CN113564692B - 低电阻率重掺砷硅单晶的生产方法及生产系统 - Google Patents

低电阻率重掺砷硅单晶的生产方法及生产系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113564692B
CN113564692B CN202110800323.9A CN202110800323A CN113564692B CN 113564692 B CN113564692 B CN 113564692B CN 202110800323 A CN202110800323 A CN 202110800323A CN 113564692 B CN113564692 B CN 113564692B
Authority
CN
China
Prior art keywords
equal
diameter
single crystal
section
crystal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110800323.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113564692A (zh
Inventor
周文辉
王忠保
闫龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningxia Zhongxin Wafer Semiconductor Technology Co ltd
Original Assignee
Ningxia Zhongxin Wafer Semiconductor Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningxia Zhongxin Wafer Semiconductor Technology Co ltd filed Critical Ningxia Zhongxin Wafer Semiconductor Technology Co ltd
Priority to CN202110800323.9A priority Critical patent/CN113564692B/zh
Publication of CN113564692A publication Critical patent/CN113564692A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113564692B publication Critical patent/CN113564692B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/02—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt
    • C30B15/04—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt adding doping materials, e.g. for n-p-junction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明提供一种低电阻率重掺砷硅单晶的生产方法及生产系统，属于重掺杂硅单晶生产技术领域。方法通过调整低电阻率重掺砷硅单晶晶棒生产过程中，等径尾部及收尾端部的单晶生长速率、补偿温度、氩气流量，改善低电阻率重掺砷硅单晶的生产工艺，采用调整后的低电阻率重掺砷硅单晶的生产方法得到的重掺砷单晶硅晶棒，不仅电阻率能够满足要求，且晶棒尾部的晶变概率大幅度降低，实践表明，晶棒尾部的晶变概率由改善前的45%降低至5%以下，提高晶棒合格率，减少原料浪费，降低生产成本。

Description

低电阻率重掺砷硅单晶的生产方法及生产系统
技术领域
本发明属于重掺杂硅单晶生产技术领域，具体涉及一种低电阻率重掺砷硅单晶的生产方法及生产系统。
背景技术
