TW202300714A - 一種單晶矽棒的拉製方法及單晶矽棒 - Google Patents

一種單晶矽棒的拉製方法及單晶矽棒 Download PDF

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Abstract

本發明實施例公開了一種單晶矽棒的拉製方法及單晶矽棒，該方法包括：將設定品質的多晶矽熔料和第一預設品質的摻雜劑放置於石英坩堝中加熱熔化形成矽熔液後，拉製第一預設長度的第一單晶矽棒節；當該第一單晶矽棒節收尾時，在該第一單晶矽棒節的尾部生長出帶水準肩部的晶體；提升該第一單晶矽棒節至副爐室冷卻後，將第二預設品質的該摻雜劑放置在該晶體的水準肩部處；通過下降該第一單晶矽棒節使該晶體完全浸入剩餘的該矽熔液中並熔化後，拉製第二預設長度的第二單晶矽棒節。

Description

一種單晶矽棒的拉製方法及單晶矽棒
本發明實施例屬於單晶矽棒製造技術領域，尤其關於一種單晶矽棒的拉製方法及單晶矽棒。
單晶矽棒大部分採用切克勞斯基（Czochralski）法，又或被稱之為直拉法製造。該方法是運用熔體的冷凝結晶驅動原理，在固體和液體的交界面處，由於熔體溫度下降產生由液體轉換成固體的相變化。在該方法中，通過將固態的多晶矽熔料放置在石英坩堝內並加熱使石英坩堝中的多晶矽熔料熔化，之後經過引晶、縮頸、放肩、等徑和收尾等技術過程，最終完成了無位錯單晶矽棒的拉製。
另一方面，單晶矽棒按照摻雜劑的不同可以分為P型單晶矽棒和N型單晶矽棒。此外，以P型單晶矽棒為例，按照摻雜劑含量的多少，通常P型單晶矽棒又可以分為輕摻P+單晶矽棒和重摻P++單晶矽棒。目前生產P型單晶矽棒的方法是把摻雜劑硼和多晶矽熔料同時放進石英坩堝內加熱熔化，以此來改變單晶矽棒的特性。
但是，在實際生產中，經常會有客戶提出不同的需求量，比如說只需要指定長度的輕摻P+單晶矽棒或者重摻P++單晶矽棒，在這種情況下可能會導致如果只拉製較短長度的輕摻P+單晶矽棒或者重摻P++單晶矽棒，會增加成本，如石英坩堝，產能等；又或者如果仍然拉製出較長長度的輕摻P+單晶矽棒或者重摻P++單晶矽棒，則沒有客戶需求的那一部分單晶矽棒會造成浪費。
有鑑於此，本發明實施例期望提供一種單晶矽棒的拉製方法及單晶矽棒；能夠實現在同一根單晶矽棒上連續拉製分別包含輕摻P+和重摻P++且長度不同的兩段單晶矽棒節，技術操作簡單，且滿足了不同客戶的產品需求，避免了單晶矽棒的浪費，降低了生產成本。
本發明實施例的技術方案是這樣實現的： 第一方面，本發明實施例提供了一種單晶矽棒的拉製方法，該方法包括： 將設定品質的多晶矽熔料和第一預設品質的摻雜劑放置於石英坩堝中加熱熔化形成矽熔液後，拉製第一預設長度的第一單晶矽棒節； 當該第一單晶矽棒節收尾時，在該第一單晶矽棒節的尾部生長出帶水準肩部的晶體； 提升該第一單晶矽棒節至副爐室冷卻後，將第二預設品質的該摻雜劑放置在該晶體的水準肩部處； 通過下降該第一單晶矽棒節使該晶體完全浸入剩餘的該矽熔液中並熔化後，拉製第二預設長度的第二單晶矽棒節。
第二方面，本發明實施例提供了一種單晶矽棒，該單晶矽棒是根據第一方面所述的拉製方法製備而得。
本發明實施例提供了一種單晶矽棒的拉製方法及單晶矽棒；通過該拉製方法，能夠先拉製一段輕摻P+的第一單晶矽棒節，且第一單晶矽棒節的長度可以控制為第一預設長度，當第一單晶矽棒節收尾時在其尾部生長一含有水準肩部的晶體，並將後續需要補充的摻雜劑放置在晶體的水準肩部處，通過下降第一單晶矽棒節使得需要補充的摻雜劑完全浸入剩餘的矽熔液中並充分熔化後，採用直拉法拉製得到重摻P++的第二單晶矽棒節，且第二單晶矽棒節的生長長度可以控制為第二預設長度，從而連續拉製得到分別包含輕摻P+和重摻P++且長度不同的第一單晶矽棒節和第二單晶矽棒節，該拉製方法簡單易操作，且拉製得到的第一單晶矽棒節和第二單晶矽棒節能夠滿足不同的產品需求，避免了單晶矽棒的浪費，降低了生產成本。
為利 貴審查委員了解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達到之功效，茲將本發明配合附圖及附件，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的申請範圍，合先敘明。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「橫向」、「上」、「下」、「左」、「右」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於圖式所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
