CN117187940A - 一种减小8吋重掺n型硅单晶内应力的拉晶工艺 - Google Patents
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Abstract
一种减小8吋重掺N型硅单晶内应力的拉晶工艺，所述拉晶工艺包括以下步骤：S1，化料工序：原料进入单晶炉的坩埚内并熔化为液体熔融硅；S2，稳定工序：调整熔融硅的液面使其位于单晶炉的导流筒下方；S3，经过引晶、放肩、转肩、等径以及收尾工序后停炉，晶棒进入冷却工序；通过调整S1和S2中的氩气流量和炉压以及S3中等径工序的拉速、收尾速率及停炉过程的晶棒冷却控制，以减小8吋重掺N型硅单晶产生的内应力，改善边缘位错情况。
Description
技术领域
本发明涉及直拉晶硅生产技术领域，具体的说是一种减小8吋重掺N型硅单晶内应力的拉晶工艺。
背景技术
重掺N型直拉硅单晶包括重掺磷、砷和锑三种，因其能够克服器件结构中固有的闭锁效应和粒子软失效等寄生效应，通常用作结构为N的硅外延片的衬底，主要用于功率半导体器件，其中8吋硅片衬底能够制作更多的器件单元进而降低整体生产成本，使其在行业中的需求急剧上升。功率半导体器件通常在大电流条件下工作，在其工作过程中硅片因其自身电阻率会消耗一部分功率，为了功率半导体器件更加节能，降低功率半导体器件的功耗即降低硅片的电阻率非常重要。
为了降低重掺N型直拉硅单晶的电阻率，其晶体内部分布一定浓度的掺杂剂，尤其是8吋大尺寸单晶掺杂剂浓度会更高，但是，高浓度的掺杂剂在晶体中的分布会造成单晶内部残留较大的应力集中，当单晶内部的内应力超出晶格的屈服强度导致晶格变形，进而导致单晶硅外延后内位错、滑移线等缺陷(如图4所示)。目前，通过降低8吋硅单晶的拉晶速度(低于30mm/h)减小其内应力，但是该工艺降低了生产效率。
发明内容
为了解决现有技术中8吋重掺N型硅单晶内应力较大的问题，本发明提供一种减小8吋重掺N型硅单晶内应力的拉晶工艺，不影响生产效率的前提下，减小或避免了8吋重掺N型硅单晶内应力，获得低应力或者无应力8吋晶棒。
为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：一种减小8吋重掺N型硅单晶内应力的拉晶工艺，所述拉晶工艺包括以下步骤：
S1，化料工序：原料进入单晶炉的坩埚内并熔化为液体熔融硅；
S2，稳定工序：调整熔融硅的液面使其位于单晶炉的导流筒下方；
S3，经过引晶、放肩、转肩、等径以及收尾工序后停炉，晶棒进入冷却工序；
通过调整S1和S2中的氩气流量和炉压以及S3中等径工序的拉速，以减小8吋重掺N型硅单晶产生的内应力。
作为上述一种减小8吋重掺N型硅单晶内应力的拉晶工艺的一种优化方案：所述S1中化料工序的氩气流量为70-90slpm，炉压为14-15torr；所述S2中稳定工序中氩气流量为60-70slpm，炉压为25-35torr；所述S3中等径工序中等径头部采用68-72mm/h至58-62mm/h逐渐变化的拉速拉制，等径中部采用58-62mm/h至43-47mm/h逐渐变化的拉速拉制，等径尾部采用33-37mm/h至23-27mm/h逐渐变化的拉速拉制。
作为上述一种减小8吋重掺N型硅单晶内应力的拉晶工艺的另一种优化方案：所述S1中化料工序的氩气流量为80slpm，炉压为14torr；所述S2中稳定工序中氩气流量为65slpm，炉压为30torr；所述S3中等径工序中等径头部采用70mm/h至60mm/h逐渐变化的拉速拉制，等径中部采用60mm/h至45mm/h逐渐变化的拉速拉制，等径尾部采用35mm/h至25mm/h逐渐变化的拉速拉制。
作为上述一种减小8吋重掺N型硅单晶内应力的拉晶工艺的另一种优化方案：所述S2中稳定工序中熔融硅液面与导流筒底端的间距为25-35mm。