随着光伏发电以及新能源电动汽车领域的行业崛起，半导体功率器件的需求日益旺盛，IGBT等功率器件对N型晶圆的电阻率特性要求越来越高。目前，N型重掺砷的电阻率规格需求普遍在0.003Ω·cm以下，甚至在0.002Ω.cm以下。
直拉法生产低电阻率重掺砷硅单晶过程中，常采用气相掺杂法，具体过程包括化料、掺杂、引晶、放肩、等径生长、收尾等。然而，在实际的生产与开发过程中，由于掺杂杂质砷的分凝系数较低，导致晶体的尾段电阻率会急剧下降，晶体中对应杂质浓度会快速上升。杂质浓度的快速上升导致晶体中的晶格畸变大大增加，晶体的尾段发生晶变，从而导致晶体合格率损失严重。目前，直拉法生产低电阻率重掺砷硅单晶的晶变率(一段时间内，生产的重掺砷硅单晶晶棒中，发生晶变的数量与晶棒总数的比值)高达45％，极大程度的造成晶体合格率降低，原材料浪费，生产成本上升。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种低电阻率重掺砷硅单晶的生产方法及生产系统，以解决现有技术中，生产低电阻率重掺砷硅单晶过程中，存在的尾段晶变率高的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种低电阻率重掺砷硅单晶的生产方法，包括以下步骤：
获取硅料投料量及预设晶棒直径；
根据硅料投料量及预设晶棒直径，计算理论晶棒长度；
根据理论晶棒长度，预设晶棒尾部的变量区域，其中，所述变量区域包括：
以等径末端向上预定长度的等径B段及以等径B段末端向上预定长度的等径A段；
按既定工艺进入等径生长工序；
获取当前等径长度；
判断当前等径长度是否大于理论晶棒长度与等径B段的长度之差；
如是，获取等径A段的单晶生长速率Sa及氩气流量La；
逐步调节等径B段的单晶生长速率Sb＝(1-α)Sa，氩气流量Lb＝(1+β)La，其中，10％≤α≤15％，10％≤β≤15％；
按既定工艺进入收尾工序，完成低电阻率重掺砷硅单晶晶棒的拉制。
优选地，所述变量区域还包括以等径末端向下预定长度的收尾C段及收尾C段末端以下的收尾D段；
按既定工艺进入收尾工序后，还包括以下步骤：
逐步调节收尾C段的氩气流量Lc＝Lb，单晶生长速率Sc＝(1+σ)Sb，其中，10％≤σ≤15％。
优选地，还包括以下步骤：
获取收尾长度；
判断收尾长度是否大于收尾C段的长度；
如是，获取收尾C段的炉压Pc；
逐步调节收尾D段的炉压Pd＝λPc，单晶生长速率Sd＝ηSb，其中，50％≤λ≤55％，250％≤η≤300％。
优选地，还包括以下步骤：
调节等径B段的补偿温度T为补偿温度参考值T0+ΔT，其中，补偿温度参考值T0为若干同规格晶棒在等径B段发生晶变时的补偿温度的平均值，4℃≤ΔT≤5℃。
优选地，所述等径B段为以等径末端向上150mm～250mm的区域；所述等径A段为以等径B段的上端向上50mm～150mm的区域。
优选地，所述收尾C段为以等径末端向下50mm～65mm的区域。
一种低电阻率重掺砷硅单晶的生产系统，包括单晶炉及与单晶炉的控制器电性连接的晶变控制装置，所述晶变控制装置包括：
第一获取模块，用于获取硅料投料量及预设晶棒直径；
第一计算模块，用于根据硅料投料量及预设晶棒直径，计算理论晶棒长度；
变量区域生成模块，用于根据理论晶棒长度，预设晶棒尾部的变量区域，其中，所述变量区域包括：以等径末端向上预定长度的等径B段及、等径B段末端向上预定长度的等径A段、等径末端向下预定长度的收尾C段以及收尾C段下端以下的收尾D段；
第二获取模块，用于获取当前等径长度；
第一判断模块，用于判断当前等径长度是否大于理论晶棒长度与等径B段的长度之差；
第三获取模块，用于当所述第一判断模块的判断结果为是时，获取等径A段的单晶生长速率Sa及氩气流量La；
B段调节模块，用于逐步调节等径B段的单晶生长速率Sb＝(1-α)Sa，氩气流量Lb＝(1+β)La，其中，10％≤α≤15％，10％≤β≤15％。
优选地，所述晶变控制装置还包括：
C段调节模块，用于逐步调节收尾C段的氩气流量Lc＝Lb，单晶生长速率Sc＝(1+σ)Sb，其中，10％≤σ≤15％。
优选地，所述晶变控制装置还包括：
收尾长度获取模块，用于获取收尾长度；
第二判断模块，用于判断收尾长度是否大于收尾C段的长度；
C段炉压获取模块，用于当所述第二判断模块的判断结构为是时，获取收尾C段的炉压Pc；