參見圖1，其示出了能夠實施本發明實施例技術方案的拉晶爐1的結構示意圖，如圖1所示，在該拉晶爐1中包括了副爐室10、導流筒20、石英坩堝30以及分佈於石英坩堝30四周的石墨加熱器40位於主爐室50內，多晶矽熔料可以裝盛於石英坩堝30內，通過石墨加熱器40進行加熱並熔化形成矽熔液MS。
可以理解地，拉晶爐1的結構中還包括了籽晶纜60，其可以用於在拉製含有摻雜劑的基準單晶矽棒
Figure 02_image001
時，在石英坩堝30中會裝入
Figure 02_image004
品質的多晶矽熔料和
Figure 02_image006
一定品質的摻雜劑，當加熱石英坩堝30使得多晶矽熔料和摻雜劑熔化形成矽熔液MS且矽熔液MS的溫度穩定後，通過籽晶纜60下降籽晶70至矽熔液MS的固液介面處並開始引晶、縮頸、放肩、等徑生長以及收尾等工序，最終能夠得到一定長度的基準單晶矽棒
Figure 02_image001
，比如說，以目前直徑為12英寸的基準單晶矽棒
Figure 02_image001
為例，當在石英坩堝30中加入的400千克多晶矽熔料和一定品質的摻雜劑硼時，能夠拉製得到長度為2米左右的基準單晶矽棒
Figure 02_image001
，且可以理解地，對於基準單晶矽棒
Figure 02_image001
來說，其各個部分處含有的摻雜量是一致的。拉製完成的基準單晶矽棒
Figure 02_image001
如圖2所示。
需要說明的是，在拉晶爐1爐體的最上方還設置有與籽晶纜60連接的提拉頭80，提拉頭80主要是用於實現籽晶70旋轉以及提升，以及可以記錄籽晶的位移等資料。
可以理解地，圖1所示的拉晶爐1中還可以包括其他圖1中未示出的結構，比如，坩堝升降裝置等，本發明實施例不作具體的闡述。
基於拉晶爐1，參見圖3，其示出了本發明實施例提供的一種單晶矽棒S的拉製方法，該方法包括： S301：將設定品質的多晶矽熔料和第一預設品質的摻雜劑放置於石英坩堝中加熱熔化形成矽熔液後，拉製第一預設長度的第一單晶矽棒節； S302：當該第一單晶矽棒節收尾時，在該第一單晶矽棒節的尾部生長出帶水準肩部的晶體； S303：提升該第一單晶矽棒節至副爐室冷卻後，將第二預設品質的該摻雜劑放置在該晶體的水準肩部處； S304：通過下降該第一單晶矽棒節使該晶體完全浸入剩餘的該矽熔液中並熔化後，拉製第二預設長度的第二單晶矽棒節。
需要說明的是，在設定品質的多晶矽熔料中加入第一預設品質的摻雜劑硼並熔化形成矽熔液後，採用直拉法能夠拉製獲得輕摻P+的第一單晶矽棒節，當第一單晶矽棒節拉製完成後，在剩餘的矽熔液中加入補充的摻雜劑以能夠拉製得到重摻P++的第二單晶矽棒節，因此步驟S303中摻雜劑的第二預設品質表示的是後續需要補充的摻雜劑硼的品質。
通過圖3所示的技術方案，通過先拉製輕摻P+的第一預設長度的第一單晶矽棒節，並且在第一單晶矽棒節收尾時生長出帶有水準肩部的晶體，在拉製第二單晶矽棒節之前，提升第一單晶矽棒節至副爐室冷卻後，將需要補充的第二預設品質的摻雜劑放置在晶體的水準肩部處，通過下降第一單晶矽棒節至尾部的晶體完全浸入剩餘的矽熔液中且熔化充分後，就能夠採用直拉法拉製得到重摻P++的第二單晶矽棒節。
對於圖3所示的技術方案，在一些示例中，該將設定品質的多晶矽熔料和第一預設品質的摻雜劑放置於石英坩堝中加熱熔化形成矽熔液後，拉製第一預設長度的第一單晶矽棒節，包括： 在該多晶矽熔料的品質
Figure 02_image008
一定的情況下，獲取該摻雜劑的第一預設品質
Figure 02_image009
； 將品質
Figure 02_image008
的該多晶矽熔料和第一預設品質
Figure 02_image009
的該摻雜劑加入石英坩堝中加熱熔化形成矽熔液後，採用直拉法拉製該第一單晶矽棒節
Figure 02_image011
，且在等徑生長階段監測該第一單晶矽棒節
Figure 02_image011
的生長長度； 當該第一單晶矽棒節
Figure 02_image011
的生長長度達到該第一預設長度
Figure 02_image013
時，對該第一單晶矽棒節
Figure 02_image011
進行收尾工序操作。
對於上述示例，在一些可能的實現方式中，該在該多晶矽熔料的品質
Figure 02_image008
一定的情況下，獲取該摻雜劑的第一預設品質