作为上述一种减小8吋重掺N型硅单晶内应力的拉晶工艺的另一种优化方案：所述等径头部的拉制长度为95-105mm。
作为上述一种减小8吋重掺N型硅单晶内应力的拉晶工艺的另一种优化方案：所述等径尾部的拉制长度为290-300mm。
作为上述一种减小8吋重掺N型硅单晶内应力的拉晶工艺的另一种优化方案：所述S3中收尾工序的拉速小于40mm/h，晶棒直径收缩至15-20mm后再次放大直径至30-40mm，最后收缩晶棒直径使其尾端形成尖端完成拉晶。
作为上述一种减小8吋重掺N型硅单晶内应力的拉晶工艺的另一种优化方案：所述冷却工序包括：收尾工序完成后晶棒以收尾工序中的拉速继续上升50-100mm；晶棒以100-150mm/h的速度继续上升至上限位，同时，单晶炉功率以3.5kw/h的速率降低、单晶炉的坩埚以100mm/h的速率下降至零埚位。
作为上述一种减小8吋重掺N型硅单晶内应力的拉晶工艺的另一种优化方案：所述拉晶工艺采用的单晶炉包括炉体和设置在炉体内的导流筒，导流筒包括第一部分和环绕第一部分设置的第二部分，第一部分与第二部分之间形成密闭的保温空间，保温空间内填充有保温毡。
与现有技术相比，本发明有如下有益效果：
1、本发明提供了一种减小8吋重掺N型硅单晶内应力的拉晶工艺，通过控制化料工序以及稳定工序的氩气流量和炉压，保证杂质的挥发，减小晶体内应力，结合控制等径工序的拉速，即等径头部的高拉速使晶体快速进入稳定的等径工序，等径中部以及等径尾部采用逐渐变化的拉速进行拉晶，使单晶具有更大的生长动力，使晶格完整排列，减少晶体内产生的内应力。
2、本发明中，收尾工序结束后进行停炉冷却晶棒，晶棒上升过程中释放其的内应力，进一步减小晶棒的内应力。
附图说明
图1是外延后无缺陷的硅片；
图2是导流筒的结构示意图；
图3是拉晶完成后直接在硅片中检测到的滑移线；
图4是外延后边缘出现滑移线的硅片；
图5是晶棒收尾处的实物图；
附图标记：1、第一部分，2、第二部分，3、保温空间。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细阐述，本发明以下各实施例中未详细记载和公开的部分，均应理解为本领域技术人员所知晓或应当知晓的现有技术，比如化料工序的其他参数、引晶工序、放肩工序、转肩工序、单晶炉以及炉体的结构、导流筒与炉体的安装等。
一种减小8吋重掺N型硅单晶内应力的拉晶工艺，拉晶工艺包括以下步骤：
S1，化料工序：原料进入单晶炉的坩埚内并熔化为液体熔融硅；
S2，稳定工序：调整熔融硅的液面使其位于单晶炉的导流筒下方；
S3，经过引晶、放肩、转肩、等径以及收尾工序后停炉，晶棒进入冷却工序；
通过调整S1和S2中的氩气流量和炉压以及S3中等径工序的拉速，以减小8吋重掺N型硅单晶产生的内应力。具体地，S1中化料工序的氩气流量为70-90slpm，炉压为14-15torr；所述S2中稳定工序中氩气流量为60-70slpm，炉压为25-35torr；S3中等径工序中等径头部采用68-72mm/h至58-62mm/h逐渐变化的拉速拉制，等径中部采用58-62mm/h至43-47mm/h逐渐变化的拉速拉制，等径尾部采用33-37mm/h至23-27mm/h逐渐变化的拉速拉制。其中，调整S1的氩气流量和炉压保证原料以及单晶炉中的碳、灰分等杂质充分挥发；调整S2的氩气流量和炉压稳定液体熔融硅的液面避免因液面的波动产生的内应力，同时，进一步保证炉体内杂质的充分挥发；等径头部的高拉速以及拉速逐渐变化使晶体能够快速进入稳定的等径工序，等径中部的拉速采用逐渐变小，但仍处于较高的拉速进行拉制，等径状态，调整等径工序的拉速使硅单晶的晶格完整排列，减少晶体产生的内应力。
实施例1
以8吋重掺N型硅单晶的拉制为例，包括以下步骤：