D段调节模块，用于逐步调节收尾D段的炉压Pd＝λPc，单晶生长速率Sd＝ηSb，其中，50％≤λ≤55％，250％≤η≤300％。
优选地，所述晶变控制装置还包括：
B段补偿温度调节模块，用于调节等径B段的补偿温度T为补偿温度参考值T0+ΔT，其中，补偿温度参考值T0为若干同规格晶棒在等径B段发生晶变时的补偿温度的平均值，4℃≤ΔT≤5℃。
由上述技术方案可知，本发明提供了一种低电阻率重掺砷硅单晶的生产方法及生产系统，其有益效果是：通过调整低电阻率重掺砷硅单晶晶棒生产过程中，等径尾部及收尾端部的单晶生长速率、补偿温度、氩气流量，改善低电阻率重掺砷硅单晶的生产工艺，采用调整后的低电阻率重掺砷硅单晶的生产方法得到的重掺砷单晶硅晶棒，不仅电阻率能够满足要求，且晶棒尾部的晶变概率大幅度降低，实践表明，晶棒尾部的晶变概率由改善前的45％降低至5％以下，提高晶棒合格率，减少原料浪费，降低生产成本。
附图说明
图1是低电阻率重掺砷硅单晶晶棒分区示意图。
图2是不同实施例中，尾部未发生晶变的晶棒的电阻率-晶棒长度折线图。
具体实施方式
以下结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。
请参看图1，一具体实施方式中，一种低电阻率重掺砷硅单晶的生产方法，用于降低通过直拉法，采用气相掺杂技术，生产低电阻率(电阻率≤0.003Ω·cm)的重掺砷硅单晶时的单晶硅晶棒尾部的NG率，提高低电阻率重掺砷硅单晶的良率。该方法包括以下步骤：
S11.获取硅料投料量及预设晶棒直径。
例如，采用汉虹2408SR单晶炉生产8吋的重掺砷硅单晶时，当前单晶炉内的投料量为150Kg，则硅料投料量为150Kg，预设晶棒直径为8吋(200mm)。
S12.根据硅料投料量及预设晶棒直径，计算理论晶棒长度。
当硅料投料量(Q)及预设晶棒直径(D)一定时，容易计算得到大概的理论晶棒长度(L)。可参考下式进行计算：
Figure BDA0003164359080000051
其中，ρG为硅单晶密度，Q1为预留尾部硅质量。
S13.根据理论晶棒长度，预设晶棒尾部的变量区域。请参看图1，其中，所述变量区域包括：
(1)以等径末端向上预定长度的等径B段。也就是说，根据理论晶棒长度可以判断等径末端所在位置，则等径末端向上预定长度的区域定义为等径B段。例如，理论晶棒长度为1400mm，也就是说，在1400mm处为晶棒末端，则作为优选，将晶棒长度为1150mm～1400mm的区域或1250mm～1400mm的区域定义为等径B段。
(2)以等径B段末端向上预定长度的等径A段。也就是说，在等径B段确定后，沿等径B段的上端向上预定长度的区域被定义为等径A段。例如，将晶棒长度为1150mm～1400mm的区域定义为等径B段时，则将晶棒长度为1000mm～1150mm的区域或者1050mm～1150mm的区域定义为等径A段。
(3)以等径末端向下预定长度的收尾C段。也就是说，等径结束后，进入收尾工序，靠近尾部后端的预定长度被定义为收尾C段。作为优选，收尾开始位置到收尾长度为50mm～65mm的区域被定义为收尾C段。
(4)以收尾C段末端以下的收尾D段。也就是说，收尾C段末端开始至收尾结束的尾部区域被定义为收尾D段。
S20.按既定工艺进入等径生长工序。即装料后，按照既定的直拉法气相掺杂的工艺进行化料、掺杂、引晶、放肩、等径生长工序。在既定的直拉法气相掺杂的工艺中，炉压、氩气流量、温度、单晶生长速率、坩埚转速、提拉速率等均为常规设计，此处不在赘述。
S30.获取当前等径长度。等径过程中，等径长度可以通过机检、目测等方式获得，也可以通过判断坩埚中剩余硅料量间接获取。
S40.判断当前等径长度是否大于理论晶棒长度与等径B段的长度之差。即判断当前等径过程是否进入等径B段所在的区域。
S50.如是，获取等径A段的单晶生长速率Sa及氩气流量La。也就是说，当等径过程进入等径B段所在的区域时，则获取等径A段时的单晶生长速率Sa及氩气流量La，单晶生长速率Sa及氩气流量La可以取算数平均值或取中值。一般地，在等径A段，单晶生长速率Sa及氩气流量La保持不变，可直接从单晶炉控制系统中获取。
