em，目标直径8英寸，放肩长度260mm。根据放肩长度将放肩过程分为放肩初期、放肩中期和放肩后期，其中，放肩初期为放肩长度为1
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40mm的区间；放肩中期为放肩长度为40
‑
220mm的区间，放肩后期为放肩长度为220mm
‑
260mm的区间。
[0023]将降温速度定义为放肩温度差值除以放肩长度差值；将降温速率定义为放肩温度差值除以原始温度。表1中呈现了实施例和对比例在放肩过程中的相同的工艺参数，表2中分别给出了实施例和对比例的放肩工艺中不同的工艺参数。其中，长度指的是放肩长度；埚升指的是坩埚提升的速度，埚转指的是坩埚的转速，晶转指的是单晶的转速，流量指的是氩气的流量，压力指的是单晶炉内的气体压力。
[0024]表1
[0025][0026]表2
[0027][0028]实施例在引晶完成进入放肩后，通过控制热场SP值的降温使放肩形状得到图1和图2两种的形状。放肩初期肩形成长较缓慢，不应过快，一定保持<45
°
角成长；放肩中期肩形成长稍有加快，但仍需保持<45
°
角成长，最大以45
°
角成长，这部分不应使放肩过快，放肩过快会导致出现过早展面的情况，进而会造成单晶放肩卡棱的现象；放肩后期是放肩过程中最为重要的过程，如果引晶阶段找温合适，即为理想肩形，肩形会呈现成图1所示形状，这样的缺点是放肩过慢，但放肩成活率较高。其次是非理想状态，如果引晶阶段找温过热，肩形会呈现成图2所示形状，放肩初期和中期锥形严重，会导致放肩降温逐步延后并累加，造成放肩后期过凉展面，会使肩形以＞45
°
角的形状成长，这就需要人为干预拉速，防止展面进一步扩大，从而使单晶顺利进入等径阶段，同时单晶放肩因展面过凉进而会缩短放肩到所需直径的时间，相应的也会承担放肩卡棱的风险。相比之下，肩形保持图1所示形状较为安全，这也需要操作人员有着足够好的找温功底。
[0029]而对比例则是在整个放肩过程中有规律的降温，降温速度逐渐增加直至恒定；在放肩中期的前部分降温速率较大，后部分逐渐减小，看似有规律的SP值降温，实则会使放肩过早展面，肩形过早呈＞45
°
角的形状成长，卡棱几率增大。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种重掺砷硅单晶的放肩工艺，拉晶所用的热场为配有水冷热屏的热场，其特征在于，该放肩工艺的参数设定为：根据放肩长度将放肩过程分为放肩初期、放肩中期和放肩后期，其中，放肩初期为放肩长度为1
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40mm的区间；放肩中期为放肩长度为40
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220mm的区间，放肩后期为放肩长度为220mm以上的区间；将降温速度定义为放肩温度差值除以放肩长度差值；将降温速率定义为放肩温度差值除以原始温度；在放肩初期，每20mm降温1
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3SP值，降温速度为0.05
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0.15，降温速率降低；在放肩中期，每20mm降温1
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12SP值，降温速度为0.05
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0.6，降温速率呈现增大、减小、增大的趋势；在放肩后期，每20mm降温3
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15SP值，降温速度为0.15
‑
0.75，降温速率较小...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯磊，李英涛，王万华，皮小争，方峰，崔彬，
申请(专利权)人：有研半导体硅材料股份公司，
类型：发明
国别省市：