S1，化料工序前需要拆炉取出炉内晶体以及清除炉内的挥发物；清除完成后再次组装炉体，并将原料以及掺杂剂装入坩埚内，并将籽晶装入坩埚上方，进入化料工序，调整单晶炉炉体内的氩气流量为70slpm，炉压为14-15torr，原料熔化为液体熔融硅。
S2，稳定工序：调整氩气流量为60slpm，炉压为25torr，并且调整熔融硅的液面使其位于单晶炉的导流筒下方，即熔融硅液面与导流筒底端的间距为25-35mm，本实施例中，熔融硅液面与导流筒底端的间距为25mm。
S3，经过引晶、放肩、转肩、等径以及收尾工序后停炉，晶棒进入冷却工序，具体地，引晶工序：即将籽晶降至与熔融硅接触并充分熔接，拉制细颈，这是因为籽晶在加工过程中会产生损伤，这些损伤在熔接以及拉晶过程中会产生位错，细颈的拉制能够使籽晶中的位错从细颈的表面滑移，进而消除位错。细颈生长完后，晶棒的直径逐渐增加至接近所需直径，即为放肩工序，调整拉晶参数使晶棒的直径继续生长至所需直径，即为转肩生长。转肩完成后调整拉晶参数进入等径工序，其中，等径头部采用70mm/h至60mm/h逐渐变化的拉速拉制95-105mm，等径中部采用60mm/h至45mm/h逐渐变化的拉速拉制，等径尾部采用35mm/h至25mm/h逐渐变化的拉速拉制290-300mm。本实施例中，等径头部的拉制长度为100mm，等径尾部的拉制长度为300mm。等径工序完成后进行收尾工序，然后停炉、进行冷却工序。等径工序中拉速的变化能够保证硅单晶生长具有更大的生长动力，使得晶格完整排列，减少拉制过程中晶体产生的内应力，即外延后的硅片没有位错以及滑移线缺陷，如图1所示。
本实施例中，如图2所示，拉晶工艺采用的单晶炉包括炉体和设置在炉体内的导流筒，导流筒包括第一部分1和环绕第一部分1设置的第二部分2，第一部分1与第二部分2之间形成密闭的保温空间3，保温空间3内填充有保温毡。
以上为本实用新型发明的基本实施方式，可以在以上基础上做进一步改进、优化和限定，从而得到以下各实施例：
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上所做的一种改进方案，其主体结构与实施例1相同，改进点在于：
以8吋重掺N型硅单晶的拉制为例，包括以下步骤：
S1，化料工序前需要拆炉取出炉内晶体以及清除炉内的挥发物；清除完成后再次组装炉体，并将原料以及掺杂剂装入坩埚内，并将籽晶装入坩埚上方，进入化料工序，调整单晶炉炉体内的氩气流量为70slpm，炉压为14torr，原料熔化为液体熔融硅。
S2，稳定工序：调整氩气流量为60slpm，炉压为25torr，并且调整熔融硅的液面使其位于单晶炉的导流筒下方，即熔融硅液面与导流筒底端的间距为25-35mm，本实施例中，熔融硅液面与导流筒底端的间距为25mm。
S3，经过引晶、放肩、转肩、等径以及收尾工序后停炉，晶棒进入冷却工序，具体地，引晶工序：即将籽晶降至与熔融硅接触并充分熔接，拉制细颈，这是因为籽晶在加工过程中会产生损伤，这些损伤在熔接以及拉晶过程中会产生位错，细颈的拉制能够使籽晶中的位错从细颈的表面滑移，进而消除位错。细颈生长完后，晶棒的直径逐渐增加至接近所需直径，即为放肩工序，调整拉晶参数使晶棒的直径继续生长至所需直径，即为转肩生长。转肩完成后调整拉晶参数进入等径工序，其中，等径头部采用70mm/h至60mm/h逐渐变化的拉速拉制95-105mm，等径中部采用60mm/h至45mm/h逐渐变化的拉速拉制，等径尾部采用35mm/h至25mm/h逐渐变化的拉速拉制290-300mm。本实施例中，等径头部的拉制长度为100mm，等径尾部的拉制长度为300mm。等径工序中拉速的变化能够保证硅单晶生长具有更大的生长动力，使得晶格完整排列，减少拉制过程中晶体产生的内应力，即外延后的硅片没有位错以及滑移线缺陷，如图1所示。