S61.逐步调节等径B段的单晶生长速率Sb＝(1-α)Sa，氩气流量Lb＝(1+β)La，其中，10％≤α≤15％，10％≤β≤15％。也就是说，相比等径A段，逐步将等径B段的单晶生长速率Sb下调10％～15％，氩气流量Lb上调10％～15％。
上述逐步调节是指具有时间间隔的依次调整，以最终达到目标值，作为优选，调整过程中，目标值-时间曲线的相对斜率不超过60°，优选为45°(下同)。
S70.按既定工艺进入收尾工序，完成低电阻率重掺砷硅单晶晶棒的拉制。以等径B段的工艺数据为参考，调整收尾工艺，使其满足收尾条件，并进入收尾工序，完成低电阻率重掺砷硅单晶晶棒的拉制。
实践表明，经过上述调整，生产的低电阻率重掺砷硅单晶的电阻率小于0.003Ω·cm，满足生产需求。重要的是，生产的低电阻率重掺砷硅单晶尾部发生晶变，导致NG的概率大幅度降低，由调整前的45％左右降低至调整后的25％左右，大幅提高了低电阻率重掺砷硅单晶晶棒的良率，减少硅料浪费，降低生产成本。
又一具体实施方式中，为进一步降低低电阻率重掺砷硅单晶尾部发生晶变，导致NG的概率，按既定工艺进入收尾工序后，还包括以下步骤：
S71.逐步调节收尾C段的氩气流量Lc＝Lb，单晶生长速率Sc＝(1+σ)Sb，其中，10％≤σ≤15％。即，保持收尾C段的氩气流量与等径B段的氩气流量相等，同时，逐步将收尾C段的单晶生长速率相比等径B段调高10％～15％。
实践表明，经过上述调整，生产的低电阻率重掺砷硅单晶的电阻率小于0.003Ω·cm，满足生产需求。重要的是，生产的低电阻率重掺砷硅单晶尾部发生晶变，导致NG的概率大幅度降低，由调整前的45％左右降低至调整后的15％左右，大幅提高了低电阻率重掺砷硅单晶晶棒的良率，减少硅料浪费，降低生产成本。
进一步地，为适应上述调整，保证收尾成功率，该方法还包括以下步骤：
S72.获取收尾长度。收尾长度可以通过机检、目测等方式获得，也可以通过判断坩埚中剩余硅料量间接获取。
S73.判断收尾长度是否大于收尾C段的长度。即判断判断收尾是否进入收尾D段所在区域。
S74.如是，获取收尾C段的炉压Pc。
S75.逐步调节收尾D段的炉压Pd＝λPc，单晶生长速率Sd＝ηSb，其中，50％≤λ≤55％，250％≤η≤300％。
收尾时，降低炉压，提高单晶生长速率，进而保证收尾成功，提高低电阻率重掺砷硅单晶的良率。
又一具体实施方式中，为进一步降低低电阻率重掺砷硅单晶尾部发生晶变的概率，提高低电阻率重掺砷硅单晶的良率，所述低电阻率重掺砷硅单晶的生产方法还包括以下步骤：
S62.调节等径B段的补偿温度T为补偿温度参考值T0+ΔT，其中，补偿温度参考值T0为若干同规格晶棒在等径B段发生晶变时的补偿温度的平均值，4℃≤ΔT≤5℃。
即，统计若干根已经生产的发生晶变的低电阻率重掺砷硅单晶发生晶变时的补偿温度，求取其算数平均值或中值，作为补偿温度参考值T0。实际生产中，将等径B段的补偿温度相比补偿温度参考值T0调高4℃～5℃。
实践表明，经过上述调整，生产的低电阻率重掺砷硅单晶的电阻率小于0.003Ω·cm，满足生产需求。重要的是，生产的低电阻率重掺砷硅单晶尾部发生晶变，导致NG的概率大幅度降低，由调整前的45％左右降低至调整后的5％左右，大幅提高了低电阻率重掺砷硅单晶晶棒的良率，减少硅料浪费，降低生产成本。
又一具体实施方式中，本发明还提供一种低电阻率重掺砷硅单晶的生产系统，包括单晶炉及与单晶炉的控制器电性连接的晶变控制装置，所述晶变控制装置包括：
第一获取模块，用于获取硅料投料量及预设晶棒直径；
第一计算模块，用于根据硅料投料量及预设晶棒直径，计算理论晶棒长度；
变量区域生成模块，用于根据理论晶棒长度，预设晶棒尾部的变量区域，其中，所述变量区域包括：以等径末端向上预定长度的等径B段及、等径B段末端向上预定长度的等径A段、等径末端向下预定长度的收尾C段以及收尾C段下端以下的收尾D段；
第二获取模块，用于获取当前等径长度；
第一判断模块，用于判断当前等径长度是否大于理论晶棒长度与等径B段的长度之差；
第三获取模块，用于当所述第一判断模块的判断结果为是时，获取等径A段的单晶生长速率Sa及氩气流量La；
B段调节模块，用于逐步调节等径B段的单晶生长速率Sb＝(1-α)Sa，氩气流量Lb＝(1+β)La，其中，10％≤α≤15％，10％≤β≤15％。
