[發(fā)明專利]一種提高大直徑區(qū)熔硅單晶生產(chǎn)質(zhì)量的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310690078.6
• 申請日: 2013-12-16
• 公開（公告）號: CN104711664A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊凱;閆志瑞
• 申請（專利權(quán)）人: 有研新材料股份有限公司;有研半導體材料有限公司
• 主分類號: C30B13/28
• 分類號: C30B13/28;C30B29/06
• 代理公司: 北京北新智誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11100
• 代理人: 劉秀青;熊國裕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種提高大直徑區(qū)熔硅單晶生產(chǎn)質(zhì)量的方法，屬于半導體技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

區(qū)熔硅單晶是用于半導體功率器件、功率集成器件及半導體集成電路的主題功能材料。隨著微電子工業(yè)的飛速發(fā)展，半導體工業(yè)對硅材料也提出了更新、更高的要求。隨著市場的不斷發(fā)展，出于提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本的目的，要求區(qū)熔硅單晶的直徑不斷增大，直徑為5英寸、6英寸單晶甚至于8英寸的區(qū)熔硅單晶逐漸成為市場需求的主流。

區(qū)熔法制備硅單晶是在充滿氬氣的密封反應(yīng)室中進行的，其制備工藝主要包括籽晶熔接、引晶、放肩、等徑、收尾等步驟。整個過程可以概括為：首先將一根長度約為100～180cm的多晶硅棒垂直的放置在高溫反應(yīng)室內(nèi)，用加熱線圈將多晶硅棒的下端熔成半球，下壓多晶硅棒使熔區(qū)與籽晶熔接；接著下拉籽晶，引晶生長細頸，使熔區(qū)呈漏斗狀；然后降低籽晶的輸送速度，進行放肩，放肩到要求直徑后，開始等徑生長；加熱線圈不動，懸掛的多晶上料緩慢向下降低，通過加熱線圈把熔融硅上方部分的多晶硅棒熔化，此時靠近籽晶的一端熔融硅開始凝固，形成與籽晶晶體相同的晶向。當加熱線圈掃過整個硅棒后，便能使其轉(zhuǎn)變成硅單晶棒。

隨著區(qū)熔硅單晶直徑的增大，現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)己逐漸難以滿足大直徑單晶如6英寸及以上區(qū)熔硅單晶生長的條件。目前國內(nèi)用于拉制大直徑區(qū)熔單晶的設(shè)備以德國公司PVA的Fz-35爐為主，此設(shè)備功率設(shè)計上具有拉制8寸單晶的能力，但其在單晶生長熱場配套上也有一定的缺陷點存在。如果用現(xiàn)有的區(qū)熔硅單晶生長工藝生長6英寸及以上的區(qū)熔硅單晶，在單晶生長過程中存在以下幾點難以控制的問題：1、區(qū)熔硅單晶的生長角度難以控制；2、區(qū)熔硅單晶的熔區(qū)液面生長難以控制；3、硅單晶在生長過程中晶向易發(fā)生扭曲；4、硅單晶在生長過程中易發(fā)生勒苞現(xiàn)象。

因此，需要進一步改進現(xiàn)有的區(qū)熔單晶生長的工藝條件，來滿足大直徑單晶6英寸及以上硅單晶的生長。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種提高大直徑區(qū)熔硅單晶生產(chǎn)質(zhì)量的方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種提高大直徑區(qū)熔硅單晶生產(chǎn)質(zhì)量的方法，該方法主要包括籽晶熔接、引晶、放肩、等徑、收尾步驟，在放肩過程中，通過以下步驟確定并控制該過程中加熱線圈的功率：(1)根據(jù)所要生產(chǎn)的硅單晶的直徑將欲放肩形成的漏斗形熔區(qū)劃分為數(shù)個生長區(qū)間；(2)然后根據(jù)所劃分的生長區(qū)間確定每個生長區(qū)間的生長時間；(3)最后根據(jù)所確定的生長時間確定每個生長區(qū)間內(nèi)加熱線圈需要增加的功率。

在該方法中，數(shù)個生長區(qū)間與其對應(yīng)的生長時間在坐標系中的關(guān)系曲線為右開口拋物線，其中橫坐標表示生長時間，縱坐標表示生長區(qū)間。每個生長區(qū)間的生長時間與加熱線圈需要增加的功率在坐標系中的關(guān)系曲線為左開口拋物線，其中橫坐標表示生長時間，縱坐標表示增加的功率。

該方法適用于生產(chǎn)直徑為6英寸以上的大直徑區(qū)熔硅單晶。生產(chǎn)6英寸區(qū)熔硅單晶時，可以將欲放肩形成的漏斗形熔區(qū)劃分為7個生長區(qū)間，依次為0～70mm、70～90mm、90～110mm、110～130mm、130～140mm、140～145mm、145～150mm。對應(yīng)每個生長區(qū)間的生長時間依次為：25～55s、25～55s、35～65s、55～85s、55～85s、75～105s、125～155s。

在該方法中，以籽晶熔接步驟中加熱線圈的功率為初始功率，在整個放肩過程中，對應(yīng)每個生長區(qū)間的加熱線圈需要增加的功率百分比為0～1％、0～1％、0～1％、0～1％、0.2～0.8％、0.3～0.7％、0.4～0.6％。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

本發(fā)明在生長單晶時加入了三圖合一的單晶生長曲線的操作工藝手法，有效的操控了單晶的生長結(jié)構(gòu)，改善了單晶的生長熱場環(huán)境，減緩了人為操作過程中的失誤情節(jié)，還可以提高單晶的成晶率和合格率，降低生產(chǎn)成本。

本發(fā)明為6英寸區(qū)熔硅單晶的生長工藝分析奠定了生長理論基礎(chǔ)；為6英寸區(qū)熔硅單晶的生長提供了模擬熱場的必要條件；同時也為8英寸區(qū)熔硅單晶提供理論生長基礎(chǔ)，驗證了區(qū)熔硅單晶的熱場生長條件。

附圖說明

圖1為生產(chǎn)6英寸區(qū)熔硅單晶放肩時熔區(qū)生長區(qū)間劃分的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為生長區(qū)間與生長時間的關(guān)系曲線。

圖3為各生長區(qū)間的生長時間與其需要增加的功率的關(guān)系曲線。

圖4為各生長區(qū)間與其需要增加的功率的關(guān)系曲線。

圖5為功率輸出反饋與生長時間的關(guān)系曲線。

具體實施方式