晶棒等径生长之后进入收尾工序，收尾工序的拉速小于40mm/h，减缓了晶棒的冷却过程，保证晶体内应力的释放，晶棒直径收缩至15-20mm后再次放大直径至30-40mm，最后收缩晶棒直径使其尾端形成尖端完成拉晶，如图5所示，直径的再次放大能够释放硅单晶收尾后提离熔融硅液面的应力冲击，避免因晶棒与熔融硅液面快速分离过程内应力及热冲击造成的位错攀移至晶棒主体。本实施例中，收尾工序的拉速为35mm/h，晶棒直径缩小至15之后再次放大直径至30，然后直径再次缩小直至晶棒尾端形成尖端，设置拉速低于40mm/h。
收尾工序完成后晶棒以收尾工序中的拉速继续上升50-100mm；晶棒以100-150mm/h的速度继续上升至上限位，同时，单晶炉功率以3.5kw/h的速率降低、单晶炉的坩埚以100mm/h的速率下降至零埚位。本实施例中，收尾工序完成后，晶棒以35mm/h的拉速继续上升80mm，然后增加晶棒的拉速至100mm/h继续上升，同时，单晶炉功率以3.5kw/h的速率降低、单晶炉的坩埚以100mm/h的速率下降至零埚位，进一步释放晶棒的内应力，使内应力充分释放。
综上所述，通过调整S1和S2中的氩气流量和炉压以及S3中等径工序的拉速，以减小8吋重掺N型硅单晶产生的内应力；并通过收尾工序的参数调整以及收尾后晶棒的冷却参数的调整，释放晶棒的内应力，最终得到低应力或者无应力晶棒，在外延后的硅片没有位错以及滑移线缺陷，如图1所示。
本实施例中，如图2所示，拉晶工艺采用的单晶炉包括炉体和设置在炉体内的导流筒，导流筒包括第一部分1和环绕第一部分1设置的第二部分2，第一部分1与第二部分2之间形成密闭的保温空间3，保温空间3内填充有保温毡。在等径工序中，设置有第二部分2的第一部分1能够屏蔽熔融硅对晶棒的热辐射，增加了晶棒的散热能力，进而改变了晶体生长界面的形状，同时，增大了晶体生长梯度，减小因晶格排列不完整引起的内应力；晶棒冷却过程中，进入导流筒并逐渐穿过导流筒的过程中，能够将晶棒内部的内应力快速释放到晶棒的表层，并从晶棒表层缓慢释放，最终获得低应力和无应力晶棒。
实施例3
以8吋重掺N型硅单晶的拉制为例，包括以下步骤：
S1，化料工序前需要拆炉取出炉内晶体以及清除炉内的挥发物；清除完成后再次组装炉体，并将原料以及掺杂剂装入坩埚内，并将籽晶装入坩埚上方，进入化料工序，调整单晶炉炉体内的氩气流量为90slpm，炉压为14torr，原料熔化为液体熔融硅。
S2，稳定工序：调整氩气流量为70slpm，炉压为35torr，并且调整熔融硅的液面使其位于单晶炉的导流筒下方，本实施例中，熔融硅液面与导流筒底端的间距为25mm。
S3，经过引晶、放肩、转肩、等径以及收尾工序后停炉，晶棒进入冷却工序，具体地，其中，等径头部采用68mm/h至58mm/h逐渐变化的拉速拉制100mm，等径中部采用58mm/h至43mm/h逐渐变化的拉速拉制，等径尾部采用33mm/h至23mm/h逐渐变化的拉速拉制300mm。减少拉制过程中晶体产生的内应力，即外延后的硅片没有位错以及滑移线缺陷，如图1所示。
本实施例中，收尾工序的拉速为35mm/h，晶棒直径缩小至15mm之后再次放大直径至30mm，然后直径再次缩小直至晶棒尾端形成尖端，设置拉速低于40mm/h。
本实施例中，收尾工序完成后，晶棒以35mm/h的拉速继续上升80mm，然后增加晶棒的拉速至100mm/h继续上升，同时，单晶炉功率以3.5kw/h的速率降低、单晶炉的坩埚以100mm/h的速率下降至零埚位，进一步释放晶棒的内应力，使内应力充分释放。
本实施例中，如图2所示，拉晶工艺采用的单晶炉包括炉体和设置在炉体内的导流筒，导流筒包括第一部分1和环绕第一部分1设置的第二部分2，第一部分1与第二部分2之间形成密闭的保温空间3，保温空间3内填充有保温毡。
