CN102345155A - 超重掺As的晶棒拉制方法 - Google Patents

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尚海波
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Abstract

本发明公开了一种超重掺As的晶棒拉制方法，其特征在于，拉晶时，保持炉筒内压力为55～80Torr。本发明通过选择合适的拉晶工艺的参数，在保持长晶速度符合要求的情况下，降低As的挥发速率，减少As的挥发损失，提高晶棒中的As掺杂浓度，生产的晶棒电阻率最低可达到0.00178欧姆·厘米。引晶过程，选择合适的石英坩埚的转速，可以改善熔汤内的热对称性，并使得熔汤温度更容易平衡，从而缩短引晶过程到实现等径生长的过程时间，也可减少As的挥发损失，提高晶棒中的As的掺杂浓度。电阻率小于0.0022欧姆·厘米部分晶棒良率，最高可以达到74.32％。

Description

超重掺As的晶棒拉制方法
技术领域
本发明涉及一种超重掺As的晶棒拉制方法。
背景技术
在不同的应用领域，对单晶晶棒的电阻率有不同的要求。在有些应用领域，要求单晶晶棒的电阻率低于0.003欧姆·厘米；而在其他一些领域，要求单晶晶棒的电阻率低于0.0022欧姆·厘米。现有技术的单晶硅晶棒中，随着As的掺入浓度增加，电阻率会有所降低。但在拉晶过程中，As掺入晶棒中并非像掺入硅熔汤中那样容易。因为在拉晶工艺中，先后经过装料、熔化、引晶、缩颈、放肩、等径生长、收尾几个阶段，每一根晶棒的拉制需要十几个小时甚至几十个小时时间。因此，即使As能熔入石英坩埚中的硅熔汤内，但由于As的蒸气压相当大，在拉晶的几十个小时内，As会从液面挥发散失。As从液面挥发散失将会降低晶棒中的As掺杂浓度，从而使得晶棒中的电阻率过高无法达到使用要求，即使部分晶棒能够使用，但晶棒良率较低。影响晶棒的生长速度的一个重要因素是炉筒内的压力大小，压力大，成晶较难，成晶时间较长；压力小，成晶相对较容易，晶棒生长周期较短。因此，如何提高晶棒中的As掺杂浓度以降低其电阻率，是本领域的一个重要技术问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种可提高As掺杂浓度的超重掺As的晶棒拉制方法。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
超重掺As的晶棒拉制方法，其特征在于，拉晶时，保持炉筒内压力为55～80Torr。
优选地是，拉晶时，保持炉筒内压力为55～65Torr。
优选地是，拉晶过程中，逐渐增大炉筒内压力。
优选地是，晶棒长度为0-100mm时，炉筒内的压力为54-56Torr；晶棒长度为100-300mm时，炉筒内的压力增加为57-58Torr；晶棒长度为300-900mm时，炉筒内压力增加为59-61Torr。
优选地是，拉晶过程中，引晶时石英坩埚的转速为10～15rpm。
优选地是，拉晶过程中，引晶时石英坩埚的转速为12～14rpm。
本发明通过选择合适的拉晶工艺的参数，在保持长晶速度符合要求的情况下，降低As的挥发速率，减少As的挥发损失，提高晶棒中的As掺杂浓度，生产的晶棒电阻率最低可达到0.00178欧姆·厘米。引晶过程，选择合适的石英坩埚的转速，可以改善熔汤内的热对称性，并使得熔汤温度更容易平衡，从而缩短引晶过程到实现等径生长的过程时间，也可减少As的挥发损失，提高晶棒中的As的掺杂浓度。晶棒良率较高，电阻率小于0.0022欧姆·厘米部分，良率最高可以达到74.32％。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的描述：
