CN115852474A - 一种降低单晶硅棒裂纹位错的收尾工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种降低单晶硅棒裂纹位错的收尾工艺，包括S1:瞬时提高加热功率，瞬时降低拉速至第一拉速，再以第一加速度降低所述第一拉速至第二拉速，晶转和埚转为等径段的晶转和埚转，并保持不变为第一晶转和第一埚转，单晶直径逐渐缩小；S2:所述第二拉速以第二加速度提升至第三拉速，所述第一晶转和第一埚转以第三加速度提升至第二晶转和第二埚转，所述单晶直径继续缩小；S3:所述第三拉速以所述第二加速度提升至第四拉速，所述第二晶转和第二埚转以第四加速度提升至第三晶转和第三埚转，收尾结束。本发明的有益效果是有效的减少了单晶的断棱，缩短了收尾时间，对单晶的位错和裂纹进行有效的控制，提高了单晶产品的合格率。
Description
技术领域
本发明属于单晶硅棒技术领域，尤其是涉及一种降低单晶硅棒裂纹位错的收尾工艺。
背景技术
直拉法生长单晶硅是目前生产单晶硅应用最广泛的技术，随着市场竞争加剧，成本压力增加，现单晶硅制造商通过增加拉制单晶直径，发挥通量价值，提高理论产能来降低成本。但是拉制单晶直径的增大，使得拉制过程中单晶中心与边缘的温差大大增大，单晶中心温度无法快速的传导散热，导致应力增大，超出单晶弹性应力产生塑性形变从而产生位错、裂纹。
在现有技术中，收尾过程中加热器功率逐渐上升，控制单晶边缘生长速度，配合拉速提升，直到直径收缩到＜80mm，完成收尾工作，收尾截面为圆形。为了避免位错对有效单晶硅棒产生影响，收尾长度需大于收尾直径，使位错在收尾直径范围内延伸至单晶表面。此种工艺收尾时间较长，且收尾过程中由于温度的升高，单晶中心与边缘的温差增大易导致断棱，断棱时的位错延伸长度为断楞时的单晶横截面直径，很容易影响到单晶产品的合格率。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种降低单晶硅棒裂纹位错的收尾工艺，有效的解决了收尾时间较长，单晶硅棒易产生断棱及位错裂纹的问题。
本发明采用的技术方案是：一种降低单晶硅棒裂纹位错的收尾工艺，在等径生长结束后，包括如下步骤：
S1:瞬时提高加热功率，瞬时降低拉速至第一拉速，再以第一加速度降低所述第一拉速至第二拉速，晶转和埚转为等径段的晶转和埚转，并保持不变为第一晶转和第一埚转，单晶直径逐渐缩小；
S2:所述第二拉速以第二加速度提升至第三拉速，所述第一晶转和第一埚转以第三加速度提升至第二晶转和第二埚转，所述单晶直径继续缩小；
S3:所述第三拉速以所述第二加速度提升至第四拉速，所述第二晶转和第二埚转以第四加速度提升至第三晶转和第三埚转，收尾结束。
进一步，所述加热功率瞬时提高5-15kW后保持不变直至收尾结束。
进一步，所述S1中，所述第一拉速为等径段拉速的50％-80％，所述第二拉速为所述第一拉速的80％-90％。
进一步，所述S1中，所述单晶的收尾时间为收尾总时间的50％，所述单晶的收尾长度为收尾总长度的1/3。
进一步，所述S2中，所述第三拉速为等径段拉速，所述第二晶转和第二埚转为所述第一晶转和第一埚转的110％-120％。
进一步，所述S2中，所述单晶的收尾时间为收尾总时间的30％。，所述单晶的收尾长度为收尾总长度的1/3。
进一步，所述S3中，所述第四拉速为所述第三拉速的130％-150％，所述第三晶转和第三埚转为所述第二晶转和第二埚转的105％-110％。
进一步，所述S3中，所述单晶的收尾时间为收尾总时间的20％，所述单晶收尾长度为收尾总长度的1/3。
进一步，所述第二加速度大于所述第一加速度，所述第四加速度大于所述第三加速度。
本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，有效的减少了单晶的断棱，缩短了收尾时间，对单晶的位错和裂纹进行有效的控制，提高了单晶产品的合格率。
