CN112941615B - 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
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
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
Claims (1)
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,多晶尾料速度以1-10mm/min的速度均匀降低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,加热功率曲线先以0.5-1.5kw/min的速度均匀快速地下降至初始功率值的75%-85%,再以0.5-1.5kw/min的速度匀速增加,最高不超过初始功率值;晶体拉速以0.05-0.1mm/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。
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