实施例4
以8吋重掺N型硅单晶的拉制为例，包括以下步骤：
S1，化料工序前需要拆炉取出炉内晶体以及清除炉内的挥发物；清除完成后再次组装炉体，并将原料以及掺杂剂装入坩埚内，并将籽晶装入坩埚上方，进入化料工序，调整单晶炉炉体内的氩气流量为80slpm，炉压为14torr，原料熔化为液体熔融硅。
S2，稳定工序：调整氩气流量为65slpm，炉压为30torr，并且调整熔融硅的液面使其位于单晶炉的导流筒下方，本实施例中，熔融硅液面与导流筒底端的间距为25mm。
S3，经过引晶、放肩、转肩、等径以及收尾工序后停炉，晶棒进入冷却工序，具体地，其中，等径头部采用68mm/h至58mm/h逐渐变化的拉速拉制100mm，等径中部采用58mm/h至43mm/h逐渐变化的拉速拉制，等径尾部采用33mm/h至23mm/h逐渐变化的拉速拉制300mm。
本实施例中，收尾工序的拉速为35mm/h，晶棒直径缩小至15mm之后再次放大直径至30mm，然后直径再次缩小直至晶棒尾端形成尖端，设置拉速低于40mm/h。
本实施例中，收尾工序完成后，晶棒以35mm/h的拉速继续上升80mm，然后增加晶棒的拉速至100mm/h继续上升，同时，单晶炉功率以3.5kw/h的速率降低、单晶炉的坩埚以100mm/h的速率下降至零埚位，进一步释放晶棒的内应力，使内应力充分释放。
本实施例中，如图2所示，拉晶工艺采用的单晶炉包括炉体和设置在炉体内的导流筒1，导流筒包括第一部分1和环绕第一部分1设置的第二部分2，第一部分1与第二部分2之间形成密闭的保温空间3，保温空间3内填充有保温毡。
对比例1
以8吋重掺N型硅单晶的拉制为例，包括以下步骤：
S1，化料工序前需要拆炉取出炉内晶体以及清除炉内的挥发物；清除完成后再次组装炉体，并将原料以及掺杂剂装入坩埚内，并将籽晶装入坩埚上方，进入化料工序，调整单晶炉炉体内的氩气流量为30slpm，炉压为14torr，原料熔化为液体熔融硅。
S2，稳定工序：调整氩气流量为60slpm，炉压为25torr，并且调整熔融硅的液面使其位于单晶炉的导流筒下方，即熔融硅液面与导流筒底端的间距为25-35mm，本实施例中，熔融硅液面与导流筒底端的间距为25mm。
S3，经过引晶、放肩、转肩、等径以及收尾工序后停炉，晶棒进入冷却工序，具体地，等径头部采用70mm/h至60mm/h逐渐变化的拉速拉制100mm，等径中部采用60mm/h至45mm/h逐渐变化的拉速拉制，等径尾部采用35mm/h至25mm/h逐渐变化的拉速拉制300mm。等径工序完成后进行收尾工序，然后停炉、进行冷却工序。完成拉晶，直接对晶棒进行缺陷检测，硅片具有明显的位错或者滑移线缺陷，如图3所示，且该条件下拉制下检测碳含量>1.0ppma(实施例<0.4ppma)，显而易见，低氩气流量并未充分带走炉体内杂质，其进入晶格内部，引起滑移线。
本实施例中，如图2所示，拉晶工艺采用的单晶炉包括包括炉体和设置在炉体内的导流筒1，导流筒包括第一部分1和环绕第一部分1设置的第二部分2，第一部分1与第二部分2之间形成密闭的保温空间3，保温空间3内填充有保温毡。
对比例2
以8吋重掺N型硅单晶的拉制为例，包括以下步骤：
S1，化料工序前需要拆炉取出炉内晶体以及清除炉内的挥发物；清除完成后再次组装炉体，并将原料以及掺杂剂装入坩埚内，并将籽晶装入坩埚上方，进入化料工序，调整单晶炉炉体内的氩气流量为70slpm，炉压为14torr，原料熔化为液体熔融硅。
S2，稳定工序：调整氩气流量为30slpm，炉压为14torr，并且调整熔融硅的液面使其位于单晶炉的导流筒下方，即熔融硅液面与导流筒底端的间距为25-35mm，本实施例中，熔融硅液面与导流筒底端的间距为25mm。
