CN112941615A - 一种区熔硅单晶的收尾方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种区熔硅单晶的收尾方法，包括以下步骤：(1)当多晶尾料剩余10kg时，继续保持等径生长，直至多晶尾料剩余2kg时，均匀降低多晶尾料速度直至多晶尾料速度归零后快速提断，晶体拉速和加热功率保持不变，此过程单晶直径将缓慢减小；(2)当多晶尾料提断后，保持多晶尾料向提拉的方向移动，开启自动程序控制加热功率曲线和晶体拉速曲线，功率曲线先均匀快速地下降至初始功率值的75％‑85％，再缓慢均匀增加，最高不超过初始功率值；晶体拉速匀速降低至0，直至单晶熔体完全结晶后停炉冷却即可。本发明的方法可将单晶尾部损失降低至8kg以下。通过此方法收尾成功率大幅提升，可达90％以上，综合收率提高10％以上。

Description

一种区熔硅单晶的收尾方法
技术领域
本发明涉及一种区熔硅单晶的收尾方法，属于半导体工艺技术领域。
背景技术
区熔硅单晶生产过程中一般分为化料、引晶、缩颈、放肩、转肩、收尾几个过程，其中收尾是为了减少位错产生，收尾时断棱产生位错会扩展到晶体等径部分，影响单晶收率，特别是大直径区熔硅单晶，收尾容易断棱，而且原料消耗占比达到10％以上。
单晶稳定生长需要稳定的V/G比，其中V是单晶拉速，单位mm/min，G是温度梯度，单位K/mm，保证V/G在一个合理稳定的范围内是保证单晶稳定生长的基础。
区熔硅单晶常规收尾方法是当多晶尾料剩余10kg左右时，开始缓慢降低加热功率、给料速度及晶体拉速，保持稳定的V/G比，使单晶直径缓慢变小，这个过程必须保持单晶状态，否则将会产生位错，导致收尾失败，不但造成尾料损失，位错还会扩展到单晶部分的大约同等直径长度，严重时损失可达25kg以上，影响收率20％左右。由于大直径区熔硅单晶工艺原因，温度梯度较大，大直径单晶收尾失败比例较高，可达60％以上，严重影响单晶收率。
因此，大直径区熔硅单晶收尾很有必要另寻捷径，提高收尾成功率及单晶收率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种区熔硅单晶的收尾方法，以获得无位错单晶，减少原料损耗，提高单晶收率。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种区熔硅单晶的收尾方法，包括以下步骤：
(1)当多晶尾料剩余10kg时，继续保持等径生长，直至多晶尾料剩余2kg时，均匀降低多晶尾料速度直至多晶尾料速度归零后快速提断，晶体拉速和加热功率保持不变，此过程单晶直径将缓慢减小；
(2)当多晶尾料提断后，保持多晶尾料向提拉的方向移动，开启自动程序控制加热功率曲线和晶体拉速曲线，功率曲线先均匀快速地下降至初始功率值的75％-85％，再缓慢均匀增加，最高不超过初始功率值；晶体拉速匀速降低至0，直至单晶熔体完全结晶后停炉冷却即可。
优选地，所述步骤(1)中，多晶尾料以1-10mm/min的速度降低至归零。
优选地，所述步骤(2)中，加热功率先以0.5-1.5kw/min的速度匀速下降，再以0.5-1.5kw/min的速度匀速增加；晶体拉速以0.05-0.1mm/min的速度匀速降低。
本发明的优点在于：
采用本发明的区熔硅单晶的收尾方法，可将单晶尾部损失降低至8kg以下。通过此方法收尾成功率大幅提升，可达90％以上，同时单晶等径部分比常规收尾要多5kg以上，考虑单晶等径部分位错减少，合格部分增加，综合收率提高10％以上。
附图说明
图1是采用常规收尾方法所得区熔硅单晶的结构示意图。
图2是采用本发明的方法所得区熔硅单晶的结构示意图。
图3是本发明实施例收尾过程中晶体拉速的变化曲线。
图4是本发明实施例收尾过程中加热功率的变化曲线。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
如图1所示分别为采用常规收尾方法所得区熔硅单晶的结构示意图，如图2所示为采用本发明的方法所得区熔硅单晶的结构示意图。图中1、11表示单晶尾部，2、12表示单晶等径合格产品部分。
对比例
使用丹麦PVA TEPLA FZ-35型区熔炉拉制8英寸区熔硅单晶，以图1所示常规8英寸收尾为例。区熔硅单晶常规收尾方法是当多晶尾料剩余10kg左右时，开始缓慢降低加热功率、给料速度及晶体拉速，保持稳定的V/G比，一般比值在0.15-0.25mm2·k-1·min-1范围内最佳，使单晶直径缓慢变小，常规收尾方法统计9根单晶数据(结果如表1所示)。结果显示，8根单晶收尾失败，收尾成功率不到10％，最终平均收率31％。
表1常规收尾拉晶数据
Figure BDA0002311039280000031
实施例
本发明单晶收尾通过下面方式实现，以生长8寸单晶(205mm)为例说明：
使用丹麦PVA TEPLA FZ-35型区熔炉拉制8英寸区熔硅单晶，以图2所示的8英寸收尾为例进行说明：与常规收尾方法相比，当多晶尾料剩余10kg时，继续保持等径生长，直至多晶尾料剩余2kg时，均匀降低多晶尾料速度直至多晶尾料速度归零后快速提断，晶体拉速和加热功率保持不变，此过程单晶直径将缓慢减小(这一步很关键，减小直接提断造成的热冲击)，当多晶尾料提断后，保持尾料向提拉的方向移动，开启自动程序控制加热功率曲线(图3)和晶体拉速曲线(图4)，加热功率曲线先以1.0kw/min的速度匀速下降至初始功率值的84％，再以1.0kw/min的速度匀速增加，最高不超过初始功率值；晶体拉速以0.08mm/min的速度匀速降低至0，直至单晶熔体完全结晶后停炉冷却即可。
从结果来看，9根单晶收尾8根，收尾成功率90％以上，极个别有位错产生，扩展到单晶部分的可以控制在20mm以内，相比常规收尾方法，本发明提供的收尾方法可将综合收率提升10％以上，具体数据见表2。
表2本发明收尾拉晶数据
Figure BDA0002311039280000041

Claims (3)

1.一种区熔硅单晶的收尾方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)当多晶尾料剩余10kg时，继续保持等径生长，直至多晶尾料剩余2kg时，均匀降低多晶尾料速度直至多晶尾料速度归零后快速提断，晶体拉速和加热功率保持不变，此过程单晶直径将缓慢减小；
(2)当多晶尾料提断后，保持多晶尾料向提拉的方向移动，开启自动程序控制加热功率曲线和晶体拉速曲线，功率曲线先均匀快速地下降至初始功率值的75％-85％，再缓慢均匀增加，最高不超过初始功率值；晶体拉速匀速降低至0，直至单晶熔体完全结晶后停炉冷却即可。
2.根据权利要求1所述的区熔硅单晶的收尾方法，其特征在于，所述步骤(1)中，多晶尾料以1-10mm/min的速度降低至归零。
3.根据权利要求1所述的区熔硅单晶的收尾方法，其特征在于，所述步骤(2)中，加热功率先以0.5-1.5kw/min的速度匀速下降，再以0.5-1.5kw/min的速度匀速增加；晶体拉速以0.05-0.1mm/min的速度匀速降低。
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