Figure 02_image009
，包括： 通過式（1）計算獲得該摻雜劑的第一預設品質
Figure 02_image015
：
Figure 02_image016
（1） 其中，
Figure 02_image018
表示基準單晶矽棒
Figure 02_image020
的電阻率；
Figure 02_image021
表示基準單晶矽棒
Figure 02_image020
中該摻雜劑的品質；
Figure 02_image023
表示該第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
的電阻率。
對於上述技術方案，在本發明具體實施之前，基於拉晶爐1會預先拉製一根如圖2所示的基準單晶矽棒
Figure 02_image020
，其中，在拉製基準單晶矽棒
Figure 02_image020
時投放的多晶矽熔料的品質也為
Figure 02_image026
，加入的摻雜劑硼的品質為
Figure 02_image021
，這樣通過測試可以獲得基準單晶矽棒
Figure 02_image020
的電阻率
Figure 02_image018
，具體電阻率
Figure 02_image018
的測試方法在本發明實施例中不作具體的闡述。
在測試獲得了基準單晶矽棒
Figure 02_image020
的電阻率
Figure 02_image018
情況下，就能夠通過式（1）計算獲得拉製輕摻P+的第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
時在
Figure 02_image027
品質的多晶矽熔料中需要加入的摻雜劑硼的第一預設品質
Figure 02_image015
。
需要說明的是，在本發明實施例中，第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
是按照產品的需求拉製的，因此其電阻率
Figure 02_image023
為已知的。
對於上述示例，在一些可能的實現方式中，該將品質
Figure 02_image008
的該多晶矽熔料和第一預設品質
Figure 02_image009
的該摻雜劑加入石英坩堝中加熱熔化形成矽熔液後，採用直拉法拉製該第一單晶矽棒節
Figure 02_image011
，且在等徑生長階段監測該第一單晶矽棒節
Figure 02_image011
的生長長度，包括： 採用直拉法拉製該第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
時，在等徑生長階段通過監測籽晶纜上升的距離來確定該第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
的生長長度。
可以理解地，如圖1所示，利用拉晶爐1製備第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
時，在多晶矽熔料熔化且矽熔液MS溫度穩定後，通過提拉頭80下降籽晶70至矽熔液液面處並進行引晶等工序操作，當引晶完成開始生長細頸時，籽晶70會隨著籽晶纜60的上升而逐漸上升。因此，可以理解地，在等徑生長階段，籽晶纜60上升的距離可以用來表徵第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
的生長長度。
需要說明的是，籽晶纜60上升的距離可以通過提拉頭80中的位移資料獲得。
在本發明的一些實現方式中，如圖4所示，籽晶纜60的端部也可以與繞線軸90上的繩索901相連接，在等徑生長階段通過監測繞繩索901移動的距離來確定第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
的生長長度，具體來說，通過繩索901移動時在該繞線軸90上纏繞的圈數
Figure 02_image028
以及該繞線軸90的直徑
Figure 02_image030
，獲取該繩索901移動的距離
Figure 02_image032
；當然，在第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
的第一預設長度
Figure 02_image034
已知的情況下，通過監測繩索901在繞線軸90上纏繞的圈數
Figure 02_image035