S3，经过引晶、放肩、转肩、等径以及收尾工序后停炉，晶棒进入冷却工序，具体地，等径头部采用70mm/h至60mm/h逐渐变化的拉速拉制100mm，等径中部采用60mm/h至45mm/h逐渐变化的拉速拉制，等径尾部采用35mm/h至25mm/h逐渐变化的拉速拉制300mm。等径工序完成后进行收尾工序，然后停炉、进行冷却工序。外延后的硅片具有位错或者滑移线缺陷。
本实施例中，如图2所示，拉晶工艺采用的单晶炉包括炉体和设置在炉体内的导流筒，导流筒包括第一部分1和环绕第一部分1设置的第二部分2，第一部分1与第二部分2之间形成密闭的保温空间3，保温空间3内填充有保温毡。
对比例3
以8吋重掺N型硅单晶的拉制为例，包括以下步骤：
S1，化料工序前需要拆炉取出炉内晶体以及清除炉内的挥发物；清除完成后再次组装炉体，并将原料以及掺杂剂装入坩埚内，并将籽晶装入坩埚上方，进入化料工序，调整单晶炉炉体内的氩气流量为70slpm，炉压为14torr，原料熔化为液体熔融硅。
S2，稳定工序：调整氩气流量为60slpm，炉压为25torr，并且调整熔融硅的液面使其位于单晶炉的导流筒下方，即熔融硅液面与导流筒底端的间距为25-35mm，本实施例中，熔融硅液面与导流筒底端的间距为25mm。
S3，经过引晶、放肩、转肩、等径以及收尾工序后停炉，晶棒进入冷却工序，具体地，等径头部采用45mm/h拉速拉制，等径中部采用30mm/h拉速拉制，等径尾部采用20mm/h逐渐变化的拉速拉制300mm。等径工序完成后进行收尾工序，然后停炉、进行冷却工序。低拉速造成晶体生长动力过大，使拉制过程中晶棒的直径不易控制造成拉晶中断，以及拉速较小造成整体拉制效率过低。
本实施例中，如图2所示，拉晶工艺采用的单晶炉包括炉体和设置在炉体内的导流筒，导流筒包括第一部分1和环绕第一部分1设置的第二部分2，第一部分1与第二部分2之间形成密闭的保温空间3，保温空间3内填充有保温毡。
对比例4
以8吋重掺N型硅单晶的拉制为例，包括以下步骤：
S1，化料工序前需要拆炉取出炉内晶体以及清除炉内的挥发物；清除完成后再次组装炉体，并将原料以及掺杂剂装入坩埚内，并将籽晶装入坩埚上方，进入化料工序，调整单晶炉炉体内的氩气流量为30slpm，炉压为14torr，原料熔化为液体熔融硅。
S2，稳定工序：调整氩气流量为30slpm，炉压为14torr，并且调整熔融硅的液面使其位于单晶炉的导流筒下方，即熔融硅液面与导流筒底端的间距为25-35mm，本实施例中，熔融硅液面与导流筒底端的间距为25mm。
S3，经过引晶、放肩、转肩、等径以及收尾工序后停炉，晶棒进入冷却工序，具体地，等径头部采用70mm/h至60mm/h逐渐变化的拉速拉制100mm，等径中部采用60mm/h至45mm/h逐渐变化的拉速拉制，等径尾部采用35mm/h至25mm/h逐渐变化的拉速拉制300mm。等径工序完成后进行收尾工序，然后停炉、进行冷却工序。完成拉晶，直接对晶棒进行缺陷检测，硅片具有明显的位错或者滑移线缺陷
本实施例中，如图2所示，拉晶工艺采用的单晶炉包括炉体和设置在炉体内的导流筒，导流筒包括第一部分1和环绕第一部分1设置的第二部分2，第一部分1与第二部分2之间形成密闭的保温空间3，保温空间3内填充有保温毡。
对比例5
以8吋重掺N型硅单晶的拉制为例，包括以下步骤：
S1，化料工序前需要拆炉取出炉内晶体以及清除炉内的挥发物；清除完成后再次组装炉体，并将原料以及掺杂剂装入坩埚内，并将籽晶装入坩埚上方，进入化料工序，调整单晶炉炉体内的氩气流量为30slpm，炉压为14torr，原料熔化为液体熔融硅。
S2，稳定工序：调整氩气流量为60slpm，炉压为25torr，并且调整熔融硅的液面使其位于单晶炉的导流筒下方，即熔融硅液面与导流筒底端的间距为25-35mm，本实施例中，熔融硅液面与导流筒底端的间距为25mm。