附图说明
图1是本发明实施例一种降低单晶硅棒裂纹位错的收尾结构的正视图。
图2是本发明实施例一种降低单晶硅棒裂纹位错的收尾结构的仰视图。
图中：
1、上段部 2、下段部 3、等径段
4、棱线 5、第一曲面 6、第二曲面
具体实施方式
本发明实施例提供了一种降低单晶硅棒裂纹位错的收尾工艺，下面结合附图对本发明的实施例做出说明。
如图1和图2所示，本发明实施例提供一种降低单晶硅棒裂纹位错的收尾结构，包括一体成型的第一段1和第二段2，第一段1的最大直径与晶体等径段3直径相同，第二段2的最大直径与第一段1的最小直径相同，第二段2表面沿单晶收尾长度设有棱线4，所述棱线4成对设置，第二段2远离第一段1的端部横截面为多边形。多边形可以为正多边形，也可以为扭曲的多边形。收尾长度为100-150mm，最终的收尾直径为d，80mm＜d＜120mm。
具体的，第一段1为圆台结构，第一段1靠近等径段的一端为大径面，另外一端为小径面。
具体的，通常单晶的生长棱线为4条，在第二段2的顶部放出四条生长棱线，每条生长棱线沿单晶的收尾长度逐渐向第二段远离第一段的一端分成两条成对设置的棱线4，一直延伸到单晶尾部。第二段2远离第一段的端部横截面为八边形。成对设置的两条棱线4之间设有第一曲面5，第一曲面5向内侧凹陷，相邻的两个第一曲面之间设有第二曲面6，第二曲面6向外侧凸起。
具体的，由于晶面(111)相比较其它晶面来说，随着过冷度的增大更易呈现生长出来，随着四条生长棱线的分开，(111)面逐渐在分开的生长棱线之间衍生出来，第一曲面5为晶面(111)。
具体的，第二段2的直径沿单晶的收尾长度逐渐缩小，缩小到等径段直径的1/3，第一段1的长度是第二段2长度的两倍。
实施例：一种降低单晶硅棒裂纹位错的收尾结构，收尾总长度为110mm，包括一体成型的第一段1和第二段2，第一段1为圆台结构，第一段1的大径面为上端面，小径面为下端面，上端面的直径为晶体等径段3的直径为245mm。第二段2的最大直径为第一段1的最小直径。第二段2的直径沿单晶的收尾长度逐渐所小。第一段1的长度是第二段2的两倍。第二段2的侧面沿单晶收尾长度设有四组成对设置的棱线4，是由单晶的四条生长棱线沿单晶收尾长度逐渐向单晶尾部分开形成的。每条生长棱线分成两条棱线4。第二段2的收尾横截面为正八边形。成对设置的两条棱线4之间采用第一曲面5连接，相邻的第一曲面5之间采用第二曲面6连接。第一曲面5为晶面(111)。晶面(111)的面间距较大，面密度较大，更有利于位错的释放，位错不易上反。在本实施例中，单晶最终的收尾横截面的外接圆的直径d为85mm。
本收尾结构，通过第二段2释放出晶面(111)，更有利于位错的释放，防止裂纹的产生，提高单晶的质量。
本发明实施例还提供了一种降低单晶硅棒裂纹位错的收尾工艺，在等径生长结束后，包括如下步骤：
S1:瞬时提高加热功率，瞬时降低拉速至第一拉速，再以第一加速度降低拉速至第二拉速，晶转和埚转为等径时的晶转和埚转并保持不变为第一晶转和第一埚转，单晶直径逐渐缩小。
具体的，瞬时提高加热功率，使加热功率迅速提高5-15kW后保持不变直至收尾结束。加热功率的提高，使单晶直径逐渐缩小进行收尾。收尾开始时，拉速瞬时降至等径拉速的50％-80％为第一拉速，随后拉速以第一加速度下降，降至第一拉速的80％-90％，为第二拉速。在此阶段中，拉速持续下降，是为了对直径进行回收，避免单晶尾部与硅液面脱离。此时保持晶转、埚转与等径段3相同。此阶段的收尾形状为圆台结构，收尾长度为总长的1/3，收尾时间为总时间的50％。
S2:将第二拉速以第二加速度提升至第三拉速，第一晶转和第一埚转以第三加速度提升至第二晶转和第二埚转，单晶直径继续缩小。