也能夠控制第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
的生長長度。
當然，對於第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
生長長度的監測也不局限於上述的方法，比如也可以在拉晶爐1的觀察視窗（圖中未示出）安裝工業相機等，以即時監測第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
的生長狀態以及生長長度。
可以理解地，在等徑生長階段，當籽晶纜60移動的距離
Figure 02_image037
等於第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
的第一預設長度
Figure 02_image034
時，即可以進行第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
的收尾工序。
對於圖3所示的技術方案，在一些示例中，該當該第一單晶矽棒節收尾時，在該第一單晶矽棒節的尾部生長出帶水準肩部的晶體，包括： 在該第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
收尾的末期，加快該第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
的上升速度，並進行引晶及縮頸工序操作； 當該第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
的尾部生長出一段細頸後，進行放肩操作，使得該細頸的末端生長出水準肩部； 當生長出該水準肩部後，進行快速收尾工序操作，以在該第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
的尾部生長出帶水準肩部的晶體
Figure 02_image039
。
可以理解地，在第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
收尾的末期，可以通過加快第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
的提升速度，並進行縮頸操作，在第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
的錐形末端生長一段細頸，再進行放肩以及快速收尾的工序操作後，就能夠在第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
的尾部生長出晶體
Figure 02_image039
，具體如圖5所示，且晶體
Figure 02_image039
具有和第一單晶矽棒
Figure 02_image025
一樣的水準肩部。
對於圖3所示的技術方案，在一些示例中，該提升該第一單晶矽棒節至副爐室冷卻後，將第二預設品質的該摻雜劑放置在該晶體的水準肩部處，包括： 通過提升籽晶纜以使得該第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
移動至副爐室且冷卻後，將該第二預設品質的該摻雜劑放置在該晶體的水準肩部處。
可以理解地，如圖6所示，當第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
提升至副爐室時且冷卻後，可以通過拉晶爐1中的投料裝置將預先準備的品質為第二預設品質
Figure 02_image041
的摻雜劑硼（圖中黑色圓形所示）放置在晶體
Figure 02_image039
的水準肩部。 對於上述示例，在一些可能的實現方式中，該第二預設品質
Figure 02_image041
的計算方法，包括： 根據該第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
的尺寸參數，計算獲得該第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
的品質
Figure 02_image043
，其中，
Figure 02_image045
表示該第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
的直徑，
Figure 02_image047