S3，经过引晶、放肩、转肩、等径以及收尾工序后停炉，晶棒进入冷却工序，具体地，等径头部采用45mm/h拉速拉制，等径中部采用30mm/h拉速拉制，等径尾部采用20mm/h逐渐变化的拉速拉制。等径工序完成后进行收尾工序，然后停炉、进行冷却工序。低拉速造成晶体生长动力过大，使拉制过程中晶棒的直径不易控制造成拉晶中断，以及拉速较小造成整体拉制效率过低。
本实施例中，如图2所示，拉晶工艺采用的单晶炉包括炉体和设置在炉体内的导流筒，导流筒包括第一部分1和环绕第一部分1设置的第二部分2，第一部分1与第二部分2之间形成密闭的保温空间3，保温空间3内填充有保温毡。
对比例6
以8吋重掺N型硅单晶的拉制为例，包括以下步骤：
S1，化料工序前需要拆炉取出炉内晶体以及清除炉内的挥发物；清除完成后再次组装炉体，并将原料以及掺杂剂装入坩埚内，并将籽晶装入坩埚上方，进入化料工序，调整单晶炉炉体内的氩气流量为70slpm，炉压为14torr，原料熔化为液体熔融硅。
S2，稳定工序：调整氩气流量为30slpm，炉压为14torr，并且调整熔融硅的液面使其位于单晶炉的导流筒下方，即熔融硅液面与导流筒底端的间距为25-35mm，本实施例中，熔融硅液面与导流筒底端的间距为25mm。
S3，经过引晶、放肩、转肩、等径以及收尾工序后停炉，晶棒进入冷却工序，具体地，等径头部采用45mm/h拉速拉制，等径中部采用30mm/h拉速拉制，等径尾部采用20mm/h逐渐变化的拉速拉制300mm。等径工序完成后进行收尾工序，然后停炉、进行冷却工序。低拉速造成晶体生长动力过大，使拉制过程中晶棒的直径不易控制造成拉晶中断，以及拉速较小造成整体拉制效率过低。
本实施例中，如图2所示，拉晶工艺采用的单晶炉包括炉体和设置在炉体内的导流筒，导流筒包括第一部分1和环绕第一部分1设置的第二部分2，第一部分1与第二部分2之间形成密闭的保温空间3，保温空间3内填充有保温毡。
对比例1与实施例1相比较，化料工序的氩气流量不做调整，调整稳定工序的氩气流量以及等径工序的拉速，得到的单晶硅晶棒具有滑移线缺陷，即晶棒内应力较大。
对比例2与实施例1相比较，稳定工序的氩气流量不做调整，调整化料工序的氩气流量以及等径工序的拉速，得到的单晶硅晶棒具有滑移线缺陷，即晶棒内应力较大，与对比例1一致。
对比例3与实施例1相比较，等径工序的拉速不做调整，调整化料工序以及稳定工序的氩气流量，得到的单晶硅晶棒具有滑移线缺陷，即晶棒内应力较大。
对比例4与实施例1相比较，化料工序以及稳定工序的氩气流量不做调整，调整等径工序的拉速，低拉速造成晶体生长动力过大，使拉制过程中晶棒的直径不易控制造成拉晶中断，以及拉速较小造成整体拉制效率过低。
对比例5与实施例1相比较，化料工序的氩气流量以及等径工序的拉速不做调整，低拉速造成晶体生长动力过大，使拉制过程中晶棒的直径不易控制造成拉晶中断，以及拉速较小造成整体拉制效率过低。
对比例6与实施例1相比较，稳定工序的氩气流量以及等径工序的拉速不做调整，调整化料工序的氩气流量，得到的单晶硅晶棒具有滑移线缺陷，即晶棒内应力较大。
综上所述，同时调整S1和S2中的氩气流量和炉压以及S3中等径工序的拉速，能够减小8吋重掺N型硅单晶产生的内应力。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种减小8吋重掺N型硅单晶内应力的拉晶工艺，所述拉晶工艺包括以下步骤：
S1，化料工序：原料进入单晶炉的坩埚内并熔化为液体熔融硅；
S2，稳定工序：调整熔融硅的液面使其位于单晶炉的导流筒下方；
S3，经过引晶、放肩、转肩、等径以及收尾工序后停炉，晶棒进入冷却工序；
其特征在于：通过调整S1和S2中的氩气流量和炉压以及S3中等径工序的拉速，以减小8吋重掺N型硅单晶产生的内应力。