第二加速度大于第一加速度，当拉速降至第二拉速后，开始以第二加速度提升拉速至第三拉速，第三拉速为等径段拉速，此时第一晶转和第一埚转以第三加速度持续提高至第二晶转和第二埚转，第二晶转和第二埚转为第一晶转和第一埚转的110％-120％，增大过冷度，使单晶进行快速收尾。此阶段的收尾形状为圆台结构，收尾长度为总长的1/3，收尾时间为总时间的30％。
以上两个阶段形成收尾形状的第一段1，第一段1为圆台结构，第一段1的大径面为上端面，小径面为下端面，上端面的直径为晶体等径段3的直径。
S3:将第三拉速以第二加速度提升拉速至第四拉速，第二晶转和第二埚转以第四加速度提升至第三晶转和第三埚转，至第二段2收尾结束。
第四拉速为第三拉速的130％-150％，第三晶转和第三埚转为第二晶转和第二埚转的105％-110％。在S2、S3阶段，加热功率保持不变，而晶转和埚转持续以第四加速度升高，第四加速度大于第三加速度因此温度降低，过冷度增大，第二段2顶部生出四条生长棱线，随着晶转和埚转的不断升高以及拉速的提升，过冷度的不断增大，一条生长棱线分成两条棱线4，直至收尾结束。过冷度的增大，使晶面(111)相比于其他晶面更易于在成对设置的棱线4之间生长出来，两条成对设置的棱线4之间的第一曲面5即为为晶面(111)。此时第二段2的横截面为八边形。晶面(111)的面间距较大，面密度较大，更有利于位错释放到单晶表面，使位错不易上反。此阶段的收尾长度为总长的1/3，收尾时间为总时间的20％。
实施例一：单晶直径为245mm
S1:等径段3完成时，单晶拉速为85mm/hr，加热功率为68kW，晶转为10r/min，埚转为10r/min。
开始收尾时，第一晶转与第一埚转为等径时的晶转和埚转并保持不变，功率瞬时提升至78kW后保持不变，直至收尾结束。加热功率的提高，使单晶直径逐渐缩小进行收尾。收尾开始时，拉速瞬时降至51mm/hr为第一拉速，随后以第一加速度0.004mm/min2缓慢下降至41mm/hr为第二拉速，在此阶段中，拉速持续下降，是为了对直径进行回收，避免单晶尾部与硅液面脱离。此时保持晶转、埚转与等径段3相同。此阶段的收尾形状为圆台结构，收尾长度为36.7mm，收尾时间为0.7h。
S2:以第二加速度0.03mm/min2提升拉速至第三拉速即等径段拉速85mm/hr，以第三加速度0.04r/min2提高晶转和埚转至第二晶转11r/min，和第二埚转11r/min，增大过冷度，使单晶快速收尾。此阶段完成后，收尾长度为36.5mm，收尾时长为0.4h。
S3:以第二加速度0.03mm/min2提升拉速至第四拉速115mm/hr，晶转和埚转提以第四加速度0.06r/min2升至第三晶转12r/min和第三埚转12r/min，至第二段2收尾结束。第二段2顶部生出四条生长棱线，随着晶转和埚转的不断升高以及拉速的提升，过冷度增大，一条生长棱线分成两条棱线4，直至收尾结束。两条棱线4之间的第一曲面5为晶面(111)，有利于位错释放到单晶表面。第二段2的横截面为八边形。此阶段的收尾长度为36.8mm，收尾时长为0.28h。
在本实施例中，收尾完成后的总长度为110mm，收尾总时长为1.38h，最终的收尾直径为85mm。
实施例二：单晶直径为350mm
S1:等径段3完成时，单晶拉速为75mm/hr，加热功率为64kW，晶转为10r/min，埚转为10r/min。
开始收尾时，第一晶转与第一埚转为等径时的晶转和埚转并保持不变，功率瞬时提升至75kW后保持不变，直至收尾结束。加热功率的提高，使单晶直径逐渐缩小进行收尾。收尾开始时，拉速瞬时降至45mm/hr为第一拉速，随后以第一加速度0.003mm/min2缓慢下降至38mm/hr为第二拉速，在此阶段中，拉速持续下降，是为了对直径进行回收，避免单晶尾部与硅液面脱离。此时保持晶转、埚转与等径段3相同。此阶段的收尾形状为圆锥台结构，收尾长度为46.7mm，收尾时间为0.65h。