表示該第一單晶矽棒節的密度； 根據該第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
的品質
Figure 02_image049
，計算獲得該石英坩堝中剩餘矽熔液的品質
Figure 02_image051
； 根據式（2），推導計算得到該第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
中包含的該摻雜劑的品質
Figure 02_image053
：
Figure 02_image055
（2） 其中，
Figure 02_image057
表示該摻雜劑在該矽熔液中的分凝係數；
Figure 02_image059
表示該剩餘矽熔液中包含的該摻雜劑的品質，且
Figure 02_image061
； 根據式（3），計算獲得當多晶矽品質為
Figure 02_image063
時該第二單晶矽棒節
Figure 02_image064
對應的摻雜量
Figure 02_image066
：
Figure 02_image068
（3） 其中，
Figure 02_image070
表示該第二單晶矽棒節
Figure 02_image064
的電阻率； 根據式（4），計算獲得品質為
Figure 02_image072
的矽熔液中包含的該摻雜劑的品質
Figure 02_image074
：
Figure 02_image076
（4） 根據該摻雜量
Figure 02_image074
以及該剩餘矽熔液中的摻雜量
Figure 02_image078
，計算獲得需要補充的該摻雜劑的第二預設品質
Figure 02_image079
。
需要說明的是，分凝係數=雜質在固相中的溶解度/雜質在液相中的溶解度，且摻雜劑硼在矽熔液中的分凝係數一般取0.3，因此通過式（2）、式（3）以及式（4）就能夠反推導出：當已知剩餘的矽熔液的品質
Figure 02_image072
時，製備重摻P++的第二單晶矽棒節
Figure 02_image064
需要的摻雜劑硼的品質
Figure 02_image074
，從而根據剩餘的矽熔液中已含有的摻雜劑品質
Figure 02_image059
，計算獲得需要補充的摻雜劑的第二預設品質
Figure 02_image081
。
需要說明的是，在本發明實施例中，第二單晶矽棒節
Figure 02_image064
是按照產品的需求拉製的，因此其電阻率
Figure 02_image083
為已知的。
當然，可以理解地，在本發明的具體實施例中，也可以在提拉頭80處設置一稱重裝置（圖中未示出）以獲得第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
的品質
Figure 02_image049
，進而根據第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
的品質
Figure 02_image049
獲得石英坩堝中剩餘的矽熔液的品質
Figure 02_image072
，以及當矽熔液的品質為
Figure 02_image072
時，在拉製重摻P++的第二單晶矽棒節
Figure 02_image084
時需要的摻雜劑硼的品質
Figure 02_image074
，最終獲得需要補充的該摻雜劑的第二預設品質
Figure 02_image085
。
對於圖3所示的技術方案，在一些示例中，該通過下降該第一單晶矽棒節使該晶體完全浸入剩餘的矽熔液中並熔化後，拉製第二預設長度的第二單晶矽棒節，包括： 下降該第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
使得放置在該晶體上的摻雜劑完全浸入在該剩餘的矽熔液中並熔化後，採用直拉法拉製該第二單晶矽棒節
Figure 02_image064
，並在等徑生長階段監測該第二單晶矽棒節
Figure 02_image064
的生長長度； 當該第二單晶矽棒節
Figure 02_image064
的生長長度為該第二預設長度
Figure 02_image086
時，對該第二單晶矽棒節
Figure 02_image064
進行收尾工序操作。
可以理解地，如圖7所示，在晶體
Figure 02_image039
的水準肩部放置好需要補充的摻雜劑硼後，通過下降第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
至整個晶體