一实施例中，所述晶变控制装置还包括：
C段调节模块，用于逐步调节收尾C段的氩气流量Lc＝Lb，单晶生长速率Sc＝(1+σ)Sb，其中，10％≤σ≤15％。
一实施例中，所述晶变控制装置还包括：
收尾长度获取模块，用于获取收尾长度；
第二判断模块，用于判断收尾长度是否大于收尾C段的长度；
C段炉压获取模块，用于当所述第二判断模块的判断结构为是时，获取收尾C段的炉压Pc；
D段调节模块，用于逐步调节收尾D段的炉压Pd＝λPc，单晶生长速率Sd＝ηSb，其中，50％≤λ≤55％，250％≤η≤300％。
一实施例中，所述晶变控制装置还包括：
B段补偿温度调节模块，用于调节等径B段的补偿温度T为补偿温度参考值T0+ΔT，其中，补偿温度参考值T0为若干同规格晶棒在等径B段发生晶变时的补偿温度的平均值，4℃≤ΔT≤5℃。
关于低电阻率重掺砷硅单晶的生产系统的具体限定可以参见上文中对于低电阻率重掺砷硅单晶的生产方法的限定，在此不再赘述。上述低电阻率重掺砷硅单晶的生产系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
值得说明的是，上述晶变控制装置可以是集成在单晶炉的控制器上的集成电路，也可以是与单晶炉的控制器并列设置的微处理器。当所述晶变控制装置为单晶炉的控制器并列设置的微处理器时，所述晶变控制装置中的模块提供的控制信号给单晶炉的控制器，单晶炉的控制器再根据接收的控制信号控制单晶炉的各部件工作。
一并参看图2，以下通过具体实施例，进一步说明本发明的技术方案及技术效果。值得说明的是，以下具体实验例均采用汉虹2408SR单晶炉，以气相掺杂的方式，生产8吋的低电阻率(电阻率≤0.003Ω·cm)重掺砷硅单晶。本发明实验例中，未特别限定的工艺参数，均采用本领域技术人员可以获取的一般意义的参数。
未加强调时，以下实验例同一工艺过程，均以平行设置的10台汉虹2408SR单晶炉，生产2个批次(即总计拉制20个晶棒)作为统计背景基数。
对比例一
按照既定的直拉法气相掺杂的工艺进行化料、掺杂、引晶、放肩、等径生长、收尾工序。在既定的直拉法气相掺杂的工艺中，炉压、氩气流量、温度、单晶生长速率、坩埚转速、提拉速率等均为常规设计。
经统计，采用上述工艺方法，生产的低电阻率重掺砷硅单晶的电阻率低于0.003Ω·cm，且从头部到尾部，电阻率呈现逐渐降低的趋势。然而，采用上述工艺方法，发生尾部晶变，导致尾部NG的概率较高，维持在45％左右。且发生晶变低电阻率重掺砷硅单晶中，90％发生在等径末期或收尾初期。
实验例一
请参看图1，首先对待生产的晶棒进行分区，定义等径末端向上200mm的区域为等径B段，定义等径B区上端向上100mm的区域为等径A段。定义收尾开始至向下收尾60mm的区域为收尾C段，定义收尾C段以下尾部区域为收尾D段。
上述等径A段、等径B段、收尾C段可根据实际生产状况，以实际生产过程中，发生晶变的重灾区进行选择，本发明中，仅以上述分区规则进行说明，需要说明的是，根据实际生产过程发生晶变的重灾区对晶棒进行合理分区的过程，并不影响本发明的技术效果。
按照与对比例一中相同的工艺进行化料、掺杂、引晶、放肩、等径生长工序。根据投料量计算出理论等径长度。等径生长过程中，获取等径长度，并根据理论等径长度和等径B段的长度，判断当前等径过程是否进入等径B段所在区域。如果是，则读取等径A段的氩气流量和等径A段的单晶生长速率，逐步调节等径B段的单晶生长速率，使其相对等径A段的单晶生长速率下调10％；同时逐步调节等径B段的氩气流量，使其相对等径A段上调10％。等径工序完成后，进入收尾工序，保持收尾C段的氩气流量与等径B段的氩气流量相等，并调节收尾C段的单晶生长速率，使其相比等径B段上调10％。直至进入收尾D段，炉压逐渐降低至收尾C段的50％，并调节单晶生长速率相对等径B段增加1.5倍-2倍，完成低电阻率重掺砷硅单晶的拉制。
获得的低电阻率重掺砷硅单晶的电阻率低于0.003Ω·cm，且从头部到尾部，电阻率呈现逐渐降低的趋势。而且，发生尾部晶变，导致尾部NG的概率大幅降低，仅为15％。
实验例二