2.如权利要求1所述的一种减小8吋重掺N型硅单晶内应力的拉晶工艺，其特征在于：所述S1中化料工序的氩气流量为70-90slpm，炉压为14-15torr；所述S2中稳定工序中氩气流量为60-70slpm，炉压为25-35torr；所述S3中等径工序中等径头部采用68-72mm/h至58-62mm/h逐渐变化的拉速拉制，等径中部采用58-62mm/h至43-47mm/h逐渐变化的拉速拉制，等径尾部采用33-37mm/h至23-27mm/h逐渐变化的拉速拉制。
3.如权利要求2所述的一种减小8吋重掺N型硅单晶内应力的拉晶工艺，其特征在于：所述S1中化料工序的氩气流量为80slpm，炉压为14torr；所述S2中稳定工序中氩气流量为65slpm，炉压为30torr；所述S3中等径工序中等径头部采用70mm/h至60mm/h逐渐变化的拉速拉制，等径中部采用60mm/h至45mm/h逐渐变化的拉速拉制，等径尾部采用35mm/h至25mm/h逐渐变化的拉速拉制。
4.如权利要求1所述的一种减小8吋重掺N型硅单晶内应力的拉晶工艺，其特征在于：所述S2中稳定工序中熔融硅液面与导流筒底端的间距为25-35mm。
5.如权利要求1所述的一种减小8吋重掺N型硅单晶内应力的拉晶工艺，其特征在于：所述等径头部的拉制长度为95-105mm。
6.如权利要求1所述的一种减小8吋重掺N型硅单晶内应力的拉晶工艺，其特征在于：所述等径尾部的拉制长度为290-300mm。
7.如权利要求1所述的一种减小8吋重掺N型硅单晶内应力的拉晶工艺，其特征在于：所述S3中收尾工序的拉速小于40mm/h，晶棒直径收缩至15-20mm后再次放大直径至30-40mm，最后收缩晶棒直径使其尾端形成尖端完成拉晶。
8.如权利要求1所述的一种减小8吋重掺N型硅单晶内应力的拉晶工艺，其特征在于：所述冷却工序包括：收尾工序完成后晶棒以收尾工序中的拉速继续上升50-100mm；晶棒以100-150mm/h的速度继续上升至上限位，同时，单晶炉功率以3.5kw/h的速率降低、单晶炉的坩埚以100mm/h的速率下降至零埚位。
9.如权利要求1所述的一种减小8吋重掺N型硅单晶内应力的拉晶工艺，其特征在于：所述拉晶工艺采用的单晶炉包括炉体和设置在炉体内的导流筒，导流筒包括第一部分(1)和环绕第一部分(1)设置的第二部分(2)，第一部分(1)与第二部分(2)之间形成密闭的保温空间(3)，保温空间(3)内填充有保温毡。
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|---|---|---|---|---|
| CN117431620A (zh) * | 2023-12-18 | 2024-01-23 | 麦斯克电子材料股份有限公司 | 一种减少大尺寸硅单晶氧化层错的拉晶方法 |
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2023
- 2023-08-23 CN CN202311066516.1A patent/CN117187940A/zh active Pending
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| CN117431620A (zh) * | 2023-12-18 | 2024-01-23 | 麦斯克电子材料股份有限公司 | 一种减少大尺寸硅单晶氧化层错的拉晶方法 |
| CN117431620B (zh) * | 2023-12-18 | 2024-03-01 | 麦斯克电子材料股份有限公司 | 一种减少大尺寸硅单晶氧化层错的拉晶方法 |
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