Figure 02_image039
包括其水準肩部完全浸入剩餘的矽熔液中熔化且矽熔液的溫度穩定後，就能夠按照直拉法的工序步驟：引晶-縮頸-放肩-等徑生長-收尾的操作在第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
的尾部連續拉製得到長度為第二預設長度
Figure 02_image088
的第二單晶矽棒節
Figure 02_image089
，且第二單晶矽棒節
Figure 02_image089
的摻雜類型為重摻P++。
可以理解地，當晶體
Figure 02_image039
整體熔化至剩餘矽熔液中後，在採用直拉法拉製第二單晶矽棒節
Figure 02_image089
時，第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
能夠進行引晶，從而也能夠在引晶操作的基礎上完成縮頸、放肩、等徑生長以及收尾的工序操作。
對於上述示例，在一些可能的實現方式中，該下降該第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
使得放置在該晶體上的摻雜劑完全浸入在該剩餘的矽熔液中並熔化後，採用直拉法拉製該第二單晶矽棒節
Figure 02_image064
，並在等徑生長階段監測該第二單晶矽棒節
Figure 02_image064
的生長長度，包括： 採用直拉法拉製該第二單晶矽棒節
Figure 02_image064
時，在等徑生長階段通過監測籽晶纜上升的距離來確定該第二單晶矽棒節
Figure 02_image064
的生長長度。
參見圖8，其示出了本發明實施例提供的一種單晶矽棒
Figure 02_image090
，該單晶矽棒
Figure 02_image090
是根據前述技術方案所述的拉製方法製備而得。
由圖8可以看出，通過本發明實施例拉製得到的單晶矽棒
Figure 02_image090
包含了長度為第一預設長度
Figure 02_image092
的輕摻P+的第一單晶矽棒節
Figure 02_image025
和長度為第一預設長度
Figure 02_image093
的重摻P++的第二單晶矽棒節
Figure 02_image089
，能夠滿足不同客戶的不同需求，減少了生產成本的浪費。
可以理解地，採用本發明實施例提供的拉製方法，也能夠實現同一根單晶矽棒
Figure 02_image090
中包括摻雜量不同且長度也不同的多段單晶矽棒節。
需要說明的是：本發明實施例所記載的技術方案之間，在不衝突的情況下，可以任意組合。以上僅為本發明之較佳實施例，並非用來限定本發明之實施範圍，如果不脫離本發明之精神和範圍，對本發明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明申請專利範圍的保護範圍當中。
1:拉晶爐 10:副爐室 20:導流筒 30:石英坩堝 40:石墨加熱器 50:主爐室 60:籽晶纜 70:籽晶 80:提拉頭 90:繞線軸 901:繩索 MS:矽熔液
Figure 02_image090
:單晶矽棒
Figure 02_image001
:單晶矽棒
Figure 02_image039
:晶體
Figure 02_image011
:第一單晶矽棒節
Figure 02_image064
:第二單晶矽棒節 S301-S304:步驟
圖1為本發明實施例提供的一種拉晶爐結構示意圖。 圖2為本發明實施例提供的常規技術方案中拉製的單晶矽棒結構示意圖。 圖3為本發明實施例提供的一種單晶矽棒的拉製方法流程示意圖。 圖4為本發明實施例提供的一種監測單晶矽棒生長長度的結構示意圖。 圖5為本發明實施例提供的第一單晶矽棒節尾部生長的晶體結構示意圖。 圖6為本發明實施例提供的晶體的水準肩部放置摻雜劑示意圖。 圖7為本發明實施例提供的晶體完全浸入矽熔液示意圖。 圖8為本發明實施例提供的一種單晶矽棒的結構示意圖。
1:拉晶爐
10:副爐室
20:導流筒
30:石英坩堝
40:石墨加熱器
50:主爐室
60:籽晶纜
70:籽晶
80:提拉頭
MS:矽熔液
S':單晶矽棒

Claims (10)

  1. 一種單晶矽棒的拉製方法，該方法包括： 將設定品質的多晶矽熔料和第一預設品質的摻雜劑放置於石英坩堝中加熱熔化形成矽熔液後，拉製第一預設長度的第一單晶矽棒節； 當該第一單晶矽棒節收尾時，在該第一單晶矽棒節的尾部生長出帶水準肩部的晶體； 提升該第一單晶矽棒節至副爐室冷卻後，將第二預設品質的該摻雜劑放置在該晶體的水準肩部處； 通過下降該第一單晶矽棒節使該晶體完全浸入剩餘的該矽熔液中並熔化後，拉製第二預設長度的第二單晶矽棒節。