判断当前等径过程是否进入等径B段所在区域。如果是，则同时将等径B段的补偿温度相比补偿温度参考值提高4℃～5℃，其他同实验例一。其中，补偿温度参考值为在多次等径B段发生晶变时的补偿温度的平均值。
该实验例中，获得的低电阻率重掺砷硅单晶的电阻率低于0.003Ω·cm，且从头部到尾部，电阻率呈现逐渐降低的趋势。而且，发生尾部晶变，导致尾部NG的概率大幅降低，仅为5％。
实验例三
判断当前等径过程是否进入等径B段所在区域。如果是，则读取等径A段的氩气流量和等径A段的单晶生长速率，逐步调节等径B段的单晶生长速率，使其相对等径A段的单晶生长速率下调15％；同时逐步调节等径B段的氩气流量，使其相对等径A段上调15％。等径工序完成后，进入收尾工序，保持收尾C段的氩气流量与等径B段的氩气流量相等，并调节收尾C段的单晶生长速率，使其相比等径B段上调15％。其他同实验例二。
该实验例中，获得的低电阻率重掺砷硅单晶的尾部晶变，导致尾部NG的概率大幅降低，为10％，其电阻率相比实验例二稍有提高，但整体低于0.003Ω·cm，且从头部到尾部，电阻率呈现逐渐降低的趋势。
对比例二
判断当前等径过程是否进入等径B段所在区域。如果是，则读取等径A段的氩气流量和等径A段的单晶生长速率，逐步调节等径B段的单晶生长速率，使其相对等径A段的单晶生长速率下调20％；同时逐步调节等径B段的氩气流量，使其相对等径A段上调20％。等径工序完成后，进入收尾工序，保持收尾C段的氩气流量与等径B段的氩气流量相等，并调节收尾C段的单晶生长速率，使其相比等径B段上调20％。其他同实验例二。
该对比例中，获得的低电阻率重掺砷硅单晶的电阻率高于0.003Ω·cm，不能形成合格产品。
对比例三
判断当前等径过程是否进入等径B段所在区域。如果是，则读取等径A段的氩气流量和等径A段的单晶生长速率，逐步调节等径B段的单晶生长速率，使其相对等径A段的单晶生长速率下调5％；同时逐步调节等径B段的氩气流量，使其相对等径A段上调5％。等径工序完成后，进入收尾工序，保持收尾C段的氩气流量与等径B段的氩气流量相等，并调节收尾C段的单晶生长速率，使其相比等径B段上调5％。
该对比例中，获得的低电阻率重掺砷硅单晶的电阻率小于0.003Ω·cm，但尾部发生晶变，导致尾部NG的概率较高，为35％。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种低电阻率重掺砷硅单晶的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取硅料投料量及预设晶棒直径；
根据硅料投料量及预设晶棒直径，计算理论晶棒长度；
根据理论晶棒长度，预设晶棒尾部的变量区域，其中，所述变量区域包括：
以等径末端向上预定长度的等径B段及以等径B段的上端向上预定长度的等径A段；
按既定工艺进入等径生长工序；
获取当前等径长度；
判断当前等径长度是否大于理论晶棒长度与等径B段的长度之差；
如是，获取等径A段的单晶生长速率Sa及氩气流量La；
逐步调节等径B段的单晶生长速率Sb=（1-α）Sa，氩气流量Lb=（1+β）La，其中，10%≤α≤15%，10%≤β≤15%；
按既定工艺进入收尾工序，完成低电阻率重掺砷硅单晶晶棒的拉制。
2.如权利要求1所述的低电阻率重掺砷硅单晶的生产方法，其特征在于，所述变量区域还包括以等径末端向下预定长度的收尾C段及收尾C段末端以下的收尾D段；
按既定工艺进入收尾工序后，还包括以下步骤：
逐步调节收尾C段的氩气流量Lc=Lb，单晶生长速率Sc=（1+σ）Sb，其中，10%≤σ≤15%。
3.如权利要求2所述的低电阻率重掺砷硅单晶的生产方法，其特征在于，还包括以下步骤：
获取收尾长度；
判断收尾长度是否大于收尾C段的长度；
如是，获取收尾C段的炉压Pc；
逐步调节收尾D段的炉压Pd=λPc，单晶生长速率Sd=ηSb，其中，50%≤λ≤55%，250%≤η≤300%。
4.如权利要求1所述的低电阻率重掺砷硅单晶的生产方法，其特征在于，还包括以下步骤：
调节等径B段的补偿温度T为补偿温度参考值T0+ΔT，其中，补偿温度参考值T0为若干同规格晶棒在等径B段发生晶变时的补偿温度的平均值，4℃≤ΔT≤5℃。
5.如权利要求2～4中任意一项所述的低电阻率重掺砷硅单晶的生产方法，其特征在于，所述等径B段为以等径末端向上150mm～250mm的区域；所述等径A段为以等径B段的上端向上50mm～150mm的区域。
