[發明專利]一種提高區熔硅單晶徑向電阻率均勻性的方法

無效

• 申請號: 201210061384.9
• 申請日: 2012-03-10
• 公開（公告）號: CN102586859A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 張雪囡;王彥君;李建宏;鄔麗麗;陳強;苗向春;李軍
• 申請（專利權）人: 天津市環歐半導體材料技術有限公司
• 主分類號: C30B13/30
• 分類號: C30B13/30;C30B29/06
• 代理公司: 天津中環專利商標代理有限公司 12105
• 代理人: 胡京生

技術領域

本發明涉及一種區熔硅單晶的生產方法，特別涉及一種提高區熔硅單晶徑向電阻率均勻性的方法。

背景技術

采用氣摻法生產區熔硅單晶，其成本要遠低于NTD法生產的硅單晶，但是其徑向電阻率均勻性也比NTD區熔硅單晶要差，區熔硅單晶徑向電阻率均勻性差主要是因為氣摻過程中摻雜劑通過硅熔體的表面進入硅熔體中，所以硅熔體表面濃度較高，內部濃度較低，因而導致摻雜劑在硅熔體中的分布較不均勻。目前提高均勻性的方法，主要是通過增強硅熔體的對流來達到的，如下軸正反轉法、上軸偏心拉晶法以及優化上轉、下轉之間比例等方法，但對均勻性的提高仍不理想。

發明內容

本發明的目的就在于提供一種提高區熔氣摻硅單晶徑向電阻率均勻性的方法。眾所周知，磁場是一種控制導電流體流動的有效方法，常用來控制熔體對流，進而達到控制單晶品質的目的。目前磁場在區熔硅單晶生產上的應用，主要采用恒定的磁場來抑制熔體的對流，進而防止硅熔體有過大的波動而斷苞，由于下軸正反轉等方法靠機械運動的帶動，進而加強硅熔體的對流，是一種機械攪拌作用，機械攪拌強度太高時，會引起硅熔體表面的劇烈震動進而導致硅熔體斷苞。本發明在硅熔體上施加旋轉磁場，旋轉磁場對硅熔體的電磁攪拌作用可以有效促進硅熔體內部的對流，但不會引起硅熔體表面的劇烈震動，因而起到了很好的攪拌作用但不會導致斷苞，旋轉磁場的頻率不宜過高，過高會引起硅熔體的劇烈震動不利于成晶，當電磁場頻率過高時其穿透能力下降而加熱能力提高、攪拌能力下降；但頻率也不宜過小，否則會攪拌不充分，這是因為旋轉磁場和感應加熱線圈所產生高頻電磁場是互不影響的。高頻的電磁場只有加熱作用而沒有攪拌作用，其穿透能力較弱，加熱作用只是集中在硅表面。而旋轉磁場由于頻率較低，只具有攪拌作用，且穿透能力較強，其攪拌作用的區域是感應加熱高頻磁場穿透不到的硅熔體內部。具體技術方案是：一種提高區熔硅單晶徑向電阻率均勻性的方法，其特征在于：還包括有旋轉磁場發生器和支架，旋轉磁場發生器通過支架固定在區熔爐爐室的爐壁內，旋轉磁場發生器內壁距離硅單晶表面1～30cm；方法步驟為

⑴、將卡盤安裝在多晶料棒頭部并用扳手擰緊，將卡盤安裝在上軸低端，調整多晶料棒使之呈豎直狀態，安裝加熱線圈和保溫筒并用水平儀進行水平調整，關閉爐門抽空，之后充入Ar氣使爐壓達到4bar；

⑵、下降多晶料棒，緩慢增加功率進行加熱，待多晶料棒下端出現熔體后，上升籽晶與熔體接觸進行過熱引晶；

⑶、引晶完畢后，開啟下速進行拉細頸，達到設定細頸長度時降低下速進行擴肩，此時開始通入摻雜氣體，并開啟旋轉磁場發生器，旋轉磁場的頻率為1～19Hz，強度為600～1300Gauss；

⑷、當擴肩直徑達到設定值時，降低下軸速度開始等徑生長；

⑸、等徑生長完成后收尾停爐，關閉旋轉磁場發生器并取出硅單晶。

本發明的技術特點是可有效加強硅熔體內部的對流，進而提高區熔硅單晶徑向電阻率均勻性。

附圖說明

圖1為旋轉磁場發生器安裝示意圖。

具體實施方式

本實施方式中采用FZ30型區熔爐，區熔氣摻硅單晶的直徑為153mm，旋轉磁場發生器3通過支架5固定在區熔爐爐室的爐壁4內、距離硅單晶表面10cm處，旋轉磁場頻率為5Hz，強度為800Gauss。

首先將爐門打開，用纖維紙將熔爐爐室的爐壁4、上爐室、上軸、加熱線圈1和保溫筒2等部分擦拭一遍，將卡盤安裝在多晶料棒6頭部并用扳手擰緊，將卡盤安裝在上軸低端，調整多晶料棒6使之呈豎直狀態；安裝加熱線圈1和保溫筒2并用水平儀進行水平調整，用專門的對中工具進行線圈1的對中，之后將石墨環伸出，下降多晶料棒6使之位于石墨環上方約3mm；抽空，充入Ar氣使爐壓達到4bar，之后緩慢增加功率進行預熱，預熱時間為30分鐘；之后向上升起硅單晶8使石墨環能夠收回初始位置時將石墨環退出，下降多晶料棒6進行加熱，待多晶料棒6下端出現熔區7后，上升籽晶與熔區接觸進行過熱引晶；引晶完畢后，開啟下速進行拉細頸，細頸直徑Φ2～3mm，長度為150mm；降低下速進行擴肩，此時開始通入摻雜氣體，并開啟旋轉磁場發生器3，設定旋轉磁場的頻率為5Hz，當擴肩直徑達到設定值時，降低下軸速度開始等徑生長，生長完成后收尾停爐，關閉旋轉磁場發生器3并取出硅單晶8。