  2. 如請求項1所述之單晶矽棒的拉製方法，其中，該將設定品質的多晶矽熔料和第一預設品質的摻雜劑放置於石英坩堝中加熱熔化形成矽熔液後，拉製第一預設長度的第一單晶矽棒節，包括： 在該多晶矽熔料的品質
    Figure 03_image008
    一定的情況下，獲取該摻雜劑的第一預設品質
    Figure 03_image009
    ； 將品質
    Figure 03_image008
    的該多晶矽熔料和第一預設品質
    Figure 03_image009
    的該摻雜劑加入石英坩堝中加熱熔化形成矽熔液後，採用直拉法拉製該第一單晶矽棒節
    Figure 03_image011
    ，且在等徑生長階段監測該第一單晶矽棒節
    Figure 03_image011
    的生長長度； 當該第一單晶矽棒節
    Figure 03_image011
    的生長長度達到該第一預設長度
    Figure 03_image013
    時，對該第一單晶矽棒節
    Figure 03_image011
    進行收尾工序操作。
  3. 如請求項2所述之單晶矽棒的拉製方法，其中，該在該多晶矽熔料的品質
    Figure 03_image008
    一定的情況下，獲取該摻雜劑的第一預設品質
    Figure 03_image009
    ，包括： 通過式（1）計算獲得該摻雜劑的第一預設品質
    Figure 03_image015
    ：
    Figure 03_image094
    （1） 其中，
    Figure 03_image018
    表示基準單晶矽棒
    Figure 03_image020
    的電阻率；
    Figure 03_image021
    表示該基準單晶矽棒
    Figure 03_image020
    中該摻雜劑的品質；
    Figure 03_image023
    表示該第一單晶矽棒節
    Figure 03_image025
    的電阻率。
  4. 如請求項2所述之單晶矽棒的拉製方法，其中，該將品質
    Figure 03_image008
    的該多晶矽熔料和第一預設品質
    Figure 03_image009
    的該摻雜劑加入石英坩堝中加熱熔化形成矽熔液後，採用直拉法拉製該第一單晶矽棒節
    Figure 03_image011
    ，且在等徑生長階段監測該第一單晶矽棒節
    Figure 03_image011
    的生長長度，包括： 採用直拉法拉製該第一單晶矽棒節
    Figure 03_image025
    時，在等徑生長階段通過監測籽晶纜上升的距離來確定該第一單晶矽棒節
    Figure 03_image025
    的生長長度。
  5. 如請求項1所述之單晶矽棒的拉製方法，其中，該當該第一單晶矽棒節收尾時，在該第一單晶矽棒節的尾部生長出帶水準肩部的晶體，包括： 在該第一單晶矽棒節
    Figure 03_image025
    收尾的末期，加快該第一單晶矽棒節
    Figure 03_image025
    的上升速度，並進行引晶及縮頸工序操作； 當該第一單晶矽棒節
    Figure 03_image025
    的尾部生長出一段細頸後，進行放肩操作，使得該細頸的末端生長出水準肩部； 當生長出該水準肩部後，進行快速收尾工序操作，以在該第一單晶矽棒節
    Figure 03_image025
    的尾部生長出帶水準肩部的晶體
    Figure 03_image039
    。
  6. 如請求項1所述之單晶矽棒的拉製方法，其中，該提升該第一單晶矽棒節至副爐室冷卻後，將第二預設品質的該摻雜劑放置在該晶體的水準肩部處，包括： 通過提升籽晶纜以使得該第一單晶矽棒節
    Figure 03_image025
    移動至副爐室且冷卻後，將該第二預設品質的該摻雜劑放置在該晶體的水準肩部處。
  7. 如請求項6所述之單晶矽棒的拉製方法，其中，該第二預設品質
    Figure 03_image041
    的計算方法，包括： 根據該第一單晶矽棒節