对比实施例1：
改造前的拉晶工艺：1.引晶时，石英坩埚转速为8rpm，熔汤温度稳定的速度较慢，引晶过程到实现等径生长的过程时间较长，整个长晶过程通常持续约35小时。As的挥发损失较多。2.拉晶过程中，炉筒内压力较低，为35Torr，As的挥发损失较多，因此整个晶棒中的As的掺杂浓度较低。
对比实施例2
引晶时石英坩埚的转速为10rpm。炉筒内压力为40Torr。
对比实施例3
引晶时石英坩埚的转速为12rpm。炉筒内压力为45Torr。
实施例1
超重掺As的晶棒拉制方法，拉晶时，采用Ar气体使炉筒内保持压力，使炉筒内压力保持为65Torr。引晶时，石英坩埚的转速为14rpm。
实施例2
超重掺As的晶棒拉制方法，拉晶时，采用Ar气体使炉筒内保持压力，使炉筒内压力保持为55Torr。引晶时，石英坩埚的转速为14rpm。
实施例3
超重掺As的晶棒拉制方法，拉晶时，采用Ar气体使炉筒内保持压力，使炉筒内压力保持为58Torr。引晶时，石英坩埚的转速为14rpm。
实施例4
超重掺As的晶棒拉制方法，拉晶时，采用Ar气体使炉筒内保持压力，使炉筒内压力保持为62Torr。引晶时，石英坩埚的转速为14rpm。
实施例5
超重掺As的晶棒拉制方法，拉晶时，采用Ar气体使炉筒内保持压力，使炉筒内压力保持为70Torr。引晶时，石英坩埚的转速为14rpm。
实施例6
超重掺As的晶棒拉制方法，拉晶时，采用Ar气体使炉筒内保持压力，使炉筒内压力保持为50Torr。引晶时，石英坩埚的转速为14rpm。
实施例7
超重掺As的晶棒拉制方法，拉晶时，采用Ar气体使炉筒内保持压力，使炉筒内压力保持为60Torr。引晶时，石英坩埚的转速为14rpm。
实施例8
超重掺As的晶棒拉制方法，拉晶时，采用Ar气体使炉筒内保持压力，使炉筒内压力保持为68Torr。引晶时，石英坩埚的转速为14rpm。
实施例9
超重掺As的晶棒拉制方法，拉晶时，采用Ar气体使炉筒内保持压力，使炉筒内压力保持为65Torr。引晶时，石英坩埚的转速为13rpm。
实施例10
超重掺As的晶棒拉制方法，拉晶时，采用Ar气体使炉筒内保持压力，使炉筒内压力保持为50Torr。引晶时，石英坩埚的转速为12rpm。
实施例11
超重掺As的晶棒拉制方法，拉晶时，采用Ar气体使炉筒内保持压力，使炉筒内压力保持为55Torr。引晶时，石英坩埚的转速为13rpm。
实施例12
超重掺As的晶棒拉制方法，拉晶时，采用Ar气体使炉筒内保持压力，使炉筒内压力保持为62Torr。引晶时，石英坩埚的转速为13rpm。
实施例13
超重掺As的晶棒拉制方法，拉晶时，采用Ar气体使炉筒内保持压力，使炉筒内压力保持为55Torr。引晶时，石英坩埚的转速为14rpm。
实施例14
超重掺As的晶棒拉制方法，拉晶时，采用Ar气体使炉筒内保持压力，使炉筒内压力保持为59Torr。引晶时，石英坩埚的转速为12rpm。
实施例15
超重掺As的晶棒拉制方法，拉晶时，采用Ar气体使炉筒内保持压力。在拉晶过程中，逐渐使炉筒内压力增加。在拉晶过程中，逐渐增大炉筒内的压力。晶棒长度为0-100mm时，炉筒内的压力为55Torr；晶棒长度为100-300mm时，炉筒内的压力为58Torr；晶棒长度为300-900mm时，炉筒内压力为60Torr。石英坩埚的转速始终为14rpm。
实施例16