S2:以第二加速度0.03mm/min2提升拉速至第三拉速即等径段拉速75mm/hr，以第三加速度0.04r/min2持续提高晶转和埚转至第二晶转11r/min，和第二埚转11r/min，增大过冷度，使单晶快速收尾。此阶段完成后，收尾长度为46.5mm，收尾时长为0.39h。
S3:以第二加速度0.03mm/min2提升拉速至第四拉速100mm/hr，晶转和埚转以第四加速度0.06r/min2提升至第三晶转12r/min和第三埚转12r/min，至第二段2收尾结束。第二段2顶部生出四条生长棱线，随着晶转和埚转的不断升高以及拉速的提升，过冷度增大，一条生长棱线分成两条棱线4，直至收尾结束。两条棱线4之间的第一曲面5为晶面(111)，有利于位错释放到单晶表面。第二段2的横截面为八边形。此阶段的收尾长度为46.8mm，收尾时长为0.26h。
在本实施例中，收尾完成后的总长度为140mm，收尾总时长为1.3h，最终的收尾直径为115mm。
本发明具有的优点和积极效果：
1.通过拉速的提升配合晶转和埚转，使过冷度增大，使收尾结构的第二段2放出晶面(111)，更有利于位错释放到单晶表面。
2.在收尾的中后期，功率保持不变，晶转和埚转的不断增大，降低了温度，减小了单晶中心与边缘的温差，防止了断棱的产生。
3.拉速的不断提升，提高了收尾的速率，收尾直径增大，进一步缩短了收尾时间。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (9)
1.一种降低单晶硅棒裂纹位错的收尾工艺，其特征在于，在等径生长结束后，包括如下步骤：
S1:瞬时提高加热功率，瞬时降低拉速至第一拉速，再以第一加速度降低所述第一拉速至第二拉速，晶转和埚转为等径段的晶转和埚转，并保持不变为第一晶转和第一埚转，单晶直径逐渐缩小；
S2:所述第二拉速以第二加速度提升至第三拉速，所述第一晶转和第一埚转以第三加速度提升至第二晶转和第二埚转，所述单晶直径继续缩小；
S3:所述第三拉速以所述第二加速度提升至第四拉速，所述第二晶转和第二埚转以第四加速度提升至第三晶转和第三埚转，收尾结束。
2.根据权利要求1所述的一种降低单晶硅棒裂纹位错的收尾工艺，其特征在于：所述加热功率瞬时提高5-15kW后保持不变直至收尾结束。
3.根据权利要求2所述的一种降低单晶硅棒裂纹位错的收尾工艺，其特征在于：所述S1中，所述第一拉速为等径段拉速的50％-80％，所述第二拉速为所述第一拉速的80％-90％。
4.根据权利要求3所述的一种降低单晶硅棒裂纹位错的收尾工艺，其特征在于：所述S1中，所述单晶的收尾时间为收尾总时间的50％，所述单晶的收尾长度为收尾总长度的1/3。
5.根据权利要求2所述的一种降低单晶硅棒裂纹位错的收尾工艺，其特征在于：所述S2中，所述第三拉速为等径段拉速，所述第二晶转和第二埚转为所述第一晶转和第一埚转的110％-120％。
6.根据权利要求5所述的一种降低单晶硅棒裂纹位错的收尾工艺，其特征在于：所述S2中，所述单晶的收尾时间为收尾总时间的30％。，所述单晶的收尾长度为收尾总长度的1/3。
7.根据权利要求2所述的一种降低单晶硅棒裂纹位错的收尾工艺，其特征在于：所述S3中，所述第四拉速为所述第三拉速的130％-150％，所述第三晶转和第三埚转为所述第二晶转和第二埚转的105％-110％。
8.根据权利要求7所述的一种降低单晶硅棒裂纹位错的收尾工艺，其特征在于：所述S3中，所述单晶的收尾时间为收尾总时间的20％，所述单晶收尾长度为收尾总长度的1/3。
9.根据权利要求1-8任一所述的一种降低单晶硅棒裂纹位错的收尾工艺，其特征在于：所述第二加速度大于所述第一加速度，所述第四加速度大于所述第三加速度。
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