    Figure 03_image025
    的尺寸參數，計算獲得該第一單晶矽棒節
    Figure 03_image025
    的品質
    Figure 03_image095
    ，其中，
    Figure 03_image045
    表示該第一單晶矽棒節
    Figure 03_image025
    的直徑，
    Figure 03_image047
    表示該第一單晶矽棒節的密度； 根據該第一單晶矽棒節
    Figure 03_image025
    的品質
    Figure 03_image049
    ，計算獲得該石英坩堝中剩餘矽熔液的品質
    Figure 03_image051
    ； 根據式（2），推導計算得到該第一單晶矽棒節
    Figure 03_image025
    中包含的該摻雜劑的品質
    Figure 03_image053
    ：
    Figure 03_image055
    （2） 其中，
    Figure 03_image057
    表示該摻雜劑在該矽熔液中的分凝係數；
    Figure 03_image059
    表示該剩餘矽熔液中包含的該摻雜劑的品質，且
    Figure 03_image061
    ； 根據式（3），計算獲得當多晶矽品質為
    Figure 03_image063
    時該第二單晶矽棒節
    Figure 03_image064
    對應的摻雜量
    Figure 03_image066
    ：
    Figure 03_image068
    （3） 其中，
    Figure 03_image070
    表示該第二單晶矽棒節
    Figure 03_image064
    的電阻率； 根據式（4），計算獲得品質為
    Figure 03_image072
    的矽熔液中包含的該摻雜劑的品質
    Figure 03_image074
    ：
    Figure 03_image076
    （4） 根據該摻雜量
    Figure 03_image074
    以及該剩餘矽熔液中的摻雜量
    Figure 03_image078
    ，計算獲得需要補充的該摻雜劑的第二預設品質
    Figure 03_image079
    。
  8. 如請求項1所述之單晶矽棒的拉製方法，其中，該通過下降該第一單晶矽棒節使該晶體完全浸入剩餘的矽熔液中並熔化後，拉製第二預設長度的第二單晶矽棒節，包括： 下降該第一單晶矽棒節
    Figure 03_image025
    使得放置在該晶體上的摻雜劑完全浸入在該剩餘的矽熔液中並熔化後，採用直拉法拉製該第二單晶矽棒節
    Figure 03_image064
    ，並在等徑生長階段監測該第二單晶矽棒節
    Figure 03_image064
    的生長長度； 當該第二單晶矽棒節
    Figure 03_image064
    的生長長度為該第二預設長度
    Figure 03_image086
    時，對該第二單晶矽棒節
    Figure 03_image064
    進行收尾工序操作。
  9. 如請求項8所述之單晶矽棒的拉製方法，其中，該下降該第一單晶矽棒節
    Figure 03_image025
    使得放置在該晶體上的摻雜劑完全浸入在該剩餘的矽熔液中並熔化後，採用直拉法拉製該第二單晶矽棒節
    Figure 03_image064
    ，並在等徑生長階段監測該第二單晶矽棒節
    Figure 03_image064
    的生長長度，包括： 採用直拉法拉製該第二單晶矽棒節
    Figure 03_image064
    時，在等徑生長階段通過監測籽晶纜上升的距離來確定該第二單晶矽棒節
    Figure 03_image064
    的生長長度。
  10. 一種單晶矽棒，該單晶矽棒是根據請求項1至9中任一項所述之單晶矽棒的拉製方法製備而得。
TW111125082A 2021-07-07 2022-07-05 一種單晶矽棒的拉製方法 TWI839768B (zh)

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