超重掺As的晶棒拉制方法，拉晶时，采用Ar气体使炉筒内保持压力。在拉晶过程中，逐渐使炉筒内压力增加。在拉晶过程中，逐渐增大炉筒内的压力。晶棒长度为0-100mm时，炉筒内的压力为54Torr；晶棒长度为100-300mm时，炉筒内的压力为57.5Torr；晶棒长度为300-900mm时，炉筒内压力为61Torr。石英坩埚的转速始终为13rpm。
实施例17
超重掺As的晶棒拉制方法，拉晶时，采用Ar气体使炉筒内保持压力。在拉晶过程中，逐渐使炉筒内压力增加。在拉晶过程中，逐渐增大炉筒内的压力。晶棒长度为0-100mm时，炉筒内的压力为56Torr；晶棒长度为100-300mm时，炉筒内的压力为57Torr；晶棒长度为300-900mm时，炉筒内压力为60Torr。石英坩埚的转速始终为12rpm。
实施例18
超重掺As的晶棒拉制方法，拉晶时，采用Ar气体使炉筒内保持压力。在拉晶过程中，逐渐使炉筒内压力增加。在拉晶过程中，逐渐增大炉筒内的压力。晶棒长度为0-100mm时，炉筒内的压力为55Torr；晶棒长度为100-300mm时，炉筒内的压力为58Torr；晶棒长度为300-900mm时，炉筒内压力为59Torr。石英坩埚的转速始终为13rpm。
实施例19
超重掺As的晶棒拉制方法，拉晶时，采用Ar气体使炉筒内保持压力。在拉晶过程中，逐渐使炉筒内压力增加。在拉晶过程中，逐渐增大炉筒内的压力。晶棒长度为0-100mm时，炉筒内的压力为54Torr；晶棒长度为100-300mm时，炉筒内的压力为57Torr；晶棒长度为300-900mm时，炉筒内压力为59Torr。石英坩埚的转速始终为15pm。
实施例1-19除炉筒内的压力和坩埚转速外其他的拉晶步骤及各步骤的工艺参数，与对比实施例中炉筒内的压力和坩埚转速外其他的拉晶步骤及各步骤的工艺参数相同。且除炉筒内的压力和坩埚转速外其他的拉晶步骤及各步骤的工艺参数均为现有技术，在此不再赘述。
可以看出，使用本发明方法，可以增加拉晶的良率。通过选用合适的工艺条件，甚至可以使得整支晶棒的电阻率均小于0.0022欧姆·厘米，良率可以达到74.32％。单晶一次良率有明显提高，实际生产过程中，综合考虑并选用合适工艺，一次良率达到约60.36％。
实施例1-8与对比实施例1-3的数据对比如下表：
本发明中，通过增加炉筒内的压力，减少As的挥发散失，确保熔汤内的As能够掺入晶棒中。在随着晶棒长度增加时，增大炉筒内的压力，可更好地防止因熔融硅量减少而使As析出量增加，确保晶棒尾部的电阻率较低。利用合适的坩埚转速，可改善熔汤内的热对称性，同时能够改善径向温度梯度。
本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims (6)

1.超重掺As的晶棒拉制方法，其特征在于，拉晶时，保持炉筒内压力为55～80Torr。
2.根据权利要求1所述的超重掺As的晶棒拉制方法，其特征在于，拉晶时，保持炉筒内压力为55～65Torr。
3.根据权利要求1所述的超重掺As的晶棒拉制方法，其特征在于，拉晶过程中，逐渐增大炉筒内压力。
4.根据权利要求3所述的超重掺As的晶棒拉制方法，其特征在于，晶棒长度为0-100mm时，炉筒内的压力为54-56Torr；晶棒长度为100-300mm时，炉筒内的压力增加为57-58Torr；晶棒长度为300-900mm时，炉筒内压力增加为59-61Torr。
5.根据权利要求1所述的超重掺As的晶棒拉制方法，其特征在于，拉晶过程中，引晶时石英坩埚的转速为10～15rpm。
6.根据权利要求5所述的超重掺As的晶棒拉制方法，其特征在于，拉晶时，石英坩埚的转速为12～14rpm。
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