6.如权利要求2～3中任意一项所述的低电阻率重掺砷硅单晶的生产方法，其特征在于，所述等径B段为以等径末端向上150mm～250mm的区域；所述等径A段为以等径B段的上端向上50mm～150mm的区域,所述收尾C段为以等径末端向下50mm～65mm的区域。
CN202110800323.9A 2021-07-15 2021-07-15 低电阻率重掺砷硅单晶的生产方法及生产系统 Active CN113564692B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110800323.9A CN113564692B (zh) 2021-07-15 2021-07-15 低电阻率重掺砷硅单晶的生产方法及生产系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110800323.9A CN113564692B (zh) 2021-07-15 2021-07-15 低电阻率重掺砷硅单晶的生产方法及生产系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113564692A CN113564692A (zh) 2021-10-29
CN113564692B true CN113564692B (zh) 2022-05-17

Family

ID=78164924

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110800323.9A Active CN113564692B (zh) 2021-07-15 2021-07-15 低电阻率重掺砷硅单晶的生产方法及生产系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113564692B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114318507B (zh) * 2021-12-23 2023-10-31 山东有研半导体材料有限公司 一种重掺砷大直径低阻硅单晶的拉制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005314213A (ja) * 2004-03-29 2005-11-10 Toshiba Ceramics Co Ltd シリコン単結晶引上げ用砒素ドーパント及びその製造方法並びにそれを用いたシリコン単結晶の製造方法
CN102162124A (zh) * 2011-04-06 2011-08-24 天津市环欧半导体材料技术有限公司 一种提高重掺砷单晶轴向电阻率均匀性的方法
CN102345155A (zh) * 2011-08-14 2012-02-08 上海合晶硅材料有限公司 超重掺As的晶棒拉制方法
CN109487331A (zh) * 2018-12-20 2019-03-19 天津中环领先材料技术有限公司 一种大直径区熔硅单晶自动收尾方法及系统
CN112725883A (zh) * 2020-12-24 2021-04-30 宁夏富乐德石英材料有限公司 控制单晶硅尾部长度的方法及单晶炉收尾方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005314213A (ja) * 2004-03-29 2005-11-10 Toshiba Ceramics Co Ltd シリコン単結晶引上げ用砒素ドーパント及びその製造方法並びにそれを用いたシリコン単結晶の製造方法
CN102162124A (zh) * 2011-04-06 2011-08-24 天津市环欧半导体材料技术有限公司 一种提高重掺砷单晶轴向电阻率均匀性的方法
CN102345155A (zh) * 2011-08-14 2012-02-08 上海合晶硅材料有限公司 超重掺As的晶棒拉制方法
CN109487331A (zh) * 2018-12-20 2019-03-19 天津中环领先材料技术有限公司 一种大直径区熔硅单晶自动收尾方法及系统
CN112725883A (zh) * 2020-12-24 2021-04-30 宁夏富乐德石英材料有限公司 控制单晶硅尾部长度的方法及单晶炉收尾方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113564692A (zh) 2021-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhu et al. Seed-assisted growth of high-quality multi-crystalline silicon in directional solidification
JP6222013B2 (ja) 抵抗率制御方法
US7887633B2 (en) Germanium-enriched silicon material for making solar cells
CN102289235B (zh) 基于顶侧分开控制多晶硅铸锭炉的加热控制系统及方法
US8172943B2 (en) Single Crystal manufacturing method
CN113564693B (zh) 低电阻率重掺砷硅单晶生产方法
CN113564692B (zh) 低电阻率重掺砷硅单晶的生产方法及生产系统
JP6299543B2 (ja) 抵抗率制御方法及び追加ドーパント投入装置
JP2010189253A (ja) 結晶化中にドープ半導体チャージを添加する半導体の凝固方法
CN107109684A (zh) 单晶的制造方法
KR20120014011A (ko) 고순도화한 금속급 실리콘 재료 정제를 위한 공정 제어
DE112018001044T5 (de) Verfahren zum Herstellen von Silizium-Einkristallbarren, und Silizium-Einkristall-Barren
Tang et al. Characterization of high-efficiency multi-crystalline silicon in industrial production
Zhang et al. Characteristics and value enhancement of cast silicon ingots
WO2023051345A1 (zh) 改善氮掺杂晶圆翘曲度的加工方法和系统
CN113584585B (zh) 能够降低头部电阻率的重掺As硅单晶生产方法
CN1463305A (zh) 直径300mm及300mm以上的单晶硅晶片及其制造方法
CN113638040B (zh) 能够抑制电阻率反翘的重掺砷硅单晶生产方法
Takahashi et al. Improved multicrystalline silicon ingot quality using single layer silicon beads coated with silicon nitride as seed layer
EP2143833A1 (en) Silicon crystal material and method for manufacturing fz silicon single crystal by using the same
JP4193558B2 (ja) 単結晶の製造方法
US2970111A (en) Method of producing a rod of lowohmic semiconductor material
TW201326475A (zh) 多晶矽錠與其製造方法及其用途
US20150020729A1 (en) Germanium enriched silicon material for making solar cells
CN114717648A (zh) 一种提高<100>单晶成活率的放肩方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant